JP2000266836A

JP2000266836A - Ｇｐｓマルチパス補償方法

Info

Publication number: JP2000266836A
Application number: JP11069068A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Saito; 厚志齋藤
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】サンプリング周波数を上げずに、ハードウェ
アを追加することなく、マルチパスを補償すること。【解決手段】移動局の移動速度（ｖ）が下限速度（ｖ
min）と上限速度（ｖmax）との間の範囲内のときには
（Ｓ１のＮｏ，Ｓ３のＮｏ）、ＤＬＬのループ帯域幅
（Ｂl）を移動速度（ｖ）に比例して増加させる（Ｓ
６）。移動局の移動速度（ｖ）が上限速度（ｖmax）以
上のときには（Ｓ１のＹｅｓ）、ＤＬＬのループ帯域幅
（Ｂl）をその上限（Ｂlmax）に設定する（Ｓ２）。移
動局の移動速度（ｖ）が下限速度（ｖmin）以下のとき
には（Ｓ３のＹｅｓ）、ＤＬＬのループ帯域幅（Ｂl）
をその下限（Ｂlmin）に設定する（Ｓ４）。移動局の移
動速度（ｖ）が下限速度（ｖmin）以下の場合には、低
仰角のＧＰＳ衛星からの電波をカットする（Ｓ５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地球の上空を周回
している複数機のＧＰＳ（Global Positioning Syste
m）衛星から前記地球上に放射される電波を受信するこ
とにより、利用者の移動局の現在位置を検出するＧＰＳ
受信装置に関し、特に、ＧＰＳ衛星から直接受信される
直接波の他に種々の反射経路を経て多少遅れて受信され
る反射波をも受信するマルチパスを補償する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、ＧＰＳ（Global Positio
ning System）は、軌道高度約２万ｋｍ、６つの軌道面
に４機づつ、計２４機の非静止衛星から構成される米国
国防総省管理下の軍事衛星を用いた衛星測位システムで
ある。上記非静止衛星（軍事衛星）はＧＰＳ衛星と呼ば
れる。４機のＧＰＳ衛星からの電波（信号）を受信すれ
ば、三次元測位が可能となる。ちなみに、３機のＧＰＳ
衛星からの電波（信号）を受信すれば、二次元測位が可
能である。

【０００３】換言すれば、ＧＰＳは米国国防総省が打ち
上げた２４機の人口衛星（ＧＰＳ衛星）と地上の制御
局、利用者の移動局から構成される全地球測位システム
である。この全地球測位システムを利用することによ
り、移動局と三機以上のＧＰＳ衛星との距離を、電波が
到来するのに要した時間から計測し、移動局の位置、さ
らに移動方向、速度を求めることができる。この全地球
測位システムは、本来は軍事用であったが、現在では、
カーナビゲーション装置等に広く応用されている。

【０００４】ここで、カーナビゲーションとは、自らが
運転している自動車の位置を車搭機の地図上にリアルタ
イムで表示し、旅行時間などの道路交通情報を表示した
り、目的地までの最適経路を算出してドライバに提供す
ることをいう。

【０００５】現在使用されているカーナビゲーション装
置は、４機以上のＧＰＳ衛星を捕捉したときに緯度、経
度、高度および時刻を計算し、３機のＧＰＳ衛星しか捕
捉できないときには、高度を固定した状態で、緯度、経
度および時刻を計算する。又、２機のＧＰＳ衛星しか捕
捉できないときには内部時計の時刻を使用し、高度を固
定した状態で、緯度および経度を計算し、１機のＧＰＳ
衛星しかまたは全くＧＰＳ衛星を捕捉できなかった場合
にはエラー表示を行うように構成されている（特開平９
−２３６６５０号公報参照）。

【０００６】また、特開平１０−４８３１１号公報、特
開平１０−４８３１２号公報、特開平１０−４８３１３
号公報、特開平１０−４８３１４号公報、特開平１０−
４８３１５号公報、特開平１０−４８３１６号公報等に
は、ＧＰＳ衛星についての説明がなされている。

【０００７】すなわち、ＧＰＳ衛星は、精密時刻標準と
して１０^-13／日（１０ナノ秒／日）の高安定ルビジウ
ム発振器とセシウム発振器の原子時計を搭載している。
そして、全てのＧＰＳ衛星の時刻信号がＧＰＳのシステ
ム全体として管理されている時刻に同期している。

【０００８】そのため、各ＧＰＳ衛星に搭載された原子
時計は、地上の制御局によって常にモニタされており、
定期的に更新された時刻補正データが衛星の軌道予測デ
ータと共に各ＧＰＳ衛星に送信され、各ＧＰＳ衛星から
はこの軌道予測データが電波により地上に向けて送信さ
れる。

