特許 7392839 計測装置、計測方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-28

(45)【発行日】2023-12-06

(54)【発明の名称】計測装置、計測方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01S 19/28 20100101AFI20231129BHJP

   G01S 19/47 20100101ALN20231129BHJP

【ＦＩ】

G01S19/28

G01S19/47

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022518506

(86)(22)【出願日】2020-04-28

(86)【国際出願番号】 JP2020018164

(87)【国際公開番号】W WO2021220420

(87)【国際公開日】2021-11-04

【審査請求日】2022-09-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100124844

【弁理士】

【氏名又は名称】石原 隆治

(72)【発明者】

【氏名】吉田 誠史

【審査官】藤田 都志行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１３９９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１２６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０４００５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２８３６７４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ １９／００－１９／５５

Ｇ０１Ｃ ２１／２６－２１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体の方位及び傾きを計測する方位・傾き計測部と、
前記物体の方位及び傾きに応じて、天空の開空間の領域のうち、ＧＮＳＳアンテナから見て、遮られる領域を示す方位マスクを生成する方位マスク生成部と、
前記方位マスクにより可視衛星信号であると判断された複数の衛星信号のうち、受信品質が閾値以下である衛星信号を除外した可視衛星信号を用いた測位又は時刻同期を絶対位置測位部に実行させる測位制御部と
を備える計測装置。

【請求項2】

前記方位マスク生成部は、前記物体に備えられた構造物により遮られる領域を示す方位マスクを生成する
請求項１に記載の計測装置。

【請求項3】

前記方位マスク生成部は、前記構造物により遮られる領域を、前記物体を基準として相対的に表したデータであるマスクデータと、前記物体の方位及び傾きとに基づいて前記方位マスクを生成する
請求項２に記載の計測装置。

【請求項4】

前記方位マスク生成部は、前記物体が位置する斜面により遮られる領域を示す方位マスク、又は、当該斜面による前記物体の傾きにより前記ＧＮＳＳアンテナの受信品質の劣化が生じる領域を示す方位マスクを生成する
請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の計測装置。

【請求項5】

前記物体における部位の絶対位置を、当該部位と前記ＧＮＳＳアンテナとの間の相対的な位置関係と、前記絶対位置測位部による測位結果とに基づいて算出する部位位置算出部
を更に備える請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の計測装置。

【請求項6】

計測装置が実行する計測方法であって、
物体の方位及び傾きを計測する方位・傾き計測ステップと、
前記物体の方位及び傾きに応じて、天空の開空間の領域のうち、ＧＮＳＳアンテナから見て、遮られる領域を示す方位マスクを生成する方位マスク生成ステップと、
前記方位マスクにより可視衛星信号であると判断された複数の衛星信号のうち、受信品質が閾値以下である衛星信号を除外した可視衛星信号を用いた測位又は時刻同期を絶対位置測位部に実行させる測位制御ステップと
を備える計測方法。

【請求項7】

コンピュータを、請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の計測装置における方位マスク生成部、及び測位制御部として機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＧＮＳＳによる測位及び時刻同期を高精度に行う技術に関連するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、航法衛星システム、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）による測位及び時刻同期が幅広いアプリケーションにおいて活用されている。

【0003】

ＧＮＳＳによる物体の測位や時刻同期を行うために、ＧＮＳＳアンテナが当該物体に搭載され、ＧＮＳＳアンテナにより受信したＧＮＳＳ衛星信号（以降、衛星信号）を用いて測位及び時刻同期の処理が実行される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２０－１２６５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＧＮＳＳアンテナの設置位置の周囲に存在する構造物等により衛星信号の見通し状態での受信が遮られる場合がある。その場合、当該衛星信号は、ＧＮＳＳアンテナにおいて必要な信号強度で受信されないか、又は、ＧＮＳＳアンテナの設置位置の周囲に存在する構造物等により反射・回折するマルチパスにより、不可視衛星信号として受信されることになる。その結果、ＧＮＳＳによる測位性能及び時刻同期性能が劣化するという課題がある。

【0006】

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ＧＮＳＳアンテナの設置位置の周囲に存在する構造物等により衛星信号が遮られる場合でも、精度良く、ＧＮＳＳによる測位及び時刻同期を行うことを可能とする技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

開示の技術によれば、物体の方位及び傾きを計測する方位・傾き計測部と、
前記物体の方位及び傾きに応じて、天空の開空間の領域のうち、ＧＮＳＳアンテナから見て、遮られる領域を示す方位マスクを生成する方位マスク生成部と、
前記方位マスクにより可視衛星信号であると判断された複数の衛星信号のうち、受信品質が閾値以下である衛星信号を除外した可視衛星信号を用いた測位又は時刻同期を絶対位置測位部に実行させる測位制御部と
を備える計測装置が提供される。

【発明の効果】

【0008】

開示の技術によれば、ＧＮＳＳアンテナの設置位置の周囲に存在する構造物等により衛星信号が遮られる場合でも、精度良く、ＧＮＳＳによる測位及び時刻同期を行うことを可能とする技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】物体における構造物により衛星信号が遮られる場合の状況を示す図である。

