JP3593955B2 - Ｇｐｓシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＰＳ電波を発信する少なくとも一つのＧＰＳ衛星と、その電波を受信することにより自らの位置情報を算出するＧＰＳ端末を備えるＧＰＳシステムに関し、特に、宇宙雑音や大気雑音によりＧＰＳ端末への到達電波に劣化があったとき受信状態を最適化するよう制御するＧＰＳシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ） における地表上での到達電波強度は、ほぼ一定（約−１３０ｄＢｍ）であり、ＧＰＳ端末の無線部は、この電波強度に最適動作するように設計されているのが一般的である。しかしながら、実際は、太陽雑音などの宇宙雑音、降雨の影響などによる大気減衰雑音などにより電波強度は変化し、また、その他のシステムによる干渉波なども存在して到達電波強度に影響を及ぼす。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このため、ＧＰＳ端末の無線部において受信するＧＰＳ電波がこれらの外来ノイズの影響を受けた場合、当該ＧＰＳ端末は自らの位置が正確に検出できないなどの障害が発生する。
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ＧＰＳ電波に大気雑音などが干渉した状態を各ＧＰＳ端末につき個別に検出するＧＰＳ基地局を備え、携帯電話網を利用してその検出情報をＧＰＳ基地局からＧＰＳ端末に送信することで、ＧＰＳ端末では、たとえ受信するＧＰＳ電波に干渉があっても、ＧＰＳ基地局から受信した情報に基づきＧＰＳ電波の受信を最適化できるよう自らコントロールするＧＰＳシステムを提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は、他のシステムによる外来雑音などがＧＰＳ電波に干渉した場合に、ＧＰＳ端末がその外来雑音を検出して取り除くことができるＧＰＳシステムを提供すること目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ＧＰＳ衛星から発信されたＧＰＳ電波を受信し、該ＧＰＳ電波で伝送された情報に基づき自らの位置情報を算出する少なくとも一つのＧＰＳ端末と、宇宙雑音や大気雑音の影響によるＧＰＳ衛星が受信するＧＰＳ電波の劣化を検出し、その旨を示す制御情報を各ＧＰＳ端末に送信するＧＰＳ基地局とを有し、各ＧＰＳ端末は、ＧＰＳ基地局より受信したＧＰＳ電波を増幅する増幅器を含むＧＰＳ受信手段を備え、ＧＰＳ基地局より受信した制御情報に基づき、増幅器の利得を最適に制御することでＧＰＳ電波の受信状態を最適化することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、他のシステムによる外来雑音の影響によってＧＰＳ衛星が受信するＧＰＳ電波が劣化したとき、ＧＰＳ端末は、その旨を検出し、ＧＰＳ電波の受信状態を最適化することを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、ＧＰＳ端末は、ＧＰＳ基地局から制御情報を受信する制御情報受信手段と、増幅器の利得を制御する利得制御手段とを有し、ＧＰＳ基地局がＧＰＳ電波の信号成分の減少から該ＧＰＳ電波の劣化を検出し、その旨を示す制御情報を制御情報受信手段にて受信したとき、利得制御手段は、増幅器の利得を増加させるよう制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、利得制御手段は、増幅器に供給する電流を増加させることにより増幅器の利得を増加させることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の発明において、制御情報受信手段によりＧＰＳ電波の雑音成分が増加した旨の制御情報をＧＰＳ基地局から受信したとき、利得制御手段は、増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を抑圧するよう制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、増幅器は、増幅器の通過帯域幅を制限する周辺回路を有し、制御情報受信手段がＧＰＳ基地局よりＧＰＳ電波の雑音成分が増加した旨の制御情報を受信したときにおいて、利得制御手段は、増幅器に供給する電流を増加することにより増幅器のインピーダンスを低下させるとともに周辺回路により通過帯域幅を制限させ、増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を抑圧するよう制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、ＧＰＳ端末は、ＧＰＳ受信手段において増幅器の後段に少なくとも一つの増幅器を有し、制御情報受信手段によりＧＰＳ基地局からＧＰＳ電波の雑音成分が増加した旨を示す制御情報を受信したとき、増幅器の出力信号の雑音成分の抑圧のために利得制御手段が増幅器に供給する電流を増加したことによって、増幅器からの出力信号に含まれる信号成分が復調に必要なレベル以上に増加したとき、少なくとも一つの増幅器のいずれかに供給する電流を減少させ、増幅器からの出力信号に含まれる信号成分を抑圧するよう制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項８記載の発明は、請求項５記載の発明において、ＧＰＳ端末は、ＧＰＳ受信手段において、増幅器の後段に少なくとも一つの増幅器と、増幅器と少なくとも一つの増幅器のうち最終段の増幅器との間に少なくとも一つのバンドパスフィルタとを有し、制御情報受信手段によりＧＰＳ電波の信号成分が減少した旨の制御情報を受信したとき、少なくとも一つのバンドパスフィルタの通過帯域を制御することにより増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を抑圧するよう制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項９記載の発明は、請求項５記載の発明において、ＧＰＳ端末は、ＧＰＳ受信手段において、増幅器の後段に少なくとも一つの増幅器と、増幅器と少なくとも一つの増幅器のうち最終段の増幅器との間に少なくとも一つのバンドパスフィルタと、増幅器の前段に少なくとも一つのバンドパスフィルタとを有し、制御情報受信手段によりＧＰＳ電波の信号成分が減少した旨の制御情報を受信したとき、増幅器の前段に備えられた少なくとも一つのバンドパスフィルタの通過帯域を制御することにより増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を抑圧するよう制御することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０記載の発明は、請求項２から９の記載の発明において、ＧＰＳ端末は、増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を特定し削除する雑音成分削除手段を有し、他のシステムによる外来雑音の影響によってＧＰＳ端末が受信するＧＰＳ電波の地上到達電波強度が劣化したとき、ＧＰＳ端末は、増幅器からの出力信号の信号成分のレベルが所定の期待値より低いと判断することによりＧＰＳ電波の地上到達電波強度の劣化を検出し、雑音成分削除手段により増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を特定し削除することを特徴とする。
【００１６】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の発明において、他のシステムによる外来雑音の影響によってＧＰＳ端末が受信するＧＰＳ電波が劣化したとき、雑音成分削除手段は、増幅器からの出力信号のピーク周波数を特定することにより干渉波ノイズ周波数帯域を特定し、該干渉波ノイズ周波数帯域分を削除し、増幅器からの出力信号に含まれる信号成分の周波数帯域分を通過させることで、増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を削除することを特徴とする。
