JP2892941B2 - 多チャネルｇｐｓ受信機によりｇｐｓ衛星からの信号を探索し捕捉する方法および多チャネルｇｐｓ受信機 - Google Patents

多チャネルｇｐｓ受信機によりｇｐｓ衛星からの信号を探索し捕捉する方法および多チャネルｇｐｓ受信機

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    • G01S19/29—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system carrier including Doppler, related

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的に航法システムに
関し、特に最初の位置決定までの時間および再捕捉に高
速性能を有する全地球測位システム（ＧＰＳ）装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】全地球測位システム受信機は代表的に３
基以上の頭上衛星から受信する信号を使用して位置およ
び速度等の航法データを決定し、このようなシステムに
より高度や時間を提供することもできる。ＧＰＳ信号は
世界中で利用することができ、それを使用して自動車等
の車輛の位置を１市街地区画以内もしくはそれよりも良
好に決定することができる。二重周波数キャリアＧＰＳ
受信機は代表的にＧＰＳ衛星に関連する一対の無線キャ
リアＬ１，Ｌ２を追跡しこれらのキャリア周波数にＰ符
号変調を行って累積デルタ距離（ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ
ｄ ｄｅｌｔａ−ｒａｎｇｅ；ＡＤＲ）測定値を発生
し、同時にＬ１ Ｃ／Ａ符号を追跡して符号位相測定値
を発生する。キャリア周波数Ｌ１には１５７５．４２Ｍ
Ｈｚが割当てられキャリア周波数Ｌ２は１２２７．７８
ＭＨｚとされる。低廉な受信機は一つのキャリア周波数
にしか同調せず、したがって位置誤差として現れる局部
電離層遅延を計算するための適切な情報が得られない。
このような周波数では、無線キャリア信号は見通し内伝
播を行う。したがって、建物、山岳および地平線により
受信が閉塞されることがある。
【０００３】地球のまわりの軌道におけるＧＰＳ衛星の
星座は現在およそ１７基の個別衛星により構成されてい
る。その各々が符号多元接続構成とされた３２の一意的
な識別符号の中の一つの符号を送信する。これにより多
数のＧＰＳ衛星の全てが同じ周波数（±衛星の相対速度
によるその周波数のドップラー周波数偏移）でスペクト
ル拡散モードで送信を行うことができる。個々のＧＰＳ
衛星に予め配分されている３２の擬似ランダム数列（Ｐ
ＲＮ）の中の一つに１０２３“チップ”符号を相関させ
ることにより信号とノイズのごたまぜの中から特定の衛
星が選び出される。これらの符号は必ずしも互いに同相
で送信されるわけではない。したがって、ＧＰＳ衛星の
初期“捕捉”にはドップラー周波数偏移および発振器の
不正確さを考慮してさまざまなキャリア周波数を探索
し、異なる１０２３の符号位相および１２以上の相関符
号テンプレートを使用して符号整合を探索することが伴
う。
【０００４】高層建造物の多い大都市では、特定の受信
機により追跡される１基以上のＧＰＳ衛星が一時的に閉
塞されることがある。場合によっては、このような閉塞
により全ての頭上ＧＰＳ衛星の追跡が防止されこのよう
な停止期間が数分間続くことがある。またＧＰＳ信号は
地下もしくは海底トンネルを移動中の車輛は利用するこ
とができない。
【０００５】少くとも一つの背景技術ＧＰＳ５チャネル
受信機ではその全チャネルが１基の衛星へ指向され、そ
れは受信機のユーザディスプレイにより表示される。こ
れはドップラー効果および受信機内の局部発振器の不正
確さによる衛星信号周波数の不確かさの問題に取り組む
ものである。ドップラー周波数スペクトルを受信機チャ
ネルと同数のセグメントへセグメント化しかついくつか
の受信機チャネルの各各に各セグメント内の探索を行う
よう指定することにより、見掛け上のドップラー周波数
スペクトルによる特定衛星の探索が並行して行われる。
単独で最大の不確かさは代表的な局部発振器の始動時に
おけるランダム周波数により生じる。したがって、現在
位置が判れば使用できるはずの見掛け上のドップラー周
波数の実際のドップラー周波数が判っているかどうかに
かかわらず完全に不明となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】したがって、ＧＰＳ受
信機をターンオンした後で最初の位置決定に必要な時間
を低減する方式および方法を提供することが本発明の目
