JPH0894736A - Gps receiver - Google Patents

Gps receiver

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Publication number
JPH0894736A
JPH0894736A JP25893394A JP25893394A JPH0894736A JP H0894736 A JPH0894736 A JP H0894736A JP 25893394 A JP25893394 A JP 25893394A JP 25893394 A JP25893394 A JP 25893394A JP H0894736 A JPH0894736 A JP H0894736A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
antenna
gps
azimuth
data
reference point
Prior art date
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Pending
Application number
JP25893394A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Hirama
彰 平間
Hideki Wachi
英機 和智
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koden Electronics Co Ltd
Original Assignee
Koden Electronics Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Koden Electronics Co Ltd filed Critical Koden Electronics Co Ltd
Priority to JP25893394A priority Critical patent/JPH0894736A/en
Publication of JPH0894736A publication Critical patent/JPH0894736A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To provide a GPS receiver, which can obtain the azimuth of a reference point independently by the GPS receiver itself without requiring a magnetic compass, a gyroscope and the like even if a GPS user is in the stationary state. CONSTITUTION: An antenna 1, an antenna moving means 10, an antenna-position detecting part 20 and a reference oscillating part 3 are provided. The radiowave from a GPS satellite and the local oscillating frequency from the reference oscillating part 3 are mixed. A receiving part 2 outputs a 1F signal. A signal processing part 4 performs the synchronization and the tracking of the radiowave from the GPS satellite based on the output of the receiving part 2 and the clock signal formed in the reference oscillating part 3 and outputs the pseudo range data, the pseudo-range changing data and the satellite information data. The position measurement and the bearing computation are performed in this way. An operation memory part 5 stores the respective data, the result of the operation and the like. A display part 6 displays the result of the position measurement and azimuth of the reference point obtained with the operation memory part 5. A data output part 7 outputs the result of the position measurement to external equipment. These parts are also provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、GPS(Global Pos
itioning System:グローバル ポジショニング シス
テム)を利用した方位決定用GPS受信装置に関する。
This invention relates to GPS (Global Pos)
itioning System: Global Positioning System).

【0002】[0002]

【従来の技術】GPSを利用して測位を行うGPS受信
装置において、前記GPS受信装置自身もしくはGPS
受信装置を搭載した物体(以下、両者を総称してGPS
利用者という。)が、移動している状態であればGPS
利用者の移動に伴って発生する複数のGPS衛星信号の
ドップラーシフトから、GPS利用者の移動方位と速度
が次のように算出できる。li,mi,ni(i=0,1,2,3)
は、地球固定座標系(地球の自転軸:Z軸 グリニッジ
基準子午線:X軸)の測位に使用するGPS衛星の位置
を受信点中心の地平直交座標系(天頂方向:Z軸 東方
向:X軸)に変換した方向ベクトルであり、そのうち基
準とするGPS衛星の方向ベクトル(基準の方向ベクト
ル)をl0,m0,n0とする。ここで、基準の方向ベク
トルと前記基準とするGPS衛星以外の前記方向ベクト
ルとの差を取ると、 Δli=l0−li,Δmi=m0−mi,Δni=n0−ni(i=1,2,3)(1) となる。また、測位に使用するGPS衛星の信号のドッ
プラーシフトのうち、GPS衛星が周回衛星であるため
の周回運動に伴うドップラーシフトを除いたドップラー
シフト(GPS利用者の移動に伴って発生するGPS衛
星信号のドップラーシフト)をPi(i=0,1,2,3)とし、
そのうち前記基準とするGPS衛星の周回運動に伴うド
ップラーシフトを除いたドップラーシフトをP0とす
る。ここで前記基準とするGPS衛星の周回運動に伴う
ドップラーシフトを除いたドップラーシフトP0と基準
とするGPS衛星以外のGPS衛星の周回運動に伴うド
ップラーシフトを除いたドップラーシフトPiとの差を
取ると、 ΔPi=Pi−P0(i=1,2,3)(2) となる。
2. Description of the Related Art In a GPS receiver for positioning using GPS, the GPS receiver itself or GPS
An object equipped with a receiver (hereinafter, both are collectively referred to as GPS
User. ) Is in the moving state, GPS
From the Doppler shifts of a plurality of GPS satellite signals generated as the user moves, the moving direction and speed of the GPS user can be calculated as follows. l i , m i , n i (i = 0,1,2,3)
Is the position of the GPS satellite used for positioning of the earth fixed coordinate system (Earth's rotation axis: Z axis Greenwich reference meridian: X axis). ), And the direction vector of the reference GPS satellite (reference direction vector) among them is set as l 0 , m 0 , n 0 . Here, if the difference between the reference direction vector and the direction vector other than the reference GPS satellite is taken, Δl i = l 0 −l i , Δm i = m 0 −m i , Δn i = n 0 − n i (i = 1,2,3) (1). Further, among the Doppler shifts of the signals of the GPS satellites used for positioning, the Doppler shifts excluding the Doppler shifts associated with the orbiting motions of the GPS satellites are orbiting satellites (GPS satellite signals generated with the movement of the GPS user. The Doppler shift of P i (i = 0,1,2,3),
Among them, the Doppler shift excluding the Doppler shift accompanying the orbital motion of the GPS satellite as the reference is defined as P 0 . Here, the difference between the Doppler shift P 0 excluding the Doppler shift associated with the orbital motion of the reference GPS satellite and the Doppler shift P i excluding the Doppler shift associated with the orbital motion of GPS satellites other than the reference GPS satellite is calculated. Taking this, ΔP i = P i −P 0 (i = 1,2,3) (2).

