(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星から送出されたＧＰＳ衛星信号を受信して航法データを復調するとともに、ＧＰＳ衛星までの疑似距離を測定し、復調された航法データ、疑似距離に基づいてユーザ位置データを演算するＧＰＳ受信装置において、
ＧＰＳ衛星から送出された信号を受信するアンテナ部と、
前記アンテナ部で受信されたＧＰＳ衛星信号を増幅するとともに、増幅したＧＰＳ衛星信号を中間周波信号に周波数変換する周波数変換／増幅部と、
前記周波数変換／増幅部により増幅、周波数変換されたＧＰＳ衛星信号から航法データを復調する航法データ復調部と、
衛星時刻とドップラ周波数を計測する衛星時刻／衛星周波数計測部と、
前記航法データ復調部により復調された航法データからＧＰＳ衛星の軌道データを収集する軌道データ収集部と、
前記軌道データ収集部により収集されたＧＰＳ衛星の軌道データと、前記衛星時刻／衛星周波数計測部により計測された衛星時刻およびドップラ周波数とから、ユーザ位置データおよびＧＰＳ衛星位置データを演算する測位演算部と、
ＧＰＳ受信装置に設けられたリアルタイムクロック部と、
前記衛星時刻／衛星周波数計測部により計測された衛星時刻と、前記リアルタイムクロック部により計測された時刻とを比較する衛星時刻判定部と、
前記測位演算部により測位されたユーザ位置データを出力する位置データ出力部とを備え、
衛星時刻とリアルタイムクロック部により計測した時刻とが所定の範囲内にあるとき、当該ＧＰＳ衛星を正常とみなし測位することを特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項２】
請求項１記載のＧＰＳ受信装置において、前記衛星時刻判定部によって衛星時刻とリアルタイムクロック部により計測した時刻とが所定の範囲内にないと判定されたとき、３個のＧＰＳ衛星の衛星時刻を比較し、２つ以上の衛星時刻が所定範囲内にあるとき、当該ＧＰＳ衛星を正常とみなし測位することを特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項３】
請求項１記載のＧＰＳ受信装置において、前記衛星時刻判定部によって衛星時刻とリアルタイムクロック部により計測した時刻とが所定の範囲内にないと判定されたとき、３個のＧＰＳ衛星の衛星時刻を比較し、各々の衛星時刻が所定範囲内にないとき、４個以上のＧＰＳ衛星の衛星時刻を計測し、所定範囲内に２つ以上の衛星時刻があるか否かを判定することを特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項４】
請求項１記載のＧＰＳ受信装置において、前記衛星時刻判定部によって衛星時刻とリアルタイムクロック部により計測した時刻とが一致すると判定されたとき、当該ＧＰＳ衛星を正常とみなし測位することを特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項５】
請求項４記載のＧＰＳ受信装置において、前記衛星時刻判定部によって衛星時刻とリアルタイムクロック部により計測した時刻とが一致しないと判定されたとき、３個のＧＰＳ衛星の衛星時刻を比較し、２つ以上の衛星時刻が一致するとき、当該衛星時刻を正常とみなし測位することを特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項６】
請求項４記載のＧＰＳ受信装置において、前記衛星時刻判定部によって衛星時刻とリアルタイムクロック部により計測した時刻とが一致しないと判定されたとき、３個のＧＰＳ衛星の衛星時刻を比較し、各々の衛星時刻が一致しないとき、４個以上のＧＰＳ衛星の衛星時刻を計測し、一致する２つ以上の衛星時刻があるか否かを判定することを特徴とするＧＰＳ受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、全世界的衛星航法システム（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  、以下、ＧＰＳシステムともいう）において使用されるＧＰＳ受信装置に関し、一層詳細には、ＧＰＳ衛星の不健康状態を示すヘルス情報を受信するまでの時間遅れによらず、不健康状態のＧＰＳ衛星を検出することのできるＧＰＳ受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
