JP4798168B2 - 相対位置検知装置、及び相対位置検知システム - Google Patents

Description

本発明は、移動体に搭載され、他の移動体との相対位置を検知する相対位置検知装置、及び当該相対位置検知装置が３台以上の移動体に搭載されて構成される相対位置検知システムに関する。

従来、衛星電波を観測して観測データを取得し、測位演算を行なって移動体等の位置を算出する装置が、車載ナビゲーション装置、船舶、携帯電話等の用途に用いられている。

測位演算の手法として主流となっているのは、単独測位と称される手法である。単独測位とは、単独の観測点において取得された観測データに基づき複数の衛星との疑似距離を算出し、三角測量の原理により観測点の位置を算出する手法である。

これに対し、より高精度に位置を算出することができる手法として、干渉測位と称される手法が知られており、実用化が図られている。干渉測位とは、観測点において取得された観測データに基づき既知点から計測点への基線ベクトルを求めることにより、計測点の位置を算出する手法である。干渉測位には、単独測位において通常使用されるＣ／Ａコードに比してサイクルの短い搬送波位相が使用される。これに伴い、衛星から観測点までに存在する波数（整数値バイアス）を特定しなければならない。

この干渉測位に関する発明であって、基準側および測位側のそれぞれの位置で受信した同じ衛星からの衛星信号について、搬送波位相の差と、搬送波位相の差に含まれる整数の搬送波位相バイアスと、搬送波位相の観測で基準とした位相に関する基準側および測位側の位相差と、基準側および測位側で受信された衛星信号を送信した衛星の位置と、基準側および測位側の位置との関係式を求め、複数の観測タイミングで得た関係式が同時に成り立つ条件で、測位側の位置と基準とした位相の差とを定める条件式を求め、条件式で求めた条件を関係式に代入することにより、測位側の位置と基準とした位相の差とに相当する変数を消去した式を求め、変数を消去した式について、互いに小さな偏差で成立する条件によって整数値バイアスを求めることを特徴とする衛星測位演算方法についての発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２７０３１９号公報

上記特許文献１には、２点間で整数値バイアスを演算する手法が開示されているが、これを３台以上の移動体が相対位置を測位する場合に適用すると、種々の問題が生じる。例えば、３台以上の移動体が他の各車両とそれぞれ相対位置を測位すると、通信負荷や演算負荷が増大し、複数の車両間の位置関係の整合性が取れなくなってしまうという問題が生じ得る。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、３台以上の移動体間の相対位置を干渉測位によって求めると共に、干渉測位に関する信頼性判定を効率的に行なうことが可能な相対位置検知装置、及び相対位置検知システムを提供することを、主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、
移動体に搭載され、他の移動体との相対位置を検知する相対位置検知装置であって、
衛星電波を観測して観測データを取得する観測データ取得手段と、
他の移動体との通信を行なうための通信手段と、
該観測データ取得手段により取得された観測データ、及び前記通信手段により他の移動体から受信された観測データを用いて測位演算を行なう測位演算手段と、を備え、
自己が搭載された移動体を含む３台以上の移動体が互いに通信可能な所定の場面において、
自己が搭載された移動体が基準移動体である場合には、前記観測データ取得手段により取得された観測データを含むデータを該基準移動体でない非基準移動体に送信し、
自己が搭載された移動体が前記非基準移動体である場合には、前記観測データ取得手段により取得された観測データ及び前記基準移動体から受信した観測データを含むデータを用いた干渉測位を行なって前記基準移動体との相対位置を算出すると共に、該干渉測位において算出される整数値バイアスを含むデータを他の非基準移動体に送信して前記干渉測位に関する信頼性判定結果を受信する処理と、他の非基準移動体から整数値バイアスを含むデータを受信して前記干渉測位に関する信頼性判定を行なう処理とのいずれか一方を行なう、
相対位置検知装置である。

この本発明の第１の態様によれば、３台以上の移動体間の相対位置を干渉測位によって求めると共に、干渉測位に関する信頼性判定を効率的に行なうことができる。

本発明の第１の態様において、
自己が基準移動体であるか、非基準移動体であるかを、他の移動体との通信に基づき決定するものとしてもよい。

また、本発明の第１の態様において、
自己が非基準移動体である場合に、前記干渉測位において算出される整数値バイアスを含むデータを他の非基準移動体に送信して前記干渉測位に関する信頼性判定結果を受信するか、他の非基準移動体から整数値バイアスを含むデータを受信して前記干渉測位に関する信頼性判定を行なうかを、他の非基準移動体との通信に基づき決定するものとしてもよい。

本発明の第２の態様は、
移動体に搭載され、他の移動体との相対位置を検知する相対位置検知装置であって、
衛星電波を観測して観測データを取得する観測データ取得手段と、
他の移動体との通信を行なうための通信手段と、
該観測データ取得手段により取得された観測データ、及び前記通信手段により他の移動体から受信された観測データを用いて測位演算を行なう測位演算手段と、を備え、
自己が搭載された移動体を含む３台以上の移動体が互いに通信可能な所定の場面において、
自己が搭載された移動体が基準移動体である場合には、前記観測データ取得手段により取得された観測データを含むデータを該基準移動体でない非基準移動体に送信し、
自己が搭載された移動体が前記非基準移動体である場合には、前記観測データ取得手段により取得された観測データ及び前記基準移動体から受信した観測データを含むデータを用いた干渉測位を行なって前記基準移動体との相対位置を算出すると共に該干渉測位に関するレシオテストを行ない、該レシオテストのレシオ値が所定値以下であるときには、レシオ値を低下させている衛星を特定すると共に該特定した衛星を除外して再度レシオテストを行なう、
相対位置検知装置である。

この本発明の第２の態様によれば、レシオテストにより信頼性の高さが確認できなかった場合でも、レシオＲを低下させている衛星を除外して再度レシオテストを行なうため、干渉測位に関する信頼性の向上を図ることができる。

