JP2003262667A - Reception apparatus and location calculation method - Google Patents

Reception apparatus and location calculation method

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JP2003262667A
JP2003262667A JP2002063619A JP2002063619A JP2003262667A JP 2003262667 A JP2003262667 A JP 2003262667A JP 2002063619 A JP2002063619 A JP 2002063619A JP 2002063619 A JP2002063619 A JP 2002063619A JP 2003262667 A JP2003262667 A JP 2003262667A
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JP
Japan
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satellites
satellite
calculating
receiving
signal
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Application number
JP2002063619A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuyuki Tanaka
勝之 田中
Hideki Awata
英樹 粟田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently and quickly calculate a location, without the need for an initial value. <P>SOLUTION: Signals, transmitted from a plurality of GPS satellites constituting a global positioning system, are received by an antenna 14. In n number of simultaneous quadratic equations having constants for three-dimensional locations of the GPS satellites and pseudo-distances to the satellites contained in received signals and unknown variables as own three-dimensional locations and clocking errors between the satellites and themselves, the constants corresponding to one of the satellites are subtracted from the unknown variables and converted, and a CPU 26 implements a process for calculating their own locations by solving obtained one quadratic equation and at least three linear equations. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、全地球測位システ
ム(GNSS:Global Navigation Satellites Syste
m)を構成する複数の衛星から送出された信号を受信し
て自己の位置を算出する受信装置及び位置算出方法に関
する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a Global Navigation Satellites System (GNSS).
The present invention relates to a receiving device and a position calculating method for receiving a signal transmitted from a plurality of satellites constituting m) and calculating its own position.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、地球軌道を周回する人工衛星を利
用して地上における移動体の位置を測定する全地球測位
システム(GNSS:Global Navigation Satellites S
ystem)が普及しつつある。このような全地球測位シス
テムとしては、アメリカ合衆国が構築したGPS(Glob
al Positioning System)、旧ソビエト連邦国が構築し
たGLONASS、欧州の各国が中心となり構築が進め
られているGALILEOなどがある。
2. Description of the Related Art In recent years, Global Navigation Satellites S (GNSS) has been used to measure the position of a moving body on the ground using artificial satellites that orbit the earth.
ystem) is becoming popular. As such a global positioning system, the GPS (Glob
al Positioning System), GLONASS constructed by the former Soviet Union, and GALILEO being constructed mainly by European countries.

【0003】この全地球測位システムにおいて、衛星か
ら送出された信号を受信して自己の位置を算出する受信
装置は、少なくとも4個以上の衛星からの信号を受信
し、その受信信号に基づいて自己の位置を算出してユー
ザに報知する機能を有している。受信装置は、各衛星か
ら送出された信号を復調して各衛星の軌道情報を取得
し、各衛星の軌道情報及び時間情報と受信信号の遅延時
間とに基づいて、自己の3次元位置を連立方程式によっ
て算出する。
In this global positioning system, a receiving device that receives a signal transmitted from a satellite and calculates its own position receives a signal from at least four or more satellites, and based on the received signal, the receiving device receives the signal. It has a function of calculating the position of and notifying the user. The receiving device demodulates the signal transmitted from each satellite to obtain the orbit information of each satellite, and based on the orbit information and time information of each satellite and the delay time of the received signal, the reception device simultaneously coordinates its three-dimensional position. Calculate by equation.

【0004】なお、全地球測位システムにおいて、受信
信号を得る衛星が少なくとも4個必要となるのは、以下
の理由による。すなわち、受信装置が備える時計の内部
時刻と各衛星が備える原子時計による時刻との間に誤差
があり、その誤差の影響を除去した3次元位置と正確な
時刻との4つの未知パラメータを算出するためには、少
なくとも4つの衛星からの擬似距離が必要となることに
よる。
It is to be noted that the global positioning system requires at least four satellites to obtain received signals for the following reason. That is, there is an error between the internal time of the clock included in the receiving device and the time based on the atomic clock included in each satellite, and four unknown parameters of the three-dimensional position and the accurate time, which eliminate the influence of the error, are calculated. In order to require pseudoranges from at least four satellites.

【0005】ここで、従来の全地球測位システムにおい
て、受信装置が自己の位置を算出するに際して用いられ
ている手法の一例について説明する。
Here, an example of a method used in the conventional global positioning system when the receiving device calculates its own position will be described.

【0006】受信装置は、4個以上の衛星から送出され
た各信号に含まれる軌道情報及び時間情報から各衛星の
3次元位置を算出するとともに、受信信号に含まれる拡
散符号の位相から疑似距離を算出する。そして、受信装
置の3次元位置と各衛星及び受信装置間の時計誤差とを
未知数とした少なくとも4つの連立方程式を解くことに
より、自己の3次元位置を算出する。このとき、各方程
式が異なる未知数同士の乗算項がない2次式であること
から、従来から、解に近い適当な初期値を与え、ニュー
トン法を適用するなどして反復計算を行うによって連立
方程式を解く。
The receiving device calculates the three-dimensional position of each satellite from the orbit information and time information contained in each signal transmitted from four or more satellites, and at the same time calculates the pseudo range from the phase of the spread code contained in the received signal. To calculate. Then, the self three-dimensional position is calculated by solving at least four simultaneous equations in which the three-dimensional position of the receiving device and the clock error between each satellite and the receiving device are unknowns. At this time, since each equation is a quadratic equation that does not have a multiplication term of different unknowns, conventionally, by giving an appropriate initial value close to the solution and applying Newton's method, it is possible to perform simultaneous calculations. Solve

【0007】なお、ニュートン法とは、解に近い点で局
所的に線形近似を行うとともに、最初に適当な初期値を
用いて線形連立方程式の解を得て、得られた解を次の初
期値として代入することにより次の解を得るとして、解
が所定の誤差以内に収束するまで再帰的に反復計算を行
うことにより、最終的な解を得る演算方法である。
The Newton's method is to locally perform linear approximation at a point close to the solution, first obtain a solution of the linear simultaneous equations using an appropriate initial value, and then obtain the obtained solution as the next initial value. This is a calculation method for obtaining a final solution by substituting it as a value and obtaining the next solution, and recursively performing iterative calculation until the solution converges within a predetermined error.

【0008】ここで、ニュートン法により受信装置の位
置を算出する従来の手法について、具体的に説明する。
受信装置により受信した信号から得られたi番目の衛星
の3次元位置を(X,Y,Z)とし、疑似距離を
ρとすると、受信装置の3次元位置(X,Y,Z
)と受信機内部の時計誤差δτとを未知数とする以下
の式1の連立方程式が得られる。
Here, the conventional method for calculating the position of the receiving device by the Newton method will be specifically described.
Assuming that the three-dimensional position of the i-th satellite obtained from the signal received by the receiving device is (X i , Y i , Z i ) and the pseudo range is ρ i , the three-dimensional position (X 0 , Y 0 , Z
0 ) and the clock error δ τ inside the receiver as unknowns, the following simultaneous equation 1 is obtained.

【数1】 なお、式1においてはρ=c×τであり、τは受
信装置が検出した衛星から受信装置までの信号到達時間
であり、cは光速である。また、各衛星の3次元位置
(X,Y,Z)は、受信信号に含まれる航法メッ
セージ内の軌道情報及び時間情報から算出される。受信
装置は、式1における未知数がX,Y,Z0,δτ
の4つであるので、少なくとも4つの衛星からの信号を
受信して4つの連立方程式を解くことにより、これら未
知数を得ることができる。
[Equation 1] In Expression 1, ρ i = c × τ i , τ i is the signal arrival time from the satellite detected by the receiving device to the receiving device, and c is the speed of light. In addition, the three-dimensional position (X i , Y i , Z i ) of each satellite is calculated from the orbit information and time information in the navigation message included in the received signal. In the receiving device, the unknowns in Expression 1 are X 0 , Y 0 , Z 0, δτ.
Therefore, these unknowns can be obtained by receiving signals from at least four satellites and solving four simultaneous equations.

【0009】これら連立方程式を解くに際してニュート
ン法を適用する場合には、先ず、受信装置の現在位置と
して予想される適当な3次元位置(X00,Y00,Z
00)を用いて、X=X00+δX,Y=Y00
δY,Z=Z00+δZとし、新たにδX,δY,δ
Zを未知数とする。そして、式1を変形して以下の式2
を得る。なお、式2において、δρ=cδτである。
When applying the Newton's method in solving these simultaneous equations, first, an appropriate three-dimensional position (X 00 , Y 00 , Z) expected as the current position of the receiving device is obtained.
00 ), X 0 = X 00 + δX, Y 0 = Y 00 +
δY, Z 0 = Z 00 + δZ, and new δX, δY, δ
Let Z be the unknown. Then, Equation 1 is transformed to the following Equation 2
To get In Expression 2, δρ = cδτ.

【数2】 ここで、以下の式3の如く近似を行って、式2の連立1
次方程式についてδX,δY,δZ,δτをガウスの消
去法や掃出し法などで解き、以下の式4の如く反復的に
00,Y00,Z00を解いてゆく。
[Equation 2] Here, approximation is performed as in the following Equation 3, and simultaneous equation 1 in Equation 2 is performed.
The following equation [delta] X, [delta] Y, .delta.Z, solved [delta] tau like Gaussian elimination and sweep method, Yuku by solving the following equation 4 as iteratively X 00, Y 00, Z 00 .

【数3】 [Equation 3]

【数4】 すると、δX,δY,δZ,δτの値が0に収束してゆ
くため、これらの値が十分に小さな値となった時点で計
算を終了する。そして、最終的に得られた座標値(X
00,Y00,Z00)を(X,Y,Z)とみな
すことにより、受信装置の3次元位置を算出する。
[Equation 4] Then, [delta] X, [delta] Y, .delta.Z, the value of [delta] tau Yuku converges to 0, these values are the calculation ends when it becomes a sufficiently small value. Then, the coordinate value (X
00 , Y 00 , Z 00 ) is regarded as (X 0 , Y 0 , Z 0 ) to calculate the three-dimensional position of the receiving device.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】従来の受信装置は、上
述のように反復計算により3次元位置を算出する構成と
されており、例えば位置を連続的に求める場合などに
は、現在位置と前回算出された位置との変化が少ないの
で、前回算出された位置を初期値(X00,Y00,Z
00)として式2を解くことによって、現在位置を逐次
更新してゆくことができる。
The conventional receiving apparatus is configured to calculate the three-dimensional position by iterative calculation as described above. For example, when the position is continuously obtained, the current position and the previous position are calculated. Since there is little change from the calculated position, the previously calculated position is set to the initial value (X 00 , Y 00 , Z
The current position can be sequentially updated by solving the equation 2 as 00 ).

【0011】しかしながら、受信装置に電源が投入され
た直後に現在位置を算出する場合には、例えば、受信装
置内部に記憶された前回の位置を初期値として用いるこ
ととなる。このとき、受信装置に電源が投入された位置
と前回の位置とのずれが大きくなるに従って、上述した
反復計算における計算量が多くなり、現在位置の算出ま
でに要する時間や消費する電力が増大してしまうといっ
た問題があった。
However, when the current position is calculated immediately after the receiving device is powered on, for example, the previous position stored in the receiving device is used as the initial value. At this time, as the deviation between the position where the power is turned on to the receiving device and the previous position increases, the amount of calculation in the above-described iterative calculation increases, and the time required to calculate the current position and the consumed power increase. There was a problem that it would end up.

