JP3748805B2

JP3748805B2 - Ｇｐｓ受信装置

Info

Publication number: JP3748805B2
Application number: JP2001340795A
Authority: JP
Inventors: 睦美伊東
Original assignee: Clarion Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-11-06
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2021-11-06
Also published as: JP2003139843A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＰＳ受信装置に関し、詳細には、ＧＰＳ受信装置での信号受信における妨害波の識別に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ受信装置は、Ｌ１と呼ばれる1,575.42MHzの搬送波に測距信号としてＣ／Ａコードが載せられたＧＰＳ信号を衛星から受信して測位を行う。Ｃ／Ａコードは、ＰＲＮ（Pseudo Random Noise；擬似ランダム）符号であり、個々の衛星に異なる系列の符号が割り当てられている。ＧＰＳ受信装置は、各衛星に固有の符号を用いることによって、目的の衛星からのＧＰＳ信号を復調することができる。ＧＰＳ受信装置は、一般的に、ＧＰＳ信号を復調する信号処理部（チャンネル）を複数持ち、同時に複数の衛星を捕捉し測位に用いることができる。
【０００３】
ＧＰＳ受信装置において、衛星の受信から捕捉の過程で考慮すべき受信障害として、マルチパスや相互相関がある。マルチパスは、受信装置と衛星間の距離（擬似距離）の測定に誤差をもたらし、測位解精度を劣化させる。なお、’００．５月にＳＡ（Selective Availability）が解除されたことにより、ＧＰＳ測位の誤差要因に占めるマルチパスの割合が大きくなった。
【０００４】
ＧＰＳで用いられるＰＲＮ符号において、異なる系列の相互相関は非常に低い。理想的には、目的の衛星の系列でなければ、その衛星のＧＰＳ信号を復調することができない。しかし、実際のＣ／Ａコードの相互相関は、自己相関と比べて非常に小さいものの、ゼロとみなすことはできない。非常に稀であるが、系列の異なる２つの衛星が非常に近いドップラー周波数を持っている場合、相互相関によって誤った衛星の捕捉が行われ、測位解精度の劣化が現れることがある。
【０００５】
このような、マルチパスや相互相関による測位解精度への影響を排除するために、ＣＮ（信号対雑音電力比）スレッショルドが設けられている。つまり、マルチパスは反射波であるので、直接波の信号と比べて信号強度が低く、したがって、受信ＣＮ（受信した信号のＣＮ）が低い。そこで、受信ＣＮに閾値を設け、直接波の信号と区別するために用いる。この場合に用いられるのがＣＮスレッショルドである。受信ＣＮがＣＮスレッショルド以下であれば、その信号をトラッキングしないか、或いはその衛星の信号を測位演算に使用しないようにする。このことにより、マルチパスの測位解精度への影響を回避することができる。
【０００６】
ＣＮスレッショルドは、システム設計時において、可能な最も条件の良い場合の受信ＣＮ（図６において符号８１で示している）に対して十数ｄＢ低い値として決定され、ＧＰＳ受信装置には、この決定されたＣＮスレッショルドが予め設定される。ＧＰＳ受信が良好である場合の、ＣＮスレッショルドと受信ＣＮの関係を図６に示す。図６では、縦軸に受信ＣＮレベルを［ｄＢＨｚ］で表している。図６において、信号とは、目的の衛星から受信した直接波を指し、妨害波とは、建物や乗り物で反射して入ってきたマルチパスや、相互相関により誤って復調された、異なるＰＲＮコードの信号を指している。上記のように設定されたＣＮスレッショルド（符号９１）を用いることによって、信号のＣＮレベル（符号６１）はＣＮスレッショルドより高くなり、妨害波のＣＮレベル（符号７１）はＣＮスレッショルド以下になる。ＧＰＳ受信装置では、ＣＮスレッショルドとして、システム設計時に決定された固定の値が用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＧＰＳアンテナの受信感度は、下記に代表される設置条件によって異なってくる。
・アンテナ設置位置の違い（ルーフ上／車室内）
・車種の違い
・フロントやリアのガラス面との距離、角度（車室内に設置の場合）
