JP7364857B2 - 位置検知システム、センサ端末および位置検知方法 - Google Patents

位置検知システム、センサ端末および位置検知方法 Download PDF

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Description

本件は、位置検知システム、センサ端末および位置検知方法に関する。
人工衛星からの衛星信号を用いて、測位する技術が開示されている。１軌道上で複数の人工衛星が周回する場合、１つの人口衛星が捕捉されても、他の人口衛星が捕捉されるわけではない。そこで、各衛星間の相対位置情報を基に、次に探索する衛星を選択する技術が開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。
米国公開第２０１０／０１４１５２３号公報 特開２００２－０８２１５７号公報
しかしながら、次に探索する衛星を衛星間の相対位置情報から選択する場合、捕捉される確率が低い衛星が選択されるなど、探索範囲を絞り込めない場合がある。
１つの側面では、本発明は、衛星の探索範囲を絞り込むことができる位置検知システム、センサ端末および位置検知方法を提供することを目的とする。
１つの態様では、位置検知システムは、探索対象の衛星を順番に定め、当該順番に従い、探索対象の衛星からの衛星信号に対して捕捉処理を行うことで得られた信号を送信するセンサ端末と、前記センサ端末が送信する信号に基づいて、前記センサ端末の位置を演算する演算装置と、を備え、前記センサ端末は、１つ目の探索対象を定める際に、当該１つ目の衛星が捕捉される場合の他の衛星の発見確率が高いほどもしくは低いほど大きく反映される指標を用い、２つ目以降の探索対象については、特定の推定法に基づいて発見確率が最も高い衛星を定める。
１つの態様では、センサ端末は、探索対象の衛星を順番に指示する衛星指示部と、前記衛星指示部が指示した順番に従い、探索対象の衛星からの衛星信号に対して捕捉処理を行う捕捉処理部と、を備え、前記衛星指示部は、１つ目の探索対象を定める際に、当該１つ目の衛星が捕捉される場合の他の衛星の発見確率が高いほどもしくは低いほど大きく反映される指標を用い、２つ目以降の探索対象については、特定の推定法に基づいて発見確率が最も高い衛星を定める。
衛星の探索範囲を絞り込むことができる。
Ｓｎａｐｓｈｏｔ受信を例示する図である。 実施例１に係る位置検知システムについて例示するブロック図である。 センサ端末について例示するブロック図である。 中継装置について例示するブロック図である。 衛星捕捉処理を例示する図である。 （ａ）および（ｂ）は衛星の位置関係を例示する図である。 衛星が見える時間範囲を例示する図である。 ドップラ周波数テーブルの作成フローを例示する図である。 可視相関テーブルの作成フローを例示する図である。 制御部の動作を整理したフローチャートを例示する図である。 周波数範囲を例示する図である。 周波数相関テーブルの作成フローを例示する図である。 制御部の動作を整理したフローチャートを例示する図である。 周波数選択フローを例示する図である。
以下、図面を参照しつつ、実施例について説明する。
例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）の一種であるＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信用のセンサ端末は、消費電力が大きいため、大きなバッテリが積まれることになる。この構成では、センサ端末の小型化および軽量化が阻害される。小さなバッテリを用いると、センサ端末の動作可能時間が短くなる。この構成では、バッテリ交換によるメンテナンスコストの増大を招く。ＧＰＳ受信用のセンサ端末の消費電力が大きい理由は、衛星信号のデータレートが５０ｂｐｓと低く、センサ端末が衛星信号を受信するための動作時間が３０秒～１２．５分と長くなるためである。
この課題を解決する手段としてスナップショット測位と呼ばれる技術が開発されている。この技術は、数１０ｍｓｅｃ程度と短い時間だけセンサ端末を動作させ、この間に得られるコード位相およびドップラ周波数を用いて測位演算を行うものである。測位演算に必要なエフェメリス(衛星軌道データ)等はネット上から取得し、測位演算もクラウド上で行う方式が提案されている。
