JP2007212162A - 疑似gps装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】屋内や地下などで移動端末によるGPS測位を可能にする疑似GPS装置において、設計および施工の手間を削減できるとともに、拡張や変更が容易な装置を実現する。
【解決手段】単にGPS衛星からの信号を再送信するのではなく、アンテナ22の位置で移動端末20が受信すべき擬似的なGPS信号を単体のGPSシミュレータ21で発生し、複数のアンテナ22から放射することで、移動端末20に高精度な測位を行わせることが可能な疑似GPS装置において、GPSシミュレータ21は、所定時間分のデジタルデータを発生し、LANケーブル26,24を介して各信号変換器23を順次アドレス指定して送信する。したがって、同軸ケーブル27による接続を、アンテナ22と、その近くに設けられる信号変換器23との間だけとし、設計および施工の手間を削減でき、かつ材料費も削減することができ、低コストであるとともに、変更が容易な装置を実現できる。
【選択図】図1
【解決手段】単にGPS衛星からの信号を再送信するのではなく、アンテナ22の位置で移動端末20が受信すべき擬似的なGPS信号を単体のGPSシミュレータ21で発生し、複数のアンテナ22から放射することで、移動端末20に高精度な測位を行わせることが可能な疑似GPS装置において、GPSシミュレータ21は、所定時間分のデジタルデータを発生し、LANケーブル26,24を介して各信号変換器23を順次アドレス指定して送信する。したがって、同軸ケーブル27による接続を、アンテナ22と、その近くに設けられる信号変換器23との間だけとし、設計および施工の手間を削減でき、かつ材料費も削減することができ、低コストであるとともに、変更が容易な装置を実現できる。
【選択図】図1
Description
本発明は、屋内や地下などのGPS衛星からの信号が届きにくく測位が困難な環境において、GPSシミュレータで発生した擬似的なGPS信号を前記環境内に放射することで、GPS測位機能を備えた移動端末による測位を可能にする疑似GPS装置に関する。
GPS信号は、使用される電波の性質から、前記屋内や地下などでは、信号強度が著しく低下する。このため、前記移動端末がこのような環境に持ち込まれると、測位が困難になる。そこで、図3に示すように、屋上など見晴らしのよい場所に設置したGPSアンテナ1でGPS信号を受信し、高周波アンプ2で増幅した後、これを同軸ケーブル3によって屋内や地下へ引込み、設置されたアンテナ4から再放射することで、前記屋内や地下での測位を可能とすることが考えられる。しかしながらこのような構成では、測位の結果としては、屋上に設置されたGPSアンテナ1の位置が得られることになり、移動端末が存在する真の位置とは異なるという問題がある。
そこで、移動端末の実際の位置を、広範囲に測位可能とする従来技術が、特許文献1で提案されている。その従来技術によれば、建物の屋上に、疑似衛星となるGPS信号の送信装置に、衛星軌道情報などの疑似衛星の位置情報を携帯電話網などの広い到達範囲で送信する装置を設けることで、移動端末は、実際のGPS衛星および前記疑似衛星からの信号を受信して測位を行うとともに、前記位置情報は広い範囲で受信可能であるので、短時間での受信期間でも測位が可能になり、高速移動に適した測位システムが提案されている。
ところが、その従来技術では、多数の疑似衛星をビルの屋上に分散して設置しなければならず、しかも疑似衛星の位置情報を送信する装置を別途設置しなければならず、膨大なコストが必要であるとともに、移動端末も位置情報を受信可能な特殊なものを使用しなければならないことが容易に想到され、実現可能性は乏しいと思われる。
これに対して、特許文献2では、図4で示すように、シールドされた環境内に複数の疑似衛星となるGPS信号の送信装置11を設け、コンピュータ処理装置から成るGPSシミュレータ12によって作成したその環境内で受信されるであろうGPS信号を各送信装置11へ配信することで、屋外と同様の環境で移動端末が使用可能となっている。
特開2004−132750号公報
特許第3421790号公報