【０００９】尚、ＧＰＳ衛星から送信される航法信号
は、ＰＮ（Pseudo Noise：擬似雑音）符号でスペクトル
拡散変調されたＰＳＫ（Phase Shift Keying：位相偏移
キーイング）波であり、このＰＳＫ波の搬送波には、搬
送周波数が１５７５．４２ＭＨｚの第１の搬送波（Ｌ
１）と搬送周波数がその６０／７７倍である１２２７．
６ＭＨｚの第２の搬送波（Ｌ２）の２種類が使用されて
いる。一方、ＰＮ符号には、Ｐ符号（Precision Code）
とＣ／Ａ符号（Clear and Acquisition Code）の２種類
がある。Ｃ／Ａ符号は、１．０２３Ｍｂｐｓのビットレ
ート（チップレート）をもち、周期約１ミリ秒で、第１
の搬送波Ｌ１のみを使用する。Ｐ符号はＣ／Ａ符号の１
０倍である１０．２３Ｍｂｐｓのビットレートをもち、
周期１週間で、第１の搬送波Ｌ１ばかりでなく第２の搬
送波Ｌ２をも使用している。このＰ符号を使用すること
により、電離層伝播遅延補正が行われ、精密測位を可能
にする。

【００１０】さて、前述したように、利用者の移動局に
おいてそのほぼ正確な現在位置を測位するためには、最
低でも４機のＧＰＳ衛星を捕捉できれば良い。一方、移
動局は郊外ばかりでなく都市部でも移動する。郊外で
は、高層ビルのような建物がほどんど存在せず、電波伝
搬経路を遮蔽する物体が少ないで、移動局において４機
以上のＧＰＳ衛星を捕捉することは容易である。

【００１１】これに対して、都市部では、高層ビル等の
建物が密集しており、電波伝搬経路を遮蔽する物体が多
いので、移動局において４機以上のＧＰＳ衛星を捕捉す
ることは極めて困難である。また、都市部では、たとえ
ＧＰＳ衛星を捕捉できたとしても、そのＧＰＳ衛星の仰
角が低いと、移動局は、その低仰角のＧＰＳ衛星からの
直接波（希望波）ばかりでなく、高層ビル等の建物で反
射した反射波をも受信してしまう。そのため、移動局で
は誤った現在位置を測位してしまうことが多い。これは
マルチパスによる測位誤差と呼ばれる。

【００１２】図４にマルチパスにより測位誤差が起こる
場合を示す。図４に示されるように、移動局ＭとビルＢ
とが１５０ｍの距離だけ離れており、経路差すなわちマ
ルチパス遅延が３００ｍであったとする。このような状
況において、移動局ＭがＧＰＳ衛星Ｓからの直接波Ｗd
ばかりでなく、ビルＢで反射した反射波Ｗrをも受信し
たとする。このような場合、移動局Ｍはその真の位置を
測位できずに、その測位位置としてその真の位置から１
５０ｍだけ離れた位置を誤って測位してしまうことにな
る。

【００１３】以下、なぜこのようなマルチパスにより測
位誤差が起こってしまうかの理由について以下に詳細に
説明する。

【００１４】前述したように、ＧＰＳ衛星からはＰＳＫ
波に乗ってＰＮ符号（Ｃ／Ａ符号）が送信されてくる
が、移動局に搭載されるＧＰＳ受信機では、この送信さ
れてきたＰＮ符号を受信ＰＮ符号として受信し、この受
信ＰＮ符号と受信機内部で発生した局部ＰＮ符号（Ｃ／
Ａ符号）との相関をとって同期をとっている。この同期
をとるために遅延同期ループ（ＤＬＬ）を採用してい
る。換言すれば、ＤＬＬを使用して受信ＰＮ符号をトラ
ッキングしている。

【００１５】図５に示されるように、ＤＬＬは、受信Ｐ
Ｎ符号と局部ＰＮ符号との相関をとって第１の相関信号
ａを出力する第１の乗算器１１と、局部ＰＮ符号を所定
の遅延時間だけ遅延して遅延ＰＮ符号を出力する遅延器
１２と、受信ＰＮ符号と遅延ＰＮ符号との相関をとって
第２の相関信号ｂを出力する第２の乗算器１３と、第１
の相関信号と第２の相関信号との差を求めて差信号ｃを
出力する減算器１４と、差信号のうち低域周波数成分の
みを通過させてフィルタ出力信号を出力する低域通過フ
ィルタ（ＬＰＦ）１５'と、このフィルタ出力信号に応
答してそのクロック周波数が変化するクロック信号を出
力するクロック源１６と、クロック信号に応答して上記
内部ＰＮ符号を発生するＣ／Ａコード発生器１７とから
構成されている。

【００１６】上記遅延器１２の所定の遅延時間として
は、通常、チップレート（１．０２３Ｍｂｐｓ）の逆数
に相当する時間Δ（約０．９７７５μ秒）が選択され、
その時間Δは１チップと呼ばれる。また、１チップΔの
遅延時間を持つ遅延器は１チップ遅延器と呼ばれ、遅延
器として１チップ遅延器を備えたＤＬＬは１Δ−ＤＬＬ
と呼ばれる。尚、電波の速度（光速）は約３０万ｋｍ／
秒なので、１チップΔは距離にして約２９４ｍに相当す
る。

【００１７】一方、このような１Δ−ＤＬＬを使用して
トラッキング動作を行った場合、上述したマルチパスに
よる測位誤差は、直接波と反射波との経路差（マルチパ
ス遅延）がどのような値の場合でも発生する訳ではな
い。すなわち、１Δ−ＤＬＬを使用している実際のトラ
ッキング動作は、まず初期サーチで±０．５チップ内ま
で持ってきて、トラッキングで追いかけるという動作に
なっている。この事から、経路差として１チップ内のマ
ルチパス遅延がある場合にはトラッキングがずれるが、
それ以上のマルチパス遅延がある場合には影響を受けな
いと予想される。

