JP2013195159A - Positioning system, and pseudo signal transmitter and receiver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測位システムに関し、より詳しくは、屋内や地下において疑似的な測位信号を送信および受信する技術に関する。 The present invention relates to a positioning system, and more particularly to a technique for transmitting and receiving a pseudo positioning signal indoors or underground.
現在、全地球衛星航法システム(GNSS:Global Navigation Satellite system)として知られる全地球測位システム(GPS:Global Positioning System)が広く普及している。GPS受信装置は、GPS衛星が送信する測位信号を受信して測位を実行する。一方で、GPS衛星からの信号は、屋内や地下においては受信できないことが多い。そのため、屋内や地下にあるGPS受信装置に測位信号を受信させるための補助的なシステムが必要とされている。 Currently, a global positioning system (GPS) known as a global navigation satellite system (GNSS) is widely used. The GPS receiving device receives a positioning signal transmitted by a GPS satellite and executes positioning. On the other hand, signals from GPS satellites often cannot be received indoors or underground. Therefore, there is a need for an auxiliary system for causing a GPS receiver that is indoors or underground to receive a positioning signal.
特許文献1から7に記載の発明では、GPS衛星が送信する信号を疑似的に生成する送信装置を屋内や地下に配置することが提案されている。また、特許文献8によれば、GPS衛星から受信した信号を屋内で再送信する装置が提案されている。特許文献9から12には、屋内用の測位システムとして、スードライト(pseudolite)や、IMES(indoor messaging system)が提案されている。なお、スードライトやIMESは、広く普及しているGPS受信装置とは互換性がない。また、特許文献13によれば、屋内や地下においてGNSS対応の受信装置に位置情報や時刻情報を取得させるための信号を送信する装置が提案されている。
In the inventions described in Patent Documents 1 to 7, it is proposed that a transmission device that artificially generates a signal transmitted by a GPS satellite is disposed indoors or underground. Further, according to Patent Document 8, an apparatus for retransmitting a signal received from a GPS satellite indoors is proposed. Patent Documents 9 to 12 propose a pseudolite or an indoor messaging system (IMES) as an indoor positioning system. Note that pseudolite and IMES are not compatible with widely used GPS receivers. According to
特許文献13に記載の発明は、単一の送信機によって複数の疑似的な衛星信号を多重化して送信するため、装置構成の簡易化やコストダウンを実現しやすい。もちろん、特許文献13に記載の発明を利用すれば、屋内や地下においてGNSS対応の受信装置が位置情報や時刻情報を取得できるようになる。
In the invention described in
しかし、GNSS対応の受信装置のうち特定の受信装置にのみ信号を受信させつつ、それ以外の受信装置にはこの信号による影響を与えないようにしたいというニーズがある。たとえば、屋内に配置された疑似的なGNSS衛星(送信装置)から特定の受信装置に対して送信された信号によって、宇宙にある本物のGNSS衛星からの信号を受信する他の受信装置が妨害を受けないことが望ましい。特に、GPS受信装置が普及して20年近くが経過しており、このような既存のGPS受信装置に対する影響を最小限にとどめねばならないだろう。そこで、本発明は、GNSS対応の受信装置のうち特定の受信装置にのみ信号を受信させつつ、それ以外の受信装置にはこの信号による影響を与えにくくすることを目的とする。 However, there is a need to allow only a specific receiving device to receive a signal among the GNSS-compatible receiving devices and to prevent other receiving devices from being affected by this signal. For example, a signal transmitted from a pseudo GNSS satellite (transmitting device) placed indoors to a specific receiving device may cause other receiving devices that receive signals from real GNSS satellites in space to interfere. It is desirable not to receive. In particular, nearly 20 years have passed since the spread of GPS receivers, and the impact on such existing GPS receivers will have to be minimized. Therefore, an object of the present invention is to make a signal received only by a specific receiving device out of GNSS-compatible receiving devices and to make the other receiving devices less likely to be affected by this signal.
