JPS6315181A

JPS6315181A - Ｇｐｓ受信機

Info

Publication number: JPS6315181A
Application number: JP61159048A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Tateda; 舘田　良文; Takeshi Ikeda; 健池田; Akio Teranishi; 寺西　昭男
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-07-07
Filing date: 1986-07-07
Publication date: 1988-01-22
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: JPH0823577B2

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】産業上の利用分野本発明は全世界測位衛星システムであるＮＡＶ　Ｓもの
である。

従来の技術最近、ＧＰＳ受信機は航法の分野で注目されるよう１ユ
なってきた。このＧＰＳ受信機は、例えば″　ＧＤＭ／
ＧＰＳ　　　Ｒｅｃｅｉｖｅｒ　　　Ｉ−■ａｒ小ｖａ
ｒｅ　　　Ｉｍｐ１ｃｍｅｎｔａｔｉｏｒｆ’（ＮＡＥ
ＣＯＮ　　１９７７、３０３−３０９　）等に記載され
てＰＯ８ＩＴＩＯＮＩＮＧ　　ＳＹＳＴＥＭ　　ｖｏｌ
、ロ　１９８．１．６ｌ−７７）等に記載されているマ
ルチプレックス方式が知られている。以下、第７図〜第
１０図を参照して従来のＧＰＳ受信機について説明する
。

第７図は従来のマルチチャンネル方式のＧＰＳ受信機の
構成を示すブロック結線図である。第７図において、２
は衛星１の電波を受信するアンテナ、３は受信した信号
を増幅する前置増幅器、４及び５（は前置増幅器３の出
力信号を周波数変換する局部発振器及び混合器、６は混
合器５より出力される中間周波信号を濾波する帯域フィ
ルタ、７は帯域フィルタ６の出力を増幅する増幅器、９
は増幅器７の信号を復調し制御部８にデジタル信号に変
換し出力する４個の復調器、１０は衛星からのスプレッ
ドスペクトラム信号を逆拡散するための疑似雑音信号発
生器である。１１は搬送波を再生する数値制御発振器、
１２は疑似雑音発生器１０の出力信号のタイミングを発
生する数値制御発振器で、制御部８はこの２個の発振器
１１．１２を制御し、受信信号からアンテナ２の位置を
計算する。

以上のような構成において、以下その動作を説明する。

まず、無指向性のアンテナ２により、４個の衛星の電波
を受け、前置増幅器３で増幅し、局部発振器４の出力信
号と、混合器５により周波数変換する。この信号を帯域
フィルタ６により帯域制限した後、増幅器７で増幅する
。増幅器７の利得は、制御部８により調整する。この出
力信号は４個の衛星の信号を含んでおり、４個の復調部
９でそれぞれ個別に分離復調し、８ビット程度にデジタ
ル化して制御部８に出力する。衛星の分離は、疑似雑音
発生器１０が発生する各衛星個有の１０２３ビツト・ゴ
ールド信号を並列出力し、この４信号との相関を求める
ことにより行なう。さらに、受信機と衛星との相対速度
に起因する衛星信号のドツプラシフトに対応するととも
に、衛星から２相の位相変調で送られて来るデータを受
信するための搬送波を再生する数値制御発振器１１の信
号を復調部９に供給する。才た、疑似雑音信号発生器１
０の出力するゴールド信号の位相は制御部８の制御によ
り、数値制御発振器１２を介し４衛星に対して独立に制
御する。数値制御発振器１１　の発振周波数もまた、制
御部８が制御する。

さらに、制御部８は各衛星から送られて来るデータを復
調部９の出力から読み取り、各衛星の軌道要素上衛星の
基準となっているＧＰＳクイムの１ｍ　ｓｅｃ単位の粗
い部分を求める。さらに、ゴールド符号の位相から、各
衛星の細かなＧＰＳタイムを求める。軌道上の衛星は非
常に正確に時間の整合がとられており、受信信号の示す
４個のＧＰＳタイムと、電波の伝搬時間及び衛星の位置
に関する受信点の３次元位置き受信点におけるＧＰＳタ
イムを未知数とした連立方程式を解く事によって受信点
の位置を求め、求められた位置をデータとして外部へ出
力するこさができる。

