JPH08271606A

JPH08271606A - 測位信号受信機

Info

Publication number: JPH08271606A
Application number: JP7388495A
Authority: JP
Inventors: Makoto Abe; 阿部　　誠; Yoshiyuki Sotohira; 佳之外平; Koichiro Teranishi; 孝一郎寺西
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1996-10-18
Anticipated expiration: 2014-07-19
Also published as: JP2921435B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ＧＰＳ受信機などの測位装置において、測位
のための信号捕捉に必要な時間を短縮できるようにす
る。【構成】それぞれ異なる位置より送信される複数の測
位信号を受信し、受信したそれぞれの測位信号に含まれ
る情報を復調し、復調したそれぞれの情報を解析して現
在位置を測位する測位信号受信機において、測位信号の
受信周波数を決定する周波数信号の発振手段３１と、こ
の発振手段３１の温度を検出する温度センサ３３と、こ
の温度センサ３３の検出データに基づいて発振手段３１
の発振周波数のドリフト分を補正するための補正データ
を記憶する記憶手段３５とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＧＰＳ（Gloval Positio
ning System ）と称される衛星を使用した測位システム
の受信機に適用して好適な測位信号受信機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＧＰＳと称される衛星を使用した
測位システムの受信機が各種開発されている。この受信
機による測位は、地球を周回する複数個（約２４個）の
人工衛星から送信される測位信号を受信して、各衛星か
らの測位信号に含まれる情報を復調し、復調して得た情
報を解析して現在位置を測位するものである。この場
合、各衛星から送信される測位信号に含まれる情報とし
ては、衛星の時刻データ，衛星の位置を算出するための
軌道データ等があり、これらの情報が含まれた測位信号
をスペクトラム拡散変調されると共に、２つの搬送波で
直交位相変調（２相ＰＳＫ変調）されて送信されてい
る。この２つの搬送波の周波数は、全ての衛星が同じ周
波数（１２２７．６ＭＨｚと１５７５．４２ＭＨｚ）が
使用され、スペクトラム拡散変調する際のコードが各衛
星で異なる。

【０００３】そして、測位する際には少なくとも３個の
衛星からの測位信号を同時期に受信して、この受信した
３個の衛星からの測位信号に含まれる情報を復調し、復
調した情報を解析して、位置を測位する処理を行う。こ
のため、ＧＰＳによる受信機は、複数チャンネルの受信
部を備え、各受信部で１個ずつ別の衛星からの測位信号
を捕捉するようにしてある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ＧＰＳ受信機では、各チャンネルの受信部で衛星からの
測位信号を捕捉して、始めて正確な測位ができるのであ
るが、この測位信号を捕捉するまでには時間がかかり、
受信機で受信を開始してから現在位置を測位できるまで
に時間がかかる不都合があった。即ち、各衛星から送信
される測位信号は、衛星からの送信する際には規定され
た一定周波数としてあるが、衛星と受信機との相対速度
によるドップラー効果で、実際に受信機で受信される周
波数には変動がある。従って、各衛星からの測位信号を
正確に捕捉するためには、衛星からの信号が存在すると
思われる周波数範囲内で、衛星からの信号が受信できる
まで受信周波数を変化させるサーチ処理を行っており、
衛星からの信号を捕捉して測位できるまでには時間がか
かっていた。

【０００５】また、このようなＧＰＳ受信機で衛星から
の信号の捕捉に時間かかかる要因として、ドップラー効
果による周波数の変動の他に、受信機が備える発振器の
発振精度の問題があった。即ち、受信機が備える発振器
の発振周波数が何らかの要因で変動した場合には、受信
機の受信周波数が対応して変動するために、変動分だけ
受信周波数をシフトさせなければ、衛星からの信号を捕
捉することはできない。従って、上述した受信周波数を
変化させるサーチ時には、発振器の発振精度を考慮して
受信周波数を変動させる範囲を広く設定する必要があ
り、衛星からの信号捕捉時には、それだけ広い周波数範
囲のサーチを行う必要があった。

