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JP-2026076763-A - 測位システム、測位装置、測位方法、および測位プログラム

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Abstract

【課題】電離層遅延差が大きい基準局と対象局との間における測位システムを提供する。 【解決手段】測位システムは、人工衛星から第１の測位信号を受信する基準局と、前記人工衛星から第２の測位信号を受信する対象局と、を備え、前記基準局は、前記対象局の近傍に位置する評価局が前記人工衛星から受信した第３の測位信号に基づく電離層全電子数と、前記第１の測位信号に基づく電離層全電子数とを用いて、前記人工衛星の仰角および方位角の情報を含み、補正情報を生成するか否かを決定する仰角方位角マスクを生成し、前記基準局は、前記第１の測位信号に基づく測位誤差を用いて前記補正情報を生成し、前記対象局は、前記第２の測位信号と、前記情報と、前記仰角および前記方位角に応じた前記補正情報とに基づき、位置情報を算出する。 【選択図】図１

Inventors

  • 佐々木 裕央

Assignees

  • 日本電気株式会社

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (10)

  1. 人工衛星から第１の測位信号を受信する基準局と、 前記人工衛星から第２の測位信号を受信する対象局と、を備え、 前記基準局は、前記対象局の近傍に位置する評価局が前記人工衛星から受信した第３の測位信号に基づく電離層全電子数と、前記第１の測位信号に基づく電離層全電子数とを用いて、前記人工衛星の仰角および方位角の情報を含み、補正情報を生成するか否かを決定する仰角方位角マスクを生成し、 前記基準局は、前記第１の測位信号に基づく測位誤差を用いて前記補正情報を生成し、 前記対象局は、前記第２の測位信号と、前記情報と、前記仰角および前記方位角に応じた前記補正情報とに基づき、位置情報を算出する、測位システム。
  2. 前記仰角方位角マスクが含む前記情報は、前記基準局と前記人工衛星との間の仰角情報および方位角情報と、前記仰角情報および前記方位角情報に応じた重みとを有する、請求項１に記載の測位システム。
  3. 前記第２の測位信号に基づく仰角および方位角に対応する前記重みが、所定の値以上である場合、前記対象局は、前記補正情報を用いずに、前記第２の測位信号に基づき、前記位置情報を算出する、請求項２に記載の測位システム。
  4. 前記基準局は、前記仰角情報および前記方位角情報について、前記第３の測位信号に基づく電離層全電子数と、前記第１の測位信号に基づく電離層全電子数との全電子数差分量を算出し、 前記全電子数差分量が所定の閾値以上である場合、前記重みは１に設定される、請求項２に記載の測位システム。
  5. 前記基準局は、複数の異なる時間帯において、前記仰角情報および前記方位角情報について、前記全電子数差分量を算出し、 前記基準局は、前記複数の異なる時間帯における前記全電子数差分量のそれぞれに対して、複数の重みを設定し、 前記基準局は、前記複数の重みの和を、前記仰角情報および前記方位角情報に応じた前記重みに設定する、請求項４に記載の測位システム。
  6. 前記基準局は、前記補正情報に基づき算出された前記評価局の位置情報と、前記第３の測位信号に基づく前記評価局の位置情報との間の誤差を算出し、前記誤差に基づき前記所定の閾値を更新する、請求項４に記載の測位システム。
  7. 前記基準局は、前記対象局から所定の距離の範囲内に位置する前記評価局の識別情報を前記基準局に通知し、 前記対象局は、前記識別情報に対応する前記評価局についての前記仰角方位角マスクおよび前記補正情報を前記基準局から取得する、請求項１に記載の測位システム。
  8. 人工衛星から第１の測位信号を受信する基準局から、補正情報と、前記補正情報を用いるか否かを決定する情報を含む仰角方位角マスクとを取得する取得手段と、 前記人工衛星から第２の測位信号を受信し、前記人工衛星と測位装置との間の仰角および方位角を取得する受信手段と、 前記第２の測位信号と、前記仰角および前記方位角と、前記仰角および前記方位角に応じた前記仰角方位角マスクの前記情報と、前記仰角および前記方位角に応じた前記補正情報とに基づき、位置情報を算出する測位手段と、を備え、 前記仰角方位角マスクは、前記測位装置の近傍に位置する評価局が前記人工衛星から受信した第３の測位信号に基づく電離層全電子数と、前記第１の測位信号に基づく電離層全電子数とを用いて、前記基準局によって生成され、 前記補正情報は、前記第１の測位信号に基づく測位誤差を用いて、前記基準局によって生成される、測位装置。
  9. 人工衛星から第１の測位信号を受信する基準局から、補正情報と、前記補正情報を用いるか否かを決定する情報を含む仰角方位角マスクとを取得する取得ステップと、 前記人工衛星から第２の測位信号を受信し、前記人工衛星と測位装置との間の仰角および方位角を取得する受信ステップと、 前記第２の測位信号と、前記仰角および前記方位角と、前記仰角および前記方位角に応じた前記仰角方位角マスクの前記情報と、前記仰角および前記方位角に応じた前記補正情報とに基づき、位置情報を算出する測位ステップと、を備え、 前記仰角方位角マスクは、前記測位装置の近傍に位置する評価局が前記人工衛星から受信した第３の測位信号に基づく電離層全電子数と、前記第１の測位信号に基づく電離層全電子数とを用いて、前記基準局によって生成され、 前記補正情報は、前記第１の測位信号に基づく測位誤差を用いて、前記基準局によって生成される、測位方法。
  10. 人工衛星から第１の測位信号を受信する基準局から、補正情報と、前記補正情報を用いるか否かを決定する情報を含む仰角方位角マスクとを取得する取得ステップと、 前記人工衛星から第２の測位信号を受信し、前記人工衛星と測位装置との間の仰角および方位角を取得する受信ステップと、 前記第２の測位信号と、前記仰角および前記方位角と、前記仰角および前記方位角に応じた前記仰角方位角マスクの前記情報と、前記仰角および前記方位角に応じた前記補正情報とに基づき、位置情報を算出する測位ステップと、を備え、 前記仰角方位角マスクは、前記測位装置の近傍に位置する評価局が前記人工衛星から受信した第３の測位信号に基づく電離層全電子数と、前記第１の測位信号に基づく電離層全電子数とを用いて、前記基準局によって生成され、 前記補正情報は、前記第１の測位信号に基づく測位誤差を用いて、前記基準局によって生成される、測位プログラム。