第８図は復調部９をさらに詳細に説明するブロック結線
図である。

まず、第７図に示した増幅器７の出力は混合器９−１及
び９−２と移相器９−３により直交検波される。混合器
９−１は受信信号の搬送波と同相の成分を出力し、さら
に混合器９−４と９−５．１！：９−６において、第７
図に示した費似雑音発生器１１　の発生するゴールド符
号のそれぞれ中央の位相、少し進んだ位相、少し遅れた
位相との相関を求め、送られて来るデータの受信さ、受
信機の発生するゴールド符号の進み遅れを検出する。一
方、混合器９−２の出力は、ゴールド符号の中央値き混
合器９−７によって相関を求め、受信信号と再生した数
値制御発振器１１の出力する搬送波七の位相差を求め、
数値制御発振器１１の周波数を制御する。混合器９−４
から９−６の出力はそれぞれ低域通過フィルタ９−８か
ら９−１１を介し、スイッチ９−１２で順次走査し、Ａ
／Ｄ変換器９−１３でデジタル変換し、制御部８へ出力
される。

次に、第９図を用いて従来のマルチプレックス方式によ
る別のＧＰＳ受信機について説明する。

第９図Ｃ二おいて、第７図き同様に、２は衛星１の電波
を受信するアンテナ、３は受信した信号を増幅する前置
増幅器、４及び５は前置増幅器の出力信号を周波数変換
する局部発振器及び混合器、６は混合器５から出力され
る中間周波数を濾波する帯域フィルタ、７は帯域フィル
タ６の出力を増幅する増幅器、２９ハこの信号を４個の
衛星について時分割で順次復調して制御部２８に出力す
る復調部、３０は時分割で順次４個の衛星それぞれ個有
のスプレッドスペクトラム信号を逆拡散する疑似雑音を
発生する疑似雑音発生器、３１は４衛星の搬送波を順次
発生する数値制御発振器である。

３２は疑似雑音発生器３０の出力タイミングを４個の衛
星側々について頭に一定期間づつ出力する数値制御発振
器で、制御部２８　はこの２僧の発振器３１　、３２を
制御し、受信信号からアンテナの位置を計算する。

以上のような構成において、以下その動作を説明する。

基本的な動作は第７図のものと同様であるが、復調部２
９は１個のみで、４個の衛星を受信する。なお、この復
調部２９の構成は第８図と同様であるが、疑似信号発生
器３０と数値制御発振器３１と数値制御発振器３２は、
いずれも４個の衛星側々のだめの信号を一定時間間隔て
順次出力する。第１０図は復調部２９がＳＶｌからＳＶ
４て示す衛星を受信するタイミングを説明するもので、
タイミング（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）　、（ｄ）
　　はそれぞれ第８図のフィルタ９−８．９−１１．９
−９．９−１０の出力信号に相当する。また（ａ）〜（
ｄ）は同じタイミングにおいては、同一の衛星の信号を
出力する。しかし、それぞれのタイミング（ａ）は搬送
波の位相ψが０度で疑似雑音信号の位相差τが０チツプ
である信号さ、衛星からの信号を混合する事を示し、（
ｂ）はψが９０°で直交してτが０チツプ、（Ｃ）はψ
が６で同相でτが１／２チップ遅れ、（ｄ）はψが００
で同相てτが１／２チ、プ進んでいることを示している
。この４種の信号で搬送波の位相と疑似雑音信号の位相
と、衛星の信号と受信機内で発生した信号の誤差を検出
し、追尾すると共に送られて来るデータの受信と、衛星
が電波を発射した時間を求めることができる。