【０００６】本発明はこれらの点に鑑み、測位のための
信号捕捉に必要な時間を短縮することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、測位信号の受信周波数を決定する周波数信
号の発振手段と、この発振手段の温度を検出する温度セ
ンサと、この温度センサの検出データに基づいて発振手
段の発振周波数のドリフト分を補正するための補正デー
タを記憶する記憶手段とを備えたものである。

【０００８】

【作用】本発明によると、発振手段の発振周波数のドリ
フト分を、補正データに基づいた受信処理の補正で補正
することで、発振手段の発振周波数の温度変動による悪
影響を除去することができ、精度の良い測位信号の捕捉
処理が可能になる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面を参照し
て説明する。

【００１０】本例においてはＧＰＳと称される人工衛星
を使用した測位システムの受信機に適用したもので、図
１にその受信機の構成を示す。この受信機は、衛星から
の測位信号（この測位信号はスペクトラム拡散信号であ
る）を受信するアンテナ１１を備え、このアンテナ１１
は増幅器１２に接続され、この増幅器１２で増幅された
受信信号をバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３を介して
混合器１４に供給し、この混合器１４でＰＬＬ回路（フ
ェーズ・ロックド・ループ回路）３２が出力する周波数
信号を混合して、所定の周波数（１．５ＧＨｚ帯）の受
信信号を第１中間周波信号に周波数変換する。

【００１１】この場合、ＰＬＬ回路３２が出力する周波
数信号は、水晶発振器３１が出力するほぼ一定の周波数
信号を、ＰＬＬ回路３２内の分周器で分周して作成した
信号で、その分周比などを制御することで、ＰＬＬ回路
３２が出力する信号の周波数が変化する。この分周比な
どにより決まるＰＬＬ回路３２の発振周波数は、後述す
る中央制御装置３５により制御される。

【００１２】そして、混合器１４が出力する第１中間周
波信号を、バンドパスフィルタ１５を介して混合器１６
に供給する。この混合器１６は、第１中間周波信号に、
水晶発振器３１が出力するほぼ一定の周波数信号を混合
して、第２中間周波信号に周波数変換する。

【００１３】そして、この混合器１６が出力する第２中
間周波信号を、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１７及び増
幅器１８を介して復調部１９に供給し、ＧＰＳ用測位信
号の復調処理を行う。この復調部１９での復調処理とし
ては、第２中間周波信号へのＰＮ符号（擬似ランダム符
号）の乗算によるスペクトラム逆拡散処理と、このスペ
クトラム逆拡散された信号のＰＳＫ復調などによる伝送
データの復調処理とを行い、衛星から伝送されるデータ
（時刻データ，軌道データ等）を得る。この場合、スペ
クトラム逆拡散処理に使用するＰＮ符号は各衛星毎に決
められた値としてあり、このＰＮ符号の選択で受信する
衛星の選択ができる。この受信する衛星の選択（即ちＰ
Ｎ符号の選択）は、この受信機の受信動作を制御するマ
イクロコンピュータである中央制御装置（ＣＰＵ）３５
による制御で行われ、所望の衛星が復調部１９で捕捉で
きたか否か中央制御装置３５で判断できるようにしてあ
る。

【００１４】また、本例の復調部１９は、複数の復調処
理（例えば８チャンネルの復調処理）が同時にできるよ
うにしてあり、複数の衛星からの測位信号を同時期に受
信して復調できるようにしてある。この複数の復調処理
を同時に行うための構成としては、復調回路そのものが
複数ある場合と、１個ないし数個の復調回路で、それぞ
れ時分割に別の衛星の捕捉処理を行うようにして、復調
回路の数を越える数の衛星からの測位信号を同時期に受
信して復調する場合とがある。

