(57)【要約】  【課題】  ＧＰＳ信号を受信して測位演算を行うＧＰＳ受信機において、周囲の地形又は建造物の状況やＧＰＳ衛星の配置状況に応じて、より多くのＧＰＳ衛星からの電波を利用可能とする。  【解決手段】  このＧＰＳ受信機は、駆動信号に基づいてアンテナの受信角度を変更するアンテナ駆動機構と、制御信号に基づいてアンテナ駆動機構に駆動信号を供給するアンテナ駆動回路と、アンテナによってＧＰＳ信号を受信することにより得られた信号を増幅し、増幅された信号の周波数を変換して中間周波数信号を生成する高周波回路部と、高周波回路部によって生成された中間周波数信号を復調してベースバンド信号を生成し、ベースバンド信号に基づいて測位演算を行うと共に、ＧＰＳ信号の受信状態に基づいてアンテナの受信方向を調整するための制御信号をアンテナ駆動回路に供給する測位演算制御部とを具備する。【選択図】  図１
2007078647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全地球測位システム（ＧＰＳ）の信号を受信して測位演算を行うＧＰＳ受信機であって、
複数のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信するアンテナと、
駆動信号に基づいて前記アンテナの受信角度を変更するアンテナ駆動機構と、
制御信号に基づいて前記アンテナ駆動機構に駆動信号を供給するアンテナ駆動回路と、
前記アンテナによってＧＰＳ信号を受信することにより得られた信号を増幅し、増幅された信号の周波数を変換して中間周波数信号を生成する高周波回路部と、
前記高周波回路部によって生成された中間周波数信号を復調してベースバンド信号を生成し、ベースバンド信号に基づいて測位演算を行うと共に、ＧＰＳ信号の受信状態に基づいて前記アンテナの受信方向を調整するための制御信号を前記アンテナ駆動回路に供給する測位演算制御部と、
を具備するＧＰＳ受信機。
【請求項２】
前記測位演算制御部が、複数のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号の信号対雑音比に関する第１の条件と、前記複数のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号に基づいて求められるＧＰＳ衛星の仰角及び方位角に関する第２の条件とに基づいて、前記複数のＧＰＳ衛星の内から測位演算に使用する所定数のＧＰＳ衛星を選択する、請求項１記載のＧＰＳ受信機。
【請求項３】
前記測位演算制御部が、前記第１及び第２の条件を満たすＧＰＳ衛星の数が前記所定数に達しない場合に、既に選択されたＧＰＳ衛星よりも仰角の値が小さい少なくとも１つのＧＰＳ衛星をさらに選択する、請求項１又は２記載のＧＰＳ受信機。
【請求項４】
前記測位演算制御部が、既に選択されたＧＰＳ衛星よりも仰角の値が小さい少なくとも１つのＧＰＳ衛星をさらに選択した場合に、ＧＰＳ信号に基づいて求められた前記少なくとも１つのＧＰＳ衛星の位置を補正する、請求項３記載のＧＰＳ受信機。
【請求項５】
前記測位演算制御部が、既に選択されたＧＰＳ衛星よりも仰角の値が小さい少なくとも１つのＧＰＳ衛星をさらに選択した場合に、前記アンテナの受信方向を調整するための制御信号を前記アンテナ駆動回路に供給する、請求項３記載のＧＰＳ受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全地球測位システム（ＧＰＳ）の信号を受信して測位演算を行うＧＰＳ受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年において、ＧＰＳ受信機は、カーナビゲーションシステムに使用されている他に、船舶、航空機、携帯電話等にも搭載され、移動体の位置を高精度でリアルタイムに測定するために広く用いられている。
【０００３】
現在、地球の周りには、地球の赤道面に対して５５度傾いた６つの軌道面に４個ずつ、計２４個のＧＰＳ衛星が、高度２万ｋｍにおいて円軌道上に配置されている。一般に、ＧＰＳ受信機は、最低でも５個、通常は８〜１６個程度のＧＰＳ衛星を捕捉することができる。ＧＰＳ受信機は、捕捉されたＧＰＳ衛星の内から所定数のＧＰＳ衛星を選択し、それらのＧＰＳ衛星から送信される電波（ＧＰＳ信号）に基づいて測位演算を行う。
【０００４】
ＧＰＳ受信機による測位演算においては、３つのＧＰＳ衛星からの電波を受信することによって２次元の測位（緯度・経度の測定）が可能となり、４つのＧＰＳ衛星からの電波を受信することによって３次元の測位（緯度・経度・高度の測定）が可能となる。
【０００５】
これまで、ＧＰＳ受信機から見て仰角の低いＧＰＳ衛星は、電波が電離層や対流圏を通過する際に位置情報に関する精度が劣化することが知られており、このようなＧＰＳ衛星から送信される電波は使用されていなかった。
【０００６】
