(57)【要約】【課題】マルチパスやノイズによってＧＰＳ信号が劣化してしまったＧＰＳ衛星による測位誤差の発生を抑制すること。【解決手段】フィルタ機能部１１では、２つの条件によって選別されたＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を用いて、測位に使用するＧＰＳ衛星の選別を行う。Ａ測位機能部１２とＢ測位機能部では、測位と測位結果の分散値の算出を行う。設置位置算出部１４は、算出された測位結果と分散値とに基づいて、ＧＰＳモジュール１０が設置された位置の算出を行う。タイミングパルス生成部１５は、ＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュール１０との間の時刻差を算出すると共に、ＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号に含まれるタイミングパルスを前記の時刻差で補正してタイミングパルスＴｐを生成する。但し、ＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュール１０との間の時刻差が他のＧＰＳ衛星と比べ大きく変動するＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号については、タイミングパルスＴｐの生成から除外する。【選択図】図１
2013246024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ信号を用い、所定の条件に基づいて測位に使用するＧＰＳ衛星を選別するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段において前記選別されたＧＰＳ衛星について、自己の位置を測位すると共に該測位で得られた測位結果の分散値を算出する測位手段と、
前記測位結果及びその分散値に基づいて自己の設置位置の算出を行う設置位置算出手段と、
前記算出された自己の設置位置を参照してタイミングパルスを生成するタイミングパルス生成手段と
を備えるＧＰＳモジュール。
【請求項２】
前記フィルタリング手段は、
ＧＰＳ信号から前記ＧＰＳ衛星の仰角を算出すると共に、該算出した仰角が所定の範囲内であれば該ＧＰＳ衛星を測位に使用するＧＰＳ衛星として選別する第１の選別手段と、
前記第１の選別手段によるＧＰＳ衛星の選別後、該ＧＰＳ衛星のＳＮＲを算出すると共に、該算出したＳＮＲが所定の範囲内であれば該ＧＰＳ衛星を測位に使用するＧＰＳ衛星として選別する第２の選別手段と
を備える請求項１に記載のＧＰＳモジュール。
【請求項３】
前記測位手段は、
前記第１の選別手段によって選別されたＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を用いて自己の位置を測位すると共に、該測位で得られた結果の分散値を算出する第１の測位手段と、
前記第２の選別手段によって選別されたＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を用いて自己の位置を測位すると共に、該測位で得られた結果の分散値を算出する第２の測位手段と
を備える請求項２に記載のＧＰＳモジュール。
【請求項４】
前記設置位置算出手段は、前記測位で得られた結果と該結果の前記分散値とを参照して自己の位置を決定する
請求項３に記載のＧＰＳモジュール。
【請求項５】
前記設置位置算出手段は、前記測位で得られた結果と該結果の前記分散値とに基づいて前記測位された自己の位置に重み付けすると共に、前記選別されたＧＰＳ衛星全体についての、各々の前記重み付けされた自己の位置の加算平均を、自己が設置された位置として決定する
請求項４に記載のＧＰＳモジュール。
【請求項６】
前記タイミングパルス生成手段は、前記測位に使用した各々のＧＰＳ衛星が使用する時刻と自己が使用する時刻との時刻差を算出すると共に、該時刻差が所定の時間幅よりも大きく変動するＧＰＳ衛星を除いた前記ＧＰＳ衛星の、ＧＰＳ信号に含まれる時刻に同期したタイミングパルスを生成する
請求項５に記載のＧＰＳモジュール。
【請求項７】
ＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ信号を用い、所定の条件に基づいて測位に使用するＧＰＳ衛星を選別するフィルタリングステップと、
前記フィルタリングステップにおいて前記選別されたＧＰＳ衛星について、自己の位置を測位すると共に該測位で得られた測位結果の分散値を算出する測位ステップと、
前記測位結果及びその分散値に基づいて自己の設置位置の算出を行う設置位置算出ステップと、
前記算出された自己の設置位置を参照してタイミングパルスを生成するタイミングパルス生成ステップと
を備えるＧＰＳによる位置測定方法。
【請求項８】
ＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ信号を用い、所定の条件に基づいて測位に使用するＧＰＳ衛星を選別するフィルタリングステップと、
