JP2001339238A - Ｇｐｓ受信機用のアンテナ、ｇｐｓ受信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンテナの構成部品点数を削減することがで
き、その設置箇所の確保および設置が容易となるＧＰＳ
受信機のアンテナ、ＧＰＳ受信機を提供する。 【解決手段】 ＧＰＳブロックと電波時計ブロックとを
備えるＧＰＳ受信機において、ＧＰＳアンテナ４２と電
波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂとを一体化してアンテナ
６０を構成する。ここで、二本の電波時計アンテナ６１
Ａ、６１Ｂは互いに直交させてその指向性を異ならせ、
更にその受信状況に応じて電波時計アンテナ６１Ａ、６
１Ｂのいずれかを選択し、時刻情報および周波数情報の
取得を行うようにする。また、ＧＰＳアンテナ４２と電
波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂのアンテナ線を、混合
器、分配器により一本化するようにしても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カーナビゲーショ
ン等の移動体におけるナビゲーションシステムに用いら
れるＧＰＳ(Global Positioning System：全地球測位シ
ステム) 受信機用のアンテナおよびＧＰＳ受信機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＧＰＳシステムは、上空を軌道とするＧ
ＰＳ衛星を利用し、車や航空機、船舶等の移動体の地球
上における位置や移動速度をリアルタイムで求めること
ができるように開発された位置測定システムであり、近
時では、この移動体による測位以外に、地球上のある地
点間の距離や方向を測定するスタティック測量の分野等
にも広く利用されている。このようなＧＰＳシステムを
利用する場合、ＧＰＳ衛星から発信される電波を受信す
るためのＧＰＳ受信機が用いられている。

【０００３】図１３(ａ)、(ｂ)は、一般的に用いられる
ＧＰＳシステムの概略構成と、従来のＧＰＳ測位動作を
示した説明図である。図１３(ａ)に示すように、ＧＰＳ
衛星２００からは、スペクトラム拡散された１.５７５
４２ＧＨｚの信号が発信される。この発信された信号
は、その距離に応じた伝播時間後にＧＰＳ受信機２１０
のアンテナ２１１にて受信される。このアンテナ２１１
にて受信された信号は、ＲＦ部２１２によって所定の中
間周波数にダウンコンバートされ、信号同期復調部２１
３に入る。その後、この信号同期復調部２１３にて信号
の逆拡散が行われ、データが復調される。復調されたデ
ータは、信号処理部２１４にて測位計算に用いられる。
このようにして、ＧＰＳ衛星２００から発信された信号
がＧＰＳ受信機２１０にて受信され、測位計算が行われ
る。

【０００４】図１３(ｂ)は、ＧＰＳ受信機２１０にて行
われている従来のＧＰＳ測位動作を示している。まず、
電源がオン(ＯＮ)されると周波数サーチがなされる。こ
の周波数サーチは、ＧＰＳ受信機２１０内部の周波数発
振器２１５から作られる、誤差を持った低精度な周波数
を、ＧＰＳ衛星２００が発信している高精度な信号周波
数に同期させるために行われる。ここで、ある程度の相
関が検出されると、ＰＬＬ(Phase Lock Loop)を行って
位相を合わせ込み、ＧＰＳ衛星２００からの信号と内部
の信号とを完全に位相同期させる。そして、ビット境界
のエッジが検出され、データが取り込めるようになる
と、時間情報の確認が行われる。即ち、階層化された航
法メッセージ内のサブフレームにおける２ワード目に格
納され、６秒周期で１週間までの信号時刻を表すＴＯＷ
(Time Of Week)が取り込まれる。このＴＯＷが取り込ま
れると測位計算に移る。測位計算が終了すると、測位デ
ータが出力され、最終的に現在位置が計算される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、ＧＰＳの
測位方法では、ＧＰＳ衛星２００からの信号を捕捉する
ための周波数発振器２１５が必要であり、ＧＰＳ衛星２
００が発信している高精度な信号周波数に同期させるた
めには、この周波数発振器２１５が高精度であることが
要求される。しかしながら、この周波数発振器２１５
は、一般的に温度や経年変化により発振周波数が変動し
てしまう。この変動のために周波数発振器２１５を用い
てＧＰＳ衛星２００からの信号を簡単に捕捉することが
できず、上述のように、周波数サーチという仕組みを別
途、設ける必要があった。通常、この周波数サーチには
時間がかかるため、最終的に現在位置が計算されるまで
にかなりの時間を要していた。

【０００６】また、従来のＧＰＳの測位方法では、ＧＰ
Ｓ衛星２００からの信号捕捉後、信号に含まれる絶対時
間情報を全て取得するまでに、最も短時間なホットスタ
ート時でかつ最も良い条件でも６秒は必要であり、通常
では十数秒の時間がかかっていた。そして、その取得し
た絶対時間情報を用いて測位計算を行うため、現在位置
が計算されるまでにかなりの時間を要していた。更に、
従来のＧＰＳ測位方法において、ある一定時間以上経過
した後に、再度測位を行う場合には、航法メッセージを
新たに取り込むための時間が必要となり、現在位置が計
算されるまでに多くの時間がかかっていた。

