JP2002189072A - Gps受信装置及びgps測位システム - Google Patents
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Abstract
の位相積分を行なうことで、GPS信号の受信強度が弱
い場合でも位置情報を提供できるようにする。 【解決手段】 基地局20はGPS信号11を常時受信
し、GPS受信装置30の受信及び測位計算を支援する
ための情報を抽出して保持している。基地局20は、G
PS受信装置30が必要とするときに通信回線40を介
して支援情報を送出する。基地局20は、GPS受信装
置30の受信時刻同期の支援を行なう。GPS受信装置
30は、GPS信号11を受信し、ダウンコンバートし
て中間周波信号を生成し、そのA/D変換データをメモ
リ部に保存する。GPS受信装置30は、メモリ部33
に記憶されたGPS信号データを基地局20から供給さ
れる支援情報(衛星航法メッセージ及び位相反転情報)
に基づいて位相をそろえて積分する。GPS受信装置3
0は、積分されたGPSデータを用いて測位計算を行な
う。
Description
GPS測位システムに係り、詳しくは、航法メッセージ
の位相反転を補償して長時間の位相積分を行なうこと
で、GPS信号の受信強度が弱い場合でも位置情報を提
供できるようにしたGPS受信装置及びGPS測位シス
テムに関する。
場所での受信を前提としており、使用場所には大きな制
約がある。そのため、携帯型のGPS受信装置を持って
いたとしても店の中や都心部などの受信状態が良くない
場所では、店の外に出たり見通しのよい場所まで移動す
る必要があった。そこで、受信したGPS信号に対して
位相積分やパワー化積分の信号処理を施すことで、GP
S信号の受信強度が弱い場合でも測位計算を可能にする
技術が提案されている。
る。図6(b)はGPS信号をダウンコンバートした中
間周波信号を示している。この中間周波信号は、疑似ノ
イズ信号と呼ばれる1msで繰り返す位相変調信号(図
6(a)のH,Lはそれぞれ2つの位相を示す)が20
個単位で繰り返される信号である。図6(a)に示すよ
うに、疑似ノイズ信号の周期はエポックと呼ばれる。疑
似ノイズ信号20個でGPS衛星が放送する50bps
の1ビットをなす。GPS衛星が放送する航法メッセー
ジのビットは、20個の疑似ノイズ信号の位相反転で表
現される。図6(b)は航法メッセージが010である
場合を示している。航法メッセージは、測位計算を行な
うために必要となる各衛星毎の詳細は軌道情報や大気に
よる遅延時間の情報、衛星の健康状態等の情報を含む。
20msを著しく超えない長さのブロック(これを位相
積分ブロックと呼ぶ)に分割し、さらにそれぞれの位相
積分ブロックを1エポックに相当する1ms毎に区切っ
て分割した後に加算して1つにする。図6(c)に示す
ように、信号波形の1ms周期への分割と、分割された
波形を加算して1つのデータにする操作とを合せて位相
積分と呼ぶ。位相積分によって疑似ノイズ信号の波形が
強調されて、中間周波信号のSN比が改善される。これ
が高感度化の基本原理である。位相積分された中間周波
信号に対して、GPS計算部は予め生成・保持してある
疑似ノイズ信号との相関処理を行なう。その結果、図6
(d)に示すように、受信された疑似ノイズ信号と生成
した疑似ノイズ信号との位相ずれがピークの位置として
現われるため、これをGPSの測位計算に用いる。
では、航法メッセージによる疑似ノイズ信号の位相反転
により、高感度化の効果が期待できる位相積分の時間
は、20ms程度までに限られていた。そのため位相積
分の出力を相関処理した出力をパワー化や絶対値化等の
処理で符号を取り除いてから加算して1つのデータにし
ていた。この操作はパワー積分と呼ばれている。パワー
積分では、位相積分ブロック毎に相関処理を行なう必要
が有る。相関処理は計算負荷が高いために、パワー積分
は計算負荷が大きく、また、消費電力も大きい。
なされたもので、航法メッセージの位相反転を補償して
長時間の位相積分を行なうことで、GPS信号の受信強
度が弱い場合でも位置情報を提供できるようにしたGP
S受信装置及びGPS測位システムを提供することを目
的とする。また、本発明は、同じ積分時間ならば従来手
法よりも高感度化が可能であり、同じ感度向上効果を得
るためには少ない積分時間しか必要とせず、さらに、電
力消費を低減させることのできるGPS受信装置及びG
PS測位システムを提供することを目的とする。
本発明に係るGPS受信装置は、受信したGPS信号を
周波数変換して中間周波信号を出力する高周波部と、中