・アンテナの種類やケーブル長
・他の車載機との距離（車室内に設置の場合）
例えば、アンテナをルーフ上に設置した場合に比べ、ダッシュボード上に設置した場合では、信号は減衰して受信ＣＮは低くなる。また、アンテナ搭載のＬＮＡ（Low Noise Amplifier）の仕様や、ケーブル長に依存して受信ＣＮが高くなることもある。このため、同じＧＰＳ受信装置であっても、ＣＮスレッショルドと受信ＣＮの関係が図６の場合と異なってくる場合がある。
【０００８】
図７は、ＧＰＳ受信装置の受信感度が高い環境での、ＣＮスレッショルドと受信ＣＮの関係を示している。受信感度が高まることによって、目的の衛星からの直接波の信号と妨害波の双方の受信ＣＮが高くなる。このとき、ＣＮスレッショルドとしては図６の場合と同じ値（符号９１）が用いられるので、妨害波の一部はＣＮスレッショルドより高くなり、信号と妨害波を区別することができない場合が生ずる。妨害波が誤って測位に用いられると、測位解精度が劣化する。
【０００９】
このことを避ける為には、ＣＮスレッショルドを高めに設定する必要がある。しかし、そのようにすると、アンテナをダッシュボード上に設置した場合に、受信感度が低下し弊害が出る。低仰角の衛星受信、街路樹による減衰等で、信号の受信ＣＮがＣＮスレッショルドを下回る場合、本来は測位に用いることのできる信号を、測位に用いることができず、測位解精度が劣化、もしくは非測位となってしまう。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされた。すなわち、本発明は、ＧＰＳ受信装置の使用環境に合わせてＣＮスレッショルドを適応的に変化させ、ＧＰＳアンテナの設置環境によらず、常に信号と妨害波を的確に区別することのできるＧＰＳ受信装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、ＧＰＳ受信装置に、受信中の信号の受信ＣＮに基づいてＣＮスレッショルドを決定する閾値決定手段を付加する。この閾値決定手段は、記憶手段に格納されたテーブルを参照して閾値を決定する（請求項１）。このことによって、設置環境に応じて適応的にＣＮスレッショルドを決定することが可能になる。
【００１２】
受信中の信号の受信ＣＮの最大値（以下、CN_maxと記す）を用いて、最適なＣＮスレッショルドを決定することが適切である（請求項２）。受信中の信号のCN_maxの取得を複数回行って、平均値を求めてそれをCN_maxとすることもできる（請求項３）。
【００１３】
CN_maxの取得は、良好なＧＰＳ受信であることに対応する所定条件が満たされる場合のみ行われるのがより好ましい（請求項４）。良好なＧＰＳ受信であるかは、例えば、ＧＰＳ信号が受信できる衛星の数が所定数以上であるという条件で決定することができる（請求項５）。
【００１４】
CN_maxを求めることを継続的に行い、ＣＮスレッショルドの更新を継続的に行うことで、測位解精度を常に高い精度に保つことができる（請求項６）。
【００１５】
ＣＮスレッショルドは、CN_maxから所定値を減算して決定することができる（請求項７）。例えば、CN_maxから固定値（例えば十数ｄＢ）を引いて求めても良い。
【００１６】
なお、 CN_max は、ＧＰＳ受信装置の生産時またはプログラム領域で、あらかじめデフォルト値に初期化しておくことで、ＣＮスレッショルドが決定されるまでの間はデフォルト値を用いることができる（請求項８）。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、複数の衛星からのＧＰＳ信号を受信し測位を行うＧＰＳ受信装置であって、捕捉可能な衛星が所定数以上ある場合に、捕捉可能な衛星からのＧＰＳ信号の受信ＣＮのうち最大値を記憶する第１記憶手段と、第１記憶手段に記憶された最大値のうち平均値としての平均ＣＮ値を算出する算出手段と、想定される平均ＣＮ値毎に最適な閾値を対応付けたテーブルを格納する為の第２記憶手段と、算出手段によって算出された平均ＣＮ値に対応する閾値を第２記憶手段に格納されたテーブルを参照して取得して閾値の更新を行う制御手段とを備えている。
【００１８】
