专利名称：三维测位系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用GPS测位方式的三维测位系统。
背景技术：
最近，在土木测量领域中的位置测定，以及车辆、船舶等的移动体的位置测定中，利用接收来自GPS卫星的电波得到三维位置的GPS测位方式(全球测位系统)。
关于该GPS测位，大致分为单独测位方式和相对测位方式，而在要求高的精度的情况下，使用相对测位方式。
然而，在该相对测位方式中，有差动方式、静态方式、动态方式、实时动态方式等。其中，相对测位方式基本上使用在位置已知的基站(固定台)中得到的补正数据，例如除去基于电波通过电离层以及大气层时的传输路径延迟量的误差(例如，参照特开平6-18649号公报)。
可是，如果采用以往的差动方式，则基站以相当大的间隔(距离)设置，例如在半径100～200km的范围中，发送同一补正数据，因而当测定位置(地点)距离基站相当远的情况下，都存在发生测定误差的问题。
如果更具体地说，则是对于传输路径延迟量来说，随着基站和自己的测定位置的距离(基线)增加，各个延迟量的差异加大，存在测定精度降低的问题。
作为解决这种问题的方法，例如有使用来自GPS卫星的L1频带以及L2频带的2个频率的信号对传输路径延迟量进行补正的方法，但对于使用2个频率进行测定的GPS接收机来说，存在其价格高的问题。
因而，本发明的目的在于以便宜的结构提供能够提高测定精度的三维测位系统。
发明内容
本发明的第1三维测位系统在用作为移动台的测位装置接收来自GPS卫星的电波测定三维位置的同时，使用来自设置在地面上的固定台的补正数据，谋求在该测位装置中的三维位置的测定精度的提高，其特征在于把分别根据双一次插值法或者通过取平均而分别对与来自配置在多个位置上的固定台的伪距以及电离层变化率有关的补正数据进行修正而形成的修正补正数据，作为在上述测位装置中的补正用使用。
另外，本发明的第2三维测位系统其特征在于在把在上述第1个三维测位系统中测位得到的范围预先分割为多个区域的同时，根据测位装置所在的区域制成修正补正数据。
另外，本发明的第3三维测位系统在上述第1或者第2三维测位系统的测位装置中，其特征在于每隔规定时间，在求得GPS卫星的伪距以及载波相位小数部分的同时，求出作为它们的差的模糊度，接着求出这些已求得的每隔规定时间的多个模糊度的平均值，接着在根据修正补正数据补正了与该平均值有关的模糊度后，在该补正后的模糊度上加上上述载波相位小数部分，由此计算至GPS卫星的距离。
另外，本发明的第4三维测位系统在用作为移动台的测位装置接收来自GPS卫星的电波测定三维位置的同时，使用来自设置在地面上的固定台的补正数据，谋求在该测位装置中的三维位置的测定精度的提高，其特征在于其具备传送设施，预先把测位得到的范围分割成多个区域，在分别接收来自被配置在这些各区域上的固定台的与伪距以及电离层变化率有关的补正数据的同时，与该测位装置的位置相应地根据双一次插值法或者通过取平均分别对这些补正数据进行修正而制成修正补正数据，并且把该修正补正数据发送到该测位装置。
进而，本发明的第5三维测位系统在使用作为移动台的测位装置接收来自GPS卫星的电波测定三维位置的同时，使用来自设置在地面上的固定台的补正数据，谋求在该测位装置中的三维位置的测定精度的提高，其特征在于其具备传送设施，预先把测位得到的范围分割成多个区域，在分别接收来自配置在这些各区域上的固定台的与伪距以及电离层变化率有关的补正数据的同时，与该测位装置的位置相应地根据双一次插值法或者通过取平均分别对这些补正数据进行修正而制成修正补正数据，进一步在上述测位装置中把在每隔规定时间求得的至GPS卫星的伪距以及载波相位小数部分输入到上述传送设施，并且在该传送设施中，在分别求得作为在每隔规定时间求得的伪距和载波相位小数部分的差的模糊度后，求出这些已求得的每隔规定时间的多个模糊度的平均值，接着在使用上述修正补正数据对该已求得的模糊度进行补正后，在该补正后的模糊度上加上上述载波相位小数部分，由此计算至GPS卫星的距离，接着在根据该距离求得上述测位装置的三维位置后，把该三维位置发送到作为移动台的测位装置。