本発明は、
受信装置と、当該受信装置の位置を測位するための位置情報と時刻を示す時刻情報を含み、衛星から送信される信号の疑似信号を送信する送信装置とを備えた測位システムであって、
前記送信装置は、
前記送信装置が設置された設置場所の上空を飛んでいる衛星の本来のドップラーシフトによる周波数オフセットを所定の規則にしたがって変更する変更手段と、
前記変更手段によって変更された周波数オフセットに応じた周波数で疑似信号を送信する送信手段と
を備え、
前記受信装置は、
前記送信装置の送信手段が送信する前記疑似信号を受信する受信手段と、
前記変更手段により変更された周波数オフセットを前記所定の規則にしたがって元の周波数オフセットに戻して前記疑似信号を相関処理し、前記受信装置の位置と時刻とのうち少なくとも一方を決定する決定手段と
を備えることを特徴とする測位システムを提供する。
The present invention
A positioning system comprising: a receiving device; and a transmitting device that includes position information for measuring the position of the receiving device and time information indicating time, and transmits a pseudo signal of a signal transmitted from a satellite,
The transmitter is
Changing means for changing the frequency offset due to the original Doppler shift of the satellite flying over the installation site where the transmitter is installed according to a predetermined rule;
Transmitting means for transmitting a pseudo signal at a frequency according to the frequency offset changed by the changing means,
The receiving device is:
Receiving means for receiving the pseudo signal transmitted by the transmitting means of the transmitting device;
Determining means for returning the frequency offset changed by the changing means to the original frequency offset according to the predetermined rule, correlating the pseudo signal, and determining at least one of the position and time of the receiving device; A positioning system is provided.
また、本発明は、
受信装置の位置を測位するための位置情報と時刻を示す時刻情報を含む疑似信号であって、衛星から送信される信号の当該疑似信号を送信する送信装置であって、
前記送信装置が設置された設置場所の上空を飛んでいる衛星の本来のドップラーシフトによる周波数オフセットを所定の規則にしたがって変更する変更手段と、
前記変更手段によって変更された周波数オフセットに応じた周波数で疑似信号を送信する送信手段と
を備えたことを特徴とする送信装置を提供する。
The present invention also provides:
A pseudo signal including position information for measuring the position of the receiving device and time information indicating the time, the transmitting device transmitting the pseudo signal of the signal transmitted from the satellite,
Changing means for changing the frequency offset due to the original Doppler shift of the satellite flying over the installation site where the transmitter is installed according to a predetermined rule;
There is provided a transmission apparatus comprising: transmission means for transmitting a pseudo signal at a frequency corresponding to the frequency offset changed by the changing means.
さらに、本発明は、
衛星から送信される信号の疑似信号を送信装置から受信して位置と時刻とを求める受信装置であって、
前記送信装置が送信する前記疑似信号を受信する受信手段と、
前記疑似信号の周波数オフセットを所定の規則にしたがって元の周波数オフセットに戻して当該疑似信号を相関処理し、前記受信装置の位置と時刻とのうち少なくとも一方を決定する決定手段と
を備えることを特徴とする受信装置を提供する。
Furthermore, the present invention provides
A receiver that receives a pseudo signal of a signal transmitted from a satellite from a transmitter and obtains a position and time,
Receiving means for receiving the pseudo signal transmitted by the transmitting device;
Determining means for returning the frequency offset of the pseudo signal to the original frequency offset according to a predetermined rule, correlating the pseudo signal, and determining at least one of a position and a time of the receiving device. Is provided.
本発明によれば、衛星の本来のドップラーシフトによる周波数オフセットが所定の規則にしたがって変更され、変更された周波数オフセットに応じた周波数で疑似信号が送信されるため、特定の受信装置にのみ信号を受信させ、測位させることが可能になる。また、ドップラーシフトによる周波数オフセットが変更されるため、特定の受信装置以外の受信装置には、この疑似信号による影響がほとんど及ばない。 According to the present invention, the frequency offset due to the original Doppler shift of the satellite is changed according to a predetermined rule, and the pseudo signal is transmitted at a frequency corresponding to the changed frequency offset. It is possible to receive and position. In addition, since the frequency offset due to the Doppler shift is changed, a reception device other than the specific reception device is hardly affected by the pseudo signal.
本発明を実施するための形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明においては、GPS衛星(Navstar)が送信する信号の擬似信号を疑似信号送信装置が生成してGPS受信装置に送信する形態にて説明するが、本発明は、他のGNSS衛星の擬似信号生成にも適用できる。 EMBODIMENT OF THE INVENTION The form for implementing this invention is demonstrated in detail below using drawing. In the following description, a pseudo signal of a signal transmitted by a GPS satellite (Navstar) is generated by a pseudo signal transmitting device and transmitted to the GPS receiving device. However, the present invention is not limited to other GNSS satellites. It can also be applied to pseudo signal generation.