本発明の第２の態様において、
自己が基準移動体であるか、非基準移動体であるかを、他の移動体との通信に基づき決定するものとしてもよい。

また、本発明の第２の態様において、
前記レシオテストを再度行なった際に得られるレシオ値が所定値以下であるときには、他の非基準移動体との観測データ授受を行なって、該他の非基準移動体と自己の関係について干渉測位を行ない又は該他の非基準車両に干渉測位を行なわせ、該干渉測位の結果と前記基準移動体と自己の関係についての干渉測位の結果との比較に基づき信頼性判定を行ない又は前記他の非基準車両から信頼性判定結果を受信するものとしてもよい。

この場合、
他の非基準移動体と自己の関係について干渉測位を行なうか、該他の非基準車両に干渉測位を行なわせるかを、該他の非基準移動体との通信に基づき決定するものとしてもよいし、更に、前記他の非基準移動体と自己の関係についての干渉測位は、前記基準車両と自己の関係についての干渉測位において用いられなかった衛星を採用可能とするものとしてもよい。

本発明の第３の態様は、
衛星電波を観測して観測データを取得する観測データ取得手段と、他の移動体との通信を行なう通信手段と、該観測データ取得手段により取得された観測データ、及び前記通信手段により他の移動体から受信された観測データを用いて測位演算を行なう測位演算手段と、を備える相対位置検知装置が搭載された３台以上の移動体により構成される相対位置検知システムであって、
該相対位置検知システムを構成する３台以上の移動体が互いに通信可能な所定の場面において、
前記３台以上の移動体のうち基準移動体は、前記観測データ取得手段により取得された観測データを含むデータを他の移動体に送信し、
前記３台以上の移動体のうち前記非基準移動体は、前記観測データ取得手段により取得された観測データ及び前記基準移動体から受信した観測データを含むデータを用いた干渉測位を行なって前記基準移動体との相対位置を算出すると共に、該干渉測位において算出される整数値バイアスを含むデータを他の非基準移動体に送信して前記干渉測位に関する信頼性判定結果を受信する処理と、他の非基準移動体から整数値バイアスを含むデータを受信して前記干渉測位に関する信頼性判定を行なう処理と、のいずれか一方を行なう、
相対位置検知システムである。

この本発明の第３の態様によれば、３台以上の移動体間の相対位置を干渉測位によって求めると共に、干渉測位に関する信頼性判定を効率的に行なうことができる。

本発明の第３の態様において、
該相対位置検知システムを構成する３台以上の移動体が互いに通信を行なって、各移動体を基準移動体又は非基準移動体として決定するものとしてもよい。

また、本発明の第３の態様において、
各非基準移動体が互いに通信を行なって、各非基準移動体が、前記干渉測位において算出される整数値バイアスを含むデータを他の非基準移動体に送信して前記干渉測位に関する信頼性判定結果を受信するか、他の非基準移動体から整数値バイアスを含むデータを受信して前記干渉測位に関する信頼性判定を行なうかを決定するものとしてもよい。

本発明の第４の態様は、
衛星電波を観測して観測データを取得する観測データ取得手段と、他の移動体との通信を行なう通信手段と、該観測データ取得手段により取得された観測データ、及び前記通信手段により他の移動体から受信された観測データを用いて測位演算を行なう測位演算手段と、を備える相対位置検知装置が搭載された３台以上の移動体により構成される相対位置検知システムであって、
該相対位置検知システムを構成する３台以上の移動体が互いに通信可能な所定の場面において、
前記３台以上の移動体のうち基準移動体は、前記観測データ取得手段により取得された観測データを含むデータを該基準移動体でない非基準移動体に送信し、
前記３台以上の移動体のうち前記非基準移動体は、前記観測データ取得手段により取得された観測データ及び前記基準移動体から受信した観測データを含むデータを用いた干渉測位を行なって前記基準移動体との相対位置を算出すると共に該干渉測位に関するレシオテストを行ない、該レシオテストのレシオ値が所定値以下であるときにはレシオ値を低下させている衛星を特定すると共に該特定した衛星を除外して再度レシオテストを行なう、
相対位置検知システムである。

この本発明の第４の態様によれば、レシオテストにより信頼性の高さが確認できなかった場合でも、レシオＲを低下させている衛星を除外して再度レシオテストを行なうため、干渉測位に関する信頼性の向上を図ることができる。

本発明の第４の態様において、
該相対位置検知システムを構成する３台以上の移動体が互いに通信を行なって、各移動体を基準移動体又は非基準移動体として決定するものとしてもよい。

また、本発明の第４の態様において、
前記レシオテストを再度行なった非基準移動体は、該レシオテストを再度行なった際に得られるレシオ値が所定値以下であるときには、他の非基準移動体との観測データ授受を行なって、該他の非基準移動体と自己の関係について干渉測位を行ない又は該他の非基準車両に干渉測位を行なわせ、該干渉測位の結果と前記基準移動体と自己の関係についての干渉測位の結果との比較に基づき信頼性判定を行ない又は前記他の非基準車両から信頼性判定結果を受信するものとしてもよい。

この場合、
各非基準移動体が互いに通信を行なって、各非基準移動体が、他の非基準移動体と自己の関係について干渉測位を行なうか、該他の非基準車両に干渉測位を行なわせるかを決定するものとしてもよいし、更に、前記他の非基準移動体と自己の関係についての干渉測位において、前記基準車両と自己の関係についての干渉測位において採用されなかった衛星を採用可能とするものとしてもよい。

本発明によれば、３台以上の移動体間の相対位置を干渉測位によって求めると共に、干渉測位に関する信頼性判定を効率的に行なうことが可能な相対位置検知装置、及び相対位置検知システムを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。

＜第１実施例＞
以下、本発明の第１実施例に係る相対位置検知システム１について説明する。図１は、相対位置検知システム１のシステム構成を模式的に示す図である。相対位置検知システム１は、３台以上の移動体（以下、車両であるものとして説明する）Ａ、Ｂ、Ｃ、…に、相対位置検知装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、…が搭載されて構成される。各車両は、複数のＧＰＳ（Global Positioning System）衛星１０_ｋ（ｋ＝１、２、…）から送信される衛星電波を受信して測位演算を行なって、車両間の相対位置を検知する。なお、移動体の他の例として、自動二輪車、鉄道、船舶、航空機、ホークリフト、ロボットや、人の移動に伴い移動する携帯電話等の情報端末等が挙げられる。

