JPH01318982A - ダイバシティ受信gps受信機 - Google Patents

ダイバシティ受信gps受信機

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JPH01318982A
JPH01318982A JP63151524A JP15152488A JPH01318982A JP H01318982 A JPH01318982 A JP H01318982A JP 63151524 A JP63151524 A JP 63151524A JP 15152488 A JP15152488 A JP 15152488A JP H01318982 A JPH01318982 A JP H01318982A
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antenna
receiving
satellite
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gps receiver
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Chogo Sekine
兆五 関根
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Japan Radio Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明はダイバシティ受信GPS受信機に関し、−層詳
細には、例えば、自動車等の移動体の現在位置を測定す
るために複数個の人工衛星からの電波を受信して受信点
の位置を求めるGPS受信機において、受信空中線を複
数個設置することにより当該自動車等の移動体に設置さ
れる受信空中線の取付位置の制限を緩和するように構成
したダイバシティ受信GPS受信機に関する。
[発明の背景コ 船舶や航空機のように時々刻々変位する移動体に対し、
複数個の人工衛星から電波を送信してその現在位置、走
行速度等を確認乃至決定するために、近年、GP S 
(Grobal Positioningsystem
)測位装置の有用性が注目を集めている。
このGPS測位装置は、 ■ 全世界でいつでも連続して利用出来る、■ 位置速
度の測定精度が極めて高い、■ 利用者数に制限がない 等の特徴を備えていることから、当該装置を利用する客
体は、船舶、航空機に限ることなく自動車もその対象と
なって然るべきである。特に、都市部の交通の混雑を回
避し短時間に自らの現在位置を確認し、目的地までの迂
回路を発見する等に利用出来れば、時間的、経済的に頗
る大きな効果が得られよう。
周知の通り、GPS測位装置を用いる測位方式(以下、
GPS測位システムという)は、通常、4個の人工衛星
からの電波を受信して実施される。これらの人工衛星に
は夫々高精度の原子時計等が搭載されているが、一方、
受信側ではこのような高価な時計装置は配置されてはい
ない。従って、受信側の時刻情報は時間差並びに時間の
変化率の差に基づく時間を距離に換算した、所謂、時計
オフセットが含まれた情報となる。そこで、現在の測位
方法にあっては、この時計オフセットが測位に及ぼす影
響を取り除くために少なくとも4個の人工衛星からの電
波を同時に受信し、各衛星と受信点との間の受信機の時
計オフセットを含んだ擬似距離データと各衛星の軌道位
置データとから受信点の現在位置を正確に計算し表示し
ている。この場合、自動車用測位システムにあっては、
この現在位置情報と予め多数記憶されている道路地図情
報とを合わせてCRT等の表示装置に表示している。
ところで、このように構成されるGPS測位システムに
おいては、GPS衛星自体の基本的配置による制約と測
位誤差を最小化する要請とから、第1図に示すように、
天頂近くの第1の衛星St と水平面の近くに可能な限
り正三角形状に展開配置された第2乃至第4の衛星S2
乃至S4から発射される信号電波を受信して自動車2の
存在する受信点Rの位置、すなわち、緯度、経度並びに
高度を正確に求めるようにシステム設計がなされている
。従って、このように展開配置される第1乃至第4の衛
星S1乃至S4からの放射電波を受信するため、通常、
当該自動車2のルーフの頂部に受信空中線(図示せず)
を設置して全ての衛星の電波を受信出来るようにしてい
る。
ところが、このように自動車2の頂部に受信空中線を設
