JP2000193735A

JP2000193735A - Ｇｐｓ測位システム及びｇｐｓ測位装置

Info

Publication number: JP2000193735A
Application number: JP37462398A
Authority: JP
Inventors: Fumio Ueda; 文夫上田; Seiichiro Hirata; 誠一郎平田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2000-07-14
Anticipated expiration: 2018-12-28
Also published as: JP3270407B2

Abstract

(57)【要約】【課題】航法データの極性反転の境目を検出していな
いため、ＰＮフレームの積分個数に限界があり、感度
（Ｓ／Ｎ）の向上が不十分である。また、端末は常に遠
隔ユニットからドップラ情報を得ているために、側位す
るときはいつも遠隔ユニットとの間で通信が必要で通信
費用がかかるという課題があった。【解決手段】相関ピーク位置検出部ステップＳＴ１０
で決定した極性反転の境目から加算したＣ／Ａコードと
内部で発生させたＣ／Ａコードとの相関計算により疑似
距離を算出し、受信電界強度検出部１１で検出した受信
電界が良好の場合は、自己が抽出した航法データ、受信
電界が不良の場合は外部装置から受けた航法データと前
記疑似距離とに基づいて位置を計算するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、衛星からのＧＰ
Ｓ信号を受信して受信位置を正確に検出するＧＰＳ測位
システム及びＧＰＳ測位装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地球の周りには多数の衛星が打ち上げら
れており、各衛星からは、全て同じ搬送周波数１５７
５．４２ＧＨｚの電波が連続送信されている。この電波
は、疑似雑音符号で位相変調され、衛星毎に異なる符号
パターンを割り当てることにより分離受信できるように
なっている。この疑似雑音符号としては、一般に公開さ
れて利用可能なＣ／Ａコードと呼ばれる規則的に変化す
るコードパターンである。また、利用者が測位を行うた
めに必要な、衛星の軌道情報や衛星上の補正値、電離層
の補正係数等の情報としての航法データをＣ／Ａコード
の極性を反転させることにより上記電波に乗せて送信し
ている。

【０００３】上記Ｃ／Ａコードは図１１に示すように、
１０２３ビット＝１ｍｓｅｃを１ＰＮフレームとし、こ
のＰＮフレームが連続する規則的な信号である。また、
上記航法データは５０ＢＰＳ、つまり１０００ＰＮフレ
ームの信号であり、この航法データの極性に応じてＣ／
Ａコードも極性が反転している。

【０００４】図１４は例えば米国特許第５，６６３，７
３４号明細書に記載された従来のＧＰＳ測位システム及
びＧＰＳ測位装置の構成を示すブロック図であり、図に
おいて、１０１はベースステーションであり、ＧＰＳ受
信アンテナ１０２と送受信アンテナ１０３を備えてい
る。１０４は遠隔ユニットである。

【０００５】この遠隔ユニット１０４は、ＧＰＳ受信ア
ンテナ１０５を備えたＲＦからＩＦへのコンバータ１０
６、このコンバータ１０６からのアナログ信号をディジ
タル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１０７、このＡ／
Ｄコンバータ１０７からの出力を記録するメモリ（ディ
ジタルスナップショットメモリ）１０８、このメモリ１
０８からの信号を処理する汎用プログラマブルディジタ
ル信号処理回路（以下、ＤＳＰ回路と略称する）１０９
を有する。

【０００６】そして、この他に、ＤＳＰ回路１０９に接
続されたプログラムＥＰＲＯＭ１１０、周波数シンセサ
イザ１１１、パワーレギュレータ回路１１２、アドレス
書き込み回路１１３、マイクロプロセッサ１１４、ＲＡ
Ｍ（メモリ）１１５、ＥＥＰＲＯＭ１１６、送受信アン
テナ１１７を備えマイクロプロセッサ１１４に接続され
たモデム１１８を有する。

【０００７】次に動作について説明する。べースステー
ション１０１は、遠隔ユニット１０４に指令を出して、
データコミュニケーションリンク１１９により伝送され
たメッセージを介して測定を実施する。ベースステーシ
ョン１０１は、このメッセージの中で対象の衛星に対す
る衛星情報のドップラデータを送信する。このドップラ
データは、周波数情報のフォーマットを持ち、メッセー
ジは対象衛星の特定を行う。このメッセージは遠隔ユニ
ット１０４の一部であるモデム１１８により受信され、
マイクロプロセッサ１１４に結合されたメモリ１０８に
格納される。

【０００８】マイクロプロセッサ１１４はＤＳＰ回路１
０９、アドレス書き込み回路１１３とモデム１１８との
間のデータ情報伝達を取扱い、遠隔ユニット１０４内で
のパワーマネージメント機能をコントロールする。

【０００９】遠隔ユニット１０４が（例えばベースステ
ーション１０１から）ＧＰＳ処理、並びにドップラ情報
に対して指示を受け取った場合、マイクロプロセッサ１
１４はＲＦからＩＦへのコンバータ１０６、Ａ／Ｄコン
バータ１０７及び、メモリ１０８にバッテリ、パワーレ
ギュレータ回路１１２にコントロールされたパワーライ
ン１２０ａから１２０ｄを経て機能を付与する。これに
よりアンテナ１０５を経て受信されたＧＰＳ衛星からの
信号はＩＦ周波数にダウンコンバ−トされた後にディジ
タル化を実施される。

【００１０】通常１００ミリセカンドから１秒（又は更
に長い）の時間に相当する。このような、連続データセ
ットは、メモリ１０８に格納される。

【００１１】ソードレンジ計算は、ＤＳＰ回路１０９を
用いて行われる。更にＤＳＰ回路１０９は局所的に作成
された基準と受信された信号との間の多数のコリレーシ
ョンオペレーションを迅速に実施することにより、ソー
ドレンジの極めて迅速な演算を可能にするファーストフ
ーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムの使用を可能にす
る。ファーストフーリエ変換アルゴリズムは、このよう
なあらゆる位置を同時に並列的に探索し、演算プロセス
を加速する。

