JP3236100B2 - Ｇｐｓ受信装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＧＰＳ受信装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ＧＰＳシステムは、航空機や船舶などの
移動体が、地球上の位置や速度をリアルタイムで求める
ことができるように開発された人工衛星を利用するシス
テムであり、近時、このＧＰＳシステムは、移動体によ
る利用以外に、地球上のある地点間の距離や方向を測定
するスタティック測量の分野にも利用されている。この
ようなＧＰＳシステムを利用する場合には、人工衛星か
ら発信されている電波を受信するＧＰＳ受信装置が用い
られる。

【０００３】この種の受信装置は、一般的に、衛星から
発信された電波を受信するＧＰＳアンテナと、ＧＰＳア
ンテナで受信された電波を周波数変換して増幅するアナ
ログ信号処理部と、前記衛星の数に対応したチャンネル
数を有し、前記チャンネル毎に前記アナログ信号処理部
の出力信号から電波の搬送波位相をディジタル化した位
相データを生成するデジタル信号処理部と、このデジタ
ル信号処理部の各チャンネルに前記衛星を指定するとと
もに、前記デジタル信号処理部から送出される位相デー
タを所定時間間隔毎に抽出して取得する位相データ（エ
ポック位相データ）として記憶手段に記憶させる制御部
とを有している。

【０００４】このような構成のＧＰＳ受信装置で、例え
ば、地球上の２地点間の距離および方向を測定する場合
には、測定地点にそれぞれＧＰＳ受信機を設置し、４個
以上の複数の衛星から発信された電波を同時刻に測定
し、各地点で測定されたエポック位相データを持ちよ
り、このデータをコンピュータ処理することにより、地
点間の距離と方向とを求めていた。ところが、このよう
なＧＰＳ受信機には、以下に説明する技術的課題があっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、上述した構
成のＧＰＳ受信装置による、例えば、２地点間の測定で
は、測定しようとする地点でそれぞれ衛星からの電波を
受信してエポック位相データを得ることになるが、この
エポック位相データが何らかの原因によって、所定の時
間間隔毎に収集されずに、周期がズレた状態で収集され
るいわゆるサイクルスリップと呼ばれる現象が発生して
いた。

【０００６】このようなサイクルスリップは、受信する
衛星の高度が低い場合に多く発生しているが、数時間Ｇ
ＰＳ受信装置を測定地点に据えつけて測定が行われるス
タティック測量の場合には、測定したエポック位相デー
タを持ちかえり、コンピュータ処理を行う際に発見され
ることになるので、この現象を早期に確認できるように
することが望まれていた。また、キネマティック測量に
よる測定では、ＧＰＳ受信機自体が移動している場合、
サイクルスリップの検出が極めて困難な状況にあり、こ
のようなサイクルスリップを内包したままで測定が行わ
れると、誤測定原因となるという問題があった。

【０００７】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
なされたものであり、その目的とするところは、サイク
ルスリップの発生が測定する際に確認ないしは検出でき
るＧＰＳ受信装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、複数の衛星から発信された電波を受信す
るＧＰＳアンテナと、ＧＰＳアンテナで受信された電波
を周波数変換して増幅するアナログ信号処理部と、前記
アナログ信号処理部の出力信号から電波の搬送波位相を
デジタル化した位相データを生成するデジタル信号処理
部と、前記デジタル信号処理部から送出される位相デー
タを所定時間間隔毎に抽出して取得する位相データ（エ
ポック位相データ）として記憶手段に記憶させる制御部
とを有するＧＰＳ受信装置において、前記デジタル信号
処理部は、前記衛星の数の最大数に対応したチャンネル
数を有し、前記制御部は、このデジタル信号処理部に前
記衛星を指定する際に、前記各衛星に対してそれぞれ１
つづつのチャンネルを指定し、指定した衛星数が全チャ
ンネル数に満たない場合、前記衛星の中から低高度の衛
星を選択して、これを空きチャンネルに指定し、前記エ
ポック位相データを前記記憶手段に記憶させる際に、各
チャンネルの前記エポック位相データ間の位相差をそれ
ぞれ演算し、同一衛星からの信号を受信している複数の
チャンネル間の前記位相差に基づいて、当該エポック位
相データが有効か否かを判断して前記記憶手段に記憶す
ることを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記構成のＧＰＳ受信装置は、デジタル信号処
理部は、衛星の数に対応した最大数のチャンネルを有
し、制御部は、このデジタル信号処理部に前記衛星を指
定する際に、前記各衛星に対してそれぞれ１つづつのチ
ャンネルを指定するとともに、前記衛星の中から低高度
の衛星を選択して、これを空きチャンネルに指定し、エ
ポック位相データを記憶手段に記憶させる際に、複数チ
ャンネルの前記エポック位相データ間の位相差をそれぞ
れ演算し、同一衛星からの信号を受信している複数のチ
ャンネル間の前記位相差に基づいて、当該エポック位相
データが有効か否かを判断する。