【００１５】そして、復調部１９で復調して得たそれぞ
れの衛星からの伝送データを、演算処理部２０に供給
し、その伝送データで示される捕捉した各衛星の軌道
と、各衛星からの信号の伝搬時間（スペクトラム逆拡散
時に発生させたＰＮ符号の位相で判断）とを判断し、判
断したそれぞれのデータを使用した演算で現在位置を算
出する。この現在位置を算出処理としては、例えば４個
のＧＰＳ用衛星からの測位信号を同時期に捕捉できた場
合には、ある時刻での４個の衛星の位置を、受信して得
た軌道データなどに基づいて算出し、各衛星と測位点
（現在位置）との距離を、検出した伝搬遅延から求め、
これらの衛星の位置データと距離データから導いた４元
連立方程式を解いて、測位点の位置を求めるものであ
る。

【００１６】そして、算出した現在位置のデータを表示
部２１に供給する。表示部２１では供給される現在位置
を所定の態様で表示（例えば緯度，経度，高度の表示）
させる。或いは、ナビゲーション装置用の受信機の場合
には、現在位置とその近傍の地図などを表示部２１で表
示させる。

【００１７】そして本例においては、水晶発振器３１の
配置位置の近傍に温度センサ３２を設け、この温度セン
サ３２が検出した温度データ（温度に比例して電位が変
化する電圧データ）を、アナログ／デジタル変換器３４
に供給し、このアナログ／デジタル変換器３４で電位に
応じたデジタルデータに変換し、変換されたデジタルデ
ータを中央制御装置３５に供給する。そして、中央制御
装置３５は、この供給される温度データと、そのときの
発振器３１の発振周波数のドリフト量のデータとを記憶
するメモリ（図示せず）を備え、このメモリへ逐次デー
タを記憶させる。この場合、発振器３１の発振周波数の
ドリフト量については、衛星からの信号をサーチ処理で
捕捉して現在位置の測位ができたとき、検出することが
できる。即ち、ＧＰＳによる測位システムの場合には、
衛星からの信号をサーチ処理で捕捉して現在位置の測位
ができたとき、所定の演算により発振器３１の正確な発
振周波数が判るもので、検出した正確な発振周波数と、
発振器３１が発振するように決められた周波数との差の
データを、ドリフト量のデータとして温度データと共に
記憶する。この温度データとドリフト量データとの記憶
状態については後述する。

【００１８】そして、中央制御装置３５の制御で、復調
部１９で各衛星からの信号を捕捉させる際には、そのと
きの温度センサ３３が検出した温度データと、このメモ
リに記憶された温度データとドリフト量のデータとを使
用して、衛星からの信号を捕捉処理させる周波数範囲を
シフトさせる。即ち、温度センサ３３が検出した温度デ
ータを中央制御装置３５が判断して、メモリの対応した
温度の記憶データを参照して、そのときの発振器３１の
発振周波数のドリフト量を推定し、推定したドリフト量
だけ復調部１９で受信データをサーチする周波数範囲を
オフセットさせる（即ちサーチする範囲を変化させる）
制御を行う。

【００１９】次に、中央制御装置３５内のメモリに、温
度データとドリフト量のデータとを記憶させる状態と、
その記憶状態に基づいてドリフト量を推定する処理を説
明する。

【００２０】まず、温度データとドリフト量のデータの
メモリへの記憶状態について説明すると、次の表１に示
すように記憶される。

【００２１】

【表１】

【００２２】この表１に示す温度代表値Ｔ_1x，Ｔ_2x，Ｔ
_3x，Ｔ_4x，‥‥Ｔ_kx，‥‥Ｔ_nxは、このＧＰＳ受信機が
使用される可能性のある温度範囲内で、所定間隔で設定
した温度である。例えば、この受信機が使用可能な温度
範囲が、ほぼ−２０℃〜＋５０℃であるとき、この範囲
内で１０℃毎に設定した値（例えば−２０℃，−１０
℃，±０℃，＋１０℃，＋２０℃，＋３０℃，＋４０
℃，＋５０℃）で、この温度代表値Ｔ_1x〜Ｔ_nxは予め決
めた値がメモリに記憶させてある。

