JP2889796B2 - 方位角測定の装置と方法 - Google Patents
方位角測定の装置と方法Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/13—Receivers
- G01S19/35—Constructional details or hardware or software details of the signal processing chain
- G01S19/37—Hardware or software details of the signal processing chain
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
- G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/53—Determining attitude
- G01S19/54—Determining attitude using carrier phase measurements; using long or short baseline interferometry
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に地球位置決め装置
（ＧＰＳ）に関係し、特に同一のＧＰＳ衛星キャリヤを
受信する２個以上のアンテナからの２つ以上の信号の位
相差の測定を行い、ＧＰＳアンテナを取付けた台又は車
輛の姿勢を決定する方法と装置に関係する。
（ＧＰＳ）に関係し、特に同一のＧＰＳ衛星キャリヤを
受信する２個以上のアンテナからの２つ以上の信号の位
相差の測定を行い、ＧＰＳアンテナを取付けた台又は車
輛の姿勢を決定する方法と装置に関係する。
【０００２】
【従来の技術】米国は地球位置決めシステム（ＧＰＳ）
の一部として軌道上に衛星群を配置し、この衛星群は民
間用及び軍用に使用可能で、読取の容易なディジタル表
示上で自動化された高度に正確な地球位置座標を得るこ
とができる。今どこにいるかを決定することは何千年に
も渡って船乗りにとって重要な問題であった。今や小さ
な帆船所有者や、個々の戦闘兵士でさえもＧＰＳにより
携帯装置を用いて数メートルの誤差でその位置を得るこ
とができる。
の一部として軌道上に衛星群を配置し、この衛星群は民
間用及び軍用に使用可能で、読取の容易なディジタル表
示上で自動化された高度に正確な地球位置座標を得るこ
とができる。今どこにいるかを決定することは何千年に
も渡って船乗りにとって重要な問題であった。今や小さ
な帆船所有者や、個々の戦闘兵士でさえもＧＰＳにより
携帯装置を用いて数メートルの誤差でその位置を得るこ
とができる。
【０００３】ＧＰＳを基にした姿勢決定は、慣性誘導が
伝統的に標準的な方式であった応用例に対して相当なコ
スト節約を提供する。姿勢は２個以上のアンテナ間のＧ
ＰＳキャリヤ位相の差測定により決定される。性能は精
度と帯域によって特徴づけられ、この両者ともにアンテ
ナ間隔、多重路信号干渉、ＧＰＳ信号のキャリヤ対雑音
比など適用上固有のパラメータに依存している。
伝統的に標準的な方式であった応用例に対して相当なコ
スト節約を提供する。姿勢は２個以上のアンテナ間のＧ
ＰＳキャリヤ位相の差測定により決定される。性能は精
度と帯域によって特徴づけられ、この両者ともにアンテ
ナ間隔、多重路信号干渉、ＧＰＳ信号のキャリヤ対雑音
比など適用上固有のパラメータに依存している。
【０００４】１対のアンテナから受信したキャリヤの相
対位相角を測定するための従来技術には多数の方法があ
るが、多くのものは各アンテナに１個つづの２個の殆ん
ど同一なハードウェア・チャネルから構成されている。
相対位相は各チャネルから得られる。背景として読者
は、ホームズ（Ｈｏｌｍｅｓ）他に１９８９年２月２１
日に付与された米国特許第４，８０７，２５６号、メイ
ハー（Ｍａｈｅｒ）に１９８４年１１月２７日に付与さ
れた第４，４８５，３８３号、ジョンソン（Ｊｏｈｎｓ
ｏｎ）他に１９８４年８月２８日に付与された第４，４
６８，７９３号を参照されたい。この事項に対する情報
的論文はシー・ジョンソン（Ｃ．Ｊｏｈｎｓｏｎ）他に
より航海研究所（１９８１年６月の「航海」）から再録
されて「多重化ＧＰＳユーザー・セットの応用」１９８
４年第ＩＩ巻、ＩＳＢＮ ０−９３６４０６−０１−
１、６１−７７頁に発表されている。
対位相角を測定するための従来技術には多数の方法があ
るが、多くのものは各アンテナに１個つづの２個の殆ん
ど同一なハードウェア・チャネルから構成されている。
