KR20120034771A - 위치 정보 발신기, 통신 단말기 및 측위 시스템 - Google Patents

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Abstract

옥외, 옥내의 양쪽에서 현재 위치를 취득하는 측위 시스템에 있어서, 옥내에 설치된 위치 정보 발신기에 관한 널 포인트나 신호의 간섭의 문제를 극복하여, 측위 오차가 커지지 않도록 함과 함께, 측위 시간의 증대를 방지한다. 인공위성으로부터 송신되는 위성 측위 신호와 호환성을 갖고, 특정한 위치를 나타내는 위치 데이터를 포함한 무선 신호인 위치 정보 신호의, 안테나를 통한 발신을 반복하는 무선 발신부를 갖는 위치 정보 발신기(2)이며, 서로 이격된 복수의 안테나(28)를 구비하고, 상기 무선 발신부는, 동일한 위치 데이터를 포함한 상기 위치 정보 신호를, 안테나(28)마다 각각 다른 채널에 의해 병렬로 발신하거나, 또는 임의의 채널에 의해 안테나(28) 단위로 시분할하여 발신한다.

Description

위치 정보 발신기, 통신 단말기 및 측위 시스템{POSITIONAL INFORMATION TRANSMITTER, COMMUNICATION TERMINAL, AND POSITIONING SYSTEM}
본 발명은, 위치 정보 발신기, 통신 단말기 및 측위 시스템에 관한 것으로, 특히, 인공위성으로부터의 전파를 캐치할 수 없는 옥내 등에 있어서 통신 단말기의 현재 위치를 취득하는 기술에 관한 것이다.
GPS(Global Positioning System) 위성 등의 인공위성으로부터 송신되어 오는 무선 신호(이하, 「위성 측위 신호」라 칭함)를 이용하여 측위를 행하는 시스템은, 옥내나 지하상가 등의 위성 측위 신호를 수신할 수 없는 에어리어에 GPS 수신기 등의 통신 단말기가 들어가면, 측위 정밀도가 저하되거나, 혹은 측위 불가능하게 되어 버린다.
그 해결책으로서, 예를 들면 특허 문헌 1에는, 옥내나 지하상가 등의 위성 측위 신호를 수신할 수 없는 에어리어 내에, 위치를 나타내는 정보인 위치 정보를, GPS에서 사용하고 있는 주파수(예를 들면, 중심 주파수 1.57542㎓), 변조 방식(구체적으로는, BPSK(Binary Phase-Shift Keying)), 다원 접속 방식(구체적으로는, 다이렉트?스펙트럼 확산 방식의 CDMA(Code Division Multiple Access)) 등과 호환성이 있는 신호(이하, 「위치 정보 신호」라 칭함)로 발신하는, 위치 정보 발신기(옥내 송신기)를 설치하여, 휴대 전화 등의 통신 단말기가, 수신한 위치 정보 신호로부터 자신의 현재 위치를 취득하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 2 및 비특허 문헌 1에는, 위치 정보 취득까지 필요로 하는 시간을 단축하는 기술이 개시되어 있다.
상기한 바와 같은 위치 정보 신호를 이용한 측위에서는, 위성 측위 신호에 기초하는 측위와 달리, 통신 단말기는, 복잡한 측위 계산을 행하지 않고, 수신한 위치 정보 신호에 포함되는 위치를 그대로 자신의 현재 위치로 한다. 그로 인해, 위치 정보 발신기는, 필요한 측위 정밀도에 따른 간격으로 설치되고, 발신된 위치 정보 신호가 멀리 떨어진 장소로부터 검출되지 않도록 출력의 조정이 행해진다. 예를 들면, 위치 정보 발신기를 10m 간격으로 설치하는 경우에는, 위치 정보 신호의 검출 범위가 반경 10?15m 이내로 되도록 출력이 조정되지만, 수신기의 감도 등에 따라서는, 그 이상의 거리에서 신호가 검출되는 경우도 있다.
