(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星をトラッキングし軌道情報を受信収集する受信手段と、トラッキングされているＧＰＳ衛星の衛星時刻を求めさらに内蔵するクロックを用いて擬似距離を求める擬似距離計算手段と、受信した軌道情報に基づきＧＰＳ衛星の位置を求める第１の衛星位置計算手段と、トラッキングされておりかつ最近の軌道情報を収集済みのＧＰＳ衛星の個数が、測位計算に必要な個数に至っている場合に、これらのＧＰＳ衛星それぞれの擬似距離及び位置に基づき測位計算を実行し、自己の位置及びクロック誤差を求める第１の測位計算手段と、を備えるＧＰＳ受信機において、
受信した軌道情報を記憶する記憶手段と、
記憶手段上の軌道情報に基づきＧＰＳ衛星の位置を求める第２の衛星位置計算手段と、
トラッキングされておりかつ最近の軌道情報を収集済みのＧＰＳ衛星の個数が測位計算に必要な個数に至っていない場合に、トラッキングされているが最近の軌道情報を未収集のＧＰＳ衛星については第２の衛星位置計算手段により得られる位置を用いかつ当該位置及び衛星時刻に係る補正を加えつつ、測位計算に必要な個数のＧＰＳ衛星それぞれの擬似距離及び位置に基づき測位計算を実行し、自己の位置を求める第２の測位計算手段と、
第１の測位計算手段により測位計算を行っている際に、記憶手段上に軌道情報が記憶されているＧＰＳ衛星について、第１の測位計算手段により求めた自己の位置及びクロック誤差、第２の衛星位置計算手段により求めた位置並びに擬似距離計算手段により求めた擬似距離に基づき、ＧＰＳ衛星の位置及び衛星時刻の誤差を計算し、補正量として記憶する補正量計算手段と、を備え、
第２の測位計算手段における位置及び衛星時刻に係る補正を、補正量計算手段に記憶されている補正量を用いて行うことを特徴とするＧＰＳ受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ）衛星から航法データを受信し移動体等の測位を行うＧＰＳ受信機に関する。
【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衛星から航法データを送信し、これを地球上の移動体等に搭載されるＧＰＳ受信機により受信して当該移動体の測位を行うシステムである。このシステムにおいてＧＰＳ衛星から送信される航法データには、当該衛星の位置を示すエフェメリスデータが含まれている。ＧＰＳ受信機は、このエフェメリスデータを用いてＧＰＳ衛星の位置を計算する一方で、ＧＰＳ衛星からの電波の送信時刻（衛星時刻）を検出し、これから電波伝搬時間を求めて当該ＧＰＳ衛星との距離（擬似距離）を求める。擬似距離にはＧＰＳ受信機のクロック誤差によるオフセットが含まれているから、三次元測位を行うためには４個の衛星が必要である。二次元測位の場合、３個の衛星でよい。
【０００３】
図３には、一従来例に係るＧＰＳ受信機の構成が示されている。この受信機は、ＧＰＳ衛星から送信される信号をアンテナ１０により受信し、受信された信号をプリアンプ１２により高周波増幅し、これを周波数変換部１４により中間周波数に変換しかつ増幅する。
【０００４】
受信部１６は、周波数変換部１４から入力される信号のキャリア及びＰＮ（擬似雑音）コードとの位相同期により、航法データの復調及び衛星時刻の検出を行う。すなわち、ＧＰＳ衛星から送信される信号はスペクトラム拡散されているから、受信部１６内部で発生させるＰＮコードをこのスペクトラム拡散に係るＰＮコードと位相同期させたときの受信部１６に係るＰＮコードの位相情報から衛星時刻を検出できる。また、受信部１６内部で発生させるキャリアをＧＰＳ衛星から送信される信号のキャリアと位相同期させることにより、航法データを復調することができる。ＧＰＳ受信機において測位計算を行うためには、後述のように所定個数のＧＰＳ衛星に係るキャリア及びＰＮコードの位相を同期させ、追尾（トラッキング）状態とすることが必要である。
