JP5101281B2

JP5101281B2 - Ｇｐｓ受信器および関連する方法並びに装置

Info

Publication number: JP5101281B2
Application number: JP2007526677A
Authority: JP
Inventors: マイケル、ディー．ジェイムス
Original assignee: U Blox AG
Current assignee: U Blox AG
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2025-08-11
Also published as: GB0418357D0; US7916079B2; EP1782088A1; EP1782088B1; CN101010598A; JP2008510160A; DE602005005340T2; KR20070048788A; WO2006018803A1; DE602005005340D1; US20080094279A1; CN101010598B; ATE389189T1

Description

本発明は、ＧＰＳアンテナとＧＰＳＲＦフロントエンドとを備え、受信されたＧＰＳ信号をサンプリングするためのアナログ−デジタル変換器と、ＧＰＳ信号サンプルを出力するためのプロセッサとを含むＧＰＳ受信器に関する。

また、本発明は、測位を行なう対応する方法であって、ＧＰＳ信号サンプルをＧＰＳ受信器から受信するステップと、ＧＰＳ信号サンプルを処理して測位を決定するステップとを含む方法と、コンピュータプログラムと、コンピュータ可読記憶媒体と、そのための装置とに関する。

Ａｋｏｓらによる論文「Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅｓｏｆｔｗａｒｅｒａｄｉｏａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓｆｏｒＧＰＳｒｅｃｅｉｖｅｒｓ」（ＧＰＳＷｏｒｌｄ，２００１年７月）は、アナログまたは別個のハードワイヤコンポーネントとは対照的にプログラマブルマイクロプロセッサまたはデジタル信号プロセッサによって多くのＧＰＳ信号処理が行なわれる「ソフトウェアＧＰＳ」を開示している。この論文の図２に示されるように、簡略化されたＧＰＳ受信器は、ＧＰＳアンテナおよびＧＰＳ信号前処理（フィルタリング、増幅、および、周波数ダウンコンバージョンを含む）のためのＧＰＳＲＦフロントエンドとアナログ−デジタル変換器とから成って設けられている。ＧＰＳ受信器から出力されるＧＰＳ信号サンプルは、その後、ＧＰＳ信号を処理して測位を決定するために、最新ＰＣまたはラップトップで実行する適切なＧＰＳ信号処理ソフトウェアへと供給される。この論文の著者は、その簡単な構成により安価に製造でき、それにより、広範囲に及ぶ採用が容易になる「プラグイン」モジュール、すなわち、「ドングル」タイプの装置であるＧＰＳ受信器を考えた。また、無論、ＰＣ上に存在するＧＰＳ信号処理ソフトウェアは本質的に安価に複製される。

そのような構成を使用してＧＰＳ受信器を監視（追跡）するべく、最初の測位は、通常、ＧＰＳ週秒（ＴＯＷ）および最新の衛星軌道データの受信を確保するために、（ＡＧＰＳデータがない場合）〜３０秒にわたるＧＰＳ信号の取得およびトラッキングを必要とする。

その後は、通常、おそらく従来のハードウェアベースのＧＰＳ受信器を用いるため、ＧＰＳ信号を連続して監視せず、むしろ、ＧＰＳ信号の小さなブロック（一般に、「スナップショット」と称される）を定期的にリサンプルしてタイムスタンプするとともに、各ブロック毎にＧＰＳ信号を再取得する。そのような小さなスナップショットにおける測位は、連続するスナップショット間の時間差が分かっており（タイムスタンプを使用して）、したがって、初期のスナップショットのためのＧＰＳ時間の測定値を推定（外挿）することにより再取得がこれから起こらなければならない後期のスナップショットのためのＧＰＳ時間の評価を得ることができるため、可能である。また、観測されたドップラおよび特定のスナップショットにおけるＧＰＳ信号のコード位相についてあれこれ推測できるため、衛星軌道およびＧＰＳ時間の評価を使用して、取得プロセスを簡略化できる。

したがって、前述したタイプのＧＰＳＲＦフロントエンドは、一般に、相対的なタイムスタンプを出力（すなわち、ＧＰＳ受信器フロントエンドの時間基準を使用して）した直後に、スナップショットとしてコンピュータ内にキャッシュでき且つその後に処理できるリアルタイムＧＰＳ信号サンプルストリームを出力する。

