JPH05264714A - Setting method for search center frequency in gps receiver - Google Patents
Setting method for search center frequency in gps receiverInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ＧＰＳ受信機における
サーチ中心周波数の設定方法に関する。ＧＰＳ(Global
Positioning System：グローバル・ポジショニング・シ
ステム）は、人工衛星を利用した測位システムであっ
て、高度約２万２００Ｋｍの上空に地球を周回する６つ
の軌道を設定し、各軌道に複数個の衛星を打ち上げ、各
衛星から測位用の航法データを含むＧＰＳ信号をスペク
トル拡散方式で地球へ向けて送信するようにしたもの
で、地上（または海上や航空）のＧＰＳ受信機で測位に
必要な３個または４個の衛星の電波を受信することによ
り、各衛星からのＧＰＳ信号に含まれる航法データを用
いて受信地点の緯度，経度，高度などの必要な位置情報
をリアルタイムに計算できるようにしたものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of setting a search center frequency in a GPS receiver. GPS (Global
Positioning System (Global Positioning System) is a positioning system that uses artificial satellites. It sets six orbits that orbit the earth above an altitude of approximately 20,200 km, and launches multiple satellites in each orbit. , GPS signals including navigation data for positioning are transmitted from the satellites to the earth by a spread spectrum method, and 3 or 4 required for positioning by a GPS receiver on the ground (or sea or air). By receiving radio waves from individual satellites, necessary position information such as latitude, longitude, and altitude of the receiving point can be calculated in real time using navigation data included in GPS signals from each satellite. ..
【０００２】[0002]
【従来の技術】民間に開放されているＧＰＳ信号はＣ／
Ａコードと呼ばれる信号であり、１５７５．４２ＭHzで
送信されている。したがって、衛星を捕捉するには、原
理的にはこの１５７５．４２ＭHzで受信待機すればよ
い。しかしながら、ＧＰＳ衛星は静止衛星ではないた
め、ドップラー効果によりその受信周波数が変動し、さ
らに、ＧＰＳ受信機の発振器もオフセットによりその発
振周波数が変動している。2. Description of the Related Art GPS signals open to the private sector are C /
It is a signal called A code and is transmitted at 1575.42 MHz. Therefore, in order to capture the satellite, in principle, it is sufficient to wait for reception at this 1575.42 MHz. However, since the GPS satellite is not a geostationary satellite, its reception frequency fluctuates due to the Doppler effect, and the oscillator of the GPS receiver also fluctuates its oscillation frequency due to the offset.
【０００３】したがって、実際に衛星を捕捉するには、
前記ドップラー効果による受信周波数の偏位分（以下、
「ドップラー周波数偏位」という）と発振器のオフセッ
ト分だけずらして衛星電波のサーチ中心周波数を設定
し、このサーチ中心周波数を始点としてサーチ帯域幅を
徐々に広げながら衛星を探し、発振器が衛星電波にロッ
クした時点で当該衛星の捕捉を完了するようにしてい
る。このような捕捉動作を繰り返すことにより、測位に
必要な数の衛星の捕捉を行なう。Therefore, in order to actually acquire a satellite,
The deviation of the reception frequency due to the Doppler effect (hereinafter,
"Doppler frequency excursion") and the offset of the oscillator are shifted to set the search center frequency of the satellite radio wave, and the search bandwidth is gradually widened starting from this search center frequency to search for the satellite. The acquisition of the satellite is completed when locked. By repeating such a capturing operation, the number of satellites required for positioning is captured.
