(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛翔体に搭載されるＧＰＳ受信機と、前記ＧＰＳ受信機の位置を測位する解析装置と、を備える測位システムであって、
前記ＧＰＳ受信機は、
複数のＧＰＳ衛星から送信される複数の衛星電波を受信して入力信号を生成するアンテナと、
前記入力信号を所定周波数の中間周波数信号に変換するダウンコンバータと、
前記中間周波数信号をデジタル出力信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
前記Ａ／Ｄコンバータに接続され、前記デジタル出力信号を記憶するメモリと、
を有し、
前記解析装置は、
前記メモリに記憶された前記デジタル出力信号を再生しながらキャリア周波数及びコード位相のサーチとキャリア成分及びコード位相の同期追跡とを実行した後に、前記メモリに記憶された前記デジタル出力信号を再生しながら擬似距離及び航法メッセージの収集と前記ＧＰＳ受信機の測位とを実行する制御部を有する、
測位システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記ＧＰＳ受信機の測位を実行するたびに、測位のために用いられる解析パラメータを変更する、
請求項１に記載の測位システム。
【請求項３】
飛翔体に搭載されるＧＰＳ受信機であって、
複数のＧＰＳ衛星から送信される複数の衛星電波を受信して入力信号を生成するアンテナと、
前記入力信号を所定周波数の中間周波数信号に変換するダウンコンバータと、
前記中間周波数信号をデジタル出力信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
前記Ａ／Ｄコンバータに接続され、前記デジタル出力信号を記憶するメモリと、
を有するＧＰＳ受信機。
【請求項４】
飛翔体に搭載されるＧＰＳ受信機の位置を測位する測位方法であって、
複数のＧＰＳ衛星から送信される複数の衛星電波を受信して入力信号を生成する工程と、
前記入力信号を所定周波数の中間周波数信号に変換する工程と、
前記中間周波数信号をデジタル出力信号に変換する工程と、
前記デジタル出力信号を記憶する工程と、
前記メモリに記憶された前記デジタル出力信号を再生しながらキャリア周波数及びコード位相のサーチとキャリア成分及びコード位相の同期追跡とを実行する工程と、
前記メモリに記憶された前記デジタル出力信号を再生しながら擬似距離及び航法メッセージの収集と前記ＧＰＳ受信機の測位とを実行する工程と、
を備える測位方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛翔体に搭載されるＧＰＳ受信機によって測位するための測位システム及び測位方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧＰＳ衛星から送信される衛星電波をＧＰＳ受信機によって捕捉することによって、自己位置を測位可能な砲弾が知られている（特許文献１参照）。このＧＰＳ受信機では、砲弾が火砲から発射された後に、衛星電波のキャリア周波数及びコード位相のサーチと、キャリア成分及びコード位相の同期追跡と、擬似距離及び航法メッセージの収集とを含む準備処理が実行された後に、ＧＰＳ受信機の現在位置の測位が実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００-６５５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のＧＰＳ受信機では、測位までの準備処理に相当の時間がかかるため、飛行初期における砲弾の飛行データを取得することができない。そのため、飛行初期における砲弾の挙動を解析することができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、飛行初期における砲弾の飛行データを取得可能な測位システム及び測位方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に係る測位システムは、飛翔体に搭載されるＧＰＳ受信機と、ＧＰＳ受信機の位置を測位する解析装置と、を備える測位システムである。