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JP2006284452A - Satellite positioning method - Google Patents

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JP2006284452A
JP2006284452A JP2005106615A JP2005106615A JP2006284452A JP 2006284452 A JP2006284452 A JP 2006284452A JP 2005106615 A JP2005106615 A JP 2005106615A JP 2005106615 A JP2005106615 A JP 2005106615A JP 2006284452 A JP2006284452 A JP 2006284452A
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R Weil Lawrence
アール ワイル ローレンス
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MAZERAN SYSTEMS JAPAN KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position determination method by satellite positioning capable of attaching an accurate position of a moving body while dispensing with time synchronization between a server and the moving body, and capable of determining the accurate position, only by supplying an Ephemeris data, a satellite time data error data and rough position information to the moving body through the server. <P>SOLUTION: Signals from at least the five satellites are used in the three-dimensional positioning. A pseudo-distance is measured by an equation having at least X, Y, Z, T of unknowns, where (X, Y, Z) is the three-dimensional moving body position in a coordinate system defined preliminarily, and T is the synchronization measured time for determining the each pseudo-distance as to the all the satellites. The each satellite position in the equation is a vector value function f<SB>k</SB>(T) of the time T, and the f<SB>k</SB>is determined based on the satellite Ephemeris data 3 transmitted to the moving body 2 through a communication line 5 or an equivalent thereof, and an approximate position of the moving body 2. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、衛星測位方法に係り、より詳しくは、いわゆる(衛星)アシスト情報を用いた測位システムに於て正確な時刻同期をなくした位置測定方法に関するものである。   The present invention relates to a satellite positioning method, and more particularly to a position measurement method that eliminates accurate time synchronization in a positioning system using so-called (satellite) assist information.

グローバルポジショニングシステム(以下単にGPSという)や、そのヨーロッパにおける相当品であるガリレオのような衛星測位システムは、地球上のどこにいる使用者の位置をも、自律的な低コスト受信機での場合は10メートル単位の正確さで、また、基地局と連結して作動する測量用受信機(ディファレンシャルGPS測量)での場合はセンチメートル単位の正確さで決定できる。これらの両計算モードにおいて、受信機は、各可視衛星から受信機までの距離を測るため、複数の衛星からの信号を捕らえ、追跡しなければならない。受信機によるこの機能の遂行能力は、建物、山、樹木、又は受信される信号を遮るか、著しく弱めるような他の障害物により、制限されることがしばしばである。加うるに、衛星信号を捜し出して捕らえ、信号中の航法データを読み取り、使用者の位置を確定するに必要な測定を行うには、かなりの長さの時間が要求される。   Global positioning systems (hereinafter simply referred to as GPS) and satellite positioning systems such as the European equivalent Galileo, where the location of the user anywhere on the earth is an autonomous low-cost receiver In the case of a surveying receiver (differential GPS surveying) operating in conjunction with a base station, the accuracy can be determined in units of centimeters. In both these calculation modes, the receiver must capture and track signals from multiple satellites to measure the distance from each visible satellite to the receiver. The ability of the receiver to perform this function is often limited by buildings, mountains, trees, or other obstacles that block or significantly weaken the received signal. In addition, a significant amount of time is required to locate and capture the satellite signal, read the navigation data in the signal, and make the measurements necessary to determine the user's position.

これらの限界は、非常事態において使用者が自身の位置を確定する必要がある場合に特に深刻なものとなる。典型的な非常事態では、使用者は非常事態の場所についての正確な位置情報を必要とする他者、つまり救命士、警察官、又は消防士からの緊急の援助を必要とする。このような状況(例えば心臓発作)では、時間が最重要である。標準的な衛星航法受信機では、使用者の位置を得る計算を行うために通常あまりに長い時間がかかり、数分かそれ以上にもなることがある。加えて、非常事態の場所での衛星信号が単独測位型受信機にとってあまりに弱すぎる場合もよくある。これは、壁が衛星からの電磁気放射を著しく弱める建物の中では全く通常のことである。   These limitations are particularly acute when the user needs to determine his position in an emergency. In a typical emergency, the user needs urgent assistance from others who need accurate location information about the location of the emergency, i.e., a lifesaving officer, police officer, or firefighter. In such situations (eg heart attack), time is paramount. Standard satellite navigation receivers usually take too long to calculate the user's position, which can be several minutes or even longer. In addition, satellite signals at emergency locations are often too weak for point positioning receivers. This is quite normal in buildings where walls significantly weaken electromagnetic radiation from satellites.

最近、弱い信号受信の限界を克服し、受信機が起動されてから使用者の位置決定までの時刻(一回目の測位時刻)を大幅に短縮するための努力が払われてきており、速やか、かつ信頼性ある非常事態位置測定が可能になっている。この目標達成のための一つの方法は、アシスト情報を用いた測位として知られるものであり、良好な衛星信号を受信できる位置にある基地局(サーバー)が衛星からのデータを集め、サーバーと移動体間の独立通信回線を通して他のデータとあわせて使用者(移動体)に送信するものである。   Recently, efforts have been made to overcome the limitations of weak signal reception and greatly shorten the time (first positioning time) from when the receiver is started until the user's position is determined. In addition, reliable emergency position measurement is possible. One way to achieve this goal is known as positioning using assist information. A base station (server) in a position where it can receive good satellite signals collects data from the satellite and moves with the server. It is sent to the user (mobile body) together with other data through an independent communication line between bodies.

アシスト情報を用いない測位の原理:
アシスト情報を用いた測位法の原理を最もよく理解するためには、標準的なアシスト情報を用いない測位を見直すことが助けとなる。典型的な単独測位型GPS受信機がまず起動されてから、位置特定のためにGPS衛星信号中の情報を使えるようになるまでに、一連の計算過程が必要である。計算過程は、実行順に次の如くである。
1.アンテナからどの衛星が可視であるか決定するため、内蔵アルマナック(衛星暦)データを使用する。
2.各可視衛星の近似ドップラーを決定する。
3.周波数とC/Aコードフェーズの両方で、各衛星信号を捜索する。
4.各信号の存在を検知し、これを確認する。
5.各衛星からのC/Aコードを観察、追跡する。
6.各衛星からのキャリアフェーズを観察、追跡する。
7.航法データビット同期を行う。
8.航法データビットの流れを逆変調してエフェメリスデータ(衛星精密暦)と時刻の情報を得る。
9.受信機時計により、各衛星信号受信波形の同定可能な特定点の到着時刻を測定する。
10.過程8の時刻情報を使い、過程9で述べた波形上の同一点のGPS通信時刻を決定する。
11.到着時刻(過程9)からGPS通信時刻(過程10)を引いて、各衛星の擬似距離を計算する。
12.各衛星(過程8)にエフェメリスデータ(衛星精密暦)を使用して、GPS通信時刻(過程10)における衛星位置を決定する。
13.各衛星の擬似距離(過程11)と衛星位置(過程12)を使用して、使用者の位置と非常に正確な時刻を計算する。
Positioning principle without assist information:
In order to best understand the principle of the positioning method using assist information, it is helpful to review the positioning without using standard assist information. A series of calculation processes are required from the time when a typical single-position GPS receiver is first activated until the information in the GPS satellite signal can be used for position determination. The calculation process is as follows in the order of execution.
1. Built-in almanac data is used to determine which satellites are visible from the antenna.
2. Determine the approximate Doppler for each visible satellite.
3. Search for each satellite signal in both frequency and C / A code phase.
4). Detect and confirm the presence of each signal.
5. Observe and track the C / A code from each satellite.
6). Observe and track the carrier phase from each satellite.
7). Performs navigation data bit synchronization.
8). The ephemeris data (satellite precise calendar) and time information are obtained by inversely modulating the flow of the navigation data bits.
9. The arrival time at a specific point where each satellite signal reception waveform can be identified is measured by the receiver clock.
Ten. Using the time information of process 8, the GPS communication time of the same point on the waveform described in process 9 is determined.
11. The pseudo distance of each satellite is calculated by subtracting the GPS communication time (process 10) from the arrival time (process 9).
12. Using the ephemeris data (satellite precise calendar) for each satellite (process 8), the satellite position at the GPS communication time (process 10) is determined.
13. Using the pseudorange of each satellite (step 11) and the satellite position (step 12), the user's position and very accurate time are calculated.

標準的GPS受信機においては、上記の一連の計算過程はたいへん時間がかかるものである。特に、過程3の衛星捜索には、条件の数によって数分又はそれ以上を要する。捜索の始めには、各衛星信号のドップラーシフトは正確にはわからず、信号を見つけるために周波数の窓を探すには時間が必要になる。最初の衛星が見つかる前には、不確定性の主な原因は使用者の受信機のリファレンスオシレーター中の周波数の不確定性であり、これは100万分の1単位、又は1575.42MHzのGPSL1 キャリアー周波数における±1575Hzとなる。周波数の不確定性の2番目の原因は、受信機が最近の(現在から2時間以内の)エフェメリスデータ(衛星精密暦)を持たない場合、又はどの程度のドップラーシフトが予測されるかを知るための充分に正確な近似的位置データを持たない場合に起こる(ドップラーシフトは、最悪の場合には約1Hz/km変化し得る)。 In a standard GPS receiver, the above calculation process is very time consuming. In particular, the satellite search of process 3 takes several minutes or more depending on the number of conditions. At the beginning of the search, the Doppler shift of each satellite signal is not exactly known, and it takes time to find the frequency window to find the signal. Before the first satellite is found, the main source of uncertainty is the frequency uncertainty in the reference oscillator of the user's receiver, which is one millionth of a unit, or 1575.42 MHz GPSL 1 ± 1575 Hz at the carrier frequency. The second cause of frequency uncertainty is knowing if the receiver has no recent (within 2 hours from now) ephemeris data (satellite precision calendar) or how much Doppler shift is expected Occurs when there is not enough accurate approximate position data for (the Doppler shift can vary by about 1 Hz / km in the worst case).

測位のために充分な数の衛星信号を得るための平均捜索時間は、信号が弱い場合にはさらに長くなり得る。これは、受信機が建物内部にあるか、又は信号を遮る障害物に取り囲まれている場合には通常のことである。弱い信号は、信頼性をもって検知するためには、ノイズに対して充分に高めてやるためにより長い時間間隔で平均化しなければならない。従って、過程3の平均捜索時間は、信号が妨害されない場合よりもはるかに長くなり得る。   The average search time to obtain a sufficient number of satellite signals for positioning can be longer if the signal is weak. This is normal when the receiver is inside a building or is surrounded by obstacles that block the signal. In order to detect weak signals reliably, they must be averaged over longer time intervals in order to be sufficiently sensitive to noise. Thus, the average search time of step 3 can be much longer than if the signal is not disturbed.

