JP4378848B2 - Gps受信機用のアンテナ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーナビゲーション等の移動体におけるナビゲーションシステムに用いられるGPS(Global Positioning System:全地球測位システム) 受信機用のアンテナおよびGPS受信機に関する。
【0002】
【従来の技術】
GPSシステムは、上空を軌道とするGPS衛星を利用し、車や航空機、船舶等の移動体の地球上における位置や移動速度をリアルタイムで求めることができるように開発された位置測定システムであり、近時では、この移動体による測位以外に、地球上のある地点間の距離や方向を測定するスタティック測量の分野等にも広く利用されている。このようなGPSシステムを利用する場合、GPS衛星から発信される電波を受信するためのGPS受信機が用いられている。
【0003】
図13(a)、(b)は、一般的に用いられるGPSシステムの概略構成と、従来のGPS測位動作を示した説明図である。図13(a)に示すように、GPS衛星200からは、スペクトラム拡散された1.57542GHzの信号が発信される。この発信された信号は、その距離に応じた伝播時間後にGPS受信機210のアンテナ211にて受信される。このアンテナ211にて受信された信号は、RF部212によって所定の中間周波数にダウンコンバートされ、信号同期復調部213に入る。その後、この信号同期復調部213にて信号の逆拡散が行われ、データが復調される。復調されたデータは、信号処理部214にて測位計算に用いられる。このようにして、GPS衛星200から発信された信号がGPS受信機210にて受信され、測位計算が行われる。
【0004】
図13(b)は、GPS受信機210にて行われている従来のGPS測位動作を示している。まず、電源がオン(ON)されると周波数サーチがなされる。この周波数サーチは、GPS受信機210内部の周波数発振器215から作られる、誤差を持った低精度な周波数を、GPS衛星200が発信している高精度な信号周波数に同期させるために行われる。ここで、ある程度の相関が検出されると、PLL(Phase Lock Loop)を行って位相を合わせ込み、GPS衛星200からの信号と内部の信号とを完全に位相同期させる。そして、ビット境界のエッジが検出され、データが取り込めるようになると、時間情報の確認が行われる。即ち、階層化された航法メッセージ内のサブフレームにおける2ワード目に格納され、6秒周期で1週間までの信号時刻を表すTOW(Time Of Week)が取り込まれる。このTOWが取り込まれると測位計算に移る。測位計算が終了すると、測位データが出力され、最終的に現在位置が計算される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように、GPSの測位方法では、GPS衛星200からの信号を捕捉するための周波数発振器215が必要であり、GPS衛星200が発信している高精度な信号周波数に同期させるためには、この周波数発振器215が高精度であることが要求される。しかしながら、この周波数発振器215は、一般的に温度や経年変化により発振周波数が変動してしまう。この変動のために周波数発振器215を用いてGPS衛星200からの信号を簡単に捕捉することができず、上述のように、周波数サーチという仕組みを別途、設ける必要があった。通常、この周波数サーチには時間がかかるため、最終的に現在位置が計算されるまでにかなりの時間を要していた。
【0006】
また、従来のGPSの測位方法では、GPS衛星200からの信号捕捉後、信号に含まれる絶対時間情報を全て取得するまでに、最も短時間なホットスタート時でかつ最も良い条件でも6秒は必要であり、通常では十数秒の時間がかかっていた。そして、その取得した絶対時間情報を用いて測位計算を行うため、現在位置が計算されるまでにかなりの時間を要していた。
更に、従来のGPS測位方法において、ある一定時間以上経過した後に、再度測位を行う場合には、航法メッセージを新たに取り込むための時間が必要となり、現在位置が計算されるまでに多くの時間がかかっていた。
【0007】
