(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳアンテナと、ＧＰＳアンテナにより受信されたＧＰＳ信号を周波数変換するＧＰＳ受信部と、ＧＰＳ受信部から出力される信号を蓄積するメモリと、メモリから読み出される信号とＧＰＳ受信部から出力される信号を切り替える切替器と、メモリから読み出された信号が切替器から出力されている期間にはＧＰＳ受信部の電源供給を遮断する制御回路と、端末位置等の演算機能を持つ基地局と信号をやり取りする通信手段と、通信手段により基地局から知らされた可視衛星の情報に基づいて可視衛星を捕捉するための疑似雑音符号信号を複数の異なる位相で発生させる疑似雑音符号信号発生器と、切替器から出力される信号と疑似雑音符号信号との相関を求める複数の相関器と、通信手段を介して基地局に送るべき位置計算用のデータを出力する複数の自動追跡部とを備えることを特徴とする通信機能付きＧＰＳ受信端末。
【請求項２】
請求項１において、自動追跡部は相関器よりも少数とし、複数の相関器に同一周波数で位相をずらした複数の疑似雑音符号信号をそれぞれ入力し、切替器から出力される信号との相関を求めることにより、同一の衛星番号の疑似雑音符号信号について位相の異なる複数の相関を同時に発生させ、キャリア相関値がピークとなる位相を１つの自動追跡部の位相同期に用いることを特徴とする通信機能付きＧＰＳ受信端末。
【請求項３】
請求項２において、ピーク近傍の複数のキャリア相関値の和を予め決められた閾値と比較することを特徴とする通信機能付きＧＰＳ受信端末。
【請求項４】
請求項１において、ＧＰＳ受信部からの信号を、Ｃ／Ａコードのコード長である１ｍｓの間に複数回サンプリングしてメモリに蓄積する処理を所定の時間継続し、サンプリング開始時刻からＣ／Ａコードのコード長である１ｍｓの整数倍の長さ分のデータについて、１ｍｓ毎に時間軸をシフトさせて重ね合わせたデータを相関器の入力とすることを特徴とする通信機能付きＧＰＳ受信端末。
【請求項５】
請求項１において、１つ目の衛星を捕捉・追跡したときに求まる回路に固有のオフセットを、２つ目以降の衛星の捕捉・追跡時に流用することを特徴とする通信機能付きＧＰＳ受信端末。
【請求項６】
請求項１において、１つ目の衛星を捕捉・追跡した後、２つ目以降の衛星を捕捉・追跡する際に、１つ目の衛星の疑似雑音符号の特定のチップと２つ目以降の衛星の疑似雑音符号の同じチップを受信する時間の差をチップ数単位で演算し、基地局に送信することを特徴とする通信機能付きＧＰＳ受信端末。
【請求項７】
請求項１において、ＧＰＳ受信部からの信号をメモリに蓄積する際に、その蓄積する量を可変としたことを特徴とする通信機能付きＧＰＳ受信端末。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、携帯電話、衛星携帯電話、ＰＨＳなどの通信手段を持つＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）の受信端末に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５に通信機能付きＧＰＳ受信端末の概略構成を示す。図中、ＳＶ１〜ＳＶ３はＧＰＳの可視衛星であり、その衛星番号、ドップラー周波数等の情報は基地局３０がＧＰＳアンテナ３１で受信した信号から求めて通信手段２２，２１を介してＧＰＳ受信端末１０に知らされる。ＧＰＳ受信端末１０では、ＧＰＳアンテナ１１で受信した可視衛星からの信号を捕捉・追跡するための周波数同期及び位相同期の処理のみを行い、自己の現在位置を計算するために必要なデータを通信手段２１，２２を介して基地局３０に送る。基地局３０ではＧＰＳ受信端末１０から送られてきたデータに基づいてＧＰＳ受信端末１０の位置等を計算する。その位置計算の精度を上げるために基地局３０ではＦＭ放送受信アンテナ３２等から受信したＤＧＰＳ補正情報を利用することもある。計算された端末１０の位置情報は基地局３０で利用するか、または用途によっては、通信手段２２，２１を介してＧＰＳ受信端末１０にも送信される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この通信機能付きＧＰＳ受信端末は、パーソナルナビゲーションシステムや徘徊老人の探索、防犯用の位置検出システム等に利用されるものであり、携帯に適するように小型軽量化が望まれると共に、長時間の使用を可能とするために、電池の消費電力を低減することが望まれる。
