JP4929831B2 - Position detection apparatus and position detection method - Google Patents
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Description
本発明は、位置検出装置および位置検出方法に関し、特に、衛星からの電波を受信して現在位置を検出する位置検出装置および位置検出方法に関するものである。 The present invention relates to a position detection apparatus and a position detection method, and more particularly to a position detection apparatus and a position detection method for receiving a radio wave from a satellite and detecting a current position.
GPS(Global Positioning System:全地球測位システム)は、複数の衛星からの電波を受信して、現在位置を検出するシステムである。この場合の衛星は静止衛星ではなく、高度2万kmを周回し、地球に対して刻々と位置が変化する32個の衛星である。現在位置を検出するためには、32個の衛星の中の最低3個の衛星からGPS信号を受信する必要がある。実際は、4個の衛星からGPS信号を受信して現在位置を検出している。各衛星からは30秒のメインフレームが送信される。このメインフレームは、各フレームが6秒の5個のサブフレームで構成され、各サブフレームは300ビットのデータで構成されている。第1乃至第5の5個のサブフレームのうち、第1乃至第3の3個のサブフレームには、各衛星に固有のクロック補正情報および軌道情報である「エフェメリス」が格納され、第4および第5の2個のサブフレームには、32個のすべての衛星に共通の概略軌道情報である「アルマナック」が格納されている。図10は、腕時計を利用した従来の位置検出装置の構成を示すブロック図である。この位置検出装置は、図10に示すように、アンテナ11、RF部12、ベースバンド処理部13、システム14、および電源15で構成されている。
A GPS (Global Positioning System) is a system that receives radio waves from a plurality of satellites and detects a current position. The satellites in this case are not geostationary satellites, but 32 satellites that orbit the altitude of 20,000 km and change their positions with respect to the earth. In order to detect the current position, it is necessary to receive GPS signals from at least three of the 32 satellites. Actually, GPS signals are received from four satellites to detect the current position. A 30-second mainframe is transmitted from each satellite. This main frame is composed of 5 subframes each having 6 seconds, and each subframe is composed of 300-bit data. Of the first to fifth sub-frames, the first to third sub-frames store clock correction information unique to each satellite and “ephemeris” which is orbit information. The fifth two subframes store “almanac”, which is general orbit information common to all 32 satellites. FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a conventional position detecting device using a wristwatch. As shown in FIG. 10, the position detection device includes an
アンテナ11は、衛星からのGPS信号を受信してRF部12に入力する。RF部12は、入力されたGPS信号を復調してベースバンド処理部13にベースバンド信号を入力する。ベースバンド処理部13は、CPU131、n個のサーチ・エンジン132、同期検出部133で構成されている。同期検出部133は、各サブフレームの先頭にある8ビットの同期信号(これを「プリアンブル」という)を検出して、サブフレームの開始タイミングをCPU131に入力する。CPU131は、同期検出部133からのプリアンブルに基づいて、n個のサーチ・エンジン132を起動する。各サーチ・エンジンは、1個のサブフレームを取り込んで、そのデータをストアする。したがって、4個の衛星からGPS信号を受信して現在位置を検出する場合には、各衛星から同時に送信される連続した5個のサブフレームのデータを5個のサーチ・エンジンに順にストアし、合計20個のサーチ・エンジンにストアしたデータによって現在位置を検出する。システム14は、例えば、時計装置であり、ベースバンド処理部13で検出された現在位置を表示する。電源15は、小型のコイン型電池(例えば、2016タイプ)およびDC/DCコンバータなどで構成され、RF部12、ベースバンド処理部13、およびシステム14に電力を供給する。
The
GPSを利用した位置検出の技術に関しては、多くの提案がなされている。
例えば、ある提案のGPS航法装置においては、エフェメリスのデータをサブフレーム単位に分割収集し、メモリに保存することによって、データ収集に要する時間を短くするようになっている。具体的には、サブフレーム収集フラグを設けて、サブフレームの収集に応じてこのフラグを1(有効)にセットする。したがって、一度収集したサブフレームであるか否かをフラグで判定するので、そのサブフレームを再度収集する必要がなくなり、収集する時間を短縮できる。(特許文献1参照)
また、ある提案のGPS受信機においては、複数のチャンネルを持つ検波部と、検波部で復調した衛星から送信される航法メッセージを収集するメッセージ収集部と、収集したメッセージを解析するメッセージ解析部と、伝搬時間と衛星の位置から受信機の位置を算出する測位部と、各チャンネルのメッセージ収集部に対して航法メッセージを走査するタイミングを指定するタイミング指定部とを備え、1チャンネル以上で航法メッセージを収集した場合に、他のチャンネルに対してメッセージの収集タイミングを指定する。したがって、GPS衛星から送信される航法メッセージの先頭を示すビットパターンであるプリアンブルパターンを早く検出し、すべてのチャンネルでプリアンブルパターンを検出するまでの時間を短縮し、航法メッセージをすばやく収集することにより、測位不能時間を短縮する。(特許文献2参照)
また、ある提案のGPS受信装置においては、複数のチャンネルにおいてそれぞれGPS衛星を捕捉することができ、その捕捉したGPS衛星からの衛星データから取り出した時刻情報と、GPS受信装置側にて計時した現在時刻とに基づいて、GPS衛星と現在位置(GPS受信装置の位置)との間の距離を測定する。また衛星データに含まれる詳細軌道情報(エフェメリス)を取り出して衛星位置を計算し、さらに測定した距離を加味して、GPS受信装置の位置を算出する。これにより、衛星データとの同期確立を早期に行えるようにし、測位を開始するまでの時間を短縮する。(特許文献3参照)
また、ある提案の位置検出装置においては、GPS受信機で受信したGPS衛星からのデータは、メインフレーム、サブフレーム、ワードという階層構造となっており、各ワードチェックにチェック用のパリティビットが組み込まれているので、GPS受信機では、各ワード毎にパリティビットを行い、受信したサブフレームで何ワードがパリティチェックでNGとなったか出力する。受信判定部では、パリティチェックNGの数により、データ受信可能状態か判定する。データ受信不可能と判定した場合においては、制御部においてデータ収集のための連続通電をオフとし、一定時間経過してから再度データ収集のためにスイッチをオンとして、メイン電源を通電させる。これにより、衛星軌道情報を取得するために連続通電する場合に、受信環境が悪いとデータ収集に長い時間が必要となり、無駄な電力を消費することを回避する。(特許文献4参照)
For example, in a proposed GPS navigation apparatus, ephemeris data is divided and collected in units of subframes and stored in a memory, thereby shortening the time required for data collection. Specifically, a subframe collection flag is provided, and this flag is set to 1 (valid) according to the collection of the subframe. Therefore, since it is determined by the flag whether or not the subframe has been collected once, it is not necessary to collect the subframe again, and the collection time can be shortened. (See Patent Document 1)
