JPH0827341B2 - Ｇｐｓ航法装置 - Google Patents
Ｇｐｓ航法装置Info
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- JPH0827341B2 JPH0827341B2 JP13968787A JP13968787A JPH0827341B2 JP H0827341 B2 JPH0827341 B2 JP H0827341B2 JP 13968787 A JP13968787 A JP 13968787A JP 13968787 A JP13968787 A JP 13968787A JP H0827341 B2 JPH0827341 B2 JP H0827341B2
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002222 matrix solid-phase dispersion Methods 0.000 description 1
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- Complex Calculations (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、GPS航法でのユーザ速度の演算処理および
表示などに関するものである。
表示などに関するものである。
GPS航法は、極軌道を運行する複数個の衛星からの電
波を利用して、ユーザが各衛星の位置および自分と各衛
星との擬似レンジと擬似レンジレイトを求め、連続的に
ユーザの位置および速度と進行方向を演算して求める航
法である。
波を利用して、ユーザが各衛星の位置および自分と各衛
星との擬似レンジと擬似レンジレイトを求め、連続的に
ユーザの位置および速度と進行方向を演算して求める航
法である。
そして、これらの求めた値は、表示や制御値など（こ
の発明において、「表示など」という）に用いられてい
る。
の発明において、「表示など」という）に用いられてい
る。
なお、擬似レンジは、衛星とユーザとの間の見かけの
距離、つまり、真の距離と補正すべき距離とを含んだ距
離であり、補正すべき距離は、主として、時計オフセッ
トにもとづくものであるので、ここでは、「距離＋（光
速×時計オフセット）」として、以下の演算を行ってい
る。
距離、つまり、真の距離と補正すべき距離とを含んだ距
離であり、補正すべき距離は、主として、時計オフセッ
トにもとづくものであるので、ここでは、「距離＋（光
速×時計オフセット）」として、以下の演算を行ってい
る。
また、擬似レンジの単位時間当たりの変化率が擬似レ
ンジレイトであり、衛星側の時計とユーザ側の時計との
間の「時間ずれ」が時計オフセットであって、時計オフ
セットの単位時間当たり変化率が時計オフセットレイト
である。
ンジレイトであり、衛星側の時計とユーザ側の時計との
間の「時間ずれ」が時計オフセットであって、時計オフ
セットの単位時間当たり変化率が時計オフセットレイト
である。
以下の説明において、各符号の上に・を付したもの、
例えば、ｘのような符号のものは、一般の速度方程式
などにおいて使用されている符号の場合と同様にその符
号の対象とするものの時間に対する微分値を表す符号で
ある。
例えば、ｘのような符号のものは、一般の速度方程式
などにおいて使用されている符号の場合と同様にその符
号の対象とするものの時間に対する微分値を表す符号で
ある。
いま、座標系として、地球中心・地球固定のデカルト
座標系（この発明において、地心直交座標系という）を
とり、ユーザ座標をUx,Uy,Uz、衛星座標をXi,Yi,Zi（１
≦ｉ≦ｎ）とする。電波を利用して測定される各衛星と
の擬似レンジPDi（距離＋Ｃ・時計オフセットＢ）と座
標の間には、次式の関係がある。
座標系（この発明において、地心直交座標系という）を
とり、ユーザ座標をUx,Uy,Uz、衛星座標をXi,Yi,Zi（１
≦ｉ≦ｎ）とする。電波を利用して測定される各衛星と
の擬似レンジPDi（距離＋Ｃ・時計オフセットＢ）と座
標の間には、次式の関係がある。
(Xi-Ux)２+(Yi-Uy)２+(Zi-Uz)２=(PDi+C・B)２ …………
（１） ここで、Ｃは光速度、Ｂは時計オフセットである。PD
iの実測値をMSRiとして表わせば、４個の衛星を捕捉し
た場合には、一般に次の連立位置方程式が得られる。
（１） ここで、Ｃは光速度、Ｂは時計オフセットである。PD
iの実測値をMSRiとして表わせば、４個の衛星を捕捉し
た場合には、一般に次の連立位置方程式が得られる。
(MSR１+C・B)２=(X１-Ux)２+(Y１-Uy)２+(Z１-Uz)２ (MSR２+C・B)２=(X２-Ux)２+(Y２-Uy)２+(Z２-Uz)２ (MSR３+C・B)２=(X３-Ux)２+(Y３-Uy)２+(Z３-Uz)２ (MSR４+C・B)２=(X４-Ux)２+(Y４-Uy)２+(Z４-Uz)２……
……（２） （２）式の両辺を時間に就いて微分すれば、ｉ＝1,2,
3,4に対して次式を得る。
……（２） （２）式の両辺を時間に就いて微分すれば、ｉ＝1,2,
3,4に対して次式を得る。
(MSRi+C・B)・MSRDi=(Xi-Ux)・(i-x) +(Yi-Uy)・(i-y)+(Zi-Uz)・(i-z)…………（３） ここで、MSRDiはMSRiの時間に関する微分値である
が、これも測定から求まる。
が、これも測定から求まる。
（３）式で、x,y,z,は変数、他はすべて既知