各ＧＰＳ衛星は、地球周りを周回しており、航法メッセージを地球に向けて常時放送している。航法メッセージには、自己の軌道情報、時計の補正値、電離層の補正係数、ヘルスメッセージ等が含まれている。航法メッセージは、Ｃ／Ａコードにより拡散されＬ１搬送波（周波数：1575.42ＭＨz）に乗せられて、地球に向けて常時放送されている。

なお、現在、２４個のＧＰＳ衛星が高度約２０，０００kmの上空で地球を一周しており、各４個のＧＰＳ衛星が５５度ずつ傾いた６つの地球周回軌道面に均等に配置されている。従って、天空が開けている場所であれば、地球上のどの場所にいても、常時、少なくとも５個以上のＧＰＳ衛星が観測可能である。

各車両は、それぞれ相対位置検知装置３０を搭載する（ここでは、車両を識別するＡ、Ｂ、Ｃ…の符号は省略する）。図２は、相対位置検知装置３０の構成例を示す図である。相対位置検知装置３０は、ＧＰＳ受信機４０と、通信装置５０と、制御装置６０と、を有する。

ＧＰＳ受信機４０には、その周波数がＧＰＳ衛星１０の搬送周波数と一致する発振器（図示せず）が内蔵されている。ＧＰＳ受信機４０は、ＧＰＳアンテナ４２を介して各ＧＰＳ衛星から受信した電波（衛星信号）を中間周波数に変換後、内部で発生させたＣ／Ａコードを用いてＣ／Ａコード同期を行い、航法メッセージを取り出している。

ＧＰＳ受信機４０は、ＧＰＳ衛星１０_ｋからの搬送波に基づいて、次式に示すように、時刻ｔにおける搬送波位相の積算値Φ_k（ｔ）を計測している。位相積算値Φ_kは、Ｌ１波及びＬ２波（周波数：1227.6ＭＨz）の双方に対してそれぞれ計測されてもよい。式中、Ｎ_kは、整数値バイアスを示し、τ_uは、ＧＰＳ衛星１０_ｋからＧＰＳ受信機４０までのトラベル時間を示し、ε_kは、ノイズ（誤差）を示す。

Φ_k（ｔ）＝Θ_k（ｔ）−Θ_k（ｔ−τ_k）＋Ｎ_k＋ε_k（ｔ） …（１）

また、ＧＰＳ受信機４０は、ＧＰＳ衛星１０_ｋからの各搬送波に乗せられるＣ／Ａコードに基づいて、擬似距離ρ_kを計測している。式中、ｃは光速であり、ｂ_kは、クロックバイアスと称され、ＧＰＳ受信機２２内の時計誤差による距離誤差に対応する。

ρ_k（ｔ）＝ｃ・τ_k＋ｂ_k …（２）

通信装置５０は、他の車両との通信を行なうための装置であり、例えば、ＤＳＲＣ(Dedicated Short Range Communication)で使用される５．８ＧＨｚの周波数帯域を利用して、他車両との情報の送受信を行なう。また、これに限らず、ビーコン等を用いて無線通信を行なってもよいし、Bluetooth（登録商標）等の短距離無線通信方式によって無線通信を行なってもよい。通信装置５０は、他車両から受信した電波等を復号し、得られた情報を制御装置６０に出力する。

制御装置６０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を中心としてＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等がバスを介して相互に接続されたマイクロコンピューターであり、その他、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）ドライブ、ＣＤ（Compact Disc）ドライブ、フラッシュメモリ等の記憶装置やＩ／Ｏポート、タイマー、カウンター等を備える。ＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラムやデータが格納されている。また、制御装置６０は、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより機能する主要な機能ブロックとして、通信制御部６２と、単独測位演算部６４と、干渉測位演算部６６と、信頼性判定部６８と、を有する。

なお、これらの機能ブロックが明確に別のプログラムに基づくものである必要はなく、同一プログラムの中に複数の機能ブロックを実現する部分が含まれていてもよい。また、制御装置６０は、その機能の全部又は一部がＧＰＳ受信機４０や通信装置５０に統合されてもよい。

通信制御部６２は、２台以上の他車両と通信可能な所定の場面において、当該他車両と通信を行なって、自車両を含む３台以上の車両に対して、（１）基準車両、（２）非基準車両（信頼性判定担当）、（３）非基準車両（信頼性判定担当せず）のいずれかの役割を設定する。基準車両、及び非基準車両（信頼性判定担当）はそれぞれ１台とする。係る役割設定の具体的手法について特段の制限はなく、如何なる手法を用いてもよい。例えば、最初に呼びかけを行なった車両を基準車両とし、以下、応答を行なった順に非基準車両（信頼性判定担当）、非基準車両（信頼性判定担当せず）等と設定してよい。

単独測位演算部６４、干渉測位演算部６６、信頼性判定部６８は、自車両に上記のいずれの役割が設定されたかによって処理を行なったり、行なわなかったりする。従って、各車両の役割に即して各機能ブロックの処理について説明する。

図３は、相対位置検知システム１において各車両が行なう処理の分担を示す図である。以下、車両Ａが基準車両、車両Ｂが非基準車両（信頼性判定担当せず）、車両Ｃが非基準車両（信頼性判定担当）に設定されたものとして説明する。また、ＧＰＳ受信機４０で計測した位相積算値Φ_k及び擬似距離ρ_kのデータを必要に応じて「観測データ」と総称し、位相積算値Φ_kのデータを、Ｌ１波及びＬ２波のそれぞれに対応して、それぞれ「Ｌ１データ」及び「Ｌ２データ」と称する。また、擬似距離ρ_kのデータを「Ｃ／Ａデータ」と称する。

また、図４は、相対位置検知システム１において各車両（に搭載された相対位置検知装置；以下略）が行なう処理の流れを示すシーケンス図である。以下の説明におけるステップ番号は、本図に対応している。

