JP2005283187A

JP2005283187A - 衛星探索装置

Info

Publication number: JP2005283187A
Application number: JP2004094084A
Authority: JP
Inventors: Koichi Washizu; 浩一鷲頭
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】様々な環境や受信状況に適応した順序で周回衛星と静止衛星を探索することにより、測位などに必要な複数の衛星の合計探索時間を短縮する衛星探索装置を提供する。
【解決手段】衛星受信部１２は複数の衛星からの信号を受信し、航法データを出力する。航法データは、航法データ収集部１４に記憶される。航法データには、衛星を識別する情報、衛星が周回衛星であるか静止衛星であるかを判別する情報、軌道情報などが含まれる。これらの情報から取得される、衛星の特性を表す情報である衛星特性情報は、衛星特性情報取得部１６によって取得され、優先順位決定部１８に入力される。衛星順位決定部１８では、衛星を探索する際の優先順位が、衛星特性情報と優先度テーブル２０によって決定され、衛星探索装置１は、優先順位決定部１８が決定した優先順位に基づいて複数の衛星を探索する。
【選択図】図１

Description

本発明は複数の衛星からの信号を受信するシステムにおける衛星探索装置に関するものである。

ＧＰＳは現在世界中で広く利用されており、最近では、ＧＰＳの精度を向上させるための補正値を提供したり衛星の異常を利用者に通知するなどのサービスを提供するＧＰＳ補強システムというものが運用され始めている。その一つに米国のＷＡＡＳ（ＷｉｄｅＡｒｅａＡｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）がある。ＷＡＡＳは静止衛星を介して前述のサービスを提供するので、地上の送信局から補正値を放送する一般のＤＧＰＳ（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＧＰＳ）よりも広い範囲でサービスを提供することができる。ＷＡＡＳと同等な補強システムとして日本のＭＳＡＳ（ＭＴＳＡＴＳａｔｅｌｌｉｔｅ−ｂａｓｅｄＡｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）、欧州のＥＧＮＯＳ（ＥｕｒｏｐｅａｎＧｅｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙＮａｖｉｇａｔｉｏｎＯｖｅｒｌａｙＳｅｒｖｉｃｅ）が開発途上にあり、これらは総称してＳＢＡＳ（ＳａｔｅｌｌｉｔｅＢａｓｅｄＡｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）と呼ばれる。ＳＢＡＳでは前述のサービスに加え、静止衛星からＧＰＳと同等の信号を送信し、静止衛星をあたかもＧＰＳ衛星の一つのように扱って測位に用いることのできるサービスが行われている。

一般に衛星からの信号を探索し捕捉する場合には、衛星からの信号周波数に受信機を同調させ、信号を受信するための周波数スキャンを行う必要がある。ここで、捕捉とは信号を受信し、復調し、その信号に含まれる情報を得ることをいうものとする。周波数スキャンを行う際には、受信機側の発振器の周波数と衛星からの信号の周波数との相対的な周波数差を見込んで周波数スキャン範囲に組み入れる必要がある。

ＧＰＳ衛星は１２時間で軌道上を一周する周回衛星であるため、衛星からの信号に±５ｋＨｚ程度のドップラー偏移が生じている。このため、受信機でＧＰＳ衛星からの信号を探索し捕捉する際にはドップラー偏移を見込んだ広い範囲での周波数スキャンが必要であり、信号の捕捉に時間を要するものとなっている。

これに対し前述のＳＢＡＳ衛星は静止衛星であるため、その信号にはドップラー偏移がほとんど生じず、探索および捕捉の際の周波数スキャン範囲が受信機の同調周波数と衛星からの信号の周波数との差を考慮するだけでよいため、ＧＰＳ衛星に比べて速く信号を捕捉することができる。

このようなＳＢＡＳ衛星からの信号の性質を利用して、複数のＧＰＳ可視衛星からの信号を探索し捕捉する際にＳＢＡＳ衛星についても同時に行い、ＧＰＳ衛星よりも速く捕捉されるＳＢＡＳ衛星からの信号の捕捉周波数に基づいて、いち速く受信機の同調周波数と衛星からの信号の周波数との差を求めて、測位に必要な衛星の合計探索時間を短縮する技術が、特開２００１−２３５５３１号公報に示されている。

なお、以下の説明においては、衛星からの信号を探索し捕捉する動作を、単に「衛星を探索する」と表現するものとする。

特開２００１−２３５５３１号公報

特開２００１−２３５５３１号公報に開示されている技術は、多チャンネルに割り当てたＧＰＳ衛星とＳＢＡＳ衛星を並行して探索することが前提となっている。このように、複数の衛星を探索して複数のチャンネルに割り当てる場合、１つの衛星からの信号を捕捉できれば、捕捉した周波数から、受信機の概略位置と衛星の軌道情報とから推定されるドップラー偏移の概略値を差し引いて、受信機の同調周波数と衛星からの信号の周波数との差の概略値を推定できるため、以降の衛星の探索においては周波数スキャン範囲を狭めることができ、探索速度を上げることができる。

