JP2000310673A - Ｇｐｓ受信機 - Google Patents

Ｇｐｓ受信機

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JP2000310673A
JP2000310673A JP11118499A JP11849999A JP2000310673A JP 2000310673 A JP2000310673 A JP 2000310673A JP 11118499 A JP11118499 A JP 11118499A JP 11849999 A JP11849999 A JP 11849999A JP 2000310673 A JP2000310673 A JP 2000310673A
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Japan
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satellite
unit
geostationary satellite
time
gps
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Masahiro Sasaki
雅広 佐々木
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Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＧＰＳ受信機の周波数走査範囲を広げること
なく、衛星捕捉時間を短くする。 【解決手段】 ＧＰＳ受信機に、検波部２と、測位部３
と、航法メッセージ受信部４と、バックアップ部５と、
衛星選択部６と、静止衛星受信部７とを設ける。衛星選
択部６で、航法メッセージの軌道情報や測位結果から受
信可能な衛星を選択する。衛星の移動によるドップラー
周波数と、発振器誤差によるオフセット周波数を加算し
た周波数を衛星の走査中心周波数とする。メイン電源が
オフの場合でもバックアップ電源で静止衛星選択部７を
動作させ、静止衛星信号を受信する。常に発振器のオフ
セット周波数を測定するので、メイン電源が投入された
際には衛星選択部６において正確な衛星走査中心周波数
が設定できる。このようにして、衛星捕捉時間を短縮す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＧＰＳ（Global P
ositioning System）受信機に関し、特に、地球を周回
するＧＰＳ衛星から位置、速度を求めるＧＰＳ受信機に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ衛星の電
波を同時に受信して、ＧＰＳ衛星からの航法メッセージ
（軌道情報や時刻情報）を取得することによって、地球
上での絶対位置を算出することが可能なシステムであ
る。
【０００３】以下、図１６を参照しながら、従来のＧＰ
Ｓ受信機について説明する。アンテナ部１は、ＧＰＳ衛
星からの電波を受信するアンテナである。検波部２は、
アンテナ部１で受信した電波を復調して、ＧＰＳ衛星か
ら送信されるデータを取得する手段である。航法メッセ
ージ受信部４は、検波部２で取得したデータのフレーム
検出およびデータの収集、解析を行う手段である。測位
部３は、航法メッセージ受信部で取得した衛星の軌道情
報や時刻情報を用いて、受信機の位置を算出する手段で
ある。また、バックアップ部５は、算出した位置や収集
した航法メッセージを保存する記憶手段である。衛星選
択部６は、収集した航法メッセージや算出した位置か
ら、受信可能な衛星およびドップラーシフト周波数を予
測し、検波部で受信可能な衛星を選択し、その初期走査
周波数を設定する手段である。
【０００４】ＧＰＳ衛星は、搬送波周波数1.57542ＧＨz
のＬ1帯と1.2276ＧＨzのＬ2帯を用いて測位用の電波信
号を送信している。一般のユーザに開放されているのは
Ｌ1帯である。
【０００５】ところで、Ｌ1帯で送信された信号は、Ｇ
ＰＳ受信機の移動に伴うドップラー効果により、地球上
で受信する場合は最大±5000Ｈz程度変化する。また、
一般に受信機が使用する内部発振器は、温度保証された
水晶発振器を使用しているが、その誤差は数ppm存在
し、例えば３ppmあった場合は、オフセット周波数とし
て約5000Ｈzに相当すると仮定すると、搬送波周波数1.5
7542ＧＨzを中心に±10,000Ｈzの範囲で変化すると考え
られる。そのため、受信機では、衛星を受信する場合
に、バックアップしている航法メッセージの軌道情報と
概略時刻から衛星の位置を算出し、受信機の位置から受
信可能な衛星と、衛星のドップラー効果による周波数オ
フセットを推定し、その周波数を中心にオフセット周波
数の範囲を走査し衛星を受信する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低精度
の水晶発振器を使用した場合は、その誤差は十数ppmと
なってしまい、例えば10ppmの誤差がある場合は、オフ
セット周波数を約16,000Ｈzとすると、衛星を受信する
ためには、予測した周波数±16,000Ｈzの広い範囲を周
波数走査する必要がある。一度に全範囲を走査すること
が可能であれば問題ないが、回路上の制約等により、例
えば800Ｈz程度の狭帯域にせざるを得ない。その場合±
16,000Ｈzの範囲をすべて走査するためには、16,000×
２／800＝40回の走査を行う必要がある。
【０００７】ところで、ＧＰＳ衛星からの信号は、疑似
雑音符号（以下「ＰＲＮ符号」と呼ぶ）でスペクトラム
拡散されている。そのため受信する際は逆拡散処理を行
い、逆拡散処理の判定に１秒以上必要となる。従って、
すべての周波数範囲を走査するためには、40秒以上必要
となってしまう。より安価で低精度の水晶発振器を使用
する場合は、更に周波数走査範囲を広く取る必要があ
り、立ち上がり時の衛星捕捉時間が遅くなってしまうと
いう問題があった。
【０００８】上述したが、ＧＰＳ衛星からの信号は、Ｐ
ＲＮ符号で逆拡散されており、ＧＰＳ受信機で該当の衛
星を受信するためには、その衛星に固有に割り当てられ
たＰＲＮ符号で位相を合わせて逆拡散する必要がある。
またＰＲＮ符号は、衛星の送信時刻として使用されるた
めに、逆拡散時の位相ずれが衛星時刻の測定誤差とな
る。ところで建造物等への反射によるマルチパスによっ
て、逆拡散処理の際に位相がずれる場合があり、その結
果衛星の送信時刻を正しく測定できずに、ビル街等の反
射の多い環境では、位置算出誤差が大きくなるという問
題があった。
【０００９】また、衛星からは６秒毎にサブフレームと
呼ばれる単位でデータが送信されている。サブフレーム
の先頭には８ビットのフレーム同期パターン（以下「プ
リアンブルパターン」と呼ぶ）が格納されており、ＧＰ
Ｓ受信機では、まず、このプリアンブルパターンを検出
する必要がある。サブフレームには、次のサブフレーム
の先頭時刻が格納されており、その格納されている時刻
と、サブフレーム先頭からのデータビット数およびＰＲ
Ｎ符号で衛星の送信時刻を測定する。従ってＧＰＳ受信
機では、衛星の信号を検出してから、サブフレームを取
得して時刻を確定するまで測位計算を実施することがで
きないという問題があった。
【００１０】また、サブフレームを走査する場合におい
ても、プリアンブルパターンは８bitのビット列である
ため、例えば時刻データと同パターンとなる場合が有
り、プリアンブルパターンを誤検出してしまい、実際に
サブフレームを収集するまでの時間が長くかかってしま
うという問題があった。
【００１１】各衛星の時刻情報を収集した後は、各衛星
の位置を中心とした球の連立方程式をたて、その２次元
の連立方程式を解くことにより受信機位置を算出する。
しかしＧＰＳ受信機では一般的には、未知数を近似値と
補正値の和であらわし、補正値について展開して、補正
