JP3576268B2 - Positioning device, positioning system and positioning method - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、測位用衛星から送信される電波を受信して基地局と移動局とで測位を行う測位システム、そのシステムに適用して移動局の測位を行う測位装置および基地局と移動局とで測位を行う測位方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、例えばGPSなどの測位システムにおいては、各測位用衛星から受信点までの距離を観測するための情報および各測位用衛星の位置を算出するための情報を各測位用衛星から送信される測位用信号から抽出して、3次元測位に要する数の測位用衛星からの信号を用いて、各測位用衛星から受信点までの距離と各測位用衛星の位置とを求め、これらの情報から受信点の位置を求めている。
【0003】
このような測位用衛星から送信される電波は、雑音による影響を受けにくくすることと、全ての衛星が同一の搬送波を用いて信号を送信しても、所望の衛星からの電波のみを識別して受信できるようにするため、衛星からの送信時に擬似雑音符号(C/Aコード)を用いてスペクトラム拡散変調が行われている。従って受信しようとする衛星の番号に応じたC/Aコードを発生させて、その位相およびドップラー周波数を変化させることによって所望の衛星からの信号をサーチし、受信するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、所望の測位用衛星からの測位用信号を受信するには、衛星毎に或るサーチ時間を要し、電源投入後最初の測位結果が得られるまでの時間(一般にTTFF:Time To First Fix と呼ばれる。)は、必要な数(3次元測位であれば、最低4つ)の全ての衛星のサーチが完了するまでの時間と測位演算に要する時間で決まる。
【0005】
ところで、各衛星からの信号をサーチする際、視野内に存在するものとして予測した衛星からの信号をサーチするように衛星の選択を行うが、各衛星が視野内にあるか視野外にあるかは、各衛星の軌道情報と受信点の推定位置および現在時刻から推定する。従って、受信機の持つ各衛星の軌道情報や受信点の推定位置が不確かであったり、受信機の時計に大きな誤差が含まれている場合には、各衛星の視野内外の推定を誤ることになる。例えば、視野内にあるものとして推定した衛星が実際には地球の裏側など、視野外にあった場合にはサーチに失敗することになり、そのサーチ時間が無駄となる。結局、必要な数の全ての衛星のサーチが完了するまでの時間は、受信機の持つ各衛星の軌道情報の確からしさ、受信点の推定位置の確からしさおよび受信機の時計の誤差によって大幅に変わる。
【0006】
また、受信機が各衛星の軌道情報をまだ収集していない状態では、受信しようとする各衛星の受信点に対する相対的な運動状態が明らかでないため、その衛星から送信されてくる信号に含まれているドップラー周波数も予測できないため、広範囲に亘ってドップラー周波数のサーチを行わなければならない。従って、この場合には各衛星からの信号をサーチするに要する時間そのものも長くなる。
【0007】
ここで一般的な8チャンネルのGPS測位装置を例にとって、電源投入時の状態とTTFFの値との関係を図18に示す。例えば「ウオームスタート」と示すように、最終測位位置から電源投入時の実際の位置とのずれが緯度,経度で1度以内で、GPSタイムに対する測位装置の時計のずれが10分以内で、1カ月前のアルマナックデータおよび4時間前のエフェメリスデータがバックアップされていた場合、TTFFは45秒程度となる。また、例えば「コールドスタート1」と示すように、最終測位位置から電源投入時の実際の位置とのずれが緯度,経度で1度以内で、GPSタイムに対する測位装置の時計のずれが30分以内で、1カ月前のアルマナックデータがバックアップされているが、エフェメリスデータが無い場合、TTFFは75秒程度となる。また、例えば「オートノモススタート」と示すように、受信点の位置が不定(実際の位置とは全くかけ離れた値である場合)で、時計の値も不定(現在時刻とのずれが非常に大きい場合)であり、アルマナックデータおよびエフェメリスデータのいずれもがバックアップされていない場合、TTFFは15分程度となる。なお、図18において「コールドスタート2」と示すように、受信点の位置が不定で、時計の値も不定であり、1年前のアルマナックデータのみがバックアップされているような場合に、実際には受信点の位置および時計が誤っているにも拘らず、その誤った情報とずれの甚だしいアルマナックデータとから受信可能と予測される測位用衛星からの信号を優先的に受信しようとするため、実際には受信不可能な測位用衛星から受信を試みることになり、そのサーチに失敗することになる。従って、その後受信すべき衛星が順次切り換えられて、現実にサーチに成功して最初の測位結果がでるまでに例えば1時間も必要となる。
【0008】
このように従来の測位装置では、受信機の持つ各衛星の軌道情報、受信点の推定位置または受信機の時計の内容が不確かであれば、TTFFがどうしても長くならざるを得ない。
【0009】
この発明の目的は、受信機の持つ各衛星の軌道情報、受信点の推定位置または受信機の時計の内容が不確かであっても、サーチすべき衛星を適正に選択できるようにして、電源投入後、受信点の位置が最初に求められるまでの時間(TTFF)を短縮化できるようにした測位システム、測位装置および測位方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
また、この発明の測位システムは、受信機の持つ各衛星の軌道情報、受信点の推定位置または受信機の時計の内容が不確かであっても、サーチすべき衛星を適正に選択できるようにして、電源投入後に受信点の位置が最初に求められるまでの時間(TTFF)を短縮化できるようにするため、請求項1に記載の通り、複数の測位用衛星から送信されてくる信号を選択受信する衛星信号受信手段と、この衛星信号受信手段により受信された視野内の複数の測位用衛星の識別情報を放送する衛星識別情報放送手段とを備える基地局と、
それぞれ測位用衛星の識別情報を基に、各衛星から送信された信号を選択受信する複数の衛星信号受信手段と、各測位用衛星の軌道情報と移動局の推定位置情報および現在時刻の情報から視野内の測位用衛星を推定する視野内衛星推定手段と、前記基地局から前記測位用衛星の識別情報を受信する衛星識別情報受信手段と、前記衛星信号受信手段が受信すべき測位用衛星の識別情報として、前記衛星識別情報受信手段により受信された前記測位用衛星の識別情報を前記視野内衛星推定手段により推定された測位用衛星の識別情報より優先して前記衛星信号受信手段に割り当て、且つ前記基地局と移動局間の距離が近い程、前記複数の衛星信号受信手段に対する、前記衛星識別情報受信手段により受信された衛星識別情報の割り当て数を増す受信割当手段とを備える移動局とから成る。
【0013】
さらに、この発明の測位システムは、受信機が各衛星の軌道情報を持っていなくて、受信しようとする各衛星の受信点に対する相対的な運動状態が明らかでない場合でも、衛星から送信されてくる信号に含まれているドップラー周波数の情報を得て、広範囲にわたるドップラー周波数のサーチを不要とするため、請求項2に記載の通り、複数の測位用衛星から送信されてくる信号を受信する衛星信号受信手段と、この衛星信号受信手段により受信された視野内の測位用衛星の識別情報を放送する衛星識別情報放送手段と、前記衛星からの信号のドップラー周波数情報を放送するドップラー周波数情報放送手段とを備える基地局と、
前記基地局から前記衛星識別情報およびドップラー周波数情報を受信する衛星識別情報受信手段およびドップラー周波数情報受信手段と、衛星識別情報受信手段により受信された衛星識別情報により示される測位用衛星から送信されてくる信号を、前記ドップラー周波数情報受信手段により受信されたドップラー周波数情報を基にサーチして受信する手段とを備える移動局とから成る。
【0014】
この発明の測位装置は、上記測位システムに適用させて、電源投入後の短時間に受信点の位置を求められるようにするため、請求項3に記載の通り、基地局から衛星識別情報を受信する衛星識別情報受信手段と、この衛星識別情報受信手段により受信された衛星識別情報により示される測位用衛星から送信されてくる信号を受信する手段とを備える。
【0016】
【作用】