이와 같이, 위치 정보 신호를 이용한 측위에서는, 다수의 위치 정보 발신기가 근접하여 설치되므로, 위치 정보 신호간의 간섭을 회피하기 위해, 근접하는 위치 정보 발신기의 사이에서는, 스펙트럼 확산에 이용하는 부호 패턴을 선택하는 PRN(Pseudo Random Noise) 번호가 겹치지 않도록 하는 것이 바람직하지만, 옥내에서 이용 가능한 PRN 번호의 수는 10개 정도로 제한되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제2007-278756호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 제2009-133731호 공보
비특허 문헌 1 : 준천정 위성 시스템 유저 인터페이스 사양서(IS-QZSS) 1.0판 부록 지상 보완 신호(IMES)
그런데, 예를 들면, 옥내나 지하상가의 천장에 설치된 위치 정보 발신기로부터 발신되는 위치 정보 신호를, 사람의 가슴 정도의 높이에서 유지되어 있는 휴대 통신 단말기로 수신하는 경우에는, 바닥면 등으로부터의 반사파의 영향에 의해 수신 신호가 극단적으로 약해지는 널 포인트가 발생한다.
도 2는, GPS의 위성 측위 신호와 호환성이 있는 위치 정보 신호의 전파(1.57542㎓대)가, 천장의 1지점으로부터 발신되어 바닥면에서 전반사되는 것이라 가정한 경우의, 발신원으로부터의 거리와 수신 전력의 관계를 나타낸 그래프의 일례이며, 횡축은 송신원으로부터의 거리(m)를, 종축은 수신 전력(dBm)을 나타낸다. 또한, 도 2의 그래프는, 발신 전력을 -65dBm, 발신원의 높이를 3m, 수신측의 높이를 1m로 하여 산정한 것이다.
도 2의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 발신원으로부터의 거리가 커짐에 따라서 수신 전력이 작아져, 15m 부근과, 10m 부근과, 7m 부근에 비교적 폭이 큰 널 포인트가 존재하고, 예를 들면, 통신 단말기가 정확하게 신호를 수신하는 데 필요한 수신 전력을 -130dBm로 하면, 널 포인트의 폭은 각각 15m 부근에서 약 1m, 10m 부근에서 약 30㎝, 7m 부근에서 약 10㎝로 되어 있다. 또한, 실제로는, 널 포인트는 다양한 물체에 의한 반사에 의해 그 위치나 폭이 변화되어, 반사파의 영향에 의해 신호의 강도가 증대되는 경우도 있다.
이와 같이, 종래의 기술에서는, 널 포인트의 영향에 의해, 보다 가까운 위치 정보 발신기가 있음에도 불구하고, 보다 먼 위치 정보 발신기로부터의 신호가 수신되어, 측위 오차가 커져 버린다고 하는 문제가 있었다.
또한, 측위 정밀도를 높이기 위해 위치 정보 발신기를 고밀도(예를 들면, 5m 간격)로 설치한 경우, 가장 가까운 위치 정보 발신기와 동일한 PRN 번호를 사용하는 다른 위치 정보 발신기와의 신호의 간섭이 발생하여, 가장 가까운 위치 정보 발신기로부터의 위치 정보 신호를 수신할 수 없게 된다고 하는 문제가 있었다. PRN 번호의 수가 충분히 많으면, 위치 정보 발신기마다 다른 PRN 번호를 할당하는 것도 가능하지만, 비특허 문헌 1에 따르면 옥내에서 이용 가능한 PRN 번호의 수는 규격상 10개 정도로 제한되어 있으므로, 이 방법은 현실적으로는 실현 곤란하다.
또한, 널 포인트 부근이나 신호의 간섭이 발생하는 지점에서는, 위치 정보 신호를 포착할 수 없거나, 포착할 수 있어도 비트 에러율이 높아 위치 정보를 취득할 수 없고, 측위 시간이 증대되어 버린다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 옥외, 옥내의 양쪽에서 현재 위치를 취득하는 측위 시스템에 있어서, 측위 오차의 확대와 측위 시간의 증대를 방지하는 것을 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하는 본 발명의 위치 정보 발신기는, 인공위성으로부터 송신되는 측위를 위한 무선 신호인 위성 측위 신호와 호환성을 갖고, 특정한 위치를 나타내는 위치 데이터를 포함하는 무선 신호인 위치 정보 신호의, 안테나를 통한 발신을 반복하는 무선 발신부를 갖고, 상기 위치 정보 신호를 수신한 통신 단말기에 상기 위치 데이터에 의해 특정되는 위치를 알리는 위치 정보 발신기로서, 서로 이격된 복수의 상기 안테나를 구비하고, 상기 무선 발신부는, 동일한 위치 데이터를 포함하는 상기 위치 정보 신호를, 상기 안테나마다 각각 다른 채널에 의해 병렬로 발신하거나, 또는 임의의 채널에 의해 상기 안테나 단위로 시분할하여 발신하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 옥외, 옥내의 양쪽에서 현재 위치를 취득하는 측위 시스템에 있어서, 측위 오차의 확대와 측위 시간의 증대를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 위치 정보 발신기의 동작 원리를 나타낸 설명도이다.
