JP2001027667A

JP2001027667A - 疑似ｇｐｓ衛星

Info

Publication number: JP2001027667A
Application number: JP20125399A
Authority: JP
Inventors: Naoto Oshida; 直人大信田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2001-01-30
Anticipated expiration: 2019-07-15
Also published as: JP3344377B2

Abstract

(57)【要約】【課題】疑似ＧＰＳ衛星では、遠近問題が生じ、ま
た、ＧＰＳ受信空中線と疑似ＧＰＳ送信空中線とを電波
的に隔離ために空間的に離すと、疑似ＧＰＳ衛星が同期
すべき時刻と測定されるＧＰＳ時刻との間に誤差が生じ
る。【解決手段】最適レベル算出手段１０４は、疑似ＧＰ
Ｓ衛星の最適な送信出力を算出する。この算出結果はレ
ベル可変手段１０５へ入力され、疑似ＧＰＳ信号発生手
段１０１からの疑似ＧＰＳ信号のレベルを最適に可変さ
せて疑似ＧＰＳ空中線１０８に入力させる。方位算出手
段１０６は、移動体２０の方位情報を空中線回転手段１
０７に入力する。空中線回転手段１０７は、ＧＰＳ空中
線１０９と疑似ＧＰＳ空中線１０８が搭載されており、
疑似ＧＰＳ空中線１０８の最大利得方向が移動体２０を
向くように方位算出手段１０６の出力により制御され
る。このとき、疑似ＧＰＳ空中線１０８のナル方向は常
にＧＰＳ空中線１０９に向くように設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は疑似ＧＰＳ衛星に係
り、特にＧＰＳ衛星と同等の送信電波を放射する地上装
置であり、出力制御機能を有する疑似ＧＰＳ衛星に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】よく知られているように、ＧＰＳ（Glob
al Positioning System：全地球測位システム）は、４
個以上の人工衛星（ＧＰＳ衛星）から移動体までの見か
けの距離を計測することで、移動体の位置を計算する測
位システムである。このとき、ＧＰＳ衛星の配置により
位置精度が影響を受ける。最も精度が高い計測ができる
配置は、ＧＰＳ衛星が正四面体の頂点に位置し、移動体
がその中心に移動体が位置した場合である。最も精度が
劣化する配置は、ＧＰＳ衛星がある一点に集中した場合
である。衛星の配置による位置精度の劣化度合いを表す
指標としてＤＯＰ（Dillution of Precision）と呼ばれ
る指標が使用されている。

【０００３】かかるＧＰＳを利用した着陸システムが世
界的に構築されつつある。しかし、ＧＰＳ衛星は移動体
に対して全て上方にあるため、航空機の着陸に必要な高
度方向のＤＯＰを改善する必要がある。このため、地上
に疑似ＧＰＳ衛星を設置し、高度方向の精度を改善する
方式が検討されている。ここで、疑似ＧＰＳ衛星とは、
ＧＰＳ衛星と同等の送信電波を放射する地上装置をい
う。

【０００４】ところが、この疑似ＧＰＳ衛星により、高
度方向の精度を改善する場合、以下の疑似ＧＰＳ衛星の
遠近問題が生じる。ＧＰＳ衛星は、軌道高度２０，００
０ｋｍを周回しており、地上に於ける受信レベルは平均
約−１３０ｄＢｍである。この値は、ＧＰＳ衛星と移動
体の距離の２乗に反比例するが、ＧＰＳ衛星が十分遠方
であるため、レベル変動は約３ｄＢにとどまっている。

【０００５】これに対し、疑似ＧＰＳ衛星は地上に設置
されるため、移動体との距離は大きく変化し、よって受
信電力も大きく変動する。例えば、移動体を航空機と仮
定し、航空機が２５ＮＭ遠方から最終進入体勢に入り、
滑走路端（０．５ＮＭ）に着陸する場合を考える。この
場合、２５ＮＭから０．５ＮＭまでの接近により受信電
力の変動は、３３．９ｄＢという大きな変化を伴う。従
って、移動体に搭載されている、１０ｄＢ程度のダイナ
ミックレンジしか持たない通常のＧＰＳ受信機では受信
部の飽和が発生し、正常に受信することができない。こ
れが疑似ＧＰＳ衛星の遠近問題である。

【０００６】この関係を詳しく説明する。図９はＧＰＳ
衛星群と地球上の移動体の位置関係を示す図である。同
図において、ＧＰＳ衛星群２１は地球４５の上方の軌道
高度２０，０００１ｋｍに位置する。移動体が地球４５
上の点Ａにいる場合、最もＧＰＳ衛星群２１と近い距離
Ｐ０は、地球４５の半径ｒ１が６，０００ｋｍであるの
で、Ｐ０＝１４，０００ｋｍである。一方、移動体が地
球４５上の点Ｂに位置する場合は、ＧＰＳ衛星群２１と
の距離Ｐ１は次式で求められる。

【０００７】

【数１】

【０００８】ここで、（１）式中、θは図９に示すよう
にＡ点と地球４５の中心点とＢ点とのなす角度であり、
θを例えば６０度とすると、（１）式から距離Ｐ１は１
７，７７６ｋｍとなり、伝搬損失の増加は高々０．９１
ｄＢである。

