JPH0921860A - 受信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】同期処理を短時間で行うようにする。 【解決手段】各衛星からの信号をチャネル１〜４の受信
処理回路５-1〜５-4に供給し、夫々でスペクトラム逆拡
散及びＰＳＫ復調等の処理をし、第１〜第４の衛星から
の航法メッセージＤＴ１〜ＤＴ４を得、ＣＰＵ１１に供
給する。ＣＰＵ１１では、夫々の航法メッセージの時刻
や軌道データ等を利用して測位する。また、ＣＰＵ１１
では、衛星からの信号のスペクトラム逆拡散出力（相関
出力）のレベルで各チャネルの同期状態を判断し、同期
はずれの状態等では同期処理をする。同期処理では同期
（ビット復調）状態となった後にビットナンバー以上の
時間軸データを得る必要があるが、チャネルｊの同期処
理の際、同期済みの他チャネルｉがあるとき、チャネル
ｉのビットナンバー以上の時間軸データを使用する。プ
リアンブルを検出してビットナンバー以上の時間軸デー
タを得る必要なく、同期処理を短時間で行ない得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば人工衛星
からの航法メッセージ（衛星の時刻や軌道等のデータ）
を受信してユーザ位置を得るＧＰＳ受信機等に適用して
好適な受信機に関する。詳しくは、同期していないチャ
ネルを同期させる際、同期している他のチャネルの時間
軸データを使用することによって、同期処理を短時間で
行い得るようにした受信機に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】地球を周回する複数個の人工衛星からの
航法メッセージを利用してユーザの位置を得るＧＰＳ
（Global Positioning System）と呼ばれる測位システ
ムがある。

【０００３】各衛星からは、疑似ランダムノイズ（チッ
プ速度１．０２３ＭＨｚ）で航法メッセージをスペクト
ラム拡散すると共に、そのスペクトラム拡散信号で搬送
波（１５７５．４２ＭＨｚ、１２２７．６ＭＨｚ）をＰ
ＳＫ変調した信号が送信される。

【０００４】この場合、衛星ごとに異なる符号パターン
の疑似ランダムノイズが使用されているため、それぞれ
対応する符号パターンの疑似ランダムノイズを使用する
ことで、各衛星からの航法メッセージを分離受信するこ
とができる。

【０００５】ここで、４個の衛星からの航法メッセージ
を利用して、ユーザ位置（ｘｕ，ｙｕ，ｚｕ）を求める
方法を説明する。

【０００６】周知のように各衛星からの航法メッセージ
には、衛星の時刻や軌道等のデータが含まれている。各
衛星はＧＰＳ時（原子時計が刻む時刻）を保持してお
り、１９８０年１月６日０時ＵＴＣ時を同年同月同日０
時ＧＰＳ時としてスタートさせている。なお、ＵＴＣは
協定世界時である。

【０００７】図４に示すように、受信した各衛星からの
航法メッセージの時刻データによる時間軸をＳＶ１〜Ｓ
Ｖ４とすると共に、ユーザの時刻データによる時間軸を
ＳＶｕとする。

【０００８】時間軸ＳＶｕで時刻ｔｕであるとき、時間
軸ＳＶ１〜ＳＶ４で時刻ｔ１〜ｔ４であれば、ユーザ位
置（ｘｕ，ｙｕ，ｚｕ）から各衛星位置（ｘｉ，ｙｉ，
ｚｉ）（ｉ＝１〜４）までの距離ｒ１〜ｒ４は、それぞ
れ数１に示すようになる。Ｃは光速である。

【０００９】

【数１】

【００１０】これより、数２に示すように４つの式が得
られる。各衛星位置（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）（ｉ＝１〜
４）は、各衛星からの航法メッセージの軌道データに基
づいて算出される。

【００１１】

【数２】

【００１２】数２の４つの式による連立一次方程式を解
くことで、ｘｕ，ｙｕ，ｚｕが算出される。この場合、
ｔｕを未知数として計算できるため、ユーザの受信機に
高価な原子時計を備えなくてもよくなる。

【００１３】次に、航法メッセージの形式について説明
する（図５、図６参照）。

【００１４】航法メッセージは、ビット率５０ｂｐｓ、
全ビット数１５００ビットをメインフレームとするデー
タである。そのため、１フレーム送るのに３０秒かか
る。各メインフレームは、６秒，３００ビットずつの５
つのサブフレームに分割されている。