発明が解決しようきする問題点第７図と第８図で示す構成では、４個の衛星と内部で発
生する信号の差を４個の衛星について常時観測している
ので、優れた精度で６衛が電波を実際発射した時間を測
定する事ができる。しかし、第８図の復調部が４個必要
となり、回路規模が大きくなり、受信機が大型化、大電
力化するとともに、高価となる問題点があった。

一方、第９図き第８図で示す構成については、第８図の
復調部が１個のみで良く、回路規模が小さくて済むが、
衛星を切換るタイミングは第１０図に示すように各衛星
に対して共通に適用されるため、衛星からの信号を自由
なタイミングで捕える事ができないため、衛星から送ら
れて来るデータの伝送タイミングを正確に捕えるのが非
常に困難である。また、１つの瞬間で見る吉１個の衛星
のみを観測している事になり、衛星の信号に追尾するま
での時間が長くなる欠点があった。

本発明は従来技術のこのような問題を解決するもので、
小型、小電力、安価でかつ、データ伝送のタイミングを
捕え易く、衛星の信号を追尾するまでの時間が短かくす
る事を目的とするものである。

問題点を解決するだめの手段本発明は２個以上の衛星の電波にそれぞれ対応する疑似
雑音信号を同時に発生する疑似雑音発生手段と、この複
数の衛星電波の搬送波を同時に発生する発振手段と、こ
の再生した搬送波と前記疑似雑音により複数の衛星の信
号を個別に復調し、この復調において時分割により前記
疑似雑音と再生した搬送波に対する衛星電波の位相誤差
を検出する複数の復調手段とを具備し、前記復調手段は
１個の疑似雑音を混合する第１の混合器と、１個の再生
搬送波を混合する第２の混合器さ、フィルタより構成さ
れ、それぞれ別の衛星からのデータ伝送タイミングに合
せて、疑似雑音と搬送波の位相を切換えて、位相の誤差
を測定し、それぞれの衛星の信号に追尾するようにした
ものである。

作　　　　用本発明は、個々の衛星について１個づつの復調手段を持
ち、それぞれの復調手段を搬送波との位相差と、疑似雑
音信号との位相差を時分割で順次比較し、差を求めるよ
うにし、前記復調手段における混合器さフィルタの数を
少なくして、簡略化するさともに、前記復調手段におい
て搬送波き疑似雑音信号の位相を切換えるタイミングを
、各々の復調手段が受信する衛星信号のデータ伝送タイ
ミングに同期するようにして、上記目的を達成するもの
である。

実施例以下、図面を参照しながら本発明の第１の実施例につい
て説明する。

第１図は本発明の第１の実施例におけるＧＰＳ受信機の
ブロック結線図である。

第１図において、２は４個の衛星１の電波を受信するア
ンテナ、３は受信した信号を増幅する前置増幅器、４及
び５は前置増幅器３の出力信号を周波数変換する局部発
振器と混合器、６は混合器５の出力信号から中間周波信
号を濾波する帯域フィルタ、７は帯域フィルタ６の出力
信号を増幅する増幅器、４９は増幅器７の信号を復調す
る４個の復調器、４９−１２は復調器４９の出力信号を
順次切換えて復調器４９を選択するスイッチ、４９−１
３はスイッチ４９−１２を介して復調器４９の出力を順
次アナログ−デジタル変換するＡ／Ｄ変換器、ｌＩ８は
出力されたＡ／Ｄ変換器４９−１３のデジタル信号に応
じて後述する数値制御発振器５１と数値制御発振器５２
　、：！：を制御すると々もに、ＧＰＳ受信器の位置を
計算し出力する制御部、５０　は受信する４個の衛星に
ついてのそれぞれ個有な疑似雑音コードを復調部４９へ
出力する疑似雑音発生器、５１　はデータを復調するだ
めの再生された４個の各衛星の搬送波を復調部４９へ出
力する数値制御発振器、　５２は疑似雑音発生器５０の
符号出力タイミングを４個の衛星に対応して並列出力す
る数値制御発振器である。

