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JP5609247B2 - 監視局、制御方法、広域補強システム、および制御プログラム - Google Patents

監視局、制御方法、広域補強システム、および制御プログラム Download PDF

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Description

本発明は、監視局、制御方法、広域補強システム、および制御プログラムに関する。
GNSS(Global Navigation Satellite System:衛星航法システム)として、例えば、米国で開発されたGPS(Global Positioning System)や、ロシアで開発されたGLONASS(GLobal Orbiting Navigation Satellite System)等が知られている。例えば、GPSによる測位は、複数の衛星と受信機位置の擬似距離(Pseudorange)を用いて行われる。擬似距離は、GPS信号の送信時刻と受信機での受信時刻の時差Δtに光速cを掛けたものとして定義される。受信機は、各衛星についての位置および擬似距離に基づいて、自己の位置を算出する。尚、実際には、擬似距離は、所定量の誤差を含む。誤差の例としては、例えば、電離層や対流圏での電波遅延による誤差、衛星や受信機の時計誤差、衛星軌道の誤差、あるいはマルチパスによる誤差等を挙げることができる。従って、GPSの測位精度は、一般的には、10〜20mとされる。
ところで、現在、このようなGNSSを、例えば、航空機の離着陸に使用する案が検討されている。この場合、GNSSの検出精度および信頼性を向上させる必要がある。そして、GNSSの検出精度および信頼性を補強する補強システムがGNSS航法補強システムである。特に、衛星を使用し、広域の補強を目的とした補強システムを、広域補強システム、あるいは、SBAS(Satellite Based Augmentation System)と呼ぶ。
例えば、特許文献1に記載されているように、SBASは、SBAS衛星(広域補強衛星)と、地上に設置される複数の監視局および統制局から構成される。SBAS衛星は広域補強情報をユーザに提供する衛星である。各監視局は、GNSS衛星(例えば、GPS衛星)およびSBAS衛星の各々から観測データを受信する。統制局は、各監視局の観測データを収集し、該各観測データに基づいて補強情報(補強メッセージとも呼ぶ)を作成する。補強情報の例として、例えば、擬似距離誤差情報(GNSS衛星と受信機の距離補正情報)、信頼性情報、SBAS衛星と受信機の擬似距離情報を挙げることができる。補強情報は、SBAS衛星を経由してユーザの受信機に提供される。これにより、例えば、GPSのみで測位する場合より高精度な測位を行うことができる。例えば、数メートル単位での測位を行うことができるとされる。
特開2007−171082号公報
特許文献1に示されるような一般的なSBASにおいて、高精度な補強情報を得るためには、各監視局の位置を正確に知る必要がある。一方で、SBASの監視局は自己位置を測量する機能を有していなかったため、監視局の位置は変化せず固定されていることが前提とされていた(換言すれば、監視局は初期測量時の位置から変化しないことが前提とされていた)。そのため、監視局を船舶やブイ等の位置が定まり難い海上の移動物体へ設置することは困難とされてきた。
ここで、一般的には、高精度な補強情報を提供できる範囲は、複数の監視局に囲まれた領域とされる。よって、複数の監視局に囲繞される内陸部では高精度な補強情報を提供することができる。しかしながら、上述したとおり、監視局を海上に設置することができないことにより、複数の監視局に囲繞され難い沿岸部では、高精度な補強情報を提供することができないか、あるいは、補強情報そのものを提供できない場合がある。
本発明は、広域補強システムを構成する監視局を、移動する物体に設置することが可能な監視局、制御方法、広域補強システム、および制御プログラムを提供することを目的とする。
本発明の監視局は、広域補強システムの監視局であって、自監視局の位置を検出し、位置情報として出力する検出手段と、入力された前記位置情報を送信する送信手段と、を備える。
本発明の制御方法は、広域補強システムの監視局の制御方法であって、自監視局の位置を検出し、検出した位置を位置情報として送信する。
本発明の広域補強システムは、広域補強衛星と、前記広域補強衛星の信号を少なくとも受信する監視局と、を備え、前記監視局は、自監視局の位置を検出し、位置情報として出力する検出手段と、入力された前記位置情報を送信する送信手段と、を備える。
