JPH0634738A - Ｇｐｓ受信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 最初に測位を開始するまでに要する時間等を
短くする。 【構成】 低仰角の範囲である第１の衛星選択禁止範囲
２００に加え、高仰角の範囲である第２の衛星選択禁止
範囲４００を設定する。第２の衛星選択禁止範囲４００
は、受信可能なＧＰＳ衛星の最大仰角を検出することに
より設定し、適宜、試験受信等により範囲を更新設定す
る。 【効果】 高仰角のＧＰＳ衛星からの信号が常に遮られ
ている場合に、高仰角のＧＰＳ衛星が優先選択・探索の
対象とならず、最初に測位を開始するまでに要する時間
等が短くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＧＰＳ（Global Posit
ioning System ）受信機に関し、特にその衛星選択方式
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧＰＳは、地球周回軌道上に打ち上げら
れている所定個数のＧＰＳ衛星から信号を送信し、この
信号を移動体上のＧＰＳ受信機が受信することにより、
当該移動体の位置、速度等を測定するシステムである。
ＧＰＳ受信機においては、移動体の位置、速度等を三次
元的に測定する場合（三次元測位）には４個、二次元的
に測定する場合（二次元測位）には３個のＧＰＳ衛星か
ら、信号を受信する必要がある。

【０００３】図６には、ＧＰＳ受信機の概略構成が示さ
れている。ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星から送信される
信号をアンテナ１０により受信し、受信した信号をＲＦ
増幅回路１２により増幅し、さらに周波数変換・増幅回
路１４により中間周波数に変換する。

【０００４】周波数変換・増幅回路１４により中間周波
数に変換された信号は、キャリア同期・コード同期回路
１６に供給される。キャリア同期・コード同期回路１６
は、周波数変換・増幅回路１４の出力信号のキャリア
と、内蔵するキャリア発振器の出力とを位相同期させ、
また、周波数変換・増幅回路１４の出力信号に係るＰＮ
コード（擬似雑音コード）と、内蔵するコード発振器の
出力とを位相同期させる。これらの機能のうち、キャリ
ア同期の機能によってＧＰＳ衛星からの信号が捕捉さ
れ、コード同期の機能によってＧＰＳ衛星からの信号が
スペクトラム逆拡散される。

【０００５】デコード部１８は、キャリア同期・コード
同期回路１６を介して入力されるＧＰＳ衛星からの受信
信号を復調・デコードする。ＧＰＳ衛星は、所定のフレ
ーム構成で信号を送信しており、ＧＰＳ衛星からの受信
信号を復調・デコードすることにより、アルマナックデ
ータ、エフェメリスデータ等のデータが得られる。アル
ナマックデータとは軌道歴データであり、各ＧＰＳ衛星
の概略軌道情報を含むデータである。エフェメリスデー
タとは軌道データであり、送信に係るＧＰＳ衛星の軌道
情報である。アルマナックデータはアルマナックメモリ
２０に、エフェメリスデータはエフェメリスメモリ２２
に、それぞれ格納される。

【０００６】ＧＰＳ受信機において測位計算を行う際に
は、前述のように３乃至４個のＧＰＳ衛星からの信号を
受信する必要がある。ＧＰＳ衛星の中には現在の移動体
の位置からは見えない位置にあるものがあり、また、い
ずれのＧＰＳ衛星の組み合わせにより測位計算を行うか
によって測位精度が異なる。衛星選択部２４は、測位計
算に使用するＧＰＳ衛星の３乃至４個の組み合わせを所
定のアルゴリズムにより選択決定し、選択結果に基づき
キャリア同期・コード同期回路１６の動作を制御すると
共に、測位計算部２６の動作を制御する。その際、衛星
選択部２４は、アルマナックメモリ２０上のアルマナッ
クデータ並びに推定位置入力部２８から入力される移動
体の概略位置（推定位置）及び時刻を用いる。

【０００７】測位計算部２６は、衛星選択部２４によっ
て選択された組み合わせに係るＧＰＳ衛星の擬似距離及
びエフェメリスデータに基づき、移動体の位置、速度等
を計算する（測位計算）。この計算は所定のアルゴリズ
ムに従って行う。ここに、擬似距離とは、ＧＰＳ衛星か
らＧＰＳ受信機までの電波伝搬距離にさらにＧＰＳ受信
機のクロックオフセット等が加算された距離をいう。擬
似距離は、キャリア同期・コード同期回路１６における
コード同期の位相情報等から衛星時刻（ＧＰＳ衛星から
信号を送信した時刻）を求め、内蔵するクロックによる
ＧＰＳ受信機の時刻と比較することにより、求めること
ができる。また、エフェメリスデータは、エフェメリス
メモリ２２から読み込む。エフェメリスデータはＧＰＳ
衛星の軌道を表しているから、擬似距離と併せて用いる
ことにより、移動体の位置等を求めることができる。測
位計算により得られた位置等は、表示、記録等のため出
力される。