衛星を捉えるための長い捜索の可能性に加え、過程8におけるエフェメリスデータ(衛星精密暦)、時刻データ取得のための各衛星からの航法データの流れを逆変調することで、相当な長さの時間が必要となり得る。各衛星からのエフェメリスデータ(衛星精密暦)は、過程10において得られる信号送信時刻における衛星位置を決定するために使用される。エフェメリスデータ(衛星精密暦)は、基本的には公式、より正確にはパラメータ化されたアルゴリズムであり、送信時刻がその時刻における衛星位置を計算するために代入される。標準的な(アシスト情報を用いない)GPS測位方法では、エフェメリスデータ(衛星精密暦)は使用者により直接衛星から受信される毎秒50ビットの航法データから得られる。航法データの流れは、連続的に送信される長さ30秒の1500ビットフレーム(毎秒1500ビット÷50ビット)から成り、それぞれが5つの300ビットサブフレームを含む。最初の3つのサブフレームは、時刻とエフェメリスデータ(衛星精密暦)から成る。エフェメリスデータ(衛星精密暦)は、適宜更新される以外には、フレームの繰り返し率で繰り返される。従って、1つの衛星からのエフェメリスデータ(衛星精密暦)の完全な収集の為の受信は、受信されるフレームの中のどこから使用者の受信機がこのデータを探し始めるかにより、ほぼ30秒前後かかる。   In addition to the long search potential to capture the satellite, the ephemeris data (satellite precision calendar) in process 8 and the navigation data flow from each satellite for time data acquisition are inversely modulated, so Time may be required. The ephemeris data (satellite precision calendar) from each satellite is used to determine the satellite position at the signal transmission time obtained in step 10. Ephemeris data (satellite precision calendar) is basically a formula, more precisely a parameterized algorithm, where the transmission time is substituted to calculate the satellite position at that time. In the standard (without assist information) GPS positioning method, ephemeris data (satellite precise calendar) is obtained from navigation data of 50 bits per second received directly from the satellite by the user. The navigation data stream consists of continuously transmitted 1500-bit frames 30 seconds long (1500 bits / 50 bits per second), each containing 5 300-bit subframes. The first three subframes consist of time and ephemeris data (satellite precise calendar). The ephemeris data (satellite precise calendar) is repeated at a frame repetition rate except that it is updated as appropriate. Thus, the reception for complete collection of ephemeris data (satellite precision calendar) from one satellite is approximately 30 seconds depending on where in the received frame the user's receiver begins looking for this data. Take it.

より深刻な問題は、航法メッセージからの時刻、エフェメリスデータ(衛星精密暦)引き出しにおいて、航法データビットを信頼性をもって逆変調するにはGPS信号が弱すぎるときに起こる。この問題は、25dB HzのC/Noで明らかになる。都会のビル街や建物内部では、C/Noは容易にこの値以下に落ち、もはや位置決めのためのエラーのないエフェメリスデータ(衛星精密暦)、時刻データを得られなくなるので、使用者の標準GPS受信機は使用不能に陥る。
上述の理由により、独立測位型(アシスト情報を用いない)受信機によるGPS測位の標準的方法は、速やかで信頼できる位置決定が必要とされる場合には、特に信号が弱いときは適切ではない。
A more serious problem occurs when the GPS signal is too weak to reliably demodulate the navigation data bits in the time, ephemeris data (satellite precision calendar) extraction from the navigation message. This problem becomes apparent with a C / No of 25 dB Hz. In urban buildings and buildings, C / No can easily fall below this value, and ephemeris data (satellite precision calendar) and time data with no positioning errors can no longer be obtained. The receiver becomes unusable.
For the reasons described above, the standard method of GPS positioning with an independent positioning (without assist information) receiver is not appropriate when quick and reliable positioning is required, especially when the signal is weak. .

アシスト情報を用いた測位の原理:
上記の標準的測位方法の限界は、アシスト情報を用いた測位を使うことで克服可能となる。アシスト情報を用いた測位においては、基地局(サーバー)がアシスト情報を使用者の受信機(移動体)に送信する(特許文献1参照)。この情報は、アシスト情報を用いたシステムによりある程度異なるが、典型的なアシスト情報としては下記の通りである。
1.サーバーは、移動体受信機のリファレンスオシレーターを基準化するため非常に正確な周波数リファレンスを移動体に送信する。サーバーと移動体の通信回線のキャリアー周波数がこの目的にしばしば使用される。移動体のリファレンスオシレーターの周波数不確定性が一旦除去されると、周波数捜索の幅がはるかに小さくなるため、移動体受信機による最初の衛星補足のための時間が相当短縮される。
2.多くの場合、サーバーは、おおよそのサーバーに対する相対的な移動体の近似位置を決定できる。例えば、移動体受信機が携帯電話に埋め込まれている場合(非常事態測位システムでは一般的に行われる)、最も強い携帯電話信号を受信する携帯アンテナの位置がこの目的に寄与する。移動体の近似位置データが、サーバーにより集められるエフェメリスデータ(衛星精密暦)と組み合わされて、衛星信号捜索における周波数の不確定性をさらに下げる。さらに、100〜200kmまでの距離でサーバーが移動体の近似位置を決められるならば、移動体は、擬似距離を決めるのに通常必要な高度に正確な時刻情報を衛星の航法データメッセージ(上記過程10参照)から引き出す必要がない。
3.各衛星からのエフェメリスデータ(衛星精密暦)と衛星時刻補正データは、サーバーにより集められ、移動体に送信される。これは、移動体が貴重な時間(少なくとも30秒)を消費することなく衛星から直接データを受信できるので、非常に大きな利点である。サーバーは多くの衛星が明瞭に確認できる位置にあり、衛星信号はその位置ではエフェメリスデータ(衛星精密暦)を逆変調するに充分強いからである。そこでサーバーは、GPSの50bpsよりもはるかに高いレートで、かつ移動体が衛星から直接エフェメリスデータ(衛星精密暦)を受信できないような場所でも受信するに充分な高出力でデータを移動体に容易に送信できる。
4.アシスト情報を用いた測位システムの中には、サーバーが、衛星から受信した実際の航法データビットの流れのコピーを移動体に送信するものもある。ビットパターンのデータが、受信する衛星信号からの変調データを、移動体が信頼性をもって取得することを可能にし、それにより衛星信号の到着時刻測定過程(上記過程9参照)において、はるかに長いコヒーレント積分演算時間を可能にする。この計算結果により、他の方法では値をとるためには弱すぎる信号をこの目的に使用可能とする。
5.サーバーは、正確なタイミング情報をも移動体に送信する。サーバーからのタイミング情報は、移動体が信号の遮蔽もしくは減衰により直接GPS航法メッセージから不確定時刻部分を回復できない場合に不可欠である。
米国特許第5663734号明細書
Positioning principle using assist information:
The limitations of the standard positioning method described above can be overcome by using positioning using assist information. In positioning using assist information, a base station (server) transmits assist information to a user's receiver (mobile body) (see Patent Document 1). This information varies to some extent depending on the system using the assist information, but typical assist information is as follows.
1. The server sends a very accurate frequency reference to the mobile to scale the reference oscillator of the mobile receiver. The carrier frequency of the server and mobile communication lines is often used for this purpose. Once the frequency uncertainty of the mobile reference oscillator is removed, the frequency search width is much smaller, thus considerably reducing the time for initial satellite acquisition by the mobile receiver.
2. In many cases, the server can determine the approximate location of the mobile relative to the approximate server. For example, if the mobile receiver is embedded in a mobile phone (common in emergency positioning systems), the location of the mobile antenna that receives the strongest mobile phone signal contributes to this purpose. The approximate position data of the mobile is combined with the ephemeris data (satellite precise calendar) collected by the server to further reduce the frequency uncertainty in the satellite signal search. In addition, if the server can determine the approximate position of the mobile at a distance of 100-200 km, the mobile will provide the satellite navigation data message (the above process) with the highly accurate time information normally required to determine the pseudorange. (Refer to 10).
3. Ephemeris data (satellite precise calendar) and satellite time correction data from each satellite are collected by a server and transmitted to a mobile unit. This is a huge advantage because the mobile can receive data directly from the satellite without consuming valuable time (at least 30 seconds). The server is in a position where many satellites can be clearly identified, and the satellite signal is strong enough to demodulate the ephemeris data (satellite precision calendar) at that position. So the server can easily transfer data to the mobile at a rate much higher than GPS's 50 bps and high enough to receive the ephemeris data (satellite precision calendar) directly from the satellite. Can be sent to.
4). In some positioning systems using assist information, the server sends a copy of the actual navigation data bit stream received from the satellite to the mobile. The bit pattern data allows the mobile to reliably obtain the modulated data from the satellite signal it receives, so that much longer coherence in the satellite signal arrival time measurement process (see step 9 above). Enable integration operation time. The result of this calculation allows signals that are too weak for other methods to take values, can be used for this purpose.
5. The server also sends accurate timing information to the mobile. Timing information from the server is essential when the mobile cannot recover the indeterminate time portion directly from the GPS navigation message due to signal shielding or attenuation.
US Pat. No. 5,663,734

アシスト情報を用いた測位におけるタイミング情報の役割から説明すると、前述のように、標準的なアシスト情報を用いない測位においては、正確な時刻が2つの目的のために直接GPS信号から回復されなければならない。信号送信(上記過程10参照)の時刻を正確に決定するのは、(1)擬似距離を測定する、(2)各衛星のその時の位置を決める、という目的のためである。擬似距離を決定する目的のためには、光の伝達速度による過剰な距離誤差を防ぐために、時刻が数十ナノ秒単位で正確でなければならない。衛星位置を確定する目的のためには、衛星から受信するエフェメリスデータ(衛星精密暦)方程式に送信時刻を挿入しなければならない。この場合には、要求される時刻の正確さはより低い。衛星は、約3800m/sの接線速度を有しており、衛星の位置決めの目的には、衛星位置の誤差を数十メートル以内にとどめるため時間は数ミリ秒の単位で正確でなければならない。   To explain from the role of timing information in positioning using assist information, as described above, in positioning without using standard assist information, the exact time must be recovered directly from the GPS signal for two purposes. Don't be. The exact time of signal transmission (see step 10 above) is determined for the purposes of (1) measuring pseudoranges and (2) determining the current position of each satellite. For the purpose of determining the pseudorange, the time must be accurate in tens of nanoseconds to prevent excessive distance errors due to the speed of light transmission. For the purpose of determining the satellite position, the transmission time must be inserted into the ephemeris data (satellite precise calendar) equation received from the satellite. In this case, the accuracy of the required time is lower. The satellite has a tangential velocity of about 3800 m / s, and for satellite positioning purposes, the time must be accurate in units of milliseconds to keep the satellite position error within tens of meters.

