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技術 衛星測位システム、電子機器、送信機及び測位方法

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 高橋克直
出願日 2016年2月24日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2017-509207
公開日 2018年1月25日 (3年3ヶ月経過) 公開番号 WO2016-157705
状態 特許登録済
技術分野 無線による位置決定
主要キーワード 差し引き計算 無線送受信アンテナ 無線受信アンテナ 仮想基準点 位相カウンタ 搬送波データ 未知点 行路差
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図面 (9)

課題・解決手段

所定の周波数を有する第1電波を送信する送信機(2)と、GNSS衛星からの第2電波を用いて自機の位置座標演算する電子機器(3)とを備え、送信機(2)の位置座標を求める衛星測位システムである。電子機器(3)は、送信機(2)からの第1電波と、GNSS衛星からの第2電波とを受信する受信部と、受信した第1電波に基づいて電子機器(3)と送信機(2)との距離を算出し、受信した第2電波に基づいて自機の位置座標を演算する制御部とを備える。制御部は、電子機器(3)が3地点以上の地点にあるときに受信した第2電波に基づいて3地点以上の地点の位置座標をそれぞれ演算し、電子機器(3)が3地点以上の地点にあるときの電子機器(3)と送信機(2)との距離をそれぞれ算出する。そして、制御部は、3地点以上の位置座標と、3地点以上の地点と送信機(2)とのそれぞれの距離とに基づいて、送信機(2)の位置座標を算出する。

概要

背景

GPSとは、地球の上空を回転する24個の衛星位置を基準とし、地球上を三次元で検出する衛星測位法である。このGPSの一例として、キネマティック測位法がある。このキネマティック測位法とは、位置座標既知電子基準点)である固定局基地局)で受信される電波(搬送波)に基づいて誤差を算出し、当該算出された誤差を移動局電子機器)に送信することで当該移動局での位置測定の精度を向上させる方式である。このキネマティック測位法の発展型の測位法として、リアルタイムで移動局の位置測定を行うリアルタイムキネマティック(以下、RTKという)測位法がある。このRTK測位法では、GPS衛星から地上に送信される搬送波(電波)の波数(波の数)の差分を利用して位置座標を求める。しかしながら、このRTK測位法を実施するには、位置座標を求める移動局においてGPS衛星からの電波を受信する必要があり、例えば橋の下などのGPS衛星からの電波を受信できない場所ではRTK測位を行うことができない。

特許文献1には、GPS衛星からの電波を受信できないときに、各PHS基地局の基地局推定位置電界強度による擬似距離との3地点測量演算により現在位置を推定するマンロケーションシステムが開示されている。

概要

所定の周波数を有する第1電波を送信する送信機(2)と、GNSS衛星からの第2電波を用いて自機の位置座標を演算する電子機器(3)とを備え、送信機(2)の位置座標を求める衛星測位システムである。電子機器(3)は、送信機(2)からの第1電波と、GNSS衛星からの第2電波とを受信する受信部と、受信した第1電波に基づいて電子機器(3)と送信機(2)との距離を算出し、受信した第2電波に基づいて自機の位置座標を演算する制御部とを備える。制御部は、電子機器(3)が3地点以上の地点にあるときに受信した第2電波に基づいて3地点以上の地点の位置座標をそれぞれ演算し、電子機器(3)が3地点以上の地点にあるときの電子機器(3)と送信機(2)との距離をそれぞれ算出する。そして、制御部は、3地点以上の位置座標と、3地点以上の地点と送信機(2)とのそれぞれの距離とに基づいて、送信機(2)の位置座標を算出する。

目的

特開平10−213644号公報





本開示は高精度の測位を可能とする衛星測位システム、電子機器、送信機及び測位方法を提供する

効果

実績

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牽制数
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請求項1

所定の周波数を有する第1電波を送信する送信機と、GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)衛星からの第2電波を用いて自機の位置座標演算する電子機器とを備え、前記送信機の位置座標を求める衛星測位システムであって、前記電子機器は、前記送信機からの前記第1電波と、前記GNSS衛星からの前記第2電波とを受信する受信部と、前記受信した第1電波に基づいて前記電子機器と前記送信機との距離を算出し、前記受信した第2電波に基づいて自機の位置座標を演算する制御部とを備え、前記制御部は、前記電子機器が3地点以上の地点にあるときに受信した前記第2電波に基づいて前記3地点以上の位置座標をそれぞれ演算し、前記電子機器が前記3地点以上の地点にあるときの前記電子機器と前記送信機との距離をそれぞれ算出し、前記3地点以上の位置座標と、前記3地点以上の地点と前記送信機とのそれぞれの距離とに基づいて、前記送信機の位置座標を算出する、衛星測位システム。

請求項2

前記制御部は、前記電子機器が第1地点にあるときに受信した前記第2電波に基づいて前記第1地点の座標を演算し、前記電子機器が第2地点にあるときに受信した前記第2電波に基づいて前記第2地点の座標を演算し、前記電子機器が第3地点にあるときに受信した前記第2電波に基づいて前記第3地点の座標を演算し、前記電子機器が第1地点にあるときの当該電子機器と前記送信機との第1距離を算出し、前記電子機器が第2地点にあるときの当該電子機器と前記送信機との第2距離を算出し、前記電子機器が第3地点にあるときの当該電子機器と前記送信機との第3距離を算出し、前記演算された前記第1〜第3地点の座標及び前記第1〜第3距離に基づいて、前記送信機の位置座標を算出する、請求項1記載の衛星測位システム。