【０００４】
通信機能付きＧＰＳ受信端末においては、上述のように、端末本体で位置を割り出す演算を行う必要はなく、基地局で位置を割り出す演算を行う。また、ＧＰＳの可視衛星に関わる情報も基地局から与えられるので、カーナビゲーションシステムに組み込まれたＧＰＳ受信装置とは異なり、可視衛星の衛星番号を知るための探索処理を行わなくてよい。このため、通信機能を持たないＧＰＳ受信端末に比べて、必要な回路は小さくなり、測位に要する時間も短縮できる。
【０００５】
しかしながら、通信機能を有しているので、ＧＰＳ受信機能と通信機能が同時に使用される場合、消費電力が大きくなる。また、位相同期を取るための相関演算を高速化するために複数の相関器を同時に動作させようとすると、さらに消費電力が増大する。また、相関演算の高速化を追求すると、誤衛星ロックの可能性も増大する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、通信機能付きＧＰＳ受信端末において、できるだけ小さな回路で、消費電力を増大させることなく、最大の演算速度を得ることが課題である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の通信機能付きＧＰＳ受信端末では、ＧＰＳ受信部から出力される信号を一旦メモリに取り込み、それを何回か繰り返して利用する方式が基本となっており、繰り返し利用するその利用の仕方を工夫して最小の回路構成で最大の効率を得ることを可能としている。
【０００８】
具体的には、請求項１の発明によれば、ＧＰＳアンテナ１１と、ＧＰＳアンテナ１１により受信されたＧＰＳ信号を周波数変換するＧＰＳ受信部（ＲＦフロントエンド部１２）と、ＧＰＳ受信部から出力される信号を蓄積するメモリ１３と、メモリ１３から読み出される信号とＧＰＳ受信部から出力される信号を切り替える切替器１４と、メモリ１３から読み出された信号が切替器１４から出力されている期間にはＧＰＳ受信部の電源供給を遮断する制御回路１９と、端末位置等の演算機能を持つ基地局３０と信号をやり取りする通信手段２１と、通信手段２１により基地局３０から知らされた可視衛星の情報に基づいて可視衛星を捕捉するための疑似雑音符号信号を複数の異なる位相で発生させる疑似雑音符号信号発生器１８と、切替器１４から出力される信号と疑似雑音符号信号との相関を求める複数の相関器１６と、通信手段２１を介して基地局３０に送るべき位置計算用のデータを出力する複数の自動追跡部１７とを備えることを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、自動追跡部１７は相関器１６よりも少数とし、複数の相関器１６に同一周波数で位相をずらした複数の疑似雑音符号信号をそれぞれ入力し、切替器１４から出力される信号との相関を求めることにより、同一の衛星番号の疑似雑音符号信号について位相の異なる複数の相関を同時に発生させ、キャリア相関値がピークとなる位相を１つの自動追跡部の位相同期に用いることにより、位相同期を確立するまでの時間を短縮できる。また、ピーク近傍の複数のキャリア相関値の和を求めて、予め決められた閾値と比較することにより、急峻なピークは誤衛星ロックとして排除することができる。また、ＧＰＳ受信部からの信号を、Ｃ／Ａコードのコード長である１ｍｓの間に複数回サンプリングしてメモリに蓄積する処理を所定の時間継続し、サンプリング開始時刻からＣ／Ａコードのコード長である１ｍｓの整数倍の長さ分のデータについて、１ｍｓ毎に時間軸をシフトさせて重ね合わせたデータを相関器の入力とすることにより、キャリア対ノイズ比を高くすることができる。