図１で例示するように、スナップショット受信では、ＧＮＳＳ衛星からセンサ端末までの信号伝搬時間のうち、ミリ秒を単位とした場合の整数値の部分の情報を得ることが困難である。この整数値が得られないと、センサ端末の測位演算を行うことが困難である。そこで、受信信号のドップラ周波数を用いて大まかな位置の絞り込みを行う。さらに、センサ端末からコード位相およびドップラ周波数を受信する中継装置（受信局）の位置を用いて、センサ端末の位置を正確に測定できるようになる。
図２は、実施例１に係る位置検知システム１００について例示するブロック図である。図２で例示するように、位置検知システム１００は、センサ端末１０、中継装置２０、演算装置３０などを備える。
図３は、センサ端末１０について例示するブロック図である。センサ端末１０は、ＧＮＳＳセンサ端末である。図３で例示するように、センサ端末１０は、フロントエンド部１１、ベースバンド部１２、送受信機１３、制御部１４、ＡＦＥ電源コントローラ１５、ＢＢ電源コントローラ１６、ＴＲ電源コントローラ１７などを備える。制御部１４は、相関テーブル格納部５１、探索衛星指示部５２、探索範囲指示部５３などを備える。
図４は、中継装置２０について例示するブロック図である。中継装置２０は、ＬＰＷＡ（Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ）の基地局、アクセスポイントまたはゲートウェイである。図２（ｂ）で例示するように、中継装置２０は、信号受信部２１、記憶装置２２、ＧＮＳＳ受信部２３、測位演算部２４、タイマ２５、送信機２６などを備える。中継装置２０は、複数設けられている。各中継装置２０は、異なる箇所に配置されている。
センサ端末１０は、無線で信号を送受信する。中継装置２０は、センサ端末１０から受信したスナップショットＧＮＳＳ信号に、自身の位置情報等の情報を付加し、演算装置３０に送信する。中継装置２０は、無線で信号を送信してもよく、有線で信号を送信してもよく、無線および有線の両方を用いて信号を送信してもよい。演算装置３０は、中継装置２０から受信した信号を用いて、センサ端末１０の初期位置を算出する。
まず、フロントエンド部１１は、アナログフロントエンドとしての機能を有し、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ衛星信号をスナップショット受信し、受信したＧＮＳＳ衛星信号をデジタルＩＱサンプルに変換する。ＩＱサンプルとは、ＧＮＳＳ衛星信号をＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）周波数帯からＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）周波数帯にダウンコンバートし、帯域制限フィルタを通した後にアナログ・デジタル変換を施して得られる信号である。ＩとＱの二つの直交位相でダウンコンバートすることから、ＩＱサンプルと呼ばれる。
ベースバンド部１２は、フロントエンド部１１から受信したＩＱサンプルからベースバンド処理によりｒａｗデータを算出し、算出したｒａｗデータを出力する。ｒａｗデータとは、ＧＮＳＳ衛星信号から得られたＩＱサンプルに対して、ベースバンド処理（衛星捕捉処理）を行って得られる、コード位相およびドップラ周波数である。捕捉されるＧＮＳＳ衛星の数だけ、これら２種類の値が算出されることになる。コード位相とは、ＧＮＳＳ衛星からセンサ端末１０までの信号伝搬遅延のうち、１ｍｓｅｃを単位とした場合の少数部を表す。送受信機１３は、ベースバンド部１２が出力したｒａｗデータを、スナップショットＧＮＳＳ信号として無線で送信する。
なお、ＡＦＥ電源コントローラ１５は、アナログフロントエンドとして機能するフロントエンド部１１の電源のオンオフを制御する。それにより、必要な期間以外のフロントエンド部１１の電力消費を抑制することができる。ＢＢ電源コントローラ１６は、ベースバンド処理を行うベースバンド部１２の電源のオンオフを制御する。それにより、必要な期間以外のベースバンド部１２の電力消費を抑制することができる。ＴＲ電源コントローラ１７は、送受信機１３の電源のオンオフを制御する。それにより、必要な期間以外の送受信機１３の電力消費を抑制することができる。
信号受信部２１は、センサ端末１０から送信されたｒａｗデータを受信する。信号受信部２１は、ｒａｗデータに含まれるコード位相およびドップラ周波数を抽出して記憶装置２２に記憶させる。ＧＮＳＳ受信部２３は、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ衛星信号を受信する。この場合、ＧＮＳＳ受信部２３は、スナップショット受信を行うのではなく、信号伝搬時間の整数値および小数値の両方を受信する。測位演算部２４は、ＧＮＳＳ受信部２３が受信したＧＮＳＳ衛星信号を用いて、中継装置２０の位置を算出し、記憶装置２２に記憶させる。タイマ２５は、時刻情報（現在時間など）を記憶装置２２に記憶させる。記憶装置２２は、信号受信部２１から受け取ったコード位相およびドップラ周波数と、測位演算部２４から受け取った中継装置２０の位置とを、タイマ２５から受け取った時刻情報に関連付けて記憶する。すなわち、記憶装置２２は、ｒａｗデータに、中継装置２０の位置情報と、時刻情報とを付加する。送信機２６は、記憶装置２２に記憶された情報を送信する。