【０００４】前記衛星の捕捉動作時、サーチ中心周波数
が衛星電波の実際の受信周波数に近ければ近いほど衛星
を捕捉する時間は早くなる。このサーチ中心周波数を設
定するための主たるファクターは、前記したドップラー
周波数偏位と発振器のオフセット値である。ドップラー
周波数偏位は衛星の地球周回運動により不可避的に生ず
る現象であり、その値（最大±６ＫHz程度）は衛星の軌
道データと概略の現在地データから事前に計算で求める
ことができる。したがって、サーチ中心周波数を実際の
受信周波数にできるだけ近い値に設定するには、ＧＰＳ
受信機の発振器のオフセット値の誤差をできるだけ小さ
くすることが望ましい。In the satellite capturing operation, the closer the search center frequency is to the actual reception frequency of the satellite radio wave, the faster the satellite capturing time becomes. The main factors for setting the search center frequency are the above-mentioned Doppler frequency deviation and the offset value of the oscillator. The Doppler frequency deviation is a phenomenon inevitably caused by the orbital motion of the satellite, and its value (up to ± 6 KHz) can be calculated in advance from the satellite orbital data and the approximate current position data. Therefore, to set the search center frequency as close as possible to the actual received frequency, use the GPS
It is desirable to minimize the error in the offset value of the receiver oscillator.
【０００５】そこで、従来のＧＰＳ受信機では、発振器
として極めて精度の高い温度補償付き水晶発振器（以
下、「ＴＣＸＯ」という）を使用していた。このＴＣＸ
Ｏは、水晶振動子の温度特性を電気回路的に補償するこ
とにより、−４０°Ｃ〜＋８５°Ｃの広い温度範囲にわ
たって±２〜±５［ｐｐｍ］程度（周波数換算で±３
［ＫHz］〜±８［ＫHz］程度）の極めて高い精度を与え
たものである。なお、通常の通信機器において使用され
る発振器の精度は±５０〜±１００［ｐｐｍ］程度が普
通であり、良くてもせいぜい±２０［ｐｐｍ］程度であ
る。Therefore, in the conventional GPS receiver, a crystal oscillator with temperature compensation (hereinafter, referred to as "TCXO") having extremely high accuracy is used as an oscillator. This TCX
O compensates for the temperature characteristics of the crystal unit in an electric circuit manner, so that it is about ± 2 to ± 5 [ppm] (± 3 in terms of frequency) over a wide temperature range of −40 ° C. to + 85 ° C.
It gives an extremely high accuracy of about [KHz] to ± 8 [KHz]. The accuracy of an oscillator used in a normal communication device is usually about ± 50 to ± 100 [ppm], and at best is about ± 20 [ppm].
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】発振器のオフセット値
は、測位によって受信機の正確な位置が分かった後は計
算により正確に求めることができるが、それ以前におい
ては現在の正確なオフセット値は不明である。このた
め、従来のＧＰＳ受信機では前記した高精度のＴＣＸＯ
を用い、前回の測位時の最後に得られたオフセット値を
メモリに格納してバックアップしておき、次回の測位開
始時に受信機の電源がＯＮされた時、このパックアップ
されているオフセット値を読み出すことにより発振器の
初期オフセット値として用いるようにしている。The offset value of the oscillator can be accurately calculated by calculation after the accurate position of the receiver is known by positioning, but before that, the current accurate offset value is unknown. Is. Therefore, in the conventional GPS receiver, the highly accurate TCXO described above is used.
The offset value obtained at the end of the previous positioning is stored in the memory and backed up, and when the power of the receiver is turned on at the next positioning start, By reading out, it is used as an initial offset value of the oscillator.
【０００７】しかしながら、低精度の発振器を用いた場
合、オフセット値の変化が大きく、メモリにバックアッ
プされているオフセット値を次回の測位開始時の初期オ
フセット値として用いることができない。このため、低
精度の発振器を用いた場合には、発振器のオフセット変
化の全範囲にわたって衛星電波を広帯域にサーチする必
要があり、衛星の捕捉にそれだけ時間を要するという問
題があった。However, when a low-precision oscillator is used, the offset value changes greatly and the offset value backed up in the memory cannot be used as the initial offset value at the start of the next positioning. Therefore, when a low-precision oscillator is used, it is necessary to search the satellite radio wave in a wide band over the entire range of the offset change of the oscillator, and there is a problem that it takes time to capture the satellite.