請求項3

前記送信機は、1575.42MHzまたは1227.60MHzの周波数を有する前記第1電波を送信する請求項1または2記載の衛星測位システム。

請求項4

所定の周波数を有する第1電波を送信する送信機と、GNSS衛星からの第2電波を用いて自機の位置座標を演算する電子機器とを用いて所望の位置の位置座標を算出する衛星測位システムの測位方法であって、前記送信機が、前記電子機器が3地点以上の地点にあるときに、前記所望の位置において、前記第1電波を送信するステップと、前記電子機器が、自機が前記3地点以上の地点にあるときに、前記送信機からの前記第1電波と、前記GNSS衛星からの前記第2電波と、を受信するステップと、前記電子機器が前記3地点以上の地点にあるときに受信した前記第2電波に基づいて、前記3地点以上のそれぞれの位置座標を演算するステップと、前記電子機器が前記3地点以上の地点にあるときに受信した第1電波に基づいて、前記電子機器と前記送信機とのそれぞれの距離を算出するステップと、前記電子機器が前記3地点以上の地点にあるときの、それぞれの位置座標と、前記電子機器と前記送信機とのそれぞれの距離と、に基づいて、前記所望の位置の位置座標を算出するステップと、を含む、衛星測位システムの測位方法。

請求項5

前記自機と前記送信機との距離は、前記送信機から受信した第1電波の波数に基づいて算出される請求項4記載の衛星測位システムの測位方法。

請求項6

前記所定の周波数は、1575.42MHzまたは1227.60MHzである請求項4または5記載の衛星測位システムの測位方法。

請求項7

GNSS衛星からの電波を用いて自機の位置座標を演算する電子機器であって、前記電子機器は、所望の位置にある送信機からの第1電波と、GNSS衛星からの第2電波とを受信する受信部と、前記受信した第1電波に基づいて前記電子機器と前記送信機との距離を算出し、前記受信した第2電波に基づいて自機の位置座標を演算する制御部とを備え、前記制御部は、前記電子機器が複数の地点にあるときに受信した前記第2電波に基づいて前記複数の地点の位置座標をそれぞれ演算し、前記電子機器が前記複数の地点にあるときの前記電子機器と前記送信機との距離をそれぞれ算出し、前記3地点以上の位置座標と、前記3地点以上の地点と前記送信機とのそれぞれの距離とに基づいて、前記送信機の位置座標を算出する、電子機器。

請求項8

前記制御部は、前記電子機器が第1地点にあるときに受信した前記第2電波に基づいて前記第1地点の座標を演算し、前記電子機器が第2地点にあるときに受信した前記第2電波に基づいて前記第2地点の座標を演算し、前記電子機器が第3地点にあるときに受信した前記第2電波に基づいて前記第3地点の座標を演算し、前記電子機器が第1地点にあるときの当該電子機器と前記送信機との第1距離を算出し、前記電子機器が第2地点にあるときの当該電子機器と前記送信機との第2距離を算出し、前記電子機器が第3地点にあるときの当該電子機器と前記送信機との第3距離を算出し、前記演算された前記第1〜第3地点の座標及び前記第1〜第3距離に基づいて、前記送信機の位置座標を算出する、請求項7記載の電子機器。

請求項9

前記送信機は、1575.42MHzまたは1227.60MHzの周波数を有する前記第1電波を送信する請求項7または8記載の電子機器。

請求項10

所定の周波数を有する第1電波を送信する送信機と、GNSS衛星からの第2電波を用いて自機の位置座標を演算する電子機器とを備え、前記送信機の位置座標を求める衛星測位システムのための送信機であって、1575.42MHzまたは1227.60MHzの周波数を有する電波を送信する送信機。

技術分野

0001

本開示は、GPS(グローバルポジショニングシステム)衛星等のGNSS(Global Navigation Satellite System)衛星から電波を受信して位置座標を算出する衛星測位システム電子機器送信機及び測位方法に関する。

背景技術

0002

GPSとは、地球の上空を回転する24個の衛星位置を基準とし、地球上を三次元で検出する衛星測位法である。このGPSの一例として、キネマティック測位法がある。このキネマティック測位法とは、位置座標が既知電子基準点)である固定局基地局)で受信される電波(搬送波)に基づいて誤差を算出し、当該算出された誤差を移動局(電子機器)に送信することで当該移動局での位置測定の精度を向上させる方式である。このキネマティック測位法の発展型の測位法として、リアルタイムで移動局の位置測定を行うリアルタイムキネマティック(以下、RTKという)測位法がある。このRTK測位法では、GPS衛星から地上に送信される搬送波(電波)の波数(波の数)の差分を利用して位置座標を求める。しかしながら、このRTK測位法を実施するには、位置座標を求める移動局においてGPS衛星からの電波を受信する必要があり、例えば橋の下などのGPS衛星からの電波を受信できない場所ではRTK測位を行うことができない。