前記フィルタリングステップにおいて前記選別されたＧＰＳ衛星について、自己の位置を測位すると共に該測位で得られた測位結果の分散値を算出する測位ステップと、
前記測位結果及びその分散値に基づいて自己の設置位置の算出を行う設置位置算出ステップと、
前記算出された自己の設置位置を参照してタイミングパルスを生成するタイミングパルス生成ステップと
を備える、ＧＰＳモジュールをコンピュータ制御させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＧＰＳモジュール及びＧＰＳによる位置測定方法並びにコンピュータプログラムに係る。特に、ＧＰＳ信号が劣化してしまったＧＰＳ衛星をタイミングパルスの生成対象から除外することができるＧＰＳモジュール及びＧＰＳによる位置測定方法並びにコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳモジュールは、ＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号と同期するタイミングパルスを生成するモジュールである。このＧＰＳモジュールは、携帯電話基地局装置などの内部に固定して設置され、局間の同期や基地局内部の基準信号の生成に使用される。ＧＰＳモジュールは、ＧＰＳ信号と同期することにより、高い精度のタイミングパルスを生成することができる。ＧＰＳ信号と同期することは、即ち、ＧＰＳ衛星内部の時刻と同期することであり、ＧＰＳ衛星内部の時刻はルビジウムやセシウムなどの原子時計を使用して生成されるため、ＧＰＳ信号と同期して生成されるタイミングパルスは非常に精度が高い。
【０００３】
ＧＰＳ衛星内部の時刻が高精度である理由は、ＧＰＳ測位の方法によるものである。ＧＰＳ測位は、ＧＰＳ衛星から出力されるＧＰＳ信号内の特定の信号が出力された時刻と、ＧＰＳモジュールが受信した時刻の差とから距離を求め、ＧＰＳ信号内の衛星の位置情報などを利用して緯度、経度、高さの算出を行う。このため、時刻情報の誤差は直ちに測位結果の誤差となる。よって、ＧＰＳ衛星内部の時刻は高精度に維持する必要が有るが、この他に、ＧＰＳ衛星内の時刻とＧＰＳモジュール内の時刻との差分を求めて距離の計算を行う場合は補正する必要がある。
【０００４】
このため、ＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュールの時刻との差を求め、ＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュールとの間の距離を計算する際には、この時刻の差に対して補正値を掛けて補正している。この補正を済ませてＧＰＳ測位を行うことにより、ＧＰＳモジュールはＧＰＳ衛星との時刻の差を正しく算出することができる。よって、ＧＰＳモジュールは、この正しく算出された時刻の差を参照して、ＧＰＳ衛星の高精度な時刻と同期させることで、精度の高いタイミングパルスを生成することができる。
【０００５】
しかし、一般に、マルチパスや外来ノイズによって、一部のＧＰＳ衛星から出力されるＧＰＳ信号が、ＧＰＳモジュールで受信する際に劣化してしまった場合には、ＧＰＳモジュールで測位した結果の誤差や変動が大きくなってしまう。即ち、従前のＧＰＳモジュールでは、測位した結果の誤差や変動が大きい場合に、ＧＰＳモジュール内で算出されるＧＰＳ衛星との時刻の差分も大きく変動してしまう。そのため、生成されるタイミングパルスの出力タイミングも変動し、タイミングパルスの精度が劣化してしまうといった問題点がある。
【０００６】
ところで、ＧＰＳモジュールは、一般に、受信したＧＰＳ信号の情報だけでは、ＧＰＳ信号が劣化しているＧＰＳ衛星であるか否かの判断ができない。このため、従前のＧＰＳモジュールでは連続して測位を行い、算出した測位結果の平均値を算出すると共に、該平均値をもってしてＧＰＳモジュールが設置されている位置としていた。また、従前のＧＰＳモジュールは、自位置の情報を用いて各ＧＰＳ衛星の時刻の差を算出し、他の衛星と比べて時刻の差分の変動が大きいＧＰＳ衛星は、ＧＰＳ信号が劣化していると判断し、基準信号を生成するために使用するＧＰＳ衛星から外していた。しかしながら、この従前のＧＰＳモジュールの方法では、ＧＰＳモジュールが設置されている位置を算出するために数十時間を必要としており、この算出が終了するまでは、マルチパスやノイズの影響により、タイミングパルスの精度を劣化させていた。
【０００７】
この分野の公知例技術としては、例えば特許文献１には、デジタルデータ通信装置において、最低受信感度を下げると共に、マルチパス障害を軽減する方法を開示している。具体的には、送信装置は、所定のビット数のＰＮ符号からなるプリアンブルデータを送信データに付加して送信する。受信装置は、復調された受信データを当該ビットレートの数倍から数十倍のサンプリング周波数でサンプリングし、プリアンブルデータを相関検出することにより基準タイミング信号を作成する。また、該基準タイミング信号に基づいて受信データの各ビットを分離し、ビット毎に多数決判定などを行うことにより送信データを再生する。
【０００８】
