JP4657050B2 - Speed vector determination system - Google Patents
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Description
本発明は、車両などの移動体に搭載され、GPSなどの衛星信号のみを利用して、移動体の速度ベクトルを高精度で求める、速度ベクトル決定システムに関する。 The present invention relates to a speed vector determination system that is mounted on a moving body such as a vehicle and obtains the speed vector of the moving body with high accuracy by using only satellite signals such as GPS.
移動体、例えば車では、GPSなどの衛星信号を利用して、その位置とともに、移動する速さ及び方向、即ち速度ベクトルを高精度で求めることが要望されている。 In a mobile object such as a car, it is desired to use a satellite signal such as GPS to obtain the moving speed and direction, that is, the velocity vector with high accuracy along with its position.
速度ベクトルを高精度で求めるためにはドップラー周波数を有効に利用することが望ましく、演算に用いる複数の衛星信号の内の一つの衛星信号は比較的低仰角の衛星からの衛星信号を利用することが良い。 In order to obtain the velocity vector with high accuracy, it is desirable to use the Doppler frequency effectively, and one of the satellite signals used for the calculation should use a satellite signal from a satellite with a relatively low elevation angle. Is good.
しかし、都市部のビル街などの道路においては、高仰角衛星からの衛星信号は直接に得られるとしても、低仰角衛星からの衛星信号は、ビルなどに遮られて反射してから得られることが多くなってしまう。即ち、受信した衛星信号に、マルチパスの影響を受けた衛星信号が含まれることが多い。 However, on roads in urban buildings, satellite signals from high-elevation satellites can be obtained directly, but satellite signals from low-elevation satellites can be obtained after being blocked by buildings and reflected. Will increase. That is, the received satellite signal often includes a satellite signal affected by multipath.
このマルチパスの影響を受けた衛星信号をも含めて求めた速度ベクトルVFは、誤差成分を含むから、速度ベクトルを高精度で求めることはできない。 Since the velocity vector VF obtained including the satellite signal affected by the multipath includes an error component, the velocity vector cannot be obtained with high accuracy.
このようなマルチパスの影響を軽減するために、方位センサ及び車速センサを用いて、方位センサから得られる方位と車速センサから得られる速さに基づいて、推測速度ベクトルを得ることが、特許文献1に示されている。特許文献1では、この方位センサ及び車速センサをも用いることによって、測位位置及び速度ベクトルを得ている。
従来の特許文献1に示された方法のように、速度ベクトル決定システムを含むナビゲーション装置では、安価に構成するために、方位センサとして、地磁気センサや角速度センサを用いる推測速度ベクトル方式によることが一般的である。
As in the conventional method disclosed in
しかし、地磁気センサを用いた場合には、鉄橋などの磁性体が多い場所で大きな誤差を発生してしまう。 However, when a geomagnetic sensor is used, a large error occurs in a place where there are many magnetic materials such as an iron bridge.
また、角速度センサを用いた場合には、相対方位しか得られないため、他の手段(例えば、衛星速度演算装置)から正しい絶対方位が得られることが重要であるが、高層ビル街などでは前述のように正しい速度ベクトルが得られないことが多いことが問題となる。 In addition, when an angular velocity sensor is used, only a relative direction can be obtained. Therefore, it is important to obtain a correct absolute direction from other means (for example, a satellite speed calculation device). It is a problem that a correct velocity vector is often not obtained as shown in FIG.
したがって、推測速度ベクトル方式による場合には、方位精度の良い高価なジャイロスコープなどを用いることが必要となってくる。この場合には、ナビゲーション装置が高価なものとなってしまうという問題がある。 Therefore, in the case of using the estimated speed vector method, it is necessary to use an expensive gyroscope with good azimuth accuracy. In this case, there is a problem that the navigation device becomes expensive.
本発明は、車両などの移動体に搭載され、GPSなどの衛星信号のみを利用して、コストアップとなる他の推測航法センサを必要とせず、高層ビル街などマルチパスの影響が大きい環境下でも、移動体の最適な速度ベクトルを求めることかできる、速度ベクトル決定システムを提供することを目的とする。 The present invention is mounted on a moving body such as a vehicle, uses only satellite signals such as GPS, does not require other dead reckoning sensors that increase costs, and is highly susceptible to multipath such as high-rise buildings. However, it is an object of the present invention to provide a speed vector determination system that can determine an optimal speed vector of a moving object.