【００１０】この場合、同一衛星からの信号を受信して
いるチャンネル間の位相差は、サイクルスリップが発生
していなければ一致するとともに、サイクルスリップが
発生していれば相違し、対応するチャンネル間の位相差
を求めることにより、サイクルスリップが発生している
か否かが判る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に好適な実施例について添付図
面を参照にして詳細に説明する。図１および図２は、本
発明にかかるＧＰＳ受信装置の一実施例を示している。
同図に示すＧＰＳ受信装置は、図１にその全体構成のブ
ロック図を示すように、Ｎ個の衛星から発信された電波
を受信するＧＰＳアンテナ１０と、ＧＰＳアンテナ１０
で受信された電波を周波数変換して増幅するアナログ信
号処理部１２と、このアナログ信号処理部１２の出力信
号から電波の搬送波位相をディジタル化した位相データ
を生成するデジタル信号処理部１４と、このデジタル信
号処理部１４を制御する制御部１６とを有している。

【００１２】ＧＰＳアンテナ１０は、通常、マイクロス
トリップタイプのものが用いられる。アナログ信号処理
部１２は、ＧＰＳアンテナ１０に接続され、アンテナ１
０で受信された電波（ＧＰＳ信号）を増幅するＲＦ増幅
器１２ａと、このＲＦ増幅器１２ａの出力側に接続さ
れ、ＲＦ増幅器１２ａで増幅されたＧＰＳ信号に変調を
加え、搬送周波数の変換を行う局部発振器１２ｂと、周
波数変換されたＧＰＳ信号を増幅するＩＦ増幅器１２ｃ
とを有している。

【００１３】デジタル信号処理部１４は、ＩＦ増幅器１
２ｃの出力側に接続され、衛星の数Ｎよりも大きなＭ個
のチャンネルを有するＤＳＰ（Digital Signal Process
or）から構成され、チャンネル１〜Ｍには、制御部１６
から信号Ａが送出されて、どの衛星のＧＰＳ信号をどの
チャンネルで受信するかが指定される。このとき制御部
１６で衛星の数Ｎに対応するチャンネルがまず指定さ
れ、Ｍ−Ｎの残りのチャンネルが空きチャンネルとな
る。

【００１４】また、このＤＳＰは、ＧＰＳ信号に含まれ
ている搬送波信号と、Ｃ／Ａコード（Clear/Acquisitio
n Code）と、航法データとから、それぞれを分離して制
御部１６に送出するものであり、この送出に当たって、
搬送波信号は、その位相が所定時間間隔、例えば、１秒
毎にデジタル化されて位相データＢとしてチャンネル１
〜Ｎ毎に送出される。一方、ＤＳＰの空きチャンネルに
は、チャンネル１〜Ｎと同様に、制御部１６から送出さ
れる信号Ａにより衛星が割り当てられるが、このときに
低高度の衛星から順にチャンネルが指定される。

【００１５】制御部１６は、具体的には、内部記憶手段
を有するマイクロコンピュータから構成され、この実施
例では、外部記憶手段としてメモリカード１８が接続さ
れている。この制御部１６では、図２に示す手順で測定
が行われ、手順がスタートする前に、観測で必要とする
衛星の個数Ｎに対してＤＳＰのチャンネル１〜Ｎがそれ
ぞれ割り当てられていて、各チャンネル１〜Ｎで測定が
開始される。

【００１６】この状態で手順がスタートすると、まず、
ステップｓ１で現在の空いているチャンネル数（ｋ）が
サーチされる。なお、制御部１６で指定されるチャンネ
ル数は、例えば、スタティック測量であれば４個以上の
任意の数の衛星から電波を受信することになり、衛星の
数は、測定条件などにより変動するので、このステップ
を設けている。