【０００７】以上のような理由でＧＰＳの測位に時間が
かかる場合、例えば、カーナビゲーションシステムで
は、電源投入後、直ぐに現在位置を知ることができない
ため、目的地への道を素早く知ることができなかった
り、自立航法の誤差のために現在位置が不確定になっ
て、正しい位置に戻る時間が長くなることが問題となっ
ていた。また、最近の携帯情報端末などにＧＰＳ受信機
を内蔵または接続するような機器においては、現在位置
を素早く知ることができないことから、主に徒歩での用
途を想定すると、機器を持ったまま動けずにその場で測
位するまで待つことが必要となり、非常に不便であっ
た。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記のような課題を解決
するため、本発明者は、周波数発振器を備え、ＧＰＳ衛
星から発信される信号に基づいて測位を行う測位実行手
段と、電波時計放送局からの搬送波を受信する電波時計
受信手段と、この電波時計受信手段によって受信された
搬送波の有する周波数に基づいて測位実行手段が有する
前記周波数発振器の誤差を測定する周波数測定手段とを
備えた構成のＧＰＳ受信機についての提案を既に行って
いる(特願２０００−５７８１４号)。この技術では、外
部時計としての電波時計をＧＰＳ受信機に組み合わせ
て、電波時計から得た高精度な周波数情報を用いること
により、測位の高速化を図ることを可能とした。

【０００９】そして、上記技術に関しての更なる検討を
行ったところ、付随する問題点として以下に示すような
ものが浮上した。まず、図１４に示すように、ＧＰＳ受
信機２１０においては、衛星からの電波を受信するアン
テナ２１１が元々備えられているわけであるが、さら
に、電波時計受信機２２０において電波時計放送局から
の搬送波を受信するためのアンテナ２２１を備えること
になる。このような構成では、ＧＰＳ受信機２１０のア
ンテナ２１１と電波時計受信機２２０のアンテナ２２１
の２つを備えることとなり、構成部品数が増えるととも
にアンテナ設置箇所の確保、及び設置に手間がかかると
いう問題がある。また、アンテナ線も、アンテナ２１１
のアンテナ線２１６とアンテナ２２１のアンテナ線２２
２の計２本となってしまい、その取り回しにも手間がか
かるうえ、見た目も損なうことになる。

【００１０】また、電波時計受信機２２０では、電波
(搬送波)の受信状況が悪い場合、時刻情報や周波数情報
の取得が困難となり、ＧＰＳ受信機２１０での測位高速
化を図ることが困難となる。電波の受信状況が悪化する
要因としては、一つに標準電波の送信局である電波時計
放送局からの距離がある。当然、電波を受信する位置が
送信局から遠ければ遠いほど、電波の受信状況は悪くな
る。また、他の要因として、電波を受信するアンテナ２
２１の指向性がある。一般に電波時計受信機２２０のア
ンテナ２２１としては、図１５に示すようなバーアンテ
ナ２２３が用いられている。バーアンテナ２２３は、図
１５(ａ)の如く、その軸線が送信局２３０の方向に対し
て直交している状態が最も受信状況が良好であり、図１
５(ｂ)の如く、バーアンテナ２２３の軸線が送信局２３
０の方向に向いていると最も受信状況が悪化する。この
ように、電波時計受信機２２０のアンテナ２２１(＝バ
ーアンテナ２２３)は指向性を有しているため、アンテ
ナ２２１の方向を配慮しなければ、容易に時刻精度の低
下を招くことになる。

【００１１】かかる問題点を解決するためになされた本
発明のＧＰＳ受信機用のアンテナは、ＧＰＳ衛星から発
信される信号を受信するＧＰＳアンテナと、時刻情報を
含んだ電波を受信する電波時計アンテナと、前記ＧＰＳ
アンテナおよび前記電波時計アンテナが一体に取り付け
られたベースプレートと、を備えることを特徴としてい
る。このようにＧＰＳアンテナと電波時計アンテナとを
一体化することにより、構成部品点数を削減することが
でき、その設置箇所の確保および設置が容易となる。

【００１２】また、ベースプレートに、電波時計アンテ
ナを複数本取り付けるようにしても良い。このような構
成のアンテナを用いれば、ＧＰＳ受信機の本体側で受信
状況の良いアンテナを選択することが可能となり、選択
したアンテナで受信した電波から高精度な時刻情報や周
波数情報等を得ることが可能となる。

【００１３】さらに、複数本の電波時計アンテナを、そ
れぞれその軸線が所定の角度をなして交差するよう設け
ることも有効である。このように、指向性の異なる複数
の電波時計アンテナを備えることにより、少なくともい
ずれか一つの電波時計アンテナが、他の電波時計アンテ
ナよりも良好な受信状況となる。したがって、良好な受
信状況を安定的に得ることが可能となるのである。

【００１４】また、電波時計アンテナは、棒状のバーア
ンテナによって構成されるとともに、当該バーアンテナ
は、プレート型をなした前記ＧＰＳアンテナの複数辺に
沿って配置されていることを特徴とすることができる。
このような構成により、アンテナのコンパクト化を図る
ことができる。

