(57)【要約】【課題】保持する方向を変化させても安定して測位できるＧＰＳ信号受信装置を提供する。【解決手段】本発明は、中空部を有する外郭筐体と、この外郭筐体に収納されて全方向に回動自在に支持され、重力によって上下方向が一定に保持される内部筐体とを有するものであって、前記内部筐体は、内部筐体の上下方向が保持されたときに天頂方向側に受信面が向くように固定されて地球上空を周回するＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信したＧＰＳ信号を外郭筐体方向に送信する再放射アンテナとを具備し、前記外郭筐体は、再放射アンテナにより送信されたＧＰＳ信号を受信する再放射受信アンテナと、再放射受信アンテナにより受信されたＧＰＳ信号を用いて測位する測位部を具備するＧＰＳ信号受信装置であることを特徴としている。【選択図】　図１
2004053384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有する外郭筐体と、この外郭筐体に収納されて全方向に回動自在に支持され、重力によって上下方向が一定に保持される内部筐体とを有するものであって、
前記内部筐体は、内部筐体の上下方向が保持されたときに天頂方向側に受信面が向くように固定されて地球上空を周回するＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信したＧＰＳ信号を外郭筐体方向に送信する再放射アンテナとを具備し、
前記外郭筐体は、再放射アンテナにより送信されたＧＰＳ信号を受信する再放射受信アンテナと、再放射受信アンテナにより受信されたＧＰＳ信号を用いて測位する測位部を具備することを特徴とするＧＰＳ信号受信装置。
【請求項２】
前記外郭筐体の内面と前記内部筐体の外面は球面状に形成され、前記内部筐体は、前記外郭筐体に回動自在に設けられた複数の支持球体によって支持されることを特徴とする請求項１記載のＧＰＳ信号受信装置。
【請求項３】
前記再放射アンテナまたは前記再放射受信アンテナは、複数個設けることを特徴とする請求項１または２記載のＧＰＳ信号受信装置。
【請求項４】
前記内部筐体は、その内部に固定する錘を有することを特徴とする請求項１乃至３記載のＧＰＳ信号受信装置。
【請求項５】
前記錘は、前記内部筐体の内部の回路に給電するバッテリであることを特徴とする請求項４記載のＧＰＳ信号受信装置。
【請求項６】
前記内部筐体は、内部筐体の上下方向が保持されたときに水平面内の加速度を検出するように内部筐体に固定される加速度信号を出力する加速度センサを有し、前記外郭筐体は、この加速度信号を入力して水平面内の移動距離を算出する加速度信号処理部と、前記測位部により算出される測位結果と前記加速度信号処理部により算出される水平面内の移動距離が入力され、入力されるデータに基づいてこの測位結果を必要に応じて更新する自立航法計算部とを有することを特徴とする請求項１乃至５記載のＧＰＳ信号受信装置。
【請求項７】
前記内部筐体は、内部筐体の水平面内における方向を一定に保持する水平面内方向保持手段を有することを特徴とする請求項６記載のＧＰＳ信号受信装置。
【請求項８】
前記水平面内方向保持手段は、内部筐体の上下方向が保持されたときに水平面内に着磁方向を有するように内部筐体に固定される磁石であることを特徴とする請求項７記載のＧＰＳ信号受信装置。
【請求項９】
前記内部筐体は、内部筐体の水平面内の角速度を検出するように固定されるジャイロ信号を出力するジャイロセンサを有し、前記外郭筐体は、このジャイロ信号を入力して水平面内の回転角を算出して前記自立航法計算部に出力するジャイロ信号処理部を有することを特徴とする請求項６記載のＧＰＳ信号受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ信号受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ信号受信装置は、地球上空を周回する所定数のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信アンテナで受信し、ＧＰＳ信号に含まれる航法メッセージを用いて受信位置の座標を計測するものである。このものは、車の位置を知るカーナビゲーションシステムや、携帯端末に搭載されて人の位置を知るマンロケーションシステムとして実用化されている。