【0003】(1)、(2)から3次元の速度ベクトル
x,Vy,Vz(GPS利用者の移動方位と速度)は次
式の3元連立方程式を解くことで求められる。 Δl1・Vx+Δm1・Vy+Δn1・Vz=ΔP1 Δl2・Vx+Δm2・Vy+Δn2・Vz=ΔP2 Δl3・Vx+Δm3・Vy+Δn3・Vz=ΔP3
From (1) and (2), the three-dimensional velocity vectors V x , V y , and V z (moving azimuth and velocity of the GPS user) can be obtained by solving the simultaneous equations of the following three elements. Δl 1 · V x + Δm 1 · V y + Δn 1 · V z = ΔP 1 Δl 2 · V x + Δm 2 · V y + Δn 2 · V z = ΔP 2 Δl 3 · V x + Δm 3 · V y + Δn 3 · V z = ΔP 3

【0004】ところが、GPS利用者が静止しているよ
うなときは、前述のGPS利用者の移動に伴って発生す
るドップラーシフト(PiおよびP0)が発生しないため
にGPS利用者の方向に関する情報が得られない。
However, when the GPS user is stationary, the Doppler shift (P i and P 0 ) that occurs with the movement of the GPS user does not occur, and therefore the direction of the GPS user is related. No information is available.

【0005】したがって、前述のようなGPS利用者が
静止状態のときにGPS利用者の方向に関する基準が向
いている方位(以下、基準点方位という。)を得るため
には、マグネットコンパス、ジャイロ等を使用しなけれ
ばならなかった。
Therefore, in order to obtain the azimuth (hereinafter referred to as the reference point azimuth) to which the reference relating to the direction of the GPS user is directed when the GPS user is stationary as described above, a magnet compass, a gyro, etc. Had to use.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】GPS利用者が静止状
態において、基準点方位を得るためにはマグネットコン
パスのようなGPS受信装置以外の装置が必要であっ
た。
When the GPS user is stationary, a device other than the GPS receiving device such as a magnet compass is required to obtain the reference point direction.

【0007】ところが、マグネットコンパスは微弱な地
磁気を検出している特性上、何らかの磁性体が測定環境
周辺に固定的に位置されていたり、あるいは不定期に接
近する場合には、それらの影響を大きく受けてしまい、
大きな誤差が発生してしまうという問題があった。ま
た、ジャイロは、装置自体が大型化してしまい、小型の
移動体または人間が持って移動するなどには不便であっ
た。
However, due to the characteristic of the magnet compass detecting weak geomagnetism, if any magnetic material is fixedly positioned around the measurement environment or approaches the magnetism irregularly, the influence of them will be great. I received it,
There was a problem that a large error would occur. In addition, the gyro is large in size, and it is inconvenient for a small moving body or a human to move the gyro.

【0008】そこで、この発明は、GPS利用者が静止
状態であってもGPS受信装置以外のマグネットコンパ
ス、ジャイロ等の装置を必要とせず、GPS受信装置単
独で前記基準点方位を得ることが可能なGPS受信装置
の提供を目的とするものである。
Therefore, according to the present invention, even when the GPS user is stationary, a device other than the GPS receiving device such as a magnetic compass or a gyro is not required, and the GPS receiving device alone can obtain the reference point direction. The purpose is to provide a simple GPS receiver.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明の第1実施例で
は、GPS利用者が移動せずにGPS受信装置のアンテ
ナを移動させることにより疑似的にGPS利用者が移動
している状態にし、これにより発生するGPS衛星信号
のドップラーシフトによりアンテナの移動方位を演算す
ると同時に、アンテナが移動するときの基準となる位置
を1箇所定めて、前記基準となる位置をアンテナが通過
するときタイミング信号を発生させ、前記基準となる位
置でのアンテナの移動方位を演算し出力する。またGP
S受信装置のアンテナを水平面内で回転移動させて、ア
ンテナの移動に伴って発生する複数のGPS衛星信号の
ドップラーシフトを利用するとともに、前記基準となる
位置をアンテナが通過するときタイミング信号を発生さ
せ、前記基準となる位置でのアンテナの移動方位を演算
すると同時に前記基準となる位置の方位も演算し出力す
る。
According to a first embodiment of the present invention, a GPS user is moved by moving an antenna of a GPS receiving device without moving the GPS user, so that the GPS user is moved in a pseudo manner. The moving direction of the antenna is calculated by the Doppler shift of the GPS satellite signal generated by this, and at the same time, one position serving as a reference when the antenna moves is determined, and a timing signal is output when the antenna passes through the reference position. It is generated, and the moving direction of the antenna at the reference position is calculated and output. Also GP
The antenna of the S receiver is rotationally moved in a horizontal plane to utilize the Doppler shift of a plurality of GPS satellite signals generated with the movement of the antenna, and a timing signal is generated when the antenna passes the reference position. Then, the moving direction of the antenna at the reference position is calculated, and at the same time, the direction of the reference position is calculated and output.

