JP3516135B2 - 人工衛星を用いた測位方法および測位装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばＧＰＳ
（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅ
ｍ）において、複数個の人工衛星（ＧＰＳ衛星）からの
電波を受信して測位計算を実行している場合に、測位計
算に使用している人工衛星からの電波が、障害物等によ
り受信できなくなった場合にも、できるだけ測位誤差精
度を小さくして測位を継続することができる方法および
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数個の人工衛星を利用して移動体の位
置を測定するＧＰＳシステムにおいては、衛星からの信
号電波の変調方式として、スペクトラム拡散変調方式が
用いられている。例えば、特許第２６９２３９１号公報
に記載されているように、民生用ＧＰＳ受信機の場合に
は、ＧＰＳ衛星（Ｎａｖｓｔａｒ）からのＣ／Ａコード
（Ｃｏｒｓｅ Ａｑｕｉｓｉｔｉｏｎコード）と呼ばれ
るスペクトラム拡散信号電波を受信して、測位演算を行
う。

【０００３】このＣ／ＡコードのＰＮ（Ｐｓｅｕｄｏｒ
ａｎｄｏｍ Ｎｏｉｓｅ；疑似ランダム雑音）系列の符
号（以下、ＰＮ符号という）は、衛星ごとに異なってい
るが、どの衛星が、どの系列のＰＮ符号を用いているか
は、予めＧＰＳ受信機で検知できるようにされている。
また、後述するような航法メッセージによって、ＧＰＳ
受信機では、どの衛星からの信号を、その地点およびそ
の時点で受信できるかがわかるようになっている。した
がって、ＧＰＳ受信機では、例えば３次元測位であれ
ば、その地点およびその時点で取得できる４個以上の衛
星からの電波を受信して、スペクトラム逆拡散し、測位
計算を行って、自分の位置を求めるようにする。

【０００４】Ｃ／Ａコードは、送信信号速度が１．０２
３ＭＨｚのＰＮ符号、例えばＧｏｌｄ符号からなるもの
であって、このＰＮ符号が、図１０（Ａ）に示すよう
に、１０２３チップを１周期（したがって、１周期＝１
ミリ秒）として、繰り返すものとなっている。

【０００５】そして、図１０（Ｂ）に示すように、衛星
信号データの１ビットは、ＰＮ符号の２０周期分、つま
り、２０ミリ秒単位として伝送される。つまり、データ
伝送速度は、５０ｂｐｓである。ＰＮ符号の１周期分の
１０２３チップは、ビットが“１”のときと、“０”の
ときとでは、反転したものとなる。

【０００６】図１０（Ｃ）に示すように、ＧＰＳでは、
３０ビット（６００ミリ秒）で１ワードが形成される。
そして、図１０（Ｄ）に示すように、１０ワードで、１
サブフレーム（６秒）が形成される。図１０（Ｅ）に示
すように、１サブフレームの先頭のワードには、データ
が更新されたときであっても常に規定のビットパターン
とされるプリアンブルが挿入され、このプリアンブルの
後にデータが伝送されてくる。

【０００７】さらに、５サブフレームで、１フレーム
（３０秒）が形成される。そして、航法メッセージは、
この１フレームのデータ単位で伝送されてくる。この１
フレームのデータのうちの始めの３個のサブフレーム
は、エフェメリス情報と呼ばれる衛星固有の情報であ
る。この情報には、衛星の軌道を求めるためのパラメー
タと、衛星からの信号の送出時間とが含まれる。

【０００８】すなわち、エフェメリス情報の３個のサブ
フレームの２番目のワードには、ＴＯＷ（Ｔｉｍｅ Ｏ
ｆ Ｗｅｅｋ）と呼ばれる週の始めからの時間の情報が
含まれる。したがって、各サブフレームのＴＯＷは、６
秒間隔で更新された情報となる。

【０００９】ＧＰＳ衛星のすべては、原子時計を備え、
共通の時刻情報を用いており、衛星からの信号の送出時
間は、原子時計の１秒単位とされている。また、衛星の
ＰＮ符号は、原子時計に同期したものとされている。

【００１０】エフェメリス情報の軌道情報は、数時間ご
とに更新されるが、その更新が行われるまでは、同一の
情報となる。しかし、エフェメリス情報の軌道情報は、
これをＧＰＳ受信機のメモリに保持しておくことによ
り、数時間は、同じ情報を、精度良く使用することがで
きるものである。なお、ＧＰＳ衛星からの信号の送出時
間は、１秒ごとに更新される。

【００１１】１フレームのデータの残りの２サブフレー
ムの航法メッセージは、アルマナック情報と呼ばれる全
ての衛星から共通の送信される情報である。このアルマ
ナック情報は、全情報を取得するために２５フレーム分
必要となるもので、各衛星のおおよその位置情報や、ど
の衛星が使用可能かを示す情報などからなる。このアル
マナック情報は、数か月ごとに更新されるが、その更新
が行われるまでは、同一の情報となる。しかし、このア
ルマナック情報は、これをＧＰＳ受信機のメモリに保持
しておくことにより、数か月は、同じ情報を、精度良く
使用することができる。

【００１２】このＧＰＳ衛星信号の受信に当たっては、
まず、受信機に用意される受信しようとするＧＰＳ衛星
で用いられているＣ／Ａコードと同じＰＮ系列の符号を
用いて、そのＧＰＳ衛星からの信号について、Ｃ／Ａコ
ードの位相同期をとり、スペクトラム逆拡散する。この
Ｃ／Ａコードとの位相同期がとれて、逆拡散が行われる
と、ビットが検出されて、ＧＰＳ衛星信号から航法メッ
セージを取得することが可能になる。

【００１３】ところで、ＧＰＳ受信機で測位計算を行う
ためには、衛星と受信機間の距離を求める必要がある。
すなわち、ＧＰＳ受信機は、ある時間に衛星から送出さ
れた信号が、当該ＧＰＳ受信機に到達するまでの時間
（信号到達時間）を測定し、それに光の速度（３×１０
⁸ ｍ／ｓ）をかけて距離を算出する。

【００１４】前記信号到達時間を測定するためには、衛
星からの信号についての精細な時間同期を取って、２種
類の時間を測定することが必要である。一つは、Ｃ／Ａ
コードとの位相同期をとることで得られるＰＮ符号の１
周期以下、つまり１ミリ秒以下の時刻情報である。もう
一つは、ＰＮ符号の１周期以上、つまり１ミリ秒以上の
時刻情報である。

【００１５】１ミリ秒以下の時刻情報は、Ｃ／Ａコード
の位相同期を取って、ＧＰＳ衛星信号を捕捉したタイミ
ングとして得られる。すなわち、衛星のＰＮ符号は、原
子時計に同期しているので、ＧＰＳ受信機で、ＰＮ符号
の位相同期を取ると、つまり、Ｃ／Ａコードの同期を取
ると、衛星からの電波の到達時間の１ミリ秒以下の情報
が得られることになる。

【００１６】しかし、Ｃ／Ａコードの同期を取っただけ
では、１ミリ秒以下の時間情報が得られるだけで、１ミ
リ秒以上の時刻情報は得られない。そのため、１ミリ秒
以上の時刻情報が必要になる。この１ミリ秒以上の時刻
情報は、通常、ＧＰＳ衛星からの信号に含まれる航法メ
ッセージを取得することで得るようにしている。すなわ
ち、１ミリ秒以上の時刻情報は、航法メッセージ内のプ
リアンブルパターンとの位相同期をとり、その位相同期
タイミングを、ＴＯＷを参照することで確認することで
得ている。

【００１７】こうして時間同期がとられると、ＧＰＳ衛
星と受信機との距離が求められ、測位計算に用いられ
る。このとき算出されるＧＰＳ衛星と受信機との距離
は、受信機側の時計の誤差などの要因による誤差を含む
ため、一般に疑似距離と呼ばれている。

【００１８】ところで、ＧＰＳでは、受信機側での時計
誤差の疑似距離への影響量も未知数となるので、４個の
衛星からの電波を捕捉することにより、３次元測位を行
う。ＧＰＳ衛星は、２４個が利用可能とされているの
で、ＧＰＳ受信機は、その中から利用可能であって、誤
差の少ない組み合わせの４個の衛星を選択して、３次元
測位を行うようにしている。この３次元測位の場合の測
位計算式は、次のようになる。

