JP2020085796A

JP2020085796A - 位置検知システム、位置検知装置、位置検知方法およびセンサ端末

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Publication number: JP2020085796A
Application number: JP2018224165A
Authority: JP
Inventors: 浩一神田; Koichi Kanda; 潤一長田; Junichi Osada
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2038-11-29
Also published as: JP7211040B2; US20200174138A1; US10884137B2

Abstract

【課題】センサ端末の初期位置を絞り込むことができる位置検知システム、位置検知装置、位置検知方法およびセンサ端末を提供する。【解決手段】位置検知システムは、ＧＮＳＳ衛星からの衛星信号をスナップショット受信するＧＮＳＳセンサ端末と、前記ＧＮＳＳセンサ端末が送信するスナップショットＧＮＳＳ信号を受信するための１以上の中継装置と、前記スナップショットＧＮＳＳ信号から得られる前記ＧＮＳＳ衛星のコード位相およびドップラ周波数を用いて、前記ＧＮＳＳセンサ端末の位置を測位する演算装置と、を備え、前記演算装置は、前記ＧＮＳＳセンサ端末が送信した前記スナップショットＧＮＳＳ信号を受信した前記中継装置の位置情報を用いて、前記ＧＮＳＳセンサ端末の初期位置を推定する。【選択図】図３

Description

本件は、位置検知システム、位置検知装置、位置検知方法およびセンサ端末に関する。

ＳｎａｐｓｈｏｔＧＰＳ受信機が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。ＳｎａｐｓｈｏｔＧＰＳ受信機では、衛星信号を数１０ｍｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃ程度の短期間で受信し、ＩＱサンプル信号を生成する。このＩＱサンプルを用いて行う測位計算は、クラウド上で行われる。ＩＱサンプル以外に必要な衛星軌道情報は、ネットワークを介してＮＡＳＡ等の演算装置（サーバ）から取得する。

特表２０１１−５２３０６２号公報特開２００４−１１２４８２号公報

「CO-GPS: Energy Efficient GPS Sensing with Cloud Offloading」IEEE Trans. on mobile computing, vol. 15, no. 6, June 2016, pp. 1348-1361

Ｓｎａｐｓｈｏｔ受信では、衛星からセンサ端末までの信号伝搬時間のうち、ミリ秒を単位とした時の整数値の部分の情報を得ることが困難である。この値が無いとセンサ端末の測位を行うことが困難となる。そこで、例えば、受信信号のドップラ周波数を用いて大まかな位置の絞り込みを行うことが考えられる。しかしながら、この技術では、ドップラ測位は精度が悪く、誤った測位結果候補（ＳｈａｄｏｗＬｏｃａｔｉｏｎ）が残ってしまう。

１つの側面では、本発明は、センサ端末の初期位置を絞り込むことができる位置検知システム、位置検知装置、位置検知方法およびセンサ端末を提供することを目的とする。

１つの態様では、位置検知システムは、ＧＮＳＳ衛星からの信号をスナップショット受信するＧＮＳＳセンサ端末と、前記ＧＮＳＳセンサ端末が送信するスナップショットＧＮＳＳ信号を受信するための１以上の中継装置と、前記スナップショットＧＮＳＳ信号から得られる前記ＧＮＳＳ衛星のコード位相およびドップラ周波数を用いて、前記ＧＮＳＳセンサ端末の位置を測位する演算装置と、を備え、前記演算装置は、前記ＧＮＳＳセンサ端末が送信した前記スナップショットＧＮＳＳ信号を受信した前記中継装置の位置情報を用いて、前記ＧＮＳＳセンサ端末の初期位置を推定する。

他の態様では、センサ端末は、ＧＮＳＳ衛星からの衛星信号をスナップショット受信する受信部と、前記衛星信号から前記ＧＮＳＳ衛星のコード位相およびドップラ周波数を算出するベースバンド部と、前記コード位相および前記ドップラ周波数を送信する送信部と、を備える。

センサ端末の初期位置を絞り込むことができる。

Ｓｎａｐｓｈｏｔ受信を例示する図である。ＳｈａｄｏｗＬｏｃａｔｉｏｎを例示する図である。（ａ）は実施例１に係る位置検知システムについて例示するブロック図であり、（ｂ）は中継装置を例示するブロック図である。（ａ）はセンサ端末の動作を表すフローチャートを例示する図であり、（ｂ）は中継装置の動作を表すフローチャートを例示する図であり、（ｃ）は演算装置の動作を表すフローチャートを例示する図である。中継装置が整数値の境界に位置する場合を例示する図である。実施例と他の技術との比較結果を表す図である。（ａ）は変形例１−１に係る位置検知システムについて例示するブロック図であり、（ｂ）は中継装置を例示するブロック図である。（ａ）はセンサ端末の動作を表すフローチャートを例示する図であり、（ｂ）は中継装置の動作を表すフローチャートを例示する図であり、（ｃ）は演算装置の動作を表すフローチャートを例示する図である。（ａ）は変形例１−２に係る位置検知システムについて例示するブロック図であり、（ｂ）は中継装置を例示するブロック図である。（ａ）はセンサ端末の動作を表すフローチャートを例示する図であり、（ｂ）は中継装置の動作を表すフローチャートを例示する図であり、（ｃ）は演算装置の動作を表すフローチャートを例示する図である。ＲＳＳＩを用いた３点測位を例示する図である。（ａ）は変形例１−３に係る位置検知システムについて例示するブロック図であり、（ｂ）は中継装置を例示するブロック図である。（ａ）はセンサ端末の動作を表すフローチャートを例示する図であり、（ｂ）は中継装置の動作を表すフローチャートを例示する図であり、（ｃ）は演算装置の動作を表すフローチャートを例示する図である。（ａ）は変形例１−４に係る位置検知システムについて例示するブロック図であり、（ｂ）は中継装置を例示するブロック図である。（ａ）はセンサ端末の動作を表すフローチャートを例示する図であり、（ｂ）は中継装置の動作を表すフローチャートを例示する図であり、（ｃ）は演算装置の動作を表すフローチャートを例示する図である。（ａ）は変形例１−５に係る位置検知システムについて例示するブロック図であり、（ｂ）は中継装置を例示するブロック図である。（ａ）はセンサ端末の動作を表すフローチャートを例示する図であり、（ｂ）は中継装置の動作を表すフローチャートを例示する図であり、（ｃ）は演算装置の動作を表すフローチャートを例示する図である。ベースバンド部の詳細を例示するブロック図である。相関演算の結果を例示する図である。（ａ）〜（ｈ）は８つのサブセットを用いたピーク探索を例示する図である。（ａ）はセンサ端末による相関ピーク探索処理を表すフローチャートを例示する図であり、（ｂ）は演算装置による測位演算処理を表すフローチャートを例示する図である。周波数探索範囲を例示する図である。フロントエンド部の詳細を例示するブロック図である。衛星の運動に起因するドップラ周波数について例示する図である。（ａ）は温度に応じて変動するＸＯ周波数を例示する図であり、（ｂ）は周波数調整機能を例示する図であり、（ｃ）は調整機能を動作させることで周波数誤差を０．５ｐｐｍ以下に減らした場合を例示する図である。衛星のドップラシフトを例示する図である。（ａ）〜（ｃ）は各衛星を捕捉処理について説明するための図である。センサ端末の動作の一例を表すフローチャートを例示する図である。位置検知システムの各部の処理のフローを例示する図である。建物３次元データを用いたシミュレーションを使用する場合を例示する図である。（ａ）〜（ｃ）は各衛星を捕捉処理について説明するための図である。センサ端末の動作の一例を表すフローチャートを例示する図である。センサ端末の動作の一例を表すフローチャートの他の例を例示する図である。（ａ）はベースバンド部のハードウェア構成の他の例を説明するためのブロック図であり、（ｂ）は演算装置のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。

実施例の説明に先立って、衛星からの信号を用いた位置検知技術について説明する。

例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）の一種であるＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）受信用のセンサ端末は、消費電力が大きいため、大きなバッテリが積まれることになる。この場合、センサ端末の小型化および軽量化が阻害される。小さなバッテリを用いると、センサ端末の動作可能時間が短くなる。この場合、バッテリ交換によるメンテナンスコストの増大を招く。ＧＰＳ受信用のセンサ端末の消費電力が大きい理由は、衛星信号のデータレートが５０ｂｐｓと低く、センサ端末が衛星信号を受信するための動作時間が３０秒〜１２．５分と長くなるためである。

