(57)【要約】【課題】アンテナで受信したＧＮＳＳ信号が、衛星からの直接波に基づくものか、そうでないかについて簡単に判定することができるＧＮＳＳ受信装置を提供する。【解決手段】ＧＮＳＳ受信装置は、少なくとも２つのアンテナと、衛星方向取得部と、推定部と、判定部と、を備える。衛星方向取得部は、アンテナが受信したＧＮＳＳ信号に対応する衛星をアンテナから見た方向を、衛星軌道情報に基づいて取得する。推定部は、複数のアンテナでＧＮＳＳ信号を受信したタイミングの差に基づいて、当該ＧＮＳＳ信号の到来方向を推定する。判定部は、衛星をアンテナから見た方向と、推定部が推定した到来方向と、を比較することにより、アンテナで受信したＧＮＳＳ信号が、衛星からの直接波に基づく直接ＧＮＳＳ信号であるか、そうでない非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定する。【選択図】図１
2019239764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのアンテナと、
前記アンテナが受信したＧＮＳＳ信号に対応する衛星を前記アンテナから見た方向を、衛星軌道情報に基づいて取得する衛星方向取得部と、
複数の前記アンテナで前記ＧＮＳＳ信号を受信したタイミングの差に基づいて、当該ＧＮＳＳ信号の到来方向を推定する推定部と、
前記衛星を前記アンテナから見た方向と、前記推定部が推定した前記到来方向と、を比較することにより、前記アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号が、衛星からの直接波に基づく直接ＧＮＳＳ信号であるか、そうでない非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定する判定部と、
を備えることを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項２】
少なくとも２つのアンテナと、
複数の前記アンテナで前記ＧＮＳＳ信号を受信したタイミングの差に基づいて、当該ＧＮＳＳ信号の到来方向の推定に関して、当該ＧＮＳＳ信号の強度の角度スペクトラムを求める推定部と、
前記推定部が求めた前記角度スペクトラムに基づいて、前記アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号が、衛星からの直接波に基づく直接ＧＮＳＳ信号であるか、そうでない非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定する判定部と、
を備えることを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
前記アンテナが受信した前記ＧＮＳＳ信号に対応する衛星を前記アンテナから見た方向を、衛星軌道情報に基づいて取得する衛星方向取得部を備え、
前記判定部は、前記角度スペクトラムに基づく、前記衛星を前記アンテナから見た方向に対応する前記ＧＮＳＳ信号の強度の値を用いて、前記アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号が前記直接ＧＮＳＳ信号であるか前記非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定することを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項４】
請求項２に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
前記アンテナが受信した前記ＧＮＳＳ信号に対応する衛星を前記アンテナから見た方向を、衛星軌道情報に基づいて取得する衛星方向取得部を備え、
前記判定部は、前記衛星を前記アンテナから見た方向と、前記角度スペクトラムのピークに相当する方向と、を比較することにより、前記アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号が、前記直接ＧＮＳＳ信号であるか前記非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定することを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項５】
請求項２から４までの何れか一項に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
前記判定部は、前記角度スペクトラムが複数のピークを有する場合に、前記アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号が前記非直接ＧＮＳＳ信号であると判定することを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項６】
請求項１から５までの何れか一項に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
前記判定部は、前記アンテナで受信した複数のＧＮＳＳ信号が互いに異なる送信元衛星を示すにもかかわらず、前記推定部が推定した前記ＧＮＳＳ信号の到来方向が互いに類似する場合に、当該ＧＮＳＳ信号が前記非直接ＧＮＳＳ信号であると判定することを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項７】
請求項１から６までの何れか一項に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
前記非直接ＧＮＳＳ信号であると前記判定部が判定したＧＮＳＳ信号について前記推定部が推定した到来方向を出力可能に構成されていることを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項８】
請求項１から７までの何れか一項に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
前記非直接ＧＮＳＳ信号にマルチパス信号が含まれることを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項９】
請求項１から８までの何れか一項に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
前記非直接ＧＮＳＳ信号になりすまし信号が含まれることを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
複数の前記アンテナから構成されるアンテナアレイを複数備え、
前記非直接ＧＮＳＳ信号であると前記判定部が判定したＧＮＳＳ信号がある場合に、それぞれの前記アンテナアレイから見た当該ＧＮＳＳ信号の到来方向について前記推定部が推定した結果と、それぞれの前記アンテナアレイの位置と、に基づいて、前記なりすまし信号の送信源の位置を推定することを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項１１】
請求項１から１０までの何れか一項に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
前記推定部は、
複数のアンテナで受信したＧＮＳＳ信号に含まれるＰＲＮコードのタイミングの差から、当該ＧＮＳＳ信号の到来方向を推定することを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項１２】
請求項１から１１までの何れか一項に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
前記推定部は、複数のアンテナで受信したＧＮＳＳ信号の搬送波の位相差から、当該ＧＮＳＳ信号の到来方向を推定することを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項１３】
請求項１から１２までの何れか一項に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
それぞれの前記アンテナは、地面に対して位置が変動しないように固定的に設けられていることを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項１４】
請求項１から１３までの何れか一項に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
少なくとも３つの前記アンテナを備えることを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項１５】
請求項１から１４までの何れか一項に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
複数の受信機を備え、
複数の前記アンテナは、複数の前記受信機のうち何れかに接続され、
