(57)【要約】  【課題】  測位異常が発生した後に速やかに正常な測位に復帰することのできるＧＰＳ受信機を提供する。  【解決手段】  ＧＰＳ衛星の信号を受信するＧＰＳアンテナ１１と、当該信号を中間周波数に変換する周波数変換部１２と、中間周波数に変換されたＧＰＳ衛星の信号に対して、搬送波への同期制御とコード位相への同期制御とを行う衛星受信制御部１３と、同期を取った信号からデータを抽出してＧＰＳ衛星の軌道データを復調する軌道データ復調部１４と、複数のＧＰＳ衛星に対して、同期を取ったコード位相および復調された軌道データに基いてＧＰＳ受信機の位置を算出する測位演算部１５と、測位演算部１５の測位結果の異常を検出する測位異常検出部１６とを備え、測位異常検出部１６によって測位異常が検出された場合に、衛星受信制御部１３がコード位相走査を行ってコード位相への同期制御をやり直すＧＰＳ受信機。【選択図】  図１
2005345190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳアンテナと、
受信した信号を中間周波数に変換する周波数変換部と、
中間周波数に変換されたＧＰＳ衛星からの信号に対して、搬送波への同期制御とコード位相への同期制御とを行う衛星受信制御部と、
同期を取った信号からデータを抽出してＧＰＳ衛星の軌道データを復調する軌道データ復調部と、
複数のＧＰＳ衛星に対して、同期を取ったコード位相および復調された軌道データに基いてＧＰＳ受信機の位置を算出する測位演算部と、
前記測位演算部による測位結果の異常を検出する測位異常検出部とを備え、
前記測位異常検出部によって測位異常が検出された場合に、前記衛星受信制御部がコード位相走査を行ってコード位相への同期制御をやり直すことを特徴とするＧＰＳ受信機。
【請求項２】
異常衛星を検出する異常検出部を設け、検出された異常衛星に対してのみコード位相への同期制御をやり直すことを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信して測位を行うＧＰＳ受信機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧＰＳ受信機として、図４に示すようなものがあり、このＧＰＳ受信機４０は、ＧＰＳアンテナ４１と、周波数変換部４２と、ドップラー周波数・擬似距離測定部４３と、軌道データ復調部４４と、測位演算部４５と、受信制御演算部４６と、速度異常検出部４７とを備えている（特許文献１参照）。
【０００３】
次に、ＧＰＳ受信機４０の動作を図４を参照しながら具体的に説明する。
【０００４】
まず、ＧＰＳ衛星からの信号がＧＰＳアンテナ４１によって受信され、受信された信号が周波数変換部４２によって中間周波数へ周波数変換される。中間周波数へ周波数変換された信号がドップラー周波数・擬似距離測定部４３および軌道データ復調部４４のそれぞれに入力される。そして、中間周波数へ周波数変換された信号および受信制御演算部４６からの出力に基いて、ＧＰＳ受信機の移動およびＧＰＳ衛星の移動によって生じるドップラー周波数と、ＧＰＳ受信機およびＧＰＳ衛星の間の擬似距離とがドップラー周波数・擬似距離測定部４３によって測定され、一方、中間周波数へ周波数変換された信号および受信制御演算部４６からの出力に基いて、軌道データ復調部４４によって軌道データの復調処理を行う。
【０００５】
ドップラー周波数・擬似距離測定部４３によって測定されたドップラー周波数および擬似距離と、軌道データ復調部４４によって復調された軌道データとを用いてＧＰＳ受信機の位置および移動速度が測位演算部４５によって算出される。そして、測位演算部４５で算出されたＧＰＳ受信機の位置及び移動速度が速度異常検出部４７に入力され、移動速度が予め定められた所定の範囲内か否かが速度異常検出部４７によって検出される。
【０００６】
速度異常検出部４７によって移動速度が所定の範囲内にあると検出された場合には、測位演算部４５によって算出されたＧＰＳ受信機の位置および移動速度が速度異常検出部４７によって外部に出力される。一方、速度異常検出部４７によって移動速度が所定の範囲内にないと検出された場合には、測位演算部４５によって算出されたＧＰＳ受信機の位置および移動速度が速度異常検出部４７によって外部に出力されず、受信制御演算部４６へ速度異常信号が速度異常検出部４７によって出力される。速度異常検出部４７によって出力された速度異常信号を受け取ると、ドップラー周波数・擬似距離測定部４３および軌道データ復調部４４を停止させるリセット信号が受信制御演算部４６によってドップラー周波数・擬似距離測定部４３および軌道データ復調部４４に所定期間出力される。受信制御演算部４６によって出力されたリセット信号を受けて、ドップラー周波数・擬似距離測定部４３および軌道データ復調部４４が所定期間停止される。
【０００７】
