JP2006317169A - 測位電波受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変調方式やデータ構造が異なる別の測位電波でも周波数帯域が同じであればハードウェアを変更することなくプログラムのアップデートのみで利用できるようにする。
【解決手段】衛星電波を受信するアンテナ部と、受信電波から中間周波数信号を生成するＲＦコンバータ部と、中間周波数信号を高速サンプリングした後、Ａ／Ｄ変換して波形のディジタル信号を生成するＡ／Ｄ変換部と、そのディジタル信号を所定の通信手順に従った通信データに変換する制御部と、その通信データを所定の通信規格に従った電気信号にて有線又は無線にて送信する第１の通信インターフェイス部と、送信された通信データを受信する第２の通信インターフェイス部と、その通信データを演算処理して復調と測位データの生成を行なう復調・演算部とを備えて構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球的測位システム）衛星、その他の電波測位用衛星の発する測位電波を受信して自位置座標を算出する測位電波受信装置に係り、特に変調方式やデータ構造は異なるものの周波数帯域が同じである別の測位電波をハードウェアを変更することなくプログラムのアップデートのみで利用できるようにする測位電波受信装置に関する。

ＧＰＳはアメリカ合衆国によって軍事用航空機、船舶等の航法支援用として開発された全地球的測位システムであるが、現在は民生用にも開放されてカーナビゲーション装置を始めとする各種装置で利用されている。そして、近年中にはＥＵ諸国が中心になって推進されているガリレオ（Galileo）計画による新たな電波測位用衛星の運用が開始されようとしている。

電波測位用衛星から発信される測位電波を受信する測位電波受信装置は、４個以上の衛星からの電波を受信して各衛星までの距離を算出し、その距離データに基づいて自己の位置、速度等の測位データを算出する。そうした処理を行なう必要から測位電波受信装置は一般に、測位電波を受信するアンテナ部、受信した信号を中間周波数信号に変換するＲＦコンバータ部、中間周波数信号を復調してディジタルデータを生成する復調部、そのディジタルデータを演算処理して測位データを求める演算部を備えて構成される。

測位電波受信装置における演算部にはディジタル演算を行なう回路を必要とする。一方、算出された測位データはカーナビゲーション装置やパソコン等の汎用の情報処理端末に提供されるのが一般的であり、これら汎用情報処理端末もディジタル演算を行なう回路を備える。こうしたことから測位電波受信装置の演算部に必要な演算回路は、受信装置専用に設けられることもあるが汎用情報処理端末の演算処理回路を利用するように構成されることもある。

測位電波受信装置のアンテナ部は電波を受信し易い位置に設置する必要がある。従って、演算部を専用に設けるにせよ汎用情報処理端末の演算部を利用するにせよ、アンテナ部から演算部までの間に必要な構成要素をどのようにまとめてユニット化するのが適当であるかが問題となる。

こうした問題を取り扱った文献として例えば特許文献１がある。この文献は演算部を専用に設ける構成を扱ったものであり、アンテナ部から演算部に至るまでの構成要素のまとめ方について３つの案が提案されている。第１の案はアンテナ部側ユニットに演算部までの全ての構成要素を収納する案である。即ち、測位電波受信装置としての全機能を一つのユニットにまとめて構成し、演算部で算出した測位データをケーブルを経由してパソコン等の汎用情報処理端末に提供するものである。しかし、この案の場合には測位電波受信装置のユニットの大型化、消費電力とコストの増大といった問題がある。また、ガリレオなどの新規運用予定の衛星電波を利用しようとすると受信ユニット全体の買い替えが必要となり不便である。

第２の案はＲＦコンバータ部までをアンテナ部側ユニットとしてまとめ、アナログの中間周波数信号を復調部と演算部をまとめたユニットにケーブルで送信するものである。しかし、この案の場合にはアンテナ部側ユニットと復調・演算部側ユニットとの間の伝送信号がアナログ信号であるため、ケーブル長が長くなると信号劣化を補償する増幅器を余分に必要とする。

第３の案はアンテナ部側ユニットにはアンテナ部のアンテナと増幅器のみを収納し、ＲＦコンバータ部以降の構成要素を別ユニットとして構成するものである。この案の場合にはアンテナ部にライン増幅器を余分に設ける必要があり、途中のケーブルには受信電波の高い周波数帯域に適した高周波ケーブルを使用しなければならない問題がある。
特開平０７−２２５２６８号公報

本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その課題は、測位電波受信装置における離れて設置するアンテナ側ユニットを小型、軽量、低消費電力化すると同時に、変調方式やデータ構造が異なる別の測位電波であっても周波数帯域が同じであればハードウェアを変更することなくプログラムのアップデートのみで利用できるようにした測位電波受信装置を提供することにある。