【0010】この発明の第2実施例では、GPSを利用
した測位においてGPS利用者の測位位置から見たGP
S衛星の真東からの角度および水平とのなす角度(視線
方向)が、GPS衛星が放送している衛星軌道情報と、
GPS利用者の測位位置とから幾何学演算をすることに
より得られることを利用している。
In the second embodiment of the present invention, the GP viewed from the positioning position of the GPS user in the positioning using GPS.
The angle from the east of the S satellite and the angle (line of sight) with the horizontal are the satellite orbit information broadcast by the GPS satellites,
It utilizes what is obtained by performing a geometric operation from the positioning position of the GPS user.

【0011】そこで、第2実施例では、GPS受信装置
のアンテナを定められた周期で移動させることにより発
生するGPS衛星信号のドップラーシフトの変化が、前
記幾何学演算で得られる前記GPS衛星の視線方向と密
接に関係することに着目したものである。
Therefore, in the second embodiment, the change in the Doppler shift of the GPS satellite signal generated by moving the antenna of the GPS receiving device at a predetermined period is the line of sight of the GPS satellite obtained by the geometric calculation. It focuses on the close relationship with the direction.

【0012】アンテナが移動するときの基準となる位置
を1箇所定めて、当該基準となる位置をアンテナが通過
するときタイミング信号を発生させ、また前記GPS受
信装置のアンテナを定められた周期で移動させることに
より発生するGPS衛星信号のドップラーシフトの変化
を計測して、前記タイミング信号から前記ドップラーシ
フトの変化の特異点までの時間を計測することによりG
PS利用者の基準点方位を得るものである。
One reference position when the antenna moves is determined, a timing signal is generated when the antenna passes the reference position, and the antenna of the GPS receiving device is moved at a predetermined cycle. By measuring the change in the Doppler shift of the GPS satellite signal generated by the measurement, the time from the timing signal to the singular point of the change in the Doppler shift is measured.
This is to obtain the reference point direction of the PS user.

【0013】基準点方位を得るためこの発明では、GP
S衛星からの電波を受信するアンテナ1と、アンテナ1
を移動させる移動手段10と、アンテナの位置を検出す
るアンテナ位置検出部20と、基準発振部3と、アンテ
ナ1を介してGPS衛星の電波と基準発振部3で作られ
た局部発振信号を混合し、ディジタル処理の行い易い周
波数に変換し出力する受信部2と、前記受信部2の出力
を基準発振部3で作られたクロック信号によりGPS衛
星からの電波の同期、追尾を行ない、疑似レンジデー
タ、疑似レンジ変化データ、衛星情報データを出力する
信号処理部4と、前記信号処理部4から出力されるデー
タから測位算出演算、方位算出演算を行い、また前記各
データ、演算結果等を記憶する演算記憶部5と、前記演
算記憶部5で得られた測位結果および基準点方位を表示
する表示部6と、前記測位結果を外部機器に出力するデ
ータ出力部7を備えた。
In order to obtain the reference point azimuth, according to the present invention, the GP
Antenna 1 for receiving radio waves from S satellite, and antenna 1
A moving means 10 for moving the antenna, an antenna position detecting section 20 for detecting the position of the antenna, a reference oscillating section 3, and a radio wave of a GPS satellite via the antenna 1 and a local oscillation signal generated by the reference oscillating section 3 are mixed. Then, the receiving unit 2 which converts the frequency into a frequency that can be easily digitally processed and outputs it, and the output of the receiving unit 2 is synchronized and tracked by the clock signal generated by the reference oscillating unit 3 from the GPS satellite, and the pseudo range is obtained. A signal processing unit 4 that outputs data, pseudo range change data, and satellite information data, and performs positioning calculation calculation and orientation calculation calculation from the data output from the signal processing unit 4, and also stores each data, calculation result, and the like. A calculation storage unit 5, a display unit 6 that displays the positioning result and the reference point azimuth obtained in the calculation storage unit 5, and a data output unit 7 that outputs the positioning result to an external device. .

【0014】[0014]

【第1実施例】図1はこの発明の実施例の構成を示すブ
ロック図である。アンテナ1は、図示されていないモー
タ駆動アンテナ回転機構のような周知のアンテナ移動手
段10により、図示されていないアンテナ回転機構の回
転中心aを中心とする回転半径rの水平面内を回転運動
をしている。このようにアンテナ1を回転運動させてい
るため、疑似的にGPS利用者が移動している状態を作
り出している。
[First Embodiment] FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. The antenna 1 is rotated by a well-known antenna moving means 10 such as a motor-driven antenna rotating mechanism (not shown) in a horizontal plane having a rotation radius r centering on a rotation center a of the antenna rotating mechanism (not shown). ing. Since the antenna 1 is rotated in this way, a state in which the GPS user is moving is created in a pseudo manner.

【0015】受信部2は、回転するアンテナ1を介して
GPS衛星からの電波を受信すると共に、基準発振部3
で作られた局部発振信号と受信したGPS衛星からの電
波とを混合し、処理の行い易い周波数に変換し、当該周
波数のデジタル信号を出力する。信号処理部4は、基準
発振部3で作られたクロック信号を用いて前記受信部2
のデジタル信号出力の同期、追尾を行い、演算記憶部5
に疑似レンジデータ、疑似レンジ変化データ、衛星情報
データを出力する。
The receiving unit 2 receives radio waves from GPS satellites via the rotating antenna 1, and also has a reference oscillating unit 3
The local oscillating signal generated in step 1 is mixed with the received radio wave from the GPS satellite, the frequency is converted into a frequency that can be easily processed, and a digital signal of the frequency is output. The signal processor 4 uses the clock signal generated by the reference oscillator 3 to receive the signal from the receiver 2
The digital storage unit 5 synchronizes and tracks the digital signal output of the
Outputs pseudo range data, pseudo range change data, and satellite information data to.

