多重GPS搬送波による測位アルゴリズムの確立

• 研究課題/領域番号: 14550385
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 情報通信工学
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 杉本 末雄 立命館大学, 理工学部, 教授 (70093424)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2003
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円); 2003年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円); 2002年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
• キーワード: GPS測位 / 整数値バイアス / 搬送波2重位相差 / カルマンフィルタ / 非線形フィルタ / GPS / INS複合航法 / H無限大フィルタ / サイクルスリップ / イノベーション過程 / GPS精密測位 / 搬送波位相積算値 / 整数値バイヤス / ガリレオ計画 / ラムダ法

研究概要

多重GPS搬送波を用いた測位アルゴリズムについて、本研究期問で得られた主な研究成果は,以下の4点にまとめられる.
(S1)現時点で,我が国て受信可能なL1,L2帯(2重)のGPS搬送波位相データとC/Aコードによる擬似距離を用いて,未知局・既知局間,GPS衛星間での,搬送波位相および擬似距離データ2重差を計算することにより,ほぼ(約95%の確率て)1エポックのデータのみで,整数値バイアスをFix(決定)でき,測位誤差が数cm程度内である測位アルゴリズムを導出するとともに,その側位ソフトウエアも開発し実データによる検証も行った.近い将来での多数のGPS/GNSS衛星の出現時には,本研究で導出した測位アルゴリズムにより,現状の2周波の搬送波受信時に対する結果よりなお高精度・高速な精密測位が可能であることが分った.
(S2)GPS側位と慣性航法(INS : Inertial Navigation System)との高精度の複合航法アルゴリズムを導出した.特に,モンテカルロタイプの非線形フィルタを適用し,実用性の見地から実時間処理が可能な複合航法アルゴリズムを導出し,有効性を実データにより検証した.
(S3)GPS精密測位法の確立のためには,サイクルスリップの検出と除去の問題がある.このために,従来から確率システム理論で開発された手法,例えば故障検知の手法等,が有効に適用できることを示し,カルマンフィルタでのイノベーション過程に対する平均値,分散に対する統計的仮説検定理論を適用して,サイクルスリップの検出を行なう手法を導いた.
(S4)GPS測位では通常カルマンフィルタ理論が用いられるが,最近のH無限大フィルタをGPS測位に適用したアルゴリズムを導出し,その有効性を検討し,精度的にカルマンフィルタを適用した場合と比較してほぼ同程度か少し良好であることを実データにより検証した.