的である。
【０００７】要約すれば、本発明の実施例には８基まで
のＧＰＳ衛星を同時に追跡できるＧＰＳ受信機が含まれ
る。ＧＰＳ受信機に含まれるファームウェアは並行探
索、分割探索および予計算のためのコンピュータ利用方
法を具備している。並行探索方法により見掛け上のドッ
プラー周波数スペクトルはいくつかのセグメントへ分割
され各セグメント内で最初のＧＰＳ衛星信号が並行探索
される。所定の時間が限れても最初のＧＰＳ衛星が捕捉
されない場合には、他の衛星が探索されそれは最初の衛
星が追跡されるまで続けられる。
【０００８】並行探索による情報は後続する衛星の捕捉
速度を速めるのに使用される。最初の決定位置を得るの
に充分な衛星が捕捉できない場合には、所定期間後に分
割探索が行われる。この探索方法では従来技術の発振器
の温度安定性を欠く低コスト局部発振器を使用すること
ができる。分割探索法では使用可能チャネルの半分をも
第１組のＧＰＳ衛星の探索に指定することができ、その
間第２組のＧＰＳ衛星を残りのチャネルで探索すること
ができる。予計算法により次の数時間にわたって最高高
度が予期されるＧＰＳ衛星はどれであるかが決定され、
ＧＰＳの次のターンオン時に使用されるこのような候補
ＧＰＳ衛星の探索リストが準備される。ＧＰＳ受信機を
ターンオフしてからターンオンし戻すまでの時間が僅か
数時間であるような場合には、予計算される候補探索リ
ストには比較的短い探索の後で迅速に捕捉を行うための
ＧＰＳ衛星のアイディンティティが付与される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の利点はＧＰＳ受
信機の最初の位置決定までの時間を改善する方法が提供
されることである。
【００１０】本発明のもう一つの利点はＧＰＳ受信機が
最初のターンオン時に数分間信号受信を拒絶された場合
に行き当る探索遅延を低減する方式が提供されることで
ある。
【００１１】本発明のもう一つの利点は、一つが最終決
定位置に関連しもう一つはそれとインターリーブされて
その位置仮定に地球上の残りの位置を使用するＧＰＳ衛
星信号源の２つのリストを探索する方式が提供されるこ
とである。
【００１２】本発明のもう一つの利点は将来の追跡機会
を予め計算して短い非動作期間後に再始動する場合の追
跡すべきＧＰＳ衛星の探索時間を短縮する方式が提供さ
れることである。
【００１３】本発明のもう一つの利点は大部分の探索電
力を公称周波数付近に当て内部距離を迅速に探索した後
で外部探索に移行する並行探索を含む方式が提供される
ことである。
【００１４】本発明のもう一つの利点は電源投入時に受
信機アンテナがカバーすなわち閉塞されている場合に最
初の位置決定までの時間を最少限に抑え、しかも最終位
置を完全には信頼しないことにより電源遮断されても受
信機が相当の距離を移動することができる分割探索を含
む方式が提供されることである。
【００１５】
【実施例】図１に本発明の全地球測位システム（ＧＰ
Ｓ）受信機の実施例を一般的に番号１０で示す。ＧＰＳ
受信機１０は６チャネル型でありパッチアンテナ１２、
低ノイズ増幅器１４、帯域フィルタ（ＢＰＦ）１６、ミ
キサ１８、局部発振器（ＬＯ）２０、中間周波数（Ｉ
Ｆ）段２２、位相復調器２４、多チャネルＧＰＳ符号相
関器２６、およびファームウェアメモリ３０を有するＧ
ＰＳ航法コンピュータ２８を含んでいる。ファームウェ
ア３０のある部分を除けば、ＧＰＳ受信機１０はＴｒｉ
ｍｂｌｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ社（Ｓｕｎｎｙｖａｌ
ｅ，ＣＡ）から“ＥＮＳＩＧＮ”の商標で市販されてい
る可搬型３チャネルＧＰＳ受信機のような市販ユニット
で構成することができる。
【００１６】ファームウェア３０はＧＰＳ受信機１０の
地理的位置および速度を時間と共に決定するのに必要な
コンピュータ命令（プログラム）により構成される。こ
のようなプログラムは従来のプログラムでありＬＯ２０
の周波数出力を変えて見掛け上のドップラー周波数スペ
クトルを掃引しアンテナ１２により捕捉されるＧＰＳ衛
星からの信号を見つけ出す機能を含んでいる。相関器２
６にはスペクトル拡散通信により運ばれる情報を復調す
るさまざまな擬似ランダム数（ＰＲＮ）相関符号および
位相が供給される。ＧＰＳ航法コンピュータ２８はいく
つかの可視ＧＰＳ衛星までの仮の（Ｐｓｅｕｄｏ）距離
を計算し、ＧＰＳ衛星から周期的に送られる軌道暦表お
よび衛星暦を使用して所定位置のＧＰＳ衛星を使用した
三角測量により測位点を決定する。
【００１７】ＧＰＳ受信機１０が最初に電源投入される
場合、どのＧＰＳ衛星が近くにあるかについては最終位
置および暦に基いて推測するしかない。実際に利用でき