測位システムＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ衛星から送信される複数の衛星電波を受信して入力信号を生成するアンテナと、入力信号を所定周波数の中間周波数信号に変換するダウンコンバータと、中間周波数信号をデジタル出力信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、Ａ／Ｄコンバータに接続され、デジタル出力信号を記憶するメモリと、を有する。解析装置は、メモリに記憶されたデジタル出力信号を再生しながらキャリア周波数及びコード位相のサーチとキャリア成分及びコード位相の同期追跡とを実行した後に、メモリに記憶されたデジタル出力信号を再生しながら擬似距離及び航法メッセージの収集とＧＰＳ受信機の測位とを実行する制御部を有する。
【０００７】
本発明の第１の態様に係る測位システムによれば、飛翔体の発射から着弾までにおいてＧＰＳ受信機に記憶されたデジタル出力信号を用いて測位することができる。そのため、飛翔体の飛行中にデジタル出力信号を用いて測位する場合に比べて、飛行初期における飛翔体の飛行データを取得しやすい。従って、飛行初期における飛翔体の挙動を正確に解析することができるようになる。
【０００８】
本発明の第２の態様に係る測位システムは、第１の態様に係り、制御部は、ＧＰＳ受信機の測位を実行するたびに、測位のために用いられる解析パラメータを変更する。
【０００９】
本発明の第２の態様に係る測位システムによれば、飛翔体に搭載されたＧＰＳ受信機に適した解析パラメータを簡易かつ精度良く検証することができる。そのため、自己位置を測位可能なＧＰＳ受信機を砲弾に搭載する際に、解析装置において得られた好適な解析パラメータをセットすることによって、ＧＰＳ受信機における測位のための各処理を迅速に完了させることができる。
【００１０】
本発明の第３の態様に係るＧＰＳ受信機は、飛翔体に搭載されるＧＰＳ受信機である。このＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ衛星から送信される複数の衛星電波を受信して入力信号を生成するアンテナと、入力信号を所定周波数の中間周波数信号に変換するダウンコンバータと、中間周波数信号をデジタル出力信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、Ａ／Ｄコンバータに接続され、デジタル出力信号を記憶するメモリと、を備える。
【００１１】
本発明の第４の態様に係る測位方法は、飛翔体に搭載されるＧＰＳ受信機の位置を測位する測位方法である。この測位方法は、複数のＧＰＳ衛星から送信される複数の衛星電波を受信して入力信号を生成する工程と、入力信号を所定周波数の中間周波数信号に変換する工程と、中間周波数信号をデジタル出力信号に変換する工程と、デジタル出力信号を記憶する工程と、メモリに記憶されたデジタル出力信号を再生しながらキャリア周波数及びコード位相のサーチとキャリア成分及びコード位相の同期追跡とを実行する工程と、メモリに記憶されたデジタル出力信号を再生しながら擬似距離及び航法メッセージの収集とＧＰＳ受信機の測位とを実行する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、飛行初期における砲弾の飛行データを取得可能な測位システム及び測位方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る測位システムの全体構成を示す概略図
【図２】第１実施形態に係るＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図
【図３】第１実施形態に係る解析装置の構成を示すブロック図
【図４】第１実施形態に係る測位システムの動作を説明するためのフローチャート
【図５】第２実施形態に係る解析装置の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている場合がある。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１５】
［第１実施形態］
（測位システム１００の全体構成）
第１実施形態に係る測位システム１００の全体構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、測位システム１００の全体構成を示す概略図である。
【００１６】
測位システム１００は、砲弾１０と、火砲２０と、複数のＧＰＳ衛星３０と、地上装置４０と、を備える。
