JP4170798B2

JP4170798B2 - GPS receiver terminal, GPS reference station, and computer software

Info

Publication number: JP4170798B2
Application number: JP2003061432A
Authority: JP
Inventors: 正人永野; 慎太郎初本; 一木原
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: JP2004271310A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＰＳ受信端末及びＧＰＳ基準局並びにコンピュータ・ソフトウエアであり、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を利用した位置測位システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ受信機において、測位演算を行い、位置を算出するためには、少なくとも３個以上のＧＰＳ衛星を同時に受信して、さらにＧＰＳ衛星から送出されるエフェメリスデータ（詳細衛星軌道情報）を受信する必要がある。エフェメリスデータは、地球を周回しているＧＰＳ衛星の詳細な軌道情報であり、測位演算するときに利用するＧＰＳ衛星の現在位置を計算するために利用される情報である。エフェメリスデータは地上の管制局によって頻繁に更新される精度の高い軌道情報で、利用可能な時間は１〜２時間程度である。アルマナックデータは、概略の軌道情報であり、可視衛星を検索する際に利用するデータである。アルマナックデータは長期にわたって変化がなく、一度受信機に蓄積すると長期に利用可能である。アルマナックデータおよびエフェメリスデータは、ＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージに含まれている。航法メッセージには、アルマナックデータおよびエフェメリスデータのほか、時刻補正情報、電離層の補正係数などで構成されており、測位用コードに重ねてＧＰＳ衛星から送信されている。
【０００３】
受信機が工場から出荷されたばかりや、長時間使われなかったため、アルマナックデータやエフェメリスがＧＰＳ受信機から消えている場合には、ＧＰＳ受信機が正常に測位を開始するまでに、ＧＰＳ衛星から新たにアルマナックデータとエフェメリスデータを含む航法メッセージをダウンロードする必要があるが、このダウンロードには最大１２．５分を要し、初期測位開始時間の長さが課題とされている。この時間を短縮するために、地上通信網を利用してＧＰＳ受信機に航法メッセージを送信するアシストデータ方法は公知なものとなっている。
【０００４】
ＧＰＳ衛星は地上約２０，０００ｋｍ上空の軌道上を約１２時間周期で高速に周回している。また６つの軌道面に各４衛星の合計２４個が周回している。このため上空のＧＰＳ衛星配置は常に変化し、ＧＰＳ受信機の可視ＧＰＳ衛星は刻々変化する。したがって、ＧＰＳ受信機が測位を継続的に行う場合は、測位に利用するＧＰＳ衛星を時々刻々に切替える必要があり、新たなＧＰＳ衛星を測位に利用する毎に、当該ＧＰＳ衛星のエフェメリスデータを取得する必要がある。しかしエフェメリスデータは、送信するＧＰＳ衛星自身の詳細な軌道情報であり、当該ＧＰＳ衛星の信号を受信しなければエフェメリスデータを得ることができない。またエフェメリスデータを受信するためには約３０秒間必要であり、この間は連続的に当該ＧＰＳ衛星を受信する必要がある。このため都市部や山間部などの測位環境の悪い地点では、途中で受信が中断する可能性が高く、エフェメリスデータの取得は容易ではない。その場合でも端末上空の可視ＧＰＳ衛星数が多い場合は天頂付近のＧＰＳ衛星が連続的に受信できる可能性があるが、可視ＧＰＳ衛星数が少ない場合や可視ＧＰＳ衛星の切替が多い場合にはエフェメリスデータを取得することは困難となり、ＧＰＳ測位率の低下等の原因となっている。ここでＧＰＳ測位率とは、少なくとも３個以上のＧＰＳ衛星を同時に受信して、さらにエフェメリスデータ（詳細衛星軌道情報）を受信し、測位演算を行い、測位結果を出力することが可能な割合を示したものである。
【０００５】
従って、測位率は、所定回数測位演算をして、測位結果を出力出来た回数の全体演算回数への割合として求めることも出来る。測位率に対しての評価は、測位する状況に応じて、変動する為に或基準値と比較しての大小で必ずしも良否を画一的に決められるものではない。しかしながら、一般的な参考値として、移動体においての測位においては、測位率が７０％を下回ると正確な位置の特定が出来なくなり、実用上の問題が生ずるとされる場合がある。なお、移動体では、移動速度の大小を実用上考慮する必要があり、高速で移動すると、測位率７０％よりも高い測位率を必要とされる場合もある。
【０００６】
なお、上述の様に上空のＧＰＳ衛星配置は常に変化し、ＧＰＳ受信機が受信可能なＧＰＳ衛星は時々刻々変化する。ＧＰＳ測位には少なくとも３個以上のＧＰＳ衛星を同時に受信する必要があり、可視ＧＰＳ衛星数が少ない時間帯などはＧＰＳ測位に不適と言われる。
【０００７】
ここで、ＧＰＳ測位に不適とは、測位演算した測位結果と実際の値との誤差が大きいこと、所謂測位精度の劣化を伴う場合や、測位率が低下する場合、または測位演算の処理時間が通常よりも長い時間を要する(従って、処理時間が長い為に実用上問題となる)場合等をいう。
【０００８】
このようなＧＰＳ測位には向かない不適である時間帯をＧＰＳ測位不適時間帯と呼ぶ。ＧＰＳ測位不適時間帯は、上述のＧＰＳ測位に不適である時間帯であるが、可視ＧＰＳ衛星数が少ない時間帯のほか、可視ＧＰＳ衛星の切替えが多発する時間帯やＤＯＰ値（ＧＰＳ衛星配置による精度への影響に関する指数：dilution of precision）が悪化する時間帯、仰角が低いＧＰＳ衛星が多い時間帯、太陽の黒点の影響や、電磁波等のノイズ発生源からの影響、または気象現象(台風、風雨、雲、雪、雷等)に基づく、受信状況への影響などが生ずる時間帯なども含まれる。
