(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星から発信される信号を受信するプレート型であり矩形状のＧＰＳアンテナと、
棒状のバーアンテナによって構成されるとともに前記ＧＰＳアンテナの複数辺に沿って配置され、時刻情報を含んだ電波を受信する複数の電波時計アンテナと、
前記ＧＰＳアンテナおよび前記複数の電波時計アンテナが一体に取り付けられたベースプレートと、
前記電波時計アンテナに接続され、当該電波時計アンテナにて受信された信号を出力するアンテナ線と、
を備え、
前記複数の電波時計アンテナは、前記ＧＰＳアンテナの互いに平行な二辺に沿って配置された一対の電波時計アンテナと、当該二辺と直交する他の二辺に沿って配置された他の一対の電波時計アンテナとから少なくとも構成され、
前記一対の電波時計アンテナは、配線により接続されることで直列配置され、当該一対の電波時計アンテナにて受信された信号は一本の前記アンテナ線によって出力され、前記他の一対の電波時計アンテナは、配線により接続されることで直列配置され、当該他の一対の電波時計アンテナにて受信された信号は当該一本のアンテナ線とは異なる他のアンテナ線によって出力されることを特徴とするＧＰＳ受信機用のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーナビゲーション等の移動体におけるナビゲーションシステムに用いられるＧＰＳ(Global Positioning System：全地球測位システム) 受信機用のアンテナおよびＧＰＳ受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳシステムは、上空を軌道とするＧＰＳ衛星を利用し、車や航空機、船舶等の移動体の地球上における位置や移動速度をリアルタイムで求めることができるように開発された位置測定システムであり、近時では、この移動体による測位以外に、地球上のある地点間の距離や方向を測定するスタティック測量の分野等にも広く利用されている。このようなＧＰＳシステムを利用する場合、ＧＰＳ衛星から発信される電波を受信するためのＧＰＳ受信機が用いられている。
【０００３】
図１３(ａ)、(ｂ)は、一般的に用いられるＧＰＳシステムの概略構成と、従来のＧＰＳ測位動作を示した説明図である。図１３(ａ)に示すように、ＧＰＳ衛星２００からは、スペクトラム拡散された１.５７５４２ＧＨｚの信号が発信される。この発信された信号は、その距離に応じた伝播時間後にＧＰＳ受信機２１０のアンテナ２１１にて受信される。このアンテナ２１１にて受信された信号は、ＲＦ部２１２によって所定の中間周波数にダウンコンバートされ、信号同期復調部２１３に入る。その後、この信号同期復調部２１３にて信号の逆拡散が行われ、データが復調される。復調されたデータは、信号処理部２１４にて測位計算に用いられる。このようにして、ＧＰＳ衛星２００から発信された信号がＧＰＳ受信機２１０にて受信され、測位計算が行われる。
【０００４】
図１３(ｂ)は、ＧＰＳ受信機２１０にて行われている従来のＧＰＳ測位動作を示している。まず、電源がオン(ＯＮ)されると周波数サーチがなされる。この周波数サーチは、ＧＰＳ受信機２１０内部の周波数発振器２１５から作られる、誤差を持った低精度な周波数を、ＧＰＳ衛星２００が発信している高精度な信号周波数に同期させるために行われる。ここで、ある程度の相関が検出されると、ＰＬＬ(Phase Lock Loop)を行って位相を合わせ込み、ＧＰＳ衛星２００からの信号と内部の信号とを完全に位相同期させる。そして、ビット境界のエッジが検出され、データが取り込めるようになると、時間情報の確認が行われる。即ち、階層化された航法メッセージ内のサブフレームにおける２ワード目に格納され、６秒周期で１週間までの信号時刻を表すＴＯＷ(Time Of Week)が取り込まれる。このＴＯＷが取り込まれると測位計算に移る。測位計算が終了すると、測位データが出力され、最終的に現在位置が計算される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ＧＰＳの測位方法では、ＧＰＳ衛星２００からの信号を捕捉するための周波数発振器２１５が必要であり、ＧＰＳ衛星２００が発信している高精度な信号周波数に同期させるためには、この周波数発振器２１５が高精度であることが要求される。しかしながら、この周波数発振器２１５は、一般的に温度や経年変化により発振周波数が変動してしまう。この変動のために周波数発振器２１５を用いてＧＰＳ衛星２００からの信号を簡単に捕捉することができず、上述のように、周波数サーチという仕組みを別途、設ける必要があった。通常、この周波数サーチには時間がかかるため、最終的に現在位置が計算されるまでにかなりの時間を要していた。
