(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信しているアルマナックデータより計算したその衛星の位置とＧＰＳ受信機の位置からおよそのドップラ周波数を計算し、前記ドップラ周波数とトラッキングループから得られるトラッキング周波数との差分を、周波数変換用基準発振器のオフセット周波数としてディスプレイに±ｐｐｍ表示する手段を備えたことを特徴とするＧＰＳ受信機。
【請求項２】
前記基準発振器の周辺に温度センサを配置するとともに、この温度センサの示す値を前記±ｐｐｍ表示とともに受信機のディスプレイに表示させるようにしたことを特徴とする請求項１記載のＧＰＳ受信機。
【請求項３】
前記±ｐｐｍおよび／または温度の表示・非表示を切替えるための択一的選択手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載のＧＰＳ受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、局発用の基準信号に用いられる温度補償型水晶発振器（以下、ＴＣＸＯと称する）のオフセット周波数が規定値におさまっているか否かを簡単に表示できるようにしたＧＰＳ受信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ受信機では局発用の基準信号発生手段としてのＴＣＸＯのオフセット周波数に応じた受信性能が得られ、この周波数が規定値に収っているか否かによって衛星からの電波捕捉の可否や、捕捉にかかる時間に差が生ずる。また、温度特性によってもその周波数は変動する。
【０００３】
一般的に、ＧＰＳ受信機に用いられるＴＣＸＯのオフセット周波数は±１ｐｐｍ（±１０Ｈｚ）以内とされ、またＧＰＳ受信機の使用温度領域の範囲で±１ｐｐｍ以内に収っている必要がある。この理由は次の通りである。
【０００４】
先ず、衛星は、高度２６，０００ｋｍを１２時間で１周しているため、衛星の軌道に対する接線方向速度Ｖは、１６３３６２８１８／４３０８０ｓ≒３７９２m／ｓである。
【０００５】
この速度で動く衛星が、観測者から見て、水平線にある時の仰角は、７６．１°なので、その視線方向最大速度は、
Ｖｓ＝３７９２×ＣＯＳ（７５．８１°）＝９２９．５８m／ｓとなる。
【０００６】
このとき、観測者が受けるドップラ周波数Ｄ＝ｆ0×Ｖｓ／Ｃ＋Ｖｓ＝４８８１．２４Ｈｚとなる。
（但しｆ0：衛星の搬送波周波数（Ｌ１＝１５７５．４２ＭＨｚの場合）、Ｃ：光速）
ＧＰＳ受信機内のＤＰＳは、このドップラー周波数をトラッキングし、観測する。しかし、実際にトラッキングする周波数は、上記衛星のドップラーにＴＣＸＯのオフセット分が加わったものとなる。
【０００７】
例えば、ＧＰＳ受信機内のＴＣＸＯに１０．２３ＭＨｚ±１ｐｐｍ（±１０Ｈｚ）のものを使用した場合、受信電波から搬送周波数を取り除き、ドップラー成分のみとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、ＴＣＸＯの±１ｐｐｍ は、１０．２３ＭＨｚを１５４倍したものが実際のドップラーに加算されてしまう。トラッキングする周波数は、±４８８１．２４±１０．２３×１５４＝±６４５６．６６となるために、１５４倍したＬｏｃａｌを作成する。
【０００９】
つまり、ＧＰＳ受信機のＤＳＰは、±６４５６．６６Ｈｚをトラッキングできる性能で制作すればよい。しかしながら、このようにして作成した受信機では、ＴＣＸＯの値が、調整ミスなどにより、ある温度で±１ｐｐｍを越えると高度０〜Ｘ°の範囲で必ずロックしない領域が生ずることになる。
【００１０】
例えば、ＴＣＸＯのずれが−１．１ｐｐｍ（−１１Ｈｚ）であった場合には、約−１５０倍（＋１６５０Ｈｚ）されてドップラ周波数に加算されるため、高度０°の衛星（ドップラー最大値＋４８８１．２４Ｈｚ＜６４５６．６６Ｈｚ）は、トラッキングすることができなくなる（１６５０＋４８８１．２４＞６４５６．６６Ｈｚ）。
【００１１】
このため、ＧＰＳ受信機に用いられるＴＣＸＯは、その規定値である±１ｐｐｍ以内に調整されたものが提供されている。しかしながら、このようなＴＣＸＯを用いた従来のＧＰＳ受信機には、以下に説明する技術的な課題があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、工場で一度調整の終ったＧＰＳ受信機をエイジングなどの温度試験にかけたとき、その値が規定値を上回ったような場合には、ＴＣＸＯに付属のネジなどを回して再び±１ｐｐｍ以内となるように再調整したり、調整が旨く行かない場合には、ＴＣＸＯそのものを交換する必要がある。
