JP2537643B2

JP2537643B2 - Ｇｐｓ航法装置

Info

Publication number: JP2537643B2
Application number: JP62264960A
Authority: JP
Inventors: 研一小林; 俊雄古谷; 英機和智; 正彦竹原
Original assignee: Koden Electronics Co Ltd
Current assignee: Koden Electronics Co Ltd
Priority date: 1987-10-20
Filing date: 1987-10-20
Publication date: 1996-09-25
Anticipated expiration: 2011-09-25
Also published as: JPH01107180A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、衛星からの電波を利用してユーザー位置を
決定するGPS航法装置に関する。

〔従来の技術〕従来のGPSで民間に解放される計画のGPS衛星の送信電
波、つまり、測位信号は、L₁波（キャリヤー 1575.42M
Hz）のC/Aコードを利用して衛星とユーザー位置との擬
似距離を測定する方式である。また、衛星からは、軍用
のＰコード（そのコードは発表されることはない）も送
信されている。この送信は、Ｐコードによる擬似ランダ
ム符号（PRNコード）でスペクトラム拡散され、電離層
補正用にL₁波のほかにL₂波（キャリヤー 1227.6MHz）
も送信されている。（L₁波、L₂波共にＰコードを使用し
ている。）民間用では、L₁波でのC/Aコードの相関を取ることに
より擬似距離を求め、衛星データを復調することによ
り、衛星の軌道パラメータ、電離層補正パラメータを用
いて衛星３〜４個よりユーザー位置を算出するものであ
る。

しかし、電離層補正パラメータを用いる電離層補正は
一般に中緯度では比較的良いが、局部的な位置たとえば
低緯度ではかなり誤差を生じる。

そのため従来の民間用GPSシステムでは電離層補正
は、衛星から送信されるデータにより補正を行うが実際
の半分位補正できれば良いとされていた。

また、軍用では、Ｐコードを使用しているため、L
₁波、L₂波の２周波数を利用して、それぞれの周波数の
電離層遅延による差を計測してより精確に、電離層補正
が行える。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の方法では軍用のＰコードが発表されていないた
め、民間用のC/Aコードのみを使用して、すなわちL₁波
のみを使用して電離層補正を行っていた。このため、電
離層補正が不完全であり、局部的な位置たとえば低緯度
ではかなりの誤差を生じ、民間用のGPS受信機では精度
の向上が余り望めないという問題が有る。

〔問題点を解決するための手段〕

L₁波のC/Aコード受信によりユーザー位置を測定するC
/Aコード用GPS受信手段と、衛星から送られてくる前記L
₁波と前記L₂波の２波を受信する２波受信手段と、前記
２波受信手段で受信したL₁波、L₂波とに共通のスペクト
ラム拡散されているＰコードによる擬似ランダム符号
（PRNコード）をそれぞれ検出するＰコードによるPRNコ
ード検出手段と、前記ＰコードによるPRNコード検出手
段により検出されたL₁波およびL₂波のＰコードによるPR
Nコードの位相を一致させるための遅延量を設定する遅
延量設定手段と、を設けることにより電離層遅延を求
め、C/Aコード受信により測定した各衛星の擬似距離に
補正を行う。

〔実施例〕

以下、実施例を説明する。

第１図について説明すると、これは、32で示す本発明
の部が付加されるようにした一般的なC/Aコード用GPS受
信機であり、半無指向性１のアンテナよりGPS信号を受
信し、増幅し、第１中間周波数に変換する。第２中間周
波数を発生するミキサー５、12、19により受信すべき衛
星のPRNコードをＥ（早）、Ｌ（遅）、Ｐ（同位相）用
の半チップずれたコードとおのおの相関を取り、PRNコ
ードの逆拡散を行う。

また、上記E,L,P用のPRNコードは第２中間周波数を発
生すべく第２ローカル周波数をミキサー６、13、20で混
合されている。

おのおのE,L,P用の第２中間周波数は、それぞれ狭帯
域バンドパス・フィルター７、14、21に供給される。各
衛星のドップラーシフトによる周波数変化分を補正する
キャリヤー周波数発生器27は、信号処理部28より数値制
御され、各第２中間周波数に同期される。そして、各第
2IF増幅器８、15、22の出力は位相検波され、直流成分
に変換される。

その直流に変換されたE,L,Pは高周波成分を除去する
ためにローパスフィルター10、17、24を通過した後、A/
D変換器11、18、25でA/D変換され、信号処理部28に供給
される。

