(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ部から入力される複数の衛星からの周波数が相違する各信号を各周波数別に受信し、受信した各信号の前記衛星からの到達時間を計測すると共に、受信機内部で発生する信号の伝送遅延が各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処理部でキャリブレーションするＧＬＯＮＡＳＳ受信機において、
前記衛星からの各信号とそれぞれ同一周波数で変調コードが異なるパイロット信号を基準クロックタイミングで発生させるパイロット信号発生部、
前記パイロット信号発生部で発生させたパイロット信号を前記アンテナ部から入力される実衛星信号と合成する信号合成器、
受信部を介しパイロット信号専用受信チャンネル部で受信したパイロット信号の各周波数ごとの遅延時間を前記基準クロックタイミングを用いて計測するパイロット信号遅延時間計測部、
前記パイロット信号遅延時間計測部で計測される各周波数別の遅延時間情報を前記キャリブレーション処理部へ入力し、受信中の実衛星信号データをリアルタイムにキャリブレーションするキャリブレーション処理部、
を備えたことを特徴とするＧＬＯＮＡＳＳ受信機。
【請求項２】
前記パイロット信号には、衛星からの各信号がドプラー周波数偏移を受けている場合、同じ周波数偏移を与えたパイロット信号を用いることを特徴とする請求項１記載のＧＬＯＮＡＳＳ受信機。
【請求項３】
前記パイロット信号の各周波数別の遅延時間の計測はパイロット信号１周波数ごとローテーション方式で行うことを特徴とする請求項１記載のＧＬＯＮＡＳＳ受信機。
【請求項４】
前記パイロット信号の変調コードには、ＧＰＳ用のＰＮコードを用いることを特徴とする請求項１記載のＧＬＯＮＡＳＳ受信機。
【請求項５】
前記アンテナ部に設けられるＢＰＦに、定遅延フィルタを使用することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のＧＬＯＮＡＳＳ受信機。
【請求項６】
前記パイロット信号発生部と前記信号合成器との間をストリップラインで接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載のＧＬＯＮＡＳＳ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、ＧＬＯＮＡＳＳ(Global Navigation Orbiting Satellite System) を用いて測位を行う測位装置に使用されるＧＬＯＮＡＳＳ受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
良く知られているように、ＧＬＯＮＡＳＳ：全地球的航法衛星システムは、３つの異なる円軌道に８個づつ計２４個の衛星で構成され、送信周波数はＬ１：1.6GHz帯、Ｌ２：1.2GHz帯で、両周波数帯ともＰＮ符号のＣ／Ａコード（以下、これをＰＮコードとも言う）およびＰコードで変調した送信波を使用しているが、衛星ごとに異なった周波数を使用し、全衛星同じコードを用いている。
このＧＬＯＮＡＳＳは、ＧＰＳ(Gloval Positioning System) のＳＡ(selective availability ：測位精度の作為的劣化措置) が取られていないので、ＧＬＯＮＡＳＳを利用した測位はＧＰＳを利用する測位の約２倍の精度が得られると言われている。
【０００３】
従って高精度な測位装置を構成する場合、ＧＰＳではなくＧＬＯＮＡＳＳを利用する構成とすれば測位精度を向上させることができるが、ここで問題となるのはそれぞれの衛星の送信周波数が異なることである。
すなわち測位には各衛星からの擬似距離を、受信される送信信号の各到達時間で求めており、このため受信機の受信部を介し受信チャンネル部で受信した送信信号を信号処理部で処理して正確な到達時間を計測しているが、アンテナで受信した実衛星からの信号は、その到達時間が測定されるまでに受信機内部の各部、特に受信部等で遅延する。
ここで各衛星からの送信周波数が同じであれば、受信機内での遅延量が同じになるので問題とはならないが、ＧＬＯＮＡＳＳでは各衛星で異なる送信周波数を使用しているので、受信機内部で信号が受信され処理されていく間に各送信信号で遅延量に相対的なズレが生じ、この遅延量のズレを無視すると高精度な測位ができない。
【０００４】
従ってこの遅延量のズレを補正すべく、従来ではＧＬＯＮＡＳＳ受信機に各周波数に対する固定の補正値を持たせておいて遅延量の相対的ズレを補正し、各周波数同一の遅延量にして（相対的遅延量を０にする動作をキャリブレーションと称する）測位を行う構成としている。