【０００３】
受信アンテナは、ＧＰＳ信号を良好に受信するためには、一般的に、受信面が常に天頂方向側に向くように設けられることが望ましい。この点に関して、実開平６−２６３０８には、受信アンテナを可動回転部を介してポールに接続し、受信アンテナの下部に受信アンテナを水平にするためのバランサーを設けた構成を開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、携帯端末にＧＰＳ信号受信装置を組み込むときには、受信アンテナは、携帯端末の筐体内部に固定されることがほとんどである。また、携帯端末を所有している者の位置情報を外部に送信し、その位置情報を遠隔地で受信するようなマンロケーションシステムなどの場合、携帯端末は、衣服のポケットや鞄の中などに入れて携帯されるので、受信アンテナは、ランダムな向きで保持され、所有者の移動に伴う振動などで方向が変化する。
【０００５】
また、実開平６−２６３０８に開示された構成は、受信アンテナを水平にする動作部分が露出しているので、衣服のポケットや鞄の中などにその動作を阻害する物体があるときには、良好に動作するものではなかった。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、保持する方向を変化させても安定して測位できるＧＰＳ信号受信装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、中空部を有する外郭筐体と、この外郭筐体に収納されて全方向に回動自在に支持され、重力によって上下方向が一定に保持される内部筐体とを有するものであって、前記内部筐体は、内部筐体の上下方向が保持されたときに天頂方向側に受信面が向くように固定されて地球上空を周回するＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信したＧＰＳ信号を外郭筐体方向に送信する再放射アンテナとを具備し、前記外郭筐体は、再放射アンテナにより送信されたＧＰＳ信号を受信する再放射受信アンテナと、再放射受信アンテナにより受信されたＧＰＳ信号を用いて測位する測位部を具備するＧＰＳ信号受信装置であることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のＧＰＳ信号受信装置において、前記外郭筐体の内面と前記内部筐体の外面は球面状に形成され、前記内部筐体は、前記外郭筐体に回動自在に設けられた複数の支持球体によって支持されることを特徴としている。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載のＧＰＳ信号受信装置において、前記再放射アンテナまたは前記再放射受信アンテナは、複数個設けることを特徴としている。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３記載のＧＰＳ信号受信装置において、前記内部筐体は、その内部に固定する錘を有することを特徴としている。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項４記載のＧＰＳ信号受信装置において、前記錘は、前記内部筐体の内部の回路に給電するバッテリであることを特徴としている。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５記載のＧＰＳ信号受信装置において、前記内部筐体は、内部筐体の上下方向が保持されたときに水平面内の加速度を検出するように内部筐体に固定される加速度信号を出力する加速度センサを有し、前記外郭筐体は、この加速度信号を入力して水平面内の移動距離を算出する加速度信号処理部と、前記測位部により算出される測位結果と前記加速度信号処理部により算出される水平面内の移動距離が入力され、入力されるデータに基づいてこの測位結果を必要に応じて更新する自立航法計算部とを有することを特徴としている。
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項６記載のＧＰＳ信号受信装置において、前記内部筐体は、内部筐体の水平面内における方向を一定に保持する水平面内方向保持手段を有することを特徴としている。
