(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星から送信された電波を受信するアンテナ部と、前記アンテナ部で受信した電波を復調してビットデータ列に変換する検波部と、受信データを用いて受信位置を計算する位置算出部とを有してなるＧＰＳ受信装置において、前記検波部にてプリアンブルを検波し、前記プリアンブルの先端から後端までの経過時間を計測する経過時間計測部と、前記プリアンブル後端の略正確な受信時刻を計測するために精度誤差が既知である現在時刻を取得する時刻取得部と、前記経過時間及び前記プリアンブル後端の略正確な受信時刻により現在受信中のデータが送信された時刻を計算する時刻計算部と、現在受信中のデータが送信された時刻により受信位置を計算する位置算出部とを備えたことを特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項２】
前記時刻計算部において、前記経過時間計測部にて前記プリアンブルの先端から後端までの経過時間を計測するとともに、前記プリアンブル後端の受信完了を検出し、前記プリアンブル後端の受信完了の検出と同時に、精度誤差が既知である前記時刻取得部にて前記プリアンブル後端の略正確な受信時刻を求め、前記プリアンブル後端の略正確な受信時刻から前記プリアンブルの先端から後端までの経過時間を差し引き、略正確なプリアンブルの先端時刻を推定し、前記略正確なプリアンブルの先端時刻に対して６ｓｅｃの整数倍になるように補正して、正確なプリアンブルの先端時刻を算出し、前記正確なプリアンブルの先端時刻に前記プリアンブルの先端から後端までの経過時間を加えることで、前記現在受信中のデータが送信された時刻を計算するようにしたことを特徴とする請求項１記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項３】
精度誤差が既知である現在時刻を取得する時刻取得部と、前記時刻取得部から時刻を取得して、正確なプリアンブルの先端時刻から前記精度誤差の半分を差し引いた時点より、前記プリアンブルのビットデータ列長さと前記精度誤差とを加えた時間のみ前記検波部に電源を供給する電力制御部とを付加し、前記プリアンブルのみを取得することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項４】
前記時刻取得部の精度誤差は、±１００ｍｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＧＰＳ受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話やカーナビゲーションシステム等に使用されるＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）受信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ受信装置は、複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信して、衛星から受信装置までの距離と衛星位置とを求めることで、受信位置の演算、すなわち測位演算を行う装置である。
【０００３】
ここで、衛星位置とは受信装置が受信した電波が衛星から送信された時点での衛星位置であり、その計算には、現在受信中のデータが送信された時刻（衛星からデータが送信された時刻を意味する）が必要となる。衛星の速度は４０００ｍ／ｓｅｃ近くになるため、現在受信中のデータが送信された時刻の精度としては１ｍｓｅｃ以下の精度が必要となる。
【０００４】
図５は航法メッセージのデータ構造を示した模式図である。（ａ）は１５００ビットのメインフレーム、（ｂ）は３００ビットのサブフレーム、（ｃ）は３０ビットのＴＬＭ（ｔｅｌｅｍｅｔｅｒ）、（ｄ）は３０ビットのＨＯＷ（ｈａｎｄ  ｏｖｅｒ  ｗｏｒｄ）を示している。
【０００５】
更に、図５（ａ）から（ｄ）を詳細に説明する。３０ビットからなる語が１０語でサブフレームをつくり、この各語に所要のデータを乗せる。各サブフレームの冒頭の２語はＴＬＭとＨＯＷからなる。このサブフレームが５個まとまったものをメインフレームといい、順次送信され、測位演算等に必要な衛星の軌道情報をはじめとするデータである航法メッセージを構成している。１つのサブフレームを送信するのに６ｓｅｃ、１つのメインフレームを送信するのに３０ｓｅｃ要する。
【０００６】
ＴＬＭの先頭８ビットは、サブフレームの先頭を示すプリアンブル９で構成されており、「０１１００１１０」という一定配列からなっている。ＨＯＷの先頭の１３ビットはＺカウント１０（何時何分何秒に相当するデータ）で構成されており、現在受信中のデータが送信された時刻を含んでいる。
【０００７】
各衛星の航法メッセージはＵＴＣ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｔｉｍｅ）時刻に同期して送信される。サブフレームはＵＴＣ時刻に同期して６ｓｅｃごとに送信されており、各衛星ともサブフレームの先頭を送信するタイミングは一致している。
【０００８】
従来、現在受信中のデータが送信された時刻を求める方法として、次に示す方法が挙げられる。
【０００９】