全世界的衛星航法システムにおけるＧＰＳ受信装置は、複数のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ電波を受信し、当該電波に重畳されている疑似雑音信号（以下、ＰＮコードという）と、５０ビット／秒、全ビット数１５００ビットを主フレームとする航法データをもとに、当該ＧＰＳ受信装置の置かれた位置を計測するものである。
【０００３】
ＰＮコードは、周知の通り、チップレート１．０２３ＭＨｚ、１周期１０２３チップにより構成された符号列であり、各ＧＰＳ衛星固有の符号列を有している。ＰＮコードの繰り返し周期は１ｍｓｅｃ．であり、航法データに同期している。ＧＰＳ受信装置において、受信点の位置の計測は、３個以上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信し、各ＧＰＳ衛星と受信点間の距離を測定することにより行われ、この距離の測定には、それぞれのＧＰＳ電波に重畳された各ＧＰＳ衛星固有のＰＮコードを追尾し、航法データを受信して、ＧＰＳ衛星に搭載した時計による衛星時刻で測った当該航法データの送信時からＧＰＳ受信装置による受信までの時刻差を検出し、航法データの復調、解読を行う。
【０００４】
航法データには、利用者側（ＧＰＳ受信装置側）が測位を行うために必要となるＧＰＳ衛星の軌道情報、電離層の補正係数等の他、ＧＰＳ衛星の不健康状態を示すヘルス情報が含まれている。ヘルス情報は、ＧＰＳ衛星上の機器の不具合や、軌道データの異常、送信出力の低下が生じた場合に、当該ＧＰＳ衛星が不健康状態であることを通知する情報であり、ＧＰＳ受信装置ではこのヘルス情報を解読して、当該ＧＰＳ衛星からの信号の採否を決定する。
【０００５】
従来のＧＰＳ受信装置は、図２に示す如く、ＧＰＳ衛星から送出されたＧＰＳ衛星信号はアンテナ部１で受信され、周波数変換／増幅部２に供給される。周波数変換／増幅部２は、ＴＣＸＯ（温度補償型クリスタル発振器）４の出力に基づいて基準信号合成部３により作成される基準信号が入力され、アンテナ部１で受信したＧＰＳ衛星信号を増幅するとともに、増幅したＧＰＳ衛星信号を処理の容易な中間周波信号に周波数変換する。
【０００６】
周波数変換されたＧＰＳ衛星信号は、初期値設定部８で設定された初期値とともに航法データ復調部５、衛星時刻／衛星周波数計測部６に供給される。航法データ復調部５によってＧＰＳ衛星信号から航法データが復調され、軌道データ収集部７により、ＧＰＳ衛星の軌道データが解読される。一方、衛星時刻／衛星周波数計測部６は、ＧＰＳ衛星で測ったＧＰＳ衛星信号の送信時刻およびドップラ周波数を計測し、その結果は測位演算部９に供給される。
【０００７】
測位演算部９においては、軌道データ収集部７から供給されるＧＰＳ衛星の軌道データと、ＧＰＳ衛星信号の送信時刻、ドップラ周波数および計測時刻（ＧＰＳ衛星の送信時刻を計測したＧＰＳ受信装置の計測時刻）を航法方程式に代入し、ＧＰＳ受信装置の位置、速度、すなわちユーザ位置、ユーザ速度を算出する。測位演算部９により算出された位置データは、位置データ出力部１０において表示装置に出力される。
【０００８】
ＧＰＳシステムにおいては、地球上に打ち上げられている各ＧＰＳ衛星に設けられた機器の異常、軌道の異常やＧＰＳ衛星信号の出力の状況等、ＧＰＳ衛星の健康状態を監視する地上局が複数設置されている。前述したように、ＧＰＳ衛星に設けられた機器の不具合や、軌道データの異常、送信出力の低下が生じた場合には、当該ＧＰＳ衛星が不健康状態であることを通知するため、各ＧＰＳ衛星から送信される航法データ中にヘルス情報として挿入され、ＧＰＳ受信装置において解読することにより、当該ＧＰＳ衛星信号の採否を決定することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ＧＰＳ衛星の健康状態を監視する地上局において、各ＧＰＳ衛星に設けられた機器の異常、軌道の異常やＧＰＳ衛星信号の出力の異常等を察知し、当該異常を生じたＧＰＳ衛星の航法データ中のヘルス情報を更新するために、現状では３０分程度の時間を要している。従って、各ＧＰＳ受信装置において、ＧＰＳ衛星からのヘルス情報によって、不健康状態のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ衛星信号であると認識できるのは、ＧＰＳ衛星に異常が生じてから３０分経過後以降になる。