図1は、本発明の測位システムを示している。疑似信号送信装置1は、GPS衛星3から送信される信号の疑似信号を生成して送信する装置である。疑似信号には、GPS受信装置2の位置を測位するための位置情報と時刻を示す時刻情報などが含まれている。疑似信号送信装置1は、一般に、GPS衛星3が送信する信号を受信することが困難なエリア、たとえば、ビルなど屋内や、地下街、地下鉄の駅などの地下施設内に設置される。GPS受信装置2は、GPS衛星3からの信号を受信して測位を実行することもあれば、疑似信号送信装置1から受信した疑似信号を受信して測位を実行する。測位とは、一般に、GPS受信装置2の位置情報を取得する処理のことであるが、広義には、現在時刻を示す時刻情報を取得する処理も含まれるものとする。 FIG. 1 shows a positioning system of the present invention. The pseudo signal transmission device 1 is a device that generates and transmits a pseudo signal of a signal transmitted from the GPS satellite 3. The pseudo signal includes position information for measuring the position of the GPS receiver 2 and time information indicating the time. The pseudo signal transmission device 1 is generally installed in an area where it is difficult to receive a signal transmitted by the GPS satellite 3, for example, indoors such as a building or underground facilities such as an underground shopping center or a subway station. The GPS receiving device 2 may receive a signal from the GPS satellite 3 and perform positioning, or may receive the pseudo signal received from the pseudo signal transmitting device 1 and perform positioning. The positioning is generally a process for acquiring the position information of the GPS receiver 2, but in a broad sense, it also includes a process for acquiring time information indicating the current time.
疑似信号送信装置1は、疑似信号送信装置1が設置されている場所の上空を飛んでいるGPS衛星3が送信する信号を疑似的に生成して送信する。GPS衛星3は常に移動しているため、GPS衛星3とGPS受信装置2との間の距離も可変である。つまり、GPS衛星3が移動するため、GPS衛星3からの送信信号はドップラー効果の影響を受けている。ここではドップラー効果による周波数のシフトをドップラーシフトと呼ぶことにする。よって、疑似信号送信装置1は、このドップラーシフトによるドップラーシフト量(以下、周波数オフセットと称す)を疑似信号に反映させる。なお、この疑似信号の生成方法については、特許文献13などにすでに記載されているため、ここでは省略する。なお、上空とは、一般には、GPS衛星3の軌道上の位置のうちで、疑似信号送信装置1が設置されている場所から最短距離になる位置だけでなく、疑似信号送信装置1が設置されている建物の屋上からGPS受信装置2によって電波を受信可能となる軌道上の位置を意味する。
The pseudo signal transmission device 1 generates and transmits a signal transmitted by the GPS satellite 3 flying over the place where the pseudo signal transmission device 1 is installed. Since the GPS satellite 3 is constantly moving, the distance between the GPS satellite 3 and the GPS receiver 2 is also variable. That is, since the GPS satellite 3 moves, the transmission signal from the GPS satellite 3 is affected by the Doppler effect. Here, the frequency shift due to the Doppler effect is referred to as a Doppler shift. Therefore, the pseudo signal transmission device 1 reflects the Doppler shift amount (hereinafter referred to as frequency offset) by the Doppler shift in the pseudo signal. Note that this pseudo signal generation method has already been described in
とりわけ、本発明では、特定のGPS受信装置2は疑似信号を受信して測位を実行できるが、既存のGPS受信装置が疑似信号によって意図しない動作をしないように工夫する。たとえば、疑似信号送信装置1は、GPS衛星3についての本来のドップラーシフトによる周波数オフセットを、所定の規則にしたがって変更し、変更した周波数オフセットに応じた搬送波周波数で疑似信号を送信する。なお、所定の規則は、疑似信号送信装置1が備える記憶装置に記憶されていてもよいし、ネットワーク4を介して接続されているサーバ装置5に記憶されていてもよい。本発明のGPS受信装置2は、疑似信号送信装置1が送信する疑似信号を受信して、疑似信号に適用されている周波数オフセットを所定の規則にしたがって元の周波数オフセットに戻して疑似信号を相関処理し、GPS受信装置2の位置と時刻とのうち少なくとも一方を決定する。このように、疑似信号送信装置1とGPS受信装置2は、ドップラーシフトの周波数オフセットを改変するための規則を共有している必要がある。GPS受信装置2は、自身が備える記憶装置に規則を記憶しておいてもよいし、アクセス装置6を介してサーバ装置5から入手してもよい。アクセス装置6は、携帯電話網の基地局、WiMAX(登録商標)の基地局、無線LANのアクセスポイントなどであってもよい。