【００１９】 ｒ１＝｛（ｘ１−Ｘ）² ＋（ｙ１−Ｙ）² ＋（ｚ１−Ｚ）² ｝^1/2 −ｓ ｒ２＝｛（ｘ２−Ｘ）² ＋（ｙ２−Ｙ）² ＋（ｚ２−Ｚ）² ｝^1/2 −ｓ ｒ３＝｛（ｘ３−Ｘ）² ＋（ｙ３−Ｙ）² ＋（ｚ３−Ｚ）² ｝^1/2 −ｓ ｒ４＝｛（ｘ４−Ｘ）² ＋（ｙ４−Ｙ）² ＋（ｚ４−Ｚ）² ｝^1/2 −ｓ ただし、 ｒｉ（ｉ＝１，２，３，４）：人工衛星ｉの疑似距離 Ｘ，Ｙ，Ｚ ：受信機の位置 ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ ：人工衛星ｉの位置 ｓ ：受信機時計誤差による距離への影響量 である。

【００２０】実際に、例えばカーナビゲーションに使用
した場合、道路近傍に存在する電柱や樹木、歩道橋やビ
ルディング等の障害物のため、測位計算に使用している
衛星からの電波が受信できなくなることがある。その場
合に、従来は、測位計算に使用可能なＧＰＳ衛星が４個
以上存在していて、別の組み合わせの４個のＧＰＳ衛星
が使用可能であれば、それらの衛星に替えて測位計算を
行うようにする。

【００２１】また、受信可能なＧＰＳ衛星が３個以下と
なってしまう場合もあるが、ＧＰＳ測位装置では、３個
の衛星の電波が受信できれば、受信機の高度が判ってい
る場合には、次のような測位計算式を用いて、２次元測
位を行うようにしている。

【００２２】 ｒ１＝｛（ｘ１−Ｘ）² ＋（ｙ１−Ｙ）² ＋（ｚ１−Ｚ）² ｝^1/2 −ｓ ｒ２＝｛（ｘ２−Ｘ）² ＋（ｙ２−Ｙ）² ＋（ｚ２−Ｚ）² ｝^1/2 −ｓ ｒ３＝｛（ｘ３−Ｘ）² ＋（ｙ３−Ｙ）² ＋（ｚ３−Ｚ）² ｝^1/2 −ｓ （Ｘ² ＋Ｙ² ＋Ｚ² ）^1/2 ＝Ｒｎ＋ａｌｔ ただし、 ｒｉ（ｉ＝１，２，３）：人工衛星ｉの疑似距離 Ｘ，Ｙ，Ｚ ：受信機の位置 ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ ：人工衛星ｉの位置 ｓ ：受信機時計誤差による距離への影響量 Ｒｎ ：地球の半径 ａｌｔ ：受信機の高度 である。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、ＧＰＳ
受信機においては、従来は、受信機の周辺の状況に応じ
て、その都度、使用する４個の衛星を変更しながら３次
元測位計算を行ったり、また、使用可能な衛星が３個し
かない場合には２次元測位計算を行うようにしている。

【００２４】しかしながら、道路周辺などの状況によ
り、使用する衛星を頻繁に変更したり、３次元測位と２
次元測位とを切り換えたりした場合、誤差により、測位
計算結果が、使用する衛星の組み合わせごとに異なり、
測位計算結果の分散が大きくなってしまう。この結果、
例えば、カーナビゲーションシステムのディスプレイ上
に表示される測位結果としての移動体の軌跡は、安定し
なくなってしまうという問題がある。

【００２５】すなわち、ＧＰＳシステムでは、各衛星毎
の電波の遅延時間（電波が大気中を通ってくる距離の違
いによる遅延）の違いや、衛星毎の軌道情報の誤差など
があるため、一般に、１００ｍ程度の誤差を持つ。した
がって、４個以上の衛星からの電波が使用可能な環境に
おいて、３次元測位を行う４個の衛星の組み合わせを変
更して測位計算をした場合であっても、その１００ｍの
誤差がそれぞれの測位結果に生じることになる。

【００２６】例えば、ある時間に、ある４個の衛星の組
み合わせに基づき３次元測位計算した測位結果が正しく
ても、１秒後に、前記４個の衛星のうちの一つの衛星か
らの電波が受信できなくなって、その一つの衛星を他の
衛星に変更して３次元測位計算した結果は、１００ｍの
誤差が生じることがある。また、ある時間に計算した結
果に真の位置に対して１００ｍの誤差があった場合に、
１秒後に別の衛星の組み合わせで計算した結果が、真の
位置に対して、逆方向に１００ｍの誤差を持ったときに
は、計算結果が１秒前と２００ｍくらい異なってしまう
ということも起こる。

【００２７】したがって、３次元測位に使用する４個の
衛星の組み合わせが頻繁に変更される場合、その測位計
算結果が上述のように変動してしまい、カーナビゲーシ
ョンの場合では、移動体の軌跡が安定しなくなってしま
うことになる。２次元測位に使用する３個の衛星の組み
合わせが変更される場合にも、同様の問題が生じる。

【００２８】また、上述もしたように、受信機の周辺の
状況によっては、４個の衛星の組み合わせによる３次元
測位と、３個の衛星の組み合わせによる２次元測位との
間での変更も生じる。その場合には、それぞれの測位計
算における精度の問題から、計算結果に、さらにばらつ
きが加わることもある。

【００２９】さらに、３個の衛星からの電波を用いた２
次元測位を行っているときに、障害物等のため、測位計
算に使用している衛星からの電波が、そのうちの一つで
も受信できなくなると、従来の測位方法では、代わりの
衛星がないので、測位計算自体ができなくなってしまう
という問題もある。

【００３０】例えば、図１１に示すように、移動体Ｍが
障害物ＯＢの下を通過する場合、障害物の手前のｎ時ｍ
分ｔ１秒では、移動体ＭのＧＰＳ受信機は、４個の衛星
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからの電波を受信できるので、これら４
個の衛星Ａ〜Ｄからの電波を用いた３次元測位を行い、
障害物ＯＢの下の位置に在るｎ時ｍ分ｔ２秒では、移動
体Ｍは、障害物ＯＢのために、衛星Ｃからの電波を受信
できなくなるので、３個の衛星Ａ，Ｂ，Ｄを用いた２次
元測位を行い、また、ｎ時ｍ分ｔ３秒では、障害物ＯＢ
のために、衛星Ａからの電波を受信できなくなるので、
３個の衛星Ｂ，Ｃ，Ｄを用いた２次元測位を行う、とい
う状況になる。

【００３１】このように、頻繁に測位計算に使用する衛
星を変更した場合には、測位計算結果が大きくばらつ
き、安定した測位結果が得られなくなってしまう。

【００３２】また、例えば図１２に示すような場合に
は、ｎ時ｍ分ｔ１秒では、移動体ＭのＧＰＳ受信機は、
３個の衛星Ａ，Ｂ，Ｃからの電波を用いた２次元測位を
行うが、障害物ＯＢのために、ｎ時ｍ分ｔ２秒では、衛
星Ｃからの電波を受信できなくなり、また、ｎ時ｍ分ｔ
３秒では、衛星Ａからの電波を受信できなくなるので、
これらの時点では、測位計算ができなくなってしまうと
いう事態を生じる。

【００３３】この発明は、以上の点にかんがみ、できる
だけ測位計算結果のばらつきを防止して、安定な測位を
行えるようにした測位方法および測位装置を提供するこ
とを目的とする。

【００３４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、請求項１の発明による測位方法は、４個の人工衛星
からの電波を受信して３次元測位をしているときに、ま
たは、３個の人工衛星からの電波を受信して２次元測位
をしているときに、前記測位に用いられている人工衛星
からの電波が受信できなくなった場合でも、前記電波が
受信できなくなった人工衛星と受信機との疑似距離を推
定しながら、測位計算を継続する測位方法であって、前
記人工衛星と前記受信機との疑似距離は、前記人工衛星
からのスペクトラム拡散信号のＰＮ符号と、前記受信機
側のＰＮ符号との同期タイミングを検出することにより
基づき算出し、前記測位に用いられている人工衛星から
の電波が受信できなくなった場合に、前記電波が受信で
きなくなった人工衛星と前記受信機との間で生じるドッ
プラー効果と、前記受信機の復調回路の基準クロックの
発振誤差分とを、前記受信機側のＰＮ符号の発生位相に
反映させて当該ＰＮ符号の位相を補正すると共に、その
補正された前記ＰＮ符号の位相に基づいて算出される前
記同期タイミングから、前記人工衛星と前記受信機との
疑似距離を推定することを特徴とする。

【００３５】この請求項１の発明によれば、３次元測位
または２次元測位をしている時に、そのうちの一つまた
は幾つかの衛星からの電波が受信できなった場合でも、
使用する衛星の組み合わせを別にせずに、その電波が受
信できなくなった人工衛星と受信機との間の疑似距離を
推定しながら、測位計算を継続する。