以上のような理由でGPSの測位に時間がかかる場合、例えば、カーナビゲーションシステムでは、電源投入後、直ぐに現在位置を知ることができないため、目的地への道を素早く知ることができなかったり、自立航法の誤差のために現在位置が不確定になって、正しい位置に戻る時間が長くなることが問題となっていた。また、最近の携帯情報端末などにGPS受信機を内蔵または接続するような機器においては、現在位置を素早く知ることができないことから、主に徒歩での用途を想定すると、機器を持ったまま動けずにその場で測位するまで待つことが必要となり、非常に不便であった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するため、本発明者は、周波数発振器を備え、GPS衛星から発信される信号に基づいて測位を行う測位実行手段と、電波時計放送局からの搬送波を受信する電波時計受信手段と、この電波時計受信手段によって受信された搬送波の有する周波数に基づいて測位実行手段が有する前記周波数発振器の誤差を測定する周波数測定手段とを備えた構成のGPS受信機についての提案を既に行っている(特願2000−57814号)。この技術では、外部時計としての電波時計をGPS受信機に組み合わせて、電波時計から得た高精度な周波数情報を用いることにより、測位の高速化を図ることを可能とした。
【0009】
そして、上記技術に関しての更なる検討を行ったところ、付随する問題点として以下に示すようなものが浮上した。
まず、図14に示すように、GPS受信機210においては、衛星からの電波を受信するアンテナ211が元々備えられているわけであるが、さらに、電波時計受信機220において電波時計放送局からの搬送波を受信するためのアンテナ221を備えることになる。
このような構成では、GPS受信機210のアンテナ211と電波時計受信機220のアンテナ221の2つを備えることとなり、構成部品数が増えるとともにアンテナ設置箇所の確保、及び設置に手間がかかるという問題がある。また、アンテナ線も、アンテナ211のアンテナ線216とアンテナ221のアンテナ線222の計2本となってしまい、その取り回しにも手間がかかるうえ、見た目も損なうことになる。
【0010】
また、電波時計受信機220では、電波(搬送波)の受信状況が悪い場合、時刻情報や周波数情報の取得が困難となり、GPS受信機210での測位高速化を図ることが困難となる。
電波の受信状況が悪化する要因としては、一つに標準電波の送信局である電波時計放送局からの距離がある。当然、電波を受信する位置が送信局から遠ければ遠いほど、電波の受信状況は悪くなる。
また、他の要因として、電波を受信するアンテナ221の指向性がある。一般に電波時計受信機220のアンテナ221としては、図15に示すようなバーアンテナ223が用いられている。バーアンテナ223は、図15(a)の如く、その軸線が送信局230の方向に対して直交している状態が最も受信状況が良好であり、図15(b)の如く、バーアンテナ223の軸線が送信局230の方向に向いていると最も受信状況が悪化する。
このように、電波時計受信機220のアンテナ221(=バーアンテナ223)は指向性を有しているため、アンテナ221の方向を配慮しなければ、容易に時刻精度の低下を招くことになる。
【0011】
かかる問題点を解決するためになされた本発明のGPS受信機用のアンテナは、GPS衛星から発信される信号を受信するGPSアンテナと、時刻情報を含んだ電波を受信する電波時計アンテナと、前記GPSアンテナおよび前記電波時計アンテナが一体に取り付けられたベースプレートと、を備えることを特徴としている。このようにGPSアンテナと電波時計アンテナとを一体化することにより、構成部品点数を削減することができ、その設置箇所の確保および設置が容易となる。
【0012】
また、ベースプレートに、電波時計アンテナを複数本取り付けるようにしても良い。このような構成のアンテナを用いれば、GPS受信機の本体側で受信状況の良いアンテナを選択することが可能となり、選択したアンテナで受信した電波から高精度な時刻情報や周波数情報等を得ることが可能となる。
【0013】
さらに、複数本の電波時計アンテナを、それぞれその軸線が所定の角度をなして交差するよう設けることも有効である。このように、指向性の異なる複数の電波時計アンテナを備えることにより、少なくともいずれか一つの電波時計アンテナが、他の電波時計アンテナよりも良好な受信状況となる。したがって、良好な受信状況を安定的に得ることが可能となるのである。
