JPH05297105A - Gps受信処理装置 - Google Patents

Gps受信処理装置

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JPH05297105A
JPH05297105A JP10127592A JP10127592A JPH05297105A JP H05297105 A JPH05297105 A JP H05297105A JP 10127592 A JP10127592 A JP 10127592A JP 10127592 A JP10127592 A JP 10127592A JP H05297105 A JPH05297105 A JP H05297105A
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JP10127592A
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Harumasa Hojo
晴正 北條
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Japan Radio Co Ltd
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Japan Radio Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度の基準発振器を不要とし、キャリヤ周
波数サーチ処理をなくして、短時間に測位開始を可能と
したGPS受信処理装置を提供する。 【構成】 GPS衛星信号を受信し基準発振器7の発振
周波数と周波数混合して中間周波数に周波数変換するダ
ウンコンバータ部20と、基準発振器7における発振周
波数の基準値からの誤差を検出する周波数誤差検出部5
0と、自己が発生する信号の周波数およびコードとGP
S衛星信号のキャリヤ周波数およびコードとの相関処理
をし、メッセージデータを復調すると共に、周波数誤差
検出部50による検出周波数誤差に基づいて自己が発生
する信号の周波数の初期設定値を校正する信号相関復調
部30と、周波数相関値、コード相関値およびメッセー
ジデータから移動速度および位置を算出する測位演算部
40とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はGPS(Global Positio
ning System )衛星を利用して移動体の位置を計測する
GPS受信処理装置に関し、さらに詳細には校正用信号
から生成した誤差信号に基づいて推定コード位相および
推定キャリヤ周波数を設定するGPS受信処理装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】GPSではスペクトル拡散信号が利用さ
れており、利用者はGPS衛星から送信されたスペクト
ル拡散されたコードに同期する逆拡散処理と送信周波数
に同期する処理とを同時に行うことが必要となる。
【0003】従来のGPS受信処理装置は図4(a)に
示すように、電源投入などの処理開始に続いて受信処理
装置の推定位置および時刻を入力し、GPS衛星選択、
キャリヤ周波数、コード位相のサーチを行い、サーチが
終了した後キャリヤ周波数、コード位相を追尾し、GP
S衛星からのデータを復調し、復調データに基づいて各
GPS衛星からの距離を計算し、計算した距離に基づい
て測位計算を行っている。
【0004】キャリヤ周波数、コード位相サーチは図4
(b)に示すように、推定キャリヤ周波数設定、推定コ
ード位相設定に続いて、コード位相相関が取れるまでコ
ード位相を最大1023チップ更新し、コード位相相関
が取れたときは続いてキャリヤ周波数相関が取れるまで
キャリヤ周波数を更新することによって行っている。
【0005】ここで、電源をオン状態にした後、若しく
は長時間GPS衛星信号を受信できなかったようなとき
は、上記したキャリヤ周波数、コード位相サーチ、すな
わち信号初期捕捉処理が必要である。そこで、従来は通
常前回計算された推定位置や常時更新された時刻データ
を得るために電池を利用して、これらのデータを保持、
更新し、保持、更新されているデータを基に図4(b)
に示すキャリヤ周波数、コード位相の設定を行ってい
た。また、キャリヤ周波数、コード位相のサーチに時間
的制限を設けたり、サーチ範囲の制限を行ったりしてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】キャリヤ周波数のサー
チは、受信するGPS衛星のドプラシフト分を考慮して
行われるが、GPS受信処理装置の基準周波数の精度が
悪ければ悪いほど広範囲をサーチしなければキャリヤ周