【００１８】このことについて、図６および図７を参照
して、例を挙げて説明する。図６はマルチパスが無い場
合の１Δ−ＤＬＬの応答を示し、図７は１チップのマル
チパス遅延がある反射波が直接波と同じレベルで加わっ
た場合の１Δ−ＤＬＬの応答を示す。図６及び図７にお
いて、横軸はＣ／Ａコードの１チップを単位とした相対
時間（相対距離）を示し、縦軸は規格化した大きさを示
す。また、図６及び図７において、ａは第１の乗算器１
１から出力される第１の相関信号を、ｂは第２の乗算器
１３から出力される第２の相関信号を、ｃは減算器１４
から出力される差信号を示す。

【００１９】マルチパスが無い場合、図６から明らかな
ように、第１の相関信号ａと第２の相関信号ｂとは三角
形状をした相似形をしているが、第２の相関信号ｂは第
１の相関信号に対して１チップに相当する時間だけ遅れ
ている。詳述すると、第１の相関信号ａは−１．５チッ
プの時点から徐々に増加し、−０．５チップの時点でピ
ークの１となり、それから徐々に減少して０．５チップ
の時点で零となるような波形を持つ。一方、第２の相関
信号ｂは、第１の相関信号ａから１チップに相当する時
間だけ遅れた−０．５チップの時点から徐々に増加し、
０．５チップの時点でピークの１となり、それから徐々
に減少して１．５チップの時点で零となるような波形を
持つ。

【００２０】したがって、第１の相関信号ａから第２の
相関信号ｂを引いて得られる差信号ｃは、−１．５チッ
プの時点から−０．５チップの時点までは第１の相関信
号ａと同様に１まで増加するが、−０．５チップの時点
から０．５チップの時点までの間では、第１の相関信号
ａから第２の相関信号ｂを差し引いた値となるので、１
から徐々に減少し、０チップの時点で零となり、それか
らさらに−１まで減少し、０．５チップの時点から１．
５チップの時点までの間は第２の相関信号を反転した形
で０まで減少するような波形となる。

【００２１】したがって、マルチパスが無い場合、０チ
ップの時点（真の時点）で差信号ｃが零となるので、１
Δ−ＤＬＬは受信ＰＮ符号を正確にトラッキングするこ
とができる。

【００２２】これに対して、反射波に１チップのマルチ
パス遅延がある場合、図７に示されるように、第１の相
関信号ａと第２の相関信号ｂとは台形の形状をした相似
形をしているが、第２の相関信号ｂは第１の相関信号に
対して１チップに相当する時間だけ遅れている。詳述す
ると、第１の相関信号ａは−１．５チップの時点から徐
々に増加し、−０．５チップの時点でピークの１とな
り、−０．５チップの時点から０．５チップの時点まで
はピークの１を維持し、それから徐々に減少して１．５
チップの時点で零となるような波形を持つ。一方、第２
の相関信号ｂは、第１の相関信号ａから１チップに相当
する時間だけ遅れた−０．５チップの時点から徐々に増
加し、０．５チップの時点でピークの１となり、０．５
チップの時点から１．５チップの時点まではピークの１
を維持し、それから徐々に減少して２．５チップの時点
で零となるような波形を持つ。

【００２３】したがって、第１の相関信号ａから第２の
相関信号ｂを引いて得られる差信号ｃは、−１．５チッ
プの時点から−０．５チップの時点までは第１の相関信
号ａと同様に１まで増加するが、−０．５チップの時点
から１．５チップの時点のまでの間では、第１の相関信
号ａから第２の相関信号ｂを差し引いた値となるので、
１から徐々に減少し、０．５チップの時点で零となり、
それからさらに−１まで減少し、１．５チップの時点か
ら２．５チップの時点までの間は第２の相関信号を反転
した形で零まで減少するような波形となる。

【００２４】したがって、１チップのマルチパス遅延が
ある場合、真の時点から０．５チップだけずれた時点で
差信号ｃが零となるので、１Δ−ＤＬＬは受信ＰＮ符号
をこのずれた状態でトラッキングすることになる。すな
わち、反射波に１チップのマルチパス遅延があると、真
の位置から擬似距離として０．５チップに相当する距
離、すなわち、１４７ｍだけプラスされた値が得られる
ことになる。以上がマルチパスがある場合に測位誤差が
起こる理由である。したがって、図４に示すように、直
接波と反射波との間にほぼ１チップに相当する３００ｍ
の経路差があると、１５０ｍの測位誤差が起こってしま
うことが理解されるであろう。

【００２５】さて、従来、このようなマルチパスによる
測位誤差を減少させる方法として、次に述べるような２
つの方法が採用されている。第１の従来の方法は遅延同
期ループ（ＤＬＬ）の帯域幅を狭める方法であり、第２
の従来の方法は相関信号の傾斜を求め、真の同期ポイン
トへ追い込む方法である。