置すると、外観上の美観を損ね、あるいは、水漏れを起
こす等の原因にもなり、その上、ルーフ部自体の製作費
用が増大するという欠点が存在し、特に、乗用自動車に
採用するには難点がある。
そこで、この解決のために、例えば、第2図に示すよう
に、自動車2のボンネット部4とトランクリッド部6の
夫々に受信空中線8および10を配置して当該受信空中
線8および10の空中線視界θ1、θ2を合成した空中
線視界により前記のように配置された第1乃至第4衛星
訃。
乃至S4の存在する上半球全体の空中線視界を確保する
方式も考えられる。
然しなから、このように相異なる位置に設置された受信
空中線8.10で受信されたGPS信号を単に加算して
GPS受信機(図示せず)に送給すると、各受信空中線
8.10で受信されたGPS信号相互間の干渉が生じ、
この干渉に起因して特定の方向から到来するGPS信号
に対する受信利得が著しく低下し、その特定方向に存在
するGPS衛星からの信号の受信が不可能に陥るという
新たな不都合が露呈する。
[発明の目的] 本発明は前記の技術的課題を解決するためになされたも
のであって、受信空中線の配置に制約があり、2個以上
の受信空中線を配置してGPS信号を受信処理する際、
これら個々の受信空中線が有する視界と衛星方位データ
と自車方位データおよび当該移動体の現在推定位置に相
当する初期位置データとから次に受信しようとする衛星
に対する受信空中線を好適に選択する切換信号を導出し
てこれにより常に所定の衛星を捕捉追尾することにより
測位精度を保持し、併せて自動車等の車体設計における
美観上の設計の制約を取り除くことを可能とするダイバ
シティ受信GPS受信機を提供することを目的とする。
[目的を達成するための手段] 前記の目的を達成するために、本発明はGPS衛星から
の電波を複数の受信空中線により受信して復調した衛星
の軌道データと計測した衛星と受信点間の擬似距離デー
タおよび受信点の初期位置データとに基づいて受信点の
位置を算出する受信計測手段並びに位置演算手段とを含
み当該位置演算手段の出力信号を表示装置に表示するダ
イバシティ受信GPS受信機において、前記受信空中線
を選択的に切り換える空中線切換手段と、当該空中線切
換手段に切換信号を送出する使用空中線記憶器と、当該
使用空中線記憶器に次に選択使用する空中線を記憶する
信号を送出する空中線選択演算器と、当該空中線選択演
算器に前記初期位置データと軌道データとから当該衛星
の方位データを送出する衛星方位演算器および当該ダイ
バシティ受信GPS受信機を搭載する移動体の方位デー
タを送出する方位検出手段とを具備することを特徴とす
る。
また、本発明は空中線選択演算器が前記移動体の方位デ
ータと衛星方位データの相対関係に対応して選択すべき
受信空中線を指定するルックアップテーブル構成とする
ことを特徴とする。
また、本発明は当該ダイバシティGPS受信機を搭載す
る移動体が自動車であって、受信空中線を当該自動車の
ボンネット部とトランクリッド部に取り付けた一対の受
信空中線から構成することを特徴とする。
さらに、本発明は当該ダイバシティGPS受信機を搭載
する移動体が自動車であって、受信空中線を当該自動車
の前面ガラス窓上と後面ガラス窓上に取り付けた一対の
受信空中線から構成することを特徴とする。
[実施態様] 次に、本発明に係るダイバシティ受信GPS受信機につ
いて好適な実施態様を挙げ、添付の図面を参照しながら
以下詳細に説明する。なお、第3図以下の説明に右いて
、前記した第1図並びに第2図に示す構成要素と同一の
構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を
省略する。
第3図において、参照符号20は本実施態様に係るダイ
バシティ受信GPS受信機を示し、当該ダイバシティ受
信GPS受信機20は基本的に第1乃至第4衛星Sl乃
至S4からのGPS電波信号を受信する受信空中線部2
1と、受信空中線部21によって受信されたGPS信号
を信号処理する受信処理部22および受信処理部22の
出力データと当該ダイバシティ受信GPS受信機20を
搭載する移動体、例えば、前記自動車2の方位データと
から前記受信空中線部21を構成する受信空中線8.1
0の中、所定の空中線を選択する空中線選択器24とか
ら構成される。
GPS電波信号は第1受信空中線8若しくは第2受信空
中線10によって受信され、電子リレー等から構成され
る空中線切換器30の中、第1接点32aまたは第2接