【００１４】
請求項８に係る発明は、請求項７記載のＧＰＳ信号受信装置において、前記水平面内方向保持手段は、内部筐体の上下方向が保持されたときに水平面内に着磁方向を有するように内部筐体に固定される磁石であることを特徴としている。
【００１５】
請求項９に係る発明は、請求項６記載のＧＰＳ信号受信装置において、前記内部筐体は、内部筐体の水平面内の角速度を検出するように固定されるジャイロ信号を出力するジャイロセンサを有し、前記外郭筐体は、このジャイロ信号を入力して水平面内の回転角を算出して前記自立航法計算部に出力するジャイロ信号処理部を有することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態を図１に基づいて説明する。このものは、外郭筐体１と、内部筐体２と、受信アンテナ３と、再放射アンテナ４と、再放射受信アンテナ５と、測位部６とを主要構成部材としている。
【００１７】
外郭筐体１は、内部筐体収納部１ａと、回路収納部１ｂを有して構成されている。この内部筐体収納部１ａは、樹脂で形造された球体状のもので、内部筐体２を収納する内壁が球面状の中空部１ａａを有している。そして、このものは、その内壁面に６個の（図示されているのは３個）再放射受信アンテナ５設けており、複数の支持球体７を回動自在に設けている。回路収納部１ｂは、樹脂で形造された略直方体形状のものであり、内部筐体収納部１ａを接続するための切り欠き部１ｂａを有している。このものは、その内部に高周波処理部１９と、測位部６と、通信処理部２０と、通信用アンテナ２１を有している。
【００１８】
内部筐体２は、樹脂で形造された球体状のもので、内部に内面が球面上の中空部２ａを有している。このものは、外郭筐体１内の中空部１ａａに収納され、外郭筐体１の内面に設けられた複数の支持球体７により、がたつきなく、回動自在に支持されている。そして、このものは、中空部２ａに、受信アンテナ３と、アンプ１７と、フィルタ１８と、再放射アンテナ４と、錘８とを有している。
【００１９】
受信アンテナ３は、円形のプリント基板上にプリントして形成されたアンテナであり、内部筐体２の内壁面に、受信面が外郭筐体１側に向くように固定されている。このものは、ＧＰＳ衛星Ｓａから送信されるＧＰＳ信号を受信する。
【００２０】
再放射アンテナ４は、円形のプリント基板上にプリントして形成されたアンテナであり、内部筐体２の内壁面に、放射面を外郭筐体１側に向けて固定されている。このものは、受信アンテナ３で受信されたＧＰＳ信号を、アンプ１７とフィルタ１８を介して入力され、外郭筐体１に向けてＧＰＳ信号を送信する。
【００２１】
再放射受信アンテナ５は、円形のプリント基板上にプリントして形成されたアンテナであり、外郭筐体１の内壁面に内部筐体の回動を妨げないように６個設けられている（図示されているものは３個）。これらものは、再放射アンテナ４がどの位置にあっても、それから送信されたＧＰＳ信号を受信するように配置されている。
【００２２】
測位部６は、高周波処理部６ａと測位計算部６ｂを有して構成されている。この高周波処理部６ａは、再放射受信アンテナ５と、測位計算部６ｂに接続され、再放射受信アンテナ５と受信したＧＰＳ信号を中間周波数にダウンコンバートし、ディジタル信号を取り出す。そして、このものは、各ＧＰＳ衛星Ｓａに対応する疑似ランダム信号を用いて同期を取ることにより、ＧＰＳ信号から航法メッセージを取り出し、ＧＰＳ衛星Ｓａの正確な軌道情報（エフェメリス情報）や、時刻情報を取得して出力する。測位計算部６ｂは、高周波処理部６ａから出力されたＧＰＳ衛星Ｓａのエフェメリス情報や、時刻情報を入力される。そして、このものは、所定数以上のＧＰＳ衛星Ｓａの情報を取得したときに、各ＧＰＳ衛星Ｓａの位置と、それらからの疑似距離とを用いてＧＰＳ信号受信装置の現在位置を測位し、位置情報を出力する。ここで、所定数とは、緯度と経度だけの２次元測位の場合には３つ、緯度と経度に高度を加えた３次元測位を行う場合には４つのことを示す。
【００２３】
支持球体７は、表面をなめらかに加工した鉄製のものであり、内部筐体収納部１ａの内壁面からその一部分が露出して回動自在に設けられている。このものは、複数個設けられ、内部筐体２をがたつきなく回動自在に支持する。
