JP2004500573A - 水平位置と垂直位置を決定する携帯装置およびそれを動作させるための方法 - Google Patents
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Abstract
携帯装置(10)が、水平位置と垂直位置を決定するために使用される。これは、所定の初期高度に較正された圧力センサ高度計(15)と、装置の位置データを計算するために、いくつかの衛星(20)から発信される信号を、アンテナ(11)を介して受信するよう配置されたGPS信号受信機(12)と、受信機(12)から位置データおよび高度計(15)から高度値を受信する処理ユニット(14)と、処理ユニットによって処理され供給される装置の水平位置と垂直位置のための表示手段(16)とを備える。処理ユニットは、較正された高度計の高度値に対応する信号をDPS受信機に送信し、受信機が、高度値を使用して、装置の位置データを判断できるようにする。地図作成データを含みGPS受信機(12)に関連するメモリ(13)が、特に、高度計を較正するため、正確なデータを処理ユニット(14)に供給できる。
Description
【0001】
本発明は、所定の初期高度に較正した圧力センサを備える高度計と、装置の位置データを計算するために、いくつかの衛星から発信される信号を受信するように構成されたGPS信号受信機と、受信機からの位置データ、および所定の高度に対する圧力センサの圧力測定に基づいた高度計の高度値を受信する処理ユニットと、処理ユニットによって与えられた、装置の処理された水平位置と垂直位置を表示する手段とを備える、水平位置と垂直位置を決定する携帯装置に関する。この装置は、電力消費の少ないバッテリまたはアキュムレータによって電力供給される。
【0002】
本発明はまた、前記装置を動作させるために水平位置と垂直位置を決定する方法に関する。
【0003】
本発明は気象条件を評価するための装置の使用に関する。
【0004】
高度計は、たとえば、関連するメモリ内に記憶されている周知の地理的地点に従って、GPS受信機から供給されるデータによって較正することができる。
【0005】
較正後、圧力センサは、たとえばこの装置をハイキングに使用する場合、その気象条件に応じて決定された時間にわたって正確に高度を示すことのできるように、圧力変化の測定値を供給することができる。
【0006】
今日、あらゆる種類の活動中に、たとえば仕事上であれレジャーであれ、自分の正確な地理的位置を知ることが、大多数の人々にとって必要なこととなっている。GPSタイプの位置決め装置が開発され、大勢の人々が使用できるようになって以来、この必要性が特に感じられるようになっている。これらの大衆用装置は、軍用でこれよりはるかに高い精度が得られていた場合でも、高度±150m、水平方向±100mの許容範囲内で、ユーザに位置データを提供してきた。しかしこの許容範囲は、現在は選択妨害を除去したため縮小している。
【0007】
これらのX、Y、Zの誤差が生じるのは、とりわけSA(Selective Availability:選択使用可能性)妨害、すなわちGPSシステムのサプライヤによって、またフリッカを発生する電離層を通して衛星から送信される電波の通過によって生じる劣化を慎重に検討することが一因であることに留意すべきである。電離層を通るこの通過によって、±50mの高度誤差を生じる。
【0008】
情報として、各衛星は、正確にその位置を定義する特定コード(ゴールド・コード)を一定間隔で送信することを理解しておくべきである。すべての衛星が、較正された原子時計によってそれぞれ計時される自身のコードを同時に送信する。しかし、各衛星が軌道に乗る前にすべての時計が同時に較正されるのではないため、時計間でわずかな時間差が生じる場合がある。しかし、人々の使用可能なGPSシステムの計算された位置誤差について言えば、これらの時間差はわずかなものである。
【0009】
どのGPS受信機も、軌道中の衛星から発信される信号を受信することができ、地球からの距離は、衛星の1つが天頂にある時の20,000kmと、衛星の1つが地球表面の接線の点にある時の26,000kmとの間にある。
【0010】
GPS信号を使用した位置の決定に関する詳細については、読者は、1998年6月9日のFlash Informatique n°F15(1998年の広報、SSC n°28)で出版されたPierre−Yves Gillieronによる記事を参照されたい。
【0011】
高度計が前もって知られた高度に対して較正されている場合、受信された電波に応じてGPS受信機のみを使用して計算された値に比べて、高度計とこのような装置におけるGPS受信機との組み合わせることにより、より精度の高い高度値を提供できるという利点が得られる。
【0012】
図1を例として参照すると、米国特許第5,210,540号では、水平位置X、Yおよび高度Zを決定するこのような装置が開示されている。これを行うため、装置1は、いくつかの衛星から送信される電波2aをアンテナ2で受信するGPS受信機3と、圧力測定値に応じて高度値を計算する圧力センサ高度計4と、表示手段9にX、Y、Zの位置を表示するために、受信したデータを処理するGPS受信機3および高度計4から位置データを受信する処理ユニット5と、地図作成データを含む記憶手段6とを備える。処理ユニット5には較正器7が設けられ、高度計から供給される高度を較正する。その基準値がその後の位置決定に使用される。このような場合、GPS受信機は、XおよびYの位置に対応するデータのみを計算し、したがって3次元モードから2次元モードに移動する。
【0013】
ナビゲーション情報を提供することを目的として車両に適用させることを意図したこのような装置の1つの欠点は、本質的に多量の電気エネルギを消費することにある。しかし、このような装置は、車両のバッテリによって完全に電力供給ができ、したがって、その車両の他の電気部品の電力供給に対して悪影響が出ない。しかし、このような装置は、携帯電話や腕時計などの電力消費の少ない装置では使用不可能である。
【0014】
したがって、このような装置の電力消費については注意が払われていない。つまり、このような装置には、たとえば計算演算を向上させて計算時間を短縮できるように、通常32ビットのマイクロプロセッサを備えている。GPS受信機は、位置データを計算するために複数の回数、たとえば、10回から15回の計算を実行する必要があることに留意されたい。しかし、マイクロプロセッサの計算演算を促進するための手段は提供されていない。
【0015】
上述の例に関して、米国特許第5,646,857号に、X,Y、Zの位置を計算するため高度データをGPS受信機に提供することのできる、高度計、特に圧力センサを組み合わせたGPSタイプの受信機を備えた携帯装置が開示されている。較正された高度計値を受信機に供給することによって、高度計から供給される値および受信された無線周波数信号にリンクする品質係数を考慮に入れることで、水平位置と垂直位置の決定精度が向上する。この高度計値の受信機への供給は、GPS信号に雑音が多く不安定である場合、または受信されたいくつかの衛星信号が不充分である場合に、主として有用である。したがって、このような装置は、高度計を使用する2次元モードまたは3次元モードで動作可能である。
【0016】
しかし、最初の例については、一般に計算演算に32ビット・タイプを有するマイクロコントローラの大きな消費電力についての考慮がなされていない。このことは、消費電力の少ないバッテリまたはアキュムレータによって装置が電源供給されている場合に欠点となる。その結果、このような携帯装置は、時計や携帯電話には適用できない。さらに、このような装置で重要なことは位置データの精度であって、「リミット・サイクル」の問題がある場合の、計算時間を短縮したり計算回数を減少したりすることではない。
【0017】