【００１５】加えて、ＧＰＳアンテナで受信した信号と
電波時計アンテナで受信した信号とを混合する混合器
と、混合器で混合された信号を出力する一本のアンテナ
線と、を更に備える構成とすることもできる。このよう
にアンテナ線を一本のみとすることにより、アンテナ線
の取り回しが容易となり、また見た目を損なうこともな
い。

【００１６】また、本発明のＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛
星から発信される信号を受信するＧＰＳアンテナと、周
波数発振器を備えた測位実行手段と、電波時計アンテナ
と、電波時計アンテナによって受信された搬送波の有す
る周波数に基づいて周波数発振器の誤差を測定する周波
数測定手段と、を備えることを特徴とすることができ
る。このような構成とすれば、電波時計放送局からの搬
送波を利用して高精度な周波数情報を得ることが可能と
なる。そして、このようなＧＰＳ受信機において、ＧＰ
Ｓアンテナと電波時計アンテナとをユニット化すること
により、アンテナのコンパクト化を図ることができる。

【００１７】このＧＰＳ受信機では、前記ＧＰＳアンテ
ナで受信した信号と前記電波時計アンテナで受信した搬
送波の信号とを混合する混合器と、前記混合器で混合さ
れた信号を伝送する一本のアンテナ線と、前記アンテナ
線を介して伝送された信号を、前記測位実行手段と前記
周波数測定手段に分配する分配器と、を更に備えること
を特徴とすることもできる。

【００１８】本発明は、ＧＰＳ衛星から発信される信号
に基づいて測位を行うと共に、待機と起動を繰り返すＧ
ＰＳブロックと、時刻情報および周波数情報を含んだ電
波を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信ア
ンテナから受信状況の良好な受信アンテナを選択すると
共に、選択された前記受信アンテナで受信した電波から
得た時刻情報および周波数情報に基づいて、待機状態に
ある前記ＧＰＳブロックに対して起動信号を出力する電
波時計ブロックと、を備えることを特徴とするＧＰＳ受
信機として捉えることもできる。このように、複数の受
信アンテナから受信状況の良好な受信アンテナを選択す
ることにより、安定的に高精度な時刻情報および周波数
情報を得ることができる。さらに、電波時計ブロック
は、受信状況が所定レベル以上である受信アンテナを選
択することを特徴とすることもできる。これは、言い換
えれば受信状況が所定レベル以下のときには受信アンテ
ナを選択せず、時刻情報および周波数情報を得ないこと
になり、その結果、精度の高い時刻情報および周波数情
報のみを得ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す実施の形態
に基づいてこの発明を詳細に説明する。ここではまず、
以下に示す各実施の形態におけるＧＰＳ受信機の基本的
な構成について説明する。

【００２０】図１は、ＧＰＳ受信機の概略構成を示す説
明図である。このＧＰＳ受信機は、ＧＰＳブロック(測
位実行手段)１０と、電波時計ブロック２０と、周波数
測定ブロック(周波数測定手段)３０とを備えた概略構成
となっている。

【００２１】ＧＰＳブロック１０は、高度約２万ｋｍ上
のＧＰＳ衛星から発信された１５７５.４２ＭＨｚの電
波を受信するアンテナ部１１、このアンテナ部１１から
受信した電波を周波数発振器１２の周波数を利用して中
間周波数に下げるためのＲＦ部１３、そして、ＲＦ部１
３によって中間周波数に下げられた電波を復調し、必要
なデータを抜き出して現在位置を計算するためのディジ
タル(Digital)部１４から構成されている。

【００２２】一方、電波時計ブロック２０は、郵政省通
信総合研究所が運営している電波時計放送局から送信さ
れる標準電波である、４０ＫＨｚの搬送波を受信するア
ンテナ部２１と、アンテナ部２１により受信された搬送
波を増幅して検波する信号復調部２２と、信号復調部２
２によって検波された波形から時刻情報を読み取るディ
ジタル部２３とを備えている。本実施の形態における電
波時計ブロック２０は、常に電源が入っており、電波時
計放送局からの信号を受信し、高精度の時間情報と高精
度な周波数基準を常時保持し続けている。また、電波時
計ブロック２０は、４０ＫＨｚの搬送波であって信号復
調部２２によって増幅された検波前の周波数を周波数測
定ブロック３０に出力する。

【００２３】周波数測定ブロック３０は、内部にカウン
タ３１を備えている。このカウンタ３１は、電波時計ブ
ロック２０からの基準周波数信号で得られる正確なクロ
ックで動作させ、このクロックで作られる所定の時間
に、ＧＰＳブロック１０のＲＦ部１３からの被測定周波
数信号をカウントし、そのカウント値をＧＰＳブロック
１０における周波数発振器１２を示す周波数測定データ
(周波数情報)として電波時計ブロック２０に出力できる
ように構成されている。