相対位相は各チャネルから得られる。背景として読者
は、ホームズ（Ｈｏｌｍｅｓ）他に１９８９年２月２１
日に付与された米国特許第４，８０７，２５６号、メイ
ハー（Ｍａｈｅｒ）に１９８４年１１月２７日に付与さ
れた第４，４８５，３８３号、ジョンソン（Ｊｏｈｎｓ
ｏｎ）他に１９８４年８月２８日に付与された第４，４
６８，７９３号を参照されたい。この事項に対する情報
的論文はシー・ジョンソン（Ｃ．Ｊｏｈｎｓｏｎ）他に
より航海研究所（１９８１年６月の「航海」）から再録
されて「多重化ＧＰＳユーザー・セットの応用」１９８
４年第ＩＩ巻、ＩＳＢＮ ０−９３６４０６−０１−
１、６１−７７頁に発表されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】多重チャネル装置は固
有のバイアスを有し、不可避的に二重系であり、従って
製造保守が高価である。それ故ＧＰＳ姿勢決定の実用的
応用を可能とするためにはより高価でない別案が必要で
ある。
有のバイアスを有し、不可避的に二重系であり、従って
製造保守が高価である。それ故ＧＰＳ姿勢決定の実用的
応用を可能とするためにはより高価でない別案が必要で
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】それ故本発明の目的は、
マスタ・スレーブＧＰＳアンテナの相対キャリヤ位相差
を基に姿勢を決定できるＧＰＳ装置ハードウェアのコス
トを減少させることである。
マスタ・スレーブＧＰＳアンテナの相対キャリヤ位相差
を基に姿勢を決定できるＧＰＳ装置ハードウェアのコス
トを減少させることである。
【０００７】簡単には、本発明の実施例は２個以上のＧ
ＰＳアンテナにより受信したキャリヤ信号を単一のハー
ドウェア路を介して時間多重化する装置を含む。当該ハ
ードウェア路中の単一の受信器中の発振器を各アンテナ
からの位相を比較するための基準として用いる。アンテ
ナの内の１つを基準アンテナとして指定し、これにより
受信したキャリヤ信号を用いて数値制御発振器を位相ロ
ックインする。他方のアンテナにより受信した同じキャ
リヤ信号は数値制御発振器の出力と周期的に位相を比較
される。比較の度にマスターアンテナと比較した各アン
テナの位相差測定が行われる。
ＰＳアンテナにより受信したキャリヤ信号を単一のハー
ドウェア路を介して時間多重化する装置を含む。当該ハ
ードウェア路中の単一の受信器中の発振器を各アンテナ
からの位相を比較するための基準として用いる。アンテ
ナの内の１つを基準アンテナとして指定し、これにより
受信したキャリヤ信号を用いて数値制御発振器を位相ロ
ックインする。他方のアンテナにより受信した同じキャ
リヤ信号は数値制御発振器の出力と周期的に位相を比較
される。比較の度にマスターアンテナと比較した各アン
テナの位相差測定が行われる。
【０００８】本発明の利点は、位相差測定を実施するた
めに著しく少いハードウェアしか必要としない装置を提
供することである。
めに著しく少いハードウェアしか必要としない装置を提
供することである。
【０００９】本発明の他の利点は、各アンテナからの信
号は同一の信号路を共有し、従って差演算で正確に取消
されるため、多重チャネル装置に固有の装置バイアスを
除去した堅牢な装置を提供することである。
号は同一の信号路を共有し、従って差演算で正確に取消
されるため、多重チャネル装置に固有の装置バイアスを
除去した堅牢な装置を提供することである。
【００１０】本発明の利点は、異なるアンテナ視野制約
を有するＧＰＳユーザーがいろいろなアンテナを介して
異なるＧＰＳ衛星を追跡することが可能な装置を提供す
ることである。宇宙又は航空応用では、乗物の向き又は
取付上の制約がしばしば単一アンテナが完全なＧＰＳ視
界を有することを妨げる。
を有するＧＰＳユーザーがいろいろなアンテナを介して
異なるＧＰＳ衛星を追跡することが可能な装置を提供す
ることである。宇宙又は航空応用では、乗物の向き又は
取付上の制約がしばしば単一アンテナが完全なＧＰＳ視
界を有することを妨げる。
【００１１】本発明のこれらの及び他の目的と利点は、
各種の図面に図示されている望ましい実施例の以後の詳
細な説明を読めば当業者には当然明かである。
各種の図面に図示されている望ましい実施例の以後の詳
細な説明を読めば当業者には当然明かである。
【００１２】
【実施例】図１はＧＰＳキャリヤ位相測定装置１０を図
示し、これはマスターアンテナ１２、複数個のスレーブ
アンテナ１４、入力多重スイッチ１６、コード発生器１
７、無線周波数（ＲＦ）増幅段１８、排他的ＯＲ（ＸＯ