0003

特許文献1には、GPS衛星からの電波を受信できないときに、各PHS基地局の基地局推定位置電界強度による擬似距離との3地点測量演算により現在位置を推定するマンロケーションシステムが開示されている。

先行技術

0004

特開平10−213644号公報

0005

本開示は高精度の測位を可能とする衛星測位システム、電子機器、送信機及び測位方法を提供する。

0006

本開示における衛星測位システムは、所定の周波数を有する第1電波を送信する送信機と、GNSS衛星からの第2電波を用いて自機の位置座標を演算する電子機器とを備え、送信機の位置座標を求める衛星測位システムである。電子機器は、受信部と、制御部とを備える。受信部は、送信機からの第1電波と、GNSS衛星からの第2電波とを受信する。制御部は、受信した第1電波に基づいて電子機器と送信機との距離を算出し、受信した第2電波に基づいて自機の位置座標を演算する。制御部は、電子機器が3地点以上の地点にあるときに受信した第2電波に基づいて3地点以上の地点の位置座標をそれぞれ演算し、電子機器が3地点以上の地点にあるときの電子機器と送信機との距離をそれぞれ算出し、3地点以上の位置座標と、3地点以上の地点と送信機とのそれぞれの距離とに基づいて、送信機の位置座標を算出する。

0007

本開示における衛星測位システムの測位方法は、所定の周波数を有する第1電波を送信する送信機と、GNSS衛星からの第2電波を用いて自機の位置座標を演算する電子機器とを用いて所望の位置の位置座標を算出する衛星測位システムの測位方法である。測位方法は、送信機が、電子機器が3地点以上の地点にあるときに、所望の位置において、第1電波を送信するステップを含む。また、測位方法は、電子機器が、自機が3地点以上の地点にあるときに、送信機からの第1電波と、GNSS衛星からの第2電波と、を受信するステップを含む。また、測位方法は、電子機器が3地点以上の地点にあるときに受信した第2電波に基づいて、3地点以上のそれぞれの位置座標を演算するステップを含む。また、測位方法は、電子機器が3地点以上の地点にあるときに受信した第1電波に基づいて、電子機器と送信機とのそれぞれの距離を算出するステップを含む。また、測位方法は、電子機器が3地点以上の地点にあるときの、それぞれの位置座標と、電子機器と送信機とのそれぞれの距離と、に基づいて、所望の位置の位置座標を算出するステップを含む。

0008

本開示における電子機器は、GNSS衛星からの電波を用いて自機の位置座標を演算する電子機器である。電子機器は、受信部と、制御部とを備える。受信部は、所望の位置にある送信機からの第1電波と、GNSS衛星からの第2電波とを受信する。制御部は、受信した第1電波に基づいて電子機器と送信機との距離を算出し、受信した第2電波に基づいて自機の位置座標を演算する。制御部は、電子機器が複数の地点にあるときに受信した第2電波に基づいて複数の地点の位置座標をそれぞれ演算し、電子機器が複数の地点にあるときの電子機器と送信機との距離をそれぞれ算出し、3地点以上の位置座標と、3地点以上の地点と送信機とのそれぞれの距離とに基づいて、送信機の位置座標を算出する。

0009

本開示における送信機は、所定の周波数を有する第1電波を送信する送信機と、GNSS衛星からの第2電波を用いて自機の位置座標を演算する電子機器とを備え、送信機の位置座標を求める衛星測位システムのための送信機である。送信機は、1575.42MHzまたは1227.60MHzの周波数を有する電波を送信する。

図面の簡単な説明

0010

図1は、実施の形態における衛星測位システムの概略図である。
図2は、図1測位端末3の構成を示すブロック図である。
図3は、図1RAWデータ送信機2の構成を示すブロック図である。
図4は、図1の固定局1の構成を示すブロック図である。
図5は、実施の形態における衛星測位システムの動作を説明するための概略図である。
図6Aは、実施の形態における測位端末3の測位処理時のフローチャートである。
図6Bは、図6Aの位置座標演算処理(ステップS2)の詳細を説明するフローチャートである。
図6Cは、図6A距離算出処理(ステップS3)の詳細を説明するフローチャートである。

実施例

0011

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

0012

なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

0013

以下の実施の形態では、GNSS(Global Navigation Satellite System)の例としてGPS(グローバルポジショニングシステム)について説明する。GNSSの例として、GPSのほか、GLONASS(グロナス)、斗、ガリレオなども知られている。本開示の技術は、これらのGNSSにも適用できる。

0014

(本開示の概要
RTK測位法では、未知点(位置が不明な点)での位置座標を求めるために、位置座標が既知である固定局からGPS補正データを受信し、当該受信したGPS補正データに基づいて位置座標を求める。このGPS補正データは、位置座標が正確に判明している地点(固定局、基地局)において、GPS衛星からの電波を受信して得られる位置座標と正確な位置座標とを差し引き計算することで得られた誤差を算出するために使用されるデータをいい、このGPS補正データを用いて精度の高い測位を実施できる。

0015

しかし、上述したRTK測位法を実施するには、GPS衛星からの電波を受信する必要がある。しかし、ビルの谷間や橋桁の下などでの工事現場ではGPS衛星からの電波を受信できない場合があり、その場合、測位を行うことができない。