【００２４】また、図２は、本実施の形態のＧＰＳ受信
機における各ブロック動作と通信内容を説明するための
図である。ＧＰＳブロック１０からは、まず、次に起動
するまでの時間間隔を指示する設定信号が電波時計ブロ
ック２０に送信され、その送信を受けた電波時計ブロッ
ク２０はＧＰＳブロック１０に対して待機信号を送出す
る。その後、電波時計ブロック２０に備えた図示しない
タイマーを起動させ、タイマーのチェックによって所定
時間の経過が判断された後に、電波時計ブロック２０か
らＧＰＳブロック１０に対して起動信号が送信される。
前記起動/待機信号の受信により、ＧＰＳブロック１０
は起動又は待機できるように構成されている。ＧＰＳブ
ロック１０は、この制御によって定期的に起動し、ＧＰ
Ｓ衛星の位置情報である測位計算に必要な航法メッセー
ジを更新する。この航法メッセージの取得が終わるとス
リープ(待機)に入るのである。また、起動時には、電波
時計ブロック２０で保持している高精度な周波数情報
(周波数オフセット)と時刻情報もＧＰＳブロック１０に
対して送信される。

【００２５】このように、ＧＰＳ受信機では、ＧＰＳブ
ロック１０が起動/待機を繰り返す、いわゆる間欠受信
(スリープ受信)を行うことで、周波数のオフセット、時
刻、航法メッセージを更新し続け、常に、高精度の周波
数基準、時刻情報、最新の航法メッセージを保持するこ
とができる。したがって、測位を開始する時点で航法メ
ッセージの取得を行わずに測位が行えるため、測位時間
を大幅に短くすることができるのである。

【００２６】図３は、ＧＰＳ受信機での測位動作を示し
た説明図である。本実施の形態によれば、まず測位を行
うためには、ＧＰＳブロック１０に電源が入った瞬間
に、電波時計ブロック２０から時刻情報と周波数情報
(誤差)をもらう。ここで、電波時計ブロック２０から、
温度や経年変化による周波数ずれが起きない高精度の周
波数を得ることができるので、図１３(ｂ)に示したよう
な周波数サーチを行う必要がなくなり、同時に高精度の
時刻情報を得ることができるので、時間情報の確認も行
う必要がなくなってくる。すなわち、これらの情報を用
いることにより、ＧＰＳ受信機では、ＧＰＳ測位に必要
な動作の一部が必要でなくなり、即座にＰＬＬを用いた
位相合わせに入ることができ、また、即座に測位計算に
移行することができ、図２に示した高速測位を行うこと
ができるようになる。その結果、測位時間が大幅に短縮
できるわけである。

【００２７】〔第１の実施の形態〕図４は、上記したよ
うな基本的構成を有したＧＰＳ受信機用のアンテナの構
造を示すものである。この図に示すように、本実施の形
態におけるＧＰＳ受信機用のアンテナ４０は、図示しな
い回路パターンを備えたベースプレート４１上に、ＧＰ
Ｓブロック１０のアンテナ部１１を構成するＧＰＳアン
テナ４２と、電波時計ブロック２０のアンテナ部２１を
構成する電波時計アンテナ(受信アンテナ)４３とが取り
付けられた構成となっている。ＧＰＳアンテナ４２は、
平面視略矩形状のプレート状であり、セラミック等の誘
電体から形成されて、この誘電体の上面(表面)と下面
(裏面)に所定形状の電極(図示無し)が被着され、また一
方の電極が給電ピン４４に接続され、この給電ピン４４
がベースプレート４１の所定の回路パターンに電気的・
機械的に接続されて固定されている。また、電波時計ア
ンテナ４３は、図示しないホルダ等を介してベースプレ
ート４１に固定されている。この電波時計アンテナ４３
は、フェライトコア４３ａに導線４３ｂを巻きつけた棒
状のバーアンテナであり、受信する電波に応じた所定長
を有している。また、ＧＰＳアンテナ４２、電波時計ア
ンテナ４３は、アンテナ線４５Ｇ、４５Ｃを介し、図１
に示したＧＰＳブロック１０、電波時計ブロック２０に
接続されている。そして、これらＧＰＳアンテナ４２お
よび電波時計アンテナ４３は、樹脂製等の防水カバー４
６によって、その全体が覆われている。このようなアン
テナ４０は、ベースプレート４１の下面に備えた図示し
ないマグネットや、その他各種アタッチメント等を用い
て、車両等に取り付けることができるようになってい
る。

【００２８】このように、ＧＰＳブロック１０と電波時
計ブロック２０とを備えるＧＰＳ受信機において、ＧＰ
Ｓアンテナ４２と電波時計アンテナ４３とを一体化して
アンテナ４０を構成することにより、アンテナ４０の設
置スペースの確保、設置の手間等を容易にすることがで
きる。

【００２９】〔第２の実施の形態〕次に、本発明に係る
ＧＰＳ受信機用のアンテナ、ＧＰＳ受信機の第２の実施
の形態について説明する。以下の説明において、上記Ｇ
ＰＳ受信機の基本的な構成の説明および第１の実施の形
態と共通する構成については、同符号を付してその説明
を省略した。図５は、第２の実施の形態におけるＧＰＳ
受信機の概略構成を説明するための図である。この図に
示すように、本実施の形態におけるＧＰＳ受信機は、電
波時計ブロック２０として、２組の電波時計ブロック２
０Ａ、２０Ｂを備えた構成となっている。なお、この図
においては、周波数測定ブロック３０(図１参照)につい
ては図示を省略した。