【0012】また、上述した反復計算により現在位置を
算出する手法は、例えば航空機などで長距離移動した後
に受信装置の電源が投入された場合などのように、受信
装置内部に記憶された前回の位置と現在位置とのずれが
あまりに大きい場合に、前回の位置を初期値として用い
ることができない。また、何らかの理由により、受信機
内部に記憶された前回の位置がクリアされた場合も、前
回の位置を初期値として用いることができない。
Further, the method of calculating the current position by the above-described iterative calculation is based on the previous time stored in the receiving device, such as when the receiving device is powered on after moving a long distance by an aircraft or the like. If the difference between the position and the current position is too large, the previous position cannot be used as the initial value. Further, even if the previous position stored in the receiver is cleared for some reason, the previous position cannot be used as the initial value.

【0013】そこで、従来の受信装置は、予め受信機内
部に地球上の多数の位置が登録されており、前回の位置
を初期値として用いることができない場合に、各位置を
順次初期値として代入してゆくことによって現在位置の
算出を試みるという手法が採用されている。しかしなが
ら、この場合には、登録された多数の位置のそれぞれに
対して、計算量の多い非効率的な反復計算を繰り返すこ
ととなり、現在位置の算出までに要する時間や消費する
電力が飛躍的に増大してしまうといった問題があった。
Therefore, in the conventional receiving apparatus, when many positions on the earth are registered in advance inside the receiver and the previous position cannot be used as the initial value, each position is sequentially substituted as the initial value. A method of attempting to calculate the current position is adopted. However, in this case, inefficient iterative calculation with a large amount of calculation is repeated for each of a large number of registered positions, which dramatically increases the time required to calculate the current position and the power consumption. There was a problem that it would increase.

【0014】本発明は、上述した従来の実情に鑑みてな
されたものであり、全地球測位システムを構成する複数
の衛星から送出された信号を受信して自己の位置を算出
するに際して、初期値を必要とせず、効率的に且つ迅速
に位置の算出を行うことが可能な受信装置及び位置算出
方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and when receiving the signals transmitted from a plurality of satellites constituting the global positioning system and calculating its own position, an initial value is set. It is an object of the present invention to provide a receiving device and a position calculation method capable of calculating a position efficiently and quickly without the need for.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
受信装置は、全地球測位システムを構成する複数の衛星
から送出された信号を受信して自己の位置を算出する受
信装置であって、上記衛星から送出された信号を受信す
る受信手段と、上記受信手段によって受信した信号に基
づいて自己の位置を算出する位置算出手段とを備え、上
記位置算出手段は、上記受信手段により受信したn個
(nは4以上の自然数)の衛星各々の3次元位置と各衛
星までの疑似距離とを定数とし、自己の3次元位置と各
衛星及び自己間の時計誤差とを未知変数とするn個の連
立2次方程式について、上記未知変数を上記衛星のいず
れかに相当する上記定数で引算したものに変数変換し、
得られた1つの2次方程式及び少なくとも3つの1次方
程式を解くことにより自己の位置を算出することを特徴
とするものである。
A receiving device according to claim 1 of the present invention is a receiving device which receives signals transmitted from a plurality of satellites constituting a global positioning system and calculates its own position. And a position calculating means for calculating the position of the self based on the signal received by the receiving means, the position calculating means receiving the signal by the receiving means. The three-dimensional position of each of the n satellites (n is a natural number of 4 or more) and the pseudo distance to each satellite are constants, and the three-dimensional position of itself and the clock error between each satellite and itself are unknown variables. For n simultaneous quadratic equations, the unknown variables are converted into those obtained by subtracting the constants corresponding to any of the satellites,
The position of the self is calculated by solving the obtained one quadratic equation and at least three linear equations.

【0016】本発明の請求項2に係る受信装置は、全地
球測位システムを構成する複数の衛星から送出された信
号を受信して自己の位置を算出する受信装置であって、
上記衛星から送出された信号を受信する受信手段と、上
記受信手段によって受信した信号に基づいて自己の位置
を算出する位置算出手段とを備え、上記位置算出手段
は、上記受信手段により受信したn個(nは5以上の自
然数)の衛星各々の3次元位置と各衛星までの疑似距離
とを定数とし、自己の3次元位置と各衛星及び自己間の
時計誤差とを未知変数とするn個の連立2次方程式につ
いて、上記未知変数を上記衛星のいずれかに相当する上
記定数で引算したものに変数変換し、得られた1つの2
次方程式及び少なくとも4つの1次方程式のうち、4つ
の1次方程式を解くことにより自己の位置を算出するこ
とを特徴とするものである。
A receiving device according to a second aspect of the present invention is a receiving device for receiving a signal transmitted from a plurality of satellites constituting a global positioning system and calculating its own position,
The receiver includes a receiving unit that receives a signal transmitted from the satellite, and a position calculating unit that calculates a position of itself based on the signal received by the receiving unit, and the position calculating unit receives the n received by the receiving unit. N (n is a natural number of 5 or more) each of which has a constant three-dimensional position of each satellite and a pseudo distance to each satellite, and n which has its own three-dimensional position and the clock error between each satellite and itself as unknown variables Of the simultaneous quadratic equation of 1 is obtained by performing variable conversion into one obtained by subtracting the unknown variable by the constant corresponding to one of the satellites, and
The position of the self is calculated by solving four linear equations out of the following equations and at least four linear equations.

【0017】本発明の請求項3に係る受信装置は、全地
球測位システムを構成する複数の衛星から送出された信
号を受信して自己の位置を算出する受信装置であって、
上記衛星から送出された信号を受信する受信手段と、上
記受信手段によって受信した信号に基づいて自己の位置
を算出する位置算出手段とを備え、上記位置算出手段
は、上記受信手段により受信したn個(nは6以上の自
然数)の衛星各々の3次元位置と各衛星までの疑似距離
とを定数とし、自己の3次元位置と各衛星及び自己間の
時計誤差とを未知変数とするn個の連立2次方程式につ
いて、上記未知変数を上記衛星のいずれかに相当する上
記定数で引算したものに変数変換し、得られた1つの2
次方程式及び少なくとも5つの1次方程式のうち、少な
くとも5つの1次方程式について最小2乗法を適用する
ことにより自己の位置を算出することを特徴とするもの
である。
A receiving device according to claim 3 of the present invention is a receiving device for receiving signals transmitted from a plurality of satellites constituting a global positioning system and calculating its own position,
The receiver includes a receiving unit that receives a signal transmitted from the satellite, and a position calculating unit that calculates a position of itself based on the signal received by the receiving unit, and the position calculating unit receives the n received by the receiving unit. N (n is a natural number of 6 or more), each of which has a constant three-dimensional position and a pseudorange to each satellite, and n which has its own three-dimensional position and the clock error between each satellite and itself as unknown variables Of the simultaneous quadratic equation of 1 is obtained by performing variable conversion into one obtained by subtracting the unknown variable by the constant corresponding to one of the satellites, and
Among the following equations and at least five linear equations, the least square method is applied to at least five linear equations to calculate the position of the self.

【0018】本発明の請求項4に係る位置算出方法は、
全地球測位システムを構成する複数の衛星から送出され
た信号に基づいて自己の位置を算出する位置算出方法で
あって、n個(nは4以上の自然数)の上記衛星各々の
3次元位置と各衛星までの疑似距離とを定数とし、自己
の3次元位置と各衛星及び自己間の時計誤差とを未知変
数とするn個の連立2次方程式について、上記未知変数
を上記衛星のいずれかに相当する上記定数で引算したも
のに変数変換し、得られた1つの2次方程式及び少なく
とも3つの1次方程式を解くことにより自己の位置を算
出することを特徴とするものである。
A position calculating method according to claim 4 of the present invention is
A position calculating method for calculating one's own position on the basis of signals transmitted from a plurality of satellites constituting the global positioning system, which is a three-dimensional position of each of n (n is a natural number of 4 or more) of the satellites. For n simultaneous quadratic equations in which the pseudo-distance to each satellite is a constant and the three-dimensional position of itself and the clock error between each satellite and itself are unknown variables, the unknown variable is set to one of the satellites. The position of the self is calculated by performing variable conversion to a value obtained by subtraction by the corresponding constant and solving the obtained one quadratic equation and at least three linear equations.

【0019】本発明の請求項5に係る位置算出方法は、
全地球測位システムを構成する複数の衛星から送出され
た信号に基づいて自己の位置を算出する位置算出方法で
あって、n個(nは5以上の自然数)の上記衛星各々の
3次元位置と各衛星までの疑似距離とを定数とし、自己
の3次元位置と各衛星及び自己間の時計誤差とを未知変
数とするn個の連立2次方程式について、上記未知変数
を上記衛星のいずれかに相当する上記定数で引算したも
のに変数変換し、得られた1つの2次方程式及び少なく
とも4つの1次方程式のうち、4つの1次方程式を解く
ことにより自己の位置を算出することを特徴とするもの
である。
A position calculating method according to claim 5 of the present invention is
A position calculating method for calculating one's own position based on signals transmitted from a plurality of satellites constituting the global positioning system, which is a three-dimensional position of each of n (n is a natural number of 5 or more) of the satellites. For n simultaneous quadratic equations in which the pseudo-distance to each satellite is a constant and the three-dimensional position of itself and the clock error between each satellite and itself are unknown variables, the unknown variable is set to one of the satellites. Characteristically, the position of the self is calculated by performing variable conversion to the one obtained by subtraction by the corresponding constant and solving four linear equations out of the obtained one quadratic equation and at least four linear equations. It is what

【0020】本発明の請求項6に係る位置算出方法は、
全地球測位システムを構成する複数の衛星から送出され
た信号に基づいて自己の位置を算出する位置算出方法で
あって、n個(nは6以上の自然数)の上記衛星各々の
3次元位置と各衛星までの疑似距離とを定数とし、自己
の3次元位置と各衛星及び自己間の時計誤差とを未知変
数とするn個の連立2次方程式について、上記未知変数
を上記衛星のいずれかに相当する上記定数で引算したも
のに変数変換し、得られた1つの2次方程式及び少なく
とも5つの1次方程式のうち、少なくとも5つの1次方
程式について最小2乗法を適用することにより自己の位
置を算出することを特徴とするものである。
A position calculating method according to claim 6 of the present invention is
A position calculating method for calculating one's own position based on signals transmitted from a plurality of satellites constituting the global positioning system, which is a three-dimensional position of each of n (n is a natural number of 6 or more) of the satellites. For n simultaneous quadratic equations in which the pseudo-distance to each satellite is a constant and the three-dimensional position of itself and the clock error between each satellite and itself are unknown variables, the unknown variable is set to one of the satellites. Position of the self by applying the least squares method to at least 5 linear equations out of the obtained 1 quadratic equations and at least 5 linear equations Is calculated.