【００１２】ＤＳＰ回路１０９が、対象衛星の各々に対
するソードレンジの演算を完結すると、この情報を相互
接続バス１２２を経て、マイクロプロセッサ１１４に伝
送する。次に、マイクロプロセッサ１１４は、最終の位
置算定の為にソードレンジデータをデータリンク１１９
を経てベースステーション１０１に伝送する目的でモデ
ム１１８を利用する。

【００１３】ソードデータに加え、メモリ１０８の中で
の最初のデータ収集からデータのデータコミュニケーシ
ョンリンク１１９を経た送信の時点迄の経過時間を示す
タイムラグが、同時にベースステーション１０１に伝送
されることができる。このタイムラグは位置計算を行う
ベースステーション１０１の能力を高める。何故なら
ば、これによりＧＰＳ衛星位置はデータ収集の時点に行
うことができるからである。

【００１４】モデム１１８はデータコミュニケーション
リンク１１９を通じてメッセージの送受信の為に別個の
送受信アンテナ１１７を利用する。モデム１１８はコミ
ュニケーションレシーバーとコミュニケーショントラン
スミッタを含み、しかもこの両者は交互に送受信アンテ
ナ１１７に結合されると理解される。同様にべースステ
ーション１０１はデータリンクメッセージを送信及び受
信する為に別個のアンテナ１０３を使用することが可能
であり、従って、べースステーション１０１でＧＰＳ受
信アンテナ１０２を経てＧＰＳ信号を連続的に受信する
ことができる。

【００１５】ＤＳＰ回路１０９における位置計算にはメ
モリ１０８に格納されたデータの量及びＤＳＰ回路１０
９又は幾つかのＤＳＰ回路の速度に応じて必要な時間は
数秒以下となることが期待される。

【００１６】上述のように、メモリ１０８は比較的長い
時間に該当する記録を捕捉する。ファーストコンボリュ
ーション法を用いた大ブロックのデータの有効な処理は
低受信レベルでの信号を処理する為の性能に寄与する
（例えば建物、樹木等により著しく遮られた為に受信レ
ベルが低下する時）。

【００１７】可視的なＧＰＳ衛星に対するすべてのソー
ドレンジはこの同じ緩衝されたデータを用いて計算され
る。これは信号の振幅が迅速に変化する状況（都会の障
害状態の様な）下の連続追跡ＧＰＳ受信機に関する性能
を改善されたことになる。

【００１８】上記ＤＳＰ回路１０９で行われる信号処理
は、図１３について説明する。処理の目的は局所的に発
生する波形に関して、受信された波形のタイミングを確
定することであり、さらに高感度を得るために上記波形
の極めて長い部分、通常１００ミリセカンドから１秒に
わたる部分が処理される。

【００１９】受信されるＧＰＳ信号（Ｃ／Ａコード）
は、１０２３ビット＝１ｍｓｅｃの反復ソードランダム
（ＰＮフレーム）から成り立っている。そこで、また前
後のＰＮフレームを互いに加える。例えば１秒間に１０
００ＰＮフレームが存在するので、第１のフレームを次
の第２のフレームにコヒーレント的に加え、生じたもの
を第３のフレームに加える。以下、図１５（Ａ）〜
（Ｅ）に示すように順次加えて行く。この結果、１ＰＮ
フレーム＝１０２３ビットの持続時間を持つ信号が得ら
れる。このシーケンスの位相をローカル基準シーケンス
と比較すれば２つの間の相対タイミング、すなわちソー
ドレンジ（疑似距離）を確定することができる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】従来のＧＰＳ測位シス
テム及びＧＰＳ測位装置は、以上のように構成されてい
るので、高感度を実現するために、受信ＧＰＳ信号の予
備積分と呼ばれる相関計算前の信号処理の過程で、航法
データの極性反転による積分効果の減少の影響を避ける
ために、上記予備積分は、５〜１０ＰＮフレームについ
て行う。ＧＰＳ受信信号に含まれるＣ／Ａコードの位相
は航法データの内容により航法データの区間位相が極性
反転する。そのため、このような処理ではＣ／Ａコード
の極性が航法データにより変化しているため、Ｃ／Ａコ
ードの極性により積分（累積加算）する時に、信号成分
が互いに相殺されて感度（Ｓ／Ｎ）向上に十分ではない
という欠点があった。つまり、航法データの極性反転の
境目を検出していなかった。そのため、理論上積分個数
の限界があり、感度（Ｓ／Ｎ）の向上が不十分であると
いう課題があった。

【００２１】また、端末としての遠隔ユニットは、位置
測定（以下、測位と称する）処理をするとき、その都度
ベースステーションからドップラ情報を得て、各可視衛
星までの疑似距離を算出し、それを基に、あるいは結果
をサーバに送り、端末位置を検出していた。そのため
に、測位するときはいつもサーバとの通信が必要で通信
費用がかかるという課題があった。

【００２２】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、外部装置との通信は受信感度の悪
い場合にのみ行うことも可能にして通信費の削減を図
り、また、家屋内、建物の蔭等においても安定に受信す
ることができる高感度のＧＰＳ測位システム及びＧＰＳ
測位装置を得ることを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】この発明に係るＧＰＳ測
位システムは、受信したＧＰＳ信号に含まれるＣ／Ａコ
ードに対して、外部装置、又は自身から得た航法データ
からのドップラ情報により、ドップラ補正を行うもので
ある。