【００２６】すなわち、第１の従来の方法は、ＤＬＬに
使用される遅延器に、１チップ遅延器１２ではなく、１
チップΔよりも短い遅延器を用いる方法である。これに
より、図６における、第１の相関信号ａと第２の相関信
号ｂとの時間差が短くなり、その分だけ測位誤差を減少
させることができる。例えば、遅延器の遅延時間を０．
１Δ〜０．０５Δとすることにより、測位誤差を１／１
０〜１／２０まで減少させることができる。

【００２７】第２の従来の方法は、第１の相関信号ａと
第２の相関信号ｂの相関カーブの傾斜を求め、そのカー
ブの交点から真の同期ポイントを求める方法である。こ
の第２の従来の方法は、マルチパスが発生すると、相関
カーブが第１の相関信号ａと第２の相関信号ｂとで傾斜
が異なってしまい、傾斜が同一と仮定している通常のＤ
ＬＬでは真の同期ポイントを見つけられない事を改善す
ることができる。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】しなしながら、上述し
た第１および第２の従来の方法では、いずれも、サンプ
リング周波数を上げたり、追加のハードウェアを必要と
する。その結果、これら従来の方法は、ＧＰＳ受信機と
して要求されている、小型化、低コスト、および低消費
電力化の要求に逆行する方法であるといえる。

【００２９】したがって、本発明の目的は、サンプリン
グ周波数を上げずに、マルチパスを補償することができ
るＧＰＳ受信機を提供することにある。

【００３０】本発明の他の目的は、ハードウェアを追加
することなく、マルチパスを補償することができるＧＰ
Ｓ受信機を提供することにある。

【００３１】本発明の更に他の目的は、小型化、低コス
ト、および低消費電力化を図っても、マルチパスを補償
することができるＧＰＳ受信機を提供することにある。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、サンプリン
グ周波数を上げずに、しかもハードウェアを追加せずに
マルチパスを補償するにはどのようにすれば良いかにつ
いて、鋭意検討を重ねた。本発明者は、ＧＰＳ衛星から
の電波の反射波の変動周期（フェージング帯域幅）Ｂf
と、ＤＬＬのループ帯域幅Ｂlと、マルチパスによる測
位誤差との間にある、下記の周知の関係に着目し、この
関係を利用することに想到した。

【００３３】すなわち、Ｂf／Ｂlが大きいと測位誤差は
起きず、Ｂf／Ｂlが小さいと測位誤差は起きる。一方、
フェージング帯域幅）Ｂfは移動局（ＧＰＳ受信機）の
移動速度に比例することも知られている。

【００３４】したがって、移動局の移動速度が低速の時
には、測位誤差が起きるので、ＤＬＬのループ帯域幅Ｂ
lを狭くすることにより、測位誤差が起きるのを防止す
ることができる。すなわち、マルチパス耐性を改善する
ことができる。

【００３５】また、移動局の移動速度が所定の速度より
も低速になると、所定の頻度で測位を行うために、ＤＬ
Ｌのループ帯域幅Ｂlを所定の限度以下に狭くすること
は困難である。そのため、移動局の移動速度が所定の速
度よりも低速の場合には、ＤＬＬのループ帯域幅Ｂlを
所定の限度に一定とする。この場合、マルチパス耐性を
確保するために、低仰角のＧＰＳ衛星をカットする。

【００３６】すなわち、本発明によれば、地球の上空を
周回している複数機のＧＰＳ衛星から地球上に放射され
る電波を受信することにより、利用者の移動局の現在位
置を検出するＧＰＳ受信機における、ＧＰＳ衛星から直
接受信される直接波の他に種々の反射経路を経て多少遅
れて受信される反射波をも受信するマルチパスを補償す
る方法であって、ＧＰＳ受信機は遅延同期ループ（ＤＬ
Ｌ）を使用してトラッキングを行っており、移動局の移
動速度に応じてＤＬＬのループ帯域幅を変化させたこと
を特徴とするＧＰＳマルチパス補償方法が得られる。

【００３７】上記ＧＰＳマルチパス補償方法において、
移動局の移動速度が低速の時に、ＤＬＬのループ帯域幅
を狭くすることが好ましい。また、移動局の移動速度が
下限速度より大きいときには、ＤＬＬのループ帯域幅を
移動速度に比例して増加させるが、移動局の移動速度が
下限速度以下の場合には、ＤＬＬのループ帯域幅を所定
の限度に一定とすることが好ましい。この場合におい
て、移動局の移動速度が下限速度以下の場合には、低仰
角のＧＰＳ衛星からの電波をカットすることが望まし
い。

【００３８】また、本発明によれば、スペクトラム拡散
通信システムの移動局に搭載され、相関検出に遅延同期
ループ（ＤＬＬ）を使用する受信機における、マルチパ
スを補償する方法において、移動局の移動速度に応じて
遅延同期ループのループ帯域幅を変化させたことを特徴
とするマルチパス補償方法が得られる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００４０】図１を参照して、本発明によるマルチパス
補償方法が適用されるＧＰＳ受信機について説明する。
図示のＧＰＳ受信機は、最大でも８機のＧＰＳ衛星を捕
捉可能なように８チャンネル分のＤＬＬを備えている。
各チャンネルは同一の構成を有しているので、ここで
は、チャンネル１のＤＬＬのみについて詳細に図示し、
他のチャンネル２〜８についてはその詳細を省略し、ブ
ロックのみで図示している。尚、このＧＰＳ受信機は、
自動車などの移動体に設置され、カーナビゲーション装
置の一部として使用されているとする。したがって、移
動体は移動局として動作する。