Ｒ）ゲート１９、合相（Ｉ）及び直交位相（Ｑ）信号を
有する相関器２０、１対の相関器２１、入力多重器１６
と同期している出力多重器２２、加算器２３、複数個の
位相差フィルタ（Ｈ（Ｚ）２４、コード・トラッキング
・フィルタ（Ｄ（Ｚ））２５、トラッキング・ループ・
フィルタ（Ｃ（Ｚ））２６、早遅差（Ｅ−Ｌ）累算器２
７、数値制御される発振器（ＮＣＯ）２８、帰還信号３
０、出力３２、複数個の位相差角出力３４を含む。多重
スイッチ１６，２２は高速ＧａＡｓ電界効果トランジス
タ（ＦＥＴ）又はＰＩＮダイオードのどちらかにより構
成されるものであってよい。マイクロコンピュータ（図
示せず）はソフトウェアで実行されるフィルタリング３
６を含み、図２に流れ図を示したコンピュータ・プロセ
スを実行することにより装置１０を制御する。マイクロ
コンピュータの代りに他の制御装置も使用可能である
が、マイクロコンピュータはソフトウェアが装置１０中
の全ての重要な仕事を制御し、装置１０の動作を変更す
る迅速で容易な方法を可能とするため、マイクロコンピ
ュータが望ましい。図２のプロセスは必ずしも装置１０
を制御する唯一の方法ではない。他の方式も無論満足で
きるものであることが証明できる。本明細書で提示する
流れ図構造は単なる一例である。位相差フィルタ２４、
コード・トラッキング・フィルタ２５、及びトラッキン
グ・ループ・フィルタ２６は本例ではソフトウェアで実
行されている。これらの要素を実行するためにハードウ
ェアを用いても同様に成功する。
示し、これはマスターアンテナ１２、複数個のスレーブ
アンテナ１４、入力多重スイッチ１６、コード発生器１
７、無線周波数（ＲＦ）増幅段１８、排他的ＯＲ（ＸＯ
Ｒ）ゲート１９、合相（Ｉ）及び直交位相（Ｑ）信号を
有する相関器２０、１対の相関器２１、入力多重器１６
と同期している出力多重器２２、加算器２３、複数個の
位相差フィルタ（Ｈ（Ｚ）２４、コード・トラッキング
・フィルタ（Ｄ（Ｚ））２５、トラッキング・ループ・
フィルタ（Ｃ（Ｚ））２６、早遅差（Ｅ−Ｌ）累算器２
７、数値制御される発振器（ＮＣＯ）２８、帰還信号３
０、出力３２、複数個の位相差角出力３４を含む。多重
スイッチ１６，２２は高速ＧａＡｓ電界効果トランジス
タ（ＦＥＴ）又はＰＩＮダイオードのどちらかにより構
成されるものであってよい。マイクロコンピュータ（図
示せず）はソフトウェアで実行されるフィルタリング３
６を含み、図２に流れ図を示したコンピュータ・プロセ
スを実行することにより装置１０を制御する。マイクロ
コンピュータの代りに他の制御装置も使用可能である
が、マイクロコンピュータはソフトウェアが装置１０中
の全ての重要な仕事を制御し、装置１０の動作を変更す
る迅速で容易な方法を可能とするため、マイクロコンピ
ュータが望ましい。図２のプロセスは必ずしも装置１０
を制御する唯一の方法ではない。他の方式も無論満足で
きるものであることが証明できる。本明細書で提示する
流れ図構造は単なる一例である。位相差フィルタ２４、
コード・トラッキング・フィルタ２５、及びトラッキン
グ・ループ・フィルタ２６は本例ではソフトウェアで実
行されている。これらの要素を実行するためにハードウ
ェアを用いても同様に成功する。
【００１３】図１に示したアンテナ群（１２又は１４）
の内の任意のＧＰＳアンテナをマスターアンテナ１２と
して指定する。「マスター」というラベルは任意であ
る。マスターアンテナ１２として選択される１つのアン
テナは最小量の多重路干渉しか持たず最強の信号受信を
するものが望ましい。（受信信号品質を常に再評価し、
マスターアンテナ１２として指定するアンテナを再割当
てする装置を含むことが有用である。）多重器１６がマ
スターアンテナ１２からＲＦ増幅器１８へ接続する度
に、出力多重器２２を介してトラッキング・ループ・フ
ィルタ２６へ出力される誤差信号かつ相関器２０により
発生される。生成した周波数及び位相補正はトラッキン
グ・ループ・フィルタ２６からＮＣＯ２８へ通信され
る。ＮＣＯ２８の出力の一部は帰還信号３０により相関
器２０へ戻される。ＮＣＯはコード発生器１７を調時
し、早、同速、遅出力を発生する。同速出力はＲＦ増幅
器１８により出力されるキャリヤ信号と排他的ＯＲ的に
結合されて再構成キャリヤ信号を発生する。帰還信号３
０はＸＯＲゲート１９から来る再構成キャリヤと比較さ
れる。
の内の任意のＧＰＳアンテナをマスターアンテナ１２と
して指定する。「マスター」というラベルは任意であ
る。マスターアンテナ１２として選択される１つのアン
テナは最小量の多重路干渉しか持たず最強の信号受信を
するものが望ましい。（受信信号品質を常に再評価し、