複数の前記受信機に対して、共通のクロック源からクロック信号が供給されることを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項１６】
請求項１から１５までの何れか一項に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
前記判定部の判定結果に基づいて、前記受信したＧＮＳＳ信号から前記非直接ＧＮＳＳ信号を除去する非直接ＧＮＳＳ信号除去部を備えることを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項１７】
請求項１から１６までの何れか一項に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
前記非直接ＧＮＳＳ信号の受信を前記判定部の判定結果に基づいて報知する報知部を備えることを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項１８】
少なくとも２つのアンテナと、
複数の前記アンテナで前記ＧＮＳＳ信号を受信したタイミングの差に基づいて、当該ＧＮＳＳ信号の強度の角度スペクトラムを求める角度スペクトラム取得部と、
前記角度スペクトラムを表示するためのデータを生成する表示データ生成部と、
を備えることを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
前記角度スペクトラム取得部は、前記ＧＮＳＳ信号の強度の角度スペクトラムを、方位角及び仰角に関する２次元の角度スペクトラムとして求め、
前記表示データ生成部は、天球における前記角度スペクトラムをグラフィカルに表示するためのデータを生成することを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
表示される前記角度スペクトラムにおける信号強度は、カラースケール、色の濃淡又は等強度線によって表現されることを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項２１】
請求項１８から２０までの何れか一項に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
前記アンテナが受信したＧＮＳＳ信号に対応する衛星を前記アンテナから見た方向を、衛星軌道情報に基づいて取得する衛星方向取得部を備え、
前記表示データ生成部は、前記衛星を前記アンテナから見た方向を表示するためのデータを生成することを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【請求項２２】
少なくとも２つのアンテナでＧＮＳＳ信号を受信し、
前記アンテナが受信した前記ＧＮＳＳ信号に対応する衛星を前記アンテナから見た方向を、衛星軌道情報に基づいて取得し、
複数の前記アンテナで前記ＧＮＳＳ信号を受信したタイミングの差に基づいて、当該ＧＮＳＳ信号の到来方向を推定し、
前記衛星を前記アンテナから見た方向と、推定された前記ＧＮＳＳ信号の到来方向と、を比較して、前記アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号が、衛星からの直接波に基づく直接ＧＮＳＳ信号であるか、そうでない非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定することを特徴とするＧＮＳＳ受信方法。
【請求項２３】
少なくとも２つのアンテナでＧＮＳＳ信号を受信し、
複数の前記アンテナで前記ＧＮＳＳ信号を受信したタイミングの差に基づいて、当該ＧＮＳＳ信号の強度の角度スペクトラムを求め、
前記角度スペクトラムに基づいて、前記アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号が、衛星からの直接波に基づく直接ＧＮＳＳ信号であるか、そうでない非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定することを特徴とするＧＮＳＳ受信方法。
【請求項２４】
少なくとも２つのアンテナでＧＮＳＳ信号を受信し、
複数の前記アンテナで前記ＧＮＳＳ信号を受信したタイミングの差に基づいて、当該ＧＮＳＳ信号の強度の角度スペクトラムを求め、
前記角度スペクトラムを表示するためのデータを生成することを特徴とするＧＮＳＳ受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＮＳＳ受信装置及びＧＮＳＳ受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マルチパスに関する電波の入射を抑制した衛星電波受信用アンテナが知られている。例えば、特許文献１には、低仰角の反射送信電波を入射させない衛星電波受信用アンテナが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平７−２５６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１の構成は、マルチパス等の信号の受信を完全に回避できるものではない。また、特許文献１の構成は、アンテナで受信した信号が、衛星からの直接波に基づく信号であるか、そうでないマルチパス等に関する信号であるかについて判定することができない。【０００５】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、アンテナで受信したＧＮＳＳ信号が、衛星からの直接波に基づくものか、そうでないかについて簡単に判定することができるＧＮＳＳ受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００７】
本発明の第１の観点によれば、以下の構成のＧＮＳＳ受信装置が提供される。即ち、このＧＮＳＳ受信装置は、少なくとも２つのアンテナと、衛星方向取得部と、推定部と、判定部と、を備える。前記衛星方向取得部は、前記アンテナが受信したＧＮＳＳ信号に対応する衛星を前記アンテナから見た方向を、衛星軌道情報に基づいて取得する。前記推定部は、複数の前記アンテナで前記ＧＮＳＳ信号を受信したタイミングの差に基づいて、当該ＧＮＳＳ信号の到来方向を推定する。前記判定部は、前記衛星を前記アンテナから見た方向と、前記推定部が推定した前記到来方向と、を比較することにより、前記アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号が、衛星からの直接波に基づく直接ＧＮＳＳ信号であるか、そうでない非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定する。
【０００８】
これにより、衛星をアンテナから見た方向と、推定したＧＮＳＳ信号の到来方向と、を比較する簡単な方法により、受信した信号が、衛星からの直接波に基づくＧＮＳＳ信号であるか、そうでないＧＮＳＳ信号であるかについて判定することができる。
【０００９】
本発明の第２の観点によれば、以下の構成のＧＮＳＳ受信装置が提供される。即ち、このＧＮＳＳ受信装置は、少なくとも２つのアンテナと、推定部と、判定部と、を備える。前記推定部は、複数の前記アンテナで前記ＧＮＳＳ信号を受信したタイミングの差に基づいて、当該ＧＮＳＳ信号の到来方向の推定に関して、当該ＧＮＳＳ信号の強度の角度スペクトラムを求める。前記判定部は、前記推定部が求めた前記角度スペクトラムに基づいて、前記アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号が、衛星からの直接波に基づく直接ＧＮＳＳ信号であるか、そうでない非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定する。
【００１０】
これにより、ＧＮＳＳ信号の到来方向の推定に関して角度スペクトラムを求めることにより、受信した信号が、衛星からの直接波に基づくＧＮＳＳ信号であるか、そうでないＧＮＳＳ信号であるかについて判定することができる。
【００１１】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このＧＮＳＳ受信装置は、前記アンテナが受信した前記ＧＮＳＳ信号に対応する衛星を前記アンテナから見た方向を、衛星軌道情報に基づいて取得する衛星方向取得部を備える。前記判定部は、前記角度スペクトラムに基づく、前記衛星を前記アンテナから見た方向に対応する前記ＧＮＳＳ信号の強度の値を用いて、前記アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号が前記直接ＧＮＳＳ信号であるか前記非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定する。
【００１２】
非直接ＧＮＳＳ信号を受信した場合の角度スペクトラムは、衛星軌道情報に基づいて得られた衛星の方向で信号強度が大きくならないことが殆どである。この性質を用いて、直接ＧＮＳＳ信号と非直接ＧＮＳＳ信号とを適切に区別することができる。