【０００５】
受信部１６におけるＰＮコードの位相情報は擬似距離計算部１８に入力される。擬似距離計算部１８は、位相情報から衛星時刻ｔｓｖｉ  （ｉ：衛星の番号、＝１〜４）を求め、これと内蔵するクロックとにより当該衛星との擬似距離を求める。具体的には、クロックにより求められるＧＰＳ受信機の時刻ｔｕ  とこの時刻ｔｕ  において測定した衛星時刻ｔｓｖｉ  の差を求める。
【０００６】
また、受信部１６において復調された航法データは衛星軌道データデコード部２０に入力される。衛星軌道データデコード部２０は、この航法データから衛星軌道データ、すなわちエフェメリスデータをデコードする。衛星軌道データデコード部２０は、デコードにより得られたエフェメリスデータをエフェメリス衛星位置計算部２２に供給する。エフェメリス衛星位置計算部２２は、デコードされたエフェメリスデータから、当該エフェメリスデータを送信した第ｉ番目の衛星の位置（ｘｓｖｉ  ，ｙｓｖｉ  ，ｚｓｖｉ  ）を計算し、さらにエフェメリスデータに含まれる衛星時計補正パラメタから、衛星時刻ｔｓｖｉ  の誤差Δｔｓｖｉ  を求める。
【０００７】
測位計算部２４は、所定のアルゴリズムにより移動体の位置等を求める計算（測位計算）を行う。このとき用いる式は、具体的には次の通りである。
【０００８】
0003609099.tif 000002
この式に現れる変数のうち、擬似距離を示すｔｕ  −ｔｓｖｉ  は擬似距離計算部１８から、衛星時刻ｔｓｖｉ  の誤差Δｔｓｖｉ  及び衛星位置（ｘｓｖｉ  ，ｙｓｖｉ  ，ｚｓｖｉ  ）はエフェメリス衛星位置計算部２２から、それぞれ得ることができる。未知数となっているのは受信機時刻ｔｕ  の誤差Δｔｕ  とＧＰＳ受信機の位置（ｘｕ  ，ｙｕ  ，ｚｕ  ）の計４個であるから、上の式を４個の衛星についてたてて連立させ、これを解くことにより、受信機時刻ｔｕ  の誤差Δｔｕ  とＧＰＳ受信機の位置（ｘｕ  ，ｙｕ  ，ｚｕ  ）を求めることができる。移動体の高度やＧＰＳ受信機のクロック誤差（受信機時刻ｔｕ  の誤差Δｔｕ  ）の有効なデータが得られている場合、測位計算部２４はこれを用いて３衛星による測位を行うこともできる。
【０００９】
そして、表示部２６は、測位計算の結果に基づき移動体の現在位置やその軌跡等を表示し、車両操縦者等の利用に供する。これにより、車両操縦者等は自己の位置を知ることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような構成においては、３個以上のＧＰＳ衛星についてエフェメリスデータを入手済みでありかつ当該衛星を追尾（トラッキング）していなければ、測位計算を行うことができないという問題点があった。
【００１１】
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、エフェメリスデータを入手済みでかつトラッキングしている衛星の個数が３個に満たない場合であっても測位計算を実行できるＧＰＳ受信機を提供することを目的とする。
【００１２】
【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、本発明は、受信した軌道情報を記憶する記憶手段と、記憶手段上の軌道情報に基づきＧＰＳ衛星の位置を求める第２の衛星位置計算手段と、トラッキングされておりかつ最近の軌道情報が収集済みのＧＰＳ衛星の個数が測位計算に必要な個数に至っていない場合に、トラッキングされているが最近の軌道情報を未収集のＧＰＳ衛星については第２の衛星位置計算手段により得られる位置を用いかつ当該位置及び衛星時刻に係る補正を加えつつ、測位計算に必要な個数のＧＰＳ衛星それぞれの擬似距離及び位置に基づき測位計算を実行し、自己の位置を求める第２の測位計算手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
