(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Almanac情報を利用して衛星探索範囲の絞り込みを行い、探索できた衛星からのEphemeris情報を用いて測位演算を行うＧＰＳ測位方法において、
前記Ephemeris情報から、該Ephemeris情報中で高次の補正項を省略し、残ったパラメータについて係数分を補正後、整数部分のみを抽出してビット長を合わせることによって、Almanac情報と同一のフォーマットの概略軌道情報を生成し、保存しておくことを特徴とするＧＰＳ測位方法。
【請求項２】
記憶手段に記憶しておいたAlmanac情報を利用してＧＰＳ受信機が衛星探索範囲の絞り込みを行い、該ＧＰＳ受信機で探索できた衛星からのEphemeris情報を用いて、測位演算部が測位演算を行うＧＰＳ測位装置において、
前記ＧＰＳ受信機で受信できた前記Ephemeris情報から、該Ephemeris情報中で高次の補正項を省略し、残ったパラメータについて係数分を補正後、整数部分のみを抽出してビット長を合わせることによって、前記Almanac情報と同一のフォーマットの概略軌道情報を生成し、前記記憶手段に記憶させる変換手段を含むことを特徴とするＧＰＳ測位装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ衛星からの信号に基づいて信号受信位置を求めるＧＰＳ測位方法および装置に関するものであり、特に使用者が携帯し、衛星からの信号の受信状態が不安定であったり、消費電力低減のために測位完了後すぐに電源を遮断するような場合に好適に実施されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ測位装置は、各ＧＰＳ衛星から送信されてくる信号のＣ／Ａコードへの同期によって、擬似距離と呼ばれる各衛星との相対的な距離情報を取得するとともに、その衛星からの信号に乗せて送信されるEphemerisと呼ばれる精密軌道情報から、衛星位置を計算することによって測位が行われる。ここで、衛星信号のＣ／Ａコードへの同期処理は、一般的に「衛星信号の探索」と呼ばれるが、この処理は、最大３２個の衛星に対応するＣ／Ａコードの探索と、Ｃ／Ａコードの１０２３ｃｈｉｐ中の同期タイミングの探索と、衛星信号の搬送波周波数の探索から成る。これらの探索に要する時間は、ＧＰＳ測位装置の起動後の測位時間に大きく寄与するので、一般的なＧＰＳ測位装置では、これらの探索範囲を絞るために以下のような処理を実行する。
【０００３】
先ず、ＧＰＳ測位装置が受信可能な衛星として、ＧＰＳ測位装置から見た衛星の仰角が一定値以上の衛星を求めて、探索するＣ／Ａコードをこれらの衛星に限定する。そのためには、ＧＰＳ測位装置とＧＰＳ衛星との概略位置を知る必要があるが、ＧＰＳ衛星の概略位置の計算のために、前記のEphemeris情報よりも簡略化された衛星軌道情報であるAlmanacと呼ばれる情報が、ＧＰＳ衛星から常時送信されている。また、衛星の仰角が小さくなると、衛星信号の搬送波には、ＧＰＳ測位装置とＧＰＳ衛星との間の相対速度によるドップラーシフトが発生するが、衛星信号の搬送波周波数の探索においても、前記Almanac情報から相対速度を計算することで、ドップラーシフト量を推定して、探索範囲を絞り込むことが行われている。
【０００４】
ここで、各ＧＰＳ衛星からは、３０秒を１周期として、その１周期を５つのフレームに分割し、そのうちの３つのフレームで衛星自身のEphemeris情報が繰返し送信され、１つまたは２つのフレームで全衛星のAlmanac情報が順に送信される。したがって、４つ以上の衛星からの信号を、３０秒程度受信できれば測位可能となる。また、Almanac情報は、１２．５分かけて全ての衛星分のデータが送信されるので、前記１２．５分以上、衛星信号を追尾していれば、全ての衛星のAlmanac情報を取得することができ、これを内部に保存しておいて、以降の起動時に、前記概略位置やドップラーシフト量を推定し、探索する衛星を決定することができる。
【０００５】