るＧＰＳ衛星を識別して追跡するにはＰＲＮ相関符号リ
ストを介した探索を行わなければならない。位置決定を
行うのに充分なＧＰＳ衛星が捕捉された後では、その時
探索されるＧＰＳは正確に予測され、各々の地平線角度
について不確かさは残らない。代表的にはＧＰＳ航法コ
ンピュータ２８から出力される位置決定に対しては少く
とも３基のＧＰＳ衛星を追跡しなければならない。
【００１８】各ＧＰＳ衛星の送信キャリア周波数のドッ
プラー周波数偏移が生じそれはＧＰＳ受信機１０に対す
る速度（ベクトルプラス速度）に依存する。この実際の
ドップラー周波数偏移により配分されたＬ１キャリアに
数ＫＨｚの不確かさが生じ、無線スペクトルを掃引する
ことによりそれを克服して所望する信号を見つけ出さな
ければならない。暦情報を使用してドップラー周波数が
いくらであるべきかを予測し、探索を抑止することがで
きる。
【００１９】しかしながら、ＬＯ２０の絶対周波数の不
正確さにより見掛け上のドップラー周波数のスペクトル
は例えば±１０ＫＨｚ等の他の場合よりも広くなること
がある。従来技術では非常に高品質の温度補償された水
晶発振器（ＴＣＸＯ）を使用することにより見掛け上の
ドップラー周波数スペクトルによる迅速な探索を行って
いる。このような高品質局部発振器は高価でありＧＰＳ
受信機１０にかなりのコストが付加される。これらの発
振器の安定度は１〜２ｐｐｍ程度である。低コスト発振
器は２０ｐｐｍにも変動することがある。したがって、
従来局部発振器の費用と見掛け上のドップラー周波数ス
ペクトルによる探索に必要な最初の位置決定までの時間
との間で歩み寄りがなされている。
【００２０】ＧＰＳ受信機１０はＧＰＳ衛星信号のおよ
そ３００Ｈｚ以内で掃引を行うだけでそのキャリア周波
数を同期させることができる。このような周波数掃引は
ＬＯ２０の一部である数値制御発振器（ＮＣＯ）のさま
ざまな除算器値を航法コンピュータ２８にロードさせる
ことにより実現される。ＬＯ２０内のこのようなデバイ
スで一般的に使用される位相同期（ＰＬＬ）回路により
捕捉して限定された範囲内で同期させる能力が提供され
る。したがって、ＧＰＳ衛星からの信号を探索する場
合、図２Ａおよび図２Ｂに示す方策が使用される。
【００２１】図２Ａでは、３チャネルＧＰＳ受信機はそ
の３チャネル（ＣＨ０，ＣＨ１，ＣＨ２）が公称中心周
波数を中心とする第１組のビン（Ｓ１）内で肩を並べて
整列されるようになされている。図２Ｂは各ビン内でＧ
ＰＳ衛星の信号を捜し出すのに使用される“ピンポン”
探索法を示す。最初に、探索は一方側（＋で示す側）に
おいて各ビンの公称中心周波数の近くで開始され、反対
側（実施例では−側）近くへはね返る。前後のはね返り
により各ビン内の探索が次第に広く行われビン全体が探
索されるまで続く。図２Ａでは、Ｓ１の３ビンの探索が
完了すると、次に第２組のビンの探索が行われる。図２
Ａにおいて、Ｓ１よりも上の次の２つのビンにはＣＨ０
およびＣＨ１が指定され、Ｓ１よりも下の次のビンには
ＣＨ２が指定される。使用チャネルの選定および奇数残
留チャネルとされる側の決定は任意とされる。Ｓ２内で
公称周波数よりも上で使用される奇数チャネルを平衡さ
せるために、３組（Ｓ３）は公称中心周波数よりも下の
２ビンと上の１ビンを有している。１対の距離境界内で
信号を見つけ出す従来の探索方法は沢山あり、その多く
はここに記載する本発明のマクロ探索法の実施例と互換
性がある。したがって本発明は前記した高低ピンポン探
索に限定されるものではない。
【００２２】図３Ａおよび図３Ｂにフロー図で示す並行
探索コンピュータ利用プロセス４０により、ＧＰＳ航法
コンピュータ２８は見掛け上のドップラー周波数スペク
トルをいくつかの部分（例えば、図２Ａにおける第１〜
第３探索距離（レンジ又は範囲））へセグメント化し、
使用可能な多数のＧＰＳ受信機チャネルを使用して各部
分内で並行探索を行う。ＧＰＳ受信機１０に可搬型３チ
ャネルＧＰＳ受信機が使用される場合には、見掛け上の
ドップラー周波数スペクトルの一部は低位、公称、およ
び上位周波数セグメントへ分割される。±１ＫＨｚの探
索を行うのに充分な時間が各周波数セグメント内の並行
探索に与えられる。ＧＰＳ衛星信号が見つからない場合
には、上下チャネルがさらにステップアウトされて各々
がプラスもしくはマイナス１ＫＨｚのもう一つのセグメ
ントを探索できるようにされる。
【００２３】プロセス４０は電源投入ステップ４１、探
索衛星選定ステップ４２、選定衛星に対する公称中心周
波数予測ステップ４３、無線周波数スペクトルを分割し
て使用可能なＧＰＳ受信機チャネルを公称中心周波数の
周りにかたまるように指定するステップ４４からなって
いる。ステップ４５により各ＧＰＳ受信機チャネルを介