도 2는 위치 정보 신호의 전파(1.57542㎓대)가, 천장의 1지점으로부터 발신되어 바닥면에서 전반사되는 것이라 가정한 경우의, 발신원으로부터의 거리와 수신 전력의 관계를 나타낸 그래프의 일례이다.
도 3은 본 발명의 위치 정보 발신기를 포함하여 구성되는 측위 시스템의 모식도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 위치 정보 발신기의 기능 블록도이다.
도 5는 위치 정보 테이블의 데이터 구성예이다.
도 6은 위치 정보 발신기로부터 발신되는 위치 정보 메시지의 데이터 구성예이다.
도 7은 위치 정보 발신 프로그램의 처리 플로우 차트이다.
도 8은 제2 실시 형태에 관한 무선 발신부의 구성예를 나타낸 기능 블록도이다.
도 9는 위치 정보 신호를 수신하여 측위를 행하는 통신 단말기의 기능 블록도이다.
도 10은 동작 모드 설정 프로그램의 처리 플로우 차트이다.
도 11은 각 동작 모드에 있어서의 상관기의 설정예이다.
도 12는 측위 처리 프로그램의 처리 플로우 차트이다.
도 13은 위치 정보 신호에 기초하는 측위 처리의 처리 플로우 차트이다.
도 14는 위치 정보 신호에 기초하는 위치 결정 처리의 처리 플로우 차트이다.
도 15는 위성 측위 신호에 기초하는 측위 처리의 처리 플로우 차트이다.
도 16은 변형예에 있어서의 각 동작 모드에 있어서의 상관기의 설정예이다.
도 17은 동작 모드 설정 처리의 변형예의 처리 플로우 차트이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 위치 정보 발신기의 동작 원리를 나타낸 설명도이다. 위성 측위 신호를 수신할 수 없는 옥내 등의 천장면에는, 필요한 측위 정밀도에 따른 간격으로 다수의 위치 정보 발신기(2)가 설치된다. 각각의 위치 정보 발신기(2)는, 적어도 2 이상의 안테나(28)를 구비하고 있고, 각 안테나(28)로부터는, 상기 위치 정보 발신기(2)의 설치 위치를 나타내는 위치 데이터를 포함하여, 위성 측위 신호와 호환성이 있는 위치 정보 신호가 발신된다.
이때, 인접하여 설치되는 위치 정보 발신기(2a와 2b)의 각 안테나(28)로부터 발신되는 위치 정보 신호 PS1, PS2, PS3, PS4는, 각각 서로 다른 PRN 번호의 부호 패턴에 의해 스펙트럼 확산되고, 소정 주파수 대역의 반송파로 변조되어 발신된다. 예를 들면, 위치 정보 발신기(2a)의 2개의 안테나(28)로부터는, 각각 PRN 번호 173과 174의 부호 패턴으로 스펙트럼 확산(부호화)되고, 경도, 위도, 고도를 나타내는 동일한 위치 데이터 (x1, y1, z1)를 포함하는, 2개의 위치 정보 신호 PS1과 PS2가 발신된다. 마찬가지로, 위치 정보 발신기(2b)의 2개의 안테나(28)로부터는, 각각 PRN 번호 175와 176을 사용하여 부호화된, 동일한 위치 데이터 (x2, y2, z2)를 포함하는 2개의 위치 정보 신호 PS3과 PS4가 발신된다.
발신된 이들 위치 정보 신호는, 각각 다른 PRN 번호를 사용하여, 즉, 다른 부호 패턴에 의해 부호화되어 있으므로, 신호간의 간섭은 발생하지 않는다. 따라서, 통신 단말기(3)가, 위치 정보 발신기(2a와 2b) 양쪽의 전파 전반(傳搬) 범위 내에 존재하고 있었던 경우는, 그 통신 단말기(3)는, 상기한 널 포인트의 영향 등이 없으면, 이들 4개의 위치 정보 신호 PS1, PS2, PS3, PS4를 전부 수신하게 된다.
