測位装置

トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験

【発明の名称】	測位装置
【発明者】	【氏名】河島茂男
【要約】	【課題】ＧＮＳＳ衛星のうちのドップラー周波数偏移の無い静止衛星を優先して衛星信号探索が可能な測位装置を提供すること。【解決手段】この測位装置では、ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信して衛星信号として出力する空中線１と、予め定められた順序に従って衛星信号を１衛星或いは複数衛星ずつ順次探索してコード位相及び周波数を出力する衛星信号探索部２と、コード位相及び周波数を初期値として衛星毎にコード位相及び周波数の追尾を行った結果をコード擬似距離信号として出力する衛星信号追尾部３と、コード擬似距離信号に基づいて測位位置を計算して位置信号を出力する測位計算部４とを備えた既存の基本構成に加え、ＧＮＳＳ衛星における静止衛星及び移動衛星の区別を衛星情報として格納した衛星データベース部５を備えており、衛星信号探索部２で衛星情報に基づいて静止衛星を優先して衛星信号を探索する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】全地球的衛星航法システム衛星からの信号を受信して衛星信号として出力する空中線と、予め定められた順序に従って前記衛星信号を１衛星或いは複数衛星ずつ順次探索してコード位相及び周波数を出力する衛星信号探索部と、前記コード位相及び前記周波数を初期値として衛星毎に該コード位相及び該周波数の追尾を行った結果をコード擬似距離信号として出力する衛星信号追尾部と、前記コード擬似距離信号に基づいて測位位置を計算して位置信号を出力する測位計算部とを備えた測位装置において、前記全地球的衛星航法システム衛星における静止衛星及び移動衛星の区別を衛星情報として格納した衛星データベース部を備え、前記衛星信号探索部では前記衛星情報に基づいて前記静止衛星を優先して前記衛星信号を探索することを特徴とする測位装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として全地球的衛星航法システム（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ／以下、ＧＮＳＳとする）衛星のうちのドップラー周波数偏移の無い静止衛星を優先して周波数探索範囲を変えない条件下で衛星信号探索を行う測位装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の測位装置としては、例えば図２に示すような構成のものが挙げられえる。この測位装置は、ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信して衛星信号として出力する空中線（アンテナ）１と、予め定められた順序に従って衛星信号を１衛星或いは複数衛星ずつ順次探索（ハードウェアとして１衛星分しか持たないもの以外に複数衛星分持つものがある）してコード位相及び周波数を出力する衛星信号探索部２と、コード位相及び周波数を初期値として衛星毎にコード位相及び周波数の追尾を行った結果をコード擬似距離信号として出力する衛星信号追尾部３と、コード擬似距離信号に基づいて測位位置を計算して位置信号を出力する測位計算部４とを備えている。
【０００３】このうち、衛星信号探索部２は、例えばコールド・スタートと呼ばれる衛星軌道，時刻及び位置に関して何も情報が無い動作モードの場合、ＧＮＳＳ衛星の仕様上、存在し得る衛星を選んで予め定められた順序に従って、空中線１から出力される衛星信号を用いて１衛星或いは複数衛星ずつ信号を探索する。ここで予め定められた順序とは、何も情報が無いため、例えばＧＮＳＳ衛星が１～３２までの番号で名付けられたＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｇＳｙｓｔｅｍ）衛星である場合、１からの番号順を意味する。
【０００４】図３は、この衛星信号探索部２による衛星信号の探索を説明するために示した模試図である。ＧＮＳＳはＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ（ＣＤＭＡ）方式を用いているため、信号の探索を行う（即ち、信号の有無を見つける）にはＰＮコードと呼ばれるコード位相探索並びにキャリアー周波数上の周波数探索の２つを２次元的に行う必要がある。
【０００５】民生用ＧＰＳの場合、ＰＮコードは１０２３個（尚、ＣＤＭＡではこれらの各１個をチップと呼ぶ）で１周期を成すため、コード位相探索範囲Ｅ_Cは１０２３チップとなる。通常余りＣ／Ｎを劣化させないために１チップずつ探索している。又、周波数探索範囲Ｅ_Fは、例えばＧＰＳ衛星の場合、約１０ｋＨｚとされている。これはＧＰＳが移動衛星のために最大約５ｋＨｚのドップラー周波数偏移を生じることに加え、測位装置に内蔵する基準発振器が通常最大約５ｋＨｚの周波数誤差を持つため、合わせて１０ｋＨｚとなることによる。ここでも通常余りＣ／Ｎを劣化させないために１ｋＨｚずつ探索している。