【００１３】
また、エンドユーザによる実使用時において、何らかの原因で衛星からの電波捕捉が不能になった場合など、その原因の一つとしてＴＣＸＯの経時変化による不良を診断する必要性も生ずる。
【００１４】
ところが、この値を測定するには、組上がった製品を分解、あるいはＴＣＸＯ専用のモニタ端子に専用の測定器を接続してＴＣＸＯのオフセット周波数を測定しなければならず、測定・再調整の手数がかかっていた。
【００１５】
特に、エンドユーザからのクレームなどによって、受信機の故障診断を行うような出張サービス時には、測定機材、交換部品などを携帯して行かなければならず、サービスエンジニアにとって大きな負担となっていた。
【００１６】
さらに、ＴＣＸＯは、温度によって周波数特性が変動するため、例えば、測定地点における外気温が前述の規定温度範囲内であっても、受信機の内部温度は上昇傾向となるため、規定値外となる場合も多く、これによっても衛星電波を捕捉できないこともあり、一概には故障とは診断できないような形態で使用している場合もあった。
【００１７】
ところで、ＧＰＳ受信機に取得されたアルマナックデータを使うことにより、衛星の現在時刻位置を計算できる。また、手入力かポイントポジショニングによって出した受信機の位置と衛生の位置がわかると、ドップラー周波数を概略計算できる。
【００１８】
本発明は、以上の点に着目してなされたものであって、その目的は前記計算値と実際のトラッキング周波数との差によりＴＣＸＯのオフセット周波数を算出し、表示できるようにしたＧＰＳ受信機を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、受信しているアルマナックデータより計算したその衛星の位置とＧＰＳ受信機の位置からおよそのドップラ周波数を計算し、前記ドップラ周波数とトラッキングループから得られるトラッキング周波数との差分を、周波数変換用基準発振器のオフセット周波数としてディスプレイに±ｐｐｍ表示する手段を設けた。
このように構成されたＧＰＳ受信機によれば、外部測定器を用いることなくＴＣＸＯのオフセット周波数をモニタすることができる。
請求項２記載の発明は、前記基準発振器の周辺に温度センサを配置するとともに、この温度センサの示す値を前記±ｐｐｍ表示とともに受信機のディスプレイに表示させるようにした。
この構成によれば、温度変化に対するＴＣＸＯの特性変動をモニタすることができる。
請求項３記載の発明は、前記±ｐｐｍおよび／または温度の表示・非表示を切替えるための択一的選択手段を設けている。
この構成によれば、モニタおよび調整操作が必要なときのみディスプレイに表示させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明にかかるＧＰＳ受信機のハードウエア構成を示すものである。
【００２１】
同図に示すＧＰＳ受信機１は、アンテナ２と、アンテナ２に接続されたＲＦ回路３と、ＲＦ回路３に接続されたＩＦ回路４と、ＩＦ回路４に接続されたＡ／Ｄ変換回路５と、Ａ／Ｄ変換回路５に接続されたＤＳＰ６と、これらの各部に接続された逓倍回路７と、逓倍回路７に接続されたＴＣＸＯ８、およびＴＣＸＯ８の近傍に配置された温度センサ９を備えている。
【００２２】
アンテナ２は、衛星から送信された電波を受信する。ＲＦ回路３によって、受信された電波信号をＲＦ周波数に落とす。さらに、ＩＦ回路４で中間周波数信号に変換する。
【００２３】
Ａ／Ｄ変換回路５は、この中間周波数信号をディジタル信号に変換する。ＤＰＳ６は、ディジタル変換された信号によりスペクトラム逆拡散とデータの復調を行う。逓倍回路７は、これら各部にローカル信号を送出する。ＴＣＸＯ８は、各部を動作させるための基準の信号を送出する。
【００２４】
ＤＳＰ６で復調されたデータおよび温度センサ９の検出値は、演算処理部としてのＭＰＵ１０に取入れられる。ＭＰＵ１０は、ＤＳＰ６の制御およびＤＳＰから取入れたデータを元に測位計算を行うもので、ここで計算処理された結果をディスプレイ１１に出力するとともに、メモリカードなどに記憶させる機能を備えているほか、図示しないディプスイッチなどの択一的選択手段によってＴＣＸＯ８の周波数およびその温度を切替えてモニタする機能が付加されている。
