(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の衛星からの信号を受信して各信号の到達時間で測位計算を行うと共に、受信機内部で生じる信号の群遅延時間の差を補正する衛星航法受信機において、
各衛星からの信号それぞれの搬送波周波数，信号レベル，ＰＮコード，ＰＮコード周波数およびＰＮコード位相を検出する衛星信号検出手段と、
前記衛星信号検出手段で検出されたそれぞれの信号と同一周波数，同一信号レベル，同一ＰＮコード，同一ＰＮコード周波数で、ＰＮコードの位相を異ならせた擬似信号を発生させる擬似信号発生手段と、
前記擬似信号発生手段で発生させたそれぞれの擬似信号が受信機内部で生じる群遅延時間を測定する群遅延時間測定手段と、
前記群遅延時間測定手段で測定された群遅延時間を用いて前記各衛星からのそれぞれの信号が受信機内部で生じる群遅延時間の差をリアルタイムに補正する補正手段とを備えたことを特徴とする衛星航法受信機。
【請求項２】
前記擬似信号発生手段で発生させるそれぞれの擬似信号は、対応する衛星からの実信号とＰＮコードの位相を１チップ以上離した信号であることを特徴とする請求項１記載の衛星航法受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は衛星航法受信機、特に受信機内の信号遅延時間を通常の信号受信動作を妨げることなく校正して正確な測位動作を行う衛星航法受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国のＧＰＳやロシアのＧＬＯＮＡＳＳ等の衛星航法システムでは、良く知られているように、衛星から送信される信号の送信時刻とその信号がユーザ受信機で受信される受信時刻との差から、衛星と受信機との間の距離を算出し、同時に算出される複数個の衛星からの距離を基に、ユーザ受信機の位置を測位計算している。
このとき、衛星時刻とユーザ時刻とは同期が取れてないため、お互いの時刻にはオフセットが生じているのが一般的である。従って算出された衛星と受信機間の距離には、この時刻のオフセットに相当する距離誤差が含まれており、算出された距離は真の距離ではないことから擬似距離と呼ばれている。
【０００３】
この擬似距離は、衛星から送信された信号を復調することによって得られる航法データと、復調に使用したＰＮコードの位相から信号の送信時刻を求めると同時に、ユーザ受信機内に内蔵される時計の時刻を読み取り、その差分を計算することによって求められる。
各衛星に対する擬似距離には、上述のように、全衛星に対し共通の衛星時刻とユーザ時刻間のオフセットに相当する均等な距離誤差が含まれているが、この時計オフセットに相当する共通の距離誤差を未知数に加えて連立方程式を解くことにより、正確な測位が可能となる。
【０００４】
然しながらアンテナで受信された信号が信号処理部で復調されるまでの受信機内の経路で、各衛星の信号によって群遅延時間が異なった場合、この遅延時間の差分に相当する測位誤差が含まれてしまう。
衛星の信号によって群遅延時間が異なってしまう原因は、主に周波数変換部に挿入されているフィルタの群遅延時間周波数特性が一定でないことに起因し、すなわちフィルタを介することによって周波数の相違で信号の群遅延時間が異なるためであり、従ってＧＰＳ衛星航法システムのように、そのシステムの構成上同一周波数の信号を送信している場合には特に大きな問題とはならないが（厳密に言えばＧＰＳ衛星航法システムでも各信号のドップラー周波数偏移が異なるので、群遅延時間が僅かに異なることになるが）、各衛星の信号を送信周波数を変えることによって分割しているＧＬＯＮＡＳＳ衛星航法システムでは、衛星毎に送信周波数が５６２．５ｋＨｚづつ異なっているために大きな問題となる。
【０００５】
従って従来の衛星航法受信機とくにＧＬＯＮＡＳＳ衛星航法受信機では、この群遅延時間の差を極力少なくするような方法が検討されている。
例えば、信号周波数選択用フィルタの群遅延時間周波数特性を一定にするような回路設計の採用や、周波数によって異なる群遅延時間の差を予め測定しておいて測位計算を行う際に予め測定しておいた群遅延時間差で各衛星の擬似距離を補正することで誤差の少ない測位を行う方法等が検討されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように衛星航法受信機では、群遅延時間差を極力少なくするような方法が検討されているが、信号周波数選択用フィルタの群遅延時間周波数特性を一定にする回路設計の採用には以下のような問題が生じる。
