(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のＧＬＯＮＡＳＳ衛星が発する互いに異なる周波数の電波を受信し、受信信号から互いに異なる周波数の衛星信号群が含まれる帯域を取り出す衛星信号フィルタ回路と、衛星信号群から各衛星毎の個別衛星データを分離・検出する復調回路と、個別衛星データを処理して受信位置を算出するデータ処理回路とを備えたＧＬＯＮＡＳＳ受信機において、
受信信号をデジタル受信信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
互いに異なる周波数の衛星信号群が含まれる帯域を取り出す衛星信号フィルタ回路として、通過遅延時間が通過周波数帯域内で一定である有限長インパルス応答型フィルタと
を有することを特徴とするＧＬＯＮＡＳＳ受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、複数個のＧＬＯＮＡＳＳ衛星が発する互いに異なる周波数の電波を受信し、受信位置を計測するＧＬＯＮＡＳＳ受信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
全世界的航法システム（Ｇｌｏｂａｌ  Ｏｒｂｉｔｉｎｇ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ  、以下ＧＬＯＮＡＳＳと略す。）は、人工衛星を利用する航法システムの一種である。利用者は衛星軌道上のＧＬＯＮＡＳＳ衛星のうち、４個の衛星が発する電波を同時に受信すれば、受信位置の３次元座標を計測できる。
【０００３】
この種のシステムとしてはＮＡＶＳＴＡＲ／ＧＰＳ（Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｕｓｉｎｇ  Ｔｉｍｅ  ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ／Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ、以下ＧＰＳと略す。）がアメリカ空軍から民間利用に一部解放されて、位置計測手段として近年広く世間に認識され利用されるようになってきている。
【０００４】
ＧＬＯＮＡＳＳの基本原理は、ＧＰＳの基本原理とほぼ同様である。最大の相違点は、ＧＰＳにおいては各衛星の発する電波の周波数は同一であり、各衛星信号の区別は電波を変調する符号コードを衛星毎に相違させることにより行うのに対し、ＧＬＯＮＡＳＳにおいては逆に各衛星の符号コードは同一であり、周波数を衛星毎に相違させて各衛星信号の区別を行う点にある。
【０００５】
ＧＬＯＮＡＳＳにおける衛星信号とそれによる測位方法の概略を述べる。
【０００６】
ＧＬＯＮＡＳＳ衛星の衛星信号の搬送波周波数は、１６０２ＭＨｚを下限とし、１６１５．５ＭＨｚを上限とする周波数範囲に５６２．５ｋＨｚ毎に配置されている。各衛星信号は、全衛星に共通なＣ／Ａコードと呼ばれる擬似雑音符号と航法データにより変調されている。
【０００７】
Ｃ／Ａコードは、０と１とが一見不規則に並ぶ所定長の２進データが繰り返される。所定長データ内の不規則性により雑音に似た性質が生じ、これが擬似雑音符号と呼ばれる所以である。このような変調方式は電波妨害や雑音に対して強いという特徴を有している。さて、Ｃ／Ａコードが雑音的性質を有するといっても、あくまで人工的なものであり、受信機側においても同一のパターンの信号を発生することができる。衛星信号に対して、受信機で発生したＣ／Ａコードを時間的にずらしながら照合していくと、一致するタイミングがある。各衛星信号の位相は正確な時刻に基づいて管理されており、その位相と時刻との関係は受信機側においても知られている。したがって受信機側の時計が衛星上の時計と完全な同時刻性を有しているならば、Ｃ／Ａコードの一致タイミングから衛星−受信機間の電波伝播時間を知ることができ、これから衛星−受信機間の距離を算出することができる。しかし、衛星と受信機との間の同時刻性を保証することは現実には難しく衛星−受信機間の未知量の時刻ずれがあり、前記距離は誤差を有している。このため前記距離は擬似距離と呼ばれている。
【０００８】
