JP2002082157A - コールドスタート方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コールドスタートに要する時間を短縮する。 【解決手段】 固定順のテーブルに基づき１個目の衛星
を捕捉した後（１００）、２個目の衛星の捕捉（１０
６）及び３個目以降の衛星の捕捉（１０８）を、最適化
された優先順位に従い実行する。優先順位の最適化は、
代表的使用地域（大陸）における衛星の出現順序や最高
仰角に加え、前回測位時までの受信履歴や衛星の健康／
不健康に関する情報に基づき行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測位演算を起動す
るためのコールドスタート方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧＰＳ (Global Positioning System)は
ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System)の一種
である。ＧＮＳＳでは、地球を周回する多数の測位衛星
（本願では単に「衛星」と呼ぶ）からの信号を、地球上
の測位装置にて受信する。衛星からの信号は拡散コード
によりスペクトル拡散変調されているため、測位装置で
は、衛星からの信号の受信に際し衛星からの信号とのコ
ード同期を確立して（衛星の捕捉：アクイジション）そ
の状態を維持し（衛星の追尾：トラッキング）、その結
果スペクトル逆拡散された信号から航法メッセージ等を
復調し、同時にコード同期回路における同期位相等の情
報を得る。

【０００３】測位装置は、同期位相や航法メッセージ等
の情報に基づき、捕捉した衛星それぞれと測位装置との
幾何学的位置関係に着目した原理に基づく所定の測位演
算を行い、その結果として得られる測位装置の現在位置
等を出力する。従って、測位演算を行うには、測位装置
の現在位置にて捕捉できる衛星の個数が、測位演算の原
理上要求される個数以上でなければならない。一般に、
例えばＧＰＳにおける３次元測位には４個以上の、高度
既知の条件下での測位である２次元測位には３個以上の
衛星を、捕捉・追尾できねばならない。

【０００４】ＧＰＳを利用する測位装置を一般にＧＰＳ
受信機と呼ぶ。図１に、ＧＰＳ受信機の一例構成を示
す。この図に示す構成は「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）等に記載
されている従来公知の構成である。衛星からの信号はア
ンテナ１０により受信され、ＲＦ増幅器１２により増幅
され、周波数変換部２０により無線周波数から中間周波
数に変換され、ＩＦ増幅器２２により増幅された後、各
受信チャネル２４に供給される。

【０００５】受信チャネル２４はｎ個（ｎは通常は２以
上）設けられており、それぞれ、コード発生器２６、コ
ード同期回路２８及び航法メッセージ解読部３０を有し
ている。コード発生器２６は、衛星にてスペクトル拡散
変調に使用されている拡散コードに相応する拡散コード
を発生させ、コード同期回路２８に供給する。コード同
期回路２８は、コード発生器２６から供給される拡散コ
ードとＩＦ増幅器２２からの受信信号との相関検出等を
行う。受信チャネル２４の後段に設けられている測位演
算衛星選択処理部３２は、コード同期回路２８における
相関検出の結果等に応じてコード発生器２６における拡
散コードの発生位相即ちコード位相を制御し、このコー
ド位相を受信信号におけるコード位相と同期させること
によって、受信信号をスペクトル拡散復調させる。

【０００６】航法メッセージ解読部３０は、スペクトル
拡散復調された受信信号から航法メッセージ等の情報を
解読し、測位演算衛星選択処理部３２に供給する。測位
演算衛星選択処理部３２は、このときのコード位相や航
法メッセージ解読部３０からの情報を用いて測位演算を
行う。また、測位演算衛星選択処理部３２は、予め与え
られている軌道暦情報（ＲＯＭアルマナック）や、航法
メッセージ解読部３０により得られる軌道情報（エフェ
メリス）或いは軌道暦情報（アルマナック）を用いて、
測位演算のため捕捉すべき衛星の組合せを決定し、その
結果に応じて、各受信チャネル２４による捕捉対象を設
定する。具体的には、コード発生器２６にて発生させる
拡散コードを捕捉すべき衛星に対応したものに設定する
等の処理を実行する。

【０００７】なお、周波数変換部２０における周波数変
換に使用される局部発振信号は、水晶等の基準発振器１
６の発振出力に基づきＬＯＣ１８にて生成される。基準
発振器１６の発振出力は、コード発生器２６における位
相基準となるほか、測位演算衛星選択処理部３２等に与
えられるリアルタイムクロック（ＲＴＣ）の生成にも利
用できる。

【０００８】電源投入時等、測位演算衛星選択処理部３
２における測位演算を起動する際には、ＧＰＳ受信機の
現在位置及び現在時刻に関する情報を、多少大まかでは
あっても、与えるのが望ましい。即ち、測位演算を起動
するのに先立ち、ＧＰＳ受信機の現在位置・時刻と各衛
星の軌道が概略にでもわかっていれば、ＧＰＳ受信機と
衛星の幾何学的関係を概略にではあれ導出でき、測位演
算に使用する衛星の選択、選択した衛星の捕捉追尾、そ
して測位演算の起動を、迅速に実行できる（ウオームス
タート）。各衛星の概略軌道を示す情報としては、測位
演算衛星選択処理部３２内の不揮発性メモリ等に予め格
納されているＲＯＭアルマナックや、以前に測位演算を
行った際に航法メッセージから収集し測位演算衛星選択
処理部３２内の電源バックアップメモリ等に格納してお
いたアルマナックを、利用できる。ＧＰＳ受信機の概略
位置・時刻は、図示しない操作部からの使用者による入
力操作によって与えるか、或いは、以前に測位演算を行
った際に現在位置として得られている位置等を援用す
る。

