JP2004191054A

JP2004191054A - Ｇｐｓ受信機

Info

Publication number: JP2004191054A
Application number: JP2002355421A
Authority: JP
Inventors: Hirozo Tanaka; 博三田中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】ＧＰＳ受信機において消費電力の低減を図ること。
【解決手段】ＧＰＳ衛星からアルマナックデータ、又はエフェメリデータの取得が完了している場合に、衛星位置計算部７で求めた衛星の概略位置又は詳細位置から、仰角の高い衛星を最高位に、仰角の低い衛星を中位に、受信不可能な衛星を最低位にして、受信部３の各受信チャネルに割り当てるＧＰＳ衛星の優先順位を設定する。衛星選定部１０は、優先順位に基づいて測位対象のＧＰＳ衛星を選定する。クロック制御部８は、選定したＧＰＳ衛星を割り当てる受信チャネルのみにクロック信号線９を介してクロック信号を供給する。クロック信号が供給されない受信チャネルは不動作状態となり、電力を消費することがない。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージに基づいて測位計算を行うＧＰＳ受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ受信機は、地球を周回する複数のＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）衛星から送信される疑似雑音符号と搬送波で位相変調された信号を受信し、復調して取得した航法メッセージに測位演算を施して測位を行う装置である。この測位演算には、それぞれに異なる航法メッセージを送信する複数のＧＰＳ衛星を必要とし、このためＧＰＳ受信機は、通常８〜１６個の受信回路（以下、受信チャネルと記す）を備えている。
【０００３】
以下、図６のブロック図を参照しながら、従来のＧＰＳ受信機について説明する。
【０００４】
図６において、アンテナ６１で受信したＧＰＳ衛星からの電波をミキサ６２で増幅し、適当な中間周波信号に変換する。受信部６３は、受信チャネル毎に複数のＧＰＳ衛星の内それぞれ１個を割り当て、クロック信号６８に同期して電波の受信処理を行うもので、ミキサ６２から出力される中間周波信号を検波・復調してＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージを取得し、相関値計算及び衛星電波到着時刻計算を行って、メモリ６４に保存する。
【０００５】
測位演算部６５では、メモリ６４に保存されたＧＰＳ衛星の軌道情報や時刻情報を用いてＧＰＳ受信機の位置を算出する。モード制御部６６は、メモリ６４に保存された受信チャネル毎の相関値の大きさによって、受信チャネルそれぞれにＧＰＳ衛星から受信する電波の受信モード（捕捉モード、又は追尾モード）を設定する。また、衛星位置計算部６７は、航法メッセージからＧＰＳ衛星の位置を計算し、複数の受信チャネルに対して、それぞれ１つのＧＰＳ衛星を割り当てる際の優先順位付けを行う。
【０００６】
以上のようにして、ＧＰＳ受信機では測位計算を実行することができる（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００７】
【非特許文献１】
ＪＡＭＥＳＢＡＯ、他１名、“ＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｏｆＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍＲｅｃｅｉｖｅｒｓ”ＩＳＢＮ０−４７１−３８１５４−３
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、受信部６３の受信チャネル毎に複数のＧＰＳ衛星の内１個ずつを割り当て、クロック信号６８に同期してそれぞれに電波の受信処理を行うようにした上記従来の例では、確実に捕捉できるＧＰＳ衛星が受信チャネル数に満たない場合でも、受信部６３のすべての受信チャネルを常時動作させている。そのため、ＧＰＳ受信機の消費電力が増大するという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、消費電力の低減を図ることのできるＧＰＳ受信機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ衛星から航法メッセージを受信して測位計算を行うＧＰＳ受信機であって、動作クロックに基づいて動作する複数チャネル受信可能な受信手段と、前記測位計算の対象とするＧＰＳ衛星を選定する衛星選定手段と、前記受信手段で受信可能な複数チャネルのうち、前記衛星選定手段により選定したＧＰＳ衛星からの航法メッセージを受信するチャネルに対してのみ、前記動作クロックを供給するクロック供給手段とを備える。