この課題を解決する手段として「Ｓｎａｐｓｈｏｔ受信」と呼ばれる技術が開発されている。この技術は、数１０ｍｓｅｃ程度と短い時間だけセンサ端末を動作させ、この間に得られるコード位相およびドップラ周波数を用いて測位演算を行うものである。測位演算に必要なエフェメリス(衛星軌道データ)等はネット上から取得し、測位演算もクラウド上で行う方式が提案されている。

しかしながら、図１で例示するように、Ｓｎａｐｓｈｏｔ受信では、衛星からセンサ端末までの信号伝搬時間のうち、ミリ秒を単位とした場合の整数値の部分の情報を得ることが困難である。この整数値が得られないと、センサ端末の測位演算を行うことが困難である。そこで、受信信号のドップラ周波数を用いて大まかな位置の絞り込みを行うことが考えられる。しかしながら、ドップラ周波数を用いた測位の精度が低いため、図２で例示するように、誤った測位結果候補（ＳｈａｄｏｗＬｏｃａｔｉｏｎ）が残ってしまう。例えば、整数値が±１変動するだけで、１００ｋｍ以上離れた測位結果候補が残ってしまう。なお、図２において、中央の「〇」が正しい位置であり、他の「〇」はＳｈａｄｏｗＬｏｃａｔｉｏｎである。

そこで、以下の実施例では、センサ端末の初期位置を絞り込むことができる位置検知システム、位置検知装置、位置検知方法およびセンサ端末について説明する。

図３（ａ）は、実施例１に係る位置検知システム１００について例示するブロック図である。図３（ａ）で例示するように、位置検知システム１００は、センサ端末１０、中継装置２０、演算装置３０などを備える。センサ端末１０は、ＧＮＳＳセンサ端末であり、フロントエンド部１１、ベースバンド部１２、送受信機１３、制御部１４などを備える。

図３（ｂ）は、中継装置２０について例示するブロック図である。中継装置２０は、ＬＰＷＡ（ＬｏｗＰｏｗｅｒＷｉｄｅＡｒｅａ）の基地局、アクセスポイントまたはゲートウェイである。図３（ｂ）で例示するように、中継装置２０は、信号受信部２１、記憶装置２２、ＧＮＳＳ受信部２３、測位演算部２４、タイマ２５、送信機２６などを備える。中継装置２０は、複数設けられている。各中継装置２０は、異なる箇所に配置されている。

センサ端末１０は、無線で信号を送受信する。中継装置２０は、センサ端末１０から受信したスナップショットＧＮＳＳ信号に、自身の位置情報等の情報を付加し、演算装置３０に送信する。中継装置２０は、無線で信号を送信してもよく、有線で信号を送信してもよく、無線および有線の両方を用いて信号を送信してもよい。演算装置３０は、中継装置２０から受信した信号を用いて、センサ端末１０の初期位置を算出する。以下、詳細について説明する。

図４（ａ）は、センサ端末１０の動作を表すフローチャートを例示する図である。まず、フロントエンド部１１は、アナログフロントエンドとしての機能を有し、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ衛星信号をスナップショット受信し、受信したＧＮＳＳ衛星信号をデジタルＩＱサンプルに変換する（ステップＳ１）。ＩＱサンプルとは、ＧＮＳＳ衛星信号をＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）周波数帯からＩＦ（ＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）周波数帯にダウンコンバートし、帯域制限フィルタを通した後にアナログ・デジタル変換を施して得られる信号である。ＩとＱの二つの直交位相でダウンコンバートすることから、ＩＱサンプルと呼ばれる。

ベースバンド部１２は、フロントエンド部１１から受信したＩＱサンプルからベースバンド処理によりｒａｗデータを算出し、算出したｒａｗデータを出力する（ステップＳ２）。ｒａｗデータとは、ＧＮＳＳ衛星信号から得られたＩＱサンプルに対して、ベースバンド処理（衛星捕捉処理）を行って得られる、コード位相およびドップラ周波数である。ＧＮＳＳ衛星の数だけ、これら２種類の値が算出されることになる。コード位相とは、ＧＮＳＳ衛星からセンサ端末１０までの信号伝搬遅延のうち、１ｍｓｅｃを単位とした場合の少数部を表す。送受信機１３は、ベースバンド部１２が出力したｒａｗデータを、スナップショットＧＮＳＳ信号として無線で送信する（ステップＳ３）。

図４（ｂ）は、中継装置２０の動作を表すフローチャートを例示する図である。信号受信部２１は、センサ端末１０から送信されたｒａｗデータを受信する。信号受信部２１は、ｒａｗデータに含まれるコード位相およびドップラ周波数を抽出して記憶装置２２に記憶させる。ＧＮＳＳ受信部２３は、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ衛星信号を受信する。この場合、ＧＮＳＳ受信部２３は、スナップショット受信を行うのではなく、信号伝搬時間の整数値および小数値の両方を受信する。測位演算部２４は、ＧＮＳＳ受信部２３が受信したＧＮＳＳ衛星信号を用いて、中継装置２０の位置を算出し、記憶装置２２に記憶させる。タイマ２５は、時刻情報（現在時間など）を記憶装置２２に記憶させる。記憶装置２２は、信号受信部２１から受け取ったコード位相およびドップラ周波数と、測位演算部２４から受け取った中継装置２０の位置とを、タイマ２５から受け取った時刻情報に関連付けて記憶する（ステップＳ４）。すなわち、記憶装置２２は、ｒａｗデータに、中継装置２０の位置情報と、時刻情報とを付加する。送信機２６は、記憶装置２２に記憶された情報を送信する（ステップＳ５）。

図４（ｃ）は、演算装置３０の動作を表すフローチャートを例示する図である。演算装置３０は、ＮＡＳＡなどのネット上の別演算装置（サーバ）から衛星軌道情報を取得し、中継装置２０から送信された情報と併せて測位演算を行う（ステップＳ６）。この測位演算においては、演算装置３０は、コード位相およびドップラ周波数を用いてセンサ端末１０の位置を演算する。この場合、図２で例示したように、ＳｈａｄｏｗＬｏｃａｔｉｏｎが残る。しかしながら、本実施例においては、演算装置３０は、測位結果候補のうち、センサ端末１０からスナップショットＧＮＳＳ信号を受信した中継装置２０の位置情報を用いることで、ＧＮＳＳ信号の整数値を正しい値に絞り込むことができる。例えば、ＬＰＷＡのように通信距離が数ｋｍ程度である場合、どの中継装置２０がセンサ端末１０から信号を受信したかを取得することで、ＳｈａｄｏｗＬｏｃａｔｉｏｎを生成するような整数値の組み合わせを排除することができる。それにより、演算装置３０は、センサ端末１０の初期位置を推定することができる。

ところで、センサ端末１０からスナップショットＧＮＳＳ信号を受信する中継装置２０が、整数値の境界に位置する場合がある。例えば、図５で例示するように、中継装置２０における衛星信号伝搬時間が７２．００００００ｍｓｅｃのように、整数値７１ｍｓｅｃと整数値７２ｍｓｅｃとの境界になるような箇所に中継装置２０が位置する場合がある。この場合、センサ端末１０が整数値７１ｍｓｅｃの領域に位置していたとしても、測位演算の際に７２ｍｓｅｃを整数値として用いると、誤った測位結果が出力されることが生じ得る。

そこで、演算装置３０は、ステップＳ６の実行後に、測位結果が、中継装置２０の通信圏内に位置するか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７の実行によって、測位結果が誤りであるかを判定することができる。ステップＳ７で「Ｎｏ」と判定された場合、演算装置３０は、中継装置２０での伝搬時間が整数値に非常に近い衛星について、整数値を変更する（ステップＳ８）。中継装置２０における伝搬時間が最も近い整数値に対して、閾値を用いて、どの程度近いか（例えば、７１．９９ｍｓｅｃ＜伝搬時間＜７２．０１ｍｓｅｃを満たすか否か）を判定することで、整数値を決定することができる。ステップＳ８の実行後、決定された整数値を用いて、ステップＳ６が再度実行される。ステップＳ７で「Ｙｅｓ」と判定された場合、演算装置３０は、測位結果を出力する（ステップＳ９）。