【００３６】また、３次元測位を行っている場合は、使
用可能な衛星が、例えば４個から３個に変わっても、電
波を受信できなくなった衛星と受信機との疑似距離を推
定しながら３次元測位を継続する。

【００３７】これにより、使用する衛星の組み合わせを
変更したり、３次元測位と２次元測位を切り換えたりす
る場合よりも、測位結果の分散を小さく抑えることがで
き、安定な測位結果が得られるようになる。

【００３８】また、２次元測位をしているときに、３個
の衛星のうちの一つまたは幾つかの衛星からの電波が受
信できなかった場合でも、測位計算ができなくなる事態
を回避して測位を継続することができる。

【００３９】また、請求項２の発明による測位方法は、
４個以上の人工衛星からの電波を受信して３次元測位を
しているときに、前記測位に用いられている人工衛星か
らの電波が受信できなくなった場合でも、別の人工衛星
に切り換えることなく、当該電波が受信できなくなった
人工衛星と受信機との疑似距離を推定しながら、測位計
算を継続する測位方法であって、前記人工衛星と前記受
信機との疑似距離は、前記人工衛星からのスペクトラム
拡散信号のＰＮ符号と、前記受信機側のＰＮ符号との同
期タイミングを検出することにより基づき算出し、前記
測位に用いられている人工衛星からの電波が受信できな
くなった場合に、前記電波が受信できなくなった人工衛
星と前記受信機との間で生じるドップラー効果と、前記
受信機の復調回路の基準クロックの発振誤差分とを、前
記受信機側のＰＮ符号の発生位相に反映させて当該ＰＮ
符号の位相を補正すると共に、その補正された前記ＰＮ
符号の位相に基づいて算出される前記同期タイミングか
ら、前記人工衛星と前記受信機との疑似距離を推定する
ことを特徴とする。

【００４０】４個以上の人工衛星からの電波が受信可能
な環境において、３次元測位計算に用いられていた４個
の衛星の例えば一つからの電波が受信できなくなったと
きには、従来は、例えばその一つの衛星に代わる別の衛
星を選択して、３次元測位を行う４個の衛星の組み合わ
せを変更する。

【００４１】これに対して、この請求項２の発明による
測位方法においては、３次元測位計算に用いられていた
４個の衛星のうちの一つあるいは複数個の衛星からの電
波が受信できなくなったときでも、それらの衛星と受信
機との疑似距離を推定して、それらの４個の衛星の組み
合わせを変更することなく、３次元測位計算を継続す
る。

【００４２】これにより、使用する衛星の組み合わせを
変更する場合よりも、測位結果の分散を小さく抑えるこ
とができ、安定な測位結果が得られるようになる。

【００４３】

【００４４】人工衛星と受信機との疑似距離は、一般
に、ＰＮ符号の位相同期がとれた時の時刻が判れば、衛
星からの航法メッセージに含まれる電波の発射時刻の情
報から算出される。

【００４５】衛星の電波を捕捉できている状態では、衛
星からの電波のドップラー効果の周波数分と、受信機の
基準クロック発振器の発振誤差の分の位相を、ＰＮ符号
の位相に含めるようにコントロールして、衛星からのス
ペクトラム拡散変調電波と、受信機のＰＮ符号の同期を
保持して、受信状態を保持するようにしている。

【００４６】請求項１または２の発明では、この受信状
態を保持するためにコントロールする人工衛星からの電
波のドップラー効果の周波数分と、受信機の基準クロッ
ク発振器の発振誤差分の位相を用いて、それ以前に受信
できたときの疑似距離に基づいて、現在の衛星と受信機
との疑似距離を推定する。そして、この推定した疑似距
離を用いて、同じ組み合わせの衛星により、測位計算を
継続して行なうようにする。これにより、比較的精度良
く、疑似距離が推定される。

【００４７】さらに、請求項３の発明は、請求項１また
は請求項２に記載の測位方法において、前記推定した疑
似距離を用いて測位計算する時間は、前記電波が受信で
きなくなってから、予め定められた所定時間であること
を特徴とする。

【００４８】疑似距離の推定は、衛星からの電波が受信
できなくなってから、例えば数秒程度の時間であれば、
移動体に大きな加速度が働かない場合には、比較的精度
良く、疑似距離の推定が可能である。そこで、疑似距離
の推定を行う時間を、予め、移動体への加速度の影響を
考慮して定めた適当な値としておくことで、別の組み合
わせの衛星を用いた測位計算結果よりも、分散の小さい
測位結果が確実に得られる。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、この発明による測位方法お
よびそれを用いた測位装置の一実施の形態を、図を参照
しながら説明する。

【００５０】図２は、この発明の測位装置の実施の形態
のＧＰＳ受信装置の構成を示すブロック図である。

【００５１】この図２において、アンテナ部１は、ＧＰ
Ｓ衛星信号等を受信し、その受信信号を高周波信号処理
部（ＲＦ部と略称する）２に供給する。ＲＦ部２は、受
信信号を、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚの中間周波信号に周波
数変換し、その中間周波信号を、復調・演算部３に出力
する。

【００５２】復調・演算部３は、Ｃ／Ａコードの同期を
とり、復調（スペクトラム逆拡散）処理を行うと共に、
時間同期を取り、測位計算を実行する。時計部４は、復
調・演算部３での測位計算のための時計情報を保持・更
新する。

【００５３】復調・演算部３は、また、受信信号を復調
処理して得たエフェメリスの情報やアルマナックの情報
を記憶部５に記憶する。また、この実施の形態の受信機
は、エフェメリスの情報やアルマナックの情報をＧＰＳ
衛星以外の外部から取得することができるようにされて
おり、そのためのアンテナ８および通信部７が設けられ
ている。入出力部６は、測位計算により求められた結果
等を出力したり、あるいは、必要な情報を取り込むよう
にするためのものである。

【００５４】復調・演算部３では、時間同期の１ミリ秒
以下の時刻成分は、衛星からのスペクトラム拡散信号電
波のＣ／Ａコードの同期を取ることにより得る。また、
１ミリ秒以上の時刻情報は、ＧＰＳ衛星からの信号に含
まれる航法メッセージを取得することで得る。すなわ
ち、１ミリ秒以上の時刻情報は、航法メッセージ内のプ
リアンブルパターンとの位相同期をとり、その位相同期
タイミングを、ＴＯＷを参照して確認することで得る。

【００５５】復調・演算部３は、上記のようにして時間
同期をとると、そのＧＰＳ衛星からの電波の受信機への
到達時間を計算し、そのＧＰＳ衛星と受信機との疑似距
離を算出する。次に、そのＧＰＳ衛星の疑似距離情報
を、測位計算に使用するか否かを決定する。そして、測
位計算に使用する衛星が４個以上となった場合には、最
も、測位誤差が少ないであろうと推測される衛星の組み
合わせを記憶部５に格納されている航法メッセージをも
用いて決定し、３次元測位により測位計算を実行する。
また、測位計算に使用できる衛星の数が３個の場合に
は、２次元測位を実行する。

【００５６】図１は、復調・演算部３における測位計算
のための部分の機能ブロック図である。これは、その一
部のブロックをマイクロコンピュータで構成することが
できるものである。

【００５７】すなわち、ＲＦ部２からの中間周波信号
は、衛星の信号復調部１０１に供給され、Ｃ／Ａコード
の同期検出（拡散符号の位相同期制御）が行われて、逆
拡散処理が行われ、航法メッセージのデータデコードが
行われる。また、Ｃ／Ａコードの同期検出を含む前述し
たような時間同期が行われる。時間同期の結果は、衛星
の疑似距離算出部１０２に送られる。

【００５８】衛星のＰＮ符号と受信機内で発生させてい
るＰＮ符号との同期がとれても、その位相で固定ではな
く、次の要因により、衛星のＰＮ符号と受信機のＰＮ符
号の同期は徐々にずれて、最終的には同期が外れてしま
う。

【００５９】受信機の発振器の周波数誤差（ΔＴＣＸ
Ｏ）分の誤差により、受信機のＰＮ符号のチップレート
には、誤差が生じる。

【００６０】衛星の電波を受信機で受信すると、衛星
が地球を周回しているため、衛星と受信機の相対速度分
のドップラー周波数分、電波のキャリア周波数が変化し
ている。これは、ＰＮ符号の周波数にも生じている。
１．５７５４２ＧＨｚのキャリアに発生するドップラー
周波数に対して１５４０分の１のドップラー周波数が、
１．０２３ＭＨｚのＰＮ符号の周波数に対して発生す
る。