【００１７】
砲弾１０は、飛翔体の一例であり、火砲２０から発射されて、所定位置に向かって飛翔する。砲弾１０は、複数のＧＰＳ衛星３０から送信される複数の衛星電波Ｗを受信するＧＰＳ受信機１１を内蔵している。ＧＰＳ受信機１１は、複数の衛星電波Ｗに基づいて生成されるデジタル出力信号Ｔを後述するメモリ１１ｄ（図２参照）に記憶する。砲弾１０が着弾した後にＧＰＳ受信機１１からメモリ１１ｄを回収することができる。なお、本実施形態において、ＧＰＳ受信機１１はデジタル出力信号Ｔを解析する機能を有しておらず、デジタル出力信号Ｔの解析は解析装置４０で行うことが想定されている。ＧＰＳ受信機１１の構成については後述する。
【００１８】
火砲２０は、地上或いは移動体（戦車や船舶など）上に配置されている。火砲２０は、任意の角度で砲弾１０を発射可能である。
【００１９】
複数のＧＰＳ衛星３０は、グローバルポジショニングシステムにおいて用いられる人工衛星である。複数のＧＰＳ衛星３０は、地球を周回するＧＰＳ用の人工衛星のうち砲弾１０の飛行時に地平線上に位置している人工衛星である。複数のＧＰＳ衛星３０のそれぞれは、衛星電波Ｗを送信している。
【００２０】
解析装置４０は、砲弾１０とは別の構成要素であり、例えば地上に設置されている。解析装置４０は、砲弾１０から回収されたメモリ１１ｄからデジタル出力信号Ｔを取込み、デジタル出力信号Ｔを解析することができる。具体的に、解析装置４０は、キャリア周波数及びコード位相のサーチとキャリア成分及びコード位相の同期追跡とを実行する。続いて、解析装置４０は、擬似距離及び航法メッセージの収集と測位とを実行する。解析装置４０の構成については後述する。
【００２１】
（ＧＰＳ受信機１１の構成）
次に、砲弾１０に搭載されるＧＰＳ受信機１１の構成について、図面を参照しながら説明する。図２は、ＧＰＳ受信機１１の構成を示すブロック図である。
【００２２】
ＧＰＳ受信機１１は、砲弾１０が火砲２０から発射されると同時に起動される。ＧＰＳ受信機１１は、アンテナ１１ａと、周波数変換部１１ｂと、Ａ／Ｄ変換部１１ｃと、メモリ１１ｄと、を備える。
【００２３】
アンテナ１１ａは、複数のＧＰＳ衛星３０から複数の衛星電波Ｗを受信して、入力信号Ｓを生成する。入力信号Ｓには、複数の衛星電波Ｗが重畳されている。また、入力信号Ｓには、複数の衛星電波Ｗ以外の環境電波やノイズが含まれていてもよい。
【００２４】
周波数変換部１１ｂは、入力信号Ｓを低雑音増幅器で増幅した後に、入力信号Ｓに基準発振器から出力される基準周波数信号を混合する。これによって、周波数変換部１１ｂは、所定周波数を有する中間周波数信号ＩＦを生成する。
【００２５】
Ａ／Ｄ変換部１１ｃは、中間周波数信号ＩＦにＡ／Ｄ変換処理を施すことによって、デジタル出力信号Ｔを生成する。
【００２６】
メモリ１１ｄは、Ａ／Ｄ変換部１１ｃから出力されるデジタル出力信号Ｔを記憶する。これによって、メモリ１１ｄには、砲弾１０の発射から着弾までの全期間におけるデジタル出力信号Ｔが記憶される。メモリ１１ｄは、砲弾１０の着弾後にＧＰＳ受信機１１から取り出されて、解析装置４０に接続される。
【００２７】
（解析装置４０の構成）
次に、解析装置４０の構成について、図面を参照しながら説明する。図３は、解析装置４０の構成を示すブロック図である。
【００２８】
解析装置４０は、メモリ読み出し部４０ａと、メモリ４０ｂと、メモリ再生部４０ｃと、ＧＰＳ処理部４０ｄと、表示部４０ｅと、を備える。メモリ再生部４０ｃとＧＰＳ処理部４０ｄは、制御部４１を構成している。
【００２９】
メモリ読み出し部４０ａは、ＧＰＳ受信機１１から取り出されたメモリ１１ｄに接続される。メモリ読み出し部４０ａは、メモリ１１ｄからデジタル出力信号Ｔを読み出す。メモリ読み出し部４０ａは、デジタル出力信号Ｔをメモリ４０ｂに格納する。
【００３０】
メモリ再生部４０ｃは、メモリ４０ｂからデジタル出力信号Ｔを読み出して再生する。本実施形態において、メモリ再生部４０ｃは、ＧＰＳ処理部４０ｄと連動して、デジタル出力信号Ｔを２回再生する。
【００３１】