【０００８】本発明は前記事情に基づきなされたもの
で、その目的とするところは、低精度の発振器を用いた
場合などのように、メモリにバックアップされた発振器
のオフセット値を次回の測位開始時の初期オフセット値
として使用できないような場合でも、サーチ中心周波数
を実際の受信周波数により近い値に設定することのでき
るＧＰＳ受信機におけるサーチ中心周波数の設定方法を
提供するものである。The present invention has been made in view of the above circumstances. An object of the present invention is to set the offset value of the oscillator backed up in the memory at the time of next positioning start, as in the case of using a low precision oscillator. The present invention provides a method of setting a search center frequency in a GPS receiver, which can set the search center frequency to a value closer to the actual reception frequency even when it cannot be used as the initial offset value of.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明方法は、発振器のオフセット値と、衛星のド
ップラー周波数偏位とを用いて衛星捕捉のためのサーチ
中心周波数を設定するようにしたＧＰＳ受信機におい
て、受信機の電源をＯＮした直後の所定時間内に得られ
た複数個のオフセット値の平均値を算出して記憶してお
き、次回の電源ＯＮ時に、前記記憶しておいたオフセッ
ト値の平均値を次回の測位開始時の初期オフセット値と
して用いるようにしたものである。To achieve the above object, the method of the present invention uses an oscillator offset value and a satellite Doppler frequency excursion to set a search center frequency for satellite acquisition. In the GPS receiver, the average value of a plurality of offset values obtained within a predetermined time immediately after the power of the receiver is turned on is calculated and stored, and the average value is stored when the power is turned on next time. The average offset value is used as the initial offset value at the start of the next positioning.
【００１０】[0010]
【作 用】電源をＯＮした直後においては、内部発熱な
どがないので受信機内部の温度状態は毎回それほど変わ
らないものと考えられる。そこで、ＧＰＳ受信機の電源
をＯＮした直後の所定時間（例えば５分程度）内に算出
された複数個のオフセット値の平均値を算出して記憶し
ておき、次回の電源ＯＮ時に、この平均値を用いてサー
チ中心周波数を設定すれば、発振器のオフセット値が不
明のためにオフセット値を０に設定する場合に比べて、
実際の受信周波数により近い値に設定することできる。[Operation] Immediately after the power is turned on, there is no internal heat generation, so it is considered that the temperature inside the receiver does not change much each time. Therefore, an average value of a plurality of offset values calculated within a predetermined time (for example, about 5 minutes) immediately after the power of the GPS receiver is turned on is calculated and stored, and this average is calculated when the power is turned on next time. If the search center frequency is set using the value, compared to the case where the offset value is set to 0 because the offset value of the oscillator is unknown,
It can be set to a value closer to the actual reception frequency.
【００１１】なお、前記オフセット値の平均値の算出に
は種々の方法を採用することができる。最も簡単な方法
としては、例えば、電源ＯＮ直後の所定時間内に算出さ
れた複数個のオフセット値の算術平均をとる方法があ
る。この算術平均法による場合、データ個数が多ければ
多いほど信頼性が向上するので、受信機のメモリに余裕
があるときに有効である。また、他の例としては、新し
く得られたオフセット値にある重み付け（例：重み0.2
）をし、これを重み付け（例：重み0.8 ）した過去の
値に加えていくというスムージング法がある。このスム
ージング法による場合、記憶しておくデータ量を少なく
することができる。Various methods can be used to calculate the average value of the offset values. The simplest method is, for example, a method of taking an arithmetic average of a plurality of offset values calculated within a predetermined time immediately after the power is turned on. In the case of the arithmetic average method, the reliability increases as the number of data increases, so that it is effective when the memory of the receiver has a margin. In addition, as another example, a weight (for example, a weight of 0.2
), And add it to the past value weighted (eg, weight 0.8). With this smoothing method, the amount of data to be stored can be reduced.
