JPH0814919A

JPH0814919A - ナビゲーションシステム

Info

Publication number: JPH0814919A
Application number: JP14477995A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Endo; 芳則遠藤; Koji Kuroda; 浩司黒田; Junichi Makino; 淳一牧野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-06-12
Filing date: 1995-06-12
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】ＧＰＳ信号の受信可否や受信信号レベルの情報
を用いて測位精度の高いナビゲーションシステムを提供
すること。【構成】測位衛星信号からの受信の可否，受信信号レベ
ルを記憶する記憶装置とその記憶された情報をナビゲー
ション演算部に出力する出力端子を備える受信装置を設
けるとともに、ナビゲーション演算部に出力端子からの
情報に基づいて移動体周囲の建物の状況を判断する手段
を設けたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はNAVSTAR／ＧＰＳ衛星か
らの信号を受信する受信信号を利用したナビゲーション
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧＰＳ(Global Positioning System：全
世界測位システム）は、米国国防総省が構築を進めてい
る人工衛星を用いた全世界電波航法システムである。シ
ステムは衛星系と地上系から構成される。衛星系は最終
的に計２４個揃う予定であり、システムが完成すれば２
４時間、全世界で３次元測位が可能になる。

【０００３】ＧＰＳ衛星から送られる信号は、干渉や妨
害を受けにくい、信号秘匿能力が高い、距離測定，時刻
同期が可能，符号分割多重接続が可能などの優れた能力
を持つスペクトラム拡散変調信号である。

【０００４】スペクトラム拡散変調は、情報データ信号
を、その情報信号の周波数帯域より広帯域で、かつ自己
相関が高くて相互相関が低いという特徴を有するランダ
ムな符号である擬似雑音符号（Pseudo Noise符号：ＰＮ
符号）で変調し（これをＰＮ拡散と呼ぶ）伝送する方式
である。このため、スペクトラム拡散信号の受信装置に
は、次の機能が必要となる。まず送信側で情報データの
拡散に用いたＰＮ符号と同じパターンのＰＮ符号を受信
機内部で生成し、そのＰＮ符号の位相と受信信号のＰＮ
符号の位相を一致させて乗算し復調することで、送信さ
れた情報データを復調する機能である（これをＰＮ逆拡
散と呼ぶ）。

【０００５】次に、その動作を詳細に説明する。

【０００６】受信装置立ち上げ後、受信すべき信号のＰ
Ｎ符号と受信機内部で作成するＰＮ符号の位相が一致
（位相同期）するまでＰＮ符号の位相を変化させる、い
わゆるＰＮサーチを同期捕捉するまで行い逆拡散信号を
得る。

【０００７】次に、この逆拡散信号には不要な雑音信号
が多く混入しているため、逆拡散信号の中心周波数と、
前記逆拡散信号から不要な雑音を除去する狭帯域なフィ
ルタの中心周波数を一致させて、逆拡散信号をろ波する
（周波数同期）。前記動作により、不要な雑音成分を除
去して情報信号を復調しＰＮ同期を確立する。

【０００８】以上の操作によりＰＮ同期が確立した後
は、常にＰＮ符号の位相が一致するように（例えば横山
光雄著「スペクトル拡散通信システム」ｐｐ．３１１−
３２５に示されるように）震動ループ回路からの信号に
基づいてＰＮ符号発生器を制御し（ＰＮ同期追跡）、Ｐ
Ｎトラッキングする。そのトラッキング状態より３衛星
以上のＧＰＳ衛星と受信機関の距離を測定し、自己位置
を演算する。

【０００９】上記ＧＰＳ受信装置では、電源立ち上げ後
測位を行うまでには位相同期や周波数同期といった過程
が必要不可欠であり、時間を要する。そのため、従来は
特開昭58−191552号公報に示される方式により同期サー
チスピードを可変し、立ち上げ時間を短縮する方法があ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ＧＰＳ衛星が送信する
電波の信号レベルは、衛星の仰角や、受信装置に使用す
るアンテナの利得パターンの仰角に対する偏差などの要
因により、大きく変化する。