しかしながら、ほとんどのアシスト情報を用いた測位システムにおいては、2つの理由によりGPS信号以外の情報源から正確な時刻を得なければならない。1つめの理由は、受信信号から時刻情報を読み取るために、移動体が貴重な時間を費やすことは望ましくないということである。2つめは、このためには信号があまりに弱すぎることがあるということである。従って、典型的なアシスト情報を用いた測位システムにおいては、タイミング信号がサーバーから移動体に送られる。信号送信時刻がサーバーあるいは移動体における絶対時刻とどの程度違うかは未知であるため、このようなタイミング信号は衛星からの信号送信時刻を決定することには使えない(たとえタイミング信号がこの目的に使えたとしても、要求される数十ナノ秒の正確性を通信回線が提供することは困難あるいは不可能である)。   However, in most positioning systems using assist information, an accurate time must be obtained from an information source other than a GPS signal for two reasons. The first reason is that it is undesirable for the mobile to spend valuable time to read time information from the received signal. Second, the signal may be too weak for this. Therefore, in a positioning system using typical assist information, a timing signal is sent from the server to the mobile body. Since it is unknown how much the signal transmission time differs from the absolute time on the server or mobile, such timing signals cannot be used to determine the signal transmission time from the satellite (even if the timing signal is used for this purpose). Even if it can be used, it is difficult or impossible for the communication line to provide the required accuracy of tens of nanoseconds).

幸いにも、航法データメッセージを逆変調することなく、移動体がGPS衛星からの送信時刻の大まかな姿を知ることは可能である。これが可能なのは、GPS C/Aコードの始期が、各衛星からミリ秒単位の精度で全体にわたる各サテライトビークル(SV)時刻で送信され、該SV時刻が、サーバーが入手して移動体に送信する航法メッセージに含まれるエラー期間分だけGPS時刻と異なるためである(GPS時刻は全衛星が同期している正確な時刻である)。移動体の受信機は、受信信号をC/Aコードのレプリカと相関させてコードの始期を確定できる。長い時間相関させれば、多量の計算入力が得られるので、弱い信号でも信頼性をもって行える。しかしながら、始期時刻の送信は1ミリ秒の不確定性を有する。すなわち、特定の始期がある整数ミリ秒に等しいSV時刻で送信されたことが知られるのみであり、その整数の値は未知である。従って、各衛星の擬似距離は、同じ不確定性に支配され、それは空間的には300kmになる。位置方程式にこの不確定な時刻が使用されると、3次元枠又は格子内の移動体位置の方程式の可能な解は、300km規模の空間に及ぶ(実際の空間は、衛星と受信機の位置関係によりこの値とは異なる)。しかし、移動体の近似位置が100〜200km以内で知られるならば、この位置の不確定性は解決される。しかし、1ミリ秒の時間上の不確定性は未解決のまま残る。   Fortunately, it is possible for the mobile body to know the approximate time of transmission from a GPS satellite without demodulating the navigation data message. This is possible because the start of the GPS C / A code is transmitted from each satellite at each satellite vehicle (SV) time, with millisecond accuracy, which is obtained by the server and transmitted to the mobile. This is because the GPS time differs from the GPS time by an error period included in the navigation message (GPS time is an accurate time at which all satellites are synchronized). The mobile receiver can correlate the received signal with a C / A code replica to determine the beginning of the code. If a long time correlation is performed, a large amount of calculation input can be obtained, so even weak signals can be performed with reliability. However, the transmission of the start time has an uncertainty of 1 millisecond. That is, it is only known that a particular start was transmitted at an SV time equal to an integer millisecond, and the integer value is unknown. Thus, the pseudorange of each satellite is subject to the same uncertainty, which is 300 km spatially. When this uncertain time is used in the position equation, the possible solutions of the mobile position equation in a three-dimensional frame or grid span a 300 km scale space (actual space is the position of the satellite and receiver) This value differs depending on the relationship). However, if the approximate position of the moving body is known within 100 to 200 km, this position uncertainty is resolved. However, the uncertainty over the 1 millisecond time remains unresolved.

従って、サーバーからの正確なタイミング信号は、送信時刻における衛星位置確立の目的にのみ使われ、衛星位置の誤差を受け入れ可能な程度に小さくするには数ミリ秒以内の正確性が必要となるのみである。しかしながら残念なことに、この目的のために入手可能な携帯電話回線等の通信回線は、サーバーからのデータのパケット化や行列化により発生する未知で且つ変動する通信遅延を含んでいる。この予想不可能な遅延は、衛星位置を決定するにはしばしばあまりに大きくなる。他方、サーバーから移動体への既存の通信回線を使用することは、たとえ元々は正確なタイミング信号を送るためには設計されていないとしても、望ましいことである。しかしながら、充分に正確なタイミング信号を与えるためにこのような通信回線(例えば携帯電話網)を改造することは、あまりに費用がかかり、通信サービスの提供者には一般的に訴えかけないため、望ましくない。   Therefore, the accurate timing signal from the server is used only for the purpose of establishing the satellite position at the time of transmission, and only requires accuracy within a few milliseconds to reduce the satellite position error to an acceptable level. It is. Unfortunately, however, communication lines such as cellular telephone lines available for this purpose contain unknown and fluctuating communication delays caused by packetization and matrixing of data from the server. This unpredictable delay is often too great for satellite position determination. On the other hand, using an existing communication line from the server to the mobile is desirable even if it was not originally designed to send accurate timing signals. However, it is desirable to modify such a communication line (eg, a cellular network) to provide a sufficiently accurate timing signal because it is too expensive and generally does not appeal to communication service providers. Absent.

そこで、本発明は、上述の従来の衛星測位方法の問題を解決することを、目的とする。特に、移動体の正確な位置決定を、サーバーと移動体との時刻同期なしで達成できる方法を提供することを一の目的とし、移動体は、エフェメリスデータ(衛星精密暦)と信号時刻タグを受信するための衛星からの航法データビットの流れを逆変換する必要のない方法を提供することを別の目的とし、さらに、サーバーはエフェメリスデータ(衛星精密暦)、衛星時刻エラーデータ、及び大体の位置情報を移動体に与えるだけで足りる方法を提供することを、さらに別の目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to solve the problems of the conventional satellite positioning method described above. In particular, one object is to provide a method in which accurate positioning of a mobile object can be achieved without time synchronization between the server and the mobile object. The mobile object uses ephemeris data (satellite precision calendar) and a signal time tag. Another object is to provide a method that does not require reverse conversion of the navigation data bit stream from the satellite for reception, and the server also provides ephemeris data, satellite time error data, and approximate data. It is still another object to provide a method that only needs to provide position information to a moving object.

上記目的を達成するため、本発明は、サーバー又は他の情報源から移動体へのエフェメリスデータ(衛星精密暦)と衛星時刻補正データと近似位置情報又はそれに等価のデータとを最低限必要とする衛星測位方法であって、
(A1)3次元測位では最低限5個の衛星からの信号を、2次元測位では最低限4個の衛星からの信号を使用し、
(B1)(X,Y,Z)があらかじめ定義された座標系における3次元の移動体位置であり、Tが全衛星について擬似距離を決定する同時測定時刻であるとした場合、3次元測位には最少限X,Y,Z,Tの未知数を有する方程式での擬似距離測定を行い、
(C1)(X,Y)があらかじめ定義された座標系における水平面上の移動体位置であり、Tが全衛星について擬似距離を決定する同時測定時刻であるとした場合、2次元測位には最少限X,Y,Tの未知数を有する方程式での擬似距離測定を行い、
(D1)上記方程式中の各衛星位置は時刻Tのベクトル値関数fK (T)であり、fK が、通信回線を通じて移動体に送られる衛星エフェメリスデータ(衛星精密暦)又はその等価物と、移動体の近似位置と、から決定される。
In order to achieve the above object, the present invention requires at least ephemeris data (satellite precise calendar), satellite time correction data, approximate position information or equivalent data from a server or other information source to a mobile unit. A satellite positioning method,
(A1) 3D positioning uses signals from at least 5 satellites, and 2D positioning uses signals from at least 4 satellites.
(B1) When (X, Y, Z) is a three-dimensional moving object position in a predefined coordinate system, and T is a simultaneous measurement time for determining pseudoranges for all satellites, three-dimensional positioning is performed. Performs pseudorange measurements on equations with minimum X, Y, Z, T unknowns,
(C1) When (X, Y) is the position of a moving body on a horizontal plane in a predefined coordinate system and T is the simultaneous measurement time for determining the pseudorange for all satellites, the minimum is two-dimensional positioning. Perform pseudorange measurements on equations with unknown X, Y, T limits,
(D1) Each satellite position in the above equation is a vector value function f K (T) at time T, and f K is the satellite ephemeris data (satellite precise calendar) or its equivalent sent to the mobile body through the communication line. And the approximate position of the moving body.

また、サーバー又は他の情報源から移動体への通信のため通信回線を使用し、該通信回線が、携帯電話網、有線又は無線のインターネット、又は電話地上線のいずれかを含むか、またはそれらの組み合わせである。
また、GPS C/A擬似ランダムコードの始期が、衛星時刻補正データによりGPS時刻に補正されるスペースビークル(SV)時刻の整数ミリ秒値で送信されることを利用した、正確だが不確定な擬似距離差の決定を含む。
また、上記擬似距離差の不確定性の解決を、サーバー又は他の情報源から供給される移動体近似位置により行う。
Also, a communication line is used for communication from the server or other information source to the mobile, and the communication line includes any of a mobile phone network, a wired or wireless Internet, or a telephone land line, or It is a combination.
In addition, an accurate but uncertain pseudo-time using the fact that the start of the GPS C / A pseudo-random code is transmitted as an integer millisecond value of the space vehicle (SV) time corrected to the GPS time by the satellite time correction data. Includes determination of distance differences.
In addition, the uncertainty of the pseudo-range difference is solved by a moving body approximate position supplied from a server or another information source.