【００１３】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このＧＮＳＳ受信装置は、前記アンテナが受信した前記ＧＮＳＳ信号に対応する衛星を前記アンテナから見た方向を、衛星軌道情報に基づいて取得する衛星方向取得部を備える。前記判定部は、前記衛星を前記アンテナから見た方向と、前記角度スペクトラムのピークに相当する方向と、を比較することにより、前記アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号が、前記直接ＧＮＳＳ信号であるか前記非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定する。
【００１４】
非直接ＧＮＳＳ信号を受信した場合の角度スペクトラムのピークに相当する方向は、衛星軌道情報に基づいて得られた衛星の方向と乖離することが殆どである。この性質を用いて、直接ＧＮＳＳ信号と非直接ＧＮＳＳ信号とを適切に区別することができる。
【００１５】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、前記判定部は、前記角度スペクトラムが複数のピークを有する場合に、前記アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号が前記非直接ＧＮＳＳ信号であると判定することが好ましい。
【００１６】
通常、直接ＧＮＳＳ信号を受信した場合の角度スペクトラムは、ある方向を単一のピークとする分布を示す。この性質を用いて、直接ＧＮＳＳ信号と非直接ＧＮＳＳ信号とを適切に区別することができる。
【００１７】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、前記判定部は、前記アンテナで受信した複数のＧＮＳＳ信号が互いに異なる送信元衛星を示すにもかかわらず、前記推定部が推定した前記ＧＮＳＳ信号の到来方向が互いに類似する場合に、当該ＧＮＳＳ信号が前記非直接ＧＮＳＳ信号であると判定することが好ましい。なお、「ＧＮＳＳ信号の到来方向が互いに類似する」場合には、到来方向の角度が類似する場合と、角度スペクトラム同士が類似する場合と、が含まれる。
【００１８】
直接ＧＮＳＳ信号は、通常、衛星ごとに異なる角度で到来する。一方、なりすまし信号は、悪意のある者が設置した１つ又は少数の送信源が複数の衛星になりすましてＧＮＳＳ信号を送信することが多いため、それぞれのＧＮＳＳ信号が異なる衛星を示していても、その到来角度が互いに類似する傾向がある。この性質を用いて、直接ＧＮＳＳ信号と非直接ＧＮＳＳ信号（なりすまし信号）とを適切に区別することができる。
【００１９】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、前記非直接ＧＮＳＳ信号であると前記判定部が判定したＧＮＳＳ信号について前記推定部が推定した到来方向を出力可能に構成されていることが好ましい。
【００２０】
これにより、例えば、マルチパスの状況、なりすまし信号の送信源の位置等に関する有用な情報を得ることができる。
【００２１】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、前記非直接ＧＮＳＳ信号にマルチパス信号が含まれることが好ましい。
【００２２】
これにより、マルチパスに対処することができる。
【００２３】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、前記非直接ＧＮＳＳ信号になりすまし信号が含まれることが好ましい。
【００２４】
これにより、ＧＮＳＳスプーフィングに対処することができる。
【００２５】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このＧＮＳＳ受信装置は、複数の前記アンテナから構成されるアンテナアレイを複数備える。前記ＧＮＳＳ受信装置は、前記非直接ＧＮＳＳ信号であると判定されたＧＮＳＳ信号がある場合に、それぞれの前記アンテナアレイから見た当該ＧＮＳＳ信号の到来方向について前記推定部が推定した結果と、それぞれの前記アンテナアレイの位置と、に基づいて、前記なりすまし信号の送信源の位置を推定する。
【００２６】
これにより、なりすまし信号の送信源がどこにあるかを知ることができる。
【００２７】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、前記推定部は、複数のアンテナで受信したＧＮＳＳ信号に含まれるＰＲＮコードのタイミングの差から、当該ＧＮＳＳ信号の到来方向を推定するように構成することができる。
【００２８】
この場合、ＧＮＳＳ信号の到来方向を簡単な処理で推定することができる。
【００２９】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、前記推定部は、複数のアンテナで受信したＧＮＳＳ信号の搬送波の位相差から、当該ＧＮＳＳ信号の到来方向を推定することもできる。
【００３０】
この場合、ＧＮＳＳ信号の到来方向を精密に推定することができる。
【００３１】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、それぞれの前記アンテナは、地面に対して位置が変動しないように固定的に設けられていることが好ましい。
【００３２】
これにより、複数のアンテナの位置関係が変化しないので、ＧＮＳＳ信号の到来方向を安定して推定することができる。
【００３３】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、少なくとも３つの前記アンテナを備えることが好ましい。
【００３４】
これにより、ＧＮＳＳ信号の到来方向を良好に推定することができる。
【００３５】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このＧＮＳＳ受信装置は、複数の受信機を備える。複数の前記アンテナは、複数の前記受信機のうち何れかに接続される。複数の前記受信機に対して、共通のクロック源からクロック信号が供給される。
【００３６】
これにより、受信機が異なっても、それぞれのアンテナがＧＮＳＳ信号を受信したタイミングを、共通のクロックを利用して表すことができる。従って、ＧＮＳＳ信号の受信タイミングの差を正確かつ容易に求めて、ＧＮＳＳ信号の到来方向を推定することができる。
【００３７】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、前記判定部の判定結果に基づいて、前記受信したＧＮＳＳ信号から前記非直接ＧＮＳＳ信号を除去する非直接ＧＮＳＳ信号除去部を備えることが好ましい。
【００３８】
これにより、精度を低下させる非直接ＧＮＳＳ信号を除去することにより、装置の正確な動作を実現することができる。
【００３９】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、前記非直接ＧＮＳＳ信号の受信を前記判定部の判定結果に基づいて報知する報知部を備えることが好ましい。
【００４０】
これにより、非直接ＧＮＳＳ信号を受信したことをユーザに知らせ、注意を喚起することができる。
【００４１】
本発明の第３の観点によれば、以下の構成のＧＮＳＳ受信装置が提供される。即ち、このＧＮＳＳ受信装置は、少なくとも２つのアンテナと、角度スペクトラム取得部と、表示データ生成部と、を備える。前記角度スペクトラム取得部は、複数の前記アンテナで前記ＧＮＳＳ信号を受信したタイミングの差に基づいて、当該ＧＮＳＳ信号の強度の角度スペクトラムを求める。前記表示データ生成部は、前記角度スペクトラムを表示するためのデータを生成する。
【００４２】
これにより、ユーザがＧＮＳＳ信号の電波受信状況を具体的に把握することができる。
【００４３】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記角度スペクトラム取得部は、前記ＧＮＳＳ信号の強度の角度スペクトラムを、方位角及び仰角に関する２次元の角度スペクトラムとして求める。前記表示データ生成部は、天球における前記角度スペクトラムをグラフィカルに表示するためのデータを生成する。
【００４４】
これにより、角度スペクトラムを視覚的に理解し易く表示することができる。
【００４５】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、表示される前記角度スペクトラムにおける信号強度は、カラースケール、色の濃淡又は等強度線によって表現されることが好ましい。
【００４６】
これにより、見易い角度スペクトラムの表示が可能になる。
【００４７】
前記のＧＮＳＳ受信装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このＧＮＳＳ受信装置は、前記アンテナが受信したＧＮＳＳ信号に対応する衛星を前記アンテナから見た方向を、衛星軌道情報に基づいて取得する衛星方向取得部を備える。前記表示データ生成部は、前記衛星を前記アンテナから見た方向を表示するためのデータを生成する。