【００１１】そのため、信号レベルにより最適なＰＮサ
ーチスピードや、不要な雑音を除去する狭帯域フィルタ
の帯域幅、及び震動ループ回路におけるループフィルタ
等のパラメータを最適に選択する必要がある。しかし
（１）従来、これらパラメータを信号レベルによらず一
律にしていたため、位相同期や周波数同期に要する時間
が長くなるという問題があった。また（２）同期に要す
る時間と、距離の測定精度の間には相反する性質があ
り、一律にこれらパラメータを設定すると両特性を満足
させるのが困難であった。また震動ループ回路におい
て、データが反転するとき距離の測定精度が悪化すると
いう問題点があった。さらに（３）ＧＰＳ信号の受信可
否や信号レベルは、測位に使用する衛星の組合せを変更
するためにのみ使用されていた。

【００１２】本発明の目的は、ＧＰＳ信号の受信可否や
受信信号レベルの情報を用いて測位精度の高いナビゲー
ションシステムを実現することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、測位衛星か
らの信号を受信して移動体の現在位置を求める測位衛星
信号受信装置と他のセンサ情報を用いて移動体の現在位
置を報知する報知装置を備えたナビゲーションシステム
において、前記測位衛星信号受信装置は受信可否，受信
信号レベルを記憶する記憶手段と前記記憶された情報を
ナビゲーション演算部に出力する出力端子を備え、ナビ
ゲーション演算部は前記出力端子からの情報に基づいて
前記移動体周囲の建物の状況を判断する手段を備えるこ
とによって達成される。

【００１４】

【作用】ナビゲーションシステムで自己位置の測定にＧ
ＰＳ信号を利用する場合、GPS信号の受信可否や信号レ
ベルより、そのＧＰＳ衛星が見える方向に障害物がある
か否かを確認する。障害物があると判断したときには、
地図情報とＧＰＳ受信装置から出力される位置情報を突
き合わせる。さらにＧＰＳ衛星が見える方向に障害物が
あるか否かを地図で調べる。さらに障害物の陰になるよ
うにマップマッチングして自己位置を決定する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を用いて説明
する。

【００１６】図１は本発明を適用したＧＰＳ受信装置の
一構成例である。

【００１７】図１で、ＧＰＳ衛星から送信された中心周
波数1575.42ＭＨｚのスペクトラム拡散信号は、アンテ
ナ１で捕らえられ高周波部２３に送られる。

【００１８】高周波部２３は、この信号を低雑音アンプ
２にて増幅し、基準発振器２２（例えば発信周波数が６
５.４７２ＭＨｚのもの）で周波数管理される第１局部
発振器４で作成した搬送波（例えば発信周波数1509.948
ＭＨｚ）によりミキサ３でダウンコンバージョンし、第
１中間周波信号Ｓ１を得る。

【００１９】さらにこの信号Ｓ１から不要な雑音信号を
帯域通過フィルタ５（例えば通過帯域幅約２ＭＨｚ）で
除去し、逆スペクトラム拡散部２４に送る。

【００２０】逆スペクトラム拡散部２４では、ＰＮ符号
ＮＣＯ８とＰＮ符号発生器７により、受信すべきＧＰＳ
衛星信号のＰＮ符号と同じパターンで、かつ同位相のＰ
Ｎ符号で、高周波部２３から送られるスペクトラム拡散
信号を逆拡散し、第２中間周波信号Ｓ２を得る。

【００２１】この第２中間周波信号Ｓ２を２分岐し、基
準発振器２２の出力位相差を９０゜とした２つの信号と
混合して周波数変換（ダウンコンバージョン）し、位相
が９０゜相異なる第３中間周波信号Ｓ３．ａ，ｂを得る
（それぞれＩ信号，Ｑ信号と呼ばれる）。

【００２２】以上のようにＩ，Ｑ信号に分離処理するこ
とで、低いサンプリング周波数で処理可能とするととも
に、ディジタル信号処理部の構成を簡略化している。

【００２３】さらにＡ／Ｄ変換器の前に設けられた低域
通過フィルタ１２．ａ，ｂで、Ａ／Ｄ変換器のサンプリ
ング周波数の１／２以上の周波数成分である折り返し信
号を除去し、信号Ｓ４．ａ，ｂを得る。