【００１２】また、平均値を求めるためのオフセット値
としてどの値を使用するかについても、例えば、電源Ｏ
Ｎ後の所定時間内に算出されたオフセット値はすべて使
用して平均値をとる、電源ＯＮ後の所定時間内に算出さ
れたオフセット値のうちのいくつかのみを使用して平均
値をとる、電源ＯＮ後の所定時間内の最初に算出された
オフセット値を平均値とみなして用いるなど、種々の方
法をとることができる。Further, regarding which value is used as the offset value for obtaining the average value, for example, the power source O
All offset values calculated within a predetermined time after N are used to take an average value, only some of the offset values calculated within a predetermined time after turning on the power are used to take an average value, Various methods can be used, such as using the offset value calculated first within a predetermined time after the power is turned on as an average value.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、図面を参照して本発明方法の１実施例
につき説明する。図１は本発明方法の１実施例の動作の
フローチャート、図２は前記実施例における周波数の切
り替え説明図をそれぞれ示すものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the method of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a flow chart of the operation of an embodiment of the method of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram of frequency switching in the embodiment.
【００１４】いま、測位を行なうためにＧＰＳ受信機の
電源がＯＮされると、ＧＰＳ受信機は、メモリにバック
アップされている前回の測位の最後に得られた発振器の
オフセット値ΔｆOSC を、今回の測位のための初期オフ
セット値として用いるか否かを判定する（図１のステッ
プＳ１）。バックアップ値を今回の測位の初期オフセッ
ト値として用いる場合には処理はステップＳ２へ移行
し、用いない場合にはステップＳ４へ移行する。Now, when the power of the GPS receiver is turned on to perform positioning, the GPS receiver sets the offset value Δf OSC of the oscillator obtained at the end of the previous positioning backed up in the memory this time. It is determined whether or not it is used as an initial offset value for positioning (step S1 in FIG. 1). If the backup value is used as the initial offset value for this positioning, the process proceeds to step S2, and if not used, the process proceeds to step S4.
【００１５】バックアップされているオフセット値Δｆ
OSC を今回の測位の初期オフセット値として用いる場合
には、ステップＳ２においてサーチ開始時の初期サーチ
帯域幅Ｗ0 を設定した後、ステップＳ３においてサーチ
中心周波数ｆS を設定する。この場合におけるサーチ中
心周波数ｆS は、計算により得られた目的とする衛星の
ドップラー周波数偏位Δｆd と、メモリにバックアップ
されている前回の測位の最後に得られた発振器のオフセ
ット値ΔｆOSC を用いることにより、ｆS ＝Δｆd ＋Δ
ｆOSC として設定される。Offset value Δf backed up
When the OSC is used as the initial offset value for this positioning, the initial search bandwidth W 0 at the start of the search is set in step S2, and then the search center frequency f S is set in step S3. The search center frequency f S in this case is the Doppler frequency deviation Δf d of the target satellite obtained by the calculation and the offset value Δf OSC of the oscillator obtained at the end of the previous positioning backed up in the memory. By using, f S = Δf d + Δ
It is set as f OSC .
【００１６】一方、バックアップされているオフセット
値ΔｆOSC を今回の測位の初期オフセット値として用い
ない場合には、ステップＳ４において初期サーチ帯域幅
Ｗ0を設定した後、ステップＳ５においてサーチ中心周
波数ｆS を設定する。この場合におけるサーチ中心周波
数ｆS は、前回の測位の最後に得られたオフセット値Δ
ｆOSC を用いることができないから、計算により得られ
た目的とする衛星のドップラー周波数偏位Δｆd と、前
回の電源ＯＮ時に後述ステップＳ１１と同様の演算処理
によって算出された複数個のオフセット値の平均値Δｆ
mea を用いることにより、ｆS ＝Δｆd ＋Δｆmeanとし
て設定される。On the other hand, when the backed up offset value Δf OSC is not used as the initial offset value for this positioning, the initial search bandwidth W 0 is set in step S4, and then the search center frequency f S is set in step S5. To set. The search center frequency f S in this case is the offset value Δ obtained at the end of the previous positioning.