多チャンネルに衛星を割り当てる順番を決める際には、最も速く信号を捕捉できる可能性のある衛星を最初に探索しチャンネルに割り当てることが肝要である。上述のように周回衛星よりも静止衛星の方が速く信号を捕捉できるので、ＳＢＡＳ衛星を最初に割り当てることが考えられる。しかしながら、市街地などでは周囲の建造物によってＳＢＡＳ衛星の見える方向が遮蔽されていて信号が届かない場合がある。受信機は、受信信号の強度が十分でないため、あるいは所望波対雑音比が十分でないため等によって十分な受信品質を確保できない場合、一定レベルの受信品質が得られるまで受信動作を繰り返す構成としているのが一般的である。そのため、衛星からの信号が遮断される確率が高い場合、信号の捕捉により多くの時間を要することとなる。このような場合、ＳＢＡＳ衛星を探索するよりも、仰角が高く、周囲の建造物よりも高い位置に見えるＧＰＳ衛星を探索する方がかえって速く信号を捕捉できるという状況も想定される。このように、無条件にＳＢＡＳ衛星を優先しても最も速く探索を行うことができるとは限らない、という問題があった。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、様々な環境や受信状況に適応した順序でＧＰＳ衛星などの周回衛星とＳＢＡＳ衛星などの静止衛星を探索することにより、測位などに必要な複数の衛星の合計探索時間を短縮する衛星探索装置を提供する。

本発明における衛星探索装置は、複数の衛星がそれぞれ発する信号を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した信号から、当該信号を発した衛星の特性情報を表す衛星特性情報を取得する衛星特性情報取得手段と、衛星を探索する際の優先度が前記衛星特性情報の含む情報に対応して定められた、優先度テーブルを記憶する優先度テーブル記憶手段と、前記衛星特性情報の含む情報と前記優先度テーブルとに基づいて、前記複数の衛星を探索する際の優先順位を決定する優先順位決定手段とを含み、前記優先順位決定手段の決定した優先順位に基づいて、衛星を探索することを特徴とする。

また、本発明における衛星探索装置においては、前記衛星特性情報は、衛星を識別するための情報である衛星識別情報と、衛星が周回衛星であるか静止衛星であるかを判別するための情報である衛星判別情報と、衛星仰角を計算するための情報とを含み、前記衛星特性情報取得手段は、前記受信手段が受信した信号から、前記衛星特性情報が含む前記衛星識別情報を取得する衛星識別情報取得手段と、前記受信手段が受信した信号から、前記衛星特性情報が含む前記衛星判別情報を取得する衛星判別情報取得手段と、前記受信手段が受信した信号から、前記衛星特性情報が含む前記衛星仰角を計算するための情報に基づいて衛星仰角を計算する仰角計算手段と、前記衛星識別情報と前記衛星判別情報と前記衛星仰角とを対応させた情報を出力する衛星特性情報出力手段とを含み、前記優先度テーブルは、前記衛星判別情報と前記衛星仰角に対応して、衛星を探索する際の優先度が定められていることを特徴とする。

また、本発明における衛星探索装置は、複数の衛星がそれぞれ発する信号を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した信号から、当該信号を発した衛星の特性情報を表す衛星特性情報を取得する衛星特性情報取得手段と、衛星を探索する際の優先度が前記衛星特性情報の含む情報に対応して定められ、任意に選択可能である複数の優先度テーブルを記憶する優先度テーブル記憶手段と、前記衛星特性情報の含む情報と、前記複数の優先度テーブルから選択された１つの優先度テーブルに基づいて、前記複数の衛星を探索する際の優先順位を決定する優先順位決定手段とを含み、前記優先順位決定手段の決定した優先順位に基づいて衛星を探索する衛星探索装置であって、前記衛星特性情報は、衛星を識別するための情報である衛星識別情報と、衛星が周回衛星であるか静止衛星であるかを判別するための情報である衛星判別情報と、衛星仰角を計算するための情報とを含み、前記衛星特性情報取得手段は、前記受信手段が受信した信号から、前記衛星特性情報が含む前記衛星識別情報を取得する衛星識別情報取得手段と、前記受信手段が受信した信号から、前記衛星特性情報が含む前記衛星判別情報を取得する衛星判別情報取得手段と、前記受信手段が受信した信号から、前記衛星特性情報が含む前記衛星仰角を計算するための情報に基づいて衛星仰角を計算する仰角計算手段と、前記衛星識別情報と前記衛星判別情報と前記衛星仰角とを対応させた情報を出力する衛星特性情報出力手段とを含むことを特徴とする。

また、前記複数の優先度テーブルのうちの１つの選択は、前記優先度テーブル記憶手段の出力に設けられた優先度テーブル選択手段によって行われる構成とすることが好適である。