0016

上述したような課題に着目して、本開示では、GPS衛星等のGNSS衛星からの電波を受信できる(GNSS衛星からの電波を用いて測位できる)既知点での位置座標データを用いてGNSS衛星からの電波を受信できない(GNSS衛星からの電波を用いて測位できない)未知点での位置座標を求めることができる衛星測位システム、電子機器、送信機及び測位方法を提供する。以下、図1〜図6を用いて、実施の形態を説明する。

0017

(実施の形態)
[1.構成]
図1は、実施の形態における衛星測位システムの概略図である。図1の衛星測位システムは、固定局1と、RAWデータ送信機2と、測位端末3とを備える。測位端末3は、例えばパーソナルコンピュータなどの電子機器である。ここで、固定局1は座標が既知である電子基準点に設置され、測位端末3は固定局1から離れて移動する。

0018

固定局1及び測位端末3は、各GPS受信アンテナ10,30−1を介してGPS衛星からの電波を搬送波としてそれぞれ受信する。測位端末3は、自機で観測した搬送波と固定局1で受信した搬送波との行路差をGPS衛星それぞれについて算出することにより固定局1を始点とした基線ベクトルを求め、自機の位置座標をそれぞれ求める。ここで、測位端末3は、固定局1から無線送信アンテナ15および無線受信アンテナ30−2を介してGPS補正データを受信し、当該受信したGPS補正データ及び自機で観測した搬送波に基づいてRTK測位を実施して自機の位置座標を算出する。また、RAWデータ送信機2は、GPS衛星からの電波と同一の周波数を有する電波を生成して無線送信アンテナ23およびGPS受信アンテナ30−1を介して測位端末3に送信する。以下、詳細に説明する。

0019

図2は、測位端末3の構成を示すブロック図である。測位端末3は、GPS受信アンテナ30−1と、無線受信アンテナ30−2と、GPS電波受信部31と、位相カウンタ32と、無線受信部33と、制御部34と、記憶部35と、表示部36と、入力部37とを備える。表示部36は、例えば液晶ディスプレイなどである。入力部37は、例えばキーボードまたはマウスなどの入力ユーザインターフェース(UI)である。また、制御部34は、RTK演算部340と、距離算出部341と、座標算出部342とを備える。制御部34は、CPU、MPU等で構成され、所定のプログラムを実行することで所定の機能を実行する。又は、制御部34は、専用のハードウェア回路FPGA、ASIC等)で構成されてもよい。ここで、測位端末3の測位を開始する場合は、ユーザは入力部37を介して操作する。

0020

GPS電波受信部31は、GPS受信アンテナ30−1を介してGPS衛星からの電波を搬送波として受信し、当該受信した搬送波データを位相カウンタ32に出力する。また、GPS電波受信部31は、GPS受信アンテナ30−1を介してRAWデータ送信機2からの電波を搬送波として受信し、当該受信した搬送波データを位相カウンタ32に出力する。

0021

位相カウンタ32は、測位端末3で受信した電波の搬送波データに基づいて、当該搬送波の波数をカウントして搬送波位相を算出してRTK演算部340に出力する。位相カウンタ32は、RAWデータ送信機2からの電波の搬送波データに基づいて、当該搬送波の波数をカウントして搬送波位相を算出して距離算出部341に出力する。

0022

無線受信部33は、無線受信アンテナ30−2を介して固定局1からGPS補正データを受信する。無線受信部33は、当該受信したGPS補正データをRTK演算部340に出力する。

0023

入力部37は、ユーザから測位開始の操作があると、測位開始指示信号を生成してRTK演算部340に出力する。

0024

RTK演算部340は、入力された測位開始指示信号に基づいて、固定局1で受信した電波の搬送波位相と、測位端末3で受信した電波の搬送波位相との差分である行路差を算出する。RTK演算部340は、算出された行路差に基づいて、固定局1を始点としかつ測位端末3を終点とする基線ベクトルを求めて測位端末3の位置座標(固定局1に対する測位端末3の相対座標)を算出し、当該算出された位置座標データを表示部36に出力して記憶部35に格納する。表示部36は、当該算出された測位端末3の位置座標を表示する。

0025

距離算出部341は、位相カウンタ32からのRAWデータ送信機2からの電波の搬送波位相に基づいて、測位端末3とRAWデータ送信機2との距離を算出し、当該算出された距離データを表示部36に出力し記憶部35に格納する。ここで、距離算出部341は、1波長分の長さにRAWデータ送信機2からの電波の搬送波位相を乗算することにより測位端末3とRAWデータ送信機2との距離を算出する。表示部36は、距離データを表示する。

0026

入力部37は、ユーザから(三角錐頂点)座標算出指示の操作があると、座標算出指示信号を生成して座標算出部342に出力する。なお、ユーザは表示部36を介して(三角錐の頂点)座標を算出するのに必要なデータがすべて揃ったことを確認する。

0027

座標算出部342は、入力された座標算出指示信号に基づいて、記憶部35に格納された既知点の位置座標及び既知点と未知点との距離に基づいて、未知点の位置座標を算出して表示部36に出力する。表示部36は、未知点の位置座標を表示する。

0028

図3は、RAWデータ送信機2の構成を示すブロック図である。RAWデータ送信機2は、入力部20と、搬送波生成部21と、電力増幅部22と、無線送信アンテナ23とを備える。