本発明の制御プログラムは、広域補強システムの監視局の制御プログラムであって、自監視局の位置を検出する処理と、検出した位置を位置情報として送信する処理とを、前記監視局のコンピュータに実行させる。
本発明によれば、広域補強システムを構成する監視局を、移動する物体に設置することが可能となる。
本発明の第1の実施形態に係る監視局の構成例を説明するためのブロック図である。 本発明の第2の実施形態に係る広域補強システム(SBAS)の構成例を説明するためのブロック図である。 図2に示す地上側システムの構成例を説明するためのブロック図である。 図3に示す各監視局の動作例を説明するためのフローチャートである。 図3に示す統制局の動作例を説明するためのフローチャートである。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る監視局200の構成例を説明するためのブロック図である。監視局200は、広域補強システムの監視局であって、自監視局200の位置を検出する検出部202(検出手段)と、検出された位置情報を送信する送信部204(送信手段)とを備える。送信部204は、位置情報を、広域補強システムの統制局(図1においては不図示)へ送信する。
以上説明したように、第1の実施形態の監視局200は、自己の位置を検出する検出部202を備えるので、統制局は、監視局200の位置が変化した場合であっても、その位置を把握することができる。従って、監視局200の位置は固定されている必要はなく、例えば、船舶やブイ等の位置が定まり難い海上の移動物体にも設置することができる。
監視局を海上に設置することが可能となることにより、沿岸部においても複数の監視局で囲繞された環境を構築することができるので、沿岸部に対しても高精度な補強情報を提供することが可能となる。
[第2の実施形態]
図2は、本発明の実施形態に係る広域補強システム(以下、SBASと呼ぶ)10の構成例を説明するためのブロック図である。SBAS10は、GNSS(Global Navigation Satellite System:衛星航法システム)の検出精度および信頼性を補強する補強システムである。尚、以下の説明では、GNSSの例として、GPS(Global Positioning System)を挙げる。もちろん、GNSSは、GPSに限定されることはなく、他のシステム、例えば、GLONASS(GLobal Orbiting Navigation Satellite System)とすることができる。
SBAS10は、SBAS衛星(広域補強衛星)12と、地上側システム14とを備える。地上側システム14は、複数の監視局16−1〜16−nと統制局18とを備える。各監視局16−1〜16−nは、複数のGPS衛星100からGPS衛星信号D1を受信するとともに、SBAS衛星12からSBAS衛星信号D2を受信する。各監視局16−1〜16−nは、一方で、自己の位置を検出する。各監視局16−1〜16−nは、所定のタイミングで、GPS衛星信号D1(D1に基づいて算出された所定情報も含む)と、SBAS衛星信号D2(D2に基づいて算出された所定情報も含む)と、自己の位置情報と、を含む監視局データD3を、統制局18へ送信する。統制局18は、各監視局16−1〜16−nから収集した各監視局データD3に基づいて、補強メッセージD4を求める。補強メッセージD4は、SBAS衛星12を経由してユーザ受信機110に提供される。
図3は、図2に示す地上側システム14の構成例を説明するためのブロック図である。
各監視局16−1〜16−nは、受信部20と、基準周波数発振器22と、検出部24(検出手段)と、位置記録部26(記録手段)と、データ処理部28と、データ送信部30(送信手段)とを備える。
受信部20は、複数のGPS衛星100からGPS衛星信号D1を受信する。GPS衛星信号D1は、GPS衛星100のエフェメリス(Ephemeris)およびアルマナック(Almanac)を少なくとも含む。受信部20は、各GPS衛星信号D1に基づいて各GPS衛星100の擬似距離および搬送波位相を算出する。受信部20は、GPS衛星100毎に、GPS衛星信号D1(少なくともエフェメリスを含む)と、算出した擬似距離および搬送波位相と、を含む「第1観測データ」を作成し、所定の記録部(不図示)へ記録する。