請求項1の速度ベクトル決定システムは、移動体に搭載され、複数の衛星からの衛星信号を利用して前記移動体の速度ベクトルを求める速度ベクトル決定システムであって、
各衛星信号に追尾して追尾情報を送出する衛星信号追尾装置と、
前記衛星信号追尾装置で追尾している複数衛星の中から、衛星軌道情報に基づく衛星仰角情報を利用して、少なくとも1つの衛星が共通に含まれ且つ他の衛星が含まれた、3以上の衛星信号からなる複数の組み合わせを求める、衛星組み合わせ決定装置と、
前記衛星組み合わせ決定装置で決定された複数の組み合わせ毎の速度ベクトル解をそれぞれ演算して速度ベクトル解候補を得る速度ベクトル解候補演算装置と、
前記速度ベクトル解候補演算装置で得られた速度ベクトル解候補に関して、各速度ベクトル解候補間の一致度に基づいて、最適速度ベクトルを求める最適解選択装置とを有することを特徴とする。
The speed vector determination system according to
A satellite signal tracking device that tracks each satellite signal and sends tracking information;
Of the plurality of satellites tracked by the satellite signal tracking device, using satellite elevation angle information based on satellite orbit information, at least one satellite is commonly included and other satellites are included. A satellite combination determination device for obtaining a plurality of combinations of satellite signals;
A velocity vector solution candidate calculation device for calculating a velocity vector solution for each of a plurality of combinations determined by the satellite combination determination device to obtain a velocity vector solution candidate;
It has an optimum solution selection device for obtaining an optimum velocity vector based on the degree of coincidence between the velocity vector solution candidates with respect to the velocity vector solution candidates obtained by the velocity vector solution candidate calculation device.
請求項2の速度ベクトル決定システムは、移動体に搭載され、複数の衛星からの衛星信号を利用して前記移動体の速度ベクトルを求める速度ベクトル決定システムであって、
各衛星信号に追尾して追尾情報を送出する衛星信号追尾装置と、
前記衛星信号追尾装置で追尾している複数衛星の中から、衛星軌道情報に基づく衛星仰角情報を利用して、少なくとも1つの衛星が共通に含まれ且つ他の衛星が含まれた、3以上の衛星信号からなる複数の組み合わせを求める、衛星組み合わせ決定装置と、
前記衛星組み合わせ決定装置で決定された複数の組み合わせ毎の速度ベクトル解をそれぞれ演算して速度ベクトル解候補を得る速度ベクトル解候補演算装置と、
前記速度ベクトル解候補演算装置で得られた速度ベクトル解候補に関して、前回速度ベクトルとの一致度に基づいて、最適速度ベクトルを求める最適解選択装置とを有することを特徴とする。
The speed vector determination system according to claim 2 is a speed vector determination system which is mounted on a mobile body and obtains the speed vector of the mobile body using satellite signals from a plurality of satellites,
A satellite signal tracking device that tracks each satellite signal and sends tracking information;
Of the plurality of satellites tracked by the satellite signal tracking device, using satellite elevation angle information based on satellite orbit information, at least one satellite is commonly included and other satellites are included. A satellite combination determination device for obtaining a plurality of combinations of satellite signals;
A velocity vector solution candidate calculation device for calculating a velocity vector solution for each of a plurality of combinations determined by the satellite combination determination device to obtain a velocity vector solution candidate;
It has an optimum solution selection device for obtaining an optimum velocity vector based on the degree of coincidence with the previous velocity vector regarding the velocity vector solution candidate obtained by the velocity vector solution candidate computing device.
請求項3の速度ベクトル決定システムは、移動体に搭載され、複数の衛星からの衛星信号を利用して前記移動体の速度ベクトルを求める速度ベクトル決定システムであって、
各衛星信号に追尾して追尾情報を送出する衛星信号追尾装置と、
前記衛星信号追尾装置で追尾している複数衛星の中から、衛星軌道情報に基づく衛星仰角情報を利用して、少なくとも1つの衛星が共通に含まれ且つ他の衛星が含まれた、3以上の衛星信号からなる複数の組み合わせを求める、衛星組み合わせ決定装置と、
前記衛星組み合わせ決定装置で決定された複数の組み合わせ毎の速度ベクトル解をそれぞれ演算して速度ベクトル解候補を得る速度ベクトル解候補演算装置と、
前記速度ベクトル解候補演算装置で得られた速度ベクトル解候補に関して、各速度ベクトル解候補間の最小ベクトル差を所定閾値と比較し、最小ベクトル差が前記所定閾値より大きいときに前回速度ベクトルとの一致度に基づいて最適速度ベクトルを求め、且つ最小ベクトル差が前記所定閾値より大きくないときに各速度ベクトル解候補間の一致度に基づいて最適速度ベクトルを求める、最適解選択装置とを有することを特徴とする。
The speed vector determination system according to claim 3 is a speed vector determination system which is mounted on a mobile body and obtains the speed vector of the mobile body using satellite signals from a plurality of satellites.
A satellite signal tracking device that tracks each satellite signal and sends tracking information;
Of the plurality of satellites tracked by the satellite signal tracking device, using satellite elevation angle information based on satellite orbit information, at least one satellite is commonly included and other satellites are included. A satellite combination determination device for obtaining a plurality of combinations of satellite signals;
A velocity vector solution candidate calculation device for calculating a velocity vector solution for each of a plurality of combinations determined by the satellite combination determination device to obtain a velocity vector solution candidate;
With respect to the velocity vector solution candidates obtained by the velocity vector solution candidate calculation device, the minimum vector difference between the velocity vector solution candidates is compared with a predetermined threshold, and when the minimum vector difference is larger than the predetermined threshold, An optimum solution selection device that obtains an optimum velocity vector based on the degree of coincidence and obtains an optimum velocity vector based on the degree of coincidence between the respective velocity vector solution candidates when the minimum vector difference is not greater than the predetermined threshold. It is characterized by.