0029

入力部20は、キーボード、マウス、スイッチ等の入力ユーザインターフェースであり、ユーザによる操作を受付ける。入力部20は、ユーザから送信開始の操作があると、送信開始信号を生成して搬送波生成部21に出力する。

0030

搬送波生成部21は、入力された送信開始信号に基づいて、GPS衛星からの電波と同様の周波数を有する搬送波(電波)を生成して電力増幅部22に出力する。ここで、搬送波生成部21は、GPS衛星からの電波と同様の信号を送出する。すなわち、搬送波生成部21は、L1波帯(1575.42MHz)またはL2波帯(1227.60MHz)の搬送波を生成して電力増幅部22に出力する。

0031

電力増幅部22は、例えば、電力増幅器であり、入力された搬送波の電圧レベルを所定の電圧レベルまで増幅して無線送信アンテナ23を介して測位端末3に送信する。

0032

図4は、固定局1の構成を示すブロック図である。固定局1は、GPS受信アンテナ10と、GPS受信部11と、位相カウンタ12と、位相カウンタメモリ12mと、GPS補正データ生成部13と、無線送信部14と、無線送信アンテナ15とを備える。

0033

GPS受信部11は、GPS受信アンテナ10を介してGPS衛星からの電波を搬送波として受信し、当該受信した搬送波データを位相カウンタ12及びGPS補正データ生成部13にそれぞれ出力する。

0034

位相カウンタ12は、搬送波データに基づいて、当該搬送波の波数をカウントして搬送波位相を算出して位相カウンタメモリ12mに格納する。

0035

GPS補正データ生成部13は、RTK測位法を用いて測位端末3の位置座標を演算するためのGPS補正データを生成して無線送信部14に出力する。

0036

無線送信部14は、GPS補正データを無線送信アンテナ15を介して測位端末3の無線受信アンテナ30−2に送信する。

0037

[2.動作]
以上のように構成された衛星測位システムについて、その動作を以下説明する。

0038

図5は実施の形態における衛星測位システムの動作を説明するための概略図である。図5において、地点A〜CはGPS衛星からの電波を受信できる地点であり、地点DはGPS衛星から電波を受信できない地点である。以下、GPS衛星からの電波を受信できない場所(D点)の位置座標を、上述した衛星測位システムを用いて求める際の衛星測位システムの動作を説明する。

0039

先ず、GPS衛星からの電波を受信できる第1地点(A点)に配置した測位端末3を用いて、第1地点(A点)の位置座標を求める。次に、RAWデータ送信機2及び測位端末3を用いて、A点からD点までの距離D1を求める。

0040

続いて、GPS衛星からの電波を受信できる第2地点(B点)に配置した測位端末3を用いて、第2地点(B点)の位置座標を求める。次に、RAWデータ送信機2及び測位端末3を用いて、B点からD点までの距離D2を求める。

0041

最後に、GPS衛星からの電波を受信できる第3地点(C点)に配置した測位端末3を用いて、第3地点(C点)の位置座標を求める。次に、RAWデータ送信機2及び測位端末3を用いて、C点からD点までの距離D3を求める。

0042

ここで、A点〜D点をそれぞれ直線で結ぶと三角錐が形成される。従って、この三角錐の底面の3地点(A点〜C点)の位置座標と、これら3地点から頂点(D点)までの距離(D1〜D3)が分かれば、以下の計算方法を用いて、三角錐の頂点(D点)の座標を求めることができる。以下、この動作をフローチャートでより詳細に説明する。

0043

図6Aは実施の形態における測位端末3の測位処理時のフローチャートである。

0044

図6Aにおいて、ユーザは、測位端末3を所望の場所(A点)に設置して、入力部37を介して測位端末3の測位を開始する(ステップS1)。これにより、測位端末3の制御部34は、位置座標演算処理(ステップS2)を実行して、A点の位置座標を演算して記憶部35に格納する。次に、測位端末3の制御部34は、距離算出処理(ステップS3)を実行して、A点とRAWデータ送信機2を設置する場所(D点)との距離(D1)を測定して記憶部35に格納する。ここで、位置座標演算処理(ステップS2)及び距離算出処理(ステップS3)の詳細を以下に説明する。

0045

図6B図6Aの位置座標演算処理(ステップS2)の詳細を説明するフローチャートである。図6Bにおいて、測位端末3の制御部34は、RTK測位法を実施して自機の位置座標を演算し(ステップS20)、演算した自機の位置座標を記憶部35に格納する(ステップS21)。

0046

図6C図6Aの距離算出処理(ステップS3)の詳細を説明するフローチャートである。図6Cにおいて、ユーザは、RAWデータ送信機2を測位端末3の位置に設置し、電波の送信を開始する(ステップS30)。これにより、測位端末3は、RAWデータ送信機2からの電波を受信した時点において、RAWデータ送信機2からの電波の搬送波位相をゼロに設定することができる。このように、先ず、RAWデータ送信機2を測位端末3の位置に接近させてから送信を開始させることにより、搬送波位相の初期値を設定する。すなわち、測位端末3の制御部34は、RAWデータ送信機2から受信した電波の搬送波位相をどこから計数すればいいかを判断することが可能となる。従って、次のステップS31でRAWデータ送信機2がD点に配置されたときに、測位端末3は、RAWデータ送信機2から受信した電波の搬送波位相を正確に求めることができる。

