JPH09304502A - Ｇｐｓ受信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＧＰＳ受信機の最適な信号検出スレッシュレ
ベルを自動的に更新することにより衛星を捕捉するまで
の時間を短縮し、立ち上がり時間および遮断復帰時間を
早くすることを目的とする。 【解決手段】 複数のチャンネルを持つ検波部12と、衛
星の位置と伝搬時間およびドップラーシフト周波数から
位置と速度を算出する測位部13と、衛星信号検出のスレ
ッシュレベルを決定する信号スレッシュレベル自動決定
手段14を備えたＧＰＳ受信機であって、受信した衛星の
仰角と信号レベルから最適な信号検出のスレッシュレベ
ルを決定することにより、アンテナ11およびアンテナの
使用環境が変化した場合でも衛星捕捉までの時間を短縮
するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地球を周回するＧ
ＰＳ衛星から受信機位置、速度を求めるＧＰＳ（Global
Positioning System）受信機に関し、特に受信した衛
星の仰角と信号レベルの関係から最適な信号検出スレッ
シュレベルを決定して衛星を捕捉する時間を短縮するＧ
ＰＳ受信機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＧＰＳ受信機は、複数の衛星の電波を同
時に受信して、人工衛星からの航法メッセージ（軌道情
報や時刻情報）を取得することによって地球上での絶対
位置を、またドップラーシフト周波数を測定することに
より、速度を算出することが可能なシステムである。

【０００３】ＧＰＳ衛星のキャリア周波数は、Ｌ１帯で
1.57542GHzであるが、衛星は移動しており、受信機も移
動する為にドップラーシフト周波数が発生する。更に、
ＧＰＳ受信機内部の基準周波数発振器も経年劣化や温度
変化により変動している（以降、内部基準周波数発振器
による周波数ずれと衛星および受信機の移動によるドッ
プラーシフト周波数を合わせてドップラーシフト周波数
と呼ぶ）。

【０００４】またＧＰＳ衛星が送信する電波は、擬似雑
音符号(Pseudo Random Noise Code、以降PRN符号と呼
ぶ)と呼ばれる周期が1msecのコード符号で変調されてお
り、同一のPRN符号で位相を合わせて逆拡散しなければ
衛星電波を受信することはできない。

【０００５】このPRN符号とドップラーシフト周波数を
同時に徐々に変化させ、信号検出スレッシュレベルより
も大きな値になった場合は引き込み処理(PLL)に移行
し、PRN符号とドップラーシフト周波数の引き込みおよ
び追尾処理を行ない、航法メッセージを取得して測位計
算を行なう。

【０００６】PRN符号の位相を合わせて逆拡散を行なっ
た場合と、位相が1チップ以上ずれているまたは異なるP
RN符号との逆拡散結果の最大値を比較すると、その比は
約1023:67となる。従って、PRN符号の信号検出スレッシ
ュレベルは、この比およびPRN符号とドップラーシフト
周波数の走査分解能による自己相関値の低下を考慮して
決定することができる。

【０００７】しかし実際にPRN符号の位相を合わせた逆
拡散結果も、電波が大気を通過する間の減衰や受信機の
ノイズ、衛星の仰角、アンテナの指向性、アンテナの性
能、アンテナの使用環境等の様々な影響を受けて変動し
てしまうので、これらの要因を検討して信号検出のスレ
ッシュレベルを決定しなければならない。

【０００８】もし信号検出スレッシュレベルを低く設定
してしまうと、ノイズや他の衛星との相互相関値で引き
込み処理に移行してしまい、追尾できずに再びPRN符号
およびドップラーシフト周波数の走査に戻るという処理
が頻発してしまう。つまり実際に追尾できる衛星の信号
を検出するまでに無駄な走査を行なってしまい、その結
果測位計算の開始または遮断復帰時間が遅くなってしま
う。

【０００９】反対に信号検出スレッシュレベルを高くし
すぎると、本来受信可能な位置にいる衛星が前記要因に
より逆拡散結果が低下した場合に受信できなくなってし
まう。従来までこの信号検出スレッシュレベルは、これ
らの逆拡散結果の減衰要因を考慮して、モデルケースか
ら経験的に決定していた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、逆拡散
結果は前述したようにアンテナの設置場所、例えば車室
内にアンテナを設置した場合と車室外にアンテナを設置
した場合といったようなその使用環境により大きく変動
してしまう。その結果、モデルケースから決定した信号
検出スレッシュレベルは最適な値とはいうことができな
い場合が考えられる。