【０００９】次に、ＧＰＳ受信機の受信部に於いて飽和
現象が発生する原理を図１０と図１１と共に説明する。
図１０は通常の場合の相関処理を示している。衛星番号
１〜４の各衛星からそれぞれ振幅１の信号を受信する
と、図１０（Ａ）に実線で示すように、受信信号は一見
ノイズ状に見える。この受信信号を１ビットサンプル
し、図１０（Ｂ）に示す衛星番号１の衛星のゴールドコ
ード（後述するように、これは公知の疑似ランダム系列
である）との積をとると、乗算結果は図１０（Ｃ）に示
すようになり、この積の値の積分結果は”１２”とな
る。この状態は、相関が取れたことを示している。

【００１０】一方、図１１は、衛星番号４の衛星の信号
が１０倍（２０ｄＢ）増加した場合を示す。強信号のた
め、図１１（Ａ）に実線で示すように、受信信号が所々
で飽和している。図１１（Ａ）の例では、飽和レベル
は”１０”に設定している。この状態で図１０と同様の
相関処理をする受信信号を１ビットサンプルし、図１１
（Ｂ）に示す衛星番号１の衛星のゴールドコードとの積
をとると、乗算結果は図１１（Ｃ）に示すようになり、
この積の値の積分結果は”４”となる。しきい値をピー
クである”１２”の半値より若干の余裕を見て”８”と
した場合、相関出力が”４”では正しく受信したと判断
されない。すなわち、受信不能であることがわかる。

【００１１】このように、疑似ＧＰＳ衛星に接近するこ
とで距離が大きく変化し、ＧＰＳ受信機の受信部の飽和
が発生し、移動体に於ける測位が不可能となる現象を擬
似ＧＰＳ衛星の遠近問題と呼ぶ。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、疑似ＧＰＳ
衛星は、外界のＧＰＳと同期をとらなければならない。
このため、ＧＰＳ衛星群からのＧＰＳ信号を受信する必
要がある。最も理想的な時刻は、疑似ＧＰＳ送信空中線
に於いて計測したＧＰＳ時刻である。しかし、疑似ＧＰ
Ｓ衛星の出力は高く、連続波で送信した場合、受信部の
飽和が発生し、上記の疑似ＧＰＳ衛星の遠近問題が発生
する。このため、ＧＰＳ受信空中線と疑似ＧＰＳ送信空
中線とを電波的に隔離（アイソレーション）する必要が
ある。

【００１３】このアイソレーションの最も簡単な方法
は、二つのアンテナを空間的にはなすことである。しか
し、空中線が離れていると疑似ＧＰＳ衛星が同期すべき
時刻と測定されるＧＰＳ時刻との間に誤差が生じる。そ
の時間差は、両者の空中線とフィーダーとを電波が伝搬
するためにかかる時間に等しい。従って、接近した状態
で両者のアイソレーションを採る方法が望まれている。

【００１４】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
疑似ＧＰＳ衛星の出力を制御することにより、ＧＰＳ信
号の飽和現象を発生させず、位置決定精度を向上し得る
疑似ＧＰＳ衛星を提供することを目的とする。

【００１５】また、本発明の他の目的は、連続波を送信
しても遠近問題が殆ど発生しない疑似ＧＰＳ衛星を提供
することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、ＧＰＳ衛星群から送信されたＧＰＳ信号
を受信するＧＰＳ空中線と、ＧＰＳ空中線で受信された
ＧＰＳ信号と、ＧＰＳ空中線の絶対座標からＧＰＳ時刻
を検出するＧＰＳ受信機と、距離測定用の疑似ランダム
コードと疑似ＧＰＳデータからなる疑似ＧＰＳ信号を発
生する疑似ＧＰＳ信号発生手段と、ＧＰＳ受信機で検出
されたＧＰＳ時刻と疑似ＧＰＳ信号発生手段から入力さ
れる疑似ＧＰＳ信号の基本クロックとの差を検出し、検
出したクロック差情報を、疑似ＧＰＳ信号発生手段から
出力される疑似ＧＰＳ信号に重畳する同期状態監視手段
と、疑似ＧＰＳ空中線と、最適レベル算出手段と、レベ
ル可変手段と、方位算出手段と、空中線回転手段とを有
する構成としたものである。

【００１７】ここで、上記の疑似ＧＰＳ空中線は、移動
体の位置を検出する移動体位置検出手段と、ナルを持つ
空中線であり、ナルの方向がＧＰＳ空中線に設定されて
いる、移動体に疑似ＧＰＳ信号を送信するための空中線
である。また、上記の最適レベル算出手段は、疑似ＧＰ
Ｓ空中線の座標と移動体位置検出手段により検出された
移動体の位置座標とに基づき、疑似ＧＰＳ空中線の最適
な送信出力を算出する。また、上記のレベル可変手段
は、最適レベル算出手段により算出された送信出力に応
じて、疑似ＧＰＳ信号発生手段から出力される疑似ＧＰ
Ｓ信号とクロック差情報からなる信号のレベルを可変し
て疑似ＧＰＳ空中線に供給する。また、上記の方位算出
手段は、移動体位置検出手段により検出された移動体と
の位置座標に基づいて、疑似ＧＰＳ空中線を中心とする
極座標系において疑似ＧＰＳ空中線の移動体に対する方
位情報を算出する。また、上記の空中線回転手段は、方
位算出手段により算出された方位情報に基づき、疑似Ｇ
ＰＳ空中線の最大利得方向を移動体に指向すると共に、
疑似ＧＰＳ空中線のナル方向が常にＧＰＳ空中線方向を
向くようにする。

【００１８】この発明では、疑似ＧＰＳ空中線の座標と
移動体の位置座標とに基づき、疑似ＧＰＳ空中線の最適
な送信出力を算出し、その算出送信出力で疑似ＧＰＳ信
号とクロック差情報からなる信号を疑似ＧＰＳ空中線か
ら移動体に対して送信するように送信する信号のレベル
を可変するようにしたため、疑似ＧＰＳ空中線から送信
された送信信号の移動体での受信信号強度を常にほぼ一
定にすることができる。