【0014】
また、電波時計アンテナは、棒状のバーアンテナによって構成されるとともに、当該バーアンテナは、プレート型をなした前記GPSアンテナの複数辺に沿って配置されていることを特徴とすることができる。このような構成により、アンテナのコンパクト化を図ることができる。
【0015】
加えて、GPSアンテナで受信した信号と電波時計アンテナで受信した信号とを混合する混合器と、混合器で混合された信号を出力する一本のアンテナ線と、を更に備える構成とすることもできる。このようにアンテナ線を一本のみとすることにより、アンテナ線の取り回しが容易となり、また見た目を損なうこともない。
【0016】
また、本発明のGPS受信機は、GPS衛星から発信される信号を受信するGPSアンテナと、周波数発振器を備えた測位実行手段と、電波時計アンテナと、電波時計アンテナによって受信された搬送波の有する周波数に基づいて周波数発振器の誤差を測定する周波数測定手段と、を備えることを特徴とすることができる。このような構成とすれば、電波時計放送局からの搬送波を利用して高精度な周波数情報を得ることが可能となる。そして、このようなGPS受信機において、GPSアンテナと電波時計アンテナとをユニット化することにより、アンテナのコンパクト化を図ることができる。
【0017】
このGPS受信機では、前記GPSアンテナで受信した信号と前記電波時計アンテナで受信した搬送波の信号とを混合する混合器と、前記混合器で混合された信号を伝送する一本のアンテナ線と、前記アンテナ線を介して伝送された信号を、前記測位実行手段と前記周波数測定手段に分配する分配器と、を更に備えることを特徴とすることもできる。
【0018】
本発明は、GPS衛星から発信される信号に基づいて測位を行うと共に、待機と起動を繰り返すGPSブロックと、時刻情報および周波数情報を含んだ電波を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナから受信状況の良好な受信アンテナを選択すると共に、選択された前記受信アンテナで受信した電波から得た時刻情報および周波数情報に基づいて、待機状態にある前記GPSブロックに対して起動信号を出力する電波時計ブロックと、を備えることを特徴とするGPS受信機として捉えることもできる。このように、複数の受信アンテナから受信状況の良好な受信アンテナを選択することにより、安定的に高精度な時刻情報および周波数情報を得ることができる。
さらに、電波時計ブロックは、受信状況が所定レベル以上である受信アンテナを選択することを特徴とすることもできる。これは、言い換えれば受信状況が所定レベル以下のときには受信アンテナを選択せず、時刻情報および周波数情報を得ないことになり、その結果、精度の高い時刻情報および周波数情報のみを得ることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
ここではまず、以下に示す各実施の形態におけるGPS受信機の基本的な構成について説明する。
【0020】
図1は、GPS受信機の概略構成を示す説明図である。このGPS受信機は、GPSブロック(測位実行手段)10と、電波時計ブロック20と、周波数測定ブロック(周波数測定手段)30とを備えた概略構成となっている。
【0021】
GPSブロック10は、高度約2万km上のGPS衛星から発信された1575.42MHzの電波を受信するアンテナ部11、このアンテナ部11から受信した電波を周波数発振器12の周波数を利用して中間周波数に下げるためのRF部13、そして、RF部13によって中間周波数に下げられた電波を復調し、必要なデータを抜き出して現在位置を計算するためのディジタル(Digital)部14から構成されている。
【0022】
一方、電波時計ブロック20は、郵政省通信総合研究所が運営している電波時計放送局から送信される標準電波である、40KHzの搬送波を受信するアンテナ部21と、アンテナ部21により受信された搬送波を増幅して検波する信号復調部22と、信号復調部22によって検波された波形から時刻情報を読み取るディジタル部23とを備えている。
本実施の形態における電波時計ブロック20は、常に電源が入っており、電波時計放送局からの信号を受信し、高精度の時間情報と高精度な周波数基準を常時保持し続けている。また、電波時計ブロック20は、40KHzの搬送波であって信号復調部22によって増幅された検波前の周波数を周波数測定ブロック30に出力する。
