CN1637431A - 接收装置和使用该装置的多路径检测方法 - Google Patents

Abstract

提供一种可高精度地进行位置检测的“接收装置和使用该装置的多路径检测方法”。GPS接收装置(10)构成为，具有：可在至少一个方向上形成零点的可变方向性天线(12)；零点设定部(20)，用来在可测位的GPS卫星的方向上设定可变方向性天线(12)的零点(P0)；和多路径判断部(18)，用来根据来自可变方向性天线(12)的接收信号，判断该接收信号是否是多路径状态。

Description

接收装置和使用该装置的多路径检测方法

技术领域

本发明涉及一种用于车辆等移动体的位置检测的GPS(GlobalPositioning System)接收装置中的多路径检测方式。

背景技术

接收通过直接扩频方式进行扩频的信号的接收装置、例如GPS接收装置用于接收来自围绕地球的多个GPS卫星的信号，并检测车辆或船舶等的位置。就GPS接收装置而言，只要利用3个以上的GPS卫星，就能检测二维的位置(纬度、经度)，只要利用4个以上的GPS卫星，就能检测三维的位置(纬度、经度、高度)。

车载用导航装置利用这种GPS接收装置，利用来自GPS接收装置的接收信号，检测本车的位置，边将本车位置周围的地图显示于显示器中，边引导从本车位置至目的地的搜索路径，进行驾驶者的支援。

车载用导航装置中的GPS接收装置例如如图9所示，将在车顶方向具有方向性的天线200装配在车辆上。GPS接收装置经天线200接收来自3个或4个GPS卫星210的电波，对接收到的信号进行逆扩散解调等，再现原始的发送信号。

另外，例如在专利文献1中公开了如下测位装置，如图10所示，在车辆内部装配掠射角θ1、θ2较窄的天线A、B，由天线A、B来执行分集接收。在该测位装置中，通过切换电路来时分切换天线A、B，将由天线A、B之一接收到的来自GPS卫星210的信息用于测位运算中，以此缩短位置检测时间。

专利文献1：特开平5-302972号

但是，上述现有车载用导航装置中存在如下问题。当装载导航装置的车辆主要行驶在包围于城市的高层建筑等中的道路上时，GPS接收装置有时会由于建筑物造成的反射影响，而接收多路径的间接波。GPS接收装置如果不仅将来自GPS卫星的纯粹的直接波用于位置检测，则在位置运算中会产生误差，当产生多路径影响时，有时不能正确检测本车的位置。

为了解决这种问题，若使用在特定方向上具有方向性的定向天线，则可减轻多路径的影响，但由于GPS接收装置需要时常接收来自多个卫星的电波，所以现实中难以利用仅在特定方向上具有方向性的天线。另一方面，也考虑在GPS接收装置中设置多路径检测电路，从接收信号中去除多路径噪声，但GPS接收装置的电路结构变复杂，成本增加。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种接收装置，解决上述现有问题，并以简单的结构、高精度地检测接收信号的多路径。

并且，本发明的另一目的在于提供一种可使用这种接收装置来高精度检测移动体的位置的位置检测方法和利用该方法的导航系统。

本发明所涉及的从卫星接收通过直接扩频方式进行扩频的信号的接收装置构成为，具有：可在至少一个方向上形成零点的可变方向性天线；零点设定机构，用来在可测位的卫星方向上设定所述可变方向性天线的零点；和多路径判断机构，用来根据来自所述可变方向性天线的接收信号，判断该接收信号是否是多路径状态。

在来自可变方向性天线的接收信号具有规定以上的电场强度时，或不具有规定以上的衰减时，多路径判断机构判断为接收信号为多路径状态。

并且，本发明所涉及的装载于移动体上的导航系统构成为，具有：具备上述特征的接收装置；位置检测机构，用来根据来自所述接收装置的输出信号，进行移动体的位置检测；用来存储地图数据等的地图存储机构；显示器；和显示控制机构构成，该显示控制机构用来从所述地图存储机构中读出对应于由所述位置检测机构检测到的移动体位置的地图数据，并将其显示于所述显示器中。

