(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星から受信した信号に基づいて現在位置の測位を行う衛星測位装置であって、
前記衛星が送信した信号から測位を行うための情報を得る衛星捕捉を行う捕捉手段と、
この捕捉手段によって捕捉している捕捉衛星から受信した信号のＣ／Ｎを算出するＣ／Ｎ算出手段と、
本装置において観測可能な可視領域を方位角、仰角に基づいて分割した複数の領域のどの領域に存在するかに基づき、前記捕捉衛星を分類する分類手段と、
前記複数の領域の中から、当該領域に存在する前記捕捉衛星の数、前記捕捉衛星の数が同じときは当該領域の仰角、前記捕捉衛星の数および当該領域の仰角が同じときは当該領域に存在する前記捕捉衛星からの信号のＣ／Ｎの最小値、前記捕捉衛星の数および当該領域の仰角および前記Ｃ／Ｎの最小値が同じときは前記複数の領域に予め設定した優先順位、に基づいて、除外対象領域を選択し、この選択した除外対象領域に存在する前記捕捉衛星の中から、送信する信号のＣ／Ｎが最小の前記捕捉衛星を除外対象衛星として選択する除外対象選択手段と、
前記除外対象衛星を捕捉対象から除外し、前記複数の領域のうち前記捕捉衛星がない領域に存在する衛星を捕捉するように前記捕捉手段を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする衛星測位装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星からの信号を受信して、自身の位置を算出する衛星測位装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星測位装置は、地球軌道を周回する複数の衛星から送信された信号を受信し、受信した信号に含まれる情報に基づいて自身の現在位置を算出するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の衛星測位装置は、衛星から送信される信号から衛星の軌道情報を得ており、おおよその測定位置とおおよその時刻がわかっているとき、衛星を探索する順位として、仰角の高い衛星の優先順位を高くしている。
【特許文献１】特開平３−１０８６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、仰角が衛星測位装置で設定されている値より高い衛星（以下、可視衛星とよぶ）が、互いに近接して複数存在し、それらの衛星の捕捉の優先順位が高いとき、従来の衛星測位装置では、それらの衛星をすべて捕捉していた。
【０００５】
しかし、互いに近接して存在する複数の衛星をすべて捕捉しているときと、それらのうちの１つのみしか捕捉していないときとでは、測位精度はほとんど変わらない。
【０００６】
測位精度を良好に保つためには、できるだけ分散して存在する衛星を用いて測位を行う方がよい。しかし、衛星測位装置の受信チャンネル数が少ない場合は、互いに近接して存在する複数の衛星をすべて捕捉すると、受信チャンネル数の不足により他の衛星を捕捉することができず、測位精度、測位率の低下を招いていた。
【０００７】
そこで、できるだけ分散して存在する衛星を捕捉するために、受信チャンネル数を多くして対応していたが、これにより、ハードウエアの規模が大きくなるという問題があった。また、それに伴って消費電力も増加するという問題があった。
【０００８】
例えば、欧州で開発中のＧａｌｉｌｅｏ、日本の準天頂衛星など、ＧＰＳ互換システムの併用が可能な衛星測位装置の場合、衛星測位システムで利用可能な衛星が増加するため、従来の衛星測位装置では仰角の高い衛星のみの捕捉しかできず、測位精度が低下するおそれがある。
【０００９】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、ハードウエア規模の増大およびそれに伴う消費電力の増加を軽減することができる衛星測位装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の衛星測位装置は、衛星から受信した信号に基づいて現在位置の測位を行う衛星測位装置であって、前記衛星が送信した信号から測位を行うための情報を得る衛星捕捉を行う捕捉手段と、この捕捉手段によって捕捉している捕捉衛星から受信した信号のＣ／Ｎを算出するＣ／Ｎ算出手段と、本装置において観測可能な可視領域を方位角、仰角に基づいて分割した複数の領域のどの領域に存在するかに基