【００１９】また、本発明は、上記の目的を達成するた
め、空中線回転手段は、ターンテーブル回転軸の直上に
無指向性のＧＰＳ空中線が配置され、ターンテーブル回
転軸から離れた周辺に、かつ、ナル方向がＧＰＳ空中線
方向に設定された疑似ＧＰＳ空中線が配置されているタ
ーンテーブル構造であることを特徴とする。この発明で
は、疑似ＧＰＳ空中線のナルの方向がＧＰＳ空中線の方
向に設定されており、疑似ＧＰＳ空中線の最大利得方向
はナル方向と正反対の方向を向いているので、疑似ＧＰ
Ｓ空中線がどの方向を向いても、ＧＰＳ空中線とのアイ
ソレーションを最大にすることができる。

【００２０】また、本発明は上記の目的を達成するた
め、疑似ＧＰＳ信号発生手段は、クロックを発生する時
計と、クロックに基づいて疑似ランダム系列を発生する
発生器と、衛星の識別、座標及びクロック差情報を示す
航法メッセージを発生する疑似衛星データ発生器と、公
報メッセージに疑似ランダム系列を重畳する加算器と、
時計からのクロックに同期して連続波のキャリアを発生
する発振器と、キャリアを加算器の出力信号で変調して
変調波信号を疑似ＧＰＳ信号とクロック差情報からなる
信号として出力する変調器とよりなり、同期状態監視手
段は、ＧＰＳ受信機で検出されたＧＰＳ時刻と時計から
入力されるクロックとの差を検出し、検出したクロック
差情報を疑似衛星データ発生器に航法メッセージのクロ
ック差情報として入力する時刻差検出器からなることを
特徴とする。

【００２１】この発明では、疑似ＧＰＳ空中線により送
信する信号のキャリアを連続波とすることができ、この
ことから航法メッセージを重畳することができる。

【００２２】また、本発明は、移動体位置検出手段が、
回転する指向性空中線から電波を発射して移動体で反射
させ、移動体からの反射電波の方角と電波の往復時間か
ら移動体の位置を検出するレーダー装置と、予め定めら
れているサービスすべき移動体のルート及び予定とレー
ダー装置からの現在の移動体の位置情報との相関を取る
ことにより、サービスすべき移動体の位置情報のみを抽
出する目標検出器とよりなることを特徴とする。

【００２３】また、本発明は、最適レベル算出手段が、
疑似ＧＰＳ空中線と移動体位置検出手段により検出され
た移動体とから算出した傾斜距離と、疑似ＧＰＳ空中線
から放射される信号のキャリア周波数と疑似ＧＰＳ空中
線の利得と移動体のＧＰＳ空中線の利得とから伝搬損失
を計算し、計算した伝搬損失が所定値になるように、レ
ベル可変手段のレベル可変量を制御する伝搬損失計算機
より構成されていることを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。図１は本発明になる疑似ＧＰＳ
衛星の一実施の形態のブロック図を示す。同図におい
て、疑似ＧＰＳ衛星信号発生手段１０１は、ＧＰＳ信号
の距離測定用の疑似ランダムコードと疑似ＧＰＳデータ
を発生する。疑似ＧＰＳデータには疑似ＧＰＳ衛星群２
１の空中線位置と疑似ＧＰＳ衛星クロックとＧＰＳ時刻
間の差と疑似衛星の識別番号と疑似衛星空中線の座標を
表すデータが含まれている。この疑似ＧＰＳ衛星信号発
生手段１０１の出力信号は、レベル可変手段１０５によ
りレベルが最適値となるよう可変された後、空中線回転
手段１０７へ供給される。

【００２５】一方、移動体２０の位置は、移動体位置検
出手段１０３により検出される。この位置検出方法には
種々の方法があり、一般には、移動体２０からの情報は
電波を利用したシステムにより行うことが簡便であるた
め、空中線１０２を使用する。この移動体位置検出手段
１０３により検出された移動体２０の位置座標のデータ
は、最適レベル算出手段１０４と方位算出手段１０６に
それぞれ入力される。

【００２６】最適レベル算出手段１０４は、疑似ＧＰＳ
空中線１０８と移動体２０の位置座標を用いて、両者の
距離を算出し、算出した距離情報から電波伝搬損失を計
算する。更に、最適レベル算出手段１０４は、算出した
この電波伝搬損失と疑似ＧＰＳ空中線利得及びケーブル
損失からこの疑似ＧＰＳ衛星の最適な送信出力を算出す
る。この算出結果はレベル可変手段１０５へ入力され
る。

【００２７】方位算出手段１０６は、移動体２０の位置
を疑似ＧＰＳ空中線１０８の位置座標を中心とする極座
標系に変換し、得られた変換結果のうち、方位情報を空
中線回転手段１０７に入力する。空中線回転手段１０７
の軸の直上には通常のＧＰＳ空中線１０９が、また、軸
から離れた周辺に疑似ＧＰＳ空中線１０８が搭載されて
いる。空中線回転手段１０７はターンテーブル構造をな
し、方位算出手段１０６から入力される方位情報に従
い、疑似ＧＰＳ空中線１０８の最大利得方向を移動体２
０へ指向する。