例えば、受信機内部で用いるフィルタの中で最も群遅延時間周波数特性を一定にすることが難しい狭帯域のフィルタ（中間周波数以降のフィルタ）に、ＬＣフィルタ等を用いて特別な設計を施す必要があが、このためにはＬＣフィルタが使用できる周波数帯に受信機の中間周波数を設定するようにした周波数構成を選択しなければならず、周波数構成の自由度が奪われてしまうことになり、加えてフィルタ設計自体の自由度も制限されてしまう。
【０００７】
また一般的には、フィルタの信号通過帯域内の群遅延時間周波数特性を一定にするためには、帯域幅を広く設定して信号の通過周波数帯の群遅延周波数特性を一定にするか、群遅延特性を一定にするタイプのフィルタを用い信号の通過周波数帯の群遅延時間を一定にする必要があるが、どちらの方法を採用しても信号帯域外のカットオフ特性が犠牲になるため、信号帯域外の耐妨害波特性を低下させてしまう。
また、ＳＡＷ帯域制限フィルタを受信機に用いて群遅延時間周波数特性を極力一定にするような設計を施す場合でも、入出力部分の多重反射によって通過帯域内に１０nsec（距離に換算すると３ｍ）程度のリップルを持った群遅延時間周波数特性となってしまい、その結果として、この時間差に衛星航法システムの幾何学的精度を掛け合わせた精度に相当する大きな測位誤差が生じる。
【０００８】
また、周波数によって異なる群遅延時間の差を予め測定しておいて測位計算を行う際に予め測定しておいた群遅延時間差で各衛星の擬似距離を補正する方法では以下のような問題が生じる。
すなわち、受信機内部の群遅延時間差を、ある定まった温度下で予め測定してデータとして記憶し、実際に測位に使用する衛星航法システムの信号を受信して得られた擬似距離に、予め測定した群遅延時間差を補正して、衛星の信号によって異なる群遅延時間差が測定結果に与える誤差を減少させる方法では、群遅延時間差を予め測定した温度下においては誤差の少ない測位が可能となるが、受信機の温度変化によってフィルタの群遅延時間周波数特性が変化してしまうので、周囲温度が変化した場合に群遅延時間差の影響を取り除くことができない。
【０００９】
従ってこの方式では、受信機の温度制御を行って温度を一定に保つ手段を付加するか、どの温度でも補正が行えるように予め使用する全温度範囲における群遅延時間の差を測定しデータとして記憶し、実際に擬似距離を測定する際の受信機の温度を検出することで、温度に対応した擬似距離補正を可能にするように構成しなければならないが、前者の場合にはヒーターやその制御回路を設ける必要があるため受信機が大型化，複雑化する。また後者の場合は測定したデータの経年変化を含めた再現性に問題が生じる。
【００１０】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、周囲環境変化により受信機内で発生する周波数の相違に基づく群遅延時間の差をリアルタイムで補正して正確な測位が行える衛星航法受信機を提供することを目的としている。
【００１１】
なお本願出願人は、上述のような問題点を解決する発明として、平成９年１０月１日に「ＧＬＯＮＡＳＳ受信機」と題する特許出願（特願平９−２８３１９２号）を行っている。
この先行出願は、搬送周波数がそれぞれ相違する複数の衛星からの信号を受信してその到達時間を算出すると共に、受信機内部で発生する信号の伝送遅延が各搬送周波数によって相違する遅延時間のズレをキャリブレーションするＧＬＯＮＡＳＳ受信機において、受信機内部で前記各搬送周波数とそれぞれ同一周波数の擬似信号（パイロット信号）を発生させてこの擬似信号の各周波数別の遅延時間を常時測定し、常時測定される遅延時間を用いて受信中の前記衛星信号からの信号データをリアルタイムにキャリブレーションすることで、群遅延時間の差に基づく測位誤差を補正することとしている。
本願は上述の先行出願の技術を利用して更に正確な補正を行い正確な測位データを出力する衛星航法受信機を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる衛星航法受信機は、
複数の衛星からの信号を受信して各信号の到達時間で測位計算を行うと共に、受信機内部で生じる信号の群遅延時間の差を補正する衛星航法受信機において、各衛星からの信号それぞれの搬送波周波数，信号レベル，ＰＮコード，ＰＮコード周波数およびＰＮコード位相を検出する衛星信号検出手段と、前記衛星信号検出手段で検出されたそれぞれの信号と同一周波数，同一信号レベル，同一ＰＮコード，同一ＰＮコード周波数で、ＰＮコードの位相を異ならせた擬似信号を発生させる擬似信号発生手段と、前記擬似信号発生手段で発生させたそれぞれの擬似信号が受信機内部で生じる群遅延時間を測定する群遅延時間測定手段と、前記群遅延時間測定手段で測定された群遅延時間を