Description

本願開示は、測位システム、測位装置、測位方法、および測位プログラムに関する。 特許文献１には、基地局（基準局）において人工衛星と基地局（基準局）との間の距離を測定することによって電離層遅延および対流層遅延に応じた測定誤差を取得し、測定誤差に応じた補正情報に基づいて補正対象の基地局（対象局）の位置情報を補正するシステムが記載されている。 特許第７３２６６５０号公報 本願開示の一実施形態による測位システムの一例を示す概略図である。本願開示の一実施形態による対象局の構成を示すブロック図である。本願開示の一実施形態による基準局の構成を示すブロック図である。本願開示の一実施形態による評価局の構成を示すブロック図である。本願開示の一実施形態による情報処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。本願開示の一実施形態による基準局と評価局との間のＴＥＣ差分量を示す概略図である。本願開示の一実施形態による仰角方位角マスクの生成方法を示す概略図である。本願開示の一実施形態による仰角方位角マスクを示すスカイプロットである。本願開示の一実施形態による評価局の測位処理の一例を示すフローチャートである。本願開示の一実施形態による仰角方位角マスクの生成処理の一例を示すフローチャートである。本願開示の一実施形態による補正情報の生成処理の一例を示すフローチャートである。本願開示の一実施形態による仰角方位角マスクの評価処理の一例を示すフローチャートである。本願開示の一実施形態による対象局の測位処理の一例を示すフローチャートである。本願開示の一実施形態による測位システムを示すブロック図である。 以下、本願開示の一実施形態による測位システムについて、図面を用いて説明する。すべての図面において同一または相当する構成には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。 ［第１実施形態］ 図１は、本願開示の一実施形態による測位システムの一例を示す概略図である。測位システム１は、グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を含む全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いた測位システムである。測位システム１は、対象局２と、基準局３と、評価局４と、管制局５とを備える。対象局２と、基準局３と、評価局４と、管制局５とは、ネットワーク８を介して相互に通信可能に接続されてもよい。対象局２と、基準局３と評価局４とは、人工衛星６Ａからの測位信号６１を受信可能であることが望ましい。対象局２と、基準局３と、管制局５と、人工衛星６Ｂとは通信可能に接続されることが望ましい。 （対象局２） 対象局２は、ＧＰＳ受信機を備える基地局または基地局システムでありうる。対象局２は、複数の人工衛星６Ａから電離層９を介して測位信号６１を受信し、対象局２の位置を測定する。対象局２は、任意の位置に固定して設けられる固定基地局でもよく、移動可能な基地局であってもよい。対象局２が移動可能な基地局である場合、対象局２は、例えば、例えば、自転車、自動二輪車、自動四輪車、列車、船舶、航空機、走行ドローン、飛行ドローン等でありうる。あるいは、対象局２は、携帯端末等の情報処理装置であってもよい。ユーザが携帯端末を所持し、自転車、自動二輪車、自動四輪車、列車、船舶、航空機等の移動体に搭乗する場合、ユーザまたは移動体を対象局２とみなすことができる。 （基準局３） 基準局３は、ＧＰＳ受信機を備える基地局または基地局システムでありうる。基準局３は、複数の人工衛星６Ａから電離層９を介して測位信号６１を受信し、基準局３の位置を測定する。ここで、基準局３が設けられる位置は既知であって、基準局３は、測位信号６１に基づく測位によって得られる位置情報と、既知の基準局３の位置とを用いて、測位誤差を算出する。基準局３は、対象局２に測位誤差、および測位誤差に基づく補正情報６２を送信する。