【0021】以上のように構成された本発明では、変数
変換後に得られた1次方程式を解くことによって自己の
位置を算出する。このため、多くの計算量を要する反復
計算を行う必要がなく、また初期値の代入も必要としな
い。したがって、効率的に且つ迅速に位置の算出を行う
ことができる。
In the present invention configured as described above, the self position is calculated by solving the linear equation obtained after the variable conversion. Therefore, it is not necessary to perform the iterative calculation that requires a large amount of calculation, and the initial value substitution is not necessary. Therefore, the position can be calculated efficiently and quickly.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。以下では、全地球測位システム(GNSS:Global
NavigationSatellites System)を構成する少なくとも
4個の衛星から送出された信号を受信して、これら受信
信号に基づいて自己の位置を算出する受信装置に本発明
を適用した場合について説明する。なお、本例において
は、全地球測位システムとして、日本国で広く利用され
ているGPS(Global Positioning System)を想定
し、このGPSに対応した受信装置として、GPS受信
装置について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments to which the present invention is applied will be described below in detail with reference to the drawings. Below, the Global Positioning System (GNSS: Global)
A case will be described in which the present invention is applied to a receiving device that receives signals transmitted from at least four satellites that make up the Navigation Satellites System) and calculates its own position based on these received signals. In this example, a GPS (Global Positioning System) widely used in Japan is assumed as a global positioning system, and a GPS receiving device will be described as a receiving device compatible with this GPS.

【0023】このGPS受信装置は、L1帯、C/A
(Clear and Acquisition)コードと呼ばれるスペクト
ラム拡散信号電波を受信信号として受信するものであっ
て、図1に示すように、受信した受信信号を復調する際
に、自己が発生する擬似ランダムノイズ(Pseudo-rando
m Noise;PN)系列の拡散符号と受信信号における拡
散符号との同期を捕捉する機能と、拡散符号と搬送波
(以下、キャリアという。)との同期を保持する機能と
を分離することにより、小さい回路規模のもとに、同期
捕捉を高速化するように構成されたものである。ただ
し、本発明は、このようなGPS受信装置への適用に限
定されるものではなく、全地球測位システムを構成する
複数の衛星から送出された信号を受信して自己の位置を
算出する受信装置及び位置算出方法に広く適用可能であ
ることは勿論である。
This GPS receiver is for L1 band, C / A
This is to receive a spread spectrum signal radio wave called a (Clear and Acquisition) code as a received signal. As shown in FIG. 1, when demodulating a received received signal, pseudo random noise (Pseudo- rando
(m Noise; PN) sequence spreading code and the spread code in the received signal are synchronized by separating the function and the spread code and carrier wave (hereinafter referred to as carrier) synchronization function is separated. It is configured to speed up the synchronization acquisition based on the circuit scale. However, the present invention is not limited to the application to such a GPS receiving device, and a receiving device that receives signals transmitted from a plurality of satellites constituting the global positioning system and calculates its own position. Of course, it can be widely applied to the position calculation method.

【0024】GPS受信装置10は、同図に示すよう
に、所定の発信周波数を有する発信信号D1を生成する
水晶発振器(X'tal Oscillator;以下、XOという。)
11と、このXO11とは異なる所定の発振周波数F
OSCを有する発振信号D2を生成する温度補償型水晶
発振器(Temperature Compensated X'tal Oscillator;
以下、TCXOという。)12と、このTCXO12か
ら供給される発振信号D2を逓倍(multiply)及び/又
は分周(divide)する逓倍/分周器13とを備える。
As shown in FIG. 1, the GPS receiver 10 has a crystal oscillator (X'tal Oscillator; hereinafter referred to as XO) which generates a transmission signal D1 having a predetermined transmission frequency.
11 and a predetermined oscillation frequency F different from this XO11
Temperature Compensated X'tal Oscillator for Generating Oscillation Signal D2 with OSC ;
Hereinafter referred to as TCXO. ) 12 and a multiplier / divider 13 for multiplying and / or dividing the oscillation signal D2 supplied from the TCXO 12.

【0025】XO11は、例えば32.768kHz程
度の所定の発振周波数を有する発振信号D1を生成す
る。XO11は、生成した発振信号D1を後述するRT
C(Real Time Clock)27に供給する。
The XO 11 generates an oscillation signal D1 having a predetermined oscillation frequency of, for example, 32.768 kHz. The XO 11 uses the generated oscillation signal D1 for RT described later.
Supply to C (Real Time Clock) 27.

【0026】TCXO12は、XO11とは異なる例え
ば18.414MHz程度の所定の発振周波数FOSC
を有する発振信号D2を生成する。TCXO12は、生
成した発振信号D2を逓倍/分周器13、及び後述する
周波数シンセサイザ18等に供給する。
The TCXO12 is different from the XO11 in that it has a predetermined oscillation frequency F OSC of, for example, about 18.414 MHz.
Generate an oscillating signal D2. The TCXO 12 supplies the generated oscillation signal D2 to the multiplier / divider 13 and the frequency synthesizer 18 described later.

【0027】逓倍/分周器13は、後述するCPU(Ce
ntral Processing Unit)26から供給される制御信号
D3に基づいて、TCXO12から供給される発振信号
D2を、所定の逓倍率で逓倍し、及び/又は所定の分周
比で分周する。逓倍/分周器13は、逓倍及び/又は分
周した発振信号D3を後述する同期捕捉部24、後述す
る同期保持部25、CPU26、後述するタイマ28、
及び後述するメモリ29に供給する。
The multiplier / divider 13 is a CPU (Ce
The oscillation signal D2 supplied from the TCXO 12 is multiplied by a predetermined multiplication rate and / or divided by a predetermined division ratio based on the control signal D3 supplied from the ntral processing unit 26. The multiplication / frequency divider 13 includes a synchronization acquisition unit 24, which will be described later, a synchronization holding unit 25, which will be described later, a CPU 26, a timer 28 which will be described later, and an oscillation signal D3 which has been multiplied and / or divided.
And to a memory 29 described later.

【0028】また、GPS受信装置10は、GPS衛星
から送信されてきたRF(Radio Frequency)信号を受
信するアンテナ14と、このアンテナ14によって受信
された受信RF信号D5を増幅するローノイズ・アンプ
(Low Noise Amplifier;以下、LNAという。)15
と、このLNA15によって増幅された増幅RF信号D
6のうち所定の周波数帯域成分を通過する帯域通過フィ
ルタ(Band Pass Filter;以下、BPFという。)16
と、このBPF16によって通過された増幅RF信号D
7をさらに増幅する増幅器17と、TCXO12から供
給される発振信号D2に基づいて所定の周波数FLO
有する局部発振信号D10を生成する周波数シンセサイ
ザ18と、増幅器17によって増幅された所定の周波数
RFを有する増幅RF信号D8に対して周波数シンセ
サイザ18から供給された局部発振信号D10を乗算す
る乗算器19と、この乗算器19によって乗算されるこ
とによってダウンコンバートされた所定の周波数FIF
を有する中間周波数(Intermediate Frequency;以下、
IFという。)信号D11を増幅する増幅器20と、こ
の増幅器20によって増幅された増幅IF信号D12の
うち所定の周波数帯域成分を通過する低域通過フィルタ
(Low Pass Filter;以下、LPFという。)21と、
このLPF21によって通過されたアナログ形式の増幅
IF信号D13をディジタル形式の増幅IF信号D14
に変換するアナログ/ディジタル変換器(Analog/Digit
al Converter;以下、A/Dという。)22とを備え
る。
The GPS receiver 10 also includes an antenna 14 for receiving an RF (Radio Frequency) signal transmitted from a GPS satellite and a low noise amplifier (Low) for amplifying a received RF signal D5 received by the antenna 14. Noise Amplifier; hereinafter referred to as LNA.) 15
And the amplified RF signal D amplified by this LNA 15.
Band pass filter (hereinafter, referred to as BPF) 16 that passes a predetermined frequency band component out of 6
And the amplified RF signal D passed by this BPF 16
7, a frequency synthesizer 18 for generating a local oscillation signal D10 having a predetermined frequency F LO based on the oscillation signal D2 supplied from the TCXO 12, and a predetermined frequency F RF amplified by the amplifier 17. A multiplier 19 for multiplying the amplified RF signal D8 having the local oscillation signal D10 supplied from the frequency synthesizer 18, and a predetermined frequency F IF down-converted by being multiplied by the multiplier 19.
Intermediate Frequency;
It is called IF. ) An amplifier 20 that amplifies the signal D11, and a low pass filter (hereinafter referred to as LPF) 21 that passes a predetermined frequency band component of the amplified IF signal D12 amplified by the amplifier 20.
The analog-type amplified IF signal D13 passed by the LPF 21 is converted to the digital-type amplified IF signal D14.
Analog / digital converter (Analog / Digit)
al Converter; hereinafter referred to as A / D. ) 22 and.

【0029】アンテナ14は、GPSを構成する衛星
(以下、GPS衛星と称する。)から送信されてきた周
波数が1575.42MHzのキャリアが拡散されたR
F信号を受信する。このアンテナ14によって受信され
た受信RF信号D5は、LNA15に供給される。
The antenna 14 spreads a carrier R having a frequency of 1575.42 MHz transmitted from a satellite (hereinafter, referred to as a GPS satellite) constituting GPS.
Receive the F signal. The received RF signal D5 received by the antenna 14 is supplied to the LNA 15.

【0030】LNA15は、アンテナ14によって受信
された受信RF信号D5を増幅する。LNA15は、増
幅した増幅RF信号D6をBPF16に供給する。
The LNA 15 amplifies the received RF signal D5 received by the antenna 14. The LNA 15 supplies the amplified amplified RF signal D6 to the BPF 16.

【0031】BPF16は、いわゆるSAW(Surface
Acoustic Wave)フィルタからなり、LNA15によっ
て増幅された増幅RF信号D6のうち所定の周波数帯域
成分を通過する。このBPF16によって通過された増
幅RF信号D7は、増幅器17に供給される。
The BPF 16 is a so-called SAW (Surface).
Acoustic wave) filter, and passes a predetermined frequency band component of the amplified RF signal D6 amplified by the LNA 15. The amplified RF signal D7 passed by the BPF 16 is supplied to the amplifier 17.

【0032】増幅器17は、BPF16によって通過さ
れた増幅RF信号D7をさらに増幅する。増幅器17
は、増幅した所定の周波数FRF、すなわち、157
5.42MHzの増幅RF信号D8を乗算器19に供給
する。
The amplifier 17 further amplifies the amplified RF signal D7 passed by the BPF 16. Amplifier 17
Is the amplified predetermined frequency F RF , that is, 157
The amplified RF signal D8 of 5.42 MHz is supplied to the multiplier 19.

【0033】周波数シンセサイザ18は、CPU26か
ら供給される制御信号D9による制御のもとに、TCX
O12から供給される発振信号D2に基づいて所定の周
波数FLOを有する局部発振信号D10を生成する。周
波数シンセサイザ18は、生成した局部発振信号D10
を乗算器19に供給する。
The frequency synthesizer 18 controls the TCX under the control of the control signal D9 supplied from the CPU 26.
A local oscillation signal D10 having a predetermined frequency F LO is generated based on the oscillation signal D2 supplied from O12. The frequency synthesizer 18 uses the generated local oscillation signal D10.
Is supplied to the multiplier 19.