一方、航法データは各衛星の位置情報及び時刻情報であり、Ｃ／Ａコードに２次的な変調をかける形で送信されている。
【０００９】
もし、衛星−受信機間の時刻ずれがなければ、擬似距離は正確な衛星−受信機間の距離を示すので、３個の衛星の衛星信号から得られる、これら各衛星の位置とそれに対する擬似距離とから受信機の位置を算出、決定することができる。しかし、実際には、先に述べたように未知量の時刻ずれが存在するので、これを除去するため４個の衛星の位置と擬似距離とを用いる。
【００１０】
図３は従来のＧＬＯＮＡＳＳ受信機のブロック図である。アンテナ１０により受信された衛星信号を含む受信信号は、周波数変換器２０に入力される。また、基準発振器２１の出力が逓倍器２２より周波数逓倍されて、周波数変換器２０に入力される。周波数変換器２０に入力された受信信号は、逓倍器２２からの入力と混合されて、増幅されるとともに、信号処理しやすい中間周波数に変換され、衛星信号フィルタ回路４５に入力される。衛星信号フィルタ回路４５は、入力された中間周波受信信号からＧＬＯＮＡＳＳ衛星の衛星信号群が含まれる周波数帯域のみを取り出し、Ａ／Ｄ変換器３０に出力する。Ａ／Ｄ変換器３０は中間周波受信信号をデジタル受信信号に変換する。衛星信号処理部５０はデジタル受信信号から航法データと擬似距離を得るための衛星データ復調回路であり、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機は複数個の衛星信号処理部５０を有し、これら各衛星信号処理部５０−１、５０−２、…、５０−ｎは基準発振器２１の出力を用いてデジタル受信信号からそれぞれ異なる周波数の個々の衛星信号を取り出し処理を行う。制御部６０は衛星信号処理部５０−１、５０−２、…、５０−ｎの制御を行う回路であるとともに、それらから得られる航法データと擬似距離とを処理して受信位置を算出するデータ処理回路である。
【００１１】
図４は衛星信号処理部５０のブロック図である。衛星信号処理部５０の入力はデジタル受信信号５１、基準発振器２１の出力である基準信号５２及び制御部６０からの制御信号５３である。検波基準信号発生回路５４は制御信号５３に基づいて、入力の基準信号５２を基にこの衛星信号処理部５０で検波すべき一衛星信号に対応した周波数を出力する信号発生器である。検波回路５５では検波基準信号発生回路５４からの信号とデジタル受信信号５１を混合することにより、デジタル受信信号５１中の搬送波検波が行われ、デジタル信号中の搬送波が除去される。検波された状態では変調信号である受信Ｃ／Ａコードとそれを変調している航法データとが得られる。Ｃ／Ａコード発生回路５６は基準信号５２を基にＣ／Ａコードを発生する。Ｃ／Ａコード発生回路５６が発生した比較Ｃ／Ａコードと検波回路５５の出力の受信Ｃ／Ａコードは相関回路５７に入力され、比較処理される。相関回路５７の出力５８は制御部６０に入力される。制御部６０はこの出力５８において両Ｃ／Ａコードが同期・除去されるように、制御信号５３により比較Ｃ／Ａコードの位相を制御し、そのときの位相と衛星が発信するＣ／Ａコードの位相との差から擬似距離を計測する。また両Ｃ／Ａコードが同期・除去されたとき、相関回路５７は出力５８として航法データを出力する。
【００１２】
このようにして制御部６０は複数の衛星信号処理部５０から擬似距離と航法データとの衛星データを得て、これを基に受信機の位置を算出する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
さて、従来のＧＬＯＮＡＳＳ受信機では、衛星信号フィルタ回路４５に周波数に対する十分な直線位相特性を持たせることが困難であった。フィルタの直線位相特性とは、フィルタ通過時の位相変化が周波数に比例することであり、通過遅延時間が周波数に依存しないことである。従来の衛星信号フィルタ回路４５では十分な直線位相特性が得られなかったため、周波数が異なる各衛星信号の通過遅延時間が異なり、これが擬似距離の誤差となり、位置計測の精度が劣化していた。これは、通過遅延時間のずれは微少であっても、擬似距離に変換する際に乗じられる光速が大きいため重大な問題であった。
【００１４】