【0023】
周波数測定ブロック30は、内部にカウンタ31を備えている。このカウンタ31は、電波時計ブロック20からの基準周波数信号で得られる正確なクロックで動作させ、このクロックで作られる所定の時間に、GPSブロック10のRF部13からの被測定周波数信号をカウントし、そのカウント値をGPSブロック10における周波数発振器12を示す周波数測定データ(周波数情報)として電波時計ブロック20に出力できるように構成されている。
【0024】
また、図2は、本実施の形態のGPS受信機における各ブロック動作と通信内容を説明するための図である。GPSブロック10からは、まず、次に起動するまでの時間間隔を指示する設定信号が電波時計ブロック20に送信され、その送信を受けた電波時計ブロック20はGPSブロック10に対して待機信号を送出する。その後、電波時計ブロック20に備えた図示しないタイマーを起動させ、タイマーのチェックによって所定時間の経過が判断された後に、電波時計ブロック20からGPSブロック10に対して起動信号が送信される。前記起動/待機信号の受信により、GPSブロック10は起動又は待機できるように構成されている。GPSブロック10は、この制御によって定期的に起動し、GPS衛星の位置情報である測位計算に必要な航法メッセージを更新する。この航法メッセージの取得が終わるとスリープ(待機)に入るのである。また、起動時には、電波時計ブロック20で保持している高精度な周波数情報(周波数オフセット)と時刻情報もGPSブロック10に対して送信される。
【0025】
このように、GPS受信機では、GPSブロック10が起動/待機を繰り返す、いわゆる間欠受信(スリープ受信)を行うことで、周波数のオフセット、時刻、航法メッセージを更新し続け、常に、高精度の周波数基準、時刻情報、最新の航法メッセージを保持することができる。したがって、測位を開始する時点で航法メッセージの取得を行わずに測位が行えるため、測位時間を大幅に短くすることができるのである。
【0026】
図3は、GPS受信機での測位動作を示した説明図である。本実施の形態によれば、まず測位を行うためには、GPSブロック10に電源が入った瞬間に、電波時計ブロック20から時刻情報と周波数情報(誤差)をもらう。ここで、電波時計ブロック20から、温度や経年変化による周波数ずれが起きない高精度の周波数を得ることができるので、図13(b)に示したような周波数サーチを行う必要がなくなり、同時に高精度の時刻情報を得ることができるので、時間情報の確認も行う必要がなくなってくる。
すなわち、これらの情報を用いることにより、GPS受信機では、GPS測位に必要な動作の一部が必要でなくなり、即座にPLLを用いた位相合わせに入ることができ、また、即座に測位計算に移行することができ、図2に示した高速測位を行うことができるようになる。その結果、測位時間が大幅に短縮できるわけである。
【0027】
〔第1の実施の形態〕
図4は、上記したような基本的構成を有したGPS受信機用のアンテナの構造を示すものである。この図に示すように、本実施の形態におけるGPS受信機用のアンテナ40は、図示しない回路パターンを備えたベースプレート41上に、GPSブロック10のアンテナ部11を構成するGPSアンテナ42と、電波時計ブロック20のアンテナ部21を構成する電波時計アンテナ(受信アンテナ)43とが取り付けられた構成となっている。
GPSアンテナ42は、平面視略矩形状のプレート状であり、セラミック等の誘電体から形成されて、この誘電体の上面(表面)と下面(裏面)に所定形状の電極(図示無し)が被着され、また一方の電極が給電ピン44に接続され、この給電ピン44がベースプレート41の所定の回路パターンに電気的・機械的に接続されて固定されている。また、電波時計アンテナ43は、図示しないホルダ等を介してベースプレート41に固定されている。この電波時計アンテナ43は、フェライトコア43aに導線43bを巻きつけた棒状のバーアンテナであり、受信する電波に応じた所定長を有している。また、GPSアンテナ42、電波時計アンテナ43は、アンテナ線45G、45Cを介し、図1に示したGPSブロック10、電波時計ブロック20に接続されている。