【００１１】
上記構成によれば、衛星選定手段により選定したＧＰＳ衛星に対応しない受信チャネルは動作クロックが供給されず、不動作状態となり電力を消費しない。これにより、ＧＰＳ受信機の消費電力を低減できる。
【００１２】
また、本発明のＧＰＳ受信機は、前記衛星選定手段が、アルマナックデータ又はエフェメリデータにより計算した前記ＧＰＳ衛星の軌道上の位置に基づいて測位計算の対象とするＧＰＳ衛星を選定する。
【００１３】
また、本発明のＧＰＳ受信機は、前記衛星選定手段が、前記航法メッセージの受信モードに基づいて測位計算の対象とするＧＰＳ衛星を選定する。
【００１４】
また、本発明のＧＰＳ受信機は、前記衛星選定手段が、前記航法メッセージの受信状態に基づいて測位計算の対象とするＧＰＳ衛星を選定する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＧＰＳ受信機の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図である。ＧＰＳ受信機は、アンテナ１、ミキサ２、複数の受信チャネルを備えてなる受信部３、メモリ４、測位演算部５、モード制御部６、衛星位置計算部７、クロック制御部８、衛星選定部１０を有して構成される。
【００１７】
アンテナ１は、ＧＰＳ衛星から送信される電波を受信する無指向性のアンテナであり、受信された電波は高周波信号としてミキサ２に与えられる。ＧＰＳ衛星から送信される電波は、衛星の概略軌道を示すアルマナックデータ、詳細軌道を示すエフェメリデータ、クロックデータ等の航法データを疑似雑音符号で拡散変調し、搬送波で位相変調した信号である。
【００１８】
ミキサ２は、アンテナ１から与えられる高周波信号を増幅した後、搬送波よりも十分に低い中間周波数帯の信号に周波数変換して受信部３に出力する。
【００１９】
受信部３は、例えば１６個の受信チャネルからなり、各受信チャネルに複数のＧＰＳ衛星の内の１個を割り当て、それぞれ独立した受信処理を行うことができる。受信処理は、クロック制御部８から供給されるクロック信号９に同期して、相関値計算と同期検波を行うと共に、アルマナックデータ及びエフェメリデータからなる航法メッセージを復調し、衛星電波到着時刻計算を行う。
【００２０】
メモリ４は、受信部３において生成した相関値と航法メッセージ、衛星電波到着時刻を受信チャネル毎に保存する。また、測位演算部５は、メモリ４に保存された航法メッセージと衛星電波到着時刻を読み出して測位計算を実行する。
【００２１】
モード制御部６は、メモリ４に保存された相関値の大きさによって受信部３の受信チャネル毎に受信モードを設定する。また、衛星位置計算部７は、航法メッセージからＧＰＳ衛星の位置を計算し、受信部３の複数の受信チャネルに対して、それぞれ１つのＧＰＳ衛星を割り当てる際の優先順位付けを行う。
【００２２】
クロック制御部８は、受信部３の動作に必要なクロック信号をクロック信号線９を介して受信チャネル毎に独立して供給する。
【００２３】
衛星選定部１０は、後述するように、衛星位置計算部７によって求められるＧＰＳ衛星の位置に基づいて決定される優先順位に従って、測位演算部５において測位計算を行う際に受信対象とするＧＰＳ衛星を選定する。
【００２４】
次に、以上のように構成された本実施形態に係るＧＰＳ受信機の動作について説明する。なお、受信部３のいくつかの受信チャネルでは、アルマナックデータ、又はエフェメリデータの取得が完了しているものとする。
【００２５】
アルマナックデータの取得が完了していれば、衛星位置計算部７において、ＧＰＳ衛星の概略位置を求めることが可能であり、求めたＧＰＳ衛星の概略位置を基にして、後述する方法で受信部３の各受信チャネルに割り当てるＧＰＳ衛星の優先順位を決定する。
【００２６】