（方程式（２）式を解いて得られるものもある）の係数
と見做して同式を書直せば、次の連立速度方程式が得ら
れる。
（方程式（２）式を解いて得られるものもある）の係数
と見做して同式を書直せば、次の連立速度方程式が得ら
れる。
Ａ・＝Ｄ …………（４） 但し、 GPS航法では、（２）式に示した連立位置方程式を解
いてUx,Uy,Uz,Bを求め、それらの値を使って（３）式に
示した連立速度方程式を構築し、それを解いてx,y,
z,を求める。上式の中ではMSRiをRiで表している。
いてUx,Uy,Uz,Bを求め、それらの値を使って（３）式に
示した連立速度方程式を構築し、それを解いてx,y,
z,を求める。上式の中ではMSRiをRiで表している。
なお、捕捉衛星が３個以下の場合においては、足りな
い個数の衛星として仮想衛星を用いるのが有効であり、
こうした仮想衛星を用いる方法などについては、本願出
願人による特願昭61−280647（特開昭63−134975）によ
り開示してある。
い個数の衛星として仮想衛星を用いるのが有効であり、
こうした仮想衛星を用いる方法などについては、本願出
願人による特願昭61−280647（特開昭63−134975）によ
り開示してある。
上記のようなGPS航法装置を、地上を走行する車両等
がユーザの場合には、ユーザの進行方向における速度
Ｖ、方位角VAZおよび仰角VEL（この発明において、ユー
ザ速度Ｖ、ユーザ方位角VAZおよびユーザ仰角VELとい
う）を簡便な演算によって求め得る装置が提供されれば
至極便利であり、また、衛星が３個しか捕捉できないよ
うな測定場所では、仮想衛星を設定して測定している
が、こうした仮想衛星の設定と演算とを簡便に行える装
置が提供されれば、さらに便利であり、こうした装置に
おける演算をどのように構成して、より効果的なものを
提供するかという課題がある。
がユーザの場合には、ユーザの進行方向における速度
Ｖ、方位角VAZおよび仰角VEL（この発明において、ユー
ザ速度Ｖ、ユーザ方位角VAZおよびユーザ仰角VELとい
う）を簡便な演算によって求め得る装置が提供されれば
至極便利であり、また、衛星が３個しか捕捉できないよ
うな測定場所では、仮想衛星を設定して測定している
が、こうした仮想衛星の設定と演算とを簡便に行える装
置が提供されれば、さらに便利であり、こうした装置に
おける演算をどのように構成して、より効果的なものを
提供するかという課題がある。
本発明は、ユーザ位置（Ux,Uy,Uz）と、各衛星から得
た軌道パラメータによって算出した衛星位置（Xi,Yi,Z
i）の今回の値と前回の測定時刻または今回の測定時刻
よりΔＴだけ以前の時刻での値との差分を、今回と前回
の測定時間間隔TIまたは前記ΔＴで割って得た衛星速度
（i,i,ｉ）となどを用いて構築した地心直交座標
系での４元連立速度方程式により、ユーザ速度（x,
y,ｚ）を算出するとともに、地心直交座標系をユーザ
位置（Ux,Uy,Uz）に対応する緯度LT・経度LGにおける地
平直交座標系に変換することによって算出した地平直交
座標系でのユーザ速度（x,y,ｚ）にもとづいて、
ユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角VAZおよびユーザ仰角VELを
得るとともに、衛星が３個の場合には、ユーザの高度
（HT）と時間オフセットレイト（）とが局所的には一
定と仮定した３元連立位置方程式と３元連立速度方程式
とによってユーザ速度（x,y,ｚ）を算出し、また
は、仮想衛星を地心に置いた位置方程式を加えた４元連
立位置方程式を構築して、４元連立速度方程式によって
ユーザ速度（x,y,ｚ）を算出し得るように構成す
ることにより、上記の課題を解決したものである。
た軌道パラメータによって算出した衛星位置（Xi,Yi,Z
i）の今回の値と前回の測定時刻または今回の測定時刻
よりΔＴだけ以前の時刻での値との差分を、今回と前回
の測定時間間隔TIまたは前記ΔＴで割って得た衛星速度
（i,i,ｉ）となどを用いて構築した地心直交座標
系での４元連立速度方程式により、ユーザ速度（x,
y,ｚ）を算出するとともに、地心直交座標系をユーザ
位置（Ux,Uy,Uz）に対応する緯度LT・経度LGにおける地
平直交座標系に変換することによって算出した地平直交
座標系でのユーザ速度（x,y,ｚ）にもとづいて、
ユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角VAZおよびユーザ仰角VELを
得るとともに、衛星が３個の場合には、ユーザの高度
（HT）と時間オフセットレイト（）とが局所的には一
定と仮定した３元連立位置方程式と３元連立速度方程式
とによってユーザ速度（x,y,ｚ）を算出し、また
は、仮想衛星を地心に置いた位置方程式を加えた４元連
立位置方程式を構築して、４元連立速度方程式によって
ユーザ速度（x,y,ｚ）を算出し得るように構成す
ることにより、上記の課題を解決したものである。
以下、図面により実施例を説明する。
本発明のGPS航法装置の構成は、第４図のように、衛
星航法受信部１、演算処理部２、表示部３などで構成さ
れている。
星航法受信部１、演算処理部２、表示部３などで構成さ
れている。
演算処理部２には、CPU23と、プログラムメモリ（RO
M）と一時メモリ（RAM）とを含むメモリ24と、演算処理
された緯度LT、経度LG、高さ（HT）、時計オフセット
（Ｂ）、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角VAZ、ユーザ仰角V