間周波信号をA/D変換して中間周波信号サンプルデー
タを出力するA/D変換部と、所定時間分の前記中間周
波信号サンプルデータを時系列との対応を付けて格納す
るメモリ部と、基地局とデータ通信を行なう通信部と、
基地局から供給される航法メッセージの位相反転情報に
基づいてメモリ部に格納された中間周波信号サンプルデ
ータに対して位相補正を施した後に所定時間分の中間周
波信号サンプルデータの全てを対象に位相積分を行なっ
て位相積分結果を出力する積分部と、位相積分結果に基
づいて位置情報を演算するGPS計算部とを備えたこと
を特徴とする。
GPS受信装置と、GPS受信装置に対して航法メッセ
ージの位相反転情報及び測位計算を支援するための情報
を提供する基地局とからなることを特徴とする。
位システムは、GPS信号の中間周波信号をサンプリン
グしたデータを始めから終りまでを対象に、従来の数1
0ミリ秒と比較して大幅に長い秒単位の時間で位相積分
することができるので、信号のSN比を効果的に向上さ
せることができる。
理の中では相関計算を必要としない。このため、高感度
化処理に伴う計算負荷をパワー積分と比較して大幅に削
減でき、低電力化が可能である。
による疑似ノイズ信号の位相反転を取得する必要がない
ため、基地局との通信が可能な場所ならばどこであって
も高感度化処理が実行可能である。
図面に基づいて説明する。図1は本発明に係るGPS測
位システムのブロック構成図、図2は本発明に係る基地
局のブロック構成図、図3は本発明に係るGPS受信装
置(移動局)のブロック構成図、図4はGPS受信装置
(移動局)の積分部の機能ブロック構成図、図5は積分
部の動作を示す図である。
システムは、GPS衛星10と、基地局20と、GPS
受信装置(移動局)30と、通信回線40とからなる。
の利用者が携帯または据え付けで保有するGPS受信装
置(移動局)30と、このGPS受信装置(移動局)3
0に対して通信回線40を介して高感度化処理に必要な
支援情報を提供しGPS処理計算の支援を行なう基地局
20と、これらの機器に搭載されるソフトウェアから構
成されるシステムにおいて、GPS受信装置(移動局)
30が受信するGPS衛星10からのGPS信号11が
極度に減衰している場合でも、GPS受信装置(移動
局)30が基地局20の支援を得てコードトラック及び
測位計算を行なって利用者に対して位置情報を提供でき
るようにしたものである。
S信号11を常時受信し、GPS受信装置(移動局)3
0の受信及び測位計算を支援するための情報を抽出して
保持する。基地局20は、GPS受信装置(移動局)3
0のための常時用意してある支援情報を、GPS受信装
置(移動局)30が必要とするときに通信回線40を介
してGPS受信装置(移動局)30へ送る。基地局20
は、GPS受信装置(移動局)30の受信時刻同期の支
援を行なう。
衛星10からのGPS信号11を受信し、ダウンコンバ
ートして中間周波信号122を生成する。中間周波信号
122は、GPS受信装置(移動局)30に搭載された
メモリ部33に保存される。GPS受信装置(移動局)
30は、メモリ部33に記憶されたGPS信号11を基
地局20から通信回線40を通じて送られる支援情報に
基づいて位相をそろえて積分する。GPS受信装置(移
動局)30は、積分されたGPSデータを用いて測位計
算を行なう。
ムでは、GPS信号11のデータが長時間にわたってG
PS受信装置(移動局)30のメモリ部33に記憶さ
れ、基地局20が提供する支援情報に基づいて位相をそ
ろえた上で積分することにより、従来のGPS受信装置
では測位計算に利用できないような微弱なGPS信号を
用いても測位計算を可能にする。
間周波信号サンプルデータと同期した航法メッセージの
詳細な位相反転情報(図5(e))を支援情報としてG
PS受信装置(移動局)30が基地局20からもらう。
GPS受信装置(移動局)30は航法メッセージによる
位相反転情報を基に、中間周波信号サンプルデータの位
相補正を行なう(図5(f))。この位相補正処理によ
り、取得された中間周波信号サンプルデータのすべてを
対象に位相積分を行なうことができるようになる(図5
(g))。この位相積分結果はパワー積分結果よりも大
きなSN比の向上をもたらす(図5(g),(h))。
これにより、従来の高感度化手法では得られなかった非
常に効率のよい高感度化処理を可能とした。また、従来
の高感度化手法では位相積分ブロックごとに相関処理を
行なっていたのに対して、本発明に係る手法では、計算
負荷の高い相関処理を位相積分後に1回行なうだけであ
るため計算負荷の減少及び低電力化にも貢献できる。