【００６１】受信機が移動体の場合、受信機に加速度
が加わる場合も、キャリアおよびＰＮ符号にドップラー
周波数が発生する。

【００６２】以上の〜を考慮して、信号復調部１０
１は、Ｃ／Ａ同期を検出して捕捉中の衛星の電波が受信
できなくなった場合には、制御部１００は、ドップラー
効果と、誤差ΔＴＣＸＯとの分を補正して、ＰＮ符号の
位相を制御し、再び、衛星からの電波が受信できるよう
になったときに、即座にそのＣ／Ａ同期がとれるように
する。これは、補間処理と呼ばれている。

【００６３】従来から、この補間処理を行う受信機は、
提案されているが、再度電波が受信できるようになった
ときに、その受信電波のＣ／Ａ同期の早期引き込みのた
めのみに用いられており、電波が受信できなくなった衛
星は、測位計算には用いられず、前述の従来の技術の欄
で説明したような問題があった。

【００６４】衛星の疑似距離算出部１０２は、信号復調
部１０１での時間同期の結果に基づき、衛星とＧＰＳ受
信機との間の疑似距離を算出する。この疑似距離は、前
述もしたように、ある時間に衛星から送出された信号
が、当該ＧＰＳ受信機に到達するまでの時間（信号到達
時間）を測定し、それに光の速度（３×１０⁸ ｍ／ｓ）
をかけて距離を算出することにより得られる。

【００６５】この場合、信号到達時間の１ミリ秒以下の
成分は、受信機のＰＮ符号が、衛星の原子時計に同期し
ているＰＮ符号と、受信機の基準クロックの何クロック
分ずれているかにより、算出される。

【００６６】そして、この実施の形態では、捕捉されて
いた電波が受信できなくなった場合であっても、疑似距
離算出部１０２は、制御部１００の制御の下、前述の信
号復調部１０１での補間処理のときのＰＮ符号の位相補
正分を基準クロックのクロック数に換算して、前に電波
が捕捉されていた時のＣ／Ａ同期タイミング時点に加味
することにより、現在の疑似距離を推定するようにす
る。以上のようにして、算出された疑似距離あるいは推
定された疑似距離は、計算に使用する衛星決定部１０３
に送られる。

【００６７】計算に使用する衛星決定部１０３は、後で
詳述するように、算出された疑似距離が測位計算に使用
可能であるかどうかや、その衛星の軌道データは測位計
算に使用可能であるどうかにより、計算に使用できる衛
星であるかどうかを決定し、使用可能な衛星のうちか
ら、測位計算に使用する４個の衛星あるいは３個の衛星
の組み合わせを決定する。

【００６８】測位計算部１０４は、計算に使用する衛星
決定部１０３で決定された４個の衛星を用いて３次元測
位を行い、また、計算に使用する衛星決定部１０３で決
定された３個の衛星を用いて２次元測位を行う。

【００６９】［信号復調部１０１の構成例；図３］信号
復調部１０１は、具体的には、例えば図３に示すような
構成とすることができる。図３は、アンテナ１から信号
復調部１０１までの部分の構成を示すブロック図であ
る。

【００７０】この図３に示すように、アンテナ１にて受
信された衛星信号（スペクトラム拡散信号）は、ＲＦ部
２に供給される。また、発振周波数が、この例では、１
８．４１４ＭＨｚの水晶発振器からなる基準発振器１１
の出力が局部発振回路１２に供給され、これより基準発
振器１１の出力周波数と周波数比が固定された局部発振
出力が得られる。

【００７１】そして、この局部発振出力がＲＦ部２に供
給されて、衛星信号が第１中間周波数に低域変換され、
さらに基準発振器１１からの発振出力により第２中間周
波数（１．０２３ＭＨｚ）の第２中間周波信号Ｓifに低
域変換される。

【００７２】このＲＦ部２からの第２中間周波信号Ｓif
は、２値化回路１３に供給されて、所定のスレッショー
ルド値とレベル比較されて２値化される。

【００７３】この２値化回路１３の２値化出力Ｓd は、
イクスクルーシブオア回路で構成される信号乗算器１４
に供給される。

【００７４】この例の場合、逆拡散復調の帰還ループ２
０では、いわゆるタウ・ディザ追跡法が用いられ、ま
た、データ・ビットを復調するための帰還ループ３０
は、コスタス・ループが用いられるが、これらはデジタ
ル化構成とされると共に、それぞれの制御信号はマイク
ロコンピュータ４０において、ソフトウエア処理により
形成される。

【００７５】すなわち、逆拡散復調のための帰還ループ
２０において、２１は受信機側のＰＮ符号を発生する符
号発生器で、この符号発生器２１よりは基準のＰＮ符号
の位相（基準位相）に対して、それぞれ所定のオフセッ
ト分だけ位相差のある、進み（アーリ）符号Ｍｅおよび
遅れ（レート）符号Ｍｄを発生する。

【００７６】この符号発生器２１からのアーリ符号Ｍｅ
及びレート符号Ｍｄは、進み・遅れ符号選択器２２に供
給され、この符号選択器２２がアーリ・レート切換器２
３からの切換信号により１ミリ秒毎に切り換えられるこ
とにより、この符号選択器２２から合成ＰＮ符号が得ら
れ、これが乗算器１４に供給される。そして、この合成
ＰＮ符号と２値化回路１３からの２値化された中間周波
信号Ｓd が、乗算器１４で乗算される。

【００７７】この場合、符号発生器２１の出力符号の位
相及び周波数（チップ速度）を制御するための駆動クロ
ックを発生するクロック発生器２４は、数値制御型可変
周波数発振器（以下ＮＣＯという）で構成される。この
クロック発生器２４には、基準発振器１１からの基準ク
ロックが供給され、クロック発生器２４は、この基準ク
ロックから、マイクロコンピュータ４０の制御により、
符号発生器２１の駆動クロック（１．０２３ＭＨｚ；１
８．４１４ＭＨｚを１８分周したもの）を形成する。

【００７８】そして、符号発生器２１では、このクロッ
ク発生器２４からの位相及び周波数が制御されたクロッ
クにより、アーリ及びレートのＰＮ符号の位相及び周波
数が制御される。これにより、符号発生器２１の基準の
ＰＮ符号が、２値化回路１３からの中間周波信号Ｓd に
含まれるＰＮ符号の位相及び周波数に一致するように制
御され、これにより逆拡散がなされる。

【００７９】データ・ビットを復調するための帰還ルー
プ３０は、コスタス・ループにより構成され、ＮＣＯと
９０°移相器とからなるキャリア発生器３１と、イクス
クルーシブオアゲートからなる第１及び第２の乗算器３
２及び３３と、カウンタからなるローパスフィルタ３４
及び３５と、キャリア発生器３１への制御信号を形成す
るマイクロコンピュータ４０からなる。

【００８０】キャリア発生器３１には、基準発振器１１
からの基準クロックが供給される。キャリア発生器３１
は、この基準クロックから、マイクロコンピュータ４０
によるＮＣＯの数値制御に応じたキャリアを発生する。
マイクロコンピュータ４０は、図１の制御部１００の一
部として構成される。

【００８１】マイクロコンピュータ４０は、プログラム
ソフトウエアによって、図３において細線で囲んだ部分
の機能ブロックとして示すような各機能を実行する。す
なわち、マイクロコンピュータ４０の処理機能を図３の
機能ブロックについて説明すると、乗算手段４１は、カ
ウンタで構成されるローパスフィルタ３４と３５からの
カウント値を掛け合わせ、その乗算出力として、受信信
号中の搬送波成分とキャリア発生器３１からのキャリア
との位相差に応じた出力を得る。ループフィルタ手段４
２は、この乗算手段４１からの乗算出力からキャリア発
生器３１を制御する信号を形成し、キャリア発生器３１
に供給する。以上の乗算手段４１とループフィルタ手段
４２とはコスタス・ループ３０の一部を構成する。

【００８２】次に、絶対値検波手段４３及び４４は、ロ
ーパスフィルタ３４及び３５からのカウント値出力を、
それぞれ絶対値検波し、その検波出力を加算手段４５で
加算する。この加算手段４５からは、符号発生器２１か
らのＰＮ符号と受信信号のＰＮ符号との相関レベルを示
す信号、すなわち、相関出力が得られる。

【００８３】この加算手段４５からの相関レベルを示す
相関出力信号は、制御信号形成手段４６に供給される。
この制御信号形成手段４６は、この相関出力信号に基づ
いて、クロック発生器２４の出力である符号発生器２１
の駆動クロックの位相制御のための数値制御信号を形成
する。この数値制御信号は、切換手段４９に、その一方
の入力として供給される。

【００８４】また、加算手段４５の出力は、サーチ信号
発生手段４７に供給されると共に、同期信号検出手段４
８に供給される。サーチ信号発生手段４７は、所定の相
関がとれるまで、符号発生器２１の出力符号を１周期ス
ライドさせるようにしてサーチを行うためのサーチ信号
を発生する。サーチ信号は、切換手段４９の他方の入力
とされる。