請求項4の速度ベクトル決定システムは、請求項1乃至3のいずれかに記載の速度ベクトル決定システムにおいて、前記衛星組み合わせ決定装置は、前記複数の組み合わせを求めるに際して、前記衛星軌道情報に基づく衛星仰角情報とともに、前記追尾情報に基づく信号レベル情報をも利用することを特徴とする。
The velocity vector determination system according to claim 4 is the velocity vector determination system according to any one of
請求項5の速度ベクトル決定システムは、請求項1乃至4のいずれかに記載の速度ベクトル決定システムにおいて、前記衛星組み合わせ決定装置における複数の組み合わせにおいて、前記共通に含まれる衛星は、所定の仰角より高仰角の衛星であり、前記他の衛星は、前記所定の仰角より低い低仰角の衛星であることを特徴とする。 A speed vector determination system according to a fifth aspect is the speed vector determination system according to any one of the first to fourth aspects, wherein in the plurality of combinations in the satellite combination determination device, the commonly included satellites have a predetermined elevation angle. It is a satellite having a high elevation angle, and the other satellite is a satellite having a low elevation angle lower than the predetermined elevation angle.
請求項6の速度ベクトル決定システムは、請求項5に記載の速度ベクトル決定システムにおいて、前記高仰角衛星は、2個であることを特徴とする。 A speed vector determination system according to a sixth aspect is the speed vector determination system according to the fifth aspect, wherein the number of the high elevation satellites is two.
請求項7の速度ベクトル決定システムは、請求項1乃至6のいずれかに記載の速度ベクトル決定システムにおいて、前記最適解選択装置は、前記最適速度ベクトルと、全衛星を利用して求めた概略速度ベクトルとを比較し、前記最適速度ベクトルが前記概略速度ベクトルと所定閾値以上異なる場合には、前記概略速度ベクトルに基づいて最終解を得ることを特徴とする。
The speed vector determination system according to claim 7 is the speed vector determination system according to any one of
請求項8の速度ベクトル決定システムは、請求項1乃至6のいずれかに記載の速度ベクトル決定システムにおいて、前記最適解選択装置は、前記最適速度ベクトルの方位と、前回方位とを比較し、前記最適速度ベクトルの方位が前記前回方位と所定閾値以上異なる場合には、速さは前記最適速度ベクトルの速さとし且つ方位は前記前回方位に、前記最適速度ベクトルの方位へ近づくように、所定角度だけ加算もしくは減算した速度ベクトルに基づいて最終解を得ることを特徴とする。
The speed vector determination system according to claim 8 is the speed vector determination system according to any one of
本発明の速度ベクトル決定システムによれば、GPSなどの衛星信号のみを利用して、コストアップとなる他の推測航法センサを必要とせず、高層ビル街などマルチパスの影響が大きい環境下でも、移動体の最適な速度ベクトルを求めることかできる。 According to the speed vector determination system of the present invention, only a satellite signal such as GPS is used, and no other dead reckoning navigation sensor that increases the cost is required. The optimum velocity vector of the moving object can be obtained.
また、衛星信号追尾装置で追尾している複数衛星の中から、衛星軌道情報に基づく衛星仰角情報及び追尾情報に基づく信号レベル情報を利用して、少なくとも1つの衛星が共通に含まれ且つ他の衛星が含まれ、3以上の衛星信号からなる複数の組み合わせを求め、その複数の組み合わせ毎の速度ベクトル解をそれぞれ演算して速度ベクトル解候補を得、且つそれら各速度ベクトル解候補間の一致度に基づいて、最適速度ベクトルを求める。これにより、移動体と高層ビル街との相対関係が不明な状態で、マルチパスの影響が大きい環境下でも、移動体の最適な速度ベクトルを求めることが期待できる。 In addition, at least one satellite is included in common by using satellite elevation angle information based on satellite orbit information and signal level information based on tracking information from a plurality of satellites tracked by the satellite signal tracking device. Satellites are included, a plurality of combinations of three or more satellite signals are obtained, velocity vector solutions for each of the combinations are calculated to obtain velocity vector solution candidates, and the degree of coincidence between these velocity vector solution candidates Based on the above, the optimum velocity vector is obtained. As a result, it can be expected that an optimum velocity vector of the moving object is obtained even in an environment where the influence of multipath is large in a state in which the relative relationship between the moving object and the skyscraper is unknown.
また、速度ベクトル解候補演算装置で得られた速度ベクトル解候補に関して、前回速度ベクトルとの一致度に基づいて、最適速度ベクトルを求めるから、速度ベクトル解候補がそれぞれ大きく異なっても、前回速度ベクトルを参照して、マルチパスの影響が大きい環境下でも、移動体の最適な速度ベクトルを求めることか期待できる。 Further, since the optimum speed vector is obtained based on the degree of coincidence with the previous speed vector for the speed vector solution candidate obtained by the speed vector solution candidate calculation device, even if the speed vector solution candidates greatly differ from each other, the previous speed vector It can be expected that the optimum velocity vector of the moving object is obtained even in an environment where the influence of multipath is large.