【０００９】
上述の様にＧＰＳ測位不適時間帯では、実際のＧＰＳ測位において、問題が発生する可能性がるので、改善される必要がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の問題を解決するものであり、特に都市部や山間部などの測位環境が悪い箇所においても、最低３個以上の衛星が捕捉できる可能性が従来よりも高くなり、ＧＰＳ位置測位システムによる位置測位における信頼性を従来よりも向上させることができるＧＰＳ受信端末及びＧＰＳ基準局並びにコンピュータ・ソフトウエアを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、アルマナックデータ（概略衛星軌道情報）を用いてＧＰＳ衛星配置を推定し、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯や可視ＧＰＳ衛星の切替が多くなる時間帯等のＧＰＳ測位不適時間帯の前に、基準局で受信したエフェメリスデータ（詳細衛星軌道情報）を、ＧＰＳ受信端末に通信網により送信することで、測位率の低下を防止するアシストデータ取得方法である。
【００１２】
すなわち、本発明は、ＧＰＳ衛星からのアルマナックデータ及びエフェメリスデータを受信するＧＰＳ受信部と、受信したアルマナックデータを用いてＧＰＳ衛星配置を推定する軌道推定部と、エフェメリスデータを用いて測位演算を行う測位演算部と、ＧＰＳ基準局とのデータ送受信を行う通信部とを備えるＧＰＳ受信端末において、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯又は可視ＧＰＳ衛星の切替が多くなる時間帯等のＧＰＳ測位不適時間帯になることを判断する不適時間帯判断部を備えており、前記通信部は、不適時間帯判断部の判断に応じてＧＰＳ基準局にエフェメリスデータ送信要求を行い、ＧＰＳ測位不適時間帯の前に、ＧＰＳ基準局からのエフェメリスデータを受信するＧＰＳ受信端末である。
【００１４】
そして、本発明は、上記通信部は、ユーザの操作ボタンの操作を受けてＧＰＳ基準局にエフェメリスデータ送信要求を行うＧＰＳ受信端末である。
【００１５】
更に、本発明は、ＧＰＳ衛星からのエフェメリスデータを受信するＧＰＳ受信部と、エフェメリスデータを用いて測位演算を行う測位演算部と、ＧＰＳ基準局とのデータ送受信を行う通信部とを備えるＧＰＳ受信端末において、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯又は可視ＧＰＳ衛星の切替が多くなる時間帯等のＧＰＳ測位不適時間帯になることを判断する不適時間帯判断部を備えており、前記通信部は、不適時間帯判断部の判断に応じてＧＰＳ基準局にエフェメリスデータ送信要求を行い、ＧＰＳ測位不適時間帯の前に、ＧＰＳ基準局からのエフェメリスデータを受信するＧＰＳ受信端末である。
【００１６】
また、本発明は、ＧＰＳ衛星からのアルマナックデータ及びエフェメリスデータを受信するＧＰＳ受信機と、受信したアルマナックデータ及びエフェメリスデータを記憶する航法データ記憶装置と、ＧＰＳ受信端末とのデータ送受信を行う通信機器とを備えるＧＰＳ基準局において、前記通信機器は、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯又は可視ＧＰＳ衛星の切替が多くなる時間帯等のＧＰＳ測位不適時間帯の前に、ＧＰＳ受信端末からエフェメリスデータ送信要求を受信し、航法データ記憶装置に記憶したエフェメリスデータを該ＧＰＳ受信端末に送信するＧＰＳ基準局である。
【００１８】
更に、本発明は、ＧＰＳ衛星からのアルマナックデータ及びエフェメリスデータを受信するＧＰＳ受信機と、受信したアルマナックデータ及びエフェメリスデータを記憶する航法データ記憶装置と、ＧＰＳ受信端末とのデータ送受信を行う通信機器とを備えるＧＰＳ基準局において、前記アルマナックデータを用いてＧＰＳ衛星配置を推定して、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯又は可視ＧＰＳ衛星の切替が多くなる時間帯等のＧＰＳ測位不適時間帯になることを判断する不適時間帯判断機器を備えており、前記通信機器は、不適時間帯判断機器の判断に応じて、及びＧＰＳ受信端末からエフェメリスデータ送信要求を受信し、航法データ記憶装置に記憶したエフェメリスデータをＧＰＳ受信端末に送信するＧＰＳ基準局である。
【００１９】
また、本発明は、ＧＰＳ衛星からのアルマナックデータ及びエフェメリスデータを受信するＧＰＳ受信機能と、受信したアルマナックデータを用いてＧＰＳ衛星配置を推定する軌道推定機能と、エフェメリスデータを用いて測位演算を行う測位演算機能と、ＧＰＳ基準局とのデータ送受信を行う通信機能とを備えるよう、ＧＰＳ受信端末を動作させるコンピュータ・ソフトウエアであって、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯又は可視ＧＰＳ衛星の切替が多くなる時間帯等のＧＰＳ測位不適時間帯になることを判断する不適時間帯判断機能を備えるよう前記ＧＰＳ受信端末を動作させ、前記通信機能により、前記不適時間帯判断機能の判断結果に基づいてＧＰＳ測位不適時間帯の前に、ＧＰＳ基準局からのエフェメリスデータを受信するよう前記ＧＰＳ受信端末を動作させるコンピュータ・ソフトウエアである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を説明する。
