(57)【要約】ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）衛星をシミュレートするシステムにおいて、ＧＰＳ衛星からの航法データをリアルタイムに取得し、ＧＰＳ衛星からの出力信号に合わせて時刻同期を行いながら、航法データからシミュレーション信号を生成し、その信号を評価対象のＧＰＳ受信機に向けて出力する。
2005008277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星をシミュレートするシミュレーションシステムであって、
前記ＧＰＳ衛星からの航法データをリアルタイムに取得する航法データ取得部と、
前記ＧＰＳ衛星からの出力信号に合わせて時刻同期を行いながら、前記航法データから該ＧＰＳ衛星をシミュレートするシミュレーション信号を生成して出力するシミュレータ部と
を備えることを特徴とするシミュレーションシステム。
【請求項２】
前記ＧＰＳ衛星からの出力信号として、該ＧＰＳ衛星が生成した同期信号と１ＰＰＳ信号を抽出し、該同期信号をクロック信号として前記シミュレータ部に出力するクロック生成部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のシミュレーションシステム。
【請求項３】
前記ＧＰＳ衛星からの時刻情報を取得する時刻取得部と、該時刻情報および前記１ＰＰＳ信号を元に同期トリガ信号を生成する時刻同期部をさらに備え、前記シミュレータ部は、該同期トリガ信号により前記クロック信号に同期した動作を開始することを特徴とする請求項２記載のシミュレーションシステム。
【請求項４】
前記時刻同期部は、前記時刻情報があらかじめセットされた動作開始時刻に一致したとき、前記１ＰＰＳ信号に同期して前記同期トリガ信号を出力することを特徴とする請求項３記載のシミュレーションシステム。
【請求項５】
ＧＰＳ衛星をシミュレートするシミュレーション方法であって、
前記ＧＰＳ衛星からの航法データをリアルタイムに取得し、
前記ＧＰＳ衛星からの出力信号に合わせて時刻同期を行いながら、前記航法データから該ＧＰＳ衛星をシミュレートするシミュレーション信号を生成し、
前記シミュレーション信号をＧＰＳ受信機に向けて出力する
ことを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項６】
前記ＧＰＳ衛星からの出力信号として、該ＧＰＳ衛星が生成した同期信号を抽出し、該同期信号をシミュレーション用のクロック信号として用いることを特徴とする請求項５記載のシミュレーション方法。
【請求項７】
前記ＧＰＳ衛星からの出力信号として、該ＧＰＳ衛星が生成した１ＰＰＳ信号をさらに抽出し、
前記ＧＰＳ衛星からの時刻情報を取得し、
前記時刻情報および前記１ＰＰＳ信号を元に同期トリガ信号を生成し、
前記同期トリガ信号により前記クロック信号に同期した動作を開始して、前記シミュレーション信号を生成することを特徴とする請求項６記載のシミュレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）で用いられる人工衛星（ＧＰＳ衛星）をシミュレートするシミュレーションシステムおよびその方法に関する。
【背景技術】  従来のＧＰＳシミュレータは、外部よりＧＰＳ航法データの供給を受けることで、ＧＰＳ衛星をシミュレートしている。ＧＰＳ航法データは、主にＮＡＳＡ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｓｐａｃｅ  Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ）等よりインターネットを通じて入手することができる。
この航法データは、主にアルマナックデータとエフェメリスデータに分けられる。アルマナックデータは、すべてのＧＰＳ衛星のおおよその位置が分かるパラメータを記述しており、約２週間使用することができる。この時間制限は、ＧＰＳ衛星の軌道が時間とともにずれていくことによる制限であり、データの有効期間に対応する。
一方、エフェメリスデータは、それぞれの衛星軌道情報の詳細なパラメータを記述したデータであり、ＧＰＳモジュール（ＧＰＳ受信機）等が各衛星の位置を算出する際に用いられる。エフェメリスデータの制限時間は、約２時間である。