【００８５】同期検出手段４８は、加算出力、すなわ
ち、相関レベルを監視して、サーチを行うか、制御信号
形成手段４６からの数値制御信号により位相制御を行う
かを決定し、サーチ信号発生手段４７の出力と制御信号
形成手段の出力数値制御信号とを切り換える切換手段４
９に切換信号を発生する。切換手段４９の出力は、クロ
ック発生器２４に供給される。

【００８６】同期検出手段４８は、例えば、予め定めら
れた相関値のスレッショールド値ｔｈよりも、加算手段
４５の出力である相関出力レベルが小さいときには、サ
ーチをすべきと判定し、相関出力レベルがスレッショー
ルド値ｔｈよりも大きいときには、数値制御信号による
位相制御を行なうように決定する。そして、衛星からの
スペクトラム拡散変調電波のＰＮ符号と、符号発生器２
１からのＰＮ符号との位相同期を検出する。

【００８７】そして、前述したように、衛星からのスペ
クトラム拡散変調電波と、受信機のＰＮ符号との同期
（Ｃ／Ａ同期）がとれているときにも、ドップラー効果
による影響と、受信機の基準発振器１１の誤差分ΔＴＣ
ＸＯ（基準発振器は、時計信号の基準ともなるので、時
計誤差となる）とにより、同期が外れてしまうことを防
止するため、制御信号形成手段４６は、これらドップラ
ー効果の分と、誤差ΔＴＣＸＯの分とを、符号発生器２
１からのＰＮ符号の位相制御信号に加えるようにする補
間処理を行う。この補間処理は、前述もしたように、衛
星からの受信電波が遮断されてしまった後も行われる。

【００８８】［信号復調制御の処理ルーチン；図４およ
び図５］以上の信号復調制御の処理ルーチンを図４およ
び図５に示す。この処理ルーチンは、一つの衛星につい
てのものであり、ＰＮ符号の１周期である１ミリ秒ごと
の割り込みにより起動される。この図４および図５のル
ーチンにおいては、２つの変数、ｈｏｌｄとｐｔｉｍｅ
ｒとが用いられる。

【００８９】変数ｈｏｌｄは、捕捉されていた衛星から
の電波が受信できなくなったことを示すためのものであ
る。ｈｏｌｄ＝２０のときには、捕捉されていた衛星か
らの電波が受信できなくなったことを示している。ｈｏ
ｌｄ＝２０でないときには、衛星からの電波が受信可能
である状態を示している。

【００９０】そして、後述するように、ｈｏｌｄ＝２０
において、変数ｐｔｉｍｅｒ≠０のときには、前述した
ＰＮ符号の位相補正の補間処理を行いつつ、前述したよ
うに、その補間処理の際に得られるドップラー周波数分
と、基準発振器の誤差分ΔＴＣＸＯとを用いて、推定さ
れる時間同期タイミングに基づいて、疑似距離を推定
し、その推定した疑似距離を用いて測位計算を行うよう
にする。

【００９１】また、ｈｏｌｄ＝０になったら、測位計算
部１０４では、受信した電波から算出された疑似距離を
用いて測位計算を行う状態に復帰する。

【００９２】変数ｐｔｉｍｅｒは、衛星からの電波が遮
断されてからの経過時間を示すものである。この実施の
形態では、後述するように、衛星からの電波が遮断され
たと判別されたときには、この変数ｐｔｉｍｅｒに、予
め定めれた所定のタイマー値が設定される。そして、こ
の変数ｐｔｉｍｅｒは、再び、同じ衛星からの電波が受
信できるまで、１ミリ秒ごとに、その値がダウンカウン
トされる。同じ衛星からの電波が受信できずに、ｐｔｉ
ｍｅｒの値が０になった場合には、他の衛星からの電波
を捕捉するように制御が行われる。

【００９３】変数ｐｔｉｍｅｒに設定される前記タイマ
ー値は、例えばナビゲーションシステムなどの場合に
は、例えば３秒（１ミリ秒間隔で、図４、図５の処理ル
ーチンが起動されるので、設定値は３０００）とされ
る。このタイマー値は、移動体に大きな加速度が働かな
いと考えられて、時間同期の推定タイミングが、衛星か
らの電波を捕捉し続けていた場合と比較して、例えば、
Ｃ／Ａコードが持つ誤差分よりも少ないとされる時間範
囲で設定される。したがって、このタイマー値は、移動
体の種類により異なる値により設定される。また、受信
機の使用者が任意にタイマー値を設定することができる
ように構成しても良い。

【００９４】図４の処理ルーチンが起動されると、ま
ず、ステップＳ１０１において、ｈｏｌｄ＝２０である
か否か、すなわち、捕捉されていた衛星からの電波が受
信できなくなったか否か、判別される。ｈｏｌｄ≠２０
で、衛星からの電波が受信できるときには、ステップＳ
１０２に進み、変数ｐｔｉｍｅｒを０にリセットする。
そして、ステップＳ１０３に進み、スペクトラム拡散変
調電波とＰＮ符号との相関があるか否か判別する。

【００９５】相関がない場合には、ステップＳ１０４に
進んで、相関がなくても、補間処理により測位計算に使
用可能か否か判別する。測位計算に使用可能であると判
別されれば、ステップＳ１０５に進み、変数ｐｔｉｍｅ
ｒに、前述したタイマー値を設定して、ステップＳ１０
６に進み、測位計算に使用可能でなければ、変数ｐｔｉ
ｍｅｒの値は０のままとして、ステップＳ１０６に進
む。

【００９６】ステップＳ１０６では、１ミリ秒前の状態
は電波の捕捉中であったか否か判別し、１ミリ秒前の状
態は電波の捕捉中であったときには、ステップＳ１０７
に進み、電波を捕捉していた状態から電波の受信ができ
なくなったと判断して、変数ｈｏｌｄ＝２０を設定し
て、この処理ルーチンを抜ける。また、前の状態が電波
の捕捉状態でなかったときには、そのまま、この処理ル
ーチンを抜ける。

【００９７】ステップＳ１０３において、受信している
電波と受信機のＰＮ符号の相関があると判別されると、
ステップＳ１０８に進み、コスタスループ３０のキャリ
ア発生器３１のＮＣＯを制御する。そして、ステップＳ
１０９に進み、クロック発生器２４を制御して、ＰＮ符
号の発生位相を制御する。

【００９８】そして、ステップＳ１１０に進み、変数ｈ
ｏｌｄ＝０であるか否か判別し、ｈｏｌｄ＝０でなけれ
ば、ステップＳ１１１で変数ｈｏｌｄの値を１だけ減算
してこの処理ルーチンを抜ける。変数ｈｏｌｄ＝０であ
れば、そのままこの処理ルーチンを抜ける。

【００９９】変数ｈｏｌｄ＝０の状態は、衛星からの電
波を受信できる環境において、受信機のＰＮ符号と相関
があって、ＰＮ符号の位相同期がなされ、安定に衛星か
らの電波を受信している状態であり、測位計算部１０４
では、この変数ｈｏｌｄ＝０を確認して、その衛星から
の受信電波に基づいて算出された疑似距離を用いて測位
計算を行うようにする。

【０１００】変数ｈｏｌｄ≠０のとき、およびｈｏｌｄ
≠２０のときには、この実施の形態では、その衛星は、
測位計算に使用とする衛星とは判断しない。

【０１０１】次に、ステップＳ１０１でｈｏｌｄ＝２０
と判別されたとき、すなわち、それまで受信可能であっ
た電波が受信できなくなったときには、図５のステップ
Ｓ１１２に進み、衛星からのスペクトラム拡散変調電波
とＰＮ符号との相関があるか否か判別する。

【０１０２】ステップＳ１１２で相関がないと判別され
たとき、つまり、衛星からの電波が受信できなくなって
いるときには、ステップＳ１１９に進み、変数ｐｔｉｍ
ｅｒ≠０であるか否か判別する。そして、変数ｐｔｉｍ
ｅｒ≠０であると判別されると、ステップＳ１１５に進
んで、変数ｐｔｉｍｅｒの値を１だけ減らし、ステップ
Ｓ１１６およびステップＳ１１７の補間処理に移行す
る。この補間処理の後、この処理ルーチンを抜ける。

【０１０３】このように、変数ｈｏｌｄ＝２０であり、
かつ、ｐｔｉｍｅｒ≠０である状態は、捕捉されていた
電波が受信できなくなってから、ｐｔｉｍｅｒのタイマ
ー値、この例の場合、３秒以内しか経過していないとき
である。