基準車両Ａは、５衛星分のＬ１データ、Ｌ２データ及びＣ／Ａデータと、単独測位演算部６４により算出された単独測位による車両の位置ｘ_Ａを、これらの算出基準となった電波の受信時刻と共に非基準車両Ｂ、Ｃに送信する（Ｓ１００、Ｓ１０２）。単独測位演算部６４は、ＧＰＳ受信機４０が計測した４個以上のＧＰＳ衛星１０_kとの擬似距離ρ_kを用いて、単独測位による自車両の位置を算出する。単独測位による位置算出については、当業者にとって周知であるため説明を省略する。なお、非基準車両Ｂ、Ｃにおいて擬似距離ρ_kを用いて車両の位置ｘ_Ａを算出させる場合、基準車両Ａからの単独測位による車両の位置ｘ_Ａの送信を省略してもよい。

非基準車両Ｂにおいては、干渉測位演算部６６が、基準車両Ａから受信した受信時刻と同期して自己が有するＧＰＳ受信機４０が計測した５衛星分の観測データ（Ｌ１データ、Ｌ２データ）と、基準車両Ａから受信した観測データに基づいて１サンプルのＲＴＫ測位演算を行ない、ベクトルＸ_ＡＢ、及び整数値バイアスの二重位相差Ｎ^ｊｈ _ＡＢを算出する（Ｓ１０４）。なお、これらにおいて、上付文字のｊ、ｈは、５衛星から選択された２衛星を示す符号である。受信時刻の同期はＧＰＳ時刻やＰＳＳ信号等を利用する。

非基準車両Ｃにおいても同様に、干渉測位演算部６６が、基準車両Ａから受信した受信時刻と同期して自己が有するＧＰＳ受信機４０が計測した観測データ（Ｌ１データ、Ｌ２データ）と、基準車両Ａから受信した観測データに基づいて１サンプルのＲＴＫ測位演算を行ない、ベクトルＸ_ＡＣ、及び整数値バイアスの二重位相差Ｎ^ｊｈ _ＡＣを算出する（Ｓ１０６）。ＲＴＫ測位演算は、干渉測位の一種である。

ここで、非基準車両Ｂ、Ｃにおいて行なわれるＲＴＫ測位演算について概説する。なお、簡略化のために非基準車両Ｂにおける演算についてのみ説明する。

非基準車両Ｂの干渉測位演算部６６は、観測データの二重位相差Φ^ｊｈ _ＡＢを観測量とし、非基準車両Ｂの位置ｘ_Ｂと整数値バイアスの二重位相差Ｎ^ｊｈ _ＡＢとを状態変数として、最小二乗法により、基準車両Ａに対する非基準車両Ｂの相対位置（ベクトルＸ_ＡＢ）及び整数値バイアスの二重位相差Ｎ^ｊｈ _ＡＢを算出する。以下では、説明を簡略化するために、Ｌ１データのみを用いる場合について説明するが、Ｌ２データも用いる場合、Ｌ２波の位相積算値を、Ｌ１波の位相積算値と同様の態様で、追加すればよい。

まず、ある時刻ｔにおける、車両Ａ、Ｂと、ペアリングされた２つのＧＰＳ衛星１０_ｊ、１０_ｈ（ｊ≠ｈ）に関する位相積算値の二重位相差を、次式（５）により求める。

Φ^ｊｈ _ＡＢ＝（Φ^ｊ _Ａ（ｔ）−Φ^ｊ _Ｂ（ｔ））−（Φ^ｈ _Ａ（ｔ）−Φ^ｈ _Ｂ（ｔ）） …（３）

この位相積算値の二重位相差Φ^ｊｈ _ＡＢは、（ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機の距離）＝（搬送波の波長Ｌ）×（位相積算値）という物理的な意味合いから、次のようになる。

ここで、式（４）における［Ｘ_Ａ（ｔ）、Ｙ_Ａ（ｔ）、Ｚ_Ａ（ｔ）］は、時刻ｔにおける基準車両Ａのワールド座標系における座標値であり、基準車両Ａについて単独測位により算出された値を用いることができる。また、［Ｘ_Ｂ（ｔ）、Ｙ_Ｂ（ｔ）、Ｚ_Ｂ（ｔ）］は、時刻ｔにおける非基準車両Ｂの座標値（未知）であり、［Ｘ_ｊ（ｔ）、Ｙ_ｊ（ｔ）、Ｚ_ｊ（ｔ）］及び［Ｘ_ｈ（ｔ）、Ｙ_ｈ（ｔ）、Ｚ_ｈ（ｔ）］は、時刻ｔにおける各ＧＰＳ衛星１０_ｊ、１０_ｈの座標値である。また、Ｎ^ｊｈ _ＡＢは、整数値バイアスの二重位相差であり、次式（５）が成立する。

Ｎ^ｊｈ _ＡＢ＝（Ｎ^ｊ _Ａ−Ｎ^ｊ _Ｂ）−（Ｎ^ｈ _Ａ−Ｎ^ｈ _Ｂ） …（５）

また、時刻ｔにおける各ＧＰＳ衛星１０_ｊ、１０_ｈ（ｊ≠ｈ）に関する擬似距離の二重位相差を、次式（６）により求める。

ρ^ｊｈ _ＡＢ＝（ρ_jＡ（ｔ）−ρ_jＢ（ｔ））−（ρ_hＡ（ｔ）−ρ_hＢ（ｔ）） …（６）

擬似距離の二重位相差ρ^jh _ＡＢは、次のようにも表せる。

式（７）における［Ｘ_Ａ（ｔ）、Ｙ_Ａ（ｔ）、Ｚ_Ａ（ｔ）］、［Ｘ_Ｂ（ｔ）、Ｙ_Ｂ（ｔ）、Ｚ_Ｂ（ｔ）］、［Ｘ_j（ｔ）、Ｙ_j（ｔ）、Ｚ_j（ｔ）］及び［Ｘ_h（ｔ）、Ｙ_h（ｔ）、Ｚ_h（ｔ）］は、式（４）と同様である。