【０００９】しかし、状況によっては、ＧＰＳ受信機の
概略位置等が情報として与えられておらず、ＲＯＭアル
マナックを手がかりとして測位演算を起動しなければな
らないことがある。この種の起動モードをコールドスタ
ートと呼ぶ。コールドスタートに際しては、測位演算衛
星選択処理部３２は、例えば、図２に示すＣＳＦ(Cold
Start Fix)手順を実行する。

【００１０】この図に示す手順では、３個（２次元測
位）又は４個（３次元測位）以上の衛星を捕捉できるま
で（１０２）、ｎ個の受信チャネルに対して衛星及びコ
ード位相を逐次割り当てることによって、捕捉できる衛
星を探す（１００）。この衛星サーチの後、測位演算を
実行するための測位ルーチンが起動される（１０４）。
また、衛星をサーチする順序は、図中右半分に示されて
いるように、テーブル上で固定的に設定されている。こ
の固定順のテーブルは、例えばＲＯＭアルマナックであ
り又はＲＯＭアルマナックから二次的に作成したテーブ
ルである。図中、「優先順位」は衛星サーチに供する順
序、「衛星番号」は衛星を特定する番号・符号である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ＣＳＦ手順によるコー
ルドスタートという起動モードを設けておく意義は、現
在位置や時刻が皆目不明である状況下でもまた地球上の
どこでも、衛星が“見える”限りは測位演算を起動でき
るようにする点にある。しかしながら、ＣＳＦ手順によ
るコールドスタートには、ウオームスタートに比べ起動
までに長時間が必要であり、起動までに長時間（例えば
数分）が必要であることが、使用性改善の上で問題とな
っていた。本発明の目的は、コールドスタートに要する
時間を短縮することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係るコールドスタート方法は、
（１）地球を周回する衛星の中から現在位置及び現在時
刻にて少なくとも捕捉しうる所定個数以上の衛星を捕捉
して測位演算を行う測位装置にて、現在位置及び現在時
刻を概略定める初期情報を有していない状態から測位演
算を起動する際に、実行されるコールドスタート方法で
あって、（２）衛星を捕捉するまで衛星をサーチする１
衛星目サーチステップと、（３）追尾できる状態にある
捕捉済の衛星の個数が上記所定個数以上に至るまで、各
衛星の飛来時刻及び仰角に関する飛来予報情報に基づ
き、かつ、１衛星目サーチステップにて捕捉済の少なく
とも１個の衛星に応じて、衛星を選びサーチする最適化
サーチステップと、（４）１衛星目サーチステップ及び
最適化サーチステップの実行後測位演算を起動する測位
演算起動ステップと、を有することを特徴とする。

【００１３】このように、従来のように必要個数を捕捉
するまで固定順で衛星サーチを行うのではなく、最初の
１個の衛星が捕捉された後は、各衛星の飛来時刻及び仰
角に関する飛来予報情報、特に飛来予報情報における捕
捉済衛星と他の衛星との関係に基づき、衛星を選びサー
チするようにしたため、本発明によれば、２個目以降の
衛星をサーチし捕捉するのに必要な時間が従来より短縮
されることとなり、コールドスタート時における測位演
算の起動に要する時間が従来に比べ短縮されることとな
る。

【００１４】また、本発明における最適化サーチステッ
プは、例えば、（１）飛来予報情報に含まれる情報のう
ち、１衛星目サーチステップにて捕捉済の少なくとも１
個の衛星の飛来時刻と他の衛星の飛来時刻との相互関係
に基づき、優先順位を決め、少なくとも更に１個の衛星
を捕捉するまで、この優先順位に従い衛星をサーチする
第１最適化サーチステップと、（２）飛来予報情報に含
まれる情報のうち、１衛星目サーチステップ又は第１最
適化サーチステップにて捕捉済の少なくとも２個の衛星
の飛来時刻と他の衛星の飛来時刻との相互関係に基づき
優先順位を決め、追尾できる状態にある捕捉した衛星の
個数が上記所定個数以上に至るまで、この優先順位に従
い衛星をサーチする第２最適化サーチステップとを、含
む。

【００１５】ここに、１衛星目サーチステップにより１
個目の衛星が捕捉されただけの段階では、使用者のいる
地域及び時間帯を概略的にすら推定することもできな
い。これに対して、第１最適化サーチステップの実行に
より１衛星目サーチステップで捕捉済のものと併せ少な
くとも合計２個の衛星が捕捉された段階では、これら少
なくとも２個の衛星の前後関係から、地域を少なくとも
大陸的規模では推定することができ（例えば北米大陸な
のかヨーロッパ大陸なのかは識別でき）、時間帯につい
ても同様に推定が可能となっている。そのため、第２最
適化サーチステップでは、衛星の飛来時刻の相互関係に
基づき、高い優先順位を与える衛星を絞り込み、３個目
以降の衛星をより早期に捕捉するようにしている。即
ち、２個目の衛星を捕捉するための第１最適化サーチス
テップから切り離して、３個目以降の衛星を捕捉するた
めの第２最適化サーチステップを設けることにより、最
適化サーチステップの実行に要する時間を短縮すること
ができ、ひいてはコールドスタートに要する時間を更に
短縮することができる。

【００１６】更に、第１最適化サーチステップを実行す
る上で、測位装置（例えばＧＰＳ受信機）が使用される
可能性が高い複数個の地球区画を想定しておくのが望ま
しい。ここで言う地球区画とは、大陸的な規模を有する
地域、例えば北米大陸、ＥＵ地域、日本及びその近隣地
域、豪州大陸等であり、好ましくは、ＧＰＳ受信機が使
用される頻度が高い地域を想定する。第１最適化サーチ
ステップでは、これら、測位装置が使用される可能性の
高い複数個の地球区画それぞれの上空への衛星の飛来時
刻の相互関係に基づき、各衛星の優先順位を決める。