【００１１】更に１度衛星を捕捉したり、測位計算を行
なったりしてドップラーシフト周波数を精度良く予測し
た場合でも信号検出スレッシュレベルは、同一の値を使
用しており、やはり無駄な走査が発生している。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記問題を解決するため
に、本発明のＧＰＳ受信機は受信した衛星の仰角と信号
レベルの関係から最適な信号検出スレッシュレベルを決
定するようにしたものであり、アンテナの使用環境が著
しく異なる場合でも、最適な信号検出スレッシュレベル
を自動的に決定することにより、無駄なPRN符号の走査
を避けることができ、衛星を捕捉する時間を短縮するこ
とができる。

【００１３】また測位計算結果などからドップラーシフ
ト周波数等が確定した場合に、信号検出スレッシュレベ
ルを上げるようにしたものであり、これによりノイズ等
による無駄な誤検出を避け、衛星捕捉までの時間を短縮
することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、衛星信号検出のスレッシュレベルを決定するスレッ
シュレベル自動決定手段を備え、受信した衛星の仰角と
信号レベルから受信機毎のアンテナ使用環境に対応し
て、最適な信号検出スレッシュレベルを設定し、無駄な
走査をすることなく衛星を捕捉するまでの時間を短縮す
ることにより、測位までの立ち上がりおよび遮断復帰を
速やかに行なうことができるという作用を有する。

【００１５】本発明の請求項２に記載の発明は、前記ス
レッシュレベル自動決定手段を、電源オンから最初に衛
星の信号を検出するまでは、信号検出スレッシュレベル
を低くし、ドップラーシフト周波数が確定した後は信号
検出スレッシュレベルを高くし、遮断が発生した場合は
遮断時間により信号検出スレッシュレベルを減衰するよ
うにしたものであり、無駄な走査をせずに衛星を捕捉で
き遮断復帰時間を速やかに行なうことができるという作
用を有する。

【００１６】以下、本発明の実施の形態について図を用
いて説明する。

【００１７】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態のＧＰＳ受信機の構成を示し、図１におい
てＧＰＳ受信機は、衛星の信号を受信するアンテナ11
と、受信した信号を復調する検波部12と、復調した信号
を基に衛星の位置と衛星から受信機までの距離を用いて
連立方程式を立て位置を算出する測位部13と、衛星の仰
角と信号レベルから衛星信号検出のスレッシュレベルを
決定する信号検出スレッシュレベル自動決定手段14とか
ら構成されている。

【００１８】そして、信号検出スレッシュレベル自動決
定手段14は、図３の処理フローに従って動作する。すな
わち、信号検出スレッシュレベル自動決定手段14は、あ
らかじめ設定された信号検出スレッシュレベルの初期値
を用いて衛星を受信し、衛星を受信すると起動される。

【００１９】次に、起動後はまず測位計算を行ないＧＰ
Ｓ受信機の位置が確定しているかどうかをチェックす
る。これは、以降の処理で衛星の仰角を使用するため、
受信機の位置と時刻が確定していることを確認する為で
ある。

【００２０】そして次に、衛星の追尾が安定しているか
を確認する。追尾が安定していることは信号レベルが安
定しているとも考えられるので、安定した信号レベルを
使用して信号検出スレッシュレベルを更新する。

【００２１】更に、衛星仰角を使用して信号検出スレッ
シュレベルを決定するので、衛星の軌道情報を保持して
おり、軌道計算が可能か否かをチェックして、可能な場
合にのみ信号検出スレッシュレベルを更新する。

【００２２】なお、信号検出スレッシュレベル決定のた
め、あらかじめモデルケースから信号レベルと仰角の関
係をアンテナ標準関数として調査しておく。さらにその
モデルケースでの標準信号検出スレッシュレベルを決定
して、信号検出スレッシュレベルの初期値とする。

【００２３】ここでアンテナ標準関数の一例として無指
向性のアンテナを使用したと考えると、受信した衛星の
信号レベルは、ほぼ衛星の仰角に比例していると考えら
れ、 信号レベル ＝ 傾き × 仰角 ＋ｙ切片 として表すことができる（図２参照）。

【００２４】信号検出スレッシュレベルは、信号レベル
が最低の場合でも信号検出しなければならないので、こ
の例では仰角が０度の場合のアンテナ標準関数から標準
信号検出スレッシュレベルを決定する。アンテナの使用
環境やその他の影響は、仰角には関係なく信号レベル全
体が上下するものであると考えられる。

【００２５】そこで実際に受信した衛星の仰角からアン
テナ標準関数を用いてモデルケースの信号レベルを求
め、実際に受信した衛星の信号レベルとの差から下記式
１を用いて信号検出スレッシュレベルを更新する。下記
式１において、信号検出スレッシュレベルの初期値はあ
らかじめモデルケースから決定した標準信号検出スレッ
シュレベルとする。