【００１５】各サブフレームの頭に８ビットのプリアン
ブル（同期信号）が配され、その後に１７ビットのＴＯ
ＷＣ（Time of Week Count）が配される。ＴＯＷＣは、
週の最初よりサブフレームをカウントした値である。ま
た、サブフレーム１のＴＯＷＣの後に１０ビットのＷＮ
（Week Number）が配される。図５Ａは、１９８０年１
月６日０時から始まる第１週のメインフレームを示して
いる。同図Ｂは、第ｎ週の最初から４つのメインフレー
ムを示している。

【００１６】また、各サブフレームは、原則として、図
５Ｃに示すように６００ｍｓｅｃ，３０ビットずつの１
０のワードからなっている。ワード１の頭の８ビットが
プリアンブルとされ、ワード２の頭の１７ビットがＴＯ
ＷＣとされている。各ワードの最後に６ビットの誤り訂
正用のパリティが配されている。各ワードのパリティは
そのワードの２４ビットおよびその前のワードの最後の
２ビットの合計２６ビットに対して付加されている。

【００１７】また、航法メッセージは、ビット率５０ｂ
ｐｓであるため、図６Ｂに示すようにビット周期は２０
ｍｓｅｃである。同図Ａはサブフレームを示している。
このような航法メッセージが、上述したようにチップ速
度が１．０２３ＭＨｚの疑似ランダムノイズ（図６Ｃに
図示）でスペクトラム拡散される。この疑似ランダムノ
イズのコード長（繰り返し周期）は１ｍｓｅｃであり、
その２０周期分が航法メッセージの１ビットに正確に対
応している。なお、１チップ周期は略１μｓｅｃとな
る。

【００１８】以上のような各衛星からの航法メッセージ
を受信するＧＰＳ受信機では、時間軸ＳＶ１〜ＳＶ４の
時刻ｔ１〜ｔ４は、数３でもって算出される。

【００１９】

【数３】

【００２０】ここで、ＷＮｉとしては航法メッセージよ
り前の週に検出されたＷＮが使用される。

【００２１】ＴＯＷｉとしては航法メッセージより前の
サブフレームで検出されたＴＯＷＣが使用されるが、週
の最初のサブフレームでは０が使用される。

【００２２】ＷＯＲＤｉとしてはワードのカウント値が
使用され、このカウント値はサブフレームの最初で０に
リセットされる。

【００２３】ＢＩＴｉとしてはビットのカウント値が使
用され、このカウント値はワードの最初で０にリセット
される。

【００２４】ＳＥＱｉとしては逆拡散に使用される疑似
ランダムノイズの繰り返し周期のカウント値が使用さ
れ、このカウント値はビットの最初で０にリセットされ
る。

【００２５】ＣＨＩＰｉとしてはチップのカウント値が
使用され、このカウント値は疑似ランダムノイズの繰り
返し周期の最初で０にリセットされる。

【００２６】ところで、車載用のＧＰＳ受信機では、建
物や立木等で衛星からの信号が遮断されて同期がはずれ
た状態となる。このように同期がはずれた状態では、数
３におけるＴＯＷｉ，ＷＯＲＤｉ，ＢＩＴｉ等を決定で
きないため、ｔｉ（ｉ＝１〜４）を算出できず、ユーザ
位置（ｘｕ，ｙｕ，ｚｕ）を得ることができなくなる。

【００２７】そのため、同期がはずれた場合には、ＴＯ
Ｗｉ，ＷＯＲＤｉ，ＢＩＴｉ等を得る同期処理が必要と
なる。

【００２８】なお、同期がはずれたか否かは、衛星から
の信号にスペクトラム逆拡散処理をして得られる相関出
力レベルの大小で判断される。

【００２９】従来、同期処理は以下のようにして行なわ
れている。

【００３０】まず、衛星からの信号にスペクトラム逆拡
散処理して得られる相関出力レベルが予め定められた値
を越えたところで受信機と衛星の疑似ランダムノイズが
同期状態であることを判断し、この出力をＰＳＫ復調し
て得られるビットストリームに基づいてビット同期の処
理が行なわれる。

【００３１】同期がはずれた状態から同期状態とするた
めには、衛星からの信号にスペクトラム逆拡散の処理で
乗算される疑似ランダムノイズの位相を調整して行なわ
れる。疑似ランダムノイズが同期状態となってからビッ
ト同期が完了するまでの時間は、ビット周期が２０ｍｓ
ｅｃであることから略２０ｍｓｅｃかかる。