【０００６】そこで、この２次元的探索を具体的に云えば、最初に探索初期値をコード位相，周波数の何れもコード位相探索範囲Ｅ_C内と周波数探索範囲Ｅ_F内とから選ぶ。次に、選ばれたコード位相及び周波数と空中線１から出力される衛星信号との相関を取り、相関値が予め決めたスレッショルド値を越えた場合、そのコード位相及び周波数に信号があるとみなすが、相関値がスレッショルド以下の場合、信号が無いとみなしてコード位相を１チップだけずらし、再び相関を取って信号の有無をチェックする。又、１チップずつずらして１０２３チップまでずらしても信号が見つからなかった場合には、コード位相を初期値に戻し、周波数を１ｋＨｚずらす。
【０００７】このようにして、２次元的にコード位相探索範囲Ｅ_C内及び周波数探索範囲Ｅ_F内における全範囲を探索して信号（例えば図３に示される信号を含む区間ｘ）を見つける。全範囲を探索するにはコード位相に関して１０２３／１＝１０２３回、周波数に関して１０／１＝１０回、これによる合計１０２３・１０＝１０２３０回の相関を取り、相関値のスレッショルドとの比較を行う必要がある。１回の相関及びスレッショルドの比較に１／９０秒掛かるとすれば、全部で約１１４秒必要となる。因みに、このような方法に関する詳細な技術は、例えばＪ．Ｊ．Ｓｐｉｌｋｅｒ，Ｊｒ．：ＧＰＳＳｉｇｎａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ＧＬＯＢＡＬＰＯＳＩＴＩＯＮＩＮＧＳＹＳＴＥＭ，ＶＯＬＵＭＥＩ，ＴＨＥＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ，ｐｐ５１－５３等の公知文献に記載されている。
【０００８】即ち、衛星信号探索部２では一つの衛星に関して上述したような探索により信号を見つけると、コード位相及び周波数を衛星信号追尾部３へ出力してから次の衛星の探索を開始する。
【０００９】衛星信号追尾部３では、衛星信号探索部２から入力されたコード位相及び周波数を初期値とし、衛星毎にコード位相及び周波数の追尾を行って得たコード擬似距離信号を測位計算部４へ出力する。
【００１０】測位計算部４では、衛星信号追尾部３から得たコード擬似距離信号による４衛星以上のコード擬似距離に基づいて測位装置の位置を計算して位置信号として出力する。
【００１１】このような測位装置において、電源投入から最初の測位結果が得られるまでの時間（ＴｉｍｅｔｏＦｉｒｓｔＦｉｘ／ＴＴＦＦ）は重要な性能指標の一つとされるもので、コールド・スタートにおけるＴＴＦＦはその殆どを衛星信号探索時間で占める。例えば衛星探索時間以外を無視し、４衛星で測位する場合、１衛星当たり最大１１４秒、平均ではその半分の５７秒かかるので、１衛星ずつ信号を探索する場合であれば、４衛星では最大４５６秒（約８分）、平均２２８秒（約４分）かかることになる。
【００１２】ところで、カーナビゲーション分野では自動車メーカの要求に加え、カーナビゲーション・メーカ数が数十社と多いことから、測位装置のコスト・ダウンを計るためには殊に性能上温度制御が必要とされ、これにより内蔵される基準発振器の価格が高くならざるを得ない状況にある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述した測位装置の場合、カーナビゲーション分野で低価格に提供しようとすれば、基準発振器のコスト・ダウンが必要となり、発振器専用のメーカ側もそのコスト・ダウンの努力を行っているが、実際にはＴＴＦＦの性能を落とさず（即ち、基準発振器の周波数誤差仕様を緩めず）に具現することが極めて困難な問題になっている。
【００１４】更に、これに関連した事情として、ＧＮＳＳ衛星にはドップラー周波数偏移のあるＧＰＳやＧＬＯＮＡＳＳ等の移動衛星の他、ドップラー周波数偏移の無いＩＮＭＡＲＳＡＴで運用しているＩＮＭＡＲＳＡＴ－３や日本で運用しているＭＴＳＡＴ等の静止衛星があるが、現状ではカーナビゲーション分野で後者の静止衛星を充分に活用していないことも基準発振器の周波数誤差仕様の緩和を困難にしている要因に挙げられる。
