JP2001021634A - 測位用受信機及び測位方法 - Google Patents

測位用受信機及び測位方法

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JP2001021634A
JP2001021634A JP19099199A JP19099199A JP2001021634A JP 2001021634 A JP2001021634 A JP 2001021634A JP 19099199 A JP19099199 A JP 19099199A JP 19099199 A JP19099199 A JP 19099199A JP 2001021634 A JP2001021634 A JP 2001021634A
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positioning
unit
frequency
temperature
time
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JP19099199A
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Inventor
Hiroshi Tajima
弘 田島
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 受信サーチ時間の短縮を図ることができる優
れた測位用受信機及び測位方法を提供する。 【解決手段】 測位をした時における人工衛星からの周
波数と水晶発振部5からの原発振周波数との誤差、及び
その時における水晶発振部5の温度との相対値をロジッ
ク処理部3に記憶しておき、次回測位時に受信中心周波
数を上記相対値を用いて補正するようにして、受信サー
チの時間を短縮するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の人工衛星か
らの電波を受信し、受信した信号に基づいて現在位置を
検出して測位結果を出力する測位用受信機及び測位方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】人工衛星からの電波を受信して現在位置
を求める衛星通信システムとして全世界的側位システ
ム:GPS(Global Positioning System)が知られてい
る。このGPSは、地球の大気圏外に打ち上げられた非
静止衛星から放射された電波を受信して受信位置を求め
る非静止衛星通信システムであり、軌道高度約2万km
に周期約12時間、軌道傾斜角度55度で6つの軌道面
に24個の人工衛星が配置されている。
【0003】GPSで使用される人工衛星(以下、「G
PS衛星」という)は、精密時刻標準として10-13 /
日(10ナノ秒/日)の高安定ルビジウム発振器とセシ
ウム発振器の原子時計を搭載している。そして、全ての
GPS衛星の時刻信号がGPSのシステム全体として管
理されている時刻に同期している。そのため、各GPS
衛星に搭載された原子時計は、地上の制御局によって常
にモニタされており、定期的に更新された時刻補正デー
タが衛星の軌道予測データと共に各GPS衛星に送信さ
れ、各GPS衛星からはこの軌道予測データが電波によ
り地上に向けて送信される。
【0004】図3は、GPS衛星から放射された電波を
受信し、受信した信号に基づいて現在位置を検出し、地
球上の位置を測位結果として出力する、従来における測
位用受信機の一例を示す構成ブロック図である。図3に
おいて、測位用受信機は、複数個のGPS衛星からの電
波を受信する受信アンテナ1と、RF信号を復調するR
F部2と、受信データを処理し測位計算をするとともに
各設定を記憶するロジック処理部3と、外部に測位結果
を出力する通信部4と、RF部2で使用するミキサへの
原発振周波数を作る温度補償型水晶発振器(以下、「T
CXO」という)を内蔵した水晶発振部5を備えてい
る。
【0005】次に、その従来における測位用受信機の動
作を説明する。まず、RF部2において受信された高周
波信号は水晶発振部5で作られる原発振周波数を基本に
して、ミキサにてベースバンドの信号に変換される。衛
星を受信するまでは、この原発振の周波数を中心周波数
とし、この中心周波数をGPS衛星から放射された電波
の周波数にチューニングさせて、ロジック処理部3でG
PS衛星を捜す。すなわち、GPS衛星をサーチし、ま
た測位をしたら通信部4を介して外部に測位結果を出力
する。
【0006】このような測位用受信機は、一般に電源を
入れてから測位結果を出力するまでの時間が短いほど良
いとされるが、その現在の測位用受信機における一般的
なデータ処理は、次の(1)〜(5)の順に処理され、
その測位と結果の出力を行っている。 (1)電源投入する。 (2)現在の受信可能衛星の推定 (3)受信可能衛星の受信サーチ、衛星の受信と追尾 (4)測位可能衛星の特定と詳細軌道データの取得 (5)測位演算と出力
【0007】また、測位データ出力までの時間は、衛星
の受信サーチの時間と、軌道情報の収集にかかる時間に
分けられる。一般に、軌道情報の収集には、受信開始時
の受信機の状態によって、(A)ホットスタート、
(B)ウオームスタート、(C)コールドスタートの処
理に分けられ、この中から選択される。また、各収集処
理には次のような特性がある。(A)ホットスタート:
前回測位から数時間以内の時、軌道情報は前回のもの
を使用できるため出力まで最も速い。この時の衛星受信
のサーチ範囲は図4に示すように電源スタートから中心
周波数f0±10khzの範囲(帯域)でGPS衛星を
捉えるのに最大60秒かかっている。これはTCXOの
経年変化、温度変化を加味した帯域をサーチするように
しているからである。 (B)ウォームスタート: 前回測位から数時間以上経
過している場合、詳細軌道情報の取得をまず行う。その
ため時間がかかる。 (C)コールドスタート: 概略の軌道情報も持ってい
ない全く初めて測位する場合、衛星の位置の予測もでき
ない。そのため全空をサーチし、かつ軌道情報も収集し
てからの測位出力になるので大変時間がかかる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の測位用受信機においては、受信可能なGPS衛
星のサーチを行う際に、水晶発振器の経年変化、温度変
化を加味してかなり広い範囲をサーチしなければならな
いため、受信衛星の確定にかなり時間がかかっていると
いう問題点があった。そのため、現在では、一般に、高
精度かつ、温度変化の少ないTCXOを使用している
が、それでもホットスタートで最大1分程度、平均30
秒程度かかっている。これは、ナビゲーションシステム
への応用を考慮すると、電源スタート後、最大1分測位
できなければ平均時速60kmで走行しているとすると
1km進んでしまうことになり、ナビゲーションの位置
精度にも影響するという問題点があった。
【0009】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、その目的は受信サーチの時間の短縮を
図ることができる優れた測位用受信機及び測位方法を提
供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載の
測位用受信機の発明は、複数の人工衛星からの電波を受
信するアンテナと、前記アンテナで受信されたRF信号
を復調するRF部と、前記RF部で使用する原発振周波
数を作る水晶発振部と、前記水晶発振部周辺の温度変化
を測定する温度計測部と、前記RF部を介して出力され
る受信データから測位計算をするとともに、測位をした
時における前記人工衛星からの周波数と前記原発振周波
数との誤差、及びその時に前記温度計測部で測定された
温度との相対値を各々記憶しておき、次回測位時に受信
中心周波数を前記相対値を用いて補正するロジック処理
部とを備える構成を有している。この構成により、水晶
の発振周波数の誤差および温度によるずれを記憶してお
き、次回測位時に補正値として使用するので、受信サー
チの時間を大幅に短縮できることとなる。
【0011】本発明の請求項2に記載の発明は、複数の
人工衛星からの電波を受信するアンテナで受信されたR
F信号を復調するRF部で使用するための原発振周波数
を水晶発振部で作り、前記原発振周波数を使用して現在
位置を検出する測位方法において、測位をした時におけ
る前記人工衛星からの周波数と前記原発振周波数との誤
差、及びその時における水晶発振部の温度との相対値を
ロジック処理部に記憶しておき、次回測位時に前記受信
中心周波数を前記相対値を用いて補正するようにしたも
のである。この方法では、水晶の発振周波数の誤差およ
び温度によるずれを記憶しておき、次回測位時に補正値
として使用するので、受信サーチの時間を大幅に短縮で
きることとなる。
【0012】本発明の請求項3に記載の発明は、請求項
2記載の測位方法において、前記ロジック処理部への書
き換え記憶は毎回行わずに、任意または定期的に行うよ
うにしたものである。この方法では、毎回、温度相対値
の書き換え記憶を行わないので、ロジック処理部の処理
作業を軽減することができることとなる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態として
示す測位用受信機の構成ブロック図である。なお、従来
の測位用受信機と同一部分は同一符号を付している。図
1において、この測位用受信機は、図3に示した従来に
おける測位用受信機と同様、GPS衛星から放射された
電波を受信し、受信した信号に基づいて現在位置を検出
し、地球上の位置を測位結果として出力するもので、複
数個のGPS衛星からの電波を受信する受信アンテナ1
と、RF信号を復調するRF部2と、受信データを処理
し測位計算をするとともに各設定を記憶するロジック処
理部3と、外部に測位結果を出力する通信部4と、RF
部2で使用するミキサへの原発振周波数を作るTCXO
を内蔵した水晶発振部5と、水晶発振部5における周辺
の温度変化を測定してデジタル信号としてロジック処理
部3へ出力する温度計測部6を備えている。なお、ロジ
ック処理部3は、温度計測部6で計測された温度と水晶
発振部5の補償温度との相対値で、この誤差と対比した
表を記憶する不揮発メモリを持つ。また、温度計測部6
としては、熱伝対、ダイオード等を使用し、水晶発振部
5におけるTCXOの近くに配置する。そのTCXOは
ハウジング内に温度補償を行うため温度センサが内蔵さ
れており、温度計測部6はその温度センサからの出力を
AD変換してデジタル値としてロジック処理部3のCP
Uに入力する。
【0014】次に、その従来における測位用受信機の動
作を説明する。まず、RF部2において受信された高周
波信号は水晶発振部5の原発振周波数を基本にして、ミ