また、例えば特許文献２には、移動体が低速域になっても精度良く位置を検出することができる、ＧＰＳ衛星の測位方法、測位装置、及びこれを利用したナビゲーション装置を開示している。具体的には、ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信するＲＦ受信部と、ＲＦ受信部で受信されたＧＰＳ信号に基づきＧＰＳ衛星の測位を行う測位演算部と、該測位演算部によって測位されたＧＰＳ衛星の識別情報を記憶するメモリとを備える。また、ＧＰＳ受信機は、移動体が一定速度以下になったとき、該メモリに記憶された識別情報によって識別されるＧＰＳ衛星を測位対象とするように測位演算部を制御する制御部を備える。
【０００９】
また、例えば特許文献３には、マルチパスが発生する環境においても、ＧＰＳ受信機の測位精度を向上させる方法を開示している。具体的には、ＣＰＵは、測位に用いるｎ個のＧＰＳ衛星を捕捉する場合、ＧＰＳ衛星から送られる電波の受信パワーまたはノイズパワー及びＧＰＳ衛星の仰角に基づいて複数のＧＰＳ衛星から高信頼度衛星を選択する。また、初期位置が安定していることを確保できるなら、全ての高信頼度衛星における近似距離と擬似距離との差分値の平均を基準値とし、各ＧＰＳ衛星の近似距離と擬似距離との差分から基準値を引いた値を判定値とする。さらに、該判定値が誤差許容範囲内であるｎ個のＧＰＳ衛星を選別する。演算処理部は、該選別されたＧＰＳ衛星から求めた近似距離及び擬似距離を用いてＧＰＳ受信機の現在地の座標および時計誤差を変数とするｎ個の関数を生成し、生成されたｎ個の関数について収束計算を行う。
【００１０】
また、例えば特許文献４には、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技術を開示している。具体的には、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を備える。また、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を備える。更に、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を備える。
【００１１】
さらに、例えば特許文献５には、精度の高い擬似距離を選択して測位計算できるようにする技術を開示している。具体的には、測位装置は、ＧＰＳ受信機と、赤外線カメラと、画像処理機と、慣性装置と、観測データフィルタと、航法計算装置とを備えて測位計算を行う。観測データフィルタは、ＧＰＳ受信機から各衛星に対する擬似距離と衛星位置とを入力し、さらに、画像処理機から赤外線カメラで撮像した全周囲の建物を仰角・方位角で表した撮像データを取得する。次に、自己位置と衛星位置と建物との位置関係に基づいて各衛星からの測位信号が直接波か反射波か判定する。そして、直接波である測位信号から求めた擬似距離を測位計算に使用する擬似距離として出力する。また、反射波に対して測位計算における重みを設定して出力する。航法計算装置は、観測データフィルタが出力した擬似距離および擬似距離の重みに基づいて測位計算を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０８−２２３２３１号公報
【特許文献２】特開２００５−３２６１９８号公報
【特許文献３】特開２００６−１３２９４９号公報
【特許文献４】特開２００７−０７８６４７号公報
【特許文献５】特許第４３９１４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、上記背景技術で述べた従前のＧＰＳモジュールにあっては、前述のとおり、マルチパスやノイズによって、劣化したＧＰＳ信号を受信したときに測位誤差が大きく成ってしまうという問題点があった。このため、下記の手段を用いてタイミングパルスの精度劣化に対応していた。図９は、従前のＧＰＳモジュール９０の構成を示す構成図である。同図に示す従前のＧＰＳモジュール９０は、外部のＧＰＳアンテナ２から受信したＧＰＳ信号を用いて図示のタイミングパルスＴｐを生成する。より具体的には、まず、測位機能部９１にて、起動後から、連続して測位を行う。次に、タイミングパルス生成部９２において、測位した際に算出されるＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュールの時刻との差を参照してタイミングパルスを生成する。
【００１４】
タイミングパルス生成部９２は、タイミングパルスを生成する上記機能の他に、測位した結果の平均値も算出し、該平均値からＧＰＳモジュールが設置されている位置を算出する機能も有している。ＧＰＳモジュールが設置されている位置を算出した後は、該算出された設置位置の情報から、ＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュールとの間の時刻の差を算出する。さらに、この算出された上記両者間の時刻の差から、他の衛星に比べて時刻差が大きく変動しているＧＰＳ衛星については、該ＧＰＳ衛星をタイミングパルスの生成に使用しないことにより、マルチパスやノイズによるタイミングパルスの精度の劣化を防ぐ。