并且，根据本发明所涉及的接收装置的多路径检测方法，该接收装置从卫星接收通过直接扩频方式进行扩频的信号，该多路径检测方法具有：第1步骤，在可测位的卫星方向上，设定可变方向性天线的零点；和第2步骤，根据来自所述可变方向性天线的接收信号，判断该接收信号是否是多路径状态。

并且，本发明所涉及的移动体用导航装置中的位置检测方法具有：第1步骤，在可测位的GPS卫星的方向上，设定可变方向性天线的零点；第2步骤，根据来自所述可变方向性天线的接收信号，判断该接收信号是否是多路径状态；和第3步骤，根据由第2步骤判断为不是多路径状态的多个接收信号，检测移动体的位置。

发明效果

根据本发明的接收装置，因为在可测位的卫星方向上设定可变方向性天线的零点，并通过监视该天线的接收信号来判断接收信号是否处于多路径状态，所以可不削弱来自位于零点以外方向的卫星的接收信号的强度来高效进行多路径检测。另外，通过将这种接收装置应用于导航系统，由于利用来自不在多路径状态的卫星的接收信号来检测移动体的位置，所以可使位置检测精度进一步提高。

附图说明

图1是表示本发明第1实施例的GPS接收装置的结构的框图。

图2是表示可变方向性天线的结构的图。

图3是表示GPS接收装置中的多路径检测动作的流程图。

图4是表示多路径检测原理的图。

图5是表示本发明第2实施例的导航系统的结构的图。

图6是表示适用于第2实施例的GPS接收装置的结构的框图。

图7是表示导航装置的结构的框图。

图8是表示GPS卫星的接收状况的显示例的图。

图9是表示现有GPS接收装置的天线一例的图。

图10是表示现有GPS接收装置的天线一例的图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明实施本发明的最佳方式。

实施例

图1是表示本发明第1实施例的GPS接收装置的结构框图。GPS接收装置10构成为包含：可变方向性天线12；用来解调来自可变方向性天线12的接收信号的接收部14；利用来自接收部14的信号来测位至GPS卫星的距离等的测位部16；多路径判断部18，用来接收来自可变方向性天线12的接收信号，判断该接收信号是否处于多路径状态；零点(null point)设定部20，在可变方向性天线12的指向图案的规定角度上设定零点；存储器22，用来存储年鉴数据等，作为GPS卫星的位置信息；和用来控制上述各部动作的控制部24。

可变方向性天线12的含义与智能(smart)天线或自适应天线相同，图2中表示其构成。如该图所示，可变方向性天线12具有：排列成阵列状的多个天线元件30-1、30-2、30-n；用来调整各天线元件的激励电流的振幅和相位的加权电路32-1、32-2、32-n；和用来合成来自n个加权电路的输出的加法器34。各加权电路32-1~32-n具有振幅调整器36-1~36-n和相位调整器38-1~38-n，利用来自零点设定部20的输出信号20a对它们进行调整。通过调整各加权电路的振幅与相位，可形成在所需方向上具有方向性的指向图案，换言之，可在期望方向上设定零点(无效化)。

接收部14高频放大由可变方向性天线12接收到的、进行了扩频的接收信号，并从中去除载波，进行基带解调。另外，逆扩散解调后的基带信号，并进行原始发送信号的再现等。

测位部16利用由接收部14解调的信号，执行至GPS卫星的距离等的测位。多路径判断部18如后所述，通过检查来自可变方向性天线12的接收信号的电场强度或衰减量，判断接收信号是否处于多路径状态。

零点设定部20按照来自控制部24的指示，在可变方向性天线12的指向图案中设定零点。设定零点的方向，使之与测位的GPS卫星的方向、即来自GPS卫星的电波到来方向一致。

存储器22存储关于GPS卫星的位置信息。位置信息例如可以是作为GPS卫星的轨道信息的年鉴数据、或包含GPS卫星的正确轨道信息的天文历表数据。年鉴数据或天文历表数据可以从GPS卫星接收，此外，也可从基站或其它数据源取得。在设定上述可变方向性天线12的零点时或搜索GPS卫星时，参照关于GPS卫星的位置信息。

