JPS61198072A - 自動車用ｇｐｓ航法装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＧＰＳ航法装置に関し、一層詳細には自動車に
搭載されて、当該自動車の位置を測定するためのＧＰＳ
受信機において、衛星からの電波の受信が中断し、その
後受信可能な状態に復帰した時、直ちに当該衛星電波を
再捕捉することを可能とする自動車用ＧＰＳ航法装置に
関する。

船舶や航空機のような時々刻々移動する利用者に対し、
複数個の人工衛星から電波を送給してその現在位置、走
行速度等を確認乃至決定するために、近年、ｃｐｓ測位
装置の有用性が注目を浴びている。このＧＰＳ測位装置
は、■　全世界でいつでも連続して利用出来る、■　位
置速度の測定精度が極めて高い、■　利用者数に制限が
ない 等の特徴を備えている。

このような観点からすれば、ＧＰＳ測位装置を利用する
客体は、船舶、航空機に限ることなく自動車もその対象
となって然るべきである。

特に、都市部の交通の混雑を回避し短時間に自らの現在
位置を確認し、目的地までの迂回路を発見する等に利用
出来れば、詩画的、経済的に頗る大きな効果が得られよ
う。

一般的に、ＧＰＳ測位装置は３個以上の衛星を利用する
。これらの人工衛星には夫々高精度の原子時計等が搭載
されているが、一方、受信側ではこのような高価な計時
装置は配備されてはいない。従って、受信側の時刻情報
には時計オフセットが出てくる。そこで、受信側では人
工衛星からの電波を同時に受信し、各衛星と受信点との
間の受信機の時計オフセットを含んだ擬似距離データと
各受信衛星の位置データにより受信点の位置を計算し表
示する。

ところが、周知の通り、都市部、山間部あるいはトンネ
ル等の中では、ＧＰＳに属する人工衛星からの所定数の
電波が当該自動車に到達することを阻止され、このため
に利用者自体の現在地点の確認が困難となる場合がある
。例えば、第１図に示すように、ＧＰＳ受信機を自動車
に搭載して走行する際、車輌２が道路４からトンネル６
に入ると、図示しない衛星からの電波の受信が中断し、
その後受信可能な地点に到達しても直ちにこの衛星電波
を再捕捉することが困難となる。すなわち、再び受信可
能となった時に衛星電波を再捕捉するためには、受信中
断直前に測定した受信キャリヤ周波数とＰＮコード（擬
似雑音信号）の位相の周辺を掃引して捕捉しようとする
が、衛星電波の受信中断の間に車輌は実線で示すように
地点Ａより地点Ｂまで走行している。従って、再び受信
可能となった地点Ｂの受信位置と受信中断直前の受信位
置とは当然に異なっている。このために、受信中断直前
に測定した受信キャリヤ周波数、ＰＮコードの位相と再
び受信可能となった時点の受信キャリヤ周波数、ＰＮコ
ードの位相との間に誤差が生じ、衛星電波の再捕捉に時
間がかかると共に受信可能となった位置における車輌の
測位が直ちに実行することが出来ないという難点が存在
している。

本発明は前記の種々の不都合を克服するためになされた
ものであって、ＧＰＳを構成する衛星からの電波の受信
が中断することによってＧｐｓによる測位が不能になっ
た際、自動車に装着した磁気方位計、距離計等の推測航
法手段からの各種データ並びに受信中断直前におけるＧ
ｐｓの測位データを演算処理し、再び衛星電波から受信
可能となる際の自動車の推測位置等を用いて変化するＧ
ＰＳの受信キャリヤ周波数、ＰＮコード位相を予測し、
衛星からの電波の再捕捉を最短時間で行うと共に可及的
に衛星による測位中断時間を短くすることを可能にした
自動車用ＧＰＳ航法装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明はＧＰＳを構成す
る複数個の人工衛星からの電波を選択的に捕捉して自動
車の位置を測定する位置測定用受信機であって、前記位
置測定用受信機は。