Further, in a proposed GPS receiver, a detection unit having a plurality of channels, a message collection unit that collects a navigation message transmitted from a satellite demodulated by the detection unit, a message analysis unit that analyzes the collected message, A positioning unit that calculates the position of the receiver from the propagation time and the position of the satellite, and a timing designating unit that designates a timing for scanning the navigation message for the message collection unit of each channel, and a navigation message in one or more channels When collecting messages, specify the message collection timing for other channels. Therefore, by quickly detecting a preamble pattern that is a bit pattern indicating the head of a navigation message transmitted from a GPS satellite, reducing the time to detect a preamble pattern in all channels, and quickly collecting navigation messages, Reduce positioning time. (See Patent Document 2)
In addition, in a proposed GPS receiver, GPS satellites can be captured in a plurality of channels, time information extracted from satellite data from the captured GPS satellites, and current time measured on the GPS receiver side Based on the time, the distance between the GPS satellite and the current position (the position of the GPS receiver) is measured. Further, the detailed orbit information (ephemeris) included in the satellite data is taken out, the satellite position is calculated, and the position of the GPS receiver is calculated in consideration of the measured distance. As a result, synchronization with the satellite data can be established at an early stage, and the time required to start positioning is shortened. (See Patent Document 3)
In a proposed position detection device, data from GPS satellites received by a GPS receiver has a hierarchical structure of mainframe, subframe, and word, and a parity bit for checking is incorporated in each word check. Therefore, the GPS receiver performs a parity bit for each word, and outputs how many words are NG in the parity check in the received subframe. The reception determination unit determines whether data reception is possible based on the number of parity checks NG. When it is determined that data cannot be received, the control unit turns off continuous energization for data collection, turns on the switch for data collection again after a predetermined time, and energizes the main power supply. As a result, when continuous energization is performed in order to acquire satellite orbit information, it takes a long time to collect data if the reception environment is bad, thereby avoiding unnecessary power consumption. (See Patent Document 4)
上記特許文献1乃至特許文献4を含め、GPSを利用した従来の位置検出では、第1乃至第5の5個のサブフレームを連続して取得する構成になっている。5個のサブフレームは30秒であるので、前後のマージンを含めると連続通電する時間は40秒以上も必要である。しかしながら、コイン型電池を使用した図10の腕時計の位置検出装置やその他の携帯型の位置検出装置の場合には、のように、各部に電力を供給する電源にコイン型電池を使用した場合には、40秒以上も連続通電すると電池の放電特性が劣化し、電池の著しい電圧降下のために装置自体が機能停止になるおそれがある。
本発明は、このような従来の課題を解決するためのものであり、コイン型電池やその他の小型の電池を電源として使用した場合でも、電池の著しい電圧降下が発生して装置が機能停止になるような事態を招くことなく、衛星からのGPS信号を確実に受信して現在位置を検出できるようにすることを目的とする。
In the conventional position detection using the GPS including the above-described
The present invention is for solving such a conventional problem, and even when a coin-type battery or other small battery is used as a power source, a significant voltage drop of the battery occurs and the apparatus stops functioning. An object of the present invention is to reliably receive a GPS signal from a satellite and detect the current position without causing such a situation.
請求項1に記載の位置検出装置は、電池によって電力を供給する電源手段と、電源手段から電力を供給される動作モードにおいては衛星から送信されるGPS信号を受信し、電源手段から電力を供給されない非動作モードにおいては受信を停止する受信手段と、前記GPS信号におけるメインフレームを送信する時間より短い時間をカウントするオンタイマ手段と、オフタイマ手段と、前記オンタイマ手段のカウント中は前記受信手段を動作モードにするとともに、前記オフタイマ手段のカウント中は非動作モードとするモード制御手段と、外部よりの取得指示に応答して前記受信手段を動作モードにするとともに、前記オンタイマ手段のカウント動作を開始させる開始指示手段と、前記オンタイマ手段のカウント中に、受信されたGPS信号の中から前記衛星によって時系列的に送信される第1番目から第n番目までのn個の特定データの内、一部の特定データを取得する第1の取得手段と、前記取得された特定データに基づき前記オフタイマ手段のカウント時間を設定するとともに、当該オフタイマ手段のカウントを開始させるオフタイマ設定手段と、前記オフタイマ手段のカウント終了に応じて前記オンタイマ手段のカウントを開始させるとともに、当該オンタイマ手段のカウント中に前記取得されている特定データ以外のデータを取得する第2の取得手段と、前記n個の特定データが全て取得されるまで、前記オフタイマ設定手段及び第2の取得手段の動作を繰り返させる動作制御手段と、前記取得されたn個の特定データによって位置情報を判定する情報判定手段と、を備えた構成になっている。
The position detection device according to
請求項1の位置検出装置において、請求項2に記載したように、装置は、衛星によって時系列的に送信される第1番目から第n番目までのn個の特定データのそれぞれに対応するn個の記憶手段をさらに備え、情報判定手段は、受信手段によって受信されたGPS信号の中から取得した特定データの順に対応する記憶手段に記憶し、n個の記憶手段のすべてに対応する特定データを記憶したときに、位置情報を判定するような構成にしてもよい。
2. The position detecting device according to
請求項1の位置検出装置において、請求項3に記載したように、動作制御手段は、任意のm(1≦m≦n)番目の特定データが動作モードの最後に受信手段によって受信された場合には、次に非動作モードから動作モードに切り替える時間を演算するような構成にしてもよい。
請求項1の位置検出装置において、請求項4に記載したように、動作制御手段は、GPS信号の中の少なくとも1つのm(1≦m≦n)番目の特定データを受信手段が受信できる期間の動作モードを制御するような構成にしてもよい。
請求項1の位置検出装置において、請求項5に記載したように、衛星によって時系列的に送信される第1番目から第n番目までのn個の特定データは、第1番目から第5番目までのサブフレームデータであるような構成にしてもよい。
3. The position detection apparatus according to
2. The position detection apparatus according to
In the position detection device according to
請求項6に記載の位置検出方法は、電池によって電力を供給する電源手段から電力を供給される動作モードにおいては衛星から送信されるGPS信号を受信し、前記電源手段から電力を供給されない非動作モードにおいては受信を停止するステップAと、前記GPS信号におけるメインフレームを送信する時間より短い時間をカウントするオンタイマ手段のカウント中は動作モードにするとともに、オフタイマ手段のカウント中は非動作モードとするモード制御ステップと、外部よりの取得指示に応答して動作モードにするとともに、前記オンタイマ手段のカウント動作を開始させる開始指示ステップと、前記オンタイマ手段のカウント中に、受信されたGPS信号の中から前記衛星によって時系列的に送信される第1番目から第n番目までのn個の特定データの内、一部の特定データを取得する第1の取得ステップと、前記取得された特定データに基づき前記オフタイマ手段のカウント時間を設定するとともに、当該オフタイマ手段のカウントを開始させるオフタイマ設定ステップと、前記オフタイマ手段のカウント終了に応じて前記オンタイマ手段のカウントを開始させるとともに、当該オンタイマ手段のカウント中に前記取得されている特定データ以外のデータを取得する第2の取得ステップと、前記n個の特定データが全て取得されるまで、前記オフタイマ設定ステップ及び第2の取得ステップの動作を繰り返させる動作制御ステップと、前記取得されたn個の特定データによって位置情報を判定するステップCと、を実行する構成になっている。