づき、前記捕捉衛星を分類する分類手段と、前記複数の領域の中から、当該領域に存在する前記捕捉衛星の数、前記捕捉衛星の数が同じときは当該領域の仰角、前記捕捉衛星の数および当該領域の仰角が同じときは当該領域に存在する前記捕捉衛星からの信号のＣ／Ｎの最小値、前記捕捉衛星の数および当該領域の仰角および前記Ｃ／Ｎの最小値が同じときは前記複数の領域に予め設定した優先順位、に基づいて、除外対象領域を選択し、この選択した除外対象領域に存在する前記捕捉衛星の中から、送信する信号のＣ／Ｎが最小の前記捕捉衛星を除外対象衛星として選択する除外対象選択手段と、前記除外対象衛星を捕捉対象から除外し、前記複数の領域のうち前記捕捉衛星がない領域に存在する衛星を捕捉するように前記捕捉手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の衛星測位装置は、捕捉している衛星の中から除外対象の衛星を選択して除外し、捕捉している衛星がない領域に存在する衛星を捕捉対象とするので、少ない受信チャンネル数でも、測位精度、測位率を良好に保つように衛星を捕捉することができ、受信チャンネル数を多くすることによるハードウエア規模の増大およびそれに伴う消費電力の増加を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の衛星測位装置を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では、測位に用いる衛星としてＧＰＳ衛星を例にとって説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態に係る衛星測位装置の構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示すように本実施の形態の衛星測位装置は、アンテナ１と、ＧＰＳ衛星が送信したＧＰＳ信号をアンテナ１を介して受信して受信信号を出力する受信部２と、受信信号を逆拡散する逆拡散処理部３ａ，３ｂ，・・・，３ｎと、逆拡散された受信信号のＣ／Ｎを算出するＣ／Ｎ算出部４ａ，４ｂ，・・・，４ｎと、受信信号に含まれる航法データを復調する航法データ復調部５ａ，５ｂ，・・・，５ｎと、航法データ等を記憶する記憶部６と、航法データから衛星測位装置の現在位置を算出する測位算出部７と、捕捉対象のＧＰＳ衛星をグループ分けする分類部８と、装置に設けられた各部を制御する制御部９とを備える。なお、逆拡散処理部３ａ，３ｂ，・・・，３ｎ、Ｃ／Ｎ算出部４ａ，４ｂ，・・・，４ｎ、航法データ復調部５ａ，５ｂ，・・・，５ｎはそれぞれ受信チャンネル数ｎと同じ数だけ設けられおり、ｎ個のＧＰＳ衛星からの信号を同時に処理できる。また、測位算出部７は、航法データに基づいて、２つの精度低下率であるＰＤＯＰ、ＨＤＯＰを算出するＤＯＰ算出部７１を備える。
【００１５】
ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号は、ＧＰＳ衛星を識別するＣ／Ａコードと、ＧＰＳ衛星の軌道情報および時刻情報などの航法データとの合成波からなる擬似雑音符号でスペクトラム拡散されている。
【００１６】
受信部２は、ＧＰＳ衛星が送信したＧＰＳ信号をアンテナ１を介して受信すると、逆拡散処理部３ａ，３ｂ，・・・へ受信信号を出力する。
【００１７】
そして、逆拡散処理部３ａ，３ｂ，・・・はそれぞれ、ＰＮ符号（擬似ランダム符号）を用いて受信信号を逆拡散する。ここで、逆拡散処理に使用されるＰＮ符号は、各ＧＰＳ衛星ごとに決められた値をとり、このＰＮ符号を選択することで、ＧＰＳ信号からデータを取得するＧＰＳ衛星を選択することができる。この受信動作は、ＧＰＳ衛星を探索してそのＧＰＳ衛星からデータを得るという動作から、一般にＧＰＳ衛星の捕捉と称される。なお、各衛星に対応するＰＮ符号は予め記憶部６に記憶されており、捕捉するＧＰＳ衛星は、制御部９からの制御に基づいて選択することができる。
【００１８】
Ｃ／Ｎ算出部４ａ，４ｂ，・・・は、逆拡散された受信信号のＣ／Ｎを算出する。その後、航法データ復調部５ａ，５ｂ，・・・は、受信信号を復調することにより、ＧＰＳ衛星から送信されたアルマナックデータ、エフェメリスデータなどの航法データを得ることができる。
【００１９】
ここで、アルマナックデータは全衛星の概略の軌道情報を含み、エフェメリスデータは衛星自身の軌道情報や時計の補正情報などを含む。得られた航法データは、測位算出部７に出力されるとともに、記憶部６に記憶される。