ＧＰＳ処理部４０ｄは、メモリ再生部４０ｃがデジタル出力信号Ｔの１回目の再生を開始したのに応じて、キャリア周波数及びコード位相のサーチとキャリア成分及びコード位相の同期追跡とを実行する。具体的に、ＧＰＳ処理部４０ｄは、所定のキャリア周波数におけるコード位相を１チップずつ変化させながら１０２３チップ分の相関のサーチを実行した後に、所定のキャリア周波数から所定の周波数幅移動したキャリア周波数において再びコード位相のサーチを実行する。このように、デジタル出力信号Ｔにおける周波数サーチとコード位相の検出とが実行されることで、複数の衛星電波Ｗが捕捉される。また、ＧＰＳ処理部４０ｄは、デジタル出力信号ＴとＧＰＳ処理部４０ｄ内で発生させたキャリアとの位相差を計測し、位相差に基づいてコード位相をデジタル出力信号Ｔに追従させる。このように、デジタル出力信号Ｔにおけるビット同期とフレーム同期とが実行されることで、複数の衛星電波Ｗが同期追跡される。
【００３２】
また、ＧＰＳ処理部４０ｄは、メモリ再生部４０ｃがデジタル出力信号Ｔの２回目の再生を開始したのに応じて、擬似距離及び航法メッセージの収集とＧＰＳ受信機の測位とを実行する。具体的に、ＧＰＳ処理部４０ｄは、同期追跡しているコード位相に基づいて擬似距離を算出する。また、ＧＰＳ処理部４０ｄは、デジタル出力信号Ｔに含まれるＣ／Ａコードに同期したコードでスペクトル逆拡散を行った後、デジタル出力信号Ｔのキャリア成分に同期したキャリアを再生することによって航法メッセージを復調する。このように、ＧＰＳ処理部４０ｄは、複数のＧＰＳ衛星３０すべての擬似距離及び航法メッセージを収集した後に、航法メッセージに含まれるエフェメリスから算出される各ＧＰＳ衛星３０の正確な位置と各ＧＰＳ衛星３０の擬似距離とに基づいて受信機１１の位置を測位する。
【００３３】
表示部４０ｅは、ＧＰＳ処理部４０ｄによって算出された測位結果を表示する。表示部４０ｅとしては、例えば液晶ディスプレイなどを用いることができる。
【００３４】
（測位システム１００の動作）
次に、測位システム１００の動作について、図４を参照しながら説明する。図４は、測位システム１００の動作を説明するためのフローチャートである。
【００３５】
まず、ステップＳ１において、砲弾１０が火砲２０から発射される。
【００３６】
次に、ステップＳ２において、ＧＰＳ受信機１１は、入力信号Ｓに基づく中間周波数信号ＩＦからデジタル出力信号Ｔを生成する。
【００３７】
次に、ステップＳ３において、ＧＰＳ受信機１１は、生成したデジタル出力信号Ｔをメモリ１１ｄに記憶する。
【００３８】
次に、ステップＳ４において、所定地点に着弾した砲弾１０からメモリ１１ｄを回収する。
【００３９】
次に、ステップＳ５において、解析装置４０は、メモリ１１ｄから読み出されるデジタル出力信号Ｔを記憶する。
【００４０】
次に、ステップＳ６において、解析装置４０は、記憶したデジタル出力信号Ｔの１回目の再生を開始する。
【００４１】
次に、ステップＳ７において、解析装置４０は、デジタル出力信号Ｔを再生しながら、キャリア周波数及びコード位相のサーチとキャリア成分及びコード位相の同期追跡とを実行する。
【００４２】
次に、ステップＳ８において、解析装置４０は、デジタル出力信号Ｔの１回目の再生が終了すると、デジタル出力信号Ｔの２回目の再生を開始する。
【００４３】
次に、ステップＳ９において、解析装置４０は、デジタル出力信号Ｔを再生しながら、擬似距離及び航法メッセージの収集とＧＰＳ受信機の測位とを実行する。
【００４４】
次に、ステップＳ１０において、解析装置４０は、測位結果を表示する。
【００４５】
（作用及び効果）
第１実施形態に係る測位システム１００において、ＧＰＳ受信機１１は、複数の衛星電波Ｗから生成する入力信号に基づくデジタル出力信号Ｔを記憶するメモリ１１ｄを有し、解析装置４０は、デジタル出力信号Ｔを再生しながらキャリア周波数及びコード位相のサーチとキャリア成分及びコード位相の同期追跡とを実行した後に、デジタル出力信号Ｔをもう一度再生しながら擬似距離及び航法メッセージの収集と測位とを実行する制御部４１を有する。
【００４６】
このように、砲弾１０の発射から着弾までにおいてＧＰＳ受信機１１に記憶されたデジタル出力信号Ｔを用いて測位することができる。そのため、砲弾１０の飛行中にデジタル出力信号Ｔを用いて測位する場合に比べて、飛行初期における砲弾１０の飛行データを取得しやすい。従って、飛行初期における砲弾１０の挙動を正確に解析することができるようになる。
