JP5020437B2

JP5020437B2 - Ｇｐｓ受信装置

Info

Publication number: JP5020437B2
Application number: JP2001080944A
Authority: JP
Inventors: 裕之盛田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: CA2377120A1; TW565703B; BR0201098A; CN1382996A; US20020138198A1; US6721656B2; CN1204416C; JP2002277527A; AU2323302A; CA2377120C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＧＰＳの受信装置に係り、特に、多数の衛星から送出されるＧＰＳ信号のいくつかを選択的に取り込むことにより、測量精度を向上させたＧＰＳ受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や船舶等の移動体のナビゲーションシステムとして、人工衛星から出力される電波を受信し、これに含まれるＧＰＳ（Global Positioning System）信号に基づいて移動体の位置を測定する装置が、特開平４−３２４３８４号公報に開示されている。ＧＰＳを利用して位置を測定するＧＰＳ受信装置は、３個以上の人工衛星からＧＰＳ信号を受信し、各人工衛星の航法メッセージから距離データ及び高度データを演算することにより、移動体の位置を検出する。
【０００３】
ＧＰＳアンテナには、縦横が２０〜６０ミリ角の正方形や、直径が２０〜６０ミリの円盤状の、いわゆるパッチアンテナと呼ばれる平面アンテナが採用されている。このような平面アンテナでは、多数のアンテナ素子を集積できるので垂直方向の指向性が極めて高くできる。また、ダイバシティ構成とすることで良好な受信状態が得られる。
【０００４】
さらに、ＧＰＳを利用したナビゲーションシステムでは、地平線に近い低仰角の衛星から送出された電波を利用すると、マルチパスや電離層遅延等の影響を強く受けて精度が低下することが知られている。これに対して、上記した平面アンテナは垂直方向の指向性が高く、水平方向の感度が低いので、マルチパスや電離層遅延等の影響を受けにくい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動二輪車やバギー車のように、走行中の姿勢変化が大きい移動体のＧＰＳに平面アンテナを採用すると、移動体の姿勢が傾いた状態では、平面アンテナの強い指向性が低仰角の衛星から送出された電波に対して働いてしまうので精度が低下してしまう。
【０００６】
一方、姿勢が傾いた状態でも垂直方向の電波を検知できるように無指向性のアンテナを採用すると、垂直方向からの電波のみならず水平方向からの電波もが常に受信されてしまうので、いずれにしても精度低下を免れないという技術課題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、高仰角の衛星から送出された電波に含まれるＧＰＳ信号のみを選択的に取り込むようにしたＧＰＳ受信装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、複数の衛星から送出されるＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信装置において、ＧＰＳ信号を含む電波を受信するアンテナと、前記受信したＧＰＳ信号に基づいて各衛星の仰角を求める仰角演算手段と、前記各衛星の仰角を所定の基準仰角と比較する比較手段とを具備し、仰角が基準仰角よりも大きい衛星からのＧＰＳ信号のみを選択的に取り込むことを特徴とする。
【０００９】
上記した特徴によれば、仰角の大きい衛星から送出されたＧＰＳ信号のみを選択的に利用できるので、マルチパスや電離層遅延等の影響を受けにくい高精度の測量が可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明のＧＰＳ受信装置を装備することにより測位精度の大幅な向上が見込まれる鞍乗り型バギー車の斜視図であり、大径車輪１０１、アンダーカバー１０２および四輪駆動機構等を駆使して高い登坂性や走破性を発揮する。本実施形態では、ＧＰＳ受信装置の受信アンテナ１が、車両前部の最上部から天空に向けて立設されている。
【００１１】
このような移動体は走行時の姿勢変化が大きく、受信アンテナの指向が姿勢変化に応じて大きく変化するので、車体が大きく傾いた状態では低仰角の衛星に対して受信アンテナ１が指向してしまう。
【００１２】
図２は、本発明の一実施形態であるＧＰＳ受信装置の主要部の構成を示したブロック図である。
受信アンテナ１は、従来の移動体用として採用されている平面上のパッチアンテナに較べて指向性が低い、例えばヘリカルアンテナであり、複数のＧＰＳ衛星から送出されるＧＰＳ信号を受信する。
【００１３】
高周波処理部２は、受信アンテナ１で受信された電波に含まれる高周波信号を所望の周波数帯域にダウンコンバートする。Ａ／Ｄ変換部３は、前記ダウンコンバートされたアナログ信号をＡ／Ｄ変換する。信号処理部４は、前記Ａ／Ｄ変換部３から出力されるデジタル信号から衛星航法メッセージを抽出する。
【００１４】
衛星選択部５は、はじめに前記衛星航法メッセージから全ての衛星の位置情報を抽出する。位置演算部６は、抽出された各衛星位置を用いて自身の仮の現在位置を算出し、次いで、各衛星の位置情報と自身の仮の現在位置とを用いて全ての衛星の仰角を求める。そして、前記衛星選択部５が、衛星航法メッセージを抽出できた全ての衛星の中から仰角が所定の基準仰角θrefよりも大きい衛星を選択する。最後に、選択された各衛星の位置情報を用いて、位置演算部６が自身の真の現在位置を求める。
【００１５】
位置演算部６は、前記選択された衛星の衛星航法メッセージから各衛星の位置情報および時刻情報を求め、衛星が電波を発信した時刻と自身が当該電波を受信した時刻との差、および計測したドップラー周波数から各衛星とＧＰＳ受信装置との擬似距離を算出し、さらには自身の内部クロックの誤差を含めて、移動体の３次元位置あるいは２次元位置を未知数として演算により算出する