【００３０】図６は、このようなＧＰＳ受信機用のアン
テナ５０の構造を示すものである。この図に示すよう
に、本実施の形態におけるＧＰＳ受信機用のアンテナ５
０は、図示しない回路基板を備えたベースプレート４１
上に、ＧＰＳブロック１０のアンテナ部１１を構成する
ＧＰＳアンテナ４２と、電波時計ブロック２０Ａ、２０
Ｂのアンテナ部２１、２１を構成する電波時計アンテナ
(受信アンテナ)５１Ａ、５１Ｂとが取り付けられた構成
となっている。

【００３１】このような構成のＧＰＳ受信機において
は、電波時計ブロック２０Ａ、２０Ｂの２組のうち、ア
ンテナ部２１での電波の受信状況が良い方から、時刻情
報および周波数情報をもらうようにする。

【００３２】受信状況を判定するには、例えば、それぞ
れ、電波時計アンテナ５１Ａと５１Ｂで受信した電波信
号の強度を、それぞれ信号強度メータ、いわゆるＳメー
タ等で検出する。そして、電波時計アンテナ５１Ａ、５
１Ｂのうち、信号強度の強い方を受信状況の良いものと
して選択し、時刻情報および周波数情報を得るのであ
る。このとき、検出した信号強度が、予め設定した信号
強度以下である場合には、時刻情報および周波数情報の
抜き出しを行わないようにすることも可能である。ま
た、電波時計アンテナ５１Ａ、５１Ｂの電波信号の強度
を所定の順序で判定し、所定の信号強度以上であれば、
その時点で時刻情報および周波数情報の抜き出しを行う
ようにしても良い。例えばまず電波時計アンテナ５１Ａ
の信号強度の判定を行い、所定の信号強度以上であれ
ば、電波時計アンテナ５１Ｂの信号強度にかかわらず、
時刻情報および周波数情報の抜き出しを行うのである。
そして、電波時計アンテナ５１Ａの信号強度が所定の信
号強度以下であるときに、電波時計アンテナ５１Ｂの信
号強度の判定を行う。このとき、電波時計アンテナ５１
Ａ、５１Ｂの双方で信号強度が所定の信号強度を下回る
場合には、必要な精度の情報が得られないと判断し、時
刻情報および周波数情報の抜き出しを行わない。

【００３３】このようにして、ＧＰＳ受信機に電波時計
ブロック２０Ａ、２０Ｂのアンテナ部２１を２組備える
ことにより、一組のみの場合に比較し、信号強度の強い
電波を安定して受信することができ、より信頼度の高い
構成を実現できる。加えて、アンテナ５０に、ＧＰＳア
ンテナ４２および電波時計アンテナ５１Ａ、５１Ｂを一
体に備える構成としたので、複数の電波時計アンテナ５
１Ａ、５１Ｂを備えるアンテナ５０の設置スペースの確
保、設置の手間等を容易にすることができる。

【００３４】なお、上記第２の実施の形態では、受信状
況を判断するパラメータとして、受信した電波の信号強
度を用いる構成としたが、これ以外のパラメータを用い
ても良い。例えば、電波時計の信号は６０秒で１サイク
ルを構成するパルス信号であるため、所定のパルス、例
えば１０秒ごとに埋め込まれている「マーカ」と称され
るパルス等、を検出し、そのパルス幅が本来のパルス幅
に対し予め設定した許容範囲内にあるか否かで受信状況
を判断しても良い。このパルス幅は、電波の受信状況に
応じて増減するため、本来のパルス幅が例えば２００(m
sec)であるとすると、検出したパルス幅が、予め設定し
た許容範囲、例えば２００(msec)±１０％、つまり１８
０〜２２０(msec)内であるか否かを判定し、許容範囲内
であるときには受信状況が良いと判定するのである。こ
の場合にも、検出したパルス幅が許容範囲外であるとき
には、受信状況が良くないと判定し、時刻情報および周
波数情報の抜き出しを行わないようにしても良い。ま
た、電波時計アンテナ５１Ａ、５１Ｂのうち、パルス幅
の誤差が少ない方を選択するようにしても良い。

【００３５】〔第３の実施の形態〕次に、本発明に係る
ＧＰＳ受信機用のアンテナ、ＧＰＳ受信機の第３の実施
の形態を示す。ここで示す構成は、ＧＰＳ受信機の全体
的なシステム構成については、上記第２の実施の形態で
図５に示した構成と共通であり、アンテナの構造のみが
異なるので、アンテナのみの説明を行い、ＧＰＳ受信機
全体、および時刻情報および周波数情報を得る方法等に
ついては説明を省略する。図７に示すように、第３の実
施の形態におけるＧＰＳ受信機用のアンテナ６０は、図
示しない回路基板を備えたベースプレート４１上に、Ｇ
ＰＳブロック１０のアンテナ部１１を構成するＧＰＳア
ンテナ４２と、電波時計ブロック２０Ａ、２０Ｂのアン
テナ部２１、２１を構成する電波時計アンテナ(受信ア
ンテナ)６１Ａ、６１Ｂとが取り付けられた構成となっ
ている。ここで、電波時計アンテナ６１Ａと６１Ｂは略
Ｌ字状に配置され、その軸線が、所定角度、例えば９０
度をなして交差するよう配置されている。これら電波時
計アンテナ６１Ａ、６１Ｂは、平面視略矩形のＧＰＳア
ンテナ４２の互いに隣接する２辺に沿って配置されてお
り、これによってアンテナ６０のコンパクト化が図られ
ている。