【００１７】また、ＧＰＳ等のように、地球表面に対す
る衛星の軌道周回周期が２４時間より短いシステムの場
合には、ある任意の地球区画の上空にある衛星が１日に
複数回飛来することがある。そのため、第１最適化サー
チステップでは、捕捉済の衛星が１日に複数回飛来する
地球区画については、当該複数回の飛来毎に即ち複数個
の飛来時間帯毎に、衛星の飛来時刻の相互関係に基づ
き、各衛星の優先順位を決める。

【００１８】このような形態で第１最適化サーチステッ
プを実行することによって、測位装置が現存している地
域が複数個の地球区画のいずれに属するのか、並びに現
在時刻がいずれの時間帯に属しているのかを、少なくと
も大陸規模では確定することができる。

【００１９】また、上述した複数個の地球区画に関し、
いずれかの地球区画のみを対象として、或いはいずれか
の地球区画を優先して、第１最適化サーチステップを実
行させることができるようにすれば、第１最適化サーチ
ステップの開始から終了までに要する時間を更に短縮す
ることができる。まず、上述した複数個の地球区画のう
ちいずれかを使用者が選択した場合には、選択されてい
ない地球区画の上空への衛星飛来状況を特に考慮しない
で、優先順位を決めるようにする。例えば、使用者が
「どこにいるかは不明だが少なくとも日本を脱出しては
いない」と認識しておりいくつかの地球区画の中から
「日本」を選択している場合、それを受けて「日本」以
外の地球区画例えば「ＥＵ」や「北米」を第１最適化サ
ーチステップの実行対象外区画とすれば、第１最適化サ
ーチステップの所要時間を短縮することができる。

【００２０】また、上述した複数個の地球区画のうちい
ずれかが、測位装置が使用される可能性が特に高い地球
区画として予め、又は使用者により、選択されていると
する。その場合に、衛星の飛来時刻の相互関係に基づく
優先順位決定に際し、選択されている地球区画の上空へ
の衛星の飛来時刻の相互関係を、選択されていない地球
区画の上空への衛星の飛来時刻の相互関係より優先さ
せ、優先順位決定を行うのが望ましい。即ち、測位装置
が「北米」ではなく「日本」にて使用される可能性が高
い場合には、その旨の（工場出荷時）初期設定を行って
おき或いは使用者が選択設定を行うことにより、日本上
空における衛星の飛来時刻の相互関係に基づき高い優先
順位を付与すべきであると判断された衛星には、北米上
空への衛星の飛来時刻の相互関係に基づき高い優先順位
を付与すべきであると判断された衛星よりも高い優先順
位が付与されることとなるため、第１最適化サーチステ
ップの所要時間が短縮される。

【００２１】更に、前述のように、第１及び第２最適化
サーチステップにおける優先順位の決定は、衛星の飛来
時刻の相互関係に基づき実行される。そのとき、捕捉済
衛星に相前後して飛来する衛星即ち前後飛来衛星を優先
的にサーチすれば、高い確率で捕捉できるといえる。そ
のため、本発明の好ましい実施形態では、前後飛来衛星
選択を行う。即ち、捕捉済の衛星の飛来時刻により近い
時刻に飛来する衛星がより先にサーチされるよう、各衛
星の優先順位を決める。これにより、第１または第２最
適化サーチステップの所要時間を短縮することができ
る。

【００２２】また、前後飛来衛星選択の一形態或いは例
外的処理として、高仰角前後飛来衛星選択がある。これ
は、捕捉済の衛星の飛来時刻により近い時刻に飛来する
他の衛星が存在しており、従って前後飛来衛星選択では
当該他の衛星の方により高い優先順位が付与されるはず
の衛星であっても、飛来予報情報から見てその最高仰角
が所定の基準を満たす衛星には、例外的に、当該他の衛
星より高い優先順位を与える、という優先順位決定論理
である。仰角が高い衛星は、一般に、建物等に遮られず
に捕捉できる可能性が高く、大陸間の移動程度で捕捉が
不可能になることはない。そのため、高仰角前後飛来衛
星選択を行うことによって捕捉に成功する可能性が高ま
り、第１又は第２最適化サーチステップの所要時間をよ
り短縮することができる。

【００２３】前後飛来衛星選択（及びその一形態である
高仰角前後飛来衛星選択）に際しては、捕捉済の衛星の
飛来時刻より前の時刻に飛来する衛星と、後の時刻に飛
来する衛星とが、交互にサーチされることとなるよう、
捕捉済の衛星の飛来時刻に対する飛来時刻の前後に分け
て、各衛星に優先順位を与えるのが望ましい。例えば、
捕捉済の衛星より少し前に飛来しているはずの衛星をサ
ーチしたにもかかわらず捕捉に成功しなかった場合に
は、まだサーチを行っていない側即ち捕捉済の衛星より
少し後の時刻に飛来する衛星を次にサーチするようにす
れば、結果として捕捉に成功する可能性が高い衛星を順
にサーチしていくこととなり、第１又は第２最適化サー
チステップの所要時間を短縮することができる。

【００２４】また、ＲＯＭアルマナックから固定順のテ
ーブルを作成してサーチを行う等の形態で１衛星目サー
チステップが行われている場合、即ち各衛星の概略軌道
に関する軌道歴情報により予め決定された固定の順序に
従い衛星をサーチしている場合、前後飛来衛星選択に際
しては、１衛星目サーチステップにてサーチが行われて
いない時間帯の衛星に比較的高い優先順位が付与される
確率が高まるよう、捕捉済の衛星の飛来時刻より前の時
刻に飛来する衛星と、後の時刻に飛来する衛星のどちら
により高い優先順位を与えるかを、決定するようにす
る。例えば、１衛星目サーチステップにおいて、飛来時
刻が早いものから順にサーチが行われている場合には、
前後飛来衛星選択に際しては、捕捉済の衛星の飛来時刻
よりも後の時刻に飛来する衛星に、より高い優先順位を
与える。また、この処理は、使用地域が判明している場
合や、地域間に順位をつけて処理を行っている場合に、
より有効である。なお、このように軌道歴情報をＲＯＭ
アルマナック等の形で実装している場合には、最適化サ
ーチステップでは、優先順位決定の基礎となる飛来予報
情報をこの軌道歴情報から導出すればよい。