【００２４】ここで信号Ｓ３．ａ，ｂはドップラ効果に
より約±４ＫＨｚの周波数変動があり、また基準発信器
の周波数変動を考慮すると低域通過フィルタ１２．ａ，
ｂの遮断周波数を約５〜７ＫＨｚに選ぶと良い。

【００２５】さらに、Ａ／Ｄ変換器でこのアナログ信号
Ｓ４．ａ，ｂを（例えば基準発信器信号を分周器１１で
４０９６分周した15.984375ＭＨｚのサンプリング信号
で）ディジタル信号Ｓ５．ａ，ｂに変換し、ディジタル
信号処理部２５に送る。

【００２６】ディジタル信号処理部２５では、ディジタ
ル発振器で構成される第３局部発振器１５から出力され
る搬送波信号と、信号Ｓ５．ａ，ｂをミキサ１４．ａ，
ｂで混合し、ダウンコンバージョンされた信号Ｓ６．
ａ，ｂを得る。

【００２７】さらに、演算部２１からの信号Ｓ１６によ
り、アダプティブに信号遮断周波数を変更可能で通過帯
域を変えられる低域通過フィルタ１６.ａ，ｂで、信号
Ｓ６.ａ，ｂから不要な雑音を除去し、航法データ信号
を含んだ搬送波信号Ｓ７.ａ，ｂを得る。

【００２８】データ復調器１７は、例えばコスタス復調
器やＴＡＮ形式復調器で構成され、希望とするデータを
含んだ搬送波信号Ｓ７．ａ，ｂから搬送波信号を再生
し、これを入力信号と比較することでデータ信号Ｓ８を
復調し、演算部２１に送る。

【００２９】また検波器１８は、入力信号Ｓ７．ａ，ｂ
の自乗和の平方根を計算し、入力信号の振幅情報信号Ｓ
９を得る。

【００３０】この信号Ｓ９は演算部２１に送られ、Ｓ９
の振幅が設定したレベル以上であればＰＮ同期状態、Ｓ
９の振幅が設定したレベル以下であればＰＮ非同期状態
と判別し、その結果をＰＮ同期信号Ｓ１３として出力す
る。

【００３１】さらに振幅情報信号Ｓ９は震動ループ１９
に送られ、基準発振器２２から発信されたディザー信号
Ｓ１４による処理や、演算部からの基準信号Ｓ１７によ
り設定されたフィルタ周波数でフィルタリング処理とれ
てＰＮ同期追跡信号Ｓ１０が出力される。なお、震動ル
ープ１９へは演算部２１からデータ反転信号Ｓ１５も入
力され検波器１８からの信号Ｓ９の震動ループ１９への
入力を制御している。またスイッチ２０はＰＮ同期捕捉
信号Ｓ１１とＰＮ同期追跡信号Ｓ１０を切り換えるもの
である。演算部２１からのＰＮ同期信号Ｓ１３が非同期
状態を示していれば演算部２１から出力されるＰＮ同期
捕捉信号Ｓ１１に切り換えられ、同期状態を示していれ
ばＰＮ同期追跡信号Ｓ１０に切り換えられる。

【００３２】このスイッチ２０から出力される制御信号
Ｓ１２はＰＮ符号ＮＣＯ８に入力され、ＰＮ符号の位相
を制御し、ＰＮ同期状態を作り出す。

【００３３】以上の構成でＧＰＳ信号を復調し、測位が
なされるが、従来方式と異なる点は、低域通過フィルタ
１６．ａ，ｂの遮断周波数を演算部２１からの信号Ｓ１
６に基づいてアダプティブに変化できること、同じく演
算部２１からの制御信号Ｓ17に基づいて震動ループのフ
ィルタ定数を変化できること、ＰＮ同期捕捉信号Ｓ１１
が変化可能でＰＮ同期点を捜す速度（サーチスピード）
を自由自在に変化できる点にある。このＰＮサーチは、
受信波のＰＮ符号チップレート周波数と受信機内部で作
成するＰＮ符号のチップレート周波数をわずかに違える
ことにより、等価的にＰＮ符号の位相を変化させること
で実現される。例えば受信波ＰＮ符号のチップレート周
波数を１．０２３ＭＨｚ，受信機内部で生成するＰＮ
符号のチップレート周波数を１.０２３２ＭＨｚとすれ
ば、サーチスピードは２００ＢＩＴ／sec になる。従っ
てサーチを早めるには、互いのチップレート周波数差を
大きくすれば良いことになる。