また、初期見積もり解としてのx(平均値)を下記数1の式で上記方程式を始めて、続く各計算過程を前回の計算時の見積もり解で始める最小2乗反復アルゴリズムが使用され、計算過程が解の収斂を得られるまで反復され、該反復アルゴリズムが、
(A5)サーバーから受信したエフェメリスデータ(衛星精密暦)、又はその等価物を使い、時刻Tにおける衛星位置(xk , yk , zk )を計算し、
(B5)LOSベクトルrk (平均値)と、移動体見積もり位置から各衛星までの長さ(距離)rを計算し、
(C5)cを光速度としたとき、この衛星の信号発信時刻tk =T−rk /cを計算し、(D5)衛星位置(xk , yk , zk )、rk (平均値)とrk 、対応する衛星速度ベクトルvk (平均値)を再計算するため、過程C5で得られた各衛星の信号発信時刻tk を使用しつつ、エフェメリスデータ(衛星精密暦)を使用し、
(E5)移動体−衛星単位ベクトルuk (平均値)を示す下記の数2の式を、LOSベクトルrk (平均値)と共に計算し、
(F5)ベクトルvk (平均値)が衛星速度ベクトルであり、下記の数3の式により定義されるマトリックスHを形成し、
(G5)過程D5により得られたrk を使用して、現在の見積もり解xを使うために距離差としての下記数4の式を計算し、
(H5)受信機により供給される擬似距離差測定値のベクトルと、過程G5で計算した距離差との間の変化のベクトルとしての下記数5の式を計算し、下記数6の各値が、
ρ1k=(nk −n1 )+c(εk −ε1 )+c(τk −τ1
で計算され、
τk がk番目の衛星受信コード相の測定値であり、εk がサーバーから受信されるk番目の衛星の衛星時刻補正値であり、未知の整数(nk −n1 )が下記の数7の式により解決され、
(I5)現在の見積もり解に適用するため、補正値としてのΔx(平均値)を下記の数8にて計算し、
(J5)=が、計算上の割り当て命令を表すものであって、代数的等価を示すものではない新見積もり解としての下記の数9の式を生成し、
(K5)良好な収斂を得るに充分な反復がなされていなければ、過程A5に戻り、そうでなければ解x(平均値)をもって反復計算を終える、
という段階から成る方法である。

Figure 2006284452
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また、反復アルゴリズムが、2次元測位に適合する様に量が修正される点を除いては同様である。 In addition, the least square iterative algorithm is used in which x (average value) as an initial estimated solution starts the above equation with the following equation 1, and each subsequent calculation process starts with the estimated solution at the previous calculation. Iterating until a convergence of the solution is obtained, the iterative algorithm is
(A5) Using the ephemeris data (satellite precise calendar) received from the server, or an equivalent thereof, calculate the satellite position (x k , y k , z k ) at time T,
(B5) Calculate the LOS vector r k (average value) and the length (distance) r from the estimated position of the moving object to each satellite,
(C5) When c is the speed of light, the satellite signal transmission time t k = T−r k / c is calculated. (D5) The satellite position (x k , y k , z k ), r k (average) Value) and r k and the corresponding satellite velocity vector v k (average value) to recalculate the ephemeris data (satellite precise calendar) using the signal transmission time t k obtained in step C5. use,
(E5) The following equation (2) indicating the moving object-satellite unit vector u k (average value) is calculated together with the LOS vector r k (average value).
(F5) The vector v k (average value) is a satellite velocity vector, and forms a matrix H defined by the following equation (3):
(G5) using r k obtained by a process D5, it calculates the following equation 4 of the formula as the distance difference to use the current estimates solutions x,
(H5) The following equation (5) is calculated as a vector of change between the pseudo-range difference measurement vector supplied by the receiver and the distance difference calculated in the process G5. ,
ρ 1k = (n k −n 1 ) + c (ε k −ε 1 ) + c (τ k −τ 1 )
Calculated by
τ k is the measurement value of the k-th satellite reception code phase, ε k is the satellite time correction value of the k-th satellite received from the server, and an unknown integer (n k −n 1 ) is the following number 7 is solved by
(I5) In order to apply to the current estimated solution, Δx (average value) as a correction value is calculated by the following formula 8,
(J5) = represents an assignment instruction in calculation, and does not indicate algebraic equivalence, and generates the following equation (9) as a new estimated solution,
(K5) If there are not enough iterations to obtain good convergence, go back to step A5, otherwise finish the iteration with the solution x (mean value).
It is a method that consists of these stages.
Figure 2006284452
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The same is true except that the iterative algorithm modifies the quantity to match the two-dimensional positioning.

本発明は、次のような著大な効果を奏する。
(1)移動体の正確な位置決定を、サーバーと移動体との時刻同期なしで達成できる。 (2)移動体は、エフェメリスデータ(衛星精密暦)と信号時刻タグを受信するための衛星からの航法データビットの流れを逆変調する必要がない。
(3)サーバーは最低限、エフェメリスデータ(衛星精密暦)、衛星時刻エラーデータ、及び大体の位置情報を移動体に与えるだけで足りる。
サーバーが1方向通信でデータ送信する限り、移動体は信号をサーバーに送る必要がない。サーバーと移動体間の時刻同期の必要をなくすことで、サーバーと移動体間の通信リンクの選択において極めて高い柔軟性が得られ、通信リンクには正確な時刻で送信するための設計が不要なものも含まれる。そこで、使用できるリンクは、既存の携帯電話網、有線または無線のインターネット網、さらには地上線電話網も含み、これらのリンクの改造は不要である。移動する受信部は衛星からの航法データビットの流れを逆変調する必要がなく、受信部が、室内や都会のビル街のような弱い信号環境の元で、信頼でき、早く、正確な位置測定ができるように設計することが自由になる。
The present invention has the following remarkable effects.
(1) Accurate position determination of the moving object can be achieved without time synchronization between the server and the moving object. (2) The mobile need not demodulate the flow of navigation data bits from the satellite to receive the ephemeris data (satellite precise calendar) and the signal time tag.
(3) The server only needs to provide ephemeris data (satellite precise calendar), satellite time error data, and approximate position information to the mobile body at a minimum.
As long as the server sends data in one-way communication, the mobile need not send a signal to the server. Eliminating the need for time synchronization between the server and the mobile unit provides tremendous flexibility in selecting the communication link between the server and mobile unit, and the communication link does not need to be designed to transmit at the correct time. Also included. Thus, usable links include existing mobile telephone networks, wired or wireless Internet networks, and landline telephone networks, and there is no need to modify these links. The moving receiver does not need to demodulate the navigation data bit stream from the satellite, and the receiver is reliable, fast, and accurate in a weak signal environment such as indoors or urban buildings. It becomes free to design to be able to.

本発明は、通常位置決めに必要とされる数を越えて少なくとも1つの追加衛星を使用して、一般的に数ミリ秒を越えない誤差を含む取得された不確定時刻の問題を解決する。移動体は、航法メッセージからも、サーバーからも時刻を取得しない。かわりに、航法メッセージに含まれるタイミングデータに基づくものほど正確でないとしても、時刻は、航法解から直接決定される追加変数として扱われる。アシスト情報を用いない受信機での航法解は、一般的に位置(X,Y,Zの3座標)と、受信機時計の誤差Bを解決する。このような受信機では、受信機時計の誤差Bの解決は非常に正確な時刻を得るために受信機時計を合わせることに使われるが、この正確度を得るには、航法解のために受信機がGPS信号から直接タイミングデータを読み取ることが要求される。対照的に、本発明は正確な時刻tを第4変数として含み、タイミングデータはGPS信号そのものから読み取る必要がない。この新変数は、受信機時計の誤差Bとは関係なく、誤差Bはもはや本発明の航法解の変数ではない。本発明の3次元測位には、最小限5個の衛星が必要であり、2次元測位には、高度が事前に知られているか、又は高度地図が入手できる場合、4個の衛星で充分である。少なくとも1個の追加衛星は、思われるほどに不利なものではない。なぜなら、グロナスのような他の測位システムからの追加衛星は、使用に充分な信号強度を有し、将来においては更に多数の衛星がガリレオのような他のシステムから使用可能になるだろうからである。
なお、本発明及び特許請求の距離の記載に於て、次の表1のように「左欄」を「右欄」のように表記することもあるが、算術的平均を示す点で同一の定義である。
The present invention uses at least one additional satellite beyond the number required for normal positioning to solve the problem of acquired indeterminate time, which typically includes errors that do not exceed a few milliseconds. The mobile does not get the time from the navigation message or from the server. Instead, the time is treated as an additional variable that is determined directly from the navigation solution, even if it is not as accurate as that based on the timing data contained in the navigation message. A navigation solution at a receiver that does not use assist information generally resolves the position (three coordinates of X, Y, and Z) and the error B of the receiver clock. In such a receiver, the resolution of the receiver clock error B is used to set the receiver clock to obtain a very accurate time, but to obtain this accuracy, the receiver clock is received for the navigation solution. The machine is required to read timing data directly from the GPS signal. In contrast, the present invention includes the exact time t as the fourth variable, and the timing data need not be read from the GPS signal itself. This new variable is independent of the receiver clock error B, which is no longer a variable of the navigation solution of the present invention. The three-dimensional positioning of the present invention requires a minimum of five satellites, and for two-dimensional positioning, four satellites are sufficient if the altitude is known in advance or an altitude map is available. is there. At least one additional satellite is not as disadvantageous as it seems. This is because additional satellites from other positioning systems such as Glonas have sufficient signal strength to use, and in the future more satellites will be available from other systems such as Galileo. is there.
In the description of the distance of the present invention and claims, the “left column” may be expressed as “right column” as shown in the following Table 1, but it is the same in that it indicates an arithmetic mean. Definition.

Figure 2006284452
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従来のGPSアシスト情報を用いない、並びにアシスト情報を用いた受信機による擬似距離測定の典型的な誤差なしモデルは、現行技術では、次の数10の式で表される。つまり、ρ(平均値)は、数10の式の通りである。   A typical error-free model of pseudorange measurement by a receiver that does not use conventional GPS assist information and also uses assist information is expressed by the following equation (10) in the current technology. That is, ρ (average value) is as shown in Equation 10.

Figure 2006284452
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次の数11の式が、観察される衛星nの擬似距離測定のベクトルであるなら、(X,Y,Z)は受信機位置であり、Bは受信機時計バイアス、fは既知の関数を表す。測位の到達目的は、測定値ρを与えられて航法解 x(平均値)=[X Y Z B] T を決定することである。 If the following equation (11) is a vector of the pseudorange measurement of the observed satellite n, (X, Y, Z) is the receiver position, B is the receiver clock bias, and f is a known function. To express. The purpose of positioning is to determine the navigation solution x (average value) = [XYZB] T given the measured value ρ.

Figure 2006284452
Figure 2006284452

関数fは、次の数12の式により定義される。 The function f is defined by the following equation (12).