【０１０４】このときには、ステップＳ１１６、ステッ
プＳ１１７の補間処理に用いられた情報を用いられて時
間同期タイミングが推定され、その推定された時間同期
タイミングから、電波が受信できなくなった衛星と受信
機の疑似距離が推定される。そして、その推定された疑
似距離により測位計算が実行される。

【０１０５】また、ステップＳ１１９で変数ｐｔｉｍｅ
ｒ＝０であると判別されたときには、すなわち、ｈｏｌ
ｄ＝２０の状態が、設定されたタイマー値である３秒継
続したときには、ステップＳ１１８に進み、変数ｈｏｌ
ｄの値が１９にされる。しかし、その後、ステップＳ１
１６、ステップＳ１１７に進み、補間処理は実行され
る。

【０１０６】このときには、ｈｏｌｄ＝２０ではなくな
ることにより、電波が受信できなくなった衛星と受信機
との疑似距離の推定値を用いた測位は行われず、他の衛
星の組み合わせによる測位計算が行われることになる。

【０１０７】一方、ステップＳ１１２で、相関があると
判別されたときには、これは、受信できなくなっていた
衛星からの電波が受信できるようになったことを意味す
る。このときには、ステップＳ１１３に進み、変数ｐｔ
ｉｍｅｒ≠０であるか否か判別する。

【０１０８】ステップＳ１１３で、変数ｐｔｉｍｅｒ≠
０であると判別されるときには、衛星からの電波が受信
できなくなってから、３秒以内に、同じ衛星からの電波
が、受信および同期可能な状態に復帰したことを意味す
る。この場合には、ステップＳ１１３からステップＳ１
１４に進み、変数ｈｏｌｄ＝０として、衛星からの受信
電波に基づいて算出された疑似距離を用いた測位計算を
行うようにする。

【０１０９】一方、ステップＳ１１３で、変数ｐｔｉｍ
ｅｒ＝０であると判別されたときには、それは、受信で
きなくなって、再び受信可能な状態になったが、３秒以
上経過している状態を示している。このときには、ステ
ップＳ１１３からステップＳ１１８に進み、ｈｏｌｄ＝
１９とされる。したがって、衛星決定部１０３では、測
位計算に使用する衛星とは決定されない。また、補間処
理の情報を用いて推定される疑似距離を用いた測位計算
も行われない。

【０１１０】これは、３秒以上経過して受信可能になっ
たときには、補間によるＰＮ符号の同期がずれている場
合があることを考慮している。この場合には、次の割り
込みタイミングからは、ステップＳ１０３−Ｓ１０８−
Ｓ１０９−Ｓ１１０−Ｓ１１１の処理ステップを経由す
ることにより、変数ｈｏｌｄの値が徐々に減らされ、ｈ
ｏｌｄ＝０になったときに、測位に用いられる。

【０１１１】ステップＳ１１４の次には、ステップＳ１
１５に進み、変数ｐｔｉｍｅｒの値が１だけ減らされる
のは、前述と同様である。そして、ステップＳ１１５の
後、およびステップＳ１１８の後は、前述と同様にし
て、補間処理のステップＳ１１６、ステップＳ１１７が
実行される。その後、この処理ルーチンを抜ける。

【０１１２】補間処理のステップＳ１１６では、ドップ
ラー周波数の推定と、コスタスループのキャリア発生器
３１のＮＣＯを制御する。また、ステップＳ１１７で
は、ドップラー周波数の分と、基準発振器１１の発振誤
差ΔＴＣＸＯの分によるＰＮ符号の位相補正を行う。

【０１１３】ステップＳ１１６でのドップラー周波数の
推定と、コスタスループのＮＣＯの制御は、次のように
して行われる。

【０１１４】（Ａ）２秒毎のコスタスループのキャリア
発生器３１のＮＣＯの値を記憶する。

【０１１５】（Ｂ）その記憶した値と１０秒前のキャリ
ア発生器３１のＮＣＯの値との差が、ある範囲の場合、
１０秒前位のキャリア発生器３１のＮＣＯの値との差を
計算する。

【０１１６】（Ｃ）前記計算された１０秒前のキャリア
発生器３１のＮＣＯの値との差の移動平均を作成する。

【０１１７】（Ｄ）１０秒間でのキャリア発生器３１の
ＮＣＯの値の差の移動平均から、キャリア発生器３１の
ＮＣＯの値を±１変化させる周期を計算する。

【０１１８】「ドップラー周波数の推定とコスタスルー
プのＮＣＯの制御」とは、上記（Ａ）〜（Ｄ）で求めた
周期で、コスタスループのキャリア発生器３１のＮＣＯ
の値を±１変化させる処理を示す。

【０１１９】次に、ステップＳ１１７でのＰＮ符号の位
相の補正について説明する。

【０１２０】前述したように、前記〜の要因によ
り、衛星のＰＮ符号と受信機内で発生させているＰＮ符
号との同期は徐々にずれて、最終的には外れてしまう。
このため、ステップＳ１１７において、ドップラー周波
数と発振誤差Δ分により、ＰＮ符号の位相を補正する。

【０１２１】この補間状態では、前記、の要因によ
るキャリア周波数は、コスタスループ３０のキャリア発
生器３１のＮＣＯの値から判る。ＰＮ符号のドップラー
周波数は、コスタスループ３０のキャリア発生器３１の
ＮＣＯで補正している周波数の１５４０分の１の周波数
なので、キャリア発生器３１のＮＣＯ３１の値を用い
て、次のようにＰＮ符号の位相をコントロールすること
により、ＰＮ符号の位相同期を維持できる。

【０１２２】コスタスループ３０のキャリア発生器のＮ
ＣＯの周波数分解能は、 （１．０２３×１０⁶ ）／（２¹⁰×３）Ｈｚ であるから、 （コスタスループ３０のＮＣＯ３１の値）×（１．０２
３×１０⁶ ）／（２¹⁰×３）Ｈｚ が、コスタスループ３０のＮＣＯ３１で補正しているキ
ャリア周波数となる。

【０１２３】したがって、ＰＮ符号のドップラー周波数
は、（コスタスループ３０のＮＣＯ３１の値）×（１．
０２３×１０⁶ ）／（２¹⁰×３）÷１５４０Ｈｚとな
り、これにより、ＰＮ符号の周波数を補正すれば、受信
機のＰＮ符号は、衛星のＰＮ符号との同期を保持でき
る。

【０１２４】以上のことから、エポック（１チップ）の
割り込み処理で、毎回、コスタスループのキャリア発生
器３１のＮＣＯの値を加算した累計を作成し、その値
が、 １５４０×１０００／［１８×（１．０２３×１０⁶ ）
／（２¹⁰×３）］＝２６３０８４ を超える度に、１／１８チップ分、ＰＮ符号の位相を遅
らせ、逆に、−２６３０８４以下になる度に、１／１８
チップ分、ＰＮ符号の位相を進めるようにする。この処
理の流れを、図６のフローチャートのステップＳ４０１
〜Ｓ４０７までに示す。

【０１２５】［衛星からの電波がとぎれた時の疑似距離
の推定］以上のようにして、この実施の形態では、常
時、ＰＮ符号については、ドップラー周波数分と、発振
誤差ΔＴＣＸＯ分とを補正する補間処理を行っているの
で、移動体に大きな加速度が加わらないと考えられる、
例えば３秒以内程度の短時間の間は、衛星からの電波が
前述したように、障害物等により遮断された場合であっ
ても、疑似距離の算出を行うようにする。

【０１２６】すなわち、制御部１００は、受信電波との
同期が外れたため、その衛星を測位に使用しないとせず
に、前記ドップラー効果の分と、誤差ΔＴＣＸＯの分と
を、その衛星の電波についての時間同期の同期タイミン
グに反映させて、時間同期タイミングを推定する。そし
て、疑似距離算出部１０２では、その推定された時間同
期タイミングに基づいて、当該電波のとぎれた衛星と受
信機との疑似距離を推定するようにする。

【０１２７】そして、測位計算を、電波の途絶えた衛星
を計算に使用する衛星として使用しつつ継続する。この
ように、電波が受信できなくても、その衛星と受信機の
疑似距離を推定して測位計算を実行する期間を補間処理
期間と呼ぶことにする。

【０１２８】［計算に使用する衛星の決定処理；図７お
よび図８］計算に使用する衛星決定部１０３では、図７
および図８のフローチャートに示すような処理ルーチン
により、測位計算に使用する衛星を決定する。

【０１２９】受信機は、測位のために、例えば、４個以
上の衛星からの電波を同時に捕捉することができるよう
に、複数個の捕捉回路（復調回路）を備えている。図７
に示すように、まず、ステップＳ２０１において、衛星
決定処理のための初期化処理を行う。すなわち、復調回
路の番号ｉを０番目に設定する。また、使用可能な衛星
数は０に初期化する。