【００３２】同期状態になったことが検出されるとき、
疑似ランダムノイズのチップのカウント値よりＣＨＩＰ
ｉが決定され、またビットエッジを基準とする疑似ラン
ダムノイズの繰り返し周期のカウント値よりＳＥＱｉが
決定される。

【００３３】次に、航法メッセージ（ビットストリー
ム）よりプリアンブルの検出が行なわれる。プリアンブ
ルは各サブフレームの頭に８ビットをもって配されてい
るので、プリアンブルが検出されるとき、ＷＯＲＤｉお
よびＢＩＴｉが決定される。

【００３４】同期状態になったことが検出されてからプ
リアンブルが検出されるまでの時間は、サブフレーム周
期が６秒であることから、最大６秒かかる。

【００３５】次に、航法メッセージよりＴＯＷＣの検出
が行なわれ、ＴＯＷｉが決定される。プリアンブルがワ
ード１の頭に配されるのに対してＴＯＷＣはワード２の
頭に配され、ワード周期が６００ｍｓｅｃであるので、
プリアンブルが検出されてからＴＯＷＣが検出されるま
での時間は略６００ｍｓｅｃ程度かかる。

【００３６】次に、航法メッセージよりＷＮの検出が行
なわれる。ＷＮは５サブフレーム毎に配されるので、Ｔ
ＯＷＣが検出されてからＷＮを検出するまでの時間は最
悪略３０秒程度かかる。しかし、ＷＮは１週間不変であ
り、その週内であればＷＮｉの決定にＷＮの検出は不要
である。

【００３７】

【発明が解決しようとする課題】同期はずれの状態とな
るときは、上述した同期処理をすることで、ＴＯＷｉ，
ＷＯＲＤｉ，ＢＩＴｉ等を決定でき、これよりｔｉ（ｉ
＝１〜４）を算出でき、ユーザ位置（ｘｕ，ｙｕ，ｚ
ｕ）を得ることができる。

【００３８】しかし、上述の同期処理では、同期状態と
なったことが検出されてからプリアンブルが検出される
まで最大６秒かかり、それからさらにＴＯＷＣが検出さ
れるまで略６００ｍｓｅｃ程度かかる。

【００３９】そのため、ＴＯＷｉ，ＷＯＲＤｉ，ＢＩＴ
ｉ等を得るのに、同期状態となってから最悪６秒強かか
ることもあり、それまでユーザ位置を得ること、つまり
測位が不可能となる問題があった。

【００４０】そこで、この発明では、同期処理を短時間
で行い得るようにすることを目的とする。

【００４１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る受信機
は、複数チャネルを有し、同期していないチャネルを同
期させる際、同期している他のチャネルがあるときは、
そのチャネルの時間軸データを使用するものである。

【００４２】同期していないチャネルを同期させる際、
同期している他のチャネルの時間軸データが使用され
る。プリアンブルを検出して時間軸データを得るもので
なく、同期処理を短時間で行うことが可能となる。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、この
発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形
態としてのＧＰＳ受信機を示している。このＧＰＳ受信
機は、４個の衛星からの航法データを利用するものであ
り、４チャネルを有するものである。

【００４４】図１において、アンテナ１で捕えられる各
衛星からの信号はＲＦアンプ２で増幅された後、混合器
３で局部発振器４からの局部発振信号と混合されて中間
周波信号に変換される。

【００４５】混合器３より出力される中間周波信号は、
チャネル１〜４の受信処理回路５-1〜５-4に供給され
る。受信処理回路５-1〜５-4では、それぞれ第１〜第４
の衛星からの航法メッセージを得るため、スペクトラム
逆拡散およびＰＳＫ復調等の処理が行なわれる。この場
合、受信処理回路５-1〜５-4では、第１〜第４の衛星で
使用される符号パターンの疑似ランダムノイズが使用さ
れ、第１〜第４の衛星からの航法メッセージが分離して
得られる。

【００４６】受信処理回路５-1の構成を説明する。混合
器３より出力される中間周波信号は逆拡散回路６に供給
され、疑似ランダムノイズ発生器（ＰＲＮ発生器）７か
らの疑似ランダムノイズを使用してスペクトラム逆拡散
される。