そして、これらGPSアンテナ42および電波時計アンテナ43は、樹脂製等の防水カバー46によって、その全体が覆われている。このようなアンテナ40は、ベースプレート41の下面に備えた図示しないマグネットや、その他各種アタッチメント等を用いて、車両等に取り付けることができるようになっている。
【0028】
このように、GPSブロック10と電波時計ブロック20とを備えるGPS受信機において、GPSアンテナ42と電波時計アンテナ43とを一体化してアンテナ40を構成することにより、アンテナ40の設置スペースの確保、設置の手間等を容易にすることができる。
【0029】
〔第2の実施の形態〕
次に、本発明に係るGPS受信機用のアンテナ、GPS受信機の第2の実施の形態について説明する。以下の説明において、上記GPS受信機の基本的な構成の説明および第1の実施の形態と共通する構成については、同符号を付してその説明を省略した。
図5は、第2の実施の形態におけるGPS受信機の概略構成を説明するための図である。この図に示すように、本実施の形態におけるGPS受信機は、電波時計ブロック20として、2組の電波時計ブロック20A、20Bを備えた構成となっている。なお、この図においては、周波数測定ブロック30(図1参照)については図示を省略した。
【0030】
図6は、このようなGPS受信機用のアンテナ50の構造を示すものである。この図に示すように、本実施の形態におけるGPS受信機用のアンテナ50は、図示しない回路基板を備えたベースプレート41上に、GPSブロック10のアンテナ部11を構成するGPSアンテナ42と、電波時計ブロック20A、20Bのアンテナ部21、21を構成する電波時計アンテナ(受信アンテナ)51A、51Bとが取り付けられた構成となっている。
【0031】
このような構成のGPS受信機においては、電波時計ブロック20A、20Bの2組のうち、アンテナ部21での電波の受信状況が良い方から、時刻情報および周波数情報をもらうようにする。
【0032】
受信状況を判定するには、例えば、それぞれ、電波時計アンテナ51Aと51Bで受信した電波信号の強度を、それぞれ信号強度メータ、いわゆるSメータ等で検出する。そして、電波時計アンテナ51A、51Bのうち、信号強度の強い方を受信状況の良いものとして選択し、時刻情報および周波数情報を得るのである。このとき、検出した信号強度が、予め設定した信号強度以下である場合には、時刻情報および周波数情報の抜き出しを行わないようにすることも可能である。
また、電波時計アンテナ51A、51Bの電波信号の強度を所定の順序で判定し、所定の信号強度以上であれば、その時点で時刻情報および周波数情報の抜き出しを行うようにしても良い。例えばまず電波時計アンテナ51Aの信号強度の判定を行い、所定の信号強度以上であれば、電波時計アンテナ51Bの信号強度にかかわらず、時刻情報および周波数情報の抜き出しを行うのである。そして、電波時計アンテナ51Aの信号強度が所定の信号強度以下であるときに、電波時計アンテナ51Bの信号強度の判定を行う。このとき、電波時計アンテナ51A、51Bの双方で信号強度が所定の信号強度を下回る場合には、必要な精度の情報が得られないと判断し、時刻情報および周波数情報の抜き出しを行わない。
【0033】
このようにして、GPS受信機に電波時計ブロック20A、20Bのアンテナ部21を2組備えることにより、一組のみの場合に比較し、信号強度の強い電波を安定して受信することができ、より信頼度の高い構成を実現できる。
加えて、アンテナ50に、GPSアンテナ42および電波時計アンテナ51A、51Bを一体に備える構成としたので、複数の電波時計アンテナ51A、51Bを備えるアンテナ50の設置スペースの確保、設置の手間等を容易にすることができる。
【0034】
なお、上記第2の実施の形態では、受信状況を判断するパラメータとして、受信した電波の信号強度を用いる構成としたが、これ以外のパラメータを用いても良い。