電波遮蔽物により衛星電波の受信が中断された時点に得
られた測定位置を基にして当該自動車の走行速度と方位
とを検出する推測航法センサからの出力データにより前
記衛星からの電波が再度受信可能となる時点の自動車の
推測位置を演算する手段と、受信中断直前に算出された
受信機の時計オフセット、衛星の軌道データより算出さ
れた再び受信可能となった時点の衛星位置および前記推
測位置から再開される受信電波のＰＮコードの位相を予
測演算する手段と、前記の自動車、衛星および地球の自
転の方位並びに速度を介して衛星からの受信電波の予測
キャリヤ周波数を演算する手段とを含むことを特徴とす
る。

次に、本発明に係る自動車用ＧＰＳ航法装置について好
適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細
に説明する。

第２図において、参照符号１０は自動車を示し、この自
動車１０にはＧＰＳ衛星（図示せず）から送信される電
波を受信するアンテナ１２と磁気方位計１４と距離計１
８とが配設されている。アンテナ１２の出力側は周波数
変換器２０の一方の入力端子に接続され、この周波数変
換器２０の他方の入力端子には基準発振器２２からの出
力信号を逓倍する逓倍器２４からの出力が導入されるよ
う構成されている。周波数変換器２０の出力側は増幅器
２１に接続され、この増幅器２１の出力側は相関器２６
の一方の入力端子に接続され、この相関器２６の他方の
入力端子にはＰＮココ−発生器２８の出力側が接続され
ている。相関器２６の出力側は帯域フィルタ２７に接続
され、この帯域フィルタ２７の出力側は位相検波器３０
の一方の入力端子に接続される。前記位相検波器３ｏの
他方の入力端子にはキャリヤＮＧＯ（キャリヤＮｕｍｅ
ｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔ−ｒｏｌｌｅｄ　０ｓｃｉｌｌａ
ｔｅｒ　）　３２の出力端子が接続されている。位相検
波器３０の出力側は、一方において、受信制御演算器３
４に接続されると共に、他方において、分岐して受信位
置演算器３６の一方の入力側に接続される。受信制御演
算器３４は３つの出力端子を有し、その中の１つはキャ
リヤ周波数ＮＣＯ３２に出力を送給するキャリヤ周波薮
設定切換器３８の１つの入力端子に接続し、第２の出力
端子はＰＮココ−発生器２８に出力を与えるコード位相
設定切換器４０の１つの入力端子に接続している。さら
にまた、第３番目の出力端子は分岐してキャリヤ周波数
設定切換器３８とコード位相設定切換器４０にその出力
を供給するよう構成している。

次に、基準発振器２２の出力側とＰＮココ−発生器２８
の出力側は擬似距離計測器４２に接続され、この擬似距
離計測器４２の出力側は前記受信位置演算器３６に接続
している。受信位置演算器３６の出力端子は、一方にお
いて、磁気方位計１４と距離計１８とからの入力信号を
受ける推測位置演算器４４に接続されると共に、この推
測位置演算器４４には受信制御演算器３４からの出力も
分岐して導入される。推測位置演算器４４、磁気方位計
１４、距離計１８および受信位置演算器３６からの出力
信号を受けるキャリヤ周波数コード位相演算器４６の出
力側はコード位相設定切換器４０とキャリヤ周波数設定
切換器３８の夫々の入力端子に接続している。なお、推
測位置演算器４４の出力端子は分岐してデータ切換器４
８にその出力信号を導出すると共に、このデータ切換器
４８には受信位置演算器３６からの出力信号と受信制御
演算器３４からの出力信号とが導入される。なお、図中
、参照符号５０は前記データ切換器４８の出力側に接続
される位置表示器を示す。

本発明に係る自動車用ＧＰＳ航法装置は基本的には以上
のように構成されるものであり、次にその作用並びに効
果について説明する。

図示しないＧＰＳ衛星からは電離層誤差補正のために２
つの周波数の電波にのせて航法信号を送給する。この場
合、航法信号は擬似雑音信号（以下ＰＮ信号という）に
よって拡散スペクトル変調されているのが通常である。