値は微少であるとして２次以降の高次成分を無視して連
立一次方程式として逐次近似計算法により必要な精度に
なるまで繰り返し計算を行う。しかし、３衛星測位のよ
うな地球中心の仮衛星を使用して位置算出を行おうとす
る場合については、近似値が真の位置と大きく離れてい
るような場合は、誤った位置へ計算結果が収束してしま
う場合があるという問題があった。
【００１２】本発明は、上記従来の問題を解決し、測位
計算までの立ち上がり時間を短縮するとともに、位置算
出誤差を小さくし、さらに、バックアップ電源の消費電
力を低減することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、複数のチャンネルを持つ検波部と、Ｇ
ＰＳ衛星から送信された信号を検波部で復調して得た航
法メッセージの内容を解析する航法メッセージ受信部
と、受信機位置情報を得る測位部と、航法メッセージや
受信機位置情報を保存するバックアップ部と、受信機位
置情報および航法メッセージの軌道情報と概略時刻から
受信可能なＧＰＳ衛星を選択するとともにＧＰＳ衛星の
移動によるドップラー周波数と発振器のオフセット周波
数を加算した周波数を走査中心周波数として検波部の各
チャンネルに設定する衛星選択部と、ＧＰＳ広域補強用
の静止衛星の信号を受信する静止衛星受信部と、メイン
電源がオフの場合に静止衛星受信部を動作させるバック
アップ電源と、メイン電源がオフの場合にも静止衛星の
信号を受信することにより発振器のオフセット周波数を
測定する手段と、メイン電源を投入した際に衛星選択部
においてオフセット周波数に基づいて走査中心周波数を
設定する手段とを備えた構成とした。
【００１４】このように構成したことにより、メイン電
源がオフの場合でもバックアップ電源で、ＧＰＳ広域補
強システムの静止衛星を利用する静止衛星受信部を動作
させて、常に発振器のオフセット周波数を監視推定して
正確な走査中心周波数を求めることにより、短時間でＧ
ＰＳ衛星を捕捉することができる。
【００１５】さらに、メイン電源がオフの場合に一定間
隔で静止衛星受信部が動作するように制御する間欠受信
制御部を設けた。このように構成したことにより、静止
衛星の受信を間欠的に行ってバックアップ電源の消費電
力を低減できる。
【００１６】さらに、メイン電源がオフの場合に間欠受
信制御部により定期的に静止衛星受信部を動作させ、静
止衛星受信部で測定したオフセット周波数に基づいてオ
フセット周波数の変化率を測定するオフセット推定部
と、静止衛星受信部で最後に測定したオフセット周波数
およびオフセット周波数の変化率と最後にオフセット周
波数を測定した時刻からの経過時間を用いて電源投入時
のオフセット周波数を推定する手段とを設けた。このよ
うに構成したことにより、間欠受信における動作停止時
間を長してバックアップ電源の消費電力を低減できる。
【００１７】さらに、オフセット推定部で求めたオフセ
ット周波数の変化率から間欠受信制御部の受信間隔を制
御する間欠間隔制御部と、オフセット周波数の変化率が
小さくなった場合や静止衛星を受信できない場合は受信
間隔を長くし変化率が大きな場合は受信間隔を短くする
よう制御する手段とを設けた。このように構成したこと
により、間欠受信における動作停止時間を長くしてバッ
クアップ電源の消費電力を削減できる。
【００１８】さらに、停止中の発振器誤差によるオフセ
ット周波数の監視状態を判定する誤差推定判定部と、発
振器のオフセットを推定できないと判定した場合は衛星
選択部において検波部に設定する衛星をすべてのチャン
ネルで静止衛星とするとともに走査周波数の初期値をす
べてのチャンネルで異なる値として静止衛星の信号を受
信して発振器のオフセット周波数を測定する手段とを設
けた。このように構成したことにより、発振器誤差を短
時間で測定して、測位計算までの立ち上がり時間を短縮
できる。
【００１９】さらに、静止衛星受信部で受信した静止衛
星の信号レベルを測定して基準となる信号レベルを求め
る基準信号レベル測定部と、受信感度が悪い場合はユー
ザに警告を発する手段とを設けた。このように構成した
ことにより、受信感度が悪いことをユーザに警告して故
障判断をさせることで、異常状態を短縮することができ
る。
【００２０】さらに、基準信号レベル測定部で求めた静
止衛星の基準信号レベルとアンテナの指向性からＧＰＳ
衛星の信号検出しきい値を決定する信号検出しきい値制
御部と、アンテナの設置条件等に影響されないスレッシ
ョルドレベルを設定する手段とを設けた。このように構
成したことにより、外部要因に影響されることなく信号
検出しきい値を決定することができる。
【００２１】さらに、基準信号レベル測定部で求めた静
止衛星の基準信号レベルと、受信したＧＰＳ衛星の信号
レベルとを比較して、位置算出に使用するか否かを判定
するＧＰＳ衛星測位使用判定部を設けた。このように構
成したことにより、明らかに信号レベルと推定した信号
レベルが異なる場合は異常と判定し、測位部の位置算出
計算に使用しないことで精度劣化を防ぐことができる。
【００２２】さらに、基準信号レベル測定部で求めた静
止衛星の信号強度を記憶し、新たに電源投入した際に、
受信した静止衛星の信号強度と比較し、予め設定された
信号強度と異なる場合は、位置算出に静止衛星を用いな
いように判定する静止衛星測位使用判定部を設けた。こ
のように構成したことにより、明らかに信号レベルが異
なる場合は異常と判定し、測位部の位置算出計算に使用
しないことで精度劣化を防ぐことができる。
【００２３】さらに、静止衛星受信部で受信した静止衛
星の時刻情報をもとに、ＧＰＳ衛星から送信されるデー
タの先頭識別パターン（プリアンブルパターン）の走査
範囲を限定する航法メッセージ時刻推定部を設けた。こ
のように構成したことにより、先頭のプリアンブルパタ
ーンを誤検出することなく航法メッセージを取得するこ
とができる。
【００２４】さらに、静止衛星受信部においてメイン電
源がオフの場合に静止衛星を受信することにより判明す
る時刻を用いて現在時刻を推定する時刻推定部を設け
た。このように構成したことにより、立ち上がり時間を
短縮することができる。
【００２５】さらに、静止衛星受信部でＧＰＳ広域補強
用の静止衛星を受信して受信した時刻情報を基にＧＰＳ
時刻を推定する現在時刻異常判定部を設けた。このよう
に構成したことにより、ＧＰＳ衛星からのデータフレー
ムを検出しなくても測位計算ができる。
【００２６】さらに、静止衛星から受信した時刻情報と
ＧＰＳ衛星の時刻情報との差を求める送信時刻比較部
と、概略受信機位置から静止衛星までの距離および各Ｇ
ＰＳ衛星までの距離をそれぞれ求める手段と、距離差を
光速で割って各伝播時間差を求める手段と、送信時刻比
較部で求めた送信時刻差と伝播時間差が異なる場合に位
置算出計算への使用を禁止する手段とを設けた。このよ
うに構成したことにより、測位精度の劣化を防ぐことが
できる。
【００２７】さらに、静止衛星受信部で受信した静止衛
星の位置を用いて測位部で算出した位置の有効／無効を
判定する測位結果判定部を設けた。このように構成した
ことにより、異常な測位結果を外部に出力しないように
できる。
【００２８】さらに、測位結果を異常と判定した場合や
初期位置が何らかの原因により不定の状態において、受
信可能な静止衛星によって初期位置を新たに設定する初
期位置推定部を設けた。このように構成したことによ
り、異常状態からの復帰をすばやく行うことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１〜図１５を参照しながら詳細に説明する。
【００３０】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態は、電源がオフの場合にもバックアップ電源で常
に静止衛星を受信して、水晶発振器のオフセット周波数
を求めて走査中心周波数を設定するＧＰＳ受信機であ
る。