以下、補正情報６２は、基準局３が算出した測位誤差と、測位誤差を用いて求められた補正値とを含むものとして、本実施形態を説明する。なお、基準局３から対象局２に送信する補正情報６２は、１つの人工衛星６Ａについての測位誤差および補正値を含んでもよく、複数の人工衛星６Ａについての複数の測位誤差および複数の補正値を含んでもよい。補正値は、例えば、基準局３の位置の真値と人工衛星６Ａの位置の真値との差に基づく距離（幾何学的距離）と、測位信号６１に基づく距離（疑似距離）との差分を計算することによって得られる。基準局３は、複数の人工衛星６Ａについて、基準局３と複数の人工衛星６Ａのそれぞれについて、測位誤差を算出し、補正値を得ることができる。 基準局３において算出した測位誤差が、対象局２における測位誤差と等しいという仮定に基づき、対象局２は、補正情報６２を用いて対象局２の位置を補正することができる。すなわち、基準局３における測位誤差に基づき、対象局２は、ディファレンシャルＧＰＳ（ＤＧＰＳ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＧＰＳ）を用いた測位補正を行うことができる。補正情報６２に基づくＤＧＰＳを用いた測位補正は、公知の技術を用いてもよい。対象局２における測位誤差の要因と、基準局３における測位誤差の要因とが共通していれば、ＤＧＰＳを用いた測位補正によって、対象局２における測位の精度が向上しうる。衛星軌道誤差、衛星クロック誤差、電離層遅延誤差、対流層遅延誤差等に対して、ＤＧＰＳを用いた測位補正は有効でありうる。 （電離層９） 電離層９は、地表からの高度約６０ｋｍから５００ｋｍの間に位置する大気の層であり、Ｄ層と、Ｅ層と、Ｆ層（Ｆ層は日中において、Ｆ１層とＦ２層とに分裂する。）とを含む。電離層９は、太陽からの紫外線およびＸ線等によって、地球の大気分子および原子が電離することによって形成される。したがって、日中における電離層９の状態と夜間における電離層９の状態とは、互いに異なる。地球上の昼半球における電離層９の状態と地球上の夜半球における電離層９の状態とも、互いに異なる。すなわち、電離層９は、複数の異なる状態の電離層を含みうる。例えば、電離層９は、電離層９Ａと電離層９Ｂとを含みうる。電離層９Ａの伝搬路特性と電離層９Ｂの伝搬路特性とは、互いに異なりうる。 周波数が３０ＭＨｚから３００ＭＨｚの超短波（ＶＨＦ：Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）および周波数が３００ＭＨｚから３ＧＨｚの極超短波（ＵＨＦ：Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を有する電波は、電離層９を透過するものの、電離層９を伝搬する際に伝搬速度が小さくなる。したがって、測位信号６１が電離層９Ａから受ける信号の遅延量と、測位信号６１が電離層９Ｂから受ける信号の遅延量とが異なるので、電離層９Ａの伝搬路特性と電離層９Ｂの伝搬路特性との差異は、ＧＰＳを用いた測位誤差の原因となりうる。 ＤＧＰＳを用いた測位補正について、基準局３において算出した測位誤差は、衛星軌道誤差と、衛星クロック誤差と、電離層遅延誤差と、対流層遅延誤差等とをすべて含んだ誤差である。例えば、対象局２における電離層遅延誤差と基準局３における電離層遅延誤差とが大きく異なる場合、対象局２における測位誤差と基準局３における測位誤差との間に差分を含みうる。このため、対象局２がＤＧＰＳを用いた測位補正を行っても、対象局２における測位の精度が向上しない。 電離層遅延誤差は、電離層の全電子数（ＴＥＣ：Ｔｏｔａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｏｎｔｅｎｔ）に関連する。例えば、人工衛星６Ａと対象局２との間の電離層９Ａが含むＴＥＣと、人工衛星６Ａと基準局３との間の電離層９Ｂが含むＴＥＣとの間の差（以下、「ＴＥＣ差分量」と呼ぶ。）が大きくなると、電離層遅延誤差が大きくなる。