JP2011247705A - Ｇｐｓ測位システムおよびｇｐｓ測位方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Assisted−ＧＰＳ技術に関し、十分な測位精度を確保し、かつＧＰＳ端末における処理負荷を軽減して消費電力を低減する。
【解決手段】ＧＰＳ基地局１００のＧＰＳ衛星特定手段は、４台の衛星ＩＤをＧＰＳ端末２００に送信し、ＧＰＳ端末の航法メッセージ処理手段は、４台の衛星ＩＤに対応するＧＰＳ衛星の航法メッセージの相関ピークから疑似距離と、時刻と、航法メッセージの復号ビット列とをＧＰＳ基地局１００に送信し、航法メッセージの復号ビット列と航法メッセージについて、端末受信時刻近傍においてパターンマッチングを行い、ビット列が一致した位置により航法メッセージをＧＰＳ衛星が送信した時刻を特定し、各ＧＰＳ衛星の位置を算出し、疑似距離と位置とから、ＧＰＳ端末２００の時刻誤差と測位対象位置を未知数とする方程式を解いて位置を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、Assisted−ＧＰＳ（Global Positioning System ：全地球測位システム）技術を用い、それぞれＧＰＳ衛星から航法メッセージを受信するＧＰＳ端末とＧＰＳ基地局との間で、無線通信を介した最小限の補助情報のやり取りによりＧＰＳ端末の測位を行うＧＰＳ測位システムおよびＧＰＳ測位方法に関する。

ＧＰＳ端末およびＧＰＳ基地局は、４つのＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージ（ＧＰＳにおいて測位のための計算等に必要とされる衛星の軌道情報）を元に測位を行う。その中のAssisted−ＧＰＳ技術は、ＧＰＳ基地局がその位置から受信可能なＧＰＳ衛星を指定する衛星捕捉情報を生成し、ＧＰＳ基地局に無線接続されたＧＰＳ端末が、ＧＰＳ基地局から衛星捕捉情報を受け取り、その衛星捕捉情報を用いて受信対象となるＧＰＳ衛星を特定して測位を行う技術である。これにより、ＧＰＳ端末の測位処理の負荷低減が可能となる。

例えば、特許文献１に記載の方法では、ＧＰＳ基地局が全てのＧＰＳ衛星の大まかな軌道を示すアルマナックデータを一定頻度で更新しており、アルマナックデータから当該ＧＰＳ基地局から受信可能なＧＰＳ衛星を特定し、その衛星ＩＤを配下のＧＰＳ端末に向けて同報する。ＧＰＳ端末は、受信可能なＧＰＳ衛星の衛星ＩＤを取得することにより、即座にこのＧＰＳ端末から受信可能なＧＰＳ衛星の正確な軌道を示すエフェメリスデータの受信が可能となる。このように、ＧＰＳ端末が即座に測位に用いるＧＰＳ衛星の選択ができることから、ＧＰＳ端末における測位処理の負荷軽減が可能になっている。

ＧＰＳ端末は、衛星ＩＤに対応するＰＲＮ（Pseudo Random Noise ）コードとの相関ピークを探し、少なくとも４つの衛星の航法メッセージに関する相関ピークの時間差を計測する。さらに、受信したエフェメリスデータから送信時刻情報を取得し、データ送信時刻を特定する。データの送信時刻とエフェメリスデータから、データ送信時のＧＰＳ衛星の位置を計算するとともに、少なくとも４つＧＰＳ衛星の相関ピークに関する時間差情報を用いて、ＧＰＳ端末の位置（ｘ，ｙ，ｚ）と、ＧＰＳ端末とＧＰＳ衛星間の時刻差Δｔを未知数とするいわゆる最小二乗法などの方法により計算する。

特開２００３−４３１２７号公報

しかし、この従来のAssisted−ＧＰＳ技術にもいくつかの課題が存在する。
第一の課題は、ＧＰＳ基地局がアルマナックデータをもとに受信可能なＧＰＳ衛星を特定するだけでは、十分な測位精度が得られない、という課題である。この課題は、測位に用いるＧＰＳ衛星が特定の方位に集中していたり、あるいは直線上に並んでいたりする場合に発生する。これは、衛星の仰角に関連し、その幾何学的配置を指数化したＰＤＯＰ値（Position Dilution of Precision値：位置精度劣化度）が大きい場合に相当する。

第二の課題は、負荷軽減が可能とはいえ、まだAssisted−ＧＰＳ技術に改善余地があることである。ＧＰＳ端末が受信した航法メッセージからＧＰＳ衛星が送信した送信時刻を特定するために、時刻情報（ＨＯＷ: handover word ）を含む最大で１サブフレーム分の航法メッセージを受信する必要がある。この１サブフレーム分を受信するには６秒の受信時間を必要とするため、ＧＰＳ端末の処理負荷、特に航法メッセージの長時間受信に伴う消費電力が大きいのが現状である。ここに、Assisted−ＧＰＳ技術における消費電力低減の余地がある。