【００１０】
また、１つ目の衛星を捕捉・追跡したときに求まる回路に固有のオフセットを、２つ目以降の衛星の捕捉・追跡時に流用することにより演算時間をさらに短縮できる。また、１つ目の衛星を捕捉・追跡した後、２つ目以降の衛星を捕捉・追跡する際に、１つ目の衛星の疑似雑音符号の特定のチップ（例えば１番目のチップ）と２つ目以降の衛星の疑似雑音符号の同じチップを受信する時間の差をチップ数単位で演算し、基地局に送信するようにしても良い。また、ＧＰＳ受信部からの信号をメモリに蓄積する際に、その蓄積する量を可変とすることにより、受信状況が良いときには測位時間を短縮することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は請求項１のＧＰＳ受信端末１０の構成を一例として示すブロック図である。図中、１１はＧＰＳアンテナ、１２はＧＰＳ受信部としてのＲＦフロントエンド部であり、ＧＰＳ衛星からの１．５７５４２ＧＨｚの高周波を受信し、周波数変換して、数ＭＨｚ程度のデジタル信号として出力する。１３はメモリであり、ＲＦフロントエンド部１２から出力されるデジタル信号を所定の時間にわたり蓄積する。１４は切替器であり、ＲＦフロントエンド部１２から出力されるデータをそのまま相関器１６に送るか、あるいは、一旦メモリ１３に格納されたデータを読み出したデータを相関器１６に送るかを選択する。１５は加算器であり、後述の実施例４では、１ｍｓ毎にデータを加算することにより、キャリア対ノイズ比を改善するために使用している。１６は相関器であり、ｎ個（ｎは３以上の整数）の相関器を同時に動作させることにより、位相同期を速やかに確立できるようにしている。すなわち、疑似雑音符号信号発生器１８により、可視衛星の番号の疑似雑音符号を発生させると共に、その位相を少しずつずらしたｎ個の疑似雑音符号信号を発生させて、第１番目から第ｎ番目の相関器１６にそれぞれ入力し、切替器１４から出力される信号との間で相関を取る。これにより、キャリア相関値がピークとなる位相を短時間で見つけることができる。１７は自動追跡部であり、ｍ個（ｍは３以上の整数でｎ＞ｍ）の自動追跡部により、それぞれ異なる可視衛星からの信号をロックして、図５の通信手段２１，２２を介して基地局３０に送信する。基地局３０では、３個以上の衛星からの信号を解析して、ＧＰＳ受信端末１０の位置を計算する。また、基地局３０からは可視衛星に関する情報を通信手段２２，２１を介してＧＰＳ受信端末１０に予め知らせておく。これにより、ＧＰＳ受信端末側では、可視衛星の番号を探す必要はなく、複数の相関器１６は、基地局１０から知らされた衛星番号の疑似雑音符号との位相同期を取るための処理からスタートすることができ、測位に要する時間を短縮できる。また、制御回路１９では、各部の動作を制御すると共に、メモリ１３から相関器１６にデータを読み出している期間中は、ＲＦフロントエンド部１２の動作を停止させて、消費電力を低減している。
【００１２】
本実施例では、（ｎ−ｍ＋１）個の相関器１６が１つの自動追跡部１７を共用している。このように相関器１６と自動追跡部１７の数が異なるときには、１つの自動追跡部に複数の相関器を割り当てる。一般に、自動追跡部は、可視衛星の数だけあれば十分なので、相関器の数よりも少なくなることが多い。また、１つ目の衛星を捕捉・追跡したときに求まる回路に固有のオフセット（つまり、衛星からの疑似雑音符号と受信機の疑似雑音符号とのずれ）を、２つ目以降の衛星の捕捉・追跡時に流用することにより、２つ目以降の衛星の捕捉・追跡を容易に行える。なお、１つ目の衛星を捕捉・追跡した後、２つ目以降の衛星を捕捉・追跡する際には、１つ目の衛星の疑似雑音符号の特定のチップ（例えば１番目のチップ）と２つ目以降の衛星の同じチップを受信する時間の差をチップ数単位で演算し、基地局に送信するようにしても良い。