The position detection method according to claim 6 is a non-operation in which a GPS signal transmitted from a satellite is received and power is not supplied from the power supply means in an operation mode in which power is supplied from a power supply means that supplies power by a battery. In the mode, the operation mode is set during the counting of the step A for stopping the reception and the on-timer means counting the time shorter than the time for transmitting the main frame in the GPS signal, and the non-operation mode is set during the counting of the off-timer means. A mode control step, an operation mode in response to an external acquisition instruction, a start instruction step for starting the counting operation of the on-timer means, and a GPS signal received during the counting of the on-timer means 1st to nth transmitted in time series by the satellite A first acquisition step of acquiring a part of specific data among the n specific data, and setting a count time of the off-timer means based on the acquired specific data, and starting counting of the off-timer means An off-timer setting step; and a second acquisition step of starting counting of the on-timer means in response to the end of counting of the off-timer means and acquiring data other than the acquired specific data during the counting of the on-timer means; , An operation control step for repeating the operations of the off-timer setting step and the second acquisition step until all the n pieces of specific data are acquired, and a step of determining position information based on the acquired n pieces of specific data C. is executed.
請求項6の位置検出方法において、請求項7に記載したように、衛星によって時系列的に送信される第1番目から第n番目までのn個の特定データをそれぞれに対応するn個の記憶手段に記憶するステップDをさらに有し、このステップDは、ステップAによって受信されたGPS信号の中から取得した特定データの順に対応する記憶手段に記憶し、ステップCは、n個の記憶手段のすべてに対応する特定データを記憶したときに、位置情報を判定するような構成にしてもよい。
請求項6の位置検出方法において、請求項8に記載したように、ステップCは、任意のm(1≦m≦n)番目の特定データが動作モードの最後にステップAによって受信された場合には、次に非動作モードから動作モードに切り替える時間を演算するような構成にしてもよい。
請求項6の位置検出方法において、請求項9に記載したように、ステップCは、GPS信号の中の少なくとも1つのm(1≦m≦n)番目の特定データをステップAによって受信できる期間の動作モードを制御するような構成にしてもよい。
請求項6の位置検出方法において、請求項10に記載したように、衛星によって時系列的に送信される第1番目から第n番目までのn個の特定データは、第1番目から第5番目までのサブフレームデータであるような構成にしてもよい。
7. The position detection method according to claim 6, wherein, as described in claim 7, n pieces of specific data from the first to the n-th data transmitted in time series by the satellite are respectively stored in n pieces. The step D is further stored in the storage means corresponding to the order of the specific data acquired from the GPS signals received in the step A, and the step C includes n storage means. The configuration may be such that the position information is determined when specific data corresponding to all of the above is stored.
7. The position detection method according to claim 6, wherein, as described in claim 8, step C is performed when any m (1 ≦ m ≦ n) th specific data is received by step A at the end of the operation mode. May be configured to calculate a time for switching from the non-operation mode to the operation mode next.
In the position detection method according to claim 6, as described in claim 9, step C includes a period in which at least one m (1 ≦ m ≦ n) specific data in the GPS signal can be received by step A. The operation mode may be controlled.
7. The position detection method according to claim 6, wherein the n specific data from the first to the n-th transmitted in time series by the satellite are the first to the fifth as described in
本発明によれば、コイン型電池やその他の小型の電池を電源として使用した場合でも、電池の著しい電圧降下が発生して装置が機能停止になるような事態を招くことなく、衛星からのGPS信号を確実に受信して現在位置を検出できるという効果が得られる。 According to the present invention, even when a coin-type battery or other small battery is used as a power source, a GPS voltage from a satellite can be obtained without causing a situation in which a significant voltage drop of the battery occurs and the device stops functioning. An effect is obtained that the current position can be detected by reliably receiving the signal.
以下、本発明による位置検出装置および位置検出方法の第1実施形態および第2実施形態について、図1乃至図9を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を実現するための一例であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明は、その技術的範囲の属する限り、当業者によって容易に考えられる様々な変形例が可能であることは言うまでもない。 Hereinafter, a first embodiment and a second embodiment of a position detection device and a position detection method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9. The following embodiment is an example for realizing the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment. That is, it goes without saying that the present invention can be variously modified by those skilled in the art as long as the technical scope of the present invention belongs.