【００１０】
しかしながら、従来のＧＰＳ受信装置においては、ＧＰＳ衛星が異常状態となってから、当該ＧＰＳ衛星の不健康状態を示すヘルス情報を受信するまでの間に、ＧＰＳ衛星の健康状態、不健康状態を判定する手段を有しておらず、この間、ＧＰＳ受信装置における測位に、異常状態のＧＰＳ衛星信号を使用することになり、測位した位置データが位置飛びを起こす等の不都合を生じていた。
【００１１】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであって、ＧＰＳ衛星の不健康状態を示すヘルス情報を受信するまでの時間遅れによらず、不健康状態のＧＰＳ衛星を検出することのできるＧＰＳ受信装置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】
前記の目的を達成するために、本発明は、ＧＰＳ衛星から送出されたＧＰＳ衛星信号を受信して航法データを復調するとともに、ＧＰＳ衛星までの疑似距離を測定し、復調された航法データ、疑似距離に基づいてユーザ位置データを演算するＧＰＳ受信装置において、
ＧＰＳ衛星から送出された信号を受信するアンテナ部と、
前記アンテナ部で受信されたＧＰＳ衛星信号を増幅するとともに、増幅したＧＰＳ衛星信号を中間周波信号に周波数変換する周波数変換／増幅部と、
前記周波数変換／増幅部により増幅、周波数変換されたＧＰＳ衛星信号から航法データを復調する航法データ復調部と、
衛星時刻とドップラ周波数を計測する衛星時刻／衛星周波数計測部と、
前記航法データ復調部により復調された航法データからＧＰＳ衛星の軌道データを収集する軌道データ収集部と、
前記軌道データ収集部により収集されたＧＰＳ衛星の軌道データと、前記衛星時刻／衛星周波数計測部により計測された衛星時刻およびドップラ周波数とから、ユーザ位置データおよびＧＰＳ衛星位置データを演算する測位演算部と、
ＧＰＳ受信装置に設けられたリアルタイムクロック部と、
前記衛星時刻／衛星周波数計測部により計測された衛星時刻と、前記リアルタイムクロック部により計測された時刻とを比較する衛星時刻判定部と、
前記測位演算部により測位されたユーザ位置データを出力する位置データ出力部とを備え、
衛星時刻とリアルタイムクロック部により計測した時刻とが所定の範囲内にあるとき、当該ＧＰＳ衛星を正常とみなし測位することを特徴とする。
【００１３】
【作用】
本発明に係るＧＰＳ受信装置では、ＧＰＳ衛星から送出されたＧＰＳ衛星信号をアンテナ部において受信し、このアンテナ部で受信されたＧＰＳ衛星信号は、周波数変換／増幅部において増幅するとともに、増幅したＧＰＳ衛星信号を処理の容易な中間周波信号に周波数変換する。
【００１４】
前記周波数変換／増幅部により増幅および周波数変換されたＧＰＳ衛星信号は、航法データ復調部および衛星時刻／衛星周波数計測部に供給され、航法データ復調部において航法データを復調し、衛星時刻／衛星周波数計測部において衛星時刻とドップラ周波数を計測する。
【００１５】
前記航法データ復調部により復調された航法データは、軌道データ収集部に送出され、ＧＰＳ衛星の軌道データが収集される。この軌道データと、前記衛星時刻／衛星周波数計測部により計測された衛星時刻およびリアルタイムクロック部で計測した時刻、ドップラ周波数が測位演算部に供給され、この測位演算部においてユーザ位置データおよびＧＰＳ衛星位置データが算出される。
【００１６】
一方、リアルタイムクロック部においては、時刻が計測され、衛星時刻判定部に供給される。衛星時刻判定部には、また、前記衛星時刻／衛星周波数計測部により計測された衛星時刻が供給され、リアルタイムクロック部で計測した時刻と衛星時刻とが比較され、衛星時刻とリアルタイムクロック部で計測した時刻とが所定の範囲内にあるとき、当該ＧＰＳ衛星を正常とみなして測位演算部において測位する。測位演算部により測位されたユーザ位置データは、位置データ出力部から出力される。
【００１７】
【実施例】