マスターアンテナ１２として指定するアンテナを再割当
てする装置を含むことが有用である。）多重器１６がマ
スターアンテナ１２からＲＦ増幅器１８へ接続する度
に、出力多重器２２を介してトラッキング・ループ・フ
ィルタ２６へ出力される誤差信号かつ相関器２０により
発生される。生成した周波数及び位相補正はトラッキン
グ・ループ・フィルタ２６からＮＣＯ２８へ通信され
る。ＮＣＯ２８の出力の一部は帰還信号３０により相関
器２０へ戻される。ＮＣＯはコード発生器１７を調時
し、早、同速、遅出力を発生する。同速出力はＲＦ増幅
器１８により出力されるキャリヤ信号と排他的ＯＲ的に
結合されて再構成キャリヤ信号を発生する。帰還信号３
０はＸＯＲゲート１９から来る再構成キャリヤと比較さ
れる。
【００１４】結局、閉ループ帰還によりＮＣＯ２８はマ
スターアンテナ１２に見られるＧＰＳキャリヤの周波数
及び位相にロックオンする。スレーブアンテナ１４から
来る位相差は従って受信キャリヤ信号を送信している特
定のＧＰＳ衛星からスレーブアンテナがより離れている
又はより近い結果として解釈できる。周期的に入力多重
器１６がスレーブアンテナ１４を選択すると、出力多重
器２２は相関器２０の出力を位相差フィルタ２４へ送
る。入力多重器１６と出力多重器２０間の路はこのよう
に共有されているため、位相遅延整合の必要性は除去さ
れる。各位相角出力差３４は各スレーブアンテナ１４に
より見られ、かつ相関器２０によりＮＣＯ２８に比較さ
れたＧＰＳキャリヤの位相角差を表わす。それ故、ＧＰ
Ｓ無線キャリヤの伝播線とマスターアンテナ１２とスレ
ーブアンテナ１４との間で引かれた基線との間にどんな
角度が存在するかは従来の装置により数学的に決定され
る。マスターアンテナ１２とスレーブアンテナ１４が船
の船首と船尾に各々配置された場合、船の方位、これは
アンテナ間の基線に平行である、は正確に評価可能であ
る。トラッキング・ループ・フィルタ２６とＮＣＯ２８
は、排他的でマスターアンテナ１２から得られる信号に
のみロックオンするようにされている。
スターアンテナ１２に見られるＧＰＳキャリヤの周波数
及び位相にロックオンする。スレーブアンテナ１４から
来る位相差は従って受信キャリヤ信号を送信している特
定のＧＰＳ衛星からスレーブアンテナがより離れている
又はより近い結果として解釈できる。周期的に入力多重
器１６がスレーブアンテナ１４を選択すると、出力多重
器２２は相関器２０の出力を位相差フィルタ２４へ送
る。入力多重器１６と出力多重器２０間の路はこのよう
に共有されているため、位相遅延整合の必要性は除去さ
れる。各位相角出力差３４は各スレーブアンテナ１４に
より見られ、かつ相関器２０によりＮＣＯ２８に比較さ
れたＧＰＳキャリヤの位相角差を表わす。それ故、ＧＰ
Ｓ無線キャリヤの伝播線とマスターアンテナ１２とスレ
ーブアンテナ１４との間で引かれた基線との間にどんな
角度が存在するかは従来の装置により数学的に決定され
る。マスターアンテナ１２とスレーブアンテナ１４が船
の船首と船尾に各々配置された場合、船の方位、これは
アンテナ間の基線に平行である、は正確に評価可能であ
る。トラッキング・ループ・フィルタ２６とＮＣＯ２８
は、排他的でマスターアンテナ１２から得られる信号に
のみロックオンするようにされている。
【００１５】図２に図示したプロセス５０はエポック
（時間）サービス・ルーチンを開始する段階５２を含
む。段階５４は次回の測定の組に使用するためのアンテ
ナ（１２又は１４）を選択し、これに従って入力多重器
１６をセットする。段階５６は、入力多重器１６がマス
ターアンテナに又はスレーブアンテナ１４の内の１つの
どちらを選択したかを決定する。段階５８（閉キャリヤ
・トラッキング・ループ）は相関器２０から得た測定キ
ャリヤ位相トラッキング誤差を基にＮＣＯ２８を更新す
る。マスターアンテナ１４を選択した場合、どのスレー
ブアンテナ１４を選択したかに応じて、（段階５６によ
り）段階６０又は段階６２のどちらかが代りに呼ばれて
スレーブアンテナ位相差ループを閉じる。段階６４（閉
コード・トラッキング・ループ）は早遅差累算器２７か
らの計測コード・トラッキング誤差を基にコード位相を
更新する。ＧＰＳによる位置固定を実行する過程の一部
として、整合した方法で多重化するＧＰＳ衛星から送信
されたＧＰＳデータを同時に復調することが重要であ
る。この過程を容易にするため多数の段階が必要であ
る。段階６６（新たな符号測定を記録）は、データ・ビ
ット期間の一部に対して積分された変調データの符号と
共にアンテナ・スイッチが発生した時間の記録を記憶す