【００３４】次に演算部の処理構成を図２を用いて説明
する。

【００３５】航法データ解析部４４では復調されたＧＰ
Ｓ衛星航法データ信号Ｓ８から航法データを編集し、測
位や速度演算に必要なアマルナックデータ（ＧＰＳ衛星
の概略位置情報）やエフォメリスデータ（ＧＰＳ衛星の
詳細位置情報）への変換を行う。また、データ信号Ｓ８
には搬送波のドップラ周波数変化量に関する情報も重畳
して送られる。

【００３６】フィルタ制御演算部４５は、後述するＧＰ
Ｓ信号のＳ／Ｎ比を推定演算し、低域通過フィルタの帯
域幅を決定し、フィルタ信号Ｓ１６をディジタル信号処
理部２４に出力する。

【００３７】同期判定部４６は、入力信号の振幅情報信
号Ｓ９を監視し、その振幅が設定したレベル以上であれ
ばＰＮ同期状態，振幅が設定したレベル以下であればＰ
Ｎ非同期状態と判別する。震動ループ制御演算部４７
は、後述する入力信号のデータ反転時の測位精度悪化を
防ぎ、かつ高速で安定にトラッキングするためのループ
フィルタを最適化するものである。そのため、データ反
転時刻を予測してデータ反転信号Ｓ１５を出力するとと
もに、ループフィルタの乗算器定数の制御信号Ｓ１７に
より変化させる。

【００３８】スイッチ制御信号部４８は、同期捕捉モー
ドと同期追跡モードを切り換えるＰＮ同期信号Ｓ１３を
出力する。

【００３９】ドップラ変動補償部４９は、搬送波信号Ｓ
７．ａ，ｂにドップラ変動の影響が及ばないように制御
する第３局発振制御信号Ｓ２４を、第３局部発振器に出
力する。

【００４０】衛星選択部５３は、最も測位精度が高くな
る衛星の組合せを選択する。

【００４１】測位演算５４は距離計測カウンタ４４より
出力される擬似距離データ信号Ｓ23，ＧＰＳ衛星の位置
データより自己の３次元位置を計算する。

【００４２】速度演算部５５は擬似距離変化率データ
（これは搬送波の周波数変化量より求まる），ＧＰＳ衛
星の位置データ等より自己の速度及び進んだ方向を計算
する。次に、演算部２１の処理アルゴリズムを図３を用
いて説明する。電源立ち上げ後、立ち上げ処理１００を
行い、演算部内部に蓄えられているアルマナックデータ
を用いて現在見えるＧＰＳ衛星の位置と速度を求める１
０１。

【００４３】その幾何学的な位置の組合せより、最も高
い精度で自己位置を測位可能な４個のＨＰＳ衛星の組合
せを決定する（２次元測位の場合には、３個の衛星組合
せ）１０２。

【００４４】さらにＧＰＳ衛星の位置及び速度から衛星
信号のドップラシフト周波数量を計算する１０３。

【００４５】これら基本演算が終了した後、ディジタル
信号処理部の設定を行う。

【００４６】まず、震動ループのループフィルタの定数
を急速にトラッキングする定数とする１０４。

【００４７】次に搬送波信号Ｓ７．ａ，ｂからドップラ
周波数変動を除去するため、演算されたドップラシフト
量から第３局部発振器１５の発振周波数を設定する１０
５。さらの低域通過フィルタ１６．ａ，ｂの帯域幅を後
で説明する方式により設定する１０６。

【００４８】以上の設定が終了した後、ＰＮ同期サーチ
を開始する。同期判定１０７では、ＧＳＰ信号の振幅レ
ベルを監視し、これがある一定のレベルを越えたときは
ＰＮ同期が得られたものと判断して測位を開始する。

【００４９】一方振幅がある一定レベル以下の時は、Ｐ
Ｎ１周期分のサーチが終了するまでサーチを継続し、そ
れでもＰＮ同期しない場合は第３局部発振器１５の発振
周波数を僅かに変化させて再度ＰＮ同期サーチを行う１
０８。

