JPH0443985A - 受信機のデータ処理装置 - Google Patents

受信機のデータ処理装置

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JPH0443985A
JPH0443985A JP2152401A JP15240190A JPH0443985A JP H0443985 A JPH0443985 A JP H0443985A JP 2152401 A JP2152401 A JP 2152401A JP 15240190 A JP15240190 A JP 15240190A JP H0443985 A JPH0443985 A JP H0443985A
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short
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/23—Testing, monitoring, correcting or calibrating of receiver elements
    • G01S19/235—Calibration of receiver components

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えばクロック（発振器）を用いて衛星等
の電波発振源からの電波のドツプラ周波数を測定し、電
波発振源との相対速度を測定して運動体の航法計算を行
うＧ　Ｐ　Ｓ　（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
　５ｙｓｔｅｌｌ）受信機等のクロック（発振器）を備
えた受信機に係り、特に、その性能解析試験等に供され
るクロック誤差データを算出するデータ処理装置に関す
る。
（従来の技術） この種の受信機は、第７図に示すように電波発振源１か
らの電波を受信機２で受信して、そのドツプラ周波数を
クロック（発振器）３で測定することにより、電波発振
源１との相対速度を測定する構成のために、その性能が
ドツプラ周波数を測定するためのクロック３の特性に大
きく寄っている。そのため、従来より、このような受信
機にあっては、その性能解析試験を実施する場合には、
その内蔵されるクロック３の誤差をシミュレートするこ
とにより行われる。このクロック３の特性を示す指標と
しては、クロック３の出力周波数の平均より統計的に求
められる短期安定度σが用いられる。この短期安定度σ
は、クロック３の出力周波数ｙの時間〔ｔ、−τ、ｔ＊
コにおける時間平均（平均時間τ）をｙｋとすると、 ６２ｍｌ／２＜　（ｙｍ、＋＋　−ｙｍ　）＞・・・　
（１）の式で定義され、第８図に示す特性を有する。こ
の際、ｉ　ｋ−ｉ　、＋、−τの関係式か成り立つ。な
お、記号く　〉は相平均（ｅｎｓｅｍｂｌｅ　ａ＋ｅａ
ｎ　）を示す。
ところか、上記短期安定度σを基に受信機の性能解析試
験を行うものにあっては、その短期安定度σか上述した
ように統計的に求めた指標のために、クロック３の実際
の時間的なゆらぎかどのようになっているか、いわゆる
誤差の動きを微分方程式で表した誤差ダイナミクスがど
のようになっているかが考慮されていないことにより、
受信機の性能解析試験が信頼性の点で満足のいくもので
なかった。
また、これによると、例えばＧＰＳ受信機に適用した場
合、検出した相対速度を基に航法計算を行うのに、受信
システムにおけるダイナミックモデルを持つカルマンフ
ィルタが用いられていることにより、その性能の高精度
化が図られている。
このため、ＧＰＳ受信機にあっては、その受信機性能を
支配するクロックのダイナミックモデルが重要な構成要
素となることから、そのモデル化の良し悪しにより航法
精度に影響を及はすという問題を有する。
（発明か解決しようとする課題） 以上述べたように、従来の受信機のクロック誤差の指標
では、クロックの出力周波数の短期安定度を基にしてい
るために、受信機の性能解析試験の信頼性が劣るという
問題を有していた。
また、従来のように、クロックの出力周波数の短期安定
度によるクロック誤差を用いて航法計算を行うと、クロ
ックの誤差ダイナミクスの信頼性の点から航法精度にも
悪影響を及ぼす虞を有していた。
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、構成簡
易にして、信頼性の高い高精度なりロック誤差ダイナミ
ックモデルの検出を実現し得るようにした受信機のデー
タ処理装置を提供することを目的とする。
［発明の構成コ （課題を解決するための手段及び作用）この発明は発振
器を用いて電波発振源からの電波のドツプラ周波数を測
定する受信機のデータ処理装置において、前記発振器の
出力周波数の平均より求められる短期安定度情報を検出
する検出手段と、この検出手段で検出した短期安定度情
報を基に、該短期安定度情報を模擬する誤差ダイナミク
スを算出する発振器誤差同定部とを備えて受信機のデー