また、前記優先度テーブル選択手段には、前記衛星探索装置の周囲環境を表す情報が入力され、前記優先度テーブル選択手段は、当該情報に基づいて優先度テーブルを選択する構成とすることが好適である。

また、前記優先度テーブル選択手段は、地図データを記憶する地図データ記憶手段と、前記衛星探索装置の位置情報の入力と前記地図データ記憶手段が記憶する地図データとに基づいて、前記衛星探索装置の周囲環境を表す情報を生成する周囲環境情報生成手段とを含み、前記優先度テーブル選択手段は、前記周囲環境情報生成手段が生成する情報に基づいて優先度テーブルを選択する構成とすることが好適である。

また、前記優先度テーブル選択手段は、前記衛星探索装置の位置情報を推測し出力する推測航法手段を含み、前記周囲環境情報生成手段へ入力する前記衛星探索装置の位置情報として、前記推測航法手段が出力する位置情報を用いる構成とすることが好適である。

また、前記優先度テーブル選択手段は、前記衛星探索装置が現在探索し信号を捕捉している衛星の発する信号に基づいて、前記衛星探索装置の位置情報を計算し出力する測位計算手段を含み、前記周囲環境情報生成手段へ入力する前記衛星探索装置の位置情報として、前記測位計算手段が出力する位置情報を用いる構成とすることが好適である。

また、前記優先度テーブル選択手段は、前記測位計算手段が出力する位置情報を記憶する測位位置記憶手段を含み、前記測位位置記憶手段は、前記衛星探索手段が非動作状態にあるときも記憶内容を保持し、前記衛星探索装置が、非動作状態から動作状態に遷移したときは、前記周囲環境情報生成手段へ入力する前記衛星探索装置の位置情報として、前記測位位置記憶手段が記憶する位置情報を用いる構成とすることが好適である。

また、本発明における衛星探索装置は、複数の衛星がそれぞれ発する信号を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した信号から、当該信号を発した衛星を識別するための情報である衛星識別情報を取得する衛星識別情報取得手段と、前記受信手段が信号を受信可能であった時間と信号を受信不可能であった時間とに基づいて受信率を計算し、前記受信率と前記衛星識別情報を対応させて出力する受信率測定手段と、前記受信率測定手段が出力する前記受信率と前記衛星識別情報とに基づいて、前記複数の衛星を探索すべき優先順位を決定する優先順位決定手段とを含み、前記優先順位決定手段の決定した優先順位に基づいて、衛星を探索することを特徴とする。

本発明では、衛星を探索するための最適な探索優先度をあらかじめ優先度テーブルに定めておくことで、測位などに必要な複数の衛星の合計探索時間を短縮できる。また、優先度テーブルを周囲環境に応じて複数設け、周囲環境に適応した優先度テーブルを選択することで、様々な環境や受信状況に最適な順序で周回衛星と静止衛星を探索することができ、測位などに必要な複数の衛星の合計探索時間を短縮できる。

また、本発明に係る衛星探索装置を衛星航法装置に利用することで、次のような効果が期待できる。衛星探索を行う衛星航法装置は、カーナビゲーション装置、船舶誘導装置、航空誘導装置など様々な用途に使われている。それぞれの用途毎に使用環境、使用形態が異なるため、一般にそれぞれの用途向けに異なる衛星航法装置が用いられる。しかし、用途が異なっても衛星探索に係る信号の探索、受信などを行う衛星探索の根幹機能は原理的に同一であるので、衛星航法装置のうち衛星探索を担う部分、すなわち衛星探索装置の共通化を図ることができればコストを抑える効果が得られる。本発明に係る衛星探索装置は様々な周囲環境に対して最適な衛星探索を実現するものであり、用途毎の使用環境の違いにも対応可能なので、同一の装置構成で様々な用途に対して最適な衛星探索を実現でき、共通化、コスト抑圧に大きな効果が期待できる。

本発明に係る衛星探索装置は、ＧＰＳ衛星などの周回衛星からの信号と、ＳＢＡＳ衛星などの静止衛星からの信号を、探索時間が短縮されるような順序で探索し捕捉するものである。ここで、探索する衛星はＧＰＳ衛星、ＳＢＡＳ衛星に限らず一般の周回衛星、静止衛星であっても適用可能であるため、以下では、周回衛星と静止衛星を探索するものとして説明する。

図１に第１の実施形態の構成を示す。周回衛星からの信号と静止衛星からの信号は、受信アンテナ１０を介して衛星受信部１２に受信される。衛星受信部１２は受信した信号を復調し、受信信号から得られた航法データを航法データ収集部１４に出力する。航法データ収集部１４には、現在取得されたデータのみならず、以前に衛星を受信した際に衛星信号から復調され収集された衛星の航法データが記憶されており、衛星探索装置１に電源が投入され、動作を開始する際に必要なデータとして用いられる。