そして、観測量Ｚ（ｉ）と状態変数η（ｉ）の関係は、次の線形モデルで表現される。
Ｚ（ｉ）＝Ｈ（ｉ）・η（ｉ）＋Ｖ（ｉ） …（８）

ここで、Ｖは観測雑音を示す。η（ｉ）は、観測周期ｉ（＝１，２、…）での状態変数を表わし、非基準車両Ｂの座標値（未知）及び整数値バイアスの二重位相差である。例えばペアリングされたＧＰＳ衛星１０のペア（ｊ、ｈ）が（１，２）、（１，３）、（１，４）及び（１，５）の４組である場合、η＝［Ｘ_Ｂ、Ｙ_Ｂ、Ｚ_Ｂ、Ｎ¹² _ＡＢ、Ｎ¹³ _ＡＢ、Ｎ¹⁴ _ＡＢ、Ｎ¹⁵ _ＡＢ］^Ｔである（^Ｔは転置を表す）。式（８）の観測量Ｚは、位相積算値の二重位相差Φ^jh _ＡＢ及び擬似距離の二重位相差ρ^jh _ＡＢである。例えば、ペアリングされたＧＰＳ衛星１０のペア（ｊ、ｈ）が（１，２）、（１，３）、（１，４）及び（１，５）の４組である場合、Ｚ＝［Φ¹² _ＡＢ、Φ¹³ _ＡＢ、Φ¹⁴ _ＡＢ、Φ¹⁵ _ＡＢ、ρ¹² _ＡＢ、ρ¹³ _ＡＢ、ρ¹⁴ _ＡＢ、ρ¹⁵ _ＡＢ］^Ｔである。

ここで、式（８）の観測方程式は線形であるが、式（４）及び式（７）では、観測量Ｚは、状態変数Ｘ_Ｂ、Ｙ_Ｂ及びＺ_Ｂに関して非線形であるため、式（４）及び式（７）の各項を状態変数Ｘ_Ｂ、Ｙ_Ｂ及びＺ_Ｂのそれぞれで偏微分し、上記式（８）の観測行列Ｈを求める。例えば、ペアリングされたＧＰＳ衛星１０のペア（ｊ、ｈ）が（１，２）、（１，３）、（１，４）及び（１，５）の４組である場合、観測行列Ｈは、以下の通りである。

式（９）のＨ_１は、観測量Ｚ_１＝［Φ¹² _ＡＢ、Φ¹³ _ＡＢ、Φ¹⁴ _ＡＢ、Φ¹⁵ _ＡＢ］^Ｔとした場合の観測行列であり、Ｈ_２は、観測量Ｚ_２＝［ρ¹² _ＡＢ、ρ¹³ _ＡＢ、ρ¹⁴ _ＡＢ、ρ¹⁵ _ＡＢ］^Ｔとした場合の観測行列であり、観測行列Ｈは、２つの観測行列Ｈ_１、Ｈ_２が組み込まれた形となる。

上記式（８）を、式（９）の観測行列Ｈを用いて最小二乗法で解くと、以下の通りη（ｉ）の実数解（フロート解）が得られる。

η（ｉ）＝（Ｈ^Ｔ（ｉ）・Ｈ（ｉ））^−１・Ｈ^Ｔ（ｉ）・Ｚ（ｉ） …（１０）

干渉測位演算部６６は、更に、上記の如く算出された整数値バイアスの実数解（フロート解）に基づいて、整数値バイアスの整数解、すなわち整数値バイアスの二重位相差Ｎ^ｊｈ _ＡＢを算出する。具体的には、例えば算出された実数解に対して最も誤差の小さい整数解（即ち、波数）を第１候補として求め、次に誤差の小さい整数解を第２候補として求める。この手法としては、整数値バイアスの無相関化をはかり、整数解の探索空間を狭めて解を特定するＬＡＭＢＤＡ法が使用されてよい。或いは、ＬＡＭＢＤＡ法に代えて、他の整数最小二乗法や簡易の四捨五入により整数解を導出してもよい。

係る処理により、基準車両Ａの座標を既知値とした非基準車両Ｂの座標ｘ_Ｂが求められ、従ってベクトルＸ_ＡＢが求められる。また、整数値バイアスの二重位相差Ｎ^ｊｈ _ＡＢが求められる。本実施例では、１サイクルのデータを用いてＲＴＫ測位演算を行なうため、カルマンフィルター等を用いて時系列にＲＴＫ測位演算を行なうものに比して、簡易且つ迅速な処理が期待できる。

非基準車両ＢがベクトルＸ_ＡＢ及び整数値バイアスの二重位相差Ｎ^ｊｈ _ＡＢを、非基準車両ＣがベクトルＸ_ＡＣ及び整数値バイアスの二重位相差Ｎ^ｊｈ _ＡＣを、それぞれ算出すると、非基準車両Ｂから非基準車両Ｃに、ベクトルＸ_ＡＢ、２衛星分の（すなわち１組の）整数値バイアスの二重位相差Ｎ^ｊｈ _ＡＢ、及び同じ１組の衛星に関する位相積算値の一重位相差Φ^ｊｈ _Ｂ（＝Φ^ｊ _Ｂ−Φ^ｈ _Ｂ）を送信する（Ｓ１０８）。

そして、非基準車両Ｃにおいて、信頼性判定部６８が信頼性判定を行なう（Ｓ１１０）。信頼性判定は、次式（１１）を満たすか否かによって判定する。式（１１）を満たす場合、算出された整数値バイアスの二重位相差は信頼性が高く、従って、算出された車両Ａ、Ｂ、Ｃ間の相対位置は信頼性が高いと判断できる。式中、Φ^ｊｈ _ＢＣは位相積算値の二重位相差（＝Φ^ｊｈ _Ｂ−Φ^ｊｈ _Ｃ）であり、λは搬送波の波長（２０［ｃｍ］程度）であり、αは２／λ以下の値（例えば５〜１０［ｃｍ］程度）に予め設定された所定値である。なお、ｆ（ｘ_Ｂ，ｘ_Ｃ）は、次式（１２）により表される。非基準車両Ｂの座標ｘ_Ｂは、基準車両Ａの座標ｘ_ＡにベクトルＸ_ＡＢを加算して求める。また、非基準車両Ｃの座標ｘ_Ｃは、基準車両Ａの座標ｘ_ＡにベクトルＸ_ＡＣを加算して求める。