る。段階６８（ビット転移の時間を記録）はＧＰＳデー
タ中のビット転移の検出を含み、照準合せの重要な必要
条件である。これらの転移の時間の記録により受信器は
ＧＰＳ衛星と受信器との間に何個の整数Ｃ／Ａコード・
エポックがあるかを決定する。別々のＧＰＳ衛星に対し
て転移が異なる時間に生じるため多重化はビット転移の
分解能を複雑化する。アンテナ切換えは必然的に制約さ
れて、現在同時に追跡されている全てのＧＰＳ衛星から
の信号に影響される。
（時間）サービス・ルーチンを開始する段階５２を含
む。段階５４は次回の測定の組に使用するためのアンテ
ナ（１２又は１４）を選択し、これに従って入力多重器
１６をセットする。段階５６は、入力多重器１６がマス
ターアンテナに又はスレーブアンテナ１４の内の１つの
どちらを選択したかを決定する。段階５８（閉キャリヤ
・トラッキング・ループ）は相関器２０から得た測定キ
ャリヤ位相トラッキング誤差を基にＮＣＯ２８を更新す
る。マスターアンテナ１４を選択した場合、どのスレー
ブアンテナ１４を選択したかに応じて、（段階５６によ
り）段階６０又は段階６２のどちらかが代りに呼ばれて
スレーブアンテナ位相差ループを閉じる。段階６４（閉
コード・トラッキング・ループ）は早遅差累算器２７か
らの計測コード・トラッキング誤差を基にコード位相を
更新する。ＧＰＳによる位置固定を実行する過程の一部
として、整合した方法で多重化するＧＰＳ衛星から送信
されたＧＰＳデータを同時に復調することが重要であ
る。この過程を容易にするため多数の段階が必要であ
る。段階６６（新たな符号測定を記録）は、データ・ビ
ット期間の一部に対して積分された変調データの符号と
共にアンテナ・スイッチが発生した時間の記録を記憶す
る。段階６８（ビット転移の時間を記録）はＧＰＳデー
タ中のビット転移の検出を含み、照準合せの重要な必要
条件である。これらの転移の時間の記録により受信器は
ＧＰＳ衛星と受信器との間に何個の整数Ｃ／Ａコード・
エポックがあるかを決定する。別々のＧＰＳ衛星に対し
て転移が異なる時間に生じるため多重化はビット転移の
分解能を複雑化する。アンテナ切換えは必然的に制約さ
れて、現在同時に追跡されている全てのＧＰＳ衛星から
の信号に影響される。
【００１６】１実施例では、段階５４のアンテナ選択
は、スイッチング端縁がデータ・ビット転移端縁に対し
てドリフトするように設定されている。ビット転移は現
在追跡している全てのＧＰＳ衛星で検出可能である。段
階６８（ビット転移の時間を記録）は受信データの符号
の記憶した記録を利用してビット転移を検出し、従って
アンテナ・スイッチング事象時に各転移は観測されな
い。
は、スイッチング端縁がデータ・ビット転移端縁に対し
てドリフトするように設定されている。ビット転移は現
在追跡している全てのＧＰＳ衛星で検出可能である。段
階６８（ビット転移の時間を記録）は受信データの符号
の記憶した記録を利用してビット転移を検出し、従って
アンテナ・スイッチング事象時に各転移は観測されな
い。
【００１７】ディジタル・ハードウェア又はアナログ・
ハードウェアのどちらを基にしているかに係らず、アン
テナ・スイッチングは受信器を必ずサンプリング装置と
する。それ故これはエイリアジングとして一般に知られ
る条件の対象となる。アンテナ・スイッチング期間当り
半サイクルの整数倍に対応するキャリヤ位相速度は直流
としてのエイリアスを生じ、測定速度に誤差を生じる。
ハードウェアのどちらを基にしているかに係らず、アン
テナ・スイッチングは受信器を必ずサンプリング装置と
する。それ故これはエイリアジングとして一般に知られ
る条件の対象となる。アンテナ・スイッチング期間当り
半サイクルの整数倍に対応するキャリヤ位相速度は直流
としてのエイリアスを生じ、測定速度に誤差を生じる。
【００１８】相関器２０からのキャリヤ位相誤差は受信
器がマスターアンテナ上にある時間に観測され、エイリ
アジング条件が存在しているかどうかを決定する。段階
７０（エイリアジングの検査）では、受信器雑音を補償
するため数回ではなくそれ以上の回数のアンテナ・スイ
ッチ期間を通して平均化された測定を基に前記決定がな
される。エイリアジングを検出した場合、通常動作を再
開する前に信号追跡を補正する。段階７２（データの収
集）では、マスターアンテナ１２が追跡している全ての
ＧＰＳ衛星から受信した各データ・ビットの少くとも何
らかの部分を常にとらえるよう段階５４のアンテナ・ス
イッチングをスケジュールする。これらの部分は積分さ
れ、各受信データ・ビットはバッファに記憶される。Ｇ
ＰＳ信号のデータ変調はＧＰＳキャリヤの符号反転又は