本発明は、Assisted−ＧＰＳ技術において、十分な測位精度を確保し、かつＧＰＳ端末における処理負荷を軽減して消費電力を低減することができるＧＰＳ測位システムおよびＧＰＳ測位方法に関する。

第１の発明は、ＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージを受信するＧＰＳ基地局と、当該ＧＰＳ基地局のセル内でＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージを受信するＧＰＳ端末との間で無線通信を行い、当該ＧＰＳ基地局で当該ＧＰＳ端末の測位を行うＧＰＳ測位システムにおいて、ＧＰＳ基地局は、ＧＰＳ端末への測位要求が発生した時点で、ＧＰＳ基地局から航法メッセージを受信可能なＧＰＳ衛星を特定し、仰角の大きい順番に少なくとも４台の衛星ＩＤをＧＰＳ端末に送信するＧＰＳ衛星特定手段と、ＧＰＳ端末が衛星ＩＤに対応するＧＰＳ衛星から一定時間で受信した航法メッセージの復号ビット列と当該ＧＰＳ基地局が保持する航法メッセージについて、ＧＰＳ端末が航法メッセージを受信した受信時刻近傍においてパターンマッチングを行い、ビット列が一致した位置により当該航法メッセージをＧＰＳ衛星が送信した時刻を特定し、その送信時刻における各ＧＰＳ衛星の位置を算出するとともに、各ＧＰＳ衛星に関する疑似距離とＧＰＳ衛星位置とから、ＧＰＳ端末の時刻誤差と測位対象位置を未知数とする方程式を解き、ＧＰＳ端末の位置を算出する測位処理手段とを備え、ＧＰＳ端末は、少なくとも４台の衛星ＩＤに対応するＧＰＳ衛星の航法メッセージの相関ピークを取り、各ＧＰＳ衛星の相関ピークの時間位相差から得られる疑似距離と、そのときのＧＰＳ端末時刻と、一定時間で受信した航法メッセージの復号ビット列とを生成し、ＧＰＳ基地局に送信する航法メッセージ処理手段を備える。

第１の発明のＧＰＳ測位システムにおいて、ＧＰＳ基地局のＧＰＳ衛星特定手段は、ＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージを受信してアルマナックデータおよびエフェメリスデータを一定時間分蓄積保存する手段と、取得したアルマナックデータから各ＧＰＳ衛星の概略位置を一定周期で算出し、そのＧＰＳ衛星の概略位置をもとに仰角の大きい順番に少なくとも４台のＧＰＳ衛星のＰＤＯＰ値を計算し、ＰＤＯＰ値が所定値以上である場合は次に仰角の大きいＧＰＳ衛星と入れ替えながら、ＰＤＯＰ値が所定値未満となる少なくとも４台のＧＰＳ衛星を特定する手段と、少なくとも４台のＧＰＳ衛星の特定を一定周期で更新しながら、その衛星ＩＤをＧＰＳ端末へ送信する手段とを備える。

第１の発明におけるＧＰＳ測位システムにおいて、ＧＰＳ端末の航法メッセージ処理手段は、航法メッセージの受信に必要なＧＰＳ衛星の衛星ＩＤに対応したＰＲＮコードのコード対応表を保持し、ＧＰＳ基地局から通知される衛星ＩＤに対応するＰＲＮコードをコード対応表から特定し、当該ＰＲＮコードと当該ＧＰＳ衛星の航法メッセージとの相関ピークを取り、航法メッセージの伝送速度のビットに同期したタイミングで基準時刻と各ＧＰＳ衛星が送信する航法メッセージとの相関ピークの時間差を計測し、さらに各ＧＰＳ衛星の航法メッセージについて一定時間受信して復調した航法メッセージのビット列と、ＧＰＳ衛星毎の当該相関ピークの時間差情報を生成する構成である。

また、ＧＰＳ基地局は、ＧＰＳ衛星が新規に導入されたり既存のＧＰＳ衛星が運用を停止した場合はマルチキャスト配信により、またＧＰＳ端末から送信要求があった場合はユニキャスト配信により衛星ＩＤとＰＲＮコードのコード対応表を送信する手段を備える。

第１の発明におけるＧＰＳ測位システムにおいて、各ＧＰＳ基地局がＧＰＳ端末からの受信強度を検出し、受信強度最大となるＧＰＳ基地局を測位処理を担当するＧＰＳ基地局とする構成である。