例えば、電波時計の信号は60秒で1サイクルを構成するパルス信号であるため、所定のパルス、例えば10秒ごとに埋め込まれている「マーカ」と称されるパルス等、を検出し、そのパルス幅が本来のパルス幅に対し予め設定した許容範囲内にあるか否かで受信状況を判断しても良い。このパルス幅は、電波の受信状況に応じて増減するため、本来のパルス幅が例えば200(msec)であるとすると、検出したパルス幅が、予め設定した許容範囲、例えば200(msec)±10%、つまり180〜220(msec)内であるか否かを判定し、許容範囲内であるときには受信状況が良いと判定するのである。この場合にも、検出したパルス幅が許容範囲外であるときには、受信状況が良くないと判定し、時刻情報および周波数情報の抜き出しを行わないようにしても良い。また、電波時計アンテナ51A、51Bのうち、パルス幅の誤差が少ない方を選択するようにしても良い。
【0035】
〔第3の実施の形態〕
次に、本発明に係るGPS受信機用のアンテナ、GPS受信機の第3の実施の形態を示す。ここで示す構成は、GPS受信機の全体的なシステム構成については、上記第2の実施の形態で図5に示した構成と共通であり、アンテナの構造のみが異なるので、アンテナのみの説明を行い、GPS受信機全体、および時刻情報および周波数情報を得る方法等については説明を省略する。
図7に示すように、第3の実施の形態におけるGPS受信機用のアンテナ60は、図示しない回路基板を備えたベースプレート41上に、GPSブロック10のアンテナ部11を構成するGPSアンテナ42と、電波時計ブロック20A、20Bのアンテナ部21、21を構成する電波時計アンテナ(受信アンテナ)61A、61Bとが取り付けられた構成となっている。
ここで、電波時計アンテナ61Aと61Bは略L字状に配置され、その軸線が、所定角度、例えば90度をなして交差するよう配置されている。これら電波時計アンテナ61A、61Bは、平面視略矩形のGPSアンテナ42の互いに隣接する2辺に沿って配置されており、これによってアンテナ60のコンパクト化が図られている。
【0036】
図8は、上記のように2本の電波時計アンテナ61A、61Bを互いに直交して配置した場合のアンテナ向きと信号強度の関係を示す図である。この図における横軸(アンテナ向き)は、図7において、電波時計アンテナ61Aの軸線を基準としたときのアンテナ60の送信局に対する角度である。この図8中、符号(イ)は電波時計アンテナ61Aの向きと信号強度の関係、(ロ)は電波時計アンテナ61B(電波時計アンテナ61Aに対し90度ずれている)の向きと信号強度の関係である。この図に示すように、電波時計アンテナ61A、61Bのそれぞれは、その軸線の送信局に対する向きによって、信号強度が上下する。
ここで、このようにして、互いに直交させた電波時計アンテナ61A、61Bを備えた電波時計ブロック20A、20Bで時刻情報および周波数情報を得る場合、受信した信号の信号強度が高く、かつ予め設定した所定の信号強度〔例えば図8中符号(ハ)〕以上であるか否かを比較し、いずれか一方からのみ時刻情報および周波数情報を得るのである。この場合、選択された信号は、図8中、符号(ニ)の太線のようになり、常に高い信号強度が得られる。図8からも明らかなように、電波時計アンテナ61Aと61Bとを互いに直交させることにより、電波時計アンテナ61Aと61Bの少なくともいずれか一方において所定の信号強度以上の信号が得られる確率は高くなる。
【0037】
上述したように、2本の電波時計アンテナ61A、61Bを互いに直交させた構成のアンテナ60を備えることにより、GPS受信機においては、アンテナ60の向きにかかわらず、安定して電波時計の電波を受信することが可能となり、より高精度の時刻情報と周波数情報を得ることができる。
【0038】
なお、上記第3の実施の形態では、時刻情報を得る電波時計アンテナ61A、61Bを信号強度によって選択する構成としたが、前記第2の実施の形態と同様、受信したパルス信号のパルス幅が許容範囲内にあるか否かによって時刻情報を得る電波時計アンテナ61A、61Bを選択する場合にも、上記と全く同様に行うことができる。
【0039】
また、上記信号強度、パルス幅に変えて、図9に示すように、電波時計アンテナ61A、61Bそれぞれのエラーレートにより、時刻情報を得る電波時計アンテナ61A、61Bの選択を行うようにしても良い。図9中、符号(ホ)は電波時計アンテナ61Aの向きとエラーレートの関係、(ヘ)は電波時計アンテナ61Bの向きとエラーレートの関係である。そして、符号(ト)は、エラーレートの良い方を選択した場合の状態を示している。