１８０°位相シフト（半サイクル）に対応する。それ
故、各キャリヤ・トラッキング・ループ段階５８と位相
差ループ段階６０又は６２は半サイクルのモジューロで
ＧＰＳキャリヤに任意にロックオンする。（本明細書で
用いる用語モジューロは、半サイクルのグラニュラリテ
ィ（ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ）が存在し、半サイクル間
の角度はロックオン用には存在しないことを意味す
る。）データ変調は全てのアンテナからの信号に全く同
様に影響を与えるため、マスターアンテナとスレーブア
ンテナ間の半サイクルの不一致は解消可能である。追跡
している各ＧＰＳ衛星に対して、１対の段階７４，７６
（半サイクル・スリップの検査）は全てのスレーブアン
テナがマスターアンテナに対し同一の半サイクル・パリ
ティを保持していることを保証する。段階７８はエポッ
ク・サービス・プロセス５０を終了させる。
器がマスターアンテナ上にある時間に観測され、エイリ
アジング条件が存在しているかどうかを決定する。段階
７０（エイリアジングの検査）では、受信器雑音を補償
するため数回ではなくそれ以上の回数のアンテナ・スイ
ッチ期間を通して平均化された測定を基に前記決定がな
される。エイリアジングを検出した場合、通常動作を再
開する前に信号追跡を補正する。段階７２（データの収
集）では、マスターアンテナ１２が追跡している全ての
ＧＰＳ衛星から受信した各データ・ビットの少くとも何
らかの部分を常にとらえるよう段階５４のアンテナ・ス
イッチングをスケジュールする。これらの部分は積分さ
れ、各受信データ・ビットはバッファに記憶される。Ｇ
ＰＳ信号のデータ変調はＧＰＳキャリヤの符号反転又は
１８０°位相シフト（半サイクル）に対応する。それ
故、各キャリヤ・トラッキング・ループ段階５８と位相
差ループ段階６０又は６２は半サイクルのモジューロで
ＧＰＳキャリヤに任意にロックオンする。（本明細書で
用いる用語モジューロは、半サイクルのグラニュラリテ
ィ（ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ）が存在し、半サイクル間
の角度はロックオン用には存在しないことを意味す
る。）データ変調は全てのアンテナからの信号に全く同
様に影響を与えるため、マスターアンテナとスレーブア
ンテナ間の半サイクルの不一致は解消可能である。追跡
している各ＧＰＳ衛星に対して、１対の段階７４，７６
（半サイクル・スリップの検査）は全てのスレーブアン
テナがマスターアンテナに対し同一の半サイクル・パリ
ティを保持していることを保証する。段階７８はエポッ
ク・サービス・プロセス５０を終了させる。
【００１９】本発明は現在望ましい実施例に関して記述
してきたが、本開示は限定的なものとして解釈されるも
のではないことを理解すべきである。上記開示の読了後
当業者には各種の変更や修正が無論明かとなる。従っ
て、添附の特許請求の範囲が本発明の真の要旨と範囲内
に該当する全ての変更や修正をカバーするものとして解
釈されるべき意図である。
してきたが、本開示は限定的なものとして解釈されるも
のではないことを理解すべきである。上記開示の読了後
当業者には各種の変更や修正が無論明かとなる。従っ
て、添附の特許請求の範囲が本発明の真の要旨と範囲内
に該当する全ての変更や修正をカバーするものとして解
釈されるべき意図である。
【図１】本発明の実施例による姿勢測定装置のブロック
図。
図。
【図２】図１の装置を制御するコンピュータ実装プロセ
スの流れ図。
スの流れ図。
１０ ＧＰＳキャリヤ位相測定装置 １２ マスターアンテナ １４ スレーブアンテナ １６ 入力多重スイッチ １７ コード発生器 １８ ＲＦ増幅段 １９ 排他的ＯＲゲート ２０，２１ 相関器 ２２ 出力多重器 ２３ 加算装置 ２４ 位相差フィルタ ２５ コード・トラッキング・フィルタ ２６ トラッキング・ループ・フィルタ ２７ 早遅差累算器 ２８ ＮＣＯ ３２ 出力
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭２−140680（ＪＰ，Ａ) 特公 昭52−42595（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭52−42596（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 5/00 - 5/14 G01S 3/48
Claims (7)
- 【請求項１】 ナビゲーション衛星に関する相対的な幾
何学的関係に従って位相の異なる複数個の各出力信号を