図1は、本発明の各実施形態における位置検出装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、アンテナ1、RF部2、ベースバンド処理部3、システム4、および電源5で構成されている。
アンテナ1は、衛星からの電波を受信してRF部2に入力する。RF部2は、入力された電波の中からGPS信号のみを抽出して復調し、必要なレベルに増幅した後にアナログ信号からデジタル信号のベースバンド信号に変換してベースバンド処理部3に入力する。ベースバンド処理部3は、CPU31、n個のサーチ・エンジン32、同期検出部33、RF制御部34、RAM35などで構成されている。同期検出部33は、各サブフレームの先頭にある8ビットの同期信号であるプリアンブルを検出して、サブフレームの開始タイミングをCPU131に入力する。CPU31は、同期検出部33からのプリアンブルに基づいて、n個のサーチ・エンジン32を起動する。各サーチ・エンジンは、1個のサブフレームを取り込んで、そのデータによって識別される衛星および何番目のサブフレームであるかを内部のメモリ(図示せず)にストアする。CPU31は、n個のサーチ・エンジン32のそれぞれにストアされている衛星およびサブフレームの番号をRAM35にストアして管理する。すなわち、所定数(例えば、4個)の衛星から送信された第1乃至第5の5個のサブフレームのすべてを受信したか否かを管理する。RF制御部34は、CPU31のコマンドに応じてRF部2を動作モード又は非動作モードに制御する。動作モードにおいては、RF部2のクロックなどをイネーブル状態にして、上記したRF部2の信号処理を可能にする。一方、非動作モードにおいては、RF部2のクロックなどをイネーブル状態にして、上記したRF部2の信号処理を停止させる。なお、RF制御部34については、必ずしもこのような専用のハードウェアシステム4で構成しなくてもよい。CPU31からの制御信号によってRF部2を動作モード又は非動作モードに制御する構成でもよい。システム4は、例えば、時計装置であり、ベースバンド処理部3で検出された現在時刻および現在位置を表示する。電源5は、小型のコイン型電池(例えば、2016タイプ)およびDC/DCコンバータなどで構成され、RF部2、ベースバンド処理部3、およびシステム4に電力を供給する。ただし、非動作モードではRF部2は信号処理を停止しているので電力を消費しない。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a position detection device in each embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
The
図2は、GPS信号におけるフレーム構成を示す図である。図2(A)は、32個の衛星から30秒ごとに送信されるメインフレームを示している。各メインフレームは、サブフレーム1乃至サブフレーム5の5個のサブフレームで構成されている。サブフレーム1乃至サブフレーム3は、各衛星における固有のデータ(「エフェメリス」と称する)で構成され、サブフレーム4およびサブフレーム5は、同期してGPS信号を送信する32個の衛星に共通するデータ(「アルマナック」と称する)で構成されている。これら5個のサブフレームのデータをすべて取得したときに、その衛星に対応する位置情報が得られる。この装置の現在位置を検出するためには、4個(最低は3個)の衛星のそれぞれに対応する位置情報を取得する必要があるので、合計で20個のサブフレームを取得することになるが、本発明では、後述するように、各衛星から同時に送信される連続した5個のサブフレームを分割して取得する。
FIG. 2 is a diagram illustrating a frame configuration in the GPS signal. FIG. 2A shows a main frame transmitted every 30 seconds from 32 satellites. Each main frame is composed of five subframes of
図2(B)は、6秒の時間長からなる300ビットの各サブフレームを示している。通常、各サブフレームの先頭には、30ビットのTLM(Telemetry)のデータがあり、次に、同じく30ビットのHOW(Handover Word)のデータが続き、その後に、240ビットのクロックなどのエフェメリスのデータ(サブフレーム1)、各衛星に固有の詳細軌道情報などのエフェメリスのデータ(サブフレーム2、3)、32個の衛星に共通する概略軌道情報や電離層補正情報などのアルマナックのデータ(サブフレーム4、5)がある。図には示していないが、TLMの最初の8ビット(10001011)がプリアンブルパターンであり、サブフレームの開始を示す同期信号を構成している。
FIG. 2B shows each 300-bit subframe having a time length of 6 seconds. Usually, at the beginning of each sub-frame, there is 30-bit TLM (Telemetry) data, followed by 30-bit HOW (Handover Word) data, followed by an ephemeris such as a 240-bit clock. Data (subframe 1), ephemeris data such as detailed orbit information unique to each satellite (
このように、32個の衛星からのGPS信号は、各サブフレームの送信タイミングが同期しており、任意の衛星の任意のサブフレームのTLMを取得すれば、そのサブフレームの衛星を特定し、5個のサブフレームの中の何番目のサブフレームであるかを認識することができる。さらに、取得したサブフレームのTLMのデータに基づいて、他の任意のサブフレームの送信タイミングを予測することが可能である。本発明は、このようなサブフレームの特徴的な構成を活用することによって現在位置を検出するものである。 In this way, the GPS signals from 32 satellites have the transmission timing of each subframe synchronized, and if the TLM of any subframe of any satellite is obtained, the satellite of that subframe is identified, It is possible to recognize the number of the subframe among the five subframes. Further, it is possible to predict the transmission timing of any other subframe based on the acquired TLM data of the subframe. The present invention detects the current position by utilizing such a characteristic configuration of the subframe.