【００５０】ＰＮ同期が得られた場合は、スイッチ制御
信号部４８からスイッチ切り換え信号Ｓ１３を出力しＰ
ＮＮＣＯ制御信号Ｓ１２をＰＮサーチ信号Ｓ１１からＰ
Ｎトラッキング信号Ｓ１０に変化させて同期をとる１０
９。同期後、震動ループ制御演算１１０を行いループフ
ィルタ定数を擬似距離測定精度が改善される値に変更し
た後、データ復調器１７より得られるドップラ周波数を
基に演算１１１して、さらに精度良くドップラ周波数変
動を除去し、擬似距離精度を高めるため低域通過フィル
タ１６．ａ，ｂの帯域を狭める１１２。また得られる航
法データを編集し、アルマナックデータ・エフォメリス
データ等を得る１１３。さらに擬似距離や擬似距離変化
率の測定値を入力し１１４それを用いて自己位置１１
５，速度及び進行方向１１６を演算し出力する。同期が
とれている間は測位を継続し、同期が外れた場合は、再
度同期を取り直し測位を継続する１１７。

【００５１】次に各部の動作を説明する。

【００５２】ディジタル信号処理部のデータ復調器１７
から出力される航法データ信号Ｓ８は、演算部２１で編
集・解析が行われ衛星時刻や各ＧＰＳ衛星の位置情報
（アルマナックデータ）が得られる。このアルマナック
データ（あるいは以前に収集したアルマナックデータ）
と時刻，現在位置の情報より、各ＧＰＳ衛星の見える仰
角を計算する。

【００５３】さらに演算部２１内部のメモリに蓄えられ
たアンテナ１の仰角に対する利得Ｇ（ｄＢ）を読み出
し、その仰角時におけるＧＰＳ信号が大気中で減衰した
量Ｌ（ｄＢ）を計算する。ここで、ＧＰＳ信号の実効的
な電力をＰ（ｄＢｍ：１０logＰ(ｍＷ）で計算され、０
ｄＢｍ＝１ｍＷとなる）とすれば受信されるＧＰＳ信号
レベルＳは次式により計算される。

【００５４】Ｓ＝Ｐ−Ｌ＋Ｇまた雑音レベルＮ（ｄＢｍ）を熱雑音レベルに近似すれ
ば、雑音レベルＮは次式で計算される。

【００５５】Ｎ＝ｋＴＢただしｋはボルツマン定数、Ｔは等価雑音温度、Ｂは受
信機の帯域幅である。このＧＰＳ信号レベルＳと雑音レ
ベルＮの比により、受信するＧＰＳ衛星の信号対雑音比
（Ｓ／Ｎ比）が計算できる。

【００５６】このＳ／Ｎ比が高いときは、低域通過フィ
ルタ１６．ａ，ｂの遮断周波数を高くし帯域幅を１（ｋ
Ｈｚ）程度に広げる。このように帯域幅を広げることで
周波数同期し易くなる。

【００５７】さらにＰＮサーチスピードを早め、位相同
期を５秒以下と短時間で得るようにする。

【００５８】またＳ／Ｎ比が低いときは、低域通過フィ
ルタ１６．ａ，ｂの遮断周波数を低くし帯域幅を２００
（Ｈｚ）程度と狭める。このように帯域幅を狭めること
でＳ／Ｎ比が向上し、ＧＰＳ信号の捕捉が可能になる。
さらにＰＮサーチスピードを遅くし、雑音の影響による
誤りなく位相同期を得るようにする。このため位相同期
時間は１０秒前後必要になる。

【００５９】上記のものは、アルマナックデータ，時
刻，現在位置の情報により各パラメータを変化させる方
式であったが、外部データＳ１８に基づき各パラメータ
を変化させる手法もある。次にその動作を説明する。

【００６０】演算部２１は、アルマナックデータを外部
データＳ１８で外部演算装置に出力する。その演算装置
では、現在位置の概略値より時間に対する衛星仰角のテ
ーブルを作成し、メモリに蓄える。ＧＰＳ衛星の軌道高
度が現在のままであれば、衛星は時間的に４分強早くな
りながら毎日同じ地上の上を通る。その効果を考慮し、
現在時刻と衛星仰角テーブルからＧＰＳ衛星の仰角を割
り出す。その仰角値を外部データＳ１８で演算部に送
り、上記手法で低域通過フィルタ１６．ａ，ｂの遮断周
波数，ＰＮサーチスピードを決定し、ＰＮ同期を図る。
上記外部演算装置の操作は、演算部２１内で記憶・実行
することもできる。

