JP2010216830A

JP2010216830A - 測位装置

Info

Publication number: JP2010216830A
Application number: JP2009060793A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Kawashima; 茂男河島
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】電源を投入したばかりの時間帯においても正確な時刻情報を得ることができる測位装置を提供する。
【解決手段】時計誤差計算処理部１３は、測位制御用時計１１と時刻更新用時計１２との時計誤差を計算する。時計誤差記憶部１４は、この時計誤差を記憶する。時計誤差校正処理部１５は、測位装置の電源投入直後に、時計誤差記憶部１４が記憶している時計誤差と、時刻更新用時計１２の時刻情報とに基づいて、測位制御用時計１１を校正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、衛星信号により測位を行う測位装置に関する。

ＧＰＳ衛星やガリレオ衛星の衛星信号を受信して受信アンテナの現在位置、現在時刻を測位するＧＮＳＳ受信機では、電源の投入後、短時間のうちに衛星信号を捕捉するために、受信アンテナの概略の位置情報に加え、概略の時刻情報を必要とする。すなわち、この時刻情報及びＧＮＳＳ受信機に予め記憶している衛星の軌道データに基づいて衛星の概略の位置を求める。そして、それらの位置、時刻でどの衛星が可視衛星であるか、また、衛星のドップラー周波数がどのくらいあるかを判断する。

そして、この位置情報、時刻情報がわからないと衛星のドップラー周波数がどのあたりの周波数にあるのか広い周波数範囲を探さなければならないので、測位に時間がかかることになる。この時間の短縮には極力正確な位置情報、時刻情報が必要である。

すなわち、衛星信号の捕捉のためには、例えば受信信号時間１ミリ秒の受信信号を用いて、予測した周波数において相関の都度、僅かずつ位相を変化させた参照ＰＮコードとの相関処理を行い、相関値が規定値を超えた場合、衛星信号を捕捉したと判定する。捕捉できなかった場合は、受信信号時間の逆数（１ミリ秒なら１ｋＨｚ）あるいはその数分の１ずつ周波数を変え、捕捉できるまで、その都度参照ＰＮコードとの相関処理を行う。衛星のドップラー周波数の予測が外れていると、処理ステップの回数が増えることになり、信号の捕捉、ひいては測位までに要する時間が長くなる。

ＧＮＳＳ受信機は、測位制御用時計と時刻更新用時計の２種類の時計を備えている。測位制御用時計は、通常、ＴＣＸＯが採用されていて、ＧＮＳＳ受信機で測位することによりはじめて正確な時刻を計時できる（分解能は、例えば１０^‐８秒）。測位制御用時計は、周波数が高く設定されているため、電力の消費量が大きく、節電のためＧＮＳＳ受信機の電源が投入されているときのみ動作する。もうひとつの時計は時刻更新用時計であり、リアルタイムクロックで構成されている。これは、時刻の精度は低いが（分解能は、例えば１秒）、周波数が低く設定されているため、電力の消費量が小さく、ＧＮＳＳ受信機の電源が投入されていないときも計時を行っている。測位制御用時計は、ＧＮＳＳ受信機で測位を行うことにより正確な計時ができるため、その計時により時刻更新用時計を校正する。一方、ＧＮＳＳ受信機の電源投入直後は測位を行っていないので、測位制御用時計は正確な計時ができないため、時刻更新用時計により測位制御用時計は校正される。

測位制御用時計は、ＧＮＳＳ受信機の電源の投入の際は時刻更新用時計により校正され、時刻更新用時計は前述の例で分解能が１秒であるので、この際、測位制御用時計の分解能も１秒である。

このように、分解能が１秒である測位制御用時計による時刻情報を用いても、屋外において得られる概略の位置情報を用いれば、測位までに要する時間も許容範囲内に収めることができる。

しかしながら、屋内において測位を行う場合においては、衛星信号の受信感度を向上させる必要がある。この場合、受信信号時間を例えば１ミリ秒では感度が足りないので１秒程度に長くする。そして、予測した周波数において相関の都度、僅かずつ位相を変化させた参照ＰＮコードとの相関処理を行い、相関値が規定値を超えた場合、衛星信号を捕捉したと判定する。捕捉できなかった場合は、受信信号時間の逆数（１秒なら１Ｈｚ）あるいはその数分の１ずつ周波数を変え、捕捉できるまで、その都度参照ＰＮコードとの相関処理を行うことになる。