In particular, in the present invention, the specific GPS receiving device 2 can perform positioning by receiving a pseudo signal, but the existing GPS receiving device is devised so as not to perform an unintended operation by the pseudo signal. For example, the pseudo signal transmission device 1 changes the frequency offset due to the original Doppler shift for the GPS satellite 3 in accordance with a predetermined rule, and transmits the pseudo signal at the carrier frequency corresponding to the changed frequency offset. The predetermined rule may be stored in the storage device included in the pseudo signal transmission device 1 or may be stored in the
図2は、疑似信号送信装置1を示すブロック図である。プロセッサ10は、CPUやMPU、ASICなどであり、複数の機能を備えている。プロセッサ10は、ネットワークインタフェース11を介してサーバ装置5と通信し、ドップラーシフトによる周波数オフセットを変更する規則やC/Aコードの符号オフセットを変更する規則、時刻情報、衛星情報などを受信する。時刻情報は、NTP(Network Timing Protocol)や、IEEE1588で規定されるPTP(Precision Time Protocol)といった時刻同期プロトコルにより、基準時刻に高い精度で同期した時刻情報である。時刻情報処理部12は、時刻情報をサーバ装置5から取得して保持する。衛星情報は、模擬の対象となる各衛星の情報、具体的には、衛星の軌道を特定する軌道情報と、符号分割多重を行うために当該衛星に割り当てられたPRNコードに関する情報などである。PRNは、疑似雑音(Pseudo Random Noise)のことである。衛星情報処理部13は、衛星情報をサーバ装置5から取得して保持する。また、衛星情報処理部13は、軌道情報から各衛星の位置を計算し、疑似信号送信装置1が設置されている場所の上空を通過する衛星を特定し、特定した衛星の情報を、疑似信号生成部14に渡す。なお、上空を通過する衛星とは、疑似信号送信装置1が設置されているフロアの屋上から信号を受信可能な衛星のことである。GPS衛星3は、地球上を周回しているため、ある時間帯においては、設置場所の屋上からは見えない。このような見えない時間帯において、疑似信号送信装置1は、GPS衛星3の擬似信号の送信を省略する。また、衛星情報処理部13は、GPS衛星3についての距離及び速度の情報を疑似信号生成部14に渡す。
FIG. 2 is a block diagram showing the pseudo signal transmitting apparatus 1. The
疑似信号生成部14は、時刻情報処理部12から受け取った時刻情報や衛星情報処理部13から受け取った衛星情報にしたがってGPS衛星3が送信する信号を模擬した信号(疑似信号)を生成する。航法メッセージ発生器15は、衛星情報に基づき模擬対象のGPS衛星3の航法メッセージを発生する。PRNコード発生器16は、衛星情報に基づき模擬対象の衛星のPRNコードを発生する。PRNコードは、符号分割多重を行うための拡散コードであり、GPS受信装置2は、PRNコードに基づきGPS衛星3からのPRNコードの送信タイミングを取得し、航法メッセージにより当該衛星の位置情報及び当該PRNコードの送信時刻を取得する。GPS受信装置2は、4つ以上のGPS衛星からの信号を受信することでUTC(協定世界時)に同期した時刻情報と現在の位置情報を取得する。EXOR部17は、PRNコード発生器16が生成したPRNコードと、航法メッセージ発生器15が発生した衛星航法メッセージの排他的論理和の値であるC/Aコードを出力する。
The pseudo
ドップラーシフト制御器18は、模擬対象の衛星の速度に基づき、ドップラー効果により生じる周波数の変化量を求め、この変化量だけEXOR部17が出力するC/Aコードの周波数を変化させる。これにより、模擬対象のGPS衛星3の擬似信号には、設置場所から見たGPS衛星3の速度により生じるドップラーシフトが与えられる。
The
遅延制御器19は、疑似信号に対して、設置場所とGPS衛星3との距離に応じた伝搬遅延を付与する。遅延制御器19は、GPS衛星3の速度及び位置に基づき伝搬遅延量を求めて、C/Aコードの位相を決定する。つまり、伝搬遅延量は、C/Aコードの符号オフセットとなる。疑似信号生成部14が生成した疑似信号は、RF部21で直交変調されてアンテナから送信される。
The
変更部20は、ドップラーシフト制御器18が付与することになる本来の周波数オフセットfd(t)を、規則保持部30に保持されている所定の規則に従って、周波数オフセットfd’(t)に変更する。ドップラーシフト制御器18は、の周波数オフセットfd(t)を、一旦、変更部20に出力し、変更部20から周波数オフセットfd’(t)を受け取り、周波数オフセットfd’(t)を用いてC/Aコードの周波数を変化させる。なお、オプションとして、遅延制御器19は、C/Aコードの符号オフセットを変更部20の指示に従って変更してもよい。変更部20は、規則保持部30に保持されている所定の規則に従って、C/Aコードの符号オフセットの変更量を遅延制御器19に指示する。このように、ドップラーシフトによる周波数オフセットやC/Aコードの符号オフセットを本来のものから変更することで、既存のGPS受信装置は、本発明の疑似信号送信装置1が送信する疑似信号を復調できなくなる。一方で、本発明のGPS受信装置2は、所定の規則にしたがって、ドップラーシフトによる周波数オフセットやC/Aコードの符号オフセットを本来のものに戻すことができるため、疑似信号送信装置1が送信する疑似信号を復調して、位置情報や時刻情報を取得できる。規則保持部30は、ROMであってもよいし、RAMであってもよい。また、プロセッサ10は、ネットワークインタフェース11を通じて所定の規則をサーバ装置5からダウンロードして、規則保持部30に記憶させてもよい。疑似信号送信装置1を工場から出荷する際に、規則保持部30に所定の規則が書き込まれてもよい。
The changing