また、太陽活動等の宇宙環境に応じて電離層活動が活発になると、地域ごとのＴＥＣのばらつきが大きくなる。電離層活動が活発である時期は、電離層擾乱期（じょうらんき）と呼ばれ、電離層活動が不活発である時期は、電離層静穏期（せいおんき）と呼ばれる。電離層静穏期においてＤＧＰＳを用いた測位補正に比べて、電離層擾乱期においてＤＧＰＳを用いた測位補正は、測位精度が悪化しうる。 （評価局４） 評価局４は、国土地理院が設置するＧｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ（ＧＮＳＳ）連続観測システムであって、ＧＮＳＳ連続観測点に設けられる。評価局４が連続観測システムである場合、評価局４は、ＧＮＳＳ衛星からの測位信号６１を受信するアンテナと、受信機と、有線通信機器と、無線通信機器とを備える。評価局４は、対象局２の近傍に位置するＧＮＳＳ連続観測システムであることが望ましい。また、評価局４が設けられる位置は、既知であることが望ましい。 評価局４は、ＧＮＳＳ連続観測システム以外の基地局または基地局システムであってもよい。例えば、評価局４は、ユーザが設置する基地局であって、評価局４は、ＧＰＳ受信機を備える基地局でありうる。評価局４がユーザによって設置される場合、評価局４は、複数の人工衛星６Ａから電離層９を介して測位信号６１を受信し、あらかじめ評価局４の位置を測定する。さらに、評価局４は、測定した評価局４の位置情報を記憶媒体等に格納する。すなわち、評価局４が設けられる位置は、あらかじめ測定することによって、既知であることが望ましい。また、評価局４が設けられる位置は、対象局２の近傍であることが望ましい。以下において、評価局４が設けられる位置が既知または十分によい精度で得られるものとして、本実施形態を説明する。 （管制局５） 管制局５は、人工衛星６Ｂと通信可能な基地局または基地局システムであって、管制局５は、基準局３および人工衛星６Ｂと通信可能に接続される。基準局３から補正情報６２を受信し、人工衛星６Ｂを介して、対象局２に補正情報６２を送信する。図１において、管制局５は人工衛星６Ｂを介して対象局２に補正情報６２を送信しているが、管制局５はネットワーク８等を介して対象局２に補正情報６２を送信してもよい。図１において、管制局５は基準局３と別個に設けられているが、基準局３が管制局５の機能を有してもよい。あるいは、基準局３が対象局２に直接的に補正情報６２を送信してもよい。補正情報６２が、基準局３から対象局２に送信可能な構成であれば、基準局３と、管制局５と、人工衛星６Ｂとの構成は特に限定されない。以下において、基準局３が管制局５の機能を有するものとして、本実施形態を説明する。 （人工衛星６Ａおよび人工衛星６Ｂ） 人工衛星６Ａは、ＧＰＳ衛星であって、疑似乱数をスペクトラム拡散して得られる測位信号６１を送信する。人工衛星６Ａは、高精度の原子時計を備え、原子時計を用いて時間情報を生成する。測位信号６１は、時間情報と、軌道情報と、人工衛星６Ａの情報とを含む。図１において、１つの人工衛星６Ａが示されているが、ＧＰＳ測位において人工衛星６Ａは４つ以上でありうる。人工衛星６Ｂは、通信衛星である。人工衛星６Ｂは、マイクロ波帯の電波を用いて対象局２、基準局３、評価局４、または管制局５と、無線通信を行うことができる。 （対象局２の構成） 図２は、本願開示の一実施形態による対象局２の構成を示すブロック図である。対象局２は、情報処理装置２１と、受信部２２と、送信部２３と、通信部２４とを備える。情報処理装置２１は、計算機であって、例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、携帯端末、ハードウェアサーバ、ソフトウェアサーバ等でありうる。情報処理装置２１がハードウェアサーバである場合、情報処理装置２１は、例えば、ネットワークサーバまたはクラウドサーバ等でありうる。情報処理装置２１がソフトウェアサーバである場合、情報処理装置２１は、例えば、サーバソフトウェアまたはサーバプログラム等でありうる。対象