【００１７】
請求項１２記載の発明は、請求項２から９のいずれかに記載の発明において、ＧＰＳ端末は、増幅器の後段に所定の帯域における信号の一定以上のレベルを削除する信号削除手段を有し、ＧＰＳ端末は、増幅器からの出力信号の信号成分のレベルが所定の期待値より低いと判断することによりＧＰＳ電波の劣化を検出し、信号削除手段により増幅器からの出力信号の所定のレベル以上を削除し、増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を削除するよう制御することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴を明確にすべく本発明によるＧＰＳシステムの動作の概略について説明する。
【００１９】
本発明は、太陽雑音などによる宇宙雑音、降雨の影響などによる大気減衰雑音などの影響により、ＧＰＳ端末が受信するＧＰＳ電波においてその強度を表すＧＰＳ地上到達電波強度が劣化したとき、ＧＰＳ基地局によって、そのときの電波状況を検出し、携帯電話網などを使用してその旨を示す情報を当該ＧＰＳ端末に伝送する。ＧＰＳ端末は、当該情報を受けて、電波状況に応じてＧＰＳ無線部内の増幅器の利得などを最適化するようにコントロールし、位置情報の算出精度を劣化させないことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明においては、他のシステムによりＧＰＳ電波に干渉する外来雑音についてもＧＰＳ自ら検出しており、他のシステムによる外来雑音が干渉した場合でも位置情報の算出精度の劣化を防止する。
【００２１】
図１にて本発明の構成について説明する。図１は、本発明のＧＰＳ端末の概略構成を示した図である。ＣＰＵ４は、ＲＯＭ６に格納されたプログラムに従い、通信ブロック（携帯電話アンテナ８、携帯電話無線部９、モデム部１０により構成される）、表示部１１、ＧＰＳブロック（ＧＰＳアンテナ１、ＧＰＳ無線部２、ＧＰＳデコーダ３、ゲインコントローラ５により構成される）に対する制御などの、装置全体のコントロールを行う。
【００２２】
ＲＯＭ６は、装置全体を動作させるためのプログラム及び地図情報などを格納している。ＲＡＭ７は、ワークアリアとして使用される。モデム１０及び携帯電話無線部９は、携帯電話アンテナ８を通じて携帯電話網を利用してＧＰＳ基地局やインターネットに接続する手段を提供する。
【００２３】
ＧＰＳ基地局は、太陽雑音などの宇宙雑音、降雨の影響などによる大気減衰雑音などの影響を受けたＧＰＳ電波の状況をキャッチしたとき、その電波状況を携帯電話網を通じてＧＰＳ基地局からＧＰＳ端末に送信し、その状況を示す情報は、携帯電話アンテナ８、携帯電話無線部９、及びモデム１０を通じてＣＰＵ４に通知される。ＣＰＵ４は、当該状況情報に基づき、ゲインコントローラ５を用いてＧＰＳ無線部２を最適な状態にコントロールする。
【００２４】
このように、本発明においては、ＧＰＳ基地局が電波状況に雑音を検知したとき、ＧＰＳ端末に対してその電波状況が通知されることにより、ＧＰＳ端末は、電波状況に応じてＧＰＳ無線部２を最適な状態にコントロールし、ＧＰＳ衛星からの電波を最適な状態で受信することができる。ＧＰＳ無線部２で受信したデータはＧＰＳアンテナ１、及びＧＰＳ無線部２を通じてＧＰＳデコーダ３に入力され、ここで現在の位置情報として緯度・経度情報が算出されてＣＰＵ４に対して通知される。この算出された位置情報は、ＣＰＵ４の命令により表示部１１に地図情報として表示される。
【００２５】
また、本発明においては、ネットワーク依存型ＧＰＳシステムを利用することにより、現在位置の緯度・経度情報の算出動作をＧＰＳデコーダ３でなく位置情報サーバで行ってもよい。さらに、表示部１１で表示される地図情報は、ＲＯＭ６から呼び出すだけでなく、携帯電話網を使用してインターネットなどよりダウンロードしてもよい。このネットワーク依存型ＧＰＳシステム、インターネットなどによる地図情報ダウンロード方法に関しては、周知であるためその説明を省略する。
【００２６】
次に、本発明の第１の実施形態の動作を図２に基づいて説明する。図２は、第１の実施形態における動作を説明するためのシステム構成図である。図２において、ＧＰＳ衛星１２は、地球上にＧＰＳ電波を送信している。太陽雑音などの宇宙雑音、降雨の影響などによる大気減衰雑音１３などの影響で地表到達電波強度が劣化した場合、ＧＰＳ基地局１６側では電波強度劣化と判断する。この情報は、携帯電話網１４を通じてＧＰＳ基地局１６からＧＰＳ端末１５に送信される。ＧＰＳ端末１５は、この受信した命令に応じて、ＧＰＳ電波を最適な状態で受信するように、ＣＰＵ４がゲインコントローラ５を用いてＧＰＳ無線部２内の増幅器の利得をコントロールする。
【００２７】
ここで、受信電波の劣化要因として、信号成分の減少と雑音成分の増加の２つの要因が考えられる。図３、４は、大気減衰雑音などによる地上到達電波強度の劣化の一例を示した図である。図３に示すように、信号成分が減少した場合において、受信機側で信号を復調するために必要なレベルに対して、増幅器通過後の信号成分が低い場合は、その分、増幅器の利得を増加させる必要がある。
【００２８】
一方、図４に示すように、雑音成分が増加した場合において、受信機側で信号を復調するために必要なＣ／Ｎ（キャリア・ノイズ比）が得られない場合は、信号成分の増幅率を変更させずに雑音成分の抑圧が必要となる。
【００２９】
一般的に、増幅器の利得及びＮＦ（ｎｏｉｓｅ ｆｉｇｕｒｅ） は、ＧＰＳ無線部２を構成する増幅器に流れる基準電流により変化する。基準電流が増加すると増幅器の利得は増加するとともに増幅器の直流インピーダンスが低下するため、交流インピーダンスが低下しＮＦは低下する。
【００３０】
また、一般的に雑音Ｎは、Ｎ＝ＫＢＴで表される。ここで、Ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度、Ｂ：帯域幅である。Ｋは一定値であり、Ｔは環境温度であるためＮはＢとの比例関係を有し、帯域幅Ｂを制限すればするほど雑音Ｎも低下する。一般的な受信機の増幅器は、通過帯域が制限されればされる程増幅率も低下するため、必要な利得を得るためにはさらに電流を増加させる必要がある。また、受信機自体のＳ／Ｎ比に関しては、初段の増幅器が支配的であり、このＮＦを低下させることでＳ／Ｎ比を改善することができる。
【００３１】
通常のＧＰＳシステムにおいては、地表上での到達電波強度がほぼ一定（約−１３０ｄＢｍ程度）の状態であり、その到達電波に対してＧＰＳ端末の増幅器の基準電流、利得、ＮＦ、及び帯域などは最適な状態となっている。ＧＰＳ端末を構成する上で、増幅器の電流を必要以上に流すことは、装置の電池寿命を低下させるため適切ではない。
【００３２】
したがって、必要に応じて増幅器に供給する電流値を変化させてやればよく、外来ノイズの影響で信号成分が減少した場合、その状態に応じて電流を増加させ、増幅器全体で利得を増加させてやれば、常に最適な受信機の状態で衛星補足が可能となる。
【００３３】
また、外来ノイズの影響で雑音成分が増加した場合は、増幅器に供給する電流を増加させることによりＮＦが低下し、さらに、その増幅器が帯域制限を行う周辺回路を有するとき、その電流増加により帯域が制限されて雑音レベルが低下する。このとき、増幅器に供給される電流の増加のため増幅率が必要以上に増加した場合は、次段以降の増幅器に供給する電流を減少させ、受信機全体として適切な増幅率としてやれば、常に最適な受信機の状態で衛星補足が可能となる。
【００３４】
図５は、本実施形態におけるＧＰＳ無線部２の構成例をより詳細に示したブロック構成図である。本実施形態によるＧＰＳ端末の受信機構成としては、便宜上、一般的なダブルスーパヘテロダイン方式とした。尚、本発明においては、シングルスーパヘテロダイン方式、ダイレクトコンバージョン方式でもよい。また、図６は、本発明の動作を示したフローチャートである。以下、本発明の一実施形態による動作を図５及び図６を参照しながら詳細に説明する。
【００３５】
まず、ＧＰＳ基地局１６でＧＰＳ電波の受信状態を測定する（ステップＳ０１）。上述したように、受信電波劣化状態は、信号成分の減少による劣化または雑音成分の増加による劣化があり、ＧＰＳ基地局１６はこれらの電波状況の劣化があるか否かを判断する（ステップＳ０２）。受信電波の劣化があると判断された場合（ステップＳ０２／ＹＥＳ）、この劣化要因を判定する（ステップＳ０３）。