しかし、このように高感度化のために１Ｈｚあるいはその数分の１ずつ周波数を変え、捕捉できるまで、その都度参照ＰＮコードとの相関処理を行うとすれば、正確にドップラー周波数を予測していないと衛星信号を探しきれない。そして、正確にドップラー周波数を予測するためには前述した概略の時刻情報が正確でなければならない。よって、測位制御用時計の分解能が１秒程度では時刻情報の精度が悪いことになる。

本発明の目的は、電源を投入したばかりの時間帯においても正確な時刻情報を得ることができる測位装置を提供することである。

本発明は、アンテナと、アンテナで受信した衛星信号を捕捉する信号捕捉手段と、前記信号捕捉手段で捕捉した衛星信号を追尾する信号追尾手段と、前記信号追尾手段で追尾した衛星信号に基づいて現在位置を測位する測位手段と、電源が投入されている場合に動作し、前記測位手段による測位の結果に基づいて時刻を計時する第１の時計と、電源が投入されていない場合も動作し、時刻を計時する第２の時計と、前記第１の時計と前記第２の時計との時計誤差を求める誤差算出手段と、前記誤差算出手段で求めた時計誤差を記憶する記憶手段と、電源が投入された場合は前記第１の時計を前記記憶手段に記憶されている時計誤差で校正する校正手段と、を備え、前記信号捕捉手段は、前記第１の時計が計時した時刻情報に基づいて衛星信号を捕捉する、測位装置である。

本発明によれば、電源が投入されたばかりで測位が行われていない時間帯においても第１の計時手段から正確な時刻情報を得て衛星信号の捕捉を行うことができる。

本発明の一実施の形態である測位装置の機能ブロック図である。本発明の一実施の形態である測位装置の時計のブロック図である。本発明の一実施の形態である測位装置の関連技術となる時計のブロック図である。

以下、本発明の一実施の形態について説明する。

図１は、測位装置１の機能ブロック図である。

測位装置１は、ＧＰＳ衛星、ガリレオ衛星などの衛星信号を受信するアンテナ２を備えている。受信部３は、アンテナ２を介して衛星信号を受信する。この受信部３は、信号捕捉部４と信号追尾部５とを備えている。

信号捕捉部４は、衛星信号を捕捉する。衛星信号を捕捉するためには、アンテナ２の概略の位置情報に加え、概略の時刻情報を必要とする。時刻情報は時計９により与えられる。そして、この時刻情報、及び測位装置１に予め記憶している衛星の軌道データに基づいて衛星の概略の位置を求める。そして、それらの位置、時刻でどの衛星が可視衛星であるか、また、衛星のドップラー周波数がどのくらいあるかを判断する。

衛星信号の捕捉処理は、例えば受信信号時間１秒の受信信号を用いて、予測した周波数において相関の都度、僅かずつ位相を変化させた参照ＰＮコードとの相関処理を行い、相関値が規定値を超えた場合、衛星信号を捕捉したと判定する。捕捉できなかった場合は、受信信号時間の逆数（１秒なら１Ｈｚ）あるいはその数分の１ずつ周波数を変え、捕捉できるまで、その都度参照ＰＮコードとの相関処理を行う。この衛星信号の捕捉のためには、時計９から与えられる現在時刻の時刻情報が用いられる。

信号追尾部５は、信号捕捉部４で捕捉した衛星信号の追尾を行う。

復調部６は、信号追尾部５で追尾されている衛星信号をスペクトラム逆拡散復調し、衛星信号から衛星の軌道データなどの必要な情報を取得する。

擬似距離測定部７は、アンテナ２から衛星までの距離を、ＰＮコードを用いて求める。

位置計算部８は、復調部６及び擬似距離測定部７から得られる衛星の軌道データ、アンテナ２から衛星までの距離などの情報に基づいてアンテナ２の現在位置、現在時刻を計算する。求められた現在時刻の情報は時計９にも供給される。

時計９は、時刻を計時し、現在時刻の時刻情報を信号捕捉部４、位置計算部８などに供給する。

図２は、時計９の構成を示すブロック図である。

時計９は、測位制御用時計１１と、時刻更新用時計１２の２つの時計を備えている。測位制御用時計１１は、通常、ＴＣＸＯが採用されていて、測位装置１で測位することによりはじめて正確な時刻を計時できる。分解能は、例えば１０^‐８秒程度であり、精度が高い。測位制御用時計１１は、周波数が高く設定されているため、電力の消費量が大きく、節電のため測位装置１の電源が投入されているときのみ動作する。測位制御用時計１１で計時した時刻情報は信号捕捉部４で使用される。また、この時刻情報は測位装置１のユーザに現在時刻を知らせる（図示しない表示装置に表示する）のにも使用される。