【００３６】図８は、上記のように２本の電波時計アン
テナ６１Ａ、６１Ｂを互いに直交して配置した場合のア
ンテナ向きと信号強度の関係を示す図である。この図に
おける横軸(アンテナ向き)は、図７において、電波時計
アンテナ６１Ａの軸線を基準としたときのアンテナ６０
の送信局に対する角度である。この図８中、符号(イ)は
電波時計アンテナ６１Ａの向きと信号強度の関係、(ロ)
は電波時計アンテナ６１Ｂ(電波時計アンテナ６１Ａに
対し９０度ずれている)の向きと信号強度の関係であ
る。この図に示すように、電波時計アンテナ６１Ａ、６
１Ｂのそれぞれは、その軸線の送信局に対する向きによ
って、信号強度が上下する。ここで、このようにして、
互いに直交させた電波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂを備
えた電波時計ブロック２０Ａ、２０Ｂで時刻情報および
周波数情報を得る場合、受信した信号の信号強度が高
く、かつ予め設定した所定の信号強度〔例えば図８中符
号(ハ)〕以上であるか否かを比較し、いずれか一方から
のみ時刻情報および周波数情報を得るのである。この場
合、選択された信号は、図８中、符号(ニ)の太線のよう
になり、常に高い信号強度が得られる。図８からも明ら
かなように、電波時計アンテナ６１Ａと６１Ｂとを互い
に直交させることにより、電波時計アンテナ６１Ａと６
１Ｂの少なくともいずれか一方において所定の信号強度
以上の信号が得られる確率は高くなる。

【００３７】上述したように、２本の電波時計アンテナ
６１Ａ、６１Ｂを互いに直交させた構成のアンテナ６０
を備えることにより、ＧＰＳ受信機においては、アンテ
ナ６０の向きにかかわらず、安定して電波時計の電波を
受信することが可能となり、より高精度の時刻情報と周
波数情報を得ることができる。

【００３８】なお、上記第３の実施の形態では、時刻情
報を得る電波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂを信号強度に
よって選択する構成としたが、前記第２の実施の形態と
同様、受信したパルス信号のパルス幅が許容範囲内にあ
るか否かによって時刻情報を得る電波時計アンテナ６１
Ａ、６１Ｂを選択する場合にも、上記と全く同様に行う
ことができる。

【００３９】また、上記信号強度、パルス幅に変えて、
図９に示すように、電波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂそ
れぞれのエラーレートにより、時刻情報を得る電波時計
アンテナ６１Ａ、６１Ｂの選択を行うようにしても良
い。図９中、符号(ホ)は電波時計アンテナ６１Ａの向き
とエラーレートの関係、(ヘ)は電波時計アンテナ６１Ｂ
の向きとエラーレートの関係である。そして、符号(ト)
は、エラーレートの良い方を選択した場合の状態を示し
ている。ここで、エラーレートを得るには、まず、電波
時計ブロック２０Ａ、２０Ｂからそれぞれ得られるパル
ス信号の１秒ごとのパルス幅を検出し、検出した各パル
ス幅が所定の許容範囲内であるか否かを判定する。そし
て、所定時間にわたって上記の検出を行い、パルス幅が
許容範囲内にあるパルスの数を、時間内の全パルス数で
除すことによりエラーレートが得られる。このエラーレ
ートの規格値を予め定めておき、そして、電波時計アン
テナ６１Ａ、６１Ｂのいずれかがエラーレートが規格値
以上であるときに、時刻情報を得るよう構成とすること
もできる。

【００４０】なお、上記第２および第３の実施の形態に
おいて、２組の、電波時計アンテナ５１Ａ、５１Ｂ、電
波時計アンテナ６１Ａ、６１Ｂを備える構成としたが、
これを３組以上とすることも可能である。例えば図１０
は、アンテナ７０に、計４組の電波時計アンテナ(受信
アンテナ)７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄを備えた例
である。ここでは、これら電波時計アンテナ７１Ａ、７
１Ｂ、７１Ｃ、７１ＤをＧＰＳアンテナ４２の四辺に沿
って配置し、アンテナ７０のコンパクト化が図られてい
る。もちろん、これ以外の配置も可能である。なおこの
図１０では、電波時計アンテナ７１Ａ、７１Ｂ、７１
Ｃ、７１Ｄのそれぞれにアンテナ線４５Ｃを備える構成
としたが、例えば、互いに平行な電波時計アンテナ７１
Ａと７１Ｃ、電波時計アンテナ７１Ｂと７１Ｄを図示し
ない配線で結び、直列配置とすることも可能である。