【００３６】
ステップＳ０３にて、信号成分が減少していると判断された場合は（この場合、図３で示したように、ＡｄＢの劣化と仮定する）、ステップＳ０６にてＡｄＢ改善するように、携帯電話網に改善命令を送信し、この命令をＧＰＳ端末１５が受信する（ステップＳ１０）。
【００３７】
尚、携帯電話網からの受信に関しては既に説明したため省略する。ＡｄＢの改善命令は、ＣＰＵ４の命令によりゲインコントローラ５に送られ、Ｔｏｐアンプ２２、ダウンコンバータ２４、ダウンコンバータ２６、およびＩＦアンプ２８のいずれかに供給する電流を増加させ（ステップＳ１１）、増幅器の利得をＡｄＢ増加させる（ステップＳ１２）。
【００３８】
また、ステップＳ０３において、電波状況劣化の要因が、雑音の低下であると判断した場合（この場合、図４で示したように、ＢｄＢの劣化と仮定する）。ステップＳ０８にてＢｄＢ改善するようにＧＰＳ基地局１６から携帯電話網に改善命令を送信し、この命令をＧＰＳ端末１５が受信する（ステップＳ１３）。ＢｄＢの改善命令は、ＣＰＵ４の命令によりゲインコントローラ５に送られ、ゲインコントローラ５によりＴｏｐアンプ２２への電流を増加させることで（ステップＳ１４）、Ｔｏｐアンプ２２内のインピーダンスが低下し、さらにＴｏｐアンプ２２が有する周辺回路にも電流を供給され帯域が制限されるため、ＮＦが抑圧される（ステップＳ１５）。
【００３９】
次に、ＮＦを低下させることを目的として増加させた電流により必要以上に増幅器の利得が増加したか否かを判断する（ステップＳ１６）。この判断において、必要以上に利得が増加したと判断された場合は（ステップＳ１６／ＹＥＳ）、ＣＰＵ４の命令によりゲインコントローラ５を用いて、ダウンコンバータ２４、ダウンコンバータ２６、ＩＦアンプ２８のいずれかに供給する電流を減少させ（ステップＳ１７）、図４に示した復調に必要な信号レベルを著しく超えないようにコントロールする。
【００４０】
尚、ステップＳ０２の判断において、電波状況が劣化していない場合には（ステップＳ０２／ＮＯ）、ＧＰＳ端末は期待された信号レベル、Ｃ／Ｎが確保できるため、受信機増幅器利得の増加、増幅器におけるＮＦの低下などを行う必要なく最適な状態にあるため、そのまま動作する（ステップＳ１８）。
【００４１】
以上に説明したように、ＧＰＳ電波状況に劣化が検出された場合、それを検出したＧＰＳ基地局１６からの命令を受けて、ＧＰＳ端末１５側では、増幅器の基準電流をコントロールすることにより、環境に応じて受信機増幅器の利得、ＮＦ、帯域などを最適に制御する。本発明においては、ＧＰＳ電波の受信状況に劣化が生じた場合には必要に応じて電流増加などが実施されるため、無駄に電池寿命を短くしてしまうなどの弊害などがない。
【００４２】
また、本実施形態においては、増幅器に供給する電流をコントロールすることによりＧＰＳ電波の受信状態を最適な状態に制御したが、ＮＦを改善するための他の方法として、増幅器（Ｔｏｐアンプ２２、ＩＦアンプ２８）の間に挿入されているＢＰＦ２３、２５、２７（バンドパスフィルタ）の帯域をコントロールすることによりＮＦを低下させてもよい。帯域がコントロールできるフィルタとしては、電流制御のジャイレータフィルタや、ＳＣＦ（スイッチドキャパシタフィルタ） を用いてもよい。これらの説明に関しては周知の技術であるため省略する。
【００４３】
尚、本実施形態は、ＢＰＳ２３、２５、２７がＴｏｐアンプ２２、ＩＦアンプ２８間に挿入した構成としているが、本発明はこの構成に限らず、ＧＰＳアンテナ１、Ｔｏｐアンプ２２間にさらにもう一つＢＰＳを追加した構成とすることもできる。上述した実施形態では、ＮＦを低下させるためにＢＰＳ２３、２５、２７の帯域を制限していたが、この構成では、ＧＰＳアンテナ１、Ｔｏｐアンプ２２間に挿入されるＢＰＳのみの帯域を制限すればよい。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、他のシステム等による雑音１７がＧＰＳ端末１５が受信するＧＰＳ電波に干渉する場合を想定した構成図を示している。
【００４５】
第１の実施形態で説明したように、ＧＰＳ到達電波は、太陽雑音などの宇宙雑音、降雨の影響などによる大気減衰雑音などの影響が少なければ、地表上での到達電波強度はほぼ一定（約−１３０ｄＢｍ程度）であることが知られている。
【００４６】
また、大気雑音などの影響を受けた場合においても、第１の実施形態と同様に、ＧＰＳ無線部２の状態は最適にコントロールされているものとする。この状態においては、一般的な無線部構成（ダブルスーパヘテロダイン）にした場合、図８に示されるように、各ブロックの電力スペクトラムは、期待された所定の値となる。ＧＰＳ帯域内にノイズスペクトラムがある場合、図９（ｄ）に示すように、干渉波ノイズがアンプの飽和レベルに達してしまうため、信号成分の電力が少なくなる。本実施形態においては、この信号成分の電力量でノイズに干渉されているか否かを判断し、ノイズの除去を行う。
【００４７】
図１０は、第２の実施形態によるＧＰＳ端末１５の概略構成を示したブロック構成図である。第１の実施形態と同様の部分については説明を省略し、ＧＰＳ無線部１２の動作を中心にして説明する。
【００４８】
図１０のＧＰＳ無線部１２は、ＧＰＳ回線帯域を増幅するＲｆアンプ４１（一般的にはＬＮＡ：Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ ＡＭＰ と言われる）、ＧＰＳ回線周波数をベースバンド周波数まで下げるダウンコンバータ４２、スキャンしたノイズを削除するためのプログラムフィルタ４３、ＧＰＳ回線周波数に干渉するノイズ周波数のスキャン、及び、ＧＰＳ回線周波数をベースバンド周波数まで下げるためのローカル周波数を供給するＰＬＬ回路４４、ノイズ除去後、復調に必要な信号スペクトラムレベルにまで増幅するためのアンプ４５により構成される。
【００４９】
尚、ダウンコンバータ４２は、Ｒｆアンプ４１との間に段間フィルタを含み、複数のダウンコンバータも含まれるものとする。また、プログラムフィルタ４３は、電力レベルを判断するコンパレータを含み、フィルタの帯域特性、中心周波数、フィルタのタイプがコントロールできるものとする。また、ゲインコントローラ５は、第１の実施形態で説明したように、Ｒｆアンプ４１、ダウンコンバータ４２の利得などをコントロールするものとする。
【００５０】
図１１は、本発明の第２の実施形態における動作を説明するためのフローチャートである。先ず、第１の実施形態と同様にして受信機の利得などが最適にコントロールされる（ステップＳ２１）。また、プログラムフィルタ４３の初期状態として、ＧＰＳの回線帯域が通過できるように広帯域のＢＰＦ（バンドパスフィルタ：帯域通過フィルタ）としてＣＰＵ４によりコントロールされており、さらに、ＰＬＬ回路４４の周波数は、ＧＰＳ回線の中心周波数がミックスダウンできるようにＣＰＵ４によりコントロールされている。
【００５１】
次のフローでは、最適にコントロールされた増幅器から出力された信号のレベルが期待値にあるか否かを判断する（ステップＳ２２）。ここで、増幅器からの出力信号のレベル判断は、プログラムフィルタ４３に含まれるコンパレータにより実施され、その結果はＣＰＵ４に送られる。増幅器からの出力信号に含まれる信号成分のレベルが所定の期待値通りでなくそれより低い場合は（ステップＳ２２／ＮＯ）、ＣＰＵ４側でＧＰＳ帯域内に干渉波が入力されたと判断し（ステップＳ２３）、ＰＬＬ回路４４を使用して干渉波のスキャンを開始する（ステップＳ２４）。
【００５２】
このとき、プログラムフィルタ４３はＣＰＵ４により狭帯域のバンドパスフィルタにコントロールされ、プログラムフィルタ４３に含まれるコンパレータによりピーク周波数を特定していく。ＰＬＬ回路４４の比較周波数を変更していき（ステップＳ２５、Ｓ２７）、干渉波ノイズ周波数が特定できた場合（ステップＳ２６／ＹＥＳ）、ＰＬＬ回路４４の比較周波数を初期値に戻す。このとき、プログラムフィルタ４３は、そのノイズ帯域分を削除するバンドイリミネーションフィルタ（ＢＥＦ：帯域除去フィルタ）と信号帯域を通過させるバンドパスフィルタの複合フィルタにコントロールされ、ノイズ成分周波数帯域のみを削除する。
【００５３】