タ処理装置を構成した。
上記構成によれば、発振器の誤差は、その出力周波数よ
り求めた短期安定度情報を基に該短期安定度情報を模擬
する誤差ダイナミクスとして求められることにより、発
振器の実際の時間的なゆらぎに対応した誤差がシミュレ
ートされる。これにより、発振器の正確な誤差精度が把
握され、発振器の取扱い精度の向上が図り得る。
また、この発明は、発振器を用いて電波発振源からの電
波のドツプラ周波数を測定する受信機の性能解析装置に
おいて、前記発振器の出力周波数の平均より求められる
短期安定度情報を検出する検出手段と、この検出手段で
検出した短期安定度情報を基に、該短期安定度情報を模
擬する誤差ダイナミクスを算出する発振器誤差同定部と
、この発振器誤差同定部で算出した誤差ダイナミクスを
基に前記受信機の性能を解析するシミュレータ手段とを
備えて受信機の性能解析装置を構成した。
上記構成によれば、発振器の誤差は、その出力周波数よ
り求めた短期安定度情報を基に該短期安走度情報を模擬
する誤差ダイナミクスとして求められる。そして、この
誤差ダイナミクスを基に発振器の誤差をシミュレートし
て、受信機の性能解析試験が行われる。従って、発振器
の実際の時間的なゆらぎに対応した誤差がシミュレート
され、高精度な性能解析試験が可能となる。
（実施例） 以下、この発明の実施例について、図面を参照して詳細
に説明する。
第１図はこの発明の一実施例に係る受信機のデータ処理
装置を示すもので、例えば図示しないＧＰＳ受信機に内
蔵されるクロック（発振器）１０は、その出力端に周波
数カウンタ１１が接続される。この周波数カウンタ１１
は、その出力端に例えばデジタル計算機で構成されるク
ロックシミュレータ１２のクロック誤差同定部１３が接
続される。このクロック１０の出力周波数をカウントし
て前記（１）式より短期安定度σを求め、該クロック誤
差同定部に出力する。クロック誤差同定部１３は第２図
に示すように、ステップＳ１で短期安定度情報σが入力
されると、ステップＳ２ではクロック誤差の誤差源δ１
を周波数ランダムウオークの誤差源δｎＩ、周波数フリ
ッカノイズの誤差源δｎ２、周波数ホワイトノイズの誤
差源δｎ３、位相ホワイトノイズの誤差源δｎ４の４つ
として、それぞれの誤差源の短期安定度を表す以下の、 σ　（δｎ、）−４ｙｒ２ｈ−２・ｒ／６＝・　＜２）
σ　（δｎ２）−２ｈ−＋Ｎ　−（２）　　−（３）σ
　（δｎ３）−ｈｏ　／２ｒ　　　　　−（４）σ　（
δｎ４　）−３ｆ−ｂｚ　／　（２１ｒ）　２ｒ２・・
・　（５） の式に基づいて短期安定度σを多項式近似できるように
、各係数ｈ−２、ｈ−いり。　ｈ２が設定される。即ち
、これら誤差源δｎ１δｎ２　δｎ３　δｎ４の短期安
定度は、平均時間τに比例、定数、１／τに比例、１／
τ２に比例することにより、多項式近似するのに適する
。また、これら誤差源δｎ、　δｎ２、δｎ３　δｎ４
はフーリエ周波数ｆてみると、その電力密度が１／ｆ２
に比例、１／ｆに比例、定値、ｆ２に比例と、その性質
が異なる。
そし−で、入力をホワイトノイズとした際の伝達関数（
ダイナミクス）はそれぞれ１／５１（ＴＳ＋１）／　（
１０ＴＳ＋１）　、１、Ｓで求められる。そこで、ステ
ップＳ２では、入力した短期安定度情報を誤差源δｎ、
　　δｎ２、δｎ３、δｎ４で多項式近似するために、
先ず、各係数ｈ−２、ｈ、、ｈｏＳｈ２を設定する。例
えば入力したクロック誤差の短期安定度σが、第３図に
示すように誤差源δｎ＋、δｎ２、δｎ４からのノイズ
の場合には、その３つ誤差源δｎｌ、δｎ２、δｎ４か
らの周波数ランダムウオーク、周波数フリッカノイズ、
位相ホワイトノイズかたし合わされて近似される。ステ
ップＳ３では Ｓ　（δｎ、）−ｈ−２／ｆ２　　　−（６）Ｓ　（δ
ｎ　２　）　＝　ｈ　−１／　ｆ　　　　　　−（７）
Ｓ　（δｎ３　）−ｈａ　　　　　　　　−（８）Ｓ　
（δｎ４）＝ｈ２ｆ　２　　　　゛　−（９）の式を基
に各誤差源δｎ１　δｎ２、δｎ３・δｎ４からの周波
数スペクトル密度を算出し、ステップＳ４ではホワイト
ノイズを入力として、各周波数電力密度を持った誤差を
発生するダイナミクス Ｄ　（δｎ、）＝１／Ｓ　　　　　　　　−（１０）Ｄ
　（（５ｎ２　）−ＴＳ＋１／１０ＴＳ＋１・・・　（
１１） Ｄ　（δｎ３　）−１−（１２） Ｄ　（δｎ４　）−Ｓ　　　　　　　　　　−（１３）
に入力した時に、式（６）、（７）、（８）、（９）で
求めたスペクトル密度になるように Ｓ　　（Ｗ−２）　−（２π）　”　ｈ　−２Ｓ　　（
ｗ−＋）−２πｈ Ｓ　　（ＷＯ）　−ｈ。
Ｓ　　（Ｗ２　）−ｈ２／　（２π）　２の演算を実施
してホワイトノイズの電力密度を算出する。ここで、ｆ
ｈはホワイトノイズのカットオフ周波数、Ｎｎは自然対
数、Ｗ−２，Ｗ−１，ＷＯ。
Ｗ２はノーｒズ、Ｓ（）は電力密度、σ　（）は短期安
定度、Ｄ（）はダイナミクスである。
次に、ステップＳ５ではそれぞれの電力密度に応じたノ
イズを発生させ、第４図に示すようにこれら式（１０）
、　（１１）、　（１２）、　（１３）のダイナミクス