なお、第２の測位計算手段における位置及び衛星時刻に係る補正は、次のようにして行えばよい。すなわち、従来同様の測位計算手段により測位計算を行っている際に、記憶手段上に軌道情報が記憶されているＧＰＳ衛星について、当該測位計算手段により求めた自己の位置及びクロック誤差、第２の衛星位置計算手段により求めた位置並びに擬似距離計算手段により求めた擬似距離に基づき、ＧＰＳ衛星の位置及び衛星時刻の誤差を計算し、補正量として記憶しておき、これを用いて補正を行えばよい。
【００１４】
【作用】
本発明においては、トラッキングされておりかつ最近の軌道情報が収集済みのＧＰＳ衛星の個数が測位計算に必要な個数に至っていない場合に、第２の測位計算手段により測位計算が実行される。その際、トラッキングされているが最近の軌道情報を未収集のＧＰＳ衛星については、予め記憶しておいた古い軌道情報（エフェメリスデータ、アルマナックデータ等）を用いて計算された位置、すなわち第２の衛星位置計算手段により求められた位置を用いる。第２の衛星位置計算手段は、記憶手段上に予め記憶されている古い軌道情報に基づきＧＰＳ衛星の位置を求める手段である。第２の測位計算手段は、このような古い軌道情報を用いることに起因する誤差、すなわちＧＰＳ衛星の位置及び衛星時刻の誤差を補正することにより、古い軌道情報のディファレンシャル使用を可能にしている。従って、本発明においては、トラッキングされておりかつ最近の軌道情報が収集済みのＧＰＳ衛星の個数が測位計算に必要な個数に至っていない場合にも測位を行うことができ、測位時間が長くなる。
【００１５】
また、上記補正は、トラッキングされておりかつ最近の軌道情報が収集済みのＧＰＳ衛星の個数が測位計算に必要な個数に至っている時点で、すなわち通常の測位が行われている時点で予め補正量を求めておき、これを用いて行えばよい。第２の測位計算手段における補正の対象は、ＧＰＳ衛星の位置及び衛星時刻の誤差であり、この誤差の値は、測位計算により求めた自己の位置及びクロック誤差、第２の衛星位置計算手段により求めた位置並びに擬似距離計算手段により求めた擬似距離に基づき、推定できる。
【００１６】
【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３に示される従来例と同様の構成には同一の符号を付し説明を省略する。
【００１７】
図１には、本発明の一実施例に係るＧＰＳ受信機の構成が示されている。この図に示されるように、本実施例は、従来例の回路にさらにエフェメリスアルマナックメモリ２８、メモリ内衛星位置計算部３０、メモリ内衛星データ補正量計算部３２及び補正量使用測位計算部３４を付加した構成である。本実施例は、これらの回路を用いることにより、エフェメリスデータを入手済みでかつトラッキングしているＧＰＳ衛星の個数が測位計算に必要な個数に足りていない場合にも、測位計算を行うことを特徴としている。
【００１８】
次に、この実施例の構成及び動作を、図２を用いて説明する。
【００１９】
まず、エフェメリスデータを入手済みでかつトラッキングしているＧＰＳ衛星の個数が測位計算に必要な個数に足りている場合、受信部１６から擬似距離計算部１８にＰＮコードの位相同期に係る位相情報が入力され、擬似距離計算部１８によって衛星時刻ｔｓｖｉ  が計算され、さらに擬似距離、具体的にはｔｕ  −ｔｓｖｉ  が従来同様計算される（図２（ａ）Ａ）。一方で、受信部１６の出力が衛星軌道データデコード部２０によってデコードされ、その結果得られたデータがエフェメリスアルマナックメモリ２８に入力される。