【００４１】ＧＰＳ衛星（図示せず）から出射された電
波は、アンテナ２１で受信され、低雑音増幅器（ＬＮ
Ａ）２２で増幅された後、混合器２３で局部発振器２４
からの無線周波数の局部発振信号と混合されて中間周波
の信号に変換される。この中間周波の信号は、増幅器２
５で増幅され、自動利得制御器（ＡＧＣ）２６で利得が
制御された後、各チャンネルのＤＬＬ１０に供給され
る。

【００４２】ＤＬＬは、第１の乗算器１１、１チップ遅
延器１２、第２の乗算器１３、減算器１４、低域通過フ
ィルタ（ＬＰＦ）１５、クロック源として働く第１の数
値制御発振器（ＮＣＯ）１６、およびＣ／Ａコード発生
器１７の他に、第２の数値制御発振器（ＮＣＯ）１８と
混合器１９とを備えている。図示のＤＬＬは、第２の数
値制御発振器１８と混合器１９とを除いて、図５に示し
たものと実質的に同様の構成を有する。従って、以下で
は、説明を簡略化するために、相違している部分につい
てのみ説明する。

【００４３】自動利得制御器２６から出力される信号
は、混合器１９で第２の数値制御発振器１９から出力さ
れる中間周波数の局部信号と混合されて、ベースバンド
信号に変換される。このベースバンド信号は受信ＰＮコ
ード（Ｃ／Ａコード）を表す信号である。このベースバ
ンド信号を処理する部分については、前述した図５に示
したＤＬＬと実質的に同様であるので、その説明を省略
する。但し、低域通過フィルタ１５は、ＤＬＬ１０の帯
域幅Ｂlを可変できるように構成されている。

【００４４】次に、ＤＬＬ１０の帯域幅Ｂlを可変する
ための低域通過フィルタ１５の構成について説明する。

【００４５】減算器１４から出力される差信号は、送信
側ＰＮコードと受信側ＰＮコードの位相差を表す。その
位相差の値は−１０２３〜１０２３の範囲にあり、それ
ぞれ、−π〜π［ｒａｄ］の位相誤差に相当する。図示
はしないが、低域通過フィルタ１５はこの位相誤差を求
めるために、減算器１４から出力される差信号と係数
（２π／１０２３）とを乗算するための第１の乗算器を
備え、この第１の乗算器の出力から位相誤差が得られ
る。低域通過フィルタ１５は、また、この得られた位相
誤差にループの帯域幅を決定する係数（Ｂl・Ｔ）を乗
算するための第２の乗算器（図示せず）を備えている。
ここで、Ｂlは上述したように可変すべきループ帯域幅
を表し、Ｔはサンプリング周期（この例では、１ミリ
秒）を表す。低域通過フィルタ１５は、さらに、この乗
算結果に、キャリアロックループ（図示せず）から得ら
れたキャリア周波数誤差成分ｆeとサンプリング周期Ｔ
の乗算結果（ｆe・Ｔ）を加えるための加算器（図示せ
ず）を備えている。この加算器から出力される加算結果
が、低域通過フィルタ１５の出力信号として、第１の数
値制御発振器（ＮＣＯ）１６の位相設定入力端子に加え
られる。

【００４６】次に、ループ帯域幅Ｂlを可変にした場合
の１Δ−ＤＬＬの動作例について説明する。

【００４７】最初に、Ｂl＝１ｋＨｚの場合について説
明する。この場合、係数（Ｂl・Ｔ）は１となり、一回
のサンプリングにて位相誤差すべてが第１の数値制御発
振器（ＮＣＯ）１６の位相設定入力端子に加えられる。
このため、位相誤差は即刻追尾されるが、実際には雑音
等が存在するため、ループの動作が不安定となる。した
がって、このようなループ帯域幅は使用されない。言い
換えると、Ｂl＝１ｋＨｚの場合とは、ループフィルタ
がない場合と等価と言える。

【００４８】次に、Ｂl＝１０Ｈｚの場合について説明
する。この場合、係数（Ｂl・Ｔ）は０．０１となり、
一回のサンプリングにて位相誤差の１／１００が更新さ
れる事になる。言い換えると、サンプリングが１００回
行われる事によって、ようやく位相誤差がすべて更新し
終わった事になる。すなわち、瞬時に起こった位相誤差
に追従し終わるまでに１００ミリ秒かかる事になる。

【００４９】最後に、Ｂl＝１Ｈｚの場合について説明
する。この場合、係数（Ｂl・Ｔ）は０．００１とな
り、上記Ｂl＝１０Ｈｚの場合と同様に考えると、一回
のサンプリングにて位相誤差の１／１０００が更新さ
れ、瞬時に起こった位相誤差に追従し終わるまでに１秒
かかる事になる。