【００２５】更に、１衛星目サーチステップ及び第１最
適化サーチステップにて２個以上の衛星が捕捉された
後、これに続く第２最適化サーチステップにて３個目以
降の衛星を捕捉するためのサーチの優先順位を決める際
には、前後飛来衛星選択によって高い優先順位が付与さ
れる衛星よりも高い優先順位を、捕捉済の２個の衛星の
飛来時刻に挟まれた期間内に飛来する衛星に対し付与す
るようにするのが望ましい（中間飛来衛星選択）。即
ち、既に２個の衛星を捕捉しているのであれば、それら
２個の衛星の飛来時刻の中間の時刻に飛来するはずの衛
星に対して、より高い優先順位を与えるようにすれば、
第２最適化サーチステップの所要時間を短縮することが
できる。

【００２６】更に、例えば以前の測位演算実行時におけ
る受信履歴が測位装置内に記憶又は記録として残されて
いる場合、当該履歴に係る衛星に対しては、他の衛星よ
りも高い優先順位を与えるのが望ましい（受信履歴保有
衛星選択）。即ち、受信履歴が得られてから現時点まで
の間における移動や時間経過が、現在位置から見た衛星
配置が大きく変化するほどではない場合もあるため、受
信履歴保有衛星選択を行うことによって、第１又は第２
最適化サーチステップの所要時間を短縮することができ
る。受信履歴保有衛星選択は、１衛星目サーチステップ
でも実行するのが望ましい。

【００２７】更に、受信履歴保有衛星選択に際しては、
履歴として残されている受信時刻及び最終受信レベルに
基づいて優先順位を決めるのが望ましい。即ち、履歴が
残されている衛星が複数ある場合に、履歴として残され
ている受信時刻がより新しいものにより高い優先順位を
与え、受信時刻が同じであれば履歴として残されている
最終受信レベルがより高いものにより高い優先順位を与
えることが望ましい。このようにすることによって、現
在でも捕捉できる可能性が高い衛星に対し、高い優先順
位を与えることが可能になり、第１又は第２最適化サー
チステップの所要時間を短縮できる。

【００２８】更に、各衛星の概略軌道に関する軌道歴情
報例えばＲＯＭアルマナック中で不健康とされている衛
星に対しては、他の衛星より低い順位を与えるのが望ま
しい（不健康衛星選択）。即ち、軌道歴情報中で不健康
とされている衛星は、捕捉することができないか、或い
は捕捉することができても正常なデータを得ることがで
きないか、いずれかである可能性が高いため、その種の
衛星はできるだけサーチ対象とならないようにするのが
望ましい。

【００２９】また、第１又は第２最適化サーチステップ
においては、それ以前のステップにおいて捕捉済の衛星
をサーチの対象から除外するのではなく、低い優先順位
ではあるもののサーチの対象として残しておくのが望ま
しい。これは、一旦捕捉はしたものの、追尾することが
できず、結果として見失ってしまうことがあるためであ
る。その際の優先順位は、例えば、軌道歴情報中で不健
康とされている衛星よりは高いものの、それ以外の衛星
よりは低い優先順位とするのが望ましい。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し図面に基づき説明する。なお、本発明は、図１に示
したＧＰＳ受信機にて、特にその測位演算衛星選択処理
部３２にて実行することが可能である。そのため、ここ
では本発明を図２に示した従来のＣＳＦ手順の変形によ
り実施した例を説明する。しかしながら、本発明は、所
定個数以上の衛星を捕捉し、軌道歴情報を用いてコール
ドスタートに係る手順を実行する測位装置であれば、Ｇ
ＰＳ受信機以外でも実施できる。また、図１中にはキャ
リアの種類（Ｌ１かＬ２か）、拡散コードの種類（Ｃ／
ＡコードかＰコードか）等を明示していないが、本発明
の適用対象はそれらによって限定を受けるものではな
い。本発明は、更に、ＷＡＡＳ（Wide Area Argumentat
ion System）等のアーギュメンテーションシステムによ
り補強されたＷＡＤＧＰＳ（Wide Area Differential G
PS）等にも適用できる。その場合、ＣＳＦ手順における
選択対象として、静止軌道上のＷＡＡＳ衛星等も含めて
もよい。

【００３１】図３に、本発明の一実施形態におけるＣＳ
Ｆ手順を示す。この図に示す手順は、図２に示す手順と
同様、固定順のテーブルを用いて１個目の衛星をサーチ
するステップ１００を有している。本実施形態における
ステップ１００は、より詳細には、受信履歴保有衛星
（後述）について最近のものから（同時刻のものは高受
信レベルのものから）順にサーチを行った上で、従来の
ステップ１００と同様の固定順サーチを行うステップで
ある。また、本手順は、３個以上（２次元測位の場合）
又は４個以上（３次元測位の場合）の衛星を捕捉した後
に測位ルーチンを起動するステップ１０４も有してい
る。

【００３２】本実施形態が図２に示した従来技術に比べ
て特徴的なところは、必要個数の衛星全てをステップ１
００でサーチ・捕捉するのではなく少なくとも１個をサ
ーチ・捕捉できればよいこと、ステップ１００実行後ス
テップ１０４実行前に１衛星トラッキング後最適化衛星
サーチに係るステップ１０６と２衛星トラッキング後最
適化衛星サーチに係るステップ１０８とを順に実行して
いること等にある。