この発明の請求項1に係る測位システムでは、基地局により、複数の測位用衛星から送信されてくる信号が受信され、これらの衛星の識別情報が視野内衛星の識別情報として放送される。一方の移動局では、基地局から放送された視野内の衛星識別情報が受信され、その衛星識別情報により示される測位用衛星が受信される。
【0017】
このように基地局から視野内衛星の情報を放送し、これを移動局で利用するようにしたことによって、各移動局は初期状態において受信点の推定位置が不明であったり、各衛星の軌道情報を持たない場合や、現在時刻の情報が誤っていても、視野内の衛星のみを確実にサーチすることになるため、電源投入後速やかに測位結果を得ることができる。
【0018】
また、各測位用衛星の軌道情報と移動局の推定位置情報および現在時刻の情報から視野内の測位用衛星が推定されるが、衛星信号受信手段が受信すべき測位用衛星の識別情報として、基地局から受信された衛星識別情報が推定による測位用衛星の識別情報より優先して割り当てられるため、基地局から衛星識別情報を受信できない場合には推定による衛星からの信号が受信され、基地局から衛星識別情報が受信できた時点で、その衛星識別情報により示される衛星からの信号が受信されることになる。例えば地下の駐車場で電源を投入し、しばらくしてから屋外へ出た場合等では、先ず、推定による測位用衛星の識別情報を基にその衛星からの信号を受信するように衛星信号受信手段の割当が行われ、その後に、基地局から衛星識別情報を受信して、その衛星識別情報により示される衛星からの信号が受信されるように衛星信号受信手段の割当が行われる。これにより、電源投入直後から衛星のサーチが開始され、且つサーチすべき衛星が適正に選択されるようになり、電源投入後速やかに測位結果が得られる。
【0019】
しかも、基地局と移動局間の距離が近い程、複数の衛星信号受信手段に対する、基地局から受信された衛星識別情報の割り当て数が増される。逆に、基地局と移動局間の距離が離れる程、基地局から受信された衛星識別情報の割り当て数が減らされる。すなわち、基地局と移動局間の距離が離れる程、基地局からは視野内に見えている衛星が、移動局からは視野外となる確率が増すが、このように基地局と移動局間の距離に応じて、複数の衛星信号受信手段に対する、基地局から受信された衛星識別情報の割り当て数を変化させることによって、基地局と移動局間の距離に拘らず、サーチすべき衛星が適正に選択できる確率が高くなり、TTFFが短縮化される。
【0020】
請求項2に係る測位システムでは、視野内の測位用衛星の識別情報と、その衛星からの信号のドップラー周波数情報が基地局から放送され、移動局では、その衛星識別情報およびドップラー周波数情報が受信され、その受信された衛星識別情報により示される測位用衛星から送信されてくる信号が、そのドップラー周波数情報を基にサーチされ、受信される。これにより、受信機が各衛星の軌道情報を持っていなくて、受信しようとする各衛星の受信点に対する相対的な運動状態が明らかでない場合でも、衛星から送信されてくる信号に含まれているドップラー周波数の情報を得て、広範囲にわたるドップラー周波数のサーチが不要となり、各衛星のサーチに要する時間が短縮される。
【0021】
請求項3に係る測位装置では、基地局から放送される視野内の衛星識別情報が受信され、その衛星識別情報により示される測位用衛星から送信されてくる信号が受信され、その複数の測位用衛星からの信号に基づいて測位演算が行われる。
【0022】
このように基地局から放送される視野内衛星の情報を測位装置で利用するようにしたことによって、測位装置は初期状態において各衛星の軌道情報を持たない場合や、現在時刻の情報が誤っていても、電源投入後速やかに測位結果を得ることができる。
【0024】
【実施例】
まず、この発明の第1の実施例である測位装置の構成を図1〜図10を基に以下説明する。この第1の実施例は、基地局から無線送信されるディファレンシャル補正データを受信するディファレンシャルGPS受信機に相当する測位装置である。
【0025】
図1は測位装置の構成を示すブロック図である。同図においてアナログ信号処理回路2aは受信アンテナ1の受けたGPS衛星からの信号を中間周波変換し、ADコンバータ2bはその信号をディジタルデータに変換する。信号処理ゲートアレイ3はADコンバータ2bからディジタルデータを入力し、CPU5からC/Aコードパターンデータ、C/Aコード位相データおよびキャリア位相データなどを入力し、C/Aコードパターンの発生およびC/Aコードとの相関演算などを行う。時計回路4は基準発振器を備え、その基準発振信号を分周して現在時刻を計時する。CPU5はROM6に予め書き込んだプログラムを実行して、信号処理ゲートアレイ3から相関データを読み取り、所定のループフィルタの演算を行い、信号処理ゲートアレイ3に対してC/Aコードパターンデータ、C/Aコード位相データおよびキャリア位相データを与えることによってC/Aコード位相およびキャリア位相の同期をとり、さらに航法メッセージデータを抽出する。またCPU5は航法メッセージデータからエフェメリス(衛星の軌道情報)を抽出し、各衛星の位置情報を求め、また各衛星までの擬似距離を求めて、受信点の位置を算出する。さらにCPU5はデータ伝送インタフェース8を介して、測位結果を出力する。RAM7はこれらの処理の実行に際してワーキングエリアとして用いる。受信回路10は基地局から送信される電波をアンテナ9を介して受信し、それをシリアルのディジタルデータとして求める。CPU5はインタフェース11を介してそのデータ(ディファレンシャル補正データ)を読み取る。
【0026】
図2は米国海上無線技術委員会により作成されたGPSシステムのSA(selective availability:精度低下操作)による誤差補正を目的とした標準規格RTCM SC−104の幾つかのディファレンシャル補正データの例を示す。同図においてTYPE1またはTYPE9のメッセージは衛星識別情報(衛星番号)、擬似距離補正値および距離変化率補正値からなるデータであり、基地局はこのTYPE1またはTYPE9のメッセージで各衛星ごとに擬似距離の補正値とその変化率(単位時間当たりの変化距離)を送信する。TYPE2のメッセージは衛星識別情報、デルタ擬似距離補正値およびデルタ距離変化率補正値からなるデータであり、衛星からの軌道情報が更新されたとき、基地局が移動局より先に新しい軌道情報を受信した際に、移動局側で新軌道情報に基づく補正データと旧軌道情報に基づく補正データの差(デルタ補正値)によって補正を行うためのものである。TYPE3のメッセージは基地局の位置情報であり、地球固定地心(ECEF)座標でのX,Y,Z座標により示される。TYPE5のメッセージは、各衛星の識別情報とその健康状態を示すヘルスデータとからなる。後述するように、これらのメッセージのうち、TYPE1,TYPE2,TYPE5,TYPE9などのように、衛星識別情報を含むメッセージからその衛星識別情報を視野内の衛星識別情報として用い、また、TYPE3のメッセージは後述するように移動局と基地局間の距離を考慮する際に用いる。
【0027】
上記各メッセージは、建設省、警察庁および郵政省の共同による「道路交通情報通信システム:VICS」により種々の形態で放送される。図1に示した受信回路は例えばFM多重放送を受信する回路である。
【0028】
図3は電源投入後から、各チャンネルに対する衛星の割当を行うまでの処理手順を示すフローチャートである。まず基地局からの補正データを受信しているか否かを判定する(n1)。もしTYPE3のメッセージを受信したなら、(基地局からの信号の受信処理は別の処理によって並行して行われる。)基地局の位置を緯度,経度,高さの情報として求める(n2→n3)。この時点で既に最初の測位結果が得られていたなら、ここで自局(移動局)から基地局までの距離を判定する(n4→n5)。もし予め定めた距離内の近距離であれば、基地局から受信した衛星識別情報に基づく衛星番号を受信チャンネルに割り当てる際の採用個数を最大にする。すなわち複数(8つ)の受信チャンネルに、基地局から受信した衛星識別情報に基づく衛星番号を可能な限り割り当てるように状態を設定する(n5→n7)。もし予め定めた距離を超える遠距離であれば、基地局から受信した衛星識別情報に基づく衛星を受信チャンネルに割り当てる際の採用個数を4にする。すなわち8つの受信チャンネルのうち4つのチャンネルに、基地局から受信した衛星識別情報により示される衛星を割り当てるように状態を設定する(n5→n6)。また、未だ最初の測位結果が得られていなければ、複数(8つ)の受信チャンネルに、基地局から受信した衛星識別情報に基づく衛星を可能な限り割り当てるように状態を設定する(n4→n7)。その後、基地局からTYPE1,2,5,9などの衛星識別情報を含むメッセージを受信したなら、そのメッセージに含まれている衛星識別情報を視野内衛星の衛星番号として記憶(更新)する(n8)。そして、上記採用個数を超えない範囲でその衛星番号を各チャンネルに割り当てる(n9)。なお、上記採用個数のデフォルト値(初期値)は最大であり、TYPE3のメッセージを未だ受信していない場合には8つの受信チャンネルに、基地局から受信した衛星識別情報に基づく衛星番号を可能な限り割り当てる。このように、電源投入後最初の測位結果が得られるまでは上記の採用個数を最大にしたため、仮に自局(移動局)が基地局から遠く離れていても、基地局から受信した衛星識別情報により示される4つ以上の衛星からの信号を受信できる確率が高まり、TTFFが短縮される。