他の手段は、ＧＰＳ信号サンプルストリームと並行してタイミング情報を供給することであるが、ＧＰＳ信号サンプルストリームを伝える経路は、多くの場合、ＧＰＳＲＦフロントエンドとコンピュータとの間の同期信号経路だけである。他の経路は、タイミングの不確実性、例えば、割り込みピンまたは入力／出力ポートを有している場合があり、そのため、タイミング情報を任意の精度をもってパラレル信号経路にわたって送ることが難しい。

本発明においては、ＧＰＳアンテナとＧＰＳＲＦフロントエンドとを備えるＧＰＳ受信器であって、受信されたＧＰＳ信号をサンプリングするためのアナログ−デジタル変換器と、ＧＰＳ信号サンプルのストリームを出力し且つＧＰＳ信号のサンプリングのタイミングを示すタイミングデータの繰り返しインスタンス（随意的には、同期コードワードを含む）を一部のＧＰＳ信号サンプルの代わりにストリーム中に挿入するためのプロセッサとを含むＧＰＳ受信器が提供される。

また、本発明においては、測位を行なう方法であって、ＧＰＳ信号のサンプリングのタイミングを示すタイミングデータの繰り返しインスタンスを、ＧＰＳ信号サンプルのストリーム中で特定するステップと、前記タイミングデータを使用してＧＰＳ信号サンプルを処理することにより、測位を決定するステップとを含む方法が、コンピュータプログラム、コンピュータ可読記憶媒体、そのための装置と共に提供される。

本発明者は、そのようなタイミング情報を別個の物理チャンネルまたは仮想チャンネルで送る必要がなく、または、スナップショットペイロードに先行してヘッダを送る必要がないことに気が付いた。むしろ、このデータを、ＧＰＳ信号サンプルストリーム中に方向付けて挿入すること、すなわち、１つの信号チャンネルを使用して挿入することができ、また、更なるチャンネルの必要性または多重化を回避することができる。

更なる利点は、スナップショットのインテグリティをチェックするためにタイミングデータの繰り返しインスタンスを使用できるという点である。例えば、タイミングデータがＧＰＳ信号サンプルストリーム中の期待される場所にない場合、それは、ＧＰＳ信号サンプルストリームが破損されたという表れである。

ＧＰＳ信号サンプルの損失の影響は最小であり、実際には、ＧＰＳ信号を取得するために、複数のタイムスタンプを含むＧＰＳ信号サンプルのブロックを論理的に関連付けることが完全に可能である。

ここで、添付図面を参照しながら、本発明を単なる一例として説明する。図面は、ＧＰＳ受信器に接続されたラップトップＰＣを概略的に示しており、これらの両者は本発明にしたがって動作する。

添付図面を参照すると、ラップトップＰＣは、ＵＳＢＰＣポートおよび対応するケーブルを介して、ＧＰＳＲＦフロントエンドＲｘおよびＧＰＳアンテナから成るＧＰＳ受信器１０に接続されている。ＧＰＳ受信器を「ドングル」タイプの装置とし、それによりケーブルを省くこともできるが、ケーブルは、目立つ位置でのＧＰＳ受信器（アンテナを含む）の位置決めを容易にし、それにより、ＧＰＳ信号を取得する機会が増大する。例えば、屋内で動作させる場合には、ＧＰＳ受信器を窓の近傍に配置しても良い。

作動時、ＧＰＳ受信器は、そのアンテナを介してＮＡＶＳＴＡＲＳＰＳＧＰＳ信号を受信するとともに、それらの信号を一般的には受動バンドパスフィルタリングにより前処理して、帯域外ＲＦ干渉、前置増幅、中間周波数（ＩＦ）へのダウンコンバージョン、および、アナログ−デジタル変換を最小限に抑える。結果として得られるＧＰＳ信号サンプルは、変調されたままのＩＦ信号を含んでおり、利用可能な衛星からの情報の全てを依然として含んでいる。

本発明において、ＧＰＳ信号サンプルは、一部のＧＰＳ信号サンプルの代わりにストリーム中に挿入され且つＧＰＳ信号のサンプリングのタイミング（ＧＰＳＲＦフロントエンドの時間基準に対して）を示す周期的なタイミングデータと共に、ＧＰＳ受信器からＵＳＢリンクを介してＰＣメモリ（図示せず）内へ出力される。