如果采用上述构成，因为，在接收来自GPS卫星的电波，根据载波相位求测位装置的三维位置时，使用根据双一次插值法或者通过取平均对在设置于其周围的多个固定台中得到的与伪距以及电离层变化率有关的补正数据进行修正形成的修正补正数据，补正该模糊度，所以，例如与根据来自1个固定台的补正数据进行补正的情况相比，能够谋求测定精度的提高，而且，即使在采用了单频率型的GPS接收机的情况下，因为降低测定精度，所以能够得到便宜并且测定精度好的测位系统。
另外，由于具备传送修正补正数据的传送设施，因而能够进行三维测位系统的高效率运行。
进而，在传送设施中，由于在根据从测位装置发送的伪距以及载波相位小数部分求得模糊度后，使用修正补正数据补正模糊度，求出精度好的三维位置，把该三维位置传送到测位装置，因而在能够谋求减轻在测位装置中的运算处理能力的同时，在该传送设施中还能够进行配备有测位装置的物体的位置管理等。
图1是表示本发明理想的三维测位系统的概略整体构成；图2是表示在同一三维测系统中的三维测位装置的概略构成的方框图；图3是表示在同一三维测位系统中的传送设施的概略构成的方框图；图4是表示在同一三维测位系统中的高精度位置计算单元的概略构成的方框图；图5是用于说明在同一三维测位系统中的测位动作的图；图6是用于说明在同一三维测位系统中的修正补正数据的图。
具体实施例方式
根据附图进一步详细说明本发明。
首先，根据图1～图6说明本发明的第1形态的三维测位系统。
该三维测位系统使用全球测位系统(也称为GPS)，具体地说，使用差动式测位方式(也称为DGPS方式)，在用作为移动台的三维测位装置，接收来自GPS卫星的电波并测定其三维位置的同时，使用来自配置在多个位置上的作为固定台的基站的补正数据，谋求在该三维测位装置中的测定精度的提高。
即，如图1所示，在该三维测位系统中具备至少接收来自4个GPS卫星S的电波来测定自己的三维位置的三维测位装置(也是GPS接收机，以下称为测位装置)1；在三维位置已知的多个位置上分别设置的基站2；在经由网络线路(也可以采用无线方式的通信线路或者广播型的单向通信)3接收在这些各基站2中得到的补正数据的同时，用于把根据该测位装置1的现在位置对这些补正数据进行了修正的修正补正数据传送到该测位装置1的传送设施4。而且在图1中展示数据通信装置(以后说明)12的无线用天线12a，还有基站2一侧的GPS用接收天线2a，进而还有传送设施4一侧的无线用天线4a。
上述测位装置1如图2所示，由以下部分构成接收来自GPS卫星的电波的电波接收器(具体地说，是GPS用接收天线)11；至少接收来自传送设施4的修正补正数据的数据通信装置(例如，使用采用无线方式的数据发送接收机)12；从在上述电波接收器11中接收到的电波中抽出测位用代码(C/A代码)检测出至GPS卫星的伪距以及载波相位的观测数据的观测数据检测器(例如，具有根据测位用代码求伪距的电路，载波相位的计数电路等)13；输入在该观测数据检测器13中得到的数据并根据伪距单独计算伪位置的伪位置计算单元(例如，计算电路)14；输入在该伪位置计算单元14中得到的伪距以及在上述观测数据检测器13中得到的载波相位，高精度计算位置的高精度位置计算单元(例如，计算电路)15；计算对基站2的相对位置的相对位置计算单元16；控制上述计算单元等的控制装置17；与该控制装置17连接的键盘等的输入设备18；显示计算出的三维位置的液晶显示板等的显示设备19。当然，除了这些各种设备外，具备在计算三维位置时需要的存储单元等。而且，因为在载波相位中包含噪声，所以在检测出该载波相位时，使用卡尔曼滤波器等的滤波器除去噪声。
