(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星から送信される送信信号を受信して受信した信号に基づき測位するＧＰＳ受信機における測位方法において、ホットスタート時に、受信した航法データ中のほぼ２ワードのデータを復調し、該復調によって前記２ワード中におけるパリティビットの先頭ビット位置を検出し、先頭ビット位置が検出されたパリティビットを含むワードの先頭ビット位置を検出し、検出したワードの先頭ビット位置における計時時刻を±０．３秒未満の精度を有する内蔵時計にて求め、求めた内蔵時計の計時時刻を航法データ中のＺカウントによる時刻に代わって用いて測位することを特徴とするＧＰＳ受信機における測位方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＧＰＳ衛星からの信号を受信して自己の位置を測位するＧＰＳ受信機における測位方法に関し、さらに詳細にはホットスタート時の測位処理を高速化したＧＰＳ受信機における測位方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＧＰＳ受信機における測位方法は、ホットスタート時、すなわちＧＰＳ受信機が２時間以内のエフェメリスデータを保持している場合、まず、現在時刻および各ＧＰＳ衛星の軌道情報からサーチするべきＧＰＳ衛星を選択する。次に、ＧＰＳ衛星からの送信信号の捕捉を行い、擬似距離を測定する。また、補足した送信信号中の航法データ中のＺカウント（時刻データ）を復調することにより、ＧＰＳ衛星からの送信信号の送出時刻を求めている。その後、計算された擬似距離と、軌道データとＧＰＳ衛星からの送出時刻とから計算されるＧＰＳ衛星位置とに基づき測位計算を行い測定位置データを出力する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ＧＰＳ受信機における測位方法では、ホットスタート時の測位計算において、航法データ中のＺカウント（時刻データ）を復調する時間（１サブフレーム３００ビット／チップレイト５０とした場合、最小６秒から最大１２秒）が必要であるため、測位までに時間がかかるという問題点があった。
【０００４】
また、ビル街など、受信環境が悪い場所では、Ｚカウント（時刻データ）がなかなか復調できないため、測位できないという問題点があった。
【０００５】
本発明は、Ｚカウント（時刻データ）を復調せずに測位計算を可能にしたＧＰＳ受信機における測位方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるＧＰＳ受信機における測位方法は、ＧＰＳ衛星から送信される送信信号を受信して受信した信号に基づき測位するＧＰＳ受信機における測位方法において、ホットスタート時に、受信した航法データ中のほぼ２ワードのデータを復調し、該復調によって前記２ワード中におけるパリティビットの先頭ビット位置を検出し、先頭ビット位置が検出されたパリティビットを含むワードの先頭ビット位置を検出し、検出したワードの先頭ビット位置における計時時刻を±０．３秒未満の精度を有する内蔵時計にて求め、求めた内蔵時計の計時時刻を航法データ中のＺカウントによる時刻に代わって用いて測位することを特徴とする。
【０００７】
本発明にかかるＧＰＳ受信機における測位方法によれば、ホットスタート時に、受信した航法データ中のほぼ２ワードのデータが復調される。この復調データ中にはパリティビットが含まれている。この復調によって前記２ワード中におけるパリティビットの先頭ビット位置が検出され、先頭ビット位置が検出されたパリティビットを含むワードの先頭ビット位置が検出され、検出されたワードの先頭ビット位置における計時時刻が±０．３秒未満の精度を有する内蔵時計にて求められ、求めた内蔵時計の計時時刻が航法データ中のＺカウントによる時刻に代わって用いられて測位されるため、Ｚカウント（時刻データ）の復調を待たずに測位が行え、ＧＰＳ衛星時刻の決定が短縮される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるＧＰＳ受信機における測位方法を実施の形態に基づき説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施の一形態にかかるＧＰＳ受信機における測位方法が適用されるＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図である。
【００１０】
本発明の実施の一形態にかかるＧＰＳ受信機における測位方法が適用されるＧＰＳ受信機は、アンテナ１０により、ＧＰＳ衛星から送信される送信信号を受信する。この受信された送信信号は、周波数変換部１２において、増幅されると共に処理が容易な所定の周波数を有する中間周波信号に変換される。中間周波信号に変換された送信信号は擬似距離測定部１４および航法データ復調部１６に供給される。
【００１１】