【００２０】
エフェメリスアルマナックメモリ２８は、衛星軌道データデコード部２０により得られたエフェメリスデータ又はアルマナックデータを記憶する。ここに、アルマナックデータはＧＰＳ衛星から航法データの一部として送信されるデータであり、各ＧＰＳ衛星の概略軌道（軌道暦）を示すデータである。このメモリ２８は電池等によりバックアップされており、ＧＰＳ受信機の電源が断たれても記憶内容がそのまま保持される。
【００２１】
エフェメリス衛星位置計算部２２は、衛星軌道データデコード部２０によって得られるエフェメリスデータに基づき衛星位置（ｘｓｖｉ  ，ｙｓｖｉ  ，ｚｓｖｉ  ）及び衛星時刻ｔｓｖｉ  の誤差Δｔｓｖｉ  を求める（図２（ａ）Ｂ）。
【００２２】
この場合、測位計算は測位計算部２４によって行われる。すなわち、測位計算部２４は、式（１）を４個の衛星について連立させ、これを解くことにより、ＧＰＳ受信機の位置（ｘｕ  ，ｙｕ  ，ｚｕ  ）及び受信機時刻ｔｕ  の誤差Δｔｕ  を求める（図２（ａ）Ｃ）。求めた結果は表示部２６に供給される。この実施例の場合、測位計算の結果はメモリ内衛星位置計算部３０及びメモリ内衛星データ補正量計算部３２にも供給される。また、擬似距離計算部１８によって求められる衛星時刻ｔｓｖｉ  も、メモリ内衛星位置計算部３０に供給される。
【００２３】
メモリ内衛星位置計算部３０は、エフェメリスアルマナックメモリ２８からエフェメリスデータ又はアルマナックデータを読み出し、読み出したデータに基づき衛星位置（ｘｓｖｉ  ，ｙｓｖｉ  ，ｚｓｖｉ  ）及び衛星時刻ｔｓｖｉ  の誤差Δｔｓｖｉ  を計算する（図２（ａ）Ｄ）。また、メモリ内衛星位置計算部３０は、擬似距離計算部１８によって求められた擬似距離、具体的にはｔｕ  −ｔｓｖｉ  から、測位計算部２４によって求められた受信機時刻ｔｕ  の誤差Δｔｕ  を減じ、衛星時刻ｔｓｖｉ  の誤差Δｔｓｖｉ  を加える。この値は、測定距離、すなわち測位計算によって求めたＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との距離を表している。
【００２４】
メモリ内衛星データ補正量計算部３２は、測位計算部２４によって求められたＧＰＳ受信機の位置（ｘｕ  ，ｙｕ  ，ｚｕ  ）と衛星位置（ｘｓｖｉ  ，ｙｓｖｉ  ，ｚｓｖｉ  ）からＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機の距離を計算する。メモリ内衛星データ補正量計算部３２は、この距離、すなわち計算距離と、メモリ内衛星位置計算部３０によって求められた測定距離との差を求め、補正量として記憶する（図２（ａ）Ｅ）。エフェメリスデータを入手済みでかつトラッキングしているＧＰＳ衛星の個数が測位計算に必要な個数に足りている場合には、このようにして測位計算が行われると共に、補正量の計算も行われる。
【００２５】
エフェメリスデータを入手済みでかつトラッキングしているＧＰＳ衛星の個数が測位計算に必要な個数に足りていない場合には、測位計算部２４による測位計算を行うことができない。この場合、図２（ｂ）に示される動作により、すなわち補正量使用測位計算部３４により、測位計算が実行される。
【００２６】
この場合も、まず、擬似距離計算部１８による擬似距離の計算が実行され（図２（ｂ）Ａ）、エフェメリス衛星位置計算部２２による衛星位置（ｘｓｖｉ  ，ｙｓｖｉ  ，ｚｓｖｉ  ）及び衛星時刻ｔｓｖｉ  の誤差Δｔｓｖｉ  の計算が実行される（図２（ｂ）Ｂ）。
【００２７】