【００２３】そして、実際にＧＰＳ用衛星からの測位信
号を受信した際には、中央制御装置３５が、そのときの
温度センサ３３の検出温度を監視し、そのときの温度
が、各温度代表値Ｔ_1x〜Ｔ_nxのいずれかの値に近い温度
となったとき、そのときの検出温度と、そのときの測位
演算より求めた発振器３１の発振周波数のドリフト量と
を、対応した温度代表値の１個前の温度，ドリフト量の
データ記憶エリアに記憶させる。例えば、温度代表値Ｔ
_1xに近い温度Ｔ₁₁を検出したとき（例えば代表温度値の
±２℃の範囲の温度を検出したとき）、そのときの温度
Ｔ₁₁と周波数のドリフト量Ｄ₁₁とを、温度代表値Ｔ_1xに
対応した１個前の温度，ドリフト量のデータ記憶エリア
に記憶させる。

【００２４】そして、この各温度代表値Ｔ_1x〜Ｔ_nx毎の
温度，ドリフト量のデータ記憶エリアは、それぞれの温
度代表値毎に複数用意され、ｍ個前（ｍは任意の整数：
例えば３程度の値）までの温度，ドリフト量のデータ記
憶エリアを備え、１個前の温度，ドリフト量のデータ記
憶エリアに新たなデータを記憶させた場合には、その温
度代表値の各エリアに記憶されたデータを、順に１個ず
つ前の記憶エリアに移す処理を行う。そして、ｍ個前の
温度，ドリフト量のデータ記憶エリアに記憶されたデー
タ（即ちその温度代表値に関する最も古いデータ）につ
いては、消去させる。

【００２５】そして、各温度代表値Ｔ_1x〜Ｔ_nx毎に、そ
れぞれの温度代表値Ｔ_1x〜Ｔ_nxに対応したｍ個の温度，
ドリフト量の記憶データの平均温度と、平均ドリフト量
とを中央制御装置３５内の演算処理で求め、その値を平
均温度Ｔ_1,Ｔ_2,Ｔ_3,Ｔ_4,‥‥Ｔ_k,‥‥Ｔ_n及び平均ドリ
フト量Ｄ_1,Ｄ_2,Ｄ_3,Ｄ_4,‥‥Ｄ_k,‥‥Ｄ_nとして、対応
したエリアに記憶させる。

【００２６】従って、各温度代表値Ｔ_1x〜Ｔ_nxの１個前
の温度，ドリフト量のデータ記憶エリアに新たなデータ
が記憶される毎に、その温度代表値の平均温度と平均ド
リフト量のデータは更新される。

【００２７】そして、このようにしてメモリに記憶され
たデータを使用して、このＧＰＳ受信機で測位する場合
には、水晶発振器３１の発振周波数のドリフト量を推定
する。この推定されるドリフト量Ｄは、現在の温度セン
サ３３より得られた温度をＴ（Ｔ_k＜Ｔ＜Ｔ_k+1）とす
るとき、次式に基づいて算出される。

【００２８】

【数１】

【００２９】この〔数１〕式に基づいたドリフト量の算
出処理は、図３に示す原理にて行われる。即ち、検出さ
れた現在の温度Ｔが、或る温度代表値Ｔ_kxの実測平均値
Ｔ_kと、その１つ上の温度代表値Ｔ_kx+1の実測平均値Ｔ
_k+1との間の値であるとき、それぞれの平均値Ｔ_k及び
Ｔ_k+1を横軸とし、それぞれの平均値に対応した平均ド
リフト量Ｄ_k及びＤ_k+1を縦軸としたとき、両点を結ぶ
直線αを求める。そして、その直線αを使用して、その
間の現在温度Ｔのドリフト量Ｄを検出する。