演算装置３０は、ＮＡＳＡなどのネット上の衛星軌道サーバ４０から衛星軌道情報を取得し、中継装置２０から送信された情報と併せて測位演算を行う。この測位演算においては、演算装置３０は、コード位相およびドップラ周波数を用いてセンサ端末１０の位置を演算する。この場合、Ｓｈａｄｏｗ Ｌｏｃａｔｉｏｎが残る。しかしながら、本実施例においては、演算装置３０は、測位結果候補のうち、センサ端末１０からスナップショットＧＮＳＳ信号を受信した中継装置２０の位置情報を用いることで、ＧＮＳＳ信号の整数値を正しい値に絞り込むことができる。例えば、ＬＰＷＡのように通信距離が数ｋｍ程度である場合、どの中継装置２０がセンサ端末１０から信号を受信したかを取得することで、Ｓｈａｄｏｗ Ｌｏｃａｔｉｏｎを生成するような整数値の組み合わせを排除することができる。それにより、演算装置３０は、センサ端末１０の初期位置を推定することができる。
次に、センサ端末１０による衛星捕捉処理の一例について説明する。センサ端末１０は、探索対象の衛星を順番に定め、当該順番に従い、探索対象の衛星からの衛星信号に対して捕捉処理を行う。衛星は、例えば地表に対して３．９ｋｍ／ｓといった高速で相対移動するため、図５の上図で例示するように、各衛星の探索のために全ての周波数ｂｉｎを探索することが考えられる。図５においては、網掛けの各区画は、各衛星について探索した各周波数ｂｉｎを表す。「○」は、衛星が捕捉された周波数ｂｉｎを例示する。全ての衛星について探索を行うと、演算量が多くなってしまう。また、全ての周波数ｂｉｎを探索すると、演算量が多くなってしまう。
そこで、図５の下図で例示するように、捕捉される確率（発見確率）が高い衛星についてのみ探索すれば、演算量が低減される。そこで、捕捉された衛星から、次に発見確率の高い衛星を導くアルゴリズムが望まれる。さらに、衛星が捕捉される確率の高い周波数ｂｉｎの範囲のみ探索すれば、演算量がさらに低減されることになる。
地表のある地点において、全ての衛星が捕捉されるわけではない。例えば、１軌道上において５機以上の衛星が周回する場合、当該軌道上の衛星のうち同一時刻に捕捉される衛星は最大で３機程度である。例えば、図６（ａ）の例では、２つの衛星が同一時刻で見える一方で、残りの３つの衛星は見えない。したがって、見えないと予測される衛星については探索対象から除外されることが好ましい。
また、それぞれの衛星の相対位置関係は不変であるため、ドップラ周波数も予測可能である。例えば、図６（ｂ）の例では、一方の衛星が負のドップラ周波数を有する場合には、他方の衛星は正のドップラ周波数を有すると予測される。別軌道に位置する衛星についても、周回周期が近いため、位置に相関関係がある。
ところで、ＧＮＳＳ／ＧＰＳの初期ｆｉｘ時間を減少させる手法として、外部から補助情報を与える技術や、各衛星の相対位置を覚えておいて見つかった衛星に応じて相対位置が近い衛星を調べる技術が挙げられる。しかしながら、本実施例においては、センサ端末１０自体は測位を行なわず、必要が無いときは電源がオフになっている。したがって、センサ端末１０自身が、自分がどこにいるのか、現在時刻が何時であるかを知らない。また、ＧＰＳ放送信号上にある衛星軌道情報は使用できない。取得出来るデータは、捕捉した衛星のコード位相およびドップラ周波数である。
前処理の結果として、ある地点では衛星が図７のように見えたとする。横軸は、一定の時間間隔での経過時間を表す。したがって、右に進むほど、後の時間になる。衛星１については、８点の時刻で捕捉されている。衛星２については、７点の時刻で捕捉されている。衛星３については、９点の時刻で捕捉されている。衛星３２については、６点の時刻で捕捉されている。これらの時刻点数は、時間期間に対応する。
衛星１の８点に対して衛星２の４点が重複している。この場合、衛星１についての衛星２の可視相関係数Ｃ１，２を、４／８＝０．５とする。次に、衛星２の７点に対して衛星１の４点が重複している。この場合、衛星２についての衛星１の可視相関係数Ｃ２，１を、４／７＝０．５７とする。このように、Ｃｍ，ｎは、衛星ｍが捕捉された時刻点数に対する、衛星ｎが捕捉された重複時刻点数の比を表すこととする。