Since f OSC cannot be used, the Doppler frequency deviation Δf d of the target satellite obtained by the calculation and a plurality of offset values calculated by the same calculation process as in step S11 described later when the power was turned on last time are calculated. Average value Δf
By using mea , it is set as f S = Δf d + Δf mean .
【００１７】このようにして、初期サーチ帯域幅Ｗ0 と
サーチ中心周波数ｆS を設定した後、図２に示すよう
に、サーチ中心周波数ｆS を始点として、初期サーチ帯
域幅Ｗ 0 内で発振周波数を上下に振りながら目的とする
衛星のサーチを開始する（ステップＳ６）。なお、初期
サーチ帯域幅Ｗ0 を所要回（図２の例では２回）サーチ
しても目的の衛星が捕まらないときは、以後サーチ帯域
幅をＷ1 ，Ｗ2 ，Ｗ3 というように徐々に広げながらサ
ーチを繰り返す。In this way, the initial search bandwidth W0When
Search center frequency fSAfter setting, as shown in Figure 2.
, The search center frequency fSStarting point from the initial search zone
Bandwidth W 0Aim while swinging the oscillation frequency up and down within
The satellite search is started (step S6). Note that the initial
Search bandwidth W0Search the required number of times (two times in the example of FIG. 2)
If the target satellite is not captured even after that, search band
Width is W1, W2, W3While gradually expanding,
Repeat the search.
【００１８】ステップＳ７において測位に必要な複数個
の衛星の捕捉を完了すると、ステップＳ８において各衛
星の航法データを用いてＧＰＳ受信機の正確な現在地を
算出する。そして、ステップＳ９においてその時点にお
ける発振器の実際のオフセット値を算出した後、ステッ
プＳ１０において受信機の電源ＯＮから所定の時間（例
えば５分）が経過したか否かを判定する。When the acquisition of a plurality of satellites required for positioning is completed in step S7, the accurate current position of the GPS receiver is calculated using the navigation data of each satellite in step S8. Then, after calculating the actual offset value of the oscillator at that time in step S9, it is determined in step S10 whether or not a predetermined time (for example, 5 minutes) has elapsed since the power of the receiver was turned on.
【００１９】ステップＳ１０において所定の時間を経過
していないと判定された場合には、処理はステップＳ１
１に移行し、ステップＳ９で得られた発振器のオフセッ
ト値を用いて、新たな平均値Δｆmeanを計算し直してメ
モリに格納する。この動作を所定の時間が経過するまで
繰り返す。なお、平均値Δｆmeanの算出手法としては、
前述した算術平均法やスムージング法などを用いて行な
われる。If it is determined in step S10 that the predetermined time has not elapsed, the process proceeds to step S1.
The process shifts to 1 and a new average value Δf mean is recalculated using the offset value of the oscillator obtained in step S9 and stored in the memory. This operation is repeated until a predetermined time has passed. In addition, as a calculation method of the average value Δf mean ,
This is performed using the arithmetic mean method or smoothing method described above.
【００２０】ステップＳ１０において所定の時間を経過
したと判定された場合には、処理はステップＳ１２へ移
行し、受信機の電源がＯＦＦされるまで、前記したステ
ップＳ８，Ｓ９による現在地の測位と発振器のオフセッ
ト値の計算を繰り返す。If it is determined in step S10 that the predetermined time has elapsed, the process proceeds to step S12, and the current position and oscillator are determined in steps S8 and S9 until the power of the receiver is turned off. Repeat the offset value calculation.