ELなどの数値を格納するデータメモリ（RAM）25とを設
けてある。ここで、RAMメモリの区分は、上記のメモリ
の単位で物理的に区分する必要はない。
M）と一時メモリ（RAM）とを含むメモリ24と、演算処理
された緯度LT、経度LG、高さ（HT）、時計オフセット
（Ｂ）、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角VAZ、ユーザ仰角V
ELなどの数値を格納するデータメモリ（RAM）25とを設
けてある。ここで、RAMメモリの区分は、上記のメモリ
の単位で物理的に区分する必要はない。
さらに、演算処理部２には、初期値設定などのための
操作卓20と衛星航法受信部１とからの入力を受入れるた
めの入力ポート21と、演算処理の結果を出力するための
出力ポート22とを設けてある。
操作卓20と衛星航法受信部１とからの入力を受入れるた
めの入力ポート21と、演算処理の結果を出力するための
出力ポート22とを設けてある。
演算処理部２は、衛星航法受信部１からの受信データ
を得て、後記のような演算処理を行うことにより、次の
受信までの間に、ユーザ座標データおよびユーザ速度デ
ータ、時計オフセットおよび時計オフセットレイトなど
のデータを得て、データメモリ25に格納する。
を得て、後記のような演算処理を行うことにより、次の
受信までの間に、ユーザ座標データおよびユーザ速度デ
ータ、時計オフセットおよび時計オフセットレイトなど
のデータを得て、データメモリ25に格納する。
そして、次の受信データを処理する際に、データメモ
リ25に格納したデータを推定値として利用することによ
り、連続的に、ユーザ位置を算出することができ、この
ユーザ位置から目的とする演算処理を行った結果を、表
示部３に、数値表示、または、第３図のようなグラフィ
カルな表示方法などにより表示する。
リ25に格納したデータを推定値として利用することによ
り、連続的に、ユーザ位置を算出することができ、この
ユーザ位置から目的とする演算処理を行った結果を、表
示部３に、数値表示、または、第３図のようなグラフィ
カルな表示方法などにより表示する。
衛星航法受信部１は、衛星との間の擬似レンジPDiの
測定値MSRiと、擬似レンジレイトPDRiの測定値MSRDiと
を与えるほか、衛星位置の計算に必要な軌道パラメータ
などの情報データやユーザ時計からの時間情報などを演
算処理部２へ出力する。
測定値MSRiと、擬似レンジレイトPDRiの測定値MSRDiと
を与えるほか、衛星位置の計算に必要な軌道パラメータ
などの情報データやユーザ時計からの時間情報などを演
算処理部２へ出力する。
そして、演算処理部２における演算処理は、主とし
て、次の（ａ）〜（ｄ）の各演算にもとづいて演算処理
を行っている。
て、次の（ａ）〜（ｄ）の各演算にもとづいて演算処理
を行っている。
（ａ）衛星から得た軌道パラメータを使って、測定時刻
での衛星位置の地心直交座標値（Xi,Yi,Zi）を算出し、
更に前回の測定時刻または今回の測定時刻よりΔＴだけ
以前の時刻での衛星位置の座標値（XPi,YPi,ZPi）を保
存または算出して、両者の差分（Xi−XPi,Yi−YPi,Zi−
ZPi）を求め、それらを今回と前回の測定時間間隔TIま
たはΔＴで割って衛星速度（i,i,ｉ）を求める手
段と、地心直交座標系での連立方程式（２）を解いて得
たユーザ位置（Ux,Uy,Uz）および時計オフセット（Ｂ）
と、測定から得た擬似レンジPDiの測定値MSRiと、擬似
レンジレイトPDRiの測定値MSPDiとによって４元連立速
度方程式（上記の（４）式）を構築し、それを解いて地
心直交座標系でのユーザ速度（x,y,ｚ）と時計オ
フセットレイト（）を求める演算。
での衛星位置の地心直交座標値（Xi,Yi,Zi）を算出し、
更に前回の測定時刻または今回の測定時刻よりΔＴだけ
以前の時刻での衛星位置の座標値（XPi,YPi,ZPi）を保
存または算出して、両者の差分（Xi−XPi,Yi−YPi,Zi−
ZPi）を求め、それらを今回と前回の測定時間間隔TIま
たはΔＴで割って衛星速度（i,i,ｉ）を求める手
段と、地心直交座標系での連立方程式（２）を解いて得
たユーザ位置（Ux,Uy,Uz）および時計オフセット（Ｂ）
と、測定から得た擬似レンジPDiの測定値MSRiと、擬似
レンジレイトPDRiの測定値MSPDiとによって４元連立速
度方程式（上記の（４）式）を構築し、それを解いて地
心直交座標系でのユーザ速度（x,y,ｚ）と時計オ
フセットレイト（）を求める演算。
（ｂ）座標系を地心直交座標系から、ユーザ位置での天
頂をＺ軸、南北をＸ軸、東西をＹ軸とする地平直交座標
系へ変換することにより、ユーザ速度を地心直交座標系
でのユーザ速度（Ux,Uy,Uz）から地平直交座標系でのユ
ーザ速度（x,y,ｚ）に変換して算出し、ユーザ速
度Ｖと進行方向の方位角VAZと仰角VELを、 VAZ＝ATAN（−y/ｘ） VEL＝ASIN（z/V） によって求め、VAZ,VELを度に換算し、度以下を丸める
演算。
頂をＺ軸、南北をＸ軸、東西をＹ軸とする地平直交座標
系へ変換することにより、ユーザ速度を地心直交座標系
でのユーザ速度（Ux,Uy,Uz）から地平直交座標系でのユ
ーザ速度（x,y,ｚ）に変換して算出し、ユーザ速
度Ｖと進行方向の方位角VAZと仰角VELを、 VAZ＝ATAN（−y/ｘ） VEL＝ASIN（z/V） によって求め、VAZ,VELを度に換算し、度以下を丸める
演算。