相関テーブル格納部５１は、これらの可視相関係数のテーブルを格納している。可視相関係数は、事前の計算によって取得しておくことができる。可視相関係数は、ドップラ周波数テーブルから作成することができる。ドップラ周波数テーブルも、事前の計算によって取得しておくことができる。
図８は、ドップラ周波数テーブルの作成フローを例示する図である。図８で例示するように、まず、衛星軌道サーバ４０から衛星軌道情報を取得し、対象とする衛星の座標を取得する（ステップＳ１）。次に、当該衛星の衛星方位および高度を計算する（ステップＳ２）。次に、ステップＳ２で計算された高度が０以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。高度が０以上であることは、衛星が見えることを意味する。高度が０以上でなければ、衛星が見えないことを意味する。
ステップＳ３で「Ｙｅｓ」の場合には、ドップラ周波数を計算する（ステップＳ４）。ステップＳ３で「Ｎｏ」の場合には、ドップラ周波数を欠損値とみなす（ステップＳ５）。ステップＳ４またはステップＳ５の実行後、ドップラ周波数テーブルに、対象とする衛星と、観測緯度経度および観測時刻と、ドップラ周波数とを関連づけて記録する（ステップＳ６）。以上のステップＳ１～ステップＳ６を、経度－１８０°から＋１８０°までの３０°ごとに、緯度－９０°から＋９０°までの３０°ごとに、１年前から現在までの１時間ごとの指定時刻で、衛星番号１から３２まで、繰り返し実行する。それにより、各緯度、各経度で、指定時刻の衛星ごとのドップラ周波数を取得することができる。
図９は、可視相関テーブルの作成フローを例示する図である。図９で例示するように、衛星番号１と衛星番号２とが異なる番号であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の実行によって、同じ衛星についての可視相関係数の計算を回避することができる。ステップＳ１１で「Ｙｅｓ」と判定された場合、全数＝０とし、相関数＝０とする（ステップＳ１２）。
次に、ドップラ周波数テーブルを参照し、指定時刻において、衛星番号１のドップラ周波数が存在するか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３で「Ｙｅｓ」と判定された場合、ドップラ周波数テーブルを参照し、当該指定時刻において、衛星番号２のドップラ周波数が存在するか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４で「Ｙｅｓ」と判定された場合、相関数に１を足し合わせる（ステップＳ１５）。
ステップＳ１５の実行後、またはステップＳ１４で「Ｎｏ」と判定された場合、全数に１を足し合わせる（ステップＳ１６）。ステップＳ１３～ステップＳ１６を、１年前から現在までの１時間ごとの指定時刻について繰り返し実行する。次に、相関数／全数を、衛星番号１について衛星番号２の可視相関係数として記録する（ステップＳ１７）。ステップＳ１１～ステップＳ１７を、衛星番号１について１～３２まで、衛星番号２について１～３２まで、繰り返し実行する。それにより、全ての可視相関係数を含む可視相関テーブルを作成することができる。この可視相関テーブルは、相関テーブル格納部５１に格納される。
探索衛星指示部５２は、相関テーブル格納部５１に格納された可視相関係数テーブルを参照することで、探索対象の衛星番号をベースバンド部１２に指示する。例えば、探索衛星指示部５２は、１つ目の探索対象を定める際に、下記式（１）に従って弁別度Ｄｓａｔを計算し、最もＤｓａｔが高い衛星ｓａｔの全周波数ｂｉｎの探索をベースバンド部１２に指示する。なお、下記式（１）において、ｓａｔは衛星番号であり、Ｃｍ，ｎは、衛星ｍについての衛星ｎの可視相関係数であって、衛星ｍが捕捉された時刻点数に対する、衛星ｎが捕捉された重複時刻点数の比を表す。
Figure 0007364857000001
可視相関係数が０．５から離れるほど、スコアが高くなる。例えば、可視相関係数が１に近いと、衛星ｍを見つけた場合に、衛星ｎを見つけられる発見確率が高くなる。一方、可視相関係数が０に近いと、衛星ｍを見つけた場合に、衛星ｎを見つけられる発見確率が低くなる。このように、弁別度Ｄｓａｔは、１つ目の衛星が捕捉される場合の他の衛星の発見確率が高いほどもしくは低いほど大きく反映される指標である。弁別度Ｄｓａｔを用いることで、２つ目以降の探索が収束しやすくなる。