また、受信部20は、SBAS衛星12からSBAS衛星信号D2を受信する。SBAS衛星信号D2は、広域補強メッセージを含む。広域補強メッセージは、SBAS衛星12のエフェメリスおよびアルマナックを少なくとも含む。受信部20は、SBAS衛星信号D2に基づいてSBAS衛星12の擬似距離および搬送波位相を算出する。受信部20は、SBAS衛星信号D2の広域補強メッセージ(少なくともエフェメリスを含む)と、算出した擬似距離および搬送波位相と、を含む「第2観測データ」を作成し、所定の記録部(不図示)へ記録する。
基準周波数発振器22は、上記各衛星情報の受信精度を向上させるために、受信部20に対して基準となる周波数の発振信号を供給する。基準周波数発振器22は、例えば、セシウム発振器とすることができる。
検出部24は、自監視局の位置を検出する。検出部24における位置検出手法は、自監視局の位置を検出できるものであれば、如何なる検出手法であってもよい。例えば、RTK(Real Time Kinematic)による位置検出、加速度計とジャイロとを組み合わせた位置検出、あるいは、光学位置検出等を採用することができる。尚、検出部24は、補強情報の精度を高めるために、例えば、数cm(センチメートル)単位で位置を検出できる精度を有していると好ましい。また、検出部24は、例えば、自監視局の絶対位置あるいは相対位置を検出することができる。さらに、検出部24は、監視局がSBAS衛星12からSBAS衛星信号D2を受信した際に、監視局の位置を検出してもよい。あるいは、検出部24は、監視局の位置を所定の周期で継続的に検出し、少なくとも直近に検出した位置を、所定の記録手段(具体的には、位置記録部26)に記録することもできる。この場合の検出周期は、SBAS衛星信号D2の受信周期よりも短く設定されると好ましい。これにより、SBAS衛星信号D2受信時における監視局16−1〜16−nの実際の位置に実質的に近い位置を取得することができる。
位置記録部26は、検出部24で検出された自監視局の位置を記録するとともに、所定のタイミング(例えば、SBAS衛星信号D2を受信したタイミング)で上記位置情報を読み出し、読み出した位置情報を、データ処理部28へ送信する。ここで、検出部24が自監視局の絶対位置を検出する場合、位置記録部26は、検出された値そのものを記録する。一方、検出部24が自監視局の相対位置を検出する場合、位置記録部26は、記録されている値(すなわち、自監視局の直近の絶対位置)に、検出された値(すなわち、相対位置)を加算した後、該位置を自監視局の新たな絶対位置として記録する。
データ処理部28は、所定のタイミング(例えば、SBAS衛星信号D2を受信したタイミング)で、位置記録部26に記録されている最も新しい自監視局の位置情報を読み出す。あるいは、データ処理部28は、そのタイミングで、検出部24を駆動し、その時点での位置情報を取得することもできる。そして、データ処理部28は、該位置情報と、上記の第1観測データおよび第2観測データと、を含む監視局データD3を作成し、データ送信部30へ送信する。
データ送信部30は、監視局データD3を、所定のフォーマットデータに変換し、変換したデータを統制局18へ送信する。尚、データ送信部30と統制局18のデータ受信部40との間の通信は、有線通信であっても無線通信であってもよい。有線通信の例としては、例えば、専用電話回線、LAN(Local Area Network)、光通信等を挙げることができる。一方、無線通信の例としては、例えば、セルラーネットワーク、衛星回線、無線LANなどを挙げることができる。
統制局18は、データ受信部40と、監視局位置記録部42と、各衛星位置計算部44と、擬似距離誤差計算部46と、補強メッセージ作成部48と、を備える。
データ受信部40は、各監視局16−1〜16−nから各々の監視局データD3を受信する。監視局位置記録部42は、各監視局データD3に含まれる、各監視局16−1〜16−nの位置情報を記録する。すなわち、監視局位置記録部42には、各監視局16−1〜16−nの最新の位置が記録されている。各衛星位置計算部44は、各監視局データD3に基づいて、各GPS衛星100およびSBAS衛星12の位置を求める。擬似距離誤差計算部46は、算出された各衛星の位置情報と各監視局データD3に基づいて、各GPS衛星100の擬似距離誤差を計算する。補強メッセージ作成部48は、少なくとも上記擬似距離誤差を含む補強メッセージD4を作成する。
図4は、図3に示す各監視局16−1〜16−nの動作例を説明するためのフローチャートである。まず、受信部20は、複数のGPS衛星100からGPS衛星信号D1を受信する(ステップS10)。受信部20は、各GPS衛星信号D1に基づいて各GPS衛星100の擬似距離および搬送波位相を算出する。受信部20は、GPS衛星100毎に、GPS衛星信号D1(少なくともエフェメリスを含む)と、算出した擬似距離および搬送波位相とを含む「第1観測データ」を作成し、所定の記録部(不図示)へ記録する。