（ｃ）衛星が３個した捕捉できない場合には、ユーザの
高度（HT）と時計オフセットレイト（）が測定時刻の
近傍では殆ど一定（そうなっていることが多い）と仮定
して、つまり、局所的には一定と仮定して、高度（HT）
に直前の測定値または推定値を当てることにより、連立
位置方程式から地心直交座標系でのユーザ位置（Ux,Uy,
Uz）と時計オフセット（Ｂ）を求め、時計オフセットレ
イト（）には今回の時計オフセット（Ｂ）と前回の時
計オフセット（Ｂ）の差分を測定時間間隔TIで割った値
を当てることで、ユーザ速度（x,y,ｚ）に関する
３元の連立速度方程式を構築し、それを解いて地心直交
座標系でのユーザ速度（x,y,ｚ）を求める演算。
高度（HT）と時計オフセットレイト（）が測定時刻の
近傍では殆ど一定（そうなっていることが多い）と仮定
して、つまり、局所的には一定と仮定して、高度（HT）
に直前の測定値または推定値を当てることにより、連立
位置方程式から地心直交座標系でのユーザ位置（Ux,Uy,
Uz）と時計オフセット（Ｂ）を求め、時計オフセットレ
イト（）には今回の時計オフセット（Ｂ）と前回の時
計オフセット（Ｂ）の差分を測定時間間隔TIで割った値
を当てることで、ユーザ速度（x,y,ｚ）に関する
３元の連立速度方程式を構築し、それを解いて地心直交
座標系でのユーザ速度（x,y,ｚ）を求める演算。
なお、この演算による場合は、ユーザの高度HTを一定
と仮定して演算しているので、仰角VELは算出しても、
実用に供し得ないことは当然であり、説明を要しないこ
とでであろう。
と仮定して演算しているので、仰角VELは算出しても、
実用に供し得ないことは当然であり、説明を要しないこ
とでであろう。
（ｄ）４個目の衛星として、地心に仮想衛星を置き、仮
想衛星の位置（X4,Y4,Z4）と速度（4,4,４）とを
全てゼロとし、擬似レンジレイトの測定地MSPD4には、
ユーザ位置（Ux,Uy,Uz）と時計オフセット（Ｂ）と光速
Ｃとにより仮の衛星に対する擬似レンジPD4を によって求めた今回の値と前回の値の差分を、今回と前
回の時間間隔TIで割った値を、仮想衛星の測定値MSRD4
として加えた４元連立速度方程式を構築し、それを解い
てそれを解いて地心直交座標系でのユーザ速度（x,
y,ｚ）と時計オフセットレイト（）を求める演算。
想衛星の位置（X4,Y4,Z4）と速度（4,4,４）とを
全てゼロとし、擬似レンジレイトの測定地MSPD4には、
ユーザ位置（Ux,Uy,Uz）と時計オフセット（Ｂ）と光速
Ｃとにより仮の衛星に対する擬似レンジPD4を によって求めた今回の値と前回の値の差分を、今回と前
回の時間間隔TIで割った値を、仮想衛星の測定値MSRD4
として加えた４元連立速度方程式を構築し、それを解い
てそれを解いて地心直交座標系でのユーザ速度（x,
y,ｚ）と時計オフセットレイト（）を求める演算。
そして、これらの演算により、 地心直交座標系での連立位置方程式からユーザ位置
（Ux,Uy,Uz）と時計オフセット（Ｂ）を求め、その値を
使って同じ座標系での連立速度方程式を構築し、それを
解いて同座標系でのユーザ速度（x,y,ｚ）を求め
た後、座標系を地心直交座標系からユーザ位置での地平
直交座標系に変換することにより、後者の座標系でのユ
ーザ速度（x,y,ｚ）を得、それらを使って最終的
にユーザが必要とする地上でのユーザ速度Ｖ、ユーザ方
位角VAZおよびユーザ仰角VELを算出して、これら値を所
要の表示などに用いることができるように構成したもの
である。
（Ux,Uy,Uz）と時計オフセット（Ｂ）を求め、その値を
使って同じ座標系での連立速度方程式を構築し、それを
解いて同座標系でのユーザ速度（x,y,ｚ）を求め
た後、座標系を地心直交座標系からユーザ位置での地平
直交座標系に変換することにより、後者の座標系でのユ
ーザ速度（x,y,ｚ）を得、それらを使って最終的
にユーザが必要とする地上でのユーザ速度Ｖ、ユーザ方
位角VAZおよびユーザ仰角VELを算出して、これら値を所
要の表示などに用いることができるように構成したもの
である。
まず、各演算処理を第１図・第２図のフローチャート
によって説明する。
によって説明する。
第１図の（P0）〜（P6）の部分は、その内容から分か
るように、上記の特願昭61−280647（特開昭63−13497
5）に述べたと同様の演算処理を行うものであり、次の
ような演算処理を行うものである。
るように、上記の特願昭61−280647（特開昭63−13497
5）に述べたと同様の演算処理を行うものであり、次の
ような演算処理を行うものである。
（P0）では、捕捉衛星が４個以上得られる場合におい
て、最適の擬似レンジPDiが得られる４個を捕捉するよ
うに選択する。
て、最適の擬似レンジPDiが得られる４個を捕捉するよ
うに選択する。
（P1）では、（P0）での選択にもとづいて衛星座標X
i,Yi,Zi:i＝１〜４を求め、擬似レンジ測定値MSRi:i＝
１〜４を入力する。ここで、前者は各衛星の軌道パラメ
ータデータとユーザ時計を使って他のルーチンで算出し
たものであり、後者は受信機から得た値である。
i,Yi,Zi:i＝１〜４を求め、擬似レンジ測定値MSRi:i＝
１〜４を入力する。ここで、前者は各衛星の軌道パラメ
ータデータとユーザ時計を使って他のルーチンで算出し
たものであり、後者は受信機から得た値である。
（P2）では、捕捉衛星が３個のときはｉ＝４に対応す
る衛星として、地球中心に仮想衛星を置き、推定位置か
らMSR4を算出する。つまり、地球中心に置いた仮想衛星