0047

次に、ユーザは、RAWデータ送信機2からの電波を送信した状態で、RAWデータ送信機2をD点に移動させて配置する(ステップS31)。RAWデータ送信機2がD点に配置された状態で、測位端末3の制御部34は、RAWデータ送信機2から受信した電波に基づいて、自機の位置とD点との間の搬送波位相を連続的にもしくは一定の間隔で計数して自機の位置とD点との距離(D1)を算出する(ステップS32)。次に、測位端末3の制御部34は、測位端末3が演算した自機の位置とD点との距離データを記憶部35に格納する(ステップS33)。

0048

例えば、RAWデータ送信機2から送信される搬送波がL1波帯(1575.42MHz)でありかつ搬送波位相の計数値が4.30である場合には、1波長分の長さが19cmであるので距離(D1)は19cm×4.30=81.7cmと算出される。同様に、RAWデータ送信機2から送信される搬送波がL2波帯(1227.60MHz)でありかつ搬送波位相の計数値が4.30である場合には、1波長分の長さが24cmであるので距離(D1)は24cm×4.30=103.2cmと算出される。

0049

ここで、搬送波位相を連続的に計数する場合には、RAWデータ送信機2の移動速度は自由に設定できるが、搬送波位相を一定の間隔で計数する場合には、RAWデータ送信機2の移動速度は以下のように制限される。すなわち、搬送波位相を一定の間隔で計数する場合には、RAWデータ送信機2の移動速度は搬送波の1位相未満でなければならない。例えば、1秒間隔で計数する場合には、1秒間に1位相の長さ19cm以上ずれないように計数する。従って、1秒間隔で計数する場合には、RAWデータ送信機2を19cm/秒よりも遅く動かさければならず、0.1秒間隔で計数する場合には、RAWデータ送信機2を190cm/秒よりも遅く動かさなければならない。これにより、位相が1個ずれたのか、2個ずれたのか判断できなくなることを防ぐことができる。

0050

以上のようにして、A点の位置座標及びA点とD点との間の距離D1を求める。その後同様にして、B点及びC点の位置座標及びB点又はC点とD点との間の距離を求める。以下説明する。

0051

図6AのフローチャートのステップS4に戻って、ユーザは、測位端末3を所望の場所(B点)に設置して、入力部37を介して測位端末3の測位を開始する(ステップS4)。これにより、測位端末3の制御部34は、位置座標演算処理(ステップS2)を実行して、B点の位置座標を演算して記憶部35に格納する。次に、測位端末3の制御部34は、距離算出処理(ステップS3)を実行して、B点とRAWデータ送信機2を設置する場所(D点)との距離(D2)を測定して記憶部35に格納する。

0052

次に、ユーザは、測位端末3を所望の場所(C点)に設置して、入力部37を介して測位端末3の測位を開始する(ステップS5)。これにより、測位端末3の制御部34は、位置座標演算処理(ステップS2)を実行して、C点の位置座標を演算して記憶部35に格納する。次に、測位端末3の制御部34は、距離算出処理(ステップS3)を実行して、C点とRAWデータ送信機2を設置する場所(D点)との距離(D3)を測定して記憶部35に格納する。

0053

ユーザは、測位端末3の表示部36において、A点〜C点の位置座標及びD点とA点〜C点とのそれぞれの距離D1〜D3が算出されたことを確認すると、ユーザは、入力部37を介してD点の位置座標算出指示の操作を実行する(ステップS6)。これにより、測位端末3の制御部34は、A〜C点の位置座標データ及び距離(D1〜D3)データに基づいて、三角錐ABCDの頂点Dの位置座標を算出し、当該算出されたD点の位置座標を表示部36に表示し、この処理は終了する。

0054

三角錐ABCDの頂点Dの位置座標は、A点とD点との距離の方程式と、B点とD点との距離の方程式と、C点とD点との距離の方程式との連立方程式(1)により算出できる。

0055

ここで、各A点〜C点の位置座標(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(z3,z3,z3)は上述したように演算される。また、上述したように、A点とD点との距離D1、B点とD点との距離D2、及びC点とD点との距離D3は上述したように算出される。従って、以下の連立方程式(1)に既知の値を代入することにより、D点の位置座標(X,Y,Z)を求めることができる。

0056

0057

以上では、3地点の位置座標と、3地点の地点とRAWデータ送信機2とのそれぞれの距離とに基づいて、RAWデータ送信機2の位置座標を算出する場合について、衛星測位システムの動作を説明した。以下では、一般にn地点(n:3以上の自然数)の位置座標と、n地点の地点とRAWデータ送信機2とのそれぞれの距離とに基づいて、RAWデータ送信機2の位置座標を算出する場合について、衛星測位システムの動作を説明する。

0058

測位端末3のGPS電波受信部31は、n地点それぞれにおいて、RAWデータ送信機2からの第1電波と、GPS衛星からの第2電波とを受信する。

0059

次に、測位端末3の制御部34は、n地点それぞれについて、受信した第1電波に基づいて測位端末3とRAWデータ送信機2との距離を算出する。また、制御部34は、n地点それぞれについて、受信した第2電波に基づいて測位端末3の位置座標を算出する。