研究成果

• [文献書誌] 杉本末雄, 久保幸弘, 熊谷秀夫: "GPS測位アルゴリズムと推定・検定理論"システム/制御/情報(システム制御情報学会). 第46巻. 276-285 (2002)
• [文献書誌] 熊谷秀夫, 久保幸弘, 木原雅人, 杉本末雄: "DGPS/INS/VMSを統合した高精度車両位置計測アルゴリズム"日本写真測量学会誌「写真測量とリモートセンシング」. 41. 77-84 (2002)
• [文献書誌] S.Maruo, Y.Kubo, C.Uratani, R.Hata, S.Sugimono: "Kinematic Carrier Phase Differential GPS Positioning by Applying the H∞ Filter"Proc. of the Institute of Navigation ION GPS-2002, Portland, Oregon, USA. 556-564 (2002)
• [文献書誌] R.Hata, K.Sone, Y.Kubo, S.Sugimto: "Carrier Phase Differential GPS with Ionospheric and Tropospheric Delay Estimation"Proc. of the 34th ISCIE Int. Symp. on Stochastic Systems Theory and Its Application. 34. 119-124 (2002)
• [文献書誌] N.Asapla, M.Oiwa, M.Tanikawara, T.Numajima, Y.Kubo, Sueo Sugimono: "Nonlinear Filtering Methods for INS/DGPS In-Motion Alignment"Proc. of the Institute of Navigation ION GPS/GNSS 2003, Portland, Oregon, USA. 945-956 (2003)
• [文献書誌] C.Uratani, K.Sone, Y.Mutoh, S.Maruo, S.Sugimoto: "Dynamical Models for Carrier-Phase Kinematic GPS Positioning"Proc. of the Institute of Navigation ION GPS/GNSS 2003, Portland, Oregon, USA. 809-818 (2003)
• [文献書誌] 熊谷秀夫, 久保幸弘, 木原雅人, 杉本末雄: "自立型水中航走体における高精度複合航法システム"電気学会論文誌C部門誌. 123巻・4号. 777-785 (2003)
• [文献書誌] R.Hata, K.Sone, Y.Kubo, S.Sugimoto: "Carrier Phase Differential GPS with Ionospheric and Tropospheric Delay Estimation"Proc.of the 34th ISCIE Int.Symp.on Stochastic Systems Theory and Its Application, Fukuoka, Kyushu, Japan. 119-124 (2003)
• [文献書誌] T.Numajima, N.Asaoka, M.Oiwa, S.Sugimoto: "Nonlinear Filtering Methods in INS/GPS Alignment"Proc.of the 34th ISCIE Int.Symp.on Stochastic Systems Theory and Its Application, Fukuoka, Kyushu, Japan. 125-130 (2003)
• [文献書誌] N.Asaoka, M.Oiwa, M.Tanikawara, T.Numajima Y.Kubo, Sueo Sugimoto: "Nonlinear Filtering Methods for INS/DGPS In-Motion Alignment"Proc.of the Institute of Navigation ION GPS/GNSS 2003, Portland, Oregon, USA. 945-956 (2003)
• [文献書誌] C.Uratani, K.Sone, Y.Mutoh, S.Maruo, S.Sugimoto: "Dynamical Models for Carrier-Phase Kinematic GPS Positioning"Proc.of the Institute of Navigation ION GPS/GNSS 2003, Portland, Oregon, USA. 809-818 (2003)
• [文献書誌] K.Sone, Y.Mutoh, Y.Kubo, S.Sugimoto: "Cycle Slips Detection in GPS Positioning Based on Statistical Tests of Innovation Processes"Proc.of the 35th ISCIE Int.Symp.on Stochastic Systems Theory and Its Applications, Ube, Yamaguchi, Japan. (投稿中). (2004)
• [文献書誌] 杉本 末雄, 久保 幸弘, 熊谷 秀夫: "GPS測位アルゴリズムと推定・検定理論"システム制御情報. 第46巻第5号. 276-285 (2002)
• [文献書誌] S.Maruo, Y.Kubo, C.Uratani, R.Hata, S.Sugimoto: "Kinematic Carrier Phase Differential GPS Positioning by Applying the H∞ Filter"Proc. of the Institute of Navigation ION GPS-2002. 1842-1849 (2002)
• [文献書誌] T.Numajima, M.Kihara, Y.Kubo, S.Sugimoto: "INS/DGPS/VMS Integration for In-Motion Alignment"Proc. of the Institute of Navigation ION GPS-2002. 556-564 (2002)
• [文献書誌] 熊谷 秀夫, 久保 幸弘, 木原 雅人, 杉本 末雄: "DGPS/INS/VMSを統合した高精度車両位置計測アルゴリズム"日本写真測量学会誌. 第41巻第4号. 77-84 (2002)
• [文献書誌] 杉本 末雄, 久保 幸弘: "搬送波位相による測位法での整数値アンビギュイティの推定と検定"日本航海学会GPSシンポジウム2002. 227-256 (2002)
• [文献書誌] 関 敏一, 沼島 徹, 久保 幸弘, 木原 雅人, 熊谷 秀夫, 杉本 末雄: "DGPS/VMS/INS複合航法システムを用いた移動アライメント"日本航海学会GPSシンポジウム2002. 123-134 (2002)
• [文献書誌] 杉本末雄: "ラプラス変換から伝達関数,藤井隆雄編「制御理論」第2章,pp.9-33"コロナ社. 25 (2002)