しかしながら、周囲の地形又は建造物の状況やＧＰＳ衛星の配置状況によっては、測位のために必要となる所定数のＧＰＳ衛星を捕捉できない場合がある。そのような場合には、測位演算を行うことができないので、移動体の位置を測定することが不可能になってしまうという問題があった。
【０００７】
関連する技術として、特許文献１には、ＧＰＳアンテナ装置を備えた携帯端末を片手で持って使用するときに高性能化を図ることが開示されている。このＧＰＳアンテナは、回路基板に対して傾斜角を有するので、携帯端末を片手で持って使用するときに、ＧＰＳアンテナの指向性が人体方向に向かずに天頂方向に向くようになり、使用時の高性能化を図ることができる。しかしながら、周囲の地形又は建造物の状況やＧＰＳ衛星の配置状況によってＧＰＳ衛星が捕捉できないという問題は、解決されていない。
【特許文献１】特開２００１−１５９６７２号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで上記の点に鑑み、本発明は、全地球測位システムの信号を受信して測位演算を行うＧＰＳ受信機において、周囲の地形又は建造物の状況やＧＰＳ衛星の配置状況に応じて、より多くのＧＰＳ衛星からの電波を利用可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る半導体集積回路は、全地球測位システム（ＧＰＳ）の信号を受信して測位演算を行うＧＰＳ受信機であって、複数のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信するアンテナと、駆動信号に基づいてアンテナの受信角度を変更するアンテナ駆動機構と、制御信号に基づいてアンテナ駆動機構に駆動信号を供給するアンテナ駆動回路と、アンテナによってＧＰＳ信号を受信することにより得られた信号を増幅し、増幅された信号の周波数を変換して中間周波数信号を生成する高周波回路部と、高周波回路部によって生成された中間周波数信号を復調してベースバンド信号を生成し、ベースバンド信号に基づいて測位演算を行うと共に、ＧＰＳ信号の受信状態に基づいてアンテナの受信方向を調整するための制御信号をアンテナ駆動回路に供給する測位演算制御部とを具備する。
【００１０】
ここで、測位演算制御部が、複数のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号の信号対雑音比に関する第１の条件と、複数のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号に基づいて求められるＧＰＳ衛星の仰角及び方位角に関する第２の条件とに基づいて、複数のＧＰＳ衛星の内から測位演算に使用する所定数のＧＰＳ衛星を選択するようにしても良い。
【００１１】
また、測位演算制御部が、第１及び第２の条件を満たすＧＰＳ衛星の数が所定数に達しない場合に、既に選択されたＧＰＳ衛星よりも仰角の値が小さい少なくとも１つのＧＰＳ衛星をさらに選択するようにしても良い。その場合に、測位演算制御部は、ＧＰＳ信号に基づいて求められた少なくとも１つのＧＰＳ衛星の位置を補正するようにしても良いし、アンテナの受信方向を調整するための制御信号をアンテナ駆動回路に供給するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＧＰＳ信号の受信状態に基づいてアンテナの受信方向を調整するための構成を備えているので、周囲の地形又は建造物の状況やＧＰＳ衛星の配置状況に応じて、より多くのＧＰＳ衛星からの電波を利用可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図である。このＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ衛星から全地球測位システム（ＧＰＳ）の信号を受信して測位演算を行う機能を有する。
【００１４】
図１に示すように、ＧＰＳ受信機は、アンテナ部１０と、高周波回路部２０と、測位演算制御部３０と、アンテナ駆動回路４０とを含んでいる。
【００１５】
アンテナ部１０は、複数のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信して無線周波数（ＲＦ）信号を生成するパッチアンテナ等のアンテナ素子１１と、駆動信号に基づいてアンテナ素子１１の受信角度を変更するアンテナ駆動機構１２とによって構成される。アンテナの角度を調整する際には、アンテナ駆動回路４０が、測位演算制御部３０のＣＰＵ３４から出力される制御信号に基づいて、アンテナの角度を調整するための駆動信号をアンテナ駆動機構１２に供給する。
【００１６】