本発明の一目的は、従来の技術による装置の欠点を克服するために、高度を測定するため所定の初期高度に較正された圧力センサ高度計を使用して、GPS受信機の計算演算を促進する水平位置と垂直位置を決定する装置を提供することである。したがって、較正された高度計の高度により、GPS受信機に正確な高度値が提供され、受信機の計算時間が短縮され、その結果、装置の電力消費が減少する。
【0018】
本発明の他の目的はまた、前記装置の水平位置と垂直位置を決定する方法を提供することである。
【0019】
本発明の他の目的はまた、気象予想を評価できるような装置の使用を提供することである。
【0020】
上記およびその他の目的は、高度値を使用して、装置の位置データを決定するため、電力消費の少ない受信機のマイクロコントローラの計算時間を短縮させるために、処理ユニットが較正された高度計の高度値に対応する信号をGPS受信機に送信することを特徴とする上述した装置によって達成される。
【0021】
また、上記およびその他の目的は、処理ユニットによって処理され供給されるデータを使用して圧力センサ高度計を所定の初期高度に較正するステップと、較正された高度計の高度値を処理ユニットに送信するステップと、高度値を使用して、いくつかの衛星から受信した無線に応じて、位置データを決定するための受信機のマイクロコントローラの計算時間を短縮するため、較正された高度計の高度に対応する信号を処理ユニットからGPS受信機に送信するステップと、受信機によって計算された位置データを処理ユニットに送信して処理し、表示手段に表示するステップとを含むことを特徴とする上記に定義された装置を動作させる方法によって達成される。
【0022】
最後に、上記およびその他の目的は、所定の初期値に較正された圧力センサ高度計が、前の時間に記憶された高度と同じ高度で、処理ユニットに送信された高度変化に変換された圧力変化を提供し、その結果表示すべき気象条件を決定するようなっていることを特徴とする気象条件を評価する装置の使用によって達成される。
【0023】
本発明による水平位置と垂直位置を決定する装置の1つの利点は、特に、較正された高度計から発信される正確な高度値に基づき、フィードバック・ループにおいて、処理ユニットによって供給される正確なその高度データの助けを借りてGPS受信機の計算時間が短縮されるため、また8ビットのマイクロプロセッサなどの電力消費の少ないマイクロプロセッサを使用するため、電気エネルギの消費がほとんどないということにある。
【0024】
処理ユニットから発信されるフィードバック・ループによって、正確な高度値が受信機にもたらされると、受信機の計算演算の繰り返し回数がより少なくなり、処理ユニットに供給すべき位置データがより素早く収束する。
【0025】
8ビットのマイクロプロセッサを使用すると、高度計から発信される正確な高度値が供給されないため、計算演算の繰り返し回数が多くなり、水平位置と垂直位置の決定が不正確となる場合が生じる。この不正確な決定は、たとえば、計算中にクロック・パルスが失われていた場合に、装置が誤った値に収束してしまう「リミット・サイクル」現象によって生じる。この現象は、エレクトロニクス分野では周知である。
【0026】
計算ミスにより、GPS受信装置そのものから生じる不正確さよりもはるかに重大な問題となり得る、たとえば、垂直位置の誤差が±150mを越える場合などの、間違った結果が出ることとなる。正確な高度値を追加して受信機の計算演算を促進することにより、ソリューションに関するより素早い収束がこのリミット・サイクル現象を防止できる。
【0027】
したがって、低い電力消費により、腕時計などの時計、または、たとえば携帯電話などの小型装置など、低電流用バッテリまたはアキュムレータによって電源供給される、想定されるすべての装置要素の統合が可能となる。
【0028】
本発明による装置の他の利点は、圧力センサ高度計により気象条件を提供する場合に使用できるということである。メモリ内に記憶されたデータにより、または予め較正された高度計からの記憶された高度値により、出発点の高度が正確に分かっているため、高度計センサからの変化をその日の気象条件を決めるのに使用できる。たとえば、高度計が+50mを示していた場合は、低圧力であるということであり、反対に−50mを示していた場合は、高圧力ということである。もちろん、このような情報が表示手段に表示された後には、上述したように、高度計センサを再び正確な所定の高度に対して較正して、受信機の計算演算に使用すべきである。
【0029】
水平位置と垂直位置を決定する装置および方法の目的、利点、特徴は、図面に示す実施形態についての以下の説明でより明らかとなるであろう。
【0030】
以下に、電子分野業界の当業者には周知である、前記装置の様々な部品を含む、電子部品またはユニットのすべてを詳細には論じないが、反対に、本発明による装置の好ましい実施形態を詳細に記載するのに必要な、また前記装置を動作させるための方法を実施するのに必要な前記部品について概略を述べる。
【0031】
図2は、水平位置と垂直位置、すなわちX、Y、Z軸の位置を決定する携帯装置10を示す概略図である。水平位置は、一般に経度および緯度によって定義され、垂直位置は海抜からの高度によって定義される。
【0032】
携帯装置は、電子計時機能の付いた腕時計、電話機、その他持ち運びが簡単な携帯装置の中に組み込むことができる。このような組み込みかたをした場合、この装置は、腕時計、電話、または器具の低電流用のバッテリまたはアキュムレータから電源供給される。
【0033】
このような装置は、アンテナ11で、いくつかの衛星20から発信される無線を受信するGPS受信機12と、GPS受信機12に関連する地図作成データ記憶手段13と、高度値に変換される圧力変化を測定するための圧力センサ高度計15と、受信機および高度計から処理すべきデータを受信する処理ユニット14と、処理ユニットによって処理される少なくとも水平位置と垂直位置を表示するための表示手段16とを備える。
【0034】
装置10が、アナログまたはディジタル表示腕時計に組み込まれている場合、上述のすべての構成部品は、絶縁基板の片面または両面に形成された各構成部品を接続する金属経路や電力供給用バッテリを接続する金属経路の付いた回路基板である共通サポート上に取り付けられる。構成部品のすべてを載せるサポートは、高度計センサの助けを借りて圧力を測定するため外部に向かって少なくとも1つの開口部を残す腕時計の側に収容される。
【0035】
受信機12のクロックが前記衛星の電子時計のクロックに同期している場合は、装置の水平位置と垂直位置を正確に決定するには3つの衛星で十分である。そうでない場合は、受信機が少なくとも4つの衛星にリンクしていなければならず、4つめの衛星によって受信機の時間基準を更新することができる。すなわち、内部クロックを同期させることができる。
【0036】
このことによって、たとえば、4つの衛星から受信した信号で、4つの未知数(X、Y、Z;t)の4つの方程式の解答が得られる。
【0037】
位置決定は、天体暦(ゴールド・コード)を持つ特定のメッセージをそれぞれ同時に送信した4つの当該衛星のそれぞれの受信機によって受信された無線信号間の時間間隔の決定に比例する。したがって、それぞれの衛星から受信されるコードには軌道中の位置に関するデータが含まれているため、各無線信号の受信時間により、対応する衛星への受信位置からの距離が判断される。
【0038】
参考までに、衛星から受信機までの信号によってとられた時間に光速を掛けることにより、受信機の衛星からの距離が出る。つまり、4つの衛星を使用して、装置の位置を前記衛星に対して推論することができる。
【0039】
装置を使用する場合に、特に受信機の計算演算のために高度計から出される正確な高度値に基づくことができるように、第1段階で装置10の高度計15を、所定の高度hで正確に較正する必要がある。これについては、以下に図3を参照して詳細に説明する。
【0040】