そして、所定期間経過後に、ドップラー周波数・擬似距離測定部４３および軌道データ復調部４４の動作が再開され、ドップラー周波数・擬似距離測定部４３によってドップラー周波数および擬似距離の測定がされ、かつ、軌道データ復調部４４によって軌道データの復調・再収集がされると、ドップラー周波数・擬似距離測定部４３で測定したドップラー周波数および擬似距離と、軌道データ復調部４４で復調した軌道データとを用いて、再度ＧＰＳ受信機の位置および移動速度が測位演算部４５によって算出される。
【０００８】
このように、従来のＧＰＳ受信機４０は、測位結果の異常を検出し、所定期間後に再起動することによって、正常な測位に復帰することができる。
【特許文献１】特開平８−９４７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のＧＰＳ受信機においては、測位異常が発生した場合、所定期間が経過するまで動作が停止してしまうばかりか、再起動されたとしても軌道データがリセットされてしまうため、軌道データを再収集するまで正常な測位に復帰することができない。さらに、この軌道データを再収集するためには、ＧＰＳ衛星から軌道データを含む航法メッセージをＧＰＳ衛星から再度受信する必要があり、ＧＰＳ衛星から送信された航法メッセージから軌道データだけを取得するのに約３０秒かかる。このため、従来のＧＰＳ受信機においては、正常な測位に復帰するまでの時間が遅いという問題があった。
【００１０】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、測位異常が発生した後に速やかに正常な測位に復帰するＧＰＳ受信機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】
【００１１】
本発明のＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳアンテナと、受信した信号を中間周波数に変換する周波数変換部と、中間周波数に変換されたＧＰＳ衛星からの信号に対して、搬送波への同期制御とコード位相への同期制御とを行う衛星受信制御部と、同期を取った信号からデータを抽出してＧＰＳ衛星の軌道データを復調する軌道データ復調部と、複数のＧＰＳ衛星に対して、同期を取ったコード位相および復調された軌道データに基いてＧＰＳ受信機の位置を算出する測位演算部と、前記測位演算部による測位結果の異常を検出する測位異常検出部とを備え、前記測位異常検出部によって測位異常が検出された場合に、前記衛星受信制御部がコード位相走査を行ってコード位相への同期制御をやり直すよう構成している。
【００１２】
この構成により、測位異常が発生した場合であっても、測位異常を検出してコード位相への同期制御をやり直すことによって、各ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との距離を正しく測定し直すことができる。したがって、速やかに正常な測位に復帰することができる。
【００１３】
また、本発明のＧＰＳ受信機は、異常衛星を検出する異常検出部を設け、検出された異常衛星に対してのみコード位相への同期制御をやり直すよう構成している。
【００１４】
この構成により、測位異常が発生した場合であっても、異常衛星を検出して異常衛星に対してのみコード位相への同期制御をやり直すことができ、更に早く正常な測位に復帰することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、測位異常検出部で測位異常を検出した場合に、衛星受信制御部が再度コードの位相走査を行ってコード位相への同期制御をやり直すことにより、ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との距離を正しく測定し直すことができ、軌道データを再収集せずに、測位計算が行えるので、速やかに正常な測位に復帰することができるという効果を有するＧＰＳ受信機を提供するものである。
【００１６】
また、本発明は、異常衛星検出部を設けることにより、異常衛星を特定することができるようにしたものであり、測位演算部が異常衛星を使わずに測位をし続けることができるので、更に早く正常な測位に復帰することができるという効果を有するＧＰＳ受信機を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態のＧＰＳ受信機を図１に示す。
【００１９】