高周波回路部２０は、ＲＦ信号を低雑音で増幅するローノイズアンプ（ＬＮＡ）２１と、基準周波数を有する基準クロック信号を生成する基準発振器２２と、基準クロック信号に基づいて所望の周波数を有する発振クロック信号を生成するＶＣＯ（電圧制御発振器）２３と、発振クロック信号に基づいてＲＦ信号を中間周波数（ＩＦ）信号に変換する受信周波数変換回路２４と、アナログのＩＦ信号をディジタルのＩＦ信号に変換して測位演算制御部３０に出力するＡ／Ｄ変換回路２５とによって構成される。
【００１７】
測位演算制御部３０は、ＧＰＳ信号処理回路３１と、ＳＲＡＭ３２と、リアルタイムクロック（ＲＴＣ）３３と、ＣＰＵ３４と、フラッシュメモリ３５とによって構成される。ＣＰＵ３４を動作させるためのソフトウェア（プログラム）は、フラッシュメモリ３５に格納されている。また、ＣＰＵ３４は、外部インタフェース３６を介して、外部の制御機器（ホストコンピュータ等）に接続されるようにしても良い。
【００１８】
ＧＰＳ信号処理回路３１は、ＩＦ信号を復調してベースバンド信号を生成すると共に、受信されたＧＰＳ信号や所定のコードに関する相関処理を行うことによりＧＰＳ信号のサーチ及び追尾を行う。
【００１９】
ＣＰＵ３４は、プログラムに従って、ベースバンド信号に基づいて擬似距離データを求めたり、ドップラ周波数の計測を行ったりすることにより、移動体の位置や速度を求める。また、ＣＰＵ３４は、フラッシュメモリ３５に格納されている地図情報等のデータを読み出すと共に、ＲＴＣ３３から時刻データを入力して、マップマッチングやデッドレコニング（ＤＲ）の手法を用いることにより、ベースバンド信号に基づいて計算された位置の高精度化を図っている。
【００２０】
ここで、３つのＧＰＳ衛星からの電波を受信することによって２次元の測位（緯度・経度の測定）が可能となり、４つのＧＰＳ衛星からの電波を受信することによって３次元の測位（緯度・経度・高度の測定）が可能となる。
【００２１】
測位演算制御部３０は、複数のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号の信号対雑音比（ＳＮ比）に関する第１の条件と、複数のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号に基づいて求められるＧＰＳ衛星の仰角及び方位角に関する第２の条件とに基づいて、複数のＧＰＳ衛星の内から測位演算に使用する所定数のＧＰＳ衛星を選択する。
【００２２】
第１及び第２の条件を満たすＧＰＳ衛星の数が所定数に達しない場合には、測位演算制御部３０が、既に選択されたＧＰＳ衛星よりも仰角の値が小さい少なくとも１つのＧＰＳ衛星をさらに選択する。その場合に、測位演算制御部３０は、ＳＲＡＭ３２又はフラッシュメモリ３５に格納されている過去の測定データを読み出すことにより、ＧＰＳ信号に基づいて求められた少なくとも１つのＧＰＳ衛星の位置を補正するようにしても良い。あるいは、測位演算制御部３０は、ＧＰＳ信号の受信状態に基づいて、アンテナ素子１１の受信方向を調整するための制御信号を、アンテナ駆動回路４０に供給するようにしても良い。
【００２３】
次に、本発明の一実施形態に係るＧＰＳ受信機の動作を説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係るＧＰＳ受信機の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１において、ＧＰＳ受信機が、複数のＧＰＳ衛星から送信される複数のＧＰＳ信号の受信を開始する。ステップＳ２において、測位演算制御部３０が、複数のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号のＳＮ比が所定の値以上であるか否かを判定する。測位演算のために必要な所定数（ここでは、４つとする）以上のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号のＳＮ比が所定の値以上であると判定された場合には、処理がステップＳ３に移行する。そうでない場合には、処理がステップＳ１に戻る。
【００２４】
ステップＳ３において、測位演算制御部３０が、ＳＮ比が所定の値以上であるＧＰＳ信号から、ＧＰＳ衛星の仰角及び方位角の情報を検出する。
ステップＳ４において、測位演算制御部３０が、測位演算のために必要な所定数（ここでは、４つとする）のＧＰＳ衛星を補足できたか否かを判定する。測位演算に使用するＧＰＳ衛星としては、ステップＳ２において判定されるＧＰＳ信号のＳＮ比が所定の値以上であるという第１の条件と、ステップＳ３において仰角及び方位角の情報が検出されており、かつ、仰角及び方位角の値が所定の範囲内であるという第２の条件とを満たす必要がある。ここで、検出された仰角の値は、予め設定された仰角マスク値を超えている必要がある。
【００２５】
第１及び第２の条件を満たすＧＰＳ衛星の数が４つを超えている場合には、測位演算制御部３０が、それらの内から４つのＧＰＳ衛星を選択して、処理がステップＳ１１に移行する。一方、第１及び第２の条件を満たすＧＰＳ衛星の数が４つに満たない場合には、処理がステップＳ５に移行する。