本発明のＧＰＳ受信端末及びＧＰＳ基準局の実施例について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、実施例１のＧＰＳ受信端末及びＧＰＳ基準局の概略説明図である。図２は、実施例１における航法メッセージ取得手順の一例の説明図である。図３は、実施例２のＧＰＳ受信端末及びＧＰＳ基準局の概略説明図である。
【００２１】
実施例１を説明する。本実施例のＧＰＳ受信端末は、ＧＰＳ衛星からのアルマナックデータ及びエフェメリスデータを受信するＧＰＳ受信部と、受信したアルマナックデータを用いてＧＰＳ衛星配置を推定する軌道推定部と、エフェメリスデータを用いて測位演算を行う測位演算部と、ＧＰＳ基準局とのデータ送受信を行う通信部とを備え、通信部は、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯又は可視ＧＰＳ衛星の切替が多くなる時間帯等のＧＰＳ測位不適時間帯の前に、ＧＰＳ基準局からのエフェメリスデータを受信する。また、本実施例のＧＰＳ基準局は、ＧＰＳ衛星からのアルマナックデータ及びエフェメリスデータを受信するＧＰＳ受信機と、受信したアルマナックデータ及びエフェメリスデータを記憶する航法データ記憶装置と、ＧＰＳ受信端末とのデータ送受信を行う通信機器とを備え、通信機器は、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯又は可視ＧＰＳ衛星の切替が多くなる時間帯等のＧＰＳ測位不適時間帯の前に、航法データ記憶装置に記憶したエフェメリスデータをＧＰＳ受信端末に送信する。
【００２２】
実施例１のＧＰＳ受信端末及びＧＰＳ基準局が構成するＧＰＳ位置測位システム（端末処理型）およびアシストデータ取得方法について、詳細に説明する。図１は、ＧＰＳ受信端末に蓄積されたアルマナックデータを用いて、端末内でＧＰＳ衛星配置を推定し、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯や可視ＧＰＳ衛星の切替が多くなる時間帯等のＧＰＳ測位不適時間帯の前に、ＧＰＳ受信端末が基準局サーバから公衆パケット通信回線を利用して航法メッセージを自動取得することにより、都市部や山間部等の受信環境の悪い箇所でも位置の算出を容易にし、測位率の低下を防ぐことが可能な、ＧＰＳ位置測位システムを示している。構成は、大きく分けて、ＧＰＳ受信端末１、基準局２で構成されている。各部分について詳細に構成および動作を説明する。
【００２３】
基準局は、ＧＰＳ基準局用アンテナ２１、ＧＰＳ基準局用受信機２２、航法メッセージアシストサーバ２３、ルータ２４等で構成される。基準局２は、天空の開けた場所に設置し、ＧＰＳ基準局用アンテナおよび受信機により常に最新の航法メッセージを取得し、アシストサーバ２３に蓄積する。またＧＰＳ受信端末１の要求に従い、航法メッセージを、公衆パケット通信網４を利用してＧＰＳ受信端末１に送信する。基準局２は天空に障害物がない場合、可視ＧＰＳ衛星３ａ〜３ｄは日本国内においてほぼ同一であるので、日本国内に１箇所設置するものである。
【００２４】
ＧＰＳ受信端末１は、ＧＰＳ受信部１１、パケット通信部１２、測位演算部１３、軌道推定部１４、ＧＰＳアンテナ１５、パケット通信アンテナ１６、表示部１７等で構成される。ＧＰＳ受信端末１は、ＧＰＳ衛星３ａ〜３ｄとパケット通信網４を介する２つの通信機能を有している。軌道推定部１４では、アルマナックデータを利用してＧＰＳ衛星配置を推定し、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなると判断した場合は、通信部１２を経由して、基準局２内のアシストサーバ２３と通信を行い、アシストサーバ２３に蓄積される航法メッセージを要求し、取得する。
【００２５】
実施例１における航法メッセージ取得手順の一例について、図２のフローチャートを用いて説明する。アルマナックデータを利用して可視ＧＰＳ衛星数を推定する（Ｓ１０１）。推定した可視ＧＰＳ衛星数が４個以上であるか判断し（Ｓ１０２）、４個以上の場合は、通常どおりＧＰＳ衛星から航法メッセージを取得し（Ｓ１１１）、測位演算を行う（Ｓ１３１）。しかし可視衛星数が４個以下となることが予想された場合はその時間帯の前に、ＧＰＳ受信端末は自動的に基準局のアシストサーバにアクセスして、最新の航法メッセージを取得し（Ｓ１２１）て、測位演算を行う（Ｓ１３１）。このようにして、測位結果を得ることができる。
【００２６】
実施例１では、ＧＰＳ受信機が自動的に可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯又は可視ＧＰＳ衛星の切替が多くなる時間帯等のＧＰＳ測位不適時間帯になると判断したが、ユーザの操作ボタンの操作を受けて、エフェメリスデータ送信要求を行うようにすることも可能である。
【００２７】
実施例２を説明する。本実施例のＧＰＳ受信端末は、ＧＰＳ衛星からのエフェメリスデータを受信するＧＰＳ受信部と、エフェメリスデータを用いて測位演算を行う測位演算部と、ＧＰＳ基準局とのデータ送受信を行う通信部とを備え、通信部は、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯又は可視ＧＰＳ衛星の切替が多くなる時間帯等のＧＰＳ測位不適時間帯の前に、ＧＰＳ基準局からのエフェメリスデータを受信する。また、本実施例のＧＰＳ基準局は、ＧＰＳ衛星からのアルマナックデータ及びエフェメリスデータを受信するＧＰＳ受信機と、受信したアルマナックデータ及びエフェメリスデータを記憶する航法データ記憶装置と、ＧＰＳ受信端末とのデータ送受信を行う通信機器とを備え、そして、アルマナックデータを用いてＧＰＳ衛星配置を推定して、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯又は可視ＧＰＳ衛星の切替が多くなる時間帯等のＧＰＳ測位不適時間帯になることを判断する不適時間帯判断機器を備えており、通信機器は、不適時間帯判断機器の判断に応じて、航法データ記憶装置に記憶したエフェメリスデータをＧＰＳ受信端末に送信する。