図１において、本発明の第１の実施の形態のＧＰＳ受信機１０は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳアンテナ１１と、ＧＰＳアンテナ１１によって受信した信号を中間周波数に変換する周波数変換部１２と、周波数変換部１２によって中間周波数に変換されたＧＰＳ衛星からの信号に対して、搬送波への同期制御とコード位相への同期制御とを行う衛星受信制御部１３と、衛星受信制御部１３によって同期を取った信号からデータを抽出してＧＰＳ衛星の軌道データを復調する軌道データ復調部１４と、複数のＧＰＳ衛星に対して、衛星受信制御部１３によって同期を取ったコード位相および軌道データ復調部１４によって復調された軌道データに基いてＧＰＳ受信機の位置を算出する測位演算部１５と、測位演算部１５による測位結果の異常を検出する測位異常検出部１６とを備えている。
【００２０】
衛星受信制御部１３は、測位異常検出部１６によって測位異常が検出された場合に、コード位相走査を行ってコード位相への同期制御をやり直すようになっている。
【００２１】
測位演算部１５は、測位異常検出部１６によって測位異常が検出された場合に、衛星受信制御部１３によってコード位相への同期制御をやり直され、同期が取られたコード位相から各ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機の距離を再度算出するようになっている。また、測位演算部１５は、既に軌道データ復調部１４によって復調された各ＧＰＳ衛星の最新の軌道データを保持するようになっており、測位異常検出部１６によって測位異常が検出された場合に、最新の軌道データに基いて各ＧＰＳ衛星の位置を再度算出するようになっている。このように、各ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機の距離の算出結果および各ＧＰＳ衛星の位置の算出結果に基いてＧＰＳ受信機の位置を再度算出するようになっている。
【００２２】
以上のように構成されたＧＰＳ受信機について、図１を用いてその動作を説明する。
【００２３】
ＧＰＳアンテナ１１は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信して周波数変換部１２へ受信した信号を送る。周波数変換部１２は、受信した信号を中間周波数へ周波数変換し、中間周波数へ周波数変換された信号を衛星受信制御部１３へ送る。衛星受信制御部１３では、中間周波数に変換されたＧＰＳ衛星からの信号に対して、周波数およびコード位相の走査を行って信号を検出し、信号が検出できると、搬送波への同期とコード位相への同期を保つための同期制御を行う。
【００２４】
ＧＰＳ衛星から送出される信号は、５０ｂｐｓの航法メッセージと呼ばれるデータに対して、１０２３ＭｂｐｓのＰＲＮコード（擬似雑音符号）で変調したものを１５７５．４２ＭＨｚの搬送波に載せて送信される。ここで、航法メッセージには、ＧＰＳ衛星の軌道データ等が含まれる。また、ＰＲＮコードは、各衛星固有の符号であり、同じ符号を同じ位相で掛け合わせたときにその積分値が最大振幅となり、同じ符号でも１ビット以上位相が異なるものを掛け合わせたときや、異なる符号を掛け合わせたときには、その積分値がほとんど０になるという性質がある。この性質を利用して、ＧＰＳ受信機は、受信したいＧＰＳ衛星固有のＰＲＮコードを生成して受信した信号に掛け合わせ、コード位相の同期を取ることで、そのＧＰＳ衛星の航法メッセージを受信するとともに、同期を取ったコードの位相からそのＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との距離を測定する。
【００２５】
衛星受信制御部１３で搬送波とコード位相への同期を取った信号は、軌道データ復調部１４へ送られる。軌道データ復調部１４では、２０ｍｓ単位のデータを抽出して特定の先頭パターンを検出し、パリティチェックを行って軌道データを復調する。
【００２６】
衛星受信制御部１３および軌道データ復調部１４では、例えば８衛星分など複数のＧＰＳ衛星に対して並列に上述したような処理を行う。
【００２７】
測位演算部１５は、複数のＧＰＳ衛星について、衛星受信制御部１３で同期を取ったコードの位相を受取って、各ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との距離を測定するとともに、軌道データ復調部１４から各ＧＰＳ衛星の軌道データを受取って、各ＧＰＳ衛星の位置を算出する。なお、４衛星以上について、ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との距離およびＧＰＳ衛星の位置が算出されると、連立方程式を立ててＧＰＳ受信機の３次元の位置（緯度、経度、高度）を算出する。
【００２８】