【００１５】
上記の従前方法によれば、ＧＰＳモジュールが設置された位置を算出した後は、劣化したＧＰＳ信号を受信した場合であっても、タイミングパルスの精度が劣化することを抑えることができる。しかしながら、設置された位置の平均値を求めるために数十時間を必要とするといった問題点が有った。このため、位置が決定する前の段階では、マルチパスやノイズの影響を受けてしまうので、劣化したＧＰＳ信号を受信したときには、生成されるタイミングパルスの精度に劣化を生じさせていた。
【００１６】
本発明の目的は、上述した課題を解決するＧＰＳモジュール及びＧＰＳによる位置測定方法並びにコンピュータプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明に係るＧＰＳモジュールは、ＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ信号を用い、所定の条件に基づいて測位に使用するＧＰＳ衛星を選別するフィルタリング手段と、フィルタリング手段において選別されたＧＰＳ衛星について、自己の位置を測位すると共に該測位で得られた測位結果の分散値を算出する測位手段と、測位結果及びその分散値に基づいて自己の設置位置の算出を行う設置位置算出手段と、算出された自己の設置位置を参照してタイミングパルスを生成するタイミングパルス生成手段とを備える。
【００１８】
また、本発明に係るＧＰＳによる位置測定方法は、ＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ信号を用い、所定の条件に基づいて測位に使用するＧＰＳ衛星を選別するフィルタリングステップと、フィルタリング手段において選別されたＧＰＳ衛星について、自己の位置を測位すると共に該測位で得られた測位結果の分散値を算出する測位ステップと、測位結果及びその分散値に基づいて自己の設置位置の算出を行う設置位置算出ステップと、算出された自己の設置位置を参照してタイミングパルスを生成するタイミングパルス生成ステップとを備える。
【００１９】
さらに、本発明に係るコンピュータプログラムは、ＧＰＳモジュールをコンピュータ制御させるためのコンピュータプログラムであって、ＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ信号を用い、所定の条件に基づいて測位に使用するＧＰＳ衛星を選別するフィルタリングステップと、フィルタリング手段において選別されたＧＰＳ衛星について、自己の位置を測位すると共に該測位で得られた測位結果の分散値を算出する測位ステップと、測位結果及びその分散値に基づいて自己の設置位置の算出を行う設置位置算出ステップと、算出された自己の設置位置を参照してタイミングパルスを生成するタイミングパルス生成ステップとを備える。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明のＧＰＳモジュールによれば、従前よりも短い時間でＧＰＳモジュールが設置されている位置を算出することができる効果が有る。また、この効果により、マルチパスやノイズによってＧＰＳ信号が劣化してしまったＧＰＳ衛星をタイミングパルスの生成対象から除外して、タイミングパルスを、高い安定性と高い精度でもって、起動後から短時間で生成することができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るＧＰＳモジュールの全体構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るＧＰＳモジュールにおけるフィルタ機能部１１の処理手順を示すフローチャート図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＧＰＳモジュールにおけるＡ測位機能部１２の処理手順を示すフローチャート図である。
【図４】本発明の実施形態に係るＧＰＳモジュールにおけるＢ測位機能部１３の処理手順を示すフローチャート図である。
【図５】本発明の実施形態に係るＧＰＳモジュールにおける設置位置算出部１４の処理手順を示すフローチャート図である。
【図６】本発明の実施形態に係るＧＰＳモジュールにおけるタイミングパルス生成部１５の処理手順を示すフローチャート図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係るＧＰＳモジュールの構成を示す構成図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係るＧＰＳモジュールの、ＧＰＳ受信機Ａ（２１）及び分散Ａ算出部２３並びにＧＰＳ受信機Ｂ（２２）及び分散Ｂ算出部２４の構成を纏めて示した構成図である。