すなわち、衛星２４個が使用している周波数は予め判っているので、受信機外部で発生させたこれらの周波数を、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機で実際に受信して各周波数の遅延量を測定し、何れか１つの周波数の遅延量に一致させるため各周波数ごとの補正値を算出して予めＲＯＭテーブル等に記憶させておき、実際の測位において各衛星からそれぞれの周波数で信号を受信した場合、到達時間計測前あるいは到達時間計測後に各周波数の遅延量を相対的に補正している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来のＧＬＯＮＡＳＳ受信機では、各周波数のキャリブレーションを行うために、各周波数ごとに予め測定した固定の補正値で周波数差に基づく相対的遅延量を補正することとしているが、周知のように受信機は周囲の環境変化（特に温度変化）により受信機内部の信号の伝送遅延時間が変化する。
この場合、各周波数同一にその遅延量が変化するのであれば問題ないが、上述のように周波数が異なると各周波数によって遅延量にズレが生じ、この相対的遅延量が測位精度を劣化させるという問題点があった。
【０００６】
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生じる受信機内部の相対的遅延量に対してもリアルタイムなキャリブレーションを行い、測位精度の劣化を防止できるＧＬＯＮＡＳＳ受信機を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のＧＬＯＮＡＳＳ受信機は、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周波数とそれぞれ同一周波数のパイロット信号を発生させてこのパイロット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手段を備えたことを特徴とする。
従って温度変化等の周囲環境が変化した場合でも、測位精度を高精度に保つことができるようになる。
【０００８】
また具体的な構成としては、衛星からの各信号とそれぞれ同一周波数で変調コードが異なるパイロット信号を基準クロックタイミングで発生させるパイロット信号発生部、
パイロット信号発生部で発生させたパイロット信号をアンテナ部から入力される実衛星信号と合成する信号合成器、
受信部を介しパイロット信号専用受信チャンネル部で受信したパイロット信号の各周波数ごとの遅延時間を前記基準クロックタイミングを用いて計測するパイロット信号遅延時間計測部、
パイロット信号遅延時間計測部で計測される各周波数別の遅延時間情報をキャリブレーション処理部へ入力し、受信中の実衛星信号データをリアルタイムにキャリブレーションするキャリブレーション処理部を備えたことを特徴とする。
【０００９】
またパイロット信号には、衛星からの各信号がドプラー周波数偏移を受けている場合、同じ周波数偏移を与えたパイロット信号を用いることを特徴とする。
またパイロット信号の各周波数別の遅延時間の計測はパイロット信号１周波数ごとローテーション方式で行うことを特徴とする。
またパイロット信号の変調コードには、ＧＰＳ用のＰＮコードを用いることを特徴とする。
【００１０】
またアンテナ部に設けられるＢＰＦに、定遅延フィルタを使用することを特徴とする。
このような構成とすることで、パイロット信号で補正できない部分の相対的遅延量を少なくできるようになる。
【００１１】
さらに、パイロット信号発生部と信号合成器との間をストリップラインで接続したことを特徴とする。
このような構成とすることで、衛星からの信号とは無関係な部分での誤差の発生を防止できるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示すブロック図である。
図において、１はＧＬＯＮＡＳＳ衛星で使用する送信周波数1602.5625 ＭＨｚ〜1615.5ＭＨｚの約１４ＭＨｚ帯の信号をＩＦ信号に周波数変換するＧＬＯＮＡＳＳ受信部、２−１は受信部１から出力されるＩＦ信号からそれぞれの実衛星信号を受信しその信号の追尾を行う衛星信号受信チャンネル部、３は受信する衛星に合わせた周波数を設定する受信用周波数設定部、４は衛星からの信号を処理する実衛星信号処理部、５は実衛星信号処理部４で処理された信号をキャリブレーション処理部３０でキャリブレーション処理して測位演算を実行すると共に、装置全体を制御するＣＰＵであり、これらは従来のＧＬＯＮＡＳＳ受信機と同様である。
【００１３】
ここで衛星信号受信チャンネル部２−１で行う実衛星信号の受信および追尾について説明すると、衛星信号受信チャンネル部２−１は２４個のＧＬＯＮＡＳＳ衛星のうちその信号を同時に受信できる最大数である１２チャンネルで構成され、キャリア相関器に入力されたＩＦ信号が、キャリア発生器で発生させたキャリアと相関が取られ、キャリア周波数及びその位相誤差が検出される。
同様にコード相関器では、コード発生器で発生させたコードと相関が取られ、コード位相誤差が検出され、検出されたコード位相誤差，キャリア周波数及びその位相誤差が実衛星信号処理部４に送られ、ここで信号処理されて演算情報に変換されてＣＰＵ５に送られる。