【００３３】これらステップ１０６及び１０８は、いず
れも、最適化された優先順位に基づく衛星サーチを実行
するステップであり、ステップ１０６は２個目の衛星
を、ステップ１０８は３個目以降の衛星を捕捉するため
のステップである。ステップ１０６及び１０８において
は、衛星サーチの優先順位は、前回測位時までの受信履
歴、代表的使用地域（大陸）における衛星の出現順序や
最高仰角、衛星の健康／不健康の別等に基づき、最適化
される。ここでは、代表的使用地歴（大陸）として、日
本、欧州（ＥＵ）、北米、豪州等、大陸的な規模を有す
る地域即ち前掲の地球区画を想定している。

【００３４】ステップ１０６における１衛星トラッキン
グ後最適化衛星サーチは、次のようにして実行される。
まず、測位演算衛星選択処理部３２は、最適化された優
先順位が最も高い衛星から順に選ぶ。測位演算衛星選択
処理部３２は、選んだ衛星に係る拡散コードが生成され
るよう、選んだ衛星をｎ個の受信チャネル２４に割当・
設定し、コード位相についても適宜割当・制御を行う。
ｎ個の受信チャネル２４間に優先度の高低がある設計下
では、優先度が高い受信チャネル２４から順にサーチ対
象たる衛星を割り当てる。先に従来技術に関し説明した
ように、ｎ個の受信チャネル２４は互いに協働して或い
は個別に衛星をサーチし、その結果得られた情報を測位
演算衛星選択処理部３２に供給する。本実施形態の場
合、測位演算衛星選択処理部３２は、少なくとも１個の
衛星の捕捉に成功するまでこのサーチを繰り返し実行す
る。従来技術と異なり、１個の衛星の捕捉に成功する
と、動作はステップ１０８に移行する。

【００３５】ステップ１０６を実行する際、測位演算衛
星選択処理部３２は、ステップ１００にて捕捉された１
個目の衛星を手がかりとして、かつ、ＲＯＭアルマナッ
クとして与えられている軌道歴情報に基づき、表１に示
される優先順位に従い衛星を選択する。優先順位付与の
基準は表２に示すとおりである。

【００３６】

【表１】

【表２】 表１に現れている衛星のうち、最も高い優先順位が付与
される受信履歴保有衛星は、過去測位時に受信したこと
がある衛星であり、その結果として、ＧＰＳ受信機内部
に受信履歴が記憶又は記録として残されている衛星であ
る。受信履歴の記憶・記録の形態としては、例えば、書
込可能な不揮発性メモリによる記憶、電源バックアップ
された揮発性メモリによる記憶、外部記録媒体への記録
等がある。記憶素子は図１中に示されていないが、例え
ば、測位演算衛星選択処理部３２内に又はその周辺に設
ければよい。受信履歴保有衛星が複数ある場合には、表
２に示したように、その受信履歴が最も新しいもの、即
ち受信時刻が新しいものに高い優先順位を付与する。こ
れによって、比較的最近に捕捉・受信したことがあり現
在でも捕捉できる見込みが高いものが、優先的にサーチ
される。また、受信時刻が同じ複数の受信履歴保有衛星
がある場合、それらの中で最終受信レベルが最も高いも
のに高い優先順位を付与する。これによって、最も良好
な信号受信状態を期待できるものが、優先的にサーチさ
れる。

【００３７】表１中、受信履歴保有衛星に次ぐ優先順位
が付与されるのは、高仰角前後飛来衛星である。ここで
言う高仰角前後飛来衛星とは、捕捉済衛星に前後して飛
来する衛星即ち前後飛来衛星の中で、その最高仰角が基
準値（例えば５０°）以上のものである。例えば、ＲＯ
Ｍアルマナック等の軌道歴情報から導出される飛来予報
情報が、図４に示すようなものであり、この図中におい
て白抜き矢印で示される曲線が捕捉済の衛星を示すもの
であるとする。図示されている衛星の中で、その最高仰
角が基準を上回り、捕捉済衛星に最も近い時刻に飛来す
る衛星は、（１）及び（２）である。これらの衛星即ち
高仰角前後飛来衛星は、高仰角であるため電波遮蔽等の
影響を受けず、なおかつ大陸間の移動程度では捕捉が不
可能にならず、前後飛来であるため捕捉できる可能性の
高い衛星であるから、本実施形態では、受信履歴保有衛
星に次ぐ高い優先順位を付与している。

【００３８】また、ステップ１００で使用する固定順の
テーブルが、飛来時刻が早いものから順にサーチするテ
ーブルである場合には、捕捉済衛星よりも後に飛来する
高仰角前後飛来衛星（１）に対し、前に飛来する高仰角
前後飛来衛星（２）よりも高い優先順位を付与する。こ
れは、捕捉済衛星より前の時間帯に飛来する衛星はステ
ップ１００で既にサーチの対象とされている可能性が高
く、捕捉済衛星より後に飛来する衛星はステップ１００
でサーチされていない可能性が高いこと、即ち“後”の
方が捕捉できる衛星が存在する見込みが高いといえるこ
とによる。また、“前”“後”の別に応じたこの優先順
位設定については、使用地域が判明している場合や、地
域間に優先順位があり使用地域らしき地域が推測できる
場合に有効とする。