【００３０】そして、この求めたドリフト量Ｄに対応し
た周波数だけ、中央制御装置３５の制御により、ＰＬＬ
回路３２が出力する周波数を変化させて、温度による周
波数の変動を除去させる処理を行い、そのドリフト補正
が行われた周波数を基準として衛星からの測位信号を捕
捉するサーチ処理を行う。

【００３１】次に、この衛星からの測位信号を捕捉する
サーチ処理を、図２のフローチャートを参照して説明す
る。まず、衛星を捕捉するサーチ処理が開始されると
（ステップ１０１）、中央制御装置３５は温度センサ３
３から検出された現在温度を判断して、水晶発振器３１
の発振周波数のオフセットを推定する（ステップ１０
２）。この推定処理は、上述した表１に示すメモリの記
憶データを使用して、〔数１〕式より推定するものであ
る。

【００３２】そして、水晶発振器３１の発振周波数のオ
フセットを推定すると、この推定したオフセット分だ
け、復調部１９で衛星からの測位信号をサーチする周波
数範囲の中心周波数をシフトさせる（ステップ１０
３）。そして、このシフトされた中心周波数を中心とし
て復調部１９で復調処理させる周波数を上下に若干変化
させて、衛星からの測位信号を捕捉させる。ここで、衛
星からの測位信号を捕捉できたか否か、即ち復調部１９
で衛星からの測位信号を復調できたか否か判断し（ステ
ップ１０４）、捕捉できたと判断したときには、その周
波数での受信を継続させ、衛星のサーチ処理を終了する
（ステップ１０５）。

【００３３】そして、ステップ１０４で衛星からの信号
が検出されない場合には、復調部１９でサーチする周波
数を変化させる（ステップ１０６）。そして、変化させ
た後、信号を検出するように設定された全エリアをサー
チしたか否か判断し（ステップ１０７）、全エリアをサ
ーチしてない場合には、ステップ１０４に戻って、衛星
の捕捉ができたか否かの判断と、捕捉できない場合の周
波数変化とを繰り返し行う。そして、ステップ１０７で
全エリアをサーチしたと判断したときには、ステップ１
０２に戻って、温度センサの検出温度に基づいたオフセ
ット周波数の設定を再度行う。

【００３４】このようにして復調部１９で衛星からの信
号を捕捉する周波数を、温度により補正してサーチ処理
を行うことで、サーチ処理に要する時間を短縮すること
ができる。即ち、温度変化により水晶発振器３１の発振
周波数に変動があっても、復調部１９で復調される周波
数が適切に補正され、衛星からの測位信号をサーチする
場合の中心周波数を常に適切な周波数とすることがで
き、発振器の発振周波数の温度による変動を見込んで、
サーチする周波数範囲を広くしていた従来の受信機に比
べ、それだけサーチする周波数範囲を狭くすることがで
き、測位に必要な３個乃至４個の衛星からの測位信号を
受信するまでのサーチ時間を短縮することができ、測位
動作を開始してから、実際に測位できるまでの時間を短
縮させることができる。

【００３５】また、測位開始時の測位時間の短縮だけで
なく、何らかの要因で捕捉していた衛星からの信号を、
一時的に見失ったときに再捕捉を行う場合の、再捕捉に
要する時間を短縮させることもできる。

【００３６】なお、上述実施例では発振器のドリフト量
の算出するのに使用する平均ドリフト量と、その平均温
度とを、中央制御装置３５内のメモリに記憶されたデー
タの単純平均より求めるようにしたが、メモリに記憶さ
れた過去の温度，ドリフト量のデータと、新たに記憶さ
れた温度，ドリフト量のデータとに、何らかの重み付け
を行って、平均温度及び平均ドリフト量を求めるように
しても良い。

