JPS61226610A - 自動車用航法装置 - 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、ＧＰＳ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９時間的、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、−万、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９周知の通り、都市部、山間部あるいはトンネ
ル等の沖では、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、ＧＰ８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９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（蒙似
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
ＧＰＳ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
ＧＰＳ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９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、ドップラシフト周波数及び時
刻、衛星の軌道データより算出された再び受信可能とな
った時点の時刻とその時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１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ＩＯ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１８
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ｍの一方の入力端子に接続され、この周波数変換器
筒の他方の入力端子には基準発振器ｎからの出力信号を
逓倍する逓倍器ツからの出力が導入されるよう構成され
ている。周波数変換器筒の出力側は増幅器２１に接続さ
れ、この増幅器′２１の出力側は相関器あの一方の入力
端子に接続され、この相関器Ｉの他方の入力端子九はＰ
Ｎココ−発生器あの出力側が接続されている。相関器２
６の出力側は帯域フィルタｎに接続され、この帯域フィ
ルタ苔の出力側は位相検波器Ｉの一方の入力端子に接続
される。前記位相検波器間の他方の入力端子にはキャリ
ヤＮＣ０（キャリ’ｖ　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔ
　−ｒｏｌｌｅｄ　０ｓｃｉｌｌａｔｅｒ　）　３２の
出力端子が接続されている。位相検波器間の出力側は、
一方において。

受信制御演算器３４に接続されると共に、他方において
９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。受信位置演算器讃は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
キャリヤ周波数設定切換器あの１つの入力端子に接続し
、第２の出力端子はＰＮコード発生器四に出力を与える
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あ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ｎの出力側とＰＮコード発生器路の出
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Ｍ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リアルタイムクロツク４７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部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４８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。リアルタイムクロック４７は前記演算器３６により
較正され吃の時刻を前記演算器３６゜４６へ送給する。

なお９図中、参照符号■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９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コードという）
により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９
周波数変換器筒に送給される。基準発振器ｎは：所定の
周波数を逓倍器加に送給し、前記逓倍器加は基準発振器
ｎから送給されてくる信号から局部発振信号を得て、こ
れを周波数変換器筒に送給する。そこで、受信信号はこ
の周波数変換器筒において、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コード発生器四
部出力は前記相関器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コード発生器あからの信
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ｎに導
入されて濾波され。

その出力信号は位相検波器（資）に導入される。位相検
波器Ｉではキャリヤ周波数設定切換器あの切換設定作用
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。受信位置演算器
讃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μｓ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あはこの受信位置
演算器詞からの出力信号によって夫々ＰＮコード発生器
路並びにキャリヤＮＣＯ３２にＰＮコード位相、キャリ
ヤ周波数データを送給する。

すなわち、相関器２６．帯域フィルタがと位相検波器Ｉ
と受信制御演算器３４とコード位相設定切換器４０とＰ
Ｎコード発生器あはＰＮコード位相同期ループを形成し
、−万９位相検波器器筒受信制御演算器３４とキャリヤ
周波数設定切換器部とキャリヤ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９
位相検波器筒からの出力信号が受信制御演算器あに導入
され、この受信制御演算器３４では位相検波器側からの
受信周波数と受信機のキャリヤＮＣＯ３２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４４．４０．
３８．４８に出力される。

前記の通り、ＰＮコード発発生沼田ＰＮ復調するための
信号を相関器２６に送給するが、−万において、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ｎから送られてくるクロ・ツ
ク周波数とＰＮコードの位相値からＧＰ８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。−万位相検
波器美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
は前記位相検波器側から衛星の航法データを復調し、こ
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−万において、この受信位置信号はデータ切換器４
８へと送給される。このようにして受信位置データを得
たデータ切換器４８は位置表示器（資）にその出力信号
を送給し、　ＣＢ、Ｔ等で構成される位置表示器間はこ
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２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、−万、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３
４からの測位データを基準として磁気方位計１４と距離
計１８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４
６に導入されると、この演算器４６は推測位置及びリア
ルタイムクロック４７からの実時刻、受信位置演算器３
６からのドプラシフト周波数９侍刻オフセット。

時刻オフセット変化率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からの衛星の位置及びリアルタイムク
ロック４６からの実時刻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、これによりコード位相が予
測される。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ントを加算
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あ、コード位相設定切換
器４０の設定切換動作を受信位置演算器讃の受信不能信
号により行い、ＰＮコード発生器路中ャリヤ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１．において測位した時９例えば。

衛星のドプラシフト周波数　ΔＦ（Ｈｚ）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　△Ｂｕ（ｍ／ｓ）自動車位置　　　　　　ＵＸ（ｌ
　ＵＹＯＵＺＯが得られたとする。

この時２時刻ｔ１　　で衛星電波を捕捉しようとすると
、衛星電波の送信時刻ｔｌ１１は次式で近似とされる。

ｔｓ＋＝（ｔｌ−ｔｌ））−ΔＦ／Ｆ・（ｔ＋−１ｏ　
）＋ｔｓ。

なお、この場合。

Ｆは１．５７５４２Ｘ１０・（Ｈｚ）であり、また、　
　ｔｓ。

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、　　ｔｉｌｌにおける衛星位置Ｘ、、、Ｙｇ、
。

ＺＳ＋は、航法メツセージデータより求められ。

時刻１．　　におけるユーザ位置Ｕｘ□、ＵＹ、　、Ｕ
、　、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ρ８１は。

−１−Ｂｕ＋△Ｂｕ（ｔ＋−ｔｏ）＋Ｊこの場合＋Ｂｌ
　　は衛星時計オフセラ）（ｍ）として予測計算される
。

また１時刻ｔ１　　での予測ドプラシフト周波数ΔＦＳ
Ｉは。

ＤＸ＝Ｘｓｒ　　Ｕｘ　Ｉ　　　ＤＸ＝Ｘｓｔ　　Ｕｘ
　１ＤＹ＝Ｙ８Ｉ−ＵＹＩＤＹ＝Ｙ８．−ＵＹ１ＤＺ＝
Ｚ、□−Ｕ　ｚ　ｔ　　　ＤＺ＝Ｚ　ｓ　Ｉ−Ｕ　ｚ　
。

Ｄ、Ｓ＝　ＤＸ”　＋ＤＹ”　＋ＤＺ”　　（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、受信位置演算器調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。

受信制御演算器あ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部
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間に表示する。−万、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換器４８
を介して位置表示器間に表示される。

このようにして測位不能な時に推測位置を演算し、また
衛星からの受信キャリヤ周波数、コード位相を予測演算
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／す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２本発明によればＧＰＳ受信機を搭載した自動車が
９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９本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
９本発明はこの実施例に限定されるものではなく９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、１４・・・磁
気方位計１８・・・距離計、２０・・・周波数変換器、
２１・・・増幅器。 ｎ・・・基準発撮器、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Ｎ
Ｃ０，３４・・・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・・・キャリヤ周波数
・コード位相演算器、４７・・・リアルタイムクロック
、４８・・・データ切換器、５０・・・位置表示器。

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、ドップラシフト周波数及びその時刻、そし
   て、衛星の軌道データより算出された再び受信可能とな
   った時点の時刻と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ＧＰ
   Ｓ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。