【００３１】図１は、本発明における第１の実施の形態
のＧＰＳ受信機の構成を示す概略機能ブロック図であ
る。図１において、１は衛星の信号を受信するアンテナ
部、２は受信した信号を復調する検波部、３は受信機の
位置を算出する測位部、４は航法メッセージを収集し、
データを解析する航法メッセージ受信部、５は算出した
位置や受信した航法メッセージを保存するバックアップ
部、６は検波部２の各チャンネルに衛星番号と走査中心
周波数を設定する衛星選択部、７は静止衛星を受信する
静止衛星受信部である。
【００３２】上記のように構成された本発明の第１の実
施の形態におけるＧＰＳ受信機の動作について、図１を
参照しながら説明する。ＧＰＳ衛星からは、1.57542Ｇ
Ｈzの搬送波にのせてデータが送信されている。さら
に、衛星の移動に伴うドップラー効果により、最大±50
00Ｈz程度変化する。また、ＧＰＳ受信機では一般的
に、温度保証された水晶発振器が使用されるが、その誤
差は数ppm存在する。例えば、３ppmの誤差がある場合
に、周波数換算すると約±5000Ｈz程度となる。その結
果、衛星を受信するためには1.57542ＧＨzを中心に±10
000Ｈzの範囲を走査する必要がある。
【００３３】ところで、現在ＧＰＳ衛星は、６軌道面に
各４衛星づつ、合計24個配備されている。これらのＧＰ
Ｓ衛星とは別に、「運輸多目的衛星用衛星航法補強シス
テム」（以下「ＭＳＡＳ」と呼ぶ）というＧＰＳ広域補
強システムとして、インテグリティ情報やＤＧＰＳ情報
を静止衛星から放送することが予定されている。この衛
星は静止衛星であるために、地球上のある範囲内ではビ
ル街や屋根などの遮蔽物がない限り、必ず受信する事が
可能である。また、ＧＰＳと同じ周波数で同種のＰＲＮ
符号で変調された信号を送信するために、従来のＧＰＳ
受信機とほぼ同じハードウェア構成で受信が可能であ
る。
【００３４】そこで、電源がオフの場合にもバックアッ
プ電源で静止衛星を受信する静止衛星受信部を設けて、
常に静止衛星を受信する。静止衛星は、衛星の移動に伴
うドップラー効果が発生しないために、受信した周波数
が水晶発振器のオフセット周波数となる。この水晶発振
器のオフセット周波数を用いて、衛星選択部における中
心周波数の設定を行うことにより、精度よく走査中心周
波数を設定することができ、安価で精度が悪い水晶発振
器を用いた場合においても、衛星受信までの時間を短縮
することが可能となる。
【００３５】上記のように、本発明の第１の実施の形態
では、ＧＰＳ受信機を、電源がオフの場合にもバックア
ップ電源で常に静止衛星を受信して、水晶発振器のオフ
セット周波数を求めて走査中心周波数を設定する構成と
したので、精度よく走査中心周波数を設定して、衛星受
信までの時間を短縮することができる。
【００３６】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態は、あらかじめ定めた時間間隔で静止衛星受信部
を起動して、オフセット周波数を測定するＧＰＳ受信機
である。
【００３７】図２は、本発明における第２の実施の形態
のＧＰＳ受信機の構成を示す概略機能ブロック図であ
る。なお、第１の実施の形態と同一の部分については、
その詳細な説明は省略する。第２の実施の形態が、第１
の実施の形態と異なるところは、静止衛星受信部を定期
的に動作させる間欠受信制御部を設けた点である。
【００３８】静止衛星は、衛星の移動に伴うドップラー
シフト周波数が発生しないので、追尾した際の周波数が
水晶発振器のオフセット周波数となる。立ちあがり時に
衛星選択部６では、その時点における水晶発振器のオフ
セット周波数が推定できれば良い。オフセット周波数
は、主に温度の変動にあわせて徐々に変動するため、常
にオフセット周波数を測定し続ける必要はなく、定期的
に測定すればよい。そこで間欠受信制御部８では、あら
かじめ定めた時間間隔で静止衛星受信部７を起動して、
オフセット周波数を測定することにより、静止衛星受信
部７が動作することで消費されるバックアップ電源を削
減することができる。
【００３９】上記のように、本発明の第２の実施の形態
では、ＧＰＳ受信機を、あらかじめ定めた時間間隔で静
止衛星受信部を起動して、オフセット周波数を測定する
構成としたので、バックアップ電源の消費電力を削減で
きる。
【００４０】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態は、オフセット周波数の変化率を定期的に測定記
憶し、メイン電源が投入された際に、経過時間とオフセ
ット周波数の変化率に基づいてオフセット周波数を推定
するＧＰＳ受信機である。
【００４１】図３は、本発明における第３の実施の形態
のＧＰＳ受信機の構成を示す概略機能ブロック図であ
る。なお、第２の実施の形態と同一の部分については、
その詳細な説明は省略する。第３の実施の形態が、第２
の実施の形態と異なるところは、測定したオフセット周
波数と静止衛星の信号を受信する間隔に基づいて、オフ
セット周波数の変化率を求めるオフセット推定部を設け
た点である。
【００４２】水晶発振器のオフセット周波数は、経年変
化と温度により変動する。経年変化によるオフセット周
波数は、時間的にほとんど変化はないので、静止衛星受
信部７で測定したオフセット周波数の変化は、温度変化
によるオフセット周波数の変化となる。また、間欠受信
間隔から、オフセット周波数の変化量（傾き）を求める
ことができる。水晶発振器の特性により、温度変化に対
してオフセット周波数がリニアに変化しない場合もある
が、短時間に限定した場合には、温度変化（時間変化）
とオフセット周波数が比例関係にあると仮定しても問題
ない。
【００４３】オフセット周波数は、前回測定したオフセ
ット周波数とその傾き、および時間により推定すること
ができる。そこで、オフセット推定部９では、静止衛星
受信部７で定期的に測定したオフセット周波数とその測
定時間間隔からオフセット周波数の変化率を定期的に測
定し、測定したオフセット周波数、測定時刻、オフセッ
ト周波数変化率を記憶する。メイン電源が投入された際
は、オフセット周波数を測定した時刻からの経過時間と
オフセット周波数の変化率から推定される変化量と、最
後に測定したオフセット周波数から電源投入時のオフセ
ット周波数を精度よく推定することができる。つまり、
静止衛星受信部７で衛星を受信する間隔を長くしても精
度よくオフセット周波数を推定でき、消費されるバック
アップ電源を削減することができる。
【００４４】上記のように、本発明の第３の実施の形態
では、ＧＰＳ受信機を、オフセット周波数の変化率を定
期的に測定記憶し、メイン電源が投入された際に、経過
時間とオフセット周波数の変化率に基づいてオフセット
周波数を推定する構成としたので、精度よくオフセット
周波数を推定でき、バックアップ電源の消費電力も削減
できる。
【００４５】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
の形態は、オフセット周波数の変化量が小さくなってき
た場合は、間欠受信間隔を長くするＧＰＳ受信機であ
る。
【００４６】図４は、本発明における第４の実施の形態
のＧＰＳ受信機の構成を示す概略図である。なお、第３
の実施の形態と同一の部分については、その詳細な説明
は省略する。第４の実施の形態が、第３の実施の形態と
異なるところは、間欠受信制御部の間欠時間を制御する
間欠間隔制御部を設けた点である。
【００４７】すでに説明したように、水晶発振器のオフ
セット周波数は経年変化と温度変化により変動する。経
年変化の変動は、非常に長い周期で変化しており、短時
間では大きく変動しない。反対に、発振器の温度変化に
より短時間にオフセット周波数が変化する。メイン電源
が落とされてから短時間は、水晶発振器の温度は急激な
変化を示すと考えられるが、最終的にはある温度（外気
温）に落ち着き、その後は外気温の変化に合わせて変化
する。従って水晶発振器のオフセット周波数も、初めの