【００２４】この発明に係るＧＰＳ測位システムは、受
信したＧＰＳ信号に対しドップラ補正を行うことにより
Ｃ／Ａコードのドップラ補正をかけるものである。

【００２５】この発明に係るＧＰＳ測位システムは、受
信電界の良否を検出する受信電界検出部は、電界レベル
を検出し電界レベルにより相関計算区間の長さを可変と
したものである。

【００２６】この発明に係るＧＰＳ測位システムは、受
信電界の状態に応じて、加算区間の長さを可変としたも
のである。

【００２７】この発明に係るＧＰＳ測位装置のＧＰＳ端
末は、ＧＰＳ端末は、受信したＧＰＳ信号を周波数変換
およびＡ／Ｄ変換し、所定時間分記憶する記憶手段と、
記憶した信号データ系列を、外部装置または内部から得
た航法データで分断する分断手段と、分断された信号デ
ータと航法データとの積を行うことにより極性を変化さ
せ、分断されたデータのＰＮ符号の符号長相当分毎にお
ける同一ビット相当位置の値を航法データの１データ相
当長累積加算する加算手段と、上記累積加算処理を所定
航法データ分繰り返し、それらの累積結果を求める繰り
返し手段と、上記累積結果と内部で発生した当該ＰＮコ
ードデータとで相関計算して相関ピーク位置を求める相
関計算手段と、上記相関ピーク位置を基にＧＰＳ端末と
当該衛星間の疑似距離を求める類似距離検出手段とを備
えるものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１によるＧ
ＰＳ測位システム及びＧＰＳ測位装置の使用状態の概要
を説明するブロック図であり、図において、１は対象衛
星、２は対象衛星１からのＧＰＳ信号を受信する見晴ら
しの良い環境に設置された受信アンテナ３を備え、受信
したＧＰＳ信号から航法データ及びドップラデータを抽
出する外部装置としての本部サーバ、４は無線あるいは
有線等の通信媒体５を介して本部サーバ２と接続された
端末であり、この端末４は衛星１からのＧＰＳ信号を受
信する受信アンテナ６を備えている。

【００２９】次に動作の概要について説明する。まず、
上記本部サーバ２は、見晴らしの良い環境に設置された
受信アンテナ３からＧＰＳ信号を受信すると、Ｓ／Ｎ比
が良好かを判断した後（ステップＳＴ１）、ドップラデ
ータの算出を行い（ステップＳＴ２）、ＧＰＳ航法デー
タの算出を行う（ステップＳＴ３）。

【００３０】一方、端末４は受信アンテナ６を介して受
信した電界の強度を検出し（ステップＳＴ４）、受信電
界が良好かを判断し（ステップＳＴ５）、ＹＥＳであれ
ば、端末側で航法データおよびドップラデータを抽出し
（ステップＳＴ６）、ＮＯであれば、本部サーバ２から
必要な航法データ及びドップラデータを抽出する（ステ
ップＳＴ７）。そして、上記検出された受信電界強度に
応じてメモリ区間及び計算区間を決定し、受信したＧＰ
Ｓ信号をメモリに記憶する（ステップＳＴ８）。

【００３１】その後、受信したＧＰＳ信号のドップラ補
正を行い（ステップＳＴ９）、このデータを航法データ
（ステップＳＴ６，ステップＳＴ７）で分断し、相関ピ
ーク位置検出部（ステップＳＴ１０）で相関値が最大に
なるような点を求める事により、これを疑似距離とす
る。この疑似距離と前記抽出した航法データとによって
位置計算を行う（ステップＳＴ１４）ものである。

【００３２】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、受信電界の良否を判断し、受信電界が不良の場合の
み本部サーバ２と通信を行うように構成したので、通信
費用を大幅に削減することができる。

【００３３】図２は前記図１に示した端末４の具体的構
成を示すブロック図であり、７は受信回路、８，９はア
ナログ／ディジタル変換回路（以下、Ａ／Ｄと略称す
る）、１１は受信電界強度検出部、１２はメモリ（ＤＲ
ＡＭ）、１３は演算処理部、１４は本部サーバ２との間
で電波によりデータの送受を行うために無線機１５に設
けたアンテナ、１６は無線機１５に接続されたモデム
（又はＴＡ）、１７はモデム１６とバス１８との間に設
けた入出力回路である。

【００３４】上記受信回路７は入出力端に夫々バンドパ
スフイルタ１９，２４を接続したダウンコンバータ２０
と、基準発振器２１と、シンセサイザ部２２と、このシ
ンセサイザ部２２の出力周波数を分周してクロック信号
を出力する分周器２３と、Ｉ／Ｑコンバータ２５を有す
る。又、上記演算処理部１３は、夫々バス１８に接続さ
れたＣＰＵ２６、ＣＰＵ２７、ＣＰＵ２８と、バス１８
に接続されたメモリ（ＲＡＭ）２９と、ＣＰＵ２７に接
続されたＤＳＰ３０を有し、各ＣＰＵ２６〜ＣＰＵ２８
には夫々メモリ（ＲＯＭ）２６ａ〜２８ａが設けられて
いる。

【００３５】図３は図２を更に詳細に記載した構成図で
あり、図２と同一部分には同一符号を付して重複説明を
省略する。本部サーバ２はＧＰＳ基準受信部３１と、Ｇ
ＰＳデータに含まれる航法データ抽出部３２と、ドップ
ラ情報算出部３３と、信号合成部３６と、信号送受信部
３７とを有する。