【００３９】更に、衛星の飛来状況は各地域毎に異なる
が、図８中に注記したように、“どの衛星を捕捉できる
か”にかかわる大まかな配置関係は、１個の大陸内の移
動程度では変化しない。そのため、本実施形態では、日
本、欧州、北米、豪州といった大陸的な規模を有する地
域毎に、高仰角前後飛来衛星を前後各１個合計２個ずつ
選択する。工場出荷時等における初期設定の順序或いは
使用者によるコマンド設定により、いずれかの地域のみ
が選択されている場合には、他の地域については、高仰
角前後飛来衛星の選択及び優先順位付与は行わない。ま
た、いずれかの地域を他の地域に対し優先させる旨の設
定が、工場出荷時に或いは使用者によるコマンド設定に
て行われている場合には、その地域に係る高仰角前後飛
来衛星を他の地域に係る高仰角前後飛来衛星に比べて高
い優先順位とする。

【００４０】表１中で、高仰角前後飛来衛星に次ぐ優先
順位が与えられているのは、前後飛来衛星である。前後
飛来衛星に対しては、その最高仰角の値を問わず、捕捉
済衛星に対する飛来時刻の近さを主たる基準として、優
先順位の付与を選択する。但し、高仰角前後飛来衛星同
士の優先順位関係を決めたときと同じく、捕捉済衛星よ
り後に飛来する衛星、前に飛来する衛星、２つ後に飛来
する衛星、…という順序で、高い優先順位を与える。図
５に示した例でいえば、捕捉済衛星の後に飛来する衛星
（１）、前に飛来する衛星（２）、２つ後に飛来する衛
星（３）、２つ前に飛来する衛星（４）、３つ後に飛来
する衛星（５）、３つ前に飛来する衛星（６）、…とい
うように、優先順位を付与する。前後飛来衛星として選
択する衛星の個数は、上限制限する。また、この優先順
位設定についても、高仰角前後飛来衛星について述べた
特定の場合に有効とする。

【００４１】なお、高仰角前後飛来衛星、前後飛来衛星
等を選択する単位となる地域（大陸）としては、製品
（ＧＰＳ受信機）が使用される可能性の高い地域（大
陸）だけを想定すれば、商業的には十分である。例え
ば、ＧＰＳ受信機が併用或いは内蔵されるカーナビゲー
ションシステムは、日本、欧州、北米等で特に広い普及
をみているから、カーナビゲーションに利用するＧＰＳ
受信機であれば、日本、欧州（ＥＵ）、北米の３地域を
想定すれば十分である。その場合、３地域×（前，後）
＝６個の衛星を、高仰角前後飛来衛星として扱う。前後
飛来衛星も地域それぞれについて選択する。また、ほと
んど日本国外では使用されないＧＰＳ受信機であれば、
日本のみを想定すれば十分である。更に、ＧＰＳの場
合、衛星が軌道上を周回するのに要する時間は、約１１
時間５８分であり、１２時間に満たない。そのため、Ｇ
ＰＳ衛星が地球を周回する期間における地球の自転を考
慮すると、１日に２回、同一の衛星が上空に飛来する地
域があり得る。そのようなケースでは、図４或いは図５
に示した論理による衛星選択を、捕捉済衛星が飛来する
２通りの時間帯双方について、行う。

【００４２】表１中、前後飛来衛星に次ぐ優先順位が付
与されているのは、捕捉済衛星、即ち１衛星目のサーチ
で捕捉した衛星である。このように捕捉済衛星を優先順
位付与の対象に含めるのは、一旦捕捉はしたもののこれ
を追尾できず見失ってしまうことがあり得るためであ
る。捕捉済衛星に次ぐ優先順位、従って最低の優先順位
が付与されるのは、ＲＯＭアルマナック上で不健康とさ
れている衛星である。不健康な衛星は、仮にその衛星を
捕捉できたとしても不正常な受信データしか得られない
ことが多く、また、捕捉すらできないこともあるが、表
１では、最低の優先順位とはいえ、優先順位付与の対象
に含めている。これは、ＲＯＭアルマナックでは不健康
とされているが現在は健康状態に復帰している可能性が
あるからである。

【００４３】ステップ１０６実行後に実行されるステッ
プ１０８においては、測位演算衛星選択処理部３２は、
表３に従い最適化された優先順位に従い、２衛星目以降
の衛星をサーチする。測位演算衛星選択処理部３２は、
優先順位に従いこの衛星サーチを繰り返す。それによっ
て、ステップ１００及び１０６で捕捉した衛星と併せ３
個以上（２次元測位の場合）又は４個以上（３次元測位
の場合）の衛星を捕捉し追尾できる状態に至った時点
で、ステップ１０８を終了し、ステップ１０４に移行す
る。

【００４４】

【表３】

【表４】 表３中、受信履歴保有衛星、前後飛来衛星、捕捉済衛星
及び不健康衛星は表１におけるそれらと同様のものであ
る。但し、表３中の捕捉済衛星には、ステップ１０６で
捕捉した衛星も含まれる。

【００４５】また、ステップ１０６を終えた段階では、
少なくとも２個の衛星が捕捉済である。同一地点でほぼ
同時に捕捉できる２個の衛星は互いに異なる軌道を周回
する衛星であり、当該互いに異なる２個の軌道が交わる
点は限られているから、この段階で、前述した代表的な
使用地域（大陸）のうちいずれにＧＰＳ受信機が存在し
ているのかを確定することができ、また現在時刻が属す
る時間帯を確定することができる（図８参照）。より詳
細には、ステップ１００で捕捉した衛星の前後に現れか
つその仰角が５０゜以上の衛星を各地域毎に求めてお
き、その中から、ステップ１０６にて捕捉した衛星と一
致する衛星を選り出し、地域及び時間帯を確定する。な
お、原理上、常に“一致”するとは限らないため、“一
致”しない場合にはいずれかの地域及び時間帯を所定の
基準で確定するようにしておく。このように地域及び時
間帯が確定されるため、ステップ１０８における優先順
位の最適化は、それまでに捕捉済の少なくとも２個の衛
星に基づき特定した地域及び時間帯に関して行えばよ
く、複数の地域或いは時間帯それぞれについて行う必要
はない。