衛星ｎの発見確率をＳｎとする。発見確率Ｓｎの初期値は、１とする。１つ前に探索した衛星ｍが見つかった場合には、Ｓｎ＝Ｓｎ×Ｃｍ，ｎとして発見確率を再計算する。この場合の「ｎ」は、ｍ以外の全ての衛星番号を表す。１つ前に探索した衛星ｍが見つからなかった場合には、Ｓｎ＝Ｓｎ×（１－Ｃｍ，ｎ）として発見確率を再計算する。今まで探索していない衛星のうち、Ｓｎが最も高いものを次の候補とする。
図１０は、制御部１４の動作を整理したフローチャートを例示する図である。図１０で例示するように、探索衛星指示部５２は、相関テーブル格納部５１が格納している可視相関テーブルを参照し、１つ目の探索対象である初期探索衛星を決定する（ステップＳ２１）。この場合、探索衛星指示部５２は、上記式（１）に従って弁別度Ｄｓａｔを計算し、最もＤｓａｔが高い衛星ｓａｔを決定し、ベースバンド部１２に当該衛星の捕捉を指示する。
次に、探索衛星指示部５２は、受信した電波から、ベースバンド部１２が、指示された衛星を捕捉したか否かを判定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２で「Ｙｅｓ」と判定された場合、探索衛星指示部５２は、今までに捕捉された衛星が規定数（例えば、８個）以上であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３で「Ｎｏ」と判定された場合、探索衛星指示部５２は、可視相関係数を発見確率に乗算し、新たな発見確率とする（ステップＳ２４）。この場合、探索衛星指示部５２は、Ｓｎ＝Ｓｎ×Ｃｍ，ｎとして発見確率を再計算する。「ｍ」は指示された衛星番号であり、「ｎ」は「ｍ」以外の全ての衛星番号である。
次に、探索衛星指示部５２は、未探索の衛星のうち、最も発見確率が高い衛星を選択する（ステップＳ２５）。次に、探索衛星指示部５２は、選択した衛星の発見確率が閾値以下（例えば０．０５以下）であるか否かを判定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６で「Ｙｅｓ」と判定された場合、フローチャートの実行が終了する。ステップＳ２６で「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ２２から再度実行される。この場合、探索衛星指示部５２は、ベースバンド部１２に、選択した衛星の捕捉を指示する。
ステップＳ２２で「Ｎｏ」と判定された場合、探索衛星指示部５２は、全衛星を探索済であるか否かを判定する（ステップＳ２７）。ステップＳ２７で「Ｎｏ」と判定された場合、探索衛星指示部５２は、（１－可視相関係数）を発見確率に乗算し、新たな発見確率とする（ステップＳ２８）。この場合、探索衛星指示部５２は、Ｓｎ＝Ｓｎ×（１－Ｃｍ，ｎ）として発見確率を再計算する。「ｍ」は指示された衛星番号であり、「ｎ」は「ｍ」以外の全ての衛星番号である。その後、ステップＳ２５が実行される。ステップＳ２３で「Ｙｅｓ」と判定された場合、またはステップＳ２７で「Ｙｅｓ」と判定された場合、フローチャートの実行が終了する。
本実施例によれば、１つ目の探索対象を定める際に、当該１つ目の衛星が捕捉される場合の他の衛星の発見確率が高いほどもしくは低いほど大きく反映される指標が用いられる。この場合、２つ目以降の探索が収束しやすくなる。また、２つ目以降の探索対象については、特定の推定法（例えば、ベイズ推定法）に基づいて発見確率が最も高い衛星が定められる。この場合、発見確率の低い衛星の探索を回避することができる。以上のことから、本実施例によれば、衛星の探索範囲を絞り込むことができる。
（変形例）
探索対象の衛星からのドップラ周波数に基づいて、次の探索対象の周波数範囲を定め、当該周波数範囲で当該次の探索対象の捕捉処理を行ってもよい。例えば、図１１で例示するように、衛星１が捕捉された８点の時刻を、ドップラ周波数が高い２点と、ドップラ周波数が中程度の４点と、ドップラ周波数が低い２点と、の複数段階に分けてもよい。衛星２については、捕捉された７点の時刻を、ドップラ周波数が高い２点と、ドップラ周波数が中程度の３点と、ドップラ周波数が低い２点と、の複数段階に分けてもよい。
各周波数レンジでの周波数相関係数Ｃｘｒ１，ｎ，ｒ２，ｍを計算する。下付き文字の１番目（ｒ１）および３番目（ｒ２）は、それぞれの衛星のドップラ周波数レンジ（高、中、低のいずれか）である。下付き文字の２番目（ｎ）は、指示された衛星以外の衛星である。下付き文字の４番目（ｍ）は、指示された衛星である。今まで探索して見つかった衛星ｎについて下記式（２）に従って計算し、Ｓｘが最も高い周波数レンジｒ２を探索対象とする。