本実施例によれば、センサ端末１０がＧＮＳＳ衛星信号を受信する時間が数１０ｍｓｅｃと短いため、センサ端末１０の消費電力を抑制することができる。また、センサ端末１０からスナップショットＧＮＳＳ信号を受信した中継装置２０の位置情報を利用することによって、信号伝搬時間の整数値を正しい値に絞り込むことができる。したがって、センサ端末１０の初期位置を絞り込むことができる。特に、測位演算の結果が中継装置２０の通信圏内であるか否かを確認することで、より高精度にセンサ端末１０の初期位置を絞り込むことができる。

図６は、本実施例と他の技術との比較結果を表す図である。図６において、「単独測位」は、センサ端末単独でＧＰＳ受信を行う場合である。「単独測位」では、端末単独で測位を演算することになる。信号伝搬時間の整数値を全て受信することができる。信号伝搬時間の小数値は、ベースバンド部で処理することができる。ただし、３０秒を上回る受信時間を要するため、消費電力が大きくなる。例えば、フロントエンド部およびデジタル処理部での消費電力が大きくなる。

図６において、「スナップショット測位」は、スナップショット受信を用いる技術であって、中継装置の位置情報を用いない場合である。「スナップショット測位」では、クラウドなどで測位を演算することになる。信号伝搬時間の整数値については、取得不可である。消費電力は「単独測位」と比較すると少なくなるが、ドップラ周波数や地表高さなどを用いるため、測位結果にＳｈａｄｏｗＬｏｃａｔｉｏｎが残ることになる。すなわち、高精度にセンサ端末１０の初期位置を絞り込むことが困難である。

これに対して、本実施例によれば、消費電力を抑制しつつ、ＳｈａｄｏｗＬｏｃａｔｉｏｎの発生を抑制することができる。すなわち、消費電力を抑制しつつ、初期位置を絞り込むことができる。

なお、中継装置２０の位置情報として、指定した中継装置２０の設置位置情報を用いてもよい。具体的には、センサ端末１０のサービスエリアを用いてもよい。サービスエリアは、中継装置２０の設置位置が指定され、センサ端末１０が使用されるエリアである。指定した中継装置２０の設置位置情報を用いることで、センサ端末１０の位置範囲を絞り込むことができる。

（変形例１−１）
図７（ａ）は、変形例１−１に係る位置検知システム１００ａについて例示するブロック図である。図７（ａ）で例示するように、位置検知システム１００ａが図３（ａ）の位置検知システム１００と異なる点は、センサ端末１０の制御部１４がタイマとしても機能する点である。なお、図７（ｂ）で例示するように、中継装置２０および演算装置３０については、図３（ｂ）と同様の構成であってもよい。

図８（ａ）は、センサ端末１０ａの動作を表すフローチャートを例示する図である。フロントエンド部１１は、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ衛星信号をスナップショット受信し、受信したＧＮＳＳ衛星信号をデジタルＩＱサンプルに変換する（ステップＳ１１）。ベースバンド部１２は、フロントエンド部１１から受信したＩＱサンプルからベースバンド処理によりｒａｗデータを算出し、算出したｒａｗデータを出力する（ステップＳ１２）。制御部１４は、ｒａｗデータに、ＧＮＳＳ衛星信号をスナップショット受信した時刻情報を付加する（ステップＳ１３）。送受信機１３は、時刻情報が付加されたｒａｗデータを、スナップショットＧＮＳＳ信号として、無線で送信する（ステップＳ１４）。

図８（ｂ）は、中継装置２０の動作を表すフローチャートを例示する図である。信号受信部２１は、時刻情報が付加されたｒａｗデータを受信する。信号受信部２１は、ｒａｗデータに含まれるコード位相およびドップラ周波数を抽出し、時刻情報とともに記憶装置２２に記憶させる。ＧＮＳＳ受信部２３は、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ衛星信号を受信する。この場合、ＧＮＳＳ受信部２３は、スナップショット受信を行うのではなく、信号伝搬時間の整数値および小数値の両方を受信する。測位演算部２４は、ＧＮＳＳ受信部２３が受信したＧＮＳＳ衛星信号を用いて、中継装置２０の位置を算出し、記憶装置２２に記憶させる。記憶装置２２は、時刻情報が付加されたコード位相およびドップラ周波数に、測位演算部２４から受け取った中継装置２０の位置を関連付けて記憶する（ステップＳ１５）。すなわち、記憶装置２２は、時刻情報が付加されたｒａｗデータに、中継装置２０の位置を付加する。送信機２６は、記憶装置２２に記憶された情報を送信する（ステップＳ１６）。

図８（ｃ）は、演算装置３０の動作を表すフローチャートを例示する図である。演算装置３０は、ＮＡＳＡなどのネット上の別演算装置（サーバ）から衛星軌道情報を取得し、中継装置２０から送信された情報と併せて測位演算を行う（ステップＳ１７）。ここでの測位演算は、図４（ｃ）のステップＳ６〜ステップＳ８と同様の演算である。演算装置３０は、測位演算の結果を出力する（ステップＳ１８）。

本変形例によれば、中継装置２０ではなくセンサ端末１０で時刻情報が付加される。この構成によれば、センサ端末１０が衛星信号を受信してから中継装置２０がｒａｗデータを受信するまでの間に遅延が生じるような場合に、高精度に時刻情報を付加することができる。

（変形例１−２）
変形例１−２に係る位置検知システム１００ｂでは、演算装置３０による測位演算の際に、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）を用いる。システム構成は、図９（ａ）および図９（ｂ）で例示するように、図３（ａ）および図３（ｂ）と同様である。本変形例では、図９（ｂ）で例示するように、信号受信部２１がＲＳＳＩを出力する。

図１０（ａ）は、センサ端末１０の動作を表すフローチャートを例示する図である。フロントエンド部１１は、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ衛星信号をスナップショット受信し、受信したＧＮＳＳ衛星信号をデジタルＩＱサンプルに変換する（ステップＳ２１）。ベースバンド部１２は、フロントエンド部１１から受信したＩＱサンプルからベースバンド処理によりｒａｗデータを算出し、算出したｒａｗデータを出力する（ステップＳ２２）。送受信機１３は、ｒａｗデータを、スナップショットＧＮＳＳ信号として、無線で送信する（ステップＳ２３）。

図１０（ｂ）は、中継装置２０の動作を表すフローチャートを例示する図である。信号受信部２１は、センサ端末１０から送信されたｒａｗデータを受信する。また、信号受信部２１は、ＲＳＳＩを算出する（ステップＳ２４）。信号受信部２１は、ｒａｗデータに含まれるコード位相およびドップラ周波数を抽出し、ＲＳＳＩと関連付けて記憶装置２２に記憶させる。ＧＮＳＳ受信部２３は、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ衛星信号を受信する。この場合、ＧＮＳＳ受信部２３は、スナップショット受信を行うのではなく、信号伝搬時間の整数値および小数値の両方を受信する。測位演算部２４は、ＧＮＳＳ受信部２３が受信したＧＮＳＳ衛星信号を用いて、中継装置２０の位置を算出し、記憶装置２２に記憶させる。タイマ２５は、時刻情報を記憶装置２２に記憶させる。記憶装置２２は、信号受信部２１から受け取ったＲＳＳＩ、コード位相およびドップラ周波数と、測位演算部２４から受け取った中継装置２０の位置とを、タイマ２５から受け取った時刻情報に関連付けて記憶する（ステップＳ２５）。すなわち、記憶装置２２は、ｒａｗデータに、ＲＳＳＩ、中継装置２０の位置および時刻情報を付加する。送信機２６は、記憶装置２２に記憶された情報を送信する（ステップＳ２６）。

図１０（ｃ）は、演算装置３０の動作を表すフローチャートを例示する図である。演算装置３０は、ＮＡＳＡなどのネット上の別演算装置（サーバ）から衛星軌道情報を取得し、中継装置２０から送信された情報と併せて測位演算を行う（ステップＳ２７）。ここでの測位演算は、図４（ｃ）のステップＳ６〜ステップＳ８と同様の演算である。ただし、３以上の中継装置２０のＲＳＳＩを用いて３点測位することで、センサ端末１０の位置を絞り込む。演算装置３０は、測位演算の結果を出力する（ステップＳ２８）。