【図2】第１の実施の形態における位置計測装置の構成図である。

【図3】方位を決定する方法の例を説明するための図である。

【図4】マスクデータを説明するための図である。

【図5】マスクデータを説明するための図である。

【図6】マスクデータを説明するための図である。

【図7】マスクデータを説明するための図である。

【図8】位置計測装置の動作を説明するためのフローチャートである。

【図9】方位マスクの生成例を説明するための図である。

【図10】方位マスクの生成例を説明するための図である。

【図11】物体が斜面に置かれる例を示す図である。

【図12】物体が斜面に置かれる例を示す図である。

【図13】方位マスクの生成例を説明するための図である。

【図14】物体が斜面に置かれる例を示す図である。

【図15】実施例３における位置計測装置の構成図である。

【図16】部位の位置の算出の例を説明するための図である。

【図17】部位の位置の算出の例を説明するための図である。

【図18】装置のハードウェア構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施の形態）を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限定されるわけではない。

【0011】

以下の説明において、位置、方位、傾き、仰角は、地球を基準とする絶対的なものであるとする。これらを絶対位置、絶対方位、絶対傾き、絶対仰角と称してもよい。地球以外の物体を基準とする場合は、相対位置、相対方位、相対傾き、相対仰角等と記載する。

【0012】

以下の説明における物体は、特定の物に限られないが、例えば、自動車、鉄道の車両、パーソナルモビリティ、ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、建機、重機、ドローン、等である。

【0013】

（実施の形態の概要）
図１は、本発明の実施の形態における物体１０の例を示している。図１に示すように、物体１０は移動体１に構造物２が付加された構成を有する。また、物体１０には、ＧＮＳＳアンテナ１１０を接続した位置計測装置１００が備えられている。なお、位置計測装置を「計測装置」と称してもよい。

【0014】

物体１０は、例えば車両である。構造物２は、例えば車両の屋根の上に、ＧＮＳＳアンテナ１１０の近くに取り付けられた物である。

【0015】

位置計測装置１００により、精度良く測位及び時刻同期を行うには、ＧＮＳＳアンテナ１１０が多くのＧＮＳＳ衛星（少なくとも４機）から可視衛星信号を受信することが望ましい。可視衛星信号とは、ＧＮＳＳアンテナ１１０の位置において見通し状態にあるＧＮＳＳ衛星から直接に届く衛星信号である。

【0016】

しかし、図１に示すように、例えば「Ａ」で示すＧＮＳＳ衛星からの衛星信号は、構造物２に遮られるため、「Ａ」からの衛星信号は、ＧＮＳＳアンテナ１１０に直接には届かず、物体１０の周囲の建造物等の構造物により反射、回折するマルチパスにより不可視衛星信号として届く可能性がある。その結果、位置計測装置１００による測位・時刻同期の精度が劣化する。

【0017】

そこで、本実施の形態では、位置計測装置１００が、不可視衛星信号をマスク（測位、時刻同期に使用する衛星信号から除外）するための方位マスクを生成し、方位マスクで不可視衛星信号をマスクして、可視衛星信号のみを用いて測位及び時刻同期の処理を行う。なお、方位マスクを使用することで、測位及び時刻同期の精度が向上すること自体は特許文献１に記載されている。しかし、特許文献１には、本実施の形態では可能としている、移動する物体１０における、任意の構造物により衛星信号が遮られる場合を想定した方位マスクを生成することは記載されていない。

【0018】

以下、本実施の形態における具体的な構成及び動作の例として実施例１～３を説明する。

【0019】

（実施例１）
＜装置構成＞
図２に、実施例１における位置計測装置１００の構成例を示す。実施例１における位置計測装置１００は、ＧＮＳＳアンテナ１１０、絶対位置測位部１２０、相対位置測位部１３０、測位制御部１４０、方位・傾き計測部１５０、方位マスク生成部１６０、データ格納部１７０、出力部１８０を有する。

【0020】

ＧＮＳＳアンテナ１１０は、軌道上のＧＮＳＳ衛星から送信される電波を受信し、電波を電気信号に変換する。この電気信号を「衛星信号」と呼んでもよい。

【0021】

ＧＮＳＳアンテナ１１０と絶対位置計測部１２０とはケーブルで接続され、衛星信号はケーブルにより絶対位置計測部１２０に送られる。ＧＮＳＳアンテナ１１０と絶対位置計測部１２０との間の距離が長い場合や衛星信号を分岐する場合には、ＧＮＳＳアンテナ１１０と絶対位置計測部１２０との間に増幅器が備えられてもよい。

【0022】

絶対位置測位部１２０は、衛星信号を受信し、コード測位又は搬送波位相測位（干渉測位）を行う。絶対位置測位部１２０は、搬送波位相測位を行う上で必要となる基準局の観測データ及び位置情報の収集機能を備えているものとする。また、絶対位置測位部１２０は、絶対時刻に対して精密に時刻が管理される原子時計を搭載したＧＮＳＳ衛星から送信される衛星信号を用いて時刻同期を行うことにより、絶対時刻に対して高精度に時刻同期した時刻情報を出力する。ここでの絶対時刻とは、例えば、協定世界時（ＵＴＣ：Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｉｍｅ）である。なお、絶対位置測位部１２０は、測位と時刻同期のうちの一方のみを行うこととしてもよい。

【0023】

受信した衛星信号から、当該衛星信号がＧＮＳＳ衛星から送信された絶対時刻を知ることができるが、ＧＮＳＳ衛星からＧＮＳＳアンテナ１１０の位置に衛星信号が到達するまでの伝搬時間を計測し、更に絶対位置測位部１２０の時刻と衛星の時刻との間の時刻オフセット値Δｔを補正しなければ、受信位置において正確な絶対時刻は得られない。