0060

次に、制御部34は、算出したn個の位置座標と、n個のRAWデータ送信機2との距離と、に基づいて、RAWデータ送信機2の位置座標を算出する。RAWデータ送信機2の位置座標(X,Y,Z)は、例えば、算出したn個の位置座標と、n個のRAWデータ送信機2との距離とから、最小二乗法を用いて求めることができる。具体的には、制御部34は、RAWデータ送信機2の位置座標(X,Y,Z)を、以下の連立方程式(2)を解くことにより算出する。

0061

0062

ここで、sは以下の式(3)で表わされる。(xi,yi,zi)は算出したn個の位置座標であり(i=1からnまでの自然数)、Diはn個の測位端末3とRAWデータ送信機2との間の距離である(i=1からnまでの自然数)。

0063

0064

なお、以上で説明したこれらの制御部34の演算の一部または全部を、測位端末3の外で行うことも可能である。例えば、n個の位置座標(xi,yi,zi)とn個の測位端末3とRAWデータ送信機2との間の距離Diを、測位端末3以外の装置に送信して、測位端末3以外の装置でこれらの演算を行ってRAWデータ送信機2の位置座標(X,Y,Z)を求めることも可能である。

0065

[3.効果等]
以上のように、本実施の形態に係る衛星測位システムは、所定の周波数を有する第1電波を送信するRAWデータ送信機2と、GPS衛星からの第2電波を用いて自機の位置座標を演算する測位端末3とを備え、RAWデータ送信機2の位置座標を求める衛星測位システムである。測位端末3は、GPS電波受信部31と、制御部34とを備える。GPS電波受信部31は、RAWデータ送信機2からの第1電波と、GPS衛星からの第2電波とを受信する。制御部34は、受信した第1電波に基づいて測位端末3とRAWデータ送信機2との距離を算出し、受信した第2電波に基づいて自機の位置座標を演算する。制御部34は、測位端末3が3地点以上の地点にあるときに受信した第2電波に基づいて3地点以上の地点の位置座標をそれぞれ演算し、測位端末3が3地点以上の地点にあるときの測位端末3とRAWデータ送信機2との距離をそれぞれ算出し、3地点以上の位置座標と、3地点以上の地点とRAWデータ送信機2とのそれぞれの距離とに基づいて、RAWデータ送信機2の位置座標を算出する。

0066

この構成により、GPS衛星からの電波を受信できない場所の位置座標をより高精度で求めることが可能となる。

0067

また、本実施の形態に係る衛星測位システムは、制御部34は、測位端末3が第1地点にあるときに受信した第2電波に基づいて第1地点の座標を演算し、測位端末3が第2地点にあるときに受信した第2電波に基づいて第2地点の座標を演算し、測位端末3が第3地点にあるときに受信した第2電波に基づいて第3地点の座標を演算する。制御部34は、測位端末3が第1地点にあるときの当該測位端末3とRAWデータ送信機2との第1距離を算出し、測位端末3が第2地点にあるときの当該測位端末3とRAWデータ送信機2との第2距離を算出し、測位端末3が第3地点にあるときの当該測位端末3とRAWデータ送信機2との第3距離を算出する。制御部34は、演算された第1〜第3地点の座標及び第1〜第3距離に基づいて、RAWデータ送信機2の位置座標を算出する。

0068

この構成により、RTK測位法により三角錐の底面の3地点(A点〜C点)の座標を高精度で求めることができる。さらに、三角錐の底面の3地点から三角錐の頂点(D点)までの距離(D1〜D3)を搬送波の波数により高精度で求めることができる。従って、GPS衛星からの電波を受信できない場所(D点)の位置座標をより高精度で求めることが可能となる。

0069

また、本実施の形態に係る衛星測位システムは、RAWデータ送信機2は、1575.42MHzまたは1227.60MHzの周波数を有する第1電波を送信する。

0070

この構成により、測位端末3において、GPS衛星からの電波とRAWデータ送信機2からの電波とは同一の周波数を有する。従って、GPS衛星からの電波を受信する受信部(GPS電波受信部31及び位相カウンタ32)とRAWデータ送信機2からの電波を受信する受信部(GPS電波受信部31及び位相カウンタ32)とを共有できるので、新たにRAWデータ送信機2からの電波を受信する回路を追加する必要がない。従って、回路規模の増加を防止できる。

0071

本実施の形態に係る衛星測位システムの測位方法は、所定の周波数を有する第1電波を送信するRAWデータ送信機2と、GPS衛星からの第2電波を用いて自機の位置座標を演算する測位端末3とを用いて所望の位置の位置座標を算出する衛星測位システムの測位方法である。測位方法は、RAWデータ送信機2が、測位端末3が3地点以上の地点にあるときに、所望の位置において、第1電波を送信するステップを含む。また、測位方法は、測位端末3が、自機が3地点以上の地点にあるときに、RAWデータ送信機2からの第1電波と、GPS衛星からの第2電波と、を受信するステップを含む。また、測位方法は、測位端末3が3地点以上の地点にあるときに受信した第2電波に基づいて、3地点以上のそれぞれの位置座標を演算するステップを含む。また、測位方法は、測位端末3が3地点以上の地点にあるときに受信した第1電波に基づいて、測位端末3とRAWデータ送信機2とのそれぞれの距離を算出するステップを含む。また、測位方法は、測位端末3が3地点以上の地点にあるときの、それぞれの位置座標と、測位端末3とRAWデータ送信機2とのそれぞれの距離と、に基づいて、所望の位置の位置座標を算出するステップを含む。