前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、電波測位用衛星からの電波を受信して受信信号を生成するアンテナ部と、該受信信号を増幅すると同時に中間周波数信号に変換するＲＦコンバータ部と、該中間周波数信号を該周波数の２倍以上の周波数でサンプリングしＡ／Ｄ変換してディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、該ディジタル信号を演算処理して復調と測位データの生成を行なう復調・演算部と、を備える測位電波受信装置であって、前記ディジタル信号を所定の通信手順に従った通信データに変換する制御部と、該通信データを所定の通信規格に従った電気信号にて有線又は無線にて送信する第１の通信インターフェイス部と、該送信された通信データを受信する第２の通信インターフェイス部とを更に設け、該第２の通信インターフェイス部で受信した通信データを前記復調・演算部に供給して復調と測位データの生成を行なわせるように構成したことを特徴とする測位電波受信装置である。

本構成ではアンテナ部から第１通信インターフェイス部まで（アンテナ部側ユニット２）と、第２通信インターフェイス部から演算部まで（復調・演算部側ユニット３）とを別々のユニットとして構成できるようにした。そして、アンテナ部側ユニットから復調・演算部側ユニットへは中間周波数信号のディジタル信号データを伝送するようにした。このため復調・演算部側ユニットではディジタル信号の受信と、その受信信号のディジタル演算による復調と測位データ算出のみを行なえば済む。従って、復調・演算部には汎用の演算装置、例えば、パソコン、カーナビゲーション装置の演算装置を兼用使用することが可能となり、第２通信インターフェイス部にはＵＳＢなどの汎用インターフェイスを使用することができる。即ち、測位電波受信装置に専用の復調・演算部を設けなくて済む利点がある。また、アンテナ部側ユニットに復調・演算部を設けないため離れて設置するアンテナ部側ユニットが小型、軽量、低消費電力となる利点がある。

更に、変調方式やデータ構造が異なる別の測位電波であっても周波数帯域が同じであればアンテナ部側ユニットを買い換えることなく、復調・演算部として機能する汎用の演算装のプログラムのアップデートのみで利用できるという効果を奏する。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の測位電波受信装置であって、前記アンテナ部とＲＦコンバータ部とＡ／Ｄ変換部とからなる受信変換部を複数設け、前記制御部は該複数の受信変換部の出力する複数のディジタル信号を受けとり、所定の順序にて前記通信データに変換した後、前記第１の通信インターフェイス部に供給するように構成したことを特徴とする。

本構成は複数の測位電波を同時に受信できるように構成したものである。請求項１に記載の発明と同様に中間周波数信号のディジタル信号データをアンテナ部側ユニットから復調・演算部側に渡すようにしているので請求項１に記載の測位電波受信装置の場合と同様の効果を奏する。

以下、本発明に係る測位電波受信装置の一実施形態を図面を参照して詳しく説明する。図１は、その測位電波受信装置の構成をブロック図で示したものである。
本実施形態の測位電波受信装置１は、アンテナ部側ユニット２と復調・演算部側ユニット３と両者を結ぶケーブル４とにより構成される。アンテナ部側ユニット２は、アンテナ部２１、ＲＦコンバート部２２、Ａ／Ｄ変換部２３、制御部２４、第１の通信インターフェイス部（ＩＦ部）２５、クロック生成部２６、バッテリ２７を備えて構成される。

アンテナ部２１は、電波測位用衛星の発する電波を受信して受信信号を生成する回路部分である。例えばＧＰＳ衛星のＬ１帯（周波数１５７５．４２ＭＨｚ）の電波を受信して受信信号を生成し、次段のＲＦコンバート部２２に出力する。ＧＰＳ衛星の送信するＬ１帯の電波は位相変調された信号である。

ＲＦコンバート部２２は受信信号を受けとって最初に増幅を行なう。増幅後、クロック生成部２６の生成する標準クロックを用い、ＰＬＬシンセサイザ、ミキサ等を使用して所定の中間周波数信号（例えば、４．０９２ＭＨｚの信号）に周波数変換を行なう。

こうして生成された中間周波数信号は、次段のＡ／Ｄ変換部２３に入力される。Ａ／Ｄ変換部２３は入力された中間周波数信号をサンプリングした後、Ａ／Ｄ変換してディジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換するのはアナログの中間周波数信号の波形をディジタル信号の形で復調・演算部側ユニット３に渡すためである。サンプリング周波数はサンプリング定理によると中間周波数信号周波数の２倍以上であればよい。（例えば、中間周波数が４．０９２ＭＨｚの場合、ＧＰＳ衛星のＬ１帯Ｃ／Ａコードの信号帯域が２．０４６ＭＨｚであるため、中間周波数信号周波数は３．０６９〜５．１１５ＭＨｚとなるため、サンプリング周波数は１６．３６８ＭＨｚとする。）。Ａ／Ｄ変換における量子化レベルは例えば４ビットである。Ａ／Ｄ変換して生成されたディジタル化された波形データは、次段の制御部２４に入力される。