このAlmanac情報を記憶しておく従来技術として、たとえば特許文献１や特許文献２が挙げられる。特許文献１では、１年程度は使用することができるAlmanac情報を、先ず予めＲＯＭに記憶しておき、ＲＯＭ内のデータが無効となった時点で、新たなAlmanac情報を取得してＥＥＰＲＯＭに記憶することで、データ保持のための電源を不要にする一方、EphemerisだけをＳＲＡＭに記憶し、そのデータも無効になった時点（最長で４時間程度）でデータ保持のための電源を遮断することで、電源を小型化した受信装置が提案されている。
【０００６】
また、特許文献２では、Ephemeris情報、Almanac情報、測位した位置の情報をＲＡＭに格納し、バックアップ電源でそれらを保持することで、短時間で衛星を捕捉することができるとともに、ＳＲＡＭに比べてバックアップ電源の長寿命化を実現するＧＰＳセンサが提案されている。
【特許文献１】特開２０００−１９３７３１号公報
【特許文献２】特開平８−９４７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の従来技術では、いずれもAlmanac情報を記憶しておく技術は記載されているが、Almanac情報を受信できない場合については想定されていない。技術の進歩に伴い、ＧＰＳ測位装置は、これまでのカーナビゲーションなどの衛星からの信号を常時追尾し続ける用途から、上述のように人が携帯する用途へ広がっている。その場合、衛星からの信号の受信状態が不安定であったり、また消費電力低減のために測位完了後すぐに電源を切断するような使われ方をすることがあり、衛星からの信号を長時間安定して受信できないことが多い。
【０００８】
このような場合、ＧＰＳ測位装置に保存されたAlmanac情報は次第に古くなり、衛星の軌道変更や運用停止などで実際の衛星軌道とはかけ離れたものとなってゆき、衛星捕捉までの時間が長くなってゆくなどの問題が発生することになる。
【０００９】
本発明の目的は、Almanac情報が受信できないことによる不具合を解消することができるＧＰＳ測位方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のＧＰＳ測位方法は、Almanac情報を利用して衛星探索範囲の絞り込みを行い、探索できた衛星からのEphemeris情報を用いて測位演算を行うＧＰＳ測位方法において、
前記Ephemeris情報から、該Ephemeris情報中で高次の補正項を省略し、残ったパラメータについて係数分を補正後、整数部分のみを抽出してビット長を合わせることによって、Almanac情報と同一のフォーマットの概略軌道情報を生成し、保存しておくことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のＧＰＳ測位装置は、記憶手段に記憶しておいたAlmanac情報を利用してＧＰＳ受信機が衛星探索範囲の絞り込みを行い、該ＧＰＳ受信機で探索できた衛星からのEphemeris情報を用いて、測位演算部が測位演算を行うＧＰＳ測位装置において、
前記ＧＰＳ受信機で受信できた前記Ephemeris情報から、該Ephemeris情報中で高次の補正項を省略し、残ったパラメータについて係数分を補正後、整数部分のみを抽出してビット長を合わせることによって、前記Almanac情報と同一のフォーマットの概略軌道情報を生成し、前記記憶手段に記憶させる変換手段を含むことを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、記憶手段に記憶しておいたAlmanacと呼ばれるＧＰＳ衛星の概略軌道情報を利用して、ＧＰＳ受信機が衛星探索範囲の絞り込みを行い、該ＧＰＳ受信機が探索できた衛星からのＣ／Ａコードへの同期とともに、受信できたEphemeris情報を用いて測位演算部が測位演算を行うにあたって、測位演算に使用するために受信できたEphemeris情報を、有効期限が過ぎると使用できない高次の補正項を除いて、その有効期限が来ても捨てずに、変換手段が予め定める変換式で、Almanac情報と同様の精度での衛星位置演算を行なえる範囲で情報を簡略化した概略軌道情報を生成し、前記記憶手段に保存しておく。その変換式とは、Ephemeris情報中で、前記のように高次の補正項を省略した後、残ったパラメータについて係数分を補正後、整数部分のみを抽出して、前記Almanac情報にビット長を合わせたものである。