【００１７】続くステップｓ２では、現在チャンネル１
〜Ｎで受信している衛星Ｎ個のうち、低高度の衛星が順
次ｋ個選択され、ステップｓ３でｋ個の空きチャンネル
に選択された衛星が割り当てられる。このようにして空
きチャンネルｋに衛星が割り当てられ、各空きチャンネ
ルｋでも主チャンネル１〜Ｎと同様に測定が開始され
る。このような測定条件においては、選択されたｋ個の
衛星に関して、チャンネルと空きチャンネルに割り当て
られた信号の双方で同じ衛星からの信号を受信する測定
が平行して行われることになる。

【００１８】そして、各チャンネルから順次位相データ
ＢがＤＳＰから制御部１６に送り込まれ、制御部１６で
は、位相データＢを所定時間間隔（エポック）毎に抽出
して、エポック位相データとして内部記憶手段にチャン
ネル毎に格納する。ステップｓ４では、内部記憶手段に
格納されているエポック位相データを読み出す。この場
合、ＤＳＰの主および空きチャンネルのそれぞれにおい
て、チャンネル内のエポック位相データが、エポックに
従って２個づつ読みだ出される。続くステップｓ５で
は、ステップｓ４で読みだ出されたチャンネル内のエポ
ック位相データ間の位相差がまず演算され、その後、同
じ衛星から信号を受信しているチャンネル間での位相差
の比較が行われる。

【００１９】これをより具体的に説明すると、いま例え
ば、エポック１からエポックｎにおけるＤＳＰのチャン
ネル１のエポック位相データを、φ₁₁〜φ_1nとし、空き
チャンネルに割り当てられたチャンネル１’（Ｎ＋１に
相当する）のエポック位相データをφ_1'1 〜φ_1'n で示
すとすれば、ＤＳＰのチャンネル１〜Ｎまでのエポック
１からエポックｎに対するエポック位相データと、空き
チャンネルに割り当てられた１’〜ｋ（Ｎ＋１〜Ｍに相
当する）までのエポック１からエポックｎに対する位相
データとは、図３に示したように現わせる。

【００２０】ステップｓ４では、まず、例えば、ＤＳＰ
のチャンネル１のエポック１および２のエポック位相デ
ータφ₁₁とφ₁₂とが読み出され、これらの間の位相差φ
₁₂−φ₁₁が演算される。そして、同じ衛星が指定されて
いる，例えば、空きチャンネルに割り当てられた１’の
エポック１および２のエポック位相データφ_1'1 とφ
_1'2 とが読み出され、これらの間の位相差φ_1'2 −φ
_1'1 が演算される。そして、この後に主チャンネル１と
予備チャンネル１’との間の位相差の減算（φ₁₂−
φ₁₁）−（φ_1'2 −φ_1'1 ）が行われることになる。

【００２１】このような演算は、１つの衛星が２つのチ
ャンネルに指定されているものに対してエポック１から
ｎについて順次行われ、この演算の解をＥＤＩＦとする
と、ＥＤＩＦ＝（φ_Nn−φ_N(n-1)）−（φ_kn−
φ_k(n-1)）の一般式として現すことができる。以上の演
算によってＥＤＩＦが求められると、続くステップｓ６
では、ＥＤＩＦが零か否かが判断される。この判断にお
いてＥＤＩＦが零であれば、対応するチャンネル間にお
いては、同じ衛星の電波に基づいてチャンネル１〜Ｎで
エポック位相データφ_Nn，φ_N(n-1)を、また、チャンネ
ル１’〜ｋでエポック位相データφ_kn，φ_k(n-1)をそれ
ぞれ生成しているので、サイクルスリップは発生してい
ないことになり、このような判断が行われた場合には、
ステップｓ７でエポック位相データφ_Nn，φ_N(n-1)およ
びまたはエポック位相データφ_kn，φ_{k(n- 1)}をメモリカ
ード１８に格納して、ステップＳ４に戻る。

【００２２】一方、ステップｓ６でＥＤＩＦが零でない
と判断された場合には、サイクルスリップが生じている
ことになるので、次のステップｓ８でＥＤＩＦが２πの
整数倍か否かが判断される。このステップｓ８の判断
は、サイクルスリップが２πの整数倍になることが経験
的に確認されているので（場合によってはπの整数倍で
もよい）、ＥＤＩＦの原因が確実にサイクルスリップに
よるものかどうかを確認している。