高度計15に使用される圧力センサは、膜を有するミクロ機械加工のシリコン素子上に作られた周知のタイプのピエゾ抵抗式センサでも良い。これは、その片面が雰囲気圧に露出しており、もう1つの面がホイートストンブリッジ内に配置された抵抗器を載せている。どのような圧力変化が起きても、ブリッジ内に不均衡が生じ、前記ブリッジの出力端子間に電圧の変化が起きる。このようなセンサには、スイス、BevaixのIntersema Sensoric社から販売されているAM761タイプがある。
【0041】
したがって、ハイキングに出かける時、たとえばメモリ13に記憶されている装置が使用される領域の正確な地図作成データに関連させて、圧力センサ高度計がGPS受信機12からくる所定の高度に対して較正される。たとえば、メモリ13から抽出された出発地点の周知の正確な高度が、処理ユニット14に送信され、送信ユニットがそれを較正操作のために圧力センサ高度計15に送信する。
【0042】
通常、比較は、GPS受信機によって計算された位置データと、前記メモリ内に記憶された地理マップ上のいくつかの基準点の正確なデータの間で行う。水平位置(X、Y)または水平位置と垂直位置(X、Y、Z)が記憶された正確なデータ項目に対応している場合は、次いで、少なくともメモリから抽出された正確な高度値が、高度計を較正するためにユニットに送信される。
【0043】
GPS受信機12に関連して使用されるメモリ13には、たとえば、EEPROMメモリがある。このようなメモリでは、出発地点または旅行中の正確なX、Y、Z値、または高さ曲線を出すために、電子手段を介して、決まった領域の地図作成データを前記メモリ内にプログラミングすることができる。通常、受信機12によって処理ユニット14に送信されるのは正確な位置のZデータである。
【0044】
共通サポート上でメモリを装置のその他すべての構成部品と共通に取り付ける代りに、特定領域専用のモジュラー形式のメモリを設けることが想定できよう。したがって、領域を変更するためには、メモリ・モジュールを変更する。
【0045】
もちろん、たとえば、キーボードを使用して高度値を導入するとか、処理ユニットに直接ダウンロードすることにより、上記で論じた以外の方式でも所定の高度に高度計を較正できる。
【0046】
いったん較正すると、高度計15は、較正後、ハイキング中、また、たとえば、気象条件が余り極端に変化しない場合、5、6時間にわたる間その気象条件に応じて、所定の高度に対して高度データに変換される圧力測定を行うこととなる。例として、圧力変化の10ヘクトパスカルの変化は100mの高度変化に相当する。
【0047】
較正された高度計15の正確な高度値hが、処理ユニット14に送信され、処理ユニットが、この正確な高度値に対応する信号を、上述した、その水平および垂直データの計算演算を促進するために、GPS受信機12に送信する。したがって、高度計15の高度を考慮することにより、受信機の、X、Y(経度および緯度)、Z位置の値を計算する回数が減少できる。
【0048】
高度計15のセンサを較正した後、次いで装置10は、表示手段上におよび要求に応じて、たとえば、装置の専用制御ボタンを押すことにより、または一定間隔で自動的に、高度値Zまたはh、およびXとY(経度および緯度)の位置を、受信機12から処理ユニット14へ供給されるデータを介して、提供できる。
【0049】
図2で分かるように、GPS受信機12からおよび高度計15から発信される処理ユニット14に送信される信号は、送信されるデータの品質パラメータまたは品質係数も含めることができる。
【0050】
受信機12から、精度の一般的な低下を定義するDOPGと呼ばれる品質パラメータが、位置データ(X、Y、Z)と同時に送信される。これらのパラメータはまた、衛星20から受信される信号から抽出され、そしてこれらは、たとえば、水平位置にはHDOP,そして垂直位置にはVDOPに分類できる。上記のパラメータにより、処理ユニットは、受信機によって計算される位置データの精度を認識できるようになる。この係数が20の値を有している場合は、つまり、精度が不十分ということであるが、この要因が1に近い値である場合は、つまり精度が良いということである。処理ユニットは、この追加データを送信し、表示手段16に表示して、実施された測定の品質を装置のユーザに通知する。
【0051】
高度計15から、品質係数QUALが、高度値hと同時に処理ユニットに送信される。この係数は、たとえば、前記高度計15の圧力センサの以前の較正時間から経過した時間に応じて、高度計によって提供される高度の精度を表すことができる。較正直後の値は1であり、上述のように5、6時間の間の時間経過に応じて、準線形で減少していく。
【0052】
処理ユニットの中で、品質パラメータDOPGと係数QUALの間で比較が行われる。この比較後、係数QUALがパラメータDOPGの高度パラメータ未満であった場合は、処理ユニットが、センサを再較正して、その後のすべての位置計算演算のために新しい所定の高度に基づいた高度値をGPS受信機に供給する必要があるかどうか判断できる。
【0053】
たとえ高度が非常に正確であっても、水平精度は依然±100mであることに留意されたい。しかし、センサからの高度値のフィードバック・ループにより、受信機の計算演算時間が大きく減少し、したがって、受信機の消費電力が制限される。
【0054】
ハイキング中の、どの時間であっても、列挙されている地理上の場所の基準点の数を増加するため、GPS受信機12によって計算されるX、Yの位置および正確な高度値は、メモリ13内に記憶できる。
【0055】
装置10も、気象予想を評価するために使用できる。同じ周知の記憶された高度で、以前の較正の圧力値に対する高度計15の圧力センサの圧力の変化が、気圧の傾向を表すことができる。この場合、処理ユニットが、高度計から送信された高度値を受取り、それを同じ高度で記憶された以前の値と比較する。
【0056】
高度計の高度値の変化がプラスであった場合は、圧力の低い方へ向かう傾向があるということである。高度計の高度値の変化がマイナスであった場合は、圧力の高い方へ向かう傾向があるということである。
【0057】
処理ユニットによって処理されたこの情報は、ハイキングに出かける前、そして高度計を再び較正して正確な記憶された高度にする必要がある前に、装置によって表示されて、ユーザに気象条件に関する表示が提供される。参考までに、「天候時計」として出願人によって開示されている欧州特許出願第0670532号を参照することができる。
【0058】
気候擾乱の低い時と強い時の間、0.6と1.6ミリバール/時間の間で、気候変化を測定するが、高度の変化の測定は、300mの高度で30ミリバール/時間程度で行われる。これは、1回のハイキング中の気候の変化よりはるかに大きいと言える。いったん較正すると、1日の長い時間にわたって、高度計から出される高度は、気候条件の影響はわずかにあるものの、正確なものと考えることができる。しかし、1日の後そして別の日のハイキングの前には、来るべき日の天候予想のために、気候の変化をユニットによってチェックすることができる。
【0059】
図3は、前に図2を参照して記述したEEPROMメモリ13などの、記憶手段に関連するGPS受信機の電子ユニットをより詳細に示す図である。
【0060】
前記受信機は、いくつかの衛星20から発信される1,57542GHz程度の搬送周波数を有する無線信号を受信するアンテナ11と、アンテナ11から信号31を受信し、180MHzの周波数で信号32を供給するために、信号31の周波数のデマルチプリケーション(分周)を実行する第1の無線周波数変換回路21と、信号32を受信して、4MHz程度の周波数で信号33を供給するために、信号32の周波数のデマルチプリケーションを実行するために第2の変換回路22と、信号33を受信し、アンテナで受信した無線信号から各衛星の特定コードを抽出することができるように、一連のデマルチプリケーション段階を含む相関器23と、前記相関器から情報を受信し前記相関器の命令を出すためライン34を介して相関器23と通信する8ビットのマイクロコントローラ24とを備える。