航法データは、衛星を識別するための識別情報、衛星がＧＰＳ衛星のような周回衛星であるかＳＢＡＳ衛星のような静止衛星であるかを判別するための判別情報および軌道情報などを含んでおり、衛星特性情報取得部１６に入力される。

衛星特性情報取得部１６は、航法データから識別情報および判別情報を取得する。図２に衛星特性情報取得部１６の構成を示す。識別情報と判別情報は、それぞれ衛星識別情報取得部２２と衛星判別情報取得部２４によって取得される。また、仰角計算部２６は、航法データの含む軌道情報から衛星の仰角を計算する。衛星特性情報出力部２８は、衛星識別情報取得部２２、衛星判別情報取得部２４および仰角計算部２６が出力した情報の入力を受け、識別情報と判別情報と仰角とを対応させた衛星特性情報を衛星順位決定部に出力する。

この衛星特性情報と、優先度テーブル２０に記された衛星特性情報に対応する優先度とを用いて、優先順位決定部１８にて以下に述べるような方法で衛星の探索順序が決定される。

測位などに必要な衛星の合計探索時間を短縮するには、最も速く信号を捕捉できる可能性のある衛星を最初に割り当てることが肝要である。本実施形態のように周回衛星と静止衛星の双方からの信号を受信する場合、周回衛星よりも静止衛星の方が速くその信号を捕捉できるため、静止衛星を優先することが考えられる。しかし、本実施形態に示す衛星探索装置を例えばカーナビゲーション装置に組み込んで用いる場合、道路の両側には一般に建物や樹木が存在するので、低い仰角の衛星からの信号ほど遮断される確率が高い。カーナビゲーション装置などに搭載されている受信装置では、受信信号の強度が十分でないため、あるいは所望波対雑音比が十分でないため等によって十分な受信品質を確保できない場合、一定レベルの受信品質が得られるまで受信動作を繰り返す構成としているのが一般的である。そのため、衛星からの信号が遮断される確率が高い場合、信号の捕捉により多くの時間を要することとなる。この場合、道路の両側の建物や樹木で遮蔽される静止衛星からの信号を捕捉するよりも、仰角が大きく、建物や樹木による遮蔽を回避できる周回衛星からの信号を捕捉した方が探索時間を短縮できる。また、周回衛星同士、あるいは静止衛星同士を比較しても、このような周囲環境を考慮すれば、仰角の大きい位置にある衛星からの信号の方が確実かつ迅速に捕捉できることは明らかである。すなわち、周回衛星、静止衛星のそれぞれについては、仰角が大きいもの程探索の際の優先度が大きくなり、同一の仰角では静止衛星の優先度の方が周回衛星のそれよりも大きくなるといった優先度テーブル２０が作成されていることが好ましい。

以上述べたことを考慮し、例えば図１０に示すような仰角と優先度の関係を有する優先度テーブル２０を作成する。周回衛星、静止衛星それぞれの仰角に対する優先度の上昇カーブ、周回衛星、静止衛星間の優先度のオフセットを適当な値に定めることにより、カーナビゲーション装置などにおける各衛星の最適な優先度を定めることができる。

優先順位決定部１８では、現時点の可視衛星それぞれの仰角に対する優先度を優先度テーブル２０から読み取り、高い優先度の衛星から順に探索するように順序づける。

具体的には、まず、第１の識別情報に対応する判別情報が、周回衛星を表すものであるか静止衛星を表すものであるかによって、図１０における静止衛星についての優先度対仰角特性を参照するか、周回衛星についての優先度対仰角特性を参照するかを決定する。次に、第１の識別情報に対応する優先度対仰角特性を、判別情報によって決定された参照すべき優先度特性に基づいて求める。このようにして求められた優先度を、第１の識別情報に対する優先度として対応づける。次に、第２の識別情報に対する優先度、第３の識別情報に対する優先度、・・・・・第ｍの識別情報に対する優先度のように、可視衛星の数ｍだけの優先度を求めていき、優先度の大きい順に識別情報を配列して出力する。優先順位決定部１８が決定した配列に従って、識別情報で識別される衛星を優先的に探索すれば、優先度の高い順に衛星が探索されることになる。

衛星探索が行われた後の各衛星からの信号は、衛星受信部１２から、測位などを行い車両、船舶などの誘導を行う衛星航法装置などの信号処理部へと出力される。

なお、優先度テーブル２０を優先度そのものを参照するものとする代わりに、図１０の優先度曲線の近似方程式の係数を記しておき、近似方程式を計算することで優先度を求めるものとしてもよい。

次に、第２の実施形態について説明する。図３に示す第２の実施形態における構成では、第１の実施形態における優先度テーブル２０を複数の優先度テーブル２０からなる優先度テーブル群３０とし、複数の優先度テーブル２０の中からその１つを選択する優先度テーブル選択スイッチ３２を設けた構成としている。