の擬似レンジをユーザ推定座標から計算して求めた値を
４つめの衛星に対する仮の擬似レンジ測定値MSR4とす
る。
る衛星として、地球中心に仮想衛星を置き、推定位置か
らMSR4を算出する。つまり、地球中心に置いた仮想衛星
の擬似レンジをユーザ推定座標から計算して求めた値を
４つめの衛星に対する仮の擬似レンジ測定値MSR4とす
る。
（P3）では、ユーザ推定位置の緯度LT,経度LG,高さH
T,時計オフセットＢから地心座標系での４元連立方程式
を構築し、この方程式を解いてユーザ位置Ux,Uy,Uzと時
計オフセットＢの値の補正値を算出する。
T,時計オフセットＢから地心座標系での４元連立方程式
を構築し、この方程式を解いてユーザ位置Ux,Uy,Uzと時
計オフセットＢの値の補正値を算出する。
（P4）では、（P3）で得られた解、つまり、補正値に
よってユーザ推定位置の緯度LT,経度LG,高さHT,時計オ
フセットＢを補正する。ただし、捕捉衛星が３個のと
き、つまり、（P2）を行った場合には、高さHTは補正を
行わない。
よってユーザ推定位置の緯度LT,経度LG,高さHT,時計オ
フセットＢを補正する。ただし、捕捉衛星が３個のと
き、つまり、（P2）を行った場合には、高さHTは補正を
行わない。
（P5）では、（P4）で得られた解、つまり、補正後の
ユーザ推定位置の緯度LT,経度LG,高さHT,時計オフセッ
トＢから擬似レンジPDiを算出する。
ユーザ推定位置の緯度LT,経度LG,高さHT,時計オフセッ
トＢから擬似レンジPDiを算出する。
（P6）では、以上までの演算による擬似レンジPDiと
擬似レンジ測定値MSRiとの絶対値差ABS（PDi−MSRi）が
微小差EPS以内に入っているか否かを検討し、微小差EPS
以内でない場合には次の（P7）に移行し、微小差ESP以
内でない場合には、元の（P2）に戻る。
擬似レンジ測定値MSRiとの絶対値差ABS（PDi−MSRi）が
微小差EPS以内に入っているか否かを検討し、微小差EPS
以内でない場合には次の（P7）に移行し、微小差ESP以
内でない場合には、元の（P2）に戻る。
（P7）では、捕捉衛星の数が４個か３個の場合には、
それぞれ次の（P8）の左側か右側の枠で囲まれた処理に
移り、２個以下の場合には、速度は求まらないので、途
中の計算を飛ばして終りに行く選択をする。
それぞれ次の（P8）の左側か右側の枠で囲まれた処理に
移り、２個以下の場合には、速度は求まらないので、途
中の計算を飛ばして終りに行く選択をする。
（P8）では、（P2）で行ったと同じ衛星座標Xi,Yi,Z
i:i＝１〜４またはｉ＝１〜３の値を、衛星から送られ
てきた軌道パラメータによって、測定時間ＴよりΔT:1
秒以下の小さい値だけ手前の時間について算出し、 ｉ←｛Xi（Ｔ）−Xi（Ｔ−ΔＴ）｝／ΔＴ ｉ←｛Yi（Ｔ）−Yi（Ｔ−ΔＴ）｝／ΔＴ ｉ←｛Zi（Ｔ）−Zi（Ｔ−ΔＴ）｝／ΔＴ によって衛星速度（i,i,ｉ）を算出する。
i:i＝１〜４またはｉ＝１〜３の値を、衛星から送られ
てきた軌道パラメータによって、測定時間ＴよりΔT:1
秒以下の小さい値だけ手前の時間について算出し、 ｉ←｛Xi（Ｔ）−Xi（Ｔ−ΔＴ）｝／ΔＴ ｉ←｛Yi（Ｔ）−Yi（Ｔ−ΔＴ）｝／ΔＴ ｉ←｛Zi（Ｔ）−Zi（Ｔ−ΔＴ）｝／ΔＴ によって衛星速度（i,i,ｉ）を算出する。
Ｔ−ΔＴに対してXi,Yi,Ziを改めて計算する代りに、
前回の測定時間でのXi,Yi,ZiをPXi,PYi,PZiと記憶させ
ておき、今回と前回の測定間隔TIを使って、 ｉ←｛Xi（Ｔ）−PXi｝/TI ｉ←｛Yi（Ｔ）−PYi｝/TI ｉ←｛Zi（Ｔ）−PZi｝/TI と求める便法でもよい。擬似レンジレイトの測定値MSRD
iは測定値から読込む。
前回の測定時間でのXi,Yi,ZiをPXi,PYi,PZiと記憶させ
ておき、今回と前回の測定間隔TIを使って、 ｉ←｛Xi（Ｔ）−PXi｝/TI ｉ←｛Yi（Ｔ）−PYi｝/TI ｉ←｛Zi（Ｔ）−PZi｝/TI と求める便法でもよい。擬似レンジレイトの測定値MSRD
iは測定値から読込む。
次の（P9）では、前述した連立速度方程式（４）式の
Ａ（I,1）,A（I,2）,A（I,3）,A（I,4）とＤ（Ｉ）を、
そこまでの処理によっ得た計算値および測定値によって
構築する。
Ａ（I,1）,A（I,2）,A（I,3）,A（I,4）とＤ（Ｉ）を、
そこまでの処理によっ得た計算値および測定値によって
構築する。
捕捉衛星が３個の場合は、時計オフセットレイト
（）が局所的には一定と仮定して、連立速度方程式を
４元の（４）式から３元の次式（４）′式に変更したも
のを構築する。
（）が局所的には一定と仮定して、連立速度方程式を
４元の（４）式から３元の次式（４）′式に変更したも
のを構築する。
Ａ・＝Ｄ ……………（４）′ 但し、 上式の中ではMSRiをRiで表している。
ここでの（）は、連立位置方程式によって得た今回
の時計オフセット（Ｂ）と前回の時計オフセット（BP）
の差を今回と前回の測定時間間隔TIで割った｛Ｂ（Ｔ）
−BP｝/TIが当てられる。ここで構築した４元または３
元の連立方程式を次の（P10）で解き、地心直交座標系
でのユーザ速度（x,y,ｚ）と時計オフセットレイ
ト（）を求める。
の時計オフセット（Ｂ）と前回の時計オフセット（BP）
の差を今回と前回の測定時間間隔TIで割った｛Ｂ（Ｔ）
−BP｝/TIが当てられる。ここで構築した４元または３
元の連立方程式を次の（P10）で解き、地心直交座標系