【００２８】疑似ＧＰＳ空中線１０８は、ナルを持つ空
中線であり、ナル方向は軸上にあるＧＰＳ空中線１０９
に設定されている。最大利得方向はナルと正反対の方向
を向いている。従って、空中線回転手段１０７がどの方
向を向いても疑似ＧＰＳ空中線１０８のナル方向はＧＰ
Ｓ空中線１０９方向を向くことを特徴とする。

【００２９】ＧＰＳ衛星群２１からの信号はＧＰＳ空中
線１０９で受信される。ＧＰＳ空中線１０９は、空中線
回転手段１０７の回転、疑似ＧＰＳ送信出力の大小に影
響されず、安定してＧＰＳ衛星群２１から放射される信
号を受信することができる。疑似ＧＰＳ空中線１０８の
ナル方向はＧＰＳ空中線１０９方向を向いており、最大
のアイソレーションが得られているからである。

【００３０】ＧＰＳ空中線１０９の出力信号はＧＰＳ受
信機１１０へ供給される。ＧＰＳ受信機１１０は入力さ
れた受信ＧＰＳ信号とＧＰＳ空中線１０９の絶対座標か
らＧＰＳ時刻を精密に検出する。同期状態監視手段１１
１は、ＧＰＳ受信機１１０から入力された上記のＧＰＳ
時刻と、疑似ＧＰＳ信号発生手段１０１から入力された
疑似ＧＰＳの基本クロックの差を検出する。

【００３１】外界のＧＰＳ衛星群２１と疑似ＧＰＳ衛星
とのクロック差は移動体２０に於ける位置算出結果に誤
差をもたらす。このため、疑似ＧＰＳ衛星に重畳される
衛星情報に、この同期状態監視手段１１１により得られ
るＧＰＳ時刻と疑似ＧＰＳクロックとの差を疑似ＧＰＳ
信号発生手段１０１にて組み込み、その疑似ＧＰＳ信号
をレベル可変手段１０５を通して疑似ＧＰＳ空中線１０
８から移動体２０へ送出する。

【００３２】なお、従来の送受信アンテナ間のアイソレ
ーションを最大にする方法として特開平１０−２００３
２６号公報記載のアンテナ装置が知られている。このア
ンテナ装置は、平面、多面体又は曲面地導体上に形成す
る送信と受信アンテナとして配列し、かつ、当該送信と
受信アンテナ間アイソレーションを概ね最大にするよう
に、当該送信と受信アンテナパッチ面の垂直軸に対して
それぞれ特定角度だけ回転させる構造を持ち、円偏波励
振をする送信用と受信用マイクロストリップアンテナを
備える構造である。しかし、このものはそれぞれ指向性
を有していない送信アンテナと受信アンテナの間に仕切
り板又は反射散乱を用いてアイソレーションを最大にす
るようにしており、上記の実施の形態のようにナルを用
いておらず、また送信アンテナである疑似ＧＰＳ空中線
１０８は指向性を有して移動体２０に電波を集中するも
のであり、受信アンテナであるＧＰＳ空中線１０９はオ
ムニである本実施の形態の構成とは全く異なる構成であ
る。

【００３３】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。ＧＰＳ衛星群２１から送信されたＧＰＳ信号は、移
動体２０のＧＰＳ空中線（図示せず）にて受信される一
方、本実施の形態のＧＰＳ空中線１０９でも、疑似ＧＰ
Ｓ送信出力の大小に影響されず、安定して受信される。
ＧＰＳ空中線１０９で受信されたＧＰＳ衛星群２１から
のＧＰＳ信号は、ＧＰＳ受信機１１０へ供給され、ここ
でその受信ＧＰＳ信号とＧＰＳ空中線１０９の絶対座標
からＧＰＳ時刻が精密に検出される。

【００３４】同期状態監視手段１１１は、ＧＰＳ受信機
１１０から入力された上記のＧＰＳ時刻と、疑似ＧＰＳ
信号発生手段１０１から入力された疑似ＧＰＳの基本ク
ロックの差を検出し、移動体２０に於ける位置算出結果
の誤差を補正するためのクロック差情報（クロック補正
値）として疑似ＧＰＳ信号発生手段１０１に供給され
る。疑似ＧＰＳ信号発生手段１０１は、疑似ランダムコ
ード（後述のゴールドコード）を発生すると共に、空中
線１０８、１０９の位置と疑似ＧＰＳ衛星のクロック
と、衛星識別番号などのデータに同期状態監視手段から
のクロック差情報を付加してレベル可変手段１０５に出
力する。また、疑似ＧＰＳ衛星のクロックは、同期状態
監視手段１１１にも供給される。

【００３５】一方、移動体位置検出手段１０３により空
中線１０２及び移動体２０からの電波を利用して、移動
体２０の位置座標が検出され、位置座標データが最適レ
ベル算出手段１０４と方位算出手段１０６にそれぞれに
供給される。最適レベル算出手段１０４は、前述したよ
うに、疑似ＧＰＳ空中線１０８と移動体２０の位置座標
を用いて、距離情報、電波伝搬損失を順次に計算し、更
に、この電波伝搬損失と疑似ＧＰＳ空中線利得及びケー
ブル損失からこの疑似ＧＰＳ衛星の最適な送信出力を算
出して、レベル可変手段１０５へ入力する。これによ
り、レベル可変手段１０５からは送信レベルが最適にな
るように、すなわち、移動体２０で受信する信号強度が
一定になるように制御された疑似ＧＰＳ信号（クロック
差情報含む）が取り出されて疑似ＧＰＳ空中線１０８に
供給され、これより送信される。