以下说明基站2。
在各基站2中，通过使用2频率型(L1频带，L2频带)的GPS接收机，测定来自GPS卫星的信号的载波相位以及信号的达到时间，高精度地求基站2和GPS卫星S之间的距离。
这时，通过接收从GPS卫星S发送的L1频带(1575.42MHz)以及L2频带(1227.6MHz)的频率信号，在基站2中，在求出电波通过电离层时的电离层延迟的变化率(也称为变动率)的同时，还求出与用测位用代码求得的伪距有关的补正数据(距离数据)。而后，该电离层变化率也和与伪距有关的补正数据一同作为补正用数据使用。
接着说明上述传送设施4。
在该传送设施4中如图3所示具备根据从测位装置1输入的位置数据(伪位置)，选择包含该测位装置1的区域(例如，把日本国土以100～200km×100～200km左右的大小划分的区域)的区域选择单元21；输入从在由该区域选择单元21选择出的区域中的各基站2发送的与伪距有关的补正数据以及电离层变化率，用于对它们适用使用双一次曲面求插值数据的双一次插值法而得到修正补正数据的修正补正数据计算单元22；在各测位装置1以及各基站2之间用于进行数据交换的数据通信装置23。当然，来自各基站2的补正数据以及来自测位装置1的位置数据经由上述数据通信装置23输入。
在此，根据图4详细说明上述高精度位置计算单元15。
该高精度位置计算单元15由以下部分构成输入来自观测数据检测器13的伪距ρ以及载波相位Φ的小数部分_计算作为其差(ρ-_)的模糊度N的模糊度计算单元31；通过求在该模糊度计算单元31中得到的多个模糊度N的平均来求临时模糊度N’的临时模糊度计算单元32；在该临时模糊度N’中使用从传送设施4发送来的修正补正数据[与经过修正的伪距有关的修正数据以及电离层变化率]进行补正，计算精度好的高精度模糊度N”的高精度模糊度计算单元33；通过在用该高精度模糊度计算单元33中得到的高精度模糊度N”上加算载波相位小数部分_来计算精度好的高精度距离ρ’的高精度距离计算单元34。而且，在上述高精度模糊度计算单元33中，以去除根据作为修正补正数据的电离层变化率预测的电离层的影响的方式补正模糊度。例如，使用消除从电离层变化率中预测的电离层的影响那样的参数(系数)，对模糊度进行补正。
说明在上述三维测位系统中，使用了差动方式的测位动作。
当用测位装置1进行三维位置的测定的情况下，在用电波接收器11至少接收来自4个卫星的电波的同时，把该接收到的信号输入到观测数据检测器13中，在此，根据承载在L1频带的频率上的测位代码求伪距ρ，以及根据L1频带的信号求载波相位Φ。
然后，在把该伪距输入伪位置计算单元14中求伪三维位置的同时，把该位置数据发送到传送设施4，求与该测位装置1有关的修正补正数据。
即，在传送设施4中，如图5所示，根据从该测位装置1发送的位置数据，用区域选择单元21选择包含该测位装置1的区域。而后，把从属于该区域的多个，例如4个基站2输入的与伪距有关的补正数据以及电离层变化率输入到修正补正数据计算单元22。在该修正补正数据计算单元22中，各个数据根据双一次插值法，即如图6所示，把根据采用区域内的多个基站2的补正数据得到的，与双一次曲面上的该测位装置(移动台)1的三维位置相应地唯一确定的值(当然，该值是与伪距有关的补正量以及电离层变化率)作为修正补正数据求得。