Figure 2006284452
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送信時刻におけるk番目の衛星位置は(xk , yk , zk )であり、この衛星の擬似距離測定値はρk である。Bは秒単位であり、衛星とサーバー1の位置は東−北平面が地球表面に接するEast−North−Up(ENU)座標系を使用してメートル単位で表現される。そこで、Zとzk は、各々移動体とk番目の衛星の地球表面を表すデータからの高度を表す。ただし、他の座標系も使用できる。
このモデルにおいて、衛星位置は、信号送信の適正時刻をエフェメリスデータ(衛星精密暦)により提供される衛星進行の方程式に入れることで決定される。従来のアシスト情報を用いないGPS受信機においては、エフェメリスデータ(衛星精密暦)は航法メッセージから得られ、また従来のアシスト情報を用いたGPSシステムでは、エフェメリスデータ(衛星精密暦)(又はその等価物)は一般的にサーバーから移動体に送られる。
The k-th satellite position at the transmission time is (x k , y k , z k ), and the pseudorange measurement of this satellite is ρ k . B is in seconds, and the position of the satellite and server 1 is expressed in meters using the East-North-Up (ENU) coordinate system in which the east-north plane is in contact with the earth surface. Thus, Z and z k represent the altitudes from the data representing the earth surface of the mobile and the k-th satellite, respectively. However, other coordinate systems can be used.
In this model, the satellite position is determined by putting the appropriate time of signal transmission into the satellite progression equation provided by the ephemeris data (satellite precise calendar). In conventional GPS receivers that do not use assist information, ephemeris data (satellite precise calendar) is obtained from navigation messages, and in conventional GPS systems that use assist information, ephemeris data (satellite precise calendar) (or equivalent) Are generally sent from the server to the mobile.

妨害されない信号用に設計された従来のアシスト情報を用いないGPS受信機においては、衛星位置決め目的の信号送信時刻は、受信される航法メッセージのタイミング情報から即座に決定される。しかし、アシスト情報を用いたGPSシステムでは、タイミングデータを読み取るために移動体が貴重な時間を使い果たすことは望ましくない。さらに、信号はそのようなデータを読み取るには弱すぎることがしばしばある。現行のアシスト情報を用いたGPS測位技術は、サーバーが正確な時計を有するとすると、典型的には次の2つの方法の内1つによりこの問題を解決する。(1)移動体は、サーバーが送る同期信号から時刻を取得でき、それからエフェメリスデータ(衛星精密暦)を使用して擬似距離測定が行われる時刻に対応する衛星位置を計算する。(2)移動体は、擬似距離測定に合わせてタイミングパルスをサーバーへ送信でき、サーバーはそれからパルスの受信時刻を表す数値データを移動体に返信できる。
しかしながら、このようなタイミング調整は、サーバーとその通信網に対し、実現するには高価でしかも困難な要求を課することが多い。本発明は測位に最小限必要な数を越えて少なくとも1つの追加衛星を使用する代替解決案である。これにより擬似距離測定、引いては対応する衛星位置も、航法解の1部となり、衛星又はサーバーから直接受信される正確なタイミングデータが不要となる。
In a GPS receiver that does not use conventional assist information designed for unobstructed signals, the signal transmission time for satellite positioning purposes is immediately determined from the timing information of the received navigation message. However, in the GPS system using the assist information, it is not desirable that the moving body runs out of valuable time to read the timing data. Furthermore, the signal is often too weak to read such data. Current GPS positioning technology using assist information typically solves this problem in one of two ways, assuming that the server has an accurate clock. (1) The mobile unit can acquire the time from the synchronization signal sent from the server, and then uses the ephemeris data (satellite precise calendar) to calculate the satellite position corresponding to the time at which the pseudorange measurement is performed. (2) The moving body can transmit a timing pulse to the server in accordance with the pseudorange measurement, and the server can then return numerical data representing the reception time of the pulse to the moving body.
However, such timing adjustment often imposes demands on the server and its communication network that are expensive and difficult to implement. The present invention is an alternative solution that uses at least one additional satellite beyond the minimum required for positioning. As a result, the pseudorange measurement, and hence the corresponding satellite position, is also part of the navigation solution, and accurate timing data received directly from the satellite or server is not required.

本発明は、時計バイアスBがもはや関係ある変数ではない異なった方程式を使用する。実際に、このバイアスは、GPS信号から直接時間を得る従来のアシスト情報を用いない受信機を使って達成される高レベルの精度(約10〜100ナノ秒)をもはや決定できない。新方程式の開発において、最初の段階は変数としてのBを数12の式から最初の方程式を残りの各方程式から引くことにより消去することである。この式は、次の数13に示される。   The present invention uses a different equation where the clock bias B is no longer a relevant variable. In fact, this bias can no longer determine the high level of accuracy (about 10-100 nanoseconds) achieved using a receiver that does not use conventional assist information to obtain time directly from the GPS signal. In developing a new equation, the first step is to eliminate B as a variable by subtracting the first equation from each of the remaining equations from equation (12). This equation is shown in the following equation (13).

Figure 2006284452
であり、ρ1K=ρ1 −ρK である。
この数13の式では、衛星位置(xk ,yk , zk )は、新時刻変数Tの関数として表され、n衛星のそれぞれの同時に距離測定が遂行される時刻として次の数14の式によって定義される。
Figure 2006284452
And ρ 1K = ρ 1 −ρ K.
In the equation (13), the satellite position (x k , y k , z k ) is expressed as a function of the new time variable T, and the following equation 14 is used as the time at which the distance measurement of each of the n satellites is performed simultaneously. Defined by an expression.

Figure 2006284452
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関数fk は、見積もられた信号発信時刻Tをk番目の衛星のためのエフェメリスデータ(衛星精密暦)方程式に挿入することで求められる(これについては後に詳述する)。衛星位置が数14の式により与えられるTの関数である上記数13の式は、こうしてよりまとまった形態を取る。 The function f k is obtained by inserting the estimated signal transmission time T into the ephemeris data (satellite precise calendar) equation for the kth satellite (this will be described in detail later). Equation 13 above, which is a function of T, where the satellite position is given by Equation 14, thus takes a more organized form.

Figure 2006284452
Figure 2006284452

dρ(平均値)=[ρ12 ρ13 ..... ρ1nT は、最初の衛星と他の衛星との間の測定された擬似距離の列ベクトルであり、x(平均値)=[X Y Z T]T は未知の列ベクトルである。 dρ (average value) = [ρ 12 ρ 13... ρ 1n ] T is a column vector of measured pseudoranges between the first satellite and the other satellites, and x (average value) = [X Y Z T] T is an unknown column vector.

擬似距離差測定値:
移動体2が出した擬似距離差測定値ρ1kは、各衛星k=1,2,...,nについて擬似距離ρk を測定することで得られる。これは、各衛星について、衛星のC/Aコードの複製と基本周波数帯での受信信号とを相関させ、相関関数の頂点の位置を特定することで達成される。頂点の位置が、受信機時計による通常の参照時刻T0 における衛星のC/AコードのフェーズTk を決定する。これらのフェーズが記録される。C/Aコードは1ミリ秒の期間なので、記録されたフェーズは、ミリ秒単位で0から1の距離であり、参照時刻T0 がコード期間の中でどの程度の位置にあるかを示す。
Pseudo distance difference measurement:
The pseudo-range difference measurement value ρ 1k issued by the moving body 2 is obtained by measuring the pseudo-range ρ k for each satellite k = 1, 2 ,. This is achieved by correlating the satellite C / A code copy with the received signal in the fundamental frequency band for each satellite to determine the position of the vertex of the correlation function. The position of the vertex determines the phase T k of the satellite C / A code at the normal reference time T 0 by the receiver clock. These phases are recorded. Since the C / A code is a 1-millisecond period, the recorded phase is a distance from 0 to 1 in milliseconds, and indicates the position of the reference time T 0 in the code period.

各衛星について、T0 が起こる受信されたコード期間の開始(始期)が、衛星時計によるミリ秒単位の整数nk の時刻において衛星から発信されることは知られている。この時計はスペースビークル(SV)時刻として知られる時刻を提供する。サーバーから移動体へ送られる航法データメッセージの一部である小時刻修正εk が、SV時刻を全衛星で同一のGPS時刻に変換するために適用される。そして、k番目の衛星のために、τk ミリ秒のフェーズ(相)を有する観察地点の受信信号上のミリ秒単位の送信GPS時刻tk は、次の数16の式のように表される。 For each satellite, it is known that the start (start) of the received code period, where T 0 occurs, originates from the satellite at an integer n k time in milliseconds by the satellite clock. This watch provides a time known as space vehicle (SV) time. A small time correction ε k , which is part of the navigation data message sent from the server to the mobile, is applied to convert the SV time to the same GPS time for all satellites. And, for the k-th satellite, the transmission GPS time t k in milliseconds on the received signal at the observation point having the phase of τ k milliseconds is expressed as the following equation (16). The

Figure 2006284452
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k は、正の整数としては未知である。k番目の衛星の擬似距離ρk は、次の数17の式で示すように光速度cにより乗算された衛星から移動体受信機への発信時刻である。 nk is unknown as a positive integer. The pseudo distance ρ k of the k-th satellite is the transmission time from the satellite to the mobile receiver multiplied by the light velocity c as shown in the following equation (17).

Figure 2006284452
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ここで距離ではなく擬似距離という用語が使われているが、これは移動体の時計は一般的にGPS時刻には同期しておらず、相対的に誤差又はBとして前述した受信機時計の誤差(バイアス)を有するためである。
本発明の好ましい実施の形態においては、コードフェーズの測定値τk が擬似距離差ρ1kを求めるために以下の数18のように使われる。
Here, the term pseudo-range is used instead of distance. This is because mobile clocks are generally not synchronized with GPS time, and are relatively errors or errors in the receiver clock described above as B. This is because of having (bias).
In the preferred embodiment of the present invention, the measured value τ k of the code phase is used as shown in Equation 18 below to obtain the pseudorange difference ρ 1k .

Figure 2006284452
Figure 2006284452

擬似距離差を求める際にT0 が削除されるので、受信機時計のバイアスBもまた削除され、従って擬似距離差は測定距離差と呼ぶことが適切である。
数18の式における擬似距離差は、整数(nk −n1 )が初期段階では未知であるための不確定性という欠点がある。しかし、この不確定性は、移動体2の位置が100〜200km以内で知られており、コードフェーズτk の測定時刻の初期見積もりが10秒かそこらの正確さで知られていれば解決される。あいまいさの解決は、擬似距離が測定される近似時刻(約10秒以内)における衛星位置と移動体2の近似位置による、距離rk の最初の見積もりで達成される。見積もり距離差(r1 −rk )は、実際の擬似距離差測定値ρ1kのかわりに数18の式に代入され、以下の数19の式にて、整数(nk −n1 )が計算される。
Since T 0 is deleted when determining the pseudorange difference, the bias B of the receiver clock is also deleted, so it is appropriate to refer to the pseudorange difference as the measured distance difference.
The pseudo-range difference in the equation (18) has a disadvantage of uncertainty because the integer (n k −n 1 ) is unknown at the initial stage. However, this uncertainty can be solved if the position of the moving body 2 is known within 100 to 200 km and the initial estimate of the measurement time of the code phase τ k is known with an accuracy of 10 seconds or so. The The ambiguity resolution is achieved with an initial estimate of the distance r k by the satellite position and the approximate position of the mobile 2 at the approximate time (within about 10 seconds) at which the pseudorange is measured. The estimated distance difference (r 1 −r k ) is substituted into the equation 18 instead of the actual pseudo distance difference measurement value ρ 1k , and the integer (n k −n 1 ) is expressed by the following equation 19. Calculated.