図３は、前記衛星選択部５の機能ブロック図であり、衛星航法メッセージから各衛星ＳＴnの位置情報を抽出して当該衛星ＳＴnの仰角θnを演算する仰角演算部５０１と、基準仰角θrefを発生する基準仰角発生部５０２と、前記演算された各衛星ＳＴnの仰角θnと基準仰角θrefとを比較する比較部５０３と、仰角θnが基準仰角θrefを上回る衛星ＳＴnの疑似距離Ｌnを前記衛星航法メッセージに基づいて演算する疑似距離演算部５０４とを含む。前記位置演算部６は、仰角θnが基準仰角θrefを上回った衛星ＳＴnの情報のみを選択的に取り込む。
【００１６】
次いで、図４のフローチャートおよび前記図３のブロック図を参照して、本実施形態の動作を説明する。本実施形態では、図５に示したように、７個の衛星ＳＴ1〜ＳＴ7の電波が受信可能であるものとして説明する。
【００１７】
ステップＳ１では、最初の衛星ＳＴ1から送出された衛星航法メッセージが、前記信号処理部４から衛星選択部５の仰角演算部５０１に読み込まれる。ステップＳ２では、全ての衛星を識別するための変数Ｎ（本実施形態ではＮ＝１〜７）に「１」がセットされる。さらに、選択された衛星を識別するための変数Ｍに「０」がセットされる。ステップＳ３では、Ｎ番目（最初は１番目）の衛星ＳＴ1の仰角θ1が前記仰角演算部５０１において演算される。ステップＳ４では、演算された仰角θ1 と基準仰角θrefとが、比較部５０３において比較される。
【００１８】
図５に示したように、本実施形態では、衛星ＳＴ1の仰角θ1が基準仰角θrefよりも小さいのでステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、今回の衛星ＳＴ1が最後の衛星ＳＴ7であるか否かが判別される。ここでは、他にも衛星があると判定されるので、ステップＳ９において変数Ｎをインクリメントした後にステップＳ３へ戻る。
【００１９】
次のステップＳ３では、２番目の衛星ＳＴ2の仰角θ2が前記仰角演算部５０１において演算される。ステップＳ４では、演算された仰角θ2 と基準仰角θrefとが、比較部５０３において比較される。
【００２０】
図５に示したように、本実施形態では、衛星ＳＴ2の仰角θ2が基準仰角θrefよりも大きいので、ステップＳ５において前記変数Ｍがインクリメントされる。ステップＳ６では、前記疑似距離演算部５０４において、前記２番目の衛星の疑似距離Ｌn（ここでは、衛星ＳＴ2の疑似距離Ｌ2）が演算される。ステップＳ７では、演算結果の疑似距離Ｌ2が位置演算部６へ通知されて記憶領域Ａ（Ｍ）に格納される。すなわち、疑似距離Ｌ2が記憶領域Ａ（１）に記憶される。
【００２１】
ステップＳ８では、今回の衛星が最後の衛星であるか否かが判別される。他に衛星があれば、ステップＳ９において変数Ｎをインクリメントした後にステップＳ３へ戻り、他の衛星に関して上記した各処理を繰り返す。
【００２２】
以上のようにして、全ての衛星ＳＴ1〜ＳＴ7に関して上記した各処理が実行されると、図５に示したように、仰角θn が基準仰角θrefを上回る全ての衛星ＳＴ2〜ＳＴ5の各疑似距離Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５が位置演算部６に取り込まれ、その記憶領域Ａ（１），Ａ（２），Ａ（３），Ａ（４）にそれぞれ記憶される。
【００２３】
ステップＳ１０では、位置演算部６において、各記憶領域Ａ（１），Ａ（２），Ａ（３），Ａ（４）に記憶された疑似距離と各衛星の位置座標とに基づいて移動体の位置が演算される。
【００２４】
本実施形態では、各衛星の時計と移動体の時計とのズレによる誤差を補正するために、時計のずれ量も未知数として計算する。未知数の数は移動体の３次元座標と時計のずれ量との計４個であるため、各衛星ＳＴnの位置座標を（Ｘn, Ｙn, Ｚn）、移動体の位置座標を（Ｘp, Ｙp, Ｚp）、光速をＣ、受信機時計のずれをδt、各衛星ＳＴnとの疑似距離をＬnとして次式を得る。
｛(Ｘp−Ｘ1)^２+(Ｙp−Ｙ1)^２+(Ｚp−Ｚ1)^２}^１／２+Ｃ・δt＝Ｌ1
｛(Ｘp−Ｘ2)^２+(Ｙp−Ｙ2)^２+(Ｚp−Ｚ2)^２}^１／２+Ｃ・δt＝Ｌ2
｛(Ｘp−Ｘ3)^２+(Ｙp−Ｙ3)^２+(Ｚp−Ｚ3)^２}^１／２+Ｃ・δt＝Ｌ3
｛(Ｘp−Ｘ4)^２+(Ｙp−Ｙ4)^２+(Ｚp−Ｚ4)^２}^１／２+Ｃ・δt＝Ｌ4
上記した連立方程式を解き、未知量である移動体の位置は各衛星を中心とし、衛星からの距離を半径とする４つの球面上の交点として求められる。
【００２５】
本実施形態によれば、仰角の大きい衛星から送出された信号のみを選択的に取り込んで移動体の位置を測量するので、マルチパスや電離層遅延等の影響を受けにくい高精度の測量が可能になる。
【００２６】
なお、上記した実施形態では、４つの衛星の仰角が基準仰角θrefを超えたが、５つ以上の衛星の仰角が基準仰角θrefを超えた場合には、仰角の大きい順に上位４つの衛星からの衛星航法メッセージに基づいて位置を求めれば、より高精度な測量が可能になる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)仰角の大きい衛星から送出された信号のみを選択的に取り込むので、マルチパスや電離層遅延等の影響を受けにくい高精度の測量が可能になる。
(2)仰角の大きな衛星が多数存在する場合には、その中でも仰角の大きさが上位である複数の衛生の信号を採用するので、さらに高精度の測量が可能になる。
(3)アンテナの指向性を低くすることにより、移動体の姿勢がどのように変化しても、仰角の大きな衛星から送出された信号のみを選択的に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＧＰＳ受信装置を装備することにより測位精度の向上が見込まれる鞍乗り型バギー車の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態であるＧＰＳ受信装置の主要部の構成を示したブロック図である。
【図３】図２の衛星選択部の機能ブロック図である。
【図４】本実施形態の動作を示したフローチャートである。
【図５】本発明の動作を模式的に表現した図である。
【符号の説明】
１…受信アンテナ，２…高周波処理部，３…Ａ／Ｄ変換部，４…信号処理部，５…衛星選択部，６…位置演算部