【0029】
もし基地局からの信号を受信していなければ、各衛星の概略位置を算出し、受信点から見た各衛星の仰角が正である視野内の衛星を、まだ割り当てられていない空きチャンネルに割り当てる(n10→n11)。以上の処理を繰り返すことによって、ディファレンシャル補正データより抽出した衛星番号または計算により求めた視野内の衛星番号のいずれかによって複数の受信チャンネルに対し衛星の割当を行う。上記複数のチャンネルが、本願発明の請求項2に係る複数の衛星信号受信手段に相当する。
【0030】
なお、上記ステップn9での衛星割当は、ディファレンシャル補正データによる補正値の小さな衛星を優先して割り当てる。例えば、TYPE1のメッセージに基づく補正後の擬似距離をPR、時刻tにおける測定による擬似距離をPRm、擬似距離の補正値をPRC、距離変化率の補正値をRRC、前回の補正時刻をtoとすれば、補正後の擬似距離PRは、
PR=PRm+PRC+RRC・(t−to)で求められるが、距離変化率の補正値RRCによる補正は1次近似であるため、TYPE1のメッセージを受け取る周期が長くなると、距離変化率の補正値RRCによる補正量の精度が低下する。従って、距離変化率補正値が小さいもの程優先してチャンネルに割り当てる。
【0031】
図4は航法メッセージの抽出処理の内容を示す。この処理では、各衛星からの受信信号に含まれている航法メッセージからアルマナックデータおよびエフェメリスデータを抽出し、これを各衛星の軌道情報として編集する。
【0032】
図5は各衛星の衛星位置算出の手順を示すフローチャートであり、図3におけるステップn9の処理内容に相当する。まず各衛星の軌道情報、現在時刻および受信点の推定位置情報を読み出し、これらの情報を基に各衛星の位置を算出する。
【0033】
図6は測位演算処理の手順を示すフローチャートである。先ず、受信点から各衛星までの擬似距離をディファレンシャル補正データによって補正する。その後、各衛星の位置情報と補正後の各衛星の擬似距離より受信点の位置を決定する。
【0034】
さて、図7〜図9は各チャンネルに対する衛星の割当例を示す。各図において、「ディファレンシャル補正データにより抽出した衛星番号」は、距離変化率補正値の小さなものから順に並べている。また、「計算により求めた視野内の衛星番号」は仰角の高いものから順に並べている。
【0035】
図7は、ディファレンシャル補正データに含まれている全ての衛星番号を割り当てた例である。このようにまずディファレンシャル補正データに含まれている7つの衛星番号3,4,8,10,14,17,18をチャンネル番号0,1,2,3,4,5,6の7つのチャンネルに割り当て、その後、計算により求めた衛星番号を空きチャンネル7に割り当てる際、衛星番号3,8はすでにチャンネル番号0,2に割り当てられているため、その次の衛星番号11を空きチャンネル7へ割り当てる。このように空きチャンネルに対して計算により求めた視野内の衛星番号を割り当てる際、仰角の大きな(90°付近の)衛星を優先して割り当てる。これにより、仮に各衛星のアルマナックデータが古くて、各衛星の推定位置にずれがあっても、視野内にある確率の最も高い衛星が割り当てられる。
【0036】
図8は、基地局と移動局間の距離が一定距離以上離れていて、ディファレンシャル補正データより抽出した複数の衛星番号のうち4つの衛星のみを採用した例である。(後述するように、基地局と移動局間の距離に応じて、ディファレンシャル補正データより抽出した複数の衛星番号のうち幾つの衛星を採用するかを決定する。)すなわち、ディファレンシャル補正データより抽出した衛星番号3,4,8,10をチャンネル番号0,1,2,3にそれぞれ割り当て、計算により求めた視野内の衛星番号のうち、ディファレンシャル補正データより抽出した衛星番号以外の衛星番号を空きチャンネルへ割り当てる。すなわち、衛星番号3,8,4はすでにチャンネル番号0,2,1に割り当てられているため、それ以外の仰角の高い衛星の衛星番号11,14,9,21を空きチャンネル4,5,6,7へ割り当てる。
【0037】
図9は、ディファレンシャル補正データを受信するまでに、計算により視野内の衛星番号を推定した場合に、それを先にチャンネルに割り当て、その後にディファレンシャル補正データを受信した時点で、その衛星番号を割り当てた例である。すなわち、まず衛星番号3,8,11,4,14,9,21をチャンネル番号0,1,2,3,4,5,6へ一旦割り当て、その後にディファレンシャル補正データより衛星番号を抽出した際、その衛星番号を空きチャンネルに割り当て、またディファレンシャル補正データより抽出した衛星番号を優先して置き換えて割り当てる。同図の例では、ディファレンシャル補正データより抽出した衛星番号3,4,8,14はすでにチャンネル0,3,1,4にそれぞれ割り当てられているため、これはそのままとし、衛星番号10を空きチャンネル7に割り当てる。また衛星番号9,21がディファレンシャル補正データより抽出した衛星番号には存在しないものであるため、チャンネル番号6,5に対し衛星番号17,18を再設定する。
【0038】
以上に示した例では、RTCM SC−104で標準化されているフォーマットでメッセージを受信し、衛星識別情報を抽出する例を示したが、測位に用いる複数の衛星の組合せ情報とその衛星の組合せにより測位演算を行った結果に含まれる位置ずれの情報を対にして基地局が送信するようにし、受信局側でそれと同一の衛星の組合せで測位演算を行い、その結果に対し位置ずれの補正を行う形式のディファレンシャルGPSシステムの場合にも同様にして適用することができる。例えば図10に示すように複数とおりの衛星の組合せ情報と緯度,経度,高さの誤差情報Δφ,Δλ,Δhの情報を基地局から送信するようにし、移動局側でこれを受信した際、衛星組合せ情報に含まれている複数の衛星番号を視野内衛星の衛星番号として用い、上述した場合と同様にしてチャンネルに対する衛星の割当てを行う。
【0039】
なお、以上に示した例では、ディファレンシャル補正データより抽出した複数の衛星番号が8チャンネル分の全てに割り当てられる状態が生じるが、例えばディファレンシャル補正データより抽出した衛星番号の採用個数が最大に設定されている場合でも、これを7チャンネル分に割り当て、残る1チャンネルに計算により求めた視野内の衛星番号を割り当てるようにすれば、仮に基地局が異常となって異常なデータを放送しても、移動局は上記1チャンネルで視野内衛星からの信号を受信できるようになる。また、このことから基地局の放送内容があてにならないものと判定すれば、計算により求めた視野内の衛星番号を割り当てるチャンネル数をその後に増加させるようにしてもよい。
【0040】
次に、この発明の第2の実施例に係る測位システムの構成を図11〜図17を基に以下説明する。この第2の実施例は、例えばRTCM SC−104のTYPE番号64〜128を用いて独自形式で基地局からメッセージを送信し、移動局でそれを受信するようにしたものである。
【0041】
図11は基地局の構成を示すブロック図である。同図においてアナログ信号処理回路22a、ADコンバータ22b、信号処理ゲートアレイ23、時計回路24、CPU25の構成は第1の実施例として図1に示した測位装置の各部のものと同様であり、ROM26およびRAM27を用いる点も同様である。送信回路30はインタフェース31から出力されるメッセージデータの信号をアンテナ29を介して移動局へ無線送信する。CPU25はインタフェース31に対してメッセージデータを出力する。なお、第2の実施例で用いる移動局の構成は図1に示した測位装置と同様である。
【0042】
図12は基地局における受信処理の手順を示すフローチャートである。この処理では、受信すべき衛星番号に応じたC/Aコードパターンデータの設定などを行い、C/Aコード位相データおよびキャリア位相データを与えることによってC/Aコード位相およびキャリア位相の同期をとり、さらに航法メッセージデータを抽出する。また、これとともにその衛星についてのドップラー周波数を抽出する。