第１の実施形態においては優先度テーブル２０としては、周囲環境として一般的な市街地を想定した場合の最適優先度を例として挙げたが、郊外のように高い建物が少ない環境では低い仰角の衛星までよく見えるので、仰角に対する優先度の変化を緩やかなカーブにし、周回衛星、静止衛星間の優先度のオフセットを大きく設定した方がより探索時間短縮に適した優先度テーブルとなる。この場合の優先度テーブル２０の例を図１１に示す。

また、本実施形態に示す衛星探索装置を船舶誘導装置に使用する場合、海上では周囲に障害物がないので原則として仰角によって優先度を変える必要がない。従って常に周回衛星よりも静止衛星を優先させると良い結果が得られる。ただし、一般にＧＰＳに用いられるアンテナは上半球側しか指向性がなく、かつ船舶は波浪によって動揺するので、動揺角未満の仰角の衛星は船が傾いた際にアンテナ指向性の範囲外に出てしまい、受信しにくくなる。ゆえに、当該船舶で想定される動揺角より低い仰角の部分では、優先度を漸減させた方がより探索時間短縮に適した優先度テーブルとなる。以上述べたことを考慮した優先度テーブル２０の例を図１２に示す。

このように、使用する環境によって最適な優先度カーブが異なるため、前述したような複数の優先度テーブル２０を用意しておき、使用環境に応じて優先度テーブル選択スイッチ３２によって最適なテーブルを選択することで、測位などに必要な複数の衛星の合計探索時間を短縮することができる。優先度テーブル選択スイッチ３２の操作は、使用者が周囲環境の変化の度に行ってもよいし、船舶誘導装置の場合のように周囲環境があらかじめ決まっている場合には製造時にプリセットしてしまってもよい。

次に、図４に第３の実施形態の構成を示す。この構成では、第２の実施形態における構成に、優先度テーブル選択スイッチ３２を制御する環境パラメータを外部から入力する入力部３４を設けている。

第２の実施形態では、優先度テーブル選択スイッチ３２を、使用者が周囲環境の変化に応じてその都度操作するか、受信機の周囲環境があらかじめ決まっている場合には製造時にプリセットするという運用方法となっている。しかし、例えばカーナビゲーション装置では、前述の市街地、郊外における最適な優先度テーブル２０を運転者が運転しながら切り替えるという使い方は、煩雑であるし危険である。また、このような用途の装置で優先度テーブル２０を製造時にプリセットすると、十分に性能を引き出すことができない。

以上のような問題を解決するため、本実施形態では、入力部３４を通して外部から現在の周囲環境を表す環境パラメータを取得し、それによって優先度テーブル選択スイッチ３２を制御し、最適な優先度テーブル２０を選択する。環境パラメータとしては、例えば、気圧計の出力や、熱雑音を測定することで障害物の有無を測定する装置の出力や、カメラを用いることで障害物の有無を測定する装置の出力を用いることが考えられる。

次に、図５に第４の実施形態の構成を示す。この実施形態は、第３の実施形態における環境パラメータを、位置情報と地図データによって算出するものである。第３の実施形態では、一例として熱雑音を測定することで障害物の有無を測定する装置の出力を環境パラメータとして用いた。しかし、環境パラメータを出力する装置を接続できない場合もある。そのような場合に、位置情報を提供できる装置を接続することで第３の実施形態と同等の効果を発揮できるようにするのが本実施形態である。周囲環境の識別精度としては、市街地、郊外、海上という程度で十分であり、この程度の精度の位置情報を提供できる装置としては、統括を受けている基地局の位置情報を使用者が取得することのできる携帯電話が考えられる。携帯電話では、自分が現在属しているゾーンの基地局からその基地局の位置情報を取得するサービスがすでに運用されている。本実施形態で用いる位置情報としては、この基地局の位置情報で十分である。

以下に本実施形態の動作を説明する。入力部３４を通して外部から現在の位置情報を取得し、地図データ記憶部３６から現在の概略位置に該当する地点の地図を読み出す。この地図の内容からその地点の周囲環境を推定し、優先度テーブル選択スイッチ３２を制御して最適な優先度テーブル２０を選択する。地図データ記憶部３６に記憶しておく地図として、本実施形態専用の周囲環境の種別のみを記録した地図を用いれば、周囲環境の推定精度をさらに高めることができる。

次に、図６に第５の実施形態の構成を示す。この実施形態は、実施形態４における位置情報の入力として推測航法よって求まる推測位置を用いるものである。推測航法はＧＰＳ衛星のみによるカーナビゲーション装置に広く用いられている。カーナビゲーション装置においては、距離センサ３８として車輪の回転数カウンタ、方位センサ４０としてレートジャイロが主として用いられている。ＧＰＳ衛星によって測位した地点を基準位置とし、距離センサ３８および方位センサ４０が呈する測定値に基づいて、推測航法部４２が基準位置から離れた現在の位置を推測するものである。推測航法に基づくカーナビゲーション装置では、ＧＰＳ衛星による測位を行った後、次に衛星による測位が行われるまでは、センサによる推測に基づく測位となるため、十分な測位精度が得られていないのが現状である。そこで、推測航法によって求められた推測位置をそのままナビゲーション結果として用いるのではなく、環境パラメータの算出のために用い、本発明に係る衛星探索装置１を用いて衛星探索の性能を上げ、ＧＰＳ衛星による測位の機会を増やして更に高精度なカーナビゲーション装置を実現することができる構成としたのがここに示す第５の実施形態である。