【００３６】端末４は受信電界強度検出部１１の出力に
基づいてメモリ空間、相関計算の区間決定部４１と、メ
モリ領域Ｓに接続された航法データ抽出部４３と、通信
媒体５にスイッチ部４７を介して接続されたデータ送受
信部４８と、航法データ抽出部４３の出力とデータ送受
信部４８の出力とに接続されたドップラ情報抽出部４５
と、メモリ領域Ｈに接続されたドップラ補正部４６と、
データ送受信部４８の出力と接続された航法データ抽出
部４９と、メモリ領域Ｖの出力と、Ｃ／Ａコード発生部
５１とのデータを相関ピーク位置検出部５２で検出する
ことにより得られる疑似距離とメモリ領域Ｖからの航法
データとで位置を計算する位置計算部５７とを有する。

【００３７】なお、上記航法データ抽出部４３から位置
計算部５７の各部は夫々別個独立して設けるのではな
く、これ等各部の機能は例えばＣＰＵ２６〜ＣＰＵ２８
及びＤＳＰ３０を有する演算処理部１３が行う。又、図
示例は説明を簡略化するためにＣＰＵを３つ示している
が、実際は１つのＣＰＵで行うことが可能である。

【００３８】次に動作について説明する。図４は本部サ
ーバ２の動作を説明するフローチャートである。本部サ
ーバ２では、まず、ＧＰＳ基準受信部３１でＧＰＳ信号
を受信し（ステップＳＴ１６）、次いでドップラ情報算
出部３３でドップラを算出するとともに（ステップＳＴ
１７）、航法データ抽出部３２でＧＰＳ航法データを抽
出し（ステップＳＴ１８）、しかる後、信号合成部３６
で合成する。そして端末４からデータの要求があるとき
は信号送受信部３７から上記ドップラと航法データを端
末４側へ送信する（ステップＳＴ１９）。

【００３９】図５〜図７はＧＰＳ測位システム及びＧＰ
Ｓ測位装置のそれぞれのＣＰＵにおける動作を説明する
フローチャートである。端末４側では、まず、ＣＰＵ２
６側において、アンテナ６を介してＧＰＳ信号を受信し
（ステップＳＴ２１）、この受信したＧＰＳ信号を、受
信周波数変換回路２０でシンセサイザ部２２を介して供
給された基準発振器２１の発振周波数によって所定の周
波数に変換した後、この受信周波数変換回路２０の出力
をＩ／Ｑ変換部２５でＩ／Ｑ変換し（ステップＳＴ２
２）、Ｉ信号とＱ信号を取り出し、Ａ／Ｄ変換回路８，
９でＡ／Ｄ変換する。

【００４０】一方、この時の受信電界強度を受信電界強
度検出部１１で検出し、電界レベル１（超微弱）、電界
レベル２、電界レベル３を選択し（ステップＳＴ２３〜
ステップＳＴ２５）、この選択された電界レベルに応じ
てメモリ区間τ１、メモリ区間τ２、メモリ区間τ３を
メモリ区間、相関計算の区間決定部４１で決定し（ステ
ップＳＴ２６〜ステップＳＴ２８）、上記Ａ／Ｄ変換回
路８，９を通ったＧＰＳ信号を決定された区間（時間）
メモリ１２のメモリ領域Ｓに記憶し絶えず更新する（ス
テップＳＴ２９）。

【００４１】航法データ抽出部４３はメモリ領域Ｓの内
容を読み出して航法データを抽出する。ドップラ情報抽
出部４５では航法データ抽出部４３からの信号からドッ
プラ情報を抽出し、又、データ送受信部４８を介して本
部サーバ２からの信号からドップラ情報を抽出し、メモ
リ領域Ｄ２９に記憶する。ドップラ補正部４６はメモリ
領域Ｄ２９のデータを読み取り（ステップＳＴ３０）、
メモリ領域Ｓのデータをドップラ補正してメモリ領域Ｈ
に蓄積する（ステップＳＴ３１）。

【００４２】次いでＣＰＵ２７側では、受信電界強度検
出部１１で受信電界レベル１，２，３を検出し、電界強
度を記憶しているメモリ領域Ｌの内容を読み取り（ステ
ップＳＴ３２）電界レベルが３ならば航法データ抽出部
４３からの航法データが記憶されているメモリ領域Ｖの
データを読み取る（ステップＳＴ３２ｂ）。又、電界レ
ベルが１または２ならば本部サーバ２からの航法データ
を送受信部４８、航法データ抽出部４９を介して記憶さ
れたメモリ領域Ｖのデータを読み取る（ステップＳＴ３
２ａ）。そして、前記指定されたメモリ区間τ１、メモ
リ区間τ２、メモリ区間τ３に応じた区間でメモリ領域
ＨからＧＰＳ信号、メモリ領域Ｖから所定の航法データ
を取得する（ステップＳＴ３３）。相関ピーク位置検出
部５２において、メモリ領域ＨからのＧＰＳ信号をメモ
リ領域Ｖからの所定航法データで分断し、その１データ
（航法データ）区間内でＣ／ＡコードのＰＮフレーム２
０個相当分それぞれの対応したビットを加算し、加算し
たＣ／ＡコードとＣ／Ａコード発生部５１で発生させた
Ｃ／Ａコードとの相関計算を上記区間内にわたり行う。
これをメモリ区間τ１、メモリ区間τ２、メモリ区間τ
３の区間にわたり行う（ステップＳＴ３４）。

【００４３】そして、その後、相関ピーク値が最大にな
るように航法データを時間的にシフトし、同様の相関計
算を繰り返すことにより得られた相関ピーク位置を航法
データの極性反転の境目及び、疑似距離とするものであ
る。そして、航法データと疑似距離により自己位置計算
を行い出力する（ステップＳＴ３５，ステップＳＴ４
０）。