【００２６】 Level n ＝ Level n-1 − Gain × ( f(angle) - SvLevel ) （１） Level： 信号検出スレッシュレベル Gain ： ゲイン angle： 衛星仰角 SvLevel： 受信衛星の信号レベル f()： アンテナ標準関数 前記では簡単な例として、無指向性のアンテナを考えた
が、実際はアンテナの指向性を考慮してアンテナ標準関
数と標準信号検出スレッシュレベルを決定する必要があ
る。

【００２７】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態の構成は前記第１の実施の形態と同様の構成で実
現でき、信号検出スレッシュレベル自動決定手段の動作
が一部異なる。

【００２８】衛星を受信する手順としては、既述したよ
うにまずPRN符号とドップラーシフト周波数を徐々に変
化させて、逆拡散結果が信号検出スレッシュレベル以上
の値となるまで走査する。

【００２９】信号検出スレッシュレベル以上の逆拡散結
果が現れた場合は、PRN符号とドップラーシフト周波数
のおおよその値が一致したとして引き込み処理に移行す
る。その後引き込めた場合はそのまま追尾し、航法メッ
セージを取得して測位計算を行なう。引き込めなかった
場合は、再度PRN符号とドップラーシフト周波数の走査
を行なう。

【００３０】ここでPRN符号とドップラーシフト周波数
走査中の逆拡散結果は、PRN符号およびドップラーシフ
ト周波数の走査分解能の精度でしか一致しないため、理
想値よりも低下してしまう。信号検出スレッシュレベル
はその低下分を考慮して決定している。

【００３１】しかし１度衛星を捕捉したり、測位計算を
行なった場合は少なくともドップラーシフト周波数はあ
る精度で予測することが可能である。そこで図４の処理
フローで信号検出スレッシュレベルを決定する。

【００３２】信号検出スレッシュレベル自動決定手段14
は、ある一定間隔で起動される。起動後は、測位計算を
行なっているか否かをチェックし、測位計算を行なって
いる場合はドップラーシフト周波数を精度よく推定でき
るので、信号検出スレッシュレベルを上げる。

【００３３】同様に、測位計算をしていなくても、１衛
星以上受信できている場合は信号検出スレッシュレベル
を上げることができる。

【００３４】それ以外の場合は、ドップラーシフト周波
数の予測精度が劣化するので、それまでの信号検出スレ
ッシュレベルを減衰させて、低い信号の場合も信号を検
出しやすくする。

【００３５】信号検出スレッシュレベルが初期値以下と
なった場合は、初期値とすることで、必要以上低下して
しまうことを防ぐ。この手順に基づいて信号検出スレッ
シュレベルを自動的に決定する。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、各受信機
毎に異なるアンテナ使用環境等の影響による信号レベル
にあった信号検出スレッシュレベルを自動的に設定で
き、無駄な走査を減少させ、測位計算の立ち上がり時間
や遮断復帰時間を短縮するという有利な効果が得られ
る。

【００３７】また、ドップラーシフト周波数を予測でき
る場合は信号検出スレッシュレベルを上げることによ
り、無駄な走査を減少させ、遮断復帰時間を短縮すると
いう有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるＧＰＳ受信
機の概略図、

【図２】本発明の第１の実施の形態における仰角と信号
レベルの関係を示す図、

【図３】本発明の第１の実施の形態における信号検出ス
レッシュレベル決定処理手順の例、

【図４】本発明の第２の実施の形態における信号検出ス
レッシュレベル決定処理手順の例、

【図５】従来のＧＰＳ受信機の構成例である。

【符号の説明】

11、21 アンテナ 12、22 検波部 13、23 測位部 14 信号検出スレッシュレベル自動決定手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のチャンネルを有する検波部と、受
   信機の位置と速度を算出する測位部と、衛星信号検出の
   スレッシュレベルを決定する信号スレッシュレベル自動
   決定手段を備え、受信した衛星の仰角と信号レベルから
   受信機の信号検出スレッシュレベルを決定することによ
   り、受信機毎のアンテナの使用環境に対応した最適な信
   号検出スレッシュレベルを設定して、衛星を捕捉するま
   での時間を短縮することを特徴とするＧＰＳ受信機。
2. 【請求項２】 前記スレッシュレベル自動決定手段は、
   電源オンから最初に衛星の信号を検出するまでは、信号
   検出スレッシュレベルを低くし、ドップラーシフト周波
   数が確定した後は信号検出スレッシュレベルを高くし、
   遮断が発生した場合は遮断時間により信号検出スレッシ
   ュレベルを減衰するようにして、無駄な走査を行なうこ
   となく、速やかに衛星を捕捉できるようにしたことを特
   徴とする請求項１記載のＧＰＳ受信機。