【００３７】例えば、新たに検出した温度，ドリフト量
のデータＴ_k，Ｄ_kと、メモリに記憶された１個前の温
度，ドリフト量のデータＴ_k1，Ｄ_k1〜ｍ個前の温度，ド
リフト量のデータＴ_km，Ｄ_kmに、それぞれ異なる重み付
け係数ａ，ｂ，ｃ‥‥ｍを乗算させて、次式のように平
均温度Ｔ_kx及び平均ドリフト量Ｄ_kxを求めるようにして
も良い。

【００３８】

【数２】

【００３９】このように重み付けして平均を求めるよう
にしたことで、過去のデータを尊重した平均データの算
出が行われ、一時的な温度測定値の誤差などに依存しな
い良好なデータが得られ、常時良好な温度補正が可能に
なる。

【００４０】また、上述実施例では、各温度代表値毎に
複数個の過去の温度とそのときのドリフト量を記憶させ
るようにしたが、ｍ＝１として過去の前回の測定データ
だけを記憶させて、重み付け係数を１：１とし、次式に
基づいて平均温度Ｔ_kx及び平均ドリフト量Ｄ_kxを求め
て、メモリに記憶させるようにしても良い。

【００４１】

【数３】

【００４２】このようにすることで、メモリに記憶させ
るデータ量を少なくすることができ、メモリの記憶容量
を削減させることができる。

【００４３】また、上述実施例に示した受信回路は、一
例を示したもので、他の構成の測位信号の受信回路にも
適用できる。即ち、受信周波数を決める周波数信号の発
生手段の温度を検出して、その温度に基づいて受信周波
数範囲や受信周波数そのものを補正するような構成であ
れば、種々の回路構成の測位信号の受信回路に適用でき
る。さらに、上述実施例ではＧＰＳ用の受信機に適用し
たが、他の測位システム用の受信機にも適用できること
は勿論である。

【００４４】

【発明の効果】本発明によると、発振手段の発振周波数
のドリフト分を、補正データに基づいた受信処理の補正
で補正することで、発振手段の発振周波数の温度変動に
よる悪影響を除去することができ、温度変動による影響
のない正確な測位信号の捕捉処理が可能になり、迅速に
測位信号を捕捉して測位できるようになる。

【００４５】この場合、復調した情報に基づいた解析
で、発振手段の発振周波数を算出し、算出された発振周
波数と、そのときの温度センサの検出データとを、記憶
手段に記憶させて、補正データを更新させるようにした
ことで、常時最新のデータに基づいた補正が行われるよ
うになる。

【００４６】さらに、この補正データを更新させる場合
に、更新された補正データと、以前から記憶されていた
補正データとの平均値を、新たな補正データとするよう
にしたことで、より精度の高い補正データに更新される
ようになり、より精度の高い迅速な捕捉処理が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】一実施例の衛星からの信号のサーチ処理を示す
フローチャートである。

【図３】一実施例によるドリフト量と温度との関係を示
す特性図である。

【符号の説明】

１４，１６混合器１９復調部２０演算処理部３１水晶発振器３２ＰＬＬ回路（フェーズ・ロックド・ループ回路）３３温度センサ３５中央制御装置（ＣＰＵ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ異なる位置より所定の周波数で
送信される複数の測位信号を受信し、受信したそれぞれ
の測位信号に含まれる情報を復調し、復調したそれぞれ
の情報を解析して現在位置を測位する測位信号受信機に
おいて、上記測位信号の受信周波数を決定する周波数信号の発振
手段と、該発振手段の温度を検出する温度センサと、該温度センサの検出データに基づいて上記発振手段の発
振周波数のドリフト分を補正するための補正データを記
憶する記憶手段とを備えた測位信号受信機。
【請求項２】復調した情報に基づいた解析で、上記発
振手段の発振周波数を算出し、算出された発振周波数と、そのときの上記温度センサの
検出データとを、上記記憶手段に記憶させて、補正デー
タを更新させるようにした請求項１記載の測位信号受信
機。
【請求項３】上記更新された補正データと、以前から
記憶されていた補正データとの平均値を、新たな補正デ
ータとするようにした請求項２記載の測位信号受信機。