図3で示すようなGPS信号の再送信では、商業施設などにおいて、移動端末は、或る程度現在位置を絞ることができる。また、規模が小さければ、疑似のGPS信号を発生する装置などが不要で、比較的低コストに抑えることができる。しかしながら、大規模な施設になると、各アンテナ4までの同軸ケーブル3の引回しが必要であり、途中、分配器5が介在するなど、高周波信号の伝送線路の設計が煩雑であり、設置する場所に応じて機器設計するために、高周波信号に関する高度な専門知識が必要となるとともに、アンテナ4の増設や、対象面積の拡張など、伝送線路の変更も煩雑であるという問題がある。
一方、大規模な施設では、フロアの違いを区別可能にするなど、精度の向上が望まれ、図4で示すように、1台のGPSシミュレータ12によって作成した疑似のGPS信号を各送信装置(変調器+アンテナ)11へ配信するようにしても、この従来技術では、前記GPSシミュレータ12から送信装置11へ前記同軸ケーブル13を用いており、同様の問題が生じる。
本発明の目的は、移動端末に高精度な測位を行わせることができるとともに、低コストで、変更が容易な疑似GPS装置を提供することである。
本発明の疑似GPS装置は、擬似的なGPS信号を環境内に放射することで、GPS測位機能を備えた移動端末による測位を可能にする疑似GPS装置において、GPSシミュレータに、デジタル通信ネットワークを介して接続される複数の信号変換部およびアンテナを備えて構成され、前記GPSシミュレータは、各アンテナから放射される前記擬似的なGPS信号が、本来、そのアンテナが設置されている各場所において、GPS衛星から受信されるべき予め定める時間分のGPS信号に対応したデジタルデータを発生し、前記デジタル通信ネットワークを介して、各信号変換部を順次アドレス指定して送信し、前記信号変換部は、受信したデジタルデータから、アナログ高周波の前記擬似的なGPS信号を逐次復元・電力増幅し、同軸ケーブルを介して、該信号変換部に近接配置される前記アンテナから放射させることを特徴とする。
上記の構成によれば、屋内や地下などのGPS衛星からの信号が届きにくい環境において、単にGPS衛星からの信号を再送信するのではなく、本来、アンテナが設置されている各場所において、GPS衛星から受信されるべき擬似的なGPS信号をGPSシミュレータで発生して、複数の前記アンテナから前記環境内に放射することで、前記移動端末に高精度な測位を行わせることが可能な疑似GPS装置において、前記擬似的なGPS信号を単体のGPSシミュレータにおいて予め定める時間分のデジタルデータで発生し、前記GPSシミュレータと信号変換部とをデジタル通信ネットワークを介して接続し、GPSシミュレータが各信号変換部を順次アドレス指定してそのデジタルデータを送信する。そして、前記信号変換部は、それぞれのアンテナに対応して設けられ、受信したデジタルデータから、アナログ高周波の前記擬似的なGPS信号を順次復元・電力増幅するとともに、作成された信号がGPSの高周波信号であり、このため該信号変換部とアンテナとの間は同軸ケーブルを介して接続され、該信号変換部はアンテナに近接配置される。
したがって、単体のGPSシミュレータを使用して疑似GPS信号を作成するにあたって、そのGPSシミュレータと各アンテナの設置位置との間は、LANなどのデジタル通信ネットワークで接続することができる。これによって、同軸ケーブルによる接続を、アンテナと、その近くに設けられる信号変換器との間だけとし、設計および施工の手間を削減でき、かつ材料費も削減することができ、低コストであるとともに、変更が容易な装置を実現することができる。
また、本発明の疑似GPS装置では、前記各信号変換部はデータ記憶部を有し、前記GPSシミュレータは、前記デジタル通信ネットワークの稼働率が低いときには、前記予め定める時間を拡大することを特徴とする。
上記の構成によれば、各アンテナの設置場所における前記疑似GPS信号の計算を行うにあたって、前記各信号変換部にデータ記憶部を設け、前記デジタル通信ネットワークの稼働率が低いときには、現在のみならず、将来の分まで計算し、前記デジタル通信ネットワークを介して予め各信号変換部に送信しておくので、前記デジタル通信ネットワークのトラヒックを平準化し、リソースを有効に活用することが可能となる。また、ネットワーク遅延による位置誤差の発生を防止することもできる。