【００２８】
実施例２のＧＰＳ受信端末及びＧＰＳ基準局が構成するＧＰＳ位置測位システム（基準局処理型）およびアシストデータ取得方法について、詳細に説明する。図３は、基準局側でＧＰＳ衛星配置を推定し、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯および可視ＧＰＳ衛星の切替が多く発生する時間帯等のＧＰＳ測位不適時間帯の前に、基準局側から公衆パケット通信回線を利用して自動的に航法メッセージをＧＰＳ受信端末に送信する、ＧＰＳ測位システムを示している。構成は、大きく分けて、ＧＰＳ受信端末１ｂ、基準局２ｂで構成されている。各部分について詳細に構成および動作を説明する。
【００２９】
基準局２ｂは、ＧＰＳ基準局用アンテナ２１、ＧＰＳ基準局用受信機２２、航法メッセージアシストサーバ２３、ルータ２４、軌道推定処理２５等で構成される。実施例１と比較すると、軌道推定処理２５を備えている。基準局２ｂは、天空の開けた場所に設置し、ＧＰＳ基準局用アンテナ２１および受信機２２により常に最新の航法メッセージを取得し、アシストサーバ２３に蓄積する。軌道推定処理２５では、アシストサーバ２３に蓄積されたアルマナックデータを利用してＧＰＳ衛星配置を推定し、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなるか、可視ＧＰＳ衛星３ａ〜３ｄの切替が多く発生すると判断した場合に、パケット通信網４を利用して、ＧＰＳ受信端末１ｂに自動的にエフェメリスデータを送信する。送信先のＧＰＳ受信端末１ｂは、例えばアシストサーバ２３に事前登録しておく。基準局２ｂは天空に障害物がない場合、日本国内において可視ＧＰＳ衛星はほぼ同一であるので、日本国内に１箇所設置するものである。
【００３０】
ＧＰＳ受信端末１ｂは、ＧＰＳ受信部１１、パケット通信部１２、測位演算部１３、ＧＰＳアンテナ１５、パケット通信アンテナ１６、表示部１７等で構成される。実施例１と比較すると、軌道推定部を有していない。ＧＰＳ受信端末１ｂは、ＧＰＳ衛星３ａ〜３ｄとパケット通信網４の２つの通信機能を有しており、通常はＧＰＳ衛星３ａ〜３ｄから取得したエフェメリスデータにより測位を行うが、基準局サーバ２ｂから航法メッセージが送信された場合は、その航法メッセージに含まれるエフェメリスデータを利用して測位演算を行う。
【００３１】
以上で説明したように、本発明に基づく実施例により、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯や、可視ＧＰＳ衛星の切替が多い時間帯においても、測位率の低下等を防ぐことが可能となる。特に都市部や山間部などの測位環境が悪い箇所においても、最低３個以上の衛星が捕捉できる可能性が高くなり、従来方式よりもＧＰＳ位置測位システムによる位置測位における信頼性を向上させることができる。
【００３２】
なお、上記実施例では、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯や、可視ＧＰＳ衛星の切替が多い時間帯等のＧＰＳ測位不適時間帯においての問題を解決するものであった。
【００３３】
この点においては、ＧＰＳ測位不適時間帯となった場合において、改善すべく、本実施例が実施されるようにするものであっても良いが、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯等を予め予想すること、即ち、ＧＰＳ測位不適時間帯となることを予想して、事前に、上記実施例を実施するものであっても良い。
【００３４】
なお、上記実施例では、ＧＰＳ受信端末を説明したが、ＧＰＳ衛星からのアルマナックデータ及びエフェメリスデータを受信するＧＰＳ受信機能と、受信したアルマナックデータを用いてＧＰＳ衛星配置を推定する軌道推定機能と、エフェメリスデータを用いて測位演算を行う測位演算機能と、ＧＰＳ基準局とのデータ送受信を行う通信機能とを備えており、前記通信機能は、可視ＧＰＳ衛星数が少なくなる時間帯又は可視ＧＰＳ衛星の切替が多くなる時間帯等のＧＰＳ測位不適時間帯の前に、ＧＰＳ基準局からのエフェメリスデータを受信する機能を有するプログラムを使用することにより、従来のＧＰＳ受信端末を本発明のＧＰＳ受信端末とすることができる。なお、ＧＰＳ基準局についても、同様に、コンピュータ・ソフトウエアを変更することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、特に都市部や山間部などの測位環境が悪い箇所においても、最低３個以上の衛星が捕捉できる可能性が高くなり、ＧＰＳ位置測位システムによる位置測位における信頼性を向上させることができるＧＰＳ受信端末及びＧＰＳ基準局を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のＧＰＳ受信端末及びＧＰＳ基準局の概略説明図。
【図２】実施例１における航法メッセージ取得手順の一例の説明図。
【図３】実施例２のＧＰＳ受信端末及びＧＰＳ基準局の概略説明図。
【符号の説明】
１、１ｂＧＰＳ受信端末
１１ＧＰＳ受信部
１２パケット通信部
１３測位演算部
１４軌道推定部
１５ＧＰＳアンテナ
１６パケット通信アンテナ
１７表示部
２、２ｂ基準局
２１ＧＰＳ基準局用アンテナ
２２ＧＰＳ基準局用受信機
２３アシストサーバ
２４ルータ
２５軌道推定処理
３ａ〜３ｄＧＰＳ衛星[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a GPS positioning terminal, a GPS reference station, computer software, and a position positioning system using GPS (Global Positioning System).