測位演算部１５で算出したＧＰＳ受信機の位置は、測位異常検出部１６へ送られ、測位結果が異常か否かがチェックされる。測位結果の異常判定方法としては、緯度、経度、高度の絶対値が想定使用地域内であるか否かでの判定や、緯度、経度の変化量または高度の変化量が例えば自動車など想定した移動体の最大速度を超えているか否かでの判定や、車速パルスなど外部センサからの移動体の速度情報とＧＰＳ受信機の測位結果の緯度、経度の変化量から求められる移動速度との差が一定値以内であるか否かでの判定などが考えられるが、いずれの方法またはその組合せでもよい。また、測位異常検出部１６で測位結果が正常と判定されれば、測位演算部１５で算出されたＧＰＳ受信機の位置は、外部へ出力されるが、異常と判定された場合は、測位演算部１５で算出されたＧＰＳ受信機の位置は外部へ出力せず、衛星受信制御部１３に測位異常が発生したことを伝える。
【００２９】
衛星受信制御部１３は、測位異常が発生すると並列に処理している複数の全てのＧＰＳ衛星に対するコードの位相同期処理を停止し、再度コードの位相走査を行う。衛星受信制御部１３は、コード位相の走査を行って信号が検出されると、搬送波への同期とコード位相への同期を保つための同期制御を行う。この同期を取ったコード位相から各ＧＰＳ衛星とＧＰＳ衛星との距離が測位演算部１５によって再度算出される一方、測位演算部１５に既に保持されている最新の軌道データに基いて各ＧＰＳ衛星の位置が測位演算部１５によって再度算出されて、再び測位演算部１５においてＧＰＳ受信機の位置を算出することができる。
【００３０】
図３は、ＧＰＳシステムにおけるコード位相差と信号振幅の関係を示すグラフである。図３を用いて、ＧＰＳ受信機における信号の検出と、測位異常となる原因および正常測位に復帰する動作について説明する。
【００３１】
図３において、横軸は、各ＧＰＳ衛星固有のＰＲＮコードについて、同じ符号を掛け合わせたときのコード位相差であり、縦軸は、掛け合わせた結果を一定期間積分することによって求められる信号振幅である。ＰＲＮコードの性質から、コード位相差＝０で信号振幅が最大となり、１ビット以上位相差がある場合には信号振幅は０に近い値になる。但し、実際には理想的な特性は得られず、１ビット以上位相差がある場合でも、最大振幅を＋１０２３とすると＋６３や−６５というピークが発生する。ＰＲＮコードは１０２３ビット長の符号のため、最大信号振幅は、１０２３ビット毎に繰り返される。
【００３２】
衛星受信制御部１３は、ＧＰＳ衛星から受信した信号に対して、受信したいＧＰＳ衛星のＰＲＮコードを生成してコード位相を少しずつずらしながら掛け合わせ、信号振幅が信号検出閾値を超えたことで信号の検出をし、信号が検出されると、コード位相への同期を保つための同期制御を行うが、信号検出時に誤ったピークを検出して同期を保持してしまうとコード位相が正しくないために、ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との算出距離が大きく誤ることになる（１ビット＝１／１０２３ｍｓなので、１ビット当り約２９３ｍ距離がずれる）。その結果、測位計算結果が正しいＧＰＳ受信機の位置から大幅に離れた位置を算出してしまう測位異常という現象になる。
【００３３】
信号検出閾値を誤ったピークよりも充分高くしておけば、誤ったピークを検出することはないが、図３はＰＲＮコードの位相差と信号振幅の関係を示したものであり、実際の信号は、各ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との距離や伝搬経路、ＧＰＳアンテナの特性などによって、信号振幅の絶対値は変動するので、ある程度微弱な信号も検出できるように信号検出閾値を設定すると、強力な信号については更にノイズが載ることで誤ったピークを検出してしまう可能性がある。但し、ノイズが載って一時的に信号振幅が大きくなった場合は、再度コードの位相走査を行えば、正しいピークを検出することができる。
【００３４】
従って、測位異常が検出された場合に、衛星受信制御部１３が再度コードの位相走査を行って、コード位相への同期を取り直すことで、測位演算部１５は、各ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との距離を再度算出することができる。さらに、測位演算部１５は、既に保持されている最新の軌道データに基いて各ＧＰＳ衛星の位置を再度算出すことができる。このように、測位演算部１５は、各ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との距離の算出結果および各ＧＰＳ衛星の位置の算出結果に基いてＧＰＳ受信機の位置を再度算出できる。
【００３５】
このような本発明の第１の実施の形態のＧＰＳ受信機によれば、ＧＰＳアンテナ１１と、周波数変換部１２と、衛星受信制御部１３と、軌道データ復調部１４と、測位演算部１５と、測位異常検出部１６とを備えた構成を有し、測位異常検出部１６で測位異常を検出した場合に、衛星受信制御部１３が再度コードの位相走査を行ってコード位相への同期制御をやり直すことにより、ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との距離を正しく測定し直すことができる。一方、測位演算部１５に既に保持されている最新の軌道データに基いて各ＧＰＳ衛星の位置を正しく測定し直すことができる。したがって、ＧＰＳ受信機の位置を測定でき、正常な測位に復帰することができる。