図3は、GPS受信装置2を示すブロック図である。RF部22は、アンテナを介して受信した疑似信号を増幅したり、周波数変換したりして、ベースバンドの疑似信号に変換してベースバンド部29に出力する。ベースバンド部29は、相関器23、測位部24、規則保持部25および位置判定部27などを備えている。相関器23は、規則保持部25に保持されている所定の規則にしたがって周波数オフセットや符号オフセットを考慮して疑似信号に対して相関処理を実行する。相関器23は、相関処理の結果を測位部24に渡す。測位部24は、相関処理の結果に基づき、位置情報と衛星情報とを取得する。
FIG. 3 is a block diagram showing the GPS receiver 2. The RF unit 22 amplifies or frequency-converts the pseudo signal received via the antenna, converts the pseudo signal into a baseband pseudo signal, and outputs the baseband pseudo signal to the baseband unit 29. The baseband unit 29 includes a
ところで、周波数オフセットや符号オフセットをすべての衛星について共通にしてもよいし、異なるものにしてもよい。異なるものを使用する場合、さらに、設置場所に応じて周波数オフセットや符号オフセットを変えてもよい。たとえば、ある建物内において1階に設置されている疑似信号送信装置1と、2階に設置されている疑似信号送信装置1とでは異なる周波数オフセットや符号オフセットにしてもよい。この場合、相関器23は、複数のあるオフセット量について相関処理を試行することで、実際に使用されているオフセット量を特定できる。
By the way, the frequency offset and the code offset may be common to all the satellites or may be different. When using a different one, the frequency offset and the code offset may be changed according to the installation location. For example, different frequency offsets and code offsets may be used for the pseudo signal transmission apparatus 1 installed on the first floor and the pseudo signal transmission apparatus 1 installed on the second floor in a building. In this case, the
位置判定部27は、測位部24によって得られた位置情報からラフな位置を特定し、さらに、オフセット量に基づいて、より詳細な位置を特定する。たとえば、複数の疑似信号送信装置1のそれぞれについて異なるオフセット量を付与することで、位置判定部27は、どの疑似信号送信装置1から信号を受信したかを特定できる。また、オフセット量と疑似信号送信装置1の設置位置を示す位置情報とをあらかじめテーブル化またはデータベース化しておけば、位置判定部27は、特定したオフセット量から疑似信号送信装置1の設置位置の位置情報を取得できる。たとえば、ある建物内の1階に設置されている疑似信号送信装置1のオフセット量と2階に設置されている疑似信号送信装置1のオフセット量とを違うものに設定することで、位置判定部27は、GPS受信装置2が1階にいるのか2階にいるのかを識別できる。位置判定部27は、測位部24から3次元の座標位置と時刻情報とを取得し、さらに、オフセット量からフロアの情報を特定することで、GPS受信装置2の位置情報を詳細な情報に改良できる。これを位置情報の精細化と呼ぶことにする。オフセット量と詳細な位置情報とは、規則保持部25などの記憶装置に保持されていてもよいし、ネットワークインタフェース26を介してサーバ装置5からダウンロードしてもよい。本発明にとっては、位置判定部27は、必須ではなく、オプションである。表示部28は、測位部24によって得られた位置情報または位置判定部27によって詳細化(精細化)された位置情報に基づき、地図をレンダリングして表示する。たとえば、表示部28は、平面的または疑似立体的な地図を表示するとともに、GPS受信装置2が存在すると推定されるフロアや高さの情報などを表示してもよい。このように、周波数オフセットや符号オフセットのオフセット量を固有化すれば、測位の精度向上にも役立つことになる。
The
図4ないし図7は、周波数オフセットfd(t)を変更する所定の規則を例示した図である。縦軸はオフセット量を示し、横軸は時間を示している。fd(t)は、本来のドップラーシフトによる周波数オフセットを示しており、fd’(t)は、本発明の疑似信号に付与される周波数オフセットを示している。このように、周波数オフセットfd(t)、fd’(t)はそれぞれ時間の関数として表すことができる。よく知られているように、周波数オフセットfd(t)は、ドップラーシフト量であるため、GPS衛星3の軌道情報から求められる。GPS衛星3の軌道情報は、航法メッセージによってブロードキャストされている。 4 to 7 are diagrams illustrating predetermined rules for changing the frequency offset fd (t). The vertical axis represents the offset amount, and the horizontal axis represents time. fd (t) indicates the frequency offset due to the original Doppler shift, and fd ′ (t) indicates the frequency offset added to the pseudo signal of the present invention. Thus, the frequency offsets fd (t) and fd ′ (t) can be expressed as functions of time, respectively. As is well known, the frequency offset fd (t) is a Doppler shift amount, and is thus obtained from the orbit information of the GPS satellite 3. The orbit information of the GPS satellite 3 is broadcast by a navigation message.