本発明の疑似GPS装置は、以上のように、屋内や地下などのGPS衛星からの信号が届きにくい環境において、単にGPS衛星からの信号を再送信するのではなく、本来、アンテナが設置されている各場所において、GPS衛星から受信されるべき擬似的なGPS信号をGPSシミュレータで発生して、複数の前記アンテナから前記環境内に放射することで、前記移動端末に高精度な測位を行わせることが可能な疑似GPS装置において、前記擬似的なGPS信号を単体のGPSシミュレータにおいて予め定める時間分のデジタルデータで発生し、そのGPSシミュレータはデジタル通信ネットワークを介して接続され、各アンテナに近接配置される各信号変換部を順次アドレス指定して前記デジタルデータを送信し、前記信号変換部でアナログ変換された信号がアンテナから放射される。
それゆえ、単体のGPSシミュレータを使用して疑似GPS信号を作成するにあたって、そのGPSシミュレータと各アンテナの設置位置との間は、LANなどのデジタル通信ネットワークで接続することができる。これによって、同軸ケーブルによる接続を、アンテナと、その近くに設けられる信号変換器との間だけとし、設計および施工の手間を削減でき、かつ材料費も削減することができ、低コストであるとともに、変更が容易な装置を実現することができる。
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の一形態に係る疑似GPS装置の全体構成を説明するための図である。この疑似GPS装置は、屋内や地下などのGPS衛星からの信号が届きにくい環境において、単にGPS衛星からの信号を再送信するのではなく、本来、複数のアンテナ22が設置されている各場所において、GPS衛星から受信されるべき擬似的なGPS信号を1台のGPSシミュレータ21で擬似的に発生して、複数の各アンテナ22から前記環境内に放射することで、GPS測位機能を備えた移動端末20に高精度な測位を行わせることを可能とするものである。
図1は、本発明の実施の一形態に係る疑似GPS装置の全体構成を説明するための図である。この疑似GPS装置は、屋内や地下などのGPS衛星からの信号が届きにくい環境において、単にGPS衛星からの信号を再送信するのではなく、本来、複数のアンテナ22が設置されている各場所において、GPS衛星から受信されるべき擬似的なGPS信号を1台のGPSシミュレータ21で擬似的に発生して、複数の各アンテナ22から前記環境内に放射することで、GPS測位機能を備えた移動端末20に高精度な測位を行わせることを可能とするものである。
注目すべきは、本実施の形態では、各アンテナ22には、近接して信号変換器23がそれぞれ対応して設置され、各信号変換器23は、前記GPSシミュレータ21に、デジタル通信ネットワークを構築するLANケーブル24を介して接続されることである。各信号変換器23へのLANケーブル24は、ハブ25を介して、幹線のLANケーブル26に接続される。
一方、実際のGPS信号を受信できる場所に、エフェメリス取得用GPS受信機30が設置されており、得られた現在使用できるエフェメリスは前記GPSシミュレータ21に送信される。エフェメリス取得用GPS受信機30とGPSシミュレータ21との間は、前記デジタル通信ネットワークを介して通信する構成であってもよく、また直接通信する構成であってもよい(図1の例では、前記デジタル通信ネットワークを介して通信している)。
GPSシミュレータ21は、エフェメリス取得用GPS受信機30から受信したエフェメリスを用いて、各アンテナ22から放射される前記擬似的なGPS信号が、本来、そのアンテナ22が設置されている各場所において複数のGPS衛星から受信されるべきGPS信号を足し合わせたもので、かつ予め定める時間分となるデジタルデータを発生する。これによって、実際のGPS信号と疑似GPS信号との間に大きな乖離が生じることを回避し、実際のGPS信号を受信するエリアと疑似GPS信号を受信するエリアとを行き来する際に、連続した測位が可能となる。
なお、前記擬似的なGPS信号は、アンテナ22の実際の位置に対応した信号に限らず、天井などに取付けられるアンテナ22の直下で、床面から1m程度の位置の信号とするなど、アンテナ22の設置位置および移動端末20の使用状況などを考慮して、適宜定められればよい(以下では、アンテナ22の設置位置での信号とする)。このような任意の位置での擬似的なGPS信号は、GPSシミュレータ21でのソフトウェア処理などによって作成することができる。移動端末20は、複数のアンテナ22からの信号を受信すると、受信レベルの最も高いアンテナからの信号に設定された位置を測位結果とする。