【図９】従前のＧＰＳモジュール９０の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明のＧＰＳモジュールは、マルチパスやノイズによって劣化したＧＰＳ信号を受信した場合でも、測位結果の変動を抑えることで、起動から短い時間でＧＰＳと同期した高精度で安定したタイミングパルスを生成することを特徴としている。ちなみに、ＧＰＳモジュールは、ＧＰＳと同期したタイミングパルスを生成するモジュールであり、携帯電話基地局の内部に固定して設置され、局間同期や内部の基準信号の生成に使用されるモジュールである。ＧＰＳモジュールで生成されて出力されるタイミングパルスは、ＧＰＳと同期することで高精度なタイミング信号にすることができる。
【００２３】
何故なら、ＧＰＳに同期するということは、ＧＰＳ衛星内部の時刻と同期することを意味するからである。一般に、ＧＰＳ衛星は内部に原子時計を備えるため、高精度な時刻情報で制御されている。よって、ＧＰＳモジュールは、ＧＰＳ衛星の高精度な時刻と同期することにより、高精度なタイミングパルスを生成することができることになる。より具体的には、ＧＰＳモジュールは、ＧＰＳ測位の際に、ＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュールとの間の時刻差を参照することで、高精度なＧＰＳ衛星内の時刻と同期することができる。
【００２４】
一般に、ＧＰＳ測位では、ＧＰＳ衛星側で出力した時の時刻と、ＧＰＳモジュール側でＧＰＳ信号を受信した時刻との差から、ＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュールとの間の距離を算出し、複数の衛星との該ＧＰＳモジュール間の距離から、緯度、経度、高さを算出する。このため、ＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュールの時刻が一致していなければ、ＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュールとの間の距離に誤差が生じてしまい、ひいては、緯度、経度、高さの算出にも誤差を生じてしまう。
【００２５】
故に、ＧＰＳ測位では、一般に、ＧＰＳ衛星内の時刻を高精度にすることに加え、ＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュールとの間の時刻差を算出し、距離の計算を行う際に補正する必要が有る。即ち、ＧＰＳ測位に際しては、ＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュールとの間の時刻差を算出し、該時刻差を用いてＧＰＳモジュール内部の時刻を補正することで、ＧＰＳモジュールの内部時刻を、ＧＰＳ衛生を制御する時刻に同期させることができる。しかしながら、ＧＰＳモジュール側で、マルチパスやノイズの影響により劣化したＧＰＳ信号を受信して測位した場合には、測位結果は大きく変動する。測位結果が変動することによって、ＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュールとの間の時刻差も大きく変動してしまう。
【００２６】
ＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュールとの間の時刻差が大きく変動することにより、ＧＰＳモジュールで生成されるタイミングの出力タイミングも大きく変動してしまい、タイミングパルスの精度が著しく劣化してしまうことになる。そこで、本発明のＧＰＳモジュールでは、２つの条件（仰角及びＳＮＲ）を検証して測位に使用するＧＰＳ衛星を選別した後、該選別したＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を用いた測位結果と分散値とから、ＧＰＳモジュールが設置されている位置を算出する。このようにして、劣化したＧＰＳ信号を受信した場合にも、算出される位置の変動を抑えることにより、高精度・高安定なタイミングパルスを起動から短い時間で生成することを実現している。
【００２７】
本発明では、ＧＰＳモジュールで受信したＧＰＳ信号がマルチパスなどのノイズによって劣化した場合の測位結果の変動を抑え、起動から短い時間で安定したタイミングパルスを生成する。そのために、以下の方法を用いてＧＰＳモジュールが設置された位置の算出とタイミングパルスの生成を行う。以下に、その測位方法を箇条書きで纏める。
【００２８】
（１）２つの条件（仰角及びＳＮＲ）を検証することで測位使用するＧＰＳ衛星の選別を行う。
【００２９】
（２）（１）で選別されたＧＰＳ衛星を使用して、ＧＰＳモジュールが設置されている位置の測位を行う。
【００３０】
（３）（２）の測位結果から分散値の算出を行う。
【００３１】
（４）（３）で算出した分散値から（２）で算出した測位結果に重み付けを行う。
【００３２】
（５）（４）で重み付けされた２つの測位結果を用いてＧＰＳモジュールが設置されている位置を算出する。
【００３３】
（６）（５）で算出されたＧＰＳモジュールが設置されている位置情報を用いて、ＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュールとの間の時刻差を算出し、タイミングパルスを生成する。
【００３４】