【００３６】また、方位算出手段１０６は、移動体２０
の位置を疑似ＧＰＳ空中線１０８の位置座標を中心とす
る極座標系に変換し、得られた変換結果のうち、方位情
報を空中線回転手段１０７に入力し、疑似ＧＰＳ空中線
１０８の最大利得方向が移動体２０方向となるように、
空中線回転手段１０７を回転制御する。これにより、移
動体２０は受信する疑似ＧＰＳ信号の信号強度が一定に
なり、ＧＰＳ受信機を搭載している移動体２０における
ＧＰＳ信号の飽和現象を大幅に軽減できる。このため、
信号強度の変化によるＧＰＳ測位精度の劣化、いわゆる
バイアス問題を解決できる。

【００３７】また、本実施の形態では、信号強度が一定
なので、疑似ＧＰＳ衛星の近傍に至るまで移動体２０は
疑似ＧＰＳ衛星とＧＰＳ衛星群２１からの各送信信号を
受信した測位ができ、ＤＯＰの改善による位置決定精度
を向上できると共に、ＧＰＳ測位サービスの有効性（Av
ailability）を向上できる。更に、疑似ＧＰＳ空中線１
０８とＧＰＳ空中線１０９とのアイソレーションをとり
つつ両者を接近して設置できるため、疑似ＧＰＳ衛星の
時刻同期を世界のＧＰＳ時刻に正確に一致させることが
でき、よって、疑似ＧＰＳ衛星の発射電波の精度を高め
ることができる。

【００３８】

【実施例】次に、本発明の一実施例について図面と共に
説明する。図２は本発明になる疑似ＧＰＳ衛星の一実施
例のブロック図を示す。同図中、図１と同一構成部分に
は同一符号を付してある。図２において、セシウム時計
１と、ゴールドコード発生器２と、疑似衛星データ発生
器３と、排他的論理和回路（以下ＸＯＲと略す）４と、
ＢＰＳＫ変調器５と、位相同期発振器６とは疑似ＧＰＳ
信号発生手段１０１を構成している。

【００３９】また、空中線１０２に接続されたレーダー
装置７と目標検出器８は、移動体位置検出手段１０３を
構成している。更に、伝搬損失計算機９は最適レベル算
出手段１０４を、可変減衰器１０はレベル可変手段１０
５を、極座標変換計算機１１は方位算出手段１０６を、
空中線回転台１２は空中線回転手段１０７を、時刻差検
出器１３は同期状態監視手段１１１をそれぞれ構成して
いる。

【００４０】まず、疑似ＧＰＳ信号発生手段１０１につ
いて説明する。図３〜６は米国国防省（Department of
Defense）が発行している文献（「GLOBAL POSITIONING
SYSTEM STANDARD POSITIONING SERVICE SIGNAL SPECIFI
CATION」（２nd Edition June 2,1995））からの抜粋で
ある。図３は民間に開放されているＣ／Ａコードの発生
方法を示しており、図２のゴールドコード発生器２を示
す。同図において、Ｇ１ジェネレータ３１とＧ２ジェネ
レータ３２は、フィードバックを持つシフトレジスタ３
３、３４で構成されており、シフトレジスタ３４の２つ
の所定ビット出力信号Ｓ１、Ｓ２を位相選択器３５によ
り選択し、その選択信号を加算器３６でＧ１ジェネレー
タ３１の出力信号と加算することで、ゴールドコード
（GOLD CODE）と呼ばれる疑似ランダム系列（Ｃ／Ａコ
ード）を発生する。

【００４１】なお、クロック発生器３７は１．０２３Ｍ
ＢＰＳのクロックを発生し、初期設定回路３８はスター
ト時オール”１”をシフトレジスタ３３、３４にセット
する。デコーダ３８は１．０２３ＭＢＰＳの出力をデコ
ードして１ＫＢＰＳの信号を出力し、また、分周器４０
は２０分周して５０ＢＰＳのデータクロックを生成して
図２の疑似衛星データ発生器３へ出力する。

【００４２】図４はＧ１ジェネレータ３１の一例の構成
図、図５はＧ２ジェネレータ３２の一例の構成図をそれ
ぞれ示す。両図中、図３と同一構成部分には同一符号を
付してある。衛星番号と位相選択器３５の設定方法は決
められており、図６に示す。現在ＧＰＳ衛星は３０台以
下（１９９９年２月現在では２８台）であり、３３〜３
７番衛星の信号を放送すれば、地上に存在する疑似衛星
であることが認識可能である。

【００４３】図６によると、３３番衛星の場合、図５に
示したＧ２ジェネレータ３２に於いてタップ番号５とタ
ップ番号１０をＸＯＲ処理し、Ｇ２Ｉを発生すれば、疑
似ＧＰＳ信号の距離測定用の疑似ランダム系列を発生す
ることが可能である。図３の１．０２３ＭＢＰＳＣＬ
ＯＣＫ部分にセシウム時計１から分周した１．０２３Ｍ
Ｈｚのクロック信号を供給する。

【００４４】一方、疑似ＧＰＳ衛星の識別、及び座標、
クロック補正値を示すデータは図６に示される「５０Ｂ
ＰＳＤＡＴＡＣＬＯＣＫ」をクロックとして、図２
の疑似衛星データ発生器３により発生される。このデー
タは移動体が航法演算を行う為に必要なデータであるた
め、一般に航法メッセージと呼ばれている。疑似ランダ
ム系列（ゴールドコード）に航法メッセージを重畳する
方法は広く知られている（新訂版「ＧＰＳ−人工衛星に
よる精密測位システム−」日本測地学会・編著７２頁よ
り）。