【０１３０】次に、ステップＳ２０２に進み、復調回路
ｉの疑似距離は、測位計算に使用可能であるか否か判別
する。このステップＳ２０２の判別においては、変数ｈ
ｏｌｄ≠２０のときには、 （ａ）衛星の信号との同期が完了していること （ｂ）変数ｈｏｌｄ＝０または変数ｐｔｉｍｅｒ＝０ の２つの条件を共に満たしているときに、疑似距離が測
位計算に使用可能とし、変数ｈｏｌｄ＝２０のときに
は、変数ｐｔｉｍｅｒ≠０のときに疑似距離（推定され
た疑似距離である）が測位計算に使用可能であると判別
する。

【０１３１】次に、ステップＳ２０３に進み、復調回路
ｉで捕捉した衛星の軌道データは、測位計算に使用可能
であるか否か判別する。この判別は、 （ａ）２時間以内に受信した軌道データ（エフェメリス
データ）がある （ｂ）衛星が健康である （ｃ）衛星の仰角が基準以上である という３つの条件を満たしているかどうかにより行い、
３つの条件を全て満たしていれば、軌道データは測位計
算に使用可能と判別する。

【０１３２】ステップＳ２０２およびステップＳ２０３
のいずれのステップにおいても、上記の条件を満足して
いるときには、ステップ２０４に進み、その復調回路ｉ
で捕捉している衛星は、測位計算に使用できることを記
憶する。そして、ステップＳ２０５に進み、計算に使用
可能な衛星数を１だけインクリメントする。さらに、ス
テップＳ２０６に進み、復調回路の番号ｉをインクリメ
ントし、次のステップＳ２０７で、その番号ｉが受信機
が持つ復調回路の数より少ないかどうか判別し、少なけ
れば、ステップＳ２０７からステップＳ２０２に戻り、
以上の処理を繰り返す。

【０１３３】一方、ステップＳ２０２あるいはステップ
Ｓ２０３で、測位計算に使用不能であると判別されたと
きには、ステップＳ２０４、ステップＳ２０５を経由せ
ずにステップＳ２０６に進み、復調回路の番号ｉをイン
クリメントし、次のステップＳ２０７で、その番号ｉが
受信機が持つ復調回路の数より少ないかどうか判別し、
少なければ、ステップＳ２０７からステップＳ２０２に
戻り、以上の処理を繰り返す。

【０１３４】ステップＳ２０７において、受信機が持つ
復調回路の全てについて、ステップＳ２０２からステッ
プＳ２０６までの処理を繰り返したと判別したときに
は、図８のステップＳ２１１に進み、測位計算に使用可
能とされた衛星数が４以上であるか否か判別する。

【０１３５】そして、測位計算に使用可能とされた衛星
数が４以上であれば、ステップＳ２１２に進み、４つの
衛星の組み合わせの中で、幾何学精度低下率が最も小さ
い組み合わせを求める。そして、ステップＳ２１３に進
み、ステップＳ２１２で求められた最適な４つの衛星の
組み合わせでの幾何学的精度低下率が、実際に測位計算
に使用できる程度に小さいか否かを判別する。

【０１３６】ステップＳ２１３で、最適な４つの衛星の
組み合わせでの幾何学的精度低下率が、実際に測位計算
に使用できる程度に小さいと判別されたときには、ステ
ップＳ２１４に進み、測位計算に使用する衛星数を４個
とし、次のステップＳ２１５に進み、測位計算に使用す
る４個の衛星の識別子をメモリに記憶する。

【０１３７】ステップＳ２１１で計算に使用可能な衛星
数が４より少ないと判別されたときと、ステップＳ２１
３で最適な４つの衛星の組み合わせでの幾何学的精度低
下率が、実際に測位に使用できるほどには小さくはない
と判別されたときには、ステップＳ２１６に進み、計算
に使用可能な衛星数は、３以上であるか否か判別する。

【０１３８】計算に使用可能な衛星数が３以上であれ
ば、ステップＳ２１７に進み、３つの衛星の組み合わせ
の中で、幾何学精度低下率が最も小さい組み合わせを求
める。そして、ステップＳ２１８に進み、ステップＳ２
１７で求められた最適な３つの衛星の組み合わせでの幾
何学的精度低下率が、実際に測位計算に使用できる程度
に小さいか否かを判別する。

【０１３９】ステップＳ２１８で、最適な３つの衛星の
組み合わせでの幾何学的精度低下率が、実際に測位計算
に使用できる程度に小さいと判別されたときには、ステ
ップＳ２１９に進み、測位計算に使用する衛星数を３個
とし、次のステップＳ２２０に進み、測位計算に使用す
る３個の衛星の識別子をメモリに記憶する。

【０１４０】また、ステップＳ２１６で計算に使用可能
な衛星数が３より少ないと判別されたときと、ステップ
Ｓ２１８で最適な３つの衛星の組み合わせでの幾何学的
精度低下率が、実際に測位に使用できるほどには小さく
はないと判別されたときには、ステップＳ２２１に進
み、計算に使用可能な衛星数は０であると判別する。

【０１４１】以上のようにして、測位計算に使用する衛
星が決定され、測位計算部１０４で測位計算に使用され
る。この実施の形態の場合、上述の説明から、明らかな
ように、電波が受信できなくなった衛星であっても、電
波が受信できなくなってから、変数ｐｔｉｍｅｒで定め
られた短時間において、測位計算に用いる衛星として決
定されることになる。

【０１４２】［測位計算部１０４の処理；図９］図９
に、測位計算部１０４での処理ルーチンを示す。

【０１４３】すなわち、まず、ステップＳ３０１におい
て、前述した衛星決定部１０３での処理により決定され
た、計算に使用可能な衛星数が４個であるか否か判別さ
れる。

【０１４４】４個であれば、ステップＳ３０２に進み、
記憶されている衛星の識別子から、計算に使用する４個
の衛星を認識し、軌道情報を用いて、その４個の衛星の
位置を計算する。次いでステップＳ３０３に進み、前述
した３次元測位の計算式により、受信機、すなわち、移
動体の位置を求める。

【０１４５】計算に使用可能な衛星数が４個ではないと
判別されたときには、ステップＳ３０４に進み、計算に
使用可能な衛星数は３個であるか否か判別する。３個で
なければ、使用可能な衛星数は０であるので、測位計算
は行わずに、図９の処理ルーチンを抜ける。

【０１４６】ステップＳ３０４での判別の結果、使用可
能な衛星数が３個であると判別されたときには、ステッ
プＳ３０５に進み、記憶されている衛星の識別子から、
計算に使用する３個の衛星を認識し、軌道情報を用い
て、その３個の衛星の位置を計算する。次いでステップ
Ｓ３０６に進み、前述した２次元測位の計算式により、
移動体の位置を求める。

【０１４７】以上のようにして、電波を捕捉中で、測位
計算に用いられていた衛星からの電波が、障害物等によ
り遮断されて受信できなくなっても、衛星の電波のドッ
プラー効果と、復調回路の基準クロックの発振誤差分と
により、ＰＮ符号の位相を補正しながら、少なくとも電
波が遮断されてから例えば数秒間の間（ｐｔｉｍｅｒ≠
０の期間）は、その補正したＰＮ符号の位相から求まる
衛星と受信機との疑似距離により、測位計算を継続する
ようにすることにより、測位計算に使用する衛星の組み
合わせを変更する場合に比べて、測位計算結果の分散を
小さくすることができ、測位率をアップさせることがで
きる。

【０１４８】すなわち、電波が遮断されてから例えば数
秒間の間であれば、推定された疑似距離は、受信機に大
きな加速度が働かない場合には、その衛星の電波を捕捉
し続けていた場合と比較して、数メートル程度の誤差し
か発生しない。これは、衛星のＣ／Ａコードが持つ誤差
成分よりも小さいため、推定された疑似距離を測位計算
に使用することは非常に有効である。

【０１４９】したがって、ｐｔｉｍｅｒのタイマー設定
値は、移動体の加速度を考慮して、衛星の電波を捕捉し
続けていた場合と比較して、数メートル程度の誤差に収
まるように決定することが有益である。しかし、３個の
衛星を用いて測位計算を行っていた場合に、そのうちの
１個の衛星からの電波が遮断されてしまうと測位計算が
不能となるので、それを避けるために、この発明は有効
であり、そのことを考慮すると、変数ｐｔｉｍｅｒのタ
イマー設定値は、適当な任意の値に設定することができ
る。

【０１５０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、例えば、捕捉されて測位計算に使用されていた衛星
からの電波が頻繁に遮断される場合において、従来の衛
星の組み合わせを変更して測位を行う場合に比べて、測
位計算結果の分散を小さくすることができ、測位率の向
上を期待することができる。