でのユーザ速度（x,y,ｚ）と時計オフセットレイ
ト（）を求める。
次の（P11）では、座標系をユーザ位置（緯度LT,経度
LG）での、天頂をＺ軸、南北方向をＸ軸、東西方向をＹ
軸とする地平直交座標に変換したときのユーザ速度（
x,y,ｚ）を（x,y,ｚ）と（LT,LG）から算出
する。
LG）での、天頂をＺ軸、南北方向をＸ軸、東西方向をＹ
軸とする地平直交座標に変換したときのユーザ速度（
x,y,ｚ）を（x,y,ｚ）と（LT,LG）から算出
する。
次の（P12）では、地平直交座標系でのユーザ速度
（x,y,ｚ）から次式によって速度、進行方向の方
位角VAZと仰角VELを次式によって算出する。
（x,y,ｚ）から次式によって速度、進行方向の方
位角VAZと仰角VELを次式によって算出する。
VAZ＝ATAN（−y/ｘ） VEL＝ASIN（z/V） （P13）では、Ｖをメータ／秒からキロメートル／時
へ、VAZ,VELをラジアンから度に換算するが、その際Ｖ
は0.1kM/H以下、VAZ,VELは１度以下を丸めて、余り意味
のない数値部分をカットする。
へ、VAZ,VELをラジアンから度に換算するが、その際Ｖ
は0.1kM/H以下、VAZ,VELは１度以下を丸めて、余り意味
のない数値部分をカットする。
（P14）では、速度Ｖ、進行方向の方位角VAZと仰角VE
L、時計オフセットレイト（）を数値または第３図に
例示したような三次元的イメージのグラフィックスで表
示する。
L、時計オフセットレイト（）を数値または第３図に
例示したような三次元的イメージのグラフィックスで表
示する。
第２図のフローチャートは、第１図のP8,P9,P10の部
分を置換えるもので、ここでの処理は、次のように行
う。
分を置換えるもので、ここでの処理は、次のように行
う。
（P8′）では、捕捉衛星が４個の場合には（P8）の処
理と全く同じであるが、捕捉衛星が３個の場合には、地
心に置いた仮想衛星に対する位置方程式を生かして４番
目の速度方程式を作る。仮想衛星に関する擬似レンジレ
イト:MSRD4は測定値として得られないので、擬似レン
ジ： の今回の値と前回の値PD4Pの差を今回と前回の時間間隔
TIで割った値：（PD4−PD4P）/TIをMSRD4に当てる。仮
想衛星は地心に固定しているので、当然X4,Y4,Z4,4,
4,４はすべてゼロである。
理と全く同じであるが、捕捉衛星が３個の場合には、地
心に置いた仮想衛星に対する位置方程式を生かして４番
目の速度方程式を作る。仮想衛星に関する擬似レンジレ
イト:MSRD4は測定値として得られないので、擬似レン
ジ： の今回の値と前回の値PD4Pの差を今回と前回の時間間隔
TIで割った値：（PD4−PD4P）/TIをMSRD4に当てる。仮
想衛星は地心に固定しているので、当然X4,Y4,Z4,4,
4,４はすべてゼロである。
次の（P9′）、（P10′）は第１図の（P9）、（P10）
の左側の部分と全く同じである。というのは、（P8′）
の処理によって速度方程式を４元に統一したので、その
後は４元速度方程式を解く処理だけでよいからである。
の左側の部分と全く同じである。というのは、（P8′）
の処理によって速度方程式を４元に統一したので、その
後は４元速度方程式を解く処理だけでよいからである。
けれども、捕捉衛星が３個の場合には、高度（HT）の
変化がないという条件で位置方程式を構築してあるの
で、進行方向の仰角VELは計算せずにゼロと置く。
変化がないという条件で位置方程式を構築してあるの
で、進行方向の仰角VELは計算せずにゼロと置く。
したがって、４個の衛星を捕捉して演算測定する場合
と、３個の衛星を捕捉するとともに１個の仮想衛星を設
けることにより４個の衛星にして衛星測定する場合に
は、上記のように各４元連立方程式によって時計オフセ
ットレイト（）を求めることができる。
と、３個の衛星を捕捉するとともに１個の仮想衛星を設
けることにより４個の衛星にして衛星測定する場合に
は、上記のように各４元連立方程式によって時計オフセ
ットレイト（）を求めることができる。
一方、捕捉した３個の衛星のみで演算測定する場合に
は、時計オフセットレイト（）を演算で求めることが
できないので、時計オフセット（Ｂ）の今回の値と前回
の値との差分を測定時間間隔TIで割った値を時計オフセ
ットレイト（）とする便法を用いることにり、３元連
立位置方程式によって、演算測定できるわけである。
は、時計オフセットレイト（）を演算で求めることが
できないので、時計オフセット（Ｂ）の今回の値と前回
の値との差分を測定時間間隔TIで割った値を時計オフセ
ットレイト（）とする便法を用いることにり、３元連
立位置方程式によって、演算測定できるわけである。
本発明によれば、以上のように、衛星が４個捕捉でき
る場合でも、また、３個しか捕捉できない場合でも、そ
れに応じて、地心直交座標系での４元連立速度方程式ま
たは３元連立速度方程式を簡単に構築し、それを解いた
後、地平直交座標系でのユーザ速度に変換することで、
ユーザが必要とする速度および進行方向の方位角と仰角
が容易に得られるので、演算構成を比較的簡便な構成と
することができるとともに、これらの演算値によって所
要の表示を行い、または、これらの値にもとづいて他の
所要値を求めることができるなど、地上を走行するユー
ザにとって至極便利なGPS航法装置を提供できるなどの
特長がある。
る場合でも、また、３個しか捕捉できない場合でも、そ
れに応じて、地心直交座標系での４元連立速度方程式ま
たは３元連立速度方程式を簡単に構築し、それを解いた