이때, 기본적으로, 발신원으로부터의 거리가 가까울수록 신호의 수신 강도가 커지므로, 통신 단말기(3)는, 수신한 모든 위치 정보 신호 중에서 최대의 수신 강도를 갖는 것을 1개만 선택하여, 선택한 위치 정보 신호에 포함되는 위치 데이터로부터 자신 위치는 (x2, y2, z2)라고 측위한다.
여기서, 가령, 도 1의 「×」표로 나타내는 바와 같이, 위치 정보 신호 PS4를 널 포인트의 영향에 의해 수신할 수 없어도, 그 널 포인트의 폭 이상으로 이격된 다른 한쪽의 안테나(28)로부터 발신되는 위치 정보 신호 PS3은, 다른 위치 정보 신호 PS1이나 PS2보다도 큰 수신 강도로 수신 가능하다. 따라서, 통신 단말기(3)는, 자신 위치는 (x2, y2, z2)라고 측위할 수 있는 것이다.
또한, 널 포인트의 영향을 회피하기 위해서는, 동일한 위치 정보 발신기(2)가 구비하는 안테나(28)의 수는, 2개보다도 3개 이상으로 하는 쪽이 보다 바람직하다. 또한, 안테나(28)의 수를 3개 이상으로 하는 경우에는, 그들을 직선 형상으로 배치할 뿐만 아니라, 예를 들면 삼각형이나 십자형 등, 평면적인 배치로 해도 된다.
도 3은, 본 발명의 위치 정보 발신기를 포함하여 구성되는 측위 시스템의 모식도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 측위 시스템 S는, 측위를 위한 무선 신호(위성 측위 신호)를 지상을 향해 송신하는 복수의 인공위성(1)과, 지상(옥내나 지하상가 등을 포함함)의 1지점의 위치 데이터를 포함한 측위 신호인 위치 정보 신호를 발신하는 복수의 위치 정보 발신기(2)와, 인공위성(1) 및 위치 정보 발신기(2)로부터의 측위 신호에 기초하여 자신의 현재 위치를 측위하는 통신 단말기(3)와, 위성 측위 신호가 도달하기 어려운 건물이나 지하상가 등의 구조물(4)을 포함하여 구성된다.
인공위성(1)은, 예를 들면 GPS, 갈릴레오 측위 시스템(Galileo Positioning System), GLONASS(Global Navigation Satellite System), 준천정 위성(Quazi-Zenith Satellites) 시스템 등의 측위 시스템에 있어서의 인공위성이다. 또한, 이하의 설명에서는, 인공위성(1)은 GPS 위성인 것으로 하고, 인공위성(1)으로부터 송신되는 위성 측위 신호는, 예를 들면 L1 신호(1575.42㎒)나 L2 신호(1227.6㎒) 등의, GPS 신호인 것으로 한다.
인공위성(1)으로부터 보내져 오는 위성 측위 신호에는, 이른바 항법 메시지가 포함되어 있다. 항법 메시지는, 예를 들면 전체적으로 25개의 프레임을 포함하고, 각 프레임은 5개의 서브 프레임을 포함하고, 각 서브 프레임은 10워드로 구성되고, 1워드는 30비트로 구성된다. 각 서브 프레임은, 예를 들면, 위성 시계의 보정 정보, 정밀 궤도 정보(에페메리스), 개략 궤도 정보(얼머낵), 전리층 보정 정보, UTC(Coordinated Universal Time) 보정 정보, 인공위성의 건강 정보 등을 포함한다.
이들 항법 메시지는, 인공위성(1)마다 할당된 고유의 부호 패턴으로 의사 랜덤 노이즈 부호(Pseudo Random Noise Code)에 스펙트럼 확산되고, 소정의 주파수 대역의 반송파로 BPSK 변조된다. 이 의사 랜덤 노이즈 부호를 생성하기 위한 개개의 부호 패턴에 부여된 번호를 PRN 번호라 하고, 각각의 인공위성(1)에는 각각 다른 PRN 번호가 할당되므로, 이 PRN 번호는, 인공위성을 식별하거나 측위 신호의 송신 채널을 식별하거나 하는 번호로서도 이용된다. 즉, 스펙트럼 확산에 의해, 복수의 독립된 채널이 구성된다.