また、エフェメリデータの取得が完了している場合は、衛星位置計算部７でＧＰＳ衛星の詳細位置を求め、求めたＧＰＳ衛星の詳細位置を基に後述する方法で受信部３の各受信チャネルに割り当てるＧＰＳ衛星の優先順位を決定する。
【００２７】
ＧＰＳ衛星全体の優先順位は、次のようにして決定する。まず、仰角の高いＧＰＳ衛星は最高位の優先順位とし、仰角の低いＧＰＳ衛星は中間の優先順位を設定する。そして、明らかに受信が不可能なＧＰＳ衛星は、最低位の優先順位とする。
【００２８】
衛星選定部１０は、このようにして決定したＧＰＳ衛星の優先順位に従って、測位演算部５において測位計算を行う際の対象となるＧＰＳ衛星を選定する。まず、最高位の優先順位を与えたＧＰＳ衛星は対象とし、最低位の優先順位を与えたＧＰＳ衛星は対象外とする。そして、中間の優先順位を与えたＧＰＳ衛星は、受信状況に応じて対象とするかどうかを判断する。
【００２９】
クロック制御部８は、衛星選定部１０によって選定したＧＰＳ衛星を割り当てる受信部３の受信チャネルに対してのみ、それぞれのクロック信号線９を介してクロック信号を供給する。
【００３０】
ＧＰＳ衛星は０．５恒星日を１周期としており、電波を受信して飛行位置を求めることができるＧＰＳ衛星の数は、通常６個〜１１個である。これに対して、受信部３における受信チャネルの数は例えば１６個あり、これは受信対象とするＧＰＳ衛星の数より多く、ＧＰＳ衛星を割り当てない受信チャネルが５個〜１０個存在することになる。本発明では、これらＧＰＳ衛星を割り当てない受信チャネルに対しては、クロック制御部８によりクロック信号の供給をしないよう制御する。これにより、クロック信号が供給されない受信チャネルは、回路が不動作状態となって電力を消費することがない。
【００３１】
以上のように本実施形態によれば、衛星位置計算部７においてＧＰＳ衛星の位置を求め、衛星選定部１０はこれに基づき測位演算部５において測位計算を行う際の対象とするＧＰＳ衛星を選定する。そして、クロック制御部８は、選定したＧＰＳ衛星を割り当てる受信部３の受信チャネルに対してのみ、クロック信号を供給する。これにより、クロック信号が供給されない受信チャネルは不動作状態となって電力を消費することがなく、ＧＰＳ受信機の消費電力を低減できる。
【００３２】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係るＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図であり、図１の衛星選定部１０に代わって衛星選定部２０を備えて構成される。図１と共通する構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００３３】
ＧＰＳ衛星に対応して割り当てられる受信部３の各受信チャネルは、前述したようにクロック信号９に同期して相関値計算を行い、その結果をメモリ４に保存する。モード制御部６はこれを読み出し、相関値の大きさによって受信チャネルそれぞれに受信モードを設定し、衛星選定部２０に出力する。
【００３４】
ＧＰＳ受信機の受信モードには、アンテナ１によって受信可能な広範囲の周波数領域の電波から、ＧＰＳ衛星から放射された電波を探し出して捕捉するための捕捉モードと、捕捉したＧＰＳ衛星の電波に対して、受信周波数の微調整を行いながら受信を継続し、最終的に航法メッセージを取得するための追尾モードの２種類がある。受信部３の各受信チャネルは、それぞれの受信状況に応じて、捕捉モードから追尾モードへと遷移する。
【００３５】
衛星選定部２０は、モード制御部６から与えられる各受信チャネルの受信モードに応じて、測位演算部５において測位計算を行う際の受信対象とするＧＰＳ衛星を選定する。まず、受信モードが既に追尾モードへ遷移したＧＰＳ衛星を受信対象として選定する。一方、受信モードが長時間捕捉モードのままで、追尾モードに遷移しないＧＰＳ衛星については選定対象外とする。
【００３６】
クロック制御部８は、衛星選定部２０によって選定したＧＰＳ衛星を割り当てる受信部３の受信チャネルに対してのみ、クロック信号線９を介してクロック信号を供給する。これにより、クロック信号が供給されない受信チャネルは回路が不動作状態となり、電力を消費することがない。
【００３７】