【0061】
相関器23のライン34によってマイクロコントローラ24に送信されるデータは通常50Hzの周波数であるが、マイクロコントローラは8MHz程度のクロック信号で動作し、相関器23との同期も可能である。上述したように、この時間基準は、衛星の時間基準と同期していなければならない。
【0062】
第1の無線周波数変換回路21は、受信機のその他の構成部品よりも多くの電気エネルギを消費するため、それぞれの無線信号を受信する時、および第2の変換回路に送信する時のみ電源をオンにする。
【0063】
1,57542GHzの搬送周波数で変調されているそれぞれの特定衛星コードは、ゴールド・コードと呼ばれる。このコードは、ミリセカンド(1ms)毎に繰り返される1,023MHz(1023ビット)の周波数のコードである。
【0064】
有用な信号に加え、GPS信号を受信すると、はるかに大きい振幅雑音(+20dB)が、GPS信号から抽出したい信号を超えてしまう。したがって、受信した信号と相関器23内の周知の有用な信号とを対応付けるために、受信時の信号の形状がどのようなものであるのか知り、そして均等物が現れるとすぐに、雑音を除去または濾過した明確な衛星信号はどれなのか知る必要がある。周知の信号は、マイクロコントローラ24に記憶され、ここから相関器23に送信されこのような均等物を探し出す。
【0065】
マイクロコントローラ24はまた、相関器23を制御して、通信できる限りこのようなチャネルに従って、そのような衛星にリンクするよう指示する。マイクロコントローラから要求が出されると、衛星が時間間隔内に到達できない場合は、マイクロコントローラ24が、相関器23に別の使用可能な衛星にリンクできるよう別の命令を出す。応答指令信号が送られる(interrogate)衛星の数が高いほど、精度が高くなるが、少なくとも4つの衛星は必要である。
【0066】
マイクロコントローラ24は、受信機の計算演算を促進するために処理ユニットから正確な高度値Z=hを受信し、したがって、ソリューションにより素早く収束する。水平位置と垂直位置の決定後、記憶された正確なデータが受信機によって計算されたデータに対応しているかどうか検出するため、メモリ内に記憶されたデータと比較を行う。位置データ(X、Y、Z)および品質パラメータDPOGが、処理され表示手段上に表示されるため処理ユニットに送信される。
【0067】
8ビットのマイクロコントローラは、スイスのEM Microelectronic−Marin SA社のCoolRISC−816という名前で販売されている。
【0068】
図4を参照すると、8ビットのマイクロコントローラを備える、受信機と高度計から受信されたデータを制御する処理ユニットがより詳細に示してある。これは、受信機からと高度計からデータを受信し、一方で高度計にh=Zを、他方で受信機にZ=hを、出力データとして供給する入出力ユニット41と、クオーツ44発振器ユニット43によって32kHzの周波数で計時され、ライン50を介してユニット41と通信するマイクロプロセッサ42と、マイクロプロセッサ42にライン53を介して接続されたROMプログラム・メモリ45と、マイクロプロセッサ42にライン52を介して通信するRAMデータ記憶メモリ46と、マイクロプロセッサ42からライン51を介してデータを受信する、液晶表示などの表示手段のための駆動回路47とを備える。
【0069】
入出力ユニット41が、GPS受信機から位置データ(X、Y、Z)、位置データ品質パラメータDOPG、高度計高度値h、高度計品質係数QUALを受信する。マイクロプロセッサ42によって制御されるこのユニットには、比較回路を、特に、上述した品質パラメータDOPGと品質係数QUALの間に、設けることができる。
【0070】
RAMメモリ46内には、たとえば、気象予想の表示にも使用できるように、較正された高度計からまたは受信機から受信される高度値が記憶される。
【0071】
マイクロプロセッサは、スイスのEM Microelectronic−Marin SA社によって提供される8ビットのPUNCHマイクロプロセッサが有利である。
【0072】
装置が時計に組み込まれている場合、水晶44を備える発振器ユニット43は、時計機能用の時間基準としても使用可能である。
【0073】
上記の説明から、当業者の知識に照らして、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変形形態が考えられよう。たとえば、地図作成データを含むメモリを受信機に接続する代りに、処理ユニットを接続することも想定できよう。上記の条件においては、受信機によって計算される位置データとの比較を、受信機ではなく処理ユニットで行うこととなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
既に上述した従来の技術による水平位置と垂直位置を決定する装置を示す図である。
【図2】
本発明による水平位置と垂直位置を決定する携帯装置を示す概略図である。
【図3】
図2に示す装置のGPS受信機およびそれに関連するメモリを示す詳細図である。
【図4】
図2に示す装置の処理ユニットを示す詳細図である。
本発明は、所定の初期高度に較正した圧力センサを備える高度計と、装置の位置データを計算するために、いくつかの衛星から発信される信号を受信するように構成されたGPS信号受信機と、受信機からの位置データ、および所定の高度に対する圧力センサの圧力測定に基づいた高度計の高度値を受信する処理ユニットと、処理ユニットによって与えられた、装置の処理された水平位置と垂直位置を表示する手段とを備える、水平位置と垂直位置を決定する携帯装置に関する。この装置は、電力消費の少ないバッテリまたはアキュムレータによって電力供給される。
【0002】
本発明はまた、前記装置を動作させるために水平位置と垂直位置を決定する方法に関する。
【0003】
本発明は気象条件を評価するための装置の使用に関する。
【0004】
高度計は、たとえば、関連するメモリ内に記憶されている周知の地理的地点に従って、GPS受信機から供給されるデータによって較正することができる。
【0005】
較正後、圧力センサは、たとえばこの装置をハイキングに使用する場合、その気象条件に応じて決定された時間にわたって正確に高度を示すことのできるように、圧力変化の測定値を供給することができる。
【0006】
今日、あらゆる種類の活動中に、たとえば仕事上であれレジャーであれ、自分の正確な地理的位置を知ることが、大多数の人々にとって必要なこととなっている。GPSタイプの位置決め装置が開発され、大勢の人々が使用できるようになって以来、この必要性が特に感じられるようになっている。これらの大衆用装置は、軍用でこれよりはるかに高い精度が得られていた場合でも、高度±150m、水平方向±100mの許容範囲内で、ユーザに位置データを提供してきた。しかしこの許容範囲は、現在は選択妨害を除去したため縮小している。
【0007】
これらのX、Y、Zの誤差が生じるのは、とりわけSA(Selective Availability:選択使用可能性)妨害、すなわちGPSシステムのサプライヤによって、またフリッカを発生する電離層を通して衛星から送信される電波の通過によって生じる劣化を慎重に検討することが一因であることに留意すべきである。電離層を通るこの通過によって、±50mの高度誤差を生じる。
【0008】
情報として、各衛星は、正確にその位置を定義する特定コード(ゴールド・コード)を一定間隔で送信することを理解しておくべきである。すべての衛星が、較正された原子時計によってそれぞれ計時される自身のコードを同時に送信する。しかし、各衛星が軌道に乗る前にすべての時計が同時に較正されるのではないため、時計間でわずかな時間差が生じる場合がある。しかし、人々の使用可能なGPSシステムの計算された位置誤差について言えば、これらの時間差はわずかなものである。