また、このプログラムフィルタの他の実施形態として、ＧＰＳ回線周波数を通過させる広帯域バンドパスフィルタ、及び、ノイズ成分のスキャンに使用する狭帯域フィルタのみを固定のフィルタとし、ノイズ帯域分を削減するＢＥＦのみをコントロールしてもよい。尚、プログラムフィルタには、適応フィルタや、供給される電流値で帯域又は中心周波数が変更可能なジャイレータフィルタ、ＳＣＦ（スイッチドキャパシタフィルタ）などを使用するものとし、適応フィルタや、ジャイレータフィルタ、スイッチドキャパシタフィルタは、周知の技術であるため説明は省略する。
【００５４】
また、ＧＰＳ等で使用されるスペクトラム拡散は、帯域内のスペクトラムが多少欠落しても、逆拡散することで問題なく復調できることが知られている。干渉波ノイズ成分の削除後は、ＡＭＰ４５により必要なレベルまで信号成分を増幅し（ステップＳ２９）、図１０中のＧＰＳデコーダ３により復調されて位置情報が検出される。
【００５５】
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、図７に示すように、他のシステム等による雑音１７がＧＰＳ端末１５が受信するＧＰＳ電波に干渉する場合において、第２の実施形態とは異なる方式で干渉雑音を取り除いている。
【００５６】
図１２は、第３の実施形態の概略構成を示したブロック構成図である。図１２において、第１、２の実施形態で説明した部分は省略し、ＭＳＷフィルタ５０の部分に関して説明する。第３の実施形態では、ＰＬＬ回路によるノイズ周波数のスキャン、プログラムフィルタによるノイズ帯域の削除は行わず、ＭＳＷフィルタ５０により同様の動作を行う。
【００５７】
ＭＳＷフィルタ５０は、所定の帯域における一定以上のレベルを削除するフィルタであり、図１３に示すように、フィルタ通過後は、干渉波ノイズを削除することが可能である。干渉波ノイズ成分を削除した後は、第１、２の実施形態と同様に、復調するために必要なレベルまで信号成分を増幅し、図１２のＧＰＳデコーダ３で復調され、位置情報が検出される。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、太陽雑音などの宇宙雑音、降雨の影響などによる大気減衰雑音などがＧＰＳ電波に干渉した場合に、ＧＰＳ地上到達電波強度の劣化をＧＰＳ基地局が検出し、各ＧＰＳ端末に携帯電話網を介してその旨を送信することにより、各ＧＰＳ端末は、受信した情報に基づいてＧＰＳ電波受信を最適化するようコントロールできる。
【００５９】
また、本発明によれば、ＧＰＳ端末は、他のシステムによる外来雑音などがＧＰＳ電波に干渉した場合、その外来雑音を検出して取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＧＰＳ端末の概略構成を示した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における動作を説明するためのシステム構成図である。
【図３】大気減衰雑音などによる地上到達電波強度の劣化の一例を示した図である。
【図４】大気減衰雑音などによる地上到達電波強度の劣化の他の例を示した図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるＧＰＳ端末の構成をＧＰＳ無線部を中心に詳細に示したブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における動作の流れを示したフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態における動作を説明するためのシステム構成図である。
【図８】一般的なＧＰＳ無線部構成（ダブルスーパヘテロダイン）と、ＧＰＳ無線部の各ブロックの電力スペクトラムを示した図である。
【図９】受信ＧＰＳ電波に他のシステムによる雑音が干渉した場合と干渉しない場合とのアンプ通過前と後の電力スペクトラムを示した図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるＧＰＳ端末の構成をＧＰＳ無線部を中心に詳細に示した図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態における動作の流れを示したフローチャートである。
【図１２】本発明の第３の実施形態におけるＧＰＳ端末の構成をＧＰＳ無線部を中心に詳細に示した図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態による干渉波の除去動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１ ＧＰＳアンテナ
２ ＧＰＳ無線部
３ ＧＰＳデコーダ
４ ＣＰＵ
５ ゲインコントローラ
６ ＲＯＭ
７ ＲＡＭ
８ 携帯電話アンテナ
９ 携帯電話無線部
１０ モデム
１１ 表示部
１２ ＧＰＳ衛星
１３ 大気雑音
１４ 携帯電話網
１５ ＧＰＳ端末
１６ 基地局
２２ Ｔｏｐアンプ
２３、２５、２７ バンドパスフィルタ
２４、２６、４３ ダウンコンバータ
２８ ＩＦアンプ
４１ Ｒｆアンプ
４２ ダウンコンバータ
４４ ＰＬＬ
４５ アンプ
５０ ＭＳＷフィルタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＰＳ電波を発信する少なくとも一つのＧＰＳ衛星と、その電波を受信することにより自らの位置情報を算出するＧＰＳ端末を備えるＧＰＳシステムに関し、特に、宇宙雑音や大気雑音によりＧＰＳ端末への到達電波に劣化があったとき受信状態を最適化するよう制御するＧＰＳシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ） における地表上での到達電波強度は、ほぼ一定（約−１３０ｄＢｍ）であり、ＧＰＳ端末の無線部は、この電波強度に最適動作するように設計されているのが一般的である。しかしながら、実際は、太陽雑音などの宇宙雑音、降雨の影響などによる大気減衰雑音などにより電波強度は変化し、また、その他のシステムによる干渉波なども存在して到達電波強度に影響を及ぼす。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このため、ＧＰＳ端末の無線部において受信するＧＰＳ電波がこれらの外来ノイズの影響を受けた場合、当該ＧＰＳ端末は自らの位置が正確に検出できないなどの障害が発生する。
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ＧＰＳ電波に大気雑音などが干渉した状態を各ＧＰＳ端末につき個別に検出するＧＰＳ基地局を備え、携帯電話網を利用してその検出情報をＧＰＳ基地局からＧＰＳ端末に送信することで、ＧＰＳ端末では、たとえ受信するＧＰＳ電波に干渉があっても、ＧＰＳ基地局から受信した情報に基づきＧＰＳ電波の受信を最適化できるよう自らコントロールするＧＰＳシステムを提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は、他のシステムによる外来雑音などがＧＰＳ電波に干渉した場合に、ＧＰＳ端末がその外来雑音を検出して取り除くことができるＧＰＳシステムを提供すること目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ＧＰＳ衛星から発信されたＧＰＳ電波を受信し、該ＧＰＳ電波で伝送された情報に基づき自らの位置情報を算出する少なくとも一つのＧＰＳ端末と、宇宙雑音や大気雑音の影響によるＧＰＳ衛星が受信するＧＰＳ電波の劣化を検出し、その旨を示す制御情報を各ＧＰＳ端末に送信するＧＰＳ基地局とを有し、各ＧＰＳ端末は、ＧＰＳ基地局より受信したＧＰＳ電波を増幅する増幅器を含むＧＰＳ受信手段を備え、ＧＰＳ基地局より受信した制御情報に基づき、増幅器の利得を最適に制御することでＧＰＳ電波の受信状態を最適化することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、他のシステムによる外来雑音の影響によってＧＰＳ衛星が受信するＧＰＳ電波が劣化したとき、ＧＰＳ端末は、その旨を検出し、ＧＰＳ電波の受信状態を最適化することを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、ＧＰＳ端末は、ＧＰＳ基地局から制御情報を受信する制御情報受信手段と、増幅器の利得を制御する利得制御手段とを有し、ＧＰＳ基地局がＧＰＳ電波の信号成分の減少から該ＧＰＳ電波の劣化を検出し、その旨を示す制御情報を制御情報受信手段にて受信したとき、利得制御手段は、増幅器の利得を増加させるよう制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、利得制御手段は、増幅器に供給する電流を増加させることにより増幅器の利得を増加させることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の発明において、制御情報受信手段によりＧＰＳ電波の雑音成分が増加した旨の制御情報をＧＰＳ基地局から受信したとき、利得制御手段は、増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を抑圧するよう制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、増幅器は、増幅器の通過帯域幅を制限する周辺回路を有し、制御情報受信手段がＧＰＳ基地局よりＧＰＳ電波の雑音成分が増加した旨の制御情報を受信したときにおいて、利得制御手段は、増幅器に供給する電流を増加することにより増幅器のインピーダンスを低下させるとともに周辺回路により通過帯域幅を制限させ、増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を抑圧するよう制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、ＧＰＳ端末は、ＧＰＳ受信手段において増幅器の後段に少なくとも一つの増幅器を有し、制御情報受信手段によりＧＰＳ基地局からＧＰＳ電波の雑音成分が増加した旨を示す制御情報を受信したとき、増幅器の出力信号の雑音成分の抑圧のために利得制御手段が増幅器に供給する電流を増加したことによって、増幅器からの出力信号に含まれる信号成分が復調に必要なレベル以上に増加したとき、少なくとも一つの増幅器のいずれかに供給する電流を減少させ、増幅器からの出力信号に含まれる信号成分を抑圧するよう制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項８記載の発明は、請求項５記載の発明において、ＧＰＳ端末は、ＧＰＳ受信手段において、増幅器の後段に少なくとも一つの増幅器と、増幅器と少なくとも一つの増幅器のうち最終段の増幅器との間に少なくとも一つのバンドパスフィルタとを有し、制御情報受信手段によりＧＰＳ電波の信号成分が減少した旨の制御情報を受信したとき、少なくとも一つのバンドパスフィルタの通過帯域を制御することにより増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を抑圧するよう制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項９記載の発明は、請求項５記載の発明において、ＧＰＳ端末は、ＧＰＳ受信手段において、増幅器の後段に少なくとも一つの増幅器と、増幅器と少なくとも一つの増幅器のうち最終段の増幅器との間に少なくとも一つのバンドパスフィルタと、増幅器の前段に少なくとも一つのバンドパスフィルタとを有し、制御情報受信手段によりＧＰＳ電波の信号成分が減少した旨の制御情報を受信したとき、増幅器の前段に備えられた少なくとも一つのバンドパスフィルタの通過帯域を制御することにより増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を抑圧するよう制御することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０記載の発明は、請求項２から９の記載の発明において、ＧＰＳ端末は、増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を特定し削除する雑音成分削除手段を有し、他のシステムによる外来雑音の影響によってＧＰＳ端末が受信するＧＰＳ電波の地上到達電波強度が劣化したとき、ＧＰＳ端末は、増幅器からの出力信号の信号成分のレベルが所定の期待値より低いと判断することによりＧＰＳ電波の地上到達電波強度の劣化を検出し、雑音成分削除手段により増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を特定し削除することを特徴とする。
【００１６】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の発明において、他のシステムによる外来雑音の影響によってＧＰＳ端末が受信するＧＰＳ電波が劣化したとき、雑音成分削除手段は、増幅器からの出力信号のピーク周波数を特定することにより干渉波ノイズ周波数帯域を特定し、該干渉波ノイズ周波数帯域分を削除し、増幅器からの出力信号に含まれる信号成分の周波数帯域分を通過させることで、増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を削除することを特徴とする。
【００１７】
請求項１２記載の発明は、請求項２から９のいずれかに記載の発明において、ＧＰＳ端末は、増幅器の後段に所定の帯域における信号の一定以上のレベルを削除する信号削除手段を有し、ＧＰＳ端末は、増幅器からの出力信号の信号成分のレベルが所定の期待値より低いと判断することによりＧＰＳ電波の劣化を検出し、信号削除手段により増幅器からの出力信号の所定のレベル以上を削除し、増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を削除するよう制御することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴を明確にすべく本発明によるＧＰＳシステムの動作の概略について説明する。
【００１９】
本発明は、太陽雑音などによる宇宙雑音、降雨の影響などによる大気減衰雑音などの影響により、ＧＰＳ端末が受信するＧＰＳ電波においてその強度を表すＧＰＳ地上到達電波強度が劣化したとき、ＧＰＳ基地局によって、そのときの電波状況を検出し、携帯電話網などを使用してその旨を示す情報を当該ＧＰＳ端末に伝送する。ＧＰＳ端末は、当該情報を受けて、電波状況に応じてＧＰＳ無線部内の増幅器の利得などを最適化するようにコントロールし、位置情報の算出精度を劣化させないことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明においては、他のシステムによりＧＰＳ電波に干渉する外来雑音についてもＧＰＳ自ら検出しており、他のシステムによる外来雑音が干渉した場合でも位置情報の算出精度の劣化を防止する。
【００２１】
図１にて本発明の構成について説明する。図１は、本発明のＧＰＳ端末の概略構成を示した図である。ＣＰＵ４は、ＲＯＭ６に格納されたプログラムに従い、通信ブロック（携帯電話アンテナ８、携帯電話無線部９、モデム部１０により構成される）、表示部１１、ＧＰＳブロック（ＧＰＳアンテナ１、ＧＰＳ無線部２、ＧＰＳデコーダ３、ゲインコントローラ５により構成される）に対する制御などの、装置全体のコントロールを行う。
【００２２】
ＲＯＭ６は、装置全体を動作させるためのプログラム及び地図情報などを格納している。ＲＡＭ７は、ワークアリアとして使用される。モデム１０及び携帯電話無線部９は、携帯電話アンテナ８を通じて携帯電話網を利用してＧＰＳ基地局やインターネットに接続する手段を提供する。
【００２３】
ＧＰＳ基地局は、太陽雑音などの宇宙雑音、降雨の影響などによる大気減衰雑音などの影響を受けたＧＰＳ電波の状況をキャッチしたとき、その電波状況を携帯電話網を通じてＧＰＳ基地局からＧＰＳ端末に送信し、その状況を示す情報は、携帯電話アンテナ８、携帯電話無線部９、及びモデム１０を通じてＣＰＵ４に通知される。ＣＰＵ４は、当該状況情報に基づき、ゲインコントローラ５を用いてＧＰＳ無線部２を最適な状態にコントロールする。
【００２４】