控制部24例如由中央处理机构或微型计算机构成。本实施例的控制部24在控制GPS接收装置各部的动作的同时，进行GPS接收装置中的多路径检测的控制。下面，参照图3的流程图来说明多路径检测的动作。

开始，控制部24根据存储在存储器22中的关于GPS卫星的位置信息，推断来自GPS卫星的电波到来方向(步骤S101)。接着，控制部24控制零点设定部20，以在与电波到来方向(GPS卫星的方向)一致的方向上形成零点(步骤S102)。零点设定部20经输出信号20a来控制可变方向性天线12的各振幅和各相位(加权电路)，设定零点(步骤S103)。

之后，多路径判断部18接收来自可变方向性天线12的加法器34的输出，判断接收信号是否处于多路径状态(步骤S104)。图4中表示多路径检测的原理。如该图所示，在可变方向性天线的指向图案P中，形成使增益无效化的零点P0。零点P0例如设定在约10度的范围内，在此外的角度下具有大致均匀的增益。调整这些相位和振幅的系数事先通过计算算出。另外，如上所述，零点P0的方向与可测位的GPS卫星40的方向一致。

多路径判断部18当可变方向性天线12的接收信号的强度比规定阈值小时，判断为接收信号不是多路径状态。因为，若来自GPS卫星40的电波的直行性强，其直接波D由可变方向性天线12接收，则接收信号的强度由于零点P0而变为零或基本为零。

另一方面，当接收信号的强度比阈值大时，判断为接收信号处于多路径状态。即，尽管接收信号的强度应为零或基本为零，但在接收信号中产生了一定强度，是从零点以外的方向接收了电波。即，推测为，来自GPS卫星40的电波被高层建筑等的障碍物42反射，接收了其间接波D1。

多路径判断部18当判断为接收信号处于多路径状态时，将结果输出到控制部24。控制部24从测位中去除判断为多路径的GPS卫星(步骤S105)，从存储器22中存储的GPS卫星的位置信息中搜索其它可测位的GPS卫星(步骤S106)。接着，对该其它的GPS卫星重复上述步骤S101-S104，判断接收信号是否处于多路径状态。

当多路径判断部18判断为接收信号不处于多路径状态时，控制部24向测位部16提供表示允许测位的信号。测位部16响应来自控制部24的指示，根据未处于多路径状态的接收信号，测位至GPS卫星40的距离等(步骤S107)。另外，如图4所示，当然来自位于零点P0以外方向的GPS卫星44的电波也可不衰减地被可变方向性天线12接收。因此，利用可变方向性天线进行多个GPS卫星的测位，从而可利用三角交叉法等来检测当前位置。

根据本实施例，通过使可变方向性天线的零点与可测位的GPS卫星的方向一致，监视来自天线的接收信号的强度，可容易地检测接收信号是否处于多路径状态。

在上述实施例中，多路径判断部18将接收信号的强度与规定的阈值进行比较，但这是一例，也可使用此外的方法。例如，事先测定在零点以外接收到的信号强度，算出与该信号强度的衰减大小或差值等，若算出值比规定值大，则判断为不处于多路径接收状态，若比规定值小，则判断为多路径接收状态。

在上述实施例中，最好使用可变方向性天线作为天线，但未必限于此。本发明中可实施的天线只要是至少可形成零点的天线即可。例如，也可例如偶极天线那样使用事先形成零点的天线。此时，将偶极天线做成可在三维方向上旋转的结构，若使涡轮天线仅旋转期望的角度，则可使零点与GPS卫星的方向一致，具有与可变方向性天线一样的功能。

另外，在使用可变方向性天线的情况下，天线元件数量多，随之而来的是整体电力消耗增加。并且，在将GPS接收装置装载在车辆等移动体上的情况下，对天线元件的布线也变复杂。因此，也可以通过将太阳电池装载在天线部分，来构成可降低向天线供电用的电池等的功耗、并且实现无线化的天线模块。