して各周波数帯の第１組が並行して探索される（図２Ａ
のＳ１）。しかしながら、探索する必要があるかも知れ
ない見掛け上のドップラー周波数スペクトルはＳ１より
も広いことがある。ステップ４６において信号が見つか
っているかどうかが判断される。見つかっていなけれ
ば、ステップ４７において探索限界を越えているかどう
かが判断される。例えば、探索限界は時間および／もし
くは周波数限界とすることができる。探索限界を越えて
いる場合には、ステップ４２へ制御が戻されて別の衛星
が選定される。越えていない場合には、ステップ４８に
おいて次の組の周波数帯へ使用可能チャネルが指定され
る。ステップ４９において、予測および実測ドップラー
周波数に基いて発振器誤差が評価される。次に分割探索
が行われる。最初の位置決定の前の全ての後続探索がこ
の評価を使用して他の衛星に対する探索距離を洗練、制
限するか、もしくは最小限に抑える。例えば、衛星の実
際のドップラー周波数が１ＫＨｚであり発振器誤差が１
０ＫＨｚであれば、各衛星は例えば１０ＫＨｚの探索限
界をとる。したがって、１０ＫＨｚ範囲だけが一度迅速
に探索される。
【００２４】図３Ｂにおいて、ステップ４２には最高Ｇ
ＰＳ衛星を調べるステップ５０が具備されている。その
ＧＰＳ衛星からの信号が見つかっておれば、ステップ５
１においてプログラム制御はエグジットされる。そうで
ない場合には、ステップ５２においてまだ調べられてい
ない次位のＧＰＳ衛星が選定される。そのＧＰＳ衛星か
らの信号が見つかっておれば、ステップ５３においてプ
ログラム制御はエグジットされる。そうでない場合に
は、ステップ５４において最高ＧＰＳ衛星が再び調べら
れる。そのＧＰＳ衛星からの信号が見つかっておれば、
ステップ５５においてプログラム制御はエグジットす
る。そうでない場合には、ステップ５６において地平線
限界よりも下に現れる次位ＧＰＳ衛星が選定される。ス
テップ５７において利用可能な全ＧＰＳ衛星が調べられ
ているかどうかが調べられる。調べられていなければ、
制御はステップ５０へ戻る。調べられておれば、ステッ
プ５８においてリセットされる。例えば、仰角がそれぞ
れ７０°、４０°、１０°、−５°、−１５°および−
９０°である６基の衛星ＳＶ１〜ＳＶ６がある場合、前
記選定順はＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ１、ＳＶ５、ＳＶ１、
ＳＶ３、ＳＶ１、ＳＶ４、ＳＶ１およびＳＶ６となる。
ステップ５８でリセットされた後では、順序は再びＳＶ
１、ＳＶ２、ＳＶ１、ＳＶ５、ＳＶ１、ＳＶ３、ＳＶ
１、ＳＶ４、ＳＶ１およびＳＶ６となる。いずれ仰角に
は無関係に全衛星が調べられる。
【００２５】実施例では、通常そうであるようにドップ
ラー周波数誤差が近ければ、従来技術よりも速く見つけ
ることができる。これは実際の周波数に非常に近い場合
が多い予測周波数の近くにより多くの探索能力が配置さ
れるためである。例えば、実際の周波数が−４ＫＨｚで
公称周波数が−１ＫＨｚであれば、本発明により最初の
パスで信号を見つけることができる。非予計算もしくは
非中心代替技術では信号を見つけ出すのに最大探索時間
を要する。
【００２６】より多数のＧＰＳ受信機チャネルをＧＰＳ
受信機１０で使用することができるため、任意の時間に
より多くの探索距離を並行に探索することができる。例
えば６チャネルの偶数チャネルの場合には、探索距離は
好ましくは公称周波数が２つの中間探索距離の境界に沿
うのではなくその一方の中心に近くなるような周波数配
置とされる。これにより公称周波数の周りに幾分片寄っ
た探索距離とされるが、公称周波数においてＧＰＳ衛星
信号が見つかる確率が幾分向上しまた代表的に探索は各
探索距離の縁ではなく中心で開始されるため探索は早く
終了する。図２ＡはＳ１〜Ｓ３およびそれを越えるこの
ような探索シーケンスの代表例である。
【００２７】ＧＰＳ受信機１０の最初の同調時にアンテ
ナ１２（図１）がカバーされている場合には、代表的に
航法コンピュータ２８はどのＧＰＳ衛星が近くにいる可
能性が高いかに関する任意の仮定や予め計算された情報
を廃棄する。このようなＧＰＳ衛星を追跡する探索が失
敗した後で、他のＧＰＳ衛星が調べられる。従来技術で
は、地球周りの軌道の他の全てのＧＰＳ衛星を最初に調
べないうちは元の１組のＧＰＳ衛星は再度調べられるこ
とはない。このような探索のラウンドロビン時間は非常
に長くなって、ユーザはＧＰＳ受信機１０が不適切すな
わち機能しないと憶測するようになることがある。従来
技術のＧＰＳ受信機では現在位置をたずねてユーザにユ
ニットの初期化を要求することによりこのような問題を
回避している。ＧＰＳ受信機は位置をたずねるのではな
く位置を知らせるものと思われているため、これはユー