図4において、変更部20は、本来のドップラーシフトによる周波数オフセットfd(t)の符号を反転させることで、疑似信号のための周波数オフセットfd’(t)を決定している。つまり、fd’(t)=−fd(t)である。
In FIG. 4, the changing
図5において、変更部20は、本来のドップラーシフトによる周波数オフセットfd(t)の符号が正の場合には、fd(t)を正の方向にΔだけずらすことで疑似信号の周波数オフセットfd’(t)を求めている。また、変更部20は、本来のドップラーシフトによる周波数オフセットfd(t)の符号が負の場合には、fd(t)を負の方向にΔだけずらすことで疑似信号の周波数オフセットfd’(t)を求めている。つまり、fd(t)>0の場合、fd’(t)=fd(t)+Δであり、fd(t)<0の場合、fd’(t)=fd(t)−Δである。
図6において、変更部20は、本来のドップラーシフトによる周波数オフセットfd(t)を一定の周期t1ごとにずらすことで、疑似信号の周波数オフセットfd’(t)を求めている。ここでは、正方向へのずらし量Δと負の方向へのずらし量Δを共通としているが、これらのずらし量Δは異なっていてもよい。また、正方向へのずらしと負の方向へのずらしを交互に行っているが、交互でなくともよい。たとえば、1番目〜2番目の周期で正方向へのずらし、3番目で負の方向へずらし、4番目〜5番目の周期で正方向へずらすことを、繰り返してもよい。このように、変更部20は、本来のドップラーシフトによる周波数オフセットに付加されるずらし量を動的に変化させてもよい。
In FIG. 5, when the sign of the original frequency offset fd (t) by the Doppler shift is positive, the changing
In FIG. 6, the changing
図7において、変更部20は、本来のドップラーシフトによる周波数オフセットfd(t)を可変の周期でずらすことで、疑似信号の周波数オフセットfd’(t)を求めている。図7においては、正方向へのずらし量Δと負の方向へのずらし量Δを共通としているが、これらのずらし量Δは異なっていてもよい。このように、変更部20は、一定の周期または可変の周期で、ずらし量Δを変化させてもよい。
In FIG. 7, the changing
図4ないし図7では様々な周波数オフセットfd’(t)を生成するための規則を示したが、疑似信号送信装置1とGPS受信装置2が使用する規則が共通であれば十分である。また、既存のGPS受信装置にとって雑音を増やすことになるかもしれないが、GPS衛星3からの信号の受信を決定的に妨害しないような疑似信号を生成できる限り、どのような規則であってもよい。また、周波数オフセットについて中心に説明してきたが、周波数オフセットを変更するとともに、C/Aコードの符号オフセット(時間オフセット)についても変更部20は変更してもよい。
4 to 7 show the rules for generating various frequency offsets fd '(t), it is sufficient if the rules used by the pseudo signal transmitter 1 and the GPS receiver 2 are common. In addition, although it may increase noise for an existing GPS receiver, any rule can be used as long as a pseudo signal that does not decisively interfere with reception of a signal from the GPS satellite 3 can be generated. Good. Although the frequency offset has been mainly described, the frequency offset may be changed, and the changing
以上説明したように、本発明によれば、衛星の本来のドップラーシフトによる周波数オフセットが所定の規則にしたがって変更され、変更された周波数オフセットに応じた周波数で疑似信号が送信されるため、特定の受信装置にのみ疑似信号を受信させ、位置や時刻を決定させることが可能になる。また、ドップラーシフトによる周波数オフセットが変更されるため、特定の受信装置以外の受信装置には、この疑似信号による影響がほとんど及ばない。 As described above, according to the present invention, the frequency offset due to the original Doppler shift of the satellite is changed according to a predetermined rule, and the pseudo signal is transmitted at a frequency corresponding to the changed frequency offset. Only the receiving device can receive the pseudo signal and determine the position and time. In addition, since the frequency offset due to the Doppler shift is changed, a reception device other than the specific reception device is hardly affected by the pseudo signal.