GPSシミュレータ21は、上述のようにして作成したデータを、前記デジタル通信ネットワークを介して、各信号変換器23を順次アドレス指定して送信する。これを受信した信号変換部23は、受信したデジタルデータから、アナログ高周波の前記擬似的なGPS信号を逐次復元・電力増幅し、同軸ケーブル27を介して、前記アンテナ22から放射させる。
図2は、前記信号変換器23の具体的構成を示す図であり、各信号変換器23は相互に等しく構成されており、設定されるアドレスが異なる程度である。GPSシミュレータ21には、各アンテナ22の設置場所および衛星の軌道から、各アンテナ22の設置位置において受信されるべき信号を、送信すべき疑似GPS信号としてシミュレートし、デジタル信号として発生する。発生した疑似GPS信号のデジタルデータは、前述のようにデジタル通信ネットワークを介して各信号変換器23へ順次アドレス指定して送信される。デジタル通信ネットワークは、インターネットなど外部に開かれたネットワークであってもよく、本実施の形態の疑似GPS装置の中で閉じたネットワークであってもよい。
信号変換器23は、前記ハブ25で分岐したLANケーブル24からのデジタル信号で、自機にアドレス指定された信号を該信号変換器23に入力するゲートウェイ31およびバッファ32と、入力されるデジタル信号を一時蓄積するデータ記憶部33と、データ記憶部33から読出した信号をアナログの信号に復調するデジタル/アナログ変換器34と、デジタル/アナログ変換器34からの信号を前記疑似GPS信号にアップコンバートするアップコンバータ35と、前記アップコンバータ35から出力される前記疑似GPS信号を必要なレベルまで電力増幅する高周波アンプ36とを備えて構成される。高周波アンプ36から出力された前記疑似GPS信号は、前記同軸ケーブル27を介してアンテナ22に伝送され、放射される。
前記アップコンバータ35では、デジタル/アナログ変換器34からの信号は、変調波として、ミキサ35bにおいて、局部発振器35aで生成されたGPS周波数のキャリア信号に重畳され、前記疑似GPS信号にアップコンバートされる。前記データ記憶部33は、GPSシミュレータ21から相対的に高いデータレートで間欠的に入力される予め定める時間分のデジタル信号を一時蓄積し、相対的に低い一定のデータレートで、前記デジタル/アナログ変換器34へ連続して出力してゆく。前記GPSシミュレータ21は、前記デジタル通信ネットワークの稼働率が低いときには、前記予め定める時間を拡大する。
ここで、前記GPS信号のキャリア周波数は1.5GHzであり、変調波の周波数は1MHz程度である。したがって、前記疑似GPS信号を再現するためにデータ記憶部33から読出されるデータレートは、たとえばサンプリング周波数が7MHz、量子化ビット数が2bitとすると、14Mbit程度である。したがって、前記データ記憶部33で蓄積される時間を考慮しても、前記LANケーブル26,24としては、Gbit級のものを使用すれば、或る程度の台数の信号変換器23に対しては、上述のように間欠的に順次アドレス指定して送信することが可能であり、デジタル通信ネットワークの稼働率が低いときには、前記データ記憶部33での蓄積時間も拡大可能であることが理解される。
このようにして、複数のアンテナ22の各設置位置で本来受信されるGPS信号を擬似的に作成して前記アンテナ22から放射することで、移動端末20はそのアンテナ22の位置で本来受信すべきGPS信号を受信することになり、高精度な測位を行うことができる。また、単体のGPSシミュレータ21を使用して疑似GPS信号を作成するにあたって、そのGPSシミュレータ21と各アンテナ22の設置位置との間は、LANなどのデジタル通信ネットワークで接続することができ、同軸ケーブル27による接続を、アンテナ22と、その近くに設けられる信号変換器23との間だけとし、設計および施工の手間を削減でき、かつ材料費も削減することができ、低コストであるとともに、変更が容易な装置を実現することができる。