【０００６】
また、従来のＧＰＳの測位方法では、ＧＰＳ衛星２００からの信号捕捉後、信号に含まれる絶対時間情報を全て取得するまでに、最も短時間なホットスタート時でかつ最も良い条件でも６秒は必要であり、通常では十数秒の時間がかかっていた。そして、その取得した絶対時間情報を用いて測位計算を行うため、現在位置が計算されるまでにかなりの時間を要していた。
更に、従来のＧＰＳ測位方法において、ある一定時間以上経過した後に、再度測位を行う場合には、航法メッセージを新たに取り込むための時間が必要となり、現在位置が計算されるまでに多くの時間がかかっていた。
【０００７】
以上のような理由でＧＰＳの測位に時間がかかる場合、例えば、カーナビゲーションシステムでは、電源投入後、直ぐに現在位置を知ることができないため、目的地への道を素早く知ることができなかったり、自立航法の誤差のために現在位置が不確定になって、正しい位置に戻る時間が長くなることが問題となっていた。また、最近の携帯情報端末などにＧＰＳ受信機を内蔵または接続するような機器においては、現在位置を素早く知ることができないことから、主に徒歩での用途を想定すると、機器を持ったまま動けずにその場で測位するまで待つことが必要となり、非常に不便であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するため、本発明者は、周波数発振器を備え、ＧＰＳ衛星から発信される信号に基づいて測位を行う測位実行手段と、電波時計放送局からの搬送波を受信する電波時計受信手段と、この電波時計受信手段によって受信された搬送波の有する周波数に基づいて測位実行手段が有する前記周波数発振器の誤差を測定する周波数測定手段とを備えた構成のＧＰＳ受信機についての提案を既に行っている(特願２０００−５７８１４号)。この技術では、外部時計としての電波時計をＧＰＳ受信機に組み合わせて、電波時計から得た高精度な周波数情報を用いることにより、測位の高速化を図ることを可能とした。
【０００９】
そして、上記技術に関しての更なる検討を行ったところ、付随する問題点として以下に示すようなものが浮上した。
まず、図１４に示すように、ＧＰＳ受信機２１０においては、衛星からの電波を受信するアンテナ２１１が元々備えられているわけであるが、さらに、電波時計受信機２２０において電波時計放送局からの搬送波を受信するためのアンテナ２２１を備えることになる。
このような構成では、ＧＰＳ受信機２１０のアンテナ２１１と電波時計受信機２２０のアンテナ２２１の２つを備えることとなり、構成部品数が増えるとともにアンテナ設置箇所の確保、及び設置に手間がかかるという問題がある。また、アンテナ線も、アンテナ２１１のアンテナ線２１６とアンテナ２２１のアンテナ線２２２の計２本となってしまい、その取り回しにも手間がかかるうえ、見た目も損なうことになる。
【００１０】
また、電波時計受信機２２０では、電波(搬送波)の受信状況が悪い場合、時刻情報や周波数情報の取得が困難となり、ＧＰＳ受信機２１０での測位高速化を図ることが困難となる。
電波の受信状況が悪化する要因としては、一つに標準電波の送信局である電波時計放送局からの距離がある。当然、電波を受信する位置が送信局から遠ければ遠いほど、電波の受信状況は悪くなる。
また、他の要因として、電波を受信するアンテナ２２１の指向性がある。一般に電波時計受信機２２０のアンテナ２２１としては、図１５に示すようなバーアンテナ２２３が用いられている。バーアンテナ２２３は、図１５(ａ)の如く、その軸線が送信局２３０の方向に対して直交している状態が最も受信状況が良好であり、図１５(ｂ)の如く、バーアンテナ２２３の軸線が送信局２３０の方向に向いていると最も受信状況が悪化する。
このように、電波時計受信機２２０のアンテナ２２１(＝バーアンテナ２２３)は指向性を有しているため、アンテナ２２１の方向を配慮しなければ、容易に時刻精度の低下を招くことになる。
【００１１】
かかる問題点を解決するためになされた本発明のＧＰＳ受信機用のアンテナは、ＧＰＳ衛星から発信される信号を受信するＧＰＳアンテナと、時刻情報を含んだ電波を受信する電波時計アンテナと、前記ＧＰＳアンテナおよび前記電波時計アンテナが一体に取り付けられたベースプレートと、を備えることを特徴としている。このようにＧＰＳアンテナと電波時計アンテナとを一体化することにより、構成部品点数を削減することができ、その設置箇所の確保および設置が容易となる。