請求項９に記載の発明において、制御手段によって、閾値を常に最適な値に更新することができる。さらに、このＧＰＳ受信装置は、更新された閾値と、受信されたＧＰＳ信号の受信ＣＮとを比較することによって、測位に用いる衛星を決定する衛星決定手段を備える。衛星決定手段は、使用環境に合わせて最適に保たれる閾値を用いて衛星の決定を行うことができるので、使用環境によらず常に妨害波を排除して測位を行うことが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態としてのＧＰＳ受信装置１の構成を表すブロック図である。ＧＰＳ受信装置１は、ＲＦ部２、デジタル相関処理部３、測位演算部４から構成される。ＲＦ部２は、基準クロック２４、シンセサイザ２３、ダウンコンバータ２１、及びＡ／Ｄコンバータ２２から成り、ＧＰＳアンテナ５で受信された信号を中間周波数信号に変換した後にデジタル化して、デジタル相関処理部３に出力する。デジタル相関処理部３は、スペクトラム拡散されているＧＰＳ信号を逆拡散するための機能ブロック（キャリア相関部３１、ＰＲＮコード相関部３２、キャリアＮＣＯ３３、ＰＲＮコード発生部３４、コードＮＣＯ３５）をチャンネル数に相当する複数個備えている。デジタル相関処理部３では、搬送波との相関処理、およびＰＲＮコードとの相関処理が行われる。キャリア追尾ループ４２、コード追尾ループ４１によって、ＧＰＳ信号のアクイジション（捕捉）及びトラッキング（追跡）において、キャリアＮＣＯ（NCO;数値制御発振器）３３、コードＮＣＯ３５がそれぞれ制御される。
【００２０】
測位演算部４では、各チャンネルにおけるＰＲＮコード発生部３４のコード発生タイミングと、キャリアＮＣＯ３３の位相変化量をもとにして、位置、速度、方位などの測位解を算出する。測位解を求める為の測位演算は、一定時間間隔で、ここでは１秒毎に実行されることとする。得られた測位解は、入出力データ４３としてホストシステムへ渡すことができる。なお、測位演算部４はプロセッサから成り、プログラムの実行に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど（不図示）が接続されているものとする。
【００２１】
測位演算部４によって、測位演算の処理と並行して、以下の処理が実行される。
・受信ＣＮの最大値CN_maxを求めるシーケンス（図２）
・CN_maxより、ＣＮスレッショルドを求めるシーケンス（図３）
そして、以上の処理によって決定されたＣＮスレッショルドが、測位演算の過程における衛星サーチシーケンス内において、ＧＰＳ信号の選択処理で用いられる（図５）。
【００２２】
図２のフローチャートを参照して、CN_maxを求めるシーケンスについて説明する。図２において、CNbuf[ｉ]は、毎秒の測位演算過程における受信ＣＮの最大値を記憶しておくバッファである。カウンタｉは、良好なＧＰＳ受信の継続期間を計るカウンタであり、電源投入時などシステムが動作を開始した直後に、ゼロに初期化されるものとする。本シーケンスは、測位演算が実行される毎に、すなわち１秒毎に、サブルーチンとして実行される。
【００２３】
まず、良好なＧＰＳ受信が得られているか判断する（Ｓ１１）。ここでは、良好なＧＰＳ受信であるかを判断する為の基準として、測位に使用している衛星の数が５つ以上であるという基準を用いている。この基準を満たさない場合には（Ｓ１１：ＮＯ）、カウンタｉを０に初期化してシーケンスを抜ける（Ｓ１３、Ｓ１８）。基準を満たした場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、カウンタｉに１を加える（Ｓ１２）。さらに、測位に使用している衛星の受信ＣＮのうち、最も高い値をバッファCnbuf[i]に記録する（Ｓ１４）。
【００２４】
次に、良好なＧＰＳ受信の経過時間を断する（Ｓ１５）。ここでは、１０秒（ｉ＝１０）になったかを判断している。１０秒に達していれば（Ｓ１５：ＹＥＳ）、最大受信ＣＮを記録したバッファCnbuf[10:1]から平均値をとり、CN_maxとする。そして、ｉ＝０に初期化してシーケンスを終える。ステップＳ１５の条件を満たさない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、何もせずにシーケンスを終える（Ｓ１８）。以上の動作によって、常時ＧＰＳ受信環境に適応した受信ＣＮの最大値を求め、更新することができる。
【００２５】
以上の動作によって求められたCN_maxから、ＣＮスレッショルドを決定する。この動作のフローチャートは、図３に示されている。すなわち、ここでは、不揮発性メモリに予め保存された、各々のCN_maxと、それに対する最適なＣＮスレッショルドとを記録したテーブルを参照して、ＣＮスレッショルドを決定する（Ｓ２１）。なお、ステップＳ２１において、テーブルを参照してＣＮスレッショルドを決定する事に代えて、例えば、CN_maxから所定の数値だけ低くＣＮスレッショルドを設定するなど、ＣＮスレッショルドを計算によって求めても良い。