短期間の変化は温度変化に合わせて、変動が激しいと考
えられるが、温度がある一定値に落ち着いた以降は、オ
フセット周波数についても大きな変動は発生しない。つ
まりオフセット周波数の変化が小さいために、オフセッ
ト周波数の測定間隔を長くしたとしても、オフセット推
定部９での推定精度は大きく変わらない。
【００４８】そこで、間欠間隔制御部10では、オフセッ
ト推定部９で求めたオフセット周波数の変化量をもと
に、変化量が小さくなってきた場合は、間欠受信制御部
８の間欠受信間隔を長くするように制御することによ
り、消費されるバックアップ電源を削減することができ
る。
【００４９】上記のように、本発明の第４の実施の形態
では、ＧＰＳ受信機を、オフセット周波数の変化量が小
さくなってきた場合は、間欠受信間隔を長くする構成と
したので、バックアップ電源の消費電力を削減できる。
【００５０】（実施の形態５）本発明の第５の実施の形
態は、水晶発振器のオフセット周波数を推定できていな
いと判定した場合は、中心周波数を総てのチャンネルで
異なる値として、総てのチャンネルで静止衛星を走査す
るＧＰＳ受信機である。
【００５１】図５は、本発明における第５の実施の形態
のＧＰＳ受信機の構成を示す概略図である。なお、第１
の実施の形態と同一の部分については、その詳細な説明
は省略する。第５の実施の形態が、第１の実施の形態と
異なるところは、静止衛星受信部で測定した水晶発振器
のオフセット周波数測定結果の有効／無効を判定する誤
差推定判定部を設けた点である。
【００５２】すでに説明したように、静止衛星受信部７
では、ビルや駐車場により静止衛星と受信機の間に遮蔽
物がある場合、静止衛星の信号を受信することは難し
い。その結果、オフセット周波数を推定できないため
に、広い範囲の周波数を走査する必要がある。
【００５３】ところで静止衛星は、地球に対して静止し
ている関係であるため、衛星の移動の伴うドップラー効
果による周波数の変化が存在しない。したがって、静止
衛星の信号を受信する場合、その走査範囲はオフセット
周波数のみで良い。また、ＧＰＳ広域補強システムとし
て使用される静止衛星からは、ＧＰＳと同じ周波数の搬
送波で送信されるため、基本的なハードウェア構成は同
一にできる。検波部のすべてのチャンネルにおいて、Ｍ
ＳＡＳ等の静止衛星を受信できる。
【００５４】そこで、誤差推定判定部11では、水晶発振
器のオフセット周波数を推定できていないと判定した場
合は、検波部の総てのチャンネルで、静止衛星をまず走
査するものとし、走査する中心周波数を総てのチャンネ
ルで異なる値とする。１チャンネルでも静止衛星を受信
することができれば、水晶発振器のオフセット周波数を
測定することができる。オフセット周波数の測定後は、
オフセット周波数と各衛星の軌道情報から算出した予測
ドップラーシフト周波数を加算した周波数を走査の中心
とすることにより、余分な周波数走査を行うことなく衛
星を受信することができる。
【００５５】上記のように、本発明の第５の実施の形態
では、ＧＰＳ受信機を、水晶発振器のオフセット周波数
を推定できていないと判定した場合は、中心周波数を総
てのチャンネルで異なる値として、総てのチャンネルで
静止衛星を走査する構成としたので、最短時間で静止衛
星の信号を受信してオフセット周波数を求めることがで
きる。
【００５６】（第６の実施の形態）本発明の第６の実施
の形態は、静止衛星の信号レベルを一定期間測定するこ
とにより、受信機毎の基準信号レベルを決定するＧＰＳ
受信機である。
【００５７】図６は、本発明における第６の実施の形態
のＧＰＳ受信機の構成を示す概略図である。なお、第１
の実施の形態と同一の部分については、その詳細な説明
は省略する。第６の実施の形態が、第１の実施の形態と
異なるところは、静止衛星受信部で測定した信号レベル
を長時間測定することにより、静止衛星の基準信号レベ
ルを決定する基準信号レベル測定部を設けた点である。
【００５８】静止衛星は、受信機が大きく移動しない限
り、その方位や仰角は一定となる。そのため、静止衛星
の信号レベルもほぼ一定値を示す。そこで、基準信号レ
ベル測定部12では、静止衛星の信号レベルを一定期間測
定することにより、受信機毎の基準信号レベルを決定す
ることができる。基準信号レベルが明らかに小さな場合
や変動が大きな場合には、アンテナや受信機に何らかの
異常があると判断することができる。異常がある場合に
は、上位装置に異常状態であることを出力することによ
り、故障判断をすばやくすることができ、異常状態を短
縮することができる。
【００５９】上記のように、本発明の第６の実施の形態
では、ＧＰＳ受信機を、静止衛星の信号レベルを一定期
間測定することにより、受信機毎の基準信号レベルを決
定する構成としたので、アンテナや受信機に何らかの異
常があることをすばやく判断できる。
【００６０】（第７の実施の形態）本発明の第７の実施
の形態は、測定した基準信号レベルに基づいて、信号検
出の判定を行うしきい値を決定するＧＰＳ受信機であ
る。
【００６１】図７は、本発明における第７の実施の形態
のＧＰＳ受信機の構成を示す概略図である。なお、第６
の実施の形態と同一の部分については、その詳細な説明
は省略する。第７の実施の形態が、第６の実施の形態と
異なるところは、基準信号レベル測定部で測定した基準
信号レベルに基づいて、検波部における信号検出の判定
を行うしきい値を決定する信号検出しきい値制御部を設
けた点である。
【００６２】すでに説明したように、衛星から送信され
る信号はＰＲＮ符号で拡散されており、受信機では同じ
ＰＲＮ符号を位相を合わせて逆拡散することにより、信
号を復調することができる。しかしながら、最初に衛星
を受信しようとする場合は、ＰＲＮ符号の位相はまった
く分からない状態であるため、ある走査ピッチで位相を
ずらして逆拡散し、基準の値以上の相関値が出力される
か否かで信号検出を判定する。その判定に用いる基準値
を、信号検出しきい値と呼ぶ。理論的には位相が一致し
た場合の相関値と、そうでない場合の相関値の比は、約
1024対60以下となり、また±１チップ以内の位相ずれの
場合は、その位相ずれ量に比例して相関値が変化する。
例えば、位相が±１／２チップ以内で信号検出とする場
合は、最大相関値の１／２を信号検出しきい値と理論的
には設定することができる。
【００６３】しかしながら、実衛星を受信する際は、信
号や受信機のノイズ、アンテナの指向性等の影響を考慮
して信号検出しきい値を決定する必要がある。例えば、
信号決定しきい値が小さすぎる場合は、ノイズでしきい
値を超えてしまう場合があり、誤検出を多く繰り返して
しまう可能性がある。また、反対にしきい値が大きすぎ
る場合は、信号レベルが小さくなる仰角の低い衛星を受
信できなくなってしまう可能性がある。
【００６４】基準信号レベルと信号検出しきい値の関係
について、あらかじめ複数の条件下で基準信号レベルを
測定し、その基準信号レベルでの最適な信号検出しきい
値との関係を調査し、その関係を記憶しておく。信号検
出しきい値制御部13では、あらかじめ記憶しておいた基
準信号レベルと信号検出しきい値との関係から、測定し
た基準信号レベルを用いて、最適な信号検出レベルを決
定することができる。上記のように、本発明の第７の実
施の形態では、ＧＰＳ受信機を、測定した基準信号レベ
ルに基づいて、信号検出の判定を行うしきい値を決定す
る構成としたので、最適な信号検出レベルを決定でき
る。
【００６５】（第８の実施の形態）本発明の第８の実施
の形態は、測定した基準信号レベルに基づいて、ＧＰＳ
衛星が測位計算に使用できるか否かの判定を行うＧＰＳ
受信機である。
【００６６】図８は、本発明における実施の形態８のＧ
ＰＳ受信機の構成を示す概略機能ブロック図である。な
お、第６の実施の形態と同一の部分については、その詳
細な説明は省略する。第８の実施の形態が、第６の実施
の形態と異なるところは、基準信号レベル測定部で測定