このような問題を回避するために、従来においては、予め衛星信号フィルタ回路での各衛星信号の通過遅延時間を測定等により求めておき、測定された擬似距離を補正する等の対策が採られていた。しかしながら、衛星信号フィルタ回路内で使用されるアナログフィルタは個体差を有し、上記補正を行うためには個々のフィルタについて周波数に対する通過遅延特性を測定しなければならず、生産性が悪いという問題があった。
【００１５】
さらに、一般にアナログフィルタは温度により通過遅延特性が変化するので、前記補正による対応だけでは十分ではなく、この対策として、キャリブレーション機構を設けるとともに、フィルタの通過遅延特性を随時測定してキャリブレーション機構で調整することが行われていた。このキャリブレーションの一例は、受信機内に設けた、搬送波周波数を変化させた擬似ＧＬＯＮＡＳＳ信号を発生する擬似ＧＬＯＮＡＳＳ信号発生器である。この発生器出力の擬似信号をＧＬＯＮＡＳＳ受信機のフロントエンドから入力し、擬似信号の周波数を変化させ、フィルタの各衛星信号の周波数に対応する通過遅延時間を測定して調整を行う。このようなキャリブレーション機構を設ける方法でも、同機構の精度を保証することが必要であり、やはり生産性が悪く、同時に、受信機がコストアップし、また大型化するという問題があった。
【００１６】
本発明は、第一に周波数の異なる各衛星信号が衛星信号フィルタ回路を通過する際に遅延時間の差異が生じることを防止して位置計測精度に優れたＧＬＯＮＡＳＳ受信機を提供することを目的とし、またＧＬＯＮＡＳＳ受信機の生産コスト低減、小型化及び運用の簡便化を図ることを目的とする。
【００１７】
【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、本発明のＧＬＯＮＡＳＳ受信機は、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星からの受信信号をデジタル受信信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、互いに異なる周波数の衛星信号群が含まれる帯域を取り出す衛星信号フィルタ回路として、通過遅延時間が通過周波数帯域内で一定である有限長インパルス応答型フィルタと、を有することを特徴とする。
【００１８】
【作用】
ＧＬＯＮＡＳＳ衛星からの受信信号がＡ／Ｄ変換器によりデジタル受信信号に変換され、衛星信号フィルタ回路が受信信号をデジタル処理し、受信信号から衛星信号群をその周波数に依存しない一定の通過遅延時間で取り出される。
【００１９】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図中、同一の符号は同一機能の要素を指すものとし、説明を省略することがある。
【００２０】
図１は本発明実施例のＧＬＯＮＡＳＳ受信機のブロック図である。アンテナ１０により受信された衛星信号を含む受信信号は、周波数変換器２０に入力される。また、基準発振器２１の出力が逓倍器２２により周波数逓倍されて、周波数変換器２０に入力される。周波数変換器２０に入力された受信信号は、逓倍器２２からの入力と混合されて、増幅されるとともに、信号処理しやすい中間周波数に変換され、Ａ／Ｄ変換器３０に入力される。Ａ／Ｄ変換器３０は中間周波受信信号をデジタル受信信号に変換し、衛星信号フィルタ回路４０に出力する。衛星信号フィルタ回路４０は、入力されたデジタル受信信号からＧＬＯＮＡＳＳ衛星の衛星信号群が含まれる周波数帯域のみを取り出す。衛星信号処理部５０は衛星信号フィルタ回路４０の出力のデジタル受信信号から航法データと擬似距離を得るための衛星データ復調回路であり、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機は複数個の衛星信号処理部５０を有し、これら各衛星信号処理部５０−１、５０−２、…、５０−ｎは基準発振器２１の出力を用いてデジタル受信信号からそれぞれ異なる周波数の個々の衛星信号を取り出し処理を行う。制御部６０は衛星信号処理部５０−１、５０−２、…、５０−ｎの制御を行う回路であるとともに、それらから得られる航法データと擬似距離とを処理して受信位置を算出するデータ処理回路である。
【００２１】