第２図は第１図の復調部４９をさらに詳細に説明するプ
ロ、り結線図である。

第２図において、４９−１は増幅器７の出力信号と数値
制御発振器５１の出力信号を混合する混合器、４９−４
は混合器４９−１の出力さ疑似雑音発生器５０の出力を
混合する混合器、４９−８は混合器４９−４の出力から
復調された低周波の信号成分のみを通す低域通過フィル
タである。

以上のような構成において、以下その動作を説明する。

まず、無指向性のアンテナ２により４個の衛星の電波を
受け、前置増幅器３で増幅し、この増幅した信号と局部
発振器４の出力を、混合器５Ｃおいて混合し、受信信号
を周波数変換する。この変換した信号を、帯域フィルタ
６に加え、不要な成分を除去する。このフィルタ６の周
波数帯域幅は２Ｍｌ−１２で、１．０２３■七のクロッ
クで作られたゴールド符号によって変調された（　Ｃ／
Ａコード）信号が歪なく通過する。このフィルタ６の出
力を増幅器７で増幅する。なお、この増幅器７の利得は
制御部４８によって、ダイナミックレンジが広くなるよ
う制御する。この増幅した信号には、アンテナ２で受け
た全衛星の信号が含まれている。この増幅器７の出力信
号と、数値制御発振器５１において再生される搬送波を
混合し、受信信号を基底帯域（１落す。さらにこの信号
と、疑似信号発生器５０によって発生した衛星個有のゴ
ールド符号上相関を混合器４９−４により求める。なお
、衛星の識別はこのゴールド符号を違えて行なう。この
混合器４９−４の出力から遮断周波数１幻七の低域通過
フィルタ４９−８を介して、５０　ｂｐｓのデータ信号
が復調される。４個の衛星の信号は、独立に復調部４９
で復調する。復調した低域通過フィルタ４９−８の出力
信号は、１００μｓｅｃの周期で切換えるスイッチ４９
−１２を介し、順次Ａ／Ｄ変換器４９−１３でＡ／Ｄ変
換し、その出力により制御部４９　において疑似雑音の
位相き再生した搬送波の位相差を検出し、数値制御発振
器５１と数値制御発振器５２を制御し、追尾する。さら
に、制御部４８は疑似雑音発生器５０と、搬送波の追尾
によって、それぞれ衛星が電波を発射した時間と送られ
て来る諸データを受信するので、アンテナ２が設置され
ている３次元の位置を求めることができる。

第３図は疑似雑音コードの位相とフィル出力信号の関係
を説明するもので、横軸は衛星と疑似雑音発生器５０の
疑似雑音の位相差、縦軸はフィル＝４９−８の出力であ
る。第３図（ａ）は疑似雑音発生器４９−８の発生する
位相の中心である位相τがＯチップに対する出力である
。なお信号の符号は送られて来るデータに従って反転し
、データを読み取る事ができる。第３図（ｂ）　、　（
Ｃ）は疑似雑音発生器４９−８が出力それぞれ出力する
。中上・の位相に対する位相τが１／２チツプと一１／
２チップの信号に対する相関の出力である。なお、（ａ
）と（ｂ）（！＝　（Ｃ）は同じ衛星のデータに対して
は同符号となる。そして、τが１／２チツプとτが一１
／２チップの相関出力の絶対値を求め、この２者の差を
求めると疑似雑音コードの位相差に対し、（ｄ）に示す
値となる。この結果に従って、制御部４８が数値制御発
振器５２の発振周波数を制御し、第３図破線で示す位相
差がないように追尾する。

第４図は疑似雑音発生器５０の出力する信号の中央の位
相に対する位相τが０チツプ、　１／２千７プ、−１／
２チツプに切り換えるタイミンクと、数値制御発振器５
１の出力信号の位相ψを００　と９０°に切換えるタイ
ミングを示す。そして、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ別の
衛星Ｓ■１〜４を個別のタイミングで、別々の復調器４
９　によって受信する。