【００４５】疑似ランダム系列（ゴールドコード）に航
法メッセージを加算器４により重畳することにより作成
されたビット列は、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Key
ing）変調器５に供給されてＢＰＳＫ変調される。この
ＢＰＳＫ変調器５では位相同期発振器６から入力される
連続波のキャリア信号（１５７５．４２ＭＨｚ）を、加
算器４からのビット列に従い０度と１８０度の二つの位
相状態に変調する。この方法は、よく知られており、ミ
キサーを用いたリング変調器や、１８０度位相差を持つ
信号経路をＰＩＮダイオード等で切り換える位相器タイ
プのものを使用してもよい。位相同期発振器６は、セシ
ウム時計１から入力される安定したクロックをもとに、
ＧＰＳのＬ１信号のキャリア周波数である１５７５．４
２ＭＨｚを発生する。

【００４６】一方、移動体２０の位置を正確に把握する
ため、図２に示すレーダー装置７と空中線１０２が使用
される。レーダー装置７はよく知られており、移動体２
０に対して回転する指向性空中線１０２から電波を発射
し、その方角及び電波が往復する時間から距離を算出す
る。

【００４７】レーダー装置７からは複数の移動体の位置
情報が得られる。この中から、疑似ＧＰＳ衛星によって
サービスすべき目標を検出する必要がある。目標検出器
８は、予め定められているルート及び予定と現在の移動
体の位置との相関をとり、サービスすべき移動体２０を
決定する。なお、２次レーダーを使用すれば移動体２０
の固有情報が得られ、この処理を強化できる。サービス
すべき移動体位置は、地球表面に相当するＸ，Ｙ座標と
鉛直方向に相当するＺ座標に分解され、出力される。

【００４８】伝搬損失計算機９では目標検出器８から出
力されるサービスすべき移動体２０の座標と疑似ＧＰＳ
空中線１０８の座標の相対関係から伝搬損失を計算す
る。今、移動体２０の座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、疑似
ＧＰＳ空中線１０８の座標を（ｘ０，ｙ０，ｚ０）とす
ると、疑似ＧＰＳ空中線１０８と移動体２０との傾斜距
離ρは次の式で求めることができる。

【００４９】

【数２】また、伝搬損失Ｌ０は次式で求めることができる。

【数３】

【００５０】ここで、（３）式中、λはＧＰＳのＬ１信
号（１５７５．４２ＭＨｚ）の波長、Ｇ１は疑似ＧＰＳ
空中線１０８の利得、Ｇ２は移動体２０のＧＰＳ空中線
の利得である。これらは、システム設計の際に予め知る
ことができる。

【００５１】いま、移動体２０に対するサービスを２５
ＮＭ（ＮＭは海里）から０．５ＮＭとする。２５ＮＭの
場合の伝搬損失をＬ１とし、ある時刻の伝搬損失をＬ２
とすると、移動体２０が近づく場合、Ｌ１Ｌ２である。
現時点での可変減衰器１０の設定値をαとすると、αは
次の式で求められる。

【００５２】 α＝Ｌ１／Ｌ２（４）この設定値αを可変減衰器１０が指示することにより、
ある時刻に移動体２０が受信する疑似ＧＰＳ信号の強度
は、２５ＮＭ時点の強度と同一となる。

【００５３】また、目標検出器８から出力されるサービ
スすべき移動体２０の座標と疑似ＧＰＳ空中線１０８の
座標を示す信号は、極座標変換計算機１１にも供給され
る。極座標変換計算機１１は、ｘ、ｙ座標を用いて、ｘ
軸からの角度θを次式により求める。

【００５４】

【数４】

【００５５】極座標変換計算機１１は、（５）式により
求められた角度θを基に、疑似ＧＰＳ空中線１０８の最
大利得方向が移動体２０の方位へ向くように、空中線回
転台１２へドライブ信号を供給する。

【００５６】空中線回転台１２は、例えば図７に示すタ
ーンテーブル構造をしている。同図に示すように、空中
線回転台１２は、中心を回転軸とする円盤状基台（ター
ンテーブル）４２の中心内部にロータリージョイント４
３が設けられており、回転に関係なく高周波的に空中線
と外部とを接続している。ＧＰＳ空中線１０９は無指向
性であり、空中線回転台１２の回転に関係なくＧＰＳ衛
星群２１の信号を捕らえることができる。疑似ＧＰＳ空
中線１０８は指向性特性を有している。この例では、エ
レメントｅ１に対しエレメントｅ２の給電を９０°遅延
させると共に、空間的間隔を１２０°の電気長に配置し
た空中線を示す。更に、ｅ３は反射器を示す。この疑似
ＧＰＳ空中線１０８の指向性特性を図８に示す。

【００５７】同図に示すように、利得最大方向と反対方
向はナルが形成され、最大利得に対して約２０ｄＢの減
衰がある。パターンの半値幅１３５°であり、移動体２
０の方向を±１０°以内に捉えるならば、パターンによ
るＧ１の変化は無視できる。

【００５８】再び図２に戻って説明するに、ＧＰＳ受信
機１１０は、空中線回転台１２上に設けられたＧＰＳ空
中線１０９の出力信号を受け、測位演算によりＧＰＳ時
刻を検出する。これは、１ＰＰＳと呼ばれる１Ｈｚのパ
ルスとなり、時刻差検出器１３に入力される。時刻差検
出器１３は、ＧＰＳ時刻と疑似ＧＰＳ信号発生手段１０
１のセシウム時計１からの主クロックとの差を測定す
る。この差は航法メッセージの衛星時刻差として疑似衛
星データ発生器３へ出力される。この一連の処理によ
り、ＧＰＳ時刻と疑似ＧＰＳ衛星の遅刻系が同期され、
移動体２０における航法演算を円滑に進めることができ
る。