所定の規則としては、
・本来のドップラーシフトによる周波数オフセットの符号を反転させる規則、
・本来のドップラーシフトによる周波数オフセットの符号が正の場合には、疑似信号の周波数オフセットを正の方向にずらし、本来のドップラーシフトによる周波数オフセットの符号が負の場合には、疑似信号の周波数オフセットを負の方向にずらす規則
・本来のドップラーシフトによる周波数オフセットに付加されるずらし量を動的に変化させる規則
・一定の周期または可変の周期で、ずらし量を変化させる規則
について具体的な例を挙げて説明した。しかし、特定の受信装置以外の受信装置には影響をほとんど与えず、その一方で、特定の受信装置が疑似信号を受信して位置や時刻を正常に決定できる限り、どのような規則が採用されてもよい。なお、ドップラーシフトによる周波数オフセット(シフト量)を疑似的に変えることは、比較的容易に実現できる一方で、既存のGPS受信装置には影響を与えにくいため、本発明は非常に優れているといえる。
As a predetermined rule,
-Rules for inverting the sign of the frequency offset due to the original Doppler shift
When the sign of the frequency offset due to the original Doppler shift is positive, the frequency offset of the pseudo signal is shifted in the positive direction, and when the sign of the frequency offset due to the original Doppler shift is negative, the frequency offset of the pseudo signal・ Rule for dynamically changing the amount of shift added to the frequency offset due to the original Doppler shift ・ Specific example for the rule for changing the amount of shift at a fixed period or variable period I gave it as an explanation. However, it has almost no effect on receiving devices other than the specific receiving device, and on the other hand, what rules are adopted as long as the specific receiving device can receive the pseudo signal and determine the position and time normally. May be. In addition, while artificially changing the frequency offset (shift amount) due to the Doppler shift can be realized relatively easily, it is difficult to affect the existing GPS receiver, and thus the present invention is very excellent. I can say that.
所定の規則は、複数の衛星のそれぞれについて共通に適用される規則としてもよいし、送信装置が設置されている設置場所に応じた固有の規則としてもよい。疑似信号送信装置1は、複数の疑似信号生成部14を備えることで、単一の疑似信号送信装置1によって複数のGPS衛星3の模擬動作を行うことが可能である。そのため、この複数のGPS衛星3のそれぞれについて共通の規則を適用してもよい。特に、疑似信号送信装置1が設置されている設置場所に応じた固有の規則とすれば、GPS受信装置2はどの規則が疑似信号に使用されているかを特定することで、位置情報の精細化を実現できる。たとえば、フロアごとに個別の規則にしたり、部屋ごとに個別の規則にしたりすれば、規則のマッチング処理によって、ユーザが建物内のさらにどこにいるかを詳細に測位しやすくなる。
The predetermined rule may be a rule that is commonly applied to each of the plurality of satellites, or may be a specific rule corresponding to the installation location where the transmission apparatus is installed. The pseudo signal transmission device 1 includes a plurality of pseudo
周波数オフセットに加えて、オプションで、C/Aコードの時間オフセット(符号オフセット)を変更してもよい。この場合、疑似信号送信装置1は、複数のGPS衛星3のそれぞれについてC/Aコードの本来の時間オフセットを所定の時間だけ変更し、GPS受信装置2は、C/Aコードの本来の符号オフセットを所定の時間だけ元に戻して疑似信号を相関処理することになる。つまり、本来の符号オフセットを所定の時間だけ元に戻したタイミングで、C/Aコードについて非常に鋭い相関ピークが得られることになる。このように、符号オフセットを変更することでも、上述した位置情報の精細化を達成できる。つまり、複数種類の符号オフセットと、詳細な位置情報(例:フロアや部屋)などを対応付けてデータベースを作成しておけば、相関処理により特定された符号オフセットとデータベースから、詳細な位置情報を取得しやすくなる。たとえば、周波数オフセットによってフロアを特定し、符号オフセットによって部屋を特定するような応用も可能である。 In addition to the frequency offset, the time offset (code offset) of the C / A code may optionally be changed. In this case, the pseudo signal transmission device 1 changes the original time offset of the C / A code for each of the plurality of GPS satellites 3 by a predetermined time, and the GPS reception device 2 changes the original code offset of the C / A code. Is restored for a predetermined time, and the pseudo signal is correlated. That is, a very sharp correlation peak is obtained for the C / A code at the timing when the original code offset is restored by a predetermined time. As described above, the above-described refinement of the position information can also be achieved by changing the code offset. In other words, if a database is created by associating multiple types of code offsets with detailed position information (eg, floors and rooms), detailed position information can be obtained from the code offset and database specified by the correlation process. Easy to get. For example, an application in which a floor is specified by a frequency offset and a room is specified by a code offset is also possible.