Figure 0007364857000002
図１２は、周波数相関テーブルの作成フローを例示する図である。図１２で例示するように、衛星番号１と衛星番号２とが異なるか否かを判定する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１で「Ｙｅｓ」と判定された場合、全数＝０とし、周波数相関テーブル（Ｔ１，１～Ｔ３，３）を初期化する（ステップＳ３２）。次に、指定時刻において、衛星番号１のドップラ周波数１のドップラ周波数が存在するか否かを判定する（ステップＳ３３）。ステップＳ３３で「Ｙｅｓ」と判定された場合、当該指定時刻において、衛星番号２のドップラ周波数が存在するか否かを判定する（ステップＳ３４）。ステップＳ３４で「Ｙｅｓ」と判定された場合、周波数相関テーブルを更新する（ステップＳ３５）。更新表は、表１のとおりである。次に、全数に１を足し合わせる（ステップＳ３６）。ステップＳ３３～ステップＳ３６を、１年前から現在までの１時間ごとに繰り返し実行する。
Figure 0007364857000003
次に、相関数／全数を、衛星番号１についての衛星番号２の周波数相関係数として記録する（ステップＳ３７）。Ｃｘ衛星番号１，１，衛星番号２，１＝Ｔ１，１／全数となる。Ｃｘ衛星番号１，２，衛星番号２，１＝Ｔ１，２／全数となる。Ｃｘ衛星番号１，３，衛星番号２，１＝Ｔ１，３／全数となる。Ｃｘ衛星番号１，１，衛星番号２，２＝Ｔ２，１／全数となる。Ｃｘ衛星番号１，２，衛星番号２，２＝Ｔ２，２／全数となる。Ｃｘ衛星番号１，３，衛星番号２，２＝Ｔ２，３／全数となる。Ｃｘ衛星番号１，１，衛星番号２，３＝Ｔ３，１／全数となる。Ｃｘ衛星番号１，２，衛星番号２，３＝Ｔ３，２／全数となる。Ｃｘ衛星番号１，３，衛星番号２，３＝Ｔ３，３／全数となる。ステップＳ３１～ステップＳ３７を、衛星番号１について１～３２まで、衛星番号２について１～３２まで、繰り返し実行する。
図１３は、制御部１４の動作を整理したフローチャートを例示する図である。図１３で例示するように、探索衛星指示部５２は、相関テーブル格納部５１が格納している可視相関テーブルを参照し、初期探索衛星を決定する（ステップＳ４１）。この場合、探索衛星指示部５２は、上記式（１）に従って弁別度Ｄｓａｔを計算し、最もＤｓａｔが高い衛星ｓａｔを決定し、ベースバンド部１２に当該衛星を探索対象として指示する。この場合、探索範囲指示部５３は、探索周波数を全ての周波数範囲に設定する。
次に、探索範囲指示部５３は、探索対象および探索周波数を記録する（ステップＳ４２）。次に、探索衛星指示部５２は、受信した電波から、ベースバンド部１２が、探索対象の衛星を捕捉したか否かを判定する（ステップＳ４３）。ステップＳ４３で「Ｙｅｓ」と判定された場合、探索衛星指示部５２は、今までに捕捉された衛星が規定数（例えば、８個）以上であるか否かを判定する（ステップＳ４４）。ステップＳ４４で「Ｎｏ」と判定された場合、探索衛星指示部５２は、可視相関係数を発見確率に乗算し、新たな発見確率とする（ステップＳ４５）。この場合、探索衛星指示部５２は、Ｓｎ＝Ｓｎ×Ｃｍ，ｎとして発見確率を再計算する。「ｍ」は指示された衛星番号であり、「ｎ」は「ｍ」以外の全ての衛星番号である。
次に、探索衛星指示部５２は、未探索の衛星のうち、最も発見確率が高い衛星を選択する（ステップＳ４６）。次に、探索衛星指示部５２は、選択した衛星の発見確率が閾値以下（例えば０．０５以下）であるか否かを判定する（ステップＳ４７）。ステップＳ４７で「Ｙｅｓ」と判定された場合、フローチャートの実行が終了する。
ステップ４７で「Ｎｏ」と判定された場合、探索範囲指示部５３は、周波数選択フローを実行する（ステップＳ４８）。その後、ステップＳ４２から再度実行される。この場合、探索衛星指示部５２は、ベースバンド部１２に、選択した衛星の捕捉を指示する。また、探索範囲指示部５３は、選択した周波数範囲をベースバンド部１２に指示する。
ステップＳ４３で「Ｎｏ」と判定された場合、探索範囲指示部５３は、選択された衛星について全ての周波数を探索済みであるか否かを判定する（ステップＳ４９）。ステップＳ４９で「Ｎｏ」と判定された場合、探索衛星指示部５２が選択された衛星を再選択するとともに、探索範囲指示部５３は、再選択された衛星について、未探索の周波数範囲を指定する（ステップＳ５０）。その後、ステップＳ４２から再度実行される。