を通すことにより各誤差源δｎ１δｎ２　δｎ３　δｎ
４を求めて（ステップＳ６）、 δｙ（ｔ）−Σδｎ、（ｔ） の式を基に、例えば３つの誤差源δｎ１　δｎ２、δｎ
４である場合、第５図に示すようにクロック誤差δｙ（
ｔ）を求める（ステップＳ７）。
上記クロック誤差同定部１３の出力端にはＧＰＳ受信機
回路シミュレータ（受信機の回路ダイナミクスを模擬し
たもの）１４が接続される。このＧＰＳ受信機回路シミ
ュレータ１４にはクロック誤差同定部１３を介してクロ
ック誤差δｙ（ｔ）が入力される。ＧＰＳ受信機回路シ
ミュレータ１４は入力したクロック誤差δｙ（ｔ）の影
響で、どれだけの相対速度誤差となるかが算出され、そ
の性能を解析する（第６図参照）。この相対速度誤差は
、例えばＧＰＳ受信機の回路設計や、クロック１０の選
定の際の情報として用いられる。
このように、上記受信機のデータ処理装置は、クロック
１０の誤差を、その出力周波数より求めた短期安定度情
報を基に該短期安定度情報を模擬する誤差ダイナミクス
として求め、この誤差ダイナミクスを基にクロック１０
の誤差をシミュレートして、ＧＰＳ受信機の性能を解析
するように構成した。これによれば、クロック１０の実
際の時間的なゆらぎに対応した正確な誤差がシミュレー
トされることにより、高精度な性能解析試験が可能とな
る。
なお、上記実施例では、クロック誤差同定部１３で算出
したクロック誤差δｙ　　（ｔ）を用いてＧＰＳ受信機
の性能解析を行うように構成したが、これに限ることな
く、このクロック誤差同定部１３で算出したクロック誤
差ダイナミクスを用いて、例えばＧＰＳ受信機で検出し
た相対速度を基に航法計算を行うのに用いられるカルマ
ンフィルタのシステム・モデルとして使用することも可
能である。これによれば、ＧＰＳ受信機の受信機性能を
支配するクロック１０の正確な精度が把握できることに
より、高精度なカルマンフィルタの構築が実現されるた
め、高精度な航法か容易に実現される。
また、上記実施例では、短期安定度を周波数カウンタを
用いて検出したがこれに限ることなく、検出することが
可能である。
さらに、上記実施例では、受信機として、ＧＰＳ受信機
に適用した場合で説明したが、これに限ることなく、ド
ツプラ周波数測定用のクロックを備えた各種の受信機に
適用可能である。
よって、この発明は上記実施例に限ることなく、その他
、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施
し得ることは勿論のことである。
［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明によれば、構成簡易にし
て、信頼性の高い高精度なりロック誤差データの検出を
実現し得るようにした受信機のデータ処理装置を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例に係る受信機のデータ処理
装置を示す構成図、第２図は第１図のクロック誤差同定
部の動作を示すフローチャート、第３図、第５図及び第
６図は第１図の各部の出力特性を示す図、第４図はクロ
ック誤差をシミュータする部分を示すブロック図、第７
図は受信機の概略を説明するために示した図、第８図は
クロックの短期安定度情報を示す図である。 １０・・・クロック、１１・・・周波数カウンタ、１２
・・・クロックシミュレータ、１３・・・クロック誤差
同定部、１４・・・ＧＰＳ受信機回路シミュレータ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図 第 図 ノイズ 〔電力密度〕 ダイナミクス クロノク誤差源 ◇ 短期安定度 ◇ Σσ（δｎｉ） σ 第 図 受信機誤差

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）発振器を用いて電波発振源からの電波のドップラ
    周波数を測定する受信機のデータ処理装置において、 前記発振器の出力周波数の平均より求められる短期安定
    度情報を検出する検出手段と、 この検出手段で検出した短期安定度情報を基に、該短期
    安定度情報を模擬する誤差ダイナミクスを算出する発振
    器誤差同定部とを具備したことを特徴とする受信機のデ
    ータ処理装置。
  2. （２）発振器を用いて電波発振源からの電波のドップラ
    周波数を測定する受信機のデータ処理装置において、 前記発振器の出力周波数の平均より求められる短期安定
    度情報を検出する検出手段と、 この検出手段で検出した短期安定度情報を基に、該短期
    安定度情報を模擬する誤差ダイナミクスを算出する発振
    器誤差同定部と、 この発振器誤差同定部で算出した誤差ダイナミクスを基
    に前記受信機の性能を解析するシミュレータ手段とを具
    備したことを特徴とする受信機のデータ処理装置。
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