【００２４】
錘８は、後述のバッテリ９であり、その重量により内部筐体２の上下方向を一定に保持するものである。このものは、球の中心を通る直線に対して対称に２つ設けられ、内部筐体２の上下方向を保持したときに、受信アンテナ３の受信面が略水平となり天頂方向側に向くように固定される。
【００２５】
バッテリ９は、蓄電池であり、アンプ１７など内部筐体２の内部の回路に接続され（図示せず）、それらの回路に給電を行う。このバッテリ９は、その電圧が降下したときには、内部筐体２から取り出して充電を行う。
【００２６】
位置情報利用部１９は、通信処理部１９ａと通信用アンテナ１９ｂを有して構成される。通信処理部１９ａは、測位計算部６ｂに接続され、位置情報が入力される。このものは、位置情報を所定の通信プロトコルに組み込み、通信用アンテナ２０を介して一定時間（例えば５秒）ごとに外部に位置情報を送信する。このことにより、離れた場所に設けられた受信センター（図示せず）は、ＧＰＳ信号受信装置を所持する使用者の位置を知ることができる。また、ＧＰＳ衛星Ｓａは、地球を周回してＧＰＳ信号を地上へ向けて送信している。
【００２７】
次に、第１の実施形態の動作について説明する。まず、外郭筐体１の保持方向が変化しないとき、内部筐体２は、錘８の重量により上下方向が保持されており、受信アンテナ３は、その受信面が天頂方向側に向いている。このことにより、受信アンテナ３は、ＧＰＳ衛星Ｓａから送信されるＧＰＳ信号を良好に受信する。アンプ１７は、そのＧＰＳ信号を増幅する。そして、フィルタ１８は、そのＧＰＳ信号を波形整形してから再放射アンテナに入力する。そして、再放射アンテナ４は、入力されたＧＰＳ信号を外郭筐体１へ向けて送信する。
【００２８】
再放射受信アンテナ５は、送信されたＧＰＳ信号を測位部６に入力する。この測位部６は、入力されたＧＰＳ信号により測位し、位置情報を出力する。そして、通信処理部１９ａは、入力された位置情報を一定時間（例えば５秒）ごとに通信用アンテナ１９ｂを介して外部に送信する。このことにより、離れた場所に設けられた受信センター（図示せず）は、ＧＰＳ信号受信装置を所持する使用者の位置を知ることができる。
【００２９】
一方、外郭筐体１の保持方向が変化したとき、内部筐体２は、その重心が安定な位置にくるように外郭筐体１内で回動し、受信アンテナ３の受信面が天頂方向側に向く状態で保持される。そのため、受信アンテナ３は、ＧＰＳ信号を良好に受信することができる。受信されたＧＰＳ信号は、アンプ１７で増幅され、フィルタ１８で波形整形された後に、再放射アンテナ４は、ＧＰＳ信号を外郭筐体１へ向けて送信する。
【００３０】
ここで、内部筐体２の回動により、再放射アンテナ４と再放射受信アンテナ５の位置関係は、変化している。しかしながら、再放射受信アンテナ５は、そのうちの１つによって、再放射アンテナ４がどこに位置してもそれから送信されるＧＰＳ信号を受信できるように配置されている。したがって、再放射受信アンテナ５は、ＧＰＳ信号を受信する。
【００３１】
そして、このＧＰＳ信号は、測位部６に入力される。この測位部６は、入力されたＧＰＳ信号により測位し、位置情報を出力する。通信処理部１９ａは、入力された位置情報を一定時間（例えば５秒）ごとに通信用アンテナ１９ｂを介して外部に送信する。このことにより、離れた場所に設けられた受信センター（図示せず）は、ＧＰＳ信号受信装置を所持する使用者の位置を知ることができる。
【００３２】
このように、第１の実施形態においては、外郭筐体１に収納される全方向に回動自在に支持される内部筐体２を有し、内部筐体２は、内部筐体２の上下方向が保持されたときに天頂方向側に受信面が向くように固定されてＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する受信アンテナ３と、この受信アンテナで受信したＧＰＳ信号を外郭筐体方向に送信する再放射アンテナ４とを具備し、外郭筐体１は、再放射アンテナ４により送信されたＧＰＳ信号を受信する再放射受信アンテナ５と、再放射受信アンテナ５により受信されたＧＰＳ信号を用いて測位する測位部６とを具備するので、外郭筐体１の保持方向を変化させたときにも受信アンテナ３の受信面が天頂方向側を向いてＧＰＳ信号を受信し、再放射アンテナ４と再放射受信アンテナ５を用いて内部筐体２から外郭筐体１の測位部６にＧＰＳ信号を伝達することにより、安定して測位できるＧＰＳ信号受信装置を構成することができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、内部筐体２を外郭筐体１に設けられた支持球体７によって支持する構成を説明したが、中空部１ａａに液体を充填することにより内部筐体２を支持し、内部筐体２に作用する浮力と重力により内部筐体２の上下方向が保持されるものであってもよい。