【0034】乗算器19は、増幅器17によって増幅さ
れた所定の周波数FRFを有する増幅RF信号D8に対
して周波数シンセサイザ18から供給された局部発振信
号D10を乗算することによって増幅RF信号D8をダ
ウンコンバートし、例えば1.023MHz程度の所定
の周波数FIFを有するIF信号D11を生成する。こ
のIF信号D11は、増幅器20に供給される。
The multiplier 19 multiplies the amplified RF signal D8 having a predetermined frequency F RF amplified by the amplifier 17 by the local oscillation signal D10 supplied from the frequency synthesizer 18 to reduce the amplified RF signal D8. The IF signal D11 having the predetermined frequency F IF of about 1.023 MHz is generated by conversion. The IF signal D11 is supplied to the amplifier 20.

【0035】増幅器20は、乗算器19によってダウン
コンバートされたIF信号D11を増幅する。増幅器2
0は、増幅した増幅IF信号D12をLPF21に供給
する。 LPF21は、増幅器20によって増幅された
増幅IF信号D12のうち所定の周波数よりも低帯域成
分を通過する。このLPF21によって通過された増幅
IF信号D13は、A/D22に供給される。
The amplifier 20 amplifies the IF signal D11 down-converted by the multiplier 19. Amplifier 2
0 supplies the amplified amplified IF signal D12 to the LPF 21. The LPF 21 passes a lower band component than the predetermined frequency of the amplified IF signal D12 amplified by the amplifier 20. The amplified IF signal D13 passed by the LPF 21 is supplied to the A / D 22.

【0036】A/D22は、LPF21によって通過さ
れたアナログ形式の増幅IF信号D13をディジタル形
式の増幅IF信号D14に変換する。このA/D22に
よって変換された増幅IF信号D14は、1ビットずつ
同期捕捉部24及び同期保持部25に供給される。
The A / D 22 converts the analog amplified IF signal D13 passed by the LPF 21 into a digital amplified IF signal D14. The amplified IF signal D14 converted by the A / D 22 is supplied to the synchronization acquisition unit 24 and the synchronization holding unit 25 bit by bit.

【0037】なお、GPS受信装置10においては、こ
れらの各部のうち、LNA15,17,20、BPF1
6、周波数シンセサイザ18、乗算器19、LPF2
1、及びA/D22は、アンテナ14によって受信され
た1575.42MHzの高い周波数を有する受信RF
信号D5を、ディジタル信号処理が施しやすいように、
例えば1.023MHz程度の低い周波数FIFを有す
る増幅IF信号D14にダウンコンバートする周波数変
換部23として構成される。
In the GPS receiver 10, among these units, the LNA 15, 17, 20, BPF 1
6, frequency synthesizer 18, multiplier 19, LPF2
1, and the A / D 22 is a reception RF having a high frequency of 1575.42 MHz received by the antenna 14.
To facilitate the digital signal processing of the signal D5,
For example, the frequency conversion unit 23 down-converts to the amplified IF signal D14 having a low frequency F IF of about 1.023 MHz.

【0038】さらに、GPS受信装置10は、自己が発
生する拡散符号とA/D22から供給される増幅IF信
号D14における拡散符号との同期捕捉及び増幅IF信
号D14におけるキャリア周波数の検出を行う同期捕捉
部24と、A/D22から供給される増幅IF信号D1
4における拡散符号とキャリアとの同期保持及びメッセ
ージの復調を行う同期保持部25と、各部を統括的に制
御して各種演算処理を行うCPU26と、XO11から
供給される発振信号D1に基づいて時間を計測するRT
C27と、CPU26の内部時計としてのタイマ28
と、RAM(Random Access Memory)やROM(Read O
nly Memory)等からなるメモリ29とを備える。
Further, the GPS receiving apparatus 10 performs synchronous acquisition of the spread code generated by itself and the expanded code in the amplified IF signal D14 supplied from the A / D 22 and synchronous acquisition for detecting the carrier frequency in the amplified IF signal D14. The amplified IF signal D1 supplied from the unit 24 and the A / D 22
4, a synchronization holding unit 25 for holding the synchronization between the spread code and the carrier and demodulating the message, a CPU 26 for collectively controlling each unit to perform various arithmetic processing, and a time based on the oscillation signal D1 supplied from the XO11. RT to measure
C27 and a timer 28 as an internal clock of the CPU 26
RAM (Random Access Memory) and ROM (Read O
nly Memory) and the like.

【0039】同期捕捉部24は、CPU26の制御のも
とに、逓倍/分周器13から供給される逓倍及び/又は
分周された発振信号D3に基づいて、A/D22から供
給される増幅IF信号D14における拡散符号の同期捕
捉を行うとともに、増幅IF信号D14におけるキャリ
ア周波数の検出を行う。このとき、同期捕捉部24は、
粗い精度での同期捕捉を行う。同期捕捉部24は、検出
したGPS衛星を識別するための衛星番号、拡散符号の
位相、及びキャリア周波数を同期保持部25及びCPU
26に供給する。
The synchronization acquisition unit 24, under the control of the CPU 26, amplifies the signal supplied from the A / D 22 based on the multiplied and / or frequency-divided oscillation signal D3 supplied from the frequency multiplier / frequency divider 13. The spread code in the IF signal D14 is synchronously captured, and the carrier frequency in the amplified IF signal D14 is detected. At this time, the synchronization acquisition unit 24
Performs synchronization acquisition with coarse accuracy. The synchronization acquisition unit 24 stores the satellite number for identifying the detected GPS satellite, the phase of the spread code, and the carrier frequency in the synchronization holding unit 25 and the CPU.
26.

【0040】同期保持部25は、CPU26の制御のも
とに、逓倍/分周器13から供給される逓倍及び/又は
分周された発振信号D3に基づいて、A/D22から供
給される増幅IF信号D14における拡散符号とキャリ
アとの同期保持を行うとともに、増幅IF信号D14に
含まれる航法メッセージの復調を行う。このとき、同期
保持部25は、後述するように、同期捕捉部24から供
給される衛星番号、拡散符号の位相、及びキャリア周波
数を初期値として動作を開始する。同期保持部25は、
複数のGPS衛星からの増幅IF信号D14についての
同期保持を並列的に行い、検出した拡散符号の位相、キ
ャリア周波数、及び航法メッセージをCPU26に供給
する。
Under the control of the CPU 26, the synchronization holding unit 25, based on the frequency-multiplied and / or frequency-divided oscillation signal D3 supplied from the frequency multiplier / frequency divider 13, the amplification supplied from the A / D 22. The spread code and the carrier in the IF signal D14 are held in synchronization, and the navigation message included in the amplified IF signal D14 is demodulated. At this time, the synchronization holding unit 25 starts the operation with the satellite number, the phase of the spread code, and the carrier frequency supplied from the synchronization acquisition unit 24 as initial values, as described later. The synchronization holding unit 25
The amplified IF signals D14 from a plurality of GPS satellites are held in parallel in parallel, and the detected spread code phase, carrier frequency, and navigation message are supplied to the CPU 26.

【0041】CPU26は、同期保持部25から供給さ
れる拡散符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセ
ージを取得し、これらの各種情報に基づいて、自己の3
次元位置の算出する処理や、当該GPS受信装置10の
時間情報を補正する処理などの各種演算処理を行う。ま
た、CPU26は、当該GPS受信装置10の各部及び
各種ペリフェラル、並びに外部との入出力(Input/Outp
ut)に関する制御を統括的に行う。
The CPU 26 acquires the phase of the spreading code, the carrier frequency, and the navigation message supplied from the synchronization holding unit 25, and based on these various information, its own 3
Various calculation processes such as a process of calculating the dimensional position and a process of correcting the time information of the GPS receiving apparatus 10 are performed. Further, the CPU 26 inputs / outputs each unit of the GPS receiving apparatus 10 and various peripherals, and input / output with the outside.
ut) controls overall.

【0042】RTC27は、XO11から供給される発
振信号D1に基づいて、時間を計測する。このRTC2
7は27によって計測される時間情報は、GPS衛星の
正確な時間情報が得られるまでの間に代用されるもので
あって、GPS受信装置の位置衛星の正確な時間情報を
得たCPU26がXO11を制御することによって適宜
補正される。
The RTC 27 measures time based on the oscillation signal D1 supplied from the XO 11. This RTC2
7 is the time information measured by 27, which is used until the accurate time information of the GPS satellite is obtained, and the CPU 26 which has obtained the accurate time information of the position satellite of the GPS receiving device XO11 It is corrected as appropriate by controlling.

【0043】タイマ28は、CPU26の内部時計とし
て機能するものであり、各部の動作に必要となる各種タ
イミング信号の生成及び時間参照に用いられる。例え
ば、GPS受信装置10においては、同期捕捉部24が
同期捕捉した拡散符号の位相に合わせて同期保持部25
が後述する拡散符号発生器の動作を開始させるタイミン
グを、このタイマ28によって参照する。
The timer 28 functions as an internal clock of the CPU 26, and is used for generating various timing signals necessary for the operation of each section and for time reference. For example, in the GPS receiving apparatus 10, the synchronization holding unit 25 is synchronized with the phase of the spread code captured by the synchronization capturing unit 24.
The timer 28 refers to the timing for starting the operation of the spreading code generator described later.

【0044】メモリ29は、RAMやROM等からな
る。メモリ29においては、CPU26等による各種処
理を行う際のワークエリアとしてRAMが用いられると
ともに、入力した各種データをバッファリングする際
や、演算過程で生成される中間データ及び演算結果デー
タを保持する際にもRAMが用いられる。また、メモリ
29においては、各種プログラムや固定データ等を記憶
する手段としてROMが用いられる。
The memory 29 is composed of RAM, ROM and the like. In the memory 29, a RAM is used as a work area when various processes are performed by the CPU 26 and the like, when buffering various input data, and when storing intermediate data and calculation result data generated in the calculation process. Also RAM is used. Further, in the memory 29, a ROM is used as a means for storing various programs and fixed data.

【0045】なお、GPS受信装置10においては、こ
れらの同期捕捉部24、同期保持部25、CPU26、
RTC27、タイマ28、メモリ29は、ベースバンド
処理部として構成される。
In the GPS receiver 10, these synchronization acquisition unit 24, synchronization holding unit 25, CPU 26,
The RTC 27, the timer 28, and the memory 29 are configured as a baseband processing unit.

【0046】このような各部を備えるGPS受信器10
においては、少なくとも、XO11、TCXO12、ア
ンテナ14、LNA15、及びBPF16を除く各部
を、集積回路化した1チップからなる復調回路30とし
て構成することができる。
A GPS receiver 10 having such units
In the above, at least each of the units except the XO 11, the TCXO 12, the antenna 14, the LNA 15, and the BPF 16 can be configured as a demodulation circuit 30 that is formed of one integrated chip.