【0016】演算記憶部5は、GPS衛星信号の各種ド
ップラーシフトをも含む前記各データから測位算出演
算、基準点方位算出演算を行い、また前記各データ、前
記各演算の結果等を記憶する。表示部6は、前記演算記
憶部5で得られた測位位置および基準点方位などを表示
する。データ出力部7は、前記測位位置および基準点方
位などを外部機器に出力する。
The calculation storage unit 5 performs positioning calculation calculation and reference point azimuth calculation calculation from each data including various Doppler shifts of GPS satellite signals, and also stores each data, the result of each calculation and the like. The display unit 6 displays the positioning position, the reference point azimuth, and the like obtained in the calculation storage unit 5. The data output unit 7 outputs the positioning position, the reference point azimuth, and the like to an external device.

【0017】アンテナ1は、アンテナ回転機構の回転中
心aを中心とする回転半径rの水平面内を回転運動をし
ている。このため、アンテナ1の移動方位と速度は、G
PS利用者の移動に伴って発生する複数のGPS衛星信
号のドップラーシフトから、GPS利用者の移動方位と
速度が
The antenna 1 makes a rotational movement in a horizontal plane with a radius of rotation r centered on the rotation center a of the antenna rotation mechanism. Therefore, the moving direction and speed of the antenna 1 are G
From the Doppler shift of a plurality of GPS satellite signals generated as the PS user moves, the moving direction and speed of the GPS user can be determined.

【従来の技術】で説明したように、(1)、(2)から
3元連立方程式を演算記憶部5で演算して求めることが
できると同様に、接線方向の方位および速度として求め
ることができる。
2. Description of the Related Art As described in (1) and (2) above, the ternary simultaneous equations can be calculated by the calculation storage unit 5, and can be calculated as the tangential direction and velocity. it can.

【0018】図2は、第1実施例におけるアンテナ1、
アンテナ検出部20、基準点方位の関係を示した図であ
る。アンテナ位置検出部20は、アンテナ1がアンテナ
位置検出部20を通過する毎に位置パルスを出力する。
当該位置パルスの出力時点におけるアンテナ1の接線方
向の接線方位δと速度を演算記憶部5により演算する。
FIG. 2 shows the antenna 1 in the first embodiment,
It is a figure showing the relation between antenna detection part 20 and a reference point direction. The antenna position detector 20 outputs a position pulse every time the antenna 1 passes through the antenna position detector 20.
The tangential direction δ in the tangential direction of the antenna 1 and the velocity at the time of outputting the position pulse are calculated by the calculation storage unit 5.

【0019】演算記憶部5により演算された前記接線方
向の接線方位δは、図2からも明らかなように円運動に
おける接線方向の方位である。円運動の回転方向が反時
計方向であれば得られた接線方位δから90度を差し引
くことにより、基準点方位γを得ることができる。前記
演算された前記接線方向の接線方位δから90度を差し
引く演算を演算記憶部5により行い、表示部6およびデ
ータ出力部7へ出力する。
The tangential azimuth δ in the tangential direction calculated by the arithmetic storage unit 5 is the tangential azimuth in the circular motion as is clear from FIG. If the rotation direction of the circular motion is counterclockwise, the reference point azimuth γ can be obtained by subtracting 90 degrees from the obtained tangential azimuth δ. The calculation storage unit 5 performs a calculation for subtracting 90 degrees from the calculated tangential direction δ in the tangential direction, and outputs the result to the display unit 6 and the data output unit 7.

【0020】図3は、第1実施例のフローチャートであ
り、以下のように動作する。アンテナ位置検出部20か
らの位置パルスを検出する(S200)。位置パルスを
検出した時点でのアンテナ1の真東からの方位δを
(1)、(2)から3元連立方程式の解として求める
(S210)。方位δから90度を差し引き基準点方位
γを演算する(S220)。基準点方位γを表示部に表
示し、データ出力部に出力する(S230)。
FIG. 3 is a flow chart of the first embodiment, which operates as follows. The position pulse from the antenna position detector 20 is detected (S200). The azimuth δ from the east of the antenna 1 at the time when the position pulse is detected is obtained from (1) and (2) as a solution of the simultaneous equations of three elements (S210). The reference point azimuth γ is calculated by subtracting 90 degrees from the azimuth δ (S220). The reference point azimuth γ is displayed on the display unit and output to the data output unit (S230).