第２の発明は、ＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージを受信するＧＰＳ基地局と、当該ＧＰＳ基地局のセル内でＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージを受信するＧＰＳ端末との間で無線通信を行い、当該ＧＰＳ基地局で当該ＧＰＳ端末の測位を行うＧＰＳ測位方法において、ＧＰＳ基地局のＧＰＳ衛星特定手段は、ＧＰＳ端末への測位要求が発生した時点で、ＧＰＳ基地局から航法メッセージを受信可能なＧＰＳ衛星を特定し、仰角の大きい順番に少なくとも４台の衛星ＩＤをＧＰＳ端末に送信し、ＧＰＳ端末の航法メッセージ処理手段は、少なくとも４台の衛星ＩＤに対応するＧＰＳ衛星の航法メッセージの相関ピークを取り、各ＧＰＳ衛星の相関ピークの時間位相差から得られる疑似距離と、そのときのＧＰＳ端末時刻と、一定時間で受信した航法メッセージの復号ビット列とを生成してＧＰＳ基地局に送信し、ＧＰＳ基地局の測位処理手段は、ＧＰＳ端末が衛星ＩＤに対応するＧＰＳ衛星から一定時間で受信した航法メッセージの復号ビット列と当該ＧＰＳ基地局が保持する航法メッセージについて、ＧＰＳ端末が航法メッセージを受信した受信時刻近傍においてパターンマッチングを行い、ビット列が一致した位置により当該航法メッセージをＧＰＳ衛星が送信した時刻を特定し、その送信時刻における各ＧＰＳ衛星の位置を算出するとともに、各ＧＰＳ衛星に関する疑似距離とＧＰＳ衛星位置とから、ＧＰＳ端末の時刻誤差と測位対象位置を未知数とする方程式を解いてＧＰＳ端末の位置を算出する。

第２の発明のＧＰＳ測位方法において、ＧＰＳ基地局のＧＰＳ衛星特定手段は、ＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージを受信してアルマナックデータおよびエフェメリスデータを一定時間分蓄積保存し、取得したアルマナックデータから各ＧＰＳ衛星の概略位置を一定周期で算出し、そのＧＰＳ衛星の概略位置をもとに仰角の大きい順番に少なくとも４台のＧＰＳ衛星のＰＤＯＰ値を計算し、ＰＤＯＰ値が所定値以上である場合は次に仰角の大きいＧＰＳ衛星と入れ替えながら、ＰＤＯＰ値が所定値未満となる少なくとも４台のＧＰＳ衛星を特定し、少なくとも４台のＧＰＳ衛星の特定を一定周期で更新しながら、その衛星ＩＤをＧＰＳ端末へ送信する。

第２の発明のＧＰＳ測位方法において、ＧＰＳ端末の航法メッセージ処理手段は、航法メッセージの受信に必要なＧＰＳ衛星の衛星ＩＤに対応したＰＲＮコードのコード対応表を保持し、ＧＰＳ基地局から通知される衛星ＩＤに対応するＰＲＮコードをコード対応表から特定し、当該ＰＲＮコードと当該ＧＰＳ衛星の航法メッセージとの相関ピークを取り、航法メッセージの伝送速度のビットに同期したタイミングで基準時刻と各ＧＰＳ衛星が送信する航法メッセージとの相関ピークの時間差を計測し、さらに各ＧＰＳ衛星の航法メッセージについて一定時間受信して復調した航法メッセージのビット列と、ＧＰＳ衛星毎の当該相関ピークの時間差情報を生成する。

また、ＧＰＳ基地局は、ＧＰＳ衛星が新規に導入されたり既存のＧＰＳ衛星が運用を停止した場合はマルチキャスト配信により、またＧＰＳ端末から送信要求があった場合はユニキャスト配信により衛星ＩＤとＰＲＮコードのコード対応表を送信するようにしてもよい。

第２の発明におけるＧＰＳ測位方法において、各ＧＰＳ基地局がＧＰＳ端末からの受信強度を検出し、受信強度最大となるＧＰＳ基地局を測位処理を担当するＧＰＳ基地局とするようにしてもよい。

本発明は、ＧＰＳ端末への測位要求が発生した時点で、ＧＰＳ端末と無線通信が可能なＧＰＳ基地局から航法メッセージを受信可能なＧＰＳ衛星を特定し、仰角の大きい順番に少なくとも４台の衛星ＩＤをＧＰＳ端末に送信することにより、ＧＰＳ端末は当該ＧＰＳ衛星からの航法メッセージによって、精度のよい測位処理を行うことができる。

また、本発明は、ＧＰＳ端末が短時間で受信する航法メッセージのビット列とＧＰＳ基地局が保持する航法メッセージについて、ＧＰＳ端末が航法メッセージを受信した受信時刻近傍においてパターンマッチングを行い、ビット列が一致した位置を手掛りに当該航法メッセージをＧＰＳ衛星が送信した時刻を特定することにより、ＧＰＳ端末で航法メッセージを受信する時間を短縮しながら精度のよい測位処理を行うことができる。