ステップＳ４９で「Ｙｅｓ」と判定された場合、探索衛星指示部５２は、全衛星を探索済であるか否かを判定する（ステップＳ５１）。ステップＳ５１で「Ｎｏ」と判定された場合、探索衛星指示部５２は、（１－可視相関係数）を発見確率に乗算し、新たな発見確率とする（ステップＳ５２）。その後、ステップＳ４６が実行される。ステップＳ４４で「Ｙｅｓ」と判定された場合、またはステップＳ５１で「Ｙｅｓ」と判定された場合、フローチャートの実行が終了する。
図１４は、周波数選択フローを例示する図である。図１４で例示するように、探索範囲指示部５３は、確率変数Ｌ，Ｍ，Ｈのすべてを１に初期化する（ステップＳ６１）。次に、探索範囲指示部５３は、指示衛星の衛星信号を発見済みであるか否かを判定する（ステップＳ６２）。ステップＳ６２で「Ｙｅｓ」と判定された場合、探索範囲指示部５３は、捕捉された衛星のドップラ周波数を取得する（ステップＳ６３）。次に、探索範囲指示部５３は、ドップラ周波数が－２ｋＨｚから＋２ｋＨｚまでの間であるか否かを判定する（ステップＳ６４）。この場合、探索範囲指示部５３は、ドップラ周波数の絶対値が閾値以下であるか否かを判定することができる。ステップＳ６４で「Ｙｅｓ」と判定された場合、探索範囲指示部５３は、Ｈ＝Ｈ×Ｃｘ探索衛星，３，指示衛星，２とし、Ｍ＝Ｍ×Ｃｘ探索衛星，２，指示衛星，２とし、Ｌ＝Ｌ×Ｃｘ探索衛星，１，指示衛星，２とする（ステップＳ６５）。
ステップＳ６５の実行後またはステップＳ６４で「Ｎｏ」と判定された場合、探索範囲指示部５３は、ドップラ周波数が正の値であるか否かを判定する（ステップＳ６６）。この場合、探索範囲指示部５３は、ドップラ周波数の正の値であって絶対値が閾値以上の値であるか、負の値であって絶対値が閾値以上の値であるかを判定することができる。ステップＳ６６で「Ｙｅｓ」と判定された場合、探索範囲指示部５３は、Ｈ＝Ｈ×Ｃｘ探索衛星，３，指示衛星，３とし、Ｍ＝Ｍ×Ｃｘ探索衛星，２，指示衛星，３とし、Ｌ＝Ｌ×Ｃｘ探索衛星，１，指示衛星，３とする（ステップＳ６７）。ステップＳ６６で「Ｎｏ」と判定された場合、探索範囲指示部５３は、Ｈ＝Ｈ×Ｃｘ探索衛星，３，指示衛星，１とし、Ｍ＝Ｍ×Ｃｘ探索衛星，２，指示衛星，１とし、Ｌ＝Ｌ×Ｃｘ探索衛星，１，指示衛星，１とする（ステップＳ６８）。探索範囲指示部５３は、ステップＳ６２～ステップＳ６８を、指示衛星＝１から３２まで繰り返し実行する。
次に、探索範囲指示部５３は、Ｌ＞ＭかつＬ＞Ｈであるか否かを判定する（ステップＳ６９）。ステップＳ６９で「Ｙｅｓ」と判定された場合、探索範囲指示部５３は、Ｈ＞Ｍであるか否かを判定する（ステップＳ７０）。ステップＳ７０で「Ｙｅｓ」と判定された場合、探索範囲指示部５３は、探索周波数として上位半分を選択する（ステップＳ７１）。ステップＳ７０で「Ｎｏ」と判定された場合、探索範囲指示部５３は、探索周波数として中央部を選択する（ステップＳ７２）。ステップＳ６９で「Ｎｏ」と判定された場合、探索範囲指示部５３は、探索周波数として下位半分を選択する（ステップＳ７３）。ステップＳ７１～ステップＳ７３のいずれかの実行後、フローチャートが終了する。
本変形例によれば、探索対象の衛星からのドップラ周波数に基づいて、次の探索対象の周波数範囲が定まり、当該周波数範囲で当該次の探索対象の捕捉処理が行われる。それにより、捕捉されやすい周波数範囲から優先的に探索される。その結果、演算量を低減することができるようになる。
なお、上記例では、１つ目の探索対象の捕捉処理を行った後に、２つ目の探索対象を取得しているが、１つ目の探索対象の捕捉処理を行っているうちに２つ目の探索対象を取得してもよい。２つ目以降も同様に、１つ前の探索対象の捕捉処理を行っているうちに、次の探索対象を取得するようにしてもよい。このようにすることで、アイドル時間を削減することができる。それにより、演算時間および消費電力を抑制することができる。
また、ステップＳ２８およびステップＳ５２では、（１－可視相関係数）を発見確率に乗算しているが、α（１－可視相関係数）を発見確率に乗算してもよい。αとして、０＜α＜１を用いることができる。このように、重み付けを行うことで、衛星が水平線上にあっても建物などで遮られる場合などを反映させることができる。
上記各例においては、センサ端末１０が、探索対象の衛星を順番に定め、当該順番に従い、探索対象の衛星からの衛星信号に対して捕捉処理を行うことで得られた信号を送信するセンサ端末の一例である。演算装置３０が、前記センサ端末が送信する信号に基づいて、前記センサ端末の位置を演算する演算装置の一例である。探索衛星指示部５２が、探索対象の衛星を順番に指示する衛星指示部の一例である。ベースバンド部１２が、前記衛星指示部が指示した順番に従い、探索対象の衛星からの衛星信号に対して捕捉処理を行う捕捉処理部の一例である。相関テーブル格納部５１が、各衛星について、探索対象の衛星が捕捉される場合の他の衛星の発見確率を予め格納する格納部の一例である。探索範囲指示部５３が、探索対象の衛星からのドップラ周波数に基づいて、次の探索対象の周波数範囲を指示する範囲指示部の一例である。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ センサ端末