制御部２４はマイクロコンピュータを主体に構成されており、内部には公知のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、それらを結ぶバスライン等が設けられている。制御部２４は、入力されたディジタル信号を所定の通信手順に従った通信データに変換して次段の第１の通信インターフェイス部２５に渡す。第１の通信インターフェイス部２５は受けとった通信データを所定の通信規格、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格に従った信号レベルと通信速度に変換して専用のケーブル４に供給する。

このようにアンテナ部側ユニット２のアンテナ部２１で受信された測位電波は、中間周波数信号に変換され、その中間周波数信号のアナログ電圧波形はＡ／Ｄ変換してディジタルな波形データに変換される。そして、その波形データであるディジタル信号は第１の通信インターフェイス部２５からケーブル４を介して復調・演算部側ユニット３に伝送される。

一方、復調・演算部側ユニット３は復調・演算部３１、第２の通信インターフェイス部３２、操作部３３、表示部３４を備えて構成される。ケーブル４によって伝送されてきた中間周波数信号のディジタル化された波形データは第２の通信インターフェイス部３２にて受信され、所定の信号レベルに変換されて復調・演算部３１に渡される。

復調・演算部３１はマイクロコンピュータを主体に構成されており、内部には公知のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、それらを結ぶバスライン、電源装置等が設けられている。復調・演算部３１は、第２の通信インターフェイス部３２から渡された中間周波数信号の波形データを位相検波することにより衛星から送られた測位用データの復調を行なう。復調・演算部３１は、続いてその復調で得た測位用データの解読を行ない、解読で得たデータに基づいてアンテナ部側ユニット２の位置座標を求める演算を行なう。これにより位置座標が求まる。求めた位置座標は、表示部３４上に表示したり他の装置に渡したりする。

このように本実施形態の測位電波受信装置１では、アンテナ部２１での受信信号をアンテナ部側ユニット２内にて中間周波数信号にまで周波数を低下させ、その中間周波数信号の波形をディジタル化して復調・演算部側ユニット３に送信するようにしている。従って、周波数帯域が同じであればその変調方式やデータ構造が異なっていてもアンテナ部２１で受信した受信信号は同じように信号処理されて復調・演算部側ユニット３に送信される。送信された波形データはソフトウェア処理による復調と解読を受け、測位データが求められる。従って、変調方式やデータ構造が異なる別の測位電波であっても周波数帯域が同じ電波であれば、アンテナ部側ユニット２のハードウェアを変更することなく復調・演算部側ユニット３のプログラムの入れ替えのみで測位に利用できる利点がある。

例えば、現在はＧＰＳ衛星のＬ１帯の電波を受信していたとして近く運用開始予定のガリレオ衛星の同じ周波数帯の電波を利用する場合には、アンテナ部側ユニット２は買い換えることなく復調・演算部側ユニット３の復調、解読プログラムをガリレオ衛星用のプログラムにアップデートするのみで対応することができる。

このように本実施形態の測位電波受信装置１は、変調方式やデータ構造が異なる測位電波であっても周波数帯域が同じであればアンテナ部側ユニット２を買い換えることなく復調・演算部側ユニット３のプログラムのアップデートのみで利用できるという効果を奏する。また、アンテナ部側ユニット２に復調・演算部３１を設けていないためアンテナ部側ユニット２を小型、軽量、低消費電力化することができる。更に、復調・演算部３１をアンテナ部側ユニット２から分離して設けているため、復調・演算部３１で行なう演算処理を汎用の演算装置、例えば、パソコン、カーナビゲーション装置の演算装置で行なわせることができる。そのようにすれば専用の復調・演算部を設けないで済む利点がある。

図２は、上述した測位電波受信装置１の変形実施態様をブロック図で表わしたものである。この測位電波受信装置１ａがハードウェア面で図１の測位電波受信装置１と異なる点は、アンテナ部２１ａ、ＲＦコンバート部２２ａ、Ａ／Ｄ変換部２３ａを新たに追加しアンテナ部、ＲＦコンバート部、Ａ／Ｄ変換部を各２式にした点である。

これは電波測位用衛星からの測位電波は複数の周波数帯で送信されているので、それに対応させようとするものである。ＧＰＳ衛星の場合にはＬ１帯（周波数１５７５．４２ＭＨｚ）とＬ２帯（周波数１２２７．６０ＭＨｚ）の２つの周波数帯で測位電波が送信されている。