本発明に係るＧＰＳ受信装置について、実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１８】
図１は本実施例に係るＧＰＳ受信装置２０の構成を示すブロック図である。ＧＰＳ受信装置２０は、ＧＰＳ衛星から送出された信号を受信するアンテナ部２２と、アンテナ部２２で受信されたＧＰＳ衛星信号を増幅するとともに、増幅したＧＰＳ衛星信号を処理の容易な中間周波信号に周波数変換する周波数変換／増幅部２４とを有する。周波数変換／増幅部２４には、ＴＣＸＯ（温度補償型クリスタル発振器）２８の出力に基づいて基準信号合成部２６により作成される基準信号が入力され、アンテナ部１で受信したＧＰＳ衛星信号を増幅するとともに、増幅したＧＰＳ衛星信号を中間周波信号に周波数変換する。
【００１９】
ＧＰＳ受信装置２０は、また、周波数変換／増幅部２４により増幅および周波数変換されたＧＰＳ衛星信号から航法データを復調する航法データ復調部３０と、衛星時刻とドップラ周波数を計測する衛星時刻／衛星周波数計測部３２と、航法データ復調部３０により復調された航法データから、ＧＰＳ衛星の軌道データを収集する軌道データ収集部３４と、軌道データ収集部３４により収集されたＧＰＳ衛星の軌道データと、衛星時刻／衛星周波数計測部３２により計測された衛星時刻およびドップラ周波数とから、当該ＧＰＳ受信装置２０の位置データ（ユーザ位置データ）を演算する測位演算部３８と、測位演算部３８により測位されたユーザ位置データを出力する位置データ出力部４４とを備える。
【００２０】
ＧＰＳ受信装置２０は、更に、時計手段としてのリアルタイムクロック部４０と、リアルタイムクロック部４０によって計測した時刻と衛星時刻／衛星周波数計測部３２により計測された衛星時刻とを比較する衛星時刻判定部４２とを備えており、衛星時刻判定部４２においてリアルタイムクロック部４０によって計測した時刻と衛星時刻とが所定の範囲内にあるか否かを衛星時刻判定部４２において判定し、両時刻が所定範囲内にあるとき、もしくは一致するとき、当該ＧＰＳ衛星信号を正常とみなし測位する。
【００２１】
以上のように構成されるＧＰＳ受信装置２０における測位は次のように行われ、ヘルス情報が更新される以前であっても、不健康状態のＧＰＳ衛星を判定することにより、そのＧＰＳ衛星からの受信信号を不採用とし、測位を行うことができる。
【００２２】
先ず、本実施例に係るＧＰＳ受信装置２０では、ＧＰＳ衛星から送出されたＧＰＳ衛星信号をアンテナ部２２において受信し、このアンテナ部２２で受信されたＧＰＳ衛星信号は、周波数変換／増幅部２４に供給される。周波数変換／増幅部２４は、ＴＣＸＯ２８の出力に基づいて基準信号合成部２６により作成される基準信号が入力され、アンテナ部２２で受信したＧＰＳ衛星信号を増幅するとともに、増幅したＧＰＳ衛星信号を処理の容易な中間周波信号に周波数変換する。
【００２３】
周波数変換／増幅部２４により増幅および周波数変換されたＧＰＳ衛星信号は、初期値設定部３６で設定された初期値とともに航法データ復調部３０および衛星時刻／衛星周波数計測部３２に供給される。航法データ復調部３０では、周波数変換されたＧＰＳ衛星信号から航法データ、すなわち、当該ＧＰＳ衛星の軌道情報、電離層の補正係数等の情報を復調し、衛星時刻／衛星周波数計測部３２では、周波数変換されたＧＰＳ衛星信号から衛星時刻およびドップラ周波数を計測する。
【００２４】
航法データ復調部３０により復調された航法データ、すなわち、当該ＧＰＳ衛星の軌道情報、電離層の補正係数等の情報は、軌道データ収集部３４において収集され、測位演算部３８に供給される。また、衛星時刻／衛星周波数計測部３２により計測された衛星時刻、ドップラ周波数も衛星時刻判定部４２を介して測位演算部３８に供給される。
【００２５】
この際、ＧＰＳ受信装置２０は、内部時計として機能するリアルタイムクロック部４０を有しており、リアルタイムクロック部４０によって計測された時刻が衛星時刻判定部４２に供給され、衛星時刻／衛星周波数計測部３２により計測された衛星時刻とが比較される。
【００２６】
衛星時刻判定部４２により、リアルタイムクロック部４０によって計測した時刻と衛星時刻とを比較し、両時刻が一致するとき、あるいは所定の範囲内にあるとき、衛星時刻を正常と判断し、当該衛星時刻を更新し、測位演算部３８に送出する。
【００２７】