この実施形態では、推測航法部４２が出力する推測位置と地図データ記憶部３６に記憶されている地図の内容から、その推測位置における周囲環境を推定し、優先度テーブル選択スイッチ３２を制御して最適な優先度テーブル２０を選択する。地図データ記憶部３６に記憶しておく地図として、本実施形態専用の周囲環境の種別のみを記録した地図を用いれば、周囲環境の推定精度をさらに高めることができることは前述の通りである。

距離センサ３８、方位センサ４０、推測航法部４２は、本衛星探索装置の内部に含めてもよいし、外部装置としてもよい。外部装置とした場合には、車輪の回転数、方位情報、推測位置などは外部から入力される構成となる。

次に、図７に第６の実施形態の構成を示す。この実施形態は、衛星受信部１２が受信した信号に基づいて測位計算部４４が現在の測位位置を算出し、これを第４の実施形態における位置情報の入力として用いるものである。測位計算部４４としては、本衛星探索装置を利用した衛星航法装置の一部を利用することができる。

周回衛星による航法装置では、使用者から見た衛星の位置が刻々と変化し、可視衛星も時間と共に移り変わる。本実施形態では、次々と地平線から昇ってくる衛星を短時間で探索することを可能にする。

この構成における衛星探索装置１が動作する前においては、複数の優先度テーブル２０のうち１つが選択されていることが必要である。そこで、装置動作時にはあらかじめ設計者が定めた優先度テーブル２０が選択されることとしておき、装置動作時当初には、その選択度テーブルに基づいて衛星が探索される。

本実施形態における衛星探索装置１の定常動作では、一連の衛星探索動作が終了した後、現在信号を捕捉している衛星に基づいた測位を行い、その測位位置に基づいて次の衛星探索を行うという動作を繰り返す。測位位置に基づいて衛星探索を行う点については、第４の実施形態と同様である。地図データ記憶部３６に記憶しておく地図として、本実施形態専用の周囲環境の種別のみを記録した地図を用いれば、周囲環境の推定精度をさらに高めることができることは前述の通りである。

次に、図８に第７の実施形態の構成を示す。第６の実施形態では、衛星探索装置１が動作する前において、複数の優先度テーブル２０のうち１つが選択されていることが必要であった。本実施形態は、電源遮断などによって非動作状態となる前に、測位計算部４４が出力した最新の測位位置を測位位置記憶部４６に記憶させておき、装置動作時当初には、その記憶されていた測位位置に基づいて選択された選択度テーブルに従って衛星が探索されるものである。

定常動作時には、衛星からの信号を捕捉して測位計算を実施し、その測位位置を逐次測位位置記憶部４６に記憶させるようにする。ここで記憶する測位位置は最新のもののみでよい。このようにして記憶した測位位置を、電源遮断時など衛星探索装置１が動作していない状態においても測位位置記憶部４６に保持しておく。衛星探索装置１が動作状態となり、可視衛星の探索を開始する際に測位位置記憶部４６に記憶されている測位位置を読み出すと、読み出された測位位置は、非動作状態となる前に測位していた最終測位位置を呈する。カーナビゲーション装置で使用する場合でも船舶誘導装置で使用する場合でも、衛星探索装置１の電源が切断される等、衛星探索装置１が非動作状態にあるときは、一般に車両や船舶は停止しているので、非動作状態となる前に測位していた最終測位位置は、動作再開時点の車両や船舶の現在位置と同じであることが多い。よって、測位位置記憶部４６に記憶されている位置を読み出し、地図データ記憶部３６からこの位置に該当する地点の地図を読み出して、この地図の内容からその地点の周囲環境を推定し、優先度テーブル選択スイッチ３２を制御して最適な優先度テーブル２０を選択することができる。地図データ記憶部３６に記憶しておく地図として、本実施形態専用の周囲環境の種別のみを記録した地図を用いれば、周囲環境の推定精度をさらに高めることができることは前述の通りである。

次に、図９に第８の実施形態の構成を示す。本実施形態に示す衛星探索装置を例えばカーナビゲーション装置に組み込んで用いる場合、市街地では道路の両側の建造物によって衛星からの信号が度々遮断される。そこで、それぞれの衛星について衛星探索装置の全使用時間に対して信号を受信できた時間、すなわち受信時間率を定義することができる。以後、受信時間率を単に受信率と呼ぶことにする。