｜Φ^ｊｈ _ＢＣ−｛ｆ（ｘ_Ｂ，ｘ_Ｃ）＋λ（Ｎ^ｊｈ _ＡＢ、Ｎ^ｊｈ _ＡＣ）｝｜＜α …（１１）
ｆ（ｘ_Ｂ，ｘ_Ｃ）＝［√｛（ｘ_Ｂ−ｘ_ｊ）｝^２−√｛（ｘ_Ｂ−ｘ_ｈ）^２］−［√｛（ｘ_Ｃ−ｘ_ｊ）^２｝−√｛（ｘ_Ｃ−ｘ_ｈ）｝^２］ …（１２）

非基準車両Ｃは、係る信頼性判定の結果を基準車両Ａ及び非基準車両Ｂに送信する（Ｓ１１２、Ｓ１１４）。非基準車両Ｃが、信頼性が高い旨の判定結果を得た場合には、各車両で当該整数解をＦＩＸし（Ｓ１１６、Ｓ１１８、Ｓ１２０）、以後、当該整数解を用いたＲＴＫ測位演算により車両間の相対位置を算出する。一方、非基準車両Ｃが、信頼性が低い旨の判定結果を得た場合には、各車両で当該整数解をＦＩＸせず、前回求められた整数解を暫定的に用いて相対位置を算出する等の経過措置がとられることとなる。

係る処理によって、３台以上の車両がＲＴＫ測位演算によって相対位置を検知する際に、整数値バイアスの信頼性を効率良く判定することができる。非基準車両Ｂから非基準車両Ｃに送信されるデータは、ベクトルＸ_ＡＢ、２衛星分の（すなわち１組の）整数値バイアスの二重位相差Ｎ^ｊｈ _ＡＢ、及び同じ１組の衛星に関する位相積算値の一重位相差Φ^ｊｈ _Ｂ
であるが、車両ＢＣ間でＲＴＫ測位演算をする場合には、少なくとも５衛星分の位相積算値に加え、必要に応じていずれかの車両の単独測位による位置等を送信しなければならない。また、ＲＴＫ測位演算自体の処理負荷も比較的大きいものである。

従って、車両ＡＢ間、ＡＣ間、ＢＣ間でそれぞれＲＴＫ測位演算を行なってレシオテスト等により信頼性を判定する場合に比して、通信負荷及び処理負荷を小さくすることができる。また、車両ＡＢ間、ＡＣ間、ＢＣ間でそれぞれＲＴＫ測位演算を行なった結果が矛盾する場合の処理の煩わしさが発生しない。よって、３台以上の移動体間の相対位置を干渉測位によって求めると共に、干渉測位に関する信頼性判定を効率的に行なうことができる。

本実施例の相対位置検知システム１及びこれを構成する相対位置検知装置３０によれば、３台以上の移動体間の相対位置を干渉測位によって求めると共に、干渉測位に関する信頼性判定を効率的に行なうことができる。

＜第２実施例＞
以下、本発明の第２実施例に係る相対位置検知システム２について説明する。相対位置検知システム２は、第１実施例と同様のハードウエア構成により実現されるため、図１、図２及び第１実施例の説明を参照することとし、各構成要素のハードウエアや技術背景についての説明を省略する。

本実施例に係る制御装置６０は、第１実施例と同様に、通信制御部６２と、単独測位演算部６４と、干渉測位演算部６６と、信頼性判定部６８と、を有する。

通信制御部６２は、２台以上の他車両と通信可能な所定の場面において、当該他車両と通信を行なって、自車両を含む３台以上の車両に対して、（１）基準車両、（２）非基準車両のいずれかの役割を設定する。

単独測位演算部６４及び干渉測位演算部６６は、第１実施例と同様の機能を有する。すなわち、単独測位演算部６４は単独測位による自車両の位置を算出し、干渉測位演算部６６は、自車両が非基準車両である場合に、基準車両との相対位置や、基準車両との関係についての整数値バイアスの二重位相差を算出する。

本実施例のシステム２においても、第１実施例と同様に、基準車両から非基準車両に５衛星分のＬ１データ、Ｌ２データ及びＣ／Ａデータと、単独測位演算部６４により算出された単独測位による車両の位置が送信される、非基準車両では、受信データと自己が観測した観測データを用いてＲＴＫ測位演算を行ない、基準車両との相対位置（ベクトル）及び基準車両との関係についての整数値バイアスの二重位相差を算出する。そして、非基準車両が、レシオテスト等を行なってＲＴＫ測位演算に関する信頼性判定を実行する。以下、基準車両をＡ、非基準車両をＢ、Ｃとして説明する。

図５は、非基準車両の制御装置６０（主に信頼性判定部６８）が、ＲＴＫ測位演算を行なった後に実行する処理の流れを示すフローチャートである。ここでは、非基準車両Ｂにおける処理についてのみ説明する。

まず、信頼性判定部６８は、干渉測位演算部６６が算出した整数値バイアスＮ^ｊｈ _ＡＢについてレシオテストを実行する（Ｓ２００）。

レシオテストは、以下の如く実行される。例えば、ペアリングされたＧＰＳ衛星１０のペア（ｊ、ｈ）が（１，２）、（１，３）、（１，４）及び（１，５）の４組であり、それぞれ４つの整数値バイアスの実数解（ｎ¹²、ｎ¹³、ｎ¹⁴、ｎ¹⁵）、整数値バイアスの整数解の第１候補（Ｎ¹² ₁、Ｎ¹³ ₁、Ｎ¹⁴ ₁、Ｎ¹⁵ ₁）及び第２候補（Ｎ¹² ₂、Ｎ¹³ ₂、Ｎ¹⁴ ₂、Ｎ¹⁵ ₂）が算出される場合を想定する。このとき、レシオＲは、以下に示すように、整数値バイアスの実数解と整数値バイアスの整数解の第１候補との間の距離（ノルム）と、整数値バイアスの実数解と整数値バイアスの整数解の第２候補との間の距離と、の比である。レシオＲは、一般的に、高い値であるほど整数値バイアスの整数解の第１候補の信頼性が高いことを表している。