【００１２】
また、ベースプレートに、電波時計アンテナを複数本取り付けるようにしても良い。このような構成のアンテナを用いれば、ＧＰＳ受信機の本体側で受信状況の良いアンテナを選択することが可能となり、選択したアンテナで受信した電波から高精度な時刻情報や周波数情報等を得ることが可能となる。
【００１３】
さらに、複数本の電波時計アンテナを、それぞれその軸線が所定の角度をなして交差するよう設けることも有効である。このように、指向性の異なる複数の電波時計アンテナを備えることにより、少なくともいずれか一つの電波時計アンテナが、他の電波時計アンテナよりも良好な受信状況となる。したがって、良好な受信状況を安定的に得ることが可能となるのである。
【００１４】
また、電波時計アンテナは、棒状のバーアンテナによって構成されるとともに、当該バーアンテナは、プレート型をなした前記ＧＰＳアンテナの複数辺に沿って配置されていることを特徴とすることができる。このような構成により、アンテナのコンパクト化を図ることができる。
【００１５】
加えて、ＧＰＳアンテナで受信した信号と電波時計アンテナで受信した信号とを混合する混合器と、混合器で混合された信号を出力する一本のアンテナ線と、を更に備える構成とすることもできる。このようにアンテナ線を一本のみとすることにより、アンテナ線の取り回しが容易となり、また見た目を損なうこともない。
【００１６】
また、本発明のＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星から発信される信号を受信するＧＰＳアンテナと、周波数発振器を備えた測位実行手段と、電波時計アンテナと、電波時計アンテナによって受信された搬送波の有する周波数に基づいて周波数発振器の誤差を測定する周波数測定手段と、を備えることを特徴とすることができる。このような構成とすれば、電波時計放送局からの搬送波を利用して高精度な周波数情報を得ることが可能となる。そして、このようなＧＰＳ受信機において、ＧＰＳアンテナと電波時計アンテナとをユニット化することにより、アンテナのコンパクト化を図ることができる。
【００１７】
このＧＰＳ受信機では、前記ＧＰＳアンテナで受信した信号と前記電波時計アンテナで受信した搬送波の信号とを混合する混合器と、前記混合器で混合された信号を伝送する一本のアンテナ線と、前記アンテナ線を介して伝送された信号を、前記測位実行手段と前記周波数測定手段に分配する分配器と、を更に備えることを特徴とすることもできる。
【００１８】
本発明は、ＧＰＳ衛星から発信される信号に基づいて測位を行うと共に、待機と起動を繰り返すＧＰＳブロックと、時刻情報および周波数情報を含んだ電波を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナから受信状況の良好な受信アンテナを選択すると共に、選択された前記受信アンテナで受信した電波から得た時刻情報および周波数情報に基づいて、待機状態にある前記ＧＰＳブロックに対して起動信号を出力する電波時計ブロックと、を備えることを特徴とするＧＰＳ受信機として捉えることもできる。このように、複数の受信アンテナから受信状況の良好な受信アンテナを選択することにより、安定的に高精度な時刻情報および周波数情報を得ることができる。
さらに、電波時計ブロックは、受信状況が所定レベル以上である受信アンテナを選択することを特徴とすることもできる。これは、言い換えれば受信状況が所定レベル以下のときには受信アンテナを選択せず、時刻情報および周波数情報を得ないことになり、その結果、精度の高い時刻情報および周波数情報のみを得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
ここではまず、以下に示す各実施の形態におけるＧＰＳ受信機の基本的な構成について説明する。
【００２０】
図１は、ＧＰＳ受信機の概略構成を示す説明図である。このＧＰＳ受信機は、ＧＰＳブロック(測位実行手段)１０と、電波時計ブロック２０と、周波数測定ブロック(周波数測定手段)３０とを備えた概略構成となっている。
【００２１】
ＧＰＳブロック１０は、高度約２万ｋｍ上のＧＰＳ衛星から発信された１５７５.４２ＭＨｚの電波を受信するアンテナ部１１、このアンテナ部１１から受信した電波を周波数発振器１２の周波数を利用して中間周波数に下げるためのＲＦ部１３、そして、ＲＦ部１３によって中間周波数に下げられた電波を復調し、必要なデータを抜き出して現在位置を計算するためのディジタル(Digital)部１４から構成されている。