以上のように本実施形態によれば、モード制御部６において受信部３の受信チャネル毎に受信モードを設定し、衛星選定部２０は設定された受信モードが捕捉モードであるか、或いは追尾モードであるかによって、測位演算部５において測位計算を行う際の対象とするＧＰＳ衛星を選定する。そして、クロック制御部８は、選定したＧＰＳ衛星を割り当てる受信チャネルに対してのみにクロック信号を供給する。これにより、クロック信号が供給されない受信チャネルは電力を消費することがなく、ＧＰＳ受信機の消費電力を低減することができる。
【００３８】
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態に係るＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図であり、図１の衛星選定部１０に代わって、衛星選定部３０を備えて構成される。
図１と共通する構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００３９】
複数のＧＰＳ衛星に対応して割り当てる受信部３の各受信チャネルにおいて、それぞれに相関値を計算し、計算結果をメモリ４に保存する。相関値は各受信チャネルにおけるＧＰＳ衛星からの電波の受信状況を示す指標であり、相関値が大きいほど受信状況が良好である。
【００４０】
衛星選定部３０は、メモリ４に保存された相関値を読み出し、測位演算部５において測位計算を行う際の受信対象とするＧＰＳ衛星を選定する。まず、大きい相関値を示す受信チャネルに対応するＧＰＳ衛星を受信対象として選定する。一方、相関値が長時間小さいままである受信チャネルに対応するＧＰＳ衛星については選定しない。
【００４１】
クロック制御部８は、衛星選定部３０によって選定したＧＰＳ衛星を割り当てる受信部３の受信チャネルに対してのみに、クロック信号線９を介してクロック信号を供給する。これにより、クロック信号が供給されない受信チャネルは不動作状態となり、電力を消費することがない。
【００４２】
以上のように本実施形態によれば、衛星選定部３０は、メモリ４から読み出したＧＰＳ衛星からの電波の受信状況を示す相関値の大小によって、測位演算部５で測位計算を行う際の対象とするＧＰＳ衛星を選定する。そして、クロック制御部８は、選定したＧＰＳ衛星を割り当てる受信チャネルに対してのみにクロック信号を供給する。これにより、クロック信号が供給されない受信チャネルは電力を消費することがなく、ＧＰＳ受信機の消費電力を低減することが可能となる。
【００４３】
（第４実施形態）
図４は本発明の第４実施形態に係るＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図である。ＧＰＳ受信機は、アンテナ１、ミキサ２、受信部４３、メモリ４４、測位演算部４５、モード制御部４６、衛星位置計算部４７、クロック制御部４８、衛星選定部４０、を有して構成される。なお、図１と同一の構成要素には同じ符号を付してある。
【００４４】
ＧＰＳ受信機は、第１〜第３実施形態と同様にＧＰＳ衛星からの電波をアンテナ１で受信し、ミキサ２において受信電波を増幅して搬送波よりも十分に低い中間周波数帯の信号に周波数変換する。
【００４５】
受信部４３は、１６個の受信チャネルの受信処理を時分割で処理するもので、クロック制御部４８から供給されるクロック信号４９に同期して、ミキサ２の出力信号から相関値計算と同期検波処理を行うと共に、航法メッセージの復調、衛星電波到着時刻の計算を行って、結果をメモリ４４に保存する。
【００４６】
測位演算部４５は、取得した航法メッセージと、受信部４３で中間周波信号を同期検波する際に検出した衛星電波到着時刻により、測位計算を実行する。また、衛星位置計算部４７は、航法メッセージからＧＰＳ衛星の位置を計算し、時分割処理を行う１６個の受信チャネルに対して、それぞれ１つのＧＰＳ衛星を割り当てる際の優先順位付けを行う。
【００４７】
クロック制御部４８は、受信部４３に対して１６個の受信チャネルの受信処理を時分割で行うためのクロック信号を、クロック信号線４９を介して供給する。
【００４８】
衛星選定部４０は、第１〜第３実施形態において示したいずれかの方法によって受信対象とするＧＰＳ衛星を選定する。即ち、ＧＰＳ衛星からアルマナックデータ又はエフェメリデータが取得可能な状態において、衛星位置計算部４７で求めたＧＰＳ衛星の位置を基に優先順位を設定する。または、モード制御部４６において設定された受信モードが捕捉モードから追尾モードに遷移したＧＰＳ衛星を選定する。または、メモリ４４から読み出した相関値の大小によってＧＰＳ衛星を選定する。