また、前記GPSシミュレータ21は、ネットワーク遅延測定部21aを備えており、各信号変換器23との間のネットワーク遅延を定期的に測定する。GPSシミュレータ21は、測定の結果得られたネットワーク遅延を加味して、各信号変換器23への疑似GPS信号のデータを発生する。ここで、GPSシミュレータ21から各信号変換器23までのネットワーク遅延は、デジタル通信ネットワークの状態によって異なるが、一般的に数十ミリ秒から数百ミリ秒程度となる。また、GPSシミュレータ21から各信号変換器23までの遅延時間は相互に異なり、それらの差も考慮してデータを発生することで、各アンテナ22から放射される疑似GPS信号の時刻情報を互いに一致させることが可能となる。このように構成することで、移動端末20が或るアンテナから放射される疑似GPS信号を受信するエリアと、他のアンテナから放射される疑似GPS信号を受信するエリアとの間を行き来したときに、時刻情報のずれのため測位不能状態に陥ることなく、連続した測位が可能となる。
さらにまた、前記GPSシミュレータ21は、相対的に高いデータレートで間欠的に入力されるデジタル信号を一時蓄積し、相対的に低い一定のデータレートで連続して出力してゆくバッファとしての機能を有するデータ記憶部33を使用し、前記デジタル通信ネットワークの稼働率が低いときには、前記予め定める時間を拡大し、現在のみならず、将来の分までデータを計算し、予め各信号変換器23に送信しておくので、前記デジタル通信ネットワークのトラヒックを平準化し、リソースを有効に活用することが可能となる。また、ネットワーク遅延による位置誤差の発生を防止することもできる。
20 移動端末
21 GPSシミュレータ
22 アンテナ
23 信号変換器
24,26 LANケーブル
25 ハブ
30 エフェメリス取得用GPS受信機
31 ゲートウェイ
32 バッファ
33 データ記憶部
34 デジタル/アナログ変換器
35 アップコンバータ
36 高周波アンプ
21 GPSシミュレータ
22 アンテナ
23 信号変換器
24,26 LANケーブル
25 ハブ
30 エフェメリス取得用GPS受信機
31 ゲートウェイ
32 バッファ
33 データ記憶部
34 デジタル/アナログ変換器
35 アップコンバータ
36 高周波アンプ
Claims (2)
- 擬似的なGPS信号を環境内に放射することで、GPS測位機能を備えた移動端末による測位を可能にする疑似GPS装置において、
GPSシミュレータに、デジタル通信ネットワークを介して接続される複数の信号変換部およびアンテナを備えて構成され、
前記GPSシミュレータは、各アンテナから放射される前記擬似的なGPS信号が、本来、そのアンテナが設置されている各場所において、GPS衛星から受信されるべき予め定める時間分のGPS信号に対応したデジタルデータを発生し、前記デジタル通信ネットワークを介して、各信号変換部を順次アドレス指定して送信し、
前記信号変換部は、受信したデジタルデータから、アナログ高周波の前記擬似的なGPS信号を逐次復元・電力増幅し、同軸ケーブルを介して、該信号変換部に近接配置される前記アンテナから放射させることを特徴とする疑似GPS装置。 - 前記各信号変換部はデータ記憶部を有し、
前記GPSシミュレータは、前記デジタル通信ネットワークの稼働率が低いときには、前記予め定める時間を拡大することを特徴とする請求項1記載の疑似GPS装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006029413A JP2007212162A (ja) | 2006-02-07 | 2006-02-07 | 疑似gps装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2007212162A true JP2007212162A (ja) | 2007-08-23 |
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2006
- 2006-02-07 JP JP2006029413A patent/JP2007212162A/ja active Pending
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