波数相関がとれず、広範囲のサーチのためにサーチ時間
が長くなるという問題点があった。さらにまた基準周波
数発振のために高精度の発振器を用いるときは、発振器
の形状が大きくなるという問題点が生ずる他に、高価な
ものにつくという問題点が生じ、その結果、実用上大き
な障害となるという問題点があった。
【0007】本発明は高精度の基準発振器を不要とし、
キャリヤ周波数サーチ処理をなくして、短時間に測位開
始を可能としたGPS受信処理装置を提供することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のGPS受信処理
装置は、GPS衛星信号を受信し基準発振器の発振周波
数と周波数混合して中間周波数に周波数変換する周波数
変換手段と、基準発振器における発振周波数の基準値か
らの誤差を検出する周波数誤差検出手段と、自己が発生
する信号の周波数およびコードとGPS衛星信号のキャ
リヤ周波数およびコードとの相関処理をし、メッセージ
データを復調すると共に、周波数誤差検出手段による検
出周波数誤差に基づいて自己が発生する信号の周波数の
初期設定値を校正する信号相関復調手段と、周波数相関
値、コード相関値およびメッセージデータから移動速度
および位置を算出する測位演算手段とを備えたことを特
徴とする。
【0009】周波数誤差検出手段は受信したスペクトル
拡散されていない校正用信号の周波数と基準発振器の発
振周波数に応答する周波数との比較によって基準発振器
の発振周波数誤差を検出してもよい。
【0010】
【作用】本発明のGPS受信処理装置によれば、GPS
衛星信号は中間周波数に変換されて、GPS受信処理装
置が発生する信号の周波数およびコードとGPS衛星信
号のキャリヤ周波数およびコードとの相関処理およびメ
ッセージ復調がなされて、周波数相関値、コード相関値
およびメッセージデータに基づいて移動速度および位置
が算出される。この場合に基準発振器の発振周波数誤差
が検出されて、検出された発振周波数誤差に基づいてG
PS受信処理装置が発生する信号の周波数の初期設定値
が校正されるために、GPS衛星信号のキャリヤ周波数
との相関がとれて、GPS衛星信号のキャリヤ周波数の
サーチが必要なくなって、短時間に測位を開始すること
ができる。
【0011】
【実施例】以下本発明を実施例によって説明する。
【0012】図1は本発明の一実施例の構成を示すブロ
ック図である。
【0013】本実施例のGPS受信処理装置は、アンテ
ナ1を介してGPS衛星信号を受信して処理し易い中間
周波信号に周波数変換するダウンコンバータ部20と、
ダウンコンバータ部20から出力される中間周波信号を
受けてコード相関を取りベースバンド復調して、擬似距
離データ、擬似距離変化分データおよびメッセージデー
タを出力する信号相関復調部30と、信号相関復調部3
0からの出力データを受けて測位演算を行う測位演算部
40と、アンテナ10を介して校正用信号を受信し、校
正用信号の周波数と基準発振器の発振周波数に応答する
周波数との周波数誤差を検出する周波数誤差検出部50
とを備え、周波数誤差検出部50によって検出した周波
数誤差に基づいてベースバンド復調のためのキャリヤ周
波数の設定を制御する。
【0014】ダウンコンバータ部20は基準発振器7
と、基準発振器7からの発振出力を逓倍する周波数合成
部8と、アンテナ1に入感した測位用のC/Aコード、
衛星軌道および時刻などの情報からなるメッセージデー
タで変調されたLバンドGPS衛星信号を増幅し、増幅
したGPS衛星信号の周波数と周波数合成部8からの出
力信号の周波数とを周波数混合して中間周波信号に変換
し、A/D変換してデジタル化のうえ出力する周波数変
換部2とを備えており、GPS衛星信号を受信して増幅
し、処理し易い中間周波信号に変換のうえデジタル化さ
れて出力される。
【0015】信号相関復調部30はダウンコンバータ部
20からの出力を受けて相関処理を行うコード相関部3
と、コード相関部3からの出力を受けてベースバンド信
号に復調するベースバンド復調部4と、コード相関部3
におけるコード位相から得られるGPS衛星からの擬似
距離データ、ベースバンド復調の過程で得られる移動速
度算出のための擬似距離変化分データ、ベースバンド信
号から得られる衛星軌道データ、時刻データなどメッセ
ージデータを検出する信号制御部5とを備えており、信
号相関復調部30によって擬似距離データ、擬似距離変
化分データ、メッセージデータが検出される。
【0016】ここで、コード相関部3はダウンコンバー
タ部20からの出力を受けるデジタル相関器31および
デジタル相関器31へ発振出力を供給するコード数値制
御発振器(NCO)32とを含み、コード数値制御発振
器32は信号制御部5から出力される推定コード位相デ