測位演算部３８では、軌道データ収集部３４から供給されるＧＰＳ衛星の軌道データと、衛星時刻／衛星周波数計測部３２から供給される衛星時刻およびドップラ周波数と衛星時刻判定部４２により判定した衛星時刻とを所定の航法方程式に代入し、ＧＰＳ受信装置２０の位置、速度、すなわちユーザ位置、ユーザ速度を算出し、算出された位置データは、位置データ出力部４４において表示装置に出力される。
【００２８】
ＧＰＳ受信装置２０において受信したＧＰＳ衛星に異常がない場合の通常の測位は以上のように行われる。また、ＧＰＳ衛星に異常が発生し、当該ＧＰＳ衛星から送信される航法データのヘルス情報に、不健康状態であることを示す情報が書き込まれている場合には、当然航法データ復調部３０において復調した際に、当該ＧＰＳ衛星に異常があることが検出でき、当該ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ衛星信号を不採用とすることができる。
【００２９】
一方、ＧＰＳ衛星に異常が発生しているが、当該ＧＰＳ衛星から送信される航法データのヘルス情報が変更されるまでの間は、ＧＰＳ受信装置２０は、次のようにしてＧＰＳ衛星の不健康状態を推定する。
【００３０】
すなわち、前述したように、衛星時刻判定部４２により、リアルタイムクロック部４０によって計測した時刻と衛星時刻とを比較し、両時刻が一致するとき、あるいは所定の範囲内にあるとき、衛星時刻を正常と判断し、当該衛星時刻を測位演算部３８に送出するが、衛星時刻とリアルタイムクロック部４０によって計測した時刻とが一致しないとき、あるいは所定の範囲内にないとき、３個のＧＰＳ衛星の衛星時刻を比較し、２つ以上の衛星時刻が一致する場合、あるいは所定範囲内にある場合には、当該衛星時刻を正常とみなし、衛星時刻を更新し、測位演算部３８において測位演算する。
【００３１】
また、衛星時刻判定部４２によって比較した衛星時刻とリアルタイムクロック部４０によって計測した時刻とが一致しないとき、あるいは所定の範囲内にないときは、３個のＧＰＳ衛星の衛星時刻を比較し、各々の衛星時刻が一致しない場合、あるいは所定範囲内にない場合は、４個以上のＧＰＳ衛星の衛星時刻を計測し、所定範囲内に２つ以上の衛星時刻があるか否かを判定し、２つ以上の衛星時刻が一致、あるいは所定の範囲内にあるときは、当該２つの衛星時刻を正常な衛星時刻とみなして衛星時刻を更新し、測位演算部３８において測位演算する。
【００３２】
上記の判定の結果、一致、あるいは所定の範囲内にない衛星時刻を計測したＧＰＳ衛星は、不健康状態と判断して登録し、衛星時刻の更新を行わず、当該ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ衛星信号を、測位演算部３８における測位に採用しないように構成している。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るＧＰＳ受信装置によれば、ＧＰＳ衛星が異常状態となってから、当該ＧＰＳ衛星の不健康状態を示すヘルス情報を受信するまでの時間遅れによらず、不健康状態のＧＰＳ衛星を検出することが可能であり、異常状態のＧＰＳ衛星信号を使用することなくＧＰＳ受信装置における測位を行うことができ、測位した位置データが位置飛びを起こす等の不都合が防止できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＧＰＳ受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】従来のＧＰＳ受信装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２０…ＧＰＳ受信装置                ２２…アンテナ部
２４…周波数変換／増幅部            ２６…基準信号合成部
２８…ＴＣＸＯ                      ３０…航法データ復調部
３２…衛星時刻／衛星周波数計測部    ３４…軌道データ収集部
３６…初期値設定部                  ３８…測位演算部
４０…リアルタイムクロック部        ４２…衛星時刻判定部
４４…位置データ出力部
【図１】
0003571807.tif 000002
【図２】
0003571807.tif 000003