【００２６】
CN_maxとＣＮスレッショルドとの対応関係は、テーブルとして不揮発性メモリ内に保存しておくこともできる。その際、適当な範囲で区切ったCN_maxの代表値CN_max_centを求め、CN_max_centとＣＮスレッショルドとの対応関係をテーブルとして保存しておくのが効率的である。図４（ａ）は、CN_maxの代表値を求めるグラフである。CN_maxを量子化した代表値が、CN_max_centとして求められる。図４（ｂ）は、CN_max_centに対応する最適なＣＮスレッショルドのテーブルの一例である。
【００２７】
以上説明した図３のシーケンスによって、CN_maxに対応した最適なＣＮスレッショルドを得ることができる。そして、測位の過程でＣＮスレッショルドを使用して、受信したＧＰＳ信号の選択を行う。この選択は、衛星サーチシーケンスの一部として行われる。図５は、ＣＮスレッショルドを用いたＧＰＳ信号の選択を含む衛星サーチシーケンスを表している。
【００２８】
まず、サーチする衛星、つまりＰＲＮを決定し、１からＮまでリストアップする（Ｓ３１）。ＧＰＳ受信装置自身の大まかな位置と時間を持っていれば、保存している航法データより、それぞれの衛星がどの方向にあるのかが分かるので、ここでは仰角の高い順にリストアップする。ＧＰＳ受信装置の位置と時間を持たないときは、ＰＲＮを番号順にサーチする。ステップＳ３２からのループで、サーチを行う。まず、基準クロック２４で用いられるオシレータ回路の周波数安定性を、温度や前回測位時の周波数ずれなどから推定する（Ｓ３３）。次に、ｊ番目にサーチする衛星のドップラー周波数を、ＧＰＳ受信装置の移動速度、航法データ、サーチの状況などから推定し（Ｓ３４）、推定したドップラー周波数でサーチを行う（Ｓ３５）。
【００２９】
サーチの結果、アクイジションに成功したら（Ｓ３６：ＹＥＳ）、捕捉した信号の受信ＣＮを求める（Ｓ３７）。アクイジションできなかったときは、ｊに１加算して（Ｓ４１）、ループの先頭に戻って次のＰＲＮについてサーチを行う。ステップＳ３７で受信ＣＮを求めたら、求められた受信ＣＮとＣＮスレッショルドの比較を行う（Ｓ３８）。その結果、受信した衛星の受信ＣＮがＣＮスレッショルドを上回っていれば（Ｓ３８：ＹＥＳ）、その衛星の信号をトラッキングし、測位に使用する（Ｓ３９）。一方、受信ＣＮがＣＮスレッショルド以下である場合には（Ｓ３８：ＮＯ）、その衛星の信号はトラッキングしない、つまり測位に用いないこととし（Ｓ４０）、ｊに１加算して（Ｓ４１）、ループの先頭に戻って次のＰＲＮについてサーチを行う。
【００３０】
ステップＳ４１においてｊに１加算した後、リストアップされた全ての衛星について処理をしたかどうか判定する（Ｓ４２）。ｊがＮを超えていない場合、リストアップされた全ての衛星について処理が終了していない（Ｓ４２：ＮＯ）、ループの先頭に戻って次のＰＲＮについて処理を行う。リストアップした全ての衛星について処理が終了したら（Ｓ４２：ＹＥＳ）、ループの終了となる。そして、リスト中の全ての衛星についてトラッキングされていれば（Ｓ４３：ＹＥＳ）、本シーケンスを終了する（Ｓ４４）。アクイジションが成功しない衛星があった場合は（Ｓ４３：ＮＯ）、ステップＳ３２に戻りもう一度ループを実行する。
【００３１】
ここで述べた衛星サーチシーケンスは、CN_maxを求めるシーケンス（図２）又はＣＮスレッショルドを求めるシーケンス（図３）、また、測位演算処理と並行して行われ、トラッキングした衛星のデータが逐次測位に使用される。そのため、ＣＮスレッショルドが決定していない期間は、不揮発性メモリに予め保存されたデフォルトのＣＮスレッショルドを用いるものとする。このデフォルト値は、設計もしくは生産時に決定され、所定の条件でＧＰＳ受信装置を初期化した際に使用される。
【００３２】
以上説明した本発明の実施形態に関し、様々な変形を行うことができる。例えば、受信ＣＮの最大値を求めるシーケンス（図２）に関しては、受信ＣＮの最大値を求める為の様々な変形例が考えられる。ステップＳ１１における、良好なＧＰＳ受信であるかを判断する為の基準としての、測位に使用する衛星５個以上という基準は、他の個数、他のパラメータ（ＤＯＰ又はそれに関連するパラメータなど）を用いるなど、他の基準で置き換えることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のＧＰＳ受信装置は、設置環境に合わせてＣＮスレッショルドを適応的に変化させ、設置環境に左右されずに常に信号と妨害波を的確に区別し、常に最適な衛星を選択して測位を行うことができる。設置環境に左右されずに、測位解精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態としてのＧＰＳ受信装置の構成を表すブロック図である。