21と、A/D変換部22と、疑似ノイズ復調部23
と、航法メッセージ復元部24と、メモリ部25と、通
信部26とからなる。
コンバートして中間周波信号121を出力する。A/D
変換部22は、中間周波信号121をサンプリングして
メモリ部25に格納する。なお、メモリ部25は、中間
周波信号サンプルデータ131、航法メッセージビット
列、航法メッセージの解析結果を同時にセグメント毎に
別目的で活用している。
5に格納された中間周波信号サンプルデータ131を受
信対象の衛星ごとに固有のコードと相関をとり、時刻ご
との航法メッセージのデータビット列を抽出し、タイム
スタンプとともにメモリ部25に格納する。
5に格納されたGPS衛星ごとの航法メッセージビット
列を航法メッセージのフォーマットに従って、航法メッ
セージを構成する全ての定数・変数を復元し、メモリ部
25に格納する。なお、すでに航法メッセージがメモリ
部25に格納されている場合は、航法メッセージを最新
情報に更新しながら上書き格納する。
法メッセージ復元部24で作成され、メモリ部25に格
納されたGPS受信装置(移動局)支援データを、GP
S受信装置(移動局)30からの要請を受けて通信回線
40を通じてGPS受信装置(移動局)30に送信す
る。
局)30は、高周波部31と、A/D変換部32と、メ
モリ部33と、通信部34と、積分部35と、GPS計
算部36とからなる。
コンバートし、中間周波信号122とする。A/D変換
部32は、中間周波信号122をサンプリングしてメモ
リ部33に格納する。通信部34は、サンプリング開始
時刻を基地局20の支援に基づいて計測する。通信部3
4は、各衛星10からの信号の位相情報を基地局20か
ら取得する。
法メッセージデータを、衛星10ごとの位相情報に基づ
いて位相補正を行ない積分する。この積分は基地局20
から取得した衛星選択リストに載っている衛星すべてに
対して行ない、結果をメモリ部33に格納する。
された積分結果を相関計算してGPS受信装置(移動
局)30の位置を計算する。
判定部51と、位相補正情報取得部52と、エポック長
計算部53と、位相補正部54と、ドップラ周波数計算
部55と、周波数補正部56と、加算部57とを備え
る。なお、これらの各機能部51〜57はCPUを用い
ソフトウェア(プログラム制御)によって構成されてい
る。
れ、GPS受信装置(移動局)30に送られてメモリ部
33に格納されている「処理を行なうべき衛星選択リス
ト」を参照して次のループに入る。
衛星選択リストに載せられたすべての衛星からの信号を
積分したかどうかを判定し、すべての衛星からの信号に
対する積分が終了していなければ、次の積分に進む。終
了していれば積分部35での処理を終了して、GPS計
算部36での測位計算処理に進む。
信号の位相補正情報(図5(e))をメモリ部33から
読み出す。メモリ部33には前もって基地局20から得
た位相補正情報が格納されている。
からの航法メッセージ情報に含まれる衛星の軌道情報を
基に、衛星信号のエポック長を計算する。エポック長は
衛星からの信号送信時には正確に1msであるが、受信
時は衛星と観測者との間の相対速度によって生ずるドッ
プラー効果のため、1msとは異なる値を取る。
み出した位相補正情報に従って、中間周波信号サンプル
データの航法メッセージによって生じた位相反転を取り
除く補正を行なう。
衛星10とGPS受信装置(移動局)30との相対速度
から生ずるドップラ周波数偏位の値を計算する。
プルデータに対してドップラ周波数とシステムの局発誤
差によって生じた位相回転を取り除く修正を行なう。
ータを1エポックごとに分割した後でそれらを加算して
1エポック分のデータにし、現在着目している衛星信号
に対する位相積分の出力とし、メモリ部33に格納す
る。位相積分の出力は測位計算を行なうGPS計算部3
6が後で使用する。
の衛星コードに対応する位相積分を終了したかどうかの
判定を行なう。終了していなければ次の衛星の疑似ノイ
ズコードに対して同じ動作を繰り返す。終了していれば
位相積分を終了し測位計算に移行する。
信装置(移動局)30とを通信回線40を介して接続す
る構成を示したが、通信回線40をインターネット等の
ネットワーク、携帯通信網、または放送情報の活用とし
てもよい。
局20をサーバとし、GPS受信装置(移動局)30を
クライアントするサーバ・クライアントシステムとして
構成することができる。
あるGPS受信装置(移動局)30との間の処理分担
は、ある程度の自由度を持って配分を変化させて異なる
アプリケーションに対応することが可能である。例え
ば、GPS受信装置(移動局)30で取得された中間周
波信号122をA/D変換部32でサンプルした中間周
波信号サンプルデータ132を基地局20へ送り、基地
局20側で積分計算を行ない、その積分計算の結果をG
PS受信装置(移動局)30に通信回線40を通じて供
給するようにしてもよい。
を常時受信し、GPS受信装置30の受信及び測位計算
を支援するための情報を抽出して保持している。基地局
20は、GPS受信装置30が必要とするときに通信回
線40を介して支援情報を送出する。基地局20は、G
PS受信装置30の受信時刻同期の支援を行なう。GP
S受信装置30は、GPS信号11を受信し、ダウンコ
ンバートして中間周波信号を生成し、そのA/D変換デ
ータをメモリ部に保存する。GPS受信装置30は、メ
モリ部33に記憶されたGPS信号データを基地局20
から供給される支援情報(衛星航法メッセージ及び位相
反転情報)に基づいて位相をそろえて積分する。GPS
受信装置30は、積分されたGPSデータを用いて測位
計算を行なう。これにより、航法メッセージの位相反転
を補償して長時間の位相積分を行なうことで、GPS信
号の受信強度が弱い場合でも位置情報を提供できるよう
にする。
受信装置及びGPS測位システムは、位相積分を行なう
ために必要な衛星航法メッセージ及び位相反転情報を基
地局からGPS受信装置へ供給し、GPS受信装置は航
法メッセージの位相反転を補正することでGPS受信信
号(疑似ノイズ信号)を長時間に亘って位相積分できる
ようにしたので、これによりGPS受信装置の高感度化
を図ることができる。よって、GPS信号の受信強度が
弱い場合でも位置情報を提供することができる。
したデータをはじめから終りまでを対象に、従来の数1
0ミリ秒と比較して大幅に長い秒単位の時間で位相積分
することができるので、信号のSN比を効果的に向上さ
せることができる。
では相関計算を必要としない。そのため、高感度化処理
に伴う計算負荷をパワー積分と比較して大幅に削減で
き、低電力化が可能である。
似ノイズ信号の位相反転を取得する必要がないため、基
地局との通信が可能な場所ならばどこであっても高感度
化処理が実行可能である。
成図である。
ック構成図である。
ック構成図である。
間周波信号サンプルデータと同期した航法メッセージの
詳細な位相反転情報、図5(f)は位相反転情報を基に
位相補正された中間周波信号サンプルデータ、図5
(g)は位相積分された中間周波信号、図5(h)は受
信された疑似ノイズ信号と生成した疑似ノイズ信号との
位相ずれである。
(a)は疑似ノイズ信号と呼ばれる1msで繰り返す位
相変調信号、図6(b)はGPS信号をダウンコンバー
トした中間周波信号、図6(c)は位相積分された中間
周波信号、図6(d)は受信された疑似ノイズ信号と生
成した疑似ノイズ信号との位相ずれである。
Claims (6)
- 【請求項1】 受信したGPS信号を周波数変換して中
間周波信号を出力する高周波部と、 前記中間周波信号をA/D変換して中間周波信号サンプ
ルデータを出力するA/D変換部と、 所定時間分の前記中間周波信号サンプルデータを時系列
との対応を付けて格納するメモリ部と、 基地局とデータ通信を行なう通信部と、 前記基地局から供給される航法メッセージの位相反転情
報に基づいて前記メモリ部に格納された前記中間周波信
号サンプルデータに対して位相補正を施した後に、所定
時間分の前記中間周波信号サンプルデータの全てを対象
に位相積分を行なって位相積分結果を出力する積分部
と、 前記位相積分結果に基づいて位置情報を演算するGPS
計算部と、 を備えたことを特徴とするGPS受信装置。 - 【請求項2】 請求項1記載のGPS受信装置と、 このGPS受信装置に対して航法メッセージの位相反転
情報及び測位計算を支援するための情報を提供する基地
局と、 からなることを特徴とするGPS測位システム。 - 【請求項3】 前記GPS受信装置と前記基地局とはイ
ンターネットを介して接続されている、 請求項2記載のGPS測位システム。 - 【請求項4】 前記GPS受信装置と前記基地局とは携
帯通信網を介して接続されている、 請求項2記載のGPS測位システム。 - 【請求項5】 前記GPS受信装置と前記基地局とはイ
ンターネット及び携帯通信網を介して接続されている、 請求項2記載のGPS測位システム。 - 【請求項6】 前記GPS受信装置をクライアントと
し、前記基地局をサーバとするサーバ・クライアント方
式を採る、 請求項2、3、4又は5記載のGPS測位システム。
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