【００４７】逆拡散回路６の出力信号はデータ復調器８
に供給されてＰＳＫ復調され、復調データ（第１の衛星
からの航法メッセージＤＴ１）はＣＰＵ１１に供給され
る。

【００４８】また、逆拡散回路６より出力される相関出
力はＣＰＵ１１に供給され、ＣＰＵ１１ではその相関出
力に基づいて上述したようにチャネル１の同期状態が判
断される。そして、同期がはずれるときは、疑似ランダ
ムノイズコントローラ（ＰＲＮコントローラ）９を介し
てＰＲＮ発生器７が制御され、疑似ランダムノイズの位
相が調整され、同期状態を維持するようにされる。

【００４９】また、ＰＲＮコントローラ９より疑似ラン
ダムノイズのチップ速度に同期した１．０２３ＭＨｚの
クロックＣＫが出力され、このクロックＣＫはレンジカ
ウンタ１０にカウントクロックとして供給される。

【００５０】また、ＰＲＮ発生器７からは疑似ランダム
ノイズの繰り返し周期に同期した信号（エポックＥＰ
１）が出力され、このエポックＥＰ１はＣＰＵ１１に供
給されると共に、レンジカウンタ１０にリセット信号と
して供給される。レンジカウンタ１０のカウント値は疑
似ランダムノイズのチップのカウント値としてＣＰＵ１
１に供給される。

【００５１】ＣＰＵ１１では、ＰＲＮ発生器７からのエ
ポックＥＰ１がデータＤＴ１のビットエッジを基準にカ
ウントされ、疑似ランダム信号の繰り返し周期がカウン
トされる。

【００５２】詳細説明は省略するも、チャネル２〜４の
受信処理回路５-2〜５-4も、チャネル１の受信処理回路
５-1と同様に構成される。それぞれの受信処理回路５-2
〜５-4よりデータＤＴ２〜ＤＴ４，エポックＥＰ２〜Ｅ
Ｐ４がＣＰＵ１１に供給される。

【００５３】ＣＰＵ１１では、各チャネルの同期処理
が、図２に示すフローチャートに沿って実行される。な
お、図２の同期処理は、上述したように逆拡散回路６か
らの相関出力に基づいて同期状態になったと判断され、
かつビット同期が完了した後に実行され、２０ｍｓｅｃ
毎のビット信号に同期して行なわれる。チャネルｊの同
期処理を実行する例で説明する。

【００５４】まず、チャネルｊ以外のチャネルが同期済
みであるか否か判断する（ステップ２１）。同期済みで
ないときは、上述したようにプリアンブルを検出して行
なわれる従来同様の通常の同期処理を行なう（ステップ
２２）。

【００５５】次に、例えばＴＯＷＣまで検出されて同期
処理が終了したか否か判断する（ステップ２３）。同期
処理が終了していないときは、同期未終了の状態となっ
て同期処理が継続する。一方、同期処理が終了したとき
は、同期処理の動作を終了する。

【００５６】また、ステップ２１で、他のチャネルｉが
同期済みであるときは、ＴＯＷｉ，ＷＯＲＤｉ，ＢＩＴ
ｉがそれぞれＴＯＷｊ，ＷＯＲＤｊ，ＢＩＴｊとして設
定される（ステップ２４）。そして、設定されたＢＩＴ
ｊが正しいか否か判断するため、ＢＩＴｊによって区分
けされるワードのエラー検出をして、エラーがないか否
か判断する（ステップ２５）。エラーがないときは、同
期処理の動作を終了する。

【００５７】ステップ２５でエラーがあるときは、ＢＩ
Ｔｊ−１をＢＩＴｊとし、ＢＩＴｊを１だけデクリメン
トする（ステップ２６）。そして、設定されたＢＩＴｊ
が正しいか否か判断するため、ＢＩＴｊによって区分け
されるワードのエラー検出をして、エラーがないか否か
判断する（ステップ２７）。エラーがないときは、同期
処理の動作を終了する。

【００５８】ステップ２７でエラーがあるときは、ＢＩ
Ｔｊ＋２をＢＩＴｊとし、２だけインクリメントし（ス
テップ２８）、同期処理の動作を終了する。

【００５９】ステップ２６、２８で、ＢＩＴｉに対して
ＢＩＴｊを±１するのは、以下の理由による。

【００６０】図３において、３０は地球、３１ｎ，３１
ｆは衛星、３２は衛星の軌道である。図より明らかなよ
うに、ユーザ位置に対して最も近い位置の衛星３１ｎま
での距離は２０２００ｋｍ、逆に最も遠い衛星３１ｆま
での距離は２５７９０ｋｍである。そのため、これら２
つの衛星３１ｎ，３１ｆからユーザ位置への電波の到達
時間の差ｔｄは数４に示すようになり、ビット周期（２
０ｍｓｅｃ）より短くなる。