【００６１】さらに他の手法を説明する。

【００６２】まず振幅情報信号Ｓ９を演算部に取り込
み、受信しているＧＰＳ信号のＳ／Ｎ比を測定する。こ
れはどの衛星も受信していない場合と、ＧＰＳ衛星から
の信号を受信した場合の振幅の差より計算される。この
実測されたＳ／Ｎ比と、衛星の仰角，アンテナの利得か
ら演算されるＳ／Ｎ比を比較し、演算されたＳ／Ｎ比を
補正し、その補正値を記憶する。さらにＳ／Ｎ比情報を
外部データＳ１８で外部演算装置（図示していない）に
出力する。この外部演算装置はＳ／Ｎ比の情報と時刻情
報をメモリに蓄える。後日測位を行う場合には、ＧＰＳ
衛星が時間的に４分強早くなりながら毎日同じ地上の上
を通る効果を考慮し、その時刻におけるＧＰＳ信号のＳ
／Ｎ比をメモリより呼び出し外部データＳ１８で演算装
置２１に出力する。この情報により、低域通過フィルタ
１６．ａ，ｂの遮断周波数，ＰＮサーチスピードを決定
し、ＰＮ同期時間の短縮を図る。上記外部演算装置の操
作は、演算部２１内で記憶・実行することもできる。

【００６３】またアルマナックデータ，時刻情報，現在
位置情報が無い場合の処理方法について次に説明する。
まずＧＰＳ信号の受信開始時には、低域通過フィルタ１
６．ａ，ｂの遮断周波数を高くし、通過帯域幅を広げて
ＰＮサーチを開始する。このように帯域幅を広げること
で周波数同期し易くなる。しかしこのように帯域幅を広
げてしまうと、Ｓ／Ｎ比が悪化するため、仰角の低いＧ
ＰＳ衛星は捕捉できない場合が発生する。そこでＧＰＳ
信号が捕捉できなかった場合には、Ｓ／Ｎ比を改善する
ため、低域通過フィルタ１６．ａ，ｂの遮断周波数を低
くし、通過帯域幅を狭め、もう一度ＰＮサーチを行いＰ
Ｎ同期を確立する。

【００６４】以上ＧＰＳ信号の捕捉について説明した
が、ＰＮサーチ時間の短縮以外にGPSに希望される機能
として、測位精度がある。測位精度を高めるためには、
入力するＧＰＳ衛星信号のＰＮ符号と、受信機内部のＰ
Ｎ符号発生器７で作成するＰＮ符号の位相を完全に一致
させるように震動ループ１９で制御し、距離測定精度を
上げればよい。

【００６５】そこで本発明を適用した震動ループの一構
成例を図４に示し、以下その詳細を説明する。

【００６６】入力された振幅情報信号Ｓ９は、データ反
転信号Ｓ１５によりスイッチ，ホールドされ切換器２５
に送られる。この信号は切換器２５において、ディザー
信号Ｓ１４で進み信号と遅れ信号に分けられる。各々進
み信号，遅れ信号はループフィルタを通過し、ディザー
信号Ｓ１４で制御されるホールド２６．ａ，ｂでデータ
が記憶される。各々の出力は加減算器２７に入力され、
差がとられＰＮ同期追跡信号Ｓ１０を出力する。

【００６７】次にその動作を説明する。

【００６８】震動ループに入力される振幅情報信号Ｓ９
は、図５（ｂ）に示すような特徴がある。図５（ａ）は
航法データ信号Ｓ８を示しており、横軸は時間である。
つまりデータが反転するところでＳ９の振幅が落ちる現
象が発生することである。これは受信機に使用している
フィルタの影響により発生するもので避けることができ
ないものである。またこのような振幅レベルの急激な変
動が、ループフィルタ２８．ａ，ｂを通過すると、ＰＮ
同期に悪影響を及ぼし測位性能が悪化する。