Ｒ＝｛（ｎ¹²−Ｎ¹² ₂）^２＋（ｎ¹³−Ｎ¹³ ₂）^２＋（ｎ¹⁴−Ｎ¹⁴ ₂）^２＋（ｎ¹⁵−Ｎ¹⁵ ₂）^２｝／｛（ｎ¹²−Ｎ¹² ₁）^２＋（ｎ¹³−Ｎ¹³ ₁）^２＋（ｎ¹⁴−Ｎ¹⁴ ₁）^２＋（ｎ¹⁵−Ｎ¹⁵ ₁）^２｝ …（１３）

そして、レシオＲを所定値β_１、β_２と比較し、信頼性を例えば「高」、「中」、「低」の三段階で判定する（Ｓ２０２）。すなわち、レシオＲが所定値β_１（例えば、３程度の値）以上であれば信頼性を「高」とし、レシオＲが所定値β_２（例えば、１．５程度）以上、所定値β_１未満であれば信頼性を「中」とし、レシオＲが所定値β_２未満であれば信頼性を「低」とする。

信頼性が「高」である場合は、その旨を示す信号を他の非基準車両Ｃに送信する（Ｓ２０４）。そして、非基準車両Ｃからも非基準車両Ｃで判定した信頼性が「高」である旨を示す信号を受信した場合には、今回非基準車両Ｂ、Ｃで算出された整数値バイアスの整数解が正しいと判断し、各車両で当該整数解をＦＩＸし、以後、当該整数解を用いたＲＴＫ測位演算により車両間の相対位置を算出する（Ｓ２０６、Ｓ２０８）。

一方、信頼性は「中」である場合は、非基準車両Ｃに要求して非基準車両Ｃにおける観測データを取得する（Ｓ２１０）。そして、非基準移動体Ｃと自車両の関係についてＲＴＫ測位演算を行なうように干渉測位演算部６６に指示する（Ｓ２１２）。更に、算出された整数値バイアスの二重位相差Ｎ^ｊｈ _ＢＣが、Ｎ^ｊｈ _ＡＢとＮ^ｊｈ _ＡＣの差分と一致するか否かを判定し（Ｓ２１４）、整数値バイアスの二重位相差が上記差分と一致する場合は、信頼性が「高」であるとみなして、信頼性が「高」である旨を他の非基準車両Ｃに送信する（Ｓ２０４）。

Ｓ２０２において信頼性が「低」と判定された場合、及びＳ２１４において整数値バイアスの二重位相差が一致しなかった場合は、レシオＲを低下させている衛星を特定する（Ｓ２１６）。具体的には、上記の例では、（１，２）、（１，３）、（１，４）及び（１，５）のうち１つを順番に除外してレシオテストをそれぞれ実行し、例えば（１，３）を除外した場合にレシオＲが所定値以上上昇した場合には、３番目の衛星がレシオＲを低下させていると判断する。

そして、特定した衛星を除外して行なったレシオテストにより算出されたレシオＲを所定値β_１、β_２と比較し、信頼性を判定する（Ｓ２１８）。ここで信頼性が「高」となった場合には、信頼性が「高」であるとみなして、信頼性が「高」である旨を他の非基準車両Ｃに送信する（Ｓ２０４）。

Ｓ２１８において信頼性が「中」又は「低」であった場合は、Ｓ２１２において取得された観測データにより算出される位相積算値Φ^ｊｈ _ＢＣ（Ｓ２１２を経由していない場合は、非基準車両Ｃに要求して非基準車両Ｃにおける観測データを取得する）を用いて、第１実施例で説明した式（１１）の不等式を満たすか否かを判定する（Ｓ２２０）。この際に、基準車両Ａでは電波信号が観測されなかった衛星についての観測データを位相積算値Φ^ｊｈ _ＢＣに反映させてよい。また、式（１１）は２衛星を選択して計算するものであるため、Ｓ２１６において特定した衛星を除外した組み合わせを選択する。式（１１）の不等式を満たす場合は、信頼性が「高」であるとみなして、信頼性が「高」である旨を他の非基準車両Ｃに送信する（Ｓ２０４）。

Ｓ２２０において否定的な判定を得た場合は、今回算出された整数値バイアスが信頼できないものとして、非基準車両Ｂから非基準車両Ｃに信頼性が「高」である旨の送信を行なわない（Ｓ２２２）。すなわち、整数値バイアスの整数解をＦＩＸしない。この場合、既に算出されている整数値バイアスを引き続き使用する等の暫定措置がとられることとなる。

本実施例の相対位置検知システム２によれば、レシオテストにより信頼性の高さが確認できなかった場合でも、レシオＲを低下させている衛星を除外して再度レシオテストを行なうため、干渉測位に関する信頼性の向上を図ることができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、各実施例において瞬時測位法により整数値バイアスの実数解を求めているが、整数値バイアスの実数解の算出方法は、多種多様であり、上述の方法以外の他の方法が採用されてもよい。例えば、擬似距離の二重位相差を用いずに、位相積算値の二重位相差だけを用いる方法も可能である。

また、ＧＰＳ受信機が、ＧＰＳ衛星から発信されるＬ１波及びＬ２波（周波数：1227.6ＭＨz）の双方を受信可能な２周波受信機である場合には、Ｌ２波に対する位相積算値の二重位相差が追加的若しくは代替的に観測量Zとして用いられてよい。また、他の帯域の搬送波（例えば、今後追加が予定されているL5帯の電波）に対する位相積算値の二重位相差が追加的若しくは代替的に観測量Zとして用いられてよい。同様に、擬似距離の二重位相差についても、Ｃ／Ａコード以外の同様のＰＲＮコード（擬似雑音符号）（例えば、Ｐコード等）に基づく擬似距離の一重又は二重位相差が、追加的若しくは代替的に観測量Zとして用いられてよい。上述した整数値バイアスの実数解の算出方法では、上述の如く二重位相差を取ることでＧＰＳ受信機内での発振器の初期位相、及び、時計誤差等の影響を消去しているが、一重位相差を取る構成であってもよい。また、上述の方法では、電離層屈折効果、対流圏屈折効果及びマルチパスの影響を無視しているが、これらを考慮するものであってもよい。