した基準信号レベルに基づいて、受信したＧＰＳ衛星を
測位計算に使用可能か不可能かの判定を行う、ＧＰＳ衛
星測位使用判定部を設けた点である。
【００６７】ビル街などでは、ＧＰＳ衛星からの信号が
反射し、その反射波に追尾してしまい、その結果測位結
果の誤差が大きく出力されてしまう場合がある。そこ
で、静止衛星の信号レベルはほぼ変動しないことから、
基準信号レベル測定部12で測定した基準信号レベルを基
に、各衛星の位置から求めた方位と仰角およびアンテナ
の指向性から各衛星を受信した際の信号レベルを推定す
ることができる。
【００６８】ところで、ビル等に反射した信号に追尾し
た場合は、直接波を受信した場合と比較して、信号レベ
ルは小さな値となる傾向がある。そこでＧＰＳ衛星測位
使用判定部14では、推定した信号レベルと実際に測定し
た信号レベルが明らかに異なる場合は、その受信した信
号は、直接波ではないと判定し、衛星を測位計算に使用
することを禁止し、直接波以外の信号を測位計算に使用
することを防ぐことができる。
【００６９】上記のように、本発明の第８の実施の形態
では、ＧＰＳ受信機を、測定した基準信号レベルに基づ
いて、ＧＰＳ衛星が測位計算に使用できるか否かの判定
を行う構成としたので、直接波以外の信号を測位計算に
使用することを防ぐことができる。
【００７０】（第９の実施の形態）本発明の第９の実施
の形態は、測定した基準信号レベルに基づいて、静止衛
星が測位計算に使用できるか否かの判定を行うＧＰＳ受
信機である。
【００７１】図９は、本発明における第９の実施の形態
のＧＰＳ受信機の構成を示す概略機能ブロック図であ
る。なお、第６の実施の形態と同一の部分については、
その詳細な説明は省略する。第９の実施の形態が、第６
の実施の形態と異なるところは、基準信号レベル測定部
で測定した基準信号レベルに基づいて、静止衛星が測位
計算に使用可能か不可能かの判定を行う、静止衛星測位
使用判定部を設けた点である。
【００７２】静止衛星は、他のＧＰＳ衛星と同様に測位
計算に使用することができるが、ＧＰＳ衛星と同じよう
に、反射波を受信してしまう場合がある。つまり、静止
衛星を使用することによって、かえって測位精度を劣化
させてしまう可能性がある。
【００７３】ところで、静止衛星の場合においても、ビ
ル等に反射した信号に追尾した場合は、直接波を受信し
た場合と比較して、明らかにその信号レベルは小さな値
となる。そこで静止衛星測位使用判定部15では、基準信
号レベル測定部12で測定した基準信号レベルとその瞬間
に測定した静止衛星の信号レベルを比較して、明らかに
異なる場合は、受信中の静止衛星が反射波であると判定
することができ、異常な静止衛星を測位計算に使用する
ことを防ぐことができる。
【００７４】上記のように、本発明の第９の実施の形態
では、ＧＰＳ受信機を、測定した基準信号レベルに基づ
いて、静止衛星が測位計算に使用できるか否かの判定を
行う構成としたので、反射波を測位計算に使用すること
を防ぐことができる。
【００７５】（第１０の実施の形態）本発明の第１０の
実施の形態は、測定した時刻情報を用いて、航法メッセ
ージの先頭データを走査する範囲を限定するＧＰＳ受信
機である。
【００７６】図１０は、本発明における第１０の実施の
形態のＧＰＳ受信機の構成を示す概略機能ブロック図で
ある。なお、第１の実施の形態と同一の部分について
は、その詳細な説明は省略する。第１０の実施の形態
が、第１の実施の形態と異なるところは、静止衛星受信
部で測定した時刻情報を用いて、航法メッセージ受信部
における航法メッセージの先頭データを走査する範囲を
限定する航法メッセージ時刻推定部を設けた点である。
【００７７】ＧＰＳ受信機では、測位位置を算出するた
め、衛星の送信時刻を正確に測定しなければならない。
衛星の送信時刻は、航法メッセージに６秒単位で時刻が
格納されている。また６秒以下で20ｍsec単位の時刻
は、航法メッセージの先頭からのデータビット数をカウ
ントすることで求められる。さらに、20ｍsec以下で１
ｍsec単位の時刻は、データビットのエッジからのＰＲ
Ｎ符号発生回数で求め、それ以下の時刻はＰＲＮ符号の
位相で算出する。
【００７８】したがって、各衛星の送信時刻は、航法メ
ッセージを受信しなければ得ることができない。航法メ
ッセージは、300bit毎のサブフレームと呼ばれる単位で
送信され、その周期は６秒であり、サブフレームの先頭
に６秒単位の時刻が格納されている。サブフレームを受
信するためには、サブフレームの先頭に格納されている
８bitの同期検出パターンを検出する必要がある。ま
た、検出したサブフレームの有効を判定する必要があ
り、例えば、300bit後に次のサブフレームの同期検出パ
ターンが格納されていることを確認しようとすると、約
７秒必要となってしまう。
【００７９】ところで、静止衛星から送られるデータに
も時刻データが含まれている。また、概略の受信機位置
から静止衛星までの距離を求めることにより、静止衛星
の信号に含まれる現在時刻から、その伝播時間を逆算す
ると、おおよその現在時刻を算出することができる。Ｇ
ＰＳ衛星から送信されるサブフレームの先頭は、ＧＰＳ
時刻系に同期して６秒毎に送られてくる。航法メッセー
ジ時刻推定部16では、受信機の概略位置および衛星位置
から、サブフレーム先頭を受信する時刻を算出する。静
止衛星から推定した現在時刻を用いて、先頭に格納され
ている同期検出パターンを走査することにより、同期検
出パターンを誤検出することなくサブフレーム先頭を検
出することができる。
【００８０】上記のように、本発明の第１０の実施の形
態では、ＧＰＳ受信機を、測定した時刻情報を用いて、
航法メッセージの先頭データを走査する範囲を限定する
構成としたので、正確にサブフレーム先頭を検出するこ
とができる。
【００８１】（第１１の実施の形態）本発明の第１１の
実施の形態は、メイン電源がオフの間に静止衛星の信号
を受信して、現在時刻を推定するＧＰＳ受信機である。
【００８２】図１１は、本発明における第１１の実施の
形態のＧＰＳ受信機の構成を示す概略機能ブロック図で
ある。なお、第１の実施の形態と同一の部分について
は、その詳細な説明は省略する。第１１の実施の形態
が、第１の実施の形態と異なるところは、メイン電源が
オフの間に静止衛星の信号を受信して、現在時刻を推定
する時刻推定部を設けた点である。
【００８３】ＭＳＡＳ等で使用される静止衛星からは、
詳細な時刻情報があわせて送られてくる。受信機では、
その時刻情報を受信することにより、その情報を送信し
た正確な時刻を算出することができる。さらに、静止衛
星の位置を算出し、受信機から静止衛星までの距離を求
め、その伝播時間を算出し、すでに求めた静止衛星の送
信時刻に、その伝播時間を加算することにより、受信し
た瞬間の受信機の時刻を算出することができる。
【００８４】すでに説明したように、ＧＰＳ受信機で位
置を測定するためには、３衛星以上を同時に受信し、か
つ、それぞれの衛星の正確な送信時刻を算出する必要が
ある。しかしながら、正確な時刻を算出するためには、
衛星から送信される航法メッセージを受信しなければな
らない。衛星の送信時刻は、航法メッセージに６秒単位
で時刻が格納されている。また、６秒以下で20ｍsec単
位の時刻は、航法メッセージの先頭からのデータビット
数をカウントすることで求められる。さらに、20ｍsec
以下で１ｍsec単位の時刻は、データビットのエッジか
らのＰＲＮ符号発生回数で求め、それ以下の時刻は、Ｐ
ＲＮ符号の位相で算出する。したがって、20ｍsec単位
以上の時刻は、６秒に１回の航法メッセージの先頭を受
信しなければならないが、１ｍsec単位の時刻は、50bps
で送信される航法メッセージのビットエッジを検出する
ことにより判明する。
【００８５】ところで、ＧＰＳ衛星は、地球上を高度約
20,000ｋｍで周回する衛星である。地球上のある点で、
衛星を受信できる場合は、その衛星と受信機までの距離