そこで、このような航法信号はアンテナ１２によって捕
捉され、周波数変換器２０に送給される。基準発振器２
２は所定の周波数を逓倍器２４に送給し、前記逓倍器２
４は基準発振器２２から送給されてくる信号から局部発
振信号を得て、これを周波数変換器２０に送給する。そ
こで、受信信号はこの周波数変換器２０において、逓倍
器２４の出力信号を基にして周波数変換され、さらに、
増幅器２１により増幅された信号はこの増幅器２１から
相関器２６に送給される。コード位相設定切換器４０に
よって受信する衛星のＰＮコードと同一の信号を発生す
るＰＮコード発住器２８の出力は前記相関器２６に送給
され、ここで前記アンテナ１２によって捕捉され且つ周
波数変換された受信信号のＰＮコードと相関がとられる
。すなわち、スペクトル拡散された受信信号は前記ＰＮ
ココ−発生器２８からの信号によって逆拡散され、ＰＮ
復調がここでなされる。次いで、前記相関器２６の出力
信号は帯域フィルタ２７に導入されて濾波され、その出
力信号は位相検波器３０に導入される。位相検波器３０
ではキャリヤ周波数設定切換器３８の切換設定作用下に
キャリヤＮＣＯ３２から送給されてくる周波数、すなわ
ち、受信周波数と同一の周波数との位相差が検出され、
受信制御演算器３４へ導入される。受信制御演算器３４
はコード位相設定切換器４０とキャリヤ周波数設定切換
器３８にその出力信号を送り、前記コード位相設定切換
器４０とキャリヤ周波数設定切換器３８はこの受信制御
演算器３４からの出力信号によって夫々ＰＮコード発生
器２８並びにキャリヤＮＣＯ３２にＰＮココ−位相、キ
ャリヤ周波数データを送給する。

すなわち、相関器２６、帯域フィルタ２７と位相検波器
３０と受信制御演算器３４とコード位相設定切換器４０
とＰＮコード発生器２８はＰＮコード位相同期ループを
形成し、一方、位相検波器３０と受信制御演算器３４と
キャリヤ周波数設定切換器３８とキャリヤＮＣＯ３２は
位相同期ループを構成していることが容易に諒解されよ
う。なお、位相検波器３０からの出力信号が受信制御演
算器３４に導入され、この受信制御演算器３４では位相
検波器３０からの受信周波数と受信機のキャリヤＮＣＯ
３２の周波数との位相差が検出出来ない場合に受信測位
不能であることが判別され、その出力信号は推測位置演
算器４４に出力される。

前記の通り、ＰＮコード発生器２８はＰＮ復調するため
の信号を相関器２６に送給するが、一方において、この
コード信号は擬似距離計測器４２に送給される。擬似距
離計測器４２では基準発振器２２から送られてくるクロ
ック周波数とＰＮコードに係る信号によってＰＮココ−
発生器の位相値からＧＰＳ衛星までの擬似距離を測定す
ることが可能となる。この測定された擬似距離は受信位
置演算器３６に導入される。一方、位相検波器３０の出
力側は分岐して前記受信位置演算器３６の入力端子に導
入される。ここで、この受信位置演算器３６は前記位相
検波器３０からの航法データより計算された衛星の位置
と擬似距離計測器４２からの受信点と衛星までの擬似距
離データを基に受信位置を演算し、これを推測位置演算
器４４とキャリヤ周波数コード位相演算器４６に送給す
る。また、一方において、この受信位置信号はデータ切
換器４８へと送給される。このようにして受信位置デー
タを得たデータ位置切換器４８は位置表示器５０にその
出力信号を送給し、ＣＲＴ等で構成される位置表示器５
０はこの出力信号に基づいて当該自動車１０の現行走行
位置を表示する。

ところで、衛星からの電波が、例えば、第１図に示すよ
うに、トンネル等によって遮蔽された場合、当該自動車
１０に搭載されたアンテナ１２はこの衛星電波を捕捉す
ることが不可能となる。

そこで、この場合には磁気方位計１４と距離計１８とが
活用される。マグネットコンパス等からなる磁気方位計
１４の出力信号は推測位置演算器４４にその出力信号を
送給し、一方、車輪の回転数を検知して当該自動車の走
行距離を測距する距離計１８からの距離データも前記推
測位置演算器４４に送給される。そこで、推測位置演算
器４４には受信位置演算器３６からのＧＰＳ電波に基づ
く測位が不能となる直前の測位データが導入されている
。従って、推測位置演算器４４はこの受信制御演算器か
らの測位データを基準として磁気方位計１４と距離計１
８とのデータを基にして当該自動車１０の推測位置を演
算する。