并且，在上述实施例中，形成一个零点，但此外，也可形成两个零点，使两个零点与两个GPS卫星的方向一致，从而同时判断来自两个GPS卫星的接收信号是否处于多路径状态。并且，也可形成两个以上零点，利用其中的任一个零点来进行多路径的检测。

下面，说明本发明的第2实施例。第2实施例的导航系统将第1实施例的GPS接收装置应用于导航系统中。导航系统100如图5所示，具有GPS接收装置10a、和经总线等连接线110与GPS接收装置10a连接的导航装置120。导航系统100最好装载在车辆或船舶等移动体中。

GPS接收装置10a除图1所示结构外，如图6所示，追加了用来与外部装置发送接收信号的输入输出部50。输入输出部50用作接口，用来向连接线110输出由测位部16测位的信号等，和进行控制部24与导航装置120之间的控制信号等的发送接收。

另一方面，导航装置120如公知的那样，具备如下功能，根据由GPS接收装置10a测位到的信息，检测本车的位置，搜索本车位置周围的地图向导或从本车位置至目的地的最佳路径，并进行引导。

图7是表示导航装置的结构的框图。导航装置110配备：位置检测部122，用来经连接线110接收来自GPS接收装置10a的输出信号；接收装置控制部124，用来经连接线110向GPS接收装置10a发送接收控制信号等；用来输入来自用户的指示等的输入部126；用来输出车辆的速度信息的速度传感器128；用来存储导航所需的地图等的地图数据库130；用来存储各种数据的存储器132；用来输出声音引导等的扬声器134；显示器136；和用来控制各部动作的导航控制部138。

位置检测部122通过GPS接收装置10a对测位到的多个GPS卫星接收测位信号，利用三角交叉法进行本车位置的检测。接收装置控制部124经连接线110发送控制信号，控制GPS接收装置10a的动作，同时，将来自GPS接收装置10a的信号等传输给导航控制部138。

下面，说明本实施例的导航系统的位置检测动作。由GPS接收装置10a的多路径判断部24对接收信号进行多路径检测，将检测结果输出到控制部24。控制部24根据该结果，将表示接收状况的接收状况信号与该GPS卫星的识别信号一起从输入输出部50输出。这些信号经接收装置控制部124提供给导航控制部138。接收状况信号包含GPS卫星是否处于多路径状态、GPS卫星是否正在接收、GPS卫星是否不能接收等信息。

若接收信号不是多路径状态，则将来自测位部16的信号发送给位置检测部122，由位置检测部122进行本车位置的检测。因为在位置检测中不使用多路径的信号，所以可正确检测本车的位置。导航控制部138从位置检测部122接收本车位置的信息，从数据库30中读出对应的地图数据，并将数据显示于显示器136中。

并且，如图8所示，在显示器136中还进行表示GPS卫星接收状况的显示。即，在显示器136的左画面中，在本车位置周围的地图上合成本车位置标记M。在右画面中，显示表示GPS卫星接收状况的画面。在画面上，显示GPS卫星的接收状况，识别并显示测位中的GPS卫星140(图中涂黑的)、通过多路径从测位中去除的GPS卫星142(图中阴影)、和不能接收的GPS卫星144。另外，在右上，表示正在接收的GPS卫星数量的显示146(图中为“3”)。各GPS卫星的接收状况的显示如上所述，由导航控制部138根据从GPS接收装置10a发送的GPS卫星的识别数据和接收状况信号来执行。

下面，说明由导航装置120控制GPS接收装置10a的实例。GPS接收装置10a当没有来自导航装置120的指示时，可时常检查来自GPS卫星的接收信号是否处于多路径状态。但是，也可控制成由导航装置120在期望的时刻来执行多路径检测。

例如，事先设定易受多路径影响的区域，当本车进入该区域时，进行多路径检测。也可以事先将高层建筑等多的城市部的住处登录在存储器132中，作为受到多路径影响的区域。导航控制部138在利用来自位置检测部122的本车位置信息判断为本车位置进入了存储在存储器122中的区域内时，从接收装置控制部124向GPS接收装置10a输出开始多路径检测的控制信号。GPS接收装置10a响应于控制信号，开始判断作为测位对象的GPS卫星的接收信号是否处于多路径状态。此时，在发出多路径检测开始的指示之前，在可变方向性天线12中不设定零点，可接收来自所有GPS卫星的电波。