【００４４】又、ＣＰＵ２８側では、メモリ領域Ｌの内
容を読み取り（ステップＳＴ４１）、電界レベル３以上
かを判断し（ステップＳＴ４２）、ＹＥＳであれば、ス
イッチ部４７を切って本部サーバ２とは接続せず、デー
タのやり取りはしない（ステップＳＴ４３）。ＮＯであ
れば、スイッチ部４７を接続して、本部サーバ２からデ
ータの取得を行い（ステップＳＴ４４）、航法データは
メモリ領域ＶＳに記憶し、ドップラ情報抽出部４５によ
りドップラ情報は電界レベルに応じた区間メモリ領域Ｄ
に記憶する（ステップＳＴ４５）。

【００４５】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、受信電界の良否を判断し、受信電界が悪の場合のみ
本部サーバ２と通信を行うように構成したので、通信費
用を大幅に削減することができるとともに、相関ピーク
位置検出部により、多数のビット数よりなる規則的なＣ
／Ａコードを、その周期毎に同一ビット位置の値を累積
加算し、この累積加算結果の増減の境目をデータ加算開
始位置として、Ｃ／Ａコードを加算するように構成した
ので、従来の発明のように航法データの極性により積分
（累積加算）する時に、信号成分が互いに相殺されて感
度（Ｓ／Ｎ）向上に十分ではないという欠点を劇的に除
去でき、雑音に埋もれたＣ／Ａコード、疑似距離を確実
に検出できるようになり、高感度のＧＰＳ測位システム
及びＧＰＳ測位装置を得ることができる。

【００４６】相関ピーク位置検出部５２についての実施
例について詳細を以下記述する。この実施例は多数のビ
ット数よりなる規則的なＣ／Ａコードを、任意の位置で
航法データの長さに分断し、各分断したＣ／Ａコードを
同一ビット位置の値を累積加算し、この累積加算結果を
自己が検出した航法データあるいは本部サーバから受け
取った航法データに基づいて極性をあわせて加算し、こ
の加算結果とＣ／Ａコードとで相関計算を行い、得られ
た相関ピーク位置をデータ加算開始位置とするものであ
る。図８は航法データ長がＭ個分のときの各ＰＮフレー
ム数とチップ数の関係を示す。ここで航法データ1個分
は図のごとく２０ＰＮフレームからなり、又、１ＰＮフ
レームは１０２３個のチップから成立する。ドップラ補
正後記憶されたＧＰＳ信号の１ＰＮフレーム（Ｃ／Ａコ
ード＝ＰＮコード）は１０２３個のチップ相当からな
る。ＧＰＳ信号のＣ／Ａコードは１０２３ビットからな
るがＡ／Ｄコンバータで、ディジタル化するとき標本化
の定理により情報を忠実に送るために倍以上の周波数で
標本化する必要が有る。そのため標本化サンプルはメモ
リ部Ｓ、メモリＶには信号標本数は倍以上のサンプル数
からなっている。たとえば１０２３個のチップは１０２
３×２ｉ（ｉ＝１，２，３）個のサンプル値として記憶
する。以下の説明においては、説明の簡略化のためＣ／
Ａコードチップ単位を基準に説明する。

【００４７】図５においてＣＰＵ２６において衛星毎
に、メモリＤから入手したドップラ情報（衛星毎のドッ
プラ周波数シフト）等を基に、ドップラ補正をする（ス
テップＳＴ３０，ステップＳＴ３１）。その値をメモリ
Ｈに蓄積する。図５のＣＰＵ２７でドップラ補正した信
号について、多数のビット数よりなる規則的なＣ／Ａコ
ードを、任意の位置で航法データの長さに分断し、分断
した先頭位置から順番に、Ｃ／Ａコード（＝１０２３ビ
ット）相当単位で飛び飛びの位置「信号標本位置（＝１
０２３×２ｉ，ｉ＝１，２，３）」の信号について、各
標本位置毎に、１データ（＝２０フレーム、＝２０×１
０２３ビット）長相当分だけ１次加算する。説明簡略化
のため、Ｃ／Ａコードのチップ単位で以下説明する。記
憶されているＧＰＳのデータは、このＰＮフレームが繰
り返す、連続する規則的なデータである。そして２０Ｍ
ＳＥＣ相当の航法データの極性によりＣ／Ａコード（Ｐ
Ｎコード）も位相が逆転している。Ｃ／Ａコードの位相
が逆転するときの先頭部分は航法データが変化するとき
の航法データの先頭部分と一致している。航法データ長
がＭ個分の時の関係図を図９に示す。図において、航法
データＫ番目の中のＰＮフレームｊ番目、そしてＰＮフ
レームｉ番目のチップを示しているところで任意の部分
から取り入れられ、所定時間相当（この実施例では航法
データＭ個分）メモリに記憶する。記憶されているデー
タの始まり部分はＧＰＳ信号のどのチップ部分からかは
分からない。図１０はメモリに記憶されているデータ処
理の説明図である。外部または内部の航法データでＧＰ
Ｓ信号（Ｃ／Ａコード）を分断し航法データＭ個分メモ
リに記憶する。任意の部分から取り入れられた航法デー
タＭ個分のＣ／Ａコードチップ合計１０２３＊２０＊Ｍ
チップメモリに記憶されている。この時のメモリに入っ
ているデータの並びを行列形式で１０２３チップ分１行
分（ＩＰＮ符号長相当）とり、これを航法データ分２０
＊Ｍ行取り出し１０２３列２０＊Ｍ列の行列で図１０に
示す。ここでデータの１行１０２３列目の次のチップデ
ータは２行１列目のデータである。同様に２行１０２３
列の次は３行１列目である。この並び繰り返しＭ＊２０
行１０２３列までをあらわす。外部、又は内部から得た
航法データで任意にＧＰＳ信号（航法データ）を分断す
るとその先頭部分はメモリに記憶されているＧＰＳ信号
の位相が逆転する先頭部分（ＧＰＳ信号の中に存在する
真の航法データの先頭部分）とは一般に一致しない。こ
の相関ピーク位置検出部は以下の方法によりこれを限り
なく一致させることを行うものである。