【００２２】
一方、電波時計ブロック２０は、郵政省通信総合研究所が運営している電波時計放送局から送信される標準電波である、４０ＫＨｚの搬送波を受信するアンテナ部２１と、アンテナ部２１により受信された搬送波を増幅して検波する信号復調部２２と、信号復調部２２によって検波された波形から時刻情報を読み取るディジタル部２３とを備えている。
本実施の形態における電波時計ブロック２０は、常に電源が入っており、電波時計放送局からの信号を受信し、高精度の時間情報と高精度な周波数基準を常時保持し続けている。また、電波時計ブロック２０は、４０ＫＨｚの搬送波であって信号復調部２２によって増幅された検波前の周波数を周波数測定ブロック３０に出力する。
【００２３】
周波数測定ブロック３０は、内部にカウンタ３１を備えている。このカウンタ３１は、電波時計ブロック２０からの基準周波数信号で得られる正確なクロックで動作させ、このクロックで作られる所定の時間に、ＧＰＳブロック１０のＲＦ部１３からの被測定周波数信号をカウントし、そのカウント値をＧＰＳブロック１０における周波数発振器１２を示す周波数測定データ(周波数情報)として電波時計ブロック２０に出力できるように構成されている。
【００２４】
また、図２は、本実施の形態のＧＰＳ受信機における各ブロック動作と通信内容を説明するための図である。ＧＰＳブロック１０からは、まず、次に起動するまでの時間間隔を指示する設定信号が電波時計ブロック２０に送信され、その送信を受けた電波時計ブロック２０はＧＰＳブロック１０に対して待機信号を送出する。その後、電波時計ブロック２０に備えた図示しないタイマーを起動させ、タイマーのチェックによって所定時間の経過が判断された後に、電波時計ブロック２０からＧＰＳブロック１０に対して起動信号が送信される。前記起動/待機信号の受信により、ＧＰＳブロック１０は起動又は待機できるように構成されている。ＧＰＳブロック１０は、この制御によって定期的に起動し、ＧＰＳ衛星の位置情報である測位計算に必要な航法メッセージを更新する。この航法メッセージの取得が終わるとスリープ(待機)に入るのである。また、起動時には、電波時計ブロック２０で保持している高精度な周波数情報(周波数オフセット)と時刻情報もＧＰＳブロック１０に対して送信される。
【００２５】
このように、ＧＰＳ受信機では、ＧＰＳブロック１０が起動/待機を繰り返す、いわゆる間欠受信(スリープ受信)を行うことで、周波数のオフセット、時刻、航法メッセージを更新し続け、常に、高精度の周波数基準、時刻情報、最新の航法メッセージを保持することができる。したがって、測位を開始する時点で航法メッセージの取得を行わずに測位が行えるため、測位時間を大幅に短くすることができるのである。
【００２６】
図３は、ＧＰＳ受信機での測位動作を示した説明図である。本実施の形態によれば、まず測位を行うためには、ＧＰＳブロック１０に電源が入った瞬間に、電波時計ブロック２０から時刻情報と周波数情報(誤差)をもらう。ここで、電波時計ブロック２０から、温度や経年変化による周波数ずれが起きない高精度の周波数を得ることができるので、図１３(ｂ)に示したような周波数サーチを行う必要がなくなり、同時に高精度の時刻情報を得ることができるので、時間情報の確認も行う必要がなくなってくる。
すなわち、これらの情報を用いることにより、ＧＰＳ受信機では、ＧＰＳ測位に必要な動作の一部が必要でなくなり、即座にＰＬＬを用いた位相合わせに入ることができ、また、即座に測位計算に移行することができ、図２に示した高速測位を行うことができるようになる。その結果、測位時間が大幅に短縮できるわけである。
【００２７】
〔第１の実施の形態〕
図４は、上記したような基本的構成を有したＧＰＳ受信機用のアンテナの構造を示すものである。この図に示すように、本実施の形態におけるＧＰＳ受信機用のアンテナ４０は、図示しない回路パターンを備えたベースプレート４１上に、ＧＰＳブロック１０のアンテナ部１１を構成するＧＰＳアンテナ４２と、電波時計ブロック２０のアンテナ部２１を構成する電波時計アンテナ(受信アンテナ)４３とが取り付けられた構成となっている。
ＧＰＳアンテナ４２は、平面視略矩形状のプレート状であり、セラミック等の誘電体から形成されて、この誘電体の上面(表面)と下面(裏面)に所定形状の電極(図示無し)が被着され、また一方の電極が給電ピン４４に接続され、この給電ピン４４がベースプレート４１の所定の回路パターンに電気的・機械的に接続されて固定されている。また、電波時計アンテナ４３は、図示しないホルダ等を介してベースプレート４１に固定されている。この電波時計アンテナ４３は、フェライトコア４３ａに導線４３ｂを巻きつけた棒状のバーアンテナであり、受信する電波に応じた所定長を有している。また、ＧＰＳアンテナ４２、電波時計アンテナ４３は、アンテナ線４５Ｇ、４５Ｃを介し、図１に示したＧＰＳブロック１０、電波時計ブロック２０に接続されている。