【００４１】また、上記第３の実施の形態では、電波時
計アンテナ６１Ａ、６１Ｂの交差角度を９０度とした
が、これ以外の角度であっても良い。例えば、アンテナ
を３組以上設ける場合には、互いに隣接するアンテナ間
の角度を、例えば６０度、４５度等、他の角度としても
良い。さらに、図８や図９において、アンテナの向きを
変えたときの信号強度やエラーレートを表す図におい
て、符号(イ)〜(ト)で示した各曲線は、あたかも略半円
状をなしているが、これはあくまでも概略図に過ぎず、
実際の曲線は他の形状となり得る。

【００４２】〔第４の実施の形態〕次に、本発明に係る
ＧＰＳ受信機用のアンテナ、ＧＰＳ受信機の第４の実施
の形態を示す。ここでは、例えば上記第１の実施の形態
で示した構成において、アンテナ線４５Ｇ、４５Ｃを一
本にまとめる場合を示す。なお、以下に示す構成におい
て、前記ＧＰＳ受信機の基本的な構成の説明および第１
の実施の形態と共通する構成については、同符号を付し
てその説明を省略した。

【００４３】図１１は、本実施の形態におけるＧＰＳ受
信機の構成を示す概略図である。この図に示すように、
ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳブロック１０と、電波時計ブロ
ック２０と、周波数測定ブロック３０(図１参照)とを備
えている。そして、ＧＰＳ受信機用のアンテナ８０は、
図示しない回路基板を備えたベースプレート８１上に、
ＧＰＳブロック１０のアンテナ部１１を構成するＧＰＳ
アンテナ４２と、電波時計ブロック２０のアンテナ部２
１を構成する電波時計アンテナ４３とが取り付けられた
構成となっている。そして、ＧＰＳアンテナ４２のアン
テナ線８２と、電波時計アンテナ４３のアンテナ線８３
は、ベースプレート８１に一体に取り付けられた混合器
８４に接続されている。一方、ＧＰＳ受信機の本体内に
は、分配器８５が備えられ、アンテナ８０の混合器８４
との間は、一本の共有アンテナ線(アンテナ線)８６によ
って接続されている。

【００４４】図１２は、混合器８４と分配器８５の回路
構成の一例である。この図において、Ｖinは、ＧＰＳ受
信機本体側からの入力電圧、Ｖoutはアンテナ８０のア
ンプAmpへの入力電圧、Ｓradioは電波時計アンテナ４３
からの信号、ＳgpsはＧＰＳアンテナ４２からの信号で
ある。この図に示すように、ＧＰＳアンテナ４２と電波
時計アンテナ４３から混合器８４に入力された信号Ｓgp
s、Ｓradioは、それぞれアンプAmpにより所定のレベル
に増幅された後、混合される。このとき、混合器８４を
構成する抵抗Ｒ、コイルＬ、コンデンサＣからなるフィ
ルタにより、ＧＰＳアンテナ４２あるいは電波時計アン
テナ４３からの信号Ｓgps、Ｓradioが、アンプAmpへの
入力電圧Ｖoutに入り込むのが防止される。このように
して混合器８４で混合された信号は、共有アンテナ線８
６を介してＧＰＳ受信機本体側の分配器８５に伝送され
る。分配器８５では、コンデンサＣとコイルＬとからな
るＣＬフィルタ、コンデンサＣおよび抵抗ＲからなるＲ
Ｃフィルタにて、ＧＰＳアンテナ４２からの信号Ｓgps
と、電波時計アンテナ４３からの信号Ｓradioとに分配
され、それぞれＧＰＳブロック１０、電波時計ブロック
２０に入力される。

【００４５】このように、ＧＰＳアンテナ４２と電波時
計アンテナ４３を備えるＧＰＳ受信機において、アンテ
ナ８０とＧＰＳ受信機本体側とを共有アンテナ線８６を
介して接続することにより、配線を簡略化して、コスト
を低減するとともに、その設置を容易に行うことが可能
となり、さらには見た目を損なうこともない。

【００４６】なお、上記第４の実施の形態で示した構成
は、上記第２および第３の実施の形態にも同様に適用が
可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＧＰＳの測位時間を飛躍的に早くすることのできる電波
時計を利用したＧＰＳ受信機において、アンテナの設置
スペースの確保、および設置を容易に行うことができ
る。さらに、電波時計のアンテナを複数備えることによ
り、受信状況の良好な信号を安定して受信することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るＧＰＳ受信機の基本的な構成を
示す図である。