【0024】

そこで、絶対位置測位部１２０は、４機以上のＧＮＳＳ衛星からの衛星信号を用いて、受信位置の３次元座標情報（ｘ，ｙ，ｚ）、及び時刻オフセット（Δｔ）の４つのパラメータを算出することにより、測位と時刻同期を同時に行う。

【0025】

絶対位置測位部１２０は、出力部１８０を介してこの絶対時刻に基づく時刻情報を出力する。例えば、物体１０がモバイルネットワークにおける基地局であるとすると、当該基地局が絶対時刻に同期した時刻情報を受信し、例えば、（絶対時刻に同期している）隣接する基地局とＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ：時分割複信）信号フレームの上り、下り信号のタイムスロット構成（並び）を一致させた上で、信号フレームの送信タイミングを同期させることで、隣接する基地局と互いに干渉しないようにＴＤＤ信号を送信することができる。

【0026】

また、絶対位置測位部１２０は、測位制御部１４０から、方位マスクに基づき算出された現在の可視衛星信号の情報を受信し、不可視衛星信号を排除した上で可視衛星信号のみを用いて測位・時刻同期の処理を行う。受信した全ての衛星信号の中から可視衛星信号を選択する処理は、衛星信号を用いた疑似距離計算（コード疑似距離計測、位相計測）を行った後に行ってもよいし、疑似距離計算を行う前に行ってもよい。

【0027】

相対位置測位部１３０は、例えば、車速パルス計測機、ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）、車載カメラ、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）、ＧＮＳＳドップラーシフト計測機等である。車速パルス計測機により、車両の速さ、つまり、単位時間に進む距離がわかる。ＩＭＵに搭載された３軸のジャイロと３方向の加速度計によって、３次元の角速度と加速度が求められる。車載カメラにより撮影された画像データ中の物体の動きにより車両の相対位置を求めることができる。ＬｉＤＡＲでは、レーザー光を走査しながら対象物に照射してその散乱や反射光を観測することで、対象物までの距離を計測し、車両の相対位置を求めることができる。ＧＮＳＳドップラーシフト計測機では、搬送波の周波数変化を計測することで得られる速度を時間的に積分することで物体の位置の相対変位を算出することができる。なお、実施例１において、相対位置測位部１３０を備えないこととしてもよい。

【0028】

相対位置測位部１３０は、車速パルス計測機、ＩＭＵ、車載カメラ、ＬｉＤＡＲ、ＧＮＳＳドップラーシフト計測機等の測位手段のうちの複数の測位手段であってもよいし、１つの測位手段であってもよい。相対位置測位部１３０が複数の測位手段を有する場合に、複数の測位手段のそれぞれで得られた測位結果のうち、最も精度の良い測位結果を選択して出力する仕組みが備えられていてもよいし、複数の測位手段のそれぞれで得られた測位結果の全て又は一部をカルマンフィルタ等によりカップリングして出力する仕組みが備えられていてもよい。

【0029】

また、相対位置測位部１３０には、ＧＮＳＳ信号への時刻同期で得られる高精度クロック信号が絶対位置測位部１２０から供給される。高精度クロック信号が途切れた場合でも、相対位置測位部１３０は、ＧＮＳＳ信号への時刻同期に依らず、ホールドオーバ（発振器の自走動作）により、クロック信号の精度を維持することが可能である。

【0030】

測位制御部１４０は、方位マスク生成部１６０から通知される現時点の方位マスクを用いて、可視衛星信号を抽出し、可視衛星の識別情報（コード）を絶対位置測位部１２０に対して通知する。

【0031】

また、測位制御部１４０は、例えば、アーバンキャニオン環境等において、絶対位置測位部１２０で搬送波位相測位の収束（Ｆｉｘ）解が得られない状況になった場合に、測位手段を相対位置測位部１３０に切り替えて、測位を継続する制御を実行する。

【0032】

方位・傾き計測部１５０は、物体１０の方位及び傾きをリアルタイムに計測し、計測結果を方位マスク生成部１６０に対して通知する。方位・傾き計測部１５０は、どのような方式で実現してもよい。例えば、下記の装置等により、方位・傾き計測部１５０を実現できる。

【0033】

（１）磁気センサや地磁気方位センサ（ＧＤＳ：Ｇｅｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ）を搭載した電子コンパス。

【0034】

（２）２つのＧＮＳＳアンテナを搭載し両者の相対位置を計測することにより方位・傾きを計測するＧＮＳＳコンパス。

【0035】

（３）ジャイロスコープ（ＭＥＭＳ、光ファイバジャイロ、等）。

【0036】

（４）ＧＮＳＳ衛星信号のドップラーシフトにより計測された速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）の計測値の積分値を算出することで、方位及び傾きを求める。例えば、絶対位置測位部１２０からドップラーシフトにより計測された速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）の計測値が方位・傾き計測部１５０に送られ、速度、もしくは方位・傾き計測部１５０が速度を時間で積分計算することで得られる物体１０の位置の相対変位から方位及び傾きを求める。

【0037】

（５）ＧＮＳＳ測位結果の時間的変化により方位及び傾きを求める。例えば、絶対位置測位部１２０から測位結果が方位・傾き計測部１５０に送られ、方位・傾き計測部１５０が位置の時間的変化を計算することで方位及び傾きを求める。