そして、これらＧＰＳアンテナ４２および電波時計アンテナ４３は、樹脂製等の防水カバー４６によって、その全体が覆われている。このようなアンテナ４０は、ベースプレート４１の下面に備えた図示しないマグネットや、その他各種アタッチメント等を用いて、車両等に取り付けることができるようになっている。
【００２８】
このように、ＧＰＳブロック１０と電波時計ブロック２０とを備えるＧＰＳ受信機において、ＧＰＳアンテナ４２と電波時計アンテナ４３とを一体化してアンテナ４０を構成することにより、アンテナ４０の設置スペースの確保、設置の手間等を容易にすることができる。
【００２９】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明に係るＧＰＳ受信機用のアンテナ、ＧＰＳ受信機の第２の実施の形態について説明する。以下の説明において、上記ＧＰＳ受信機の基本的な構成の説明および第１の実施の形態と共通する構成については、同符号を付してその説明を省略した。
図５は、第２の実施の形態におけるＧＰＳ受信機の概略構成を説明するための図である。この図に示すように、本実施の形態におけるＧＰＳ受信機は、電波時計ブロック２０として、２組の電波時計ブロック２０Ａ、２０Ｂを備えた構成となっている。なお、この図においては、周波数測定ブロック３０(図１参照)については図示を省略した。
【００３０】
図６は、このようなＧＰＳ受信機用のアンテナ５０の構造を示すものである。この図に示すように、本実施の形態におけるＧＰＳ受信機用のアンテナ５０は、図示しない回路基板を備えたベースプレート４１上に、ＧＰＳブロック１０のアンテナ部１１を構成するＧＰＳアンテナ４２と、電波時計ブロック２０Ａ、２０Ｂのアンテナ部２１、２１を構成する電波時計アンテナ(受信アンテナ)５１Ａ、５１Ｂとが取り付けられた構成となっている。
【００３１】
このような構成のＧＰＳ受信機においては、電波時計ブロック２０Ａ、２０Ｂの２組のうち、アンテナ部２１での電波の受信状況が良い方から、時刻情報および周波数情報をもらうようにする。
【００３２】
受信状況を判定するには、例えば、それぞれ、電波時計アンテナ５１Ａと５１Ｂで受信した電波信号の強度を、それぞれ信号強度メータ、いわゆるＳメータ等で検出する。そして、電波時計アンテナ５１Ａ、５１Ｂのうち、信号強度の強い方を受信状況の良いものとして選択し、時刻情報および周波数情報を得るのである。このとき、検出した信号強度が、予め設定した信号強度以下である場合には、時刻情報および周波数情報の抜き出しを行わないようにすることも可能である。
また、電波時計アンテナ５１Ａ、５１Ｂの電波信号の強度を所定の順序で判定し、所定の信号強度以上であれば、その時点で時刻情報および周波数情報の抜き出しを行うようにしても良い。例えばまず電波時計アンテナ５１Ａの信号強度の判定を行い、所定の信号強度以上であれば、電波時計アンテナ５１Ｂの信号強度にかかわらず、時刻情報および周波数情報の抜き出しを行うのである。そして、電波時計アンテナ５１Ａの信号強度が所定の信号強度以下であるときに、電波時計アンテナ５１Ｂの信号強度の判定を行う。このとき、電波時計アンテナ５１Ａ、５１Ｂの双方で信号強度が所定の信号強度を下回る場合には、必要な精度の情報が得られないと判断し、時刻情報および周波数情報の抜き出しを行わない。
【００３３】
このようにして、ＧＰＳ受信機に電波時計ブロック２０Ａ、２０Ｂのアンテナ部２１を２組備えることにより、一組のみの場合に比較し、信号強度の強い電波を安定して受信することができ、より信頼度の高い構成を実現できる。
加えて、アンテナ５０に、ＧＰＳアンテナ４２および電波時計アンテナ５１Ａ、５１Ｂを一体に備える構成としたので、複数の電波時計アンテナ５１Ａ、５１Ｂを備えるアンテナ５０の設置スペースの確保、設置の手間等を容易にすることができる。
【００３４】
なお、上記第２の実施の形態では、受信状況を判断するパラメータとして、受信した電波の信号強度を用いる構成としたが、これ以外のパラメータを用いても良い。