Figure 2006284452
cintは、最近似の整数関数であり、cは光速度を1ミリ秒あたりのメートル数で示す(2.9979 ×105 )。
Figure 2006284452
cint is the closest integer function, and c represents the speed of light in meters per millisecond (2.9979 × 10 5 ).

航法方程式の解:
航法方程式の解は、4つの変数X,Y,Z,Tの解である。距離差測定の時刻Tの解は、通常秒で表現され、移動体位置の解(X,Y,Z)は典型的には東−北平面が地球表面に接するローカルENU(East-North-Up)座標系を使用してメートルで表される。
従来のアシスト情報を用いた受信機のための数10の方程式と、本発明の数15の式との間には、微妙でありながら重要な区別がある。数10の式では、充分に正確なタイミング情報がサーバーから入手できるため、各衛星からの正確な信号発信時刻は判明している。そこで、発信時の各衛星位置は、エフェメリスデータ(衛星精密暦)に発信時刻を挿入すれば得られる。これに対して、本発明では信号発信時刻は数14の式の解から得られ、サーバー1からのタイミング情報は要求されない。
Solution of navigation equations:
The solution of the navigation equation is a solution of four variables X, Y, Z, and T. The solution of the distance difference measurement time T is usually expressed in seconds, and the moving body position solution (X, Y, Z) is typically a local ENU (East-North-Up) where the east-north plane is in contact with the earth surface. ) Expressed in meters using the coordinate system.
There is a subtle but important distinction between equation 10 for a receiver using conventional assist information and equation 15 of the present invention. In the equation (10), sufficiently accurate timing information can be obtained from the server, so that the accurate signal transmission time from each satellite is known. Therefore, the position of each satellite at the time of transmission can be obtained by inserting the transmission time into the ephemeris data (satellite precise calendar). In contrast, in the present invention, the signal transmission time is obtained from the solution of the equation (14), and the timing information from the server 1 is not required.

数13の式において、5個の衛星を使用することで4つの未知の値X,Y,Z,Tを4方程式で解くことに注意されたい。数15の式を使用して、測定値dρ(平均値)によりx(平均値)の解を求めたい。未知数x(平均値)よりも測定値のほうが多いことも考えられるため、最小乗算解が適切である。最小乗算解によるベクトル解x(平均値)が次の数20の式を最小化する。   Note that in equation (13), four unknown values X, Y, Z, and T are solved by four equations by using five satellites. We want to find the solution of x (average value) from the measured value dρ (average value) using the formula (15). Since there may be more measured values than unknowns x (average value), the minimum multiplication solution is appropriate. The vector solution x (average value) by the minimum multiplication solution minimizes the following equation (20).

Figure 2006284452
Figure 2006284452

gは非線型関数であるが、ニュートン法で速やかに収斂する解が得られる。ベクトルx(平均値)はいずれにしても真の解に相当近く、x(平均値)内の小変化△x(平均値)と擬似距離差測定のベクトルdρ(平均値)内の対応変化△dρ(平均値)との関係は次の数21の式で与えられる。   Although g is a non-linear function, a solution that quickly converges by the Newton method can be obtained. In any case, the vector x (average value) is very close to the true solution, and a small change Δx (average value) in x (average value) and a corresponding change Δ in the vector dρ (average value) of the pseudorange difference measurement Δ The relationship with dρ (average value) is given by the following equation (21).

Figure 2006284452
ただし、マトリックスHは次の数22の式である。
Figure 2006284452
However, the matrix H is the following equation (22).

Figure 2006284452
数22の式においてベクトルuk (平均値)は次の数23の式にて示されるが、このベクトルuk (平均値)は、視線(LOS)に沿った移動体−衛星単位のベクトルであり、ベクトルvk (平均値)は、時刻tk における衛星速度ベクトルである。
Figure 2006284452
In the equation (22), the vector u k (average value) is expressed by the following equation (23). This vector u k (average value) is a moving object-satellite unit vector along the line of sight (LOS). Yes, vector v k (average value) is a satellite velocity vector at time t k .

Figure 2006284452
Figure 2006284452

マトリックスHは常に全列階数(=4)を有し、行数は衛星数より常に1小さい。5個以上の衛星が使用される場合、Hは列数より行数のほうが多くなる。このような場合には、△x(平均値)の解は存在しないことがある。しかし、△x(平均値)の最小乗算解は存在し、次の公知の数24の式により得られる。   The matrix H always has a total column rank (= 4), and the number of rows is always one less than the number of satellites. If more than 5 satellites are used, H will have more rows than columns. In such a case, there may be no solution of Δx (average value). However, there exists a minimum multiplication solution of Δx (average value), which can be obtained by the following well-known equation 24.

Figure 2006284452
Figure 2006284452

図1、図2及び図3を参照すると、x(平均値)の最小乗算解(△x(平均値)ではない)は次の反復計算により得られる。ループ指数はjである。最初のループ通過は、移動体2の近似位置と時間から得られる初期見積もり解x(平均値)=[X Y Z T]T から始まり、よりよい見積もり解を提供するためにこの解を洗練する。続く計算は、最も新しい見積もり値で行い、解をさらに洗練していく。下記の過程において、指数kは1から観察される衛星の数nに向かって動く。 Referring to FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3, the minimum multiplication solution of x (average value) (not Δx (average value)) is obtained by the following iterative calculation. The loop index is j. The first loop passage starts with an initial estimated solution x (average value) = [X Y Z T] T obtained from the approximate position and time of the mobile 2 and refines this solution to provide a better estimated solution . Subsequent calculations are performed with the most recent estimates, and the solution is further refined. In the following process, the index k moves from 1 to the number n of satellites observed.

(A5)サーバー1から受信したエフェメリスデータ(衛星精密暦)、又はその等価物を使い、時刻Tにおける衛星位置(xk , yk , zk )を計算する。
(B5)LOSベクトルrk (平均値)と、移動体見積もり位置から各衛星までの長さ(距離)rを計算する。
(C5)cを光速度としたとき、この衛星の信号発信時刻tk =T−rk /cを計算する。
(D5)衛星位置(xk , yk , zk )、rk (平均値)とrk 、対応する衛星速度ベクトルvk (平均値)を再計算するため、過程C5で得られた各衛星の信号発信時刻tk を使用しつつ、エフェメリスデータ(衛星精密暦)を使用する。
(E5)移動体−衛星間のベクトルuk (平均値)は次の数25の式で示されるが、このベクトルuk (平均値)を、LOSべクトルrk (平均値)と共に計算する。
(A5) The satellite position (x k , y k , z k ) at time T is calculated using the ephemeris data (satellite precise calendar) received from the server 1 or its equivalent.
(B5) The LOS vector r k (average value) and the length (distance) r from the estimated position of the moving object to each satellite are calculated.
(C5) When c is the speed of light, the satellite signal transmission time t k = T−r k / c is calculated.
(D5) In order to recalculate the satellite position (x k , y k , z k ), r k (average value) and r k , and the corresponding satellite velocity vector v k (average value), each obtained in step C5 The ephemeris data (satellite precise calendar) is used while using the satellite signal transmission time t k .
(E5) A vector u k (average value) between the moving object and the satellite is expressed by the following equation 25, and this vector u k (average value) is calculated together with the LOS vector r k (average value). .

Figure 2006284452
Figure 2006284452

(F5)前記数22の式により定義されるマトリックスHを形成する。
(G5)過程D5により得られたrk を使用して、現在の見積もり解x(平均値)を使うために距離差dr(平均値)を次の数26の式にて、計算する。
(F5) The matrix H defined by the formula of the equation 22 is formed.
Use r k obtained by (G5) process D5, the distance difference dr to use the current estimates solution x (average) (average value) by a formula of the following numbers 26, calculates.

Figure 2006284452
Figure 2006284452

(H5)受信機により供給される擬似距離差測定値のベクトルと、過程G5で計算した距離差との間の変化のベクトル△dρ(平均値)を計算する。なお、△dρ(平均値)は数27にて示される。擬似距離差測定値は上述の数18の式により、サーバーから供給される衛星時刻補正データを使用して計算される。 (H5) A change vector Δdρ (average value) between the vector of the pseudo distance difference measurement value supplied by the receiver and the distance difference calculated in the process G5 is calculated. Δdρ (average value) is expressed by Equation 27. The pseudo-range difference measurement value is calculated using the satellite time correction data supplied from the server according to the above equation (18).

Figure 2006284452
Figure 2006284452

(I5)現在の見積もり解に適用するため、補正値△x(平均値)を数28の式にて計算する。 (I5) In order to apply to the current estimated solution, the correction value Δx (average value) is calculated by the equation (28).

Figure 2006284452
Figure 2006284452

(J5)新見積もり解(数29の式を参照)を生成する(=は、計算上の割り当て命令を表すものであって、代数的等価を示すものではない)。 (J5) A new estimated solution (see Equation 29) is generated (= represents a calculation assignment instruction, not algebraic equivalence).

Figure 2006284452
Figure 2006284452

(K5)良好な収斂を得るに充分な反復がなされていなければ、過程A5に戻る(図2から図1の丸B参照)。そうでなければ解x(平均値)をもって反復計算を終える(図2参照)。 (K5) If there are not enough iterations to obtain good convergence, return to step A5 (see circle B in FIGS. 2 to 1). Otherwise, the iterative calculation ends with the solution x (average value) (see FIG. 2).

この反復法は、初期の位置見積もり(X,Y,Z)が実際の移動体位置から100〜200kmの距離にある程度に良好で、初期時刻見積もり値TがGPS時刻から約10秒以内にある程度に良好であれば、一般的に非常に速やかに収斂する。これらの条件下では、各々の衛星の幾何学的広がりの良好さを示す値(PDOP)が40以下ならば、一般的に5回以上の反復は必要としない。結果として、ループは単純に5回のみ行われ、いつ止めるかについて基準を定める必要は避けられる。   In this iterative method, the initial position estimate (X, Y, Z) is good to some extent at a distance of 100 to 200 km from the actual moving body position, and the initial time estimate T is within some 10 seconds from the GPS time. If good, it generally converges very quickly. Under these conditions, if the value (PDOP) indicating the good geometric extent of each satellite is 40 or less, generally 5 or more iterations are not required. As a result, the loop is simply done only five times, avoiding the need to set criteria for when to stop.