は、約20,000ｋｍ〜25,300ｋｍの範囲となる。
【００８６】そこで、データビットエッジを検出して、
１ｍsec単位の送信時刻が確定している場合において
は、まず時刻推定部17で、静止衛星の送信時刻とその伝
播時間から求めた受信機時刻を用いて、受信機の時刻を
推定する。推定した時刻の20ｍsec単位以上の時刻を基
に、推定した受信機の時刻と各衛星の送信時刻の差が、
20,000ｋｍ〜23,500ｋｍの範囲に入るように、各衛星の
送信時刻の20ｍsec単位の時刻を推定する。20ｍsec間の
電波伝播時間は約6,000ｋｍであるので、伝播時刻が20,
000ｋｍ〜23,500ｋｍの範囲に入る時刻は、正確に推定
することができる。その結果、６秒単位で送信される航
法メッセージの先頭を受信することなく、20ｍsec単位
のデータビットエッジを検出するだけで、送信時刻を算
出することができる。
【００８７】上記のように、本発明の第１１の実施の形
態では、ＧＰＳ受信機を、メイン電源がオフの間に静止
衛星の信号を受信して、現在時刻を推定する構成とした
ので、正確に現在時刻を算出できる。
【００８８】（第１２の実施の形態）本発明の第１２の
実施の形態は、静止衛星から推定した現在時刻と、測位
演算を行うことにより求めた現在時刻とを比較して、異
常を判定するＧＰＳ受信機である。
【００８９】図１２は、本発明における第１２の実施の
形態のＧＰＳ受信機の構成を示す概略機能ブロック図で
ある。なお、第１の実施の形態と同一の部分について
は、その詳細な説明は省略する。第１２の実施の形態
が、第１１の実施の形態と異なるところは、静止衛星か
ら推定した現在時刻と、測位演算を行うことにより求め
た現在時刻とを比較して、異常を判定する現在時刻異常
判定部を設けた点である。
【００９０】測位部３では、各衛星を中心とし、受信機
までの伝播時間を半径とした球の方定式を立て、その連
立方程式を解くことにより、受信機の位置を算出する。
この際、受信機の時刻が１つの未知数になり、受信機の
位置を算出することにより、同時に現在時刻についても
求めることができる。
【００９１】当然のことながら、何らかの異常データに
より、算出した位置が真の位置から大きくずれた場合
は、解の１つである現在時刻もずれてしまう。
【００９２】そこで、現在時刻異常判定部18では、位置
を算出することにより求めた時刻と、時刻推定部17で推
定した現在時刻とを比較し、明らかに異なる場合は、算
出した位置についても異常と判定する。
【００９３】上記のように、本発明の第１２の実施の形
態では、ＧＰＳ受信機を、静止衛星から推定した現在時
刻と、測位演算を行うことにより求めた現在時刻とを比
較して、異常を判定する構成としたので、位置について
も異常を判定できる。
【００９４】（第１３の実施の形態）本発明の第１３の
実施の形態は、静止衛星から推定した現在時刻とＧＰＳ
衛星の時刻を比較するＧＰＳ受信機である。
【００９５】図１３は、本発明における第１３の実施の
形態のＧＰＳ受信機の構成を示す概略機能ブロック図で
ある。なお、第１の実施の形態と同一の部分について
は、その詳細な説明は省略する。第１３の実施の形態
が、第１の実施の形態と異なるところは、静止衛星から
推定した現在時刻とＧＰＳ衛星の時刻を比較する送信時
刻比較部を設けた点である。
【００９６】すでに説明したように、静止衛星からは時
刻情報が送信されている。あるタイミングでＧＰＳ受信
機が静止衛星を受信した場合、受信した時刻情報から求
められる時刻は、その時刻情報を送信した時刻であり、
測定したタイミングから伝播時間分だけ以前の時刻であ
る。同様に、各ＧＰＳ衛星からも時刻情報が送信されて
おり、測定したタイミングから伝播時間分以前の時刻が
得られる。
【００９７】したがって、静止衛星とＧＰＳ衛星の時刻
を測定したタイミングが同じ場合、それぞれの測定した
送信時刻は、その伝播時間分だけずれることとなる。つ
まり、測定した送信時刻の差分時間と、受信機位置と衛
星位置から算出した距離の差から求めた時間は一致す
る。したがって、送信時刻比較部19では、各衛星の送信
時刻の差分時間と受信機位置と衛星位置から算出した距
離の差を光速で割って求めた伝播時間差を比較して、明
らかに異なる場合は、反射波等の影響による異常時刻と
判定することができる。
【００９８】上記のように、本発明の第１３の実施の形
態では、ＧＰＳ受信機を、静止衛星から推定した現在時
刻とＧＰＳ衛星の時刻を比較する構成としたので、反射
波等の影響による異常時刻を判定することができる。
【００９９】（第１４実施の形態）本発明の第１４実施
の形態は、測位部で算出した位置の異常を判定するＧＰ
Ｓ受信機である。
【０１００】図１４は、本発明における第１４の実施の
形態の構成を示す概略機能ブロック図である。なお、第
１の実施の形態と同一の部分については、その詳細な説
明は省略する。第１４の実施の形態が、第１の実施の形
態と異なるところは、測位部で算出した位置の異常を判
定する測位結果判定部を設けた点である。
【０１０１】測位部３では、各衛星の位置を中心とし
て、測定した受信機と衛星の距離を半径とした球を考
え、４つ以上の衛星について球の連立方程式を立てる。
４衛星以上必要なのは、測位結果として求める未知数と
して３次元の位置と、受信機と衛星の距離を測定する上
での受信機時刻誤差の４つ未知数があるためである。
【０１０２】この連立方程式の解は、２点求まるが、１
点は地球上ではなく宇宙空間上になり、明らかに異常と
判定できるために、地球上の位置を算出することが出来
る。
【０１０３】また、受信可能衛星が３衛星しかない場合
は、地球の中心を仮衛星として４番目の衛星を仮定して
位置を算出することができるが、この場合は地球上に２
点解が表れてしまう。この場合は、ＧＰＳ受信機の初期
位置に近い方を解とすることができるが、何らかの原因
により初期位置が異常状態の場合には、測位結果として
大きく異なる値を出力する可能性がある。
【０１０４】ところで、特定の静止衛星は地球上の特定
の範囲でしか受信することはできない。したがって、そ
の静止衛星を受信できた場合、受信機が存在する位置は
地球上の限定された位置となる。そこで、測位結果判定
部20では、算出した位置がその静止衛星を受信可能か判
定することにより、異常な位置を外部に出力することな
く、信頼性を向上することができる。
【０１０５】上記のように、本発明の第１４の実施の形
態では、ＧＰＳ受信機を、測位部で算出した位置の異常
を判定する構成としたので、異常な位置を外部に出力す
ることなく、信頼性を向上することができる。
【０１０６】（第１５の実施の形態）本発明の第１５の
実施の形態は、測位結果判定部で測位結果を異常と判定
した場合に、測位部の初期値を与えるＧＰＳ受信機であ
る。
【０１０７】図１５は、本発明における第１５の実施の
形態の構成を示す概略機能ブロック図である。なお、第
１４の実施の形態と同一の部分については、その詳細な
説明は省略する。第１５の実施の形態が、第１４の実施
の形態と異なるところは、測位結果判定部で測位結果を
異常と判定した場合に、測位部の初期値を与える初期位
置推定部を設けた点である。
【０１０８】測位部では、受信機の位置を算出するため
には、４つ以上の衛星について球の方程式を立て、その
位置を算出する。しかしながら、２次元の連立方程式と
なるために位置の算出が複雑となってしまう。したがっ
て、球の連立方程式の解を仮定して、その解について一
次連立方程式に近似し、仮定した解からの誤差について
収束計算させるのが一般的である。このような解法で
は、必ず初期位置が必要であり、また初期値が真の位置
から遠い場合は収束までに時間が必要であったり間違え
た位置に収束してしまう可能性がある。
【０１０９】そこで、測位結果判定部20で測位結果を異
常と判定した場合や、何らかの原因で初期位置が不定状
態になった場合に、初期値推定部21で受信できる静止衛
星によりあらかじめ定められた初期位置を設定すること
