JP2001027667A - 疑似gps衛星 - Google Patents

疑似gps衛星

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JP2001027667A JP20125399A JP20125399A JP2001027667A JP 2001027667 A JP2001027667 A JP 2001027667A JP 20125399 A JP20125399 A JP 20125399A JP 20125399 A JP20125399 A JP 20125399A JP 2001027667 A JP2001027667 A JP 2001027667A
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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1.023MBPS CL
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
PS DATA CLOCK」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 5 BPSK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 21 GPS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 109 GPS空中線 110 GPS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 (6)

    【特許請求の範囲】 【発明の特徴】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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