【0038】

（６）移動体１の進行方向、地図上の道路情報から方位を推定する。例えば、方位・傾き計測部１５０は、絶対位置測位部１２０から得られた測位結果に基づき進行方向を推定し、データ格納部１７０から読み出した地図情報における道路情報に基づいて、方位を推定する。例えば図３に示すように、移動体１（車両）が、図上での道路の左側（左車線）にいることがわかれば、移動体１の方位がわかる。また、３次元の地図情報を用いることで傾きも推定することができる。

【0039】

方位マスク生成部１６０は、方位・傾き計測部１５０から受け取った方位と傾きに基づいて、現時点での方位マスクを生成し、それを測位制御部１４０に渡す。データ格納部１７０には、予め作成したおいたマスクのデータ（以降、マスクデータ）、地図情報、等が格納されている。

【0040】

出力部１８０は、測位制御部１４０から出力された測位解である現在位置を装置外部に出力する。現在位置は（ｘ，ｙ，ｚ）の３次元座標で表されるが、出力される情報は、地理座標系や投影座標系による３次元座標そのものであってもよいし、その他の情報であってもよい。例えば、自動走行車両の制御部への制御信号が出力されてもよいし、地図上に位置を示した画像情報が出力されてもよい。また、出力部１８０は、絶対時刻に時刻同期した時刻情報を装置外部に出力することができる。時刻情報の出力にはタイミングパルスとタイムコードの組み合わせや、ＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）等の通信インタフェースが使用される。

【0041】

実施例１（実施例２、３も同様）における位置計測装置１００は、物理的にまとまった１つの装置であってもよいし、いくつかの機能部が物理的に分離していて、分離された複数の機能部がネットワークにより接続された装置であってもよい。

【0042】

また、位置計測装置１００は、図２に示す機能を全て含むこととしてもよいし、一部の機能（例えば、絶対位置測位部１２０における測位・時刻同期処理機能）がネットワーク上（例えばクラウド上）に備えられ、残りの機能が位置計測装置１００に搭載されて使用されてもよい。

【0043】

例えば、位置計測装置１００に備えられたＧＮＳＳ搬送波位相測位受信機から観測データ（Ｒａｗ ｄａｔａとも呼ばれる）を出力し、当該観測データをクラウド上に設けた搬送波位相測位演算処理機能部に送信することで、搬送波位相測位演算をクラウド上で実施してもよい。この場合、クラウド上の搬送波位相測位演算処理機能部から、測位制御部１４０へ測位演算結果が返される。

【0044】

＜位置計測装置の動作＞
次に、実施例１における位置計測装置１００の動作について説明する。実施例１では、位置計測装置１００が、不可視衛星信号を動的にマスクする方位マスクを生成し、当該方位マスクを用いて不可視衛星信号をマスクして、可視衛星信号のみを使用した測位・時刻同期の処理を実行する。これにより、ＧＮＳＳによる測位・時刻同期の精度を向上させる。

【0045】

まず、準備として、ＧＮＳＳアンテナ１１０の設置位置周辺の物体１０の構造物２の形状をスカイプロット上に反映したマスクデータを作成する。

【0046】

マスクデータは、物体１０の構造物２の形状（天空上の開空間を遮る領域）を表現できるデータであればどのような形式のデータでもよいが、実施例１では、スカイプロット上で物体１０の構造物２の形状を表す（相対方位角、相対仰角）の組み合わせの一連のデータをマスクデータとしている。ここで相対方位角、相対仰角はＧＮＳＳアンテナ１１０を設置する物体１０の構造を基準とした相対的な方位角及び仰角である。また、マスクデータは、例えば、ＧＮＳＳアンテナ１１０の設置位置（位相中心位置）で撮像した天空画像データから天空上の開空間を遮る領域を画像処理等により識別することで得ることができる。

【0047】

図４～図７を参照してマスクデータの例を説明する。図４（ａ）は、地面（水平面）にビルが建っていて、それを南側から見た側面図である。また、図４（ｂ）は、当該ビルを上（天頂方向）から見た平面図である。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、半天球（水平方向３６０度、仰角０～９０度）を撮影可能なカメラが設置され、そのカメラの光軸を天頂方向に向け、天空画像を撮影する。撮影した画像は図５に示すような画像になる。

【0048】

図４（ａ）（ｂ）には、ビルの隅の点Ａが示されている。図４（ａ）に示すように、点Ａについての仰角θは、水平面上の基準点（ここではカメラ設置位置）から点Ａを見る視線と、水平面とがなす角である。図４（ｂ）に示すように、方位角φは、基準点から点Ａを見る視線を上から見た場合における、基準となる方向（ここでは東）を０度とした場合の、視線までの反時計回りの回転角である。

【0049】

図４（ａ）に示す実際の仰角θは、図５に示す天空画像中の点Ａ（画像に映る点Ａ）を通る半径の線上における、円の外周（地平線）から点Ａまでの長さに対応する。また、図４（ｂ）に示す実際の方位角φは、図５の天空画像上の基準となる方向（ここでは東）を０度とした場合の、上記半径の線上までの反時計回りの回転角である。

【0050】

上記のように、基準点から見た場合の、地平線より上に見える物の形状の全ての点は、仰角と方位角の組で表すことができる。同一の仰角に対応する天空画像上の点は同心円状になるが、その径と天空画像の径の比率は天空画像を撮像する際に使用するレンズの射影方式により異なる。

【0051】

実施例１では、マスクデータにおける上記の基準点はＧＮＳＳアンテナ１１０の位相中心であり、そこにカメラを置いて上半球を撮像した天空画像データからマスクデータを作成する。ただし、図４、図５では、水平面及び「東」等、地球を基準とした仰角、方位角を用いているが、実施例１のマスクデータは、物体１０を基準とした相対仰角、相対方位角を用いて、構造物２により開空間が遮られる領域を表現する。