ＧＰＳシミュレータの一般的な使い方としては、主にアルマナックデータの情報からシミュレータが自ら航法データを合成して、ＧＰＳ電波（以下では、ＧＰＳ波と記す）をシミュレートする方法がとられている。エフェメリスデータを使ってシミュレータを動作させることも可能である。
このようなＧＰＳシミュレータを用いて、ＧＰＳモジュールを評価する際には、シミュレータとＧＰＳモジュールが接続され、ＧＰＳモジュールはシミュレータにて合成された航法データを受信して、現在位置を算出する。シミュレータにはあらかじめ測位点の位置情報が入力されており、ＧＰＳモジュールから出力された測位点の情報とシミュレータに入力された測位点の情報を比較することによって、ＧＰＳモジュールの性能を評価することができる。
シミュレータは、測位点の位置比較のためのパラメータ以外にも、測位点の移動運動、放射電波の強度、マルチパス等の多くのパラメータをシミュレートすることができる。
最近では、携帯電話にＧＰＳモジュールを搭載するものが数多く出てきている。このようなＧＰＳモジュールの多くは、本来ＧＰＳ波によって受信すべき航法データを、携帯電話の通信回線を介して他の情報源から取得することで、測位時間の短縮を図っている（例えば、特許文献１参照）。また、携帯電話が交信している基地局の位置情報から携帯電話のおおまかな位置を把握し、補足すべきＧＰＳ衛星の情報を通信回線を介して携帯電話に搭載されたＧＰＳモジュールに通知するシステムもある。このシステムも測位時間の短縮に貢献している。
このような測位方法は、一般にネットワークアシストＧＰＳ方式と呼ばれる。この方式では、携帯電話に搭載されているＧＰＳモジュールとネットワーク側にあるアシストサーバが、同期を取りながら測位を行う。当然のことながら、アシストサーバにもＧＰＳモジュールが実装されており、衛星からＧＰＳ情報を常に取得している。したがって、携帯電話のＧＰＳモジュールは、アシストサーバからネットワークを介して航法データ等を取得することができる。
また、ＧＰＳシミュレータ内のＧＰＳ信号発生器により生成される信号を使って、その信号と他のユニットの信号の同期を取る方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、ＧＰＳ衛星からの信号には、１ＰＰＳ（Ｐｕｌｓｅ  Ｐｅｒ  Ｓｅｃｏｎｄ）信号と呼ばれる１秒毎のパルス信号が含まれている。この信号は、ＧＰＳ衛星の原子時計を使用して生成されるため、非常に高精度である。このような１ＰＰＳ信号を用いた時刻同期装置において、時刻の違う２つの時計からそれぞれ１ＰＰＳ信号を作り出し、それらの１ＰＰＳ信号を比較器により評価してその差分をフィードバックすることで、精密時刻を提供する方法も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】  日本特許出願  特開２００２−２２８７３９号公報
【特許文献２】  日本特許出願  特開平１１−３０４９００号公報
【特許文献３】  日本特許出願  特開平０７−２８７０８３号公報
【発明の開示】
従来のＧＰＳシミュレータを用いたＧＰＳモジュールの評価システムでは、シミュレータから放射されるＧＰＳ波を受けて動作する携帯電話側のＧＰＳモジュールと、実際に運用される衛星からのＧＰＳ波を受信しているサーバ側との同期が取れないと、正確な測位は不可能である。しかしながら、従来のネットワークアシストＧＰＳ方式では、携帯電話側のＧＰＳモジュールとアシストサーバを正確に同期させる方法が提供されていない。
本発明の課題は、ネットワークアシストＧＰＳ方式のＧＰＳモジュールを評価する際に、評価対象のＧＰＳモジュールをアシストサーバと正確に同期させることが可能なＧＰＳ衛星シミュレーションシステムおよびその方法を提供することである。
本発明のシミュレーションシステムは、航法データ取得部とシミュレータ部を備え、ＧＰＳ衛星をシミュレートする。航法データ取得部は、ＧＰＳ衛星からの航法データをリアルタイムに取得する。シミュレータ部は、ＧＰＳ衛星からの出力信号に合わせて時刻同期を行いながら、航法データからＧＰＳ衛星をシミュレートするシミュレーション信号を生成して出力する。
このようなシステムによれば、ＧＰＳ衛星の出力信号に同期して、そのＧＰＳ衛星からリアルタイムに取得した航法データをシミュレーション信号として出力することができる。これにより、実際に運用される衛星と正確に同期したシミュレーション信号が得られる。