本発明のＧＰＳ測位システムの全体構成を示す図である。 ＧＰＳ基地局１００およびＧＰＳ端末２００の構成例を示す図である。 測位動作のシーケンスを示す図である。

図１は、本発明のＧＰＳ測位システムの全体構成を示す。
図１において、本発明のＧＰＳ測位システムは、複数のＧＰＳ基地局１００と、所定のＧＰＳ基地局１００と無線通信可能なセル内に位置するＧＰＳ端末２００と、ＧＰＳ衛星３００とにより構成される。ＧＰＳ基地局１００は、ＧＰＳ衛星３００の航法メッセージの受信機能と、ＧＰＳ端末２００との無線通信機能と、ネットワークとの有線通信機能とを備える。ＧＰＳ端末２００は、ＧＰＳ衛星３００の航法メッセージの受信機能と、ＧＰＳ基地局１００との無線通信機能とを備える。

ここで、通常の携帯電話システムなどの場合には、ＧＰＳ端末２００と接続される所定のＧＰＳ基地局１００が決まる。この所定のＧＰＳ基地局１００とそのセル内のＧＰＳ端末２００は、通常は同じＧＰＳ衛星３００の航法メッセージを受信して測位処理が行われる。

また、ＧＰＳ基地局１００とＧＰＳ端末２００が常時接続されない無線通信システムでは、ＧＰＳ端末２００に接続するＧＰＳ基地局１００を特定する必要がある。その手順は次の通りである。各ＧＰＳ基地局１００は、ネットワークからの指示により測位を行うＧＰＳ端末２００に対して測位要求を送信し、当該ＧＰＳ端末からの受信信号の受信強度をネットワークのマスタ基地局に送信し、マスタ基地局は複数のＧＰＳ基地局から通知された当該ＧＰＳ端末の電波強度値を比較し、最も電波強度が強いＧＰＳ基地局を当該ＧＰＳ端末の測位を担当するＧＰＳ基地局を特定し、当該ＧＰＳ基地局と当該ＧＰＳ端末とを無線接続する。なお、各ＧＰＳ基地局間の距離が例えば数ｋｍ程度であれば、電波強度が最大のＧＰＳ基地局を選択する処理は、ＧＰＳ端末と通信可能な１つのＧＰＳ基地局を選択できればよい程度の精度で十分である。

また、本実施例では、ＧＰＳ端末２００を所持するユーザＡと、ＧＰＳ端末２００の測位を要求するユーザＢがおり、ユーザＢがＧＰＳ端末２００の測位要求を発すると、ＧＰＳ端末２００と接続中のＧＰＳ基地局１００がその測位要求を受けてＧＰＳ端末２００の測位を補助し、ＧＰＳ基地局１００で得られる測位結果をユーザＢに返答する形態を想定している。

図２は、ＧＰＳ基地局１００およびＧＰＳ端末２００の構成例を示す。
図２において、ＧＰＳ基地局１００は、ＧＰＳ航法メッセージ受信部１０１、アルマナックデータ格納部１０２、エフェメリスデータ格納部１０３、衛星候補抽出部１０４、衛星ＩＤ保持部１０５、無線送信部１０６、無線受信部１０７、パターンマッチング（時刻特定）部１０８、測位計算部１０９、現在位置情報格納部１１１、タイマ１１２、受信強度検出部１１３、有線通信インタフェース部１１４とを備える。

ＧＰＳ航法メッセージ受信部１０１は、ＧＰＳ衛星の航法メッセージを受信する。
アルマナックデータ格納部１０２およびエフェメリスデータ格納部１０３は、受信した航法メッセージからアルマナックデータおよびエフェメリスデータをそれぞれ一定時間分蓄積する。

衛星候補抽出部１０４は、現在位置情報格納部１１１から入力するＧＰＳ基地局の現在位置情報とＧＰＳ衛星から取得したアルマナックデータを用いてＰＤＯＰ値を計算し、タイマ１１２から通知される一定時間ごとに、当該ＧＰＳ基地局およびそのセル内のＧＰＳ端末で測位利用に適する少なくとも４台のＧＰＳ衛星の候補を抽出する。

衛星ＩＤ保持部１０５は、一定時間ごとに更新される測位利用の候補となる４台のＧＰＳ衛星の衛星ＩＤを保持する。また、衛星ＩＤ保持部１０５は、衛星ＩＤ保持部１０５に保持されている４台の衛星ＩＤが更新されるごと、あるいは有線通信インタフェース部１１４を介して入力する測位要求に応じて無線送信部１０６に出力する。

無線送信部１０６は、事前に衛星ＩＤとＧＰＳ衛星固有のＰＲＮコードの対応表（以下、ＰＲＮコード対応表）を所定のタイミングで送信するとともに、衛星ＩＤ保持部１０５から出力される４台の衛星ＩＤをＧＰＳ端末２００に送信する。