点32bに導入される。空中線切換器30の共通接点3
2cは受信処理部22を構成する受信計測手段としての
受信計測部34の第1入力端子36aに導入される。こ
の場合、受信計測部34の第2の入力端子36bには初
期位置データ入力部38から初期位置データ記憶部40
を介して初期位置データが導入される。
受信計測部34の出力端子36cは位置演算手段として
の位置演算部42の第1の入力端子44aに接続される
と共に、空中線選択器24の中、衛星方位演算器25の
第1の入力端子26aに接続される。ここで、位置演算
部42の第2の入力端子44bには前記初期位置データ
記憶部40から初期位置データが導入される。当該位置
演算部42の出力端子44cは分岐して、当該位置演算
部42の出力信号、すなわち、移動体である自動車2の
最新の位置データによってそのデータが置換される前記
初期位置データ記憶部40と、CRT等の表示器から構
成される装置表示部46に接続される。
前記受信計測部34にはタイミング発生器50から、第
4図のタイミングチャートに示すように、切換受信タイ
ミングクロック信号C2が導入され、当該クロック信号
C2毎に受信すべき衛星が切り換えられる。
前記衛星方位演算器25の第2の入力端子26bには前
記初期位置データ記憶部40から初期位置データ、すな
わち、移動体である自動車2の最新の位置データが入力
され、当該衛星方位演算器25がら空中線選択演算器2
7の第1の入力端子29aに移動体である自動車2の最
新の位置から第1乃至第4衛星Sl乃至S4までの方位
データである衛星方位データθ、が導入される。また、
当該空中線選択演算器27の第2の入力端子29bには
磁気コンパス等により構成される自車方位検出器31か
ら当該自動車2の方位を示す自車方位データθA (あ
るいは移動体方位データという)が導入される。
この場合、空中線選択演算器27には予め当該自動車2
の自軍方位データθ、とGPS衛星方位データθSとに
対応づけて選択すべき受信空中線を指定するため、例え
ば、第5図aに示すルックアップテーブルLUTが格納
されている。
なお、第5図すは当該ルックアップテーブルLUTの移
動体方位データθえが略180°近傍であり衛星方位デ
ータθ、が90°近傍における詳細図である。
前記空中線選択演算器2′lの出力データC4は少なく
とも1ビツトのラッチ手段33を有する使用空中線記憶
器28のデータ入力端子りに導入され当該ラッチ手段3
3に前記出力データC4が記憶される。当該使用空中線
記憶器28のクロック入力端子CKには前記タイミング
発生器50から切換受信タイミングクロック信号C2が
導入され、当該クロック信号C2毎に使用空中線記憶器
28のラッチ手段33に記憶された記憶内容が出力端子
Qに順次出力される。
前記使用空中線記憶器28の出力端子Qは前記空中線切
換器30の切換信号C6としてその入力端子SELに導
入される。すなわち、空中線切換器30は使用空中線記
憶器28の出力信号C6によって制御され、この出力信
号C6がローレベル00時は第1接点32aと共通接点
32cが接続され、これとは逆に、出力信号C6がハイ
レベル1の時には、第2接点32bと共通接点32Cと
が接続されるように構成されている。
本実施態様に係るダイバシティ受信GPS受信機は基本
的には以上のように構成されるものであり、次にその作
用並びに効果について以下詳細に説明する。
そこで、先ず、受信しようとするGPS衛星が、第1図
に示すように、第1乃至第4の衛星S1乃至S4の配置
となっており、これを平面図で表すと、第6図に示すよ
うに、第1および第2の衛星St 、S2が当該自動車
2の前方に位置し、残りの2個の第3および第4の衛星
S3、S、が自動車2の後方に位置しているように表さ
れる場合について説明する。この場合、第1受信空中線
8はその前方および側方に対しては、視界を遮断するも
のがないので、当該方向に存在する第1、第2衛星S1
、S2のGPS電波信号を受信することは出来るが、自
動車2の後方に対しては、当該自動車2のルーフ3によ
り空中線視界θ1が遮断され(第2図参照)、この方向
に存在する第3および第4衛星S、 、S、のGPS電
波信号を受信することは出来ない。同様に、第2受信空
中線10は第3および第4衛星S3.34の信号を受信
することは出来るが、第1および第2衛星S、、S2の
信号を受信することは出来ない。
本実施態様において、タイミング発生器50によって発