まず衛星からの情報を検波し、プリアンブル９を検出する。次に、「０１１００１１０」というビットパターンの確認を行い、検出結果が正しければ、プリアンブル９と確定し、更にデータを読み続け、ＨＯＷのＺカウント１０をデコードする。最後にパリティチェックを行い、異常が検出されなければＺカウント１０からの時刻情報を現在受信中のデータが送信された時刻として検出し認定する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のＧＰＳ受信装置にあっては、現在受信中のデータが送信された時刻を特定するには、まずプリアンブル９を確定したあと、Ｚカウント１０をデコードし、パリティチェックまで行う必要がある。従って、図５に示すように、プリアンブル９先頭からＺカウント１０のデコード後のパリティチェックまで最短でも６０ビット、１．２ｓｅｃを時刻の特定に要している。
【００１１】
また、Ｚカウント１０にある現在受信中のデータが送信された時刻を読み取るために、あるプリアンブル９が既に送信された後に、衛星からの電波の補足を開始した場合には、次のプリアンブル９が送信されるまで待機しなくてはならず、その待機時間が平均で４ｓｅｃ程度となる。
【００１２】
このように、衛星からの電波を補足してから、現在受信中のデータが送信された時刻を求めるまでに、特定に要する時間や待機時間が必要となり、ＧＰＳ受信装置を起動してから、受信位置を求めるまでに要する時間が長くなる一因となっていた。
【００１３】
また、位置を断続的に求めるときは、現在受信中のデータが送信された時刻を求めるまでにその都度、特定に要する時間や待機時間を必要とするため、ＧＰＳ受信部に対して蓄電池で長期駆動することを考えると、消費電力低減の障害となっていた。
【００１４】
また、衛星からの電波が不安定で、航法メッセージが途切れるような場合には、衛星を捕捉中にも関わらず測位演算を行うことが出来ないという問題点もあった。
【００１５】
本発明は上記課題の点を鑑みてなされたものであり、ＧＰＳ受信装置を起動してから受信位置を求めるまでの時間を短縮し、ＧＰＳ受信部の消費電力を削減したＧＰＳ受信装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のＧＰＳ受信装置は、ＧＰＳ衛星から送信された電波を受信するアンテナ部１と、前記アンテナ部１で受信した電波を復調してビットデータ列に変換する検波部２と、受信データを用いて受信位置を計算する位置算出部６とを有してなるＧＰＳ受信装置において、前記検波部２にてプリアンブル９を検波し、前記プリアンブル９の先端から後端までの経過時間Ｔ１を計測する経過時間計測部３と、前記プリアンブル９後端の略正確な受信時刻Ｔ２を計測するために精度誤差が既知である現在時刻を取得する時刻取得部４と、前記経過時間Ｔ１及び前記プリアンブル９後端の略正確な受信時刻Ｔ２により現在受信中のデータが送信された時刻Ｔ５を計算する時刻計算部５と、現在受信中のデータが送信された時刻Ｔ５により受信位置を計算する位置算出部６からなる構成にしている。
【００１７】
請求項２記載のＧＰＳ受信装置は、請求項１記載の発明において、前記時刻計算部５では、前記経過時間計測部３にて前記プリアンブル９の先端から後端までの経過時間Ｔ１を計測するとともに、前記プリアンブル９後端の受信完了を検出し、前記プリアンブル９後端の受信完了の検出と同時に、精度誤差が既知である前記時刻取得部４にて前記プリアンブル９後端の略正確な受信時刻Ｔ２を求め、前記プリアンブル９後端の略正確な受信時刻Ｔ２から前記プリアンブル９の先端から後端までの経過時間Ｔ１を差し引き、略正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ３を推定し、前記略正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ３に対して６ｓｅｃの整数倍になるように補正して、正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ４を算出し、前記正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ４に前記プリアンブル９の先端から後端までの経過時間Ｔ１を加えることで、前記現在受信中のデータが送信された時刻Ｔ５を計算するような構成にしている。
【００１８】
請求項３記載のＧＰＳ受信装置は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、精度誤差が既知である現在時刻を取得する時刻取得部８と、前記時刻取得部８から時刻を取得して、正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ６から前記精度誤差の半分を差し引いた時点より、前記プリアンブル９のビットデータ列長さＴ１と前記精度誤差とを加えた時間Ｔ７のみ前記検波部２に電源を供給する電力制御部７とを付加し、前記プリアンブル９のみを取得する構成にしている。
【００１９】
請求項４記載のＧＰＳ受信装置は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記時刻取得部４及び前記時刻取得部８の精度誤差が±１００ｍｓｅｃ以下である構成にしている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
【００２１】
１はアンテナ部で、ＧＰＳ衛星（図示せず）から送信された電波を受信する。２は検波部で、アンテナ部１にて受信された電波を復調して、ビットデータ列に変換する。この電波にはビットデータが変調により乗せられている。受信データには、図５に示すように、ＵＴＣ時刻に同期し、６ｓｅｃ周期で送信されるビットデータ列であるプリアンブル９が埋め込まれている。これは一定配列で８ビットである。