【００５０】図示のＧＰＳ受信機は、更に、ＣＰＵ３
１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、およびクロック発生器３
４を備えている。クロック発生器３４はＣＰＵ３１へ内
部タイミング用のクロック信号を供給する。ＣＰＵ３１
は、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、および各チャンネルのＤ
ＬＬ１０に接続されると共に、外部インターフェースを
介して外部の電子機器（図示せず）に接続されている。
ＣＰＵ３１はＲＯＭ３２に記憶さているプログラムに従
って処理を行う。例えば、ＣＰＵ３１は、各チャンネル
のＤＬＬ１０の第２の数値制御発振器１８へ制御信号を
供給すると共に、低域通過フィルタ１５から出力される
フィルタ出力信号を取り込む。また、ＣＰＵ３１は、後
述するように、ＤＬＬ１０の帯域幅Ｂlを決定して、そ
の帯域幅Ｂlを低域通過フィルタ１５に設定する。

【００５１】次に、本発明に係るＧＰＳマルチパス補償
方法について説明する。ここで、ＧＰＳ衛星からの電波
の反射波の変動周期（フェージング帯域幅）をＢf、Ｄ
ＬＬ１０のループ帯域幅をＢlで表すことにする。フェ
ージング帯域幅Ｂfと、ＤＬＬ１０のループ帯域幅Ｂl
と、マルチパスによる測位誤差との間には、次の関係が
あることが知られている。

【００５２】すなわち、Ｂf／Ｂlが大きいと（例えば、
Ｂf／Ｂl≧５）測位誤差は起きず、Ｂf／Ｂlが小さいと
（例えば、Ｂf／Ｂl＜５）測位誤差は起きる。

【００５３】一方、フェージング帯域幅Ｂfは、移動局
（ＧＰＳ受信機）の移動速度ｖと次の関係があることも
知られている。

【００５４】Ｂf ∝ （ｖ／λ）ここで、λはＧＰＳ衛星から出射される電波の波長であ
り、電波の速度（光速）Ｃを電波の搬送波周波数ｆ0で
割ったものに等しい（λ＝Ｃ／ｆ0）。これはドップラ
ー効果によるものである。すなわち、フェージング帯域
幅Ｂfは、移動局の移動速度ｖに比例する。

【００５５】したがって、移動局の移動速度ｖが低速の
時には、測位誤差が起きるので、ＤＬＬのループ帯域幅
Ｂlを狭くすることにより、測位誤差が起きるのを防止
することができる。すなわち、マルチパス耐性を改善す
ることができる。

【００５６】また、移動局の移動速度ｖが所定の速度
（以下、下限速度ｖminと呼ぶ）よりも低速になると、
所定の頻度で測位を行うために、ＤＬＬ１０のループ帯
域幅Ｂlを所定の限度以下に狭くすることは困難であ
る。そのため、移動局の移動速度ｖが下限速度ｖminよ
りも低速の場合には、ＤＬＬのループ帯域幅Ｂlを所定
の限度に一定とする。この場合、マルチパス耐性を確保
するために、低仰角のＧＰＳ衛星をカットすることが好
ましい。

【００５７】ここで、低仰角のＧＰＳ衛星をどのように
してカットするかについて説明する。前述したように、
実際に測位を行う際、４機以上のＧＰＳ衛星からの電波
を受信できている場合には、各ＧＰＳ衛星の位置から最
も精度が得られるＧＰＳ衛星の組み合わせを選んで測位
を行う。この際、低仰角（５°以下）のＧＰＳ衛星は大
気圏の中を斜めに通過してくるため、電波伝搬時間の誤
差が大きいので、他に仰角の高いＧＰＳ衛星からの電波
を受信できている場合には、その低仰角のＧＰＳ衛星か
らの電波は位置の計算に使用しない。本発明に係る「マ
ルチパス補償」においては、通常使用されるであろう仰
角範囲５°〜１０°にあるＧＰＳ衛星からの電波も位置
の計算には採用しないこととする。すなわち、「低仰角
のＧＰＳ衛星をカットする」とは、実際には、「仰角範
囲５°〜１０°にあるＧＰＳ衛星からの電波を測位に使
用しない」ということである。しかしながら、ＧＰＳ衛
星が４機しか捕捉できない場合には、「マルチパス補
償」よりも測位を行う事の方が重要であるので、低仰角
のＧＰＳ衛星であってもそれからの電波を測位に使用す
る。

【００５８】次に、図２及び図３を参照して、本発明に
よるＧＰＳマルチパス補償方法について説明する。図２
は、ＧＰＳマルチパス補償を行うための、ＲＯＭ３２に
格納されたプログラムの部分を示すフローチャートであ
り、図３は移動局の移動速度ｖとＤＬＬ１０のループ帯
域幅Ｂlとの関係を示す図である。ここでは、下限速度
ｖminが３．５ｋｍ／ｈの場合を示し、また、移動局の
移動速度ｖの上限速度ｖmaxが３５ｋｍ／ｈの場合を例
に挙げて説明する。さらに、ＤＬＬ１０のループ帯域幅
Ｂlの下限Ｂlminおよび上限Ｂlmaxが、それぞれ、１Ｈ
ｚおよび１０Ｈｚであるとする。