図3および図4は、CPU31によって実行される第1実施形態の位置検出方法を示すフローチャートである。
図3において、CPU31は、所定のイニシャライズ処理(ステップSA1)の後、RAM35にストアされているデータを参照して、GPS信号の取得指示をするか否かを判別する(ステップSA2)。取得指示をする場合には、RF制御部34にRFオンを指示する(ステップSA3)。RF制御部34は、この指示に応じてRF部2を非動作モードから動作モードに切り替える。CPU31は、内部のオンタイマをスタートして(ステップSA4)、サーチ・エンジン32のデコーダ部からのデータ取り込みを行う(ステップSA5)。
FIG. 3 and FIG. 4 are flowcharts showing the position detection method of the first embodiment executed by the
In FIG. 3, after a predetermined initialization process (step SA1), the
次に、CPU31は、同期検出部33より同期確立を検出したか否かを判別する(ステップSA6)。すなわち、同期検出部33を介してTLMのプリアンブルパターンの8ビット(10001011)を検出したか否かを判別する。同期確立を検出しないときは、オンタイマが所定時間経過したか否かを判別する(ステップSA7)。この実施形態においては、所定時間は20秒に設定されている。CPU31は、オンタイマが所定時間経過しないときは、ステップSA6において同期確立を検出したか否かを判別し、同期確立を検出したときは、その同期検出のタイミング(TLMの開始時刻)をRAM35にストアする(ステップSA8)。次に、CPU31は、サブフレームデータを取得し(ステップSA9)、それが正しいデータであるか否かを判別する(ステップSA10)。例えば、受信環境が悪く、C(キャリア)/N(ノイズ)が低い場合には、正しいデータが得られないので、取得したサブフレームのデータの正否を判別する必要がある。
Next, the
取得したサブフレームのデータが正しいと判別したときは、CPU31はそのサブフレームにおけるフレーム番号およびサブフレームデータ(衛星識別情報、位置情報等)をRAM35にストアする(ステップSA11)。CPU31は、ステップSA11のデータストアの後、又は、取得したサブフレームのデータをステップSA10において正しくないと判別したとき、若しくは、ステップSA6においてサブフレームの同期確立を検出できなかったときは、ステップSA7において、オンタイマが所定時間を経過した否かを判別する。オンタイマが所定時間経過しないときは、ステップSA6において引き続き次のサブフレームの同期確立を検出したか否かを判別するが、オンタイマが所定時間経過したときは、RF制御部34に対してRFオフ指示を行う(ステップSA12)。なお、RAM35にストアされているサブフレームが全くない初期の段階では、1つのサブフレームを取得した後は、オンタイマが20秒の所定時間経過する前に、約6秒間の動作モードの後、RF制御部34に対してRFオフ指示を行う。
When it is determined that the acquired subframe data is correct, the
この後、CPU31は、RAM35にストアされているサブフレーム番号を取り出し(ステップSA13)、4個の衛星からそれぞれ送信された5個のサブフレームの全てが揃っているか否かを判別する(ステップSA14)。全て揃っている場合には、CPU31は、システム4に対してRAM35のサブフレームデータを送付する(ステップSA15)。すなわち、4個の衛星から得られた現在位置の情報および現在時刻の情報等をシステム4に送付して表示させる。
Thereafter, the
一方、ステップSA14において、各衛星の5個のサブフレームの全てが揃っていない場合には、CPU31は、欠けているサブフレーム番号を検出し(図4のステップSA16)、検出されたサブフレーム番号と同期検出タイミングとにより、次期のRFオンのタイミングを演算する(ステップSA17)。次にCPU31は、オフタイマに演算で求めたタイミング時間をセットし(ステップSA18)、オフタイマをスタートして(ステップSA19)、オフタイマがカウントアップしたか否かを判別する(ステップSA20)。オフタイマがカウントアップしたときは、CPU31は、図3のステップSA3に移行して、RF制御部34に対してRFオンを指示する。
この後は、図4のステップSA14において5個のサブフレームが全て揃うまで、CPU31は、ステップSA4乃至ステップSA12および図4のステップSA16乃至ステップ20のループ処理を繰り返す。
On the other hand, if all the five subframes of each satellite are not complete in step SA14, the
Thereafter, the
図8(A)は、第1実施形態におけるサブフレーム取得の一例を示すタイミング図である。この図において、TはTLM、HはHOW、Dはエフェメリス又はアルマナック(パリティビットなどを含む)を簡略化して表したものである。この例では、最初に取得した任意のサブフレームがサブフレーム4になっている。メインフレームは30秒ごとに送信されるので、サブフレーム4のTLMのプリアンブルの開始時間を同期検出タイミングとしてRAM35にストアすると、そのタイミングから12秒後、42秒後、72秒後、すなわち、T=(12+30×m;m=0,1,2,…)秒後にサブフレーム1のTLMのプリアンブルが送信される。したがって、安定した受信のためのマージンの時間αを考慮すると、(T−α)のタイミング時間をオフタイマにセットすれば、オフタイマがカウントアップしてRFオンに切り替えたときに、サブフレーム1を確実に受信することができる。図8(A)の例では、動作モードの時間すなわちオンタイマにセットされた時間が(18+α)秒の場合である。この場合には、サブフレーム1乃至サブフレーム3の3個のサブフレームを取得できる。この後は、残りのサブフレーム5を取得すればよいので、例えば、サブフレーム3のプリアンブルの開始時間から(6−α)秒後、又は、(36−α)秒後にRFオンに切り替えたときに、残りのサブフレーム5を取得できる。
FIG. 8A is a timing diagram illustrating an example of subframe acquisition in the first embodiment. In this figure, T is a TLM, H is a HOW, D is an ephemeris or almanac (including parity bits). In this example, an arbitrary subframe acquired first is
以上のように、この第1実施形態によれば、電池の電力を消費しない非動作モードから、短い期間だけ電池の電力を消費する動作モードにRF部2を間欠的に切り替えて、動作モードの期間に受信されたGPS信号の中から、衛星によって時系列的に送信される第1番目から第5番目までの5個のサブフレームのデータの一部を取得するとともに、他のタイミングで動作モードになったときに、残りのサブフレームのデータを取得し、この取得された5個のサブフレームのデータによって位置情報を判定する。
したがって、コイン型電池やその他の小型の電池を電源として使用した場合でも、電池の著しい電圧降下が発生して装置が機能停止になるような事態を招くことなく、衛星からのGPS信号を確実に受信して現在位置を検出できる。
As described above, according to the first embodiment, the
Therefore, even when a coin-type battery or other small battery is used as a power source, the GPS signal from the satellite can be reliably received without causing a situation where the battery voltage drops and the device stops functioning. You can receive and detect the current position.