[0002]
[Prior art]
In order to calculate the position and calculate the position in the GPS receiver, it is necessary to simultaneously receive at least three or more GPS satellites and further receive ephemeris data (detailed satellite orbit information) transmitted from the GPS satellites. There is. The ephemeris data is detailed orbit information of GPS satellites orbiting the earth, and is information used to calculate the current position of the GPS satellites used for positioning calculation. The ephemeris data is highly accurate orbit information that is frequently updated by the ground control station, and the available time is about 1 to 2 hours. The almanac data is rough orbit information and is used when searching for visible satellites. Almanac data does not change over a long period of time and can be used for a long period once stored in the receiver. Almanac data and ephemeris data are included in the navigation message transmitted from the GPS satellite. The navigation message is composed of almanac data and ephemeris data, time correction information, ionospheric correction coefficients, and the like, and is transmitted from a GPS satellite superimposed on a positioning code.
[0003]
If the almanac data or ephemeris disappears from the GPS receiver because the receiver has just been shipped from the factory or has not been used for a long time, a new one from the GPS satellite is required before the GPS receiver starts normal positioning. It is necessary to download a navigation message including almanac data and ephemeris data, but this download takes up to 12.5 minutes, and the length of the initial positioning start time is an issue. In order to shorten this time, an assist data method for transmitting a navigation message to a GPS receiver using a ground communication network is known.
[0004]
The GPS satellite orbits about 20,000 km above the ground at a high speed with a period of about 12 hours. A total of 24 satellites of 4 satellites orbit around 6 orbital planes. For this reason, the GPS satellite arrangement in the sky changes constantly, and the visible GPS satellites of the GPS receiver change every moment. Therefore, when the GPS receiver continuously performs positioning, it is necessary to change the GPS satellite used for positioning from time to time. Every time a new GPS satellite is used for positioning, the ephemeris data of the GPS satellite is acquired. There is a need to. However, the ephemeris data is detailed orbit information of the GPS satellite itself to be transmitted, and the ephemeris data cannot be obtained unless the GPS satellite signal is received. Further, it takes about 30 seconds to receive the ephemeris data, and during this time, it is necessary to continuously receive the GPS satellite. For this reason, it is highly likely that the reception is interrupted in the middle of a bad location environment such as an urban area or a mountainous area, and it is not easy to acquire ephemeris data. Even in that case, if there are a large number of visible GPS satellites over the terminal, there is a possibility that GPS satellites near the zenith can be continuously received. However, if the number of visible GPS satellites is small or the number of visible GPS satellites is switched frequently, the ephemeris It is difficult to acquire data, which causes a decrease in the GPS positioning rate. Here, the GPS positioning rate is a ratio at which at least three GPS satellites are simultaneously received, ephemeris data (detailed satellite orbit information) is received, positioning calculation is performed, and positioning results are output. It is shown.
[0005]
Therefore, the positioning rate can be obtained as a ratio of the number of times the positioning result can be output a predetermined number of times and the total number of calculations can be output. Since the evaluation of the positioning rate varies depending on the situation of positioning, it is not always possible to uniformly determine whether it is good or bad compared with a certain reference value. However, as a general reference value, in positioning in a moving body, if the positioning rate is less than 70%, it is impossible to specify an accurate position, which may cause a practical problem. It should be noted that the moving body needs to consider the magnitude of the moving speed in practice, and when moving at a high speed, a positioning rate higher than 70% may be required.
[0006]
As described above, the arrangement of GPS satellites in the sky changes constantly, and the GPS satellites that can be received by the GPS receiver change from moment to moment. For GPS positioning, it is necessary to simultaneously receive at least three or more GPS satellites, and it is said that a time zone with a small number of visible GPS satellites is not suitable for GPS positioning.
[0007]
Here, unsuitable for GPS positioning means that there is a large error between the positioning result obtained by positioning and the actual value, so-called positioning accuracy is deteriorated, the positioning rate is reduced, or the processing time of positioning calculation is A case where a longer time than usual is required (thus, there is a practical problem due to a long processing time).
[0008]
Such a time zone that is not suitable for GPS positioning is called a GPS positioning inadequate time zone. The GPS positioning inadequate time zone is a time zone inadequate for the above-mentioned GPS positioning. In addition to a time zone in which the number of visible GPS satellites is small, a time zone in which switching of visible GPS satellites occurs frequently or a DOP value (depending on the GPS satellite arrangement) Index of influence on accuracy: Time zone when the dilution of precision is worse, time zone when there are many GPS satellites with low elevation angle, sunspot effect, influence from noise sources such as electromagnetic waves, or weather phenomenon (typhoon, This includes the time period when the reception status is affected based on wind, rain, clouds, snow, thunder, etc.
[0009]
As described above, in the GPS positioning inadequate time zone, a problem may occur in actual GPS positioning, so it needs to be improved.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the conventional problem. In particular, even in a location where the positioning environment is bad, such as an urban area or a mountainous area, the possibility that at least three satellites can be captured is higher than the conventional one. It is an object of the present invention to provide a GPS receiving terminal, a GPS reference station, and computer software that can improve the reliability in positioning by a positioning system as compared with the prior art.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. The almanac data (rough satellite orbit information) is used to estimate the GPS satellite arrangement, and the time zone in which the number of visible GPS satellites is reduced and the visible GPS satellites can be switched. Assist data that prevents elapse of the positioning rate by transmitting ephemeris data (detailed satellite orbit information) received at the reference station to the GPS receiving terminal via the communication network before the GPS positioning inadequate time zone such as an increasing time zone. It is an acquisition method.