【0009】
どのGPS受信機も、軌道中の衛星から発信される信号を受信することができ、地球からの距離は、衛星の1つが天頂にある時の20,000kmと、衛星の1つが地球表面の接線の点にある時の26,000kmとの間にある。
【0010】
GPS信号を使用した位置の決定に関する詳細については、読者は、1998年6月9日のFlash Informatique n°F15(1998年の広報、SSC n°28)で出版されたPierre−Yves Gillieronによる記事を参照されたい。
【0011】
高度計が前もって知られた高度に対して較正されている場合、受信された電波に応じてGPS受信機のみを使用して計算された値に比べて、高度計とこのような装置におけるGPS受信機との組み合わせることにより、より精度の高い高度値を提供できるという利点が得られる。
【0012】
図1を例として参照すると、米国特許第5,210,540号では、水平位置X、Yおよび高度Zを決定するこのような装置が開示されている。これを行うため、装置1は、いくつかの衛星から送信される電波2aをアンテナ2で受信するGPS受信機3と、圧力測定値に応じて高度値を計算する圧力センサ高度計4と、表示手段9にX、Y、Zの位置を表示するために、受信したデータを処理するGPS受信機3および高度計4から位置データを受信する処理ユニット5と、地図作成データを含む記憶手段6とを備える。処理ユニット5には較正器7が設けられ、高度計から供給される高度を較正する。その基準値がその後の位置決定に使用される。このような場合、GPS受信機は、XおよびYの位置に対応するデータのみを計算し、したがって3次元モードから2次元モードに移動する。
【0013】
ナビゲーション情報を提供することを目的として車両に適用させることを意図したこのような装置の1つの欠点は、本質的に多量の電気エネルギを消費することにある。しかし、このような装置は、車両のバッテリによって完全に電力供給ができ、したがって、その車両の他の電気部品の電力供給に対して悪影響が出ない。しかし、このような装置は、携帯電話や腕時計などの電力消費の少ない装置では使用不可能である。
【0014】
したがって、このような装置の電力消費については注意が払われていない。つまり、このような装置には、たとえば計算演算を向上させて計算時間を短縮できるように、通常32ビットのマイクロプロセッサを備えている。GPS受信機は、位置データを計算するために複数の回数、たとえば、10回から15回の計算を実行する必要があることに留意されたい。しかし、マイクロプロセッサの計算演算を促進するための手段は提供されていない。
【0015】
上述の例に関して、米国特許第5,646,857号に、X,Y、Zの位置を計算するため高度データをGPS受信機に提供することのできる、高度計、特に圧力センサを組み合わせたGPSタイプの受信機を備えた携帯装置が開示されている。較正された高度計値を受信機に供給することによって、高度計から供給される値および受信された無線周波数信号にリンクする品質係数を考慮に入れることで、水平位置と垂直位置の決定精度が向上する。この高度計値の受信機への供給は、GPS信号に雑音が多く不安定である場合、または受信されたいくつかの衛星信号が不充分である場合に、主として有用である。したがって、このような装置は、高度計を使用する2次元モードまたは3次元モードで動作可能である。
【0016】
しかし、最初の例については、一般に計算演算に32ビット・タイプを有するマイクロコントローラの大きな消費電力についての考慮がなされていない。このことは、消費電力の少ないバッテリまたはアキュムレータによって装置が電源供給されている場合に欠点となる。その結果、このような携帯装置は、時計や携帯電話には適用できない。さらに、このような装置で重要なことは位置データの精度であって、「リミット・サイクル」の問題がある場合の、計算時間を短縮したり計算回数を減少したりすることではない。
【0017】
本発明の一目的は、従来の技術による装置の欠点を克服するために、高度を測定するため所定の初期高度に較正された圧力センサ高度計を使用して、GPS受信機の計算演算を促進する水平位置と垂直位置を決定する装置を提供することである。したがって、較正された高度計の高度により、GPS受信機に正確な高度値が提供され、受信機の計算時間が短縮され、その結果、装置の電力消費が減少する。
【0018】
本発明の他の目的はまた、前記装置の水平位置と垂直位置を決定する方法を提供することである。
【0019】
本発明の他の目的はまた、気象予想を評価できるような装置の使用を提供することである。
【0020】
上記およびその他の目的は、高度値を使用して、装置の位置データを決定するため、電力消費の少ない受信機のマイクロコントローラの計算時間を短縮させるために、処理ユニットが較正された高度計の高度値に対応する信号をGPS受信機に送信することを特徴とする上述した装置によって達成される。
【0021】
また、上記およびその他の目的は、処理ユニットによって処理され供給されるデータを使用して圧力センサ高度計を所定の初期高度に較正するステップと、較正された高度計の高度値を処理ユニットに送信するステップと、高度値を使用して、いくつかの衛星から受信した無線に応じて、位置データを決定するための受信機のマイクロコントローラの計算時間を短縮するため、較正された高度計の高度に対応する信号を処理ユニットからGPS受信機に送信するステップと、受信機によって計算された位置データを処理ユニットに送信して処理し、表示手段に表示するステップとを含むことを特徴とする上記に定義された装置を動作させる方法によって達成される。
【0022】
最後に、上記およびその他の目的は、所定の初期値に較正された圧力センサ高度計が、前の時間に記憶された高度と同じ高度で、処理ユニットに送信された高度変化に変換された圧力変化を提供し、その結果表示すべき気象条件を決定するようなっていることを特徴とする気象条件を評価する装置の使用によって達成される。
【0023】
本発明による水平位置と垂直位置を決定する装置の1つの利点は、特に、較正された高度計から発信される正確な高度値に基づき、フィードバック・ループにおいて、処理ユニットによって供給される正確なその高度データの助けを借りてGPS受信機の計算時間が短縮されるため、また8ビットのマイクロプロセッサなどの電力消費の少ないマイクロプロセッサを使用するため、電気エネルギの消費がほとんどないということにある。
【0024】
処理ユニットから発信されるフィードバック・ループによって、正確な高度値が受信機にもたらされると、受信機の計算演算の繰り返し回数がより少なくなり、処理ユニットに供給すべき位置データがより素早く収束する。
【0025】
8ビットのマイクロプロセッサを使用すると、高度計から発信される正確な高度値が供給されないため、計算演算の繰り返し回数が多くなり、水平位置と垂直位置の決定が不正確となる場合が生じる。この不正確な決定は、たとえば、計算中にクロック・パルスが失われていた場合に、装置が誤った値に収束してしまう「リミット・サイクル」現象によって生じる。この現象は、エレクトロニクス分野では周知である。
【0026】
計算ミスにより、GPS受信装置そのものから生じる不正確さよりもはるかに重大な問題となり得る、たとえば、垂直位置の誤差が±150mを越える場合などの、間違った結果が出ることとなる。正確な高度値を追加して受信機の計算演算を促進することにより、ソリューションに関するより素早い収束がこのリミット・サイクル現象を防止できる。
【0027】
したがって、低い電力消費により、腕時計などの時計、または、たとえば携帯電話などの小型装置など、低電流用バッテリまたはアキュムレータによって電源供給される、想定されるすべての装置要素の統合が可能となる。
【0028】