上記の６つの処理を行うことで、より高精度で安定したタイミングパルスの生成を行うことができる。上記の方法において、（３）で算出した分散値が大きい値になることは、測位結果の変動が大きいことを示していることになる。このため、分散値が大きい場合には（４）のＧＰＳモジュールが設置された位置を算出する処理を行う際に、重み付けの重みを小さくすることで、マルチパスなどのノイズによる測位結果の変動を抑えるものとする。よって、従前のＧＰＳモジュールのように、ＧＰＳモジュールの設置位置を算出するのに数十時間を要していた方法に比べ、起動から短時間でもって設置された位置の算出を行うことを可能にしている。この方法により、マルチパスやノイズによって劣化したＧＰＳ信号を受信しても、従前よりも高精度で安定した位置の算出と、精度の高い安定したタイミングパルスを短期間で生成することとが可能なＧＰＳモジュールを実現することができる。
【００３５】
以下、本発明のＧＰＳモジュール及びＧＰＳによる位置測定方法並びにコンピュータプログラムについて、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るＧＰＳモジュールの全体構成を示す構成図である。同図に示すＧＰＳモジュール１０は、フィルタ機能部１１、Ａ測位機能部１２、Ｂ測位機能部１３、設置位置算出部１４、及びタイミングパルス生成部１５、を備える。ＧＰＳモジュール１０は、外部のＧＰＳアンテナ２を介して、ＧＰＳ衛星から出力されるＧＰＳ信号を受信し、このＧＰＳ信号を用いてＧＰＳ衛星と同期したタイミングパルスＴｐを出力するモジュールである。
【００３６】
以下、本実施形態のＧＰＳモジュールの機能及び各構成要素の機能について説明する。ＧＰＳモジュール１０は、受信したＧＰＳ信号からフィルタ機能部１１において、２つの条件（仰角及びＳＮＲ）を適用して測位に使用するＧＰＳ衛星の選別を行う。より具体的には、フィルタ機能部１１では、２つの条件（仰角及びＳＮＲ）によって選別されたＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を用いて、測位に使用するＧＰＳ衛星の選別を行う。Ａ測位機能部１２では、測位と測位結果の分散値の算出を行う。Ｂ測位機能部１３では、フィルタ機能部１１でＳＮＲによって選別されたＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を用いて測位と測位結果の分散値の算出を行う。設置位置算出部１４は、Ａ測位機能部１２及びＢ測位機能部１３で算出された測位結果と分散値とに基づいて、ＧＰＳモジュール１０が設置された位置の算出を行う。
【００３７】
タイミングパルス生成部１５は、Ａ測位機能部１２及びＢ測位機能部１３で使用したＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュール１０との間の時刻差を算出すると共に、ＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号に含まれる時刻を上記の時刻差で補正してタイミングパルスＴｐを生成する。但し、タイミングパルス生成部１５は、ＧＰＳ衛星とＧＰＳモジュール１０との間の時刻差が他のＧＰＳ衛星と比べ大きく変動するＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号については、上記のタイミングパルスＴｐの生成から除外する。
【００３８】
図２は、本発明の実施形態に係るＧＰＳモジュールにおけるフィルタ機能部１１の処理手順を示すフローチャート図である。以下、図１を参照しながら、図２に示すフローチャートを使用して、本実施形態に係るＧＰＳモジュールにおけるフィルタ機能部１１の処理手順を説明する。なお、フィルタ機能部１１は、前述のとおり、ＧＰＳアンテナ２で受信したＧＰＳ信号を用いて２つの条件（仰角及びＳＮＲ）によって、測位に使用するＧＰＳ衛星を選別する処理を行うものである。（ステップＳ１）：ステップＳ１では、フィルタ機能部１１が、ＧＰＳ信号を受信しているＧＰＳ衛星から、最も若い衛星番号をもつＧＰＳ衛星を選択する。
【００３９】
（ステップＳ２）：ステップＳ２では、フィルタ機能部１１が、ＧＰＳ信号からそのＧＰＳ衛星の仰角を算出する。（ステップＳ３）：ステップＳ３では、フィルタ機能部１１が、算出された仰角を用いてＧＰＳ衛星の選別を行う。より具体的には、フィルタ機能部１１は、算出された仰角が所定の範囲内であるか否かを確認する。もしも、算出された仰角が所定の範囲内であればＡ測位機能部１２にて測位に使用する衛星であることを決定する。（ステップＳ４）：ステップＳ４では、フィルタ機能部１１が、仰角による選別後、同じＧＰＳ衛星のＳＮＲを算出する。
【００４０】
（ステップＳ５）：ステップＳ５では、フィルタ機能部１１が、算出されたＳＮＲを用いてＧＰＳ衛星の選別を行う。より具体的には算出されたＳＮＲが所定の範囲内であるか否かを検証し、もしも、該ＳＮＲが所定の範囲内であればＢ測位機能部１３にて測位に使用する衛星であることを決定する。なお、本フローチャートによる上記の処理では、１つの衛星がＡ測位機能部１２とＢ測位機能部１３との両方で測位に使用する衛星として選別されることも有り得ることになる。