本変形例によれば、３以上の中継装置２０からＲＳＳＩを取得することで、センサ端末１０の位置をより高精度に絞り込むことができる。例えば、図１１で例示するように、中継装置Ａ１〜Ａ３から得られたＲＳＳＩを用いて、３点測位によってセンサ端末１０の位置をより高精度に絞り込むことができる。それにより、より高精度に信号伝搬時間の整数値を正しい値に絞り込むことができる。したがって、センサ端末１０の初期位置をより高精度に絞り込むことができる。

なお、本変形例のようにＲＳＳＩを用いる技術は、変形例１−１にも適用することができる。

（変形例１−３）
変形例１−３に係る位置検知システム１００ｃでは、キャリア位相を用いてＲＴＫ（ＲｅａｌＴｉｍｅＫｉｎｅｍａｔｉｃ）測位を行う。システム構成は、図１２（ａ）および図１２（ｂ）で例示するように、図７（ａ）および図７（ｂ）と同様である。本変形例では、センサ端末１０ａの送受信機１３が，さらに各衛星の搬送波位相（キャリア位相）を送信し、中継装置２０の信号受信部２１が基準局からコード位相、ドップラ周波数、時刻情報およびキャリア位相を受信する。

図１３（ａ）は、センサ端末１０ａの動作を表すフローチャートを例示する図である。フロントエンド部１１は、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ衛星信号をスナップショット受信し、受信したＧＮＳＳ衛星信号をデジタルＩＱサンプルに変換する（ステップＳ３１）。ベースバンド部１２は、フロントエンド部１１から受信したＩＱサンプルからベースバンド処理によりｒａｗデータを算出し、算出したｒａｗデータを出力する。また、ベースバンド部１２は、ＩＱサンプルからキャリア位相を算出し、算出したキャリア位相を出力する（ステップＳ３２）。制御部１４は、ｒａｗデータおよびキャリア位相に時刻情報を付加する（ステップＳ３３）。送受信機１３は、時刻情報が付加されたｒａｗデータおよびキャリア位相を、スナップショットＧＮＳＳ信号として、無線で送信する（ステップＳ３４）。

図１３（ｂ）は、中継装置２０の動作を表すフローチャートを例示する図である。信号受信部２１は、センサ端末１０から送信されたｒａｗデータおよびキャリア位相を受信する。信号受信部２１は、キャリア位相と、ｒａｗデータに含まれるコード位相およびドップラ周波数とを記憶装置２２に記憶させる。ＧＮＳＳ受信部２３は、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ衛星信号を受信する。この場合、ＧＮＳＳ受信部２３は、スナップショット受信を行うのではなく、信号伝搬時間の整数値および小数値の両方を受信する。測位演算部２４は、ＧＮＳＳ受信部２３が受信したＧＮＳＳ衛星信号を用いて、中継装置２０の位置を算出し、記憶装置２２に記憶させる。記憶装置２２は、時刻情報が付加されたｒａｗデータおよびキャリア位相と、測位演算部２４から受け取った中継装置２０の位置とを関連付けて記憶する（ステップＳ３５）。

さらに、信号受信部２１は、基準局から、ｒａｗデータ、時刻情報およびキャリア位相を受信する。記憶装置２２は、これらの情報を記憶する（ステップＳ３６）。送信機２６は、記憶装置２２に記憶された情報を送信する（ステップＳ３７）。

図１３（ｃ）は、演算装置３０の動作を表すフローチャートを例示する図である。演算装置３０は、ＮＡＳＡなどのネット上の別演算装置（サーバ）から衛星軌道情報を取得し、ＲＴＫ測位の手法を用いて、中継装置２０から送信された情報と併せて測位演算を行う（ステップＳ３８）。この場合においても、演算装置３０は、センサ端末１０からスナップショットＧＮＳＳ信号を受信した中継装置２０の位置情報を用いることで、ＧＮＳＳ信号の整数値を正しい値に絞り込む。演算装置３０は、測位演算の結果を出力する（ステップＳ３９）。

本実施例によれば、ＲＴＫ測位を行うことができる。それにより、センサ端末１０の位置を高精度に算出することができる。なお、本変形例のようにＲＴＫ測位を用いる技術は、変形例１−１または変形例１−２にも適用することができる。

（変形例１−４）
変形例１−４に係る位置検知システム１００ｄでは、ベースバンド処理を中継装置で行う。図１４（ａ）は、位置検知システム１００ｄについて例示するブロック図である。図１４（ａ）で例示するように、位置検知システム１００ｄが図３（ａ）の位置検知システム１００と異なる点は、センサ端末１０の代わりにセンサ端末１０ｄが備わり、中継装置２０の代わりに中継装置２０ｄが備わる点である。センサ端末１０ｄが図３（ａ）のセンサ端末１０と異なる点は、ベースバンド部１２が備わっていない点である。中継装置２０ｄが図３（ｂ）の中継装置２０と異なる点は、ベースバンド部２７が備わる点である。

図１５（ａ）は、センサ端末１０ｄの動作を表すフローチャートを例示する図である。フロントエンド部１１は、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ衛星信号をスナップショット受信し、受信したＧＮＳＳ衛星信号をデジタルＩＱサンプルに変換する（ステップＳ４１）。送受信機１３は、ＩＱサンプルを、スナップショットＧＮＳＳ信号として、無線で送信する（ステップＳ４２）。

図１５（ｂ）は、中継装置２０ｄの動作を表すフローチャートを例示する図である。信号受信部２１は、ＩＱサンプルを受信する。ベースバンド部２７は、信号受信部２１から受信したＩＱサンプルからベースバンド処理によりｒａｗデータを算出し、ｒａｗデータに含まれるコード位相およびドップラ周波数を記憶装置２２に記憶させる（ステップＳ４３）。

ＧＮＳＳ受信部２３は、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ衛星信号を受信する。この場合、ＧＮＳＳ受信部２３は、スナップショット受信を行うのではなく、信号伝搬時間の整数部および小数部の両方を受信する。測位演算部２４は、ＧＮＳＳ受信部２３が受信したＧＮＳＳ衛星信号を用いて、中継装置２０の位置を算出し、記憶装置２２に記憶させる。タイマ２５は、時刻情報を記憶装置２２に記憶させる。記憶装置２２は、時刻情報が付加されたコード位相およびドップラ周波数に、測位演算部２４から受け取った中継装置２０の位置を関連付けて記憶する（ステップＳ４４）。すなわち、記憶装置２２は、時刻情報が付加されたｒａｗデータに、中継装置２０の位置を付加する。送信機２６は、記憶装置２２に記憶された情報を送信する（ステップＳ４５）。

図１５（ｃ）は、演算装置３０の動作を表すフローチャートを例示する図である。演算装置３０は、ＮＡＳＡなどのネット上の別演算装置（サーバ）から衛星軌道情報を取得し、中継装置２０から送信された情報と併せて測位演算を行う（ステップＳ４６）。ここでの測位演算は、図４（ｃ）のステップＳ６〜ステップＳ８と同様の演算である。演算装置３０は、測位演算の結果を出力する（ステップＳ４７）。

なお、本変形例のように中継装置２０にベースバンド部を設ける技術は、変形例１−１〜１−３にも適用することができる。

（変形例１−５）
変形例１−５に係る位置検知システム１００ｅでは、ベースバンド処理を中継装置で行う。図１６（ａ）は、位置検知システム１００ｅについて例示するブロック図である。図１６（ａ）で例示するように、位置検知システム１００ｅが図３（ａ）の位置検知システム１００と異なる点は、センサ端末１０の代わりにセンサ端末１０ｅが備わり、演算装置３０にベースバンド部３１が備わる点である。センサ端末１０ｅが図３（ａ）のセンサ端末１０と異なる点は、ベースバンド部１２が備わっていない点である。

図１７（ａ）は、センサ端末１０ｅの動作を表すフローチャートを例示する図である。フロントエンド部１１は、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ衛星信号をスナップショット受信し、受信したＧＮＳＳ衛星信号をデジタルＩＱサンプルに変換する（ステップＳ５１）。送受信機１３は、ＩＱサンプルを、スナップショットＧＮＳＳ信号として、無線で送信する（ステップＳ５２）。