【００１３】
したがって、衛星からの信号の受信状態が悪かったり、測位完了後すぐに電源が遮断されるなどして、通常の衛星からの信号の受信によってAlmanac情報を取得する機会が少なくても、保存しておいた前記Almanac情報と同様の精度の概略軌道情報から、最新のAlmanac情報を取得・保存できている場合と同等に、短時間で衛星を探索し、測位を行うことができる。
【００１４】
また、前記変換手段は、生成する概略軌道情報を、ＧＰＳ衛星から送信されるAlmanac情報と同一のフォーマットに加工しているので、前記変換手段で生成した概略軌道情報をAlmanac情報として扱うことができ、前記変換手段に関連する部分以外は、既存のＧＰＳ測位装置と同様の構成で実現できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＧＰＳ測位方法および装置は、以上のように、記憶手段に記憶しておいたAlmanacと呼ばれるＧＰＳ衛星の概略軌道情報を利用して、ＧＰＳ受信機が衛星探索範囲の絞り込みを行い、該ＧＰＳ受信機が探索できた衛星からのＣ／Ａコードへの同期とともに、受信できたEphemeris情報を用いて測位演算部が測位演算を行うにあたって、測位演算に使用するために受信できたEphemeris情報を、有効期限が過ぎると使用できない補正項を除いて、その有効期限が来ても捨てずに、変換手段が予め定める変換式で、Almanac情報と同様の精度での衛星位置演算を行なえる範囲で情報を簡略化した概略軌道情報を生成し、前記記憶手段に保存しておく。
【００１６】
それゆえ、衛星からの信号の受信状態が悪かったり、測位完了後すぐに電源が遮断されるなどして、通常の衛星からの信号の受信によってAlmanac情報を取得する機会が少なくても、保存しておいた前記Almanac情報と同様の精度の概略軌道情報から、最新のAlmanac情報を取得・保存できている場合と同等に、短時間で衛星を探索し、測位を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係るＧＰＳ測位装置１の電気的構成を示すブロック図である。このＧＰＳ測位装置１は、記憶部２の記憶領域２ａに記憶しておいたAlmanac情報または記憶部２の記憶領域２ｂに記憶されているEphemeris情報を利用して、ＧＰＳ受信機であるＧＰＳ受信部３が衛星探索範囲の絞り込みを行い、測位演算部４が、前記のようにＧＰＳ受信部３で探索できた３個以上のＧＰＳ衛星からのＣ／Ａコードに同期して衛星との相対距離を求めるとともに、受信されて前記記憶部２の記憶領域２ｂに記憶されているEphemeris情報を用いて測位演算を行い、演算結果を表示部５に表示する通常のＧＰＳ測位装置と同様の構成に加えて、注目すべきは、判定部６が、前記記憶部２の記憶領域２ｂから今回の測位に使用されたEphemeris情報を取得し、前記記憶部２の記憶領域２ａに記憶されているAlmanac情報の内、該当衛星のデータと比較し、今回の測位に使用されたにEphemeris情報の方が新しい場合に、変換部７に通知することで、該変換部７は、該当するEphemeris情報のデータを取込み、有効期限が過ぎると使用できない補正項を除いて、予め定める変換式を用いて、前記Almanac情報に略等しい概略軌道情報を生成し、前記記憶領域２ａの記憶内容を更新させることである。
【００１８】
表１の（ａ）および（ｂ）に、ＧＰＳ衛星から送信されてくる前記Ephemeris情報およびAlmanac情報の内容に、それぞれのデータ構成を示す。なお、元期とは、その衛星の地球に対する原点の位置を示す。このようなデータ構成に対して、前記変換部７は、前述のように有効期限が過ぎると使用できない補正項を除いて、（ｃ）で示すようにして演算を行うことで、前記のように受信されるAlmanac情報に略等しい同一のフォーマットの概略軌道情報を生成することができる。