【0052】

実施例１のマスクデータでは、例えば、相対仰角の基準となる水平面が、物体１０の屋根の部分に固定された平面（実際のものではなく仮想的なもの）であり、相対方位角の基準（方位角０度となる方向）が、物体１０の前（車であれば、直進する場合の進行方向）である。

【0053】

図６、図７を参照してマスクデータの具体例を説明する。図６に示す例は、物体１０に取り付けられたＧＮＳＳアンテナ１１０の位相中心に設置したカメラで天空を撮影して得られた天空画像に相当する図である。

【0054】

図６には、ＧＮＳＳアンテナ１１０の設置位置（位相中心）から見た物体１０の構造物２の形状として、網掛け部分の形状が示されている。図６は、物体１０に固定された仮想的平面を相対仰角の基準とし、物体１０の前を相対方位角の基準とする、構造物２の形状におけるある部分の相対方位角と相対仰角が示されている。すなわち、物体１０を基準とする、相対方位角＝θｘの部分として、点Ａ＝（θｘ、φｘ３）、点Ｂ＝（θｘ、φｘ２）、点Ｃ＝（θｘ、φｘ１）が示されている。

【0055】

この部分を含む当該形状のマスクデータの例を図７に示す。図７は、相対方位角＝θｘの部分において、相対仰角＝０～φｘ１の部分が遮蔽領域（構造物２により視界が遮られる領域）であり、相対仰角＝φｘ１～φｘ２の部分が開空間（構造物２により視界が遮られない領域）であり、相対仰角＝φｘ２～φｘ３の部分が遮蔽領域であることを示している。

【0056】

このような相対仰角φによる遮蔽領域／開空間の表現を、例えばθ＝０からθ＝Δθ、θ＝２Δθ...．（例：Δθ＝１度）のように、Δθ毎に行うことで、天空全体の遮蔽領域／開空間を表現することができる。

【0057】

実施例１では、マスクデータにおける、物体１０を基準とした（相対方位角、相対仰角）を、地球を基準とした物体１０の方位及び傾きから、地球を基準とした（方位角、仰角）に変換することで、物体１０の現時点の方位及び傾きに対応した（方位角、仰角）を有する方位マスクを生成する。

【0058】

図８のフローチャートの手順に沿って、位置計測装置１００の動作例を説明する。

【0059】

Ｓ１０１において、方位・傾き計測部１５０が、物体１０の方位と傾きを計測する。Ｓ１０２において、方位マスク生成部１６０は、Ｓ１０１で計測した方位と傾きを用いて、データ格納部１７０に格納されているマスクデータを校正することで、現在時刻（現時点）での方位マスクを生成する。

【0060】

例えば、相対仰角の基準となる平面が水平面であったとして、物体１０の傾きが０度（水平面から変化なし）であり、物体１０の方位（物体１０が前方に進む向き）が北から反時計回りの方位角＝θｙであるとすると、図９に示すように、点Ａ、点Ｂ、点Ｃの方位マスクにおける（方位角、仰角）は、それぞれ、点Ａ＝（θｘ＋θｙ、φｘ３）、点Ｂ＝（θｘ＋θｙ、φｘ２）、点Ｃ＝（θｘ＋θｙ、φｘ１）となる。つまり、この場合、図７に示したマスクデータにおける、θｘをθｘ＋θｙにしたものが、方位マスクのデータとなる。

【0061】

次に、物体１０が坂道を上る状況を想定する。物体１０の方位が上記と同じくθｙであり、物体１０の傾き（物体１０の前が後よりも高くなる傾き）がφｚであるとする。このとき、図１０に示すように、点Ａ、点Ｂ、点Ｃの方位マスクにおける（方位角、仰角）は、それぞれ、点Ａ＝（θｘ＋θｙ、φｘ３＋φｚ）、点Ｂ＝（θｘ＋θｙ、φｘ２＋φｚ）、点Ｃ＝（θｘ＋θｙ、φｘ１＋φｚ）となる。なお、便宜上、仰角を、マスクデータの相対仰角にφｚを加えた角度としている。なお、方位・傾き計測部１５０により、３軸の傾きが正確にわかるので、方位マスク生成部１６０は、正確な（方位角、仰角）を計算できる。

【0062】

Ｓ１０３において、測位制御部１４０は、絶対位置測位部１２０及び相対位置測位部１３０の出力から得られた物体１０の位置、Ｓ１０３で生成した方位マスク、及び各ＧＮＳＳ衛星信号の軌道データに基づき、物体１０の位置から見える、天球上の衛星の位置（方位、仰角）と方位マスクのデータに基づき、受信した衛星信号から不可視衛星信号をフィルタリングして可視衛星信号を抽出し、当該可視衛星信号を測位・時刻同期に使用する衛星信号として選択する。ここで、例えば、ＧＰＳ衛星の場合は地上約２万ｋｍ上空の軌道上を周回するため、物体１０の位置誤差が衛星位置（方位、仰角）の推定誤差に与える影響は極めて小さい。従って、この場合に使用する物体１０の位置の精度はコード測位により得られる精度で十分である。