図5乃至図7は、CPU31によって実行される第2実施形態の位置検出方法を示すフローチャートである。
図5において、CPU31は、所定のイニシャライズ処理(ステップSB1)の後、RAM35にストアされているデータを参照して、GPS信号の取得指示をするか否かを判別する(ステップSB2)。取得指示をする場合には、RF制御部34にRFオンを指示する(ステップSB3)。RF制御部34は、この指示に応じてRF部2を非動作モードから動作モードに切り替える。CPU31は、内部のオンタイマをスタートして(ステップSB4)、サーチ・エンジン32のデコーダ部からのデータ取り込みを行う(ステップSB5)。
5 to 7 are flowcharts showing the position detection method according to the second embodiment executed by the
In FIG. 5, after a predetermined initialization process (step SB1), the
次に、CPU31は、同期検出部33より同期確立を検出したか否かを判別する(ステップSB6)。すなわち、同期検出部33を介してTLMのプリアンブルパターンの8ビット(10001011)を検出したか否かを判別する。同期確立を検出しないときは、オンタイマが所定時間経過したか否かを判別する(ステップSB7)。この場合も所定時間は20秒に設定されている。CPU31は、オンタイマが所定時間経過しないときは、ステップSB6において同期確立を検出したか否かを判別し、同期確立を検出したときは、その同期検出のタイミング(TLMの開始時刻)をRAM35にストアする(ステップSB8)。次に、CPU31は、サブフレーム番号を取得し(ステップSB9)、それが正しいデータであるか否かを判別する(ステップSB10)。例えば、受信環境が悪く、C(キャリア)/N(ノイズ)が低い場合には、正しいデータが得られないので、取得したサブフレーム番号のデータの正否を判別する必要がある。第1実施形態の場合は、RAM35にストアされているサブフレームが全くない初期の段階では、1つのサブフレームだけを取得する構成にしたが、この第2実施形態においては、サブフレームのHOWに含まれているサブフレーム番号だけを取得し、エフェメリスやアルマナックのデータは取得しない。したがって、初期の段階では、TLMおよびHOWの期間である1.2秒のデータを取得できる期間だけ動作モードに切り替える。例えば、TLMのプリアンブルが開始する約0.8秒前に、非動作モードから動作モードに切り替える場合には、動作モードの時間は約2秒間となる。
Next, the
CPU31は、取得したサブフレームのデータが正しいと判別したときは、RF制御部34に対してRFオフ指示を行う(ステップSB11)。CPU31は、取得したサブフレーム番号のデータをステップSB10において正しくないと判別したとき、又は、ステップSB6においてサブフレームの同期確立を検出できなかったときは、ステップSB7において、オンタイマが所定時間を経過した否かを判別する。オンタイマが所定時間経過しないときは、ステップSB6において引き続き次のサブフレームの同期確立を検出したか否かを判別するが、オンタイマが所定時間経過したときは、RF制御部34に対してRFオフ指示を行う(ステップSB12)。
When the
この後、CPU31は、検出されたサブフレーム番号と同期検出タイミングとにより、次期のRFオンのタイミングを演算する(ステップSB13)。次にCPU31は、オフタイマに演算で求めたタイミング時間をセットし(ステップSB14)、オフタイマをスタートして(ステップSB15)、オフタイマがカウントアップしたか否かを判別する(ステップSB16)。オフタイマがカウントアップしたときは、CPU31は、RF制御部34に対してRFオンを指示し(ステップSB17)、オンタイマをスタートして(ステップSB18)、サーチ・エンジン32のデコーダ部からのデータ取り込みを行う(ステップSB19)。
Thereafter, the
次に、CPU31は、同期検出部33より同期確立を検出したか否かを判別する(ステップSB20)。すなわち、TLMのプリアンブルパターンを検出したか否かを判別する。同期確立を検出しないときは、オンタイマがカウントアップしたか否かを判別する(ステップSB21)。CPU31は、オンタイマがカウントアップしないときは、ステップSB20において同期確立を検出したか否かを判別し、同期確立を検出したときは、その同期検出のタイミング(TLMの開始時刻)をRAM35にストアして(ステップSB22)、サブフレームのデータを取得する(ステップSB23)。ステップSB21において、オンタイマがカウントアップしたときは、CPU31は、RF制御部34に対してRFオフを指示する(ステップSB24)。
Next, the
CPU31は、ステップSB23においてサブフレームのデータを取得した後は、それが正しいデータであるか否かを判別して(ステップSB25)、正しいデータである場合には、サブフレーム番号およびサブフレームの位置情報などのデータをRAM35にストアする(ステップSB26)。CPU31は、ステップSB26においてデータをRAM35にストアした後、又は、ステップSB25においてデータが正しくないと判別したときは、図6のステップSB21において、オンタイマがカウントアップしたか否かを判別する。
After acquiring the subframe data in step SB23, the
CPU31は、図6のステップSB24において、RF制御部34に対してRFオフを指示した後は、RAM35にストアされているサブフレーム番号を取り出し(ステップSB27)、4個の衛星からそれぞれ送信された5個のサブフレームの全てが揃っているか否かを判別する(ステップSB28)。各衛星の5個のサブフレームの全てが揃っていない場合には、CPU31は、RAM35内で欠けているサブフレーム番号を検出し(ステップSB29)、図6のステップSB13において、検出されたサブフレーム番号と同期検出タイミングとにより、次期のRFオンのタイミングを演算する。この後、CPU31は、欠けている番号のサブフレームが全て揃うまで、間欠的に非動作モードから動作モードに切り替えて、欠けているサブフレームを取得する。図7のステップSB28において、各衛星の5個のサブフレームの全てが揃ったときは、CPU31は、システム4に対してRAM35のサブフレームデータを送付する(ステップSB30)。すなわち、4個の衛星から得られた現在位置の情報および現在時刻の情報等をシステム4に送付して表示させる。
After instructing the
図8(B)は、第2実施形態におけるサブフレーム取得の一例を示すタイミング図である。この例では、最初に取得した任意のサブフレームはサブフレーム4であるが、サブフレーム4の一部であるTLMおよびHOWだけを取得し、サブフレーム4のアルマナックのデータは取得しない。すなわち、受信環境がよくない場合には、約2秒のわずかな時間だけRFオンに切り替える。そして、TLMのプリアンブルの開始時間である同期検出タイミングおよびHOWに含まれているサブフレーム4のサブフレーム番号だけをRAM35にストアする。次に、安定した受信のためのマージンの時間αを考慮して、例えば、(12−α)秒をタイミング時間としてオフタイマにセットすると、オフタイマがカウントアップしたときは、図8(B)に示すように、RFオンの後にサブフレーム1を取得できる。このとき、(12+α)秒をタイミング時間としてオンタイマにセットすると、サブフレーム2を取得できる。その後、図8(B)に示すように、次の動作モードの期間にサブフレーム5を取得し、さらのその後、次の動作モードの期間にサブフレーム3およびサブフレーム4を取得する。
なお、TLMおよびHOWだけを取得するサブフレームは、図8(B)に示すように最初に取得するサブフレームとは限らない。受信環境がよくない場合には、既に取得しているサブフレームが1個乃至4個ある場合でも、約2秒のわずかな時間だけRFオンに切り替えて、TLMおよびHOWだけを取得する。
FIG. 8B is a timing diagram illustrating an example of subframe acquisition in the second embodiment. In this example, the first subframe acquired is
Note that the subframe in which only TLM and HOW are acquired is not necessarily the first subframe to be acquired as shown in FIG. If the reception environment is not good, even if there are 1 to 4 subframes already acquired, the RF is switched on for only a short time of about 2 seconds, and only TLM and HOW are acquired.