【００２２】
３は経過時間計測部で、常に経過時間を１ｍｓｅｃ単位で計測しておき、プリアンブル９検出時にプリアンブル９の先端から後端までの経過時間Ｔ１を取得するとともに、プリアンブル９後端の受信完了を検出する。
【００２３】
４は時刻取得部で、±１００ｍｓｅｃの精度誤差を含む略正確な現在時刻を保有する電波時計であって、経過時間計測部３でプリアンブル９後端の受信完了を検出した時点で、プリアンブル９後端の略正確な受信時刻Ｔ２を計測するために、前述の精度誤差を含む現在時刻を取得する。
【００２４】
５は時刻計算部であり、プリアンブル９の先端から後端までの経過時間Ｔ１及び、プリアンブル９後端の略正確な受信時刻Ｔ２により、現在受信中のデータが送信された時刻Ｔ５を計算する。なお、この計算手順については、詳しく後述する。
【００２５】
６は位置算出部であり、現在受信中のデータが送信された時刻Ｔ５により、受信位置を算出する。
【００２６】
次に、時刻計算部５による現在受信中のデータが送信された時刻Ｔ５の計算手順を、図２に示した一例に基づいて説明する。
【００２７】
まず、図２（ａ）に示すように、経過時間計測部３にて、プリアンブル９の先端から後端までの経過時間Ｔ１を取得しするとともにプリアンブル９後端の受信完了を検出する。ここで、プリアンブル９の先端から後端までの経過時間Ｔ１は１６０ｍｓｅｃである。更に、図２（ｂ）に示すように、±１００ｍｓｅｃの精度誤差を含むプリアンブル９後端の略正確な受信時刻Ｔ２が、例えば、「６０〜２６０ｍｓｅｃ」であるとき、図２（ｃ）では、精度誤差を含むプリアンブル９後端の略正確な受信時刻Ｔ２からプリアンブル９の先端から後端までの経過時間Ｔ１を差し引いて、略正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ３を推定する。略正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ３の精度は、電波時計の精度と同じく±１００ｍｓｅｃの精度誤差におさまる。
【００２８】
ここで、前述のように、プリアンブル９の先端はＵＴＣ時刻に同期して、６ｓｅｃごとに送信されていることから、図２（ｄ）に示すように、略正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ３を６ｓｅｃの整数倍となるように補正して、正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ４を算出することができる。最後に、図２（ｅ）に示すように、この正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ４にプリアンブル９の先端から後端までの経過時間Ｔ１を加えると、現在受信中のデータが送信された時刻Ｔ５が計算される。
【００２９】
本実施形態の場合、略正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ３は「−１００から１００ｍｓｅｃ」となり、正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ４は６ｓｅｃの整数倍であるため、「０ｍｓｅｃ」と計算される。従って、現在受信中のデータが送信された時刻Ｔ５は「１６０ｍｓｅｃ」と計算される。
【００３０】
かかるＧＰＳ受信装置にあっては、プリアンブル９を受信できれば、Ｚカウント１０をデコードし、パリティチェックまで行わずに、現在受信中データが送信された時刻Ｔ５を求めることが可能である。従来はプリアンブル９先頭からＺカウント１０のデコード後のパリティチェックまで行うのに最短でも６０ビット、１．２ｓｅｃの時間は必要としていたが、プリアンブル９の検出のみなら１６０ｍｓｅｃで行えるため、現在受信中データが送信された時刻Ｔ５を求めるのに約１ｓｅｃの短縮が可能である。従って、位置検出に必要な時刻確定を早くし、ＧＰＳ受信装置を起動してから、受信位置を求めるまでに要する時間を短縮することができる。
【００３１】
次に、本発明の第２実施形態を図３及び図４に基づいて以下に説明する。
なお、第１実施形態と異なるところのみ記し、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付す。第１実施形態では、電源は常時通電され、検波部２でアンテナ１にて受信された電波を復調しているのに対して、本実施形態では検波部２の電源は通常切断されている。
【００３２】
ここで、８は時刻取得部で、±１００ｍｓｅｃの精度誤差を含む現在時刻を保有する電波時計である。図３に示すように、７は検波部２に対する電力制御部で、時刻取得部８から時刻を取得し、６ｓｅｃ周期である正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ６になると、検波部２の電源を入れる。
【００３３】
なお、時刻取得部８は時刻取得部４と同じものを使用してもよい。また、電力制御部７は、時刻取得部８として時刻取得部４を用い、時刻取得部４から現在時刻を取得しても勿論よい。
【００３４】
ここで、正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ６は、正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ４と同じ時刻であってもよいし、Ｔ４に６ｓｅｃの整数倍を加えたも時刻であってもよい。