このように、本発明においては、ＧＰＳ基地局が電波状況に雑音を検知したとき、ＧＰＳ端末に対してその電波状況が通知されることにより、ＧＰＳ端末は、電波状況に応じてＧＰＳ無線部２を最適な状態にコントロールし、ＧＰＳ衛星からの電波を最適な状態で受信することができる。ＧＰＳ無線部２で受信したデータはＧＰＳアンテナ１、及びＧＰＳ無線部２を通じてＧＰＳデコーダ３に入力され、ここで現在の位置情報として緯度・経度情報が算出されてＣＰＵ４に対して通知される。この算出された位置情報は、ＣＰＵ４の命令により表示部１１に地図情報として表示される。
【００２５】
また、本発明においては、ネットワーク依存型ＧＰＳシステムを利用することにより、現在位置の緯度・経度情報の算出動作をＧＰＳデコーダ３でなく位置情報サーバで行ってもよい。さらに、表示部１１で表示される地図情報は、ＲＯＭ６から呼び出すだけでなく、携帯電話網を使用してインターネットなどよりダウンロードしてもよい。このネットワーク依存型ＧＰＳシステム、インターネットなどによる地図情報ダウンロード方法に関しては、周知であるためその説明を省略する。
【００２６】
次に、本発明の第１の実施形態の動作を図２に基づいて説明する。図２は、第１の実施形態における動作を説明するためのシステム構成図である。図２において、ＧＰＳ衛星１２は、地球上にＧＰＳ電波を送信している。太陽雑音などの宇宙雑音、降雨の影響などによる大気減衰雑音１３などの影響で地表到達電波強度が劣化した場合、ＧＰＳ基地局１６側では電波強度劣化と判断する。この情報は、携帯電話網１４を通じてＧＰＳ基地局１６からＧＰＳ端末１５に送信される。ＧＰＳ端末１５は、この受信した命令に応じて、ＧＰＳ電波を最適な状態で受信するように、ＣＰＵ４がゲインコントローラ５を用いてＧＰＳ無線部２内の増幅器の利得をコントロールする。
【００２７】
ここで、受信電波の劣化要因として、信号成分の減少と雑音成分の増加の２つの要因が考えられる。図３、４は、大気減衰雑音などによる地上到達電波強度の劣化の一例を示した図である。図３に示すように、信号成分が減少した場合において、受信機側で信号を復調するために必要なレベルに対して、増幅器通過後の信号成分が低い場合は、その分、増幅器の利得を増加させる必要がある。
【００２８】
一方、図４に示すように、雑音成分が増加した場合において、受信機側で信号を復調するために必要なＣ／Ｎ（キャリア・ノイズ比）が得られない場合は、信号成分の増幅率を変更させずに雑音成分の抑圧が必要となる。
【００２９】
一般的に、増幅器の利得及びＮＦ（ｎｏｉｓｅ ｆｉｇｕｒｅ） は、ＧＰＳ無線部２を構成する増幅器に流れる基準電流により変化する。基準電流が増加すると増幅器の利得は増加するとともに増幅器の直流インピーダンスが低下するため、交流インピーダンスが低下しＮＦは低下する。
【００３０】
また、一般的に雑音Ｎは、Ｎ＝ＫＢＴで表される。ここで、Ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度、Ｂ：帯域幅である。Ｋは一定値であり、Ｔは環境温度であるためＮはＢとの比例関係を有し、帯域幅Ｂを制限すればするほど雑音Ｎも低下する。一般的な受信機の増幅器は、通過帯域が制限されればされる程増幅率も低下するため、必要な利得を得るためにはさらに電流を増加させる必要がある。また、受信機自体のＳ／Ｎ比に関しては、初段の増幅器が支配的であり、このＮＦを低下させることでＳ／Ｎ比を改善することができる。
【００３１】
通常のＧＰＳシステムにおいては、地表上での到達電波強度がほぼ一定（約−１３０ｄＢｍ程度）の状態であり、その到達電波に対してＧＰＳ端末の増幅器の基準電流、利得、ＮＦ、及び帯域などは最適な状態となっている。ＧＰＳ端末を構成する上で、増幅器の電流を必要以上に流すことは、装置の電池寿命を低下させるため適切ではない。
【００３２】
したがって、必要に応じて増幅器に供給する電流値を変化させてやればよく、外来ノイズの影響で信号成分が減少した場合、その状態に応じて電流を増加させ、増幅器全体で利得を増加させてやれば、常に最適な受信機の状態で衛星補足が可能となる。
【００３３】
また、外来ノイズの影響で雑音成分が増加した場合は、増幅器に供給する電流を増加させることによりＮＦが低下し、さらに、その増幅器が帯域制限を行う周辺回路を有するとき、その電流増加により帯域が制限されて雑音レベルが低下する。このとき、増幅器に供給される電流の増加のため増幅率が必要以上に増加した場合は、次段以降の増幅器に供給する電流を減少させ、受信機全体として適切な増幅率としてやれば、常に最適な受信機の状態で衛星補足が可能となる。
【００３４】
図５は、本実施形態におけるＧＰＳ無線部２の構成例をより詳細に示したブロック構成図である。本実施形態によるＧＰＳ端末の受信機構成としては、便宜上、一般的なダブルスーパヘテロダイン方式とした。尚、本発明においては、シングルスーパヘテロダイン方式、ダイレクトコンバージョン方式でもよい。また、図６は、本発明の動作を示したフローチャートである。以下、本発明の一実施形態による動作を図５及び図６を参照しながら詳細に説明する。
【００３５】
まず、ＧＰＳ基地局１６でＧＰＳ電波の受信状態を測定する（ステップＳ０１）。上述したように、受信電波劣化状態は、信号成分の減少による劣化または雑音成分の増加による劣化があり、ＧＰＳ基地局１６はこれらの電波状況の劣化があるか否かを判断する（ステップＳ０２）。受信電波の劣化があると判断された場合（ステップＳ０２／ＹＥＳ）、この劣化要因を判定する（ステップＳ０３）。
【００３６】
ステップＳ０３にて、信号成分が減少していると判断された場合は（この場合、図３で示したように、ＡｄＢの劣化と仮定する）、ステップＳ０６にてＡｄＢ改善するように、携帯電話網に改善命令を送信し、この命令をＧＰＳ端末１５が受信する（ステップＳ１０）。
【００３７】
尚、携帯電話網からの受信に関しては既に説明したため省略する。ＡｄＢの改善命令は、ＣＰＵ４の命令によりゲインコントローラ５に送られ、Ｔｏｐアンプ２２、ダウンコンバータ２４、ダウンコンバータ２６、およびＩＦアンプ２８のいずれかに供給する電流を増加させ（ステップＳ１１）、増幅器の利得をＡｄＢ増加させる（ステップＳ１２）。
【００３８】
また、ステップＳ０３において、電波状況劣化の要因が、雑音の低下であると判断した場合（この場合、図４で示したように、ＢｄＢの劣化と仮定する）。ステップＳ０８にてＢｄＢ改善するようにＧＰＳ基地局１６から携帯電話網に改善命令を送信し、この命令をＧＰＳ端末１５が受信する（ステップＳ１３）。ＢｄＢの改善命令は、ＣＰＵ４の命令によりゲインコントローラ５に送られ、ゲインコントローラ５によりＴｏｐアンプ２２への電流を増加させることで（ステップＳ１４）、Ｔｏｐアンプ２２内のインピーダンスが低下し、さらにＴｏｐアンプ２２が有する周辺回路にも電流を供給され帯域が制限されるため、ＮＦが抑圧される（ステップＳ１５）。
【００３９】
次に、ＮＦを低下させることを目的として増加させた電流により必要以上に増幅器の利得が増加したか否かを判断する（ステップＳ１６）。この判断において、必要以上に利得が増加したと判断された場合は（ステップＳ１６／ＹＥＳ）、ＣＰＵ４の命令によりゲインコントローラ５を用いて、ダウンコンバータ２４、ダウンコンバータ２６、ＩＦアンプ２８のいずれかに供給する電流を減少させ（ステップＳ１７）、図４に示した復調に必要な信号レベルを著しく超えないようにコントロールする。
【００４０】
尚、ステップＳ０２の判断において、電波状況が劣化していない場合には（ステップＳ０２／ＮＯ）、ＧＰＳ端末は期待された信号レベル、Ｃ／Ｎが確保できるため、受信機増幅器利得の増加、増幅器におけるＮＦの低下などを行う必要なく最適な状態にあるため、そのまま動作する（ステップＳ１８）。
【００４１】
以上に説明したように、ＧＰＳ電波状況に劣化が検出された場合、それを検出したＧＰＳ基地局１６からの命令を受けて、ＧＰＳ端末１５側では、増幅器の基準電流をコントロールすることにより、環境に応じて受信機増幅器の利得、ＮＦ、帯域などを最適に制御する。本発明においては、ＧＰＳ電波の受信状況に劣化が生じた場合には必要に応じて電流増加などが実施されるため、無駄に電池寿命を短くしてしまうなどの弊害などがない。
【００４２】
また、本実施形態においては、増幅器に供給する電流をコントロールすることによりＧＰＳ電波の受信状態を最適な状態に制御したが、ＮＦを改善するための他の方法として、増幅器（Ｔｏｐアンプ２２、ＩＦアンプ２８）の間に挿入されているＢＰＦ２３、２５、２７（バンドパスフィルタ）の帯域をコントロールすることによりＮＦを低下させてもよい。帯域がコントロールできるフィルタとしては、電流制御のジャイレータフィルタや、ＳＣＦ（スイッチドキャパシタフィルタ） を用いてもよい。これらの説明に関しては周知の技術であるため省略する。