【００４９】
図５は、本実施形態のＧＰＳ受信機における受信部４３の動作を説明するためのタイムチャートであり、受信部４３において受信チャネル毎に時分割された受信信号のタイミング５１と、初期状態において受信部４３に供給されるクロック信号５２と、後述する低消費電力モードにおいて受信部４３に供給されるクロック信号５３をそれぞれ示している。
【００５０】
初期状態においては、クロック制御部４８から受信チャネル毎に時分割された信号処理の全てのタイミングに対してクロックエッジが存在するクロック信号５２が受信部４３に供給される。
【００５１】
低消費電力モードにおいては、衛星選定部４０で受信対象とするＧＰＳ衛星を選定した後で、クロック制御部４８は衛星選定部４０で対象としたＧＰＳ衛星に対応する受信チャネルの受信処理のタイミングについてはクロックエッジを残し、ＧＰＳ衛星を割り当てない受信チャネルの信号処理タイミングについてはクロックエッジをなくしたクロック信号５３を生成して受信部４３に供給する。これによって、クロックエッジがない受信チャネルの受信処理タイミングでは、受信部４３の回路は一時的に不動作状態となり、消費電流が減少する。
【００５２】
以上のように本実施形態によれば、受信部４３は１６個の受信チャネルの受信処理を時分割処理する。衛星選定部４０は、第１〜第３実施形態において示したいずれかの方法によって受信対象とするＧＰＳ衛星を選定する。クロック制御部４８は、選定しないＧＰＳ衛星を割り当てる受信チャネルの信号処理タイミングについて、クロックエッジをなくしたクロック信号を生成して受信部４３に供給する。これにより、クロックエッジがない受信チャネルの受信処理タイミングでにおいて受信部４３が一時的に不動作状態となり、消費電流が減少するので、ＧＰＳ受信機の消費電力を低減することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＧＰＳ受信機によれば、測位計算のために受信対象とするＧＰＳ衛星を選定する衛星選定部と、受信部の複数の受信チャネル毎に独立してクロック信号を供給するクロック制御部を備え、衛星選定部によって選定したＧＰＳ衛星に対応する受信チャネルに対してのみクロック信号を供給することにより、消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第２実施形態に係るＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第３実施形態に係るＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第４実施形態に係るＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図。
【図５】第４実施形態のＧＰＳ受信機における受信部の動作を示すタイムチャート。
【図６】従来技術によるＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１アンテナ
２ミキサ
３、４３受信部
４、４４メモリ
５、４５測位演算部
６、４６モード制御部
７、４７衛星位置計算部
８、４８クロック制御部
９、４９クロック信号線
１０、２０、３０、４０衛星選定部

Claims

複数のＧＰＳ衛星から航法メッセージを受信して測位計算を行うＧＰＳ受信機であって、
動作クロックに基づいて動作する複数チャネル受信可能な受信手段と、
前記測位計算の対象とするＧＰＳ衛星を選定する衛星選定手段と、
前記受信手段で受信可能な複数チャネルのうち、前記衛星選定手段により選定したＧＰＳ衛星からの航法メッセージを受信するチャネルに対してのみ、前記動作クロックを供給するクロック供給手段とを備えるＧＰＳ受信機。
請求項１記載のＧＰＳ受信機であって、
前記衛星選定手段は、アルマナックデータ又はエフェメリデータにより計算した前記ＧＰＳ衛星の軌道上の位置に基づいて測位計算の対象とするＧＰＳ衛星を選定するＧＰＳ受信機。
請求項１記載のＧＰＳ受信機であって、
前記衛星選定手段は、前記航法メッセージの受信モードに基づいて測位計算の対象とするＧＰＳ衛星を選定するＧＰＳ受信機。
請求項１記載のＧＰＳ受信機であって、
前記衛星選定手段は、前記航法メッセージの受信状態に基づいて測位計算の対象とするＧＰＳ衛星を選定するＧＰＳ受信機。