【００２１】受信機の電源がＯＦＦされて測位を終了す
ると（ステップＳ１２）、受信機内のメモリには、電源
ＯＦＦ直前にステップＳ９で算出された最後のオフセッ
ト値がバックアップ値として保持されるとともに、ステ
ップＳ１１で最後に算出された複数個のオフセット値の
平均値Δｆmeanが次回の測位のための初期オフセット値
としてそれぞれ保持される。When the power of the receiver is turned off and positioning is completed (step S12), the last offset value calculated in step S9 immediately before the power is turned off is held as a backup value in the memory inside the receiver, and The average value Δf mean of the plurality of offset values finally calculated in step S11 is held as the initial offset value for the next positioning.
【００２２】なお、前記実施例は、前後のオフセット値
を条件によって使用するようになっているが、常に平均
値のみを使用するようにしてもよい。In the above embodiment, the offset values before and after are used depending on the conditions, but it is also possible to always use only the average value.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明方法によるときは、受信機の電源をＯＮした直後
の所定時間内に得られた複数個のオフセット値の平均値
を算出して記憶しておき、次回の電源ＯＮ時に、前記記
憶しておいたオフセット値の平均値を次回の測位開始時
の初期オフセット値として用いるようにしたので、低精
度の発振器を用いた場合でも、サーチ中心周波数を実際
の受信周波数により近い値に設定することができ、衛星
の捕捉時間をそれだけ短縮することができる。As is clear from the above description,
According to the method of the present invention, an average value of a plurality of offset values obtained within a predetermined time immediately after the power of the receiver is turned on is calculated and stored, and the average value is stored when the power is turned on next time. Since the average of the set offset values is used as the initial offset value at the time of next positioning start, even if a low-precision oscillator is used, the search center frequency can be set to a value closer to the actual reception frequency. The satellite acquisition time can be shortened accordingly.
【図１】本発明方法の１実施例の動作のフローチャート
である。FIG. 1 is a flow chart of the operation of one embodiment of the method of the present invention.
【図２】前記実施例の動作におけるサーチ周波数の切り
替え説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of search frequency switching in the operation of the embodiment.
ｆS サーチ中心周波数 Ｗ0 初期サーチ帯域幅 Δｆd 計算により得られた衛星のドップラー周波数
偏位 ΔｆOSC バックアップされたオフセット値 Δｆmean オフセット値の平均値f S Search center frequency W 0 Initial search bandwidth Δf d Satellite Doppler frequency deviation obtained by calculation Δf OSC Backup offset value Δf mean Average offset value
Claims (1)
ラー周波数偏位とを用いて衛星捕捉のためのサーチ中心
周波数を設定するようにしたＧＰＳ受信機において、 受信機の電源をＯＮした直後の所定時間内に得られた複
数個のオフセット値の平均値を算出して記憶しておき、 次回の電源ＯＮ時に、前記記憶しておいたオフセット値
の平均値を次回の測位開始時の初期オフセット値として
用いることを特徴とするＧＰＳ受信機におけるサーチ中
心周波数の設定方法。1. A GPS receiver in which a search center frequency for satellite acquisition is set using an offset value of an oscillator and a Doppler frequency deviation of a satellite, and a predetermined value immediately after the power of the receiver is turned on. An average value of a plurality of offset values obtained within the time is calculated and stored, and when the power is turned on next time, the stored average value of the offset values is used as an initial offset value at the time of next positioning start. A method of setting a search center frequency in a GPS receiver, which is used as
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06199592A JP3210060B2 (en) | 1992-03-18 | 1992-03-18 | Setting method of search center frequency in GPS receiver |
| US08/026,050 US5323164A (en) | 1992-03-16 | 1993-03-05 | Satellite radio wave capturing method for a global positioning system (GPS) receiver |
| DE69318607T DE69318607T2 (en) | 1992-03-16 | 1993-03-08 | Recording method for GPS receivers of satellite radio waves |
| EP93301745A EP0561540B1 (en) | 1992-03-16 | 1993-03-08 | Satellite radio wave capturing method of GPS receiver |
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Publications (2)
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|---|---|
| JPH05264714A true JPH05264714A (en) | 1993-10-12 |
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Family
ID=13187299
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| JP (1) | JP3210060B2 (en) |
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