発生する少くとも２個のナビゲーション衛星受信機アン
テナ（１２，１４）と； 選択されたアンテナ出力信号になるように各出力信号の
中から一つを選択する入力マルチプレクサ（１６）と； 前記選択されたアンテナ出力を受信するように接続され
増幅したＲＦ信号を発生する無線周波数増幅段（１８）
と；前記無線周波数増幅段に接続され誤り信号出力 を発生す
る相関器（１９，２０）と；前記入力マルチプレクサに同期して分配誤り信号出力の
分配を各差位相フィルタ（２４）及びトラッキングルー
プフィルタ（２６）に与える出力マルチプレクサ（２
２）と； 前記トラッキングループフィルタに接続され前記相関器
へのフィードバック信号（３０）を発生する可変周波数
発振器（２８）と； 前記可変周波数発振器を制御して前記ナビゲーション衛
星受信機アンテナの第１を選択している第１時間の間の
みに前記選択したアンテナの出力信号に位相をロックイ
ンする閉ループ（２５，２６，３０）と；前記出力マルチプレクサ（２２）に接続され前記ナビゲ
ーション衛星受信機アンテナの他のものを選択している
第２時間の間に前記フィードバック信号（３０）と前記
選択したアンテナの出力信号との間の位相差を測定する
位相差フィルタ（２４）とより成る方位角測定装置に於
いて、 測定された位相差（３４）は対応する各ナビゲーション
衛星受信機アンテナと前記ナビゲーション衛星との間の
照準差に比例するように仮定される 方位角測定装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の方位角測定装置におい
て、前記入力マルチプレクサは各ナビゲーション衛星受
信機アンテナ（１２，１４）の出力を前記無線周波数増
幅段（１８）へ連続的に送入する少くとも２個の高速Ｇ
ａＡｓ ＦＥＴスイッチを含む方位角測定装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の方位角測定装置におい
て、前記入力マルチプレクサは各ナビゲーション衛星受
信機アンテナ（１２，１４）の出力を前記無線周波数増
幅段（１８）へ連続的に送入する少くとも２個の高速Ｐ
ＩＮダイオードを含む方位角測定装置。 - 【請求項４】 ナビゲーション衛星無線伝送キャリアを
追跡し相関器出力を有する単一のナビゲーション衛星受
信機ハードウェア・チャネル（１７−２１，２３−２
８）と；複数のナビゲーション衛星受信機アンテナを前記単一の
ナビゲーション衛星受信機ハードウェアに選択的に接続
する入力マルチプレクサ（１６）と ；再生されたキャリア信号位相基準として役立つマスター
・アンテナ（１２）として作用する前記ナビゲーション
衛星受信機アンテナ（１２，１４）の１つで受信される
信号に対応する再生されたキャリア信号を指示する出力
マルチプレクサ（２２）と ；コード・トラッキング・フィルタ（２５）により周期的
に新しくされる基準周波出力（３０）を供給する数値制
御される発振器（２８） ；前記再生されたキャリア信号位相基準が前記ナビゲーシ
ョン衛星受信機ハードウェア・チャネルを通過する時、
上記ＮＣＯ（２８）に伝えられる周波数及び位相訂正を
生じるトラッキング・ループ・フィルタ（２６）；及び 前記ナビゲーション衛星受信機ハードウェア・チャネル
を通して前記ナビゲーション衛星受信機アンテナ（１
２，１４）の対応する１つに対して再生されたキャリア
信号をサンプルするように各々が接続され、ナビゲーシ
ョン衛星及びナビゲーション衛星受信機アンテナ（１
２，１４）間の相対幾何学的な角度を表わす１セットの
対応する位相角出力差（３４）を供給する複数の位相差
フィルタ（２４）と、 を含む測定装置。 - 【請求項５】 ２個以上の対応するナビゲーション衛星
受信機アンテナ（１２，１４）により各々受信した独立
の位相関係を有する少くとも第１及び第２のアンテナ信
号を時間多重化する段階と、 前記アンテナ信号の一方を時間多重化している第１時間
の間に前記一方のアンテナ信号へ可変周波数発振器を位
相ロックする段階と、 前記第１時間と十分近接した第２時間に前記可変周波数
発振器の基準周波数信号出力に対し前記一方のアンテナ
信号でない方の信号の位相を比較する段階であって、前
記可変周波数発振器が前記位相ロックから実質的にドリ
フトせず、前記位相比較により前記ナビゲーション衛星
受信機アンテナ（１２，１４）とナビゲーション衛星と
の間の照準差に比例する差を生じる比較段階と、 を含む姿勢決定方法。 - 【請求項６】 請求項５記載の姿勢決定方法において、
更に前記ナビゲーション衛星受信機アンテナ（１２，１
４）の一つを基準アンテナとして定める段階を含み、前