また、速度ベクトル解候補演算装置で得られた速度ベクトル解候補に関して、各速度ベクトル解候補間の最小ベクトル差を所定閾値と比較し、最小ベクトル差が所定閾値より大きいときに前回速度ベクトルとの一致度に基づいて最適速度ベクトルを求め、且つ最小ベクトル差が前記所定閾値より大きくないときに各速度ベクトル解候補間の一致度に基づいて最適速度ベクトルを求める。これにより、最小ベクトル差の大きさに応じて最適ベクトルを自動的に選択して決定することができる。 Further, regarding the speed vector solution candidate obtained by the speed vector solution candidate calculation device, the minimum vector difference between the respective speed vector solution candidates is compared with a predetermined threshold, and when the minimum vector difference is larger than the predetermined threshold, An optimum speed vector is obtained based on the degree of coincidence, and an optimum speed vector is obtained based on the degree of coincidence between the respective velocity vector solution candidates when the minimum vector difference is not greater than the predetermined threshold. Thereby, the optimum vector can be automatically selected and determined according to the magnitude of the minimum vector difference.
また、高仰角衛星を2個とし、他の衛星との組み合わせにより速度ベクトルを求めるから、移動体の最適な速度ベクトルを求めることが期待できる。 In addition, since there are two high elevation satellites and the velocity vector is obtained in combination with other satellites, it can be expected that the optimum velocity vector of the moving object is obtained.
図1は、本発明に係る衛星信号を利用した速度ベクトル決定システムの実施例の構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a velocity vector determination system using satellite signals according to the present invention.
アンテナ1は、GPS等の複数の衛星からの衛星信号を受信し、衛星信号追尾装置11に供給する。
The
衛星信号追尾装置11は、受信した衛星信号を追尾する。追尾に成功した衛星に関して、衛星追尾状況、衛星信号レベル、位置測定に利用される疑似距離データ、速度測定に利用される搬送波位相データなどの追尾情報を出力する。
The satellite
測位位置演算装置12は、衛星信号追尾装置11からの疑似距離データや制御装置100に含まれる衛星軌道演算装置から供給される衛星軌道情報などを基に測位位置の演算を行い、得られた測位位置Poutを制御装置100へ出力する。また、概略速度ベクトルVFを求め、最適解選択装置15に出力する。
The positioning
衛星組み合わせ決定装置13は、衛星信号追尾装置11で追尾している複数衛星の中から、3以上の衛星信号からなる複数の組み合わせを求める。平面を移動する車などの移動体では、3つの衛星信号からなる組み合わせで良く、必要に応じて4つ以上の衛星の組み合わせとすることができる。
The satellite
この複数の組み合わせには、少なくとも1つ、通常は2つの高仰角に位置する衛星が共通に含まれるとともに、低仰角の異なる衛星がそれぞれの組み合わせに含まれることがよい。 The plurality of combinations may include at least one, usually two, satellites located at a high elevation angle in common, and may include satellites with different low elevation angles in each combination.
ここで、高仰角とは、仰角が40°〜90°の範囲にあるものが良く、特に高層ビル街などでは仰角が50°〜90°の範囲にあるものが望ましい。この範囲の高仰角にあれば、ほぼ反射波によるマルチパスの影響を受けることはない。また、その他の衛星は、その高仰角より低い仰角に位置する衛星、即ち40°や50°以下の仰角の衛星、とすることでよい。 Here, the high elevation angle preferably has an elevation angle in the range of 40 ° to 90 °, and in high-rise buildings and the like, the elevation angle in the range of 50 ° to 90 ° is desirable. As long as the elevation angle is within this range, there is almost no influence of multipath due to reflected waves. The other satellites may be satellites located at an elevation angle lower than the high elevation angle, that is, satellites having an elevation angle of 40 ° or 50 ° or less.