【0021】[0021]

【第2実施例】図1はこの発明の実施例の構成を示すブ
ロック図である。アンテナ1は、図示されていないがモ
ータ駆動アンテナ回転機構のような周知のアンテナ移動
手段10により、図示されていないアンテナ回転機構の
回転中心aを中心とする半径rの水平面内を定められた
周期Tで等速回転運動をしている。図4は、アンテナ1
の前記等速回転運動の回転方向とアンテナ位置検出部2
0と基準点方位との関係を表した図である。アンテナ位
置検出部20は、アンテナ1の回転半径rの周辺の決め
られた位置に取り付けられ、アンテナ1の1回転毎にタ
イミング信号Tbowを出力する。このアンテナ位置検
出部20が取り付けられた位置が基準点方位となる。基
準点方位は、図示されないアンテナ回転機構に矢印など
を付して目視可能とされている。
[Second Embodiment] FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. The antenna 1 is defined by a well-known antenna moving means 10 such as a motor-driven antenna rotating mechanism (not shown) in a horizontal plane having a radius r centered on a rotation center a of the antenna rotating mechanism (not shown). It is rotating at a constant speed at T. FIG. 4 shows the antenna 1
Direction of rotation of the uniform rotational movement of the
It is a figure showing the relation between 0 and a reference point direction. The antenna position detection unit 20 is attached to a predetermined position around the rotation radius r of the antenna 1, and outputs the timing signal Tbow for each rotation of the antenna 1. The position where the antenna position detector 20 is attached becomes the reference point azimuth. The reference point azimuth can be visually confirmed by attaching an arrow or the like to an antenna rotating mechanism (not shown).

【0022】受信部2は、回転するアンテナ1を介して
GPS衛星からの電波を受信すると共に、基準発振部3
で作られた局部発振信号と受信したGPS衛星からの電
波とを混合し、処理の行い易い周波数に変換し、当該周
波数のデジタル信号を出力する。信号処理部4は、基準
発振部3で作られたクロック信号を用いて前記受信部2
のデジタル信号出力の同期、追尾を行い、演算記憶部5
に疑似レンジデータ、疑似レンジ変化データ、衛星情報
データを出力する。
The receiving section 2 receives radio waves from GPS satellites via the rotating antenna 1, and at the same time, the reference oscillating section 3
The local oscillating signal generated in step 1 is mixed with the received radio wave from the GPS satellite, the frequency is converted into a frequency that can be easily processed, and a digital signal of the frequency is output. The signal processor 4 uses the clock signal generated by the reference oscillator 3 to receive the signal from the receiver 2
The digital storage unit 5 synchronizes and tracks the digital signal output of the
Outputs pseudo range data, pseudo range change data, and satellite information data to.

【0023】演算記憶部5は、前記各データから測位算
出演算、特定のGPS衛星の真東からの方位βおよび水
平面との為す角(仰角)αすなわち視線方向算出演算、
基準点方位算出演算を行い、また前記各データ、前記各
演算の結果等を記憶する。表示部6は、前記演算記憶部
5で得られた測位位置および基準点方位などを表示す
る。データ出力部7は、前記測位位置および基準点方位
などを外部機器に出力する。
The calculation storage unit 5 calculates a positioning calculation from each of the above data, an azimuth β of the specific GPS satellite from the east and an angle (elevation angle) α formed with the horizontal plane, that is, a line-of-sight direction calculation calculation.
A reference point azimuth calculation calculation is performed, and each data, the result of each calculation, and the like are stored. The display unit 6 displays the positioning position, the reference point azimuth, and the like obtained in the calculation storage unit 5. The data output unit 7 outputs the positioning position, the reference point azimuth, and the like to an external device.

【0024】図5は、アンテナ1の回転を反時計回りと
したときの回転中心aと前記特定のGPS衛星を結ぶ線
の水平面投影線の真東からの方位β、前記水平面投影線
と回転中心aとアンテナ1とを結ぶ線の角度θの関係お
よび、基準点方位の真東からの方位γを表したものであ
る。
FIG. 5 shows the azimuth β from the east of the horizontal plane projection line of the line connecting the rotation center a and the specific GPS satellite when the antenna 1 is rotated counterclockwise, the horizontal plane projection line and the rotation center. The relationship between the angle θ of the line connecting a and the antenna 1 and the azimuth γ from the east of the reference point azimuth are shown.