図１７（ｂ）は、中継装置２０の動作を表すフローチャートを例示する図である。信号受信部２１は、ＩＱサンプルを受信し、記憶装置２２に記憶させる。ＧＮＳＳ受信部２３は、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ衛星信号を受信する。この場合、ＧＮＳＳ受信部２３は、スナップショット受信を行うのではなく、信号伝搬時間の整数値および小数値の両方を受信する。測位演算部２４は、ＧＮＳＳ受信部２３が受信したＧＮＳＳ衛星信号を用いて、中継装置２０の位置を算出し、記憶装置２２に記憶させる。タイマ２５は、時刻情報を記憶装置２２に記憶させる。記憶装置２２は、時刻情報が付加されたＩＱサンプルに、測位演算部２４から受け取った中継装置２０の位置を関連付けて記憶する（ステップＳ５３）。すなわち、記憶装置２２は、時刻情報が付加されたＩＱデータに、中継装置２０の位置を付加する。送信機２６は、記憶装置２２に記憶された情報を送信する（ステップＳ５４）。

図１７（ｃ）は、演算装置３０ｅの動作を表すフローチャートを例示する図である。ベースバンド部３１は、中継装置２０から受信したＩＱサンプルからベースバンド処理によりｒａｗデータを算出し、ｒａｗデータに含まれるコード位相およびドップラ周波数を算出する（ステップＳ５５）。次に、演算装置３０ｅは、ＮＡＳＡなどのネット上の別演算装置（サーバ）から衛星軌道情報を取得し、中継装置２０から送信された情報と併せて測位演算を行う（ステップＳ５６）。ここでの測位演算は、図４（ｃ）のステップＳ６〜ステップＳ８と同様の演算である。演算装置３０ｅは、測位演算の結果を出力する（ステップＳ５７）。

なお、本変形例のように演算装置３０にベースバンド部を設ける技術は、変形例１−１〜１−４にも適用することができる。

実施例２では、実施例１における各例のベースバンド部の詳細について説明する。図１８は、ベースバンド部１２の詳細を例示するブロック図である。図１８で例示するように、ベースバンド部１２は、ＦＦＴ部４１、乗算部４２、ＦＦＴ部４３、乗算部４４、ＩＦＦＴ部４５、絶対値抽出部４６、積分部４７、探索部４８などを備える。ベースバンド部１２は、ＧＮＳＳ衛星から受信したＣ／Ａ（Ｃｏａｒｓｅ／Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）コードと、Ｃ／Ａコードを模擬したレプリカコード（ＰＮ（ＰｓｅｕｄｏＮｏｉｓｅ）符号）との相関演算を行ってコード位相を算出する。Ｃ／Ａコードとは、ＧＮＳＳ衛星信号ごとに異なる拡散符号のことである。

ＦＦＴ部４１は、Ｃ／Ａコードに対してフーリエ変換を行う。乗算部４２は、ＩＱサンプルとローカルキャリアｅｘｐ（ｊ２πｆ_ｉｔ）との積を算出する。それにより、搬送波を除去することができる。ＦＦＴ部４３は、乗算部４２の算出結果に対してフーリエ変換を行う。乗算部４４は、ＦＦＴ部４１の算出結果とＦＦＴ部４３の算出結果との積を算出する。ＩＦＦＴ部４５は、乗算部４４の算出結果に対して逆フーリエ変換を行う。絶対値抽出部４６は、ＩＦＦＴ部４５の算出結果の絶対値を抽出する。積分部４７は、絶対値抽出部４６が抽出した絶対値に対して積分を行う。それにより、位相に対する相関値が得られる。探索部４８は、積分部４７の算出結果において、相関ピークを探索する。相関ピークを探索することで、コード位相およびドップラ周波数を算出することができる。

このような構成において、例えば、ＦＦＴ部４１、乗算部４２、ＦＦＴ部４３、乗算部４４、ＩＦＦＴ部４５、絶対値抽出部４６および積分部４７の処理をＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）で行うと、処理遅延は、１．８ｍｓｅｃ程度である。ＦＦＴ部４１の算出結果をメモリに格納できる場合は、当該処理遅延は、１．３ｍｓｅｃ程度に短縮される。ＳｐａｒｓｅＦＦＴ等を用いることでフーリエ変換のサイズを削減すると、当該処理遅延は、０．６５ｍｓｅｃ〜０．３２ｍｓｅｃ程度までさらに短縮される。一方、探索部４８による相関ピーク探索をＦＰＧＡとは異なるプロセッサ（例えばマイコン）で行うと、処理遅延は２．６ｍｓｅｃ程度と大きくなる。以上のことから、相関ピーク探索の処理遅延を抑制できることが好ましい。

ここで、ＰＮ符号を用いたピーク探索について説明する。図１９は、積分部４７の算出結果を例示する図である。相関ピークの探索を行うには、所定のサンプリング周期で相関値を抽出する。ノイズを誤検知しないように、最も大きいピークの最大値と、２番目に大きいピークの最大値と探索することになる。例えば、サンプリング周波数＝１６．３６８ＭＳ／ｓ（１．０２３Ｃｈｉｐ／ｓに対して×１６ｏｖｅｒｓａｍｐｌｉｎｇ）とし、最も大きいピークの最大値が２番目に大きいピークの最大値の所定数倍（例えば２．２倍）を上回れば、当該最も大きいピークが検出されることになる。図１９の例では、１６３６８点の相関値が抽出されている。この場合、約１ｍｓｅｃ程度の時間を要することになる。

そこで、本実施例においては、探索部４８は、間引き探索を行う。ＰＮ符号の相関ピークは、１チップ幅を有し、上に凸の三角形に近い形状を有している。この性質を利用すれば、サンプリング点の全てを探索しなくてもよい。例えば、探索された極大値前後の短い区間のサンプリング点を探索することで、真の最大値を探索することができる。

まず、１６３８６点のサンプリング点を複数のサブセットに分割し、いずれか１つのサブセットでのピーク探索を行う。具体的には、当該サブセットの中で最大値となるサンプリング点を探索する。図２０（ａ）〜図２０（ｈ）の例では、８つのサブセットに分割されている。各サブセットは、８サンプリング点おきに抽出されたものである。例えば、第１サブセットは、１番目、９番目、１７番目…のサンプリング点の集合である。

次に、探索されたピーク周辺で前後所定範囲（例えば、０．５チップ分）の相関値を取得し、その最大値を取得することで、真のピークが探索される。この場合、ピーク探索に必要なステップ数は、（１６３８６／８＋８）≒（元の１／８）となる。この処理を用いることにより、２番目に大きいピークを探索しなくてもよくなる。各ＧＮＳＳ衛星のコード位相を全て中継装置２０に送信すれば、可視衛星か否かの判断は中継装置２０で行うことができる。

本実施例によれば、サブセット数に応じて最大ピークの探索処理量を削減することができる。また、２番目に大きいピークを探索しなくてもよくなる。以上のことから、探索部４８の相関ピーク探索の処理遅延を抑制することができる。

図２１（ａ）は、センサ端末１０による相関ピーク探索処理を表すフローチャートを例示する図である。まず、ＦＦＴ部４１、乗算部４２、ＦＦＴ部４３、乗算部４４、ＩＦＦＴ部４５、絶対値抽出部４６および積分部４７により、相関演算が行われる（ステップＳ１０１）。次に、探索部４８は、相関演算の結果に対して信号ピーク探索を行う（ステップＳ１０２）。ここでの処理において、上述した間引き探索を行う。例えば、全衛星について、ピーク値ｐ１が探索され、当該ピーク値ｐ１からコード位相ｔ１が算出される。次に、送受信機１３は、全ＧＮＳＳ衛星のコード位相ｔ１を送信する（ステップＳ１０３）。

図２１（ｂ）は、演算装置３０による測位演算処理を表すフローチャートを例示する図である。演算装置３０は、中継装置２０が有しているＧＮＳＳ衛星情報を用いて、位相ｔ１を選択する（ステップＳ１０４）。例えば、４〜８個の位相ｔ１が選択される。次に、演算装置３０は、ステップＳ１０４で選択された位相ｔ１を用いて、測位演算を行う（ステップＳ１０５）。