図2は、高層ビル街での衛星受信状況を車の後方から見た図である。車21が高層ビル22と高層ビル23との間の道路を走行している。高仰角衛星24からは車21に衛星信号が直接波A1として伝送されている。また、低仰角衛星25からは、直接波B1は高層ビル22に遮られて車21には届かず、高層ビル23にて反射した反射波B2が車21に伝送されている。高仰角衛星24からの衛星信号は直接波であるからマルチパスの影響を受けない。ただ、高仰角衛星のみでは速度を求めるためのドップラー周波数の水平方向成分が小さいため、水平方向の速度ベクトルを高精度に求めることが難しい。
FIG. 2 is a view of the satellite reception situation in the high-rise building district as seen from the rear of the vehicle. A
図3は、高層ビル街での衛星受信状況を車の上方から見た図である。車21が高層ビル22と高層ビル23との間の道路を走行している。進行方向衛星26からは車21に衛星信号が直接波C1として伝送されている。また、交差方向衛星27からは、直接波D1は高層ビル22に遮られて車21には届かず、高層ビル23にて反射した反射波D2が車21に伝送されている。高層ビル街でも道路の進行方向やその逆方向に位置する衛星からの衛星信号は、やはり直接波C1が得られる。この進行方向の衛星が低仰角衛星である場合には、ドップラー周波数の水平方向成分が大きいため、正確な水平方向の速度ベクトルを求めることができる。しかし、衛星信号受信機にて、高層ビルの地図情報等も利用できない状況下では、どの衛星からの衛星信号が直接波であるかの判別はできない。
FIG. 3 is a view of the satellite reception situation in the high-rise building area as seen from above the vehicle. A
なお、この図2では、高仰角衛星24と低仰角衛星25とが1つずつ、また、図3では、進行方向衛星26と交差方向衛星27とが1つずつ記載されているが、一般的には高仰角衛星24、低仰角衛星25、進行方向衛星(その逆方向も含む)、交差方向衛星とを合わせて5,6個以上の衛星が常時存在すると考えて良い。
In FIG. 2, one
図4は、速度ベクトルの解を求めるための複数の衛星の組み合わせの例を示す図である。
この組み合わせ例は、高仰角衛星(黒星で表示した衛星Aと衛星B)を共通に含み、それに低仰角衛星(白星で表示した衛星C、衛星D、衛星E)をそれぞれ含んだ衛星の組み合わせを示している。第1の組み合わせは衛星A,衛星Bと衛星Cとの組み合わせであり、第2の組み合わせは衛星A,衛星Bと衛星Dとの組み合わせであり、また第3の組み合わせは衛星A,衛星Bと衛星Eとの組み合わせである。この組み合わせには、制御装置100からの衛星軌道情報を利用する。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a combination of a plurality of satellites for obtaining a velocity vector solution.
This combination example includes a combination of satellites that commonly include high elevation satellites (satellite A and satellite B indicated by black stars) and low elevation satellites (satellite C, satellite D, and satellite E indicated by white stars). Show. The first combination is a combination of satellite A, satellite B, and satellite C, the second combination is a combination of satellite A, satellite B, and satellite D, and the third combination is satellite A, satellite B, and Combination with satellite E. For this combination, satellite orbit information from the
また、衛星信号レベルをも利用して、単に仰角順に選ぶことに代えて、仰角が高く且つ衛星信号レベルも高い衛星を優先的に選ぶこととしても良い。 Further, using the satellite signal level, instead of simply selecting in order of elevation angle, a satellite having a high elevation angle and a high satellite signal level may be preferentially selected.
図1に戻って、速度ベクトル解候補演算装置14は、衛星組み合わせ決定装置13で決定された複数の組み合わせ毎の速度ベクトル解をそれぞれ演算して、複数の速度ベクトル解候補を得る。
Returning to FIG. 1, the velocity vector solution
速度ベクトル解候補演算装置14での複数の速度ベクトル解候補は、図4の衛星A,衛星Bと衛星Cからなる第1の組み合わせにより得られる速度ベクトルV1と、衛星A,衛星Bと衛星Dからなる第2の組み合わせにより得られる速度ベクトルV2と、衛星A,衛星Bと衛星Eからなる第3の組み合わせにより得られる速度ベクトルV3とが、候補1、候補2、候補3となる。更に多くの組み合わせが取られる場合には、より多くの候補が得られる。
A plurality of velocity vector solution candidates in the velocity vector solution
最適解選択装置15は、速度ベクトル解候補演算装置14で得られた速度ベクトル解候補、「候補1、候補2、候補3」に関して、所定の選択条件に基づいて最適速度ベクトルVsを求め、制御装置100に出力する。
The optimum
最適解選択装置15における第1の選択条件は、速度ベクトル解候補演算装置14で得られた速度ベクトル解候補「候補1、候補2、候補3」に関して、各速度ベクトル解候補間の一致度に基づいて、最適速度ベクトルVsを求める。
The first selection condition in the optimum
この例が図5に示されている。図5では、候補1と候補2とがほぼ同一の速度ベクトルを示しており、それらと比較して候補3が大きく異なっている。この場合には、候補1と候補2とのどちらかが最適速度ベクトルVsとして選択される。この場合にはどちらでもよいが、強いて言えば候補1と候補2の中で、前回の最適速度ベクトルにより一致する方を選択することになる。ただ、高仰角衛星が何らかの影響でマルチパスの影響を受けているなど特殊な場合には、異常解でも一致度が高い場合もあり得るので、前回方位及び速度との連続性も例えば閾値を設けて、異常解ではないことを判定することがよい。
An example of this is shown in FIG. In FIG. 5,
なお、速度ベクトル解候補間の一致度は、各候補の速度ベクトルの、緯度方向成分の差の絶対値+経度方向成分の差の絶対値、で求める。この和が、小さいほど一致度が高くなる。 Note that the degree of coincidence between the velocity vector solution candidates is obtained by the absolute value of the difference in latitude direction component of the velocity vector of each candidate + the absolute value of the difference in longitude direction component. The smaller this sum, the higher the degree of coincidence.