本発明による装置の他の利点は、圧力センサ高度計により気象条件を提供する場合に使用できるということである。メモリ内に記憶されたデータにより、または予め較正された高度計からの記憶された高度値により、出発点の高度が正確に分かっているため、高度計センサからの変化をその日の気象条件を決めるのに使用できる。たとえば、高度計が+50mを示していた場合は、低圧力であるということであり、反対に−50mを示していた場合は、高圧力ということである。もちろん、このような情報が表示手段に表示された後には、上述したように、高度計センサを再び正確な所定の高度に対して較正して、受信機の計算演算に使用すべきである。
【0029】
水平位置と垂直位置を決定する装置および方法の目的、利点、特徴は、図面に示す実施形態についての以下の説明でより明らかとなるであろう。
【0030】
以下に、電子分野業界の当業者には周知である、前記装置の様々な部品を含む、電子部品またはユニットのすべてを詳細には論じないが、反対に、本発明による装置の好ましい実施形態を詳細に記載するのに必要な、また前記装置を動作させるための方法を実施するのに必要な前記部品について概略を述べる。
【0031】
図2は、水平位置と垂直位置、すなわちX、Y、Z軸の位置を決定する携帯装置10を示す概略図である。水平位置は、一般に経度および緯度によって定義され、垂直位置は海抜からの高度によって定義される。
【0032】
携帯装置は、電子計時機能の付いた腕時計、電話機、その他持ち運びが簡単な携帯装置の中に組み込むことができる。このような組み込みかたをした場合、この装置は、腕時計、電話、または器具の低電流用のバッテリまたはアキュムレータから電源供給される。
【0033】
このような装置は、アンテナ11で、いくつかの衛星20から発信される無線を受信するGPS受信機12と、GPS受信機12に関連する地図作成データ記憶手段13と、高度値に変換される圧力変化を測定するための圧力センサ高度計15と、受信機および高度計から処理すべきデータを受信する処理ユニット14と、処理ユニットによって処理される少なくとも水平位置と垂直位置を表示するための表示手段16とを備える。
【0034】
装置10が、アナログまたはディジタル表示腕時計に組み込まれている場合、上述のすべての構成部品は、絶縁基板の片面または両面に形成された各構成部品を接続する金属経路や電力供給用バッテリを接続する金属経路の付いた回路基板である共通サポート上に取り付けられる。構成部品のすべてを載せるサポートは、高度計センサの助けを借りて圧力を測定するため外部に向かって少なくとも1つの開口部を残す腕時計の側に収容される。
【0035】
受信機12のクロックが前記衛星の電子時計のクロックに同期している場合は、装置の水平位置と垂直位置を正確に決定するには3つの衛星で十分である。そうでない場合は、受信機が少なくとも4つの衛星にリンクしていなければならず、4つめの衛星によって受信機の時間基準を更新することができる。すなわち、内部クロックを同期させることができる。
【0036】
このことによって、たとえば、4つの衛星から受信した信号で、4つの未知数(X、Y、Z;t)の4つの方程式の解答が得られる。
【0037】
位置決定は、天体暦(ゴールド・コード)を持つ特定のメッセージをそれぞれ同時に送信した4つの当該衛星のそれぞれの受信機によって受信された無線信号間の時間間隔の決定に比例する。したがって、それぞれの衛星から受信されるコードには軌道中の位置に関するデータが含まれているため、各無線信号の受信時間により、対応する衛星への受信位置からの距離が判断される。
【0038】
参考までに、衛星から受信機までの信号によってとられた時間に光速を掛けることにより、受信機の衛星からの距離が出る。つまり、4つの衛星を使用して、装置の位置を前記衛星に対して推論することができる。
【0039】
装置を使用する場合に、特に受信機の計算演算のために高度計から出される正確な高度値に基づくことができるように、第1段階で装置10の高度計15を、所定の高度hで正確に較正する必要がある。これについては、以下に図3を参照して詳細に説明する。
【0040】
高度計15に使用される圧力センサは、膜を有するミクロ機械加工のシリコン素子上に作られた周知のタイプのピエゾ抵抗式センサでも良い。これは、その片面が雰囲気圧に露出しており、もう1つの面がホイートストンブリッジ内に配置された抵抗器を載せている。どのような圧力変化が起きても、ブリッジ内に不均衡が生じ、前記ブリッジの出力端子間に電圧の変化が起きる。このようなセンサには、スイス、BevaixのIntersema Sensoric社から販売されているAM761タイプがある。
【0041】
したがって、ハイキングに出かける時、たとえばメモリ13に記憶されている装置が使用される領域の正確な地図作成データに関連させて、圧力センサ高度計がGPS受信機12からくる所定の高度に対して較正される。たとえば、メモリ13から抽出された出発地点の周知の正確な高度が、処理ユニット14に送信され、送信ユニットがそれを較正操作のために圧力センサ高度計15に送信する。
【0042】
通常、比較は、GPS受信機によって計算された位置データと、前記メモリ内に記憶された地理マップ上のいくつかの基準点の正確なデータの間で行う。水平位置(X、Y)または水平位置と垂直位置(X、Y、Z)が記憶された正確なデータ項目に対応している場合は、次いで、少なくともメモリから抽出された正確な高度値が、高度計を較正するためにユニットに送信される。
【0043】
GPS受信機12に関連して使用されるメモリ13には、たとえば、EEPROMメモリがある。このようなメモリでは、出発地点または旅行中の正確なX、Y、Z値、または高さ曲線を出すために、電子手段を介して、決まった領域の地図作成データを前記メモリ内にプログラミングすることができる。通常、受信機12によって処理ユニット14に送信されるのは正確な位置のZデータである。
【0044】
共通サポート上でメモリを装置のその他すべての構成部品と共通に取り付ける代りに、特定領域専用のモジュラー形式のメモリを設けることが想定できよう。したがって、領域を変更するためには、メモリ・モジュールを変更する。
【0045】
もちろん、たとえば、キーボードを使用して高度値を導入するとか、処理ユニットに直接ダウンロードすることにより、上記で論じた以外の方式でも所定の高度に高度計を較正できる。
【0046】
いったん較正すると、高度計15は、較正後、ハイキング中、また、たとえば、気象条件が余り極端に変化しない場合、5、6時間にわたる間その気象条件に応じて、所定の高度に対して高度データに変換される圧力測定を行うこととなる。例として、圧力変化の10ヘクトパスカルの変化は100mの高度変化に相当する。
【0047】
較正された高度計15の正確な高度値hが、処理ユニット14に送信され、処理ユニットが、この正確な高度値に対応する信号を、上述した、その水平および垂直データの計算演算を促進するために、GPS受信機12に送信する。したがって、高度計15の高度を考慮することにより、受信機の、X、Y(経度および緯度)、Z位置の値を計算する回数が減少できる。
【0048】
高度計15のセンサを較正した後、次いで装置10は、表示手段上におよび要求に応じて、たとえば、装置の専用制御ボタンを押すことにより、または一定間隔で自動的に、高度値Zまたはh、およびXとY(経度および緯度)の位置を、受信機12から処理ユニット14へ供給されるデータを介して、提供できる。
【0049】
図2で分かるように、GPS受信機12からおよび高度計15から発信される処理ユニット14に送信される信号は、送信されるデータの品質パラメータまたは品質係数も含めることができる。
【0050】
受信機12から、精度の一般的な低下を定義するDOPGと呼ばれる品質パラメータが、位置データ(X、Y、Z)と同時に送信される。これらのパラメータはまた、衛星20から受信される信号から抽出され、そしてこれらは、たとえば、水平位置にはHDOP,そして垂直位置にはVDOPに分類できる。上記のパラメータにより、処理ユニットは、受信機によって計算される位置データの精度を認識できるようになる。この係数が20の値を有している場合は、つまり、精度が不十分ということであるが、この要因が1に近い値である場合は、つまり精度が良いということである。処理ユニットは、この追加データを送信し、表示手段16に表示して、実施された測定の品質を装置のユーザに通知する。