過程A5〜K5は、移動体の高度が知られている場合には、ただちに2次元位置を得るように修正できる。ローカルENU座標系では、Zが高さ座標である。
最初の時刻見積もりはただ約10秒単位での正確さが必要なだけなので、移動体2における低コストのリアルタイムクロックにより容易に提供できる(又は約10秒単位と同程度の時刻の潜在的不確定性を有するサーバー1から送られる時刻刻みにより提供できる)。従って、本発明はサーバー1がいかなる種類の時刻同期も必要としないという利点を有する。そして、アシスト情報を用いた測位はインターネットのような既存の様々な通信回線5を使用して、正確な時刻送信のための改造をすることなくアシスト情報を送信可能となる。
Processes A5 to K5 can be corrected to obtain a two-dimensional position immediately when the altitude of the moving object is known. In the local ENU coordinate system, Z is the height coordinate.
Since the initial time estimate only needs to be accurate in about 10 seconds, it can be easily provided by a low-cost real-time clock in the mobile 2 (or a potential uncertainty of about the same time as about 10 seconds) (It can be provided in time increments sent from the server 1 having the characteristics). Thus, the present invention has the advantage that the server 1 does not require any kind of time synchronization. Positioning using the assist information can transmit the assist information using various existing communication lines 5 such as the Internet without remodeling for accurate time transmission.

図3に示す本発明に関する特徴を示すブロック図に於て、サーバー1から要求される情報は、エフェメリスデータ(衛星精密暦)と衛星時刻誤差の補正値のみである。これらのデータは、最近の更新から約2時間は有効であり、サーバー1に蓄えられて、後に移動体に送信される。サーバー1はまた、(電離層補正情報等のような)追加のアシスト情報や、約10秒程度の正確な時刻信号を移動体2に送信する。しかし、移動体2が自身の低コストのリアルタイムクロックを位置算出アルゴリズムの初期化において使用できるため、タイミング信号は要求されない。   In the block diagram showing the features of the present invention shown in FIG. 3, the information required from the server 1 is only the ephemeris data (satellite precise calendar) and the correction value of the satellite time error. These data are valid for about two hours from the latest update and are stored in the server 1 and later transmitted to the mobile. The server 1 also sends additional assist information (such as ionospheric correction information) and an accurate time signal of about 10 seconds to the mobile 2. However, no timing signal is required because the mobile 2 can use its own low-cost real-time clock in the initialization of the position calculation algorithm.

正確さを示す数値:
本発明における衛星の幾何学的広がり具合の正確さを示す数値(GDOP)は、計算の基本原理はなお同様とはいえ、従来の方法と比べると異なった方法で行われる。従来のアシスト情報を用いない測位のGDOPの基本単位は、衛星位置の正確さを示す数値(PDOP)、衛星の水平方向の広がり具合の正確さを示す数値(HDOP)、衛星の垂直方向の広がり具合の正確さを示す数値(VDOP)、それに受信機時計バイアスの正確さを示す数値(BDOP)である。本発明は、PDOP、HDOP、そしてVDOPを保持しているが、BDOPを時刻の正確さを示す数値(TDOP)に置き換えている。PDOP、HDOP、そしてVDOPの数値は従来得られたものとわずかに違うが、TDOPの数値はBDOPの数値からは非常に違っている。擬似距離測定値Tと時計バイアスBは明確に違う量だからである。
Numeric value indicating accuracy:
The numerical value (GDOP) indicating the accuracy of the geometrical extent of the satellite in the present invention is different from the conventional method, although the basic principle of calculation is still the same. The basic unit of positioning GDOP without using conventional assist information is a numerical value (PDOP) indicating the accuracy of the satellite position, a numerical value (HDOP) indicating the accuracy of the horizontal spread of the satellite, and the vertical spread of the satellite. A numerical value (VDOP) indicating the accuracy of the condition and a numerical value (BDOP) indicating the accuracy of the receiver clock bias. The present invention holds PDOP, HDOP, and VDOP, but replaces BDOP with a numerical value (TDOP) indicating the accuracy of time. PDOP, HDOP and VDOP numbers are slightly different from those obtained previously, but TDOP numbers are very different from BDOP numbers. This is because the pseudo distance measurement value T and the clock bias B are clearly different amounts.

本発明のGDOPを決定するには、量cτk が独立でゼロ平均の可変ノイズ構成単位δk を有すると想定され、τk はミリ秒で表現され、cは毎ミリ秒メートルで現される光速度である。数17の式より、δk はノイズ構成単位ρk でもあることがわかる。そこで、数18の式より、擬似距離差測定値ρ1k=ρ1 −ρk のノイズ構成単位はδ1 −δk となる。従って、擬似距離差測定値のベクトルdρ(平均値)=[ρ12 ρ13 .... ρ1n] T のノイズ構成単位(数30参照)は次の数31の式で与えられる。 To determine the GDOP of the present invention, the quantity cτ k is assumed to have an independent zero-mean variable noise unit δ k , where τ k is expressed in milliseconds, and c is expressed in milliseconds per millisecond. It is the speed of light. From the equation (17), it can be seen that Δ k is also a noise constituent unit ρ k . Therefore, according to the equation (18), the noise constituent unit of the pseudo distance difference measurement value ρ 1k = ρ 1 −ρ k is δ 1 −δ k . Accordingly, the noise constituent unit (see Equation 30) of the vector dρ (average value) = [ρ 12 ρ 13... Ρ 1n ] T of the pseudo distance difference measurement value is given by the following Equation 31.

Figure 2006284452
Figure 2006284452
Figure 2006284452
Figure 2006284452

数24の式より、擬似距離差測定値のノイズベクトル(数30参照)は対応するゼロ平均ノイズベクトル(数32参照)を解ベクトルx(平均値)のために起こすことがわかる。   From Equation 24, it can be seen that the noise vector of the pseudo-range difference measurement value (see Equation 30) causes the corresponding zero average noise vector (see Equation 32) to occur for the solution vector x (average value).

Figure 2006284452
Figure 2006284452
Figure 2006284452
Figure 2006284452

数32の式にて示したゼロ平均ノイズベクトルの共変マトリックスCは、

Figure 2006284452
Figure 2006284452
であり、E{ }は期待値を意味し、数35の式で示される事実を用いた。InXn はn×n同定マトリックスである。
対角要素C11、C22、C33、C44は、前述の擬似距離測定ノイズの単位可変数の仮定において、それぞれX,Y,Z,Tの解の可変数であり、PDOP,HDOP,VDOP,TDOPを次のように定義するために使われる。 The covariant matrix C of the zero mean noise vector shown in the equation 32 is
Figure 2006284452
Figure 2006284452
And E {} means an expected value, and the fact shown by the equation 35 is used. In xn is an nxn identification matrix.
Diagonal elements C 11 , C 22 , C 33 , and C 44 are variable numbers of solutions of X, Y, Z, and T, respectively, on the assumption of the unit variable number of the pseudorange measurement noise described above, and PDOP, HDOP, It is used to define VDOP and TDOP as follows.

Figure 2006284452
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典型的性能:
上記概念の証明を得るため、本発明の性能をシミュレートした。シミュレーションでは、各軌道につき角度上で等スペース化された4衛星を含む6軌道平面から成るGPS衛星配列モデルを使用した。6軌道平面の上昇交点は、回転する地球の赤道廻りで角度上で等スペース化されている。サーバー1と移動体2の真の位置は地球上の同一の固定点にある。ここに提示する結果は、サーバー1と移動体2は北緯34度にあり、可視衛星のマスク角度が10度であると仮定したものである。擬似距離測定ノイズは1メートルの標準偏差を有すると仮定する。各試行において、可視衛星は24時間の期間中でのランダム化により無作為に選ばれ、測位アルゴリズムは可視衛星から無作為選択された5個の衛星を使用する。
2万回のモンテカルロ試行の結果を表2に示す。2乗平均(RMS)位置と時刻誤差はPDOP増加に伴い増加すると期待され、結果は4PDOPカテゴリーにグループ分けされる。
Typical performance:
To obtain a proof of the above concept, the performance of the present invention was simulated. In the simulation, a GPS satellite array model consisting of 6 orbital planes including 4 satellites equispaced on an angle for each orbit was used. The rising intersections of the six orbital planes are equally spaced around the equator of the rotating earth. The true positions of the server 1 and the mobile body 2 are at the same fixed point on the earth. The results presented here assume that server 1 and mobile 2 are at 34 degrees north latitude and the visible satellite mask angle is 10 degrees. Assume that the pseudorange measurement noise has a standard deviation of 1 meter. In each trial, visible satellites are randomly selected by randomization over a 24 hour period, and the positioning algorithm uses five satellites randomly selected from the visible satellites.
Table 2 shows the results of 20,000 Monte Carlo trials. The root mean square (RMS) position and time error are expected to increase with increasing PDOP, and the results are grouped into 4 PDOP categories.

Figure 2006284452
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表2より、少なくとも5個の衛星と良好なPDOPが移動体から観察できれば、良好な3次元測位が本発明の方法で得られることがわかる。衛星数が5個より多ければ、誤差が大幅に減少する。RMS測位誤差が対応するPDOPカテゴリーと良好な一致を示すことに注意されたい。これはRMS測位誤差が、シミュレーションで使用された1メートル1シグマの擬似距離測定ノイズのためのPDOPと等しいからである。もし高度のアシスト情報が得られれば(即ち、移動体中に蓄積された局地高度地図)、同様の結果を出すためには最小限4個の衛星で足りる。
また、PDOPが良好の場合(即ち、小さい場合)、擬似範囲測定時刻Tが移動体で数ミリ秒以内に決定されることにも注意されたい。この時刻は、移動体時計を同様の精度に調整することにも使われる。5個の衛星の場合、RMS誤差はPDOP<5の場合の2.7ミリ秒から、20≦PDOP<40の場合の22.1ミリ秒の距離になる。
From Table 2, it can be seen that if at least five satellites and good PDOP can be observed from the moving body, good three-dimensional positioning can be obtained by the method of the present invention. If the number of satellites is greater than 5, the error is greatly reduced. Note that the RMS positioning error shows a good match with the corresponding PDOP category. This is because the RMS positioning error is equal to the PDOP for the 1 meter 1 sigma pseudorange measurement noise used in the simulation. If altitude assist information is obtained (ie, a local altitude map stored in a mobile object), a minimum of four satellites are sufficient to produce a similar result.
Note also that when the PDOP is good (ie small), the pseudorange measurement time T is determined within a few milliseconds at the mobile. This time is also used to adjust the mobile clock to the same accuracy. For 5 satellites, the RMS error is a distance from 2.7 milliseconds when PDOP <5 to 22.1 milliseconds when 20 ≦ PDOP <40.