ータを受けて発振出力の位相が制御され、デジタル相関
器31の相関出力が最大となるようにトラッキング制御
されて、コード相関が取られる。
【0017】ベースバンド復調部4はコード相関部3か
らの出力を受けるキャリヤ成分除去回路41および発振
出力をキャリヤ成分除去回路41へ供給するキャリヤ数
値制御発振器(NCO)42とを含み、キャリヤ数値制
御発振器42は信号制御部5によって周波数誤差検出部
50から出力されるデジタル誤差信号に基づいて校正さ
れた初期設定キャリヤ周波数データが信号制御部5によ
って設定されて発振し、キャリヤ周波数相関がとられ
る。続いて追尾のための推定キャリヤ周波数データを受
けて発振周波数がトラッキング制御される。キャリヤ数
値制御発振器42からの発振出力を受けたキャリヤ成分
除去回路41においてコード相関部3の出力からキャリ
ヤ周波数成分が除去されてベースバンド復調される。
【0018】さらに、測位演算部40は信号相関復調部
30から出力される擬似距離データ、擬似距離変化分デ
ータおよびメッセージデータに基づいて測位演算をし
て、GPS受信処理装置の3次元の位置、速度などが算
出される。
【0019】一方、周波数誤差検出部50は基準発振器
7からの発振周波数を逓倍して出力する校正用周波数合
成部9と、スペクトル拡散されていない校正用信号をア
ンテナ10にて受信し、かつ校正用周波数合成部9から
の出力信号とアンテナ10を介して受信した校正用信号
とを入力として両入力信号の周波数差に応じた信号を出
力する周波数差検出回路11と、周波数差検出回路11
の出力をデジタル化する誤差信号生成部12とを備え、
周波数誤差検出部50からは、校正用周波数合成部9か
らの出力信号の周波数と校正用信号の周波数との差に応
じたデジタル誤差信号が信号制御部5に出力される。デ
ジタル誤差信号を受けた信号制御部5においては、入力
されたデジタル誤差信号に基づいてキャリヤ周波数設定
時のキャリヤ周波数データが校正される。
【0020】上記のように構成された本実施例のGPS
受信処理装置において、測位用のC/Aコードおよび衛
星軌道、時刻などの情報からなるメッセージデータで変
調されたLバンドGPS衛星信号はアンテナ1で受信さ
れ、ダウンコンバータ部20において増幅、周波数変換
およびA/D変換されて、デジタル処理可能な周波数信
号に変換されて出力される。
【0021】ダウンコンバータ部20からの出力信号は
信号相関復調部30において相関処理され、ベースバン
ド復調される。この場合において、キャリヤ周波数、コ
ード位相のサーチが終了しているものとして説明すれ
ば、信号相関復調部30において得られたコード位相か
ら、GPS衛星からの擬似距離を示す擬似距離データが
出力され、ベースバンド復調の過程で移動速度算出のた
めの擬似距離変化分データが出力され、さらにベースバ
ンド復調出力によって衛星軌道、時刻データなどのメッ
セージデータが出力されて、これらの出力に基づき測位
演算部40において3次元の位置および速度、時刻など
が算出される。
【0022】一方、アンテナ10において校正用信号が
入感され、周波数差検出回路11において、校正用信号
の周波数と校正用周波数合成部9からの出力信号の周波
数との差が検出され、この差信号に基づいて誤差信号生
成部12においてデジタル誤差信号が出力される。
【0023】校正用信号としては、スペクトル拡散され
ていない周波数の安定した信号が利用できる。受信した
校正用信号は周波数差検出回路11において波形整形さ
れ、基準発振器7の発振周波数に基づく校正用周波数合
成部9の出力周波数と比較され、その差が検出される。
基準発振器7の発振周波数が正確であれば波形整形され
た校正用信号の周期T間に校正用周波数合成部9から例
えばN個の信号(クロックパルス)が出力されることに
なる。周波数差検出回路11においては前記周期T間に
おけるクロックパルスの数が検出され、この検出された
数とNとの差に基づく信号がデジタル誤差信号として出
力される。
【0024】周波数誤差検出例をさらに説明する。波形
整形された校正用信号の周期は図2(a)に示すように
Tである。基準発振器7の発振周波数が基準値のときに
はクロックパルスが図2(b)に示すように周期T内に
N個存在し、基準発振器7の発振周波数が基準値からず
れたときはクロックパルスが図2(c)に示すように周
期T内にN′個存在することになる。
【0025】上記の場合において、図2(b)の場合に
おけるクロックパルス間隔をTS 、図2(c)の場合に
おけるクロックパルス間隔をTS ′とすれば、 TS =T/N TS ′=T/N′ となる。
【0026】ここで、クロックパルス間隔がTS の場合
の基準発振器7の発振周波数をf、クロックパルス間隔