検出部24は、自監視局の位置を検出し、検出結果を位置記録部26に記録する(ステップS11)。尚、本実施形態では、検出部24における検出周期は、SBAS衛星信号D2の受信周期よりも短く設定されているものとする。
受信部20は、SBAS衛星12からSBAS衛星信号D2を受信したか否か判定する(ステップS12)。SBAS衛星信号D2を受信しない場合(ステップS12においてNo判定の場合)、ステップS10およびステップS11の処理が繰り返される。一方、SBAS衛星信号D2を受信した場合(ステップS12においてYes判定の場合)、受信部20は、SBAS衛星信号D2の受信処理を実行する(ステップS13)。具体的には、受信部20は、SBAS衛星信号D2に基づいてSBAS衛星12の擬似距離および搬送波位相を算出する。受信部20は、SBAS衛星信号D2の広域補強メッセージ(少なくともエフェメリスを含む)と、算出した擬似距離および搬送波位相とを含む「第2観測データ」を作成し、所定の記録部(不図示)へ記録する。
データ処理部28は、各所定の記憶部から第1観測データおよび第2観測データを読み出すとともに、位置記録部26から自監視局の現在の位置情報を読み出す。そして、データ処理部28は、第1観測データと、第2観測データと、自監視局の現在位置情報とを含む監視局データD3を作成し、データ送信部30を介して、統制局18へ送信する(ステップS14)。
図5は、図3に示す統制局18の動作例を説明するためのフローチャートである。擬似距離誤差計算部46は、データ受信部40を介して各監視局16−1〜16−nから各々の監視局データD3を受信する(ステップS20)。擬似距離誤差計算部46は、各監視局データD3に含まれる、各監視局16−1〜16−nの位置情報を、監視局位置記録部42へ送信する。監視局位置記録部42は、各監視局16−1〜16−nの位置情報を記録する(ステップS21)。一方で、擬似距離誤差計算部46は、各GPS衛星100についての関連情報(エフェメリス、擬似距離、および搬送波位相)と、SBAS衛星12についての関連情報(エフェメリス、擬似距離、および搬送波位相)とを、各衛星位置計算部44へ送信する。各衛星位置計算部44は、上記各関連情報に基づいて、各GPS衛星100およびSBAS衛星12の各位置を算出し(ステップS22)、該算出結果を擬似距離誤差計算部46へ送信する。擬似距離誤差計算部46は、各衛星位置計算部44の算出結果(すなわち、各衛星の位置情報)および監視局データD3に基づいて、各GPS衛星100の擬似距離誤差を計算する(ステップS23)。具体的には、先ず、擬似距離誤差計算部46は、監視局位置記録部42に記録されている各監視局16−1〜16−nの位置情報とGPSエフェメリスとにより、計算距離を算出する。次いで、擬似距離誤差計算部46は、計算距離と擬似距離との差を計算し、これを擬似距離誤差とする。尚、算出した擬似距離誤差を、例えば、電離層誤差、長期誤差、光速誤差に分解することもできる。補強メッセージ作成部48は、擬似距離誤差とSBAS衛星12の位置情報とを含む補強メッセージD4を作成する(ステップS24)。尚、SBAS衛星12の位置については、ユーザ受信機110の限られた計算時間内である程度処理できるように、予め、例えば、位置/誤差、位置/誤差変化率、位置/誤差変化の変化率、基準時刻に分けておくこともできる。補強メッセージ作成部48は、補強メッセージD4を、SBAS衛星12へ送信する(ステップS25)。補強メッセージD4は、SBAS衛星12からユーザ受信機110へ送信される。
以上説明したように、第2の実施形態の各監視局16−1〜16−nは、自己の位置を検出する検出部24を備えるので、統制局18は、各監視局16−1〜16−nの位置が変化した場合であっても、それらの位置を把握することができる。従って、各監視局16−1〜16−nの位置は固定されている必要はなく、例えば、船舶やブイ等の位置が定まり難い海上の移動物体にも設置することができる。
各監視局16−1〜16−nを海上に設置することが可能となることにより、沿岸部においても複数の監視局で囲繞された環境を構築することができるので、沿岸部に対しても高精度な補強情報を提供することが可能となる。
尚、以上説明した第2の実施形態において、監視局がSBAS衛星12からSBAS衛星信号D2を受信した際に検出部24が監視局の位置を検出する構成の場合、検出された位置情報を記録せずにそのまま統制局へ送信することもできるので、位置記録部26は、必ずしも必要ではない。