从传送设施4经由数据通信装置23以无线方式向测位装置1发送上述求得的修正补正数据，根据该修正补正数据在高精度位置计算单元15中求出精度好的至GPS卫星的高精度距离ρ’。而且，如果输入修正补正数据的电离层变化率，则如上所述，根据该变化率进行模糊度的补正。然后，把该高精度距离ρ’输入到相对位置计算单元16，以高精度求该测位装置1的三维位置。
当然，在上述高精度位置计算单元15中，首先，把来自观测数据检测器13的伪距ρ以及载波相位Φ输入到模糊度计算单元31中，求作为其差(ρ-_)的模糊度N，接着把在该模糊度计算单元31中得到的多个模糊度N输入到临时模糊度计算单元32中，求作为其平均值的临时模糊度N’。
接着，把该临时模糊度N’输入到高精度模糊度计算单元33，根据来自传送设施4的修正补正数据求与伪距有关的补正值，以及根据电离层变化率求精度好的高精度模糊度N”，把该高精度模糊度N”输入到高精度距离计算单元34中，加上载波相位小数部分_，求精度好的高精度距离ρ’。
因为，在接收来自GPS卫星S的电波，用载波相位求测位装置1的三维位置时，在该测位装置1所在的区域的多个基站2中，并且使用根据双一次插值法分别得到的与伪距有关的补正数据以及电离层变化率的修正补正数据进行补正，所以例如与使用在1个基站中得到的补正数进行补正的情况相比，能够谋求测位精度的提高。
当然，作为本第1方式的测位装置1采用单频率型的GPS接收机，即使是这样的单频率型的接收机，因为不会使测定精度降低，所以能够得到便宜并且测定精度好的测位系统。另外，L2频带因为电波强度弱，所以使用范围受到限制，而因为只使用电波强度强的L1频带，所以与以往的双频率型相比，能够扩大其使用范围。
进而，因为具备传送修正补正数据的传送设施，所以能够进行三维测位系统的有效的运用。
以下简单说明本发明的第2形态的三维测位系统。
在上述第1形态中，说明了把在传送设施4中求得的修正补正数据发送到测位装置1，在该测位装置1的高精度位置计算单元15中补正在载波相位中的模糊度，但也可以例如把在测位装置1的观测数据检测器13中得到的伪距以及载波相位小数部分直接发送到传送设施4，在该传送设施4中具备和高精度相位计算单元15同样的功能，在此，高精度地求测位装置1的三维位置，而后把该求得的三维位置发送到测位装置1。
如果简单说明该系统，则是在用测位装置接收来自GPS卫星的电波测定三维位置的同时，使用来自设置在地面上的基站的补正数据，谋求在该测位装置中的三维位置的测定精度的提高的三维测位系统中，该系统具备传送设施，它把测位得到的范围预先分割为多个区域，在接收来自配置于这些各区域上的基站的与伪距以及电离层变化有关的补正数据的同时，与该测位装置的位置相应地根据双一次插值法修正这些数据制成修正补正数据，进而在上述测位装置中把每隔规定时间求得的至GPS卫星的伪距以及载波相位小数部分发送到上述传送设施，并且在该传送设施中，在分别求得在每隔规定时间求得的伪距以及作为载波相位小数部分的差的模糊度后，求这些已求得的每隔规定时间的多个模糊度的平均值，接着在根据修正补正数据对该已求得的模糊度进行补正后，在该补正后的模糊度上加上上述载波相位小数部分，计算至GPS卫星的距离，把该计算出的距离发送到上述测位装置。
当然，即使在该第2形态的构成中，也具有和上述第1形态同样的效果，进而在传送设施侧，因为高精度地计算三维位置，所以能够谋求在测位装置中的计算处理能力的减轻，进而能够谋求测位装置的制作成本的降低。
而且，可以把这样构成的系统适用到在监视设施中始终或者集中监视测位装置具备的终端装置的位置的系统，或者在传送设施中能够扩展在位置信息上加入附加价值发送给终端装置侧那样的服务(ASP应用服务提供商)。
可是，在上述各形态中，虽然说明了根据从测位装置发送的伪位置选择区域，但是不用说，在自动进行这样的服务的情况下，也可以从访问的电话号码的局号中选择最近的区域。另外，也可以使每个区域无线频率不同，以无线方式发送与各个区域相应的修正补正数据。