がTS ′の場合の基準発振器7の発振周波数を(f+Δ
f)とすれば、 TS ′=TS ・f/(f+Δf) と表わされ、 Δf={(N/N′)−1}f と表わされる。値Δfが基準発振器7の発振周波数の変
動に対応する。この値Δfに対応したデータがデジタル
誤差信号として誤差信号生成部12から信号制御部5へ
出力される。
【0027】デジタル誤差信号を受けた信号制御部5
は、図3に示すようにキャリヤ周波数、コード位相サー
チルーチンにおいて、デジタル誤差信号に基づいて校正
された初期推定キャリヤ周波数データをキャリヤ数値制
御発振器42に設定する。そこで、基準発振器7の発振
周波数の基準値からのずれに応じたデータによって校正
された推定キャリヤ周波数データがキャリヤ数値制御発
振器42に設定されるために、キャリヤ数値制御発振器
42はキャリヤ周波数相関がとれる周波数で発振するこ
とになって、キャリヤ周波数サーチの必要がなくなる。
【0028】上記に続いて、コード位相の設定がなされ
て、コード位相相関がとれるまでコード位相が更新され
て、キャリヤ周波数、コード位相サーチが終了する。し
たがって、キャリヤ周波数、コード位相サーチルーチン
は短時間で済んで、短時間で測位開始に入ることができ
る。
【0029】この場合に、校正用信号の受信は電源投入
時およびGPS信号捕捉時に行うのみでよい。また、校
正用信号を定時的にもしくは間歇的に受信するようにし
てもよい。
【0030】
【発明の効果】以上説明した如く本発明によれば、GP
S衛星信号を基準発振器の発振周波数と周波数混合して
中間周波数に変換し、GPS受信処理装置が発生する信
号の周波数およびコードとGPS衛星信号のキャリヤ周
波数およびコードとの相関処理およびメッセージを復調
し、周波数相関値、コード相関値およびメッセージデー
タに基づいて移動速度および位置を算出し、この場合に
基準発振器の発振周波数誤差を検出し、検出誤差に基づ
いてGPS受信処理装置が発生する信号の周波数の初期
設定値を校正するようにしたために、この校正をうけて
設定された初期周波数によって追尾すべきGPS衛星信
号のキャリヤ周波数との相関がとれて、GPS衛星信号
のキャリヤ周波数のサーチが必要なくなって、短時間に
測位を開始することができる効果がある。
【0031】さらに、基準発振器に高精度のものを用い
る必要はなくなって、基準発振器の大きさも小さくて済
み、安価のもので済むという効果もある。また、受信し
たスペクトル拡散されていない校正用信号の周波数と基
準発振器の発振周波数に対応する周波数との比較によっ
て基準発振器の発振周波数誤差が容易に検出できるとい
う効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図2】本発明の一実施例におけるデジタル誤差信号の
検出の説明に供するタイミング図である。
【図3】本発明の一実施例の作用の説明に供するフロー
チャートである。
【図4】従来例の作用の説明に供するフローチャートで
ある。
【符号の説明】
2…周波数変換部 3…コード相関部 4…ベースバンド復調部 5…信号制御部 7…基準発振器 8…周波数合成部 9…校正用周波数合成部 11…周波数差検出回路 12…誤差信号生成部 20…ダウンコンバータ部 30…信号相関復調部 40…測位演算部 50…周波数誤差検出部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】GPS衛星信号を受信し基準発振器の発振
    周波数と周波数混合して中間周波数に周波数変換する周
    波数変換手段と、基準発振器における発振周波数の基準
    値からの誤差を検出する周波数誤差検出手段と、自己が
    発生する信号の周波数およびコードとGPS衛星信号の
    キャリヤ周波数およびコードとの相関処理をし、メッセ
    ージデータを復調すると共に、周波数誤差検出手段によ
    る検出周波数誤差に基づいて自己が発生する信号の周波
    数の初期設定値を校正する信号相関復調手段と、周波数
    相関値、コード相関値およびメッセージデータから移動
    速度および位置を算出する測位演算手段とを備えたこと
    を特徴とするGPS受信処理装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のGPS受信処理装置におい
    て、周波数誤差検出手段は受信したスペクトル拡散され
    ていない校正用信号の周波数と基準発振器の発振周波数
    に応答する周波数との比較によって基準発振器の発振周
    波数誤差を検出することを特徴とするGPS受信処理装
    置。
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