[0012]
That is, the present invention performs a positioning operation using ephemeris data, a GPS receiving unit that receives almanac data and ephemeris data from a GPS satellite, an orbit estimation unit that estimates the GPS satellite arrangement using the received almanac data, and In GPS receiving terminals that include a positioning calculation unit and a communication unit that transmits and receives data to and from the GPS reference station , GPS positioning inadequate time zones such as a time zone in which the number of visible GPS satellites decreases or a time in which switching of visible GPS satellites increases An unsuitable time zone determination unit that determines that the ephemeris data is transmitted to the GPS reference station according to the determination of the unsuitable time zone determination unit, and before the GPS positioning unsuitable time zone. A GPS receiving terminal that receives ephemeris data from a GPS reference station.
[0014]
In the present invention, the communication unit is a GPS receiving terminal that receives an ephemeris data transmission request from a GPS reference station in response to an operation of a user operation button.
[0015]
Furthermore, the present invention provides a GPS receiving terminal comprising a GPS receiving unit that receives ephemeris data from a GPS satellite, a positioning calculation unit that performs positioning calculation using ephemeris data, and a communication unit that performs data transmission and reception with a GPS reference station. , Including a non-appropriate time zone determination unit that determines that a GPS positioning inadequate time zone, such as a time zone in which the number of visible GPS satellites decreases or a time in which switching of visible GPS satellites increases, the communication unit, It is a GPS receiving terminal that makes an ephemeris data transmission request to the GPS reference station according to the determination of the inappropriate time zone determination unit and receives ephemeris data from the GPS reference station before the GPS positioning inappropriate time zone.
[0016]
In addition, the present invention provides a GPS receiver that receives almanac data and ephemeris data from a GPS satellite, a navigation data storage device that stores the received almanac data and ephemeris data, and a communication device that transmits and receives data to and from the GPS receiving terminal. In the GPS reference station, the communication device transmits the ephemeris data from the GPS receiving terminal before the GPS positioning inadequate time zone such as a time zone in which the number of visible GPS satellites decreases or a time zone in which the switching of visible GPS satellites increases. It is a GPS reference station that receives the request and transmits the ephemeris data stored in the navigation data storage device to the GPS receiving terminal.
[0018]
Furthermore, the present invention provides a GPS receiver that receives almanac data and ephemeris data from a GPS satellite, a navigation data storage device that stores the received almanac data and ephemeris data, and a communication device that transmits and receives data to and from the GPS receiving terminal. In the GPS reference station, the GPS satellite arrangement is estimated using the almanac data, and the GPS positioning inappropriate time zone such as a time zone in which the number of visible GPS satellites is reduced or a time in which switching of visible GPS satellites is increased is obtained. The communication device receives an ephemeris data transmission request from the GPS receiving terminal according to the determination of the inappropriate time zone determination device and stores it in the navigation data storage device. This is a GPS reference station that transmits ephemeris data to a GPS receiving terminal.
[0019]
In addition, the present invention performs a positioning calculation using ephemeris data, a GPS receiving function for receiving almanac data and ephemeris data from a GPS satellite, an orbit estimation function for estimating a GPS satellite arrangement using the received almanac data, and A computer software for operating a GPS receiving terminal so as to have a positioning calculation function and a communication function for transmitting / receiving data to / from a GPS reference station, and switching between visible GPS satellites or a time zone when the number of visible GPS satellites is reduced. The GPS receiving terminal is operated so as to have an inappropriate time zone determination function for determining that a GPS positioning inappropriate time zone such as an increased time zone is reached, and based on the determination result of the inappropriate time zone determination function by the communication function in front of the GPS positioning unsuitable time zone, to receive the ephemeris data from the GPS reference station Cormorant wherein a computer software for operating the GPS receiving terminal.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
Embodiments of a GPS receiving terminal and a GPS reference station according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a GPS receiving terminal and a GPS reference station according to the first embodiment. FIG. 2 is an explanatory diagram of an example of a navigation message acquisition procedure according to the first embodiment. FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of a GPS receiving terminal and a GPS reference station according to the second embodiment.
[0021]
Example 1 will be described. The GPS receiving terminal of the present embodiment includes a GPS receiving unit that receives almanac data and ephemeris data from a GPS satellite, an orbit estimation unit that estimates the GPS satellite arrangement using the received almanac data, and positioning using the ephemeris data. A positioning calculation unit that performs calculation and a communication unit that transmits and receives data to and from the GPS reference station, and the communication unit is a GPS positioning such as a time zone in which the number of visible GPS satellites decreases or a time zone in which the number of visible GPS satellites increases. Ephemeris data from a GPS reference station is received before the inappropriate time zone. Further, the GPS reference station of this embodiment is a GPS receiver that receives almanac data and ephemeris data from GPS satellites, a navigation data storage device that stores the received almanac data and ephemeris data, and data transmission / reception with the GPS receiving terminal. The communication device stores in the navigation data storage device before the GPS positioning inadequate time zone such as a time zone in which the number of visible GPS satellites decreases or a time zone in which the number of visible GPS satellites increases. The ephemeris data is transmitted to the GPS receiving terminal.
[0022]
A GPS positioning system (terminal processing type) and an assist data acquisition method configured by the GPS receiving terminal and the GPS reference station according to the first embodiment will be described in detail. FIG. 1 shows the GPS satellite arrangement in the terminal using the almanac data stored in the GPS receiving terminal, and the GPS such as a time zone when the number of visible GPS satellites is reduced or a time zone when switching the visible GPS satellites is increased. The GPS receiver terminal automatically acquires navigation messages from the reference station server using the public packet communication line before the positioning inadequate time period, so it is easy to calculate the location even in places with poor reception environment such as urban areas and mountain areas. In addition, a GPS positioning system that can prevent a decrease in positioning rate is shown. The configuration is roughly divided into a GPS receiving terminal 1 and a reference station 2. The configuration and operation of each part will be described in detail.