【図２】 各ブロック動作と通信内容を説明するための
図である。

【図３】 ＧＰＳ受信機における測位動作を示す図であ
る。

【図４】 第１の実施の形態におけるＧＰＳ受信機用の
アンテナの構造を示す図であって、(ａ)は平面図、(ｂ)
は(ａ)の正面図、(ｃ)は(ａ)の側面図である。

【図５】 第２の実施の形態におけるＧＰＳ受信機の概
略構成を示す図である。

【図６】 図５に示したＧＰＳ受信機用のアンテナの構
造を示す平面図である。

【図７】 第３の実施の形態におけるＧＰＳ受信機用の
アンテナの構造を示す平面図である。

【図８】 図７に示したアンテナの配置におけるアンテ
ナ向きと信号強度の関係を示す図である。

【図９】 図７に示したアンテナの配置におけるアンテ
ナ向きとエラーレートの関係を示す図である。

【図１０】 第３の実施の形態におけるＧＰＳ受信機用
のアンテナの構造の他の例を示す平面図である。

【図１１】 第４の実施の形態におけるＧＰＳ受信機の
概略構成を示す図である。

【図１２】 図１１に示したＧＰＳ受信機の要部の電気
回路の例を示す図である。

【図１３】 (ａ)は一般的に用いられるＧＰＳシステム
の概略構成、(ｂ)は従来のＧＰＳ測位動作を示した説明
図である。

【図１４】 本発明に先立って既に提案したＧＰＳ受信
機の概略構成を示す図である。

【図１５】 アンテナの指向性の違いを示す図である。

【符号の説明】

１０…ＧＰＳブロック(測位実行手段)、１１…アンテナ
部、１２…周波数発振器、２０，２０Ａ，２０Ｂ…電波
時計ブロック、２１…アンテナ部、３０…周波数測定ブ
ロック(周波数測定手段)、４０，５０，６０，７０，８
０…アンテナ、４１，８１…ベースプレート、４２…Ｇ
ＰＳアンテナ、４３，５１Ａ，５１Ｂ，６１Ａ，６１
Ｂ，７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ…電波時計アンテ
ナ(受信アンテナ)、８４…混合器、８５…分配器、８６
…共有アンテナ線(アンテナ線)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J021 AA02 AA06 AA13 AB02 AB06 CA06 FA32 GA02 GA08 HA05 HA08 HA09 HA10 5J046 AA08 AB12 AB13 MA09 5J062 AA02 BB01 CC07 DD02 DD14 EE05 GG00 GG02

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＧＰＳ衛星から発信される信号を受信す
   るＧＰＳアンテナと、 時刻情報を含んだ電波を受信する電波時計アンテナと、 前記ＧＰＳアンテナおよび前記電波時計アンテナが一体
   に取り付けられたベースプレートと、を備えることを特
   徴とするＧＰＳ受信機用のアンテナ。
2. 【請求項２】 前記ベースプレートには、前記電波時計
   アンテナが複数本取り付けられていることを特徴とする
   請求項１記載のＧＰＳ受信機用のアンテナ。
3. 【請求項３】 複数本の前記電波時計アンテナは、それ
   ぞれその軸線が所定の角度をなして交差するよう設けら
   れていることを特徴とする請求項２記載のＧＰＳ受信機
   用のアンテナ。
4. 【請求項４】 前記電波時計アンテナは、棒状のバーア
   ンテナによって構成されるとともに、当該バーアンテナ
   は、プレート型をなした前記ＧＰＳアンテナの複数辺に
   沿って配置されていることを特徴とする請求項２または
   ３に記載のＧＰＳ受信機用のアンテナ。
5. 【請求項５】 前記ベースプレートに取り付けられて、
   前記ＧＰＳアンテナで受信した信号と前記電波時計アン
   テナで受信した信号とを混合する混合器と、 前記混合器に一端が接続されて、当該混合器で混合され
   た信号を出力する一本のアンテナ線と、を更に備えるこ
   とを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＧＰ
   Ｓ受信機用のアンテナ。
6. 【請求項６】 ＧＰＳ衛星から発信される信号を受信す
   るＧＰＳアンテナと、 周波数発振器を備え、前記ＧＰＳアンテナで受信した信
   号に基づいて測位を行う測位実行手段と、 前記ＧＰＳアンテナと一体にユニット化され、電波時計
   放送局からの搬送波を受信する電波時計アンテナと、 前記電波時計アンテナによって受信された前記搬送波の
   有する周波数に基づいて前記周波数発振器の誤差を測定
   する周波数測定手段と、を備えることを特徴とするＧＰ
   Ｓ受信機。
7. 【請求項７】 前記ＧＰＳアンテナで受信した信号と前
   記電波時計アンテナで受信した搬送波の信号とを混合す
   る混合器と、 前記混合器で混合された信号を伝送する一本のアンテナ
   線と、 前記アンテナ線を介して伝送された信号を、前記測位実
   行手段と前記周波数測定手段に分配する分配器と、を更
   に備えることを特徴とする請求項６記載のＧＰＳ受信
   機。
8. 【請求項８】 ＧＰＳ衛星から発信される信号に基づい
   て測位を行うと共に、待機と起動を繰り返すＧＰＳブロ
   ックと、 時刻情報および周波数情報を含んだ電波を受信する複数
   の受信アンテナと、 前記複数の受信アンテナから受信状況の良好な受信アン
   テナを選択すると共に、選択された前記受信アンテナで
   受信した電波から得た時刻情報および周波数情報に基づ
   いて、待機状態にある前記ＧＰＳブロックに対して起動
   信号を出力する電波時計ブロックと、を備えることを特
   徴とするＧＰＳ受信機。
9. 【請求項９】 前記電波時計ブロックは、受信状況が所
   定レベル以上である受信アンテナを選択することを特徴
   とする請求項８記載のＧＰＳ受信機。