以上のように、この第2実施形態においては、電池の電力を消費しない非動作モードから、短い期間だけ電池の電力を消費する動作モードにRF部2を間欠的に切り替えて、動作モードの期間に受信されたGPS信号の中から、衛星によって時系列的に送信される第1番目から第5番目までの5個のサブフレームのデータの一部を取得するとともに、他のタイミングで動作モードになったときに、残りのサブフレームのデータを取得し、この取得された5個のサブフレームのデータによって位置情報を判定する。
したがって、コイン型電池やその他の小型の電池を電源として使用した場合でも、電池の著しい電圧降下が発生して装置が機能停止になるような事態を招くことなく、受信環境に応じたタイミングで非動作モードから動作モードに間欠的に切り替えて、衛星からのGPS信号を確実に受信して現在位置を検出できる。
As described above, in the second embodiment, the
Therefore, even when a coin-type battery or other small battery is used as a power source, it does not cause a situation in which a significant voltage drop of the battery occurs and the device stops functioning. By switching intermittently from the operation mode to the operation mode, it is possible to reliably receive the GPS signal from the satellite and detect the current position.
上記第2実施形態においては、最初に任意のサブフレームのTLMおよびHOWだけを取得する構成にしたが、第2実施形態の変形例として、最初に任意のサブフレームのプリアンブルの開始時間だけを取得して同期検出タイミングとしてRAM35にストアする構成にしてもよい。すなわち、受信環境が悪い状態において、任意のサブフレームのTLMおよびHOWさえも取得できず、任意のサブフレームのプリアンブルだけが取得できる場合には、そのサブフレームの番号は分からないが、ストアした同期検出タイミングから30秒後には、同じサブフレームが送信されるので、受信環境に応じて動作モードの時間を設定し、衛星からのサブフレーム1乃至5を取得して現在位置を検出する。
In the second embodiment, only the TLM and HOW of an arbitrary subframe are first acquired. However, as a modified example of the second embodiment, only the preamble start time of an arbitrary subframe is acquired first. Then, the
以上のように、この変形例においても、コイン型電池やその他の小型の電池を電源として使用した場合でも、受信環境が悪い場合でも無駄な電力消費を回避することにより、電池の著しい電圧降下が発生して装置が機能停止になるような事態を招くことなく、衛星からのGPS信号を確実に受信して現在位置を検出できる。 As described above, even in this modification, even when a coin-type battery or other small battery is used as a power source, even when the reception environment is bad, by avoiding wasteful power consumption, a significant voltage drop of the battery is caused. The current position can be detected by reliably receiving the GPS signal from the satellite without causing a situation where the device stops functioning.
図9は、コイン型電池を位置検出装置の電源として使用した場合に、測位開始から測位終了までの電池の電圧降下の推移(放電特性)を示す図である。図1のRF制御部34によって時刻t1に測位を開始した後はRF部2の電力消費によって、図9に示すように、測位の継続時間に応じて電池の電圧が降下する。時刻t2に測位を終了すると、電池の電圧は元に回復する。しかしながら、従来のように、5個のサブフレームを連続して取得するまで測位時間を長くした場合に、電池の電圧が限界値以下まで降下したときは、個々の電池のばらつきを考慮しても、もはや元の電圧には回復せず装置の機能は停止してしまうか、あるいは、元の電圧に回復するまでに長い時間を要し、それまでは装置の機能は停止状態になってしてしまう。
FIG. 9 is a diagram showing a transition (discharge characteristic) of a battery voltage drop from the start of positioning to the end of positioning when a coin-type battery is used as the power source of the position detection device. After the positioning is started at the time t1 by the
未使用の2016のコイン型電池をマイナス10度の周囲温度において使用した実験結果によれば、RFオンからRFオフまでの動作モードの時間を60秒に設定すると4回の測位が可能であった。一方、同じ条件で動作モードの時間を20秒に設定すると66回の測位動作が可能であった。したがって、動作モードの時間を20秒として3回の繰り返し動作を行うとすると22回の動作が可能となり、60秒で4回の場合と比較すると、5.5倍の電池の使用改善が可能になる。 According to the result of an experiment using an unused 2016 coin-type battery at an ambient temperature of minus 10 degrees, if the operation mode time from RF on to RF off was set to 60 seconds, four positionings were possible. . On the other hand, if the operation mode time was set to 20 seconds under the same conditions, 66 positioning operations were possible. Therefore, if the operation mode time is 20 seconds and the operation is repeated three times, the operation can be performed 22 times, and the use of the battery can be improved by a factor of 5.5 compared to the case of 4 times in 60 seconds. Become.