另外，导航控制部138也可响应于来自车速传感器128的车速来改变GPS接收装置10a的多路径检测的动作时刻。当本车低速行驶时，因为本车位置变化小，所以不急于进行GPS卫星的多路径检测。另一方面，当高速行走时，由于本车位置变化大，所以需要频繁进行多路径检测。例如，当车速在规定以下时，GPS接收装置10a以默认的时间间隔(初始设定的时间间隔)进行多路径检测，当车速为规定以上时，从接收装置控制部124向GPS接收装置10a发送控制信号，以便在较短的时间间隔下进行多路径检测。

另外，在由GPS接收装置10a检测多路径的情况下，导航控制部138也可将此时的本车位置存储在存储器132中。可如上所述登录过去多路径产生的位置信息，作为易受到多路径影响的位置。

以上，详细描述了本发明的最佳实施方式，但本发明不限于特定的实施方式，可在权利要求范围记载的本发明的精神的范围内进行各种变形、变更。

产业上的可利用性

本发明的GPS接收装置当然可用于装载在车辆或船舶等上的导航装置中，但此外也可安装在便携终端装置等上。例如，可与笔记本型电脑、便携电话、便携终端装置的导航功能合并使用。

Claims (10)

1、一种接收装置，从卫星接收通过直接扩频方式进行了扩频的信号，其中，具有：

可在至少一个方向上形成零点的可变方向性天线；

零点设定机构，用来在可测位的卫星方向上设定所述可变方向性天线的零点；和

多路径判断机构，用来根据来自所述可变方向性天线的接收信号，判断该接收信号是否是多路径状态。

2、根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于：

在来自所述可变方向性天线的接收信号具有规定以上的电场强度时，或在来自所述可变方向性天线的接收信号不具有规定以上的衰减时，所述多路径判断机构判断为该接收信号为多路径状态。

3、根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于：

还包含存储关于卫星的位置信息的存储机构，所述零点设定机构根据所述存储机构中存储的卫星的位置信息，来设定零点。

4、根据权利要求3所述的接收装置，其特征在于：

还具有控制机构，当所述多路径判断机构判断为接收信号为多路径状态时，从测位对象中去除该卫星，根据所述存储机构中存储的卫星的位置信息，搜索其它可测位的卫星，并且，控制所述零点设定机构，以在该其它卫星的方向上设定零点。

5、根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于：

所述接收装置连接于导航装置上，该导航装置由用来执行移动体的位置检测的位置检测机构、用来存储地图数据等的地图存储机构、显示器、和显示控制机构构成，该显示控制机构用来从所述地图存储机构中读出对应于由所述位置检测机构检测到的移动体位置的地图数据，并将该地图数据显示于所述显示器中。

6、一种接收装置的多路径检测方法，该接收装置从卫星接收通过直接扩频方式进行扩频的信号，其特征在于，所述多路径检测方法具有：

第1步骤，在可测位的卫星方向上，设定可变方向性天线的零点；和

第2步骤，根据从所述可变方向性天线接收的信号，判断该接收信号是否是多路径状态。

7、根据权利要求6所述的多路径检测方法，其特征在于：

在第2步骤中，当接收信号的信号强度比规定大的情况下，判断为该接收信号处于多路径状态。

8、根据权利要求6所述的多路径检测方法，其特征在于：

在第1步骤中，根据事先存储在存储器中的卫星的位置信息，预测来自卫星的电波到来方向，并在该方向上设定零点。

9、根据权利要求6所述的多路径检测方法，其特征在于：

在第1步骤中，根据年鉴数据，预测来自GPS卫星的电波到来方向，并在该预测的方向上设定零点。

10、根据权利要求6所述的多路径检测方法，其特征在于：

还具有第3步骤，在第2步骤判断为接收信号为多路径状态的情况下，从测位对象中去除该卫星；和第4步骤，对其它可测位的卫星，执行第1和第2步骤。

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