最適解選択装置15における第2の選択条件は、速度ベクトル解候補演算装置14で得られた速度ベクトル解候補「候補1、候補2、候補3」に関して、前回速度ベクトルとの一致度に基づいて、最適速度ベクトルVsを求める。
The second selection condition in the optimum
この例が図6に示されている。図6では、進行方向の衛星が少ない場合に、各候補はバラバラの速度ベクトルとなるが、候補1が前回の最適速度ベクトルと最も一致度が高いので、候補1を最適速度ベクトルVsとして選択し、制御装置100に出力する。
An example of this is shown in FIG. In FIG. 6, when the number of satellites in the traveling direction is small, each candidate becomes a disjoint velocity vector, but since
図6でもし候補1が無いと仮定すると、次に一致度が高い候補2を選択することになるが、この場合には前回方位との差が大きいので方位の連続性を重視するために方位変化に制限を設けて、所定の角度変化範囲内に方位変化を制限することがよい。
Assuming that there is no
また、実際に方位変更中の場合に、誤って前回方位に固定してしまわないように、全衛星の衛星信号を用いて求めた概略の速度ベクトルとの差をチェックすることがよい。 In addition, when the azimuth is actually being changed, it is preferable to check the difference from the approximate velocity vector obtained using the satellite signals of all satellites so that the azimuth is not accidentally fixed to the previous azimuth.
以上の動作を、図7のフロー図をも用いて、説明する。 The above operation will be described with reference to the flowchart of FIG.
ステップ101で、全衛星からの衛星信号を利用して概略速度ベクトルVFを求める。全衛星からの衛星信号には高層ビルなどでマルチパスを受けた反射波もあるが、直接波のものもあるから、概略の速度ベクトルVFは求められる。この概略の速度ベクトルVFは、高精度は期待できないが、一応の目安としては用いることができる。また、全衛星からの衛星信号としては、衛星信号追尾装置11が追尾できている衛星信号で良い。
In
次に、ステップ102で、高仰角衛星2個とその他の衛星の組み合わせを全て計算し、各組み合わせによる速度ベクトル候補V1、V2、V3、・・・Vnを求める。
Next, in
衛星の組み合わせは、高仰角衛星2個と、低仰角衛星1個との3衛星の組み合わせが良い。この3衛星の組み合わせとするには、車などの移動体の水平方向速度を求めたいので、高度方向の速度は零と近似し、緯度方向速度、経度方向速度及び内部発振器周波数の誤差の3変数を解けば良く、低仰角衛星が1個含まれることによって、よりよい精度を得ることが期待できる。もし、高度方向の速度も必要な場合には、高仰角の2衛星と他の2衛星もしくは、高仰角の3衛星と他の1衛星の組み合わせを形成して、速度ベクトルを解けばよい。 The combination of the satellites is preferably a combination of three satellites, two high elevation satellites and one low elevation satellite. In order to combine these three satellites, we want to determine the horizontal speed of a moving object such as a car. The altitude speed approximates zero, and the three variables of latitude speed, longitude speed and internal oscillator frequency error. It can be expected that better accuracy can be obtained by including one low elevation satellite. If altitude velocity is also required, a combination of two satellites with a high elevation angle and two other satellites, or a combination of three satellites with a high elevation angle and another satellite, and the velocity vector may be solved.
次に、ステップ103で、各速度ベクトル候補間の差D1、D2、D3、・・・Dnを求めて、その最小値を最小ベクトル差Dminをする。
Next, in
次に、ステップ104で、最小ベクトル差Dminを所定の閾値と比較する。最小ベクトル差Dminが所定の閾値より小さければ、ステップ105に進んで、最小ベクトル差Dminを形成した2つの速度ベクトル候補の中の、前回方位に近い候補を最有力候補速度ベクトルVmostとする。
Next, in
一方、ステップ104で、最小ベクトル差Dminが所定の閾値より小さくなければ、ステップ106に進んで、速度ベクトル候補V1、V2、V3、・・・Vnの中の、前回方位に一番近い候補を最有力候補速度ベクトルVmostとする。
On the other hand, if the minimum vector difference Dmin is not smaller than the predetermined threshold value in
次に、ステップ107では、ステップ105或いはステップ106で得られた最有力候補速度ベクトルVmostとステップ101で求めた概略速度ベクトルVFとを比較し、その差が所定閾値より小さいか否かを判別する。最有力候補速度ベクトルVmostと概略速度ベクトルVFとの差が、所定閾値より大きい場合には、ステップ108に進んで概略速度ベクトルVFを最終解とする。
Next, in
一方、最有力候補速度ベクトルVmostと概略速度ベクトルVFとの差が、所定閾値より小さい場合には、ステップ109に進む。 On the other hand, if the difference between the most probable candidate velocity vector Vmost and the approximate velocity vector VF is smaller than the predetermined threshold value, the routine proceeds to step 109.