記位相ロックの段階は前記特定の一つのナビゲーション
衛星受信機アンテナ（１２，１４）へ前記可変周波数発
振器を位相ロックする段階を含む姿勢決定方法。 - 【請求項７】 複数個のナビゲーション衛星受信機アン
テナ（１２，１４）を共通の相関器に多重化し、アンテ
ナの内の１つを発振器のマスター基準として作用するよ
う任意に選択するアンテナ（１２，１４）位相角測定方
法において、 スレーブアンテナ（１２，１４）とマスタ
ーアンテナ（１２，１４）の群から次の測定の組に使用
されるアンテナ（１２，１４）を選択する段階と、 前記選択アンテナ（１２，１４）に従って入力多重器を
設定する段階と、 前記入力多重器はマスターアンテナ（１２）又はスレー
ブアンテナ（１４）のどちらに接続されるかを決定する
段階と、 相関器により前記入力多重器の出力で得られた測定キャ
リヤ位相トラッキング誤差を基に数値制御される発振器
を更新する段階と、 スレーブアンテナ（１４）を選択した場合スレーブアン
テナ位相差ループを閉じる段階と、 早遅差累算器からの測定コード・トラッキング誤差を基
にコード位相を更新する段階と、 アンテナ選択と同時に、ナビゲーション衛星から送信さ
れたナビゲーション衛星受信機データを復調する段階
と、 データ・ビット期間の一部に亘って積分した変調データ
の符号と共にアンテナ切換えが発生した時刻の記録を記
憶する段階であって、前記ナビゲーション衛星受信機デ
ータ中のビット転移の検出により照準合せが可能とな
り、前記ビット転移の時刻の記録により受信器がいくつ
の整数Ｃ／Ａコード・エポックが特定ナビゲーション衛
星と受信器との間にあるかを決定することができる記録
段階と、 追跡している全てのナビゲーション衛星上でビット転移
が検出可能となるようスイッチング端縁が前記データ・
ビット転移端縁に対してドリフトするようアンテナ選択
時刻をドリフトする段階と、 ビット転移を検出するため前記受信データの符号の記憶
した記録をアクセスする段階であって、各転移はアンテ
ナ・スイッチング事象を横切っては観測されない前記ア
クセス段階と、 エイリアジング条件が存在するかどうか決定するため前
記マスターアンテナ（１２）に係わる間相関器からのキ
ャリヤ位相誤差を観測する段階であって、前記決定は受
信器雑音を克服するためいくつかのアンテナ・スイッチ
期間に亘って平均化された測定を基に行われる観測段階
と、 前記観測段階でエイリアジングを検出した場合信号追跡
を補正する段階と、 追跡している全てのナビゲーション衛星から受信した各
データ・ビットの少くとも一部を前記マスターアンテナ
（１２）が常にとらえるようアンテナ切換えをスケジュ
ールする段階と、 受信した各データ・ビットの前記部分を積分し、各受信
データ・ビットをバッファに記憶する段階と、 を含むアンテナ位相角決定方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/957,271 US5268695A (en) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | Differential phase measurement through antenna multiplexing |
| US957271 | 1992-10-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07311252A JPH07311252A (ja) | 1995-11-28 |
| JP2889796B2 true JP2889796B2 (ja) | 1999-05-10 |
Family
ID=25499331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5242988A Expired - Fee Related JP2889796B2 (ja) | 1992-10-06 | 1993-09-29 | 方位角測定の装置と方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5268695A (ja) |
| EP (1) | EP0591835B1 (ja) |
| JP (1) | JP2889796B2 (ja) |
| DE (1) | DE69315171T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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