本実施例によれば、相関ピークの性質を利用することで、最も大きいピークを探索する際に探索範囲を間引くことができる。それにより、探索処理を削減することができる。また、２番目に大きいピークを探索しなくてもよい。以上のことから、コード位相を取得する処理時間を短縮化することができる。

なお、本実施例においては、相関演算としてＦＦＴを用いているが、他の相関演算器にも適用することができる。例えば、特開２０１１−２２０９９８で開示されているような、時間領域の相関演算器に対しても、本実施例を適用することができる。

また、実施例２の相関ピーク探索は、実施例１の各ベースバンド処理に適用することができる。

実施例２では、相関演算の結果から、ピークとなる周波数および位相を探索する処理について説明した。図２２で例示するように、周波数探索範囲は、衛星の運動に伴うドップラシフト分と、ベースバンド処理を行うベースバンド部を備えるセンサ端末１０のＸＯ周波数誤差分とを足し合わせたものとなる。この和が大きければ、周波数探索範囲が広くなるため、処理時間が長くなってしまう。Ｓｎａｐｓｈｏｔ受信を行うセンサ端末１０では、数ｍｓｅｃ〜数１０ｍｓｅｃ程度の短時間だけ衛星信号を受信し、これに対して衛星捕捉処理（ベースバンド処理）が行われる。この場合、フレームの内容(衛星軌道情報)や、自身の位置や時計誤差を求めることができず、自身の水晶発振器の誤差を補正することもできない。そのため、毎回幅広くドップラ周波数探索を行わなければならず、衛星捕捉処理の消費電力が増大する。そこで、実施例３においては、周波数探索範囲の拡大を抑制することで、衛星補足処理の消費電力を抑制する構成について説明する。

図２３は、フロントエンド部１１の詳細を例示するブロック図である。図２３で例示するように、フロントエンド部１１は、アンテナ５１、ＬＮＡ部５２、位相同期部５３、混合部５４ａ，５４ｂ、ローパスフィルタ５５ａ，５５ｂ、ＡＤコンバータ５６ａ，５６ｂ、補正部５７などを備える。

アンテナ５１は、衛星信号をＲＦ信号として受信する。ＬＮＡ部５２は、ＬｏｗＮｏｉｓｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒであり、低ノイズでＲＦ信号を増幅する。位相同期部５３は、ＸＯ周波数のクロック信号を分周または逓倍することで、ＲＦ信号乗算用の発振信号を生成する。混合部５４ａ，５４ｂは、ＲＦ信号に当該発振信号を乗算することで、ＲＦ信号を中間周波数の信号（ＩＦ信号）にダウンコンバートする。ローパスフィルタ５５ａ，５５ｂは、ＩＦ信号のノイズを除去する。ＡＤコンバータ５６ａ，５６ｂは、ノイズ除去後のＩＦ信号をデジタル信号に変換する。それにより、ＩＱサンプルが生成される。補正部５７は、ＸＯ周波数を補正する。

衛星信号は、１５７５．４２ＭＨｚ±５ｋＨｚの周波数を有する。この±５ｋＨｚは、衛星の運動に伴うドップラシフトに相当する。位相同期部５３は、１６．３６８ＭＨｚのクロック周波数で動作するものとする。位相同期部５３によって出力される、ＲＦ信号乗算用の発振信号の局部発振周波数（ＬＯ周波数）は、１５７１．３２８ＭＨｚである。ＩＦ周波数は、ドップラシフトの影響を受ける。例えば、ＩＦ周波数は、４．０９２ＭＨｚ±５ｋＨｚとなる。この±５ｋＨｚがドップラシフトに相当する。この場合において、相関ピークを見つけるためには、例えば、５００Ｈｚ刻みでローカルキャリアの周波数をスイープする。したがって、ＸＯ周波数の誤差が無ければ、スイープの条件数は２１である。

これに対して、位相同期部５３が、１６．３６８ＭＨｚ±１６３．６８Ｈｚのクロック周波数で動作するものとする。この±１６３．６８Ｈｚは、±１０ｐｐｍに相当する。位相同期部５３によって出力される、ＲＦ信号乗算用の発振信号の局部発振周波数（ＬＯ周波数）は、１５７１．３２８ＭＨｚ±１５．７ｋＨｚである。ＩＦ周波数は、ドップラシフトの影響およびＸＯ周波数ズレの影響を受ける。例えば、ＩＦ周波数は、４．０９２ＭＨｚ±５ｋＨｚ±１５．７ｋＨｚとなる。この±５ｋＨｚがドップラシフトに相当し、±１５．７ｋＨｚがＸＯ周波数ズレに相当する。この場合において、相関ピークを見つけるためには、例えば、５００Ｈｚ刻みでローカルキャリアの周波数をスイープする。したがって、ＸＯ周波数の誤差が無ければ、シープの条件数は８５である。

図２４は、衛星の運動に起因するドップラ周波数について例示する図である。図２４で例示するように、電波に対するドップラ効果ν´は、ν×｛√（１−（Ｖ／ｃ）^２）／｛１−（Ｖ／ｃ）ｃｏｓθ｝となる。角度θは、観測点と衛星とを結ぶ線と、衛星の速度ベクトルとがなす角度のことである。衛星は地球の中心点を中心とする円周を移動するため、衛星の移動に伴って角度θは変動することになる。ドップラ周波数は、衛星が地平線から昇ってくる場合には、最大で４．７ｋＨｚとなる。衛星が天頂に位置する場合には、ほぼ０Ｈｚとなる。衛星が地平線に沈む場合には、最小で−４．７ｋＨｚとなる。なお、上記式において、ν´は、観測点での光の振動数を表す、νは衛星が出力する光の振動数を表す。Ｖは、観測点から見た衛星の速さを表す。ｃは、光速を表す。

図２５（ａ）で例示するように、ＸＯ周波数は、温度に応じて±１０ｐｐｍ程度変動する。ＸＯ周波数がズレたままでは問題が生じ得る。そこで、ＧＰＳ受信機には、図２５（ｂ）で例示するように、所望の周波数（例えば、１６．３６８ＭＨｚ）に調整する機能が備わっている。図２５（ｃ）は、調整機能を動作させることで、周波数誤差を０．５ｐｐｍ以下に減らした場合を例示する図である。しかしながら、この補正動作は、ＧＰＳ受信機が測位演算まで行い、受信機の時刻補正を行うことが必要となってくる。Ｓｎａｐｓｈｏｔ受信機で同様の補正動作を行うことは、困難である。

図２６は、衛星のドップラシフトを例示する図である。図２６で例示するように、天頂に近い位置の衛星のドップラシフトは、ゼロに近い値となっている。一方、南の地平線に近い位置の衛星のドップラシフトは、−３．６ｋＨｚとズレが大きくなっている。

水晶発振子は、精度が高いほど値段も高くなる。センサ端末１０の価格を下げるためには、低価格の水晶を用いることが好ましい。本実施例においては、低価格の水晶を用いても周波数誤差の影響を抑制することができる。以下、詳細について説明する。

センサ端末１０は、送受信機１３を用いて、数ｋｍの範囲内にある中継装置２０から、ＧＮＳＳ衛星番号と正確なドップラ周波数の値とを、テーブルとして受信する。または、センサ端末１０は、周波数ｓｔｅｐと周波数ｂｉｎとを受信してもよい。ベースバンド部１２は、テーブル内のいずれかの衛星（例えば、ドップラ周波数の絶対値が最も小さい衛星）に関して、捕捉が成功するまでローカルキャリア周波数をスイープする。補正部５７は、ＸＯ周波数オフセットΔｆ＿ｏｆｆｓｅｔを両者の差として算出する。ベースバンド部１２は、テーブルに記載された各周波数に対してΔｆ＿ｏｆｆｓｅｔを足し込んだ値を用いて、残りの周波数の衛星捕捉処理を行う。確実に相関ピークを捕捉するため、周波数ｂｉｎは５００Ｈｚとし、周波数ｂｉｎの±１前後を探索範囲とする。ベースバンド部１２は、次回のＳｎａｐｓｈｏｔを行うまでの間に、ＸＯ周波数を−Δｆ＿ｏｆｆｓｅｔだけ変化させ、次回以降の衛星捕捉処理では中継装置２０から通知されたドップラ周波数の近辺のみで衛星捕捉処理を行う。