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図２、図３に基づいて説明する。このものは、第１の実施形態と、内部筐体２が加速度センサ１０と、水平面内方向保持手段１２と、金属被膜部２０とを有し、外郭筐体１が加速度信号処理部１１と自立航法計算部１６を有する点で異なり、その他は第１の実施形態の構成と同じである。
【００３５】
加速度センサ１０は、２軸の加速度センサであり、内部筐体２の上下方向が一定方向に保持されたときに水平面内の加速度を検出するように受信アンテナ３に固定されている。このものは、加速度信号を出力する出力端子が後述の金属被膜部２０に接続される。
【００３６】
水平面内方向保持手段１２は、略正方形の板状の永久磁石１３である。永久磁石１３は、正方形の１辺に平行に着磁されており、内部筐体２の上下方向が一定方向に保持されたときの水平面内に配置されるように加速度センサ１０に固定される。このものは、地磁気を受けて、内部筐体２の上下方向が一定方向に保持されたときの加速度センサ１０の水平面内の向きが一定方向を保持するように、内部筐体２を回動させる。例えば、図３のように、加速度検出方向がｘ方向、ｙ方向である加速度センサ１０に、ｙ方向に着磁された永久磁石１３を接続すると、内部筐体２は、加速度センサ１０のｙ方向が北になるように動作する。
【００３７】
金属被膜部２０は、薄膜状の導体により内部筐体２の一部を覆うもので、受信アンテナ３によるＧＰＳ信号の受信や、再放射アンテナ４によるＧＰＳ信号の送信に悪影響を及ぼさないようにアンテナと対向する面には金属被膜の代わりに樹脂が設けられる。このものは、加速度センサ１０と接続されており、支持球体７に接している。
【００３８】
加速度信号処理部１１は、支持球体７と自立航法計算部１６に接続し、支持球体７と金属被膜部２０を介して加速度センサ１０と接続している。このものは、加速度信号を２回積分することにより一定時間（例えば１秒）ごとに水平面内での変位ベクトルを求め、これを出力する。
【００３９】
自立航法計算部１６は、測位部６と、加速度信号処理部１１と位置情報利用部１９に接続され、測位部６による測位が可能でなくなったことを示す測位不能信号を測位部６から入力されてから測位が可能になるまで、前回の測位結果と加速度信号処理部１１から入力される変位ベクトルを用いて現在の位置を測位するものである。このものは、加速度センサ１０の加速度検出方向と、永久磁石１３の方向とのなす角を記憶しており（図３の場合は０°）、変位ベクトルを前回の測位結果に加えるときに、位置ベクトルをこの角度を用いて測位結果の座標系における変位ベクトルに変換する。
【００４０】
次に、第２の実施形態の動作について説明する。はじめに、ＧＰＳ信号により測位ができるときの動作について説明する。まず、外角筐体１の保持方向が変化しないとき、内部筐体２は、錘８の重量により上下方向が保持されており、永久磁石１３が地磁気から力を受けることにより、水平面内の方向を一定方向に保持している。このため、受信アンテナ３は、その受信面が天頂方向側に向いており、ＧＰＳ衛星Ｓａから送信されるＧＰＳ信号を良好に受信することができる。
【００４１】
再放射アンテナ４は、受信されたＧＰＳ信号が、アンプ１７で増幅され、フィルタ１８で波形整形された後に、ＧＰＳ信号を外郭筐体１へ向けて送信する。再放射受信アンテナ５は、送信されたＧＰＳ信号を受信し、それを測位部６に入力する。測位部６は、入力されたＧＰＳ信号を用いて測位し、位置情報を出力する。このとき、測位部は測位不能信号が出力されていないので、自立航法計算部１６は、その位置情報を入力して、その値をそのまま記憶する。そして、通信処理部１９ａは、入力された位置情報を一定時間（例えば５秒）ごとに通信用アンテナ１９ｂを介して外部に送信する。このことにより、離れた場所に設けられた受信センター（図示せず）は、ＧＰＳ信号受信装置を所持する使用者の位置を知ることができる。
