CN1204416C - Gps接收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种GPS接收装置，用于有选择地取入从多个卫星发送的信号的一部分从而使测量精度得以提高。在接收从多个卫星发送的电波的GPS接收装置中，具有接收从各卫星发送的电波的天线，基于上述接收的电波求出各卫星仰角θn的仰角运算部分(501)，将仰角θn与规定的基准仰角角度θref进行比较的比较部分(503)。它仅选择性地利用从仰角θn比基准仰角θref还大的卫星发送的电波来计算位置。

Description

GPS接收装置
技术领域
本发明涉及一种GPS的接收装置，特别是涉及通过从多个卫星发送的GPS信号中选取一部分，从而提高测量精度的GPS接收装置。
背景技术
作为汽车或船舶等移动体的导航系统，特开平4-324384号公报公开了一种接收从人造卫星发出的电波并根据包含在其中的GPS(GlobalPositioning System)信号测量移动体位置的装置。利用GPS测定位置的GPS接收装置接收来自3个以上的人造卫星的GPS信号，并根据各人造卫星的导航信息计算距离数据和高度数据且据此检测出移动体的位置。
GPS天线采用纵横为20-60毫米的四角正方形或直径为20-60毫米的圆盘状的被称为贴片(patch)天线的平面天线。这种平面天线可聚积很多天线单元，故其垂直方向的指向性极高。另外，这种天线良好的接收状态得益于其多样性的结构。
众所周知，就采用了GPS的导航系统而言，当使用从距地平线近的低仰角的卫星发出的电波时，由于受到多径效应或电离层延迟等的强烈影响，导致精度降低。与此相反，由于上述平面天线在垂直方向上指向性高而在水平方向上敏感度低，故不易受到多径效应或电离层延迟等影响。
但是，像两轮自动丰或轻型丰那样，如果对行走过程中姿势变化大的移动体的GPS采用平面天线，当移动体的姿势呈倾斜状态时，由于平面天线的强指向性相对于从低仰角的卫星发送的电波起作用，因而导致其精度降低。
另一方面，如果采用在姿势呈倾斜状态下仍能感知垂直方向电波的无指向性天线，则发自水平方向的电波与发自垂直方向的电波同样地一直被天线接收，故无论采用哪种方法都存在无法避免精度的降低这一技术问题。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术问题，提供一种GPS接收装置，它仅选择性地取入包含在从高仰角卫星发送出来的电波中的GPS信号。
为达到上述目的，本发明提供一种接收从多个卫星发送的GPS信号的GPS接收装置，其特征在于：具有接收包含GPS信号的电波的天线，基于上述接收的GPS信号求出备卫星仰角的仰角运算装置，将上述各卫星的仰角与规定的基准仰角进行比较的比较装置；根据上述卫星的导航信息，计算出仰角大于基准仰角的卫星的伪距离的伪距离运算装置，其中仅选取从仰角比基准仰角还大的卫星发送出来的GPS信号。
根据本发明，因为可以仅有选择地使用从仰角大的卫星发出的GPS信号，所以不易受到多径效应或电离层延迟等影响，从而使高精度的测量成为可能。
本发明可以达到如下效果。
(1)因为仅选择性地取入从仰角大的卫星发送出来的信号，所以不易受到多径效应或电离层延迟等影响，从而可以进行高精度的测量。
(2)当仰角大的卫星存在多个时，从中采用仰角的大小排在前面的多个卫星的信号，故可以进行更高精度的测量。
(3)通过降低天线的指向性，使得无论移动体的姿势如何变化，都能仅选择性地利用从仰角大的卫星发送的信号。
附图说明
图1为通过装备本发明的GPS接收装置可望提高测位精度的跨骑式轻型车的立体图。
图2为示出作为本发明的一个实施方案的GPS接收装置主要部分的结构的方框图。
图3为图2中卫星选择部分的功能方框图。
图4为表示本实施方案之动作的流程图。
图5为表示本发明动作模式的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明进行详细说明。图1是跨骑式轻型车的立体图，因其装备了本发明的GPS接收装置故可望大幅度地提高测位精度。它运用大径车轮101、覆盖物(under cover)102及四轮驱动机构等发挥高爬坡性和行驶性能。在本实施方案中，GPS接收装置的接收天线1安装在车辆前部的最上方，并且竖直地伸向天空。
因为这样的移动体在行进时姿势变化大，接收天线的指向随着姿势的变化发生很大变化，所以当车身呈剧烈倾斜状时，接收天线1会指向低仰角卫星。
图2是示出作为本发明的一个实施方案的GPS接收装置主要部分的结构方框图。
接收天线1例如是一个螺旋线天线，与以往用于移动体的平面上的贴片天线相比其指向性较低，它接收从多个GPS卫星发送的GPS信号。
高频处理部分2把包含在接收天线1接收的电波中的高频信号下变频到所期望的频域。A/D转换部分3对经过上述下变频处理后的模拟信号进行A/D转换。信号处理部分4从自上述A/D转换部分3输出的数字信号中抽出卫星导航信息。
卫星选择部分5首先从上述卫星导航信息中抽出所有卫星的位置信息。位置运算部分6使用被抽出的各卫星位置算出自身虚拟的当前位置，接着使用各卫星的位置情报和自身虚拟的当前位置求出所有卫星的仰角。然后，上述卫星选择部分5从能抽出卫星导航信息的所有卫星中选择仰角比规定的基准仰角θref还大的卫星。最后，位置运算部分6使用所选择的各卫星的位置信息求出自身实际的当前位置。