【0051】
高度計15から、品質係数QUALが、高度値hと同時に処理ユニットに送信される。この係数は、たとえば、前記高度計15の圧力センサの以前の較正時間から経過した時間に応じて、高度計によって提供される高度の精度を表すことができる。較正直後の値は1であり、上述のように5、6時間の間の時間経過に応じて、準線形で減少していく。
【0052】
処理ユニットの中で、品質パラメータDOPGと係数QUALの間で比較が行われる。この比較後、係数QUALがパラメータDOPGの高度パラメータ未満であった場合は、処理ユニットが、センサを再較正して、その後のすべての位置計算演算のために新しい所定の高度に基づいた高度値をGPS受信機に供給する必要があるかどうか判断できる。
【0053】
たとえ高度が非常に正確であっても、水平精度は依然±100mであることに留意されたい。しかし、センサからの高度値のフィードバック・ループにより、受信機の計算演算時間が大きく減少し、したがって、受信機の消費電力が制限される。
【0054】
ハイキング中の、どの時間であっても、列挙されている地理上の場所の基準点の数を増加するため、GPS受信機12によって計算されるX、Yの位置および正確な高度値は、メモリ13内に記憶できる。
【0055】
装置10も、気象予想を評価するために使用できる。同じ周知の記憶された高度で、以前の較正の圧力値に対する高度計15の圧力センサの圧力の変化が、気圧の傾向を表すことができる。この場合、処理ユニットが、高度計から送信された高度値を受取り、それを同じ高度で記憶された以前の値と比較する。
【0056】
高度計の高度値の変化がプラスであった場合は、圧力の低い方へ向かう傾向があるということである。高度計の高度値の変化がマイナスであった場合は、圧力の高い方へ向かう傾向があるということである。
【0057】
処理ユニットによって処理されたこの情報は、ハイキングに出かける前、そして高度計を再び較正して正確な記憶された高度にする必要がある前に、装置によって表示されて、ユーザに気象条件に関する表示が提供される。参考までに、「天候時計」として出願人によって開示されている欧州特許出願第0670532号を参照することができる。
【0058】
気候擾乱の低い時と強い時の間、0.6と1.6ミリバール/時間の間で、気候変化を測定するが、高度の変化の測定は、300mの高度で30ミリバール/時間程度で行われる。これは、1回のハイキング中の気候の変化よりはるかに大きいと言える。いったん較正すると、1日の長い時間にわたって、高度計から出される高度は、気候条件の影響はわずかにあるものの、正確なものと考えることができる。しかし、1日の後そして別の日のハイキングの前には、来るべき日の天候予想のために、気候の変化をユニットによってチェックすることができる。
【0059】
図3は、前に図2を参照して記述したEEPROMメモリ13などの、記憶手段に関連するGPS受信機の電子ユニットをより詳細に示す図である。
【0060】
前記受信機は、いくつかの衛星20から発信される1,57542GHz程度の搬送周波数を有する無線信号を受信するアンテナ11と、アンテナ11から信号31を受信し、180MHzの周波数で信号32を供給するために、信号31の周波数のデマルチプリケーション(分周)を実行する第1の無線周波数変換回路21と、信号32を受信して、4MHz程度の周波数で信号33を供給するために、信号32の周波数のデマルチプリケーションを実行するために第2の変換回路22と、信号33を受信し、アンテナで受信した無線信号から各衛星の特定コードを抽出することができるように、一連のデマルチプリケーション段階を含む相関器23と、前記相関器から情報を受信し前記相関器の命令を出すためライン34を介して相関器23と通信する8ビットのマイクロコントローラ24とを備える。
【0061】
相関器23のライン34によってマイクロコントローラ24に送信されるデータは通常50Hzの周波数であるが、マイクロコントローラは8MHz程度のクロック信号で動作し、相関器23との同期も可能である。上述したように、この時間基準は、衛星の時間基準と同期していなければならない。
【0062】
第1の無線周波数変換回路21は、受信機のその他の構成部品よりも多くの電気エネルギを消費するため、それぞれの無線信号を受信する時、および第2の変換回路に送信する時のみ電源をオンにする。
【0063】
1,57542GHzの搬送周波数で変調されているそれぞれの特定衛星コードは、ゴールド・コードと呼ばれる。このコードは、ミリセカンド(1ms)毎に繰り返される1,023MHz(1023ビット)の周波数のコードである。
【0064】
有用な信号に加え、GPS信号を受信すると、はるかに大きい振幅雑音(+20dB)が、GPS信号から抽出したい信号を超えてしまう。したがって、受信した信号と相関器23内の周知の有用な信号とを対応付けるために、受信時の信号の形状がどのようなものであるのか知り、そして均等物が現れるとすぐに、雑音を除去または濾過した明確な衛星信号はどれなのか知る必要がある。周知の信号は、マイクロコントローラ24に記憶され、ここから相関器23に送信されこのような均等物を探し出す。
【0065】
マイクロコントローラ24はまた、相関器23を制御して、通信できる限りこのようなチャネルに従って、そのような衛星にリンクするよう指示する。マイクロコントローラから要求が出されると、衛星が時間間隔内に到達できない場合は、マイクロコントローラ24が、相関器23に別の使用可能な衛星にリンクできるよう別の命令を出す。応答指令信号が送られる(interrogate)衛星の数が高いほど、精度が高くなるが、少なくとも4つの衛星は必要である。
【0066】
マイクロコントローラ24は、受信機の計算演算を促進するために処理ユニットから正確な高度値Z=hを受信し、したがって、ソリューションにより素早く収束する。水平位置と垂直位置の決定後、記憶された正確なデータが受信機によって計算されたデータに対応しているかどうか検出するため、メモリ内に記憶されたデータと比較を行う。位置データ(X、Y、Z)および品質パラメータDPOGが、処理され表示手段上に表示されるため処理ユニットに送信される。
【0067】
8ビットのマイクロコントローラは、スイスのEM Microelectronic−Marin SA社のCoolRISC−816という名前で販売されている。
【0068】
図4を参照すると、8ビットのマイクロコントローラを備える、受信機と高度計から受信されたデータを制御する処理ユニットがより詳細に示してある。これは、受信機からと高度計からデータを受信し、一方で高度計にh=Zを、他方で受信機にZ=hを、出力データとして供給する入出力ユニット41と、クオーツ44発振器ユニット43によって32kHzの周波数で計時され、ライン50を介してユニット41と通信するマイクロプロセッサ42と、マイクロプロセッサ42にライン53を介して接続されたROMプログラム・メモリ45と、マイクロプロセッサ42にライン52を介して通信するRAMデータ記憶メモリ46と、マイクロプロセッサ42からライン51を介してデータを受信する、液晶表示などの表示手段のための駆動回路47とを備える。
【0069】
入出力ユニット41が、GPS受信機から位置データ(X、Y、Z)、位置データ品質パラメータDOPG、高度計高度値h、高度計品質係数QUALを受信する。マイクロプロセッサ42によって制御されるこのユニットには、比較回路を、特に、上述した品質パラメータDOPGと品質係数QUALの間に、設けることができる。
【0070】