【００４８】以下、図１１について具体的に説明する。
まず、図１０において航法データＤk で分断された２０
行１０２３列の行列でのデータを

【数１】を数１で計算。S₁ （Ｄ₁ ），S₂ （Ｄ₁ ），…，S_i (Ｄ
₁ ），．．．S₁₀₂₃（Ｄ₁ ）それぞれとデータＤ１（＝
−１または＋１）との積を行い、Ｄ₁ ＊S₁ （Ｄ₁ ），Ｄ₁ ＊S₂ （Ｄ₁ ），…，Ｄ₁ ＊S_i
(Ｄ₁ ），．．．，Ｄ ₁ ＊S₁₀₂₃（Ｄ₁ ）を得る。次に、航法データＤ₂ で分断されたデータで

【数２】を数２で計算。S₁ （Ｄ₂ ），S₂ （Ｄ₂ ），…，S_i (Ｄ
₂ ），．．．S₁₀₂₃（Ｄ₂ ）それぞれとデータＤ₂ （＝
−１または＋１）との積を行い、Ｄ₂ ＊S₁ （Ｄ₂ ），Ｄ₂ ＊S₂ （Ｄ₂ ），…，Ｄ₂ ＊S_i
(Ｄ₂ ），．．．，Ｄ ₂ ＊S₁₀₂₃（Ｄ₂ ）を得る。同様にして航法データＤ_M で分断されたデータ
で

【数３】を数３で計算。S₁ （Ｄ_M ），S₂ （Ｄ_M ），…，S_i (Ｄ
_M ），．．．S₁₀₂₃（Ｄ_M ）それぞれとデータＤ_M （＝
−１または＋１）との積を行い、Ｄ_M ＊S₁ （Ｄ_M ），Ｄ_M ＊S₂ （Ｄ_M ），…，Ｄ_M ＊S_i
(Ｄ_M ），．．．，Ｄ _M ＊S₁₀₂₃（Ｄ_M ）を得る。次に、

【数４】ここで、Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ₃ ，Ｃ₄ ，…，Ｃ₁₀₂₃の並びの
データ群と、内部で発生したＣ／Ａコードの１０２３個
との相関計算を行う（ステップＳＴ３４）。相関計算値
の精度はサンプリング点を多く取ると精度は高くなる。
図１２では、相関ピーク位置の精度を高める方法として
１ビット相当長当たり２つのサンプリング点を取った例
を示すもので、（ａ）は真のピークがサンプリング点の
中央に来ている場合、（ｂ）は真のピークがサンプリン
グ点からわずかに外れていた場合、（ｃ）は真のピーク
がサンプリング点と一致している場合である。なお、ピ
ーク位置Ｘｐ（サンプルポイントからのローカル位置）
を、Ｘｐ＝Ｐ２／（Ｐ１＋Ｐ２）・τ／２により求め
る。ここで、τは１ビット相当長である。

【００４９】しかる後、相関ピーク値は所定値以上かを
判断する（ステップＳＴ５１）。ステップＳＴ５１で判
断結果がＹＥＳであれば微調整モードとする。即ち航法
データをわずかに＋Δｎチップ，−Δｎチップシフトさ
せながらそのピーク値がより大きくなるような収束点を
求める（ステップＳＴ５２）。

【００５０】ステップ５３で収束点であれば、上記相関
ピーク位置Ｘｐを求めそのピーク最大位置（疑似距離）
を衛星番号に対応させて記憶する（ステップＳＴ５
４）。ステップＳＴ５３がＮＯの場合は、わずかに＋Δ
ｎチップ、−Δｎチップシフトさせながら航法データの
位置を微調整を繰り返しステップＳＴ５３で収束するま
で繰り返し所定値内に収束したら上記相関ピーク位置Ｘ
ｐを求め、そのピーク最大位置（疑似距離）を衛星番号
に対応させて記憶する（ステップＳＴ５４）。

【００５１】一方、前記ステップＳＴ５１の判断結果が
ＮＯであれば、相関ピーク位置が検出できるように航法
データを１データ分毎に順次シフト、さらに＋Δｎチッ
プ、−Δｎチップシフトしながら相関ピーク位置が所定
レベル以上になるまで、ステップＳＴ３４，ステップＳ
Ｔ５７を繰り返し行い、ステップＳＴ５１の判断でＹＥ
Ｓになるまで繰り返す。その繰り返しループの過程にお
いてステップＳＴ５６で、そのシフト範囲が既定値を超
えたらステップＳＴ５８でドップラ補正値が異常でない
かチェックを行う。ドップラ補正値が規定値以内ならド
ップラ補正値をステップＳＴ５９で再読み込みチェック
修正し、ステップＳＴ５４を繰り消す。その結果ステッ
プＳＴ５８でドップラ補正値が既定値を超えていたら、
その衛星では検出不可として衛星番号とともに記憶し、
他の衛星の疑似距離を求める（ステップＳＴ６０）。

【００５２】なお、上記ステップＳＴ３４，ステップＳ
Ｔ５１〜ステップＳＴ５４およびステップＳＴ５６〜ス
テップＳＴ５９は、相関ピーク位置をはっきりさせるた
めの処理部である。

【００５３】以上のように、この実施の形態によれば、
多数のビット数よりなるＰＮフレームが連続する規則的
なＣ／Ａコードを、任意の位置で航法データの長さに分
断し、各分断したＣ／Ａコードを同一ビット位置の値を
累積加算し、この累積加算結果を自己が検出した航法デ
ータ、あるいは本部サーバから受け取った航法データに
基づいて極性をあわせて加算し、この加算結果とＣ／Ａ
コードとで相関計算を行い、得られた相関ピーク位置を
データ加算開始位置としたことにより、航法データの極
性変化の影響を受けることなく、Ｃ／Ａコードを効率よ
く累積加算することができ、たとえばトンネル、建物の
中等の受信感度の悪い場所においても確実にＣ／Ａコー
ドを受信することができる。