【００６１】

【数４】

【００６２】したがって、ＢＩＴｊは、ＢＩＴｉ，ＢＩ
Ｔｉ±１のいずれかと必ず等しくなり、ＢＩＴｊ＝ＢＩ
Ｔｉでないときステップ２６、２８でＢＩＴｉに対して
ＢＩＴｊを±１するだけで、ＢＩＴｊを正しく設定でき
る。

【００６３】同期はずれを生じたとき等、各チャネルで
同期処理が必要なときは、図２のフローチャートに沿っ
て同期処理をすることにより、数３におけるＴＯＷｉ，
ＷＯＲＤｉ，ＢＩＴｉ等を決定できる。そして、ｔｉ
（ｉ＝１〜４）を算出して、ユーザ位置（ｘｕ，ｙｕ，
ｚｕ）を得ることができる。

【００６４】本実施の形態においては、あるチャネルｊ
の同期処理をする際に、同期済みの他のチャネルｉがあ
るときは、チャネルｉのビットナンバー以上の時間軸デ
ータ、つまりＴＯＷｉ，ＷＯＲＤｉ，ＢＩＴｉを使用し
て同期処理が行なわれる。したがって、従来の通常の同
期処理のようにプリアンブルを検出してビットナンバー
以上の時間軸データを得る必要がなく、同期処理を短い
時間で行なうことができる。これにより、同期はずれに
よる測位不能時間を短くできる利益がある。

【００６５】なお、上述実施の形態においては、ＢＩＴ
ｊをＢＩＴｉ，ＢＩＴｉ±１に順次変化させて正しいＢ
ＩＴｊを得るようにしているが、変化させる順番は実施
例の順でなくともよい。

【００６６】また、上述実施の形態においては、１ワー
ドのエラー検出で判断するようにしているが、２ワード
以上のエラー検出で判断して、正確を期すようにしても
よい。

【００６７】また、上述実施の形態においては、ＢＩＴ
ｊをＢＩＴｉ，ＢＩＴｉ±１に順次変化させ、最後のも
のに関してはエラー検出をしていないが、最後のものに
関してもエラー検出をするようにしてもよい。その結
果、全てにエラーがあったときは、最もエラーの少ない
ものに設定するか、あるいはＢＩＴｊの変化範囲を広げ
ることが考えられる。

【００６８】また、上述実施の形態においては、ＢＩＴ
ｊをＢＩＴｉ，ＢＩＴｉ±１の全てに順次変化させるよ
うにしているが、予め使用するチャネルに係る衛星位置
を知ることができることから、ＢＩＴｊとしてＢＩＴｉ
±１のいずれかは有り得ないことがわかるので、有り得
ない方への変化を省略することもできる。

【００６９】さらに、上述実施の形態においては、４個
の衛星からの航法メッセージを利用する２チャネルのＧ
ＰＳ受信機を示したものであるが、この発明は、２チャ
ネル以上を有するＧＰＳ受信機に同様に適用することが
できる。

【００７０】

【発明の効果】この発明は、同期していないチャネルを
同期させる際に、プリアンブルを検出して時間軸データ
を得るものでなく、同期している他のチャネルの時間軸
データを使用するため、同期処理を短時間で行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態としてのＧＰＳ受信機の構成を示す
ブロック図である。

【図２】同期処理の動作を示すフローチャートである。

【図３】ユーザ位置より最も遠い衛星と最も近い衛星か
らの電波の到達時間の差を説明するための図である。

【図４】ユーザ位置の求め方（測位の仕方）を説明する
ための図である。

【図５】航法メッセージの形式を説明するための図であ
る。

【図６】航法メッセージの形式を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１・・・アンテナ、２・・・ＲＦアンプ、３・・・混合
器、４・・・局部発振器、５-1〜５-4・・・チャネル１
〜４の受信処理回路、６・・・逆拡散回路、７・・・疑
似ランダムノイズ発生器、８・・・データ復調器、９・
・・疑似ランダムノイズコントローラ、１０・・・レン
ジカウンタ、１１・・・ＣＰＵ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数チャネルを有し、同期していないチ
   ャネルを同期させる際、 同期している他のチャネルがあるときは、そのチャネル
   の時間軸データを使用して上記同期していないチャネル
   の同期をとること特徴とする受信機。