衛星信号処理部５０は図４にブロック構成を示した従来回路と同じ構成である。衛星信号処理部５０と制御部６０は従来と同じ処理を行い、複数のＧＬＯＮＡＳＳ衛星に対応する擬似距離と航法データとの衛星データを得て、これを基に受信機の位置を算出する。
【００２２】
本発明においては、衛星信号フィルタ回路４０の入力がデジタル信号であり、衛星信号フィルタ回路４０が、有限長インパルス応答型（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  、以下ＦＩＲと略す。）フィルタにより構成されている点が特徴的構成である。
【００２３】
衛星信号フィルタ回路４０は、入力されたデジタル受信信号からＧＬＯＮＡＳＳ衛星の衛星信号群が含まれる周波数帯域以外の不要な帯域の信号を除去し、その後の衛星信号に対する処理を行いやすくするために設けられている。よって衛星信号フィルタ回路４０に用いられているＦＩＲフィルタは中間周波数に周波数変換された後の衛星信号群を全て通過する。このため、サンプリング周波数１００ＭＨｚ程度で動作するＦＩＲフィルタが必要であるが、これは最近のＡＳＩＣを用いて実現することができる。
【００２４】
図２はＦＩＲフィルタの構成を表すブロック図である。図において、７０は１サンプリング時間の遅延を生じる遅延器であり、７１は乗算器であり、７２は加算器である。Ａ／Ｄ変換器３０における受信信号のサンプリングの時間間隔をＴ、乗算器７１の乗算係数であるフィルタ係数を入力に近い方から順に、ｈ  ０  、ｈ  １  、ｈ  ２  、…、ｈ  Ｎ  、そして時刻ｎＴにおける入力のデジタル受信信号をｘ（ｎＴ）とすると、時刻ｎＴにおける出力のデジタル受信信号ｙ（ｎＴ）は、次の式で表される。
【００２５】
【数１】
0003569568.tif 000002
ここで遅延器７０はハードウェアとしてはシフトレジスタで構成される。
【００２６】
ＦＩＲフィルタが直線位相特性を持つように、フィルタ係数を設計できることが知られており、衛星信号フィルタ回路４０にはこの直線位相特性を有するように構成されたＦＩＲフィルタが使用されている。例えば、ＦＩＲフィルタとして移動平均フィルタ（ｈｋ  ＝一定）などが使用できる。フィルタの直線位相特性とは、既に述べたようにフィルタ通過時の位相変化が周波数に比例することであり、通過遅延時間が周波数に依存しないことを意味する。したがって、異なった周波数を持つＧＬＯＮＡＳＳ衛星からの受信信号は互いに、衛星信号フィルタ回路４０を通過する際に遅延時間の差異を生じない。また、電磁的アナログフィルタでは、物理現象を直接利用しているが故に特性を正確に制御したり、所望の特性を設計することが難しいのに対し、ＦＩＲフィルタは（１）式で表されるようなデジタル値の演算処理を原理に用いて実現されているため、温度等の外界の影響を受けない安定したフィルタであり、また上記、直線位相特性もフィルタ毎の個体差を生じることなく容易かつ正確に実現される。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のＧＬＯＮＡＳＳ受信機によれば、従来の受信機で行っていた衛星信号フィルタ回路での通過遅延時間を、周波数の異なる受信信号毎に予め測定しておき、測定された擬似距離を補正処理したり、温度変化による通過遅延時間の変化を補償する機構を設けたりせずに、精度の良い位置計測が可能である。
【００２８】
また、キャリブレーション機構を不要としたため、安価で小型のＧＬＯＮＡＳＳ受信機を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例のＧＬＯＮＡＳＳ受信機のブロック構成図。
【図２】ＦＩＲフィルタのブロック構成図。
【図３】従来例のＧＬＯＮＡＳＳ受信機のブロック構成図。
【図４】衛星信号処理部のブロック構成図。
【符号の説明】
２０  周波数変換器、２１  基準発振器、２２  逓倍器、３０  Ａ／Ｄ変換器、４０，４５  衛星信号フィルタ回路、５０  衛星信号処理部、６０  制御部、５４  検波基準信号発生回路、５５  検波回路、５６  Ｃ／Ａコード発生回路、５７  相関回路。
【図１】
0003569568.tif 000003
【図２】
0003569568.tif 000004
【図３】
0003569568.tif 000005
【図４】
0003569568.tif 000006