【0063】

例えば、（方位角、仰角）＝（θ１、φ１）、（θ２、φ２）、（θ３、φ３）、（θ４、φ４）の４点で囲む四角形の領域が、ある時刻における構造物２により天空を遮る領域を示すとする。このとき、この時刻に、ＧＮＳＳアンテナ１１０の位相中心から見て（（θ１＋θ２＋θ３＋θ４）／４、（φ１＋φ２＋φ３＋φ４）／４）で表される方向にＧＮＳＳ衛星Ｓがあるとする。この場合、（（θ１＋θ２＋θ３＋θ４）／４、（φ１＋φ２＋φ３＋φ４）／４）は、上記四角形の中の点なので、ＧＮＳＳ衛星Ｓから送信された衛星信号は、構造部２により遮られることがわかる。

【0064】

このようにして、方位マスクを使用することで、ある時刻、ある受信位置においてどの衛星からの信号が可視衛星信号として受信されるかを判定することができる。

【0065】

なお、ＧＮＳＳ衛星の軌道データは、ＧＮＳＳ衛星信号の航法メッセージデータ（アルマナック、エフェメリス）から取得することとしてもよいし、Ａ－ＧＮＳＳ（Ａｓｓｉｓｔｅｄ ＧＮＳＳ）によりモバイル通信網経由でＳＵＰＬ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｕｓｅｒ Ｐｌａｎｅ Ｌｏｃａｔｉｏｎ）サーバから取得することとしてもよいし、インターネット上のサイトから取得することとしてもよい。いずれにしても、ＧＮＳＳ衛星の軌道データがあれば、物体１０の現在位置から見たその時刻のＧＮＳＳ衛星の天空上の位置（方位角、仰角）を算出することができる。

【0066】

測位制御部１４０は、選択した可視衛星信号の識別情報（コード）を絶対位置測位部１２０に通知する。

【0067】

Ｓ１０４において、絶対位置測位部１２０は、測位制御部１４０から通知された可視衛星信号を使用して測位及び時刻同期の処理を実行する。Ｓ１０５において、出力部１８０から、測位結果である位置情報、及び、高精度に絶対時刻に同期した時刻情報を出力する。

【0068】

なお、Ｓ１０３において、方位マスクで可視衛星信号であると判断された衛星信号の受信品質（ＣＮＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ－ｔｏ－Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）又はＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ））を確認してもよい。例えば、受信品質の閾値を設け、絶対位置測位部１２０により測定された受信品質が閾値以下であれば、方位マスクで可視衛星信号であると判断された衛星信号であっても、不可視衛星信号であると見なして、Ｓ１０４で測位・時刻同期に使用する衛星信号から除外してもよい。

【0069】

実施例１により、ＧＮＳＳアンテナ１１０の設置位置の周囲に存在する構造物等により衛星信号が遮られる場合でも、精度良く測位及び時刻同期を行うことができる。

【0070】

（実施例２）
実施例２では、実施例１と異なる点を説明する。実施例１では、物体１０の一部である構造物２に対応する方位マスクを生成し、当該方位マスクを使用して可視衛星信号を選択することとしている。方位マスクはこのような例に限らずに適用可能である。

【0071】

物体１０として、ＧＮＳＳアンテナ１１０を持つ位置計測装置１００を搭載し、自己位置を推定しながら自動で走行して草刈を行う草刈ロボット１０の例を説明する。草刈ロボット１０が斜面を走行する際に斜面により衛星信号が遮られ、測位・時刻同期の性能が劣化する場合がある。

【0072】

そこで、実施例２では、方位・傾き計測部１５０が、草刈ロボット１０の傾きを検出すると、方位マスク生成部１６０は、当該傾きを仰角とする方位マスクを生成する。

【0073】

例えば、図１１に示すように、北を基準として方位角＝θｙの方向で傾斜が最大になる坂の上で草刈ロボット１０が走行しながら草刈り作業を行っているとする。また、その最大の傾斜は、図１２に示すようにφｇであるとする。

【0074】

この場合、方位・傾き計測部１５０が、方位角＝θｙの方向の傾斜がφｇであることを検出すると、方位マスク生成部１６０は、例えば、図１３に示すように、方位θｙにおける水平面（仰角＝０度）からの仰角がφｇである、θｙを中心とする１８０度の幅を持つ方位マスクを生成する。

【0075】

測位制御部１４０は、当該方位マスクでマスクされる不可視衛星信号を除いた可視衛星信号を選択し、選択した可視衛星信号の情報を絶対位置測位部１２０に通知する。絶対位置測位部１２０は、測位制御部１４０により選択された可視衛星信号を用いて測位及び時刻同期の処理を行う。

【0076】

図１２に示すように、草刈ロボット１０の上方に斜面が続いている場合には、方位マスクの方位にある衛星信号は実際に斜面により遮られる。

【0077】

一方、図１４に示すように、草刈ロボット１０が斜面の上方に位置する場合、草刈ロボット１０は傾いているが、斜面により衛星信号は遮られない。

【0078】

このような場合を考慮して、実施例２では、方位マスクで不可視衛星信号であると判断された衛星信号の受信品質（ＣＮＲ又はＳＮＲ）を確認する。例えば、受信品質の閾値を設け、絶対位置測位部１２０により測定された受信品質が閾値以上であれば、方位マスクで不可視衛星信号であると判断された衛星信号であっても、可視衛星信号であると見なして、測位・時刻同期に使用する。これは、方位マスクを設定しないことに相当する。