とする。例えば、ＭＳＡＳを受信した場合には、初期位
置を東京にするようにあらかじめ規定しておく。その結
果、初期位置をすばやく設定することにより、異常状態
からの復帰を短縮することができる。
【０１１０】上記のように、本発明の第１５の実施の形
態では、ＧＰＳ受信機を、測位結果判定部で測位結果を
異常と判定した場合に、測位部の初期値を与える構成と
したので、異常状態からの復帰を短縮することができ
る。
【０１１１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
では、ＧＰＳ受信機を、複数のチャンネルを持つ検波部
と、ＧＰＳ衛星から送信された信号を検波部で復調して
得た航法メッセージの内容を解析する航法メッセージ受
信部と、受信した航法メッセージ等から受信機位置情報
を得る測位部と、航法メッセージや受信機位置情報を保
存するバックアップ部と、受信機位置情報および航法メ
ッセージの軌道情報と概略時刻等から受信可能なＧＰＳ
衛星を選択するとともにＧＰＳ衛星の移動によるドップ
ラー周波数と発振器のオフセット周波数を加算した周波
数を走査中心周波数として検波部の各チャンネルに設定
する衛星選択部と、ＧＰＳ広域補強用の静止衛星の信号
を受信する静止衛星受信部と、メイン電源がオフの場合
に静止衛星受信部を動作させるバックアップ電源と、メ
イン電源がオフの場合にも静止衛星の信号を受信するこ
とにより発振器のオフセット周波数を測定する手段と、
メイン電源を投入した際に衛星選択部においてオフセッ
ト周波数に基づいて正確な走査中心周波数を設定する手
段とを備えた構成としたので、常に発振器の誤差を測定
して各衛星の走査中心周波数を設定でき、低精度の発振
器を使用した場合でも、電源ＯＮからの立ち上がり時間
を短縮できるという効果が得られる。
【０１１２】さらに、メイン電源がオフの場合に一定間
隔で静止衛星受信部が動作するように制御する間欠受信
制御部を設けたので、バックアップ電源の消費量を削減
できるという効果が得られる。
【０１１３】さらに、メイン電源がオフの場合に間欠受
信制御部により定期的に静止衛星受信部を動作させ、静
止衛星受信部で測定したオフセット周波数に基づいてオ
フセット周波数の変化率を測定するオフセット推定部
と、静止衛星受信部で最後に測定したオフセット周波数
およびオフセット周波数の変化率と最後にオフセット周
波数を測定した時刻からの経過時間を用いて電源投入時
のオフセット周波数を推定する手段とを設けたので、静
止衛星を受信する間隔を長くでき、バックアップ電源の
消費量を削減できるという効果が得られる。
【０１１４】さらに、オフセット推定部で求めたオフセ
ット周波数の変化率から間欠受信制御部の受信間隔を制
御する間欠間隔制御部と、オフセット周波数の変化率が
小さくなった場合や静止衛星を受信できない場合は受信
間隔を長くし変化率が大きな場合は受信間隔を短くする
よう制御する手段とを設けたので、バックアップ電源の
消費量を削減できるという効果が得られる。
【０１１５】さらに、停止中の発振器誤差によるオフセ
ット周波数の監視状態を判定する誤差推定判定部と、発
振器のオフセットを推定できないと判定した場合は衛星
選択部において検波部に設定する衛星をすべてのチャン
ネルで静止衛星とするとともに走査周波数の初期値をす
べてのチャンネルで異なる値として静止衛星の信号を受
信して発振器のオフセット周波数を測定する手段とを設
けたので、余計な周波数走査を行うことなく衛星を受信
できるという効果が得られる。
【０１１６】さらに、静止衛星受信部で受信した静止衛
星の信号レベルを長時間測定して基準となる信号レベル
を求める基準信号レベル測定部と、受信感度が悪い場合
はユーザに警告を発する手段とを設けたので、アンテナ
や受信機に何らかの異常があることをすばやく判断でき
るという効果が得られる。
【０１１７】さらに、基準信号レベル測定部で求めた静
止衛星の基準信号レベルとアンテナの指向性からＧＰＳ
衛星の信号検出しきい値を決定する信号検出しきい値制
御部と、アンテナの設置条件等に影響されない最適なス
レッショルドレベルを設定する手段とを設けたので、外
部の受信環境が異なる状況においても、基準信号レベル
から最適な信号検出しきい値を設定することができ、安
定にＧＰＳ衛星を受信することができるという効果が得
られる。
【０１１８】さらに、基準信号レベル測定部で求めた静
止衛星の基準信号レベルと、受信したＧＰＳ衛星の信号
レベルとを比較して、位置算出に使用するか否かを判定
するＧＰＳ衛星測位使用判定部を設けたので、異常な衛
星信号を測位計算から除いて、測位精度の劣化を防ぐこ
とができるという効果が得られる。
【０１１９】さらに、基準信号レベル測定部で求めた静
止衛星の信号強度を記憶し、新たに電源投入した際に、
受信した静止衛星の信号強度と比較し、著しくその信号
強度が異なる場合は、反射等を受信したと判定して、位
置算出に静止衛星を用いないように判定する静止衛星測
位使用判定部を設けたので、静止衛星の反射波を測位計
算から除いて、測位精度の劣化を防ぐことができるとい
う効果が得られる。
【０１２０】さらに、静止衛星受信部で受信した静止衛
星の時刻情報をもとに、ＧＰＳ衛星から送信されるデー
タの先頭識別パターン（プリアンブルパターン）の走査
範囲を限定する航法メッセージ時刻推定部を設けたの
で、プリアンブルパターンを誤検出することなくデータ
をすばやく収集できるという効果が得られる。
【０１２１】さらに、静止衛星受信部においてメイン電
源がオフの場合に静止衛星を受信することにより判明す
る時刻を用いて現在時刻を推定する時刻推定部を設けた
ので、各衛星のフレームデータを検出せずに測位計算で
きるという効果が得られる。
【０１２２】さらに、静止衛星受信部でＧＰＳ広域補強
用の静止衛星を受信して受信した時刻情報を基にＧＰＳ
時刻を推定する現在時刻異常判定部を設けたので、異常
な測位結果を判定して信頼性を向上させることができる
という効果が得られる。
【０１２３】さらに、静止衛星から受信した時刻情報と
ＧＰＳ衛星の時刻情報との差を求める送信時刻比較部
と、概略受信機位置から静止衛星までの距離および各Ｇ
ＰＳ衛星までの距離をそれぞれ求める手段と、距離差を
光速で割って各伝播時間差を求める手段と、送信時刻比
較部で求めた送信時刻差と伝播時間差が明らかに異なる
場合は反射波やマルチパス等の影響を受けた衛星を判定
して位置算出計算への使用を防ぐことにより精度劣化を
防止する手段とを設けたので、静止衛星とＧＰＳ衛星の
送信時刻差から反射等の異常衛星信号を検出して測位精
度の劣化を防止できるという効果が得られる。
【０１２４】さらに、静止衛星受信部で受信した静止衛
星の位置を用いて測位部で算出した位置の有効／無効を
判定する測位結果判定部を設けたので、出力する位置情
報の信頼性を向上させることができるという効果が得ら
れる。
【０１２５】さらに、測位結果を異常と判定した場合や
初期位置が何らかの原因により不定の状態において、受
信可能な静止衛星によって初期位置を新たに設定する初
期位置推定部を設けたので、すばやく異常状態から復帰
できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるＧＰＳ受信
機の概略機能ブロック図、
【図２】本発明の第２の実施の形態におけるＧＰＳ受信
機の概略機能ブロック図
【図３】本発明の第３の実施の形態におけるＧＰＳ受信
機の概略機能ブロック図
【図４】本発明の第４の実施の形態におけるＧＰＳ受信
機の概略機能ブロック図
【図５】本発明の第５の実施の形態におけるＧＰＳ受信
機の概略機能ブロック図
【図６】本発明の第６の実施の形態におけるＧＰＳ受信
機の概略機能ブロック図
【図７】本発明の第７の実施の形態におけるＧＰＳ受信
機の概略機能ブロック図
【図８】本発明の第８の実施の形態におけるＧＰＳ受信
機の概略機能ブロック図
【図９】本発明の第９の実施の形態におけるＧＰＳ受信