生される切換受信タイミングクロック信号C2は5ミリ
秒毎に発生され、前記したように、クロック信号C2毎
に時間の経過に従い第1衛星S1、第2衛星S2、第3
衛星S3および第4衛星S4というように順次繰り返し
て受信計測部34において衛星が捕捉追尾され且つ後述
する信号処理がなされている。
GPS衛星から送信される軌道情報の1ビツトの長さは
すべてのGPS衛星に一様に20ミリ秒であるので、前
記クロック信号C2により第1衛星S1から第4衛星S
4まで受信計測部34において順次捕捉追尾するに要す
る時間は前記軌道情報の1ビツト内に1巡する。従って
、受信計測部34は第1衛星S1から第4衛星S、まで
の4組の軌道情報を並行して収集することが出来る。前
記軌道情報の収集が完了するにはGPS衛星からこの軌
道情報が送られてくる時間間隔、すなわち、30秒を要
する。
このような状況のもとで、本発明装置に電源を投入する
と、先ず衛星方位演算器25は初期位置データ入力部3
8から初期位置データ記憶部40を経由して導入された
自動車2の現在位置と受信計測部34から導入される前
回に受信計測部34に記憶されたかあるいは初期化用に
設計段階で予め設定しておいた各GPS衛星の軌道情報
を用いて現時点(時計は図示せず)における自動車2か
ら第1乃至第4GPS衛星S1乃至S。
までの衛星方位を計算し、空中線選択演算器27に衛星
方位データθ、を出力する。
第6図に示す配置においては、第1乃至第4衛星Sl乃
至S、までの方位(衛星方位データθS)は夫々略θ5
1=330°、θs*=15°、θ、3= 100°、
θs4: 260°である。また、自動車2は0°の方
向を向いているので自軍方位検出器31からは自軍方位
データθえとして0゜が出力される。
この場合において、空中線選択演算器27は衛星方位演
算器25から導入される第1乃至第4衛星S、乃至S4
までの衛星方位データθSである330°、15°、1
00°、260°、と自車方位検出器31から導入され
る自動車2の自動車方位データθ、=0°より第5図a
に示すルックアップテーブルLUTを参照して第1乃至
第4GPS衛星Sl乃至S、の夫々の信号を受信するの
に使用する受信空中線として夫々8.8.10.10が
決定される。従って、空中線選択演算器27から出力デ
ータC2として0.0.1.1が出力される。この出力
データC1はそれが出力された直後のクロック信号C2
のクロックにより使用空中線記憶器28に記憶される。
このようにして記憶されたデータはクロック信号C2の
発生する時刻t。S tl 、i2、t3 、t4・・
・、すなわち、第1乃至第4衛星S、乃至S4の受信を
開始する各タイミング毎に夫々使用空中線記憶器28の
出力端子Qに出力され空中線切換器30の切換信号C6
として0.0.1.1が順次導入されるため空中線切換
器30はクロック信号C2の発生する時刻t0、t3、
t2、t3、t、・・・の夫々に対応する第1乃至第4
衛星S1乃至S4の各受信期間に対して夫々受信空中線
8.8.10.10を選択する。
このようにして、GPS電波信号の受信が開始されると
、先ず、時刻tQにおいて使用空中線記憶器28を構成
するラッチ手段33のデータは0レベルとなっているの
で、前記したように空中線切換器30を構成する共通接
点32cと第1接点32aが接続され、第1受信空中線
8を通じて第1、第2衛星St 、 32のGPS電波
信号が受信処理部22の中、受信計測部34の第1入力
端子36aに導入される。
この場合、受信計測部34の第2入力端子36bには初
期位置データ入力部38から人力した初期位置データが
初期位置データ記憶部40を経由して導入されているの
で、受信計測部34において前記第1、第2衛星S1、
S2からのGPS電波信号を受信処理し、その中、第1
衛星S1から送信される軌道データを復調すると共に、
当該第1衛星S1と当該自動車2との間の擬似距離を計
測する。これらの計測値は位置演算部42に導入される
と共に、前記軌道データは受信開始より30秒以上の収
集期間を経過して1組の軌道データの収集が完了すると
衛星方位演算器25に導入される。
次いで、時刻t、において使用空中線記憶器28を構成
するラッチ手段33の出力信号CI+はクロック信号C
2によって更新される。然しなから、この場合において
も使用空中線記憶器28の人力データC2は0レベルと
なっているので第2衛星S2からのGPS電波信号が同