【0079】

なお、図１４に示すように斜面により開空間が制限されない場合でも、傾きに相当する仰角以下の衛星信号の受信品質が劣化する場合があるが、それは、例えば、ＧＮＳＳアンテナ１１０が鉛直方向の指向性を有している場合である。このときに使用される方位マスクは、斜面による物体１０の傾きによりＧＮＳＳアンテナ１１０の受信品質の劣化が生じる領域を示す方位マスクに相当する。

【0080】

一方、全方位に指向性を持つＧＮＳＳアンテナ１１０を使用する場合には、図１４に示すように斜面により開空間が制限されないため、傾きに相当する仰角以下の衛星信号の受信品質が劣化しない。

【0081】

なお、実施例１と実施例２を組み合わせてもよい。この場合、方位マスク生成部１６０は、物体１０に付随する構造物２に基づく方位マスクＡと、斜面に基づく方位マスクＢとを生成し、方位マスクＡと方位マスクＢの論理和（＝方位マスクＡと方位マスクＢの重複部分の領域＋方位マスクＢになく方位マスクＡのみにある領域＋方位マスクＡになく方位マスクＢのみにある領域）を方位マスクとして出力する。

【0082】

実施例２によれば、斜面により衛星信号が遮られる、又は、受信品質が劣化する場合でも、精度良く測位・時刻同期を行うことができる。

【0083】

（実施例３）
次に、実施例３を説明する。実施例３は、実施例１、２のいずれにも組み合わせて適用可能である。以下、実施例１、２と異なる点について主に説明する。

【0084】

これまでに説明した実施例１、２により、物体１０の方位や傾きが変化した場合でも精度良くＧＮＳＳによる測位及び時刻同期を行うことができきる。

【0085】

ただし、測位で得られる絶対位置は、ＧＮＳＳアンテナ１１０の位相中心の位置である。そのため、例えば、物体１０に設置されたＧＮＳＳアンテナ１１０と、物体１０のある部位とが離れている場合において、測位結果だけでは、その部位の絶対位置を正確に知ることができない場合があるという課題がある。例えば、物体１０が傾いた場合に、その部位の絶対位置を把握できなくなる。

【0086】

当該部位とは、例えば、物体１０に取り付けられた地中探査のプローブである。地中探査のプローブの位置がわからなければ、どこの地表位置の地中を探査しているのかわからない。よって、地中探査のプローブの位置を正確に知る必要がある。当該部位は、地中探査のプローブ等のセンシングデバイスの他、カメラ（の画素）、建機・重機・ロボットのアーム等であってもよい。

【0087】

そこで、実施例３では、ＧＮＳＳアンテナ１１０の位相中心と物体１０の部位（位置を知る対象の部位）との相対的な位置関係を予め保持しておき、当該位置関係と、物体１０の方位・傾きの計測結果と、物体１０の絶対位置の測位結果とに基づいて、当該部位の絶対位置を算出することとしている。

【0088】

図１５に、実施例３における、物体１０に搭載される位置計測装置１００の構成を示す。図１５に示すように、実施例３の位置計測装置１００は、ＧＮＳＳアンテナ１１０、絶対位置測位部１２０、相対位置測位部１３０、測位制御部１４０、方位・傾き計測部１５０、方位マスク生成部１６０、データ格納部１７０、出力部１８０、部位位置算出部１９０を有する。

【0089】

図１５に示すとおり、実施例３の位置計測装置１００は、実施例１（及び実施例２）の位置計測装置１００に、部位位置算出部１９０が追加された構成を備える。部位位置算出部１９０以外の機能部の動作は、実施例１（及び実施例２）での動作と同じである。

【0090】

実施例３において、物体１０が、図１６に示す形状の物体であるとする。すなわち、図１６に示すとおり、物体１０は、移動体１の上部にＧＮＳＳアンテナ１１０が固定された構造を有し、位置を知る対象の部位１５が存在する。また、位置計測装置１００が備えられている。なお、図１６は、物体１０が水平面上に置かれた場合を示している。

【0091】

実施例３におけるデータ格納部１７０には、ＧＮＳＳアンテナ１１０の位相中心と物体１０の部位１５との相対的な位置関係を示す情報が格納されておる。図１６に示す物体１０の場合、当該位置関係として、「物体１０の底面（地面と平行になる平面）に垂直な直線上に、ＧＮＳＳアンテナ１１０の位相中心と部位１５があり、ＧＮＳＳアンテナ１１０の位相中心と部位１５との間の距離がＬである」ということを示す情報がデータ格納部１７０に格納されている。

【0092】

この場合、例えば、図１６に示すように、絶対位置測位部１２０による測位結果（つまり、ＧＮＳＳアンテナ１１０の位置）が（Ｘ，Ｙ，Ｚ）であり、方位・傾き計測部１５０による計測結果における傾きの計測結果が０度（物体１０は水平面上にあること）であるとすると、部位位置算出部１９０は、部位１５の位置として、（Ｘ，Ｙ，Ｚ－Ｌ）を算出する。算出結果は出力部１８０から出力され、例えば、部位１５（センサ等）に入力される。

【0093】

また、例えば、図１７に示すように、絶対位置測位部１２０による測位結果（つまり、ＧＮＳＳアンテナ１１０の位置）が（Ｘ，Ｙ，Ｚ）であり、方位・傾き計測部１５０による計測結果における傾きの計測結果がθ度（物体１０が傾きθの斜面上にあること）であるとすると、部位位置算出部１９０は、部位１５の位置として、（Ｘ－Ｌｓｉｎθ，Ｙ，Ｚ－Ｌｃｏｓθ）を算出する。算出結果は出力部１８０から出力され、例えば、部位１５（センサ等）に入力される。