【００５９】先ず、ＣＰＵ３１は、移動局の移動速度ｖ
が上限速度ｖmax（３５ｋｍ／ｈ）以上か否かを判断す
る（ステップＳ１）。もし、移動速度ｖが上限速度ｖma
x以上（ｖ≧ｖmax）であれば（ステップＳ１のＹｅ
ｓ）、マルチパスの影響は受けないので、ＣＰＵ３１
は、ＤＬＬ１０のループ帯域幅Ｂlを通常のループ帯域
幅である上限Ｂlmax（１０Ｈｚ）に設定する（Ｂl＝Ｂl
max）（ステップＳ２）。すなわち、移動速度ｖが３５
ｋｍ／ｈのときフェージング帯域幅Ｂfは５０Ｈｚに等
しく、Ｂf／Ｂlmax＝５であるので、移動速度ｖが３５
ｋｍ／ｈ以上のときは、ＤＬＬ１０のループ帯域幅Ｂl
をその上限である１０Ｈｚとすることにより、必ず、Ｂ
f／Ｂl≧５となるからである。

【００６０】一方、移動速度ｖが上限速度ｖmaxより低
速（ｖ＜ｖmax）であれば（ステップＳ１のＮｏ）、Ｃ
ＰＵ３１は、移動速度ｖが下限速度ｖmin（３．５ｋｍ
／ｈ）以下か否かを判断する（ステップＳ３）。もし、
移動速度ｖが下限速度ｖmin以下（ｖ≦ｖmin）であれば
（ステップＳ３のＹｅｓ）、ＣＰＵ３１は、ＤＬＬ１０
のループ帯域幅Ｂlをその下限Ｂlmin（１Ｈｚ）に設定
する（Ｂl＝Ｂlmin）（ステップＳ４）。これは、移動
速度ｖが３．５ｋｍ／ｈ以下の場合、位置情報を１秒毎
に更新する必要があるため、もはやＤＬＬ１０のループ
帯域幅Ｂlを狭めることが出来ないからであり、ＤＬＬ
１０のループ帯域幅Ｂlを１Ｈｚのままとして一定とす
る。尚、この場合、マルチパスの影響を被る可能性が高
くなるため、この範囲では仰角の低いＧＰＳ衛星からの
電波を使用しない（ステップＳ５）。例えば、通常は仰
角が５°以上のＧＰＳ衛星からの電波を使用して測位を
行うが、移動速度ｖが３．５ｋｍ／ｈ以下の場合には、
仰角が１０°以上のＧＰＳ衛星からの電波のみを使用し
て測位を行う。

【００６１】次に、ＧＰＳ受信機においてどのようにし
てＧＰＳ衛星の仰角を知るかについて説明する。ＧＰＳ
受信機が１機のＧＰＳ衛星を捕捉出来たとする。この場
合、その捕捉したＧＰＳ衛星からの信号（電波）の中に
は全ＧＰＳ衛星の概略の軌道を計算するためのデータ
（アルマナック：almanac）が含まれている。ＧＰＳ受
信機は、このデータから全ＧＰＳ衛星の軌道を計算し、
概略の現在地からどのＧＰＳ衛星が捕捉可能かを判断
し、順次各ＧＰＳ衛星からの信号（電波）の受信を試み
る。

【００６２】一度、アルマナックを受信する事が出来た
ＧＰＳ受信機は、そのアルマナック（データ）を不揮発
性メモリに記憶しておくため、電源を切った状態で大幅
な移動（例えば、１０００ｋｍ以上）を行わない限り、
次回の電源投入時に即座にどのＧＰＳ衛星が捕捉可能か
を判断することが出来る。

【００６３】このように、アルマナックから全ＧＰＳ衛
星の軌道が計算できるため、この軌道からある時点のＧ
ＰＳ衛星の位置をＧＰＳ受信機の現在地を中心として座
標系（地心座標系）にて求める事が出来る。すなわち、
各ＧＰＳ衛星の仰角を知る事が出来る。

【００６４】また、ステップＳ３において、移動速度ｖ
が下限速度ｖminより高速（ｖ＞ｖmin）であったとする
（ステップＳ３のＮｏ）。すなわち、移動速度ｖが下限
速度ｖminと上限速度ｖmaxとの間の範囲にあったとする
（ｖmax＞ｖ＞ｖmin）。この場合、ＣＰＵ３１は、ＤＬ
Ｌ１０のループ帯域幅Ｂlを移動速度ｖに比例して設定
する（Ｂl＝αｖ）（ステップＳ６）。ここで、αは
（１／３．５）に等しい係数である。

【００６５】このような構成とすることにより、移動体
に搭載したこのＧＰＳ受信機を含むカーナビゲーション
装置を使用して現在地を正確に知りたい場合において、
実際の使用状態でもっともマルチパスの影響を受け易い
と思われるビル街を３５ｋｍ／ｈ以下の低速で走行して
いる際に、マルチパスの影響を減少させることが可能と
なる。