【００２６】
ステップＳ５において、測位演算制御部３０が、仰角マスク値を下げる。例えば、測位演算制御部３０は、予め、仰角マスク値を２０°に設定しておき、第１及び第２の条件を満たすＧＰＳ衛星の数が４つに満たない場合には、仰角マスク値を１５°、１０°、・・・と段階的に下げていく。これにより、新たなＧＰＳ衛星を補足して、補足されたＧＰＳ衛星の数が４つに達すると、処理がステップＳ６に移行する。
【００２７】
ステップＳ６において、測位演算制御部３０が、新たなＧＰＳ衛星の位置を補正することが可能であるか否かを判定する。新たなＧＰＳ衛星の位置を補正することが可能であると判定されたときには、処理がステップＳ７に移行する。一方、新たなＧＰＳ衛星の位置を補正することが不可能であると判定されたときには、処理がステップＳ１に戻る。
【００２８】
ステップＳ７において、測位演算制御部３０が、新たなＧＰＳ衛星の位置を補正する。測位演算制御部３０のフラッシュメモリ３５には、複数のＧＰＳ衛星に関する過去の測定データが格納されている。測位演算制御部３０は、新たなＧＰＳ衛星の位置を、そのＧＰＳ衛星に関する過去の測定データを用いて修正することにより、位置の補正を行う。
【００２９】
次に、ステップＳ８において、測位演算制御部３０が、新たなＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号に関する情報に基づいて、アンテナ素子１１の傾斜角度を調整することが必要であるか否かを判定する。アンテナ素子１１の傾斜角度調整が必要であると判定されると、処理がステップＳ９に移行する。一方、アンテナ素子１１の傾斜角度調整が必要でないと判定されると、処理がステップＳ１１に移行する。
【００３０】
ステップＳ９において、アンテナ素子１１の傾斜角度調整が行われる。測位演算制御部３０のＣＰＵ３４が、最初に補足したＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号と新たなＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号との受信状態に応じて、アンテナ素子１１の傾斜角度を表す値を算出してアンテナ駆動回路４０に出力する。アンテナ駆動回路４０は、これに基づいて、アンテナの角度を調整するための駆動信号をアンテナ駆動機構１２に供給する。アンテナ駆動機構１２は、アンテナ駆動回路４０から供給される駆動信号に従って、アンテナ素子１１の傾斜角度を調整する。その後、ステップＳ１０において、ＧＰＳ受信機が、複数のＧＰＳ衛星から送信される複数のＧＰＳ信号の受信を再び開始して、処理がステップＳ１１に移行する。
【００３１】
ステップＳ１１において、測位演算制御部３０が、ＧＰＳ信号に基づいて移動体の緯度、経度、高度を算出すると、ステップＳ１２において、演算結果が外部の表示装置等に出力され、測位が完了する。
図２において、ステップＳ６〜Ｓ８を省略することにより、ステップＳ５において仰角マスク値を下げて新たなＧＰＳ衛星を補足した直後に、ステップＳ９においてアンテナ素子１１の傾斜角度を調整するようにしても良い。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態によれば、従来は固定されていたアンテナ素子の傾斜角度を受信状態に応じて調整する事が可能である。これにより、測位演算を行うために必要な３つ又は４つのＧＰＳ衛星を補足できなかった場合に、これまで利用されていなかった低い仰角を有するＧＰＳ衛星の内から新たなＧＰＳ衛星を利用できるようになるので、ＧＰＳ受信機を使用できる環境を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係るＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態に係るＧＰＳ受信機の動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３４】
１  ＧＰＳ受信機、  １０  アンテナ部、  １１  アンテナ素子、  １２  アンテナ駆動機構、  ２０  高周波回路部、  ２１  ローノイズアンプ、  ２２  基準発振器、  ２３  ＶＣＯ、  ２４  受信周波数変換回路、  ２５  Ａ／Ｄ変換回路、  ３０  測位演算制御部、  ３１  ＧＰＳ信号処理回路、  ３２  ＳＲＡＭ、  ３３  ＲＴＣ、  ３４  ＣＰＵ、  ３５  フラッシュメモリ、  ３６  外部インタフェース、  ４０  アンテナ駆動回路
【図１】
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【図２】
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