【００４２】
一方、外郭筐体１の保持方向が変化したとき、内部筐体２は、その重心が安定な位置にくるように外郭筐体１内で回動し、永久磁石１３が地磁気から力を受けることにより水平面内の方向を一定方向に保持される。よって、受信アンテナ３は、その受信面は天頂方向側に向く状態で保持されるため、ＧＰＳ信号を良好に受信することができる。そして、受信されたＧＰＳ信号は、アンプ１７で増幅され、フィルタ１８で波形整形された後に、再放射アンテナ４は、ＧＰＳ信号を外郭筐体１へ向けて送信する。
【００４３】
ここで、内部筐体２の回動により、再放射アンテナ４と再放射受信アンテナ５の位置関係は、変化している。しかしながら、再放射受信アンテナ５は、そのうちの１つによって、再放射アンテナ４がどこに位置してもそれから送信されるＧＰＳ信号を受信できるように配置されている。したがって、再放射受信アンテナ５は、ＧＰＳ信号を受信する。
【００４４】
そして、このＧＰＳ信号は、測位部６に入力される。この測位部６は、入力されたＧＰＳ信号により測位し、位置情報を出力する。このとき、測位部６からは測位不能信号が出力されていないので、自立航法計算部１６は、その位置情報を入力して、その値をそのまま記憶する。そして、通信処理部１９ａは、入力された位置情報を一定時間（例えば５秒）ごとに通信用アンテナ１９ｂを介して外部に送信する。このことにより、離れた場所に設けられた受信センター（図示せず）は、ＧＰＳ信号受信装置を所持する使用者の位置を知ることができる。
【００４５】
次に、ＧＰＳ信号により測位ができなくなったときの動作について説明する。受信アンテナ３でＧＰＳ信号が受信できなくなると、測位部６はＧＰＳ信号を取得できなくなり、測位不能信号を出力する。一方、加速度信号処理部１１は、金属被膜部２０と支持球体７とを介して入力される加速度センサ１０から出力される加速度信号を用いて変位ベクトルを計算し、その結果を自立航法計算部１６に入力している。
【００４６】
自立航法計算部１６は、測位部６から出力される測位不能信号が入力されることにより自立航法を開始する。このものは、前回記憶した位置情報に加速度信号処理部１１から一定時間ごとに入力される変位ベクトルを加算して現在位置を測位し、その位置情報を記憶する。この動作は、測位不能信号が入力されなくなるまで継続する。
【００４７】
また、このときに外郭筐体１の保持方向が変化しても、内部筐体２は、上述のように動作して、加速度センサ１０は、水平に、一定方向に保持される。したがって、変位ベクトルを取得して、自立航法を行うことができる。
【００４８】
このように、第２の実施形態においては、内部筐体２の上下方向が保持されたときに水平面内の加速度を検出する加速度センサ１０と、内部筐体２の水平面内の方向を一定に保持する水平面内方向保持手段１２と、加速度信号処理部１１と、自立航法計算部１６とを有するので、ＧＰＳ信号が受信できないときにも加速度信号から変位ベクトルを算出し、それを前回の測位結果に加えて現在位置を測位することにより、自立航法により安定して測位できるＧＰＳ信号受信装置を構成することができる。
【００４９】
なお、水平面内方向保持手段１２は、地磁気を利用した永久磁石１３を用いた例を示したが、コリオリ力を用いたジャイロコンパスを用いたものであってもよい。
【００５０】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を図４、図５に基づいて説明する。このものは、第２の実施形態と、水平面内方向保持手段１２の代わりにジャイロセンサ１４を有し、ジャイロ信号処理部１５を有する点で異なり、その他は第２の実施形態の構成と同じである。
【００５１】
ジャイロセンサ１４は、内部筐体２の上下方向が一定に保持されたときに、その上下方向の軸を中心とした回転の角速度を検知するように加速度センサ１０に固定されている。このものは、この角速度をジャイロ信号として出力する。
【００５２】