一方、キャリヤ周波数コード位相演算器４６には測位不
能となる直前の受信位置演算器３６からの測位データと
磁気方位計１４、距離計１８のデータ入力信号が導入さ
れている。従って、前記推測位置演算器４４からの推測
位置データがこのキャリヤ周波数コード位相演算器４６
に導入されると、この演算器４６は推測位置より衛星の
キャリヤ周波数とコード位相を予測計算することが可能
となる。すなわち、受信位置演算器３６からの衛星の位
置並びに時計オフセットから、ここでは擬似距離が演算
され、コード位相が予測され、また、前記距離計からの
自動車の走行速度と磁気方位計１４からの方位と衛星の
移動速度並びに方位、さらに、地球の自転の速度、方位
から自動車１０と衛星の相対速度とが算出され、衛星の
ドプラ周波数が予測され、これに対し基準発振器の周波
数オフセットを加算することにより受信するキャリヤ周
波数の予測を行い、夫々キャリヤ周波数設定切換器３８
、コード位相設定切換器４０の設定切換動作を行い、Ｐ
Ｎコード発生器２８、キャリヤＮＣＯ３２の制御を行う
。

ここで、衛星の擬似距離、ドプラシフト周波数の算出法
を説明すると以下の通りである。

時刻Ｌ０において測位した時、例えば、衛星のドプラシ
フト周波数　　ΔＦ　（Ｈ，）自動車側時計オフセット
　　　　Ｂｕ　（ｍ）自動車側時計オフセット変化率　
ΔＢ　ｕ（ｍ／ｓ）自動車位置　　　　　　Ｕ、いＵｙ
ｏ、Ｕ２゜が得られたとする。

この時、時刻ｔ、で衛星電波を捕捉しようとすると、衛
星電波の送信時刻ｔ５．は次式で近似とされる。

’ｓ＋＝（ｔ＋　　　ｔＪ−ΔＦ／Ｆ　　Ｈ（ｔ、　　
　ｔｏ）＋　ｊｓ。

なお、この場合、 Ｆは１．５７５４２　Ｘｌ、０９（Ｈ，）であり、また
、ｊｓｏは時刻ｔ０において衛星電波を捕捉した時の衛
星電波の送信時刻を示す。

そこで、ｔ□における衛星位置Ｘ、いＹｓｌ、Ｚｔｌは
、航法メツセージデータより、時刻１゜におけるユーザ
位置Ｕ８いＵｙｌ、ＵｚＩ　　は磁気方位計データ並び
に距離計データより求められる。

ここで、衛星の擬似距離ρＩＩは、 ＋Ｂｕ＋ΔＢｕ　（ｔ＋　−ｔｏ　）　＋１３゜この場
合、Ｂ、は衛星時計オフセット（ｍ）として予測計算さ
れる。

また、時刻１．での予測ドプラシフト周波数ΔＦ’ｓ＋
は、 Ｄ　Ｘ　”　Ｘｓ＋　　ＵｚＩ　　　　　Ｄ　Ｘ　＝　
Ｘｓ＋　　ｕＸＩＤ　Ｙ　−Ｙ＝＋　　Ｕｙｌ　　　　
　Ｄ　Ｙ　＝　ＹＳ＋　　Ｕｙ＋ＤＺ＝Ｚ、、−Ｕ、Ｉ
　　　　　ＤＺ＝Ｚｓ、−Ｕ、。

Ｄ＋ｓ””　　ＤＸ”　＋ＤＹ”コ１７丁　　（ｍ）Ｃ
：　２９９７９２４５８　　（ｍ／ｓ）とおくと として求められる。

そこで、推測位置演算器４４が実質的に駆動されている
時、受信制御演算器３４からのキャリヤ周波数データ、
コード位相データはオフとされるために、送給されるこ
とがない。すなわち、受信制御演算器３４からの信号が
導入されている間、推測位置演算器４４ではその測位デ
ータが受信位置演算器３６からの位置データにより更新
され、これをデータ切換器４８を介して位置表示器５０
に表示する。一方、前記受信制御演算器３４からの出力
信号が推測位置演算器４４に導出されない場合には推測
位置演算器４４が駆動する。なお、このようにして演算
処理される推測位置は衛星からの電波の受信が中断して
いる間にはデータ切載器４８を介して位置表示器５０に
表示される。