【００６９】そこでＧＰＳ航法データ信号Ｓ８のデータ
反転する時刻を、前のデータ反転時間とデータ反転周期
２０ｍｓから演算部２１で計算し、そのデータ反転時間
前後の時間に信号レベルが１になる図５（ｃ）に示した
データ反転信号Ｓ１５を出力する。

【００７０】Ｓ１５の信号レベルが０から１に反転した
ときは、スイッチ２３を切り放し入力が加わらないよう
にするのと同時にスイッチを切り放す前のデータをホー
ルド２４で記憶する。

【００７１】逆にＳ１５の信号レベルが１から０に反転
したときは、スイッチ２３を接続しホールド２４は無効
とするように働く。

【００７２】これにより図５(ｂ）に示した振幅情報信
号は、図５(ｄ）に示す信号に変換される。このように
情報信号の反転時の振幅レベルの変動が小さくなるの
で、距離の測定精度さらには測位精度が改善される。さ
らに図５（ｄ）に示した信号はスイッチ２５でディザー
信号Ｓ１４の制御のもと進み信号Ｓ１９と遅れ信号Ｓ２
０に分けられる。

【００７３】各々進み信号，遅れ信号は、ループフィル
タに送られ処理がなされる。本発明の特徴は、このルー
プフィルタ２８．ａ，ｂ内部の乗算器定数を、演算部か
らの制御信号Ｓ１７により、その処理過程に応じてアダ
プティブに変化できるところに特徴がある。

【００７４】ＰＮサーチを行い同期捕捉する時には、確
実に同期捕捉し、さらに急速にトラッキングする必要性
があるので、乗算器２９．ａの定数に小さな値を選び１
次ループフィルタの特性に近くする。またＰＮ同期追従
時には、トラッキングのオフセット成分を無くし、測位
性能を上げるために、乗算器２９．ｂの定数に大きな値
を選び２次ループフィルタの特性とする。

【００７５】さらに乗算器３０．ａ，ｂの定数も測位精
度が向上するように値が切り換えられる。以上の方法に
てループフィルタから出力された信号は、ホールド２
６．ａ，ｂに送られる。スイッチ２５で切り換えた信号
がループフィルタ２８．ａに出力している場合には、ス
イッチ２５が切り換えられる直前のループフィルタ出力
信号をホールド２６．ｂに記憶する。

【００７６】さらにループフィルタ２８．ｂに出力する
ようにスイッチ２５が切り換えられた場合は、ホールド
２６．ｂは解放され逆にスイッチ２５が切り換えられる
直前のループフィルタ出力信号をホールド２６．ａに記
憶する。このようにして得られる信号Ｓ２１，Ｓ２２
を、加算器２７で加減算しＰＮ同期追跡信号を得てい
る。

【００７７】次に上記で説明したＧＰＳ受信装置を自動
車ナビゲーションシステムに組み込んだ例を図６に示
す。

【００７８】システムは、センサ系，表示系，情報系，
演算系からなる。

【００７９】センサには自己の絶対位置を測定するＧＰ
Ｓ受信装置３１，回転角度を計測する光ファイバジャイ
ロ３９，舵角センサ３７，方位を検出する地磁気センサ
３８，速度を計測する車速センサ３６が使用される。

【００８０】表示系はＬＣＤディスプレイ３２、情報系
は道路情報受信機３４、演算系は道路地図を記憶するＣ
Ｄ−ＲＯＭ３３，センサ出力より自己位置を求め、マッ
プマッチング・表示などをコントロールする演算部３５
で構成される。

【００８１】簡単にその動作を説明する。ＧＰＳ受信装
置は常時自己位置を測定し、その測定結果をＬＣＤディ
スプレイに表示する。しかし建物の陰等になりＧＰＳ信
号の受信が不能な場合は測位できなくなる。そこで光フ
ァイバジャイロ，舵センサより出力される角度情報，車
速センサから出力される角度情報，地磁気センサから出
力される方位情報によりナビゲーションを行うと共に、
マップマッチングを併用し測位精度を高め、その測定結
果をＬＣＤディスプレイに表示する。このような構成と
することで、常時正確なナビゲーションが可能になる。
また光ファイバジャイロ，舵角センサ，速度センサ，地
磁気センサなどのセンサ情報により常時ナビゲーション
を行い、ＧＰＳ受信装置の測位結果で補正することも可
能である。