【００５４】以上説明した、この発明のＧＰＳ測位シス
テム及びＧＰＳ測位装置を、たとえば携帯電話機に搭載
し、このＧＰＳ測位システム及びＧＰＳ測位装置で検出
した位置をメモリから読み出した地図データ上に表示す
るように構成すれば、トンネル、建物の中等の受信感度
の悪い場所においても確実に使用できる極めて精度のよ
いナビゲーション機能を搭載した携帯電話機を得ること
ができる。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、この発明のよれば、受信
電界強度を検出し、その受信電界強度の弱い場合のみ、
外部装置と通信してデータを受け取るように構成したの
で、従来のように常時外部装置と通信を行う場合に比べ
て、通信費用を大幅に低減することができる効果があ
る。

【００５６】また、多数のビット数よりなるＰＮフレー
ムが連続する規則的なＣ／Ａコードを、任意の位置で航
法データの長さに分断し、各分断したＣ／Ａコードを同
一ビット位置の値を累積加算し、この累積加算結果を自
己が検出した航法データあるいは本部サーバから受け取
った航法データに基づいて極性をあわせて加算し、この
加算結果とＣ／Ａコードとで相関計算を行い、得られた
相関ピーク位置をデータ加算開始位置とするように構成
したので、航法データの極性変化の影響を受けることな
く、Ｃ／Ａコードを加算するように構成したので、雑音
に埋もれたＣ／Ａコードを確実に検出することができ、
Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができる。従って、携帯電話
機等に適用して、建物の中、地下鉄のホーム等の受信感
度の悪い場所においても確実にＣ／Ａコードを受信する
ことができる効果がある。しかも、受信電界の状態に応
じて加算区間を可変するように構成したので、上記の点
と相俟ってＣ／Ａコードの受信をより確実に行うことが
できる効果がある。

【００５７】他の実施の形態として、相関計算は、当然
のことながら、ＦＦＴ計算およびＩＦＦＴ計算を利用し
て、高速な演算を行なってもよい。他の実施の形態とし
て、以上のべた相関計算の代わりに、自己の発生したＣ
／Ａコードと、受信したＣ／Ａコードとの一致した個
数、又は一致度で計算してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１によるＧＰＳ測位シ
ステム及びＧＰＳ測位装置の使用状態の概要を説明する
ブロック図である。

【図２】図１に示した端末の具体的構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】図２の端末を更に詳細に示すブロック図であ
る。