じく第1受信空中線8によって捕捉され、前記と同様に
して軌道データと擬似距離の計測値が位置演算部42に
格納されると共に、軌道データは1組のデータが収集完
了時点で衛星方位演算器25の入力端子26aに導入さ
れる。
次に、時刻t2において使用空中線記憶器28を構成す
るラッチ手段33の出力信号C6がクロック信号C2に
よって更新される。そこで、出力信号C6はローレベル
0からハイレベル1に遷移し、これによって空中線切換
器30を構成する共通接点32Cと第2接点32bとが
接続され、第2受信空中線10によって第3衛星S3の
GPS電波信号が捕捉される。
この場合、第2受信空中線10はその空中線視界が第2
図および第6図から明らかなように第3並びに第4衛星
Ss 、34の電波信号を捕捉するように配置されてい
るので受信計測部34には所定強度以上のGPS信号が
導入され、これによって第3衛星S3の軌道データと擬
似距離の計測値が演算され、位置演算部42に出力され
ると共に、軌道データは1組のデータが収集完了時点で
衛星方位演算器25に導入される。
次に、時刻t、においては、使用空中線記憶器28の出
力信号C6は前記の手順を繰り返すことによりハイレベ
ル1となることが容易に諒解されよう。従って、時刻t
、に至ると第2受信空中線10によって第4衛星S4か
らのGPS電波信号が捕捉され、受信計測部34によっ
て第4衛星S4の軌道データと擬似距離とが算出される
。このようにして、位置演算部42において第1乃至第
4衛星S1乃至S4の軌道データ並びに擬似距離データ
が集積されると、これらの集積されたデータが予め定め
られた周知の航法方程式に導入されて、当該ダイバシテ
ィ受信GPS受慣機20の現在位置、すなわち、当該自
動車2の現在位置に係る緯度、経度並びに高度が算出さ
れ、位置表示部4Gを構成するCRTのデイスプレィ上
に当該自動車2の位置が表示される。
なお、この現在位置データによって初期位置データ記憶
部40の初期位置データは更新される。
一方、第1乃至第4衛星S、乃至S、の軌道データは受
信開始より30秒以上の収集期間を経過して1組の軌道
データの収集が完了した後、衛星方位演算器25に導入
され、当該衛星方位演算器25はこの軌道データと初期
位置データ記憶部40から導入された新たな初期位置デ
ータ、すなわち、当該自動車2の現在位置とから第1乃
至第4衛星S1乃至S4の正確な衛星方位データθ、を
算出し空中線選択演算器27に導入する。
そこで、空中線選択演算器27は当該衛星方位データθ
Sと自軍方位検出器31から送給される自軍方位データ
θ、とから少なくとも次に受信しようとする衛星(この
場合、衛星Sl )に対応する出力データを出力する。
従って、次のクロック信号C2により使用空中線記憶器
28を構成するラッチ手段33の出力信号C6は最新の
データに更新され、新たに選択された受信空中線による
第1衛星S1の捕捉追尾が再び開始される。
すなわち、第2図および第6図に示す衛星の配置におい
ては、使用空中線記憶器28を構成するラッチ手段のデ
ータレベルは夫々0.0、■、1となっており、以降引
続きこのデータ配列により時刻t、以降の衛星の受信動
作が遂行される。
このようにして受信計測部34は第1乃至第4衛星Sl
乃至S4の夫々の信号の受信追尾を行い、夫々の衛星の
軌道情報の復調収集が完了するとこれを用いて受信計測
部34に記憶されている夫々の衛星の軌道情報を更新し
、次回新たに衛星の軌道情報が復調収集されるまでの間
の軌道情報として衛星方位演算器25に導出され、自動
車2から第1乃至第4衛星S1乃至S4までの方位の演
算に使用される。
一方、自軍方位検出器31から送給される自車方位デー
タθえは自動車2が向きを変える毎に頻繁に変化し、そ
の都度空中線選択演算器27は第5図に掲げたルックア
ップテーブルLUTを参照して第1乃至第4衛星S1乃
至S4の夫々の信号を受信するのに使用する受信空中線
を決定し、出力データC2を出力する。
その結果、夫々のGPS衛星の信号は自動車2のルーフ
3に妨げられない受信空中線を経由して受信計測部34
に到達し続けることになる。
[発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、GPS受信機を受信空
中線が2個以上からなるダイバシティ受信機として構成
し、さらに、先に受信した衛星の軌道データと当該ダイ
バシティ受信GPS受信機を搭載した移動体の方位デー