なお、衛星候補抽出部１０４は、測位要求をトリガとして測位利用に適するＧＰＳ衛星を抽出する処理を行い、その衛星ＩＤをＧＰＳ端末２００に送信するようにしてもよい。また、衛星候補抽出部１０４は、定期的に測位利用に適するＧＰＳ衛星を抽出する処理を行い、測位要求とは無関係にサブエリア内のＧＰＳ端末２００に対してブロードキャストしてもよい。その場合には、ＧＰＳ基地局１００からＧＰＳ端末２００に対して測位要求が別途通知される。

無線受信部１０７は、ＧＰＳ端末２００から送信された情報（疑似距離、復号ビット列、端末時刻）を受信する。

パターンマッチング（時刻特定）部１０８は、端末時刻を起点として航法メッセージの復号ビット列とアルマナックデータ格納部１０２およびエフェメリスデータ格納部１０３に保持している航法メッセージとの間でパターンマッチングを行い、ＧＰＳ端末２００が測位に用いた航法メッセージの送信時刻を特定し、エフェメリスデータ格納部１０３に通知する。

測位計算部１０９は、ＧＰＳ端末２００が計測した擬似距離と、ＧＰＳ端末２００が測位に用いた航法メッセージの送信時刻（衛星時刻）に応じたエフェメリスデータとを用いてＧＰＳ端末２００の測位を行う。

受信強度検出部１１３は、無線受信部１０７に受信する各ＧＰＳ端末からの受信強度を検出する。

有線通知インタフェース部１１４は、ネットワークから測位要求を受信し、測位計算部１０９で測位計算したＧＰＳ端末２００の位置をネットワークを介して測位要求者に通知する。

ＧＰＳ端末２００は、無線受信部２０１、ＰＲＮコード対応表格納部２０２、タイマ２０３、ＧＰＳ航法メッセージ受信部２０４、ＧＰＳ航法メッセージ処理部２０５、無線送信部２０６を備える。

無線受信部２０１は、ＧＰＳ基地局１００の送信信号を受信する。
ＰＲＮコード対応表格納部２０２は、ＧＰＳ基地局１００から通知されるＰＲＮコード対応表を格納し、ＧＰＳ基地局１００から通知される測位利用に適する衛星ＩＤに対応するＰＲＮコードを特定する。

タイマ２０３は、ＧＰＳ基地局１００から通知される時刻同期情報をもとに端末時刻の同期を行う。
ＧＰＳ航法メッセージ受信部２０４は、衛星ＩＤに対応するＰＲＮコードで特定されたＧＰＳ衛星の航法メッセージを受信する。

ＧＰＳ航法メッセージ処理部２０５は、当該ＰＲＮコードで特定されたＧＰＳ衛星の航法メッセージの相関ピークを取り、各ＧＰＳ衛星の相関ピークの時間位相差を計測し、それに光速ｃを乗じた疑似距離と、タイマ２０３で得られるそのときのＧＰＳ端末時刻と、一定時間受信して復調した航法メッセージの復号ビット列とを生成する。

時間位相差の計測は、航法メッセージの伝送速度である50ｂｐｓに同期して行われる。なお、本願発明は伝送速度に時間位相差の計測を同期すればよいものであるが、以下の説明では、現在の航法メッセージの伝送速度である50ｂｐｓで説明を行う。50ｂｐｓに同期したタイミングで時間位相差の計測を行うことにより、50ｂｐｓのタイミングのオフセット情報が必要なくなり、ＧＰＳ基地局１００へ送信するメッセージ量を抑えることができる。

無線送信部２０６は、ＧＰＳ端末の位置情報としてＧＰＳ航法メッセージ処理部２０５で得られた各ＧＰＳ衛星の相関ピークの時間位相差から得られる疑似距離、ＧＰＳ端末時刻、航法メッセージの復号ビット列をＧＰＳ基地局１００に送信する。

図３は、測位動作のシーケンスを示す。
まず、ＧＰＳ基地局１００は事前にＰＲＮコード対応表を配下のＧＰＳ端末２００に向けて配信する。ＰＲＮコード対応表は共通データであるため、新規衛星の運用開始や既存衛星の運用停止などを契機として、更新版のＰＲＮコード対応表を無線通信のブロードキャスト機能により全ＧＰＳ端末に一斉に配信することができる。ＰＲＮコード対応表が更新される毎に、最新のＰＲＮコード対応表がＧＰＳ端末２００のＰＲＮコード表格納部２０２の不揮発メモリなどに保持される。