ザにとって嫌われることである。したがって、このよう
な質問は排除されているが、不確かさは残る。
【００２８】分割探索コンピュータ利用プロセス６０の
線図を図４に示す。ステップ６２において、位置推定に
基づく最高高度を有する８基のＧＰＳ衛星が選定され
る。しかしながら、仮想地平線が誤っている場合もあ
る。ステップ６４において、現在の側位点を得るのに充
分な数のＧＰＳ衛星が追跡されているかどうかが判断さ
れる。充分でなければ、ステップ６６においてパワーア
ップ以後時間限れとなってもやはり側位点を計算するＧ
ＰＳ衛星の数が不充分であるかが調べられる。例えば、
５分経過すると、ステップ６８へ入る。充分でなけれ
ば、ステップ６４へ制御が戻ってさらに時間が与えられ
る。ステップ６８において３０秒ごとにＧＰＳ衛星の高
度が再計算され位置に基づく半分のＧＰＳ衛星と位置に
無関係な他の衛星を使用して探索の基礎が作られる。例
えば、見掛け上の地平線よりも下のＧＰＳ衛星はその信
号探索が試みられる。
【００２９】図２Ａおよび図２Ｂを参照して前記したよ
うに、最初に５分間の時間限れとなるまで最終位置、時
間および暦に基づいて１組の探索距離すなわちビンだけ
が計算される。次に“分割”局面が開始される。好まし
くは最初の探索リストには航法コンピュータ２８がＧＰ
Ｓ暦を使用して予測した最高高度衛星および追跡に最も
利用できそうな最終測位点が含まれる。第２のリストに
は航法コンピュータ２８が位置に無関係に逐次探索して
予測した衛星を含むことができ、したがって現在位置に
基づいてそれらの仰角が負となることがあるのは誤りと
なる。この方策はＧＰＳ受信機１０が最終動作期間後に
移動しておれば、それは長い旅程ではなく短い旅程であ
った確率が高く、したがって例えば地球の反対側である
よりも前の測位点の地平線である可能性が高いという仮
定に基づいている。
【００３０】ＧＰＳ受信機１０が電源投入してから航法
コンピュータ２８が現在時間、現在の暦、およびメモリ
に記憶された前の測位点に基づいてどのＰＲＮを使用す
べきかを計算するのに３秒もかかることがある。図５に
示す予計算プロセス８０は受信機が位置計算を開始した
後で周期的に実施することができる。プロセス８０のス
テップ８２において近い将来のさまざまな時間に使用す
べき特定ＰＲＮのテーブルが作成される。したがって、
ＧＰＳ受信機１０が電源遮断してから数時間後に投入し
戻されると、ＧＰＳ航法コンピュータはステップ８４に
おいて予め計算されたＰＲＮリストを指示して使用し、
最初の位置決定までの時間を節減することができる。前
の動作期間中に得られる天体暦情報は充分新鮮なもので
あって収集後僅か５〜６時間しか有用ではない。代表的
に暦情報の有効寿命はおよそ４週間である。しかしなが
ら、非動作時間が数時間を越すと、新たに収集されたデ
ータを処理しなければならず予計算の利点は比例的に減
少する。したがって、予計算プロセス８０には近い将来
のさまざまな時間にどのＰＲＮを使用すべきかを示し各
々を時間的に指示する表を作成するための進行中背景ル
ーチン８２が含まれている。ＧＰＳ受信機１０の電源投
入時に実行される初期化サブルーチン８４において、現
在時間に従って表からＰＲＮが取り出される。
【００３１】最初のＧＰＳ衛星信号が見つかっている場
合には、見掛け上のドップラー周波数はさらに抑制して
さらに衛星を探索することができ、これら付加衛星の探
索速度および最初の測位点の計算時間が速くなる。これ
は衛星と受信機間の相対運動により生じるドップラー周
波数よりも発振器の不確かさの方が遙かに大きい場合に
生じる。
【００３２】本発明では、全ドップラー周波数スペクト
ルを探索するのに充分な時間が経過しても最初の探索衛
星が見つからない場合には、有望な位置を与えればこの
ような最初の衛星は見えたはずであるという最初の仮定
は廃棄される。続いて、次に高度の低い衛星の探索を行
う第２の仮定がなされる。（高度の高い衛星ほど信号強
度が高くドップラー周波数偏移が少い。）第２の仮定が
失敗すると、最初の仮定が再び試みられ、続いて第２の
仮定が再び試みられその次に高度の低い衛星を探索する
第３の仮定が試みられる。
【００３３】受信機が長い距離を移動した場合には、４
回ごとに地平線よりも下の衛星が調べられる。ＧＰＳ受
信機が最終電源投入後長距離を移送されて信号を取得で
きるようにされている場合には、どの衛星が見えるかに
ついての仮定は無効となることがある。しかしながら、
一時的な問題を解消するのに少し時間がかかり最初の仮
定は充分正しいことがあるため、このような仮定を早く
廃棄しすぎたり永久に廃棄してはならない。例えば、高
い駐車場に駐車している車のＧＰＳ受信機は車が構造体