用いて前記各衛星からのそれぞれの信号が受信機内部で生じる群遅延時間の差をリアルタイムに補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また前記擬似信号発生手段で発生させるそれぞれの擬似信号は、対応する衛星からの実信号とＰＮコードの位相を１チップ以上離した信号であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の衛星航法受信機は上述のようにＰＮコードの位相のみ実信号と異なる擬似信号で群遅延時間差を計測して補正する構成としたので、群遅延時間差の補正がより正確に行え、より正確な測位が可能となる。
また擬似信号を実信号とＰＮコードの位相を１チップ以上離した信号としたので実信号での測位動作を妨げることなく群遅延時間の差の計測が可能となる。
またＧＰＳ衛星航法受信機，ＧＬＯＮＡＳＳ衛星航法受信機どちらにも実施でき、さらに両用の衛星航法受信機にも実施できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の衛星航法受信機の装置構成の一実施形態を示すブロック図である。
図１において、１はアンテナ部であり、衛星航法システムの各衛星から送信される電波信号を受信して電気信号に変換し混合器２に送る動作を行う。
混合器２では、この衛星からの実信号と後述する擬似信号（群遅延時間測定用擬似信号とも言う）とを混合し、周波数変換部３に送る。
周波数変換部３では、送られてくる信号を帯域制限フィルタで帯域制限し、且つ復調処理が可能な周波数へ周波数変換する。
このとき周波数変換に使用する局部発振信号は局発部４で作られており、局発部４の内部には高安定な信号源を基準として位相同期をかけるシンセサイザ回路が構成されている。
衛星の周波数によって群遅延時間に差が生じてしまう主な原因は、この周波数変換部３における帯域制限フィルタの影響によるものである。
【００１６】
周波数変換部３で周波数変換された信号は、Ａ／Ｄ変換部５に入力され、復調部６でディジタルデータ処理が可能なように１ビットのディジタル信号に変換される。
そしてディジタル化された信号は復調部６に入力され、衛星選択部８によって選択された衛星に対して信号捕捉・追尾制御部７が動作し復調が行われる。
そして復調された衛星からの実信号は、搬送波周波数・レベル検出部９，ＰＮコード周波数・位相検出部１０によって、その搬送波周波数，信号レベル，ＰＮコード，ＰＮコード周波数及びその位相が検出され、検出されたこれらのデータがコード遅延時間測定制御部１１に送られる。
【００１７】
コード遅延時間測定制御部１１では、これらのデータから擬似信号発生部２０で発生させる群遅延時間測定用擬似信号を制御する。すなわち擬似信号発生部２０において、各衛星からのそれぞれの実信号と、同一搬送波周波数，同一信号レベル，同一ＰＮコード，同一ＰＮコード周波数の信号であって、復調部６で復調されている衛星からの実信号の受信測位動作に影響を与えないように、１チップ以上ＰＮコードの位相を異ならせて、それぞれの群遅延時間測定用擬似信号を発生させるように、擬似信号発生部２０内の搬送波周波数制御部１２，ＰＮコード周波数・位相制御部１３を制御する。
【００１８】
搬送波周波数制御部１２は、搬送波発生部１４を制御して同一周波数の搬送波を発生させる。
またＰＮコード周波数・位相制御部１３とコード遅延時間測定制御部１１は、ＰＮコード発生部１５を制御して、上述のように衛星の信号受信を妨げることのないように位相を制御した同一ＰＮコードを発生させる。
そして搬送波発生部１４で作り出された搬送波は、コード遅延時間測定制御部１１の制御により、搬送波レベル制御部１６で、遅延時間を測定しようとしている実衛星信号の搬送波と同じ出力レベルに制御されて変調部１７に入力される。変調部１７では、入力された搬送波をＰＮコード発生部１５から入力されたＰＮコードで変調し、群遅延時間測定用擬似信号を生成して混合器２に送出する。
【００１９】
混合器２に入力された群遅延時間測定用擬似信号は、衛星からの実信号が受信機内部で通過する経路と同じ経路で、周波数変換部３から復調部６まで送られることになる。
この群遅延時間測定用擬似信号は、群遅延時間を求めようとする衛星からの実信号と、ＰＮコードの位相を除いて同じであるため、受信機内部で群遅延時間を測定しようとする衛星からの実信号と同様の群遅延時間が生じる。
すなわち本発明の群遅延時間測定用擬似信号は、上述の先行技術のように搬送波周波数だけでなく、信号レベル，ＰＮコード及びＰＮコード周波数を実信号と一致させることとしたので、実信号の群遅延時間の差により近い群遅延時間の差を計測することができるようになる。