【0043】
図13は基地局における航法メッセージの抽出処理の内容を示す。この処理では、衛星からの受信信号に含まれている航法メッセージからアルマナックデータおよびエフェメリスデータを抽出し、これを各衛星の軌道情報として編集する。
【0044】
図14は基地局における各衛星の衛星位置算出の手順を示すフローチャートである。まず各衛星の軌道情報、現在時刻および既知である受信点の位置情報を読み出し、これらの情報を基に各衛星の位置を算出する。続いて受信点(基地局)から見て視野内に存在する衛星を抽出する。
【0045】
図15は衛星識別情報を含むメッセージの放送手順を示すフローチャートである。まず、視野内の各衛星の衛星番号とドップラー周波数の情報を、視野内のすべての衛星について順次放送し、それに続いて放送可能距離の情報を放送する。そして、この処理を繰り返す。
【0046】
図16は上記メッセージのフォーマットを示す図である。例えばこの内容が、
03,−3
06,+1
09,+0
12,+2
1000
であれば、衛星番号3の衛星からの信号のドップラー周波数が−3kHz、衛星番号6の衛星からの信号のドップラー周波数が+1kHz、衛星番号9の衛星からの信号のドップラー周波数が0kHz、衛星番号12の衛星からの信号のドップラー周波数が+2kHzであり、放送可能距離が1000kmであることを表す。
【0047】
図17は移動局における基地局からの信号の受信処理の手順を示すフローチャートである。まず視野内衛星についての各衛星番号とドップラー周波数および放送可能距離の情報を受信し、これにより得た視野内の衛星を各チャンネルに割り当てる。各チャンネルにおける受信処理の際、上記ドップラー周波数を中心として、放送可能距離に応じて定まるドップラー周波数の上限および下限内についてドップラー周波数のサーチを行う。すなわち、放送可能距離の情報に基づいて受信しようとする衛星のドップラー周波数の最大サーチ範囲が定められる。例えば基地局と移動局間の距離が短い程、基地局から見たある衛星からの信号に含まれるドップラー周波数と、移動局から見たその衛星からの信号に含まれるドップラー周波数とのずれは小さく、逆に基地局と移動局間の距離が長くなるほど、基地局から見たある衛星からの信号に含まれるドップラー周波数と移動局から見たその衛星からの信号に含まれるドップラー周波数とのずれは大きくなる。そのずれの範囲は結局基地局と移動局間の距離に依存し、上記放送可能距離を移動局から見た基地局までの最大予想距離とすることによって、ドップラー周波数の最大サーチ範囲が定められる。このように移動局では、各衛星のドップラー周波数と放送可能距離の情報から、受信しようとする信号のドップラー周波数の採り得る範囲が予め判るため、ドップラー周波数の変化すべき幅が限定され、ドップラー周波数のサーチに要する時間が短縮化され、電源投入直後から最初の測位結果が得られるまでの時間が短縮化される。
【0048】
【発明の効果】
この発明の請求項1に係る測位システムによれば、基地局から視野内衛星の情報を放送し、これを移動局で利用するようにしたため、各移動局は初期状態において各衛星の軌道情報を持たなくても、また受信点の推定位置の情報が誤っていても、さらには現在時刻の情報が誤っていても、視野内の衛星のみを確実にサーチすることになるため、電源投入後速やかに測位結果を得ることができる。
【0049】
また、基地局と移動局間の距離に応じて、複数の衛星信号受信手段に対する、基地局から受信された衛星識別情報の割り当て数が変化することによって、基地局と移動局間の距離に拘らず、サーチすべき衛星が適正に選択できる確率が高くなり、TTFFが短縮化される。
【0050】
請求項2に係る測位システムによれば、受信機が各衛星の軌道情報を持っていなくて、受信しようとする各衛星の受信点に対する相対的な運動状態が明らかでない場合でも、衛星から送信されてくる信号に含まれているドップラー周波数の情報を得て、広範囲にわたるドップラー周波数のサーチが不要となり、各衛星のサーチに要する時間が短縮される。
【0051】
また、この発明の請求項3に係る測位装置によれば、基地局から放送される視野内衛星の情報を利用することによって、初期状態において各衛星の軌道情報を持たない場合や、現在時刻の情報が誤っていても、視野内の衛星のみを確実にサーチして、電源投入後速やかに測位結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例に係る測位装置の構成を示すブロック図である。
【図2】第1の実施例において基地局から放送されるメッセージの例を示す図である。
【図3】測位装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図4】測位装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図5】測位装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図6】測位装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図7】各チャンネルに対する衛星番号の割当て例を示す図である。
【図8】各チャンネルに対する衛星番号の割当て例を示す図である。
【図9】各チャンネルに対する衛星番号の割当て例を示す図である。
【図10】基地局から送信されるディファレンシャル補正データの他の例を示す図である。
【図11】第2の実施例に係る測位システムにおける基地局の構成を示すブロック図である。
【図12】基地局における処理手順を示すフローチャートである。
【図13】基地局における処理手順を示すフローチャートである。
【図14】基地局における処理手順を示すフローチャートである。
【図15】基地局における処理手順を示すフローチャートである。
【図16】基地局から放送されるメッセージの例を示す図である。
【図17】移動局における処理手順を示すフローチャートである。
【図18】電源投入時の状態とファーストフィックスまでの時間の例を示す図である。
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a positioning system that receives radio waves transmitted from a positioning satellite and performs positioning between a base station and a mobile station, a positioning device that applies to the system and performs positioning of the mobile station, and a base station and a mobile station. The present invention relates to a positioning method in which positioning is performed by using a method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a positioning system such as a GPS, for example, information for observing the distance from each positioning satellite to a receiving point and information for calculating the position of each positioning satellite are transmitted from each positioning satellite. The distance from each positioning satellite to the receiving point and the position of each positioning satellite are obtained using the signals from the number of positioning satellites required for three-dimensional positioning by extracting from the positioning signals, and from these information I want the position of the receiving point.