信号処理部28内では（Ｅ−Ｌ）の差分の変化により、
PRNコード発生器26の位相を制御してコードの追尾を行
なっている。

また、PRNコード発生器26のコード位相と自分の時計
との位相差が受信した衛星の擬似距離であり、これを交
互に時分割して３〜４個の衛星の擬似距離を計る。

第１図中、32の部分が本発明に具備された回路であ
り、第２図に詳細に記してある。

第２図における目的は、GPS衛星の各衛星コードは、
各衛星独自のPRNコードが割り当てられており、C/Aコー
ドは解放されている。また、Ｐコード（L₁波 1575.42M
Hz、L₂波 1227.6MHz）は未知であるが送信されてい
る。

このL₁波、L₂波に同一のＰコードのPRNコードを検出
し、電離層による遅延分を補正して相関を取り、相関値
（積分の値）が最大になる位置が２周波の電離層遅延量
の差になる。この電離層遅延量を各衛星について求め、
上記、説明した第１図のC/Aコード用GPS受信機で測定し
た各衛星の擬似距離に補正を加えることで、より精確に
ユーザー位置を求めるものである。

40は指向性回転型の制御可能なGPS受信アンテナであ
り、第１図のC/Aコード用のGPS受信機で測定に使用した
各衛星の中から１つの衛星のL₁波及びL₂波の周波数を受
信する。

受信した信号は、おのおのL₁波、L₂波の増幅器で増幅
され、周波数シンセサイザー30からのローカル信号でミ
キサーされ、第１中間周波数に変換される。各L₁波、L₂
波の第１中間周波数は、おのおの第２中間周波数に変換
され増幅される。

一方、第１図で捕捉した衛星のL₁波のキャリヤー周波
数の値は、ＰコードのL₁波に対しても同一であり、Ａか
ら供給され、第２中間周波数信号は位相検波器54で位相
検波される。位相検波信号はC/Aコードを取り除くため1
MHz以上、また、高調波成分を除去するため10MHz以下の
バンドパスフィルター55に供給され未知のPRNコード信
号が発生する。

また、既知のL₁波キャリヤー周波数よりL₂波のドップ
ラー周波数変化に対する周波数量はL₁波とL₂波の関係よ
り計算可能であり信号処理部28よりＢとして、L₂キャリ
ヤー周波数発生器60に数値制御を行なう。

一般にドップラー周波数変位量は ΔＦv/C×ｆ・・・・・（１）であり、 ΔF:ドップラー周波数変位量 v:相対速度 C:光速 f:送信周波数 ΔF₁＝v/C×fL₁ ・・・・・（２） ΔF₂＝v/C×fL₂ ・・・・・（３）式（12）（13）より ΔF₂/ΔF₁＝fL₂/fL₁＝1227.6MHz/1575.42MHz 0.779 ΔF₂0.779×ΔF₁ ・・・・（４）（４）式より容易に、L₂波のドップラー変位量をL₁波
より計算することができる。

一方、L₂波第２中間周波数は、L₂キャリヤー周波数発
生器60からの信号で位相検波されローパスフィルター47
を通過して、L₂波信号でのPRNコードが発生される。

これらL₁波、L₂波のPRNコードは、A/D変換され、掛け
合わされ、積分され、その出力はＣとして信号処理部28
内で最大値を持つように、遅延回路57の遅延量をＤ入力
から信号処理部28により制御する。

この遅延回路57のＤ入力の遅延量により、電離層によ
る遅延量が測定可能となる。

一般に電離層遅延は次のような式で示されることで知
られている。

τ_GD＝A/f²＋B/f³＋C/f⁴＋・・・A/f² ・・・（５） τ_GD:電離層グループ遅延 A,B,C・・・：各項の定数 L₂波とL₁波の周波数の電離層遅延量の差は、次の如く
になる。

Δτ＝τ_GD（L₂）−τ_GD（L₁）＝A/（fL₂）^２−A/（fL₁）^２＝｛A/（fL₁）^２｝×｛（fL₁/fL₂）^２−１｝ τ_GD（L₁）｛（fL₁/fL₂）^２−１｝・・・（６） τ_GD（L₂）:L₂波（1227.6MHz）の周波数での電離層遅延
量 τ_GD（L₁）:L₁波（1575.42MHz）の周波数での電離層遅
延量 Δτ:L₂波とL₁波との電離層遅延量の差 Δτ＝τ_GD（L₂）｛（1575.72/1227.6）^２−１｝＝0.647τ_GD（L₁） ∴τ_GD（L₁）＝1.546×Δτ ・・・（７）上式（７）よりΔτを測定する事により、各衛星のL₁
波周波数での電離層遅延量を求め、C/Aコードで測定し
た各衛星の電離層補正を行うものである。