このようにして測位不能な時に推測位置を演算し、また
衛星からの周波数、コード数を予測演算することが可能
であるために信号がその中断を中止した時に可及的速や
かに衛星電波の捕捉が可能となる。なお、前記実施例に
おいては衛星からの電波の受信が再び可能となることを
考慮して自動車の推測位置の計算に磁気方位計、距離計
等の推測航法センサからの出力を用いているが、これに
代替して、受信中断直前に受信位置と共に算出された自
動車の移動方向並びに速度を用いて推測位置を算出する
ことも可能である。例えば、衛星電波からの受信が中断
している間において、自動車の移動方位並びに速度が一
定であるとするならば、この自動車の移動方位並びに速
度を用いることによって前記実施例と同一の効果が期待
出来る。この場合には、特に、磁気方位計１４、距離計
１８が必要とされないという利点がある。

以上、本発明によればＧＰＳ受信機を搭載した自動車が
、例えば、建物、トンネル等の電波遮蔽物の内部、また
は、その近辺を走行する際において、推測航法センサ、
すなわち、磁気方位計、距離計からの方位データ、距離
データ並びに受信中断直前の測位データを用いてトンネ
ル内等の車輌の推測位置を算出することが可能となり、
この結果、受信が再開した時点で可及的速やかに衛星電
波を捕捉することが可能となる。この結果、衛星の測位
中断時間を短くすることが出来るばかりか自らの現在走
行位置を常に監視することが出来るために走行速度、走
行方位を見誤るという弊害も回避することが出来る。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設
計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は道路からトンネル内に入る場合の自動車と道路
とその推測位置と現在位置との相関関係を示す説明図、
第２図は本発明に係る自動車用ＧＰＳ航法装置のブロッ
ク図である。 １０・・自動車　　　　　１２・・アンテナ　５１４・
・磁気方位計　　　１８・・距離計２０・・周波数変換
器　　２１・・増幅器２２・・基準発振器　　　２４・
・逓倍器２６・・相関器　　　　　２７・・帯域フィル
タ２８・・ＰＮコード発生器 ３０・・位相検波器　　　３２・・キャリヤＮＣＯ３４
・・受信制御演算器　３６・・受信位置演算器３８・・
キャリヤ周波数設定切換器 ４０・・コード位相設定切換器 ４２・・擬似距離計測器　４４・・推測位置演算器４６
・・コード位相演算器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＧＰＳを構成する複数個の人工衛星からの電波を
   選択的に捕捉して自動車の位置を測定する位置測定用受
   信機であって、前記位置測定用受信機は、電波遮蔽物に
   より衛星電波の受信が中断された時点に得られた測定位
   置を基にして当該自動車の走行速度と方位とを検出する
   推測航法センサからの出力データにより前記衛星からの
   電波が再度受信可能となる時点の自動車の推測位置を演
   算する手段と、受信中断直前に算出された受信機の時計
   オフセット、衛星の軌道データより算出された再び受信
   可能となった時点の衛星位置および前記推測位置から再
   開される受信電波のＰＮコードの位相を予測演算する手
   段と、前記の自動車、衛星および地球の自転の方位並び
   に速度を介して衛星からの受信電波の予測キャリヤ周波
   数を演算する手段とを含むことを特徴とする自動車用Ｇ
   ＰＳ航法装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、位置
   測定用受信機はＰＮコード位相設定切換器とキャリヤ周
   波数設定切換器とを有し、さらに、衛星からの電波を受
   信可能の際には衛星電波のＰＮコード位相並びにキャリ
   ヤ周波数と同一のコード位相並びにキャリヤ周波数を設
   定する信号を前記ＰＮコード位相設定切換器とキャリヤ
   周波数設定切換器とに夫々送給する手段を含むことから
   なる自動車用ＧＰＳ航法装置。