【0025】第2実施例のようにGPS受信装置のアン
テナを水平面内を定められた周期Tで等速回転運動させ
ると、前記演算記憶部5で演算処理されるときの前記各
データには、GPS受信装置のアンテナを定められた周
期で回転させることにより発生するドップラーシフトΔ
fx(Hz)と、GPS衛星が周回衛星であるために存
在するドップラーシフトΔfsv(Hz)と、前記基準発
振部3の周波数オフセットΔfosc(Hz)と、GPS
利用者の移動に伴うドップラーシフトΔfu(Hz)と
が含まれる。このため、前記演算記憶部5で処理するド
ップラーシフトの合計Δf(Hz)は次式で表される。 Δf=Δfx+Δfsv+Δfosc+Δfu (3) このうちΔfsvは、前記測位位置と前記特定の衛星の前
記衛星情報データに含まれる軌道情報とから求まる前記
測位位置から前記特定の衛星までの距離の単位時間当た
りの変化率(Rr)と、前記衛星の発信源周波数(f
(Hz))と、光速(c(m/s))とから次のように
求められる。 Δfsv=f・Rr/c また、Δfoscは、前記基準発振部3の周波数のずれか
ら求まる前記基準発振部3の周波数の誤差による距離へ
の影響量の単位時間当たりの変化率(Sr)と、前記衛
星の発信源周波数(f(Hz))と、光速(c(m/
s))とから次のように求められる。 Δfosc=f・Sr/c
When the antenna of the GPS receiving apparatus is rotated at a constant speed in the horizontal plane at a predetermined period T as in the second embodiment, the respective data when the arithmetic processing is carried out by the arithmetic storage unit 5 include: Doppler shift Δ caused by rotating the antenna of the GPS receiver at a predetermined cycle
fx (Hz), the Doppler shift Δfsv (Hz) that exists because the GPS satellite is an orbiting satellite, the frequency offset Δfosc (Hz) of the reference oscillator 3, and the GPS
The Doppler shift Δfu (Hz) associated with the movement of the user is included. Therefore, the total Δf (Hz) of the Doppler shift processed by the arithmetic storage unit 5 is expressed by the following equation. Δf = Δfx + Δfsv + Δfosc + Δfu (3) Among these, Δfsv is a change rate per unit time of the distance from the positioning position to the specific satellite, which is obtained from the positioning position and the orbit information included in the satellite information data of the specific satellite. (Rr) and the source frequency of the satellite (f
(Hz)) and the speed of light (c (m / s)). Δfsv = f · Rr / c Further, Δfosc is the rate of change (Sr) per unit time of the amount of influence on the distance due to the error in the frequency of the reference oscillator 3 obtained from the deviation of the frequency of the reference oscillator 3, The source frequency (f (Hz)) of the satellite and the speed of light (c (m /
s)) and the following. Δfosc = f · Sr / c

【0026】ここで、第2実施例では、前述の如くアン
テナ1が前記回転中心aを中心とする半径rの水平面内
を定められた周期Tで等速回転運動をしているため、Δ
fxも周期Tで変動する。さらに、GPS利用者が静止
状態または十分低速の移動状態であれば、Δfu<<Δfx
となり、Δfuが無視できるため(3)式の未知数はΔ
fxのみとなる。
In the second embodiment, as described above, the antenna 1 makes a constant-velocity rotational movement at a predetermined period T within a horizontal plane having a radius r centering on the rotation center a, and therefore Δ
fx also changes in the cycle T. Furthermore, if the GPS user is stationary or moving at a sufficiently low speed, Δfu << Δfx
Therefore, since Δfu can be ignored, the unknown number in equation (3) is Δ
Only fx.

【0027】前記ドップラーシフトΔfx(Hz)は、
GPS衛星の発信源周波数をf(Hz)、光速をc(m
/s)、前記特定のGPS衛星に対するGPS受信装置
のアンテナの視線方向速度をv(m/s)とすると、次
式で表される。 Δfx=±f・v/c (4) 第2実施例のようにアンテナ1を前記回転中心aを中心
とする半径rの水平面内を定められた周期Tで反時計回
りに等速回転運動させた場合の前記特定のGPS衛星に
対するアンテナ1の視線方向(真東からの角度はβとな
る)速度v(m/s)は、前記等速円運動の接線速度を
vr(m/s)、前記水平面投影線と、回転中心aとア
ンテナ1とを結ぶ線の角度をθ(度)、前期特定のGP
S衛星を測位点からみた仰角をα(度)(図6)とする
と、 v=−vr・sin(θ)・cos(α) (5) ただし、(0≦α≧90(度)) で表される。
The Doppler shift Δfx (Hz) is
The source frequency of the GPS satellite is f (Hz) and the speed of light is c (m
/ S), where the line-of-sight velocity of the antenna of the GPS receiver for the specific GPS satellite is v (m / s), it is expressed by the following equation. Δfx = ± f · v / c (4) As in the second embodiment, the antenna 1 is rotated counterclockwise at a constant speed in a horizontal plane centered on the rotation center a and having a radius r. In this case, the velocity v (m / s) of the line-of-sight direction of the antenna 1 with respect to the specific GPS satellite (the angle from the east is β) is the tangential velocity of the uniform circular motion vr (m / s), The angle between the horizontal projection line and the line connecting the rotation center a and the antenna 1 is θ (degrees),
Assuming that the elevation angle of the S satellite viewed from the positioning point is α (degrees) (FIG. 6), v = −vr · sin (θ) · cos (α) (5) where (0 ≦ α ≧ 90 (degrees)) expressed.

【0028】また、回転中心aからアンテナ1までの半
径距離をr(m)、回転周期をT(秒)角速度をωとす
ると、前記接線速度vrは vr=r・ω=2π・r/T (6) で表される。
If the radial distance from the center of rotation a to the antenna 1 is r (m) and the rotation period is T (seconds) and the angular velocity is ω, the tangential velocity vr is vr = rω = 2πr / T It is represented by (6).

【0029】アンテナ1を前記回転中心aを中心とする
半径rの水平面内を定められた周期Tで反時計回りに等
速回転運動させた場合(4)、(5)、(6)から角度
θが0度と180度の時にドップラーシフトΔfxが0
Hzになる。換言すると、アンテナ1が、回転中心aと
前記特定のGPS衛星を結ぶ線の水平面投影線が半径r
の円周を横切る2カ所を通過するときドップラーシフト
Δfxが0Hzになる。
When the antenna 1 is rotated counterclockwise at a constant speed in a horizontal plane having a radius r centering on the rotation center a at a predetermined period T, the angle from (4), (5) and (6) Doppler shift Δfx is 0 when θ is 0 degrees and 180 degrees
Becomes Hz. In other words, in the antenna 1, the horizontal plane projection line of the line connecting the rotation center a and the specific GPS satellite is the radius r.
The Doppler shift Δfx becomes 0 Hz when passing through two places crossing the circumference of.