ＣＰＵ５では、この演算情報を基にコード発生器，キャリア発生器の制御量を算出し、入力されるＩＦ信号のコード位相，キャリア周波数及びその位相と、コード発生器及びキャリア発生器で発生させるコード位相，キャリア周波数及びその位相との差が、零になるように、受信用周波数設定部３でキャリア発生器およびコード発生器を制御しながら衛星からの信号を追尾する。
従って衛星からの信号がドプラー周波数偏移等により周波数の変動があっても衛星からの信号を継続して追尾することができる。
【００１４】
また、２−２は受信部１から出力されるＩＦ信号からパイロット信号を専用に受信するパイロット信号専用受信チャンネル部、６はパイロット信号を処理するパイロット信号処理部、７はパイロット信号処理部で検出されたパイロット信号の検出時刻とパイロット信号を発生させた時刻とでパイロット信号の遅延時間を計測するパイロット信号遅延時間計測部、８はパイロット信号の周波数を設定するパイロット信号用周波数設定部、９はパイロット信号を発生させるタイミングを制御するパイロット信号発生タイミング制御部、１０は受信機各部の同期を取る基準クロック発生部、１１はパイロット信号発生部、１２はアンテナからの衛星信号とパイロット信号発生部１１で発生させたパイロット信号とを合成する信号合成器であり、これらが本実施形態で新たに設けられる部分である。
【００１５】
次に動作にについて説明する。
上述のようにＧＬＯＮＡＳＳでは各衛星からの信号の送信周波数が異なるが、この周波数は予め判っているので、パイロット信号発生部１１では、これらの周波数と同じ周波数を持つ擬似信号であるパイロット信号を発生させる。
このパイロット信号は、衛星からの実信号と区別しなければならないので、実信号とは区別できるコード（例えばＧＰＳ用のＰＮコード）で変調した信号を用いる。
従ってパイロット信号発生部１１では、基本的には衛星２４のそれぞれの周波数のＧＰＳ用のＰＮコードのパイロット信号を発生させれば良いのであるが、衛星からの実信号はドプラー周波数偏移を受けており、従って高精度なキャリブレーションを実行するためにはこのドプラー周波数偏移も考慮する必要がある。
従ってＣＰＵ５では、従前の測位において算出された衛星のドプラー周波数偏移を計測して保持しており、パイロット信号用周波数設定部８では、ＣＰＵ５から送られてくる周波数偏移情報を加味してパイロット信号発生部１１で発生させるパイロット信号の周波数を設定できるように構成されている。
【００１６】
パイロット信号発生タイミング制御部９からの指令によりパイロット信号発生部１１で発生させたパイロット信号は、基準クロック発生部１０からのクロックタイミングにより信号合成器１２へ加えられ、ここで衛星からの信号と合成され、ＧＬＯＮＡＳＳ受信部２へ入力される。
そして、ＧＬＯＮＡＳＳ受信部２で衛星からの信号と共にＩＦ信号に変換されたパイロット信号は、パイロット信号専用受信チャンネル部２−２で受信され実衛星からの信号と同様にして受信された信号の追尾が行われる。
ここでパイロット信号の追尾を行う理由は、パイロット信号を発生させる発振器の周波数変動による外れを防止することと、受信機内で発生する遅延を、衛星からの実信号と同様に遅延させる目的からである。
そしてパイロット信号処理部６で実衛星信号処理部４と同様な信号処理が行われ、パイロット信号遅延時間計測部７へ送られて基準クロックによりパイロット信号の受信時刻が計測される。
またパイロット信号遅延時間計測部７には、パイロット信号発生タイミング制御部９からこのパイロット信号を発生させた時刻情報が入力されており、発生時刻と受信時刻とにより受信機内部で生じたパイロット信号の遅延時間が計測され、この情報がＣＰＵ５に入力され、ＣＰＵ５のキャリブレーション処理部で、衛星からの実信号のキャリブレーション処理が行われる。
なお、パイロット信号発生部１１では、必要な個数（周波数）のパイロット信号を、１周波数ごとローテーション方式で発生させ、各周波数別の遅延時間の計測は、ローテーション方式で１周波数ごと行う構成としている。
【００１７】
図２は、ＣＰＵ５のキャリブレーション処理部３０で行うキャリブレーション処理を説明するための図である。
例えば図２（Ａ）に示すように、１２のパイロット周波数の受信機内部での遅延時間がそれぞれ黒点に示す遅延時間であった場合、ある周波数の遅延時間（例えばａ１）に他の全ての周波数の遅延時間を一致させれば相対的遅延量を０とできる。
従って図２（Ｂ）に示すように他の周波数で、ａ１より遅延時間が大きい（＋側）周波数は遅延時間を少なくする補正値を算出し、ａ１より遅延時間が小さい周波数は遅延時間を多くする補正値を算出し、全ての周波数がａ１と同じ遅延時間となるような補正値を算出し、実衛星からの信号周波数の到達時間に対し、時間補正を行う（なお計測時間の補正であるから＋，−どちらの補正も容易に行えるが、一番遅延時間が大きい周波数の遅延時間に各周波数の遅延時間を一致させるようにしても良い）。