から抜け出ようとする間電源投入後数分間はＧＰＳ信号
能力を拒絶されることがある。
【００３４】本発明によりさらに近い将来のさまざまな
時間にどのＧＰＳ衛星が見られるかについて予計算が行
われる。これによりＧＰＳ受信機はオーンオフされ次に
数時間後までにターンオンし戻され、初期探索において
最高高度したがって最も良く見える可能性の最も高いＧ
ＰＳ衛星のアイディンティティを使用することができ
る。
【００３５】最初の衛星を捕捉した後で、全ドップラー
周波数スペクトルを探索するのに充分な時間が経過して
も測位点が見つからなければ、現在位置に基づいて分割
探索が行われる。使用可能な受信機チャネルが“ｎ”で
ある場合、これらのチャネルの半分は有望な位置を与え
られればこのような最初の衛星が見えたはずであるとい
う最初の仮定を継続するのに使用される。使用可能なチ
ャネルの残りの半分は次に高度の低い衛星の探索を行う
第２の仮定に使用される。第２の仮定が失敗すると、さ
らに次に高度の低い衛星を探索する第３の仮定が使用可
能な後の半分のチャネルにより試みられる。
【００３６】実施例について本発明を説明してきたが、
本開示は制約的意味合いを有するものではない。当業者
ならば前記開示を読めばさまざまな変更や修正が自明で
あると思われる。本発明の真の精神および範囲内に入る
変更や修正は全て特許請求の範囲内に入るものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ファームウェア内に１組のコンピュータ利用
方法を含む本発明のＧＰＳ受信機実施例のブロック図。
【図２】 Ａは探索距離へ分割された無線スペクトルお
よび見掛け上のドップラー周波数スペクトルを示す線
図。Ｂは図２Ａの代表的な探索距離内におけるピンポン
シーケンスを示す無線スペクトルおよび見掛け上のドッ
プラー周波数スペクトルを示す線図。
【図３】 Ａは図１のＧＰＳ受信機のファームウェア内
にコンピュータサブルーチンとして含まれる並行探索法
を示すフロー図。Ｂは図３Ａのフロー図に含まれる衛星
選定プロセスのフロー図。
【図４】 図１のＧＰＳ受信機のファームウェア内にコ
ンピュータサブルーチンとして含まれる分割探索法のフ
ロー図。
【図５】 図１のＧＰＳ受信機のファームウェア内にコ
ンピュータサブルーチンとして含まれる将来の追跡機会
の予計算法を示すフロー図。
【符号の説明】
１０ 全地球測位システム受信機 １２ パッチアンテナ １４ 低ノイズ増幅器 １６ 帯域フィルター １８ ミキサ ２０ 局部発振器 ２２ 中間周波数段 ２４ 位相復調器 ２６ 多チャネルＧＰＳ符号相関器 ２８ ＧＰＳ航法コンピュータ ３０ ファームウェアメモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−156395（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−157826（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−295483（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 5/14 H04J 13/00 - 13/06

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多チャネルＧＰＳ受信機によりＧＰＳ衛
    星からの信号を探索し捕捉する方法であって、該方法
    は、 現在時間およびＧＰＳ衛星暦および所定の地理的位置に
    基づいて将来の複数の時間に見えると予測されるＧＰＳ
    衛星に関連する擬似ランダム数（ＰＲＮ）符号表を予め
    計算し、 前記表の予計算ステップに続く非動作期間後に前記ＧＰ
    Ｓ受信機が再度電源投入される時間に従って前記表から
    ＰＲＮ符号を取り出し、 前記取り出されたＰＲＮ符号に関連する最初のＧＰＳ衛
    星からの信号を前記ＧＰＳ受信機の前記多チャネルを使
    用して並行探索する際に最初の探索範囲には前記ＧＰＳ
    衛星信号の公称周波数が中間点に配置されて前記最初の
    探索範囲を探索するために第１のチャネルが指定され前
    記最初の探索範囲に隣接する第２の探索範囲を並行探索
    するために第２のチャネルが指定されるようにし、 前記最初のＧＰＳ衛星が見つからなかった場合には前記
    最初のＧＰＳ衛星の探索および第２のＧＰＳ衛星の探索
    のために前記多チャネルを分割する、 ステップからなる、信号探索捕捉方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の方法であって、前記表の