【００４６】また、表３に示す優先順位においては、中
間飛来衛星が、受信履歴保有衛星よりも低く、前後飛来
衛星よりも高い優先順位を与えられている。中間飛来衛
星とは、捕捉済の２個の衛星の間に飛来する衛星、即ち
図６中の（１）及び（２）である。中間飛来衛星が複数
ある場合には、例えばその仰角に応じて相互の優先順位
を決める。

【００４７】更に、ステップ１０８における前後飛来衛
星同士の優先順位の関係は、２個の捕捉済衛星のうちい
ずれがステップ１００で捕捉され、いずれがステップ１
０６で捕捉されたかによって、異なる順序となる。例え
ば、図７に示した例では、ステップ１００で捕捉された
１個目の捕捉済衛星（“捕捉済１”）よりもステップ１
０６にて捕捉された２個目の捕捉済衛星（“捕捉済
２”）の方が、後に飛来する。この例では、２個目の捕
捉済衛星の次に飛来する衛星（１）、１個目の捕捉済衛
星の前に飛来する衛星（２）、２個目の捕捉済衛星の２
個後に飛来する衛星（３）、１個目の捕捉済衛星の２個
前に飛来する衛星（４）、…という順序で、前後飛来衛
星間に優先順位を付与する。仮に、２個目の捕捉済衛星
の方が１個目の捕捉済衛星よりも前に飛来する衛星であ
った場合、２個目の捕捉済衛星の前に飛来する衛星、１
個目の捕捉済衛星の後に飛来する衛星、２個目の捕捉済
衛星の２つ前に飛来する衛星、…というように、前後飛
来衛星間で優先順位を決める。このような順序で選択す
る理由は、図５を用いて説明した理由と同じく、“前”
及び“後”のうち捕捉できる衛星が存在する可能性が高
い方を先にサーチするためである。

【００４８】このように、本実施形態によれば、ＲＯＭ
アルマナックから導出した飛来予報情報即ち衛星の飛来
時刻・仰角の相互関係に基づき優先順位を最適化し、２
個目以降の衛星のサーチを実行することとしたため、図
２に示したＣＳＦ手順に比べ、短時間で、ＣＳＦ手順に
よるコールドスタートを完了することができる。例え
ば、従来のＣＳＦ手順によるコールドスタートに２２５
秒を要するＧＰＳ受信機であれば、本実施形態に係るＣ
ＳＦ手順を実行するようにそのソフトウエアを更新すれ
ば、その約１／２である１２０秒程度でコールドスター
トを完了できる。また、いずれの地域にて使用するのか
を少なくとも大陸的規模で使用者が設定等している場合
には、更に短い８０秒程度でもコールドスタートが可能
である。このように、本実施形態によれば、ＣＳＦ手順
実行時のＴＴＦＦ（Time To FirstFix）が従来に比べ顕
著に短縮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ＧＰＳ受信機の一例構成を示すブロック図で
ある。

【図２】 従来におけるＣＳＦ手順の流れを示すフロー
チャートである。

【図３】 本発明の好適な実施形態におけるＣＳＦ手順
の流れを示すフローチャートである。

【図４】 高仰角前後飛来衛星を示す飛来予報図であ
る。

【図５】 前後飛来衛星、特に１衛星捕捉時における前
後飛来衛星を示す飛来予報図である。

【図６】 中間飛来衛星を示す飛来予報図である。

【図７】 前後飛来衛星、特に２衛星捕捉後の前後飛来
衛星を示す飛来予報図である。

【図８】 ＧＰＳ受信機と衛星の幾何学的関係を概念的
に示す図である。

【符号の説明】

２４ 受信チャネル、２６ コード発生器、 ２８ コ
ード同期回路、３０航法メッセージ解読部、３２ 測位
演算衛星選択処理部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 脇 友博 東京都三鷹市下連雀五丁目１番１号 日本 無線株式会社内 Ｆターム(参考） 5J062 AA02 AA13 CC07 DD04 DD05 DD13 DD14 DD15 DD22