另外，在上述各形态中，作为修正补正数据用双一次插值法求伪距以及电离层变化率，但也可以不用双一次插值法而取在各区域中的基站中得到的伪距以及电离层变化率的平均，使用这些平均值。
产业上的可利用性如上所述，本发明的三维测位系统例如能够用于在地面上的移动时的物体位置的正确的测定，极其有用。
权利要求
1.一种三维测位系统，在用作为移动台的测位装置接收来自GPS卫星的电波进行三维位置的测定的同时，使用来自设置在地面上的固定台的补正数据，谋求在该测位装置中的三维位置的测定精度的提高，其特征在于把分别根据双一次插值法或者取平均而分别对来自配置在多个位置上的固定台的与伪距以及电离层变化率有关的补正数据进行修正得到的修正补正数据，作为在上述测位装置中的补正用的数据使用。
2.如权利要求1所述的三维测位系统，其特征在于在测位装置中，每隔规定时间，在求出至GPS卫星的伪距以及载波相位小数部分的同时，求出作为它们的差的模糊度，接着求出这些已求得的每隔规定时间的多个模糊度的平均值，接着在根据修正补正数据对与该平均值有关的模糊度进行补正后，在该补正后的模糊度上加上上述载波相位小数部分，由此计算至GPS卫星的距离。
3.如权利要求1或者2所述的三维测位系统，其特征在于在预先把测位得到的范围分割为多个区域的同时，与测位装置所在的区域相应地制成修正补正数据。
4.一种三维测位系统，在用作为移动台的测位装置接收来自GPS卫星的电波进行三维位置的测定的同时，使用来自设置在地面上的固定台的补正数据，谋求在该测位装置中的三维位置的测定精度的提高，其特征在于把测位得到的范围预先分割为多个区域，具备传送设施，该传送设施在分别取得来自配置在这些各区域上的固定台的与伪距以及电离层变化率有关的补正数据的同时，通过与测位装置的位置相应地根据双一次插值法或者取平均分别修正这些补正数据而制成修正补正数据，并且把该修正补正数据传送到该测位装置。
5.一种三维测位系统，在用作为移动台的测位装置接收来自GPS卫星的电波进行三维位置的测定的同时，使用来自设置在地面上的固定台的补正数据，谋求在该测位装置中的三维位置的测定精度的提高，其特征在于把测位得到的范围预先分割为多个区域，具备传送设施，该传送设施在分别取得来自配置在这些各区域上的固定台的与伪距以及电离层变化率有关的补正数据的同时，与该测位装置的位置相应地根据双一次插值法或者通过取平均分别修正这些补正数据制成修正补正数据，进一步把在上述测位装置中每隔规定时间求得的至GPS卫星的伪距以及载波相位小数部分输入到上述传送设施，并且，在该传送设施中，在分别求得作为每隔规定时间求得的伪距和载波相位小数部分的差的模糊度后，求出这些已求得的每隔规定时间的多个模糊度的平均值，接着在使用上述修正补正数据对该已求得的模糊度进行补正后，通过在该补正后的模糊度上加上上述载波相位小数部分，来计算至GPS卫星的距离，接着在根据该距离求出上述测位装置的三维位置后，把该三维位置发送到作为移动台的测位装置。
全文摘要
一种三维测位系统，在用作为移动台的测位装置1接收来自GPS卫星S的电波进行三维位置的测定的同时，使用来自设置在地面上的固定台2的补正数据，谋求在该测位装置1中的三维位置的测定精度的提高，把根据双一次插值法对来自配置在区域内的多个位置上的基站2的与伪距以及电离层变化率有关的补正数据进行修正的修正补正数据，作为在测位装置1中的补正用的数据使用。
文档编号G01S1/00GK1842722SQ20048002437
公开日2006年10月4日 申请日期2004年7月15日 优先权日2003年9月2日
发明者山本吾朗, 神崎政之, 五百竹义胜, 柿本英司 申请人:日本天地网测高新技术株式会社