本発明においては、未知のＰコードのPRNコードを使
用するため、L₁波のC/Aコード受信によりユーザー位置
を測定するC/Aコード用GPS受信機で使用したと同じ衛星
の信号を使用する必要がある。そのため、C/Aコード受
信機で捕捉した衛星の方向に向ける、アンテナを備えて
いる。

ある衛星にアンテナを向ける技術は、推定位置からの
C/Aコードで受信した衛星の仰角と方位角を計算するこ
とが容易であるため、サーボ機構等で簡単にアンテナを
その衛星に指向させられる事により容易に実現できるこ
とは云うまでもない。

以上、第１図、第２図において、説明した内容より、
例えば第２図における中間周波数の構成やA/D変換器を
用いずにアナログで処理する構成等は、容易に考えられ
る。

なお、40指向性回転型アンテナの指向性と衛星との関
係は、例えば、第３図Ａのような配置であり、指向方向
制御は、例えば、第３図Ｂのように構成づけられること
は、上記の説明から理解し得るであろう。

〔発明の効果〕

以上説明したように、回転指向性制御型のアンテナを
用い、L₁波、L₂波内に含まれる、PRNコードの同時受信
を行い、PRNコードの位相を計ることでの２周波の違い
による、電離層遅延の値は衛星データより供給される値
より精確であり、従来の衛星データから、電離層補正し
たGPS受信器より、より精確な位置測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面は、実施例を示し、第１図・第２図はブロック構成
図、第３図Ａ・第３図Ｂはアンテナ部分の構成略図であ
る。 1:GPS半無指向性アンテナ、2:L₁（1575.42MHz）RF増幅
器、3:ミキサー、4:第1IF増幅器、5:ミキサー、6:PRNコ
ード用ミキサー（Ｐ）、7:バンドパス・フィルター、8:
第2IF増幅器、9:位相検波器、10:ローパスフィルター、
11:A/D変換器、12:ミキサー、13:PRNコード用ミキサー
（Ｌ）、14:バンドパス・フィルター、15:第2IF増幅
器、16:位相検波器、17:ローパスフィルター、18:A/D変
換器、19:ミキサー、20:PRNコード用ミキサー（Ｅ）、2
1:バンドパス・フィルター、22:第2IF増幅器、23:位相
検波器、24:ローパスフィルター、25:A/D変換器、26:PR
Nコード発生器、27:キャリヤー周波数発生器、28:信号
処理部、29:基準発振器、30:周波数シンセサイザー、4
0:GPS指向性回転型アンテナ、41:L₂（1227.6MHz）RF増
幅器、42:ミキサー、43:第1IF増幅部、44:ミキサー、4
5;第2IF増幅部、46:位相検波器、47:ローパス・フィル
ター、48:A/D変換器、49:L₁（1575.42MHz）RF増幅器、5
0:ミキサー、51:第1IF増幅部、52:ミキサー、53:第2IF
増幅部、54:位相検波器、55:バンドパス・フィルター、
56:A/D変換器、57:遅延回路、58:掛算器、59:積分回
路、60:キャリヤー周波数発生器。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−294382（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−289474（ＪＰ，Ａ) 特公昭59−2870（ＪＰ，Ｂ２) 日本測地学会編著「ＧＰＳ−人工衛星による精密測位システム−」（昭61−11 −10）社団法人日本測量協会Ｐ．217− 244

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】L₁波をC/AコードとＰコードとにより、L₂
波をＰコードによりそれぞれ擬似ランダム符号（PRNコ
ード）でスペクトラム拡散した電波信号を、測位信号と
するGPS航法装置において、 a.L₁波のC/Aコード受信によりユーザー位置を測定するC
/Aコード用GPS受信手段と、 b.衛星から送られてくる前記L₁波と前記L₂波の２波を受
信する２波受信手段と、 c.前記２波受信手段で受信したL₁波、L₂波とに共通のス
ペクトラム拡散されているＰコードによる擬似ランダム
符号（PRNコード）をそれぞれ検出するＰコードによるP
RNコード検出手段と、 d.前記ＰコードによるPRNコード検出手段により検出さ
れたL₁波およびL₂波のＰコードによるPRNコードの位相
を一致させるための遅延量を設定する遅延量設定手段
と、を具備することにより電離層遅延を求め、C/Aコード受
信により測定した各衛星の擬似距離に補正を行うことを
特徴とするGPS航法装置。
【請求項２】特許請求範囲第１項記載の航法装置であっ
て、 a.前記２波受信手段に対するアンテナとして回転型の指
向性アンテナを具備することを特徴とするGPS航法装
置。