【0094】

なお、図１７は、斜面がＸ方向に傾いた場合の例を示しているが、任意の方向の傾きにおいて、同様に部位１５の絶対位置を算出可能である。

【0095】

実施例３によれば、物体１０の任意の部位の絶対位置を正確に算出することが可能となる。

【0096】

（ハードウェア構成例）
図１８は、本発明の実施の形態における位置計測装置１００として使用することができるコンピュータのハードウェア構成例を示す図である。図１８のコンピュータは、それぞれバスＢで相互に接続されているドライブ装置１０００、補助記憶装置１００２、メモリ装置１００３、ＣＰＵ１００４、インタフェース装置１００５、表示装置１００６、入力装置１００７、及び出力装置１００８等を有する。

【0097】

なお、位置計測装置１００の機能を図１８のようなコンピュータで実現する場合において、当該コンピュータは、測位制御部１４０、方位マスク生成部１６０、データ格納部１７０、及び出力部１８０の処理を実行するものであり、その他の機能部（ＧＮＳＳアンテナ１１０、絶対位置測位部１２０、相対位置測位部１３０、方位・傾き計測部１５０）は、当該コンピュータの外側にある機能部であってもよい。また、実施例３の動作を行う場合、当該コンピュータが、部位位置算出部１９０の処理を行ってもよい。

【0098】

当該コンピュータでの処理を実現するプログラムは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ又はメモリカード等の記録媒体１００１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体１００１がドライブ装置１０００にセットされると、プログラムが記録媒体１００１からドライブ装置１０００を介して補助記憶装置１００２にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体１００１より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置１００２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。

【0099】

メモリ装置１００３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１００２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１００４は、メモリ装置１００３に格納されたプログラムに従って、測位制御部１４０、方位マスク生成部１６０、データ格納部１７０、及び出力部１８０に係る機能を実現する。インタフェース装置１００５は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。表示装置１００６はプログラムによるＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を表示する。入力装置１００７はキーボード及びマウス、ボタン、又はタッチパネル等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。出力装置１００８は演算結果を出力する。

【0100】

（実施の形態の効果）
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、ＧＮＳＳアンテナの設置位置の周囲に存在する構造物等により衛星信号が遮られる場合でも、精度良く測位及び時刻同期を行うことが可能となる。

【0101】

（実施の形態のまとめ）
本実施の形態において、少なくとも、下記の各項に記載された計測装置、計測方法、及びプログラムが提供される。
（第１項）
ＧＮＳＳアンテナが備えられた物体の方位及び傾きを計測する方位・傾き計測部と、
前記物体の方位及び傾きに応じて、天空の開空間の領域のうち、前記ＧＮＳＳアンテナから見て、遮られる領域を示す方位マスクを生成する方位マスク生成部と、
前記方位マスクを用いて可視衛星信号を選択し、当該可視衛星信号を用いた測位又は時刻同期を絶対位置測位部に実行させる測位制御部と
を備える計測装置。
（第２項）
前記方位マスク生成部は、前記物体に備えられた構造物により遮られる領域を示す方位マスクを生成する
第１項に記載の計測装置。
（第３項）
前記方位マスク生成部は、前記構造物により遮られる領域を、前記物体を基準として相対的に表したデータであるマスクデータと、前記物体の方位及び傾きとに基づいて前記方位マスクを生成する
第２項に記載の計測装置。
（第４項）
前記方位マスク生成部は、前記物体が位置する斜面により遮られる領域を示す方位マスク、又は、当該斜面による前記物体の傾きにより前記ＧＮＳＳアンテナの受信品質の劣化が生じる領域を示す方位マスクを生成する
第１項ないし第３項のうちいずれか１項に記載の計測装置。
（第５項）
前記物体における部位の絶対位置を、当該部位と前記ＧＮＳＳアンテナとの間の相対的な位置関係と、前記絶対位置測位部による測位結果とに基づいて算出する部位位置算出部
を更に備える第１項ないし第４項のうちいずれか１項に記載の計測装置。
（第６項）
計測装置が実行する計測方法であって、
ＧＮＳＳアンテナが備えられた物体の方位及び傾きを計測する方位・傾き計測ステップと、
前記物体の方位及び傾きに応じて、天空の開空間の領域のうち、前記ＧＮＳＳアンテナから見て、遮られる領域を示す方位マスクを生成する方位マスク生成ステップと、
前記方位マスクを用いて可視衛星信号を選択し、当該可視衛星信号を用いた測位又は時刻同期を絶対位置測位部に実行させる測位制御ステップと
を備える計測方法。
（第７項）
コンピュータを、第１項ないし第５項のうちいずれか１項に記載の計測装置における方位マスク生成部、及び測位制御部として機能させるためのプログラム。

【0102】

以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0103】

１ 移動体
２ 構造物
１０ 物体
１５ 部位
１００ 位置計測装置
１１０ ＧＮＳＳアンテナ
１２０ 絶対位置測位部
１３０ 相対位置測位部
１４０ 測位制御部
１５０ 方位・傾き計測部
１６０ 方位マスク生成部
１７０ データ格納部
１８０ 出力部
１９０ 部位位置算出部
１０００ ドライブ装置
１００１ 記録媒体
１００２ 補助記憶装置
１００３ メモリ装置
１００４ ＣＰＵ
１００５ インタフェース装置
１００６ 表示装置
１００７ 入力装置
１００８ 出力装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】