1 アンテナ
2 RF部
3 ベースバンド部
4 システム
5 電源
31 CPU
32 サーチ・エンジン
33 同期検出部
34 RF制御部
35 RAM
DESCRIPTION OF
32
Claims (10)
前記電源手段から電力を供給される動作モードにおいては衛星から送信されるGPS信号を受信し、前記電源手段から電力を供給されない非動作モードにおいては受信を停止する受信手段と、
前記GPS信号におけるメインフレームを送信する時間より短い時間をカウントするオンタイマ手段と、
オフタイマ手段と、
前記オンタイマ手段のカウント中は前記受信手段を動作モードにするとともに、前記オフタイマ手段のカウント中は非動作モードとするモード制御手段と、
外部よりの取得指示に応答して前記受信手段を動作モードにするとともに、前記オンタイマ手段のカウント動作を開始させる開始指示手段と、
前記オンタイマ手段のカウント中に、受信されたGPS信号の中から前記衛星によって時系列的に送信される第1番目から第n番目までのn個の特定データの内、一部の特定データを取得する第1の取得手段と、
前記取得された特定データに基づき前記オフタイマ手段のカウント時間を設定するとともに、当該オフタイマ手段のカウントを開始させるオフタイマ設定手段と、
前記オフタイマ手段のカウント終了に応じて前記オンタイマ手段のカウントを開始させるとともに、当該オンタイマ手段のカウント中に前記取得されている特定データ以外のデータを取得する第2の取得手段と、
前記n個の特定データが全て取得されるまで、前記オフタイマ設定手段及び第2の取得手段の動作を繰り返させる動作制御手段と、
前記取得されたn個の特定データによって位置情報を判定する情報判定手段と、
を備えた位置検出装置。 Power supply means for supplying power by a battery;
Receiving means for receiving a GPS signal transmitted from a satellite in an operation mode supplied with power from the power supply means, and stopping reception in a non-operation mode where power is not supplied from the power supply means;
On-timer means for counting a time shorter than the time for transmitting the main frame in the GPS signal;
Off-timer means;
A mode control means for setting the receiving means to an operation mode during the counting of the on-timer means, and a non-operation mode during the counting of the off-timer means;
In response to an external acquisition instruction, the receiving means is set to an operation mode, and a start instruction means for starting the counting operation of the on-timer means;
During the counting of the on-timer means, a part of specific data among the first to n-th specific data transmitted in time series by the satellite is acquired from the received GPS signals. First acquisition means to perform,
Off timer setting means for setting the count time of the off timer means based on the acquired specific data, and starting counting of the off timer means;
A second acquisition means for starting the counting of the on-timer means in response to the end of the counting of the off-timer means, and acquiring data other than the acquired specific data during the counting of the on-timer means;
Operation control means for repeating the operations of the off-timer setting means and the second acquisition means until all the n specific data are acquired;
And determining information determining unit position information by the acquired n pieces of specified data,
A position detection device comprising:
前記情報判定手段は、前記受信手段によって受信されたGPS信号の中から取得した特定データの順に対応する記憶手段に記憶し、n個の記憶手段のすべてに対応する特定データを記憶したときに、位置情報を判定することを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。 The apparatus further includes n storage means corresponding to each of the n specific data from the first to the nth transmitted in time series by the satellite,
The information determination means stores in the storage means corresponding to the order of the specific data acquired from the GPS signals received by the reception means, and stores the specific data corresponding to all of the n storage means, The position detection apparatus according to claim 1, wherein position information is determined.
前記GPS信号におけるメインフレームを送信する時間より短い時間をカウントするオンタイマ手段のカウント中は動作モードにするとともに、オフタイマ手段のカウント中は非動作モードとするモード制御ステップと、
外部よりの取得指示に応答して動作モードにするとともに、前記オンタイマ手段のカウント動作を開始させる開始指示ステップと、
前記オンタイマ手段のカウント中に、受信されたGPS信号の中から前記衛星によって時系列的に送信される第1番目から第n番目までのn個の特定データの内、一部の特定データを取得する第1の取得ステップと、
前記取得された特定データに基づき前記オフタイマ手段のカウント時間を設定するとともに、当該オフタイマ手段のカウントを開始させるオフタイマ設定ステップと、
前記オフタイマ手段のカウント終了に応じて前記オンタイマ手段のカウントを開始させるとともに、当該オンタイマ手段のカウント中に前記取得されている特定データ以外のデータを取得する第2の取得ステップと、
前記n個の特定データが全て取得されるまで、前記オフタイマ設定ステップ及び第2の取得ステップの動作を繰り返させる動作制御ステップと、
前記取得されたn個の特定データによって位置情報を判定するステップCと、
を実行する位置検出方法。 Step A for receiving a GPS signal transmitted from a satellite in an operation mode in which power is supplied from a power supply means for supplying power by a battery, and stopping reception in a non-operation mode in which power is not supplied from the power supply means;
A mode control step for setting the operation mode during the counting of the on-timer means for counting a time shorter than the time for transmitting the main frame in the GPS signal, and for setting the non-operation mode during the counting of the off-timer means;
In response to an external acquisition instruction, the operation mode is set, and a start instruction step for starting the counting operation of the on-timer means;
During the counting of the on-timer means, a part of specific data among the first to n-th specific data transmitted in time series by the satellite is acquired from the received GPS signals. A first acquisition step,
An off-timer setting step for setting the count time of the off-timer means based on the acquired specific data and starting counting of the off-timer means;
A second acquisition step of starting counting of the on-timer means in response to the end of counting of the off-timer means, and acquiring data other than the acquired specific data during the counting of the on-timer means;
An operation control step for repeating the operations of the off-timer setting step and the second acquisition step until all the n pieces of specific data are acquired;
A step C for determining the position information by the acquired n pieces of specified data,
Position detection method to execute.
このステップDは、前記ステップAによって受信されたGPS信号の中から取得した特定データの順に対応する記憶手段に記憶し、前記ステップCは、n個の記憶手段のすべてに対応する特定データを記憶したときに、位置情報を判定することを特徴とする請求項6に記載の位置検出方法。 The method further includes a step D of storing n pieces of specific data from the first to the n-th time series transmitted by the satellite in time series in corresponding n storage means,
This step D is stored in the storage means corresponding to the order of the specific data acquired from the GPS signals received in the step A, and the step C is stored specific data corresponding to all of the n storage means. The position detection method according to claim 6, wherein position information is determined when the position information is detected.
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