【0047】GPS受信装置10は、少なくとも4個の
GPS衛星からのRF信号を受信して、このRF信号を
周波数変換部23によってIF信号に変換した後、同期
捕捉部24によって拡散符号の同期捕捉及びキャリア周
波数の検出を行い、同期保持部25によって拡散符号と
キャリアとの同期保持及び航法メッセージの復調を行
う。そして、GPS受信装置10は、拡散符号の位相、
キャリア周波数、及び航法メッセージに基づいて、CP
U26によって自己の3次元位置を算出する。
The GPS receiver 10 receives RF signals from at least four GPS satellites, converts the RF signals into IF signals by the frequency conversion unit 23, and then acquires synchronization of spread codes by the synchronization acquisition unit 24. Also, the carrier frequency is detected, and the synchronization holding unit 25 holds the synchronization between the spreading code and the carrier and demodulates the navigation message. Then, the GPS receiver 10 detects the phase of the spread code,
CP based on carrier frequency and navigation message
U26 calculates its own three-dimensional position.

【0048】ここで、GPS受信装置10においてCP
U26で行われる位置算出処理について説明する。GP
S受信装置10では、信号が受信できたGPS衛星の
数、或いは位置算出処理で用いる受信信号の数に応じ
て、以下で説明する3つのうちのいずれかの位置算出処
理を行うものとすればよい。
Here, in the GPS receiver 10, the CP
The position calculation process performed in U26 will be described. GP
In the S reception device 10, any one of three position calculation processes described below may be performed according to the number of GPS satellites that have received signals or the number of received signals used in the position calculation process. Good.

【0049】<第1の位置算出処理:4つの受信信号を
用いる場合>まず、少なくとも4つのGPS衛星からの
信号が受信できている場合に、4つの受信信号を用いて
位置の算出を行う場合に採用し得る第1の位置算出処理
の概略について説明する。
<First Position Calculation Processing: Using Four Received Signals> First, when signals from at least four GPS satellites are received, the position is calculated using four received signals. The outline of the first position calculation processing that can be adopted for the following will be described.

【0050】i番目のGPS衛星の3次元位置を
(X,Y,Z)とし、疑似距離をρ とすると、
GPS受信装置10の3次元位置(Xo,Yo,Zo)
とGPS受信装置10内部の時計誤差δτとを未知数と
する以下の式1の連立方程式が得られる。
The three-dimensional position of the i-th GPS satellite
(Xi, Yi, Zi), And the pseudo distance is ρ iThen,
Three-dimensional position of the GPS receiver 10 (Xo, Yo, Zo)
And the clock error δ inside the GPS receiver 10τAnd are unknowns
The following simultaneous equations are obtained.

【数5】 なお、式1においてはρ=c×τであり、τは、
各GPS衛星からGPS受信装置10までの信号到達時
間であり、cは光速である。なお、τは、CPU26
によって算出される。
[Equation 5] In Equation 1, ρ i = c × τ i , and τ i is
The signal arrival time from each GPS satellite to the GPS receiver 10, and c is the speed of light. Note that τ i is the CPU 26
Calculated by

【0051】上記の式1を以下に示す式5に変形し、式
6、式7、式8、式9の関係式を代入すると、式1か
ら、以下に示す式10及び式11のように、1つの2次
方程式と3つの1次方程式を導出されることとなる。
By substituting the relational expressions of Expression 6, Expression 7, Expression 8, and Expression 9 into Expression 5 shown below, the Expression 1 is changed to Expression 10 and Expression 11 below. One quadratic equation and three linear equations will be derived.

【数6】 ただし、式10及び式11において、Xo'=Xo−X
,Yo'=Yo−Y,Zo'=Zo−Z,ρo'=
δρ+ρ,X'=X−X,Y'=Y−Y
'=Z−Z,ρ'=ρ―ρ,a=(X'
+Y'+Z'−ρ')/2とする。すなわ
ち、座標(Xo',Yo',Zo')は、0番目(i=
0)のGPS衛星に対するGPS受信装置10の相対座
標を表し、座標位置(X',Y',Z')は、0番
目のGPS衛星に対する他のGPS衛星の相対座標を表
す。また、式10及び式11における未知数は、X
o',Yo',Zo',ρo'の4つである。
[Equation 6] However, in Expression 10 and Expression 11, Xo ′ = Xo−X
0 , Yo ′ = Yo−Y 0 , Zo ′ = Zo−Z 0 , ρo ′ =
δρ + ρ 0 , X i ′ = X i −X 0 , Y i ′ = Y i −Y 0 Z
i ′ = Z i −Z 0 , ρ i ′ = ρ i −ρ 0 , a i = (X i
2 + Y i '2 + Z i' 2 -ρ i '2) / 2 to. That is, the coordinates (Xo ', Yo', Zo ') are 0th (i =
0) represents the relative coordinates of the GPS receiver 10 with respect to the GPS satellite, and the coordinate position (X i ′, Y i ′, Z i ′) represents the relative coordinates of the other GPS satellites with respect to the 0th GPS satellite. Further, the unknown number in Expression 10 and Expression 11 is X
They are o ', Yo', Zo ', and ρo'.

【0052】ここで、式11は4つの未知数に対する3
つの連立1次方程式であるため、ρo'をパラメータと
すると、Xo',Yo',Zo'はそれぞれ、以下の式1
2,式13,式14のように表すことができる。
Equation 11 is 3 for four unknowns.
Since ρo ′ is a parameter, Xo ′, Yo ′, and Zo ′ are respectively expressed by the following equation 1
2, can be expressed as in Equation 13 and Equation 14.

【数7】 上記の式12,式13,式14を式10に代入すると、
未知数ρo'は、以下の式15のように求められること
となる。
[Equation 7] Substituting the above equation 12, equation 13, and equation 14 into equation 10,
The unknown ρo ′ is obtained as in the following Expression 15.

【数8】 これにより、ρo'=δρ+ρなる関係式、及びδρ
=cδτなる関係式を用いて、GPS受信装置10の内
部の時計誤差δτが求まる。
[Equation 8] As a result, the relational expression ρo ′ = δρ + ρ 0 , and δρ
= Cδτ, the internal clock error δτ of the GPS receiving apparatus 10 can be obtained.

【0053】つぎに、式15を式12,式13,式14
に代入することにより、未知数Xo',Yo',Zo'が
求まり、Xo'=Xo−X,Yo'=Yo−Y,Z
o'=Zo−Zの関係式からXo,Yo,Zoが求ま
る。すなわち、GPS受信装置10の3次元位置(X
o,Yo,Zo)を算出することができる。
Next, Equation 15 is transformed into Equation 12, Equation 13, and Equation 14
By substituting for Xo ′, Yo ′, Zo ′, unknowns Xo ′ = Xo−X 0 , Yo ′ = Yo−Y 0 , Z
o '= Xo from Zo-Z 0 of the equation, Yo, is Zo obtained. That is, the three-dimensional position (X
o, Yo, Zo) can be calculated.

【0054】なお、式15は、2次方程式であるため、
2つの解が存在するが、ρo'としては、ρo'>0であ
り、且つGPS受信装置10の3次元位置を算出するに
妥当な方の解を選択すればよい。
Since equation 15 is a quadratic equation,
Although there are two solutions, as ρo ′, ρo ′> 0 and a solution that is appropriate for calculating the three-dimensional position of the GPS receiver 10 may be selected.

【0055】GPS受信装置10は、上述した第1の位
置算出処理に基づいて自己の位置を算出するに際して、
図2のフローチャートに示すように動作する。
When the GPS receiving apparatus 10 calculates its own position based on the above-mentioned first position calculating process,
It operates as shown in the flow chart of FIG.

【0056】GPS受信装置10は、自己の位置を算出
する位置算出処理が開始されると、図2に示すステップ
S10において、GPS衛星から送出された信号を受信
する。このとき、少なくとも4つのGPS衛星からの信
号が正常に受信できているものとする。そしてGPS受
信装置10においては、上述のように同期捕捉部24及
び同期保持部25が機能することによって、各GPS衛
星からの受信信号はに含まれる衛星番号、拡散符号の位
相、キャリア周波数、及び航法メッセージがCPU26
に供給される。
When the position calculation process for calculating its own position is started, the GPS receiver 10 receives the signal transmitted from the GPS satellite in step S10 shown in FIG. At this time, it is assumed that the signals from at least four GPS satellites are normally received. Then, in the GPS receiving apparatus 10, the synchronization acquisition unit 24 and the synchronization holding unit 25 function as described above, so that the received signal from each GPS satellite includes the satellite number included in, the phase of the spread code, the carrier frequency, and Navigation message is CPU26
Is supplied to.

【0057】次にステップS11において、CPU26
は、航法メッセージに含まれる軌道情報に基づいて、各
GPS衛星の3次元位置(X,Y,Z)を算出す
る。また、ステップS12において、CPU26は、拡
散符号の位相に基づいて、疑似距離ρを算出する。
Next, in step S11, the CPU 26
Calculates the three-dimensional position (X i , Y i , Z i ) of each GPS satellite based on the orbit information included in the navigation message. Further, in step S12, the CPU 26 calculates the pseudo distance ρ i based on the phase of the spread code.

【0058】次にステップS13において、CPU26
は、0番目のGPS衛星に対する他のGPS衛星の相対
位置(X',Y',Z')と、時刻情報のずれ量ρ
'とを算出する。このとき、先の説明と同様に、X'
=X−X,Y'=Y−Y,Z'=Z
,ρ'=ρ―ρなる関係式を用いる。
Next, in step S13, the CPU 26
Is the relative position (X i ′, Y i ′, Z i ′) of the other GPS satellites to the 0th GPS satellite and the deviation amount ρ of the time information.
i 'and calculated. At this time, as in the above description, X i '
= X i −X 0 , Y i ′ = Y i −Y 0 , Z i ′ = Z i
The relational expression of Z 0 , ρ i ′ = ρ i −ρ 0 is used.

【0059】次にステップS14において、CPU26
は、ステップS13で算出した値を用いて、a=(X
'+Y'+Z'−ρ')/2なる関係式か
ら、aの値を算出する。
Next, in step S14, the CPU 26
Using the value calculated in step S13, a i = (X
The value of a i is calculated from the relational expression i2 + Y i2 + Z i2 −ρ i2 ) / 2.

【0060】次にステップS15において、CPU26
は、式12,式13,式14を算出するための行列式A
を算出する。次にステップS16において、CPU26
は、行列式bを算出する。次にステップS17におい
て、CPU26は、式15を算出するための行列式
,dを算出する。
Next, in step S15, the CPU 26
Is a determinant A for calculating Expression 12, Expression 13, and Expression 14.
To calculate. Next, in step S16, the CPU 26
Calculates the determinant b. Next, in step S17, the CPU 26 calculates determinants d 1 and d 2 for calculating Expression 15.

【0061】次にステップS18において、CPU26
は、式15に基づいてρo'の値を算出する。次にステ
ップS19において、CPU26は、算出されたρo'
の値と、行列式A及び行列式bから導出されるα,α
,β,β,γ,γの値を用いて、式12,式
13,式14を演算処理する。これにより、0番目のG
PS衛星に対するGPS受信装置10の相対座標(X
o',Yo',Zo')が求まる。次にステップS20に
おいて、CPU26は、Xo'=Xo−X,Yo'=Y
o−Y,Zo'=Zo−Zなる関係式を用いてX
o,Yo,Zoの値を算出する。
Next, in step S18, the CPU 26
Calculates the value of ρo ′ based on Equation 15. Next, in step S19, the CPU 26 calculates the calculated ρo ′.
Value and α 1 , α derived from determinant A and determinant b
Equations 12, 13, and 14 are calculated using the values of 2 , β 1 , β 2 , γ 1 , and γ 2 . As a result, the 0th G
Relative coordinates of the GPS receiver 10 with respect to the PS satellite (X
o ', Yo', Zo ') is obtained. Next, in step S20, the CPU 26 sets Xo ′ = Xo−X 0 , Yo ′ = Y.
o-Y 0 , Zo ′ = Zo-Z 0
The values of o, Yo, Zo are calculated.