【００８２】さらにこのＧＰＳ受信装置は、船，飛行
機，人工衛星などのナビゲーションシステムにも適用可
能である。

【００８３】次に、上記構成による自動車ナビゲーショ
ンシステムに、本ＧＰＳ受信装置を組み込み、ナビゲー
ションを行った例を図７に示す。

【００８４】図において道路上を走行している自動車４
０の走行方向をベクトル４２，建物を４１，ＧＰＳ衛星
が見える方向ベクトルを４３で表した。

【００８５】ＧＰＳシステムの測位精度は、衛星の見え
る配置にもよるが３０ｍ〜５０ｍの誤差がある。その誤
差を修正するため、地図と測位結果の比較を行い、強制
的に自己位置を道路上に合わせるマップマッチングがな
される。

【００８６】この図の場合、自動車の走行ベクトル４２
から、図に示した道路の走行が選択される。しかしこの
まま走行を続ければ、ベクトル４３の方向からくるＧＰ
Ｓ信号が建物４１で遮断されるために、自動車４０に搭
載したＧＰＳ受信装置ではＧＰＳ信号が受信できなくな
る。これは図１の振幅情報信号Ｓ９の信号レベルが下が
り、ＰＮ同期が外れることで判定される。よってこのＧ
ＰＳ信号遮断の情報を利用すれば、マップマッチングが
行える。つまり図７に示す道路地図を記憶しＣＤ−ＲＯ
Ｍ３３から、建物４１の情報を得て、ＧＰＳ信号が遮断
されたときに、ＧＰＳ衛星の見えた方向ベクトル４３が
建物４１と交わる道路上の場所にマップマッチングする
ことで正確な位置を知ることがでできる。

【００８７】

【発明の効果】本発明によればＧＰＳ信号の受信可否や
受給レベルの情報を用いて測位精度の高いナビゲーショ
ンシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＧＰＳ受信装置のブロック図。

【図２】演算処理部の構成図。

【図３】演算処理部の処理のフローチャート。

【図４】震動ループ回路の詳細図。

【図５】震動ループ回路に入出力される信号を示す図。

【図６】ＧＰＳ受信装置を用いた自動車用ナビゲーショ
ン装置。

【図７】マップマッチングに使用する地図データ。

【符号の説明】

２０，２３，２５…スイッチ、２１…演算部、２２…基
準発振器、２４,２６.ａ，２６．ｂ…ＨＯＬＤ、２７…
加算器、２８．ａ，２８．ｂ…ループフィルタ、２９．
ａ，２９．ｂ，３０．ａ，３０．ｂ…乗算器、３１…Ｇ
ＰＳ受信装置、３２…ＬＣＤディスプレイ、３３…ＣＤ
−ＲＯＭ、３４…道路情報受信機、３５…演算部、３６
…車速センサ、３７…舵角センサ、３８…地磁気セン
サ、３９…光ファイバジャイロ、４０…自動車（ナビゲ
ーター）、４１…建物、４２…走行ベクトル、４３…Ｇ
ＰＳ衛星が見える方向ベクトル、４４…航法データ解析
部、４５…フィルタ制御演算部、４６…同期判定部、４
７…震振ループ制御演算部、４８…スイッチ制御信号
部、４９…ドップラ変動補償部、５０…立ち上げ処理
部、５１…衛星位置速度演算部、５２…ドップラシフト
変化量演算、５３…衛星選択部、５４…測位演算部、５
５…速度演算部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測位衛星からの信号を受信して移動体の現
在位置を求める測位衛星信号受信装置と他のセンサ情報
を用いた移動体の現在位置を報知する報知装置を備えた
ナビゲーションシステムにおいて、前記測位衛星信号受
信装置は受信可否，受信信号レベルを記憶する記憶手段
と前記記憶された情報をナビゲーション演算部に出力す
る出力端子を備え、ナビゲーション演算部は前記出力端
子からの情報に基づいて前記移動体周囲の建物の状況を
判断する手段を備えたことを特徴とするナビゲーション
システム。