ステップ109では、最有力候補速度ベクトルVmostの方位と、前回速度ベクトルの方位との方位差を所定閾値(所定角度)と比較する。その方位差が所定閾値(所定角度)より大きい場合には、ステップ110に進む。
In
ステップ110では、速さは最有力候補速度ベクトルVmostの速さのままとし、前回速度ベクトルの方位に所定閾値(所定角度)を最有力候補速度ベクトルVmostの方位に近づくように加算もしくは減算して最終方位とし、その最終方位と最有力候補速度ベクトルVmostの速さとを持つ速度ベクトルとする。
In
一方、その方位差が所定閾値(所定角度)より小さい場合には、ステップ111に進んで最有力候補速度ベクトルVmostを最終解とする。 On the other hand, if the heading difference is smaller than the predetermined threshold (predetermined angle), the routine proceeds to step 111, where the most probable candidate velocity vector Vmost is taken as the final solution.
そして、ステップ112で、ステップ110もしくはステップ111からの情報にしたがって、最終の方位と速さを決定して、最適速度ベクトルVsを求め、制御装置100に出力する。
In
なお、ステップ108からの出力を最終解とすることなく、概略速度ベクトルVFをステップ109に与えるように変更しても良い。その状態が図7中にて破線にて示されている。この変更例では、ステップ109での判断対象に、最有力候補速度ベクトルVmostに加えて、概略速度ベクトルVFも加わることになる。
It should be noted that the approximate velocity vector VF may be changed to be given to step 109 without making the output from
また、方位が得られれば、変数は速さと内部発振器周波数誤差の2変数になるので、方位決定後に仰角の高い2衛星などで速さを再度求めて、速度ベクトルを補正することもできる。 If the azimuth is obtained, the variable becomes two variables of speed and internal oscillator frequency error. Therefore, the speed vector can be corrected by obtaining the speed again with two satellites having a high elevation angle after the azimuth is determined.
例えば、3衛星の場合に、Hを方向余弦行列とすると、第1段階として、
[ H ][Vn、Ve、ΔT]=[ρ1、ρ2、ρ3]
の式を解くことで、緯度方向速度成分Vn、経度方向速度成分Veを求め、方位Θをtan-1(Ve/Vn)等で得る。ここで、Hは、H11〜H33からなる3行3列のマトリクスであり、ΔTは内部発振器周波数誤差であり、また、ρ1、ρ2、ρ3は各衛星の速度誤差成分である。方位Θを得た後に、マルチパスの少ない仰角の高い2衛星に関し、
[ H′][V、ΔT]=[ρ1、ρ2]などで速度を再度求めることで速度の精度があがるので、最終結果も3衛星で解くよりも真の速度解に近づく場合がある。なお、H′は、H11′〜H22′からなる2行2列のマトリクスであり、また、V=(Vn2+Ve2)1/2である。
For example, in the case of 3 satellites, if H is a direction cosine matrix,
[H] [Vn, Ve, ΔT] = [ρ1, ρ2, ρ3]
To obtain the latitude direction velocity component Vn and the longitude direction velocity component Ve, and obtain the azimuth Θ by tan −1 (Ve / Vn) or the like. Here, H is a 3 × 3 matrix of H11 to H33, ΔT is an internal oscillator frequency error, and ρ1, ρ2, and ρ3 are velocity error components of each satellite. After obtaining the azimuth Θ, for the two satellites with high elevation angle with few multipaths,
Since the accuracy of the speed is improved by obtaining the speed again by [H ′] [V, ΔT] = [ρ1, ρ2] etc., the final result may be closer to the true speed solution than by solving with three satellites. H ′ is a matrix with 2 rows and 2 columns composed of H11 ′ to H22 ′, and V = (Vn 2 + Ve 2 ) 1/2 .
また、以上の説明では、衛星信号系単独で行っているが、概略正しい推測速度ベクトルが衛星信号系以外でも得られる場合には、その推測ベクトルとの差を用いて、速度ベクトル候補V1、V2、V3、・・・Vnの候補を制限してから最適解を求めるようにしても良い。 In the above description, the satellite signal system alone is used. However, when a roughly correct estimated speed vector can be obtained from other than the satellite signal system, the speed vector candidates V1, V2 are used by using the difference from the estimated vector. , V3,..., Vn candidates may be limited before obtaining an optimal solution.
1 アンテナ
11 衛星信号追尾装置
12 測位位置演算装置
13 衛星組み合わせ決定装置
14 速度ベクトル解候補演算装置
15 最適解選択装置
100 制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (8)
各衛星信号に追尾して追尾情報を送出する衛星信号追尾装置と、
前記衛星信号追尾装置で追尾している複数衛星の中から、衛星軌道情報に基づく衛星仰角情報を利用して、少なくとも1つの衛星が共通に含まれ且つ他の衛星が含まれた、3以上の衛星信号からなる複数の組み合わせを求める、衛星組み合わせ決定装置と、
前記衛星組み合わせ決定装置で決定された複数の組み合わせ毎の速度ベクトル解をそれぞれ演算して速度ベクトル解候補を得る速度ベクトル解候補演算装置と、
前記速度ベクトル解候補演算装置で得られた速度ベクトル解候補に関して、各速度ベクトル解候補間の一致度に基づいて、最適速度ベクトルを求める最適解選択装置とを有することを特徴とする、速度ベクトル決定システム。 A speed vector determination system which is mounted on a mobile body and obtains the speed vector of the mobile body using satellite signals from a plurality of satellites,
A satellite signal tracking device that tracks each satellite signal and sends tracking information;
Of the plurality of satellites tracked by the satellite signal tracking device, using satellite elevation angle information based on satellite orbit information, at least one satellite is commonly included and other satellites are included. A satellite combination determination device for obtaining a plurality of combinations of satellite signals;
A velocity vector solution candidate calculation device for calculating a velocity vector solution for each of a plurality of combinations determined by the satellite combination determination device to obtain a velocity vector solution candidate;
A speed vector having a speed vector solution candidate obtained by the speed vector solution candidate calculation device, and an optimum solution selection device for obtaining an optimum speed vector based on a degree of coincidence between the speed vector solution candidates. Decision system.