[0023]
The reference station includes a GPS reference station antenna 21, a GPS reference station receiver 22, a navigation message assist server 23, a router 24, and the like. The reference station 2 is installed in a place where the sky is open, always acquires the latest navigation message by the GPS reference station antenna and the receiver, and accumulates it in the assist server 23. Further, according to the request of the GPS receiving terminal 1, a navigation message is transmitted to the GPS receiving terminal 1 using the public packet communication network 4. When the reference station 2 has no obstacles in the sky, the visible GPS satellites 3a to 3d are almost the same in Japan, so one is installed in Japan.
[0024]
The GPS receiving terminal 1 includes a GPS receiving unit 11, a packet communication unit 12, a positioning calculation unit 13, a trajectory estimation unit 14, a GPS antenna 15, a packet communication antenna 16, a display unit 17, and the like. The GPS receiving terminal 1 has two communication functions via the GPS satellites 3 a to 3 d and the packet communication network 4. The orbit estimation unit 14 estimates the GPS satellite arrangement using the almanac data, and if it is determined that the number of visible GPS satellites is reduced, the orbit estimation unit 14 communicates with the assist server 23 in the reference station 2 via the communication unit 12. The navigation message stored in the assist server 23 is requested and acquired.
[0025]
An example of the navigation message acquisition procedure in the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The number of visible GPS satellites is estimated using almanac data (S101). It is determined whether the estimated number of visible GPS satellites is 4 or more (S102). If it is 4 or more, a navigation message is acquired from the GPS satellites as usual (S111), and a positioning calculation is performed (S131). However, if it is predicted that the number of visible satellites will be 4 or less, before that time period, the GPS receiving terminal automatically accesses the assist server of the reference station and acquires the latest navigation message (S121). Then, positioning calculation is performed (S131). In this way, the positioning result can be obtained.
[0026]
In the first embodiment, the GPS receiver automatically determines that it is in a GPS positioning inappropriate time zone such as a time zone in which the number of visible GPS satellites decreases or a time zone in which the switching of visible GPS satellites increases, It is also possible to make an ephemeris data transmission request in response to the operation.
[0027]
A second embodiment will be described. The GPS receiving terminal of this embodiment includes a GPS receiving unit that receives ephemeris data from a GPS satellite, a positioning calculation unit that performs positioning calculation using the ephemeris data, and a communication unit that performs data transmission and reception with a GPS reference station. The communication unit receives the ephemeris data from the GPS reference station before the GPS positioning inadequate time zone such as a time zone in which the number of visible GPS satellites decreases or a time zone in which the switching of visible GPS satellites increases. Further, the GPS reference station of this embodiment is a GPS receiver that receives almanac data and ephemeris data from GPS satellites, a navigation data storage device that stores the received almanac data and ephemeris data, and data transmission / reception with the GPS receiving terminal. And a GPS device inadequate time zone such as a time zone in which the number of visible GPS satellites decreases or a time period in which the number of visible GPS satellites increases increases, by estimating the GPS satellite arrangement using almanac data. The communication device transmits the ephemeris data stored in the navigation data storage device to the GPS receiving terminal according to the determination by the inappropriate time zone determination device.
[0028]
A GPS positioning system (reference station processing type) and an assist data acquisition method configured by the GPS receiving terminal and the GPS reference station according to the second embodiment will be described in detail. FIG. 3 shows the GPS satellite arrangement on the reference station side, and the public from the reference station side before the GPS positioning inadequate time zone such as a time zone in which the number of visible GPS satellites decreases and a time zone in which there are many switching of visible GPS satellites. 1 shows a GPS positioning system that automatically transmits a navigation message to a GPS receiving terminal using a packet communication line. The configuration is roughly divided into a GPS receiving terminal 1b and a reference station 2b. The configuration and operation of each part will be described in detail.
[0029]
The reference station 2b includes a GPS reference station antenna 21, a GPS reference station receiver 22, a navigation message assist server 23, a router 24, a trajectory estimation process 25, and the like. Compared to the first embodiment, a trajectory estimation process 25 is provided. The reference station 2b is installed in a place where the sky is open, and the latest navigation message is always acquired by the GPS reference station antenna 21 and the receiver 22 and stored in the assist server 23. In the orbit estimation process 25, the GPS satellite arrangement is estimated using the almanac data stored in the assist server 23, and it is determined that the number of visible GPS satellites is reduced or that the visible GPS satellites 3a to 3d are frequently switched. In addition, the ephemeris data is automatically transmitted to the GPS receiving terminal 1b using the packet communication network 4. The destination GPS receiving terminal 1b is pre-registered in the assist server 23, for example. When there is no obstacle in the sky, the reference station 2b is installed in one place in Japan because the visible GPS satellites are almost the same in Japan.
[0030]
The GPS receiving terminal 1b includes a GPS receiving unit 11, a packet communication unit 12, a positioning calculation unit 13, a GPS antenna 15, a packet communication antenna 16, a display unit 17, and the like. Compared to Example 1, the trajectory estimation unit is not provided. The GPS receiving terminal 1b has two communication functions of the GPS satellites 3a to 3d and the packet communication network 4, and normally performs positioning based on the ephemeris data acquired from the GPS satellites 3a to 3d, but the navigation from the reference station server 2b. When a message is transmitted, positioning calculation is performed using the ephemeris data included in the navigation message.
[0031]
As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent a decrease in the positioning rate even in a time zone when the number of visible GPS satellites is small or a time zone when there are many switching of visible GPS satellites. . In particular, even in locations where the positioning environment is poor, such as in urban areas and mountainous areas, there is a high possibility that at least three satellites can be captured, and the reliability of positioning by the GPS positioning system can be improved compared to conventional methods. it can.