カーナビゲーション装置では受信率は一般に高い仰角の衛星ほど高く、郊外では高く、市街地では低くなると推定される。すなわち、受信率は、これまで述べてきた優先度と相関関係があるものと考えられ、なおかつ実際にその環境で衛星を受信した結果に基づいているので、推定に基づくモデルである優先度テーブル２０よりも現実に即した優先度を得られることが期待できる。

周回衛星よりも静止衛星の方が速く信号を捕捉できることの効果に対しては、優先度テーブルを作成した場合と同様、優先度に適当なオフセットを設ければ対応できる。優先度として用いる受信率は、衛星を探索する時点の直前に測定されたものが望ましい。このような条件に適合する例として、トンネルなどから出てきた際の衛星探索がある。トンネルから出てきた際には、受信が中断した衛星からの信号を迅速に再捕捉する必要がある。トンネルに入る直前まで受信率の測定を続けていれば、トンネルを出た際の衛星探索では、トンネルに入る直前の受信率を使用することができる。

以下に本実施形態の動作を説明する。周回衛星からの信号と静止衛星からの信号は、受信アンテナ１０を介して衛星受信部１２に受信される。衛星受信部１２が復調した信号は、受信率測定部４８に入力される。前述のように市街地などで通常に使用している間には、受信率測定部４８においてそれぞれの衛星についての受信率が測定される。衛星からの信号が中断するなどして探索が必要になった際に、この受信率を用いて優先順位決定部１８にて受信率の高い順に優先順位を付ける。

受信率測定部４８には受信率を記憶する手段（図示せず）を設け、あらかじめ定められた時間間隔で受信率を測定し、受信率を記憶させておく構成としてもよい。また、信号を探索し捕捉する衛星が入れ替わる度毎に受信率を計算する構成としてもよい。

以上で説明した第１から第８の実施形態により、探索時間を短縮するための優先度に基づいて衛星の探索順位が決定され、その探索順位に従って衛星の探索を行うことで、測位などに必要な複数の衛星の合計探索時間を短縮した衛星探索装置を実現することができる。

また、第１から第８の実施形態は、それぞれ独立した構成として説明してきたが、これらの構成要素を任意に組み合わせた装置としてもよい。

さらに上記の説明においては、衛星探索装置１をカーナビゲーション装置、船舶誘導装置などの衛星航法装置に用いる場合を例として取り挙げてきたが、複数の衛星からの信号を探索し、捕捉するような様々な装置に適用可能であることもいうまでもない。

第１の実施形態の構成を示す図である。衛星特性情報取得部の構成を示す図である。第２の実施形態の構成を示す図である。第３の実施形態の構成を示す図である。第４の実施形態の構成を示す図である。第５の実施形態の構成を示す図である。第６の実施形態の構成を示す図である。第７の実施形態の構成を示す図である。第８の実施形態の構成を示す図である。市街地における仰角と衛星探索優先度の関係の一例を示す図である郊外と市街地における仰角と衛星探索優先度の関係の一例を示す図である。海上における仰角と衛星探索優先度の関係の一例を示す図である。

符号の説明

１衛星探索装置、１０受信アンテナ、１２衛星受信部、１４航法データ収集部、１６衛星特性情報取得部、１８優先順位決定部、２０優先度テーブル、２２衛星識別情報取得部、２４衛星判別情報取得部、２６仰角計算部、２８衛星特性情報出力部、３０優先度テーブル群、３２優先度テーブル選択スイッチ、３４入力部、３６地図データ記憶部、３８距離センサ、４０方位センサ、４２推測航法部、４４測位計算部、４６測位位置記憶部、４８受信率測定部。