【００２５】
図におけるＭＰＵ１０は、その検出モードを実行している状態を示しており、以下の手順が実行される。
ステップ１．
先ず、ＭＰＵ１０は、メモリエリアのうち受信衛星のアルマナックデータを読込み、ＧＰＳタイムからケプラーの運動方程式により現在の衛星の位置を計算する。
ステップ２．
求められた座標を地心座標に変換するＡ（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）。
ステップ３．
同様に１ｓｅｃ後の衛星の座標を計算するＢ（ Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）。
ステップ４．
ＧＰＳ受信機で求めた観測地点の座標をＣ（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ３）とする。
【００２６】
ステップ５．
以上の値をドップラ周波数の方程式に代入し、ドップラ周波数ｆaを計算する。
ｆａ＝−ｆoＶs／（Ｃ＋Ｖs）
但し、ｆoは、搬送周波数で、Ｃは、光速で、Ｖｓは、衛星の視線方向の速度であって、受信機から衛星に向かう方向を正とする。
【００２７】
ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ点が図２に示すような関係にある場合には、
Ｖｓ＝Ｖ0ｃｏｓθ＝→ＡＢ×ｃｏｓθ＝｜→ＡＢ｜×（→ＡＢ×→ＡＣ／｜→ＡＢ｜×｜→ＡＣ｜）
となる。
【００２８】
ここで、 Ｖ0は、軌道の接線方向の速度であり、｜→ＡＢ｜、｜→ＡＣ｜は、線分ＡＢないしはＡＣの長さである。
【００２９】
また、
｜→ＡＢ｜＝√（Ｘ１−Ｘ０）2＋（Ｙ１−Ｙ０）2＋（Ｚ１−Ｚ０）2
→ＡＢ×→ＡＣ＝（Ｘ１−Ｘ０）（Ｘ２−Ｘ０）＋（Ｙ１−Ｙ０）（Ｙ２−Ｙ０）＋（Ｚ１−Ｚ０）（Ｚ２−Ｚ０）
｜→ＡＣ｜＝√（Ｘ２−Ｘ０）2＋（Ｙ２−Ｙ０）2＋（Ｚ２−Ｚ０）2
の関係があり、これらの値がいずれも既知なので、これらの値からドップラ周波数ｆaを計算することができる。
【００３０】
ステップ６．
これと同時にＤＳＰ６のトラッキングループがトラッキングしている周波数、すなわち実際の該当する衛星のドップラ周波数＋ＴＣＸＯ８のオフセット周波数ｆbを取込む。
【００３１】
ステップ７．
次いで両者の差分ｆa−ｆbを計算する。この差分はＴＣＸＯ８のオフセットによるものであり、これを±ｐｐｍに換算してディスプレイ１１に表示させる。また、温度センサの検出値を温度変換し、同じくディスプレイ１１に表示させる。
【００３２】
以上により表示されたＴＣＸＯ８のオフセット周波数が、規定温度範囲内で規定値（±１ｐｐｍ）外であった場合には、ハードウエアの異常と見なされることになり、ハードウエアを再調整する必要がある。また、このような場合にモニタ１１にハードウエア再調整を必要の旨を表示させることもできる。
【００３４】
なお、以上の判断や、ＴＣＸＯ８の調整作業は、エンドユーザにとっては極めて難しいものなので、工場出荷時にはスイッチオフとし、モニタ機能を停止しておけば良い。
【００３５】
さらに、クレーム処理のための出張サービスなどの場合にはスイッチオンすることにより、測定器を用いることなくＴＣＸＯ８の診断や、使用温度環境などを直ちに判定できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかるＧＰＳ受信機にあっては、外部測定器を用いることなく、ＴＣＸＯのオフセット周波数をモニタでき、工場内での最終調整や、クレーム処理時の診断機能として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかるＧＰＳ受信機のハードウエア構成を示すブロック図である。
【図２】この発明にかかるＧＰＳ受信機でドプラ周波数を計算する際の衛星とＧＰＳ受信機の設置地点との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ＧＰＳ受信機
６  ＤＳＰ
８  ＴＣＸＯ
９  温度センサ
１０  ＭＰＵ（演算処理部）
１１  ディスプレイ
【図１】
0003679883.tif 000002
【図２】
0003679883.tif 000003