例えば、Ｌ１帯の電波により測位を行なうには４個の衛星から発せられるＬ１帯電波を受信する必要がある。４個の衛星から発せられるＬ１帯電波を受信する受信装置の構成は数種類存在する。軍用の高速移動体、例えばミサイル、ジェット機等には４個の衛星からの測位電波受信と５番目の衛星の捕捉用に５チャンネルの受信部を持つマルチ・チャンネル受信機が用いられているという。この方式は測位時間が早くなる反面、受信機は高価になる。

民生用途では受信機のコストを下げるために受信部は１式、又は２式とされる。１式の場合にはシーケンシャル方式で４又は５個の衛星からの受信処理を時分割で行なうか、またはマルチ・プレクシング方式と呼ばれる受信処理の高速切り換えで行なわれる。２式の場合には１式で２つの衛星からの電波を受信し、他の１式で他の２つの衛星からの電波を受信する。また、１式はＬ１帯電波の受信に使用し他の１式はＬ２帯電波の受信に使用する使い方もある。

図２に示した測位電波受信装置１ａは、アンテナ部とＲＦコンバータ部とＡ／Ｄ変換部とからなる受信変換部を２式備えているので、上述した受信部を２式備える場合の何れの受信方式にも対応することができる。制御部２４は１式である。従って、この場合の制御部２４は２つのＡ／Ｄ変換部２３、２３ａからディジタル信号を受けとって通信データに変換した後、所定の順序にて第１の通信インターフェイス部に供給する。復調・演算部３１では送られてきたディジタル信号を各Ａ／Ｄ変換部別に振り分け整理した後、復調と復調後データの解読処理を行なって測位データを算出する。

この図２に示した測位電波受信装置１ａの場合も、図１に示した測位電波受信装置１の場合と同様に変調方式やデータ構造が異なる測位電波であっても周波数帯域が同じであればアンテナ部側ユニット２を買い換えることなく復調・演算部側ユニット３のプログラムのアップデートのみで測位データの算出に利用できる。また、アンテナ部側ユニット２ａに復調・演算部３１を設けていないためアンテナ部側ユニット２を小型、軽量、低消費電力化することができる。更に、復調・演算部３１をアンテナ部側ユニット２から分離して設けているため、復調・演算部３１で行なう計算処理を汎用の演算装置、例えば、パソコン、カーナビゲーション装置の演算装置で行なわせることが可能である。そのようにすれば測位データの演算用に専用の復調・演算部を設ける必要がなくなる。

なお、図２に示した測位電波受信装置１ａはアンテナ部とＲＦコンバータ部とＡ／Ｄ変換部とからなる受信変換部が２式の場合であるがその数を更に増やしても良い。アンテナ部とＲＦコンバータ部とＡ／Ｄ変換部とからなる受信変換部が複数ある場合、その各変換部は図２に示すように一体であっても良いし、個別に設けても良い。

また、図１、図２においては第１の通信インターフェイス部２５と第２の通信インターフェイス部３２との間の情報伝達にはケーブル４を使用したが、ケーブルの代わりに無線により情報伝達を行なってもよい。

本発明に係る測位電波受信装置の一構成例のブロック図である。 本発明に係る測位電波受信装置の他の構成例のブロック図である。

符号の説明

図面中、１、１ａは測位電波受信装置、２、２ａはアンテナ部側ユニット、３は復調・演算部側ユニット、４はケーブル、２１、２１ａはアンテナ部、２２、２２ａはＲＦコンバータ部、２３、２３ａはＡ／Ｄ変換部、２４は制御部、２５は第１の通信インターフェイス部、３１は復調・演算部、３２は第２の通信インターフェイス部を示す。

Claims (2)

1. 電波測位用衛星からの電波を受信して受信信号を生成するアンテナ部と、
   該受信信号を増幅すると同時に中間周波数信号に変換するＲＦコンバータ部と、
   該中間周波数信号を該周波数の２倍以上の周波数でサンプリングしＡ／Ｄ変換してディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
   該ディジタル信号を演算処理して復調と測位データの生成を行なう復調・演算部と、
   を備える測位電波受信装置であって、
   前記ディジタル信号を所定の通信手順に従った通信データに変換する制御部と、
   該通信データを所定の通信規格に従った電気信号にて有線又は無線にて送信する第１の通信インターフェイス部と、
   該送信された通信データを受信する第２の通信インターフェイス部とを更に設け、
   該第２の通信インターフェイス部で受信した通信データを前記復調・演算部に供給して復調と測位データの生成を行なわせるように構成したことを特徴とする測位電波受信装置。
2. 請求項１に記載の測位電波受信装置であって、前記アンテナ部とＲＦコンバータ部とＡ／Ｄ変換部とからなる受信変換部を複数設け、
   前記制御部は該複数の受信変換部の出力する複数のディジタル信号を受けとり、所定の順序にて前記通信データに変換した後、前記第１の通信インターフェイス部に供給するように構成したことを特徴とする測位電波受信装置。
   
   

Images