このシミュレーション信号を評価対象のＧＰＳモジュールに供給すれば、評価対象のＧＰＳモジュールをアシストサーバと正確に同期させることが可能となる。したがって、評価システムにおいても、実際の運用時により近い状態でＧＰＳモジュールを動作させることができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、同期システムの構成図である。
図２は、ＧＰＳモジュールの構成図である。
図３は、時刻同期ボードの構成図である。
図４は、ＧＰＳシミュレータの構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本実施形態では、評価対象のＧＰＳモジュールとアシストサーバの同期を取るために、次の３点を考慮するＧＰＳシミュレータが用いられる。
（１）ＧＰＳ衛星からの航法データ
（２）ＧＰＳ衛星からのクロック信号
（３）ＧＰＳ衛星からの時刻情報
これらの３つの情報を実衛星からリアルタイムで取得してＧＰＳシミュレータに入力することで、シミュレータは、常にその場所におけるＧＰＳ衛星をシミュレートすることができ、シミュレータを実衛星と同期させることができる。したがって、シミュレータからのＧＰＳ波を受けて動作するＧＰＳモジュールと、実衛星からのＧＰＳ波を受信するサーバの同期を取ることが可能となる。
図１は、このような同期システムの構成図である。図１の同期システムは、ＧＰＳアンテナ、スプリッタ１０２、１０５、統合環境１０３、ＧＰＳシミュレータ１０４、ＤＣ（直流）ブロック１０６、１０７、ＧＰＳ評価システム１０８、１０９、およびＧＰＳ衛星１１０からなる。
統合環境１０３は、航法データ取得モジュール１２１、クロック生成モジュール１２２、時刻取得モジュール１２３、コンピュータ１２４、および時刻同期ボード１２５を含む。コンピュータ１２４とＧＰＳシミュレータ１０４はＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）により接続されており、両者の間ではＦＴＰ（Ｆｉｌｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）によりデータを転送することができる。
アシストＧＰＳ評価システム１０８は、携帯電話１３１、無線ネットワーク１３２、およびアシストサーバ１３３を含み、ローカルＧＰＳ評価システム１０９は、ＧＰＳモジュール１４１、１４２、およびコンピュータ１４３を含む。スプリッタ１０５から携帯電話１３１までの配線と、スプリッタ１０５からＧＰＳモジュール１４１までの配線には、同じケーブルおよびコネクタ／アダプタが使用される。
図１の同期システムは、以下のように動作する。
（１）運用中のＧＰＳ衛星１１０からＧＰＳアンテナ１０１により受信したＧＰＳ波は、スプリッタ１０２により航法データ取得モジュール１２１、クロック生成モジュール１２２、および時刻取得モジュール１２３に分配される。
（２）航法データ取得モジュール１２１は、ＧＰＳ波からＧＰＳ衛星１１０の航法データ（エフェメリスデータを含む）を抽出してコンピュータ１２４に転送する。コンピュータ１２４は、航法データをＧＰＳシミュレータ１０４が使用するシミュレーション用データに変換して、ＧＰＳシミュレータ１０４に転送する。航法データは、例えば、３０分毎に航法データ取得モジュール１２１により取得され、ＧＰＳシミュレータ１０４に転送される。
（３）クロック生成モジュール１２２は、ＧＰＳ波からＧＰＳ衛星１１０が生成した１０ＭＨｚの同期信号と１ＰＰＳ信号を抽出し、１０ＭＨｚの同期信号をクロック信号としてＧＰＳシミュレータ１０４に供給しながら、１ＰＰＳ信号を時刻同期ボード１２５に供給する。
（４）時刻取得モジュール１２３は、ＧＰＳ波からＧＰＳ衛星１１０の時刻情報を検出し、その情報を時刻同期ボード１２５に供給する。
（５）オペレータは、あらかじめ時刻同期ボード１２５およびＧＰＳシミュレータ１０４に動作開始時刻をセットし、ＧＰＳシミュレータ１０４の外部航法データ使用および外部同期起動のオプションを有効にセットする。
（６）時刻同期ボード１２５は、セットされた動作開始時刻と時刻取得モジュール１２３からの時刻情報からトリガ信号を生成し、その信号をクロック生成モジュール１２２からの１ＰＰＳ信号に合わせて、同期トリガ信号としてＧＰＳシミュレータ１０４に出力する。