以上述べた本発明の実施の形態ではGPS衛星を使用したが、周期擬似ランダムコードと放送エフェメリスデータ(衛星精密暦)を使用する他のグローバル航法衛星システム(GNSS)にも本発明を適用できる。このようなシステムは、ヨーロッパのガリレオ測位システム、ロシアのグロナス、並びに中国の北斗システム等を含むが、これらに限られるものではない。
なお、図3に示すように、サーバー1(又は他の情報源)から移動体2への通信のための通信回線5としては、形態電話網5a、インターネット5b、電話地上線5c、無線通信網5d等の一つ乃至それらの組み合わせから構成される。
In the embodiment of the present invention described above, a GPS satellite is used, but the present invention can also be applied to other global navigation satellite systems (GNSS) that use a periodic pseudo-random code and broadcast ephemeris data (satellite precise calendar). Such systems include, but are not limited to, the Galileo positioning system in Europe, the Glonus in Russia, and the Beidou system in China.
As shown in FIG. 3, the communication line 5 for communication from the server 1 (or other information source) to the mobile unit 2 includes a form telephone network 5a, the Internet 5b, a telephone ground line 5c, and a wireless communication network. It is composed of one or a combination thereof such as 5d.

本発明の実施の一形態を示す要部フローチャート図である。It is a principal part flowchart figure which shows one Embodiment of this invention. 本発明の実施の一形態を示す他の要部のフローチャート図である。It is a flowchart figure of the other principal part which shows one Embodiment of this invention. 作用説明図を兼ねたブロック図である。It is a block diagram which served as an operation explanatory view.

符号の説明Explanation of symbols

1 サーバ
2 移動体
3 エフェメリスデータ(衛星精密暦)
4 衛星時刻補正データ
5 通信回線
5a 携帯電話網
5b インターネット
5c 電話地上線
T 時刻 fx ベクトル値関数
X,Y,Z 3次元の移動体位置
1 Server 2 Mobile 3 Ephemeris data (satellite precise calendar)
4 satellite time correction data 5 communication line 5a mobile telephone network 5b Internet 5c telephone landline T time f x vector value functions X, Y, mobile location of Z 3 dimensional

Claims (6)

サーバー又は他の情報源から移動体へのエフェメリスデータ(衛星精度暦)と衛星時刻補正データと近似位置情報又はそれに等価のデータとを最低限必要とする衛星測位方法であって、
(A1)3次元測位では最低限5個の衛星からの信号を、2次元測位では最低限4個の衛星からの信号を使用し、
(B1)(X,Y,Z)があらかじめ定義された座標系における3次元の移動体位置であり、Tが全衛星について擬似距離を決定する同時測定時刻であるとした場合、3次元測位には最少限X,Y,Z,Tの未知数を有する方程式での擬似距離測定を行い、
(C1)(X,Y)があらかじめ定義された座標系における水平面上の移動体位置であり、Tが全衛星について擬似距離を決定する同時測定時刻であるとした場合、2次元測位には最少限X,Y,Tの未知数を有する方程式での擬似距離測定を行い、
(D1)上記方程式中の各衛星位置は時刻Tのベクトル値関数fK (T)であり、fK が、通信回線を通じて移動体に送られる衛星エフェメリスデータ(衛星精度暦)又はその等価物と、移動体の近似位置と、から決定されることを特徴とする衛星測位方法。
A satellite positioning method that requires minimum ephemeris data (satellite accuracy calendar), satellite time correction data, approximate position information or equivalent data from a server or other information source to a mobile unit,
(A1) 3D positioning uses signals from at least 5 satellites, and 2D positioning uses signals from at least 4 satellites.
(B1) When (X, Y, Z) is a three-dimensional moving object position in a predefined coordinate system, and T is a simultaneous measurement time for determining pseudoranges for all satellites, three-dimensional positioning is performed. Performs pseudorange measurements on equations with minimum X, Y, Z, T unknowns,
(C1) When (X, Y) is the position of a moving body on a horizontal plane in a predefined coordinate system and T is the simultaneous measurement time for determining the pseudorange for all satellites, the minimum is two-dimensional positioning. Perform pseudorange measurements on equations with unknown X, Y, T limits,
(D1) Each satellite position in the above equation is a vector value function f K (T) at time T, and f K is the satellite ephemeris data (satellite accuracy calendar) or its equivalent sent to the mobile body through the communication line. A satellite positioning method characterized by being determined from an approximate position of a mobile object.
サーバー又は他の情報源から移動体への通信のため通信回線を使用し、該通信回線が、携帯電話網、有線又は無線のインターネット、又は電話地上線のいずれかを含むか、またはそれらの組み合わせである請求項1記載の衛星測位方法。   Use a communication line for communication from a server or other information source to a mobile, and the communication line includes either a cellular network, a wired or wireless Internet, or a telephone landline, or a combination thereof The satellite positioning method according to claim 1. GPS C/A擬似ランダムコードの始期が、衛星時刻補正データによりGPS時刻に補正されるスペースビークル(SV)時刻の整数ミリ秒値で送信されることを利用した、正確だが不確定な擬似距離差の決定を含む請求項1記載の衛星測位方法。   An accurate but uncertain pseudorange difference using the GPS C / A pseudorandom code start time transmitted as an integer millisecond value of space vehicle (SV) time corrected to GPS time by satellite time correction data The satellite positioning method according to claim 1, further comprising: GPS C/A擬似ランダムコードの始期が、衛星時刻補正データによりGPS時刻に補正されるスペースビークル(SV)時刻の整数ミリ秒値で送信されることを利用した、正確だが不確定な擬似距離差の決定を含むと共に、上記擬似距離差の不確定性の解決を、サーバー又は他の情報源から供給される移動体近似位置により行う請求項1記載の衛星測位方法。   An accurate but uncertain pseudorange difference using the GPS C / A pseudorandom code start time transmitted as an integer millisecond value of space vehicle (SV) time corrected to GPS time by satellite time correction data The satellite positioning method according to claim 1, wherein the determination of the uncertainty of the pseudo-range difference is performed by a moving body approximate position supplied from a server or another information source. 初期見積もり解としてのx(平均値)を下記数1の式で上記方程式を始めて、続く各計算過程を前回の計算時の見積もり解で始める最小2乗反復アルゴリズムが使用され、計算過程が解の収斂を得られるまで反復され、該反復アルゴリズムが、
(A5)サーバーから受信したエフェメリスデータ(衛星精度暦)、又はその等価物を使い、時刻Tにおける衛星位置(xk , yk , zk )を計算し、
(B5)LOSベクトルrk (平均値)と、移動体見積もり位置から各衛星までの長さ(距離)rを計算し、
(C5)cを光速度としたとき、この衛星の信号発信時刻tk =T−rk /cを計算し、(D5)衛星位置(xk , yk , zk )、rk (平均値)とrk 、対応する衛星速度ベクトルvk (平均値)を再計算するため、過程C5で得られた各衛星の信号発信時刻tk を使用しつつ、エフェメリスデータ(衛星精度暦)を使用し、
(E5)移動体−衛星単位ベクトルuk (平均値)を示す下記の数2の式を、LOSベクトルrk (平均値)と共に計算し、
(F5)ベクトルvk (平均値)が衛星速度ベクトルであり、下記の数3の式により定義されるマトリックスHを形成し、
(G5)過程D5により得られたrk を使用して、現在の見積もり解xを使うために距離差としての下記数4の式を計算し、
(H5)受信機により供給される擬似距離差測定値のベクトルと、過程G5で計算した距離差との間の変化のベクトルとしての下記数5の式を計算し、下記数6の各値が、
ρ1k=(nk −n1 )+c(εk −ε1 )+c(τk −τ1
で計算され、
τk がk番目の衛星受信コード相の測定値であり、εk がサーバーから受信されるk番目の衛星の衛星時刻補正値であり、未知の整数(nk −n1 )が下記の数7の式により解決され、
(I5)現在の見積もり解に適用するため、補正値としてのΔx(平均値)を下記の数8にて計算し、
(J5)=が、計算上の割り当て命令を表すものであって、代数的等価を示すものではない新見積もり解としての下記の数9の式を生成し、
(K5)良好な収斂を得るに充分な反復がなされていなければ、過程A5に戻り、そうでなければ解x(平均値)をもって反復計算を終える、
という段階から成る請求項4記載の衛星測位方法。
Figure 2006284452
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Figure 2006284452
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X (mean value) as an initial estimated solution is started by the above equation with the following equation 1, and a least squares iteration algorithm is used in which each subsequent calculation process is started with the estimated solution at the previous calculation. Iterating until convergence is achieved, the iterative algorithm is
(A5) Using the ephemeris data (satellite accuracy calendar) received from the server, or an equivalent thereof, calculate the satellite position (x k , y k , z k ) at time T,
(B5) Calculate the LOS vector r k (average value) and the length (distance) r from the estimated position of the moving object to each satellite,
(C5) When c is the speed of light, the satellite signal transmission time t k = T−r k / c is calculated. (D5) The satellite position (x k , y k , z k ), r k (average) Value) and r k and the corresponding satellite velocity vector v k (average value) to recalculate the ephemeris data (satellite accuracy calendar) using the signal transmission time t k obtained in step C5. use,
(E5) The following equation (2) indicating the moving object-satellite unit vector u k (average value) is calculated together with the LOS vector r k (average value).
(F5) The vector v k (average value) is a satellite velocity vector, and forms a matrix H defined by the following equation (3):
(G5) using r k obtained by a process D5, it calculates the following equation 4 of the formula as the distance difference to use the current estimates solutions x,
(H5) The following equation (5) is calculated as a vector of change between the pseudo-range difference measurement vector supplied by the receiver and the distance difference calculated in the process G5. ,
ρ 1k = (n k −n 1 ) + c (ε k −ε 1 ) + c (τ k −τ 1 )
Calculated by
τ k is the measurement value of the k-th satellite reception code phase, ε k is the satellite time correction value of the k-th satellite received from the server, and an unknown integer (n k −n 1 ) is the following number 7 is solved by
(I5) In order to apply to the current estimated solution, Δx (average value) as a correction value is calculated by the following formula 8,
(J5) = represents an assignment instruction in calculation, and does not indicate algebraic equivalence, and generates the following equation (9) as a new estimated solution,
(K5) If there are not enough iterations to obtain good convergence, go back to step A5, otherwise finish the iteration with the solution x (mean value).
The satellite positioning method according to claim 4, comprising the steps of:
Figure 2006284452
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Figure 2006284452
Figure 2006284452
反復アルゴリズムが、2次元測位に適合する様に量が修正される点を除いては同様である請求項5記載の衛星測位方法。
6. The satellite positioning method according to claim 5, wherein the iterative algorithm is the same except that the quantity is modified to fit the two-dimensional positioning.
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