RAMメモリ46内には、たとえば、気象予想の表示にも使用できるように、較正された高度計からまたは受信機から受信される高度値が記憶される。
【0071】
マイクロプロセッサは、スイスのEM Microelectronic−Marin SA社によって提供される8ビットのPUNCHマイクロプロセッサが有利である。
【0072】
装置が時計に組み込まれている場合、水晶44を備える発振器ユニット43は、時計機能用の時間基準としても使用可能である。
【0073】
上記の説明から、当業者の知識に照らして、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変形形態が考えられよう。たとえば、地図作成データを含むメモリを受信機に接続する代りに、処理ユニットを接続することも想定できよう。上記の条件においては、受信機によって計算される位置データとの比較を、受信機ではなく処理ユニットで行うこととなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
既に上述した従来の技術による水平位置と垂直位置を決定する装置を示す図である。
【図2】
本発明による水平位置と垂直位置を決定する携帯装置を示す概略図である。
【図3】
図2に示す装置のGPS受信機およびそれに関連するメモリを示す詳細図である。
【図4】
図2に示す装置の処理ユニットを示す詳細図である。
Claims (16)
- 所定の初期高度に較正された圧力センサ高度計(15)と、装置(10)の位置データを計算するために、いくつかの衛星(20)から発信される信号を受信するように構成されたGPS信号受信機(12)と、受信機(12)からの位置データ、および所定の高度に対する圧力センサの圧力測定に基づいた高度計(15)からの高度値を受信する処理ユニット(14)と、処理ユニットによって処理され供給される装置の水平位置と垂直位置の表示手段(16)とを含み、前記装置が、電力消費の少ないバッテリまたはアキュムレータによって電力供給される、特に、時計または携帯電話に組み込まれた水平位置と垂直位置を決定する携帯装置であって、高度値を使用して装置の位置データを決定するために、処理ユニット(14)が、較正された高度計(15)の高度値に対応する信号(Z=h)をGPS信号受信機(12)に送信し、受信機(12)の電力消費の少ないマイクロコントローラ(24)の計算時間を減少させることを特徴とする携帯装置。
- 領域用の地理的データを含む記憶手段(13)が、GPS受信機(12)に関連付けられ、前記受信機によって計算された位置が前記記憶手段内に記憶された地理的位置に対応する場合、処理ユニット(14)に正確な位置データを提供できるようにすることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 記憶手段(13)が、地図作成データが電子的に導入され、かつ削除されるEEPROMタイプの非揮発性メモリであることを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 領域用の地理的データを含む記憶手段(13)が、前記装置から削除できるモジュール内に組み込まれ、前記装置を使用する所定の地理的位置に応じて前記モジュールを変更することができることを特徴とする請求項2または3に記載の装置。
- 受信機(12)および処理ユニット(14)が、それぞれ電力消費の少ないマイクロコントローラ(24、42)、特に8ビットのマイクロコントローラを備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 受信機内の動作は1MHzを越えるクロック周波数で計時され、処理ユニット内の動作は100kHz未満のクロック周波数で計時されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 受信機(12)、高度計(15)、処理ユニット(14)、記憶手段(13)が、同じ支持台に固定されることを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
- 装置が時計内、特に腕時計、または携帯電話内に組み込まれることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 受信機(12)が、位置データ(X、Y、Z)に加えて、衛星(20)から送信された無線から抽出される品質パラメータ(DOPG)を処理ユニット(14)に送信するように構成され、それによって処理ユニット(14)が、受信機から受信した位置データの精度を判断することができることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記請求項のいずれかに従って装置を操作するため水平位置と垂直位置を決定する方法であって、
処理ユニット(14)によって処理され供給されたデータを使用して圧力センサ高度計(15)を所定の初期高度に較正するステップと、
較正された高度計(15)の高度値を処理ユニット(14)に送信するステップと、
いくつかの衛星(20)から受信した無線に応じて位置データを、高度値を使用して決定するために、較正された高度計(15)の高度値に対応する信号(Z=h)を、処理ユニット(14)からGPS受信機(12)に送信し、受信機の電力消費の少ないマイクロコントローラ(24)の計算時間を減少させるステップと、
受信機(12)によって計算された位置データを処理ユニット(14)に送信し、その結果それらが処理され、表示手段(16)に表示されるステップとを含むことを特徴とする方法。 - 高度計(15)を所定の正確な高度に較正するためのデータが領域のための地図作成データを含み、処理ユニット(14)に送信するためにGPS受信機(12)に関連するメモリ手段(13)から抽出されることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 受信機(12)が、位置データに加えて、衛星(20)から受信された無線から抽出された品質パラメータ(DOPG)を送信し、その結果処理ユニット(14)が受信機から受信した位置データの精度を判断することができることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 高度計(15)が、高度値に加えて、処理ユニット(14)に前記高度値の品質係数(QUAL)を送信し、表示すべき正確な水平位置と垂直位置を決定するため、受信機の品質パラメータ(DOPG)と高度計の品質係数(QUAL)の間の比較をユニット内で行うことを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 受信機から発信された品質パラメータ(DOPG)が高度計から発信された品質係数(QUAL)より良いことを比較結果が示す場合は、高度計(15)を再び所定の高度に較正することを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 高度が記憶された同じ場所で、高度変化に変換された高度計(15)センサの圧力変化を使用して、表示すべき気象条件を処理ユニット(14)内で決定し、その後高度計が記憶高度に較正されることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 所定の初期高度に較正された圧力センサ高度計(15)が、前の時間に記憶された高度と同じ高度で、処理ユニット(14)に送信される高度変化に変換された圧力変化を供給するよう構成され、それによって処理ユニットが表示すべき気象条件を決定することを特徴とする、気象条件を評価するための請求項1に記載の装置の使用。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080220 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110906 |