（７）時刻同期ボード１２５から出力される同期トリガ信号により、ＧＰＳ衛星１１０とＧＰＳシミュレータ１０４の時刻同期が実現される。その後、ＧＰＳシミュレータ１０４は、クロック生成モジュール１２２からの１０ＭＨｚのクロック信号を外部同期信号として用いて同期動作を続ける。これにより、ＧＰＳ衛星１１０と正確に同期したシミュレーション信号が、ＧＰＳシミュレータ１０４から出力される。
（８）ＧＰＳシミュレータ１０４から出力されたシミュレーション信号は、スプリッタ１０５によりＧＰＳ評価システム１０８および１０９に分配される。携帯電話１３１に搭載されたＧＰＳモジュールおよびＧＰＳモジュール１４１からのアンテナ用ＤＣ出力（ＤＣ成分）は、それぞれＤＣブロック１０６および１０７によりカットされ、スプリッタ１０５には到達しない。
（９）ＧＰＳ評価システム１０８では、アシストサーバ１３３が、ＧＰＳ衛星１１０からＧＰＳ波を受信して、携帯電話１３１による測位をアシストする情報を生成する。携帯電話１３１は、ＧＰＳ波の代わりにＧＰＳシミュレータ１０４からのシミュレーション信号を用い、アシストサーバ１３３から無線ネットワーク１３２を介して必要な情報を取得しながら測位を行う。
（１０）ＧＰＳ評価システム１０９では、ＧＰＳモジュール１４２が、スプリッタ１０２を介してＧＰＳ波を取得し、ＧＰＳモジュール１４１による測位をアシストする情報を生成する。ＧＰＳモジュール１４１は、コンピュータ１４３により制御され、ＧＰＳ波の代わりにＧＰＳシミュレータ１０４からのシミュレーション信号を用い、ＧＰＳモジュール１４２から必要な情報を取得しながら測位を行う。
図１のＧＰＳモジュール１４１、１４２、および携帯電話１３１に搭載されたＧＰＳモジュールは、例えば、図２に示すような構成を有する。図１の航法データ取得モジュール１２１、クロック生成モジュール１２２、および時刻取得モジュール１２３も、同様の構成で実現することができる。
図２のＧＰＳモジュールは、無線周波数ダウンコンバータ（ＲＦＤＣ）部２０１、ベースバンド（ＢＢ）部２０２、および処理部２０３からなる。ＲＦＤＣ部２０１は、入力信号を中間周波数（ＩＦ）帯の信号に変換してベースバンド部２０２に出力する。ベースバンド部２０２は、相関器を含み、入力信号から航法データ等の必要な情報を抽出して処理部２０３に転送する。
処理部２０３は、ＣＰＵ（中央処理装置）およびメモリを含み、受け取った情報を用いて測位のための演算を行い、演算結果を出力する。また、処理部２０３は、ベースバンド部２０２から受け取った情報の一部を選択的に出力することもできる。
図３は、図１の時刻同期ボード１２５の構成図である。図３の時刻同期ボードは、処理部３０１および同期回路３０２からなる。処理部３０１は、ＣＰＵおよびメモリを含み、オペレータによりセットされた動作開始時刻と時刻取得モジュール１２３から入力される時刻情報とが一致すると、トリガ信号を生成して同期回路３０２に出力する。
同期回路３０２は、ＡＮＤ回路を含み、処理部３０１から入力されるトリガ信号とクロック生成モジュール１２２から入力される１ＰＰＳ信号の論理積を、同期トリガ信号として出力する。したがって、この同期トリガ信号の立ち上がりは、１ＰＰＳ信号のパルスの立ち上がりに一致することになる。
図４は、図１のＧＰＳシミュレータ１０４の構成図である。図４のＧＰＳシミュレータは、コンピュータ４０１およびシグナルジェネレータ４０２からなる。
コンピュータ４０１は、時刻同期ボード１２５からの同期トリガ信号とクロック生成モジュール１２２からのクロック信号を用いて、シグナルジェネレータ４０２の動作を制御する。まず、同期トリガ信号により制御を開始し、コンピュータ１２４からのシミュレーション用データから出力情報を生成してシグナルジェネレータ４０２に出力する。稼動後は１０ＭＨｚのクロック信号に同期して制御を継続する。
シグナルジェネレータ４０２は、衛星毎に異なる複数のチャネルの信号を生成する機能を有し、入力された出力情報から、ＧＰＳ衛星１１０をシミュレートするＲＦ帯のシミュレーション信号を生成する。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、ネットワークアシストＧＰＳ方式のＧＰＳモジュールとその他のＧＰＳモジュールとを、同じＧＰＳ波を使って正確に相対比較することが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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