【0030】したがって、前記アンテナ1は、前記2カ
所のうちの一方で前記特定のGPS衛星の方位βに一致
することになる。図7は、特定のGPS衛星が図5の位
置にあるときアンテナ1を反時計回りに等速回転運動さ
せた場合のドップラーシフトΔfxの変化を表してい
る。ドップラーシフトΔfxは(4)、(5)、(6)
から角度θにより0Hzを中心に正、負に変化する。変
化が正から負なのか、または負から正なのかにより前記
2カ所のうち目的とする前記特定のGPS衛星の方位β
を決定することができる。第2実施例のようにアンテナ
1の回転を反時計回りとしたときは、ドップラーシフト
Δfxの変化が正から負に変化する時(タイミングTs
v)が特定のGPS衛星の方位βとアンテナ1とが一致
したことになる。前記タイミング信号Tbowからタイ
ミングTsvまでの時間間隔ΔTsを計測することによ
り、次式のように真東からの基準点方位γ(度)が求め
られる。 γ=β+(T−ΔTs)・360/T (7)
Therefore, the antenna 1 coincides with the azimuth β of the specific GPS satellite at one of the two locations. FIG. 7 shows changes in the Doppler shift Δfx when the antenna 1 is rotated counterclockwise at a constant speed when a specific GPS satellite is in the position shown in FIG. Doppler shift Δfx is (4), (5), (6)
Changes from 0 to positive or negative depending on the angle θ. Depending on whether the change is from positive to negative or from negative to positive, the orientation β of the specific GPS satellite of interest among the two locations
Can be determined. When the antenna 1 is rotated counterclockwise as in the second embodiment, when the change of the Doppler shift Δfx changes from positive to negative (timing Ts).
In v), the azimuth β of the specific GPS satellite and the antenna 1 match. By measuring the time interval ΔTs from the timing signal Tbow to the timing Tsv, the reference point azimuth γ (degree) from the true east can be obtained as in the following equation. γ = β + (T−ΔTs) · 360 / T (7)

【0031】図8は、この発明の前記演算記憶部5での
処理動作を示すフローチャートである。最初に、前記信
号処理部4の各データ出力から前記GPS利用者の位置
を周知の方法で演算する(S100)。つぎに、アンテ
ナ位置検出部20からのタイミング信号Tbowの繰り
返し間隔からアンテナ1の回転周期Tを演算する(S1
10)。つづいて、前記GPS利用者の位置を算出する
のに使用した複数のGPS衛星から、特定のGPS衛星
の真東からの方位角βおよび水平面との為す角(仰角)
αすなわち視線方向を前記GPS利用者の位置と前記特
定のGPS衛星位置とから演算する(S120)。アン
テナ1が前記等速円運動を行うことに伴うドップラーシ
フトΔfxHzが正から負になるタイミングTsvを検
出し、タイミング信号Tbowからの時間間隔ΔTsを
計測する(S130)。時間間隔ΔTsを計測し、
(7)に数値を代入して真東からの基準点方位γを算出
する(S140)。基準点方位γを表示部に表示し、デ
ータ出力部に出力する(S150)。
FIG. 8 is a flow chart showing the processing operation in the arithmetic storage unit 5 of the present invention. First, the position of the GPS user is calculated from each data output of the signal processing unit 4 by a known method (S100). Next, the rotation cycle T of the antenna 1 is calculated from the repeating interval of the timing signal Tbow from the antenna position detector 20 (S1).
10). Subsequently, from the plurality of GPS satellites used to calculate the position of the GPS user, the azimuth angle β from the east of a specific GPS satellite and the angle (elevation angle) with the horizontal plane.
α, that is, the line-of-sight direction is calculated from the position of the GPS user and the position of the specific GPS satellite (S120). The timing Tsv when the Doppler shift ΔfxHz accompanying the antenna 1 performing the uniform circular motion is changed from positive to negative is detected, and the time interval ΔTs from the timing signal Tbow is measured (S130). Measure the time interval ΔTs,
The numerical value is substituted into (7) to calculate the reference point direction γ from the true east (S140). The reference point azimuth γ is displayed on the display unit and output to the data output unit (S150).

【0032】また、特定のGPS衛星を切り替えること
により、受信可能な複数のGPS衛星に対して前述のよ
うに基準点方位γの決定を行うことが可能であることは
いうまでもない。このとき、複数の特定のGPS衛星を
用いて決定したそれぞれの基準点方位γを用いて、平均
値を算出するなどにより測定誤差を軽減させることがで
きる。
Needless to say, it is possible to determine the reference point azimuth γ for a plurality of receivable GPS satellites by switching a specific GPS satellite. At this time, it is possible to reduce the measurement error by calculating an average value using the respective reference point azimuths γ determined using a plurality of specific GPS satellites.