【００３６】
この場合、軌道データを再収集する必要はなく、コードの位相走査を行ってコード位相への同期制御を行い、測位計算を行うまでの時間は、通常は３秒程度以内に行えるので、速やかに正常な測位に復帰することができる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態のＧＰＳ受信機の構成を図２に示す。
【００３８】
第２の実施の形態のＧＰＳ受信機２０は、図２に示すように、本発明の第１の実施の形態のＧＰＳ受信機１０の構成に異常衛星検出部２７を設けた構成である。
【００３９】
以上のように構成されたＧＰＳ受信機の動作について、本発明の第１の実施の形態と異なる部分を主に説明する。
【００４０】
測位異常検出部２６は、測位結果を異常と判定した場合、測位演算部２５で算出されたＧＰＳ受信機の位置は外部へ出力せず、異常衛星検出部２７へ測位異常が発生したことを伝える。
【００４１】
異常衛星検出部２７では、測位演算部２５から測位に必要な情報を受取り、測位に使用するＧＰＳ衛星の組合せを変えながらＧＰＳ受信機の位置を算出する。あるＧＰＳ衛星の距離の測定結果が異常の場合、そのＧＰＳ衛星を含んだ組合せでは、ＧＰＳ受信機の位置がそのＧＰＳ衛星を含まない組合せのときとは大きく離れた位置を算出する。また、そのＧＰＳ衛星を含んだ組合せにおいても、その他の正常なＧＰＳ衛星の組合せが変わると、位置のずれ方が変わる。そのため、このように測位に使用するＧＰＳ衛星の組合せを変えながらＧＰＳ受信機の位置を算出し、ＧＰＳ衛星の組合せ毎に測位位置を比較することによって、異常衛星を特定することができる。
【００４２】
異常衛星検出部２７は、異常衛星を特定すると、測位演算部２５と衛星受信制御部２３に異常衛星の衛星番号を伝える。衛星受信制御部２３では、異常衛星に対してのみ再度コードの位相走査を行ってコード位相への同期制御をやり直す。一方、他のＧＰＳ衛星については、第１の実施の形態のＧＰＳ受信機と異なり同期を保持し、各ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機２０との距離を測定し続けているので、４衛星以上受信できていれば、測位演算部２５は異常衛星を除いたＧＰＳ衛星の組合せで測位をし続けることができる。
【００４３】
以上のように本発明の第２の実施の形態のＧＰＳ受信機２０によれば、異常衛星検出部２７を設けることにより、異常衛星を特定することができ、測位演算部２５が異常衛星を使わずに測位をし続けることができるので、更に早く正常な測位に復帰することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明にかかるＧＰＳ受信機は、測位異常検出部で測位異常を検出した場合に、衛星受信制御部が再度コードの位相走査を行ってコード位相への同期制御をやり直すことにより、ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との距離を正しく測定し直すことができ、軌道データを再収集せずに、測位計算が行えるので、速やかに正常な測位に復帰することができるという効果を有し、ＧＰＳ衛星からの信号を受信して測位を行うＧＰＳ受信機等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるＧＰＳ受信機のブロック図
【図２】本発明の第２の実施の形態におけるＧＰＳ受信機のブロック図
【図３】ＧＰＳシステムにおけるコード位相差と信号振幅の関係を示すグラフ
【図４】従来のＧＰＳ受信機のブロック図
【符号の説明】
【００４６】
１０  ＧＰＳ受信機
１１  ＧＰＳアンテナ
１２  周波数変換部
１３  衛星受信制御部
１４  軌道データ復調部
１５  測位演算部
１６  測位異常検出部
２０  ＧＰＳ受信機
２１  ＧＰＳアンテナ
２２  周波数変換部
２３  衛星受信制御部
２４  軌道データ復調部
２５  測位演算部
２６  測位異常検出部
２７  異常衛星検出部
４０  ＧＰＳ受信機
４１  ＧＰＳアンテナ
４２  周波数変換部
４３  ドップラー周波数・擬似距離測定部
４４  軌道データ復調部
４５  測位演算部
４６  受信制御演算部
４７  速度異常検出部
【図１】
2005345190.tif 000003
【図２】
2005345190.tif 000004
【図３】
2005345190.tif 000005
【図４】
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