【００４８】
これにより、ユーザは、ＧＮＳＳ信号の角度スペクトラムを、当該ＧＮＳＳ信号に対応する衛星の方向とともに理解することができる。
【００４９】
本発明の第４の観点によれば、以下のＧＮＳＳ受信方法が提供される。即ち、少なくとも２つのアンテナでＧＮＳＳ信号を受信する。前記アンテナが受信した前記ＧＮＳＳ信号に対応する衛星を前記アンテナから見た方向を、衛星軌道情報に基づいて取得する。複数の前記アンテナで前記ＧＮＳＳ信号を受信したタイミングの差に基づいて、当該ＧＮＳＳ信号の到来方向を推定する。前記衛星を前記アンテナから見た方向と、推定された前記ＧＮＳＳ信号の到来方向と、を比較して、前記アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号が、衛星からの直接波に基づく直接ＧＮＳＳ信号であるか、そうでない非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定する。
【００５０】
本発明の第５の観点によれば、以下のＧＮＳＳ受信方法が提供される。即ち、少なくとも２つのアンテナでＧＮＳＳ信号を受信する。複数の前記アンテナで前記ＧＮＳＳ信号を受信したタイミングの差に基づいて、当該ＧＮＳＳ信号の強度の角度スペクトラムを求める。前記角度スペクトラムに基づいて、前記アンテナで受信した前記ＧＮＳＳ信号が、衛星からの直接波に基づく直接ＧＮＳＳ信号であるか、そうでない非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定する。
【００５１】
本発明の第６の観点によれば、以下のＧＮＳＳ受信方法が提供される。即ち、少なくとも２つのアンテナでＧＮＳＳ信号を受信する。複数の前記アンテナで前記ＧＮＳＳ信号を受信したタイミングの差に基づいて、当該ＧＮＳＳ信号の強度の角度スペクトラムを求める。前記角度スペクトラムを表示するためのデータを生成する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係るＧＮＳＳ受信装置の電気的構成を示すブロック図。
【図２】アンテナの配置の一例を示す図。
【図３】ＧＮＳＳ信号の強度の角度スペクトラムの例を示す図。
【図４】なりすまし信号の送信装置の位置を、複数のアンテナアレイを用いて取得する概念図。
【図５】別の実施形態のＧＮＳＳ受信装置の電気的構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るＧＮＳＳ受信装置１の電気的構成を示すブロック図である。図２は、アンテナ１１の配置の一例を示す図である。
【００５４】
図１に示すＧＮＳＳ受信装置１は、受信したＧＮＳＳ信号に基づいて、ＧＮＳＳ時刻に正確に同期した１ＰＰＳ信号をタイミングパルスとして出力するものであり、例えば通信基地局又は放送局等で使用することができる。このＧＮＳＳ受信装置１は、受信したＧＮＳＳ信号が、直接ＧＮＳＳ信号であるか、非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定し、非直接ＧＮＳＳ信号を除外して測位計算を行うことにより、高い精度のタイミングパルス信号を出力することができる。
【００５５】
本明細書において、直接ＧＮＳＳ信号とは、ＧＮＳＳ衛星から送信された電波を直接受信したＧＮＳＳ信号を意味する。非直接ＧＮＳＳ信号とは、直接ＧＮＳＳ信号以外のＧＮＳＳ信号を意味する。非直接ＧＮＳＳ信号の例としては、ＧＮＳＳ衛星から送信された電波が建物等の壁面に当たって反射した後に受信したＧＮＳＳ信号（以下、マルチパス信号という）を挙げることができる。また、非直接ＧＮＳＳ信号には、スプーフィングを目的として何者かがＧＮＳＳ衛星以外の送信源から送信した電波を受信したＧＮＳＳ信号（以下、なりすまし信号という）が含まれる。
【００５６】
ＧＮＳＳ受信装置１は、アンテナアレイを備える。アンテナアレイは、ＧＮＳＳ信号を受信可能な複数のアンテナ１１を備える。それぞれのアンテナ１１の構成は任意であるが、例えばパッチアンテナとすると、コストを低減できるために好ましい。
【００５７】
このアンテナアレイにおいて、各アンテナ１１は、所定の間隔をあけて配置される。アンテナ１１は物理的に位置を異ならせて配置されているので、同一のＧＮＳＳ信号を受信する場合においても、各アンテナ１１での受信タイミングは、特別な場合を除いて異なる。本実施形態において、それぞれのアンテナ１１は地面に対して移動することがないように固定的に設置される。
【００５８】
図１ではアンテナ１１が２つだけ示されているが、本実施形態では、図２に示すように、アンテナアレイは６個のアンテナ１１を備える。アンテナアレイにおいて、アンテナ１１は、正６面体における６つの面の面心位置に対応するように配置されている。
【００５９】
正６面体の上面のアンテナ１１、下面のアンテナ１１の２つに着目すると、アンテナアレイからみて高仰角の領域に存在する１番の衛星１０１がＧＮＳＳ信号を送信した場合、このＧＮＳＳ信号１１１は、上、下の順に、２つのアンテナ１１によって時間差をおいて受信される。なお、ＧＮＳＳ信号が建物等に反射したマルチパスＧＮＳＳ信号１１２については後述する。
【００６０】
アンテナアレイからみて低仰角の領域に存在する２番の衛星１０２がＧＮＳＳ信号を送信した場合も、このＧＮＳＳ信号１１３は、上、下の順に、２つのアンテナ１１によって時間差をおいて受信される。ただし、低仰角の２番の衛星１０２の場合、上下の２つのアンテナ１１がＧＮＳＳ信号１１３を受信するタイミングの差は、高仰角の１番の衛星１０１のＧＮＳＳ信号１１１と比較して小さくなる。
【００６１】
上記の説明では、アンテナアレイにおいて高さの異なる２つのアンテナ１１に着目して説明しているが、水平面内で位置が異なる４つのアンテナ１１に着目した場合、それぞれのアンテナ１１がＧＮＳＳ信号を受信するタイミングの先後及びその時間差は、アンテナアレイから見たＧＮＳＳ信号の到来方向（方位角及び仰角）に応じて異なる。
【００６２】
本実施形態に係るＧＮＳＳ受信装置１は、位置を異ならせて配置された複数のアンテナ１１での受信タイミングの時間差を利用して、受信したＧＮＳＳ信号が、直接ＧＮＳＳ信号であるか、非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定することができる。更に、ＧＮＳＳ受信装置１は、非直接ＧＮＳＳ信号を除外した上で、直接ＧＮＳＳ信号に基づいてタイミングパルス信号を生成して外部に出力することができる。
【００６３】
図１に示すように、ＧＮＳＳ受信装置１は、信号処理部２１と、判断処理部５１と、フィルタ部（非直接ＧＮＳＳ信号除去部）６１と、測位計算部７１と、タイミングパルス生成部８１と、を備える。
【００６４】
信号処理部２１は、受信したＧＮＳＳ信号に対して信号処理を行う。この信号処理部２１は、クロックパルス発生部３１と、受信機４１と、を備える。
【００６５】
クロックパルス発生部３１は、所定の周波数（クロック周波数）を有するクロック信号を受信機４１に出力する。クロックパルス発生部３１は、受信機４１にクロック信号を供給するクロック源として機能する。
【００６６】
クロックパルス発生部３１は、発振器３２と、シンセサイザ３３と、を備える。
【００６７】
発振器３２は、例えば水晶からなる振動子を発振させることにより、所定の周波数の信号を生成する。発振器３２は、生成した信号をシンセサイザ３３に出力する。
【００６８】
シンセサイザ３３は、発振器３２から出力された信号に基づいて、所定の周波数（クロック周波数）のクロック信号を生成する。シンセサイザ３３は、生成したクロック信号を受信機４１に出力する。
【００６９】
受信機４１は、信号処理を行う。本実施形態では、受信機４１は、各アンテナ１１に対応して１つずつ配置されている。それぞれの受信機４１は、対応するアンテナ１１に接続される。従って、各アンテナ１１で受信したＧＮＳＳ信号は、各受信機４１によって個別に信号処理される。
【００７０】
それぞれの受信機４１は、信号入力部４２と、ＲＦ／ＩＦダウンコンバータ部４３と、ベースバンド処理部（衛星方向取得部）４４と、を備える。
【００７１】
信号入力部４２には、アンテナ１１が受信したＧＮＳＳ信号が入力される。信号入力部４２は、例えばコネクタとすることができる。このコネクタには、アンテナ１１と受信機４１とを電気的に接続する信号線が接続される。
【００７２】
ＲＦ／ＩＦダウンコンバータ部４３は、信号入力部４２で取得したＧＮＳＳ信号を、後述するベースバンド処理部４４で処理することができる信号データに変換する。
【００７３】
ＲＦ／ＩＦダウンコンバータ部４３は、ＶＣＯ（電圧制御発振器）と、ミキサ（混合器）と、を備える。ＲＦ／ＩＦダウンコンバータ部４３は、信号入力部４２で取得したＧＮＳＳ信号と、クロック周波数の位相に一致するように制御されたＶＣＯからの出力と、をミキサで混合する。これにより、ＲＦ／ＩＦダウンコンバータ部４３は、ＧＮＳＳ信号の周波数を、クロック周波数の分周比倍の中間周波数に変換することができる。