0072

この方法により、GPS衛星からの電波を受信できない場所の位置座標をより高精度で求めることが可能となる。

0073

本実施の形態に係る測位端末3は、GPS衛星からの電波を用いて自機の位置座標を演算する測位端末3である。測位端末3は、GPS電波受信部31と、制御部34とを備える。GPS電波受信部31は、所望の位置にあるRAWデータ送信機2からの第1電波と、GPS衛星からの第2電波とを受信する。制御部34は、受信した第1電波に基づいて測位端末3とRAWデータ送信機2との距離を算出し、受信した第2電波に基づいて自機の位置座標を演算する。制御部34は、測位端末3が複数の地点にあるときに受信した第2電波に基づいて複数の地点の位置座標をそれぞれ演算し、測位端末3が複数の地点にあるときの測位端末3とRAWデータ送信機2との距離をそれぞれ算出する。そして、制御部34は、3地点以上の位置座標と、3地点以上の地点とRAWデータ送信機2とのそれぞれの距離とに基づいて、RAWデータ送信機2の位置座標を算出する。

0074

この構成により、GPS衛星からの電波を受信できない場所の位置座標をより高精度で求めることが可能となる。

0075

(他の実施の形態)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上述した実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

0076

また、上述した実施の形態において、固定局1、RAWデータ送信機2及び測位端末3を構成する構成要素をそれぞれ1つのモジュールとして構成してもよいし、各構成要素を組み合わせて複数のモジュールとしてそれぞれ構成してもよい。また、各GPS受信アンテナ及び無線送受信アンテナは固定局1、RAWデータ送信機2及び測位端末3の外部にそれぞれ設置した外付けアンテナであってもよいし、固定局1、RAWデータ送信機2及び測位端末3の内部に設置した内蔵アンテナであってもよい。

0077

また、上述した実施の形態では、1つの測位端末3を三角錐の底面の各頂点に移動させることにより三角錐の底面の各頂点の座標と、三角錐の底面の各頂点と三角錐の頂点(RAWデータ送信機2の位置)との距離とを求めたが、本開示はこれに限定されない。例えば、三角錐の底面の各頂点に測位端末3をそれぞれ設置し、各測位端末3において自機の位置座標と自機と三角錐の頂点との距離とをそれぞれ求めてもよい。この場合には、いずれか1つの測位端末3を三角錐の頂点の座標を算出する第1の電子機器に設定し、この第1の電子機器において、他の2つの第2及び第3の電子機器で求めたデータを受信する機能を備え、他2つの第2及び第3の電子機器では自機で求めたデータを第1の電子機器に送信する機能を備える。

0078

また、上述した実施の形態では、固定局1を既知点に設置された固定局(RRS、Real Reference Station)として記載したが、これに限定されない。例えば仮想基準点VRS、Virtual Reference Station)を用いる場合であってもよい。

0079

さらに、上述した実施の形態では、電子機器が、パーソナルコンピュータである例を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えばタブレット端末携帯電話スマートフォン、などの電子機器に広く適用することが可能である。

0080

またさらに、上述した実施の形態では、測位端末3は、GPS衛星からの電波を3地点で受信し、各地点での位置座標に基づいて未知点の位置座標を算出した。しかし、本開示はこれに限らず、測位端末3は、GPS衛星からの電波を4点以上で受信し、各地点での位置座標と、各地点と未知点との間のそれぞれの距離とに基づいて、未知点の位置座標を算出してもよい。さらに、測位端末3は、これらの4点以上の位置座標のうち、未知点を算出するのに最適な3点を選択し、当該選択された3点の位置座標と、これらの3点と未知点とのそれぞれの距離とに基づいて未知点の位置座標を算出してもよい。ここで、最適な3点とは、未知点とともに三角錐を形成することができる3点としてもよい。

0081

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

0082

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

0083

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

0084

本開示は、GPS衛星等のGNSS衛星からの電波を用いたRTK測位法で位置座標を演算する機能を備えた電子機器であれば適用可能である。また本開示は搬送波を用いた測位方法で位置座標を演算する機能を備えた電子機器においても適用可能である。具体的には、タブレット端末、携帯電話、スマートフォン、などに、本開示は適用可能である。また、これらの電子機器を備える衛星測位システム、及び測位方法にも本開示は適用可能である。

0085

1固定局
2RAWデータ送信機
3測位端末(電子機器)
10,30−1GPS受信アンテナ
11GPS受信部
12,32位相カウンタ
12m 位相カウンタメモリ
13GPS補正データ生成部
14無線送信部
20 入力部
21 搬送波生成部
22電力増幅部
15,23 無線送信アンテナ
30−2無線受信アンテナ
31GPS電波受信部
33無線受信部
34 制御部
35 記憶部
36 表示部
37 入力部
340RTK演算部
341距離算出部
342 (三角錐の頂点)座標算出部

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