【００２０】
そして、測位算出部７は、航法データを用いて衛星測位装置の現在位置を算出し、算出結果を記憶部６に出力する。また、測位算出部７は、現在位置の算出において何次元の位置算出を行ったかを示す測位次元情報を制御部９に出力する。
【００２１】
各ＧＰＳ衛星から送信される信号には、アルマナックデータ、エフェメリスデータの他に、その信号の送信時刻が含まれている。この送信時刻と、衛星測位装置がそのＧＰＳ衛星からの送信信号を受信した時刻との時間差に光速度を乗じることで、ＧＰＳ衛星と衛星測位装置との距離（擬似距離）が算出される。そして、この擬似距離を用いて位置座標を未知数とした連立方程式を解くことで、位置を算出することができる。
【００２２】
ここで、３次元の測位を行う場合、経度、緯度、高度と未知数が３つであるから、少なくとも３個のＧＰＳ衛星を捕捉する必要がある。さらに、衛星測位装置の時計（図示せず）は、ＧＰＳ衛星の時計に比べ不正確なため、この時計（時刻）の誤差を消去するために、時計の誤差補正量を未知数として１つ加えた４つの未知数からなる方程式を解く必要がある。したがって、３次元の測位を行う場合には、同時に４個以上のＧＰＳ衛星を捕捉する必要がある。
【００２３】
また、ＤＯＰ算出部７１は、航法データに基づいて、捕捉対象のＧＰＳ衛星の幾何学的配置による精度低下率（ＤＯＰ）を算出する。ここでは、水平および垂直方向の精度低下率を示すＰＤＯＰ、水平方向の精度低下率を示すＨＤＯＰを算出する。そして、算出したＰＤＯＰ、ＨＤＯＰを制御部９に出力する。
【００２４】
ここで、図２に示すフローチャートを参照して、本実施の形態に係る衛星測位装置において、捕捉対象のＧＰＳ衛星の入れ替えを行う手順について説明する。
【００２５】
まず、ステップＳ１０では、制御部９は、測位算出部７からの測位次元情報に基づいて、３次元測位が行われているかどうかを判断する。３次元測位が行われている（ＹＥＳ）場合はステップＳ２０に進み、３次元測位が行われていない（ＮＯ）場合はステップＳ１０に戻る。
【００２６】
次に、ステップＳ２０では、制御部９は、ＰＤＯＰが予め設定された閾値Ｐ０より小さいかどうかを判断する。Ｐ０より小さい（ＹＥＳ）場合はステップＳ３０に進み、Ｐ０より小さくない（ＮＯ）場合はステップＳ１０に戻る。
【００２７】
次に、ステップＳ３０では、制御部９は、ＨＤＯＰが予め設定された閾値Ｈ０より小さいかどうかを判断する。Ｈ０より小さい（ＹＥＳ）場合はステップＳ４０に進み、Ｈ０より小さくない（ＮＯ）場合はステップＳ１０に戻る。
【００２８】
ＰＤＯＰ、ＨＤＯＰは、その値が小さいほど測位精度がよいことを示す。測位精度が悪い場合、後述の処理において、捕捉しているＧＰＳ衛星を捕捉対象から除外すると、測位自体ができなくなるおそれがある。そこで、ある程度以上の精度で測位が行われていることを確認するためにステップＳ２０，Ｓ３０の処理を行う。
【００２９】
その後、ステップＳ４０では、制御部９は、航法データを用いて、捕捉対象になっていない可視衛星を検索して、その数ＳＶ１を算出し、ＳＶ１＞０かどうかを判断する。ＳＶ１＞０である（ＹＥＳ）場合はステップＳ５０に進み、ＳＶ１＞０でない（ＮＯ）場合はステップＳ１０に戻る。
【００３０】
次に、ステップＳ５０では、制御部９は、捕捉対象のＧＰＳ衛星を、その方位角、仰角に基づいてグループ分けするように分類部８を制御する。分類部８は、例えば、仰角を９０〜６０，６０〜３０，３０〜１５，１５〜０ｄｅｇ、方位角を０〜６０，６０〜１２０，１２０〜１８０，１８０〜２４０，２４０〜３００，３００〜３６０ｄｅｇで分割して、本装置において観測可能な可視領域（仰角０〜９０ｄｅｇ、方位角０〜３６０ｄｅｇ）を合計２４のエリアに分割し、航法データを用いて、捕捉対象のＧＰＳ衛星がどのエリアに分類されるかを判定し、その分類結果を制御部９に出力する。
【００３１】
次に、ステップＳ６０では、制御部９は、航法データおよび分類部８からの分類結果に基づいて、捕捉対象になっていない可視衛星で、捕捉対象のＧＰＳ衛星が存在しないエリアに存在する可視衛星を検索して、その数ＳＶ２を算出し、ＳＶ２＞０かどうかを判断する。ＳＶ２＞０である（ＹＥＳ）場合はステップＳ７０に進み、ＳＶ２＞０でない（ＮＯ）場合はステップＳ１０に戻る。
【００３２】
そして、ステップＳ７０では、制御部９は、捕捉対象から除外するＧＰＳ衛星の候補を決定する。以下の２つの手順で候補を決定する。まず第１の手順として、候補となるエリアを選択する。