例えば、電波時計の信号は６０秒で１サイクルを構成するパルス信号であるため、所定のパルス、例えば１０秒ごとに埋め込まれている「マーカ」と称されるパルス等、を検出し、そのパルス幅が本来のパルス幅に対し予め設定した許容範囲内にあるか否かで受信状況を判断しても良い。このパルス幅は、電波の受信状況に応じて増減するため、本来のパルス幅が例えば２００(msec)であるとすると、検出したパルス幅が、予め設定した許容範囲、例えば２００(msec)±１０％、つまり１８０〜２２０(msec)内であるか否かを判定し、許容範囲内であるときには受信状況が良いと判定するのである。この場合にも、検出したパルス幅が許容範囲外であるときには、受信状況が良くないと判定し、時刻情報および周波数情報の抜き出しを行わないようにしても良い。また、電波時計アンテナ５１Ａ、５１Ｂのうち、パルス幅の誤差が少ない方を選択するようにしても良い。
【００３５】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明に係るＧＰＳ受信機用のアンテナ、ＧＰＳ受信機の第３の実施の形態を示す。ここで示す構成は、ＧＰＳ受信機の全体的なシステム構成については、上記第２の実施の形態で図５に示した構成と共通であり、アンテナの構造のみが異なるので、アンテナのみの説明を行い、ＧＰＳ受信機全体、および時刻情報および周波数情報を得る方法等については説明を省略する。
図７に示すように、第３の実施の形態におけるＧＰＳ受信機用のアンテナ６０は、図示しない回路基板を備えたベースプレート４１上に、ＧＰＳブロック１０のアンテナ部１１を構成するＧＰＳアンテナ４２と、電波時計ブロック２０Ａ、２０Ｂのアンテナ部２１、２１を構成する電波時計アンテナ(受信アンテナ)６１Ａ、６１Ｂとが取り付けられた構成となっている。
ここで、電波時計アンテナ６１Ａと６１Ｂは略Ｌ字状に配置され、その軸線が、所定角度、例えば９０度をなして交差するよう配置されている。これら電波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂは、平面視略矩形のＧＰＳアンテナ４２の互いに隣接する２辺に沿って配置されており、これによってアンテナ６０のコンパクト化が図られている。
【００３６】
図８は、上記のように２本の電波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂを互いに直交して配置した場合のアンテナ向きと信号強度の関係を示す図である。この図における横軸(アンテナ向き)は、図７において、電波時計アンテナ６１Ａの軸線を基準としたときのアンテナ６０の送信局に対する角度である。この図８中、符号(イ)は電波時計アンテナ６１Ａの向きと信号強度の関係、(ロ)は電波時計アンテナ６１Ｂ(電波時計アンテナ６１Ａに対し９０度ずれている)の向きと信号強度の関係である。この図に示すように、電波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂのそれぞれは、その軸線の送信局に対する向きによって、信号強度が上下する。
ここで、このようにして、互いに直交させた電波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂを備えた電波時計ブロック２０Ａ、２０Ｂで時刻情報および周波数情報を得る場合、受信した信号の信号強度が高く、かつ予め設定した所定の信号強度〔例えば図８中符号(ハ)〕以上であるか否かを比較し、いずれか一方からのみ時刻情報および周波数情報を得るのである。この場合、選択された信号は、図８中、符号(ニ)の太線のようになり、常に高い信号強度が得られる。図８からも明らかなように、電波時計アンテナ６１Ａと６１Ｂとを互いに直交させることにより、電波時計アンテナ６１Ａと６１Ｂの少なくともいずれか一方において所定の信号強度以上の信号が得られる確率は高くなる。
【００３７】
上述したように、２本の電波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂを互いに直交させた構成のアンテナ６０を備えることにより、ＧＰＳ受信機においては、アンテナ６０の向きにかかわらず、安定して電波時計の電波を受信することが可能となり、より高精度の時刻情報と周波数情報を得ることができる。
【００３８】
なお、上記第３の実施の形態では、時刻情報を得る電波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂを信号強度によって選択する構成としたが、前記第２の実施の形態と同様、受信したパルス信号のパルス幅が許容範囲内にあるか否かによって時刻情報を得る電波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂを選択する場合にも、上記と全く同様に行うことができる。