また、第３図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）の信号は
それぞれψ＝ｏとτ＝０．ψ＝０°とτ＝１／２．ψ−
０°とτニー１／２のタイミングに受信できる。なお、
位相の切り換えは５ｍ５ｅｃ毎に行なう。ψ＝９０°　
とτ−０は、ψ＝０°とτ−〇　の信号との比較により
、搬送波を再生する数値制御発振器５１の制御を、制御
部４８によって行なうために設ける。

以上により、搬送波と疑似雑音の追尾ができる。

第５図は、位相を切換えるタイミングと衛星から送られ
て来るデータの伝送タイミングの関係を説明するもので
ある。送られて来るデータは２０ｍ　ｓｅｃの周期であ
り、前記疑似雑音コードの周期ｌｍ５ｅｃ　とは正確に
同期している。第５図において（ａ）は送られて来るデ
ータが０から１に変わるタイミングである。このタイミ
ングを捕えるこさば、受信中の電波が衛星から発射され
た時刻を知る上で重要である。（ｂ）はこのデータが変
わるタイミングと、疑似雑音及び再生された搬送波の位
相を変えるタイミングを示している。ここで、縦の実線
は位相を変えるタイミング、破線は疑似雑音コードの周
期である。（Ｃ）はフィルタ、１９−８の出力であって
、疑似雑音と再生搬送の位相が共に０となり、確実にデ
ータの変化を捕えられる。また、位相の切換は２０ｍ５
ｅＣ周期としているので、データの変るタイミングは毎
回捕えられる。また、４個の衛星に対してそれぞれ独立
にこの位相の切換タイミングを設定する。

以上の説明から明らかなように、本実施例によれば、復
調部４９を衛星１（！：同数の４個を備え、この復調部
４９を２個の混合器４９−１と４９−４及びフィルタ４
９−８の簡単な構成きし、第４図に示すように、時間順
次で疑似雑音き再生搬送波の位相を切り換え、この切り
換タイミングを追尾中の個々の衛星のデータ伝送タイミ
ンクに一致させるこ七によって、衛星のデータが切り換
るタイミングを、追尾中の全衛星について、必要な時は
同時でも正確に捕える事ができ、第７図に示すマルチチ
ャンネル受信機き同等に、各衛星の電波が発射された時
刻を素早く求める事ができる。しかも、復調部４９の構
成を非常に簡素化しているので、第９図に示すマルチプ
レックス方式と同等の安価で、小型、軽量の受信機きす
ることができる。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第６図は、本発明の第２の実施例における疑似雑音と再
生搬送波の位相を切り換えるタイミングを説明するもの
である。受信機の構成は第１の実施例と同じであり、異
なる点は第６図に示す位相を切換えるタイミングを違え
た点である。以下、このタイミングを説明する。

第６図（ａ）は衛星から送られて来るデータが反転する
タイミングを示す。第６図（ｂ）は位相を切り換えるタ
イミングを示し、２ｍ５ｅｃ　間隔で切り換えている。

そして、ψ＝０°、τ＝０チップの２ｍ　ｓｅｃ期間の
中央にデータが反転するタイミングを合せる。ここで示
す１０　ｍ　ｓｅｃの期間は第６図（Ｃ）に時間軸を縮
少して示している。次のｌ　Ｑ　ｍ　ＳｅＣの期間は第
６図（ｄ）に切換タイミングを示す。ψ＝９０°、τ＝
Ｏチップの、再生搬送波の位相誤差を求める期間がこの
間に含まれている。ψ−０°でτ＝１／２チップとτニ
ー１　／２チップの期間は疑似雑音の位相誤差を求める
期間である。

以上本実施例によれば、位置を測定する精度に直接関係
する疑似雑音の位相誤差を求める間隔が短かいので、受
信位置が移動している場合において、大きな加速度に応
答することができる。