機の概略機能ブロック図
【図１０】本発明の第１０の実施の形態におけるＧＰＳ
受信機の概略機能ブロック図
【図１１】本発明の第１１の実施の形態におけるＧＰＳ
受信機の概略機能ブロック図
【図１２】本発明の第１２の実施の形態におけるＧＰＳ
受信機の概略機能ブロック図
【図１３】本発明の第１３の実施の形態におけるＧＰＳ
受信機の概略機能ブロック図
【図１４】本発明の第１４の実施の形態におけるＧＰＳ
受信機の概略機能ブロック図
【図１５】本発明の第１５の実施の形態におけるＧＰＳ
受信機の概略機能ブロック図
【図１６】従来のＧＰＳ受信機の概略機能ブロック図で
ある。
【符号の説明】
１ アンテナ ２ 検波部 ３ 測位部 ４ 航法メッセージ受信部 ５ バックアップ部 ６ 衛星選択部 ７ 静止衛星受信部 ８ 間欠受信制御部 ９ オフセット推定部 10 間欠間隔制御部 11 誤差推定判定部 12 基準信号レベル測定部 13 信号検出しきい値制御部 14 ＧＰＳ衛星測位使用判定部 15 静止衛星測位使用判定部 16 航法メッセージ時刻推定部 17 時刻推定部 18 現在時刻異常判定部 19 送信時刻比較部 20 測位結果判定部 21 初期位置推定部

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のチャンネルを持つ検波部と、ＧＰ
    Ｓ衛星から送信された信号を前記検波部で復調して得た
    航法メッセージの内容を解析する航法メッセージ受信部
    と、受信機位置情報を得る測位部と、前記航法メッセー
    ジや前記受信機位置情報を保存するバックアップ部と、
    前記受信機位置情報および前記航法メッセージの軌道情
    報と概略時刻から受信可能なＧＰＳ衛星を選択するとと
    もに前記ＧＰＳ衛星の移動によるドップラー周波数と発
    振器のオフセット周波数を加算した周波数を走査中心周
    波数として前記検波部の各チャンネルに設定する衛星選
    択部と、ＧＰＳ広域補強用の静止衛星の信号を受信する
    静止衛星受信部と、メイン電源がオフの場合に前記静止
    衛星受信部を動作させるバックアップ電源と、前記メイ
    ン電源がオフの場合にも前記静止衛星の信号を受信する
    ことにより前記発振器のオフセット周波数を測定する手
    段と、前記メイン電源を投入した際に前記衛星選択部に
    おいて前記オフセット周波数に基づいて走査中心周波数
    を設定する手段とを備えたことを特徴とするＧＰＳ受信
    機。
  2. 【請求項２】 前記メイン電源がオフの場合に一定間隔
    で前記静止衛星受信部が動作するように制御する間欠受
    信制御部を設けたことを特徴とする請求項１記載のＧＰ
    Ｓ受信機。
  3. 【請求項３】 前記メイン電源がオフの場合に前記間欠
    受信制御部により定期的に前記静止衛星受信部を動作さ
    せ、前記静止衛星受信部で測定したオフセット周波数に
    基づいて前記オフセット周波数の変化率を測定するオフ
    セット推定部と、前記静止衛星受信部で最後に測定した
    オフセット周波数およびオフセット周波数の変化率と最
    後にオフセット周波数を測定した時刻からの経過時間を
    用いて電源投入時のオフセット周波数を推定する手段と
    を設けたことを特徴とする請求項２記載のＧＰＳ受信
    機。
  4. 【請求項４】 前記オフセット推定部で求めたオフセッ
    ト周波数の変化率から前記間欠受信制御部の受信間隔を
    制御する間欠間隔制御部と、前記オフセット周波数の変
    化率が小さくなった場合や前記静止衛星を受信できない
    場合は前記受信間隔を長くし前記変化率が大きな場合は
    前記受信間隔を短くするよう制御する手段とを設けたこ
    とを特徴とする請求項３記載のＧＰＳ受信機。
  5. 【請求項５】 停止中の発振器誤差によるオフセット周
    波数の監視状態を判定する誤差推定判定部と、前記発振
    器のオフセットを推定できないと判定した場合は前記衛
    星選択部において前記検波部に設定する衛星をすべての
    チャンネルで静止衛星とするとともに前記走査周波数の
    初期値をすべてのチャンネルで異なる値として前記静止
    衛星の信号を受信して前記発振器のオフセット周波数を
    測定する手段とを設けたことをを特徴とする請求項１記
    載のＧＰＳ受信機。
  6. 【請求項６】 前記静止衛星受信部で受信した静止衛星
    の信号レベルを測定して基準となる信号レベルを求める
    基準信号レベル測定部と、受信感度が悪い場合はユーザ
    に警告を発する手段とを設けたことを特徴とする請求項
    １記載のＧＰＳ受信機。
  7. 【請求項７】 前記基準信号レベル測定部で求めた静止
    衛星の基準信号レベルとアンテナの指向性から前記ＧＰ
    Ｓ衛星の信号検出しきい値を決定する信号検出しきい値
    制御部と、前記アンテナの設置条件等に影響されないス
    レッショルドレベルを設定する手段とを設けたことを特
    徴とする請求項６記載のＧＰＳ受信機。
  8. 【請求項８】 前記基準信号レベル測定部で求めた前記
    静止衛星の基準信号レベルと、受信したＧＰＳ衛星の信
    号レベルとを比較して、位置算出に使用するか否かを判
    定するＧＰＳ衛星測位使用判定部を設けたことを特徴と
    する請求項６記載のＧＰＳ受信機。
  9. 【請求項９】 基準信号レベル測定部で求めた静止衛星
    の信号強度を記憶し、新たに電源投入した際に、受信し
    た静止衛星の信号強度と比較し、予め設定された信号強
    度と異なる場合は、位置算出に静止衛星を用いないよう
    に判定する静止衛星測位使用判定部を設けたことを特徴
    とする請求項６記載のＧＰＳ受信機。
  10. 【請求項１０】 前記静止衛星受信部で受信した静止衛
    星の時刻情報をもとに、前記ＧＰＳ衛星から送信される
    データの先頭識別パターン（プリアンブルパターン）の
    走査範囲を限定する航法メッセージ時刻推定部を設けた
    ことを特徴とする請求項１記載のＧＰＳ受信機。
  11. 【請求項１１】 前記静止衛星受信部において前記メイ
    ン電源がオフの場合に前記静止衛星を受信することによ
    り判明する時刻を用いて現在時刻を推定する時刻推定部
    を設けたことを特徴とする請求項１記載のＧＰＳ受信
    機。
  12. 【請求項１２】 前記静止衛星受信部で前記ＧＰＳ広域
    補強用の静止衛星を受信して受信した時刻情報を基にＧ
    ＰＳ時刻を推定する現在時刻異常判定部を設けたことを
    特徴とする請求項１記載のＧＰＳ受信機。
  13. 【請求項１３】 前記静止衛星から受信した時刻情報と
    前記ＧＰＳ衛星の時刻情報との差を求める送信時刻比較
    部と、受信機位置から静止衛星までの距離および各ＧＰ
    Ｓ衛星までの距離をそれぞれ求める手段と、距離差を光
    速で割って各伝播時間差を求める手段と、送信時刻比較
    部で求めた送信時刻差と伝播時間差が異なる場合に位置
    算出計算への使用を禁止する手段とを設けたことを特徴
    とする請求項１記載のＧＰＳ受信機。
  14. 【請求項１４】 前記静止衛星受信部で受信した静止衛
    星の位置を用いて測位部で算出した位置の有効／無効を
    判定する測位結果判定部を設けたことを特徴とする請求
    項１記載のＧＰＳ受信機。
  15. 【請求項１５】 測位結果を異常と判定した場合や初期
    位置が不定の状態において、受信可能な静止衛星によっ
    て初期位置を新たに設定する初期位置推定部を設けたこ
    とを特徴とする請求項１４記載のＧＰＳ受信機。
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