【0062】なお、GPS受信装置10においては、上
述したステップS18からステップS20までの処理
を、式15で算出された2つのρo'の値それぞれにつ
いて行うものとする。
It should be noted that the GPS receiving apparatus 10 is assumed to perform the above-described processing from step S18 to step S20 for each of the two values of ρo 'calculated by equation 15.

【0063】次にステップS21において、CPU26
は、式15で算出された2つのρo'の値を用いて得ら
れた2つの座標(Xo,Yo,Zo)について妥当性を
判断し、いずれか一方をGPS受信装置10の3次元位
置として選択する。これにより、GPS受信装置10の
3次元位置が求まる。
Next, in step S21, the CPU 26
Determines the validity with respect to the two coordinates (Xo, Yo, Zo) obtained by using the two values of ρo ′ calculated by Expression 15, and determines one of them as the three-dimensional position of the GPS receiver 10. select. As a result, the three-dimensional position of the GPS receiver 10 is obtained.

【0064】なお、このステップS21において、CP
U26は、3次元位置として選択された解が得られた方
のρo'について、ρo'=δρ+ρなる関係式、及び
δρ=cδτなる関係式を用いて、GPS受信装置10
の内部の時計誤差δτを算出し、この時計誤差δτに基
づいて、RTC27或いはタイマ28等を制御すること
により、現在時刻を補正する処理を行うとしてもよい。
これにより、GPS受信装置10は、常に正確な時刻を
内部に保持しておくことができる。
In this step S21, the CP
U26 uses the relational expression ρo ′ = δρ + ρ 0 and the relational expression δρ = cδτ for ρo ′ for which the solution selected as the three-dimensional position is obtained, and uses the GPS receiver 10
It is also possible to calculate the internal clock error δτ and to control the RTC 27 or the timer 28 based on this clock error δτ to perform the process of correcting the current time.
As a result, the GPS receiver 10 can always keep accurate time inside.

【0065】次にステップS22において、CPU26
は、以上のようにして得られたGPS受信装置10の3
次元位置を、他のシステムからの要求に応じて出力す
る。
Next, in step S22, the CPU 26
Is 3 of the GPS receiver 10 obtained as described above.
The dimensional position is output in response to a request from another system.

【0066】GPS受信装置10は、上述した一連の位
置算出処理によって自己の3次元位置を算出することか
ら、従来の位置算出手法で必要とされていた初期値を必
要としない。また、ニュートン法で位置算出を行う場合
のような反復計算を行わない。このため、比較的少ない
計算量で、迅速に且つ確実に自己の3次元位置を算出す
ることが可能である。
Since the GPS receiving apparatus 10 calculates its own three-dimensional position by the series of position calculating processes described above, it does not need the initial value required in the conventional position calculating method. Further, iterative calculation as in the case of calculating the position by the Newton method is not performed. Therefore, the self-three-dimensional position can be calculated quickly and reliably with a relatively small amount of calculation.

【0067】また、GPS受信装置10は、初期値を必
要とせずに位置算出処理を行うことができることから、
例えば航空機などで長距離移動した後に電源が投入され
た場合などに対応する目的で予め受信機内部に地球上の
多数の位置を登録しておく必要がない。したがって、こ
れらの位置を登録しておくための記憶領域を確保する必
要がない。
Further, since the GPS receiver 10 can perform the position calculation processing without requiring the initial value,
For example, it is not necessary to register a large number of positions on the earth inside the receiver in advance for the purpose of responding to the case where the power is turned on after moving for a long distance in an airplane or the like. Therefore, it is not necessary to secure a storage area for registering these positions.

【0068】なお、図2においては、位置算出処理を1
回行う場合についての処理の流れを示しているが、GP
S受信装置10は、連続して位置算出処理を行う場合に
は、ステップS22における処理の後に、ステップS1
0以降の処理を繰り返し行うとすればよい。
In FIG. 2, the position calculation process is
It shows the flow of processing when it is performed once.
When performing the position calculation process continuously, the S reception device 10 performs step S1 after the process in step S22.
The processes after 0 may be repeated.

【0069】また、この第1の位置算出処理において
は、少なくとも4つのGPS衛星からの信号(受信信
号)を正常に受信できている必要があるが、例えば5つ
以上の受信信号を正常に受信できている場合であって
も、例えば、精度劣化の指標となるDOP(Dilution O
f Precision)値が良好な受信信号を選択して、位置算
出処理に用いればよい。このことは、後述する第2の位
置算出処理、及び第3の位置算出処理においても同様で
ある。
Further, in the first position calculation processing, it is necessary that the signals (received signals) from at least four GPS satellites can be normally received. For example, five or more received signals are normally received. Even if it is possible, for example, DOP (Dilution O
A reception signal having a good f Precision value may be selected and used in the position calculation process. This also applies to the second position calculation process and the third position calculation process described later.

【0070】<第2の位置算出処理:5つの受信信号を
用いる場合>つぎに、少なくとも5つのGPS衛星から
の信号が受信できている場合に、5つの受信信号を用い
て位置の算出を行う場合に採用し得る第2の位置算出処
理について説明する。
<Second Position Calculation Processing: Using Five Received Signals> Next, when signals from at least five GPS satellites can be received, the position is calculated using five received signals. The second position calculation process that can be used in this case will be described.

【0071】先に説明した第1の位置算出処理において
は、式1に示した連立方程式を1つの2次方程式(式1
0)と3つの1次方程式(式11)とに変形し、式11
によって3つの未知数を消去することによって連立方程
式を解いている。ところが、5つの受信信号を用いて位
置算出を行う場合には、式11はi=0,1,2,3,
4とする4つの1次方程式となる。
In the first position calculation process described above, the simultaneous equations shown in equation 1 are converted into one quadratic equation (equation 1).
0) and three linear equations (Equation 11),
Solves the system of equations by eliminating the three unknowns. However, when the position calculation is performed using five received signals, Equation 11 is i = 0, 1, 2, 3,
There are four linear equations of four.

【0072】5つの受信信号を用いる場合においても、
未知数は4つ(Xo',Yo',Zo',ρo')のままで
あり、式11の4つの式はそれ自体が連立1次方程式で
ある。このことから、5つの受信信号を用いて位置算出
を行う場合には、式11の4つの連立1次方程式を解く
ことにより4つの未知数(Xo',Yo',Zo',ρ
o')が一意に求められることとなる。
Even when five received signals are used,
The unknowns remain four (Xo ′, Yo ′, Zo ′, ρo ′), and the four equations of Equation 11 are themselves simultaneous linear equations. From this fact, when position calculation is performed using five received signals, four unknowns (Xo ′, Yo ′, Zo ′, ρ) are obtained by solving the four simultaneous linear equations of Expression 11.
o ') is uniquely obtained.

【0073】そこで、式11における左辺の未知数X
o',Yo',Zo',ρo'の係数行列をBとし、右辺を
縦ベクトルe、及びf=(Xo',Yo',Zo',ρ
o')と置くと、式11は以下に示す式16として表
すことができる。
Therefore, the unknown number X on the left side in Expression 11 is
Let B be the coefficient matrix of o ′, Yo ′, Zo ′, ρo ′, and the right side be the vertical vector e, and f = (Xo ′, Yo ′, Zo ′, ρ.
o ′) T , Equation 11 can be expressed as Equation 16 below.

【数9】 したがって、式16の行列式を解くことにより、未知数
Xo',Yo',Zo',ρo'を直接求めることができ
る。
[Equation 9] Therefore, the unknowns Xo ′, Yo ′, Zo ′, ρo ′ can be directly obtained by solving the determinant of Equation 16.

【0074】GPS受信装置10は、上述した第2の位
置算出処理に基づいて自己の位置を算出するに際して、
図3のフローチャートに示すように動作する。
When the GPS receiver 10 calculates its own position based on the above-mentioned second position calculation processing,
It operates as shown in the flowchart of FIG.

【0075】GPS受信装置10は、図3に示すよう
に、ステップS10からステップS14までの処理は、
先に説明した第1の位置算出処理と同等の処理を行う。
これにより、i=0〜4までの5つのGPS衛星につい
て、X',Y',Z',ρ 'の値が算出され、a
の値が求まる。
The GPS receiving apparatus 10 is as shown in FIG.
In addition, the processing from step S10 to step S14 is
The same processing as the first position calculation processing described above is performed.
As a result, it is possible to connect five GPS satellites from i = 0 to 4
Xi', Yi', Zi', Ρ i'Value is calculated and ai
The value of is obtained.

【0076】次にステップS30において、CPU26
は、式11における左辺の未知数Xo',Yo',Z
o',ρo'の係数行列をBとし、右辺を縦ベクトルe、
及びf=(Xo',Yo',Zo',ρo')として設定
する。次にステップS31において、式16の行列式を
解くことにより、Xo',Yo',Zo',ρo'の値を算
出する。次にステップS20において、CPU26は、
Xo'=Xo−X,Yo'=Yo−Y,Zo'=Zo
−Zなる関係式を用いてXo,Yo,Zoの値を算出
する。これにより、GPS受信装置10の3次元位置
(Xo,Yo,Zo)が求まる。
Next, in step S30, the CPU 26
Is the unknowns Xo ', Yo', Z on the left side of Equation 11.
Let B be the coefficient matrix of o'and ρo ', and the vertical vector e on the right side,
And f = (Xo ′, Yo ′, Zo ′, ρo ′) T. Next, in step S31, the values of Xo ', Yo', Zo ', and ρo' are calculated by solving the determinant of Expression 16. Next, in step S20, the CPU 26
Xo '= Xo-X 0, Yo' = Yo-Y 0, Zo '= Zo
The values of Xo, Yo, and Zo are calculated using the relational expression −Z 0 . Thereby, the three-dimensional position (Xo, Yo, Zo) of the GPS receiver 10 is obtained.

【0077】次にステップS22において、CPU26
は、以上のようにして得られたGPS受信装置10の3
次元位置を、他のシステムからの要求に応じて出力す
る。
Next, in step S22, the CPU 26
Is 3 of the GPS receiver 10 obtained as described above.
The dimensional position is output in response to a request from another system.

【0078】なお、ステップS20において、CPU2
6は、求まったρo'について、ρo'=δρ+ρなる
関係式、及びδρ=cδτなる関係式を用いて、GPS
受信装置10の内部の時計誤差δτを算出し、この時計
誤差δτに基づいて、RTC27或いはタイマ28等を
制御することにより、現在時刻を補正する処理を行うと
してもよい。これにより、GPS受信装置10は、常に
正確な時刻を内部に保持しておくことができる。
In step S20, the CPU2
6 uses the relational expression of ρo ′ = δρ + ρ 0 and the relational expression of δρ = cδτ for the obtained ρo ′, and
The clock error δτ inside the receiving apparatus 10 may be calculated, and the RTC 27, the timer 28, or the like may be controlled based on the clock error δτ to perform the process of correcting the current time. As a result, the GPS receiver 10 can always keep accurate time inside.