【００４３】
尚、本実施形態は、ＢＰＳ２３、２５、２７がＴｏｐアンプ２２、ＩＦアンプ２８間に挿入した構成としているが、本発明はこの構成に限らず、ＧＰＳアンテナ１、Ｔｏｐアンプ２２間にさらにもう一つＢＰＳを追加した構成とすることもできる。上述した実施形態では、ＮＦを低下させるためにＢＰＳ２３、２５、２７の帯域を制限していたが、この構成では、ＧＰＳアンテナ１、Ｔｏｐアンプ２２間に挿入されるＢＰＳのみの帯域を制限すればよい。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、他のシステム等による雑音１７がＧＰＳ端末１５が受信するＧＰＳ電波に干渉する場合を想定した構成図を示している。
【００４５】
第１の実施形態で説明したように、ＧＰＳ到達電波は、太陽雑音などの宇宙雑音、降雨の影響などによる大気減衰雑音などの影響が少なければ、地表上での到達電波強度はほぼ一定（約−１３０ｄＢｍ程度）であることが知られている。
【００４６】
また、大気雑音などの影響を受けた場合においても、第１の実施形態と同様に、ＧＰＳ無線部２の状態は最適にコントロールされているものとする。この状態においては、一般的な無線部構成（ダブルスーパヘテロダイン）にした場合、図８に示されるように、各ブロックの電力スペクトラムは、期待された所定の値となる。ＧＰＳ帯域内にノイズスペクトラムがある場合、図９（ｄ）に示すように、干渉波ノイズがアンプの飽和レベルに達してしまうため、信号成分の電力が少なくなる。本実施形態においては、この信号成分の電力量でノイズに干渉されているか否かを判断し、ノイズの除去を行う。
【００４７】
図１０は、第２の実施形態によるＧＰＳ端末１５の概略構成を示したブロック構成図である。第１の実施形態と同様の部分については説明を省略し、ＧＰＳ無線部１２の動作を中心にして説明する。
【００４８】
図１０のＧＰＳ無線部１２は、ＧＰＳ回線帯域を増幅するＲｆアンプ４１（一般的にはＬＮＡ：Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ ＡＭＰ と言われる）、ＧＰＳ回線周波数をベースバンド周波数まで下げるダウンコンバータ４２、スキャンしたノイズを削除するためのプログラムフィルタ４３、ＧＰＳ回線周波数に干渉するノイズ周波数のスキャン、及び、ＧＰＳ回線周波数をベースバンド周波数まで下げるためのローカル周波数を供給するＰＬＬ回路４４、ノイズ除去後、復調に必要な信号スペクトラムレベルにまで増幅するためのアンプ４５により構成される。
【００４９】
尚、ダウンコンバータ４２は、Ｒｆアンプ４１との間に段間フィルタを含み、複数のダウンコンバータも含まれるものとする。また、プログラムフィルタ４３は、電力レベルを判断するコンパレータを含み、フィルタの帯域特性、中心周波数、フィルタのタイプがコントロールできるものとする。また、ゲインコントローラ５は、第１の実施形態で説明したように、Ｒｆアンプ４１、ダウンコンバータ４２の利得などをコントロールするものとする。
【００５０】
図１１は、本発明の第２の実施形態における動作を説明するためのフローチャートである。先ず、第１の実施形態と同様にして受信機の利得などが最適にコントロールされる（ステップＳ２１）。また、プログラムフィルタ４３の初期状態として、ＧＰＳの回線帯域が通過できるように広帯域のＢＰＦ（バンドパスフィルタ：帯域通過フィルタ）としてＣＰＵ４によりコントロールされており、さらに、ＰＬＬ回路４４の周波数は、ＧＰＳ回線の中心周波数がミックスダウンできるようにＣＰＵ４によりコントロールされている。
【００５１】
次のフローでは、最適にコントロールされた増幅器から出力された信号のレベルが期待値にあるか否かを判断する（ステップＳ２２）。ここで、増幅器からの出力信号のレベル判断は、プログラムフィルタ４３に含まれるコンパレータにより実施され、その結果はＣＰＵ４に送られる。増幅器からの出力信号に含まれる信号成分のレベルが所定の期待値通りでなくそれより低い場合は（ステップＳ２２／ＮＯ）、ＣＰＵ４側でＧＰＳ帯域内に干渉波が入力されたと判断し（ステップＳ２３）、ＰＬＬ回路４４を使用して干渉波のスキャンを開始する（ステップＳ２４）。
【００５２】
このとき、プログラムフィルタ４３はＣＰＵ４により狭帯域のバンドパスフィルタにコントロールされ、プログラムフィルタ４３に含まれるコンパレータによりピーク周波数を特定していく。ＰＬＬ回路４４の比較周波数を変更していき（ステップＳ２５、Ｓ２７）、干渉波ノイズ周波数が特定できた場合（ステップＳ２６／ＹＥＳ）、ＰＬＬ回路４４の比較周波数を初期値に戻す。このとき、プログラムフィルタ４３は、そのノイズ帯域分を削除するバンドイリミネーションフィルタ（ＢＥＦ：帯域除去フィルタ）と信号帯域を通過させるバンドパスフィルタの複合フィルタにコントロールされ、ノイズ成分周波数帯域のみを削除する。
【００５３】
また、このプログラムフィルタの他の実施形態として、ＧＰＳ回線周波数を通過させる広帯域バンドパスフィルタ、及び、ノイズ成分のスキャンに使用する狭帯域フィルタのみを固定のフィルタとし、ノイズ帯域分を削減するＢＥＦのみをコントロールしてもよい。尚、プログラムフィルタには、適応フィルタや、供給される電流値で帯域又は中心周波数が変更可能なジャイレータフィルタ、ＳＣＦ（スイッチドキャパシタフィルタ）などを使用するものとし、適応フィルタや、ジャイレータフィルタ、スイッチドキャパシタフィルタは、周知の技術であるため説明は省略する。
【００５４】
また、ＧＰＳ等で使用されるスペクトラム拡散は、帯域内のスペクトラムが多少欠落しても、逆拡散することで問題なく復調できることが知られている。干渉波ノイズ成分の削除後は、ＡＭＰ４５により必要なレベルまで信号成分を増幅し（ステップＳ２９）、図１０中のＧＰＳデコーダ３により復調されて位置情報が検出される。
【００５５】
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、図７に示すように、他のシステム等による雑音１７がＧＰＳ端末１５が受信するＧＰＳ電波に干渉する場合において、第２の実施形態とは異なる方式で干渉雑音を取り除いている。
【００５６】
図１２は、第３の実施形態の概略構成を示したブロック構成図である。図１２において、第１、２の実施形態で説明した部分は省略し、ＭＳＷフィルタ５０の部分に関して説明する。第３の実施形態では、ＰＬＬ回路によるノイズ周波数のスキャン、プログラムフィルタによるノイズ帯域の削除は行わず、ＭＳＷフィルタ５０により同様の動作を行う。
【００５７】
ＭＳＷフィルタ５０は、所定の帯域における一定以上のレベルを削除するフィルタであり、図１３に示すように、フィルタ通過後は、干渉波ノイズを削除することが可能である。干渉波ノイズ成分を削除した後は、第１、２の実施形態と同様に、復調するために必要なレベルまで信号成分を増幅し、図１２のＧＰＳデコーダ３で復調され、位置情報が検出される。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、太陽雑音などの宇宙雑音、降雨の影響などによる大気減衰雑音などがＧＰＳ電波に干渉した場合に、ＧＰＳ地上到達電波強度の劣化をＧＰＳ基地局が検出し、各ＧＰＳ端末に携帯電話網を介してその旨を送信することにより、各ＧＰＳ端末は、受信した情報に基づいてＧＰＳ電波受信を最適化するようコントロールできる。
【００５９】
また、本発明によれば、ＧＰＳ端末は、他のシステムによる外来雑音などがＧＰＳ電波に干渉した場合、その外来雑音を検出して取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＧＰＳ端末の概略構成を示した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における動作を説明するためのシステム構成図である。
【図３】大気減衰雑音などによる地上到達電波強度の劣化の一例を示した図である。