各衛星信号に追尾して追尾情報を送出する衛星信号追尾装置と、
前記衛星信号追尾装置で追尾している複数衛星の中から、衛星軌道情報に基づく衛星仰角情報を利用して、少なくとも1つの衛星が共通に含まれ且つ他の衛星が含まれた、3以上の衛星信号からなる複数の組み合わせを求める、衛星組み合わせ決定装置と、
前記衛星組み合わせ決定装置で決定された複数の組み合わせ毎の速度ベクトル解をそれぞれ演算して速度ベクトル解候補を得る速度ベクトル解候補演算装置と、
前記速度ベクトル解候補演算装置で得られた速度ベクトル解候補に関して、前回速度ベクトルとの一致度に基づいて、最適速度ベクトルを求める最適解選択装置とを有することを特徴とする、速度ベクトル決定システム。 A speed vector determination system which is mounted on a mobile body and obtains the speed vector of the mobile body using satellite signals from a plurality of satellites,
A satellite signal tracking device that tracks each satellite signal and sends tracking information;
Of the plurality of satellites tracked by the satellite signal tracking device, using satellite elevation angle information based on satellite orbit information, at least one satellite is commonly included and other satellites are included. A satellite combination determination device for obtaining a plurality of combinations of satellite signals;
A velocity vector solution candidate calculation device for calculating a velocity vector solution for each of a plurality of combinations determined by the satellite combination determination device to obtain a velocity vector solution candidate;
A speed vector determination system, comprising: an optimum solution selection device that obtains an optimum velocity vector based on a degree of coincidence with a previous velocity vector with respect to a velocity vector solution candidate obtained by the velocity vector solution candidate calculation device. .
各衛星信号に追尾して追尾情報を送出する衛星信号追尾装置と、
前記衛星信号追尾装置で追尾している複数衛星の中から、衛星軌道情報に基づく衛星仰角情報を利用して、少なくとも1つの衛星が共通に含まれ且つ他の衛星が含まれた、3以上の衛星信号からなる複数の組み合わせを求める、衛星組み合わせ決定装置と、
前記衛星組み合わせ決定装置で決定された複数の組み合わせ毎の速度ベクトル解をそれぞれ演算して速度ベクトル解候補を得る速度ベクトル解候補演算装置と、
前記速度ベクトル解候補演算装置で得られた速度ベクトル解候補に関して、各速度ベクトル解候補間の最小ベクトル差を所定閾値と比較し、最小ベクトル差が前記所定閾値より大きいときに前回速度ベクトルとの一致度に基づいて最適速度ベクトルを求め、且つ最小ベクトル差が前記所定閾値より大きくないときに各速度ベクトル解候補間の一致度に基づいて最適速度ベクトルを求める、最適解選択装置とを有することを特徴とする、速度ベクトル決定システム。 A speed vector determination system which is mounted on a mobile body and obtains the speed vector of the mobile body using satellite signals from a plurality of satellites,
A satellite signal tracking device that tracks each satellite signal and sends tracking information;
Of the plurality of satellites tracked by the satellite signal tracking device, using satellite elevation angle information based on satellite orbit information, at least one satellite is commonly included and other satellites are included. A satellite combination determination device for obtaining a plurality of combinations of satellite signals;
A velocity vector solution candidate calculation device for calculating a velocity vector solution for each of a plurality of combinations determined by the satellite combination determination device to obtain a velocity vector solution candidate;
With respect to the velocity vector solution candidates obtained by the velocity vector solution candidate calculation device, the minimum vector difference between the velocity vector solution candidates is compared with a predetermined threshold, and when the minimum vector difference is larger than the predetermined threshold, An optimum solution selection device that obtains an optimum velocity vector based on the degree of coincidence and obtains an optimum velocity vector based on the degree of coincidence between the respective velocity vector solution candidates when the minimum vector difference is not greater than the predetermined threshold. A velocity vector determination system characterized by
The optimum solution selection device compares the direction of the optimum speed vector with the previous direction, and when the direction of the optimum speed vector differs from the previous direction by a predetermined threshold or more, the speed is the speed of the optimum speed vector. The final solution is obtained on the basis of a velocity vector obtained by adding or subtracting a predetermined angle so that the azimuth is closer to the azimuth of the optimum velocity vector than the previous azimuth. The velocity vector determination system described in 1.
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