【００３９】
また、上記信号強度、パルス幅に変えて、図９に示すように、電波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂそれぞれのエラーレートにより、時刻情報を得る電波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂの選択を行うようにしても良い。図９中、符号(ホ)は電波時計アンテナ６１Ａの向きとエラーレートの関係、(ヘ)は電波時計アンテナ６１Ｂの向きとエラーレートの関係である。そして、符号(ト)は、エラーレートの良い方を選択した場合の状態を示している。
ここで、エラーレートを得るには、まず、電波時計ブロック２０Ａ、２０Ｂからそれぞれ得られるパルス信号の１秒ごとのパルス幅を検出し、検出した各パルス幅が所定の許容範囲内であるか否かを判定する。そして、所定時間にわたって上記の検出を行い、パルス幅が許容範囲内にあるパルスの数を、時間内の全パルス数で除すことによりエラーレートが得られる。このエラーレートの規格値を予め定めておき、そして、電波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂのいずれかがエラーレートが規格値以上であるときに、時刻情報を得るよう構成とすることもできる。
【００４０】
なお、上記第２および第３の実施の形態において、２組の、電波時計アンテナ５１Ａ、５１Ｂ、電波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂを備える構成としたが、これを３組以上とすることも可能である。例えば図１０は、アンテナ７０に、計４組の電波時計アンテナ(受信アンテナ)７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄを備えた例である。ここでは、これら電波時計アンテナ７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１ＤをＧＰＳアンテナ４２の四辺に沿って配置し、アンテナ７０のコンパクト化が図られている。もちろん、これ以外の配置も可能である。なおこの図１０では、電波時計アンテナ７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄのそれぞれにアンテナ線４５Ｃを備える構成としたが、例えば、互いに平行な電波時計アンテナ７１Ａと７１Ｃ、電波時計アンテナ７１Ｂと７１Ｄを図示しない配線で結び、直列配置とすることも可能である。
【００４１】
また、上記第３の実施の形態では、電波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂの交差角度を９０度としたが、これ以外の角度であっても良い。例えば、アンテナを３組以上設ける場合には、互いに隣接するアンテナ間の角度を、例えば６０度、４５度等、他の角度としても良い。
さらに、図８や図９において、アンテナの向きを変えたときの信号強度やエラーレートを表す図において、符号(イ)〜(ト)で示した各曲線は、あたかも略半円状をなしているが、これはあくまでも概略図に過ぎず、実際の曲線は他の形状となり得る。
【００４２】
〔第４の実施の形態〕
次に、本発明に係るＧＰＳ受信機用のアンテナ、ＧＰＳ受信機の第４の実施の形態を示す。ここでは、例えば上記第１の実施の形態で示した構成において、アンテナ線４５Ｇ、４５Ｃを一本にまとめる場合を示す。なお、以下に示す構成において、前記ＧＰＳ受信機の基本的な構成の説明および第１の実施の形態と共通する構成については、同符号を付してその説明を省略した。
【００４３】
図１１は、本実施の形態におけるＧＰＳ受信機の構成を示す概略図である。この図に示すように、ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳブロック１０と、電波時計ブロック２０と、周波数測定ブロック３０(図１参照)とを備えている。そして、ＧＰＳ受信機用のアンテナ８０は、図示しない回路基板を備えたベースプレート８１上に、ＧＰＳブロック１０のアンテナ部１１を構成するＧＰＳアンテナ４２と、電波時計ブロック２０のアンテナ部２１を構成する電波時計アンテナ４３とが取り付けられた構成となっている。そして、ＧＰＳアンテナ４２のアンテナ線８２と、電波時計アンテナ４３のアンテナ線８３は、ベースプレート８１に一体に取り付けられた混合器８４に接続されている。