【００７４】
また、ＲＦ／ＩＦダウンコンバータ部４３は、アンプと、Ａ／Ｄコンバータと、を備える。アンプは、中間周波数に変換したＧＮＳＳ信号を増幅する。Ａ／Ｄコンバータは、増幅した当該ＧＮＳＳ信号をデジタルデータに変換する。ＲＦ／ＩＦダウンコンバータ部４３は、当該ＧＮＳＳ信号に関するデータを、ベースバンド処理部４４に出力する。
【００７５】
ベースバンド処理部４４は、公知のコンピュータとして構成されており、ＣＰＵ、ＲＯＭ、相関器等を備える。ＲＯＭには、ＧＮＳＳ信号を処理するためのプログラムが格納されており、ベースバンド処理部４４は、当該プログラムに基づいて動作する。
【００７６】
ベースバンド処理部４４の相関器には、ＲＦ／ＩＦダウンコンバータ部４３から出力されたＧＮＳＳ信号に関するデータと、シンセサイザ３３からのクロック信号と、が入力される。相関器は、複数種類のＰＲＮコード（疑似雑音符号）と、ＧＮＳＳ信号と、の相関を、ＰＲＮコードのタイミングを少しずつズラしながら求める。ベースバンド処理部４４は、これにより、ＧＮＳＳ信号が変調されているＰＲＮコード番号を特定するとともに、当該ＰＲＮコードの受信タイミングを特定する。
【００７７】
ＧＮＳＳシステムは多数のＧＮＳＳ衛星によって構築されているが、ＰＲＮコードは１つ１つのＧＮＳＳ衛星に固有のものである。従って、ＰＲＮコード番号を特定することは、受信したＧＮＳＳ信号に対応するＧＮＳＳ衛星を特定することと同義である。
【００７８】
ＰＲＮコードの受信タイミングを特定することで、ＧＮＳＳ信号の受信タイミングを求めることができる。ＰＲＮコードの受信タイミングを特定するにあたっては、クロックパルス発生部３１から相関器に入力されるクロック信号が基準となる。
【００７９】
ベースバンド処理部４４は、当該相関器に入力されたデータに対してＣＰＵによる演算処理を行う。これにより、ＰＲＮコードに基づいて変調されているＧＮＳＳ信号を復調することができる。
【００８０】
ベースバンド処理部４４は、復調したデータに含まれる航法メッセージを利用して、衛星の位置情報を計算する。衛星の位置情報は、航法メッセージに含まれる各ＧＮＳＳ衛星の軌道情報（衛星軌道情報）と、ＧＮＳＳ時刻とにより、公知の計算式を用いて得ることができる。また、ＧＮＳＳ時刻は、通常の方法で測位計算を行うことにより得ることができる。
【００８１】
ベースバンド処理部４４は、ＧＮＳＳ信号に対応するＧＮＳＳ衛星の位置と、測位計算により得られたアンテナ１１の位置と、に基づいて、受信したＧＮＳＳ信号に対応するＧＮＳＳ衛星をアンテナアレイから見た方向（具体的には、方位角及び仰角）の情報を計算する。図２に示す例を参照して具体的に説明すると、ベースバンド処理部４４は、例えば、１番の衛星１０１が、アンテナアレイからみて方位角が２１２°であり、仰角が８８°である方向に位置することを計算することができる。
【００８２】
ベースバンド処理部４４は、アンテナアレイから見た衛星１０１，１０２の方位角及び仰角に関するデータ、及び、ＧＮＳＳ信号の受信タイミングに関して取得したデータを、判断処理部５１の推定部５２及び判定部５３に出力する。また、ベースバンド処理部４４は、取得したＧＮＳＳ信号をフィルタ部６１に出力する。
【００８３】
判断処理部５１は、受信機４１から入力されたデータに基づいて、受信したＧＮＳＳ信号が、直接ＧＮＳＳ信号であるか非直接ＧＮＳＳ信号であるかを判定する。判断処理部５１は、推定部５２と、判定部５３と、を備える。
【００８４】
推定部５２は、６つのアンテナ１１に対応する受信機４１で取得したＰＲＮコードの受信タイミングと、６つのアンテナ１１の位置関係と、に基づき、受信したＧＮＳＳ信号の到来方向を推定する。
【００８５】
アンテナアレイにおいて、６つのアンテナ１１は、正６面体の中心を挟んでそれぞれが対をなすように３対で配置される。上述したように、対をなす２つのアンテナ１１が同一のＧＮＳＳ信号を受信する場合、受信タイミングの時間差が発生し、その時間差は、当該ＧＮＳＳ信号の到来方向に応じて異なる。
【００８６】
到来方向を推定する方法を簡単に説明すると、対をなす２つのアンテナ１１を結ぶ仮想直線に垂直な面に対してＧＮＳＳ信号の到来方向がなす角をθとすると、ＧＮＳＳ信号の経路差は、２つのアンテナ１１の間隔をｄとして、ｄsinθと表すことができる。従って、光速をｃとして、ＧＮＳＳ信号の受信タイミングの差Δｔは、Δｔ＝ｄsinθ／ｃで表すことができる。この式は、受信タイミングの差Δｔから、上述の角θを求めることができることを示している。
【００８７】
アンテナ１１の３つの対の並べられる方向（対をなすアンテナ１１を結ぶ仮想直線の向き）は、互いに異なっている（図２の例では、互いに直交している）。従って、残りの２対のアンテナ１１についてもそれぞれ角θを求めることにより、ＧＮＳＳ信号の到来方向を３次元的に特定することができる。
【００８８】
推定部５２が推定したＧＮＳＳ信号の到来方向の例が、図２に示されている。図２の例で、推定部５２は、ＧＮＳＳ信号１１１について、方位角が２０６°であり、仰角が８５°である方向から到来したと推定している。ＧＮＳＳ信号１１２については、方位角が１４７°であり、仰角が１１°である方向から到来したと推定されている。ＧＮＳＳ信号１１３については、方位角が２９６°であり、仰角が１７°である方向から到来したと推定されている。推定部５２は、推定したＧＮＳＳ信号の到来方向に関するデータを、判定部５３に出力する。
【００８９】
判定部５３は、それぞれのＧＮＳＳ信号について、推定部５２が推定した当該ＧＮＳＳ信号の到来方向を示す方位角及び仰角と、当該ＧＮＳＳ信号に対応する衛星についてベースバンド処理部４４が航法メッセージから取得した方位角及び仰角と、を比較し、一致しているか否かを判断する。
【００９０】
これにより、判定部５３は、受信したＧＮＳＳ信号が、衛星からの直接波に基づく直接ＧＮＳＳ信号であるか、そうでない非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定することができる。
【００９１】
詳細には、判定部５３は、推定部５２より取得したＧＮＳＳ信号の到来方向を示す方位角及び仰角と、航法メッセージから取得した衛星の位置に基づく方位角及び仰角と、を比較する。そして、方位角の差及び仰角の差が何れも所定範囲内である場合、判定部５３は、受信したＧＮＳＳ信号が直接ＧＮＳＳ信号であると判定する。方位角の差及び仰角の差のうち少なくとも一方が所定範囲を外れる場合、判定部５３は、受信したＧＮＳＳ信号が非直接ＧＮＳＳ信号であると判定する。
【００９２】
図２に示すように、衛星１０１が送信したＧＮＳＳ信号１１１をアンテナアレイで直接受信する場合、ＧＮＳＳ信号１１１の到来方向は、１番の衛星１０１の方位角及び仰角と一致する。一方、マルチパスに基づくＧＮＳＳ信号１１２は、反射により向きを変えるため、その到来方向は１番の衛星１０１の方位角及び仰角と大きく異なることが殆どである。従って、判定部５３は、方向を比較することで、ＧＮＳＳ信号１１１が直接ＧＮＳＳ信号であり、ＧＮＳＳ信号１１２が非直接ＧＮＳＳ信号であると判定することができる。
【００９３】
図２ではなりすましＧＮＳＳ信号については省略されているが、なりすましＧＮＳＳ信号を送信する送信源の位置は、なりすますのを意図する衛星の位置とは、通常異なる。従って、判定部５３は、上記と全く同様に方向を比較することで、そのような発信機器から受信したＧＮＳＳ信号について非直接ＧＮＳＳ信号であると判定することができる。判断処理部５１は、判定部５３の判定結果を、フィルタ部６１に出力する。
【００９４】
フィルタ部６１には、１つの受信機４１のベースバンド処理部４４からＧＮＳＳ信号が入力されるとともに、判断処理部５１の判定部５３から判定結果が入力される。フィルタ部６１は、受信機４１から入力されるＧＮＳＳ信号から、判定部５３によって非直接ＧＮＳＳ信号であると判定された信号を選択的に除去する。フィルタ処理後のＧＮＳＳ信号は、直接ＧＮＳＳ信号だけになる。フィルタ部６１は、フィルタ処理後のＧＮＳＳ信号を測位計算部７１に出力する。
【００９５】
測位計算部７１は、フィルタ部６１から入力されたＧＮＳＳ信号に基づいて、公知の測位計算を行う。この結果、ＧＮＳＳ時刻が得られる。測位計算部７１は、得られたＧＮＳＳ時刻を、タイミングパルス生成部８１に出力する。
【００９６】
タイミングパルス生成部８１は、測位計算部７１から入力されるＧＮＳＳ時刻に基づき、当該ＧＮＳＳ時刻に同期した１秒に１回のパルス信号（１ＰＰＳ信号）を生成する。タイミングパルス生成部８１が生成したタイミングパルス信号は、ＧＮＳＳ受信装置１から出力され、外部の機器（例えば、公知の基準周波数発生装置等）に入力される。
【００９７】