【００６６】尚、本発明は、上述した実施の形態に限定
されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が
可能なのはいうまでもない。例えば、上記の実施の形態
では、本発明をＧＰＳ受信機に適用した場合を例に挙げ
て説明したが、相関検出にＤＬＬを使用しているＳＳ
（スペクトラム拡散）通信システムにも適用可能なのは
勿論である。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、移動
局の移動速度が低速の時には遅延同期ループのループ帯
域幅を狭くしているので、マルチパス耐性を改善するこ
とができる。また、移動局の移動速度が所定の下限速度
以下の場合には、遅延同期ループのループ帯域幅をある
限度に一定とするが、その場合には低仰角のＧＰＳ衛星
からの電波をカットすることにより、マルチパス耐性を
確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るＧＰＳマルチパス
補償方法が適用されるＧＰＳ受信機の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】図１のＧＰＳ受信機における、本発明によるＧ
ＰＳマルチパス補償方法を説明するためのフローチャー
トである。

【図３】図２のＧＰＳマルチパス補償方法における、移
動体の移動速度と遅延同期ループのループ帯域幅との関
係を示す図である。

【図４】マルチパスにより測位誤差が起こる場合を説明
するための図である。

【図５】ＧＰＳ受信機に使用される遅延同期ループ（Ｄ
ＬＬ）の構成を示すブロック図である。

【図６】マルチパスがない場合の図５に示した遅延同期
ループの各部の波形を示す波形図である。

【図７】マルチパスがある場合の図５に示した遅延同期
ループの各部の波形を示す波形図である。

【符号の説明】

１０遅延同期ループ（ＤＬＬ）１１乗算器１２１チップ遅延器１３乗算器１４減算器１５低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１６数値制御発振器（ＮＣＯ）１７Ｃ／Ａコード発生器１８数値制御発振器（ＮＣＯ）１９混合器

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年３月１６日（１９９９．３．１
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項８

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地球の上空を周回している複数機のＧＰ
Ｓ（Global Positioning System）衛星から前記地球上
に放射される電波を受信することにより、利用者の移動
局の現在位置を検出するＧＰＳ受信機における、前記Ｇ
ＰＳ衛星から直接受信される直接波の他に種々の反射経
路を経て多少遅れて受信される反射波をも受信するマル
チパスを補償する方法であって、前記ＧＰＳ受信機は遅
延同期ループ（ＤＬＬ）を使用してトラッキングを行っ
ており、前記移動局の移動速度（ｖ）に応じて前記ＤＬＬのルー
プ帯域幅（Ｂl）を変化させたことを特徴とするＧＰＳ
マルチパス補償方法。
【請求項２】前記移動局の移動速度（ｖ）が低速の時
に、前記ＤＬＬのループ帯域幅（Ｂl）を狭くしたこと
を特徴とする、請求項１に記載のＧＰＳマルチパス補償
方法。
【請求項３】前記移動局の移動速度（ｖ）が下限速度
（ｖmin）より大きいときには、前記ＤＬＬのループ帯
域幅（Ｂl）を前記移動速度（ｖ）に比例して増加させ
るが、前記移動局の移動速度（ｖ）が前記下限速度（ｖ
min）以下の場合には、前記ＤＬＬのループ帯域幅（Ｂ
l）を所定の限度に一定とする、請求項１に記載のＧＰ
Ｓマルチパス補償方法。
【請求項４】前記移動局の移動速度（ｖ）が前記下限
速度（ｖmin）以下の場合には、低仰角のＧＰＳ衛星か
らの電波をカットすることを特徴とする、請求項３に記
載のＧＰＳマルチパス補償方法。
【請求項５】前記移動局の移動速度（ｖ）が下限速度
（ｖmin）と上限速度（ｖmax）との間の範囲内のときに
は、前記ＤＬＬのループ帯域幅（Ｂl）を前記移動速度
（ｖ）に比例して増加させ、前記移動局の移動速度（ｖ）が前記上限速度（ｖmax）
以上のときには、前記ＤＬＬのループ帯域幅（Ｂl）を
その上限（Ｂlmax）に設定し、前記移動局の移動速度（ｖ）が前記下限速度（ｖmin）
以下のときには、前記ＤＬＬのループ帯域幅（Ｂl）を
その下限（Ｂlmin）に設定する、ことを特徴とする、請求項１に記載のＧＰＳマルチパス
補償方法。
【請求項６】前記移動局の移動速度（ｖ）が前記下限
速度（ｖmin）以下の場合には、低仰角のＧＰＳ衛星か
らの電波をカットすることを特徴とする、請求項５に記
載のＧＰＳマルチパス補償方法。
【請求項７】前記下限速度（ｖmin）が３．５ｋｍ／
ｈに等しく、前記上限速度（ｖmax）が３５ｋｍ／ｈに
等しく、前記ＤＬＬのループ帯域幅（Ｂl）の前記下限
（Ｂlmin）および前記上限（Ｂlmax）が、それぞれ、１
Ｈｚおよび１０Ｈｚであることを特徴とする、請求項５
に記載のＧＰＳマルチパス補償方法。
【請求項８】スペクトラム拡散通信システムの移動局
に搭載され、相関検出に遅延同期ループ（ＤＬＬ）を使
用する受信機における、マルチパスを補償する方法にお
いて、前記移動局の移動速度（ｖ）に応じて前記遅延同期ルー
プのループ帯域幅（Ｂl）を変化させたことを特徴とす
るＧＰＳマルチパス補償方法。