[0003]
Radio waves transmitted from such positioning satellites should be less susceptible to noise, and even if all satellites transmit signals using the same carrier, only radio waves from the desired satellite can be identified. Spread spectrum modulation is performed using a pseudo-noise code (C / A code) at the time of transmission from a satellite in order to enable reception. Therefore, a signal from a desired satellite is searched for and received by generating a C / A code corresponding to the number of the satellite to be received and changing its phase and Doppler frequency.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, to receive a positioning signal from a desired positioning satellite, a certain search time is required for each satellite, and a time from when the power is turned on until the first positioning result is obtained (in general, TTFF: Time To First Fix). ) Is determined by the time required to complete the search of all required satellites (at least four in the case of three-dimensional positioning) and the time required for positioning calculation.
[0005]
By the way, when searching for a signal from each satellite, the satellites are selected so as to search for a signal from a satellite predicted to be present in the field of view, but whether each satellite is in the field of view or out of the field of view is selected. Is estimated from the orbit information of each satellite, the estimated position of the receiving point, and the current time. Therefore, if the orbit information of each satellite or the estimated position of the receiving point held by the receiver is uncertain or the receiver's clock contains a large error, the estimation of the inside and outside of the field of view of each satellite may be incorrect. Become. For example, if a satellite estimated to be in the field of view is actually outside the field of view, such as on the back of the earth, the search will fail, and the search time will be wasted. After all, the time required to complete the search for the required number of satellites is greatly affected by the accuracy of the orbital information of each satellite held by the receiver, the accuracy of the estimated position of the receiving point, and the error of the clock of the receiver. change.
[0006]
In addition, when the receiver has not yet collected the orbit information of each satellite, the relative motion state of each satellite to be received with respect to the receiving point is not clear, so that it is not included in the signal transmitted from that satellite. Since the Doppler frequency in question cannot be predicted, the Doppler frequency must be searched over a wide range. Therefore, in this case, the time required to search for a signal from each satellite becomes longer.
[0007]
Here, taking a general 8-channel GPS positioning device as an example, FIG. 18 shows the relationship between the power-on state and the TTFF value. For example, as shown in "warm start", the deviation from the final positioning position to the actual position when the power is turned on is within 1 degree in latitude and longitude, the deviation of the clock of the positioning device with respect to the GPS time is within 10 minutes, and If almanac data four months ago and ephemeris data four hours ago were backed up, TTFF would be about 45 seconds. Also, for example, as shown in "Cold start 1", the deviation from the final positioning position to the actual position when the power is turned on is within 1 degree in latitude and longitude, and the deviation of the clock of the positioning device with respect to the GPS time is within 30 minutes. The almanac data one month ago is backed up, but if there is no ephemeris data, the TTFF is about 75 seconds. In addition, for example, as shown in "Autonomous start", the position of the receiving point is indefinite (when the value is far from the actual position), and the value of the clock is also indefinite (the deviation from the current time is very large). ), And if neither the almanac data nor the ephemeris data is backed up, the TTFF is about 15 minutes. In addition, as shown in FIG. 18 as “cold start 2”, when the position of the receiving point is indefinite, the value of the clock is also indefinite, and only the almanac data of one year ago is actually backed up, Although the position of the receiving point and the clock are incorrect, in order to preferentially receive signals from positioning satellites that are predicted to be receivable from the incorrect information and severely shifted almanac data, In practice, reception is attempted from a positioning satellite that cannot be received, and the search fails. Therefore, it takes, for example, one hour before the satellites to be received are sequentially switched and the search is actually successful and the first positioning result is obtained.
[0008]
As described above, in the conventional positioning device, if the orbit information of each satellite held by the receiver, the estimated position of the reception point, or the content of the clock of the receiver is uncertain, the TTFF must be long.
[0009]
An object of the present invention is to make it possible to appropriately select a satellite to be searched even if the orbit information of each satellite of the receiver, the estimated position of the receiving point, or the content of the clock of the receiver is uncertain, so that the power is turned on. It is another object of the present invention to provide a positioning system, a positioning device, and a positioning method that can reduce a time (TTFF) until a position of a reception point is first obtained.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Further, the positioning system of the present invention enables the satellite to be searched to be properly selected even if the orbit information of each satellite of the receiver, the estimated position of the receiving point or the content of the clock of the receiver is uncertain. In order to reduce the time (TTFF) until the position of the receiving point is first obtained after the power is turned on, Claim 1 As described in, satellite signal receiving means for selectively receiving signals transmitted from a plurality of positioning satellites, and a satellite for broadcasting identification information of a plurality of positioning satellites in the field of view received by the satellite signal receiving means A base station comprising identification information broadcasting means;
A plurality of satellite signal receiving means for selectively receiving signals transmitted from the respective satellites based on the identification information of the positioning satellites; and information from the orbit information of each positioning satellite, the estimated position information of the mobile station, and the current time information. In-field satellite estimating means for estimating a positioning satellite in the field of view; and Positioning satellite Satellite identification information receiving means for receiving identification information; and positioning information received by the satellite identification information receiving means as identification information of a positioning satellite to be received by the satellite signal receiving means. Of the positioning satellite Identification information , Assigned to the satellite signal receiving means in preference to the positioning satellite identification information estimated by the in-field satellite estimating means And, the closer the distance between the base station and the mobile station is, the more the number of satellite identification information received by the satellite identification information receiving means to the plurality of satellite signal receiving means is increased. Reception allocating means And Mobile station.
[0013]
Furthermore, the positioning system of the present invention is transmitted from a satellite even if the receiver does not have the orbit information of each satellite and the motion state of each satellite to be received relative to the receiving point is not clear. To obtain information on the Doppler frequency contained in the signal and eliminate the need for extensive Doppler frequency searches, Claim 2 As described in, satellite signal receiving means for receiving signals transmitted from a plurality of positioning satellites, and satellite identification information broadcasting for broadcasting identification information of positioning satellites within the field of view received by the satellite signal receiving means Means, a base station comprising Doppler frequency information broadcasting means for broadcasting Doppler frequency information of the signal from the satellite,
A satellite identification information receiving unit and a Doppler frequency information receiving unit that receive the satellite identification information and the Doppler frequency information from the base station; and a satellite transmitted from a positioning satellite indicated by the satellite identification information received by the satellite identification information receiving unit. And a means for searching for and receiving an incoming signal based on the Doppler frequency information received by the Doppler frequency information receiving means.
[0014]
The positioning device of the present invention is applied to the above positioning system so that the position of the reception point can be obtained in a short time after power-on, Claim 3 As described in above, satellite identification information receiving means for receiving satellite identification information from a base station, and means for receiving a signal transmitted from a positioning satellite indicated by the satellite identification information received by the satellite identification information receiving means And
[0016]
[Action]
Of the present invention Claim 1 In the positioning system according to the above, signals transmitted from a plurality of positioning satellites are received by the base station, and the identification information of these satellites is broadcast as the identification information of the satellites within the field of view. One mobile station receives the satellite identification information in the field of view broadcast from the base station, and receives the positioning satellite indicated by the satellite identification information.
[0017]
By broadcasting the information of the satellites within the field of view from the base station and using the information at the mobile station, the mobile station may not know the estimated position of the receiving point in the initial state, Even if there is no information or the information on the current time is incorrect, only the satellites within the field of view are reliably searched, so that the positioning result can be obtained immediately after the power is turned on.
[0018]
Also ,each The positioning satellite in the field of view is estimated from the orbit information of the positioning satellite, the estimated position information of the mobile station, and the information of the current time, but the identification information of the positioning satellite to be received by the satellite signal receiving means is transmitted from the base station. Since the received satellite identification information is assigned with higher priority than the identification information of the positioning satellite estimated, if satellite identification information cannot be received from the base station, a signal from the estimated satellite is received and the satellite identification information is transmitted from the base station. When the information can be received, a signal from the satellite indicated by the satellite identification information is received. For example, when the power is turned on in an underground parking lot and the vehicle goes outside after a while, the satellite signal receiving means first receives a signal from the positioning satellite based on the identification information of the positioning satellite. After that, the satellite identification information is received from the base station, and the satellite signal receiving means is allocated so that the signal from the satellite indicated by the satellite identification information is received. As a result, the satellite search is started immediately after the power is turned on, and the satellite to be searched is properly selected, and the positioning result can be obtained immediately after the power is turned on.