尚、監視局を搭載可能な、位置が定まり難い海上の物体は、船舶やブイに限定されず、例えば、石油や天然ガスを採掘する海上基地であってもよい。
また、以上説明した実施形態は、制御プログラムに基づいて図示しないコンピュータ回路(例えば、CPU(Central Processing Unit))によって制御され、動作するようにすることができる。その場合、これらの制御プログラムは、例えば、装置またはシステム内部の記憶媒体(例えば、ROM(Read Only Memory)やハードディスク等)、あるいは、外部の記憶媒体(例えば、リムーバブルメディアやリムーバブルディスク等)に記憶され、上記コンピュータ回路によって読み出され実行される。
10 広域補強システム(SBAS)
12 SBAS衛星
14 地上側システム
16−1〜16−n 監視局
18 統制局
20 受信部
22 基準周波数発振器
24 検出部
26 位置記録部
28 データ処理部
30 データ送信部
40 データ受信部
42 監視局位置記録部
44 各衛星位置計算部
46 擬似距離誤差計算部
48 補強メッセージ作成部
100 GPS衛星
110 ユーザ受信機
200 監視局
202 検出部
204 送信部

Claims (9)

  1. 広域補強システムの監視局であって、
    自監視局の位置を検出し、位置情報として出力する検出手段と、
    広域補強衛星から受信した第1衛星信号に基づいて前記広域補強衛星の擬似距離および搬送波位相を算出して第1観測データとして出力し、複数の衛星航法システム衛星のそれぞれから受信した各第2衛星信号に基づいて複数の前記衛星航法システム衛星それぞれの擬似距離および搬送波位相を算出して第2観測データとして出力する受信手段と、
    記位置情報と前記第1観測データと前記第2観測データと含む監視局データを送信する送信手段と、
    を備えることを特徴とする監視局。
  2. 自監視局が前記広域補強衛星から前記第1衛星信号を受信した際に、前記検出手段は、前記自監視局の位置を検出することを特徴とする請求項1記載の監視局。
  3. 前記検出手段によって所定の周期で継続的に検出される前記位置情報を記録するとともに、前記自監視局が前記広域補強衛星から前記第1衛星信号を受信した際に、少なくとも直近に記録した前記位置情報を読み出し、読み出した前記位置情報を前記送信手段へ出力する記録手段を、さらに備えることを特徴とする請求項1記載の監視局。
  4. 前記周期は、前記第1衛星信号の受信周期よりも短い周期に設定されることを特徴とする請求項3記載の監視局。
  5. 前記検出手段は、前記自監視局の絶対位置を検出することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の監視局。
  6. 前記検出手段は、前記自監視局の相対位置を検出することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の監視局。
  7. 広域補強システムの監視局の制御方法であって、
    自監視局の位置を検出し、位置情報として出力し、
    広域補強衛星から受信した第1衛星信号に基づいて前記広域補強衛星の擬似距離および搬送波位相を算出して第1観測データとして出力し、複数の衛星航法システム衛星のそれぞれから受信した各第2衛星信号に基づいて複数の前記衛星航法システム衛星それぞれの擬似距離および搬送波位相を算出して第2観測データとして出力し、
    前記位置情報と前記第1観測データと前記第2観測データと含む監視局データを送信する
    ことを特徴とする制御方法。
  8. 広域補強衛星と、
    前記広域補強衛星の信号を少なくとも受信する監視局と、
    を備え、
    前記監視局は、
    請求項1〜6のいずれか1項に記載の監視局であることを特徴とする広域補強システム。
  9. 広域補強システムの監視局の制御プログラムであって、
    自監視局の位置を検出し、位置情報として出力する処理と、
    広域補強衛星から受信した第1衛星信号に基づいて前記広域補強衛星の擬似距離および搬送波位相を算出して第1観測データとして出力し、複数の衛星航法システム衛星のそれぞれから受信した各第2衛星信号に基づいて複数の前記衛星航法システム衛星それぞれの擬似距離および搬送波位相を算出して第2観測データとして出力する処理と、
    前記位置情報と前記第1観測データと前記第2観測データと含む監視局データを送信する処理と
    を、前記監視局のコンピュータに実行させることを特徴とする制御プログラム。
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