擬似距離測定部１４では、受信制御演算部２４によって選択された所定個数のＧＰＳ衛星について、擬似距離の測定を実行する。すなわち、選択されたＧＰＳ衛星について、送信信号が当該ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信機まで伝送されるのに要した時間が測定され、この時間が距離に変換される。このようにして得られた距離は、ＧＰＳ受信機に搭載されている時計部２６における時計の計時誤差などの影響を含んでいるため、擬似距離といわれる。疑似距離測定部１４において得られた擬似距離は、測位演算部２２に供給される。
【００１２】
また、航法データ復調部１６は、受信制御演算部２４によって選択された所定個数のＧＰＳ衛星から送信された送信信号を入力し、この送信信号から当該ＧＰＳ衛星の航法データを復調する。この航法データには、送信信号を送出したＧＰＳ衛星の時刻を示す時刻データおよび軌道データを示すデータや、ＧＰＳを構成する各ＧＰＳ衛星の概略軌道を示すデータが含まれる。
【００１３】
航法データ復調部１６は、復調した軌道データ、時刻データを受信制御演算部２４、測位演算部２２およびＧＰＳ衛星からの送信信号送出時刻を予想する衛星送信時刻予想部２０に供給する。
【００１４】
衛星送信時刻予想部２０は、ＧＰＳ衛星から受信した送信信号を復調した航法データの１部（例えば、ほぼ６０ビット（６０ビットより僅かに少ないビットを言う。以下同様）、すなわちほぼ２ワード）に対しパリティ計算を行い、１ワード（３０ビット）データのパリティビットの位置を検出する。
【００１５】
ここで復調するのは航法データの１部であるほぼ６０ビットの受信で足るのは、１ワードは２４ビットのデータと６ビットのパリティビットからなり、１ワードの途中から受信してもほぼ６０ビットのデータを受信すればその中に必ずパリティビットが含まれているためである。
【００１６】
このパリティビットの先頭位置から当該ワードの先頭位置に対する内蔵時計による計時時刻に基づいて、該ワードがＧＰＳ衛星から送出された時刻を決定し、この時刻データから各ビットの衛星時刻データを求めて測位演算部２２に供給する。このようにして得た衛星時刻データを航法データ中から復調した時刻データとして用いることによって、航法データの復調を待たずに測位演算が可能になる。この理由については後記する。
【００１７】
測位演算部２２では、所定個数のＧＰＳ衛星について得られた擬似距離、軌道データ、衛星時刻データに基づき、所定の測位演算を実行し、ＧＰＳ受信機の位置（ユーザ位置）を演算する。
【００１８】
測位演算部２２によって得られたユーザ位置（ＧＰＳ受信機の位置）は、航法データ復調部１６によって得られた軌道データと共に、受信制御演算部２４に供給される。受信制御演算部２４は測位演算部２２によって得られたユーザ位置から見たＧＰＳ衛星の配置を、航法データ復調部１６から得られた軌道データに基づき計算し、測位演算に使用するべきＧＰＳ衛星の組み合わせを選択する。その選択結果は、擬似距離測定部１４及び航法データ復調部１６に供給される。
【００１９】
航法データの復調を待たずに測位演算が可能になる理由について説明する。
【００２０】
図３（ａ）は航法データの主フレームを示し、１５００ビットからなり３０秒で繰り返される。１主フレームは３００ビット（６秒）のサブフレームからなり、各サブフレームの先頭のＧＰＳ衛星からの送信時刻は、それぞれ××時○○分００秒、××時○○分０６秒、××時○○分１２秒、××時○○分１８秒、××時○○分２４秒、××時○○分３０秒、……のごとく、６秒ごとに送出される。
【００２１】
１サブフレームは図３（ｂ）に示すように１０ワード（６秒）からなり、１ワードは図４に示すごとく２４ビットのデータビットと６ビットのパリティビットとの３０ビット（０．６秒）からなり、各ビットの間隔は図３（ｄ）に示すごとく２０ｍｓである。
【００２２】
今、例えば図３（ｂ）中に矢印で示すほぼ２ワードのデータ、すなわち図４（ｂ）に示すごとくほぼ６０ビットのデータを受信したとき、その中には必ずパリティビットが含まれており、定められているパリティ計算方法に基づいて受信データのパリティ計算を行うことにより、図４（ｃ）に示すごとくパリティビットの先頭位置ａが検知でき、パリティビットの先頭位置ａから２４ビット前の該ワードの先頭位置ｂも検出できる。この検出した前記ワードの先頭位置ｂに対する内蔵時計による時刻が読み取られる。
【００２３】
この読み取られた時刻が××時○○分１２．０２秒であったとすれば、内蔵時計の時刻はＧＰＳ時計の時刻に対して図４（ｄ）に示すごとく０．０２秒遅れていることが判る。この結果、ＧＰＳ時計の時刻に代わって内蔵時計による時刻を０．０２秒遅れを勘案してＧＰＳ時計の時刻として用いることができてＺカウントの復調をすることなしに、ＧＰＳ時刻が得られることになる。
【００２４】
次に本発明の実施の一形態にかかるＧＰＳ受信機における測位方法におけるパリティビットの位置に基づく時刻決定方法について、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２５】