【００１３】
（実施例２）
図２は請求項２の説明図である。図中の曲線はキャリア相関値のカーブを示している。グラフの横軸は位相のずれ、縦軸はキャリア相関値であり、グラフ上にプロットされた点×はある時刻での第１番目から第ｎ番目までの相関器によって得られたキャリア相関値である。このように、複数の相関器により同時に複数のキャリア相関値が得られるので、キャリア相関値がピークとなる位相を短時間に求めることができる。また、ＧＰＳ受信部と相関器を同時に動作させるのではなく、ＧＰＳ受信部が動作しているときは、相関器の動作を停止させて、受信したデータをメモリに一旦格納し、メモリからデータを読み出している期間では、ＧＰＳ受信部の動作を停止させて、相関器の動作を開始させることにより、消費電力のピークを低減することができる。さらに、メモリからデータを読み出す速度は、メモリにデータを格納するときの速度よりも速くすることにより、相関器における相関演算の速度を速くすることができ、ＧＰＳ受信部からのデータを直接利用する場合に比べて、すべての可視衛星を捕捉するまでに要する時間を短縮することができ、それだけトータルの消費電力を低減することができる。
【００１４】
（実施例３）
図３は請求項３の説明図である。図中の２つの曲線はキャリア相関値のカーブを示している。グラフの横軸は位相のずれ、縦軸はキャリア相関値であり、グラフ上にプロットされた点×はある時刻での第１番目から第ｎ番目までの相関器によって得られたキャリア相関値である。左側のカーブは所望の衛星（ＳＶ１とする）のキャリア相関値のカーブ、右側のカーブは所望の衛星ではない別の衛星（ＳＶ２とする）のキャリア相関値のカーブである。所望の衛星ＳＶ１と受信機の間に遮蔽物があり受信状態が悪く、所望の衛星ではない別の衛星ＳＶ２と受信機の間に遮蔽物が少ないとき、このように各々の衛星から受信する信号強度がおよそ等しくなる場合がある。このような場合は、破線で表しているような低い閾値を設定しなくてはならず、一点のみの相関値であれば、所望の衛星ではない別の衛星の相関も所望の衛星の相関と見誤ることがある。しかし、一般に所望の衛星ではない別の衛星の相関値のカーブは所望の衛星の相関値のカーブに比べて急峻であるので、×で表される相関値の和をとり、その和を判断基準にすると、一点だけの相関値で相関を判断したときに、所望の衛星ではない別の衛星の相関値を所望の衛星の相関値と間違える誤衛星ロックが生じることを回避できる。
【００１５】
（実施例４）
図４は請求項４の説明図である。この例では、ＧＰＳ受信部から出力されるデータをメモリに格納する際に、１ｍｓに２０４８回のサンプリングを行い、これを１ｍｓ毎に時間軸をシフトさせて、３ｍｓ分重ね合わせてメモリの別アドレスに格納する様子を示している。ここで、１ｍｓというのは、疑似雑音符号（ＰＮコード）のうち、民間に開放されているＣ／Ａコードのコード長に相当する。前記別アドレスに格納されたデータをメモリから読み出して相関器に送ると、重ね合わせた後のデータも、やはり１ｍｓに２０４８回のサンプリングが行われたかのように相関器からは見えるが、キャリア対ノイズ比は改善される。なぜなら、キャリア成分はＣ／Ａコードのコード長である１ｍｓ毎に相関があるが、ノイズ成分はガウス分布となり、重ね合わせると、キャリア成分の増加率の方がノイズ成分の増加率を上回るからである。これにより、簡単な回路構成で、キャリア対ノイズ比を高くして、ノイズ成分の影響を最小限に抑えることが可能となる。  本実施例のように、メモリのデータを時間軸をシフトさせて重ね合わせる処理を行う場合には、メモリに蓄積すべきデータ量は多く必要となるが、受信状況が良好なときには、本実施例の処理を省略することにより、メモリに蓄積するデータ量を少なくして、処理を高速化することもできる。
【００１６】