ＧＮＳＳ受信装置１は、受信したＧＮＳＳ信号が直接ＧＮＳＳ信号であるか非直接ＧＮＳＳ信号であるかを判定し、測位精度を低下させる非直接ＧＮＳＳ信号を除外した形で測位計算を行ってタイミングパルスを生成している。従って、マルチパス及びなりすまし信号等の影響を回避し、正確なタイミングパルスを安定的に出力することができる。
【００９８】
複数の受信機４１においてＧＮＳＳ信号の受信タイミングが特定されるが、これら複数の受信機４１には、単一のクロックパルス発生部３１から共通のクロック信号が供給される。従って、複数の受信機４１が共通の基準で受信タイミングを表すことができるので、推定部５２において受信タイミングの時間差を正確かつ容易に求めることができる。
【００９９】
このＧＮＳＳ受信装置１は、タイミングパルスを生成する用途に限定されない。例えば、ＧＮＳＳ受信装置１が出力する測位結果を用いるナビゲーション用途のほか、様々な用途で好適に用いることができる。
【０１００】
アンテナアレイを構成するアンテナ１１の数及び配置は、様々に変更することができる。図２のアンテナアレイにおいて、アンテナ１１が、正６面体の体心位置に更に配置されていても良い。あるいは、アンテナ１１を立体的に（高さを異ならせて）配置することに代えて、水平な面内において多角形をなすように適宜の数のアンテナを並べて配置することができる。
【０１０１】
アンテナアレイを構成するアンテナ１１から任意に２つのアンテナ１１を選ぶ組合せを考えたときに、２つのアンテナ１１を結ぶ仮想直線を、互いに向きが異なるように３つ以上定めることが可能であることが好ましい。これにより、ＧＮＳＳ信号の到来方向を３次元的に容易に特定することができる。図２で説明したアンテナアレイもこの条件を満たしているが、当該条件を満たす最も簡素なアンテナアレイとしては、３角形をなすように３つのアンテナ１１を配置した構成が考えられる。
【０１０２】
２つのアンテナ１１からアンテナアレイを構成しても良い。この場合、ＧＮＳＳ信号の到来方向をピンポイントで推定することはできないが、当該到来方向は、アンテナアレイ（アンテナ１１）の位置を頂点とし、２つのアンテナ１１を結ぶ仮想直線を軸とする円錐面の母線となるはずである。この円錐面の母線が仮想直線（軸）となす角度は、９０°から上述の角θを減じた角度に等しい。このように、推定部５２は、ＧＮＳＳ信号の到来方向を、ある範囲に絞り込むように推定しても良い。判定部５３は、当該ＧＮＳＳ信号に対応するＧＮＳＳ衛星をアンテナアレイから見た方向が円錐面から所定以上乖離していた場合、当該ＧＮＳＳ信号を非直接ＧＮＳＳ信号であると判定するように構成することができる。
【０１０３】
複数のアンテナ１１による受信タイミングの時間差まで評価せず、アンテナ１１による受信の順番に基づいて、直接ＧＮＳＳ信号であるか非直接ＧＮＳＳ信号であるかを判定するように構成しても良い。例えば、図２の構成のアンテナアレイを用いて、南側のアンテナ１１が北側のアンテナよりも早くＧＮＳＳ信号を受信した場合、推定部５２は、ＧＮＳＳ信号の到来方向が概ね南であると推定する。推定部５２の推定結果に反し、当該ＧＮＳＳ信号に対応するＧＮＳＳ衛星をアンテナアレイから見た方向が北である場合は、判定部５３が、当該ＧＮＳＳ信号を非直接ＧＮＳＳ信号であると判定する。
【０１０４】
図１のＧＮＳＳ受信装置１は、２つのアンテナ１１がＧＮＳＳ信号を受信したときのＰＲＮコードの受信時間差を用いて、ＧＮＳＳ信号の到来方向を推定している。ただし、ＰＲＮコードの時間差に代えて、ＧＮＳＳ信号の搬送波位相差を利用してＧＮＳＳ信号の到来方向を推定することもできる。この場合、ＧＮＳＳ信号の到来方向について精密な推定を行うことができる。位相は時間を角度で表したものであるので、搬送波位相差は、ＧＮＳＳ信号の受信タイミングの差の一種である。
【０１０５】
以上に説明したように、本実施形態のＧＮＳＳ受信装置１は、少なくとも２つのアンテナ１１と、ベースバンド処理部４４と、推定部５２と、判定部５３と、を備える。ベースバンド処理部４４は、アンテナ１１が受信したＧＮＳＳ信号に対応する衛星１０１，１０２をアンテナ１１から見た方向を、衛星軌道情報に基づいて取得する。推定部５２は、複数のアンテナ１１でＧＮＳＳ信号を受信したタイミングの差Δｔに基づいて、ＧＮＳＳ信号１１１，１１２，１１３の到来方向を推定する。判定部５３は、衛星１０１，１０２をアンテナから見た方向と、推定部５２が推定した到来方向と、を比較することにより、アンテナ１１で受信したＧＮＳＳ信号１１１，１１２，１１３が、衛星１０１，１０２からの直接波に基づく直接ＧＮＳＳ信号であるか、そうでない非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定する。
【０１０６】
これにより、推定したＧＮＳＳ信号１１１，１１２，１１３の到来方向と、アンテナ１１から見た衛星１０１，１０２の方向と、を比較する簡単な方法に基づいて、受信したＧＮＳＳ信号が直接ＧＮＳＳ信号であるか非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定することができる。
【０１０７】
推定部５２は、複数のアンテナ１１でのＧＮＳＳ信号の受信タイミングの差Δｔに基づいて、ＧＮＳＳ信号の強度の角度スペクトラムを求めるように構成することもできる。角度スペクトラムは、例えば、最小ノルム法、線形予測法、ＭＵＳＩＣ法等、公知の方法を用いて計算することができる。角度スペクトラムは、ＧＮＳＳ信号に含まれるＰＲＮコードのタイミングの差に基づいて求めても良いし、ＧＮＳＳ信号の搬送波の位相差から求めても良い。ただし、搬送波の位相差を用いると、高精度な角度スペクトラムが得られるために好ましい。
【０１０８】
通常、ある方向がＧＮＳＳ信号の到来方向に近い程、当該方向での信号強度が強いはずである。従って、ＧＮＳＳ信号の強度の角度スペクトラムを求めることは、ある方向がＧＮＳＳ信号の到来方向であると推定したときの正しさの分布を求めることと実質的に同じである。
【０１０９】
角度スペクトラムは、方位角及び仰角の何れか一方に関するスペクトラム（１次元のスペクトラム）としても良いが、両方に関する２次元のスペクトラムとするのが好ましい。
【０１１０】
図３（ａ）及び図３（ｂ）には、角度スペクトラムの例が示されている。図３においては、アンテナアレイを中心とする仮想球（天球）の内面に２次元の角度スペクトラムを配置し、アンテナアレイの地点から天球を見上げた様子が示されている。円の中心からの角度が、ＧＮＳＳ信号の到来方向の方位角に対応する。最も外側の円は、到来方向の仰角＝０°に対応し、円の中心は、到来方向の仰角＝９０°に対応する。図面での説明の都合上、図３の角度スペクトラムでは信号強度はハッチングの間隔で表現されている。間隔の狭いハッチングの領域は信号強度が大きいことを示し、間隔の広いハッチングの領域は信号強度が小さいことを示し、ハッチングがない領域は信号強度が実質的にゼロであることを示す。
【０１１１】
上記のように角度スペクトラムを求めることにより、判定部５３は、直接ＧＮＳＳ信号と非直接ＧＮＳＳ信号の判定を、例えば以下のように行うことができる。以下に例示する４つの判定方法は、複数組み合わせても良い。また、測位演算等で必要となる精度に応じて判定方法を切り換えても良い。
【０１１２】
第１に、角度スペクトラムを用いて、ベースバンド処理部４４が計算した衛星の方向に相当する信号強度を求め、この信号強度が所定の強度以上であれば、判定部５３が直接ＧＮＳＳ信号であると判定し、そうでなければ非直接ＧＮＳＳ信号であると判定する。
【０１１３】
図３（ａ）及び図３（ｂ）には、ベースバンド処理部４４が計算した衛星の方向が、×印で示されている。図３（ａ）の場合、×印に相当する位置の信号強度が大きく、図３（ｂ）の場合、×印に相当する位置の信号強度がゼロになっている。従って、判定部５３は、図３（ａ）のＧＮＳＳ信号を直接ＧＮＳＳ信号であると判定し、図３（ｂ）のＧＮＳＳ信号を非直接ＧＮＳＳ信号であると判定する。
【０１１４】
第２に、角度スペクトラムにおける信号強度のピークに相当する方向を求め、この方向と、ベースバンド処理部４４が計算した衛星の方向と、を比較し、方向の差が所定以内であれば、判定部５３が直接ＧＮＳＳ信号であると判定し、そうでなければ非直接ＧＮＳＳ信号であると判定する。
【０１１５】
図３（ｂ）の場合、角度スペクトラムにおいて信号強度が最も大きくなっている方向と、ベースバンド処理部４４が計算した衛星の方向（×印）と、がやや大きく乖離している。従って、判定部５３は、図３（ｂ）のＧＮＳＳ信号を非直接ＧＮＳＳ信号であると判定する。
【０１１６】
第３に、角度スペクトラムにおける信号強度のピークが複数ある場合は、送信源が複数ある可能性及びマルチパスの可能性等が疑われるので、判定部５３が非直接ＧＮＳＳ信号であると判定する。
【０１１７】
図３（ｂ）の場合、角度スペクトラムにおいて、ピークが南と北の両方に現れている。従って、判定部５３は、図３（ｂ）のＧＮＳＳ信号を非直接ＧＮＳＳ信号であると判定する。
【０１１８】