ＧＰＳ基地局１００は、ＧＰＳ衛星３００から送信される航法メッセージを継続的に受信しており、過去一定期間分の航法メッセージを蓄積保存している。衛星候補抽出部１０４は、定期的にＧＰＳ基地局１００の位置から受信可能なＧＰＳ衛星をアルマナックデータから特定する。このとき、なるべくＧＰＳ電波の受信に都合のよい仰角の大きいＧＰＳ衛星を候補として選択する。そして、衛星候補抽出部１０４は、候補として選択された上位４つＧＰＳ衛星のＰＤＯＰ値を計算し、所定の値以下かどうか判定する。ＰＤＯＰ値が所定の値以下でない場合は、新たに次に仰角の大きいＧＰＳ衛星を候補に加え、新たに選択し直した４台のＧＰＳ衛星の組合せでＰＤＯＰ値を計算する。ＰＤＯＰ値が所定の値以下でない場合は、ＧＰＳ衛星の候補の組合せを変えてＰＤＯＰ値を計算する。ＧＰＳ衛星の組合せを変えてもＰＤＯＰ値が所定の値以下にならない場合は、新たにＧＰＳ衛星を追加してＰＤＯＰ値を計算する。このように所定のＰＤＯＰ値が得られるまでＧＰＳ衛星の候補の絞り込みを続ける。このようにして絞り込まれた４つのＧＰＳ衛星の衛星ＩＤは、衛星ＩＤ保持部１０５に逐次保存され、定期的に更新される。衛星ＩＤ保持部１０５は、測位要求に応じて保存している衛星ＩＤをＧＰＳ端末２００に通知する。

ＧＰＳ端末２００は、ＧＰＳ基地局１００から通知された４つＧＰＳ衛星の衛星ＩＤに対応するＰＲＮコードをＰＲＮコード対応表から特定し、これら４つのＰＲＮコードを用いて対応するＧＰＳ衛星の航法メッセージを受信する。各ＧＰＳ衛星に対応するＰＲＮコードにより、ＧＰＳ衛星の航法メッセージを受信して得られる相関ピークの時間差Δi の計測を行う。ＧＰＳ衛星は50ｂｐｓで航法メッセージを送信しているが、Δi の計測をビット切り替わりの位置で行う。そして、Δi を計測した時刻を起点として一定時間、航法メッセージの受信を行う。

ＧＰＳ端末２００は、相関ピークの時間差Δi と、航法メッセージを復号して得られたビット列（数ビットから数10ビット分）、相関ピークの時間差Δi を計測したときの端末時刻をＧＰＳ基地局１００に送信する。

ＧＰＳ基地局１００では、相関ピークの時間差Δi の計測時のＧＰＳ端末の端末時刻を起点として、復号ビット列と測位担当ＧＰＳ基地局が保持する航法メッセージのビット列との間でパターンマッチングを行うことにより、相関ピークの時間差Δi の計測に用いた航法メッセージを送信したＧＰＳ衛星の送信時刻を特定できる。航法メッセージのデータレートが50ｂｐｓであるから、航法メッセージを仮に10byteを受信した場合、１byte＝８bit として、受信に要する時間は10×８÷50＝1.6 秒である。サブフレーム全体を受信する場合の受信時間６秒間に比較すると受信時間の縮小が可能となる。

この衛星時刻から、相関ピークの時間差Δi の計測に用いた航法メッセージをＧＰＳ衛星が送信した時点でのＧＰＳ衛星の位置をエフェメリスデータから計算できる。

ＧＰＳ衛星の位置(xi, yi, zi)が特定できれば、ＧＰＳ端末から送信された４つのＧＰＳ衛星に関する相関ピークの時間差の測定値Δi1, Δi2, Δi3, Δi4に光速ｃを乗じた擬似距離から、ＧＰＳ端末の時刻誤差δと測位対象座標(x, y, z) の４つを変数とする４元連立方程式を最小二乗法などの方法により解いて、ＧＰＳ端末の位置座標(x, y, z) を取得することができる。(xi, yi, zi)は、相関ピークの時間差Δi の計測に用いた航法メッセージをＧＰＳ衛星が送信した時点のｉ番目のＧＰＳ衛星の位置を示す。

復号データと航法メッセージとパターンマッチングの結果、相関ピークの時間差Δi の計測に用いた航法メッセージをＧＰＳ衛星が送信した時刻が複数得られた場合は、各々の時刻からＧＰＳ衛星の位置を特定し、その結果得られるＧＰＳ端末の座標が、当該ＧＰＳ基地局が管轄とするエリアの範囲内にあるものを正しい解として選択する。

１００ ＧＰＳ基地局
１０１ ＧＰＳ航法メッセージ受信部
１０２ アルマナックデータ格納部
１０３ エフェメリスデータ格納部
１０４ 衛星候補抽出部
１０５ 衛星ＩＤ保持部
１０６ 無線送信部
１０７ 無線受信部
１０８ パターンマッチング（時刻特定）部
１０９ 測位計算部
１１１ 現在位置情報格納部
１１２ タイマ
１１３ 受信強度検出部
１１４ 有線通信インタフェース部
２００ ＧＰＳ端末
２０１ 無線受信部
２０２ ＰＲＮコード対応表格納部
２０３ タイマ
２０４ ＧＰＳ航法メッセージ受信部
２０５ ＧＰＳ航法メッセージ処理部
２０６ 無線送信部
３００ ＧＰＳ衛星