その後、ラップトップＰＣベースのＧＰＳ信号処理ソフトウェアを使用して、ＧＰＳ信号サンプルは、従来のナビゲーションアルゴリズムによりＰＣの位置を決定できる擬似範囲情報を得る目的でＧＰＳ信号を取得できるように、タイムスタンプにより処理される（第２頁において前述した）。そのようなＧＰＳ信号取得および擬似範囲処理は良く知れられており、例えば、ＧＰＳＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（Ｅｄｉｔｏｒ，Ｋａｐｌａｎ）ＩＳＢＮ０−８９００６−７９３−７ＡｒｔｅｃｈＨｏｕｓｅを参照されたい。

タイミングデータのインスタンスは、前に特定されたタイミングデータのインスタンスに基づいてＧＰＳ信号サンプルのストリーム中でタイミングデータの期待されるインスタンスを検索することにより特定されても良く、あるいは、同期コードワードが使用される場合には、そのような同期コードワードをＧＰＳ信号サンプルのストリーム中で検索することにより特定されても良い。理想的には、同期コードワードが使用される場合、タイミングデータのインスタンスは、ＧＰＳ信号サンプルストリーム中で現れる可能性が非常に低くなるように選択される。

ラップトップＰＣとの関連で本発明を説明してきたが、本発明は、無論、ＧＰＳ信号処理ソフトウェアをサポートでき且つ本発明に係るＧＰＳ受信器を接続できる他の装置にも同様に適用することができる。例えば、本発明は、ＰＤＡや電話などのモバイル機器あるいはＴＶやＴＶセットトップボックス等のほぼ固定された物と共に使用されても良い。

また、前述した例では、ＧＰＳ受信器とＧＰＳ信号処理ソフトウェアとの間の接続が完全に有線であるが、無線リンクを含むことも考えられる。

最後に、ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳすなわち米国国防総省で開発されて現在稼働されている全天候型の空間ベースナビゲーションシステムとの関連で本発明を説明してきたが、本発明がＧＬＯＮＡＳＳやＧａｌｉｌｅｏおよびその複合体を含む他のグローバル・ポジショニング・システムにも同様に適用できることは言うまでもない。

Claims

ＧＰＳアンテナとＧＰＳＲＦフロントエンドとを備えるＧＰＳ受信器であって、受信されたＧＰＳ信号をサンプリングするためのアナログ−デジタル変換器と、ＧＰＳ信号サンプルのストリームを出力し且つＧＰＳ信号のサンプリングのタイミングを示すタイミングデータの繰り返しインスタンスを一部のＧＰＳ信号サンプルの代わりにストリーム中に挿入するためのプロセッサとを含む、ＧＰＳ受信器。
前記タイミングデータが同期コードワードを含んでいる、請求項１に記載のＧＰＳ受信器。
測位を行なう方法であって、
・ＧＰＳ信号サンプルのストリームを請求項１記載の前記ＧＰＳ受信器から受信するステップと、
・ＧＰＳ信号のサンプリングのタイミングを示すタイミングデータの繰り返しインスタンスを、ＧＰＳ信号サンプルのストリーム中で特定するステップと、
・前記タイミングデータを使用してＧＰＳ信号サンプルを処理することにより、測位（ｐｏｓｉｔｉｏｎｆｉｘ）を決定するステップと、
を含む方法。
タイミングデータの１つのインスタンスは、前に特定されたタイミングデータのインスタンスに基づいてＧＰＳ信号サンプルのストリーム中でタイミングデータの期待されるインスタンスを検索することにより特定される、請求項３に記載の方法。
タイミングデータの１つのインスタンスは、ＧＰＳ信号サンプルのストリーム中で同期コードワードを検索することにより特定される、請求項３に記載の方法。
請求項３から５のいずれか一項に記載の方法を実行するための命令を含む、コンピュータプログラム。
請求項３から５のいずれか一項に記載の方法を実行するための命令を含むデータが記録されたコンピュータ可読記憶媒体。
請求項３から５のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成された装置。
請求項１または２に記載されたタイプのＧＰＳ受信器に対して接続するように構成される、請求項８に記載の装置。