【００１８】
すなわち本実施形態で行うキャリブレーションは受信機内部で衛星信号と同じ（実衛星信号がドプラー周波数偏移を含んでいる場合、同様に偏移させた）周波数の複数のパイロット信号をローテーション方式で常時流し、各周波数に対する遅延量を適宜測定し、この遅延量を全ての周波数で同一になるような補正値を適宜算出し、実際に受信した実衛星からの信号を、同じ周波数に対するこの補正値で適宜補正することとしたので、リアルタイムなキャリブレーションが行え、温度変化等の受信機環境に変化があってもそれに対応したキャリブレーションが可能となる。
【００１９】
本実施形態では上述のようにしてキャリブレーションを行うが、さらに正確なキャリブレーションが行える構成とすることもできる。
すなわち実衛星からの信号は、アンテナ部から信号合成器までの間でも僅かではあるが伝送信号が遅延するので遅延量のズレが生じており、またパイロット信号ではパイロット信号発生部１１内部、およびパイロット信号発生部１１から信号合成器１２までの伝送路でも遅延量のズレが生じるため、これらの部分の相対的遅延量をできるだけ抑える構成とすればさらに正確なキャリブレーションが可能となる。
【００２０】
図３は、アンテナから信号合成器１２までの構成の一実施形態を示す図であり、３１はアンテナ、３２，３４は増幅器、３３は定遅延フィルタを用いたＢＰＦ（バンド・パス・フィルタ）、３５は同軸ケーブルである。
この部分での信号の遅延は主にＢＰＦ３３で発生することが知られており、従ってＢＰＦに定遅延フィルタを用いて図３に示すような構成とすることで、相対的遅延量を１nsec以下にすることができる。
【００２１】
また図４は、パイロット信号発生部１１の構成の一実施形態を示すブロック図であり、４０はパイロット信号用キャリア発振器、４１はＬＰＦ（ローパス・フィルタ）、４２，４４，４６は信号合成器、４３はＢＰＦ、４５，４７は分周器、４８は電圧制御発振器、４９はパイロット信号用コード発生器である。
【００２２】
パイロット信号発生部１１を図４に示すような構成とし、1.6GHz帯を搬送波として変調をかけ、パイロット信号発生部１１と信号合成器１０との間の伝送路にストリップラインを使うことにより、相対的遅延量を０．５nsec以下にすることができる。
これらの構成とすることによりキャリブレーションの不完全差に基づく測位精度の誤差は、数１０ｃｍ以下とでき、高精度の測位が可能な測位装置が得られるようになる。
【００２３】
なお、図１に示す実施形態では、パイロット信号専用受信チャンネル部２−２を別に設ける構成としているが、図１に示す装置構成は一実施形態であり、例えばパイロット信号専用受信チャンネル部２−２と衛星信号受信チャンネル部２−１とは同じ構成ハードウェアなので衛星信号受信チャンネル部２−１の空きチャンネルを利用してパイロット信号の受信と追尾とを行う構成とする等、本発明が図１の装置構成に限定されるものではないことは言うまでもない。
またキャリブレーションは、衛星からの信号の到達時間を計測する段階で行う構成としても測位データを算出する段階で行う構成としても良い。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のＧＬＯＮＡＳＳ受信機は、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遅延量のズレをリアルタイムでキャリブレーションでき、ＧＬＯＮＡＳＳを利用して高精度の測位が可能な測位装置が得られると言う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】キャリブレーション処理を説明するための図である。
【図３】アンテナから信号合成器までの一実施形態を示す図である。
【図４】パイロット信号発生部の一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１  ＧＬＯＮＡＳＳ受信部
２−１  衛星信号受信チャンネル部
２−２  衛星信号受信チャンネル部
３  受信用周波数設定部
４  実衛星信号処理部
５  ＣＰＵ
６  パイロット信号処理部
７  パイロット信号遅延時間計測部
８  パイロット信号用周波数設定部
９  パイロット信号発生タイミング制御部
１０  基準クロック発生部
１１  パイロット信号発生部
１２  信号合成器
３０  キャリブレーション処理部
３１  アンテナ
３２，３４  増幅器
３３  定遅延ＢＰＦ
３５  同軸ケーブル
４０  パイロット信号用キャリア発生器
４１  ＬＰＦ
４２，４４，４６  信号合成器
４３  ＢＰＦ
４５，４７  分周器
４８  電圧制御発振器
４９  パイロット信号用コード発生器
【図１】
0003753351.tif 000002
【図２】
0003753351.tif 000003
【図３】
0003753351.tif 000004
【図４】
0003753351.tif 000005