ジャイロ信号処理部１５は、ジャイロセンサ１４と金属被膜部２０と支持球体７を介して接続され、ジャイロ信号を入力される。このものは、ジャイロ信号を時間で１回積分して回転角を算出し、それを積算することにより基準の方向からの回転角を算出する。例えば、図５のようにジャイロセンサ１４の基準方向をｙ軸方向としたとき、ジャイロ信号から求めた回転角を積算することにより基準方向からの角度θを求めることができる。
【００５３】
自立航法計算部１６は、第２の実施形態と異なり、変位ベクトルの座標系の変換を行うための角度は、ジャイロ信号処理部で得られた基準方向からの回転角を用いる。
【００５４】
次に第３の実施形態の動作は、自立航法計算部１６がジャイロ信号処理部で得られた基準方向からの回転角を用いる点で第２の実施形態の動作と異なり、その他の点については同様であるため、動作説明は省略する。
【００５５】
このように、第３の実施形態においては、内部筐体２の上下方向が保持されたときに水平面内の回転の角速度を検出するジャイロセンサ１４と、ジャイロ信号処理部１５を有するので、ＧＰＳ信号が受信できないときにも加速度センサ１０の基準方向からの回転角を算出して加速度センサ１０により検出される変位ベクトルを座標変換することにより自立航法を行うことができ、安定して測位できるＧＰＳ信号受信装置を構成することができる。
【００５６】
なお、再放射アンテナ４が１つで、再放射受信アンテナ５が複数配置された例について説明したが、それに限ることなく、再放射アンテナ４が複数で、あってもよく、再放射受信アンテナ５が複数であってもよい。
【００５７】
また、加速度センサ１０とともに水平方向保持手段１２や、ジャイロセンサ１４を用いるものを説明したが、外角筐体による内部筐体の支持が摩擦の少ないものであれば、加速度センサだけでも構成することができる。
【００５８】
また、加速度センサ１０や、ジャイロセンサ１４からの出力は、内部筐体２の周囲に設けられた金属被膜部２０と支持球体７を介して外郭筐体１内の回路に伝達されるものを説明したが、それに限るものでなく、それぞれの出力信号を変調して高周波信号とし、再放射アンテナ４と再放射受信アンテナ５を用いて伝達するものであってもよい。
【００５９】
また、内部筐体２の上下方向を保持するのにバッテリを用いたが、それに限るものではなく、専用の錘を設けてもよく、他の回路基板を錘として用いてもよい。
【００６０】
また、位置情報利用部１９として、ＧＰＳ信号受信装置の所有者の位置を外部に送信するものを示したが、現在位置を表示する表示装置を有するものであってもよく、その他の利用手段であってもよい。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、中空部を有する外郭筐体と、この外郭筐体に収納されて全方向に回動自在に支持され、重力によって上下方向が一定に保持される内部筐体とを有するものであって、前記内部筐体は、内部筐体の上下方向が保持されたときに天頂方向側に受信面が向くように固定されて地球上空を周回するＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信したＧＰＳ信号を外郭筐体方向に送信する再放射アンテナとを具備し、前記外郭筐体は、再放射アンテナにより送信されたＧＰＳ信号を受信する再放射受信アンテナと、再放射受信アンテナにより受信されたＧＰＳ信号を用いて測位する測位部を具備することを特徴とするＧＰＳ信号受信装置であるので、外郭筐体の保持方向を変化させたときにも受信アンテナの受信面が天頂方向側を向いてＧＰＳ信号を受信し、再放射アンテナと再放射受信アンテナを用いて内部筐体から外郭筐体の測位部にＧＰＳ信号を伝達することにより、安定して測位できるＧＰＳ信号受信装置を構成することができる。
【００６２】
請求項２に係る発明によれば、請求項１記載のＧＰＳ信号受信装置において、前記外郭筐体の内面と前記内部筐体の外面は球面状に形成され、前記内部筐体は、前記外郭筐体に回動自在に設けられた複数の支持球体によって支持されるので、請求項１記載の効果に加え、外郭筐体と内部筐体の摩擦を少なくなり、内部筐体の位置が保持されるまでの時間を短かくすることができる。
【００６３】
請求項３に係る発明によれば、請求項１または２記載のＧＰＳ信号受信装置において、前記再放射アンテナまたは前記再放射受信アンテナは、複数個設けるので、請求項１または２記載の効果に加え、内部筐体の回動しても再放射アンテナと再放射受信アンテナとの間の送受信を安定して行うことができる。