第４に、複数の衛星を示すＧＮＳＳ信号同士（言い換えれば、異なるＰＲＮコードで拡散符号化されているＧＮＳＳ信号同士）の角度スペクトラムを比較して、互いに類似していれば、判定部５３が非直接ＧＮＳＳ信号であると判定する。即ち、悪意のある者が、移動体の現在位置を誤信させて特定の箇所に誘導するためになりすまし信号を送信する場合、異なる複数の衛星になりすましてＧＮＳＳ信号を当該移動体に送信する必要がある。一方、なりすまし信号を送信するための設備は１つ又は少数であることが殆どであるため、なりすまし信号は、少ない場所から送信される。従って、なりすまし信号は、複数の異なる衛星を示すＧＮＳＳ信号であっても、その角度スペクトラム同士が類似する傾向がある。これを利用すれば、受信したＧＮＳＳ信号が非直接ＧＮＳＳ信号であるか否か（特に、なりすまし信号であるか否か）を適切に判定することができる。
【０１１９】
なりすまし信号の対策の１つとして、そのような信号の送信源の位置を特定するニーズがある。この点、例えば図２に示す構成のアンテナアレイを複数備え、アンテナアレイ同士を互いに距離をあけて配置し、それぞれのアンテナアレイにおいて受信したなりすまし信号の到来方向を推定すれば、公知の幾何学的な計算によって送信源の位置を知ることができる。
【０１２０】
図４には、なりすまし信号の送信源である送信装置１０５の位置を、複数のアンテナアレイを用いて取得する概念図が示されている。なりすまし信号の到来方向の推定は、例えば、それぞれのアンテナアレイにおいて計算した角度スペクトラムのピークに相当する方向を求めることで実現できる。
【０１２１】
図４において、なりすまし信号の到来方向を逆向きに延長した直線が交わる箇所に、送信装置１０５が存在するものと推定することができる。アンテナアレイは複数あれば良いが、送信源の位置を高精度で求めるためには、アンテナアレイの数は多いことが好ましい。
【０１２２】
以上に示すように、ＧＮＳＳ受信装置１において、推定部５２は、複数のアンテナ１１でＧＮＳＳ信号を受信したタイミングの差に基づいて、当該ＧＮＳＳ信号の到来方向の推定に関して、当該ＧＮＳＳ信号の強度の角度スペクトラムを求めるように構成することができる。判定部５３は、推定部５２が求めた角度スペクトラムに基づいて、アンテナ１１で受信したＧＮＳＳ信号が直接ＧＮＳＳ信号であるか非直接ＧＮＳＳ信号であるかについて判定する。
【０１２３】
このように、ＧＮＳＳ信号の到来方向の推定の確からしさの分布を角度スペクトラムとして求めることにより、受信したＧＮＳＳ信号が、衛星からの直接波に基づくＧＮＳＳ信号であるか、そうでないＧＮＳＳ信号であるかについて判定することができる。
【０１２４】
角度スペクトラムは、ＧＮＳＳ受信信号の到来方向を推定する用途に限らず、例えば、信号の監視を目的として単に表示するために計算しても良い。
【０１２５】
図５に示す実施形態のＧＮＳＳ受信装置１ｘにおいては、上述の実施形態における判断処理部５１、フィルタ部６１、測位計算部７１、及びタイミングパルス生成部８１が省略されている。
【０１２６】
図５のＧＮＳＳ受信装置１ｘは、角度スペクトラム取得部９１と、表示データ生成部９２と、を備える。
【０１２７】
角度スペクトラム取得部９１は、ベースバンド処理部４４から得られた各衛星のＧＮＳＳ信号の搬送波の位相差に基づいて、ＧＮＳＳ信号の強度の角度スペクトラムを、衛星番号ごとに（言い換えれば、ＰＲＮコード番号ごとに）計算して取得する。この角度スペクトラム取得部９１の動作は、図１の推定部５２が角度スペクトラムを計算する場合と全く同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１２８】
表示データ生成部９２は、角度スペクトラム取得部９１によって得られた角度スペクトラムを、ＧＮＳＳ受信装置１ｘに接続された表示装置３に表示するための表示データを生成する。表示装置３は、例えば液晶ディスプレイとして構成され、様々な情報を表示することができる。
【０１２９】
表示装置３には、例えば図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すものと同等の内容を表示することが考えられる。このように、アンテナアレイを中心とする天球に配置した角度スペクトラムを表示装置３にグラフィカルに表示することにより、ユーザはＧＮＳＳ信号の受信状況を直感的に理解することができる。
【０１３０】
表示データ生成部９２が生成する表示データは、角度スペクトラムに加えて、図３の×印で示すように、ベースバンド処理部４４が計算した衛星の方向をスカイプロットのように表示するための表示データを含むことが好ましい。これにより、ユーザは、角度スペクトラムを、当該ＧＮＳＳ信号に対応する衛星の方向とともに理解することができる。
【０１３１】
表示装置３には、図３（ａ）で示すように、１つの衛星番号（言い換えれば、１つのＰＲＮコード）に着目した角度スペクトラムを表示することができる。ただし、表示装置３に、角度スペクトラムを衛星番号ごとに多数並べて一覧表示することもできる。
【０１３２】
角度スペクトラムの表現としては、図３（ａ）のように天球を用いた円状の領域での表現に限らず、例えば、横軸を方位角、縦軸を仰角とした矩形の領域での表現とすることができる。また、表示装置３に表示される角度スペクトラムにおける信号強度の分布は、例えばサーモグラフィのようなカラースケールで表現しても良いし、色の濃淡で表現しても良いし、等強度線で表示しても良い。
【０１３３】
以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【０１３４】
アンテナアレイを構成するアンテナ１１は、地面に対して固定的に設置されなくても良い。例えば、アンテナアレイを、自動車及び船舶等の移動体に設けることができる。
【０１３５】
衛星軌道情報は、衛星から送信されるＧＮＳＳ信号から取得しなくても良い。例えば、ＧＮＳＳ受信装置１，１ｘをインターネットに接続可能に構成し、インターネットを通じて配信されるＧＮＳＳアシストデータから受信機４１が衛星軌道情報を取得しても良い。
【０１３６】
衛星をアンテナアレイから見た方位角及び仰角をベースバンド処理部４４が求める場合、前提として、アンテナアレイの位置（アンテナ１１の位置）の情報が必要になる。アンテナアレイが地面に対して固定的に設けられる場合、アンテナアレイの位置は事前に求めておくことができる。従って、ベースバンド処理部４４は、アンテナアレイの位置を測位計算で求めずに、事前にユーザにより設定された位置を用いることもできる。
【０１３７】
１つにつき２以上のアンテナ１１を接続可能な受信機４１を用いても良い。この場合、ＧＮＳＳ受信装置１は、例えば、６つのアンテナ１１と、３つの受信機４１と、を備える構成とすることができる。この場合でも、３つの受信機４１には、共通のクロックパルス発生部３１からクロック信号が供給されることが好ましい。アレイアンテナを構成する全てのアンテナ１１を、１つの受信機４１に接続しても良い。
【０１３８】
ＧＮＳＳ受信装置１は、フィルタ部６１に代えて、又は、それに加えて、非直接ＧＮＳＳ信号の受信を報知する報知部を備えてもよい。この場合、非直接ＧＮＳＳ信号を受信したことをユーザに知らせ、注意を喚起することができる。報知部の構成は、特に限定されない。報知部は、例えば、音を利用して報知するブザーとすることができる。また、報知部は、警告表示を行う表示装置とすることができる。
【０１３９】
複数の異なる衛星を示すＧＮＳＳ信号について、図２のように到来方向をピンポイントで推定し、この推定した到来方向の角度の差が所定値以下である（言い換えれば、到来方向同士が互いに類似する）場合には、当該ＧＮＳＳ信号が非直接ＧＮＳＳ信号（なりすまし信号）であると判定部５３が判定するように構成しても良い。
【０１４０】
判定部５３が非直接ＧＮＳＳ信号であると判定したＧＮＳＳ信号につき、推定部５２が推定した当該ＧＮＳＳ信号の到来方向をＧＮＳＳ受信装置１が適宜の表示装置に出力できるように構成しても良い。この場合、どのようにマルチパスが発生しているか、なりすまし信号がどの方向から送信されているか等に関する有用な情報を得ることができる。
【０１４１】
図１のＧＮＳＳ受信装置１が図３の表示データ生成部９２を備え、角度スペクトラムを表示装置３に表示する機能を有するように構成しても良い。
【０１４２】
ＧＮＳＳ受信装置１，１ｘが表示装置３を一体的に備えていても良い。
【符号の説明】
【０１４３】
１，１ｘ  ＧＮＳＳ受信装置
１１  アンテナ
３１  クロックパルス発生部（クロック源）
４１  受信機
４４  ベースバンド処理部（衛星方向取得部）
５２  推定部
５３  判定部
６１  フィルタ部（非直接ＧＮＳＳ信号除去部）
９１  角度スペクトラム取得部
９２  表示データ生成部
１０１，１０２  衛星
１１１，１１２，１１３  ＧＮＳＳ信号
【用語】
【０１４４】
必ずしも全ての目的または効果・利点が、本明細書中に記載される任意の特定の実施形態に則って達成され得るわけではない。従って、例えば当業者であれば、特定の実施形態は、本明細書中で教示または示唆されるような他の目的または効果・利点を必ずしも達成することなく、本明細書中で教示されるような1つまたは複数の効果・利点を達成または最適化するように動作するように構成され得ることを想到するであろう。