[0019]
Moreover The shorter the distance between the base station and the mobile station, the more the number of satellite identification information received from the base station to a plurality of satellite signal receiving means increases. Conversely, as the distance between the base station and the mobile station increases, the number of assignments of the satellite identification information received from the base station decreases. In other words, as the distance between the base station and the mobile station increases, the probability that the satellites that are visible in the field of view from the base station will be out of the field of view from the mobile station increases. By changing the number of assigned satellite identification information received from the base station to a plurality of satellite signal receiving means according to the distance, the satellite to be searched can be properly determined regardless of the distance between the base station and the mobile station. The probability of selection is increased, and TTFF is shortened.
[0020]
Claim 2 In the positioning system according to the identification information of the positioning satellite in the field of view, Doppler frequency information of the signal from the satellite is broadcast from the base station, the mobile station receives its satellite identification information and Doppler frequency information, A signal transmitted from the positioning satellite indicated by the received satellite identification information is searched for and received based on the Doppler frequency information. Accordingly, even if the receiver does not have the orbit information of each satellite and the relative motion state of each satellite to be received with respect to the receiving point is not clear, it is included in the signal transmitted from the satellite. By obtaining information on the Doppler frequency, it is not necessary to search for a wide range of Doppler frequencies, and the time required for searching each satellite is reduced.
[0021]
Claim 3 In the positioning device according to the present invention, the satellite identification information in the field of view broadcast from the base station is received, and the positioning satellite indicated by the satellite identification information is received. Signal sent from Is received, and a positioning operation is performed based on signals from the plurality of positioning satellites.
[0022]
By using the information on the satellites in the field of view broadcast from the base station in the positioning device, the positioning device does not have the orbit information of each satellite in the initial state, or the information of the current time is incorrect. However, the positioning result can be obtained immediately after the power is turned on.
[0024]
【Example】
First, a configuration of a positioning device according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The first embodiment is a positioning device corresponding to a differential GPS receiver that receives differential correction data wirelessly transmitted from a base station.
[0025]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the positioning device. In the figure, an analog signal processing circuit 2a converts a signal from a GPS satellite received by the receiving antenna 1 into an intermediate frequency, and an AD converter 2b converts the signal into digital data. The signal processing gate array 3 receives digital data from the AD converter 2b, receives C / A code pattern data, C / A code phase data, carrier phase data, and the like from the CPU 5, generates a C / A code pattern, and outputs a C / A code pattern. A correlation operation with the A code is performed. The clock circuit 4 has a reference oscillator, and divides the reference oscillation signal to measure the current time. The CPU 5 executes a program previously written in the ROM 6, reads correlation data from the signal processing gate array 3, performs a predetermined loop filter operation, and performs C / A code pattern data, C / A By giving the A code phase data and the carrier phase data, the C / A code phase and the carrier phase are synchronized, and further, the navigation message data is extracted. Further, the CPU 5 extracts ephemeris (orbit information of the satellite) from the navigation message data, obtains position information of each satellite, obtains a pseudo distance to each satellite, and calculates the position of the receiving point. Further, the CPU 5 outputs the positioning result via the data transmission interface 8. The RAM 7 is used as a working area when performing these processes. The receiving circuit 10 receives a radio wave transmitted from the base station via the antenna 9 and obtains it as serial digital data. The CPU 5 reads the data (differential correction data) via the interface 11.
[0026]
FIG. 2 shows an example of some differential correction data of the standard standard RTCM SC-104 for the purpose of error correction by SA (selective availability) of a GPS system created by the U.S. Maritime Radio Technology Commission. In the figure, the TYPE 1 or TYPE 9 message is data comprising satellite identification information (satellite number), a pseudo distance correction value, and a distance change rate correction value. The correction value and its change rate (change distance per unit time) are transmitted. The TYPE2 message is data including satellite identification information, a delta pseudo-range correction value, and a delta distance change rate correction value. When the orbit information from the satellite is updated, the base station receives new orbit information before the mobile station. In this case, the mobile station performs correction based on the difference (delta correction value) between the correction data based on the new track information and the correction data based on the old track information. The TYPE 3 message is position information of the base station, and is indicated by X, Y, Z coordinates in the earth fixed center of the earth (ECEF) coordinates. The TYPE 5 message includes identification information of each satellite and health data indicating its health status. As will be described later, among these messages, a message including satellite identification information such as TYPE1, TYPE2, TYPE5, and TYPE9 uses the satellite identification information as satellite identification information in the field of view. It is used when considering the distance between the mobile station and the base station as described later.
[0027]
Each of the above messages is broadcast in various forms by "Road Traffic Information and Communication System: VICS" jointly operated by the Ministry of Construction, the National Police Agency, and the Ministry of Posts and Telecommunications. The receiving circuit shown in FIG. 1 is a circuit for receiving, for example, FM multiplex broadcasting.
[0028]
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure from power-on to assignment of a satellite to each channel. First, it is determined whether correction data has been received from the base station (n1). If a TYPE 3 message is received, the process of receiving a signal from the base station is performed in parallel by another process. The position of the base station is obtained as latitude, longitude, and height information (n2 → n3). . If the first positioning result has already been obtained at this point, the distance from the own station (mobile station) to the base station is determined here (n4 → n5). If the distance is a short distance within a predetermined distance, the number employed when assigning a satellite number to a reception channel based on the satellite identification information received from the base station is maximized. That is, the state is set so that a satellite number based on the satellite identification information received from the base station is assigned as much as possible to a plurality of (eight) reception channels (n5 → n7). If the distance is longer than a predetermined distance, the number of satellites assigned to the receiving channel based on the satellite identification information received from the base station is set to four. That is, the state is set so that the satellites indicated by the satellite identification information received from the base station are allocated to four of the eight reception channels (n5 → n6). If the first positioning result has not been obtained yet, the state is set so that a satellite based on the satellite identification information received from the base station is allocated as much as possible to a plurality of (eight) reception channels (n4 → n7). ). Thereafter, when a message including satellite identification information such as TYPE 1, 2, 5, 9 or the like is received from the base station, the satellite identification information included in the message is stored (updated) as the satellite number of the satellite in the field of view (n8). ). Then, the satellite number is assigned to each channel within a range not exceeding the number of adoptions (n9). Note that the default value (initial value) of the adopted number is the maximum, and if no TYPE 3 message has been received yet, a satellite number based on the satellite identification information received from the base station can be assigned to eight reception channels. Assign as long as you can. As described above, the number of the above-mentioned adopted numbers is maximized until the first positioning result is obtained after the power is turned on. Therefore, even if the own station (mobile station) is far from the base station, the satellite identification information received from the base station is obtained. Increases the probability of receiving signals from four or more satellites, and shortens the TTFF.
[0029]
If a signal from the base station has not been received, the approximate position of each satellite is calculated, and satellites within the field of view where the elevation angle of each satellite as viewed from the receiving point is positive are allocated to unused channels that have not been allocated yet. (N10 → n11). By repeating the above processing, satellites are allocated to a plurality of reception channels according to either the satellite number extracted from the differential correction data or the satellite number in the field of view obtained by calculation. The plurality of channels correspond to a plurality of satellite signal receiving means according to claim 2 of the present invention.