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地球を周回する衛星の中から現在位置及
   び現在時刻にて少なくとも捕捉しうる所定個数以上の衛
   星を捕捉して測位演算を行う測位装置にて、現在位置及
   び現在時刻を概略定める初期情報を有していない状態か
   ら測位演算を起動する際に、実行されるコールドスター
   ト方法であって、 衛星を捕捉するまで衛星をサーチする１衛星目サーチス
   テップと、 追尾できる状態にある捕捉済の衛星の個数が上記所定個
   数以上に至るまで、各衛星の飛来時刻及び仰角に関する
   飛来予報情報に基づき、かつ、１衛星目サーチステップ
   にて捕捉済の少なくとも１個の衛星に応じて、衛星を選
   びサーチする最適化サーチステップと、 １衛星目サーチステップ及び最適化サーチステップの実
   行後測位演算を起動する測位演算起動ステップと、 を有することを特徴とするコールドスタート方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のコールドスタート方法に
   おいて、 最適化サーチステップが、 飛来予報情報に含まれる情報のうち、１衛星目サーチス
   テップにて捕捉済の少なくとも１個の衛星の飛来時刻と
   他の衛星の飛来時刻との相互関係に基づき、優先順位を
   決め、少なくとも更に１個の衛星を捕捉するまで、この
   優先順位に従い衛星をサーチする第１最適化サーチステ
   ップと、 飛来予報情報に含まれる情報のうち、１衛星目サーチス
   テップ又は第１最適化サーチステップにて捕捉済の少な
   くとも２個の衛星の飛来時刻と他の衛星の飛来時刻との
   相互関係に基づき、優先順位を決め、追尾できる状態に
   ある捕捉した衛星の個数が上記所定個数以上に至るま
   で、この優先順位に従い衛星をサーチする第２最適化サ
   ーチステップと、 を含むことを特徴とするコールドスタート方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載のコールドスタート方法に
   おいて、 上記優先順位を決める際、捕捉済の衛星の飛来時刻によ
   り近い時刻に飛来する衛星がより先にサーチされるよう
   各衛星の優先順位を決める前後飛来衛星選択を行うこと
   を特徴とするコールドスタート方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載のコールドスタート方法に
   おいて、 前後飛来衛星選択に先行して、捕捉済の衛星の飛来時刻
   により近い時刻に飛来する他の衛星が存在するものの飛
   来予報情報からみてその最高仰角が所定の基準を上回る
   衛星には当該他の衛星より高い優先順位を与える高仰角
   前後飛来衛星選択を行うことを特徴とするコールドスタ
   ート方法。
5. 【請求項５】 請求項３又は４記載のコールドスタート
   方法において、 前後飛来衛星選択に際して、捕捉済の衛星の飛来時刻よ
   り前の時刻に飛来する衛星と後の時刻に飛来する衛星と
   が交互にサーチされることとなるよう、捕捉済の衛星の
   飛来時刻に対する飛来時刻の前後に分けて、各衛星に優
   先順位を与えることを特徴とするコールドスタート方
   法。
6. 【請求項６】 請求項５記載のコールドスタート方法に
   おいて、 １衛星目サーチステップでは、各衛星の概略軌道に関す
   る軌道暦情報に基づき予め決定されている固定の順序に
   従い衛星をサーチし、 最適化サーチステップでは、優先順位決定の基礎となる
   飛来予報情報を軌道暦情報から導出し、 前後飛来衛星選択に際しては、１衛星目サーチステップ
   にてサーチが行われていない衛星に比較的高い優先順位
   が付与される確率が高まるよう、捕捉済の衛星の飛来時
   刻より前の時刻に飛来する衛星と後の時刻に飛来する衛
   星のどちらにより高い優先順位を与えるかを、決めるこ
   とを特徴とするコールドスタート方法。
7. 【請求項７】 請求項３乃至６のいずれか記載のコール
   ドスタート方法において、 第２最適化サーチステップにて３個目以降の衛星を捕捉
   するためのサーチの優先順位を決める際、捕捉済の２個
   の衛星の飛来時刻に挟まれた期間内に飛来する衛星に対
   し捕捉済の２個の衛星の飛来時刻より前又は後の時刻に
   飛来する衛星よりも高い優先順位を与える中間飛来衛星
   選択を行うことを特徴とするコールドスタート方法。
8. 【請求項８】 請求項３乃至７のいずれか記載のコール
   ドスタート方法において、 上記優先順位を決める際、受信履歴が上記測位装置内に
   記憶又は記録として残されている衛星に対して他の衛星
   よりも高い優先順位を与える受信履歴保有衛星選択を行
   うことを特徴とするコールドスタート方法。
9. 【請求項９】 請求項８記載のコールドスタート方法に
   おいて、 受信履歴保有衛星選択に際し、上記履歴が残されている
   衛星が複数ある場合に、履歴として残されている受信時
   刻がより新しいものにより高い優先順位を与え、受信時
   刻が同じであれば履歴として残されている最終受信レベ
   ルがより高いものにより高い優先順位を与えることを特
   徴とするコールドスタート方法。
10. 【請求項１０】 請求項３乃至９のいずれか記載のコー
    ルドスタート方法において、 上記優先順位を決める際、各衛星の概略軌道に関する軌
    道暦情報中で不健康とされている衛星に対し他の衛星よ
    り低い優先順位を与える不健康衛星選択を行うことを特
    徴とするコールドスタート方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載のコールドスタート方
    法において、 上記優先順位を決める際、捕捉済の衛星に対し軌道暦情
    報中で不健康とされている衛星よりは高いもののそれ以
    外の衛星よりは低い優先順位を与える捕捉済衛星選択を
    行うことを特徴とするコールドスタート方法。
12. 【請求項１２】 請求項２乃至１１のいずれか記載のコ
    ールドスタート方法において、 第１最適化サーチステップでは、大陸的な規模を有する
    地球区画のうち上記測位装置が使用される可能性が高い
    複数個の地球区画それぞれの上空への衛星の飛来時刻の
    相互関係に基づき、また、当該複数個の地球区画のうち
    任意の地球区画の上空に捕捉済の衛星が１日に複数回飛
    来する場合は当該複数回の飛来に係る複数個の飛来時間
    帯それぞれにおける衛星の飛来時刻の相互関係に基づ
    き、各衛星の優先順位を決め、 第１最適化サーチステップの実行によって、上記測位装
    置が現存している地域が上記複数個の地球区画の何れに
    属するのか、並びに現在時刻が何れの時間帯に属してい
    るのかを、確定することを特徴とするコールドスタート
    方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載のコールドスタート方
    法において、 上記複数個の地球区画のうちいずれかを使用者が選択し
    た場合には、選択されていない地球区画の上空への衛星
    の飛来時刻の相互関係をその基礎に入れずに、各衛星の
    優先順位を決めることを特徴とするコールドスタート方
    法。
14. 【請求項１４】 請求項１２又は１３記載のコールドス
    タート方法において、 上記複数個の地球区画のうちいずれかが上記測位装置が
    使用される可能性が特に高い地球区画として予め又は使
    用者により選択されている場合には、衛星の飛来時刻の
    相互関係に基づく優先順位決定に際し、選択されている
    地球区画の上空への衛星の飛来時刻の相互関係を選択さ
    れていない地球区画の上空への衛星の飛来時刻の相互関
    係より優先させて、優先順位決定を行うことを特徴とす
    るコールドスタート方法。