キサにてベースバンドの信号に変換される。衛星を受信
するまでは、この原発振の周波数を中心周波数とし、こ
の中心周波数をGPS衛星から放射された電波の周波数
にチューニングさせて、ロジック処理部3でGPS衛星
を捜す。すなわち、GPS衛星をサーチする。測位後
は、水晶発振器の2つの誤差即ち、経年変化と、温度変
化の総和の誤差は実際の測位の中心周波数との差から求
められる。また、測位をしたら通信部4を介して外部に
測位結果を出力する。
【0015】ところで、このような測位処理の中で考慮
が必要とされるのが温度変化による誤差であり、本発明
においては測位後に求められた最初の中心周波数と測定
後の中心周波数との差を、温度計測部6で計測された温
度と対比した表をロジック処理部3の不揮発メモリで記
憶するようにする。すなわち、水晶発振部5での水晶発
振器は温度補償されたTCXOを採用しているが、誤差
は0ではなく、摂氏−30度から+80度の温度変化で
±4KHz、これに経年変化を合わせて最大およそ±1
0KHzの誤差が見込まれる。この他、移動体に搭載し
た場合は車ではおよそ±200Hzのドップラーシフト
が想定される。そこで、本実施の形態の構造では、水晶
発振部5の誤差を、温度を含め測位の前に受信周波数の
中心周波数を過去の対比した上記表から求め、予めこの
分を補正して中心周波数fcを決定し、これを新たな中
心周波数としてGPS衛星をサーチをするようにする。
このようにすると、多少の誤差を見込んで従来では最大
±10KHzの範囲(帯域)でサーチをしていたのを最
大±2KHz、すなわち5分の1まで少なくとも絞り込
むことができる。このことを、図2に本発明の場合にお
ける衛星のサーチ範囲(帯域)を示す。
【0016】なお、ロジック処理部3における誤差の補
正では、水晶、特にTCXOの温度係数は温度に対して
直線ではなく三次関数的な変化をするので、関数を当て
はめて予測するのではなく、各温度ごとに値を持ち近い
温度の誤差値を使用するのがよい。また、メモリの容量
にもよるが、誤差値は5℃おきに持っていればよい。さ
らに、この誤差値は毎回書き換えて記憶するようにはせ
ず、1ヶ月に1回程度、実際に測位した値から表の中の
値を書き換えて記憶するようにすればよく、これにより
ロジック処理部3の処理作業を軽減することができると
ともに、TCXOの経年変化への対応も可能となる。
【0017】このように構成することによって、図2及
び図4との比較からわかるように、電源スタートから測
位開始までの所有時間が、ホットスタートの場合、従来
例では平均30秒で最大60秒かかっていたのに対し
て、本発明では平均6秒、最大でも12秒で済み、大幅
な時間短縮が得られた。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
測位をした時の水晶発振の周波数の誤差とその時の温度
相対値を予め記憶しておき、次回測位時にその温度相対
値を補正値として使用し、受信中心周波数を補正するの
で受信サーチの時間を大幅に短縮できるという効果が期
待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態として示す測位用受信機の
構成ブロック図
【図2】本実施の形態における測位用受信機のGPS衛
星サーチ範囲図
【図3】従来の測位用受信機の一例を示す構成ブロック
【図4】従来のGPS受信機における衛星サーチ範囲図
【符号の説明】
1 アンテナ 2 RF部 3 ロジック処理部 4 通信部 5 水晶発振部 6 温度計測部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の人工衛星から送信された電波を受
    信するアンテナと、 前記アンテナで受信されたRF信号を復調するRF部
    と、 前記RF部で使用する原発振周波数を作る水晶発振部
    と、 前記水晶発振部周辺の温度変化を測定する温度計測部
    と、 前記RF部を介して出力される受信データから測位計算
    をするとともに、測位をした時における前記人工衛星か
    らの周波数と前記原発振周波数との誤差、及びその時に
    前記温度計測部で測定された温度との相対値を各々記憶
    しておき、次回測位時に受信中心周波数を前記相対値を
    用いて補正するロジック処理部とを備えることを特徴と
    する測位用受信機。
  2. 【請求項2】 複数の人工衛星から送信された電波をア
    ンテナで受信し、 受信されたRF信号を復調するRF部で使用するための
    原発振周波数を水晶発振部で生成し、 該原発振周波数を使用して現在位置を検出するに際し
    て、 測位をした時における前記人工衛星からの周波数と前記
    原発振周波数との誤差及びその時における水晶発振部の
    温度との相対値をロジック処理部に記憶しておき、次回
    測位時に前記受信中心周波数を前記相対値を用いて補正
    するようにしたことを特徴とする測位方法。
  3. 【請求項3】 前記ロジック処理部への書き換え記憶は
    毎回行わずに、任意または定期的に行うようにしたこと
    を特徴とする請求項2記載の測位方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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