【００４１】
（ステップＳ６）：ステップＳ６では、フィルタ機能部１１が、上記のとおり、仰角及び／またはＳＮＲを算出したＧＰＳ衛星が、選別を行うべき最後のＧＰＳ衛星であるか否かを検証する。ＧＰＳ衛星が最後のＧＰＳ衛星でなければ、テップＳ７に進む。また、ＧＰＳ衛星が最後のＧＰＳ衛星であれば処理を終了する。（ステップＳ７）：ステップＳ７では、フィルタ機能部１１が、次に若い衛星番号を持つＧＰＳ衛星を選択し、ステップＳ２に戻る。
【００４２】
図３は、本発明の実施形態に係るＧＰＳモジュールにおけるＡ測位機能部１２の処理手順を示すフローチャート図である。以下、図１を参照しながら、図３に示すフローチャートを使用して、本実施形態に係るＧＰＳモジュールにおけるＡ測位機能部１２の処理手順を説明する。なお、Ａ測位機能部１２は、フィルタ機能部１１にてＧＰＳ衛星の仰角でもって選別されたＧＰＳ衛星について、測位と測位結果の分散値を算出する機能を有するものである。（ステップＳ２１）：ステップＳ２１では、Ａ測位機能部１２が、フィルタ機能部１１にてＧＰＳ衛星の仰角でもって選別されたＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を用いて測位を行う。（ステップＳ２２）：ステップＳ２２では、Ａ測位機能部１２が、測位結果の分散値を算出し、処理を終了する。
【００４３】
図４は、本発明の実施形態に係るＧＰＳモジュールにおけるＢ測位機能部１３の処理手順を示すフローチャート図である。以下、図１を参照しながら、図４に示すフローチャートを使用して、本実施形態に係るＧＰＳモジュールにおけるＢ測位機能部１３の処理手順を説明する。なお、Ｂ測位機能部１３は、フィルタ機能部１１にてＧＰＳ衛星のＳＮＲでもって選別されたＧＰＳ衛星について、測位と測位結果の分散値を算出する機能を有するものである。（ステップＳ３１）：ステップＳ３１では、Ｂ測位機能部１３が、フィルタ機能部１１にてＧＰＳ衛星のＳＮＲでもって選別されたＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を用いて測位を行う。（ステップＳ３２）：ステップＳ３２では、Ｂ測位機能部１３が、測位結果の分散値を算出し、処理を終了する。
【００４４】
図５は、本発明の実施形態に係るＧＰＳモジュールにおける設置位置算出部１４の処理手順を示すフローチャート図である。以下、図１を参照しながら、図５に示すフローチャートを使用して、本実施形態に係るＧＰＳモジュールにおける設置位置算出部１４の処理手順を説明する。なお、設置位置算出部１４は、Ａ測位機能部１２とＢ測位機能部１３における各々の測位結果と分散値とから、ＧＰＳモジュールの設置位置の算出を行う機能を有するものである。（ステップ４１）：ステップ４１では、設置位置算出部１４が、Ａ測位機能部１２にて算出された測位結果と分散値とから、重み付けを行う。
【００４５】
（ステップ４２）：ステップ４２では、設置位置算出部１４が、Ｂ測位機能部１３にて算出された測位結果と分散値とから、重み付けを行う。（ステップ４３）：ステップ４３では、設置位置算出部１４が、重み付けした各々の値を基に、該値に対応したＧＰＳモジュールの設置位置を各々算出する。（ステップ４４）：ステップ４４では、設置位置算出部１４が、ステップ４３で算出した値の各々を加算平均する。なお、この加算平均の結果をＧＰＳモジュールが設置された位置として決定し、処理を終了する。
【００４６】
図６は、本発明の実施形態に係るＧＰＳモジュールにおけるタイミングパルス生成部１５の処理手順を示すフローチャート図である。以下、図１を参照しながら、図６に示すフローチャートを使用して、本実施形態に係るＧＰＳモジュールにおけるタイミングパルス生成部１５の処理手順を説明する。なお、タイミングパルス生成部１５は、設置位置算出部１４にて算出したＧＰＳモジュールの設置位置から、タイミングパルスを生成する機能を有するものである。（ステップ５１）：ステップ５１では、タイミングパルス生成部１５が、ＧＰＳモジュールが設置された位置の情報から、測位に使用したＧＰＳ衛星と本ＧＰＳモジュールとの時刻の差を算出する。
【００４７】
（ステップ５２）：ステップ５２では、タイミングパルス生成部１５が、時刻差が所定時間幅よりも大きく変動するＧＰＳ衛星については、ノイズによりＧＰＳ信号が劣化していると判断し、タイミングパルスを生成するために使用するＧＰＳ衛星から除外する。（ステップ５３）：ステップ５３では、タイミングパルス生成部１５が、除外を免れて残ったＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を使用して該ＧＰＳ衛星の時刻と同期したタイミングパルスを生成し、処理を終了する。以上の処理を行う動作によって、ＧＰＳモジュールが設置された位置の算出に要する時間が、従前のＧＰＳモジュールのように数十時間もの長時間を必要とせずに行うことができる。即ち、ＧＰＳ信号がマルチパスやノイズにより劣化したＧＰＳ衛星を、短時間でタイミングパルス生成の対象から除外することができる。このため、ＧＰＳ衛星の時刻に正確に同期した、高精度で安定したタイミングパルスを、起動から短時間で生成することができる。