【０００８】図７には、以上述べたＧＰＳ受信機の概略
測位動作のうち、特に衛星選択に関連する動作の流れが
示されている。この図に示されるように、まず、衛星選
択部２４は推定位置及び時刻が記憶されているか否かを
判定し（１００）、記憶されていない場合には推定位置
入力部２８からの入力を待つ（１０２）。推定位置及び
時刻が記憶されている場合、衛星選択部２４はステップ
１０４以降の動作に移る。推定位置入力部２８から推定
位置及び時刻が入力された場合には、衛星選択部２４は
これを記憶した上でステップ１０４以降の動作に移る。

【０００９】衛星選択の基準は、従来より種々の設定方
法がある。例えば、同時に受信可能な衛星数が多い場合
は計算により求められた可視衛星のうち仰角の高い衛星
から受信可能衛星を順次設定し、特に受信可能な衛星数
が少ない受信機の場合は、幾何学的精度指数であるＤＯ
Ｐ（Dilution Of Precision)の良好な組合せを決定する
場合が多い。いずれにしろ三次元測位のためには高仰角
衛星が重要となる。ステップ１０４においては優先的衛
星選択が必要か否かが判定され、必要でない場合には衛
星選択部２４は所定の衛星選択禁止範囲以外からＧＰＳ
衛星の組み合わせを選択する（１０６）。衛星選択禁止
範囲は、通常、５゜〜１５゜以下の仰角の範囲、すなわ
ち低仰角でＧＰＳ衛星からの信号が遮蔽されやすい範囲
に設定する。衛星選択部２４は、選択した組み合わせに
係るＧＰＳ衛星をキャリア同期・コード同期回路１６に
より捕捉させ、捕捉したＧＰＳ衛星を追尾させる（１０
８）。さらに、追尾しているＧＰＳ衛星について、信号
（データ）の受信、擬似距離等の計算等、測位計算（１
１０）が前述のように行われる。衛星選択部２４は、適
宜、ＧＰＳ衛星の組み合わせの更新が必要か否かを判断
し（１１２）、必要である場合には衛星選択動作を実行
する。

【００１０】ステップ１０４において優先的衛星選択が
必要であるとされた場合には、ステップ１０６に代えス
テップ１１４が実行される。ステップ１１４において
は、衛星選択部２４は、衛星選択禁止範囲以外のＧＰＳ
衛星のうち、信号強度が強く安定した受信を期待できる
高仰角のＧＰＳ衛星を含む衛星を３乃至４個選択する。
このようにすることにより、最初の測位を開始するまで
の時間を短縮できる。

【００１１】すなわち、ＧＰＳ受信機に搭載されるキャ
リア発振器の発振周波数は原子時計を用いているため正
確であるが、ＧＰＳ受信機に搭載されるキャリア発振器
の発振周波数はある程度の誤差を有している。そこで、
ＧＰＳ衛星からの信号をキャリア同期・コード同期回路
１６により捕捉する際には、通常、まず１個のＧＰＳ衛
星についてキャリア・コードを同期させ、その結果に基
づき他のＧＰＳ衛星に対するキャリア周波数誤差を推定
するようにしている。その際、最初に捕捉する１個のＧ
ＰＳ衛星を好適に、すなわち迅速かつ確実に捕捉できれ
ば、最初の測位を開始するまでの時間を短縮できる。従
来は、電源投入直後や前回の測位から長い時間が経過し
ている場合に優先的衛星選択が必要であると判定し（１
０４）、信号強度が強く安定した受信を期待できる高仰
角のＧＰＳ衛星を優先選択に係る衛星として選択してい
た（１１４）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高仰角
のＧＰＳ衛星からの信号が常に遮られている場合には、
このようなＧＰＳ衛星を優先選択に係るＧＰＳ衛星とし
て選択すると最初の測位を開始するまでの時間が長くな
ってしまう。

【００１３】また、定常的に測位が開始された後で、受
信すべき衛星を選択し直す場合、常にその衛星信号が遮
られていることを知らずに、その信号捕捉を試みること
が生じるため、測位中断が生じることがある。これは、
特に受信可能なＧＰＳ衛星の個数が測位計算に必要な３
乃至４個に対して余裕ない場合に生じやすい。

【００１４】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、高仰角のＧＰＳ衛
星からの信号が常に遮られているようなアプリケーショ
ンであっても、最初の測位までに要する時間等を短くす
ることができ性能が良好なＧＰＳ受信機を提供すること
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のＧＰＳ受信機は、移動体からの仰角
が所定値以下となる範囲（以下、第１の衛星選択禁止範
囲という）に加え、当該仰角が所定値以上となる範囲
（以下、第２の衛星選択禁止範囲という）を衛星選択禁
止範囲とし、この衛星選択禁止範囲以外の範囲である衛
星選択範囲から、測位計算に使用するＧＰＳ衛星の組み
合わせを選択することを特徴とする。