時刻更新用時計１２は、リアルタイムクロックで構成されている。時刻更新用時計１２は、時刻の精度は低いが（分解能は、例えば１秒）、周波数が低く設定されているため、電力の消費量が小さく、測位装置１の電源が投入されていないときも計時を行っている。

時計誤差計算処理部１３は、アンテナ２の現在位置、現在時刻が測定されたとき、測位制御用時計１１と時刻更新用時計１２との時計誤差を計算する。時計誤差記憶部１４は、この時計誤差計算処理部１３が計算した時計誤差を記憶する。また、アンテナ２の現在位置が測位されたときは、測位制御用時計１１は正確な計時を行えるので、その求めた時計誤差により時刻更新用時計１２を校正してもよい。時計誤差校正処理部１５は、測位装置１の電源が投入されたとき、時計誤差記憶部１４が記憶している時計誤差と、時刻更新用時計１２の時刻情報とに基づいて、測位制御用時計１１を校正する。

時計誤差計算処理部１３が測位制御用時計１１と時刻更新用時計１２との時計誤差を計算して当該時計誤差を時計誤差記憶部１４に記憶する処理は、測位装置１の電源が投入されている間中、一定の時間間隔（例えば１秒間隔）で時刻更新用時計１２が時計誤差計算処理部１３にトリガ信号を与えることにより実行される。時計誤差校正処理部１５が測位制御用時計１１を校正する処理は、測位装置１の電源が投入された際に、時刻更新用時計１２が時計誤差校正処理部１５にトリガ信号を与えることにより実行される。なお、時計誤差記憶部１４に記憶されている時計誤差には、測位制御用時計１１の有する分解能で表される時間差のみならず、その高次の時間微分あるいは誤差モデルなど、時計誤差にかかる情報も含まれる。

以上説明した測位装置１によれば、測位装置１の電源が投入された直後においては、アンテナ２の現在位置、現在時刻の測位がまだ行なわれておらず、稼動を開始したばかりの測位制御用時計１１の時刻情報の精度は低い。しかし、時計誤差記憶部１４が測位制御用時計１１と時刻更新用時計１２との時計誤差を記憶しているので、この時計誤差と時刻更新用時計１２の時刻情報とに基づいて、時計誤差校正処理部１５が測位制御用時計１１を校正する。

これにより、測位装置１の電源が投入された直後においても、測位制御用時計１１は正確な時刻情報を信号捕捉部４に供給することができる。そのため、測位装置１の感度を向上させても信号捕捉部４で的確に衛星信号を捕捉することができる。

図３は、本実施の形態の測位装置１の関連技術となる時計９のブロック図である。

この時計９は、前述の測位装置１の時計９の比較例となるもので、前述の時計誤差計算処理部１３、時計誤差記憶部１４、時計誤差校正処理部１５が設けられておらず、測位制御用時計１１と、時刻更新用時計１２とにより構成されている。

図３の時計９では、測位装置１で測位が行われているときには測位制御用時計１１は正確な計時が行えるので、その時刻情報で時刻更新用時計１２を校正する。また、測位装置１の電源投入直後においては、時刻更新用時計１２で測位制御用時計１１を校正する。しかし、時刻更新用時計１２は精度が高くないため、測位装置１の電源投入直後においては、時刻更新用時計１２により校正された測位制御用時計１１の精度も低い。そのため、測位装置１の感度を向上させると、信号捕捉部４で的確に衛星信号を捕捉することができない可能性がある。

１測位装置
２アンテナ
３受信部
４信号捕捉部
５信号追尾部
６復調部
７擬似距離測定部
８位置計算部
１１測位制御用時計
１２時刻更新用時計
１３時計誤差計算処理部
１４時計誤差記憶部
１５時計誤差校正処理部

Claims

アンテナと、
アンテナで受信した衛星信号を捕捉する信号捕捉手段と、
前記信号捕捉手段で捕捉した衛星信号を追尾する信号追尾手段と、
前記信号追尾手段で追尾した衛星信号に基づいて現在位置を測位する測位手段と、
電源が投入されている場合に動作し、前記測位手段による測位の結果に基づいて時刻を計時する第１の時計と、
電源が投入されていない場合も動作し、時刻を計時する第２の時計と、
前記第１の時計と前記第２の時計との時計誤差を求める誤差算出手段と、
前記誤差算出手段で求めた時計誤差を記憶する記憶手段と、
電源が投入された場合は前記第１の時計を前記記憶手段に記憶されている時計誤差で校正する校正手段と、
を備え、
前記信号捕捉手段は、前記第１の時計が計時した時刻情報に基づいて衛星信号を捕捉する、
測位装置。