【００１９】
【表１】
0004816125.tif 000002
具体的には、Ephemeris情報中で高次の補正項にあたる、平均運動補正値ｄｅｌｔａ＿ｎと、軌道傾斜角変化率ｉｄｏｔと、調和振動補正係数とを省略して、残ったパラメータについて変換式に示すように係数分を補正後、整数部分のみを抽出してビット長を合わせることによって、Almanacと同等の概略軌道情報を生成する。なお、記憶部２の記憶領域２ａに記憶されているAlmanac情報のｗｎａ／ｔｏａが、取得したEphemeris情報のｗｎ／ｔｏｅより新しい場合には、概略軌道情報の生成を行なわい。すなわち、ＧＰＳ衛星から、直接Almanac情報を受信できている場合は、更新を行わない。
【００２０】
こうして作成された概略軌道情報は、ＧＰＳ測位装置１内のバックアップ領域に該当する前記記憶部２の記憶領域２ａに前記Almanac情報として保存され、該ＧＰＳ測位装置１の停止中も保存されて、次回起動時にAlmanac情報として衛星の探索に使用される。
【００２１】
図２は、上述のように構成されるＧＰＳ測位装置１の動作を説明するためのフローチャートである。電源が投入されるとステップＳ１に移り、先ずＧＰＳ受信部３が起動される。続いてステップＳ２では、前記ＧＰＳ受信部３は、現在時刻から、記憶部２の記憶領域２ｂに記憶されているEphemeris情報の有効期限を確認し、有効期限が切れているときにはステップＳ３で、そのEphemeris情報を削除した後ステップＳ４に移り、有効期限が切れていないときには前記ステップＳ２から直接ステップＳ４に移る。
【００２２】
ステップＳ４では、ＧＰＳ受信部３は、記憶部２の記憶領域２ｂに有効期限が切れていないEphemeris情報が記憶されているか否かを判断し、記憶されている場合にはステップＳ５において、そのEphemeris情報から、その時点で受信可能と思われる衛星の概略位置および速度を演算する。これに対して、前記ステップＳ４で記憶部２の記憶領域２ｂに有効期限が切れていないEphemeris情報が記憶されていない、すなわち前記ステップＳ３からステップＳ４に移った場合には、ステップＳ６において、記憶領域２ａに記憶されているAlmanac情報から、その時点で受信可能と思われる衛星の概略位置および速度を演算する。
【００２３】
前記ステップＳ５またはステップＳ６からはステップＳ７に移り、ＧＰＳ受信部３は、受信可能な衛星の内、探索する衛星のＣ／Ａコードおよび周波数を決定し、ステップＳ８で探索を実行する。ステップＳ９で探索が成功したか否かが判断され、成功していないときには前記ステップＳ８に戻り、成功するとステップＳ１０に移る。
【００２４】
ステップＳ１０では、探索できた衛星のEphemeris情報の取得処理を行い、解読したEphemeris情報を前記記憶部２の記憶領域２ｂに格納する。ステップＳ１１では、判定部６が、前記記憶部２の記憶領域２ａ，２ｂを参照し、記憶領域２ａに記憶されているAlmanac情報より新しいEphemeris情報を取得できたか否かを判断し、取得できた衛星のEphemeris情報に関しては、ステップＳ１２において、変換部７が前記表１で示す各変換式を用いてAlmanac情報に略等しい同一のフォーマットの概略軌道情報を生成した後ステップＳ１３に移り、記憶されているAlmanac情報より新しいEphemeris情報を取得できなかった場合は直接ステップＳ１３に移る。
【００２５】
ステップＳ１３では、測位演算部４が、前記ステップＳ１０においてＧＰＳ受信部３で探索できた３個以上のＧＰＳ衛星に対する疑似距離に、前記記憶部２の記憶領域２ｂに記憶されているその衛星のEphemeris情報を用いて測位演算を行い、演算結果を表示部５に表示する。その後、ステップＳ１４でＧＰＳ受信部３が停止して処理を終了する。
【００２６】