なお、本実施例では、時間軸をシフトさせて重ね合わせたデータをメモリ１３の別のアドレスに格納する例を説明したが、図１の構成のように、切替器１４と相関器１６の間に加算器１５を配置する場合には、図４（ａ）の３ｍｓ分のデータをメモリ１３から１ｍｓ以内の短時間で読み出して加算器１５のバッファに蓄積し、図４（ｂ）のように時間軸をシフトさせて加算した後のデータを加算器１５から１ｍｓ当たり２０４８サンプルのレートで相関器１６に出力しても良い。この場合、メモリ１３の容量を少なくできる。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、メモリ内部にＧＰＳ受信部からの信号を一旦格納することによって、高速に演算することが可能になり、通常、高速性とトレードオフの関係にある誤ロックの問題も回避することが可能となる。また、メモリから信号を読み出している期間にはＧＰＳ受信部の電源供給を遮断できるので、消費電力が少なくて済み、回路規模も小さくて済む。
【００１８】
請求項２の発明によれば、複数の相関器に同一周波数で位相をずらした複数の疑似雑音符号信号をそれぞれ入力し、切替器から出力される信号との相関を求めることにより、同一の衛星番号の疑似雑音符号信号について位相の異なる複数の相関を同時に発生させることにより、キャリア相関値のピークを高速に演算することができる。
請求項３の発明によれば、複数のキャリア相関値のピーク近傍の和を求めて、所定の閾値と比較することにより、ターゲットの衛星の受信状況が悪いときに、誤まって別の衛星からの信号にロックすることを防ぐことができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、ＧＰＳ受信部からの信号を、Ｃ／Ａコードのコード長である１ｍｓの間に複数回サンプリングしてメモリに蓄積する処理を所定の時間継続し、サンプリング開始時刻からＣ／Ａコードのコード長である１ｍｓの整数倍の長さ分のデータについて、１ｍｓ毎に時間軸をシフトさせて重ね合わせたデータを相関器の入力とすることにより、キャリア対ノイズ比を高くすることができ、基地局からのドップラー周波数と実際のドップラー周波数とのずれを感知することができる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、１つ目の衛星を捕捉・追跡したときに求まる回路に固有のオフセットを、２つ目以降の衛星の捕捉・追跡時に流用することにより、２つ目以降の衛星の捕捉・追跡に要する時間を短縮できる。
請求項６の発明によれば、１つ目の衛星を捕捉・追跡した後、２つ目以降の衛星を捕捉・追跡する際に、１つ目の衛星の疑似雑音符号の特定のチップと２つ目以降の衛星の疑似雑音符号の同じチップを受信する時間の差をチップ数単位で演算し、基地局に送信するようにしたので、２つ目以降の衛星の捕捉・追跡に要する時間を短縮できる。
請求項７の発明によれば、ＧＰＳ受信部からの信号をメモリに蓄積する際に、その蓄積する量を可変とすることにより、高速に相関をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の通信機能付きＧＰＳ受信端末の構成を示すブロック図である。
【図２】請求項２の発明の説明図である。
【図３】請求項３の発明の説明図である。
【図４】請求項４の発明の説明図である。
【図５】従来の通信機能付きＧＰＳ受信端末の使用状況を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  ＧＰＳ受信端末
１１  ＧＰＳアンテナ
１２  ＲＦフロントエンド部
１３  メモリ
１４  切替器
１５  加算器
１６  相関器
１７  自動追跡部
１８  疑似雑音符号発生器
１９  制御回路
２１  通信手段（ＧＰＳ受信端末側）
２２  通信手段（基地局側）
３０  基地局
【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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