[0030]
In the satellite allocation in step n9, a satellite having a small correction value based on the differential correction data is preferentially allocated. For example, PR is a pseudo distance after correction based on the message of TYPE1, and PRm is a pseudo distance measured at time t. t If the correction value of the pseudo distance is PRC, the correction value of the distance change rate is RRC, and the previous correction time is to, the corrected pseudo distance PR is
PR = PRm t + PRC + RRC · (t-to). Since the correction using the correction value RRC of the distance change rate is a first-order approximation, when the cycle of receiving the TYPE 1 message becomes longer, the correction amount based on the correction value RRC of the distance change rate is calculated. Accuracy decreases. Therefore, the smaller the distance change rate correction value is, the higher the priority is assigned to the channel.
[0031]
FIG. 4 shows the contents of the navigation message extraction process. In this process, almanac data and ephemeris data are extracted from a navigation message included in a received signal from each satellite, and these are edited as orbit information of each satellite.
[0032]
FIG. 5 is a flowchart showing the procedure for calculating the satellite position of each satellite, and corresponds to the processing in step n9 in FIG. First, the orbit information, the current time, and the estimated position information of the receiving point of each satellite are read, and the position of each satellite is calculated based on these information.
[0033]
FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the positioning calculation process. First, the pseudo distance from the receiving point to each satellite is corrected using differential correction data. After that, the position of the receiving point is determined from the position information of each satellite and the corrected pseudorange of each satellite.
[0034]
FIGS. 7 to 9 show examples of satellite assignment to each channel. In each figure, the “satellite numbers extracted by the differential correction data” are arranged in ascending order of the distance change rate correction value. The “satellite numbers in the field of view obtained by calculation” are arranged in ascending order of elevation.
[0035]
FIG. 7 shows an example in which all satellite numbers included in the differential correction data are assigned. Thus, first, the seven satellite numbers 3,4,8,10,14,17,18 included in the differential correction data are converted into seven channels of channel numbers 0,1,2,3,4,5,6. When the satellite numbers obtained by the calculation are assigned to the vacant channel 7 after that, the satellite numbers 3 and 8 are already assigned to the channel numbers 0 and 2, so the next satellite number 11 is assigned to the vacant channel 7. When assigning a satellite number in the field of view obtained by calculation to an empty channel as described above, a satellite having a large elevation angle (around 90 °) is preferentially assigned. Thereby, even if the almanac data of each satellite is old and the estimated position of each satellite is shifted, the satellite having the highest probability of being in the field of view is assigned.
[0036]
FIG. 8 shows an example in which the distance between the base station and the mobile station is longer than a certain distance, and only four satellites are employed among a plurality of satellite numbers extracted from the differential correction data. (As described later, it is determined how many satellites among a plurality of satellite numbers extracted from the differential correction data are to be adopted according to the distance between the base station and the mobile station.) That is, the satellite numbers are extracted from the differential correction data. Satellite numbers 3, 4, 8, and 10 are assigned to channel numbers 0, 1, 2, and 3, respectively. Of the satellite numbers in the field of view obtained by the calculation, the satellite numbers other than the satellite numbers extracted from the differential correction data are used as free channels. Assign to That is, since the satellite numbers 3, 8, and 4 are already assigned to the channel numbers 0, 2, and 1, the satellite numbers 11, 14, 9, and 21 of the other high-elevation satellites are assigned to the vacant channels 4, 5, and 6, respectively. , 7.
[0037]
FIG. 9 shows a case where the satellite number in the field of view is estimated by calculation before the differential correction data is received, the satellite number is allocated to the channel first, and then, when the differential correction data is received, the satellite number is allocated. This is an example. That is, first, satellite numbers 3, 8, 11, 4, 14, 9, and 21 are temporarily assigned to channel numbers 0, 1, 2, 3, 4, 5, and 6, and then satellite numbers are extracted from differential correction data. The satellite number is assigned to an empty channel, and the satellite number extracted from the differential correction data is preferentially replaced and assigned. In the example shown in the figure, the satellite numbers 3, 4, 8, and 14 extracted from the differential correction data are already assigned to the channels 0, 3, 1, and 4, respectively. Assign to 7. Since the satellite numbers 9 and 21 do not exist in the satellite numbers extracted from the differential correction data, the satellite numbers 17 and 18 are reset for the channel numbers 6 and 5, respectively.
[0038]
In the example described above, an example is shown in which a message is received in a format standardized by the RTCM SC-104 and satellite identification information is extracted, but the combination information of a plurality of satellites used for positioning and the combination of the satellites is used. The base station transmits the information of the positional deviation included in the result of the positioning operation as a pair, and the receiving station performs the positioning operation with the same combination of satellites and corrects the position deviation for the result. The present invention can be similarly applied to a differential GPS system of a type which performs the above operation. For example, as shown in FIG. 10, the base station transmits information on a plurality of combinations of satellites and error information Δφ, Δλ, Δh of latitude, longitude, and height from the base station. When the mobile station receives the information, A plurality of satellite numbers included in the satellite combination information are used as the satellite numbers of the satellites within the field of view, and satellites are allocated to channels in the same manner as described above.
[0039]
In the example described above, a state occurs in which a plurality of satellite numbers extracted from the differential correction data are assigned to all eight channels. For example, the number of adopted satellite numbers extracted from the differential correction data is set to the maximum. In this case, if this is allocated to seven channels and the remaining one channel is allocated a satellite number in the field of view obtained by calculation, even if the base station becomes abnormal and broadcasts abnormal data, The mobile station can receive signals from satellites within the field of view on the one channel. If it is determined from this that the broadcast content of the base station cannot be relied on, the number of channels to which satellite numbers in the field of view obtained by calculation may be increased thereafter.
[0040]
Next, a configuration of a positioning system according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the second embodiment, a message is transmitted from a base station in a unique format using, for example, TYPE numbers 64-128 of RTCM SC-104, and the mobile station receives the message.
[0041]
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of the base station. In the figure, the configurations of an analog signal processing circuit 22a, an AD converter 22b, a signal processing gate array 23, a clock circuit 24, and a CPU 25 are the same as those of each section of the positioning device shown in FIG. The same applies to the use of the RAM 27. The transmission circuit 30 wirelessly transmits the message data signal output from the interface 31 to the mobile station via the antenna 29. The CPU 25 outputs message data to the interface 31. The configuration of the mobile station used in the second embodiment is the same as that of the positioning device shown in FIG.
[0042]
FIG. 12 is a flowchart showing the procedure of the receiving process in the base station. In this process, C / A code pattern data is set according to the satellite number to be received, and C / A code phase and carrier phase are synchronized by providing C / A code phase data and carrier phase data. And further extract the navigation message data. At the same time, the Doppler frequency of the satellite is extracted.
[0043]
FIG. 13 shows the contents of the navigation message extraction processing in the base station. In this process, almanac data and ephemeris data are extracted from a navigation message included in a received signal from a satellite, and these are edited as orbit information of each satellite.
[0044]
FIG. 14 is a flowchart showing the procedure of calculating the satellite position of each satellite in the base station. First, the orbit information of each satellite, the current time, and the position information of a known reception point are read, and the position of each satellite is calculated based on these information. Subsequently, satellites existing in the field of view viewed from the receiving point (base station) are extracted.
[0045]
FIG. 15 is a flowchart showing a procedure for broadcasting a message including satellite identification information. First, information on the satellite number and Doppler frequency of each satellite in the field of view is broadcast sequentially for all satellites in the field of view, followed by information on the broadcastable distance. Then, this process is repeated.
[0046]
FIG. 16 shows the format of the message. For example, this content
03, -3
06, + 1
09, +0
12, +2
1000
Then, the Doppler frequency of the signal from the satellite number 3 is -3 kHz, the Doppler frequency of the signal from the satellite number 6 is +1 kHz, the Doppler frequency of the signal from the satellite number 9 is 0 kHz, and the satellite number 12 Indicates that the Doppler frequency of the signal from the satellite is +2 kHz and the broadcastable distance is 1000 km.