位置运算部分6由上述所选择的卫星导航信息求出各卫星的位置信息和时刻信息，通过卫星发送电波的时刻和自身接收该电波的时刻的差以及测得的多普勒频率计算出各卫星与GPS接收装置之间的伪距离，进而将包括自身内部时钟的误差在内的移动体的3维位置和2维位置作为未知数通过运算计算出来。
图3是上述卫星选择部分5的功能方框图。它包括从卫星导航信息中抽出各卫星STn的位置信息并计算该卫星STn的仰角θn的仰角运算部分501；生成基准仰角θref的基准仰角发生部分502；将上述计算出的各卫星STn的仰角θn与基准仰角θref进行比较的比较部分503；根据上述卫星导航信息计算出仰角θn大于基准仰角θref的卫星STn的伪距离Ln的伪距离运算部分504。上述位置运算部分6仅选择性地取入仰角θ大于基准仰角θref的卫星STn的信息。
以下，参照图4的流程图和上述图3的方框图，对本实施方案的动作进行说明。本实施方案如图5所示，以7个可接收其电波的卫星ST1-ST7进行说明。
在步骤S1，由上述信号处理部分4将从最初的卫星ST1发出的卫星导航信息读入卫星选择部分5的仰角运算部分501。在步骤S2，将用于识别所有卫星的变量N(本实施方案N＝1-7)设为“1”，然后将用于识别所选择的卫星的变量M设为“0”。在步骤S3，将第N个(最初的为第1个)卫星ST1的仰角θ1在上述仰角运算部分501中计算出来。在步骤S4，将计算出的仰角θ1与基准仰角θref在比较部分503进行比较。
如图5所示，在本实施方案中，因为卫星ST1的仰角θ1比基准仰角θref还小，所以进入步骤8。在步骤8，判断当前的卫星ST1是否为最后的卫星ST7。在此，因为判断出还有其他卫星，所以在步骤9将变量N递增后返回到步骤3。
然后在步骤3中，上述仰角运算部分501计算出第2个卫星ST2的仰角θ2。步骤4将计算出的仰角θ2和基准仰角θref在比较部分503中进行比较。
如图5所示，在本实施方案中，因为卫星ST2的仰角θ2比基准仰角θref还大，所以在步骤5将上述变量M递增。在步骤6，将上述第2个卫星的伪距离Ln(在此，卫星ST2的伪距离L2)在上述伪距离运算部分504计算出来。在步骤7，将作为运算结果的伪距离L2通知给位置运算部分6并在存储区域A(M)中保存，即伪距离L2被保存在存储区域A(1)。
在步骤8，判断当前的卫星是否为最后的卫星。如果还有其他卫星，则在步骤9将变量N递增后返回到步骤3，对其他卫星重复进行上述各处理。
如上所述，一旦对所有卫星ST1-ST7进行了上述各种处理，如图5所示，仰角θn大于基准仰角θref的所有卫星ST2-ST5的各伪距离L2、L3、L4、L5被取入位置运算部分6并分别在其存储区域A(1)、A(2)、A(3)、A(4)中存储。
在步骤10，位置运算部分6根据存储在各存储区域A(1)、A(2)、A(3)、A(4)中的伪距离和各卫星的位置坐标计算出移动体的位置。
在本实施方案中，为了修正由各卫星时钟和移动体时钟的偏差所产生的误差，将时钟的偏差量也作为未知数计算出来。未知数的数目包括移动体的3维坐标和时钟的偏差量共计4个，设各卫星STn的位置坐标为(Xn、Yn、Zn)、移动体的位置坐标为(Xp、Yp、Zp)、光速为C、接收机时钟的偏差为δt，与各卫星STn之间的伪距离为Ln，得出下式。
{(Xp-X1)2+(Yp-Y1)2+(Zp-Z1)2}1/2+C·δt＝L1
{(Xp-X2)2+(Yp-Y2)2+(Zp-Z2)2}1/2+C·δt＝L2
{(Xp-X3)2+(Yp-Y3)2+(Zp-Z3)2}1/2+C·δt＝L3
{(Xp-X4)2+(Yp-Y4)2+(Zp-Z4)2}1/2+C·δt＝L4
通过解上述连立方程式，求出作为以各卫星为中心、以从卫星至移动体的位置为半径的4个球面的交点的未知数即移动体的位置。
根据本实施方案，因为仅选择性地取入从仰角大的卫星发送的信号并对移动体的位置进行测量，所以不易受到多径效应或电离层延迟等影响，从而使高精度的测量成为可能。
另外，在上述实施方案中，有4个卫星的仰角超过了基准仰角θref。当5个以上的卫星仰角超过基准仰角θref时，如果按照仰角由大至小的顺序根据从前4个卫星发送的卫星导航信息求出位置，则可以进行更高精度的测量。

Claims (3)

1.一种GPS接收装置，用于接收从多个卫星发送的GPS信号，其特征在于，具备：
接收包含GPS信号的电波的接收天线；
基于上述接收的GPS信号求出备卫星的仰角的仰角运算装置；
将上述各卫星的仰角与规定的基准仰角进行比较的比较装置；
根据上述卫星的导航信息，计算出仰角大于基准仰角的卫星的伪距离的伪距离运算装置，
其中仅选择性地取入从仰角比基准仰角还大的卫星发送的GPS信号。
2.如权利要求1所述GPS接收装置，其特征在于：
在仰角比基准仰角还大的多个卫星中，按照仰角由大到小的顺序取入从卫星发送的GPS信号，直至预定的位次。
3.如权利要求1或2所述GPS接收装置，其特征在于：
上述天线具有低指向性或无指向性。
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