【００３３】
ここで、エリア選択の優先順位として、１番目は、エリアに含まれる捕捉対象のＧＰＳ衛星の多い順とする。測位に用いるＧＰＳ衛星はできるだけ分散していた方が、測位精度がよくなるので、他のＧＰＳ衛星と近接して存在するＧＰＳ衛星をまず除外候補とするためである。エリア選択の優先順位の２番目は、エリアの仰角の高い順とする。仰角の高いＧＰＳ衛星はもともと捕捉対象になっていることが多いので、測位に用いるＧＰＳ衛星を分散させるためである。
【００３４】
エリア選択の優先順位の３番目は、エリアに含まれる捕捉対象のＧＰＳ衛星からの信号の最小Ｃ／Ｎの小さい順とする。信号の受信強度を示すＣ／Ｎが小さいＧＰＳ衛星を測位に用いると誤差の原因になりやすいからである。そして、エリア選択の優先順位の４番目は、エリアのプライオリティー順とする。エリアのプライオリティーは、仰角、方位によって予め設定しておく。
【００３５】
そして、捕捉対象から除外するＧＰＳ衛星の候補を決定する第２の手順として、上記の第１の手順で選択されたエリアに存在する捕捉対象のＧＰＳ衛星の中で、最もＣ／Ｎが小さいものを除外候補として決定する。
【００３６】
次に、ステップＳ８０では、制御部９は、決定した除外候補のＧＰＳ衛星を捕捉対象から除外した場合のＰＤＯＰ、ＨＤＯＰを算出し、除外しない場合のＰＤＯＰ、ＨＤＯＰからの変化率ＰＲ，ＨＲを算出するようにＤＯＰ算出部７１を制御する。
【００３７】
そして、ステップＳ９０では、制御部９は、ＰＤＯＰの変化率ＰＲが予め設定された閾値ＰＲ０より小さいかどうかを判断する。ＰＲ０より小さい（ＹＥＳ）場合はステップＳ９０に進み、ＰＲ０より小さくない（ＮＯ）場合はステップＳ１０に戻る。
【００３８】
次に、ステップＳ１００では、制御部９は、ＨＤＯＰの変化率ＨＲが予め設定された閾値ＨＲ０より小さいかどうかを判断する。ＨＲ０より小さい（ＹＥＳ）場合はステップＳ１１０に進み、ＨＲ０より小さくない（ＮＯ）場合はステップＳ１０に戻る。
【００３９】
そして、ステップＳ１１０では、制御部９は、除外候補のＧＰＳ衛星を捕捉対象から除外して、ステップＳ６０で検索したＧＰＳ衛星のうち、１つのＧＰＳ衛星を替わりに捕捉対象にするように逆拡散処理部３ａ，３ｂ，・・・を制御する。
【００４０】
ステップＳ６０で複数のＧＰＳ衛星が検索された場合は、まず仰角の高い順に選択し、次に衛星番号順に選択するものとする。その後、ステップＳ１０に戻り、以降の処理を繰り返す。
【００４１】
このように本実施の形態によれば、捕捉対象のＧＰＳ衛星をエリアによって分類し、捕捉しているＧＰＳ衛星の中から除外対象のＧＰＳ衛星を選択して除外し、その替わりに、捕捉しているＧＰＳ衛星がないエリアに存在する可視衛星から選択したＧＰＳ衛星を捕捉対象とするので、チャンネル割り当ての最適化を行うことができ、少ない受信チャンネル数でも、測位精度、測位率を良好に保つようにＧＰＳ衛星を捕捉することができる。これにより、受信チャンネル数を多くすることによるハードウエア規模の増大およびそれに伴う消費電力、価格の増加を軽減することができる。
【００４２】
また、捕捉しているＧＰＳ衛星を捕捉対象から除外して空きチャンネルができたとき、この空きチャンネルをＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System：広域補強システム）などの補完システム用の受信チャンネルとして利用でき、これにより測位精度の向上を図ることができ、このようなＧＰＳ互換システムとのハイブリッド受信機を構築する場合に、受信チャンネル数の増加を抑えることができ、消費電力、価格を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る衛星測位装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す衛星測位装置において、捕捉対象のＧＰＳ衛星の入れ替えを行う手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１    アンテナ
２    受信部
３ａ，３ｂ，・・・，３ｎ    逆拡散処理部
４ａ，４ｂ，・・・，４ｎ    Ｃ／Ｎ算出部
５ａ，５ｂ，・・・，５ｎ    航法データ復調部
６    記憶部
７    測位算出部
８    分類部
９    制御部
【図１】
0004650334.tif 000002
【図２】
0004650334.tif 000003