【００３５】
しかし実際、正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ６は６ｓｅｃの整数倍であるが、時刻取得部８の精度誤差は±１００ｍｓｅｃであるため、図４に示すように、正確なプリアンブル９の先端時刻Ｔ６の１００ｍｓｅｃ前から、プリアンブル９後端の受信が完了してからその後の１００ｍｓｅｃまで、延べ３６０ｍｓｅｃの間Ｔ７だけ検波部２の電源を入れる。これにより、確実にプリアンブル９を受信することができる。
【００３６】
このようにして、プリアンブル９が受信できれば、第１実施形態の手順に従い、現在受信中のデータが送信された時刻Ｔ５を求めることが可能である。
【００３７】
かかるＧＰＳ受信装置にあっては、現在受信中のデータが送信された時刻Ｔ５を確定して測位演算を行うことができる。これにより、電力制御部７にて検波部２の電源を所定時間だけ入れることで、測位演算が行え、検波部２の消費電力を大幅に削減したＧＰＳ受信装置を実現できる。
【００３８】
【発明の効果】
上記のように本発明に係る請求項１記載のＧＰＳ受信装置は、ＧＰＳ衛星から送信された電波を受信するアンテナ部と、前記アンテナ部で受信した電波を復調してビットデータ列に変換する検波部と、受信データを用いて受信位置を計算する位置算出部とを有してなるＧＰＳ受信装置において、前記検波部にてプリアンブルを検波し、前記プリアンブルの先端から後端までの経過時間を計測する経過時間計測部と、前記プリアンブル後端の略正確な受信時刻を計測するために精度誤差が既知である現在時刻を取得する時刻取得部と、前記経過時間及び前記プリアンブル後端の略正確な受信時刻により現在受信中のデータが送信された時刻を計算する時刻計算部と、現在受信中のデータが送信された時刻により受信位置を計算する位置算出部からなるようにしたもので、航法メッセージに含まれている送信時刻データ（Ｚカウント）を読み出す必要がなくなり、ＧＰＳ受信装置を起動してから、受信位置を求めるまでに要する時間を短縮することができる。
【００３９】
また、請求項２記載のＧＰＳ受信装置は、請求項１記載の発明において、前記時刻計算部では、前記経過時間計測部にて前記プリアンブルの先端から後端までの経過時間を計測するとともに、前記プリアンブル後端の受信完了を検出し、前記プリアンブル後端の受信完了の検出と同時に、精度誤差が既知である前記時刻取得部にて前記プリアンブル後端の略正確な受信時刻を求め、前記プリアンブル後端の略正確な受信時刻から前記プリアンブルの先端から後端までの経過時間を差し引き、略正確なプリアンブルの先端時刻を推定し、前記略正確なプリアンブルの先端時刻に対して６ｓｅｃの整数倍になるように補正して、正確なプリアンブルの先端時刻を算出し、前記正確なプリアンブルの先端時刻に前記プリアンブルの先端から後端までの経過時間を加えることで、前記現在受信中のデータが送信された時刻を計算するようにしたもので、プリアンブルの先端がＵＴＣ時刻に同期して、６ｓｅｃごとに送信されていることを利用し、航法メッセージに含まれている送信時刻データ（Ｚカウント）を読み出すことなく、前記現在受信中のデータが送信された時刻を得ることができる。
【００４０】
また、請求項３記載のＧＰＳ受信装置は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、精度誤差が既知である現在時刻を取得する時刻取得部と、前記時刻取得部から時刻を取得して、正確なプリアンブルの先端時刻から前記精度誤差の半分を差し引いた時点より、前記プリアンブルのビットデータ列長さと前記精度誤差とを加えた時間のみ前記検波部に電源を供給する電力制御部とを付加し、前記プリアンブルのみを取得するようにしたもので、衛星からの電波を受信しなければならない時間の大幅な削減が可能で、ＧＰＳ受信部の消費電力の削減が可能となり、また衛星からの電波が断続的になるような環境での測位も可能である。
【００４１】
また、請求項４記載のＧＰＳ受信装置は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記時刻取得部の精度誤差が±１００ｍｓｅｃ以下であるから、現在受信中のデータが送信された時刻を精度よく、正確に計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るデータが送信された時刻を示す説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る装置の構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態の電源投入タイミングを示す説明図である。
【図５】航法メッセージのデータ構造を示した模式図である。
【符号の説明】
１  アンテナ部
２  検波部
３  経過時間計測部
４  時刻取得部
５  時刻計算部
６  位置算出部
７  電力制御部
８  時刻取得部
９  プリアンブル
１０  Ｚカウント
Ｔ１  経過時間
Ｔ２  略正確な受信時刻
Ｔ３  略正確な先端時刻
Ｔ４  正確な先端時刻
Ｔ５  現在受信中のデータが送信された時刻
Ｔ６  正確な先端時刻
Ｔ７  電源投入時間
【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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