ＧＰＳ受信機の電源がオンされ、航法データの復調が可能になり次第、ほぼ６０ビット分の航法データが収集され、復調される（ステップＳ１）。このときほぼ６０ビット分復調するのに、約１．２秒（＝６０ビット／チップレイト５０）の期間で行われる。
【００２６】
ステップＳ１に続いて、収集され復調されたほぼ６０ビット分のビットデータに対してパリティチェックが行われ（ステップＳ２）、ほぼ６０ビットのデータ中に含まれる１ワード（２４データビット＋６ビットのパリティビット）におけるパリティビットの位置が検出される（ステップＳ３）。
【００２７】
ステップＳ３においてパリティビットの位置検出がなされたとき、続いてＧＰＳ受信機の電源オフ時から電源オン時までの期間が規定値以内か否か、すなわち例えば４時間以内か否かがチェックされる（ステップＳ４）。ステップＳ４において４時間以内か否かをチェックするのは、エフェメリスデータの有効時間を４時間と定めた場合である。エフェメリスデータの有効時間を何時間かと定めるのは、エフェメリスデータの精度を何ｍ程度にするのかの問題であり、これは別途定めることができる。
【００２８】
ステップＳ４において規定値以内であると判別されたときは、ＧＰＳ受信機の内蔵時計の精度を確認するため、電源オフ時と電源オン時との温度差が規定値以内か否かのチェックが行われる（ステップＳ５）。
【００２９】
ＧＰＳ受信機の内蔵時計は、ＧＰＳ受信機の電源がオフ状態にされていても内蔵電池等によって動作しているが、周囲温度等の変化により計時誤差を生じる。しかるに、ほぼ６０ビットのデータ中に含まれる１ワード（３０ビット）内におけるパリティビットの位置からパリティビットを含むワードの先頭ビットのＧＰＳ時刻をＧＰＳ受信機の内蔵時計の時刻から求めるためには、ＧＰＳ受信機の内蔵時計の精度が、ＧＰＳ衛星時計の時刻に対して±０．３秒未満の精度であることが必要であり、この精度が維持されているかを確認するために、電源オフ時と電源オン時の温度差が規定値以内か否かのチェックを行うのである。
【００３０】
さらにまたＧＰＳ受信機は動作時、常に現在時刻と現在温度を図示しない記憶部に書き込んでおり、電源をオフにした場合、その直前の値を記憶している。
【００３１】
ステップＳ５において温度差が規定値以内と判別されたときは時計の精度が規定値以内である場合であって、ステップＳ３において検出されたパリティビット位置に基づく該ワードの先頭位置ｂのＧＰＳ衛星時刻をＧＰＳ受信機の内蔵時計による時刻データから衛星送信時刻予測部２０にて求め、ＧＰＳ受信機の内蔵時計による該時刻をＧＰＳ衛星からの送信時刻として、  航法データ中のＺカウント（時刻データ）の代わりとする（ステップＳ６）。したがって、この場合は、航法データ中のＺカウント（時刻データ）の復調を待たずに測位が行われる。
【００３２】
なお、ステップＳ２において収集し復調したほぼ６０ビット分のビットデータに対してパリティチェックが行えなかったとき、ステップＳ４において電源オフ期間が規定値以内でないと判別されたとき、またはステップＳ５において温度差が規定値以内でないと判別されたときは、従来の方法、すなわち航法データ中におけるＺカウント（時刻データ）の復調を行う方法に切り換えて（ステップＳ７）、従来の方法により測位が行われる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかるＧＰＳ受信機における測位方法によれば、ホットスタート時、パリティビットの先頭ビット位置を検出し、該パリティビットを含むワードの先頭ビット位置における内蔵時計の時刻を航法データ中のＺカウント（時刻データ）に代わって用いるため、航法データ中のＺカウントを復調せずに衛星時刻を求めることができて、測位が行えるため、従来のＧＰＳ受信機における測位方法において必要とした６〜１２秒に比べ、ＧＰＳ衛星時刻の決定を約１．５秒程度に短縮することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態にかかる測位方法が適用されるＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の一形態にかかるＧＰＳ受信機における測位方法の作用の説明に供するフローチャートである。
【図３】本発明の実施の一形態にかかるＧＰＳ受信機における測位方法の作用の説明に供する模式図である。
【図４】本発明の実施の一形態にかかるＧＰＳ受信機における測位方法の作用の説明に供する模式図である。
【符号の説明】
１０…アンテナ                    １２…周波数変換部
１４…擬似距離測定部              １６…航法データ復調部
２０…衛星送信時刻予測部          ２２…測位演算部
２４…受信制御演算部              ２６…時計部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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