タおよび予め定められた前記受信空中線の空中線視界デ
ータとから個々の衛星に対して使用すべき受信空中線を
特定するように構成している。
このため、乗用自動車等、そのルーフ部に受信空中線を
取り付けることが美観上並びにコスト上問題である場合
であっても、ボンネット部並びにトランクリッド部に空
中線を配置し、前記のように受信空中線を自動的に切り
換え使用することにより効果的に空中線視界の死角を取
り除くことが出来、これらの制約を回避することが可能
となる。
以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
例えば、前面ガラス窓上と後面ガラス窓上に一対の受信
空中線を取り付けること、あるいは受信空中線の数を3
以上の数にすること等、本発明の要旨を逸脱しない範囲
において種々の改良並びに設計の変更が可能なことは勿
論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は地球上の移動体に対するGPS衛星の配置状態
を示す説明図、 第2図はダイバシティ受信空中線を搭載した自動車の概
略説明図、 第3図は本発明に係るダイバシティ受信GPS受信機の
概略構成ブロック図、 第4図は当該ダイバシティ受信GPS受信機を構成する
タイミング発生回路のタイムチャート、 第5図aSbは当該ダイバシティ受信GPS受信機の中
、空中線選択演算器に格納されるルックアップテーブル
の説明図、 第6図は当該ダイバシティ受信GPS受信機を搭載する
自動車とGPS衛星の配置関係を示す平面図である。 2・・・自動車      3・・・ルーフ4・・・ボ
ンネット部   6・・・トランクリッド部8.10・
・・受信空中線 20・・・ダイバシティ受信GPS受信機21・・・受
信空中線部   22・・・受信処理部24・・・空中
線選択器   25・・・衛星方位演算器27・・・空
中線選択演算器 28・・・使用空中線記憶器48a〜
48d・・・ラッチ手段 θ、・・・自軍方位データ θ、・・・衛星方位データ
特許出願人   日本無線株式会社 to     h     t2b     ts時間
−チ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)GPS衛星からの電波を複数の受信空中線により
    受信して復調した衛星の軌道データと計測した衛星と受
    信点間の擬似距離データおよび受信点の初期位置データ
    とに基づいて受信点の位置を算出する受信計測手段並び
    に位置演算手段とを含み当該位置演算手段の出力信号を
    表示装置に表示するダイバシティ受信GPS受信機にお
    いて、前記受信空中線を選択的に切り換える空中線切換
    手段と、当該空中線切換手段に切換信号を送出する使用
    空中線記憶器と、当該使用空中線記憶器に次に選択使用
    する空中線を記憶する信号を送出する空中線選択演算器
    と、当該空中線選択演算器に前記初期位置データと軌道
    データとから当該衛星の方位データを送出する衛星方位
    演算器および当該ダイバシティ受信GPS受信機を搭載
    する移動体の方位データを送出する方位検出手段とを具
    備することを特徴とするダイバシティ受信GPS受信機
  2. (2)請求項1記載のダイバシティ受信GPS受信機に
    おいて、空中線選択演算器は前記移動体の方位データと
    衛星方位データに対応づけて選択すべき受信空中線を指
    定するルックアップテーブル構成とすることを特徴とす
    るダイバシティ受信GPS受信機。
  3. (3)請求項1または2記載のダイバシティ受信GPS
    受信機において、当該ダイバシティGPS受信機を搭載
    する移動体は自動車であって、受信空中線は当該自動車
    のボンネット部とトランクリッド部に取り付けた一対の
    受信空中線から構成することを特徴とするダイバシティ
    受信GPS受信機。
  4. (4)請求項1または2記載のダイバシティ受信GPS
    受信機において、当該ダイバシティGPS受信機を搭載
    する移動体は自動車であって、受信空中線は当該自動車
    の前面ガラス窓上と後面ガラス窓上に取り付けた一対の
    受信空中線から構成することを特徴とするダイバシティ
    受信GPS受信機。
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