Claims

複数の衛星がそれぞれ発する信号を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した信号から、当該信号を発した衛星の特性情報を表す衛星特性情報を取得する衛星特性情報取得手段と、
衛星を探索する際の優先度が前記衛星特性情報の含む情報に対応して定められた、優先度テーブルを記憶する優先度テーブル記憶手段と、
前記衛星特性情報の含む情報と前記優先度テーブルとに基づいて、前記複数の衛星を探索する際の優先順位を決定する優先順位決定手段とを含み、
前記優先順位決定手段の決定した優先順位に基づいて、衛星を探索することを特徴とする衛星探索装置。
請求項１に記載の衛星探索装置であって、
前記衛星特性情報は、衛星を識別するための情報である衛星識別情報と、
衛星が周回衛星であるか静止衛星であるかを判別するための情報である衛星判別情報と、
衛星仰角を計算するための情報とを含み、
前記衛星特性情報取得手段は、前記受信手段が受信した信号から、前記衛星特性情報が含む前記衛星識別情報を取得する衛星識別情報取得手段と、
前記受信手段が受信した信号から、前記衛星特性情報が含む前記衛星判別情報を取得する衛星判別情報取得手段と、
前記受信手段が受信した信号から、前記衛星特性情報が含む前記衛星仰角を計算するための情報に基づいて衛星仰角を計算する仰角計算手段と、
前記衛星識別情報と前記衛星判別情報と前記衛星仰角とを対応させた情報を出力する衛星特性情報出力手段とを含み、
前記優先度テーブルは、前記衛星判別情報と前記衛星仰角に対応して、衛星を探索する際の優先度が定められていることを特徴とする衛星探索装置。
複数の衛星がそれぞれ発する信号を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した信号から、当該信号を発した衛星の特性情報を表す衛星特性情報を取得する衛星特性情報取得手段と、
衛星を探索する際の優先度が前記衛星特性情報の含む情報に対応して定められ、任意に選択可能である複数の優先度テーブルを記憶する優先度テーブル記憶手段と、
前記衛星特性情報の含む情報と、前記複数の優先度テーブルから選択された１つの優先度テーブルに基づいて、前記複数の衛星を探索する際の優先順位を決定する優先順位決定手段とを含み、
前記優先順位決定手段の決定した優先順位に基づいて衛星を探索する衛星探索装置であって、
前記衛星特性情報は、衛星を識別するための情報である衛星識別情報と、
衛星が周回衛星であるか静止衛星であるかを判別するための情報である衛星判別情報と、
衛星仰角を計算するための情報とを含み、
前記衛星特性情報取得手段は、前記受信手段が受信した信号から、前記衛星特性情報が含む前記衛星識別情報を取得する衛星識別情報取得手段と、
前記受信手段が受信した信号から、前記衛星特性情報が含む前記衛星判別情報を取得する衛星判別情報取得手段と、
前記受信手段が受信した信号から、前記衛星特性情報が含む前記衛星仰角を計算するための情報に基づいて衛星仰角を計算する仰角計算手段と、
前記衛星識別情報と前記衛星判別情報と前記衛星仰角とを対応させた情報を出力する衛星特性情報出力手段とを含むことを特徴とする衛星探索装置。
請求項３に記載の衛星探索装置であって、
前記複数の優先度テーブルのうちの１つの優先度テーブルの選択は、前記優先度テーブル記憶手段の出力に設けられた優先度テーブル選択手段によって行われることを特徴とする衛星探索装置。
請求項４に記載の衛星探索装置であって、
前記優先度テーブル選択手段には、前記衛星探索装置の周囲環境を表す情報が入力され、
前記優先度テーブル選択手段は、当該情報に基づいて優先度テーブルを選択することを特徴とする衛星探索装置。
請求項４に記載の衛星探索装置であって、
前記優先度テーブル選択手段は、地図データを記憶する地図データ記憶手段と、
前記衛星探索装置の位置情報の入力と前記地図データ記憶手段が記憶する地図データとに基づいて、前記衛星探索装置の周囲環境を表す情報を生成する周囲環境情報生成手段とを含み、
前記優先度テーブル選択手段は、前記周囲環境情報生成手段が生成する情報に基づいて優先度テーブルを選択することを特徴とする衛星探索装置。
請求項６に記載の衛星探索装置であって、
前記優先度テーブル選択手段は、前記衛星探索装置の位置情報を推測し出力する推測航法手段を含み、
前記周囲環境情報生成手段へ入力する前記衛星探索装置の位置情報として、前記推測航法手段が出力する位置情報を用いることを特徴とする衛星探索装置。
請求項６に記載の衛星探索装置であって、
前記優先度テーブル選択手段は、前記衛星探索装置が現在探索し信号を捕捉している衛星の発する信号に基づいて、前記衛星探索装置の位置情報を計算し出力する測位計算手段を含み、
前記周囲環境情報生成手段へ入力する前記衛星探索装置の位置情報として、前記測位計算手段が出力する位置情報を用いることを特徴とする衛星探索装置。
請求項８に記載の衛星探索装置であって、
前記優先度テーブル選択手段は、前記測位計算手段が出力する位置情報を記憶する測位位置記憶手段を含み、
前記測位位置記憶手段は、前記衛星探索手段が非動作状態にあるときも記憶内容を保持し、
前記衛星探索装置が、非動作状態から動作状態に遷移したときは、前記周囲環境情報生成手段へ入力する前記衛星探索装置の位置情報として、前記測位位置記憶手段が記憶する位置情報を用いることを特徴とする衛星探索装置。
複数の衛星がそれぞれ発する信号を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した信号から、当該信号を発した衛星を識別するための情報である衛星識別情報を取得する衛星識別情報取得手段と、
前記受信手段が信号を受信可能であった時間と信号を受信不可能であった時間とに基づいて受信率を計算し、前記受信率と前記衛星識別情報を対応させて出力する受信率測定手段と、
前記受信率測定手段が出力する前記受信率と前記衛星識別情報とに基づいて、前記複数の衛星を探索すべき優先順位を決定する優先順位決定手段とを含み、
前記優先順位決定手段の決定した優先順位に基づいて、衛星を探索することを特徴とする衛星探索装置。