【００１５】本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、ＧＮＳＳ衛星のうちのドップラー周波数偏移の無い静止衛星を優先して周波数探索範囲を変えない条件下で衛星信号探索が可能であって、内蔵される基準発振器の周波数誤差仕様を緩和し得る測位装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信して衛星信号として出力する空中線と、予め定められた順序に従って衛星信号を１衛星或いは複数衛星ずつ順次探索してコード位相及び周波数を出力する衛星信号探索部と、コード位相及び周波数を初期値として衛星毎に該コード位相及び該周波数の追尾を行った結果をコード擬似距離信号として出力する衛星信号追尾部と、コード擬似距離信号に基づいて測位位置を計算して位置信号を出力する測位計算部とを備えた測位装置において、ＧＮＳＳ衛星における静止衛星及び移動衛星の区別を衛星情報として格納した衛星データベース部を備え、衛星信号探索部では衛星情報に基づいて静止衛星を優先して衛星信号を探索する測位装置が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げ、本発明の測位装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】図１は、本発明の一実施例に係る測位装置の基本構成を示したブロック図である。この測位装置も、図２に示した従来装置と同様に、ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信して衛星信号として出力する空中線１と、予め定められた順序に従って衛星信号を１衛星或いは複数衛星ずつ順次探索してコード位相及び周波数を出力する衛星信号探索部２と、コード位相及び周波数を初期値として衛星毎にコード位相及び周波数の追尾を行った結果をコード擬似距離信号として出力する衛星信号追尾部３と、コード擬似距離信号に基づいて測位位置を計算して位置信号を出力する測位計算部４とを備えるが、ここでは新たにそれ以外にＧＮＳＳ衛星における静止衛星及び移動衛星の区別を衛星情報として格納した衛星データベース部５が備えられ、衛星信号探索部２では衛星情報に基づいて静止衛星を優先して衛星信号を探索するようになっている。
【００１９】このうち、衛星データベース部５は静止衛星及び移動衛星の区別を衛星情報として格納しており、この衛星情報を衛星信号探索部２へ出力する。衛星信号探索部２では、衛星情報に従って従来のようなＧＮＳＳ衛星におけるドップラー周波数偏移のあるＧＰＳやＧＬＯＮＡＳＳ等の移動衛星の番号順では無く、ドップラー周波数偏移の無いＩＮＭＡＲＳＡＴで運用しているＩＮＭＡＲＳＡＴ－３や日本で運用しているＭＴＳＡＴ等の静止衛星を優先して探索する。
【００２０】こうした静止衛星を優先して探索する測位装置において、静止衛星はドップラー周波数偏移が無いので、周波数探索範囲Ｅ_Fは測位装置に内蔵される基準発振器の５ｋＨｚの周波数誤差のみとなり、従来の１０ｋＨｚの半分となる。従来装置で４衛星探索すると、１衛星につき１０ｋＨｚで合計４０ｋＨｚ探索する必要があるが、ここでは例えば２個の静止衛星を優先的に探索すると２個の静止衛星については５ｋＨｚであり、残りの２衛星については１０ｋＨｚとなるので、合計３０ｋＨｚで済む。そこで、仮に基準発振器の周波数誤差仕様を緩和した上で周波数探索範囲Ｅ_Fを合計４０ｋＨｚとなるようにするには、２個の静止衛星に関しては７．５ｋＨｚにし、残りの２衛星に関しては１２．５ｋＨｚにすれば良い。この場合、基準発振器の周波数誤差は５ｋＨｚから７．５ｋＨｚと１．５倍に仕様を緩めたことになる。このように、一実施例の測位装置では、周波数誤差仕様を緩めることができるため、低価格の基準発振器を採用できる。
【００２１】又、逆に従来と同じ周波数誤差仕様の基準発振器を用いた場合にも、２つの静止衛星を利用すれば最初の２衛星の探索時間は半分になるため、コールド・スタートのＴＴＦＦを従来の最大８分で平均４分であるのをそれぞれ最大６分で平均３分に短縮できる。
【００２２】
【発明の効果】以上に述べた通り、本発明の測位装置によれば、既存の構成に加えてＧＮＳＳ衛星における静止衛星及び移動衛星の区別を衛星情報として格納した衛星データベース部を備え、衛星信号探索部で衛星情報に基づいて周波数探索範囲や電源投入から最初の測位結果が得られるまでの時間を変えない条件下でドップラー周波数偏移の無い静止衛星の衛星信号を優先的に探索するようにしているので、内蔵される基準発振器の周波数誤差仕様の緩和が可能になり、結果として基準発振器及び測位装置自体のコスト・ダウンを充分に計り得るようになる。これにより、現在年間１００万台に迫る勢いで爆発的に普及しているカーナビゲーション用測位装置のコストダウンが可能となって工業上極めて有益となる。又、逆に従来装置と同じ周波数誤差仕様の基準発振器を用いた場合にも、静止衛星を利用することによってＴＴＦＦを大幅に短縮できるため、静止衛星の衛星信号を優先的に探索することは基準発振器の周波数誤差仕様の緩和以外にも長所を奏することになる。

【出願人】	【識別番号】０００００４３３０【氏名又は名称】日本無線株式会社
【出願日】	平成１０年（１９９８）３月２６日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】後藤洋介（外１名）
【公開番号】	特開平１１－２７１４１９
【公開日】	平成１１年（１９９９）１０月８日
【出願番号】	特願平１０－７９２１９