ここで、エラーレートを得るには、まず、電波時計ブロック20A、20Bからそれぞれ得られるパルス信号の1秒ごとのパルス幅を検出し、検出した各パルス幅が所定の許容範囲内であるか否かを判定する。そして、所定時間にわたって上記の検出を行い、パルス幅が許容範囲内にあるパルスの数を、時間内の全パルス数で除すことによりエラーレートが得られる。このエラーレートの規格値を予め定めておき、そして、電波時計アンテナ61A、61Bのいずれかがエラーレートが規格値以上であるときに、時刻情報を得るよう構成とすることもできる。
【0040】
なお、上記第2および第3の実施の形態において、2組の、電波時計アンテナ51A、51B、電波時計アンテナ61A、61Bを備える構成としたが、これを3組以上とすることも可能である。例えば図10は、アンテナ70に、計4組の電波時計アンテナ(受信アンテナ)71A、71B、71C、71Dを備えた例である。ここでは、これら電波時計アンテナ71A、71B、71C、71DをGPSアンテナ42の四辺に沿って配置し、アンテナ70のコンパクト化が図られている。もちろん、これ以外の配置も可能である。なおこの図10では、電波時計アンテナ71A、71B、71C、71Dのそれぞれにアンテナ線45Cを備える構成としたが、例えば、互いに平行な電波時計アンテナ71Aと71C、電波時計アンテナ71Bと71Dを図示しない配線で結び、直列配置とすることも可能である。
【0041】
また、上記第3の実施の形態では、電波時計アンテナ61A、61Bの交差角度を90度としたが、これ以外の角度であっても良い。例えば、アンテナを3組以上設ける場合には、互いに隣接するアンテナ間の角度を、例えば60度、45度等、他の角度としても良い。
さらに、図8や図9において、アンテナの向きを変えたときの信号強度やエラーレートを表す図において、符号(イ)〜(ト)で示した各曲線は、あたかも略半円状をなしているが、これはあくまでも概略図に過ぎず、実際の曲線は他の形状となり得る。
【0042】
〔第4の実施の形態〕
次に、本発明に係るGPS受信機用のアンテナ、GPS受信機の第4の実施の形態を示す。ここでは、例えば上記第1の実施の形態で示した構成において、アンテナ線45G、45Cを一本にまとめる場合を示す。なお、以下に示す構成において、前記GPS受信機の基本的な構成の説明および第1の実施の形態と共通する構成については、同符号を付してその説明を省略した。
【0043】
図11は、本実施の形態におけるGPS受信機の構成を示す概略図である。この図に示すように、GPS受信機は、GPSブロック10と、電波時計ブロック20と、周波数測定ブロック30(図1参照)とを備えている。そして、GPS受信機用のアンテナ80は、図示しない回路基板を備えたベースプレート81上に、GPSブロック10のアンテナ部11を構成するGPSアンテナ42と、電波時計ブロック20のアンテナ部21を構成する電波時計アンテナ43とが取り付けられた構成となっている。そして、GPSアンテナ42のアンテナ線82と、電波時計アンテナ43のアンテナ線83は、ベースプレート81に一体に取り付けられた混合器84に接続されている。
一方、GPS受信機の本体内には、分配器85が備えられ、アンテナ80の混合器84との間は、一本の共有アンテナ線(アンテナ線)86によって接続されている。
【0044】
図12は、混合器84と分配器85の回路構成の一例である。この図において、Vinは、GPS受信機本体側からの入力電圧、Voutはアンテナ80のアンプAmpへの入力電圧、Sradioは電波時計アンテナ43からの信号、SgpsはGPSアンテナ42からの信号である。
この図に示すように、GPSアンテナ42と電波時計アンテナ43から混合器84に入力された信号Sgps、Sradioは、それぞれアンプAmpにより所定のレベルに増幅された後、混合される。このとき、混合器84を構成する抵抗R、コイルL、コンデンサCからなるフィルタにより、GPSアンテナ42あるいは電波時計アンテナ43からの信号Sgps、Sradioが、アンプAmpへの入力電圧Voutに入り込むのが防止される。
このようにして混合器84で混合された信号は、共有アンテナ線86を介してGPS受信機本体側の分配器85に伝送される。分配器85では、コンデンサCとコイルLとからなるCLフィルタ、コンデンサCおよび抵抗RからなるRCフィルタにて、GPSアンテナ42からの信号Sgpsと、電波時計アンテナ43からの信号Sradioとに分配され、それぞれGPSブロック10、電波時計ブロック20に入力される。