【０１５１】したがって、例えばカーナビゲーションに
用いた場合に、道路の周辺状況により、電波が頻繁に遮
断されてしまうような環境においても、安定した移動体
の軌跡を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による測位方法の実施の形態を説明す
るための機能ブロック図である。

【図２】この発明による測位装置の実施の形態のブロッ
ク図である。

【図３】実施の形態の信号復調部の構成例を示すブロッ
ク図である。

【図４】実施の形態の信号復調部の処理動作の流れを説
明するためのフローチャートの一部である。

【図５】実施の形態の信号復調部の処理動作の流れを説
明するためのフローチャートの残部である。

【図６】実施の形態の補間処理の一部を説明するための
フローチャートである。

【図７】実施の形態における測位計算に使用する衛星の
決定処理の流れを説明するためのフローチャートの一部
である。

【図８】実施の形態における測位計算に使用する衛星の
決定処理の流れを説明するためのフローチャートの残部
である。

【図９】実施の形態における測位計算処理を説明するた
めのフローチャートである。

【図１０】ＧＰＳ衛星からの送られてくる信号を説明す
るための図である。

【図１１】従来のＧＰＳ測位方法の一例を説明するため
の図である。

【図１２】従来のＧＰＳ測位方法の一例を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１…ＧＰＳ受信アンテナ、２…高周波信号処理部、３…
復調・演算部、４…時計部、５…記憶部、６…入出力
部、１１…基準発振器、２１…ＰＮ符号の発生器、２４
…クロック発生器、３０…コスタスループ、３１…ＮＣ
Ｏからなるキャリア発生器、４０…マイクロコンピュー
タ、４６…制御信号形成手段、１００…制御部、１０１
…衛星の信号復調部、１０２…衛星の疑似距離算出部、
１０３…計算に使用する衛星決定部、１０４…測位計算
部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−27216（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−289117（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−278723（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−72549（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−198072（ＪＰ，Ａ) 特開2001−4734（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−148973（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 5/00 - 5/14

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】４個の人工衛星からの電波を受信して３次
   元測位をしているときに、または、３個の人工衛星から
   の電波を受信して２次元測位をしているときに、前記測
   位に用いられている人工衛星からの電波が受信できなく
   なった場合でも、前記電波が受信できなくなった人工衛
   星と受信機との疑似距離を推定しながら、測位計算を継
   続する測位方法であって、 前記人工衛星と前記受信機との疑似距離は、前記人工衛
   星からのスペクトラム拡散信号のＰＮ符号と、前記受信
   機側のＰＮ符号との同期タイミングを検出することによ
   り基づき算出し、 前記測位に用いられている人工衛星からの電波が受信で
   きなくなった場合に、前記電波が受信できなくなった人
   工衛星と前記受信機との間で生じるドップラー効果と、
   前記受信機の復調回路の基準クロックの発振誤差分と
   を、前記受信機側のＰＮ符号の発生位相に反映させて当
   該ＰＮ符号の位相を補正すると共に、その補正された前
   記ＰＮ符号の位相に基づいて算出される前記同期タイミ
   ングから、前記人工衛星と前記受信機との疑似距離を推
   定することを特徴とする人工衛星を用いた測位方法。
2. 【請求項２】４個以上の人工衛星からの電波を受信して
   ３次元測位をしているときに、前記測位に用いられてい
   る人工衛星からの電波が受信できなくなった場合でも、
   別の人工衛星に切り換えることなく、当該電波が受信で
   きなくなった人工衛星と受信機との疑似距離を推定しな
   がら、測位計算を継続する測位方法であって、 前記人工衛星と前記受信機との疑似距離は、前記人工衛
   星からのスペクトラム拡散信号のＰＮ符号と、前記受信
   機側のＰＮ符号との同期タイミングを検出することによ
   り基づき算出し、 前記測位に用いられている人工衛星からの電波が受信で
   きなくなった場合に、前記電波が受信できなくなった人
   工衛星と前記受信機との間で生じるドップラー効果と、
   前記受信機の復調回路の基準クロックの発振誤差分と
   を、前記受信機側のＰＮ符号の発生位相に反映させて当
   該ＰＮ符号の位相を補正すると共に、その補正された前
   記ＰＮ符号の位相に基づいて算出される前記同期タイミ
   ングから、前記人工衛星と前記受信機との疑似距離を推
   定することを特徴とする人工衛星を用いた測位方法。
3. 【請求項３】前記推定した疑似距離を用いて測位計算す
   る時間は、前記電波が受信できなくなってから、予め定
   められた所定時間であることを特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載の人工衛星を用いた測位方法。
4. 【請求項４】人工衛星からのスペクトラム拡散変調電波
   と、受信機側のＰＮ符号との同期をとり、その同期検出
   タイミングに基づく、前記人工衛星と前記受信機との間
   の疑似距離を算出する疑似距離算出手段と、 前記スペクトラム拡散変調電波と前記受信機側のＰＮ符
   号との同期が完了したか否かを少なくとも条件として測
   位計算に使用可能な人工衛星を判別し、その使用可能な
   人工衛星の中から、測位計算に使用する複数個の人工衛
   星を決定する衛星決定手段と、 前記衛星決定手段で測位計算に使用すると決定された複
   数個の人工衛星についての前記疑似距離算出手段で算出
   された疑似距離を用いて、測位計算を行う測位計算手段
   と、 前記測位計算に用いられている人工衛星からの電波が受
   信できなくなった場合に、前記疑似距離算出手段におい
   て、前記電波が受信できなくなった人工衛星と前記受信
   機との疑似距離を推定させるように制御すると共に、前
   記電波が受信できなくなった人工衛星を前記衛星決定手
   段で前記測位計算に使用する人工衛星として継続して決
   定させるように制御する制御手段と、 を備え、 前記測位に用いられている人工衛星からの電波が受信で
   きなくなった場合に、前記疑似距離算出手段では、前記
   電波が受信できなくなった人工衛星と前記受信機との間
   で生じるドップラー効果と、前記受信機の復調回路の基
   準クロックの発振誤差分とを、前記受信機側のＰＮ符号
   の発生位相に反映させて当該ＰＮ符号の位相を補正し、
   その補正された前記ＰＮ符号の位相に基づいて算出され
   る前記同期タイミングから、前記人工衛星と前記受信機
   との疑似距離を推定することを特徴とする測位装置。
5. 【請求項５】人工衛星からのスペクトラム拡散変調電波
   と、受信機側のＰＮ符号との同期をとり、その同期検出
   タイミングに基づく、前記人工衛星と前記受信機との間
   の疑似距離を算出する疑似距離算出手段と、 前記スペクトラム拡散変調電波と前記受信機側のＰＮ符
   号との同期が完了したか否かを少なくとも条件として測
   位計算に使用可能な人工衛星を判別し、その使用可能な
   人工衛星の中から、測位計算に使用する複数個の人工衛
   星を決定する衛星決定手段と、 前記衛星決定手段で測位計算に使用すると決定された複
   数個の人工衛星についての前記疑似距離算出手段で算出
   された疑似距離を用いて、測位計算を行う測位計算手段
   と、 前記衛星決定手段で、判別された使用可能な人工衛星数
   が４以上であり、そのうちの４個の人工衛星が測位計算
   に使用する人工衛星として決定されている場合に、前記
   ４個の人工衛星のうちの一つあるいは複数個からの電波
   が受信できなくなった場合に、前記疑似距離算出手段に
   おいて、前記電波が受信できなくなった人工衛星と前記
   受信機との疑似距離を推定させるように制御すると共
   に、前記衛星決定手段で前記電波が受信できなくなった
   人工衛星を前記測位計算に使用する人工衛星として継続
   して決定させるように制御する制御手段と、 を備え、 前記測位に用いられている人工衛星からの電波が受信で
   きなくなった場合に、前記疑似距離算出手段では、前記
   電波が受信できなくなった人工衛星と前記受信機との間
   で生じるドップラー効果と、前記受信機の復調回路の基
   準クロックの発振誤差分とを、前記受信機側のＰＮ符号
   の発生位相に反映させて当該ＰＮ符号の位相を補正し、
   その補正された前記ＰＮ符号の位相に基づいて算出され
   る前記同期タイミングから、前記人工衛星と前記受信機
   との疑似距離を推定することを特徴とする測位装置。
6. 【請求項６】前記制御手段は、前記電波が受信できなく
   なってから、予め定められた所定時間経過するまでの間
   だけ、前記電波が受信できなくなった人工衛星を継続し
   て用いて測位計算を継続させるようにすることを特徴と
   する請求項５または請求項６に記載の測位装置。