    予計算には前記非動作期間の前に得られる天体暦情報が
    含まれ前記表は前記天体暦情報の有効度により制限され
    る期間だけ時間的に広がっている、信号探索捕捉方法。
  3. 【請求項３】実際のドップラーキャリア周波数偏移を超
    える周波数不確かさで且つ見掛け上の全ドップラー周波
    数偏移に加わる前記周波数不確かさを持つ局部発振器を
    含む多チャンネルＧＰＳ受信機を持って短時間の非動作
    時間後に第１の測位点を敏速に得るための方法であっ
    て、 現在時間およびＧＰＳ衛星暦および所定の地理的位置に
    基づいて将来の複数の時間に見えると予測されるＧＰＳ
    衛星に関連する擬似ランダム数（ＰＲＮ）符号表を予め
    計算するステップと、 前記表の予計算ステップに続く非動作期間後に前記ＧＰ
    Ｓ受信機が再度電源投入される時間に従って前記表から
    ＰＲＮ符号を取り出すステップと、第１検出されたＧＰＳ衛星信号にロックすることから得
    られた前記局部発振器を制御するためのオフセット周波
    数値を他のＧＰＳ衛星信号の次の探索において使用する
    ステップとを含み、前記見掛け上の全ドップラー周波数
    偏移に対する前記局部発振器の周波数不確かさの貢献度
    の大きさが実質的に減少して、次の衛星信号を補足する
    に必要な時間が減少される、前記方法。
  4. 【請求項４】 多チャンネルＧＰＳ受信機によりＧＰＳ
    衛星からの信号を並行探索して補足する方法であって、
    実際のドップラーキャリア周波数偏移を超える周波数不
    確かさで且つ見掛け上の全ドップラー周波数偏移に加わ
    る前記周波数不確かさを持つ局部発振器を前記多チャン
    ネルＧＰＳ受信機が有し、 ＧＰＳ衛星信号に対する見掛け上のドップラー周波数ス
    ペクトル内の公称周波数としての特定のキャリア周波数
    であって前記局部発振器の誤差によって貢献された比較
    的大の不確かさを示す前記特定キャリア周波数を予め選
    定するステップと、 前記見掛け上のドップラー周波数スペクトルを複数の隣
    接する探索範囲へ分割して前記見掛け上のドップラー周
    波数スペクトルの中心に近い特定の最初の探索範囲が前
    記公称周波数を含むようにするステップと、 前記最初の探索範囲を探索するために前記ＧＰＳ受信機
    チャネルの最初のチャネルを指定し、 前記第１の周波数探索範囲よりも上でそれに隣接する第
    ２の周波数探索範囲を探索するために前記ＧＰＳ受信機
    チャネルの第２のチャネルを指定するステップと、 前記最初の周波数探索範囲よりも下でそれに隣接する第
    ３の周波数探索範囲を探索するために前記ＧＰＳ受信機
    チャネルの前記最初のチャネル以外の任意のチャネルを
    指定するステップと、 前記最初の周波数探索範囲および少くとも一つの前記隣
    接する探索範囲内で或るＧＰＳ衛星からの前記信号を探
    索して前記信号が見つかったら探索を終止し、 前記第２の周波数探索範囲よりも上でそれに隣接する第
    ４の周波数探索範囲を探索するために前記ＧＰＳ受信機
    チャネルの前記最初のチャネル以外の任意のチャネルを
    指定するステップと、 前記第３の周波数探索範囲よりも下でそれに隣接する第
    ５の周波数探索範囲を探索するために前記ＧＰＳ受信機
    チャネルの前記最初のチャネル以外の任意のチャネルを
    指定するステップと、 前記最初の探索範囲および少くとも一つの前記隣接する
    周波数探索範囲内で或るＧＰＳ衛星からの前記信号を探
    索するステップと、第１検出されたＧＰＳ衛星信号にロックすることから得
    られた前記局部発振器を制御するためのオフセット周波
    数値を他のＧＰＳ衛星信号の次の探索において使用する
    ステップとを含み、前記見掛け上の前記ドップラー周波
    数偏移に対する前記局部発振器の周波数不確かさの貢献
    度の大きさが実質的に減少して、次の衛星信号を補足す
    るに必要な時間が減少される、前記方法。
  5. 【請求項５】 多チャネルＧＰＳ受信機であって、該受
    信機は、 現在時間とＧＰＳ衛星暦と所定の地理的位置に基づいて
    将来の複数の時間に見えるものと予測されるＧＰＳ衛星
    に関連する擬似ランダム数（ＰＲＮ）符号表を予め計算
    するＧＰＳ航法コンピュータ手段と、 前記表の予計算ステップに続く非動作期間後に前記ＧＰ
    Ｓ受信機が再度電源投入される時間に従って前記表から
    ＰＲＮ符号を取り出す表指示手段と、 前記ＧＰＳ受信機の前記多チャネルを使用して前記取り
    出されたＰＲＮ符号に関連する最初のＧＰＳ衛星からの