【図２】図１のＧＰＳ受信装置で実行される、受信ＣＮの最大値を求める処理のフローチャートである。
【図３】図１のＧＰＳ受信装置で実行される、受信ＣＮの最大値よりＣＮスレッショルドを求める処理のフローチャートである。
【図４】受信ＣＮの最大値とＣＮスレッショルドを対応付けるテーブルの一例について説明するための図である。
【図５】ＣＮスレッショルドを用いたＧＰＳ信号の選択を含む衛星サーチシーケンスを表す。
【図６】ＧＰＳ受信が良好である場合の、ＣＮスレッショルドと受信ＣＮの関係を示す図である。
【図７】ＧＰＳ受信装置の受信感度が高い環境での、ＣＮスレッショルドと受信ＣＮの関係を示す図である。
【符号の説明】
１ＧＰＳ受信装置
５ＧＰＳアンテナ
２ＲＦ部
３デジタル相関処理部
４測位演算部
２１ダウンコンバータ
２２Ａ／Ｄコンバータ
３１キャリア相関部
３２ＰＲＮコード相関部

Claims

複数の衛星からのＧＰＳ信号を受信し測位を行うＧＰＳ受信装置であって、
測位演算に用いるか否かを判定するための閾値であって、受信ＣＮに対する閾値を、受信された各衛星からのＧＰＳ信号の受信ＣＮに基づいて決定する閾値決定手段と、
決定された前記閾値と、受信されたＧＰＳ信号の受信ＣＮとを比較することによって、測位に用いる衛星を決定する衛星決定手段と、
受信ＣＮ毎に最適な閾値を対応付けたテーブルを予め記憶させた記憶手段と、を備え、
前記閾値決定手段は、前記記憶手段に格納されたテーブルを参照して前記閾値を決定することを特徴とするＧＰＳ受信装置。
前記閾値決定手段は、受信された各衛星からのＧＰＳ信号の受信ＣＮのうちの最大値を取得し、取得された前記最大値に基づいて前記閾値を決定すること、を特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ受信装置。
前記閾値決定手段は、受信中の各衛星からのＧＰＳ信号のうち最大値を取得する動作を複数回行い、取得された前記複数の最大値の平均値を求め、求められた前記平均値に基づいて前記閾値を決定すること、を特徴とする請求項２に記載のＧＰＳ受信装置。
前記閾値決定手段は、良好なＧＰＳ受信であることに対応する所定条件が満たされる場合のみ前記最大値の取得を行うこと、を特徴とする請求項２又は請求項３に記載のＧＰＳ受信装置。
前記所定条件は、ＧＰＳ信号が受信できる衛星の数が所定数以上であるという条件であること、を特徴とする請求項４に記載のＧＰＳ受信装置。
前記閾値決定手段は、前記最大値又は前記複数の最大値の平均値を求めること、及び、前記最大値又は前記複数の最大値の平均値に基づいて前記閾値を決定することを継続的に実行することによって、前記閾値の更新を継続的に行うこと、を特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載のＧＰＳ受信装置。
前記閾値決定手段は、前記最大値又は前記複数の最大値の平均値から所定値を減算して前記閾値を決定すること、を特徴とする請求項２から請求項６のいずれかに記載のＧＰＳ受信装置。
前記記憶手段には、さらに前記閾値としてのデフォルト値が予め格納され、
前記衛星決定手段は、前記閾値決定手段によって前記閾値が未だ決定されていない場合には、前記閾値として、前記記憶手段に格納された前記デフォルト値を用いること、を特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のＧＰＳ受信装置。
複数の衛星からのＧＰＳ信号を受信し測位を行うＧＰＳ受信装置であって、
捕捉可能な衛星が所定数以上ある場合に、前記捕捉可能な衛星からのＧＰＳ信号の受信ＣＮのうち最大値を記憶する第１記憶手段と、
前記第１記憶手段に記憶された最大値のうち平均値としての平均ＣＮ値を算出する算出手段と、
想定される平均ＣＮ値毎に最適な閾値を対応付けたテーブルを格納する為の第２記憶手段と、
前記算出手段によって算出された平均ＣＮ値に対応する閾値を前記第２記憶手段に格納されたテーブルを参照して取得して前記閾値の更新を行う制御手段と、
前記更新された閾値と、受信されたＧＰＳ信号の受信ＣＮとを比較することによって、測位に用いる衛星を決定する衛星決定手段と、を備えることを特徴とするＧＰＳ受信装置。