【００５９】この実施例によれば、可変減衰器１０の減
衰量を（４）式の値で制御することにより、移動体２０
にて受信される疑似ＧＰＳ信号は常に２５ＮＭのレベル
となる。従って、この実施例では、移動体２０における
ＧＰＳ受信機の受信部の信号強度が一定となるため、飽
和現象が発生せず、いわゆる遠近問題を解決でき、ま
た、信号強度の変化によるＧＰＳ測位精度の劣化、いわ
ゆるバイアス問題を解決できる。

【００６０】更に、疑似ＧＰＳ衛星の近傍に至るまで移
動体２０においてＧＰＳと疑似ＧＰＳの両者を使用した
測位が可能であり、ＤＯＰの改善による位置決定精度が
向上し、またＧＰＳ測位サービスの有効性を向上でき
る。また、更に、疑似ＧＰＳ衛星の信号を連続波とでき
るため、パルスを用いた疑似ＧＰＳ衛星よりも測位時間
を長くすることができ、平均化による精度が向上すると
共に、航法メッセージを重畳することができ、この航法
メッセージの中にＧＰＳ補強データを乗せることができ
る。これにより高信頼性のシステムを構築することがで
きる。

【００６１】また、ＧＰＳ空中線１０９と疑似ＧＰＳ空
中線１０８とのアイソレーションをとりつつ両者を接近
して設置できるため、擬似ＧＰＳ衛星の時刻同期を正確
に世界のＧＰＳ時刻に一致させることができる。

【００６２】なお、本発明は以上の実施の形態及び実施
例に限定されるものではなく、例えば、移動体位置検出
手段１０３はレーダー装置７以外にも、通信により位置
を知らせることができるシステムに置き換えて構成でき
ることは明らかである。

【００６３】航空機の場合、その他の監視システムの代
表例として、航空機がＧＰＳで測位した結果を地上伝達
するＡＤＳ−Ｃまたは−Ｂ（Automatic Dependent Surv
eillance -Contract or -Broadcast）のように、航空機
が通常発信しているＳＳＲ信号を地上の３カ所の空中線
で到着時刻を計測し、その差から航空機の位置を割り出
す方法等が考えられる。

【００６４】また、移動体が自動車等の場合は、携帯電
話やスペクトラム拡散無線等により、車の位置を伝達す
る方法等が考えられる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
疑似ＧＰＳ空中線から送信された送信信号の移動体での
受信信号強度を常にほぼ一定にすることができるため、
飽和現象が発生せず、いわゆる遠近問題を解決でき、ま
た、信号強度の変化によるＧＰＳ測位精度の劣化、いわ
ゆるバイアス問題を解決できる。

【００６６】また、本発明によれば、遠近問題を解決で
きるため、疑似ＧＰＳ衛星の近傍に至るまでＧＰＳと疑
似ＧＰＳの両者を使用した移動体の測位が可能であり、
ＤＯＰの改善による移動体の位置決定精度を向上でき、
また、ＧＰＳ測位サービスの有効性を向上できる。

【００６７】また、本発明によれば、疑似ＧＰＳ衛星の
信号を連続波にできるため、パルスを用いた疑似ＧＰＳ
衛星よりも測位時間を長くすることができ、平均化によ
る精度を向上できる。

【００６８】また、本発明によれば、連続波を用いるた
め、航法メッセージを重畳することができ、この航法メ
ッセージの中にＧＰＳ補強データを乗せることができ
る。これにより、高信頼性の測位システムを構築するこ
とができる。

【００６９】更に、本発明によれば、ＧＰＳ受信用空中
線と疑似ＧＰＳ送信空中線とのアイソレーションをとり
つつ両者を接近して設置できるため、擬似ＧＰＳ衛星の
時刻同期を正確に世界のＧＰＳ時刻に一致させることが
できる。このため、疑似ＧＰＳ衛星の発射電波の精度を
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のブロック図である。

【図２】本発明の一実施例のブロック図である。

【図３】図２中のゴールドコード発生器の一例の回路系
統図である。

【図４】図３中のＧ１ジェネレータの一例の構成図であ
る。

【図５】図３中のＧ２ジェネレータの一例の構成図であ
る。

【図６】衛星番号と位相選択器の設定方法を示す図であ
る。

【図７】図２中の空中線回転台の一例の構成図である。

【図８】疑似ＧＰＳ空中線の指向性特性を示す図であ
る。

【図９】ＧＰＳ衛星群と地球上の移動体の位置関係を示
す図である。

【図１０】ＧＰＳ受信機の受信部の通常の状態のときの
相関処理説明図である。

【図１１】ＧＰＳ受信機の受信部の飽和状態のときの相
関処理説明図である。

【符号の説明】

１セシウム時計２ゴールドコード発生器３疑似衛星データ発生器４排他的論理和（ＸＯＲ）回路５ＢＰＳＫ変調器６位相同期発信器７レーダー装置８目標検出器９伝搬損失計算機１０可変減衰器１１極座標変換計算機１２空中線回転台１３時刻差検出器２０移動体２１ＧＰＳ衛星群１０１疑似ＧＰＳ信号発生手段１０２空中線１０３移動体位置検出手段１０４最適レベル算出手段１０５レベル可変手段１０６方位算出手段１０７空中線回転手段１０８疑似ＧＰＳ空中線１０９ＧＰＳ空中線１１０ＧＰＳ受信機１１１同期状態監視手段