【０１４５】
本明細書中に記載される全ての処理は、1つまたは複数のコンピュータまたはプロセッサを含むコンピューティングシステムによって実行されるソフトウェアコードモジュールにより具現化され、完全に自動化され得る。コードモジュールは、任意のタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体または他のコンピュータ記憶装置に記憶することができる。一部または全ての方法は、専用のコンピュータハードウェアで具現化され得る。
【０１４６】
本明細書中に記載されるもの以外でも、多くの他の変形例があることは、本開示から明らかである。例えば、実施形態に応じて、本明細書中に記載されるアルゴリズムのいずれかの特定の動作、イベント、または機能は、異なるシーケンスで実行することができ、追加、併合、または完全に除外することができる (例えば、記述された全ての行為または事象がアルゴリズムの実行に必要というわけではない)。さらに、特定の実施形態では、動作またはイベントは、例えば、マルチスレッド処理、割り込み処理、または複数のプロセッサまたはプロセッサコアを介して、または他の並列アーキテクチャ上で、逐次ではなく、並列に実行することができる。さらに、異なるタスクまたはプロセスは、一緒に機能し得る異なるマシンおよび/またはコンピューティングシステムによっても実行され得る。
【０１４７】
本明細書中に開示された実施形態に関連して説明された様々な例示的論理ブロックおよびモジュールは、プロセッサなどのマシンによって実施または実行することができる。プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、代替的に、プロセッサは、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシン、またはそれらの組み合わせなどであってもよい。プロセッサは、コンピュータ実行可能命令を処理するように構成された電気回路を含むことができる。別の実施形態では、プロセッサは、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、またはコンピュータ実行可能命令を処理することなく論理演算を実行する他のプログラマブルデバイスを含む。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、デジタル信号プロセッサ(デジタル信号処理装置)とマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと組み合わせた1つ以上のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装することができる。本明細書中では、主にデジタル技術に関して説明するが、プロセッサは、主にアナログ素子を含むこともできる。例えば、本明細書中に記載される信号処理アルゴリズムの一部または全部は、アナログ回路またはアナログとデジタルの混合回路により実装することができる。コンピューティング環境は、マイクロプロセッサ、メインフレームコンピュータ、デジタル信号プロセッサ、ポータブルコンピューティングデバイス、デバイスコントローラ、または装置内の計算エンジンに基づくコンピュータシステムを含むが、これらに限定されない任意のタイプのコンピュータシステムを含むことができる。
【０１４８】
特に明記しない限り、「できる」「できた」「だろう」または「可能性がある」などの条件付き言語は、特定の実施形態が特定の特徴、要素および/またはステップを含むが、他の実施形態は含まないことを伝達するために一般に使用される文脈内での意味で理解される。従って、このような条件付き言語は、一般に、特徴、要素および/またはステップが1つ以上の実施形態に必要とされる任意の方法であること、または1つ以上の実施形態が、これらの特徴、要素および/またはステップが任意の特定の実施形態に含まれるか、または実行されるかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを意味するという訳ではない。
【０１４９】
語句「X、Y、Zの少なくとも1つ」のような選言的言語は、特に別段の記載がない限り、項目、用語等が X, Y, Z、のいずれか、又はそれらの任意の組み合わせであり得ることを示すために一般的に使用されている文脈で理解される(例: X、Y、Z)。従って、このような選言的言語は、一般的には、特定の実施形態がそれぞれ存在するXの少なくとも1つ、Yの少なくとも1つ、またはZの少なくとも1つ、の各々を必要とすることを意味するものではない。
【０１５０】
本明細書中に記載されかつ/または添付の図面に示されたフロー図における任意のプロセス記述、要素またはブロックは、プロセスにおける特定の論理機能または要素を実装するための1つ以上の実行可能命令を含む、潜在的にモジュール、セグメント、またはコードの一部を表すものとして理解されるべきである。代替の実施形態は、本明細書中に記載された実施形態の範囲内に含まれ、ここでは、要素または機能は、当業者に理解されるように、関連する機能性に応じて、実質的に同時にまたは逆の順序で、図示または説明されたものから削除、順不同で実行され得る。
【０１５１】
特に明示されていない限り、「一つ」のような数詞は、一般的に、1つ以上の記述された項目を含むと解釈されるべきである。従って、「〜するように設定された一つのデバイス」などの語句は、1つ以上の列挙されたデバイスを含むことを意図している。このような1つまたは複数の列挙されたデバイスは、記載された引用を実行するように集合的に構成することもできる。例えば、「以下のA、BおよびCを実行するように構成されたプロセッサ」は、Aを実行するように構成された第1のプロセッサと、BおよびCを実行するように構成された第2のプロセッサとを含むことができる。加えて、導入された実施例の具体的な数の列挙が明示的に列挙されたとしても、当業者は、このような列挙が典型的には少なくとも列挙された数(例えば、他の修飾語を用いない「2つの列挙と」の単なる列挙は、通常、少なくとも2つの列挙、または2つ以上の列挙を意味する)を意味すると解釈されるべきである。
【０１５２】
一般に、本明細書中で使用される用語は、一般に、「非限定」用語(例えば、「〜を含む」という用語は「それだけでなく、少なくとも〜を含む」と解釈すべきであり、「〜を持つ」という用語は「少なくとも〜を持っている」と解釈すべきであり、「含む」という用語は「以下を含むが、これらに限定されない。」などと解釈すべきである。) を意図していると、当業者には判断される。
【０１５３】
説明の目的のために、本明細書中で使用される「水平」という用語は、その方向に関係なく、説明されるシステムが使用される領域の床の平面または表面に平行な平面、または説明される方法が実施される平面として定義される。「床」という用語は、「地面」または「水面」という用語と置き換えることができる。「垂直/鉛直」という用語は、定義された水平線に垂直/鉛直な方向を指します。「上側」「下側」「下」「上」「側面」「より高く」「より低く」「上の方に」「〜を越えて」「下の」などの用語は水平面に対して定義されている。
【０１５４】
本明細書中で使用される用語の「付着する」、「接続する」、「対になる」及び他の関連用語は、別段の注記がない限り、取り外し可能、移動可能、固定、調節可能、及び/または、取り外し可能な接続または連結を含むと解釈されるべきである。接続/連結は、直接接続及び/または説明した2つの構成要素間の中間構造を有する接続を含む。
【０１５５】
特に明示されていない限り、本明細書中で使用される、「およそ」、「約」、および「実質的に」のような用語が先行する数は、列挙された数を含み、また、さらに所望の機能を実行するか、または所望の結果を達成する、記載された量に近い量を表す。例えば、「およそ」、「約」及び「実質的に」とは、特に明示されていない限り、記載された数値の10%未満の値をいう。本明細書中で使用されているように、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語が先行して開示されている実施形態の特徴は、さらに所望の機能を実行するか、またはその特徴について所望の結果を達成するいくつかの可変性を有する特徴を表す。
【０１５６】
上述した実施形態には、多くの変形例および修正例を加えることができ、それらの要素は、他の許容可能な例の中にあるものとして理解されるべきである。そのような全ての修正および変形は、本開示の範囲内に含まれることを意図し、以下の特許請求の範囲によって保護される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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