【0033】[0033]

【発明の効果】上述のようにこの発明によれば、GPS
利用者が静止状態でも、GPS受信装置のみでGPS利
用者の基準点方位を得ることができる。しかもこの基準
点方位は、絶対方位として得ることができるので、マグ
ネットコンパス、ジャイロ等を必要としない。このた
め、小型の移動体、人間が持って移動するなどの装置の
小型化に効果がある。
As described above, according to the present invention, the GPS
Even when the user is stationary, the GPS user's reference point direction can be obtained only by the GPS receiver. Moreover, since this reference point azimuth can be obtained as an absolute azimuth, no magnet compass, gyro, or the like is required. For this reason, it is effective for downsizing of a small moving body or a device carried by a person.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の実施例の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】 第1実施例のおけるアンテナ1、アンテナ検
出部20、基準点方位の関係を示した図
FIG. 2 is a diagram showing a relationship among an antenna 1, an antenna detection unit 20, and a reference point azimuth in the first embodiment.

【図3】 本実施例1の動作フローチャート。FIG. 3 is an operation flowchart of the first embodiment.

【図4】 第2実施例のアンテナ1、アンテナ検出部2
0、基準点方位の位置関係を示す図。
FIG. 4 shows an antenna 1 and an antenna detection unit 2 of the second embodiment.
The figure which shows the positional relationship of 0 and a reference point direction.

【図5】 第2実施例の特定のGPS衛星とアンテナ1
との位置関係を示す図。
FIG. 5: Specific GPS satellite and antenna 1 of the second embodiment
FIG.

【図6】 視線方向を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a line-of-sight direction.

【図7】 第2実施例のタイミング信号、ドップラーシ
フト、方位の関係を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship among a timing signal, a Doppler shift, and an azimuth according to the second embodiment.

【図8】 第2実施例の動作フローチャート。FIG. 8 is an operation flowchart of the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 アンテナ 2 受信部 3 基準発振部 4 信号処理部 5 演算記憶部 6 表示部 7 データ出力部 10 アンテナ移動手段 20 アンテナ位置検出部 1 Antenna 2 Receiver 3 Reference Oscillator 4 Signal Processor 5 Calculation Memory 6 Display 7 Data Output 10 Antenna Moving Means 20 Antenna Position Detector

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 GPSを利用して測位を行うGPS受信
装置であって、 a.前記GPS受信装置のアンテナを移動させる手段
と、 b.前記アンテナの移動の基準となる位置を検出する手
段と、 c.前記アンテナの移動に伴うGPS衛星信号のドップ
ラーシフトから前記アンテナの移動方位を演算する手段
と、 を具備することを特徴とするGPS受信装置。
1. A GPS receiver for performing positioning using GPS, comprising: a. Means for moving the antenna of the GPS receiver; b. Means for detecting a reference position of movement of the antenna; c. Means for calculating the moving direction of the antenna from the Doppler shift of the GPS satellite signal associated with the movement of the antenna.
【請求項2】 請求項1の装置であって、 a.前記基準となる位置を通過する時点での前記アンテ
ナの移動方位を演算する手段と、 b.前記アンテナの移動方位を演算した結果を表示およ
び/または出力する手段と、 を具備することを特徴とするGPS受信装置。
2. The apparatus of claim 1, comprising: a. Means for calculating a moving direction of the antenna at the time of passing the reference position; b. Means for displaying and / or outputting the result of calculating the moving direction of the antenna, and the GPS receiving device.
【請求項3】 請求項2の装置であって、 a.前記GPS受信装置のアンテナを水平面内で回転移
動させる手段を具備することを特徴とするGPS受信装
置。
3. The apparatus of claim 2, comprising: a. A GPS receiving device comprising means for rotating and moving the antenna of the GPS receiving device in a horizontal plane.
【請求項4】 請求項2の装置であって、 a.前記GPS受信装置のアンテナを水平面内で一定周
期の等速回転移動させる手段を具備することを特徴とす
るGPS受信装置。
4. The apparatus of claim 2, wherein a. A GPS receiving device comprising means for rotating the antenna of the GPS receiving device in a horizontal plane at a constant speed and rotating at a constant speed.
【請求項5】 請求項3または請求項4の装置であっ
て、 a.前記基準となる位置の方位を演算する手段と、 b.前記方位を演算した結果を表示および/または出力
する手段と、 を具備することを特徴とするGPS受信装置。
5. The apparatus of claim 3 or claim 4, wherein: a. Means for calculating the azimuth of the reference position; b. Means for displaying and / or outputting the result of calculating the azimuth;
【請求項6】 GPSを利用して測位を行うGPS受信
装置であって、 a.前記GPS受信装置のアンテナを水平面内で一定周
期の等速回転移動させる手段と、 b.前記アンテナの回転移動の基準となる位置を検出す
る手段と、 c.前記アンテナの移動に伴う前記アンテナの視線方向
速度の変化に関わるGPS衛星信号のドップラーシフト
を演算する手段と、 d.前記基準となる位置の方位を演算する手段と、 e.前記方位を演算した結果を表示および/または出力
する手段と、 を具備することを特徴とするGPS受信装置。
6. A GPS receiver for positioning using GPS, comprising: a. A means for rotating the antenna of the GPS receiving device in a horizontal plane at a constant speed and rotating, b. Means for detecting a reference position for rotational movement of the antenna; c. A means for calculating a Doppler shift of a GPS satellite signal relating to a change in the line-of-sight velocity of the antenna due to the movement of the antenna; d. Means for calculating the azimuth of the reference position; e. Means for displaying and / or outputting the result of calculating the azimuth;
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