所定の規則は、工場出荷時にROMなどの不揮発性の記憶装置に記憶されてもよいし、サーバ装置5からダウンロードして書き込み、ないしは、更新されてもよい。室内での測位は今後普及が予想されるため、所定の規則も疑似信号送信装置1の普及に応じて更新されてもよい。
The predetermined rule may be stored in a nonvolatile storage device such as a ROM at the time of factory shipment, or may be downloaded from the
Claims (13)
前記送信装置は、
前記送信装置が設置された設置場所の上空を飛んでいる衛星の本来のドップラーシフトによる周波数オフセットを所定の規則にしたがって変更する変更手段と、
前記変更手段によって変更された周波数オフセットに応じた周波数で疑似信号を送信する送信手段と
を備え、
前記受信装置は、
前記送信装置の送信手段が送信する前記疑似信号を受信する受信手段と、
前記変更手段により変更された周波数オフセットを前記所定の規則にしたがって元の周波数オフセットに戻して前記疑似信号を相関処理し、前記受信装置の位置と時刻とのうち少なくとも一方を決定する決定手段と
を備えることを特徴とする測位システム。 A positioning system comprising: a receiving device; and a transmitting device that includes position information for measuring the position of the receiving device and time information indicating time, and transmits a pseudo signal of a signal transmitted from a satellite,
The transmitter is
Changing means for changing the frequency offset due to the original Doppler shift of the satellite flying over the installation site where the transmitter is installed according to a predetermined rule;
Transmitting means for transmitting a pseudo signal at a frequency according to the frequency offset changed by the changing means,
The receiving device is:
Receiving means for receiving the pseudo signal transmitted by the transmitting means of the transmitting device;
Determining means for returning the frequency offset changed by the changing means to the original frequency offset according to the predetermined rule, correlating the pseudo signal, and determining at least one of the position and time of the receiving device; A positioning system characterized by comprising.
前記所定の規則をサーバからダウンロードすることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の測位システム。 The transmitter is
The positioning system according to any one of claims 1 to 8, wherein the predetermined rule is downloaded from a server.
前記所定の規則をサーバからダウンロードすることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の測位システム。 The receiving device is:
The positioning system according to claim 1, wherein the predetermined rule is downloaded from a server.
前記受信装置は、
前記C/Aコードの本来の符号オフセットを前記所定の時間だけ元に戻して前記疑似信号を相関処理することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の測位システム。 The changing means changes the original time offset of the C / A code for each of a plurality of satellites by a predetermined time,
The receiving device is:
The positioning system according to any one of claims 1 to 10, wherein the pseudo signal is correlated by returning the original code offset of the C / A code by the predetermined time.
前記送信装置が設置された設置場所の上空を飛んでいる衛星の本来のドップラーシフトによる周波数オフセットを所定の規則にしたがって変更する変更手段と、
前記変更手段によって変更された周波数オフセットに応じた周波数で疑似信号を送信する送信手段と
を備えたことを特徴とする送信装置。 A pseudo signal including position information for measuring the position of the receiving device and time information indicating the time, the transmitting device transmitting the pseudo signal of the signal transmitted from the satellite,
Changing means for changing the frequency offset due to the original Doppler shift of the satellite flying over the installation site where the transmitter is installed according to a predetermined rule;
A transmission apparatus comprising: transmission means for transmitting a pseudo signal at a frequency corresponding to the frequency offset changed by the changing means.
前記送信装置が送信する前記疑似信号を受信する受信手段と、
前記疑似信号の周波数オフセットを所定の規則にしたがって元の周波数オフセットに戻して当該疑似信号を相関処理し、前記受信装置の位置と時刻とのうち少なくとも一方を決定する決定手段と
を備えることを特徴とする受信装置。 A receiver that receives a pseudo signal of a signal transmitted from a satellite from a transmitter and obtains a position and time,
Receiving means for receiving the pseudo signal transmitted by the transmitting device;
Determining means for returning the frequency offset of the pseudo signal to the original frequency offset according to a predetermined rule, correlating the pseudo signal, and determining at least one of a position and a time of the receiving device. A receiving device.
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JP2019204999A (en) * | 2018-05-21 | 2019-11-28 | 株式会社日立国際電気 | Synchronization signal converter |
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