【００２３】そして、ステップｓ８でＥＤＩＦが２πの
整数倍であると判断された場合には、ステップｓ９で、
対応するチャンネル番号Ｎ，Ｎ’、サイクルスリップフ
ラグ、エポック番号ｎ，ｎ’、エポック位相データ
φ_Nn，φ_knがそれぞれメモリカード１８に格納され、ス
テップｓ３に戻る。一方、ステップｓ８でＥＤＩＦが２
πの整数倍でないと判断された場合には、サイクルスリ
ップは発生していないが、何らかの原因でＤＳＰのエポ
ック位相データに異常が発生したことになるので、ステ
ップｓ１０で、対応するチャンネル番号Ｎ，ｋ、異常フ
ラグ、エポック番号ｎ、エポック位相データφ_Nn，φ_kn
がそれぞれメモリカード１８に格納され、ステップｓ４
に戻る。

【００２４】さて、以上のような構成のＧＰＳ受信装置
によれば、装置で測定データを収集する際にサイクルス
リップの発生が確認され、その後のデータ処理に非常に
有利になるだけでなく、例えば、キネマティック測量で
この受信装置を使用すると、サイクルスリップに伴う異
常な測定値の発生も防止できる。この場合、本実施例で
は、特に、従来のＧＰＳ受信装置で空きチャンネルとな
っていた部分をサイクルスリップが発生しやすい低高度
の衛星に割り当てることにより、全チャンネルを有効に
活用することができる。

【００２５】なお、図２に示した手順では、ステップｓ
６でＥＤＩＦが零か否かを判断したのちに、ステップｓ
８でこれが２πの整数倍か否かを判断しているが、この
ステップｓ８の判断は必ずしも必要でなく、ステップｓ
６の後にステップｓ９を直ちに実行する手順であっても
よい。また、上記実施例では、エポック位相データをメ
モリカード１８に格納するものを例示したが、エポック
位相データを格納する手段はこれに限られることもな
い。

【００２６】

【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明にかかるＧＰＳ受信装置によれば、衛星から電波
を受信している測定現場で、エポック位相データにサイ
クルスリップが発生したか否かが判るので、定置測量に
おいてはその後のデータ処理が非常に有利になるととも
に、キネマティック測量で利用すると異常な測定値の発
生が防止され、しかも、空きチャンネルを有効に活用す
ることも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるＧＰＳ受信装置の一実施例を示
すブロック構成図である。

【図２】同ＧＰＳ受信装置の制御手順の一例を示すフロ
ーチャト図である。

【図３】同ＧＰＳ受信装置におけるチャンネルの割当と
エポック毎の位相データとの関係を示す図表である。

【符号の説明】

１０ ＧＰＳアンテナ １２ アナログ信号処理部 １４ デジタル信号処理部 １６ 制御部 １８ 外部記憶手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の衛星から発信された電波を受信す
   るＧＰＳアンテナと、ＧＰＳアンテナで受信された電波
   を周波数変換して増幅するアナログ信号処理部と、前記
   アナログ信号処理部の出力信号から電波の搬送波位相を
   デジタル化した位相データを生成するデジタル信号処理
   部と、前記デジタル信号処理部から送出される位相デー
   タを所定時間間隔毎に抽出して取得する位相データ（エ
   ポック位相データ）として記憶手段に記憶させる制御部
   とを有するＧＰＳ受信装置において、 前記デジタル信号処理部は、前記衛星の数の最大数に対
   応したチャンネル数を有し、 前記制御部は、このデジタル信号処理部に前記衛星を指
   定する際に、前記各衛星に対してそれぞれ１つづつのチ
   ャンネルを指定し、指定した衛星数が全チャンネル数に
   満たない場合、前記衛星の中から低高度の衛星を選択し
   て、これを空きチャンネルに指定し、前記エポック位相
   データを前記記憶手段に記憶させる際に、各チャンネル
   の前記エポック位相データ間の位相差をそれぞれ演算
   し、同一衛星からの信号を受信している複数のチャンネ
   ル間の前記位相差に基づいて、当該エポック位相データ
   が有効か否かを判断して前記記憶手段に記憶することを
   特徴とするＧＰＳ受信装置。