例えば、図２７（ａ）で例示するように、センサ端末１０は、中継装置２０から、各衛星のドップラ周波数を受信する。図２７（ａ）において、縦軸はＧＮＳＳ衛星番号である。ベースバンド部１２は、一例として、絶対値が最も小さい、番号３１の衛星のドップラ周波数（−０．２ｋＨｚ）を用いる。次に、図２７（ｂ）で例示するように、ベースバンド部１２は、ＸＯ周波数誤差を見積もるための探索を行う。±１６ｋＨｚ（６５条件）で探索すると、番号３１の衛星を捕捉することができる。補正部５７は、ＸＯ周波数誤差を、−１５．３ｋＨｚ＜ＸＯ周波数誤差＜−１５．８ｋＨｚのように求める。

次に、図２７（ｃ）で例示するように、番号３１以外のＧＮＳＳ衛星については、探索すべき周波数ｂｉｎは、３条件に絞ることができる。次回以降は、ベースバンド部１２は、全ての衛星について、探索すべき周波数ｂｉｎを３条件とすることができる。したがって、探索の演算量を、約１／３０に低減することができる。

図２８は、センサ端末１０の動作の一例を表すフローチャートを例示する図である。図２８で例示するように、送受信機１３は、中継装置２０から、各衛星のドップラ周波数を受信する（ステップＳ２０１）。次に、ベースバンド部１２は、ドップラ周波数の絶対値が最小の衛星のみ衛星捕捉処理を行う（ステップＳ２０２）。次に、ベースバンド部１２は、ステップＳ２０２で衛星捕捉処理が成功したか否かを判定する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３で「Ｎｏ」と判定された場合、ベースバンド部１２は、ローカルキャリア周波数の探索周波数範囲をΔｆだけ増加させる（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４の実行後、ステップＳ２０１から再度実行される。なお、Δｆの増加の限度は、使用している水晶の精度に応じて予め決めておいてもよい。例えば、探索周波数範囲の増加分が限度を超えた場合には、次にドップラ周波数の絶対値が小さい衛星等について、衛星捕捉処理を行ってもよい。

ステップＳ２０３で「Ｙｅｓ」と判定された場合、補正部５７は、ローカルキャリア周波数のオフセット分をΔｆ＿ｏｆｆｓｅｔとして算出し、中継装置２０から受け取った各衛星のドップラ周波数を、当該Δｆ＿ｏｆｆｓｅｔを用いて補正する（ステップＳ２０５）。次に、ベースバンド部１２は、ドップラ周波数が補正された他の衛星につて、衛星捕捉処理を行う（ステップＳ２０６）。

図２９は、位置検知システム１００の各部の処理のフローを例示する図である。図２９で例示するように、中継装置２０では、衛星捕捉処理、衛星追尾処理、自身の測位演算処理を常時行っている。センサ端末１０ｂは、中継装置２０に対して、ＧＮＳＳ衛星番号およびドップラ周波数の送信のリクエストを行う。それにより、センサ端末１０は、中継装置２０から、各ＧＮＳＳ衛星番号およびドップラ周波数を受信する。センサ端末１０は、中継装置２０から受信した各ＧＮＳＳ衛星番号およびドップラ周波数を用いて、ＸＯ周波数のΔｆ＿ｏｆｆｓｅｔを算出する。センサ端末１０は、当該Δｆ＿ｏｆｆｓｅｔを用いて、各ＧＮＳＳ衛星の衛星捕捉処理を行う。それにより、各衛星のコード位相を算出することができる。演算装置３０は、算出されたコード位相と、中継装置２０の位置情報とから、センサ端末１０の位置を演算する。

本実施例によれば、複数のＧＮＳＳ衛星のうち、いずれかのＧＮＳＳ衛星の衛星捕捉処理を行うことで、ＸＯ周波数のオフセットを算出することができる。それにより、他のＧＮＳＳ衛星の衛星捕捉処理における探索周波数範囲を狭くすることができる。したがって、他のＧＮＳＳ衛星の衛星捕捉処理の演算量を削減することができる。なお、中継装置２０とは異なる箇所に配置された演算装置３０において取得された各ＧＮＳＳ衛星番号およびドップラ周波数を用いることも可能であるが、演算装置３０とセンサ端末１０との間でドップラ周波数の差が大きくなる場合は、中継装置２０で取得されたＧＮＳＳ衛星番号およびドップラ周波数を用いることが好ましい。

なお、演算装置３０が各ＧＮＳＳ衛星番号およびドップラ周波数を算出してもよい。この場合、演算装置３０が建物３次元データなどを用いてシミュレーションを行うことで、遮蔽物の影響などを考慮することが好ましい。例えば、図３０で例示するように、中継装置２０の通信圏内の建物３次元データを用いることで、センサ端末１０において、どのＧＮＳＳ衛星の衛星捕捉処理を行うべきかについて、最適な結果を通知することができる。

（変形例３−１）
変形例３−１では、中継装置２０からの情報を用いずに、センサ端末１０の補正部５７が、ＸＯ周波数のオフセットを算出する。具体的には、ベースバンド部１２が、いずれかの衛星を捕捉するまで、ローカルキャリア周波数をスイープする範囲を徐々に増やす。スイープ範囲の初期条件は±５ｋＨｚとし、最初に衛星捕捉に成功した周波数をｆ０（一例として正とする）とすると、±５ｋＨｚの範囲をはみ出した分、すなわちｆ０−５ｋＨｚはＸＯ周波数オフセットの一部に起因するものと考えられる。ｆ０が正であるため、それ以降はスイープ範囲を正の方向にだけ増やしていけばよい。なお、ｆ０が負の場合には、負の方向にだけ増やせばよい。測位に必要な所定数の衛星が捕捉できるまでスイープ範囲を増やし、その時のローカルキャリア周波数をｆ１とすると、（ｆ１−５）ｋＨｚが求めるべきＸＯ周波数オフセットになる。

図３１（ａ）で例示するように、いずれのＧＮＳＳ衛星のドップラ周波数も、±５ｋＨｚをはみ出している。番号１６のＧＮＳＳ衛星のドップラ周波数が−１３．７ｋＨｚであるとすると、２９条件を探索すればよい。これに対して、図３１（ｂ）で例示するように、探索範囲を±５ｋＨｚから±１４ｋＨｚまで拡大した時点で番号１６のＧＮＳＳ衛星を捕捉することができる。少なくとも−８．５ｋＨｚの部分は、ＸＯ周波数誤差だとわかる。この−１４ｋＨｚがドップラ周波数＝＋５ｋＨｚに相当するとすれば、ここから−１０ｋＨｚ分の衛星捕捉処理を行なえば、図３１（ｃ）で例示するように、全ＧＮＳＳ衛星を捕捉できることになる。

図３２は、センサ端末１０の動作の一例を表すフローチャートを例示する図である。図３２で例示するように、ベースバンド部１２は、ローカルキャリアの探索周波数範囲を±５ｋＨｚに指定する（ステップＳ２１１）。次に、ベースバンド部１２は、指定された探索周波数範囲で衛星捕捉処理を行う（ステップＳ２１２）。次に、ベースバンド部１２は、補足されたＧＮＳＳ衛星数Ｎ_{ＶＩＳＩＢＬＥ}が測位に必要なＧＮＳＳ衛星数Ｎ_{ＣＡＬＰＯＳ}を上回ったか否かを判定する（ステップＳ２１３）。ステップＳ２１３で「Ｎｏ」と判定された場合、ベースバンド部１２は、探索周波数範囲をΔｆだけ増加させる（ステップＳ２１４）。その後、ステップＳ２１２から再度実行される。ステップＳ２１３で「Ｙｅｓ」と判定された場合、補正部５７は、ΣΔｆだけＸＯ周波数を補正する（ステップＳ２１５）。

本変形例によれば、中継装置２０から衛星情報を取得しなくても、ＸＯ周波数を補正することができる。

図３３は、センサ端末１０の動作の一例を表すフローチャートの他の例を例示する図である。図３３で例示するように、ベースバンド部１２は、ローカルキャリアの探索周波数範囲を±５ｋＨｚに指定する（ステップＳ２２１）。次に、ベースバンド部１２は、指定された探索周波数範囲で衛星捕捉処理を行う（ステップＳ２２２）。次に、ベースバンド部１２は、補足されたＧＮＳＳ衛星数Ｎ_{ＶＩＳＩＢＬＥ}が測位に必要なＧＮＳＳ衛星数Ｎ_{ＣＡＬＰＯＳ}を上回ったか否かを判定する（ステップＳ２２３）。