後、地平直交座標系でのユーザ速度に変換することで、
ユーザが必要とする速度および進行方向の方位角と仰角
が容易に得られるので、演算構成を比較的簡便な構成と
することができるとともに、これらの演算値によって所
要の表示を行い、または、これらの値にもとづいて他の
所要値を求めることができるなど、地上を走行するユー
ザにとって至極便利なGPS航法装置を提供できるなどの
特長がある。
図面は実施例を示し、第１図は演算処理のフローチャー
ト、第２図は演算処理の変形部分のフローチャート、第
３図はグラフィカルな表示を行う場合の表示画像図、第
４図は装置のブロック構成図である。 １……衛星航法受信部、２……演算処理部、３……表示
部、20……操作卓、 21……入力ポート、22……出力ポート、23……CPU、24
……メモリ、 25……データメモリ。
ト、第２図は演算処理の変形部分のフローチャート、第
３図はグラフィカルな表示を行う場合の表示画像図、第
４図は装置のブロック構成図である。 １……衛星航法受信部、２……演算処理部、３……表示
部、20……操作卓、 21……入力ポート、22……出力ポート、23……CPU、24
……メモリ、 25……データメモリ。
Claims (3)
- 【請求項１】４個の衛星を捕捉して得られる各前記衛星
の位置情報と、各前記衛星との間の擬似レンジPDiの測
定値MSRiと、擬似レンジレイトPDRiの測定値MSRDiとに
より、地心直交座標系での４元連立位置方程式と４元連
立速度方程式とにもとづいて、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方
位角VAZおよびユーザ仰角VELを算出するとともに表示な
どを行うための演算処理部を有するGPS航法装置であっ
て、 a.前記４元連立位置方程式により求めたユーザ位置（U
x,Uy,Uz）および時計オフセット（Ｂ）と、各前記衛星
から得た軌道パラメータによって算出した衛星位置（X
i,Yi,Zi）の今回の値と前回の測定時刻または今回の測
定時刻よりΔＴだけ以前の時刻での値との差分を、今回
と前回の測定時間間隔TIまたは前記ΔＴで割って得た衛
星速度（i,i,ｉ）と、前記擬似レンジレイトPDRi
の測定値MSRDiとを用いて構築した前記４元連立速度方
程式により、前記地心直交座標系でのユーザ速度（x,
y,ｚ）を算出する第１の演算手段と、 b.前記地心直交座標系を、前記ユーザ位置（Ux,Uy,Uz）
に対応する緯度LT・経度LGの天頂をＺ軸、南北をＸ軸、
東西をＹ軸とする地平直交座標系に変換することによ
り、前記ユーザ速度（x,y,ｚ）から地平直交座標
系でのユーザ速度（x,y,ｚ）を算出する第２の演
算手段と、 c.前記ユーザ速度（x,y,ｚ）にもとづいて、前記
ユーザ速度Ｖ、前記ユーザ方位角VAZおよび前記ユーザ
仰角VELを VAZ＝ATAN（−y/ｘ） VEL＝ASIN（z/V） によって算出する第３の演算手段と を具備することを特徴とするGPS航法装置。 - 【請求項２】３個の衛星を捕捉して得られる各前記衛星
の位置情報と、各前記衛星との間の擬似レンジPDiの測
定値MSRiと、擬似レンジレイトPDRiの測定値MSRDiとに
より、地心直交座標系での３元連立位置方程式と３元連
立速度方程式とにもとづいて、ユーザ速度Ｖおよびユー
ザ方位角VAZを算出するとともに表示などを行うための
演算処理部を有するGPS航法装置であって、 a.ユーザの高度（HT）と時間オフセットレイト（）と
が局所的には一定と仮定し、前記３元連立位置方程式に
よりユーザ位置（Ux,Uy,Uz）と時計オフセット（Ｂ）を
求めるとともに、前記時計オフセット（Ｂ）の今回の値
と前回の値との差分を測定時間間隔TIで割った値を時計
オフセットレイト（）として、前記３元連立位置方程
式により求めたユーザ位置（Ux,Uy,Uz）と、各前記衛星
から得た軌道パラメータによって算出した衛星位置（X
i,Yi,Zi）の今回の値と前回の測定時刻または今回の測
定時刻よりΔＴだけ以前の時刻での値との差分を、今回
と前回の測定時間間隔TIまたは前記ΔＴで割って得た衛
星速度（i,i,ｉ）と、前記擬似レンジレイトPDRi
の測定値MSRDiとを用いて構築した前記３元連立速度方
程式を構築することにより前記地心直交座標系でのユー
ザ速度（x,y,ｚ）を算出する第１の演算手段と、 b.前記地心直交座標系を、前記ユーザ位置（Ux,Uy,Uz）
に対応する緯度LT・経度LGの天頂をＺ軸、南北をＸ軸、
東西をＹ軸とする地平直交座標系に変換することによ
り、前記ユーザ速度（x,y,ｚ）から地平直交座標
系でのユーザ速度（x,y,ｚ）を算出する第２の演
算手段と、 c.前記ユーザ速度（x,y,ｚ）にもとづいて、前記
ユーザ速度Ｖ、前記ユーザ方位角VAZおよび前記ユーザ
仰角VELを VAZ＝ATAN（−y/ｘ） によって算出する第３の演算手段と を具備することを特徴とするGPS航法装置。 - 【請求項３】ユーザが３個の衛星を捕捉するとともに、
４個目の仮の衛星を想定して、各前記衛星の位置情報
と、各前記衛星との間の擬似レンジPDiの測定値MSRi
と、擬似レンジレイトPDRiの測定値MSRDiとにより、地
心直交座標系での４元連立位置方程式と４元連立速度方
程式とにもとづいて、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角VAZ
およびユーザ仰角VELを算出するとともに表示などを行
うための演算処理部を有するGPS航法装置であって、 a.前記仮想衛星を地心に置くとともに、前記仮想衛星に