１１ フロントエンド部
１２ ベースバンド部
１３ 送受信機
１４ 制御部
１５ ＡＦＥ電源コントローラ
１６ ＢＢ電源コントローラ
１７ ＴＲ電源コントローラ
２０ 中継装置
２１ 信号受信部
２２ 記憶装置
２３ ＧＮＳＳ受信部
２４ 測位演算部
２５ タイマ
２６ 送信機
３０ 演算装置
５１ 相関テーブル格納部
５２ 探索衛星指示部
５３ 探索範囲指示部
１００ 位置検知システム

Claims (7)

  1. 探索対象の衛星を順番に定め、当該順番に従い、探索対象の衛星からの衛星信号に対して捕捉処理を行うことで得られた信号を送信するセンサ端末と、
    前記センサ端末が送信する信号に基づいて、前記センサ端末の位置を演算する演算装置と、を備え、
    前記センサ端末は、各衛星について、探索対象の衛星が捕捉される場合の時間期間に対する、他の衛星が捕捉される時間期間の比である可視相関係数をあらかじめ保持または格納しており、１つ目の探索対象を定める際に、当該１つ目の衛星が捕捉される場合に他の衛星について前記可視相関係数が高いほどもしくは低いほど大きく反映される指標を用いて定め、２つ目以降の探索対象については、特定の推定法に基づいて、前記可視相関係数から算出される発見確率が最も高い衛星を定めることを特徴とする位置検知システム。
  2. 前記センサ端末は、探索対象の衛星からのドップラ周波数に基づいて、次の探索対象の周波数範囲を定め、当該周波数範囲で当該次の探索対象の捕捉処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の位置検知システム。
  3. 前記センサ端末は、衛星信号をスナップショット受信し、探索対象の衛星のコード位相およびドップラ周波数を送信することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検知システム。
  4. 探索対象の衛星を順番に指示する衛星指示部と、
    前記衛星指示部が指示した順番に従い、探索対象の衛星からの衛星信号に対して捕捉処理を行う捕捉処理部と、を備え、
    各衛星について、探索対象の衛星が捕捉される場合の時間期間に対する、他の衛星が捕捉される時間期間の比である可視相関係数をあらかじめ保持または格納しており、
    前記衛星指示部は、１つ目の探索対象を定める際に、当該１つ目の衛星が捕捉される場合に他の衛星について前記可視相関係数が高いほどもしくは低いほど大きく反映される指標を用いて定め、２つ目以降の探索対象については、特定の推定法に基づいて、前記可視相関係数から算出される発見確率が最も高い衛星を定めることを特徴とするセンサ端末。
  5. 探索対象の衛星からのドップラ周波数に基づいて、次の探索対象の周波数範囲を指示する範囲指示部を備え、
    前記捕捉処理部は、前記範囲指示部が指示する周波数範囲で当該次の探索対象の捕捉処理を行うことを特徴とする請求項４に記載のセンサ端末。
  6. 前記捕捉処理部は、探索対象の衛星からスナップショット受信された衛星信号から、探索対象の衛星のコード位相およびドップラ周波数を出力することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のセンサ端末。
  7. センサ端末が、探索対象の衛星の順番に従い、探索対象の衛星からの衛星信号に対して捕捉処理を行うことで得られた信号を送信し、
    前記センサ端末が送信する信号に基づいて、前記センサ端末の位置を演算装置が演算し、
    前記センサ端末は、各衛星について、探索対象の衛星が捕捉される場合の時間期間に対する、他の衛星が捕捉される時間期間の比である可視相関係数をあらかじめ保持または格納しており、
    １つ目の探索対象を定める際に、当該１つ目の衛星が捕捉される場合に他の衛星について前記可視相関係数が高いほどもしくは低いほど大きく反映される指標を用いて定め、２つ目以降の探索対象については、特定の推定法に基づいて、前記可視相関係数から算出される発見確率が最も高い衛星を定めることを特徴とする位置検知方法。
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