【図４】大気減衰雑音などによる地上到達電波強度の劣化の他の例を示した図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるＧＰＳ端末の構成をＧＰＳ無線部を中心に詳細に示したブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における動作の流れを示したフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態における動作を説明するためのシステム構成図である。
【図８】一般的なＧＰＳ無線部構成（ダブルスーパヘテロダイン）と、ＧＰＳ無線部の各ブロックの電力スペクトラムを示した図である。
【図９】受信ＧＰＳ電波に他のシステムによる雑音が干渉した場合と干渉しない場合とのアンプ通過前と後の電力スペクトラムを示した図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるＧＰＳ端末の構成をＧＰＳ無線部を中心に詳細に示した図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態における動作の流れを示したフローチャートである。
【図１２】本発明の第３の実施形態におけるＧＰＳ端末の構成をＧＰＳ無線部を中心に詳細に示した図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態による干渉波の除去動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１ ＧＰＳアンテナ
２ ＧＰＳ無線部
３ ＧＰＳデコーダ
４ ＣＰＵ
５ ゲインコントローラ
６ ＲＯＭ
７ ＲＡＭ
８ 携帯電話アンテナ
９ 携帯電話無線部
１０ モデム
１１ 表示部
１２ ＧＰＳ衛星
１３ 大気雑音
１４ 携帯電話網
１５ ＧＰＳ端末
１６ 基地局
２２ Ｔｏｐアンプ
２３、２５、２７ バンドパスフィルタ
２４、２６、４３ ダウンコンバータ
２８ ＩＦアンプ
４１ Ｒｆアンプ
４２ ダウンコンバータ
４４ ＰＬＬ
４５ アンプ
５０ ＭＳＷフィルタ
Claims (12)
- ＧＰＳ衛星から発信されたＧＰＳ電波を受信し、該ＧＰＳ電波で伝送された情報に基づき自らの位置情報を算出する少なくとも一つのＧＰＳ端末と、
宇宙雑音や大気雑音の影響による前記ＧＰＳ衛星が受信するＧＰＳ電波の劣化を検出し、その旨を示す制御情報を前記各ＧＰＳ端末に送信するＧＰＳ基地局とを有し、
前記各ＧＰＳ端末は、前記ＧＰＳ基地局より受信したＧＰＳ電波を増幅する増幅器を含むＧＰＳ受信手段を備え、前記ＧＰＳ基地局より受信した前記制御情報に基づき、前記増幅器の利得を最適に制御することでＧＰＳ電波の受信状態を最適化することを特徴とするＧＰＳシステム。 - 他のシステムによる外来雑音の影響によって前記ＧＰＳ衛星が受信するＧＰＳ電波が劣化したとき、前記ＧＰＳ端末は、その旨を検出し、ＧＰＳ電波の受信状態を最適化することを特徴とする請求項１記載のＧＰＳシステム。
- 前記ＧＰＳ端末は、
前記ＧＰＳ基地局から前記制御情報を受信する制御情報受信手段と、
前記増幅器の利得を制御する利得制御手段とを有し、
前記ＧＰＳ基地局がＧＰＳ電波の信号成分の減少から該ＧＰＳ電波の劣化を検出し、その旨を示す前記制御情報を前記制御情報受信手段にて受信したとき、前記利得制御手段は、前記増幅器の利得を増加させるよう制御することを特徴とする請求項１又は２記載のＧＰＳシステム。 - 前記利得制御手段は、前記増幅器に供給する電流を増加させることにより前記増幅器の利得を増加させることを特徴とする請求項３記載のＧＰＳシステム。
- 前記制御情報受信手段によりＧＰＳ電波の雑音成分が増加した旨の前記制御情報を前記ＧＰＳ基地局から受信したとき、前記利得制御手段は、前記増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を抑圧するよう制御することを特徴とする請求項３又は４記載のＧＰＳシステム。
- 前記増幅器は、前記増幅器の通過帯域幅を制限する周辺回路を有し、前記制御情報受信手段が前記ＧＰＳ基地局よりＧＰＳ電波の雑音成分が増加した旨の前記制御情報を受信したときにおいて、前記利得制御手段は、前記増幅器に供給する電流を増加することにより前記増幅器のインピーダンスを低下させるとともに前記周辺回路により通過帯域幅を制限させ、前記増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を抑圧するよう制御することを特徴とする請求項５記載のＧＰＳシステム。
- 前記ＧＰＳ端末は、前記ＧＰＳ受信手段において前記増幅器の後段に少なくとも一つの増幅器を有し、前記制御情報受信手段により前記ＧＰＳ基地局からＧＰＳ電波の雑音成分が増加した旨を示す前記制御情報を受信したとき、前記増幅器の出力信号の雑音成分の抑圧のために前記利得制御手段が前記増幅器に供給する電流を増加したことによって、前記増幅器からの出力信号に含まれる信号成分が復調に必要なレベル以上に増加したとき、前記少なくとも一つの増幅器のいずれかに供給する電流を減少させ、前記増幅器からの出力信号に含まれる信号成分を抑圧するよう制御することを特徴とする請求項６記載のＧＰＳシステム。
- 前記ＧＰＳ端末は、前記ＧＰＳ受信手段において、前記増幅器の後段に少なくとも一つの増幅器と、前記増幅器と前記少なくとも一つの増幅器のうち最終段の増幅器との間に少なくとも一つのバンドパスフィルタとを有し、前記制御情報受信手段によりＧＰＳ電波の信号成分が減少した旨の前記制御情報を受信したとき、前記少なくとも一つのバンドパスフィルタの通過帯域を制御することにより前記増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を抑圧するよう制御することを特徴とする請求項５記載のＧＰＳシステム。
- 前記ＧＰＳ端末は、前記ＧＰＳ受信手段において、前記増幅器の後段に少なくとも一つの増幅器と、前記増幅器と前記少なくとも一つの増幅器のうち最終段の増幅器との間に少なくとも一つのバンドパスフィルタと、前記増幅器の前段に少なくとも一つのバンドパスフィルタとを有し、前記制御情報受信手段によりＧＰＳ電波の信号成分が減少した旨の前記制御情報を受信したとき、前記増幅器の前段に備えられた前記少なくとも一つのバンドパスフィルタの通過帯域を制御することにより前記増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を抑圧するよう制御することを特徴とする請求項５記載のＧＰＳシステム。
- 前記ＧＰＳ端末は、前記増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を特定し削除する雑音成分削除手段を有し、
他のシステムによる外来雑音の影響によって前記ＧＰＳ端末が受信するＧＰＳ電波の地上到達電波強度が劣化したとき、前記ＧＰＳ端末は、前記増幅器からの出力信号の信号成分のレベルが所定の期待値より低いと判断することによりＧＰＳ電波の地上到達電波強度の劣化を検出し、前記雑音成分削除手段により前記増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を特定し削除することを特徴とする請求項２から９のいずれかに記載のＧＰＳシステム。 - 他のシステムによる外来雑音の影響によって前記ＧＰＳ端末が受信するＧＰＳ電波が劣化したとき、前記雑音成分削除手段は、前記増幅器からの出力信号のピーク周波数を特定することにより干渉波ノイズ周波数帯域を特定し、該干渉波ノイズ周波数帯域分を削除し、前記増幅器からの出力信号に含まれる信号成分の周波数帯域分を通過させることで、前記増幅器からの出力信号に含まれる雑音成分を削除することを特徴とする請求項１０記載のＧＰＳシステム。
- 前記ＧＰＳ端末は、前記増幅器の後段に所定の帯域における信号の一定以上のレベルを削除する信号削除手段を有し、
前記ＧＰＳ端末は、前記増幅器からの出力信号の信号成分のレベルが所定の期待値より低いと判断することによりＧＰＳ電波の劣化を検出し、前記信号削除手段により前記増幅器からの出力信号の前記所定のレベル以上を削除し、前記増幅器からの出力信号に含まれる前記雑音成分を削除するよう制御することを特徴とする請求項２から９のいずれかに記載のＧＰＳシステム。
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