【００１６】また、請求項２は、信号を受信可能なＧＰ
Ｓ衛星の仰角に基づき第２の衛星選択禁止範囲と衛星選
択範囲の境界を設定することを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明においては、高仰角の範囲が衛星選択禁
止範囲に追加される。従って、高仰角のＧＰＳ衛星から
の信号が常に遮られている場合、かかるＧＰＳ衛星を選
択することがなくなるため、最初の測位までに要する時
間等が短くなり、測位時間等の性能劣化が防止される。

【００１８】また、請求項２においては、第２の衛星選
択禁止範囲と衛星選択範囲の境界が設定される。すなわ
ち、受信可能なＧＰＳ衛星の仰角に基づき上記境界が学
習適応的に更新される。これにより、衛星選択範囲をほ
ぼ常に適当なものに維持することができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。なお、図６及び図７に示される構成と
同様の構成には同一の符号を付し説明を省略する。

【００２０】図１には、本発明の第１実施例に係るＧＰ
Ｓ受信機の動作のうち、衛星選択に関連する動作の流れ
が示されている。本発明は、図６に示されるような装置
構成のＧＰＳ受信機により実施できるものであるので、
図６に示される構成により図１の動作を実施する場合に
ついて説明する。

【００２１】この実施例の動作は、従来例におけるステ
ップ１０６及び１１４をそれぞれ１０６ａ及び１１４ａ
に置き換えた動作である。ステップ１０６ａにおいて
は、第１の衛星選択禁止範囲以外から、測位計算に使用
するＧＰＳ衛星が選択され、捕捉される。また、ステッ
プ１１４ａにおいては、第１の衛星選択禁止範囲及び第
２の衛星選択禁止範囲以外から、測位計算に使用するＧ
ＰＳ衛星が選択され、捕捉される。

【００２２】第１の衛星選択禁止範囲とは、図２に２０
０として示されるように、ＧＰＳ受信機３００から見て
低仰角の範囲である。すなわち従来例における衛星選択
禁止範囲であり、例えば５゜〜１５゜以下の仰角の範囲
である。また、第２の衛星選択禁止範囲とは、図２に４
００として示されるように、ＧＰＳ受信機３００から見
て高仰角の範囲である。仰角が何度以上の範囲を第２の
衛星選択禁止範囲４００とするかは、ＧＰＳ受信機の使
用態様に応じて決定する。また、この境界角は、後に説
明するよう適宜更新する。

【００２３】本実施例のＧＰＳ受信機３００が利点を奏
する状況は、例えば、当該ＧＰＳ受信機を観測用気球等
に位置センサとして搭載する場合に生じる。図３に示さ
れるように、気球５００の下方にＧＰＳ受信機３００を
懸架した状態では、低仰角範囲に加え、高仰角の範囲の
ＧＰＳ衛星も気球５００に遮られて見えなくなる。本実
施例は、優先的衛星選択を実行する際に、気球５００に
遮られる高仰角のＧＰＳ衛星を選択の対象からはずし、
もって最初の測位までの時間やＧＰＳ衛星マスク時の探
索時間を短縮する点に特徴を有するものである。

【００２４】図４には、本実施例における第２の衛星選
択禁止範囲４００の設定動作の流れが示されている。こ
の動作は、図１の動作を実行する前や測位開始後所定時
間経過した時点等で実行される。

【００２５】衛星選択部２４は、現時点から所定時間Ｔ
１以内に受信していたＧＰＳ衛星の仰角及び時刻を記憶
する（６００）。例えば複数の受信チャネルを有するＧ
ＰＳ装置構成においては、各チャネルにより受信されて
いるＧＰＳ衛星の仰角及び時刻を記憶し、所定時間Ｔ１
以前の記憶内容を消去する。さらに、衛星選択部２４
は、すでに第２の衛星選択禁止範囲４００が設定されて
いるか否かを判定し（６０２）、設定されていない場合
には、記憶しているＧＰＳ衛星の仰角から最大仰角を検
出し（６０４）、その後所定時間Ｔ２は検出した最大仰
角以上の範囲を第２の衛星選択禁止範囲４００に設定す
る。

【００２６】また、すでに第２の衛星選択禁止範囲４０
０が設定されている場合には、ステップ６０２から６０
４に移行する。ステップ６０４においては、現在の受信
衛星数が最大受信可能数であるか否かが判定される。最
大受信可能数とは、例えば、第１の衛星選択禁止範囲２
００以外の範囲に属し、その受信可能な最大個数以内の
ＧＰＳ衛星の個数をいう。判定の結果、現在の受信衛星
数が最大受信可能数である場合には、衛星選択部２４は
第２の衛星選択禁止範囲４００をそのまま維持し、現在
の受信衛星数が最大受信可能数でない場合には、ステッ
プ６０６及び６０８を実行する。