【0079】GPS受信装置10は、以上のように動作
することによって、第2の位置算出処理に基づいて自己
の位置を算出することができる。この第2の位置算出処
理では、従来の位置算出手法で必要とされていた初期値
を必要としない。また、ニュートン法で位置算出を行う
場合のような複雑な反復計算を行わない。このため、比
較的少ない計算量で、迅速に且つ確実に自己の3次元位
置を算出することが可能である。すなわち、GPS受信
装置10は、第2の位置算出処理により位置算出を行う
ことによって、第1の位置算出処理と同様な効果を奏す
ることとなる。
By operating as described above, the GPS receiving device 10 can calculate its own position based on the second position calculating process. This second position calculation process does not require the initial value required in the conventional position calculation method. In addition, complicated iterative calculation as in the case of calculating the position by the Newton method is not performed. Therefore, the self-three-dimensional position can be calculated quickly and reliably with a relatively small amount of calculation. That is, the GPS receiving device 10 achieves the same effect as the first position calculation process by performing the position calculation by the second position calculation process.

【0080】なお、この第2の位置算出処理では、少な
くとも5つGPS衛星からの信号が正常に受信できてい
る必要があり、ステップS10からステップS14にか
けての計算処理が第1の位置算出処理よりも多くなるこ
ととなる。しかしながら、2次方程式を解く必要があ
り、且つ得られた2つの解ついての妥当性を最終的に判
断する必要がある第1の位置算出処理と比較すると、第
2の位置算出処理は、連立1次方程式を解くという、よ
り少ない計算量で直接GPS受信装置10の3次元位置
を求めることができるという利点を有している。
In this second position calculating process, it is necessary that at least five signals from GPS satellites can be normally received, and the calculation process from step S10 to step S14 is more than that in the first position calculating process. Will also increase. However, as compared with the first position calculation process that requires solving the quadratic equation and that the validity of the two obtained solutions must be finally determined, the second position calculation process is There is an advantage that the three-dimensional position of the GPS receiving apparatus 10 can be directly obtained with a smaller calculation amount of solving a linear equation.

【0081】<第3の位置算出処理:6つ以上の受信信
号を用いる場合>つぎに、少なくとも6つのGPS衛星
からの信号が受信できている場合に、少なくとも6つの
受信信号を用いて位置の算出を行う場合に採用し得る第
3の位置算出処理について説明する。
<Third Position Calculation Processing: Using Six or More Received Signals> Next, when signals from at least six GPS satellites can be received, at least six received signals are used to determine the position. The third position calculation process that can be adopted when the calculation is performed will be described.

【0082】先に説明した第1の位置算出処理において
は、式1に示した連立方程式を1つの2次方程式(式1
0)と3つの1次方程式(式11)とに変形し、式11
によって3つの未知数を消去することによって連立方程
式を解いている。ところが、5つの受信信号を用いて位
置算出を行う場合には、式11はi=0,1,2,・・
・,Nとする少なくとも5つの1次方程式となる。
In the first position calculation process described above, the simultaneous equations shown in equation 1 are converted into one quadratic equation (equation 1).
0) and three linear equations (Equation 11),
Solves the system of equations by eliminating the three unknowns. However, when position calculation is performed using five received signals, equation 11 is i = 0, 1, 2, ...
·, N and at least five linear equations.

【0083】この場合においても、未知数は4つ(X
o',Yo',Zo',ρo')のままであり、5つ以上存
在する式11の式はそれ自体が連立1次方程式である。
このことから、6つの受信信号を用いて位置算出を行う
場合には、5つ以上存在する式11について最小2乗法
を適用することにより、4つの未知数(Xo',Yo',
Zo',ρo')が一意に求められることとなる。
Also in this case, there are four unknowns (X
o ′, Yo ′, Zo ′, ρo ′) and five or more equations 11 are themselves simultaneous linear equations.
From this, when position calculation is performed using six received signals, the least squares method is applied to five or more equations 11 that exist, and four unknowns (Xo ′, Yo ′,
Zo ′, ρo ′) will be uniquely obtained.

【0084】すなわち、この場合には、先に説明した式
16を変形して以下に示す式17とすることにより、行
列式fを求めることができる。そして、得られた行列式
fから、第2の位置算出処理と同様にしてGPS受信装
置10の3次元位置(Xo,Yo,Zo)を容易に算出
することができる。
That is, in this case, the determinant f can be obtained by modifying the above-described expression 16 to obtain the following expression 17. Then, from the obtained determinant f, the three-dimensional position (Xo, Yo, Zo) of the GPS receiver 10 can be easily calculated in the same manner as the second position calculation process.

【数10】 GPS受信装置10は、上述した第3の位置算出処理に
基づいて自己の位置を算出するに際して、図4のフロー
チャートに示すように動作する。
[Equation 10] The GPS receiving apparatus 10 operates as shown in the flowchart of FIG. 4 when calculating its own position based on the above-described third position calculating process.

【0085】GPS受信装置10は、図4に示すよう
に、ステップS10からステップS14までの処理は、
先に説明した第1の位置算出処理と同等の処理を行う。
これにより、i=0〜Nまでの少なくとも6つのGPS
衛星について、X',Y',Z',ρ'の値が算出
され、aの値が求まる。
As shown in FIG. 4, the GPS receiving apparatus 10 performs the processing from step S10 to step S14 as follows.
The same processing as the first position calculation processing described above is performed.
This allows at least 6 GPSs from i = 0 to N
For the satellite, the values of X i ′, Y i ′, Z i ′, ρ i ′ are calculated, and the value of a i is obtained.

【0086】次にステップS30において、CPU26
は、式11における左辺の未知数Xo',Yo',Z
o',ρo'の係数行列をBとし、右辺を縦ベクトルe、
及びf=(Xo',Yo',Zo',ρo')として設定
する。次にステップS40において、式17の行列式を
解くことにより、Xo',Yo',Zo',ρo'の値を算
出する。次にステップS20において、CPU26は、
Xo'=Xo−X,Yo'=Yo−Y,Zo'=Zo
−Zなる関係式を用いてXo,Yo,Zoの値を算出
する。これにより、GPS受信装置10の3次元位置
(Xo,Yo,Zo)が求まる。
Next, in step S30, the CPU 26
Is the unknowns Xo ', Yo', Z on the left side of Equation 11.
Let B be the coefficient matrix of o'and ρo ', and the vertical vector e on the right side,
And f = (Xo ′, Yo ′, Zo ′, ρo ′) T. Next, in step S40, the values of Xo ', Yo', Zo ', and ρo' are calculated by solving the determinant of Expression 17. Next, in step S20, the CPU 26
Xo '= Xo-X 0, Yo' = Yo-Y 0, Zo '= Zo
The values of Xo, Yo, and Zo are calculated using the relational expression −Z 0 . Thereby, the three-dimensional position (Xo, Yo, Zo) of the GPS receiver 10 is obtained.

【0087】次にステップS22において、CPU26
は、以上のようにして得られたGPS受信装置10の3
次元位置を、他のシステムからの要求に応じて出力す
る。
Next, in step S22, the CPU 26
Is 3 of the GPS receiver 10 obtained as described above.
The dimensional position is output in response to a request from another system.

【0088】なお、ステップS20において、CPU2
6は、求まったρo'について、ρo'=δρ+ρなる
関係式、及びδρ=cδτなる関係式を用いて、GPS
受信装置10の内部の時計誤差δτを算出し、この時計
誤差δτに基づいて、RTC27或いはタイマ28等を
制御することにより、現在時刻を補正する処理を行うと
してもよい。これにより、GPS受信装置10は、常に
正確な時刻を内部に保持しておくことができる。
In step S20, the CPU 2
6 uses the relational expression of ρo ′ = δρ + ρ 0 and the relational expression of δρ = cδτ for the obtained ρo ′, and
The clock error δτ inside the receiving apparatus 10 may be calculated, and the RTC 27, the timer 28, or the like may be controlled based on the clock error δτ to perform the process of correcting the current time. As a result, the GPS receiver 10 can always keep accurate time inside.

【0089】GPS受信装置10は、以上のように動作
することによって、第3の位置算出処理に基づいて自己
の位置を算出することができる。この第3の位置算出処
理では、従来の位置算出手法で必要とされていた初期値
を必要としない。また、ニュートン法で位置算出を行う
場合のような複雑な反復計算を行わない。このため、比
較的少ない計算量で、迅速に且つ確実に自己の3次元位
置を算出することが可能である。すなわち、GPS受信
装置10は、第3の位置算出処理により位置算出を行う
ことによって、第1の位置算出処理と同様な効果を奏す
ることとなる。
By operating as described above, the GPS receiving device 10 can calculate its own position based on the third position calculating process. The third position calculation process does not require the initial value required in the conventional position calculation method. In addition, complicated iterative calculation as in the case of calculating the position by the Newton method is not performed. Therefore, the self-three-dimensional position can be calculated quickly and reliably with a relatively small amount of calculation. That is, the GPS receiving device 10 achieves the same effect as the first position calculation process by performing the position calculation by the third position calculation process.

【0090】ところで、この第3の位置算出処理では、
0番目(i=0)のGPS衛星については誤差最小化の
対象とはならないものの、他のGPS衛星については2
乗誤差が最小化されることから、先に説明した第2の位
置算出処理と比較して、得られる解の誤差、すなわちG
PS受信装置10の3次元位置の誤差を小さくすること
ができるという利点を有している。
By the way, in the third position calculation process,
The 0th (i = 0) GPS satellite is not subject to error minimization, but is 2 for other GPS satellites.
Since the multiplication error is minimized, the error of the obtained solution, that is, G is compared with the second position calculation process described above.
This has the advantage that the error in the three-dimensional position of the PS receiver 10 can be reduced.

【0091】GPS受信装置10は、信号が受信できた
GPS衛星の数、或いは位置算出処理で用いる受信信号
の数に応じて、以上で説明した第1乃至第3の位置算出
処理のいずれかの処理を行うように構成されている。し
たがって、GPS受信装置10では、自己の位置を算出
するに際して初期値の代入や反復計算の必要がなく、迅
速且つ効率的に位置の算出を行うことができる。
The GPS receiving apparatus 10 performs one of the first to third position calculating processes described above according to the number of GPS satellites that have received signals or the number of received signals used in the position calculating process. Is configured to perform processing. Therefore, the GPS receiving apparatus 10 can calculate the position quickly and efficiently without substituting the initial value and repetitive calculation when calculating the position of itself.

【0092】なお、GPS受信装置10は、受信信号の
状態や信号が受信できたGPS衛星の数に応じて、第1
乃至第3の位置算出処理のうちいずれの処理を行うかを
適宜切り替えることが可能とされていてもよいし、予め
第1乃至第3の位置算出処理のうちいずれの処理を行う
ように設定されていてもよい。
Note that the GPS receiving apparatus 10 determines whether the first signal is received according to the state of the received signal or the number of GPS satellites that can receive the signal.
It may be possible to appropriately switch which one of the first to third position calculating processes is performed, and it is set in advance to perform any one of the first to third position calculating processes. May be.