以上のようにＧＰＳ測位を実行する際には必ず取得することになるEphemeris情報からもAlmanac情報に略等しい概略軌道情報を作成し、更新しておくことで、衛星からの信号の受信状態が悪かったり、測位完了後すぐに電源が遮断されるなどして、通常の衛星からの信号の受信によってAlmanac情報を取得する機会が少なくても、ＧＰＳ測位装置１が保持するAlmanac情報が古くなって実際の衛星軌道とかけ離れてしまうことを防ぐことができ、保存しておいた前記Almanac情報と同様の精度の概略軌道情報から、最新のAlmanac情報を取得・保存できている場合と同等に、短時間で衛星を探索し、測位を行うことができる。
【００２７】
また、前記変換部７が、生成する概略軌道情報を、ＧＰＳ衛星から送信されるAlmanac情報と同一のフォーマットに加工することで、ＧＰＳ受信部３は、次回の起動時に生成された概略軌道情報をAlmanac情報として扱うことができ、前記変換部７に関連する部分（判定部６および読出し／書込みの経路が増加する記憶部２等）以外は、既存のＧＰＳ測位装置と同様の構成で実現することができる。
【００２８】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の他の形態に係るネットワーク型ＧＰＳ測位システムのブロック図である。このＧＰＳ測位システムは、大略的に、測位端末１１と、測位サーバ１２とが、無線通信ネットワーク１３を介して接続されて構成されている。
【００２９】
前記測位端末１１は、マイクロコンピュータなどで実現される端末制御部１４と、ＧＰＳ信号処理部１５と、前記無線通信ネットワーク１３を介して通信を行う無線通信部１６とを備えて構成される。前記ＧＰＳ信号処理部１５は、前記ＧＰＳ測位装置１におけるＧＰＳ受信部３、記憶部２、測位演算部４および表示部５に、通信機能および前記端末制御部１４による被制御機能を備えて構成され、端末制御部１４は、前記ＧＰＳ測位装置１における判定部６および変換部７を備えて構成される。
【００３０】
一方、測位サーバ１２は、前記無線通信ネットワーク１３経由で測位端末１１による測位をアシストするものであり、常時安定してＧＰＳ衛星からの信号を受信可能なように設置されたアンテナを備え、各衛星の最新のEphemeris情報を衛星信号から取得するEphemeris受信装置１７と、前記Ephemeris受信装置１７によって逐次受信されたEphemeris情報で記憶内容が更新されるEphemeris蓄積部１８と、前記無線通信ネットワーク１３を介して通信を行うEphemeris送信部１９とを備えて構成される。
【００３１】
そして、測位端末１１では、端末制御部１４が、ＧＰＳ信号処理部１５に対して、定期的にEphemeris取得要求を繰返すことで、ＧＰＳ信号処理部１５がEphemeris情報を取得した場合、これを検出できるようになっている。そして、測位にあたってＧＰＳ信号処理部１５が、衛星信号から有効なEphemeris情報を取得していないときには、無線通信部１６から測位サーバ１２へEphemeris取得要求を送信させ、測位サーバ１２では、前記取得要求をEphemeris送信部１９が受信すると、Ephemeris蓄積部１８から最新のEphemeris情報を取得して、測位端末１１へ送信することで、Ephemeris情報を取得し難い市街地などでの測位が可能になるとともに、短時間での測位が可能になっている。
【００３２】
そして、端末制御部１４は、前記Ephemeris情報を、衛星信号から直接取得した場合および測位サーバ１２から取得した場合のどちらであっても、ＧＰＳ信号処理部１５が新しいEphemeris情報を取得していた場合、端末制御部１４では、このEphemeris情報から前記表1に示す変換式によって概略軌道情報を生成して、これをAlmanac情報としてＧＰＳ信号処理部１５の記憶部に入力する。
【００３３】
図４は、上述のように構成されるネットワーク型ＧＰＳ測位システムにおける測位端末１１の動作を説明するためのフローチャートであり、前述の図２で示す処理と同様の処理には、同一のステップ番号を付して示す。電源が投入されるとステップＳ１に移り、先ず端末制御部１４は、ＧＰＳ信号処理部１５のＧＰＳ受信部３を起動させ、ステップＳ２で記憶部２の記憶領域２ｂに記憶されているEphemeris情報の有効期限を確認させ、有効期限が切れている情報に関しては、ステップＳ３で削除させる。