以上、第１、第２の実施例から明らかなように、簡単な
構成の復調器４９を用い、時分割で衛星からの信号に対
して、疑似雑音と再生搬送波の追尾を行ない、この簡単
な構成の復調部４９を複数個設け、それぞれ独立して別
の衛星の信号を復調できるようにし、衛星から送られて
来るデータの伝送タイミングを素早く、容易に検出でき
るようにしたものである。

なお、以上の説明では第２図の回路は復調部４９　に１
個づつ含まれるとした場合について説明したが、２個づ
つ含才れるようにしてもよい。混合器４９−１ｃ：混合
器４９−４は順序を逆にしてもよく、また疑似雑音と再
生搬送波を混合した信号を、受信信号き混合してもよい
。

また、疑似雑音と再生搬送波の位相を切り換えるタイミ
ングは、第４図さ第６図について説明したが、これに限
定しない。

発明の効果以上のように本発明は復調手段を簡素化し、この簡素化
した復調手段により疑似雑音と再生搬送波の誤差を時分
割で検出し、１復調手段に対し１個の衛星の信号を追尾
するようにし、この簡素化した復調手段を複数個持つ事
によって、独立したタイミングによる前記時分割を用い
た追尾を行ない、複数の衛星を同時に追尾することによ
り、非常に簡単な構成で、複数の衛星のデータ伝送タイ
ミングを同時並行して求める事ができる。また素早く複
数個の衛星から電波が発射された時間を決定でき、位置
を求めることができ、その効果は犬きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例におけるＧＰＳ受信機の
ブロック結線図、第２図は第１図の要部における復調部
のプロ、り結線図、第３図は第１図の構成における疑似
雑音信号の相関波形図、第４図は第１図の構成における
タイミング図、第５図はさらに詳細なタイミング図、第
６図は本発明の第２の実施例におけるタイミング図、第
７図は従来のＧＰＳ受信機のプロ、り結線図、第８図は
第７図の要部である復調部のブロック結線図、第９図は
従来の別のＧＰＳ受信機のブロック結線図、第１０図は
第９図のＧＰＳ受信機のタイミング図である。４９・・・復調部、４９−１・・・混合器、４９−４・
・・混合器、４９−８・・・低帯通過フィルタ、４９−
１２・・・スイッチ、４９−１３・・・Ａ／Ｄ変換器、
５０・・・疑似雑音発生器、５１・・・数値制御発振器
。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図第　２　図Ｍ　３　図 □浪１目 ■　　　　　　　　−４リ　　　　　　　　１＋　　　
　　　　”　　　　　　　−７。区第７図第８図 □り組番第９図区口

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２個以上の衛星の電波にそれぞれ対応する疑似雑
音信号を同時に発生する疑似雑音発生手段と、この複数
の衛星電波の搬送波を同時に発生する発振手段と、この
再生した搬送波と前記疑似雑音により複数の衛星の信号
を個別に復調し、この復調において時分割により前記疑
似雑音と再生した搬送波に対する衛星電波の位相誤差を
検出する複数の復調手段とを具備し、前記復調手段は、
１個の疑似雑音を混合する第１の混合器と、１個の再生
搬送波を混合する第２の混合器と、フィルタより構成さ
れ、それぞれ別の衛星からのデータ伝送タイミングに合
せて、疑似雑音と搬送波の位相を切換えて、位相の誤差
を測定し、それぞれの衛星の信号に追尾するＧＰＳ受信
機。
（２）疑似雑音発生手段で発生する疑似雑音の位相を中
心位相、進相、遅相に切換え、さらにこの中心位相にお
いて再生搬送波の同相と直交位相を順次切換えるように
し、疑似雑音の位相が中心位相かつ再生搬送波が同相で
ある期間の中央付近に、衛星からのデータが変化するデ
ータ伝送タイミングを合せるようにすることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のＧＰＳ受信機。
（３）疑似雑音の位相を切換える頻度を、再生した搬送
波を切換える頻度に比べ多くなるようにしたことを特徴
とする特許請求の範囲第２項記載のＧＰＳ受信機。