[0047]
FIG. 17 is a flowchart showing a procedure of a process of receiving a signal from the base station in the mobile station. First, information on each satellite number, Doppler frequency, and broadcastable distance of the satellites within the field of view is received, and the satellites within the field of view obtained by this are assigned to each channel. At the time of reception processing in each channel, a search for a Doppler frequency is performed around the Doppler frequency within the upper limit and the lower limit of the Doppler frequency determined according to the broadcastable distance. That is, the maximum search range of the Doppler frequency of the satellite to be received is determined based on the information on the broadcastable distance. For example, as the distance between the base station and the mobile station is shorter, the difference between the Doppler frequency included in the signal from a certain satellite as viewed from the base station and the Doppler frequency included in the signal from the certain satellite as viewed from the mobile station is smaller. Conversely, as the distance between the base station and the mobile station increases, the difference between the Doppler frequency included in the signal from a certain satellite viewed from the base station and the Doppler frequency included in the signal from the satellite viewed from the mobile station increases. growing. The range of the deviation eventually depends on the distance between the base station and the mobile station, and the maximum search range of the Doppler frequency is determined by setting the broadcastable distance to the maximum expected distance from the mobile station to the base station. As described above, in the mobile station, the range in which the Doppler frequency of the signal to be received can be determined in advance from the information on the Doppler frequency of each satellite and the broadcastable distance, the width in which the Doppler frequency should change is limited, and the Doppler frequency is limited. Is reduced, and the time from when the power is turned on to when the first positioning result is obtained is reduced.
[0048]
【The invention's effect】
Of the present invention Claim 1 Positioning system To According to this, since information on satellites within the field of view is broadcast from the base station and used by the mobile station, each mobile station does not have the orbit information of each satellite in the initial state, and the estimated position of the reception point is also determined. Even if the information is incorrect, or even if the current time information is incorrect, only the satellites within the field of view are surely searched, so that the positioning result can be obtained immediately after the power is turned on.
[0049]
Also In accordance with the distance between the base station and the mobile station, the number of allocations of the satellite identification information received from the base station to the plurality of satellite signal receiving means changes, regardless of the distance between the base station and the mobile station. Therefore, the probability that the satellite to be searched can be properly selected increases, and the TTFF is shortened.
[0050]
Claim 2 According to the positioning system according to the above, even if the receiver does not have the orbit information of each satellite and the relative motion state of each satellite to be received with respect to the receiving point is not clear, the signal transmitted from the satellite The information of the Doppler frequency included in the information is obtained, so that the search of the Doppler frequency over a wide range becomes unnecessary, and the time required for searching each satellite is reduced.
[0051]
In addition, the present invention Claim 3 According to the positioning device according to the present invention, by using the information of the satellites within the field of view broadcast from the base station, even if the satellite does not have the orbit information in the initial state, or even if the current time information is incorrect, It is possible to reliably search only the satellites within the satellite and obtain a positioning result immediately after the power is turned on.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a positioning device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a message broadcast from a base station in the first embodiment.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a processing procedure of the positioning device.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a processing procedure of the positioning device.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a processing procedure of the positioning device.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a processing procedure of the positioning device.
FIG. 7 is a diagram showing an example of assigning a satellite number to each channel.
FIG. 8 is a diagram showing an example of assigning a satellite number to each channel.
FIG. 9 is a diagram showing an example of assigning a satellite number to each channel.
FIG. 10 is a diagram illustrating another example of the differential correction data transmitted from the base station.
FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of a base station in the positioning system according to the second embodiment.
FIG. 12 is a flowchart showing a processing procedure in the base station.
FIG. 13 is a flowchart showing a processing procedure in the base station.
FIG. 14 is a flowchart showing a processing procedure in the base station.
FIG. 15 is a flowchart showing a processing procedure in the base station.
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a message broadcast from a base station.
FIG. 17 is a flowchart showing a processing procedure in the mobile station.
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a state at power-on and a time until a first fix.

Claims (3)

複数の測位用衛星から送信されてくる信号を受信する衛星信号受信手段と、この衛星信号受信手段により受信された視野内の複数の測位用衛星の識別情報を放送する衛星識別情報放送手段とを備える基地局と、
それぞれ測位用衛星の識別情報を基に、各衛星から送信された信号を選択受信する複数の衛星信号受信手段と、各測位用衛星の軌道情報と移動局の推定位置情報および現在時刻の情報から視野内の測位用衛星を推定する視野内衛星推定手段と、前記基地局から前記測位用衛星の識別情報を受信する衛星識別情報受信手段と、前記衛星信号受信手段が受信すべき測位用衛星の識別情報として、前記衛星識別情報受信手段により受信された前記測位用衛星の識別情報を前記視野内衛星推定手段により推定された測位用衛星の識別情報より優先して前記衛星信号受信手段に割り当て、且つ前記基地局と移動局間の距離が近い程、前記複数の衛星信号受信手段に対する、前記衛星識別情報受信手段により受信された衛星識別情報の割り当て数を増す受信割当手段とを備える移動局とから成る測位システム。
Satellite signal receiving means for receiving signals transmitted from a plurality of positioning satellites, and satellite identification information broadcasting means for broadcasting identification information of a plurality of positioning satellites within the field of view received by the satellite signal receiving means. A base station to be provided,
A plurality of satellite signal receiving means for selectively receiving signals transmitted from the respective satellites based on the identification information of the positioning satellites; and information from the orbit information of each positioning satellite, the estimated position information of the mobile station, and the current time information. A satellite-in-view estimating means for estimating a positioning satellite in a visual field, a satellite identification information receiving means for receiving identification information of the positioning satellite from the base station, and a positioning satellite to be received by the satellite signal receiving means. assigned as identification information, the identification information of the positioning satellite received by the satellite identification information receiving means, in preference to identification information of the positioning satellite that is estimated by the in-field satellite estimating means to the satellite signal receiving means , more and close the distance between the mobile station and the base station, to the plurality of satellite signal receiving means, increasing the number of allocated satellite identification information received by the satellite identification information receiving means Positioning system comprising a mobile station and a signal allocating unit.
複数の測位用衛星から送信されてくる信号を受信する衛星信号受信手段と、この衛星信号受信手段により受信された視野内の測位用衛星の識別情報を放送する衛星識別情報放送手段と、前記衛星からの信号のドップラー周波数情報を放送するドップラー周波数情報放送手段とを備える基地局と、
前記基地局から前記衛星識別情報およびドップラー周波数情報を受信する衛星識別情報受信手段およびドップラー周波数情報受信手段と、衛星識別情報受信手段により受信された衛星識別情報により示される測位用衛星から送信されてくる信号を、前記ドップラー周波数情報受信手段により受信されたドップラー周波数情報を基にサーチして受信する手段とを備える移動局とから成る測位システム。
Satellite signal receiving means for receiving signals transmitted from a plurality of positioning satellites, satellite identification information broadcasting means for broadcasting identification information of positioning satellites within the field of view received by the satellite signal receiving means, A base station comprising Doppler frequency information broadcasting means for broadcasting Doppler frequency information of a signal from
A satellite identification information receiving unit and a Doppler frequency information receiving unit that receive the satellite identification information and the Doppler frequency information from the base station; and a satellite transmitted from a positioning satellite indicated by the satellite identification information received by the satellite identification information receiving unit. And a means for searching for and receiving an incoming signal based on the Doppler frequency information received by the Doppler frequency information receiving means.
請求項1または2に記載の測位システムにおいて、前記基地局から前記測位用衛星の識別情報を受信する衛星識別情報受信手段と、この衛星識別情報受信手段により受信された識別情報により示される測位用衛星から送信されてくる信号を受信する手段とを備える前記移動局用の測位装置。 In the positioning system according to claim 1 or 2, and the satellite identification information receiving means for receiving identification information of the positioning satellite from said base station, the positioning indicated by the identification information received by the satellite identification information receiving means Means for receiving a signal transmitted from a satellite for use in a mobile station .
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