Claims (10)

1. ＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージを受信するＧＰＳ基地局と、当該ＧＰＳ基地局のセル内で前記ＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージを受信するＧＰＳ端末との間で無線通信を行い、当該ＧＰＳ基地局で当該ＧＰＳ端末の測位を行うＧＰＳ測位システムにおいて、
   前記ＧＰＳ基地局は、
   前記ＧＰＳ端末への測位要求が発生した時点で、前記ＧＰＳ基地局から航法メッセージを受信可能なＧＰＳ衛星を特定し、仰角の大きい順番に少なくとも４台の衛星ＩＤを前記ＧＰＳ端末に送信するＧＰＳ衛星特定手段と、
   前記ＧＰＳ端末が前記衛星ＩＤに対応するＧＰＳ衛星から一定時間で受信した航法メッセージの復号ビット列と当該ＧＰＳ基地局が保持する航法メッセージについて、前記ＧＰＳ端末が航法メッセージを受信した受信時刻近傍においてパターンマッチングを行い、ビット列が一致した位置により当該航法メッセージを前記ＧＰＳ衛星が送信した時刻を特定し、その送信時刻における前記各ＧＰＳ衛星の位置を算出するとともに、前記各ＧＰＳ衛星に関する疑似距離とＧＰＳ衛星位置とから、前記ＧＰＳ端末の時刻誤差と測位対象位置を未知数とする方程式を解き、前記ＧＰＳ端末の位置を算出する測位処理手段とを備え、
   前記ＧＰＳ端末は、
   前記少なくとも４台の衛星ＩＤに対応するＧＰＳ衛星の航法メッセージの相関ピークを取り、各ＧＰＳ衛星の相関ピークの時間位相差から得られる前記疑似距離と、そのときのＧＰＳ端末時刻と、前記一定時間で受信した前記航法メッセージの復号ビット列とを生成し、前記ＧＰＳ基地局に送信する航法メッセージ処理手段を備えた
   ことを特徴とするＧＰＳ測位システム。
2. 請求項１に記載のＧＰＳ測位システムにおいて、
   前記ＧＰＳ基地局のＧＰＳ衛星特定手段は、
   前記ＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージを受信してアルマナックデータおよびエフェメリスデータを一定時間分蓄積保存する手段と、
   取得したアルマナックデータから各ＧＰＳ衛星の概略位置を一定周期で算出し、そのＧＰＳ衛星の概略位置をもとに仰角の大きい順番に少なくとも４台のＧＰＳ衛星のＰＤＯＰ（Position Dilution Of Precision）値を計算し、ＰＤＯＰ値が所定値以上である場合は次に仰角の大きいＧＰＳ衛星と入れ替えながら、ＰＤＯＰ値が所定値未満となる少なくとも４台のＧＰＳ衛星を特定する手段と、
   前記少なくとも４台のＧＰＳ衛星の特定を一定周期で更新しながら、その衛星ＩＤを前記ＧＰＳ端末へ送信する手段と
   を備えたことを特徴とするＧＰＳ測位システム。
3. 請求項１に記載のＧＰＳ測位システムにおいて、
   前記ＧＰＳ端末の航法メッセージ処理手段は、
   前記航法メッセージの受信に必要なＧＰＳ衛星の衛星ＩＤに対応したＰＲＮ（Pseudo Random Noise ）コードのコード対応表を保持し、前記ＧＰＳ基地局から通知される前記衛星ＩＤに対応するＰＲＮコードをコード対応表から特定し、当該ＰＲＮコードと当該ＧＰＳ衛星の航法メッセージとの相関ピークを取り、航法メッセージの伝送速度のビットに同期したタイミングで基準時刻と各ＧＰＳ衛星ｉが送信する航法メッセージとの相関ピークの時間差Δi を計測し、さらに各ＧＰＳ衛星の航法メッセージについて一定時間受信して復調した航法メッセージのビット列と、ＧＰＳ衛星毎の当該相関ピークの時間差情報Δi を生成する構成である
   ことを特徴とするＧＰＳ測位システム。
4. 請求項３に記載のＧＰＳ測位システムにおいて、
   前記ＧＰＳ基地局は、前記ＧＰＳ衛星が新規に導入されたり既存のＧＰＳ衛星が運用を停止した場合はマルチキャスト配信により、また前記ＧＰＳ端末から送信要求があった場合はユニキャスト配信により前記衛星ＩＤとＰＲＮコードのコード対応表を送信する手段を備えた
   ことを特徴とするＧＰＳ測位システム。
5. 請求項１に記載のＧＰＳ測位システムにおいて、
   前記各ＧＰＳ基地局が前記ＧＰＳ端末からの受信強度を検出し、受信強度最大となるＧＰＳ基地局を測位処理を担当するＧＰＳ基地局とする構成である
   ことを特徴とするＧＰＳ測位システム。
6. ＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージを受信するＧＰＳ基地局と、当該ＧＰＳ基地局のセル内で前記ＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージを受信するＧＰＳ端末との間で無線通信を行い、当該ＧＰＳ基地局で当該ＧＰＳ端末の測位を行うＧＰＳ測位方法において、
   前記ＧＰＳ基地局のＧＰＳ衛星特定手段は、前記ＧＰＳ端末への測位要求が発生した時点で、前記ＧＰＳ基地局から航法メッセージを受信可能なＧＰＳ衛星を特定し、仰角の大きい順番に少なくとも４台の衛星ＩＤを前記ＧＰＳ端末に送信し、
   前記ＧＰＳ端末の航法メッセージ処理手段は、前記少なくとも４台の衛星ＩＤに対応するＧＰＳ衛星の航法メッセージの相関ピークを取り、各ＧＰＳ衛星の相関ピークの時間位相差から得られる疑似距離と、そのときのＧＰＳ端末時刻と、前記一定時間で受信した前記航法メッセージの復号ビット列とを生成して前記ＧＰＳ基地局に送信し、
   前記ＧＰＳ基地局の測位処理手段は、前記ＧＰＳ端末が前記衛星ＩＤに対応するＧＰＳ衛星から一定時間で受信した航法メッセージの復号ビット列と当該ＧＰＳ基地局が保持する航法メッセージについて、前記ＧＰＳ端末が航法メッセージを受信した受信時刻近傍においてパターンマッチングを行い、ビット列が一致した位置により当該航法メッセージを前記ＧＰＳ衛星が送信した時刻を特定し、その送信時刻における前記各ＧＰＳ衛星の位置を算出するとともに、前記各ＧＰＳ衛星に関する前記疑似距離とＧＰＳ衛星位置とから、前記ＧＰＳ端末の時刻誤差と測位対象位置を未知数とする方程式を解いて前記ＧＰＳ端末の位置を算出する
   ことを特徴とするＧＰＳ測位方法。
7. 請求項６に記載のＧＰＳ測位方法において、
   前記ＧＰＳ基地局のＧＰＳ衛星特定手段は、
   前記ＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージを受信してアルマナックデータおよびエフェメリスデータを一定時間分蓄積保存し、
   取得したアルマナックデータから各ＧＰＳ衛星の概略位置を一定周期で算出し、そのＧＰＳ衛星の概略位置をもとに仰角の大きい順番に少なくとも４台のＧＰＳ衛星のＰＤＯＰ（Position Dilution Of Precision）値を計算し、ＰＤＯＰ値が所定値以上である場合は次に仰角の大きいＧＰＳ衛星と入れ替えながら、ＰＤＯＰ値が所定値未満となる少なくとも４台のＧＰＳ衛星を特定し、
   前記少なくとも４台のＧＰＳ衛星の特定を一定周期で更新しながら、その衛星ＩＤを前記ＧＰＳ端末へ送信する
   ことを特徴とするＧＰＳ測位方法。
8. 請求項６に記載のＧＰＳ測位方法において、
   前記ＧＰＳ端末の航法メッセージ処理手段は、
   前記航法メッセージの受信に必要なＧＰＳ衛星の衛星ＩＤに対応したＰＲＮ（Pseudo Random Noise ）コードのコード対応表を保持し、前記ＧＰＳ基地局から通知される前記衛星ＩＤに対応するＰＲＮコードをコード対応表から特定し、当該ＰＲＮコードと当該ＧＰＳ衛星の航法メッセージとの相関ピークを取り、航法メッセージの伝送速度のビットに同期したタイミングで基準時刻と各ＧＰＳ衛星ｉが送信する航法メッセージとの相関ピークの時間差Δi を計測し、さらに各ＧＰＳ衛星の航法メッセージについて一定時間受信して復調した航法メッセージのビット列と、ＧＰＳ衛星毎の当該相関ピークの時間差情報Δi を生成する
   ことを特徴とするＧＰＳ測位方法。
9. 請求項８に記載のＧＰＳ測位方法において、
   前記ＧＰＳ基地局は、前記ＧＰＳ衛星が新規に導入されたり既存のＧＰＳ衛星が運用を停止した場合はマルチキャスト配信により、また前記ＧＰＳ端末から送信要求があった場合はユニキャスト配信により前記衛星ＩＤとＰＲＮコードのコード対応表を送信する
   ことを特徴とするＧＰＳ測位方法。
10. 請求項６に記載のＧＰＳ測位方法において、
    前記各ＧＰＳ基地局が前記ＧＰＳ端末からの受信強度を検出し、受信強度最大となるＧＰＳ基地局を測位処理を担当するＧＰＳ基地局とする
    ことを特徴とするＧＰＳ測位方法。

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