【００４７】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る測位システム１００について説明する。第２実施形態の第１実施形態との相違点は、解析装置がデジタル出力信号Ｔを再生する度に解析パラメータを変更することによって、好適な解析パラメータを検証できる点である。以下においては、上記相違点について主に説明する。
【００４８】
（解析装置５０の構成）
第２実施形態に係る解析装置５０の構成について、図面を参照しながら説明する。図５は、解析装置５０の構成を示すブロック図である。解析装置５０の第１実施形態に係る解析装置４０との相違点は、制御部４１がパラメータ変更部４０ｆを有している点である。
【００４９】
パラメータ変更部４０ｆは、ＧＰＳ処理部４０ｄにおいてデジタル出力信号Ｔを解析するための解析パラメータを変更させる。解析パラメータとしては、例えば、コード位相のサーチにおけるキャリア周波数の幅や移動量、周波数追尾ループの制御定数、測位に用いるＧＰＳ衛星３０の数などである。
【００５０】
ＧＰＳ処理部４０ｄは、パラメータ変更部４０ｆによって解析パラメータが変更される度にデジタル出力信号Ｔの解析（測位）を繰り返し実行する。ＧＰＳ処理部４０ｄは、デジタル出力信号Ｔの解析が完了するごとに、測位結果を表示部４０ｅに表示する。
【００５１】
（作用及び効果）
第２実施形態に係る測位システム１００において、解析装置５０の制御部４１は、デジタル出力信号Ｔを解析するごとに解析パラメータを変更する。
【００５２】
従って、砲弾１０に搭載されたＧＰＳ受信機１１に適した解析パラメータを簡易かつ精度良く検証することができる。そのため、自己位置を測位可能なＧＰＳ受信機を砲弾に搭載する際に、解析装置４０において得られた好適な解析パラメータをセットすることによって、ＧＰＳ受信機における測位のための各処理を迅速に完了させることができる。その結果、飛行初期から砲弾の挙動を正確に把握することができる。
【００５３】
［その他の実施形態］
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５４】
（Ａ）上記実施形態では、飛翔体の一例として砲弾１０について説明したが、これに限られるものではない。飛翔体としては、誘導弾やロケット弾、或いはミサイルなどが挙げられる。
【００５５】
（Ｂ）上記実施形態では、解析装置４０におけるキャリア周波数及びコード位相のサーチ、キャリア成分及びコード位相の同期追跡、擬似距離及び航法メッセージの収集、及び測位の方法について簡潔に説明したが、これらの処理の手法としては周知の種々の手法を適用することができる。
【００５６】
（Ｃ）上記第２実施形態では、デジタル出力信号Ｔの１回目の再生時にキャリア周波数及びコード位相のサーチとキャリア成分及びコード位相の同期追跡とを実行し、デジタル出力信号Ｔの２回目の再生時に擬似距離及び航法メッセージの収集と測位とを実行することを前提としたが、これに限られるものではない。解析装置４０は、デジタル出力信号Ｔを１回再生する間に、全ての処理を実行してもよい。この場合であっても、解析装置４０は、砲弾１０に搭載される受信機１１に適した解析パラメータを検証することができる。
【００５７】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００５８】
１０…砲弾、１１…ＧＰＳ受信機、１１ａ…アンテナ、１１ｂ…周波数変換部、１１ｃ…Ａ／Ｄ変換部、１１ｄ…メモリ、２０…火砲、３０…ＧＰＳ衛星、４０，５０…解析装置、４０ａ…メモリ読み出し部、４０ｂ…メモリ、４０ｃ…メモリ再生部、４０ｄ…ＧＰＳ処理部、４０ｅ…表示部、４０ｆ…パラメータ変更部、Ｓ…入力信号、ＩＦ…中間周波数信号、Ｔ…デジタル出力信号
【要約】
【課題】飛行初期における砲弾の飛行データを取得可能な測位システム及び測位方法を提供する。
【解決手段】測位システム１００において、ＧＰＳ受信機１１は、複数の衛星電波Ｗから生成する入力信号に基づくデジタル出力信号Ｔを記憶するメモリ１１ｄを有し、解析装置４０は、デジタル出力信号Ｔを再生しながらキャリア周波数及びコード位相のサーチとキャリア成分及びコード位相の同期追跡とを実行した後に、デジタル出力信号Ｔをもう一度再生しながら擬似距離及び航法メッセージの収集と測位とを実行する制御部４１を有する。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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