フロントページの続きＦターム(参考） 2F029 AA05 AB07 AC02 AC06 AD03 AD08 5J021 AA02 AA13 CA06 DA02 DA04 DA05 DA06 DA07 FA20 FA26 GA02 HA03 HA07 HA10 5J062 AA13 BB01 BB03 CC07 DD05 GG02

Claims

【特許請求の範囲】【発明の特徴】

【請求項１】ＧＰＳ衛星群から送信されたＧＰＳ信号
を受信するＧＰＳ空中線と、前記ＧＰＳ空中線で受信された前記ＧＰＳ信号と、該Ｇ
ＰＳ空中線の絶対座標からＧＰＳ時刻を検出するＧＰＳ
受信機と、距離測定用の疑似ランダムコードと疑似ＧＰＳデータか
らなる疑似ＧＰＳ信号を発生する疑似ＧＰＳ信号発生手
段と、前記ＧＰＳ受信機で検出された前記ＧＰＳ時刻と前記疑
似ＧＰＳ信号発生手段から入力される疑似ＧＰＳ信号の
基本クロックとの差を検出し、検出したクロック差情報
を、前記疑似ＧＰＳ信号発生手段から出力される前記疑
似ＧＰＳ信号に重畳する同期状態監視手段と、移動体の位置を検出する移動体位置検出手段と、ナルを持つ空中線であり、該ナルの方向が前記ＧＰＳ空
中線に設定されている、前記移動体に疑似ＧＰＳ信号を
送信するための疑似ＧＰＳ空中線と、前記疑似ＧＰＳ空中線の座標と前記移動体位置検出手段
により検出された前記移動体の位置座標とに基づき、前
記疑似ＧＰＳ空中線の最適な送信出力を算出する最適レ
ベル算出手段と、前記最適レベル算出手段により算出された送信出力に応
じて、前記疑似ＧＰＳ信号発生手段から出力される前記
疑似ＧＰＳ信号とクロック差情報からなる信号のレベル
を可変して前記疑似ＧＰＳ空中線に供給するレベル可変
手段と、前記移動体位置検出手段により検出された前記移動体と
の位置座標に基づいて、前記疑似ＧＰＳ空中線を中心と
する極座標系において該疑似ＧＰＳ空中線の前記移動体
に対する方位情報を算出する方位算出手段と、前記方位算出手段により算出された方位情報に基づき、
前記疑似ＧＰＳ空中線の最大利得方向を前記移動体に指
向すると共に、該疑似ＧＰＳ空中線のナル方向が常に前
記ＧＰＳ空中線方向を向くようにする構造の空中線回転
手段とを有することを特徴とする疑似ＧＰＳ衛星。
【請求項２】前記空中線回転手段は、ターンテーブル
回転軸の直上に無指向性の前記ＧＰＳ空中線が配置さ
れ、該ターンテーブル回転軸から離れた周辺に、かつ、
ナル方向が該ＧＰＳ空中線方向に設定された前記疑似Ｇ
ＰＳ空中線が配置されているターンテーブル構造である
ことを特徴とする請求項１記載の疑似ＧＰＳ衛星。
【請求項３】前記疑似ＧＰＳ信号発生手段は、クロッ
クを発生する時計と、該クロックに基づいて疑似ランダ
ム系列を発生する発生器と、衛星の識別、座標及びクロ
ック差情報を示す航法メッセージを発生する疑似衛星デ
ータ発生器と、前記公報メッセージに前記疑似ランダム
系列を重畳する加算器と、前記時計からの前記クロック
に同期して連続波のキャリアを発生する発振器と、前記
キャリアを前記加算器の出力信号で変調して変調波信号
を前記疑似ＧＰＳ信号とクロック差情報からなる信号と
して出力する変調器とよりなり、前記同期状態監視手段
は、前記ＧＰＳ受信機で検出された前記ＧＰＳ時刻と前
記時計から入力されるクロックとの差を検出し、検出し
たクロック差情報を前記疑似衛星データ発生器に前記航
法メッセージのクロック差情報として入力する時刻差検
出器からなることを特徴とする請求項１記載の疑似ＧＰ
Ｓ衛星。
【請求項４】前記移動体位置検出手段は、回転する指
向性空中線から電波を発射して前記移動体で反射させ、
該移動体からの反射電波の方角と該電波の往復時間から
前記移動体の位置を検出するレーダー装置と、予め定め
られているサービスすべき移動体のルート及び予定と前
記レーダー装置からの現在の移動体の位置情報との相関
を取ることにより、前記サービスすべき移動体の位置情
報のみを抽出する目標検出器とよりなることを特徴とす
る請求項１記載の疑似ＧＰＳ衛星。
【請求項５】前記最適レベル算出手段は、前記疑似Ｇ
ＰＳ空中線と前記移動体位置検出手段により検出された
前記移動体とから算出した傾斜距離と、前記疑似ＧＰＳ
空中線から放射される信号のキャリア周波数と該疑似Ｇ
ＰＳ空中線の利得と前記移動体のＧＰＳ空中線の利得と
から伝搬損失を計算し、計算した伝搬損失が所定値にな
るように、前記レベル可変手段のレベル可変量を制御す
る伝搬損失計算機より構成されていることを特徴とする
請求項１記載の疑似ＧＰＳ衛星。
【請求項６】前記移動体位置検出手段は、前記移動体
が発信する信号を受信して解析することにより、該移動
体の位置を検出することを特徴とする請求項１記載の疑
似ＧＰＳ衛星。