[0032]
In the above-described embodiment, problems in the GPS positioning inadequate time zone such as a time zone in which the number of visible GPS satellites is reduced and a time zone in which visible GPS satellites are frequently switched are solved.
[0033]
In this respect, the present embodiment may be implemented in order to improve the GPS positioning inadequate time zone. However, the time zone in which the number of visible GPS satellites is reduced in advance. The above embodiment may be implemented in advance in anticipation of the prediction, that is, the GPS positioning inappropriate time zone.
[0034]
In the above embodiment, the GPS receiving terminal has been described. However, a GPS receiving function for receiving almanac data and ephemeris data from a GPS satellite, an orbit estimation function for estimating a GPS satellite arrangement using the received almanac data, It has a positioning calculation function that performs positioning calculation using ephemeris data, and a communication function that transmits and receives data to and from the GPS reference station. The communication function is a time zone when the number of visible GPS satellites is reduced or switching between visible GPS satellites By using a program having a function of receiving ephemeris data from a GPS reference station before a GPS positioning inadequate time zone such as a time zone where the number of GPS signals is increased, a conventional GPS receiving terminal is made the GPS receiving terminal of the present invention Can do. Similarly, the computer software can be changed for the GPS reference station.
[0035]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is a high possibility that at least three or more satellites can be captured even in a location where the positioning environment is bad, such as an urban area or a mountainous area, and the reliability in positioning by the GPS positioning system is improved. A GPS receiving terminal and a GPS reference station can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a GPS receiving terminal and a GPS reference station according to a first embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an example of a navigation message acquisition procedure according to the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of a GPS receiving terminal and a GPS reference station according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1b GPS receiving terminal 11 GPS receiving part 12 Packet communication part 13 Positioning calculation part 14 Orbit estimation part 15 GPS antenna 16 Packet communication antenna 17 Display part 2, 2b Reference station 21 GPS reference station antenna 22 GPS reference station receiver 23 Assist server 24 router 25 orbit estimation processing 3a-3d GPS satellite

Claims

A GPS receiver for receiving almanac data and ephemeris data from GPS satellites;
A trajectory estimator that estimates GPS satellite placement using the received almanac data;
A positioning calculation unit that performs positioning calculation using ephemeris data;
In a GPS receiving terminal comprising a communication unit that performs data transmission and reception with a GPS reference station,
It is equipped with an inappropriate time zone determination unit that determines that a GPS positioning inappropriate time zone such as a time zone when the number of visible GPS satellites decreases or a time when switching of visible GPS satellites increases,
The communication unit makes an ephemeris data transmission request to the GPS reference station according to the determination of the inappropriate time zone determination unit, and receives ephemeris data from the GPS reference station before the GPS positioning inappropriate time zone. Receiving terminal.

The GPS receiving terminal according to claim 1, wherein
The GPS receiving terminal , wherein the communication unit makes an ephemeris data transmission request to a GPS reference station in response to an operation of a user operation button .

A GPS receiver for receiving ephemeris data from GPS satellites;
A positioning calculation unit that performs positioning calculation using ephemeris data;
In a GPS receiving terminal including a communication unit that performs data transmission and reception with a GPS reference station,
It is equipped with an inappropriate time zone determination unit that determines that a GPS positioning inappropriate time zone such as a time zone when the number of visible GPS satellites decreases or a time when switching of visible GPS satellites increases,
The communication unit have rows ephemeris data transmission request to the GPS reference station according to unsuitable hours determination of decision, before the GPS positioning unsuitable hours, GPS, characterized in that to receive the ephemeris data from the GPS reference station Receiving terminal.

A GPS receiver for receiving the almanac data and the ephemeris data from GPS satellites, and navigation data storage device for storing almanac data and ephemeris data received at GPS reference station and a communication device for performing data transmission and reception with the GPS receiving terminal ,
The communication device, before the GPS positioning unsuitable hours time zones such as switching increases the time zone or the visible GPS satellites number visible GPS satellites decreases, receives ephemeris data transmission request from the GPS receiving terminal, navigation data A GPS reference station that transmits ephemeris data stored in a storage device to the GPS receiving terminal .

In a GPS reference station comprising a GPS receiver that receives almanac data and ephemeris data from a GPS satellite, a navigation data storage device that stores the received almanac data and ephemeris data, and a communication device that transmits and receives data to and from the GPS receiving terminal ,
Inappropriate time zone for estimating the GPS satellite arrangement using the almanac data and determining that the GPS positioning inadequate time zone such as a time zone in which the number of visible GPS satellites is reduced or a time in which switching of visible GPS satellites is increased The communication device receives an ephemeris data transmission request from the GPS receiving terminal according to the determination of the inappropriate time zone determining device, and sends the ephemeris data stored in the navigation data storage device to the GPS receiving terminal. A GPS reference station that transmits.

GPS reception function for receiving almanac data and ephemeris data from GPS satellites;
An orbit estimation function that estimates the GPS satellite placement using the received almanac data;
Computer software that operates a GPS receiving terminal so as to have a positioning calculation function that performs positioning calculation using ephemeris data and a communication function that performs data transmission and reception with a GPS reference station,
Operating the GPS receiving terminal so as to have an inappropriate time zone determination function for determining that the GPS positioning time zone is not suitable, such as a time zone in which the number of visible GPS satellites is reduced or a time zone in which the switching of visible GPS satellites is increased, Computer software for operating the GPS receiving terminal to receive ephemeris data from a GPS reference station before a GPS positioning inappropriate time zone based on a judgment result of the inappropriate time zone judging function by a communication function Wear .