【００４８】
本発明のＧＰＳモジュールは、従前の設置位置を固定としたＧＰＳモジュールを変革するものであり、所定の２つの条件から測位に使用するＧＰＳ衛星を選別し、選別したＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を用いた測位結果を使用する。このようにして、従前よりも短い時間でＧＰＳモジュールが設置されている位置を算出することができる効果が有る。また、この効果により、マルチパスやノイズによってＧＰＳ信号が劣化してしまったＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を、タイミングパルスの生成する際の参照対象から除外することができる効果がある。さらに、この効果により、タイミングパルスを、高い安定性と高い精度でもって、起動後から短時間で生成することができる効果が得られる。
【００４９】
（他の実施形態）：本発明の他の実施形態として、ＧＰＳモジュールの構成を、２つのＧＰＳ受信機を内蔵してタイミングパルスを生成する構成とすることができる。図７は、本発明の他の実施形態に係るＧＰＳモジュールの構成を示す構成図である。同図に示すＧＰＳモジュール２０は、ＧＰＳ受信機Ａ（２１）、ＧＰＳ受信機Ｂ（２２）、分散Ａ算出部２３、分散Ｂ算出部２４、設置位置算出部２５、及びタイミングパルス生成部２６、を備える。ＧＰＳモジュール２０は、外部のＧＰＳアンテナ２から受信した各ＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号から、ＧＰＳと同期したタイミングパルスＴｐを生成するモジュールである。このＧＰＳモジュール２０は、測位に使用するＧＰＳ衛星を選別する条件が異なる２つの受信機（即ち、ＧＰＳ受信機Ａ２１と、ＧＰＳ受信機Ｂ２２）を内蔵している。
【００５０】
図７において、設置位置算出部２５の機能は、図１に示す設置位置算出部１４の機能と同じである。さらに、図７において、タイミングパルス生成部２６の機能は、図１に示すタイミングパルス生成部１５と同じである。図８は、本発明の他の実施形態に係るＧＰＳモジュールの、ＧＰＳ受信機Ａ（２１）及び分散Ａ算出部２３並びにＧＰＳ受信機Ｂ（２２）及び分散Ｂ算出部２４の構成を纏めて示した構成図である。同図において、ＧＰＳ受信機Ａ、Ｂ（２１、２２）は、外部のＧＰＳアンテナ２から受信した各ＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号から測位結果Ｓを出力する。より具体的には、ＧＰＳ受信機Ａ、Ｂ（２１、２２）のフィルタ機能部２０１は、ＧＰＳ衛星の選別を行い、測位機能部２０２は、選別されたＧＰＳ衛星を用いて測位を行う。
【００５１】
図８において、ＧＰＳ受信機Ａ（２１）及びＧＰＳ受信機Ｂ（２２）の、各々のフィルタ機能部２０１の機能は、図１に示すＧＰＳモジュールのフィルタ機能部１１の機能と同じである。また、図８において、ＧＰＳ受信機Ａ（２１）及びＧＰＳ受信機Ｂ（２２）の測位機能部２０２の機能は、それぞれ、図１に示すＧＰＳモジュールのＡ測位機能部１２及びＢ測位機能部１３の機能と同じである。ここに示す他の実施形態によれば、安価なＧＰＳ受信機を２つ使用し、図１に示す実施形態と等価な処理を行うので、前述の図１に示す実施形態と同じ効果を得ることができる。
【００５２】
なおまた、１つのＧＰＳアンテナを分配して、複数の条件で測位に使用するＧＰＳ衛星を選別するようにしてもよい。また、測位に使用するＧＰＳ衛星を選別する条件が異なる複数のＧＰＳ受信機を用いて、高精度で高安定なタイミングパルスの生成を、起動時から短期間で行うようにしてもよい。
【００５３】
なお、本発明に係るＧＰＳモジュールの各構成要素の処理の少なくとも一部をコンピュータ制御により実行するものとする。かつ、上記処理を、図２〜６の各フローチャートで示した手順によりコンピュータに実行せしめるプログラムは、半導体メモリを始め、ＣＤ−ＲＯＭや磁気テープなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配付してもよい。そして、少なくともマイクロコンピュータ、パーソナルコンピュータ、汎用コンピュータを範疇に含むコンピュータが、上記の記録媒体から上記プログラムを読み出して、実行するものとしてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
２  ＧＰＳアンテナ
１０、２０  ＧＰＳモジュール
１１  フィルタ機能部
１２  Ａ測位機能部
１３  Ｂ測位機能部
１４、２５  設置位置算出部
１５、２６  タイミングパルス生成部
２１  ＧＰＳ受信機Ａ
２２  ＧＰＳ受信機Ｂ
２３  分散Ａ算出部
２４  分散Ｂ算出部
Ｔｐ  タイミングパルス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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