また、コード遅延時間測定制御部１１の制御によって発生させたＰＮコードの位相と擬似信号を復調したときのＰＮコードの位相とを比較することで、周波数変換部３を含んだこの経路におけるこの信号の群遅延時間を測定することができる。
また、この群遅延時間測定用擬似信号は、衛星からの実信号とＰＮコードが１チップ以上異なるため、ＰＮコードの相関関係によって現在受信されている衛星からの実信号の受信動作を妨げることはなく、全く別の信号として復調することができる。
以上のような動作を、群遅延時間を測定しようとしている各衛星の信号に対して行うことによって、各衛星からの実信号の群遅延時間の差を求めることができる。
【００２０】
そして群遅延時間測定用擬似信号の発生から混合器２への入力までの経路における群遅延時間差をゼロにすることによって、測定される時間差は、混合器２への入力から復調器６までの遅延時間差、すなわち求めようとする各衛星の信号間で異なる群遅延時間の差と同様にすることができる。
擬似信号発生部２０で群遅延時間測定用擬似信号を発生させてから混合器２へ入力するまでの群遅延時間差を一定にするためには、変調部１７から混合器２への入力までの経路に、周波数特性を有するようなフィルタ等の回路を挿入せず、直接接続することで可能となる。
【００２１】
このようにして求めた群遅延時間測定用擬似信号の発生から復調までの時間差を、測位に使用している各衛星の実信号に対して求める。
具体的な方法としては、現在受信している各衛星の信号（例えば１からＮの衛星）に対して、例えば１００msec毎に時間で分割して、衛星１，衛星２，衛星３，・・・，衛星Ｎ，といった順番で群遅延時間測定用擬似信号を発生させ、発生させた群遅延時間測定用擬似信号を用いて割り当てられた時間内に群遅延時間を求める。
この測定動作を繰り返すことによって、受信測位している各衛星からの信号に対してリアルタイムに受信機内で発生する群遅延時間の差を測定することができる。
このようにして求めた群遅延時間は遅延時間検出部１８に送られる。
遅延時間検出部１８では、以上のような動作によって求められた各衛星に対する群遅延時間からその差分を求め、周波数変換部３における遅延時間の差のデータとして測位計算部１９に送る。
測位計算部１９では、この群遅延時間の差を各衛星からの信号で測定した擬似距離のオフセット値として、擬似距離を補正し、補正した擬似距離で測位計算を行う。
この場合、実衛星信号の群遅延時間をそれぞれゼロとする補正を行っても良く、また群遅延時間の差がゼロとなる補正を行っても良い。
【００２２】
なお図１に示す装置構成は一実施形態であり、本願発明は各衛星からの信号の搬送波周波数，信号レベル，ＰＮコード，ＰＮコード周波数およびＰＮコード位相を検出し、同一周波数，同一信号レベル，同一ＰＮコード，同一ＰＮコード周波数で、ＰＮコードの位相が異なる擬似信号を発生させ、この擬似信号で受信機内部で生じる群遅延時間を測定し、測定した群遅延時間を用いて各衛星からのそれぞれの信号の群遅延時間の差を補正することを要旨とするものであり、装置構成が図１の実施形態に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の衛星航法受信機は、各衛星から受信される実信号を検出し、実信号とＰＮコードの位相だけ相違させた群遅延時間測定用擬似信号を生成し、この群遅延時間測定用擬似信号で群遅延時間の差を検出して実信号の群遅延時間の差を補正する構成としたので、群遅延特性を一定にする特殊なフィルタを使用することなく全ての使用条件下で高精度な測位が可能となる。
このため帯域制限フィルタや受信機の周波数構成に対して設計の自由度が制限されることがなく、また帯域外の耐妨害波特性を損なうことのない受信機を構成できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の衛星航法受信機の装置構成の一実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  アンテナ部
２  混合器
３  周波数変換部
４  局部発振部
５  Ａ／Ｄ変換部
６  復調部
７  信号捕捉・追尾制御部
８  衛星選択部
９  搬送波周波数・レベル検出部
１０  ＰＮコード周波数・位相検出部
１１  コード遅延時間測定制御部
１２  搬送波周波数制御部
１３  ＰＮコード周波数・位相制御部
１４  搬送波発生部
１５  ＰＮコード発生部
１６  搬送波レベル制御部
１７  変調部
１８  遅延時間検出部
１９  測位計算部
２０  擬似信号発生部
【図１】
0003730387.tif 000002