【図４】本部サーバの動作を説明するフローチャート
である。

【図５】ＧＰＳ測位システム及びＧＰＳ測位装置のＣ
ＰＵ２６における動作を説明するフローチャートであ
る。

【図６】ＧＰＳ測位システム及びＧＰＳ測位装置のＣ
ＰＵ２７における動作を説明するフローチャートであ
る。

【図７】ＧＰＳ測位システム及びＧＰＳ測位装置のＣ
ＰＵ２８における動作を説明するフローチャートであ
る。

【図８】ＧＰＳ信号（Ｃ／Ａコード信号）のデータを
示す図である。

【図９】ＧＰＳ信号（Ｃ／Ａコード信号）の構造を説
明する図である。

【図１０】航法データの極性反転の境目を検出する手
法の説明図である。

【図１１】航法データの極性反転の境目を検出する手
法を説明するフローチャートである。

【図１２】２次加算結果とＣ／Ａコードとの相関結果
（相関ピークデータ）の取り扱いに関する詳細な説明図
である。

【図１３】Ｃ／Ａコードの説明図である。

【図１４】従来のＧＰＳ測位システム及びＧＰＳ測位
装置の構成を示すブロック図である。。

【図１５】従来のＧＰＳ測位システム及びＧＰＳ測位
装置におけるＣ／Ａコード検出の仕方の説明図である。

【符号の説明】１衛星、２本部サーバ（外部装置）、４端末（Ｇ
ＰＳ端末）、５通信媒体、１１受信電界強度検出
部、５２相関ピーク位置検出部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F029 AA07 AB07 AC02 AD03 5J062 AA05 BB05 CC07 DD05 EE03 9A001 BB02 BB03 BB04 BB06 CC03 CC05 DD10 EE02 EE05 FF01 GZ05 HH09 JJ27 JJ77 JJ78 JZ11 JZ18 KK37 KK56 KZ19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】衛星からのＧＰＳ信号を受信して航法デ
ータ及びドップラ情報を抽出する外部装置と、この外部
装置と通信媒体を介して接続され衛星からのＧＰＳ信号
を受信するＧＰＳ端末とを備えたＧＰＳ測位システムで
あって、このＧＰＳ端末は、受信したＧＰＳ信号を周波
数変換およびＡ／Ｄ変換し、所定時間分記憶し、記憶し
た信号を外部装置または内部からのドップラ情報を基に
ドップラ補正し、このデータ系列を任意の位置で任意の
衛星に対応したＰＮ符号の符号長相当分毎における同一
ビット相当位置の値を外部装置、又は内部からの航法デ
ータの１データ相当長累積加算し、この累積加算結果の
極性を航法データに基づいて変化させる処理を行い、同
様の処理を所定航法データ分繰り返し、それらの累積結
果を求め、その結果と内部で発生した当該ＰＮコードデ
ータとで相関計算を行い、得られた相関ピーク位置をも
とにＧＰＳ端末と当該衛星間の疑似距離を求めることを
特徴とするＧＰＳ測位システム。
【請求項２】衛星からのＧＰＳ信号を受信して航法デ
ータ及びドップラ情報を抽出する外部装置と、この外部
装置と通信媒体を介して接続され衛星からのＧＰＳ信号
を受信するＧＰＳ端末とを備えたＧＰＳ測位システムで
あって、このＧＰＳ端末は、受信したＧＰＳ信号を周波
数変換およびＡ／Ｄ変換し所定時間分記憶し、記憶した
信号を外部装置、又は内部からのドップラ情報を基にド
ップラ補正し、このデータ系列を外部装置、又は内部か
ら得た航法データで分断し、分断されたデータの極性を
航法データに基づいて変化させる処理を行い、分断され
たデータのＰＮ符号の符号長相当分毎における同一ビッ
ト相当位置の値を航法データの１データ相当長累積加算
し、同様の処理を所定航法データ分繰り返しそれらの累
積結果を求め、その結果と内部で発生した当該ＰＮコー
ドデータとで相関計算を行い、得られた相関ピーク位置
を基にＧＰＳ端末と当該衛星間の疑似距離を求めること
を特徴とするＧＰＳ測位システム。
【請求項３】相関ピーク位置が検出不可能、又は困難
なときは航法データをさらにシフトしてその航法データ
で分断し、同様の方法で相関計算を行い、相関ピーク位
置をもとに疑似距離を求めることを特徴とする請求項１
または請求項２記載のＧＰＳ測位システム。
【請求項４】相関ピーク位置が検出不可能、又は困難
なときは、航法データをさらにシフトしてその航法デー
タで分断し、同様の方法で相関計算を行い相関ピーク位
置を求め、そのピーク値が最大になるように航法データ
を時間的にさらにシフトし、同様の相関計算を繰り返す
ことにより、求めた相関ピーク位置を基に疑似距離を求
めることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＧ
ＰＳ測位システム。
【請求項５】衛星からのＧＰＳ信号を受信して航法デ
ータ及びドップラ情報を抽出する外部装置と、この外部
装置と通信媒体を介して接続され衛星からのＧＰＳ信号
を受信して受信電界の良否を検出する受信電界検出部を
もつＧＰＳ端末とを備え、このＧＰＳ端末は受信したＧ
ＰＳ信号をＡ／Ｄコンバートしてディジタル化しこれを
一定時間記憶した後、これを任意の位置で受信電界が良
の場合は、前記受信したＧＰＳ信号から抽出した航法デ
ータで分断し、受信電界が否の場合は前記外部装置から
受けた航法データで分断することを特徴とする請求項１
または請求項２記載のＧＰＳ測位システム。
【請求項６】受信電界の良否を検出する受信電界検出
部と、受信電界が良の場合は、前記受信したＧＰＳ信号
から抽出した航法データ、受信電界が否の場合は前記外
部装置から受けた航法データと、前記疑似距離とに基づ
いて位置を計算する位置計算部とを備えることを特徴と
する請求項１または請求項２記載のＧＰＳ測位システ
ム。
【請求項７】ＧＰＳ端末で求められた疑似距離を通信
媒体で外部装置に伝送し外部装置で受信した航法データ
と、この疑似距離とに基づいて位置を計算する位置計算
部とを備えることを特徴とする請求項１または請求項２
記載のＧＰＳ測位システム。
【請求項８】相関ピーク値が検出不可能または困難な
とき航法データをあらかじめ定められた位置シフトして
相関ピーク位置を検出可能にすることを特徴とする請求
項１または請求項２記載のＧＰＳ測位システム。
【請求項９】相関ピーク値を求めるときの航法データ
をシフトさせるときのシフト量は目標値に対し前後に大
きくふり、その後小さいシフト量で収束させることを特
徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記
載のＧＰＳ測位システム。
【請求項１０】受信したＧＰＳ信号に含まれるＣ／Ａ
コードに対して、外部装置、又は自身から得た航法デー
タからのドップラ情報により、ドップラ補正を行うこと
を特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか１
項記載のＧＰＳ測位システム。
【請求項１１】受信したＧＰＳ信号に対しドップラ補
正を行うことによりＣ／Ａコードのドップラ補正をかけ
ることを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのい
ずれか１項記載のＧＰＳ測位システム。
【請求項１２】受信電界の良否を検出する受信電界検
出部は、電界レベルを検出し電界レベルにより相関計算
区間の長さを可変としたことを特徴とする請求項１から
請求項１１のうちのいずれか１項記載のＧＰＳ測位シス
テム。
【請求項１３】受信電界の状態に応じて、加算区間の
長さを可変としたことを特徴とする請求項１から請求項
１２のうちのいずれか１項記載のＧＰＳ測位システム。
【請求項１４】衛星からのＧＰＳ信号を受信して航法
データ及びドップラ情報を抽出する外部装置と、この外
部装置と通信媒体を介して接続され衛星からＧＰＳ信号
を受信するＧＰＳ端末とを備えたＧＰＳ測位装置におい
て、ＧＰＳ端末は、受信したＧＰＳ信号を周波数変換およびＡ／Ｄ変換し、
所定時間分記憶する記憶手段と、記憶した信号データ系列を、外部装置または内部から得
た航法データで分断する分断手段と、分断された信号データと航法データとの積を行うことに
より極性を変化させ、分断されたデータのＰＮ符号の符
号長相当分毎における同一ビット相当位置の値を航法デ
ータの１データ相当長累積加算する加算手段と、上記累積加算処理を所定航法データ分繰り返し、それら
の累積結果を求める繰り返し手段と、上記累積結果と内部で発生した当該ＰＮコードデータと
で相関計算して相関ピーク位置を求める相関計算手段
と、上記相関ピーク位置を基にＧＰＳ端末と当該衛星間の疑
似距離を求める類似距離検出手段と、を備えることを特徴とするＧＰＳ測位装置。