【００６４】
請求項４に係る発明によれば、請求項１乃至３記載のＧＰＳ信号受信装置において、前記内部筐体は、その内部に固定する錘を有するので、請求項１乃至３記載の効果に加え内部筐体に作用する力が強くなり、内部筐体の位置が保持されるまでの時間を短かくするとともに保持した位置での安定性を高めることができる。
【００６５】
請求項５に係る発明によれば、請求項４記載のＧＰＳ信号受信装置において、前記錘は、前記内部筐体の内部の回路に給電するバッテリであるので、請求項４記載の効果に加え、省スペース化を図ることができる。
【００６６】
請求項６に係る発明によれば、請求項１乃至５記載のＧＰＳ信号受信装置において、前記内部筐体は、内部筐体の上下方向が保持されたときに水平面内の加速度を検出するように内部筐体に固定される加速度信号を出力する加速度センサを有し、前記外郭筐体は、この加速度信号を入力して水平面内の移動距離を算出する加速度信号処理部と、前記測位部により算出される測位結果と前記加速度信号処理部により算出される水平面内の移動距離が入力され、入力されるデータに基づいてこの測位結果を必要に応じて更新する自立航法計算部とを有するので、請求項１乃至５記載の効果に加え、加速度信号から変位ベクトルを算出してそれを前回の測位結果に加えて現在位置を測位することにより、自立航法により安定して測位できるＧＰＳ信号受信装置を構成することができる。
【００６７】
請求項７に係る発明によれば、請求項６記載のＧＰＳ信号受信装置において、前記内部筐体は、内部筐体の水平面内における方向を一定に保持する水平面内方向保持手段を有するので、請求項６記載の効果に加え、加速度センサの方向を水平面内で一定に保つことにより、変位ベクトルの座標変換の誤差が小さくなり、ＧＰＳ信号が受信できないときにも自立航法により精度良く測位を行うことができる。
【００６８】
請求項８に係る発明によれば、請求項７記載のＧＰＳ信号受信装置において、前記水平面内方向保持手段は、内部筐体の上下方向が保持されたときに水平面内に着磁方向を有するように内部筐体に固定される磁石であるので、地磁気から力を受けることにより、簡易な構成で加速度センサの方向を水平面内で一定に保つことができる。
【００６９】
請求項９に係る発明によれば、請求項６記載のＧＰＳ信号受信装置において、前記内部筐体は、内部筐体の水平面内の角速度を検出するように固定されるジャイロ信号を出力するジャイロセンサを有し、前記外郭筐体は、このジャイロ信号を入力して水平面内の回転角を算出して前記自立航法計算部に出力するジャイロ信号処理部を有するので、請求項６記載の効果に加え、加速度センサの基準方向からの回転角を算出することにより、変位ベクトルの座標変換の誤差が小さくなり、ＧＰＳ信号が受信できないときにも自立航法により精度良く測位を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の要部断面と回路ブロックの接続を示す図である。
【図２】第２の実施形態の要部断面と回路ブロックの接続を示す図である。
【図３】第２の実施形態の加速度センサと永久磁石の接続を示す図である。
【図４】第３の実施形態の要部断面と回路ブロックの接続を示す図である。
【図５】第３の実施形態の加速度センサとジャイロセンサの接続を示す図である。
【符号の説明】
１　　　外郭筐体
１ａ　　内部筐体収納部
１ａａ　中空部
１ｂ　　回路収納部
１ｂａ　切り欠き部
２　　　内部筐体
２ａ　　中空部
３　　　受信アンテナ
４　　　再放射アンテナ
５　　　再放射受信アンテナ
６　　　測位部
６ａ　　高周波処理部
６ｂ　　測位計算部
７　　　支持球体
８　　　錘
９　　　バッテリ
１０　　加速度センサ
１１　　加速度信号処理部
１２　　水平面内方向保持手段
１３　　永久磁石
１４　　ジャイロセンサ
１５　　ジャイロ信号処理部
１６　　自立航法計算部
１７　　アンプ
１８　　フィルタ
１９　　位置情報利用部
１９ａ　通信処理部
１９ｂ　通信用アンテナ
２０　　金属被膜部
Ｓａ　　ＧＰＳ衛星
【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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