補正量使用測位計算部３４には、擬似距離計算部１８によって求められる擬似距離（ｔｕ  −ｔｓｖｉ  ）並びにエフェメリス衛星位置計算部２２によって求められる衛星位置（ｘｓｖｉ  ，ｙｓｖｉ  ，ｚｓｖｉ  ）及び衛星時刻ｔｓｖｉ  の誤差Δｔｓｖｉ  が供給される。従って、補正量使用測位計算部３４は、トラッキングされているＧＰＳ衛星のうち最新のエフェメリスデータを収集済みのＧＰＳ衛星については式（１）をたてることができる。しかし、そうでないＧＰＳ衛星については、最新のエフェメリスデータが収集されておらず現在の衛星位置（ｘｓｖｉ  ，ｙｓｖｉ  ，ｚｓｖｉ  ）及び衛星時刻ｔｓｖｉ  の誤差Δｔｓｖｉ  を使用できないから、式（１）が意味を成さない。
【００２８】
そこで、本実施例においては、過去に収集済みでエフェメリスアルマナックメモリ２８に格納されている古いエフェメリスデータ又はアルマナックデータに基づき、メモリ内衛星位置計算部３０によって衛星位置（ｘｓｖｉ  ，ｙｓｖｉ  ，ｚｓｖｉ  ）及び衛星時刻ｔｓｖｉ  の誤差Δｔｓｖｉ  を計算し（図２（ｂ）Ｄ）、これを用いて式（１）をたてると共に、この式に補正を加えて次の式（２）の形とすることにより、ＧＰＳ受信機の位置（ｘｕ  ，ｙｕ  ，ｚｕ  ）及び受信機時刻ｔｕ  の誤差Δｔｕ  を求めている（図２（ｂ）Ｆ）。
【００２９】
0003609099.tif 000003
この式における誤差ｔｅｉは、衛星位置（ｘｓｖｉ  ，ｙｓｖｉ  ，ｚｓｖｉ  ）及び衛星時刻ｔｓｖｉ  の誤差Δｔｓｖｉ  として古い値を用いることにより生じる（ｘｓｖｉ  ，ｙｓｖｉ  ，ｚｓｖｉ  ）及びｔｓｖｉ  の誤差である。式（２）を構成するに当たって誤差ｔｅｉとして使用するのは、先にメモリ内衛星位置データ補正量計算部３２により計算した補正量である。
【００３０】
すなわち、補正量使用測位計算部３４は、トラッキングされているＧＰＳ衛星については式（１）を、収集済みでないＧＰＳ衛星については式（２）をたて、これらの連立方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信機の位置（ｘｕ  ，ｙｕ  ，ｚｕ  ）及び受信機時刻ｔｕ  の誤差Δｔｕ  を求め、表示部２６に出力する。
【００３１】
従って、本実施例によれば、衛星数が足らず従来の方法による測位計算が不能な場合であっても、トラッキングされているが最新のエフェメリスデータを未収集の衛星があれば、測位計算を継続することができ、測位時間が長くなる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、トラッキングされておりかつ最近の軌道情報が収集済みのＧＰＳ衛星の個数が測位計算に必要な個数に至っていない場合に、記憶手段上に予め記憶されている古い軌道情報に基づきＧＰＳ衛星の位置を求め、この位置を用いると共に当該位置の使用に起因する誤差を補正しつつ測位計算を行うようにしたため、このような場合にも測位計算を実行でき、測位時間が長くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図である。
【図２】この実施例におけるＧＰＳ受信機の動作を示す図である。
【図３】一従来例に係るＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１６  受信部
１８  擬似距離計算部
２０  衛星軌道データデコード部
２２  エフェメリス衛星位置計算部
２４  測位計算部
２８  エフェメリスアルマナックメモリ
３０  メモリ内衛星位置計算部
３２  メモリ内衛星データ補正量計算部
３４  補正量使用測位計算部
【図１】
0003609099.tif 000004
【図２】
0003609099.tif 000005
【図３】
0003609099.tif 000006