【００３４】
続いてステップＳ２１で、端末制御部１４は、ＧＰＳ信号処理部１５に、記憶部２の記憶領域２ａに記憶されているAlmanac情報から、その時点で受信可能と思われ、Ephemeris情報が必要な衛星を抽出させる。ステップＳ２２では、その抽出された衛星のEphemeris情報を新たに取得する必要があるか、すなわち記憶領域２ｂに記憶されているその衛星のEphemeris情報が有効期限切れでないか否かが判断され、有効期限切れでない場合は前記ステップＳ５に移り、そのEphemeris情報から、その時点で受信可能な衛星の概略位置および速度を演算させる。
【００３５】
これに対して、前記ステップＳ２２で、抽出された衛星のEphemeris情報を新たに取得する必要がある場合にはステップＳ２３に移り、端末制御部１４は、無線通信部１６を介して測位サーバ１２からEphemeris情報を取得し、ＧＰＳ信号処理部１５の記憶領域２ｂに格納させる。続いて前記ステップＳ１１に移り、端末制御部１４は、前記記憶部２の記憶領域２ａ，２ｂを参照し、記憶領域２ａに記憶されているAlmanac情報より新しいEphemeris情報を取得できたか否かを判断し、取得できた衛星のEphemeris情報に関しては、ステップＳ１２において、変換部７が前記表１で示す各変換式を用いてAlmanac情報に略等しい同一のフォーマットの概略軌道情報を生成した後前記ステップＳ５に移り、記憶されているAlmanac情報より新しいEphemeris情報を取得できなかった場合は直接ステップＳ５に移る。
【００３６】
前記ステップＳ５からは前記ステップＳ７に移り、端末制御部１４は、ＧＰＳ信号処理部１５のＧＰＳ受信部３に、受信可能な衛星の内、探索する衛星のＣ／Ａコードおよび周波数を決定させ、ステップＳ８で探索を実行させ、ステップＳ９で探索が成功するまで待機させる。探索が成功すると前記ステップＳ１３に移り、ＧＰＳ信号処理部１５の測位演算部４に測位演算を行わせ、ステップＳ１４でＧＰＳ受信部３を停止させて処理を終了する。
【００３７】
以上のように構成することで、衛星信号からEphemeris情報を取得できた衛星、あるいは測位サーバ１２からEphemeris情報を取得できた衛星から、最新の概略軌道情報によってAlmanac情報を更新することが可能になり、Almanac情報を取得するために測位完了後もＧＰＳ衛星信号の取得を継続することや、測位サーバ１２からEphemerisと別にAlmanac情報を送信することなく、測位が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の一形態に係るＧＰＳ測位装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１で示すＧＰＳ測位装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の他の形態に係るネットワーク型ＧＰＳ測位システムのブロック図である。
【図４】図３で示すＧＰＳ測位装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３９】
１    ＧＰＳ測位装置
２    記憶部
２ａ，２ｂ    記憶領域
３    ＧＰＳ受信部
４    測位演算部
５    表示部
６    判定部
７    変換部
１１    測位端末
１２    測位サーバ
１３    無線通信ネットワーク
１４    端末制御部
１５    ＧＰＳ信号処理部
１６    無線通信部
１７    Ephemeris受信装置
１８    Ephemeris蓄積部
１９    Ephemeris送信部
【図１】
0004816125.tif 000003
【図２】
0004816125.tif 000004
【図３】
0004816125.tif 000005
【図４】
0004816125.tif 000006