    信号を並行探索する際に最初の探索範囲には前記ＧＰＳ
    衛星信号に対する公称周波数が中間点に配置されて前記
    最初の探索範囲を探索するために第１のチャネルが指定
    され前記最初の探索範囲に隣接する第２の探索範囲を並
    行探索するために第２のチャネルが指定される無線受信
    機手段と、 前記最初のＧＰＳ衛星信号が見つからなかった場合に前
    記多チャネルを前記最初のＧＰＳ衛星の探索および第２
    のＧＰＳ衛星の探索の間で前記多チャネルを分割する多
    チャネルＧＰＳ受信機手段と、 を具備する、多チャネルＧＰＳ受信機。
  6. 【請求項６】 実際のドップラーキャリア周波数偏移を
    超える周波数不確定度で且つ見掛け上のドップラー周波
    数偏移に加わる前記周波数不確定度を持つ局部発振器を
    含む多チャンネルＧＰＳ受信機を持って短時間の非動作
    時間後に第１ の測位点を敏速に得るための方法であっ
    て、 現在時間およびＧＰＳ衛星暦および所定の地理的位置に
    基づいて将来の複数の時間に見えるＧＰＳ衛星を予測す
    る際に前記将来の時間に従ってインデクスされるテーブ
    ルであって複数の軌道上のＧＰＳ衛星の複数の星座に関
    連する符号のテーブルを予め計算するステップと、 前記テーブルの予計算ステップに続く電源オフ期間後に
    前記ＧＰＳ受信機が再度電源投入される時間に従って前
    記テーブルから符号を取り出すステップと 、前記取り出された符号に関連する最初のＧＰＳ衛星から
    の信号を前記ＧＰＳ受信機の前記多チャネルを使用して
    並行探索する際に最初の周波数探索範囲の中間点に前記
    ＧＰＳ衛星信号の公称周波数が配置されて前記最初の探
    索範囲を探索するために第１のチャネルが指定され、前
    記最初の周波数探索範囲に隣接する第２の周波数探索範
    囲を並行探索するために第２のチャネルが指定されるよ
    うにするステップと、 前記最初のＧＰＳ衛星が見つからなかった場合には前記
    最初のＧＰＳ衛星の探索および第２のＧＰＳ衛星の探索
    のために前記多チャネルを分割するステップと、 第１検出されたＧＰＳ衛星信号にロックすることから得
    られた前記局部発振器を制御するためのオフセット周波
    数値を他のＧＰＳ衛星信号の次の探索において使用する
    ステップとを含み、前記見掛け上の全ドップラー周波数
    偏移に対する前記局部発振器の周波数不確定度貢献度の
    大きさが実質的に減少して、次の衛星信号を捕捉するに
    必要な時間が減少される、前記方法。
  7. 【請求項７】 多チャネルＧＰＳ受信機であって、該受
    信機は、 現在時間とＧＰＳ衛星暦と所定の地理的位置に基づいて
    将来の複数の時間に見えるものと予測されるＧＰＳ衛星
    に関連する擬似ランダム数（ＰＲＮ）符号テーブルを予
    め計算するＧＰＳ航法コンピュータ手段と、 前記テーブルの予計算ステップに続く非動作期間後に前
    記ＧＰＳ受信機が再度電源投入される時間に従って前記
    テーブルからＰＲＮ符号を取り出す表指示手段と、 見掛け上のドップラー周波数偏移に加わる実際のドップ
    ラーキャリア周波数偏 移を超える周波数不確定度を持つ
    局部発振器を持ち且つ 前記ＧＰＳ受信機の前記多チャネ
    ルを使用して前記取り出されたＰＲＮ符号に関連する最
    初のＧＰＳ衛星からの信号を並行探索する際に最初の探
    索範囲には前記ＧＰＳ衛星信号に対する公称周波数が中
    間点に配置されて前記最初の探索範囲を探索するために
    第１のチャネルが指定され前記最初の探索範囲に隣接す
    る第２の探索範囲を並行探索するために第２のチャネル
    が指定される無線受信機手段と、 前記最初のＧＰＳ衛星信号が見つからなかった場合に前
    記多チャネルを前記最初のＧＰＳ衛星の探索および第２
    のＧＰＳ衛星の探索の間で前記多チャネルを分割する多
    チャネルＧＰＳ受信機手段と、 第１に見出されたＧＰＳ衛星信号にロックすることから
    得られて他のＧＰＳ衛星信号の後続探索において前記局
    部発振器を制御するためのオフセット周波数値を見いだ
    すための局部発振器オフセット制御手段とを有し、 前記見掛け上のドップラー周波数偏移に対する前記局部
    発振器の周波数不確定度貢献度の大きさが実質的に減少
    して、次の衛星信号を捕捉するに必要な時間が減少され
    る、前記多チャンネルＧＰＳ受信機。
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