一方、ＧＰＳ受信機の本体内には、分配器８５が備えられ、アンテナ８０の混合器８４との間は、一本の共有アンテナ線(アンテナ線)８６によって接続されている。
【００４４】
図１２は、混合器８４と分配器８５の回路構成の一例である。この図において、Ｖinは、ＧＰＳ受信機本体側からの入力電圧、Ｖoutはアンテナ８０のアンプAmpへの入力電圧、Ｓradioは電波時計アンテナ４３からの信号、ＳgpsはＧＰＳアンテナ４２からの信号である。
この図に示すように、ＧＰＳアンテナ４２と電波時計アンテナ４３から混合器８４に入力された信号Ｓgps、Ｓradioは、それぞれアンプAmpにより所定のレベルに増幅された後、混合される。このとき、混合器８４を構成する抵抗Ｒ、コイルＬ、コンデンサＣからなるフィルタにより、ＧＰＳアンテナ４２あるいは電波時計アンテナ４３からの信号Ｓgps、Ｓradioが、アンプAmpへの入力電圧Ｖoutに入り込むのが防止される。
このようにして混合器８４で混合された信号は、共有アンテナ線８６を介してＧＰＳ受信機本体側の分配器８５に伝送される。分配器８５では、コンデンサＣとコイルＬとからなるＣＬフィルタ、コンデンサＣおよび抵抗ＲからなるＲＣフィルタにて、ＧＰＳアンテナ４２からの信号Ｓgpsと、電波時計アンテナ４３からの信号Ｓradioとに分配され、それぞれＧＰＳブロック１０、電波時計ブロック２０に入力される。
【００４５】
このように、ＧＰＳアンテナ４２と電波時計アンテナ４３を備えるＧＰＳ受信機において、アンテナ８０とＧＰＳ受信機本体側とを共有アンテナ線８６を介して接続することにより、配線を簡略化して、コストを低減するとともに、その設置を容易に行うことが可能となり、さらには見た目を損なうこともない。
【００４６】
なお、上記第４の実施の形態で示した構成は、上記第２および第３の実施の形態にも同様に適用が可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＧＰＳの測位時間を飛躍的に早くすることのできる電波時計を利用したＧＰＳ受信機において、アンテナの設置スペースの確保、および設置を容易に行うことができる。さらに、電波時計のアンテナを複数備えることにより、受信状況の良好な信号を安定して受信することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るＧＰＳ受信機の基本的な構成を示す図である。
【図２】  各ブロック動作と通信内容を説明するための図である。
【図３】  ＧＰＳ受信機における測位動作を示す図である。
【図４】  第１の実施の形態におけるＧＰＳ受信機用のアンテナの構造を示す図であって、(ａ)は平面図、(ｂ)は(ａ)の正面図、(ｃ)は(ａ)の側面図である。
【図５】  第２の実施の形態におけるＧＰＳ受信機の概略構成を示す図である。
【図６】  図５に示したＧＰＳ受信機用のアンテナの構造を示す平面図である。
【図７】  第３の実施の形態におけるＧＰＳ受信機用のアンテナの構造を示す平面図である。
【図８】  図７に示したアンテナの配置におけるアンテナ向きと信号強度の関係を示す図である。
【図９】  図７に示したアンテナの配置におけるアンテナ向きとエラーレートの関係を示す図である。
【図１０】  第３の実施の形態におけるＧＰＳ受信機用のアンテナの構造の他の例を示す平面図である。
【図１１】  第４の実施の形態におけるＧＰＳ受信機の概略構成を示す図である。
【図１２】  図１１に示したＧＰＳ受信機の要部の電気回路の例を示す図である。
【図１３】  (ａ)は一般的に用いられるＧＰＳシステムの概略構成、(ｂ)は従来のＧＰＳ測位動作を示した説明図である。
【図１４】  本発明に先立って既に提案したＧＰＳ受信機の概略構成を示す図である。
【図１５】  アンテナの指向性の違いを示す図である。
【符号の説明】
１０…ＧＰＳブロック(測位実行手段)、１１…アンテナ部、１２…周波数発振器、２０，２０Ａ，２０Ｂ…電波時計ブロック、２１…アンテナ部、３０…周波数測定ブロック(周波数測定手段)、４０，５０，６０，７０，８０…アンテナ、４１，８１…ベースプレート、４２…ＧＰＳアンテナ、４３，５１Ａ，５１Ｂ，６１Ａ，６１Ｂ，７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ…電波時計アンテナ(受信アンテナ)、８４…混合器、８５…分配器、８６…共有アンテナ線(アンテナ線)
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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