【００２７】ステップ６０６においては、衛星選択部２
４は、キャリア同期・コード同期回路１６により、第２
の衛星選択禁止範囲４００に属するＧＰＳ衛星を試験的
に捕捉させる。捕捉に成功した場合、衛星選択部２４
は、そのＧＰＳ衛星の仰角及び時刻を記憶する（６０
８）。その後ステップ６０４に移行すると、ステップ６
０８において記憶した仰角が最大仰角検出の対象に含ま
れることとなるから、第２の衛星選択禁止範囲４００の
範囲が拡大されることとなる。

【００２８】このような範囲拡大は、例えば、長期の飛
行の後に気球５００の形状が縮んだ場合等に生じる。従
って、本実施例によれば、このような場合において第２
の衛星選択禁止範囲４００を学習適応的に設定すること
ができる。

【００２９】図５には、本発明の第２実施例に係るＧＰ
Ｓ受信機の動作、特に第２の衛星選択禁止範囲４００の
設定に係る動作の流れが示されている。この実施例にお
いては、第１実施例のステップ６００、６０４及び６０
８に代え、６００ａ、６０４ａ及び６０８ａが実行され
る。

【００３０】これらのステップが第１実施例のそれと異
なる点は、仰角に加え方位を、第２の衛星選択禁止範囲
４００の設定に用いている点である。すなわち、第２の
衛星選択禁止範囲４００を画する最大仰角を、方位と対
応付けて検出して当該範囲４００を設定することによ
り、より柔軟な第２の衛星選択禁止範囲４００の設定を
可能にしている。

【００３１】なお、本発明の構成は、図６に示される装
置構成に限定されるものではない。また、高仰角のＧＰ
Ｓ衛星からの信号が遮られる用途であればよく、気球等
に限定されない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
移動体からの仰角が所定値以上となる範囲を第２の衛星
選択禁止範囲として衛星選択禁止範囲に加えたため、高
仰角のＧＰＳ衛星からの信号が常に遮られている場合で
あっても最初の測位までに要する時間を短くすることが
でき、性能の良いＧＰＳ受信機が得られる。

【００３３】また、請求項２によれば、信号を受信可能
なＧＰＳ衛星の仰角に基づき第２の衛星選択禁止範囲と
衛星選択範囲の境界を設定するようにしたため、衛星選
択範囲をほぼ常に適当なものに維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るＧＰＳ受信機の動作
の流れをしめすフローチャートである。

【図２】この実施例における第１及び第２の衛星選択禁
止範囲の意味を示す図である。

【図３】この実施例の用途の一例を示す図である。

【図４】この実施例における第２の衛星選択禁止範囲の
設定動作の流れを示すフローチャートである。

【図５】本発明の第２実施例に係るＧＰＳ受信機の動
作、特に第２の衛星選択禁止範囲の設定動作の流れを示
すフローチャートである。

【図６】ＧＰＳ受信機の装置構成の一例を示すブロック
図である。

【図７】一従来例に係るＧＰＳ受信機の動作の流れをし
めすフローチャートである。

【符号の説明】

２４ 衛星選択部 ２６ 測位計算部 ２００ 第１の衛星選択禁止範囲 ３００ ＧＰＳ受信機 ４００ 第２の衛星選択禁止範囲

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＧＰＳ衛星からそのＧＰＳ衛星の軌道を
   示すエフェメリスデータ及び各ＧＰＳ衛星の概略軌道を
   示すアルマナックデータを含む信号を受信する受信手段
   と、アルマナックデータ及び搭載に係る移動体の概略現
   在位置及び時刻情報に基づき測位計算に使用するＧＰＳ
   衛星の組み合わせを選択する衛星選択手段と、当該組み
   合わせに係るＧＰＳ衛星の擬似距離及びエフェメリスデ
   ータを用いて測位計算を行う測位計算手段と、を備え、
   測位計算により搭載に係る移動体の現在位置等を求める
   ＧＰＳ受信機において、 衛星選択手段が、 移動体からの仰角が所定値以下となる第１の衛星選択禁
   止範囲並びに当該仰角が所定値以上となる第２の衛星選
   択禁止範囲以外の範囲である衛星選択範囲から、測位計
   算に使用するＧＰＳ衛星の組み合わせを選択することを
   特徴とするＧＰＳ受信機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のＧＰＳ受信機において、 衛星選択手段が、 信号を受信可能なＧＰＳ衛星の仰角に基づき第２の衛星
   選択禁止範囲と衛星選択範囲の境界を設定することを特
   徴とするＧＰＳ受信機。