よる位置方程式を加えて前記４元連立位置方程式を構築
する方程式構築手段と、 b.仮想衛星の位置（X4,Y4,Z4）をすべてゼロとすること
によって前記４元連立位置方程式により求めたユーザ位
置（Ux,Uy,Uz）と時計オフセット（Ｂ）と光速Ｃとによ
り、前記仮想衛星に対する前記擬似レンジPDiの値PD4を によって求めた今回の値と前回の値の差分を、今回と前
回の時間間隔TIで割った値を、前記仮想衛星の前記擬似
レンジレイトPDRiの測定値MSRDiに相当する測定値MSRD4
とする仮想衛星演算手段と、 c.前記ユーザ位置（Ux,Uy,Uz）および前記時計オフセッ
ト（Ｂ）と、各前記衛星から得た軌道パラメータによっ
て算出した衛星位置（Xi,Yi,Zi）の今回の値と前回の測
定時刻または今回の測定時刻よりΔＴだけ以前の時刻で
の値との差分を、今回と前回の測定時間間隔TIまたは前
記ΔＴで割って得た衛星速度（i,i,ｉ）と、前記
測定値MSRDiとを用いて構築した前記仮想連立速度方程
式より、前記地心直交座標系でのユーザ速度（x,y,
ｚ）を算出する第１の演算手段と、 d.前記地心直交座標系を、前記ユーザ位置（Ux,Uy,Uz）
に対応する緯度LT・経度LGの天頂をＺ軸、南北をＸ軸、
東西をＹ軸とする地平直交座標系に変換することによ
り、前記ユーザ速度（x,y,ｚ）から地平直交座標
系でのユーザ速度（x,y,ｚ）を算出する第２の演
算手段と、 e.前記ユーザ速度（x,y,ｚ）にもとづいて、前記
ユーザ速度Ｖ、前記ユーザ方位角VAZおよび前記ユーザ
仰角VELを VAZ＝ATAN（−y/ｘ） VEL＝ASIN（z/V） によって算出する第３の演算手段と を具備することを特徴とするGPS航法装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13968787A JPH0827341B2 (ja) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | Ｇｐｓ航法装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13968787A JPH0827341B2 (ja) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | Ｇｐｓ航法装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4143115A Division JP2963912B2 (ja) | 1992-04-18 | 1992-04-18 | Ｇｐｓ航法装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63304184A JPS63304184A (ja) | 1988-12-12 |
| JPH0827341B2 true JPH0827341B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=15251089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13968787A Expired - Lifetime JPH0827341B2 (ja) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | Ｇｐｓ航法装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0827341B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6215442B1 (en) * | 1997-02-03 | 2001-04-10 | Snaptrack, Inc. | Method and apparatus for determining time in a satellite positioning system |
| US6377209B1 (en) * | 1997-02-03 | 2002-04-23 | Snaptrack, Inc. | Method and apparatus for satellite positioning system (SPS) time measurement |
| JP4728035B2 (ja) * | 2005-04-26 | 2011-07-20 | 株式会社エム・システム技研 | 表示装置 |
| CN102608635B (zh) * | 2012-03-14 | 2014-04-09 | 桂林电子科技大学 | 基于回传通信信号体制的卫星导航实现方法与系统 |
| CN117092664B (zh) * | 2023-10-17 | 2024-01-09 | 青岛杰瑞自动化有限公司 | 一种基于授时系统的定位抗干扰方法及系统、电子设备 |
-
1987
- 1987-06-05 JP JP13968787A patent/JPH0827341B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63304184A (ja) | 1988-12-12 |
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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