ステップＳ２２３で「Ｎｏ」と判定された場合、ベースバンド部１２は、探索周波数範囲をΔｆだけ増加させる（ステップＳ２２４）。次に、ベースバンド部１２は、探索周波数範囲が閾値ｆ_ＭＡＸを上回ったか否かを判定する（ステップＳ２２５）。ステップＳ２２５で「Ｙｅｓ」と判定された場合、衛星補足処理が終了する。ステップＳ２２５で「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ２２２から再度実行される。ステップＳ２２３で「Ｙｅｓ」と判定された場合、補正部５７は、ΣΔｆだけＸＯ周波数を補正する（ステップＳ２２６）。

本変形例によれば、探索周波数範囲に限度を設けることで、測位に必要なＧＮＳＳ衛星数が得られない場合には、衛星捕捉処理が終了する。それにより、無駄な電力消費を抑制することができる。例えば、センサ端末１０が屋内やトンネルなどに入っている場合に、無駄な電力消費を抑制することができる。

図３４（ａ）は、ベースバンド部１２，２７，３１のハードウェア構成の他の例を説明するためのブロック図である。例えば、ベースバンド部１２，２７，３１は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、記憶装置１０３等が備わっている。ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１０１は、中央演算処理装置である。ＣＰＵ１０１は、１以上のコアを含む。ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、ＣＰＵ１０１が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置１０３は、不揮発性記憶装置である。記憶装置１０３として、例えば、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。記憶装置１０３は、プログラムを記憶している。ＣＰＵ１０１が記憶装置１０３に記憶されている情報処理プログラムを実行することで、ベースバンド部１２，２７，３１の各部が実現されてもよい。

図３４（ｂ）は、演算装置３０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。例えば、演算装置３０は、ＣＰＵ２０１、ＲＡＭ２０２、記憶装置２０３等が備わっている。ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）２０１は、中央演算処理装置である。ＣＰＵ２０１は、１以上のコアを含む。ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）２０２は、ＣＰＵ２０１が実行するプログラム、ＣＰＵ２０１が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置２０３は、不揮発性記憶装置である。記憶装置２０３として、例えば、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。記憶装置２０３は、プログラムを記憶している。ＣＰＵ２０１が記憶装置２０３に記憶されている情報処理プログラムを実行することで、演算装置３０の機能が実現されてもよい。

上記各例において、センサ端末１０，１０ａ，１０ｄ，１０ｅが、ＧＮＳＳ衛星からの衛星信号をスナップショット受信するＧＮＳＳセンサ端末の一例である。中継装置２０，２０ｄが、前記ＧＮＳＳセンサ端末が送信するスナップショットＧＮＳＳ信号を受信するための１以上の中継装置の一例である。演算装置３０が、前記スナップショットＧＮＳＳ信号から得られる前記ＧＮＳＳ衛星のコード位相およびドップラ周波数を用いて、前記ＧＮＳＳセンサ端末の位置を測位し、前記ＧＮＳＳセンサ端末が送信した前記スナップショットＧＮＳＳ信号を受信した前記中継装置の位置情報を用いて、前記ＧＮＳＳセンサ端末の初期位置を推定する演算装置の一例である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０センサ端末
１１フロントエンド部
１２ベースバンド部
１３送受信機
１４制御部
２０中継装置
２１信号受信部
２２記憶装置
２３ＧＮＳＳ受信部
２４測位演算部
２５タイマ
２６送信機
２７ベースバンド部
３０演算装置
３１ベースバンド部
４８探索部
５７補正部
１００位置検知システム

Claims

ＧＮＳＳ衛星からの衛星信号をスナップショット受信するＧＮＳＳセンサ端末と、
前記ＧＮＳＳセンサ端末が送信するスナップショットＧＮＳＳ信号を受信するための１以上の中継装置と、
前記スナップショットＧＮＳＳ信号から得られる前記ＧＮＳＳ衛星のコード位相およびドップラ周波数を用いて、前記ＧＮＳＳセンサ端末の位置を測位する演算装置と、を備え、
前記演算装置は、前記ＧＮＳＳセンサ端末が送信した前記スナップショットＧＮＳＳ信号を受信した前記中継装置の位置情報を用いて、前記ＧＮＳＳセンサ端末の初期位置を推定することを特徴とする位置検知システム。
前記ＧＮＳＳセンサ端末は、前記スナップショットＧＮＳＳ信号に、前記ＧＮＳＳ衛星からの衛星信号をスナップショット受信した時刻情報を付加することを特徴とする請求項１記載の位置検知システム。
３以上の前記中継装置が前記ＧＮＳＳセンサ端末から前記スナップショットＧＮＳＳ信号を受信する場合において、前記３以上の中継装置におけるＲＳＳＩを用いて、前記ＧＮＳＳセンサ端末の位置を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の位置検知システム。
前記ＧＮＳＳセンサ端末、前記中継装置および前記演算装置のいずれかは、前記スナップショットＧＮＳＳ信号から前記コード位相および前記ドップラ周波数を算出するベースバンド処理部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の位置検知システム。
前記ベースバンド処理部は、ＩＱサンプルに対して相関演算を行うことで得られる相関値からコード位相を探索する際に、探索範囲を複数のサブセットに分割していずれかのサブセットにおいて閾値以上の相関値を有するサンプリングポイントを探索し、前記閾値以上の相関値を有するサンプリングポイントの前後所定範囲の探索を行うことで、相関値のピークを探索することを特徴とする請求項４記載の位置検知システム。
前記ＧＮＳＳセンサ端末は、前記スナップショットＧＮＳＳ信号から前記コード位相および前記ドップラ周波数を算出するベースバンド処理部を備え、
前記ベースバンド処理部は、前記中継装置が取得したいずれかの衛星信号と自身が捕捉した衛星信号との比較に基づいて、自身のＸＯ周波数オフセットを算出し、当該ＸＯ周波数オフセットを用いて他の衛星信号を捕捉することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の位置検知システム。
前記ＧＮＳＳセンサ端末は、前記スナップショットＧＮＳＳ信号から前記コード位相および前記ドップラ周波数を算出するベースバンド処理部を備え、
前記ベースバンド処理部は、ローカルキャリア信号の探索周波数範囲を所定の刻み値で拡大させつつ衛星信号を捕捉し、前記衛星信号を捕捉できた場合の前記探索周波数範囲の拡大幅を用いて、他の衛星信号を補足することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の位置検知システム。
ＧＮＳＳ衛星からの衛星信号をスナップショット受信するＧＮＳＳセンサ端末が送信するスナップショットＧＮＳＳ信号から得られる前記ＧＮＳＳ衛星のコード位相およびドップラ周波数を用いて、前記ＧＮＳＳセンサ端末の位置を測位する演算装置、を備え、
前記演算装置は、前記ＧＮＳＳセンサ端末が送信した前記スナップショットＧＮＳＳ信号を受信した中継装置の位置情報を用いて、前記ＧＮＳＳセンサ端末の初期位置を推定することを特徴とする位置検知装置。
ＧＮＳＳ衛星からの衛星信号をＧＮＳＳセンサ端末でスナップショット受信し、
１以上の中継装置で、前記ＧＮＳＳセンサ端末が送信するスナップショットＧＮＳＳ信号を受信し、
前記スナップショットＧＮＳＳ信号から得られる前記ＧＮＳＳ衛星のコード位相およびドップラ周波数を用いて、前記ＧＮＳＳセンサ端末の位置を測位し、
前記ＧＮＳＳセンサ端末を測位する際に、前記ＧＮＳＳセンサ端末が送信した前記スナップショットＧＮＳＳ信号を受信した前記中継装置の位置情報を用いて、前記ＧＮＳＳセンサ端末の初期位置を推定する、ことを特徴とする位置検知方法。
ＧＮＳＳ衛星からの衛星信号をスナップショット受信する受信部と、
前記衛星信号から前記ＧＮＳＳ衛星のコード位相およびドップラ周波数を算出するベースバンド部と、
前記コード位相および前記ドップラ周波数を送信する送信部と、を備えることを特徴とするセンサ端末。