Claims

複数の衛星(ST)から送出されるＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信装置において、
移動体としての鞍乗型車両上でＧＰＳ信号を含む電波を複数の衛星から受信し、走行中は各衛星に対する姿勢が変化するアンテナ(1)と、
各衛星から受信したＧＰＳ信号に基づいて各衛星の仰角を求める仰角演算手段(501)と、
所定の基準仰角を発生する基準仰角発生手段(502)と、
前記各衛星の仰角を前記基準仰角と比較する比較手段(503)と、
仰角が前記基準仰角を上回る衛星との擬似距離を演算する擬似距離演算手段(504)と、
前記擬似距離算出手段(504)から擬似距離を取得し、移動体の位置を演算する位置演算手段(6)とを具備し、
前記アンテナ(1)が、平面状のパッチアンテナより指向性が低い低指向性または無指向性であり、
前記仰角演算手段(501)は、受信されたすべての衛星のＧＰＳ信号の衛星航法メッセージから抽出される位置情報に基づいて、各衛星に対する仰角を算出し、
前記位置演算手段(6)は、前記算出された仰角が基準仰角よりも大きい複数の衛星の中から、仰角の大きい順に所定の順位までの衛星の位置情報のみを用いて、前記鞍乗型車両の現在位置を求めることを特徴とするＧＰＳ受信装置。
前記アンテナ(1)が移動体前部の最上部に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ受信装置。