【0093】また、上述したようにしてCPU26によ
り実行される位置算出処理に相当する手続きを所望の電
子機器で実行処理させるソフトウェアプログラムを各種
の記録媒体に格納して提供するとしてもよい。
Further, a software program for causing a desired electronic device to execute a procedure corresponding to the position calculation processing executed by the CPU 26 as described above may be stored in various recording media and provided.

【0094】このように、本発明は、その趣旨を逸脱し
ない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもな
い。
As described above, it goes without saying that the present invention can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

【0095】[0095]

【発明の効果】本発明では、変数変換後に得られた1次
方程式を解くことによって自己の位置を算出する。この
ため、多くの計算量を要する反復計算を行う必要がな
く、また初期値の代入も必要としないため、効率的に且
つ迅速に位置の算出を行うことができる。したがって、
本発明によれば、現在位置の算出までに要する時間を大
幅に短縮することができ、ユーザの利便性を大きく向上
することができる。
According to the present invention, the self position is calculated by solving the linear equation obtained after the variable conversion. For this reason, it is not necessary to perform iterative calculation that requires a large amount of calculation, and it is not necessary to substitute an initial value, so that the position can be calculated efficiently and quickly. Therefore,
According to the present invention, the time required to calculate the current position can be greatly reduced, and the convenience for the user can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態として示すGPS受信装置
の構成を説明するブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a GPS receiving device shown as an embodiment of the present invention.

【図2】同GPS受信装置により実行処理される位置算
出処理の一例を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of position calculation processing executed by the GPS receiving apparatus.

【図3】同GPS受信装置により実行処理される位置算
出処理の別の一例を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing another example of position calculation processing executed by the GPS receiving apparatus.

【図4】同GPS受信装置により実行処理される位置算
出処理のさらに別の一例を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing yet another example of position calculation processing executed by the GPS receiving apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 GPS受信装置、 11 XO、 12 TCX
O、 13 逓倍/分周器、 14 アンテナ、 1
5,17,20 LNA、 16 BPF、 18 周
波数シンセサイザ、 19 乗算器、 21 LPF、
22 A/D、23 周波数変換部、 24 同期捕
捉部、 25 同期保持部、 26 CPU、 27
RTC、 28 タイマ、 29 メモリ、 30 復
調回路
10 GPS receiver, 11 XO, 12 TCX
O, 13 multiplier / divider, 14 antenna, 1
5, 17, 20 LNA, 16 BPF, 18 frequency synthesizer, 19 multiplier, 21 LPF,
22 A / D, 23 Frequency conversion unit, 24 Synchronization acquisition unit, 25 Synchronization holding unit, 26 CPU, 27
RTC, 28 timer, 29 memory, 30 demodulation circuit

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 全地球測位システムを構成する複数の衛
星から送出された信号を受信して自己の位置を算出する
受信装置であって、 上記衛星から送出された信号を受信する受信手段と、 上記受信手段によって受信した信号に基づいて自己の位
置を算出する位置算出手段とを備え、 上記位置算出手段は、上記受信手段により受信したn個
(nは4以上の自然数)の衛星各々の3次元位置と各衛
星までの疑似距離とを定数とし、自己の3次元位置と各
衛星及び自己間の時計誤差とを未知変数とするn個の連
立2次方程式について、上記未知変数を上記衛星のいず
れかに相当する上記定数で引算したものに変数変換し、
得られた1つの2次方程式及び少なくとも3つの1次方
程式を解くことにより自己の位置を算出することを特徴
とする受信装置。
1. A receiving device for receiving a signal transmitted from a plurality of satellites constituting a global positioning system to calculate its own position, and a receiving means for receiving a signal transmitted from the satellite, A position calculating means for calculating its own position based on the signal received by the receiving means, wherein the position calculating means includes three satellites for each of n satellites (n is a natural number of 4 or more) received by the receiving means. For the n simultaneous quadratic equations in which the dimensional position and the pseudo distance to each satellite are constants and the three-dimensional position of itself and the clock error between each satellite and itself are unknown variables, Convert the variable to the one obtained by subtracting the above constant corresponding to either,
A receiving device characterized in that the position of itself is calculated by solving the obtained one quadratic equation and at least three linear equations.
【請求項2】 全地球測位システムを構成する複数の衛
星から送出された信号を受信して自己の位置を算出する
受信装置であって、 上記衛星から送出された信号を受信する受信手段と、 上記受信手段によって受信した信号に基づいて自己の位
置を算出する位置算出手段とを備え、 上記位置算出手段は、上記受信手段により受信したn個
(nは5以上の自然数)の衛星各々の3次元位置と各衛
星までの疑似距離とを定数とし、自己の3次元位置と各
衛星及び自己間の時計誤差とを未知変数とするn個の連
立2次方程式について、上記未知変数を上記衛星のいず
れかに相当する上記定数で引算したものに変数変換し、
得られた1つの2次方程式及び少なくとも4つの1次方
程式のうち、4つの1次方程式を解くことにより自己の
位置を算出することを特徴とする受信装置。
2. A receiving device for receiving the signals transmitted from a plurality of satellites constituting the global positioning system to calculate its own position, and a receiving means for receiving the signals transmitted from the satellites. A position calculating means for calculating its own position based on the signal received by the receiving means, wherein the position calculating means includes three satellites for each of the n (n is a natural number of 5 or more) satellites received by the receiving means. For the n simultaneous quadratic equations in which the dimensional position and the pseudo distance to each satellite are constants and the three-dimensional position of itself and the clock error between each satellite and itself are unknown variables, Convert the variable to the one obtained by subtracting the above constant corresponding to either,
A receiving device, characterized in that it calculates its own position by solving four linear equations among the obtained one quadratic equation and at least four linear equations.
【請求項3】 全地球測位システムを構成する複数の衛
星から送出された信号を受信して自己の位置を算出する
受信装置であって、 上記衛星から送出された信号を受信する受信手段と、 上記受信手段によって受信した信号に基づいて自己の位
置を算出する位置算出手段とを備え、 上記位置算出手段は、上記受信手段により受信したn個
(nは6以上の自然数)の衛星各々の3次元位置と各衛
星までの疑似距離とを定数とし、自己の3次元位置と各
衛星及び自己間の時計誤差とを未知変数とするn個の連
立2次方程式について、上記未知変数を上記衛星のいず
れかに相当する上記定数で引算したものに変数変換し、
得られた1つの2次方程式及び少なくとも5つの1次方
程式のうち、少なくとも5つの1次方程式について最小
2乗法を適用することにより自己の位置を算出すること
を特徴とする受信装置。
3. A receiving device for receiving the signals transmitted from a plurality of satellites constituting the global positioning system to calculate its own position, and receiving means for receiving the signals transmitted from the satellites. A position calculating means for calculating its own position based on the signal received by the receiving means, wherein the position calculating means includes three satellites for each of n satellites (n is a natural number of 6 or more) received by the receiving means. For the n simultaneous quadratic equations in which the dimensional position and the pseudo distance to each satellite are constants, and the three-dimensional position of itself and the clock error between each satellite and itself are unknown variables, Convert the variable to the one obtained by subtracting the above constant corresponding to either,
A receiving apparatus, characterized in that the position of itself is calculated by applying the least squares method to at least five linear equations among the obtained one quadratic equation and at least five linear equations.
【請求項4】 全地球測位システムを構成する複数の衛
星から送出された信号に基づいて自己の位置を算出する
位置算出方法であって、 n個(nは4以上の自然数)の上記衛星各々の3次元位
置と各衛星までの疑似距離とを定数とし、自己の3次元
位置と各衛星及び自己間の時計誤差とを未知変数とする
n個の連立2次方程式について、上記未知変数を上記衛
星のいずれかに相当する上記定数で引算したものに変数
変換し、得られた1つの2次方程式及び少なくとも3つ
の1次方程式を解くことにより自己の位置を算出するこ
とを特徴とする位置算出方法。
4. A position calculation method for calculating the position of the self based on signals transmitted from a plurality of satellites constituting a global positioning system, each of which is n (n is a natural number of 4 or more) of the satellites. Is a constant and the pseudo-distance to each satellite is a constant, and the unknown variable is the above for n simultaneous quadratic equations in which the three-dimensional position of the self and the clock error between each satellite and the self are unknown variables. Position that is calculated by performing variable conversion to the one obtained by subtracting the above constant corresponding to one of the satellites, and solving the obtained one quadratic equation and at least three linear equations to calculate its own position Calculation method.
【請求項5】 全地球測位システムを構成する複数の衛
星から送出された信号に基づいて自己の位置を算出する
位置算出方法であって、 n個(nは5以上の自然数)の上記衛星各々の3次元位
置と各衛星までの疑似距離とを定数とし、自己の3次元
位置と各衛星及び自己間の時計誤差とを未知変数とする
n個の連立2次方程式について、上記未知変数を上記衛
星のいずれかに相当する上記定数で引算したものに変数
変換し、得られた1つの2次方程式及び少なくとも4つ
の1次方程式のうち、4つの1次方程式を解くことによ
り自己の位置を算出することを特徴とする位置算出方
法。
5. A position calculating method for calculating one's own position based on signals transmitted from a plurality of satellites constituting a global positioning system, wherein each of n (n is a natural number of 5 or more) of said satellites. Is a constant and the pseudo-distance to each satellite is a constant, and the unknown variable is the above for n simultaneous quadratic equations in which the three-dimensional position of the self and the clock error between each satellite and the self are unknown variables. The position of one's own position is calculated by performing variable conversion to the one obtained by subtracting the above constant corresponding to one of the satellites and solving four linear equations out of the obtained one quadratic equation and at least four linear equations. A position calculating method characterized by calculating.
【請求項6】 全地球測位システムを構成する複数の衛
星から送出された信号に基づいて自己の位置を算出する
位置算出方法であって、 n個(nは6以上の自然数)の上記衛星各々の3次元位
置と各衛星までの疑似距離とを定数とし、自己の3次元
位置と各衛星及び自己間の時計誤差とを未知変数とする
n個の連立2次方程式について、上記未知変数を上記衛
星のいずれかに相当する上記定数で引算したものに変数
変換し、得られた1つの2次方程式及び少なくとも5つ
の1次方程式のうち、少なくとも5つの1次方程式につ
いて最小2乗法を適用することにより自己の位置を算出
することを特徴とする位置算出方法。
6. A position calculating method for calculating one's own position based on signals transmitted from a plurality of satellites constituting a global positioning system, wherein each of n (n is a natural number of 6 or more) of said satellites. Is a constant and the pseudo-distance to each satellite is a constant, and the unknown variable is the above for n simultaneous quadratic equations in which the three-dimensional position of the self and the clock error between each satellite and the self are unknown variables. Variable conversion to the one obtained by subtracting the above constant corresponding to one of the satellites, and applying the least squares method to at least five linear equations among the obtained one quadratic equation and at least five linear equations A position calculation method characterized in that the position of the self is calculated thereby.
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