【0045】
このように、GPSアンテナ42と電波時計アンテナ43を備えるGPS受信機において、アンテナ80とGPS受信機本体側とを共有アンテナ線86を介して接続することにより、配線を簡略化して、コストを低減するとともに、その設置を容易に行うことが可能となり、さらには見た目を損なうこともない。
【0046】
なお、上記第4の実施の形態で示した構成は、上記第2および第3の実施の形態にも同様に適用が可能である。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、GPSの測位時間を飛躍的に早くすることのできる電波時計を利用したGPS受信機において、アンテナの設置スペースの確保、および設置を容易に行うことができる。さらに、電波時計のアンテナを複数備えることにより、受信状況の良好な信号を安定して受信することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るGPS受信機の基本的な構成を示す図である。
【図2】 各ブロック動作と通信内容を説明するための図である。
【図3】 GPS受信機における測位動作を示す図である。
【図4】 第1の実施の形態におけるGPS受信機用のアンテナの構造を示す図であって、(a)は平面図、(b)は(a)の正面図、(c)は(a)の側面図である。
【図5】 第2の実施の形態におけるGPS受信機の概略構成を示す図である。
【図6】 図5に示したGPS受信機用のアンテナの構造を示す平面図である。
【図7】 第3の実施の形態におけるGPS受信機用のアンテナの構造を示す平面図である。
【図8】 図7に示したアンテナの配置におけるアンテナ向きと信号強度の関係を示す図である。
【図9】 図7に示したアンテナの配置におけるアンテナ向きとエラーレートの関係を示す図である。
【図10】 第3の実施の形態におけるGPS受信機用のアンテナの構造の他の例を示す平面図である。
【図11】 第4の実施の形態におけるGPS受信機の概略構成を示す図である。
【図12】 図11に示したGPS受信機の要部の電気回路の例を示す図である。
【図13】 (a)は一般的に用いられるGPSシステムの概略構成、(b)は従来のGPS測位動作を示した説明図である。
【図14】 本発明に先立って既に提案したGPS受信機の概略構成を示す図である。
【図15】 アンテナの指向性の違いを示す図である。
【符号の説明】
10…GPSブロック(測位実行手段)、11…アンテナ部、12…周波数発振器、20,20A,20B…電波時計ブロック、21…アンテナ部、30…周波数測定ブロック(周波数測定手段)、40,50,60,70,80…アンテナ、41,81…ベースプレート、42…GPSアンテナ、43,51A,51B,61A,61B,71A,71B,71C,71D…電波時計アンテナ(受信アンテナ)、84…混合器、85…分配器、86…共有アンテナ線(アンテナ線)
Claims (1)
- GPS衛星から発信される信号を受信するプレート型であり矩形状のGPSアンテナと、
棒状のバーアンテナによって構成されるとともに前記GPSアンテナの複数辺に沿って配置され、時刻情報を含んだ電波を受信する複数の電波時計アンテナと、
前記GPSアンテナおよび前記複数の電波時計アンテナが一体に取り付けられたベースプレートと、
前記電波時計アンテナに接続され、当該電波時計アンテナにて受信された信号を出力するアンテナ線と、
を備え、
前記複数の電波時計アンテナは、前記GPSアンテナの互いに平行な二辺に沿って配置された一対の電波時計アンテナと、当該二辺と直交する他の二辺に沿って配置された他の一対の電波時計アンテナとから少なくとも構成され、
前記一対の電波時計アンテナは、配線により接続されることで直列配置され、当該一対の電波時計アンテナにて受信された信号は一本の前記アンテナ線によって出力され、前記他の一対の電波時計アンテナは、配線により接続されることで直列配置され、当該他の一対の電波時計アンテナにて受信された信号は当該一本のアンテナ線とは異なる他のアンテナ線によって出力されることを特徴とするGPS受信機用のアンテナ。
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