また、第１実施例において、非基準車両Ｃが信頼性が低いと判定した後に、第２実施例のＳ２１２、Ｓ２１４と同様に、非基準車両Ｂに要求して非基準車両Ｂにおける観測データを取得し、非基準移動体Ｂと自車両の関係について干渉測位を行なって算出された整数値バイアスの二重位相差Ｎ^ｊｈ _ＢＣが、Ｎ^ｊｈ _ＡＢとＮ^ｊｈ _ＡＣの差分と一致するか否かを判定し、一致する場合は信頼性が高いとみなしてもよい。

また、上述の実施例では、ＧＰＳに本発明が適用された例を示したが、本発明は、ＧＰＳ以外の衛星システム、例えばガリレオ等の他のGNSS (Global Navigation Satellite System)にも適用可能である。

本発明は、自動車製造業や自動車部品製造業等に利用可能である。

相対位置検知システム１のシステム構成を模式的に示す図である。 相対位置検知装置３０の構成例を示す図である。 相対位置検知システム１において各車両が行なう処理の分担を示す図である。 相対位置検知システム１において各車両が行なう処理の流れを示すシーケンス図である。 第２実施例に係る非基準車両の制御装置６０（主に信頼性判定部６８）が、ＲＴＫ測位演算を行なった後に実行する処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１、２ 相対位置検知システム
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、… 相対位置検知装置
４０ ＧＰＳ受信機
５０ 通信装置
６０ 制御装置
６２ 通信制御部
６４ 単独測位演算部
６６ 干渉測位演算部
６８ 信頼性判定部
Ａ、Ｂ、Ｃ、… 移動体（車両）

Claims (6)

1. 移動体に搭載され、他の移動体との相対位置を検知する相対位置検知装置であって、
   衛星電波を観測して観測データを取得する観測データ取得手段と、
   他の移動体との通信を行なうための通信手段と、
   該観測データ取得手段により取得された観測データ、及び前記通信手段により他の移動体から受信された観測データを用いて測位演算を行なう測位演算手段と、を備え、
   自己が搭載された移動体を含む３台以上の移動体が互いに通信可能な所定の場面において、
   自己が搭載された移動体が基準移動体である場合には、前記観測データ取得手段により取得された観測データを含むデータを該基準移動体でない非基準移動体に送信し、
   自己が搭載された移動体が前記非基準移動体である場合には、前記観測データ取得手段により取得された観測データ及び前記基準移動体から受信した観測データを含むデータを用いた干渉測位を行なって前記基準移動体との相対位置を算出すると共に、該干渉測位において算出される１組の衛星についての整数値バイアスの二重位相差、及び位相積算値の一重位相差を他の非基準移動体に送信して前記干渉測位に関する信頼性判定結果を受信する処理と、他の非基準移動体から前記１組の衛星についての整数値バイアスの二重位相差、及び位相積算値の一重位相差を受信して、該受信した位相積算値の一重位相差と自己で計算した位相積算値の一重位相差の差である位相積算値の二重位相差と、前記受信した整数値バイアスの二重位相差及び自己で計算した整数値バイアスの二重位相差とに基づいて前記干渉測位に関する信頼性判定を行なう処理と、のいずれか一方を行なう、
   相対位置検知装置。
2. 自己が基準移動体であるか、非基準移動体であるかを、他の移動体との通信に基づき決定する、請求項１に記載の相対位置検知装置。
3. 自己が非基準移動体である場合に、前記干渉測位において算出される整数値バイアスを含むデータを他の非基準移動体に送信して前記干渉測位に関する信頼性判定結果を受信するか、他の非基準移動体から整数値バイアスを含むデータを受信して前記干渉測位に関する信頼性判定を行なうかを、他の非基準移動体との通信に基づき決定する、請求項１又は２に記載の相対位置検知装置。
4. 衛星電波を観測して観測データを取得する観測データ取得手段と、他の移動体との通信を行なう通信手段と、該観測データ取得手段により取得された観測データ、及び前記通信手段により他の移動体から受信された観測データを用いて測位演算を行なう測位演算手段と、を備える相対位置検知装置が搭載された３台以上の移動体により構成される相対位置検知システムであって、
   該相対位置検知システムを構成する３台以上の移動体が互いに通信可能な所定の場面において、
   前記３台以上の移動体のうち基準移動体は、前記観測データ取得手段により取得された観測データを含むデータを他の移動体に送信し、
   前記３台以上の移動体のうち前記非基準移動体は、前記観測データ取得手段により取得された観測データ及び前記基準移動体から受信した観測データを含むデータを用いた干渉測位を行なって前記基準移動体との相対位置を算出すると共に、該干渉測位において算出される１組の衛星についての整数値バイアスの二重位相差、及び位相積算値の一重位相差を他の非基準移動体に送信して前記干渉測位に関する信頼性判定結果を受信する処理と、他の非基準移動体から１組の衛星についての整数値バイアスの二重位相差、及び位相積算値の一重位相差を受信して、該受信した位相積算値の一重位相差と自己で計算した位相積算値の一重位相差の差である位相積算値の二重位相差と、前記受信した整数値バイアスの二重位相差及び自己で計算した整数値バイアスの二重位相差とに基づいて前記干渉測位に関する信頼性判定を行なう処理と、のいずれか一方を行なう、
   相対位置検知システム。
5. 該相対位置検知システムを構成する３台以上の移動体が互いに通信を行なって、各移動体を基準移動体又は非基準移動体として決定する、請求項４に記載の相対位置検知システム。
6. 各非基準移動体が互いに通信を行なって、各非基準移動体が、前記干渉測位において算出される整数値バイアスを含むデータを他の非基準移動体に送信して前記干渉測位に関する信頼性判定結果を受信するか、他の非基準移動体から整数値バイアスを含むデータを受信して前記干渉測位に関する信頼性判定を行なうかを決定する、請求項４又は５に記載の相対位置検知システム。

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