위치 정보 발신기(2)로부터 발신되는 위치 정보 신호는, 인공위성(1)으로부터 지상을 향해 송신되는 위성 측위 신호와 호환성을 갖고 있고, 위성 측위 신호와 동일한 변조 방식에 의해 마찬가지인 프레임 구성을 갖는 데이터가 무선 신호로서 발신된다. 단, 위치 정보 발신기(2)가 동일한 에어리어 내에 다수 설치됨에도 불구하고, 위치 정보 발신기(2)가 사용 가능한 PRN 번호의 수는 최대 10개 정도밖에 없으므로, 신호가 간섭하지 않는 범위 내에서 동일한 PRN 번호를 복수의 위치 정보 발신기(2)에서 공용하여 사용하게 된다.
통신 단말기(3)는, 예를 들면, GPS 휴대 전화나 PND(Personal Navigation Device) 등, 인공위성(1)이나 위치 정보 발신기(2)의 측위 신호를 수신하여 자신의 현재 위치를 측위하는 휴대 통신 단말기이다.
<제1 실시 형태>
도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 위치 정보 발신기의 구성예를 나타낸 기능 블록도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 위치 정보 발신기(2)는, 데이터 생성부(21), 클럭부(22), 조작부(23), 표시부(24), 통신 I/F(Interface)부(25), 전원부(26), 무선 발신부 (1)(27a), 무선 발신부 (2)(27b) 및 2개의 안테나(28a, 28b)를 구비하여 구성되어 있다.
클럭부(22)는, 예를 들면 TCXO(Temperature Compensated crystal Oscillator: 온도 보상형 수정 발진기)나 OCXO(Oven Controlled crystal Oscillator: 항온조형 수정 발진기) 등의 발진기이며, 데이터 생성부(21)를 동작시키기 위한 클럭 신호(예를 들면, 20㎒)를 생성한다. 조작부(23)는, 위치 정보 발신기(2)에 대해 조작 입력을 행하기 위한 유저 인터페이스이며, 예를 들면 조작 버튼이나 스위치이다. 표시부(24)는, 위치 정보 발신기(2)의 조작 입력이나 동작 상태의 확인 등에 필요한, 각종 정보를 표시하기 위한 유저 인터페이스이며, 예를 들면 액정 모니터나 LED(Light Emitting Diode)이다.
통신 I/F부(25)는, 위치 정보 발신기(2)를 다른 컴퓨터 등의 외부 장치에 접속하기 위한 통신 인터페이스이다. 통신 I/F부(25)는, 예를 들면, RS-232C, UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter), 오픈 콜렉터(Open Collector), TTL(Transistor-Transistor Logic), 패러렐 I/F, USB(Universal Serial Bus), IEEE 802.15.4나 BLUE TOOTH 무선 등이다. 이 통신 I/F부(25)를 통해 접속되는 도시하지 않은 컴퓨터에 의해, 위치 정보 테이블(214)에의 데이터의 등록이나 보수가 행해진다. 전원부(26)는, 위치 정보 발신기(2)의 각 부에 구동 전력을 공급한다.
데이터 생성부(21)는, CPU(211)와 기억부(212)를 구비하고, 기억부(212)에는, CPU(211)가 도시하지 않은 메모리에 로드하여 실행함으로써, 후기하는 위치 정보 발신 기능을 구현화하는 위치 정보 발신 프로그램(213)과, 위치 정보 테이블(214)이 저장되어 있다.
도 5는, 위치 정보 테이블(214)의 데이터 구성예이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 위치 정보 테이블(214)에는, 경계 플래그(501), PRN 번호 (1)(502), PRN 번호 (2)(503), 위도(504), 경도(505) 및 고도(506)가 등록되어 있다.
경계 플래그(501)에는, 「1:온」 또는 「0:오프」가 설정된다. 경계 플래그(501)는, 위치 정보 발신기(2)가, 옥외와 옥내의 경계 부근에 설치되어 있는 것을 나타내는 정보(경계 에어리어 정보)이며, 통신 단말기(3)가, 후기하는 자신의 상관기의 각각에 위성 측위 신호와 위치 정보 신호 중 어느 것을 수신시킬지(동작 모드)를 설정하기 위해 이용된다. 경계 플래그(501)의 값은, 예를 들면, 도 3에 있어서의 구조물(4)의 출입구(41) 부근에 설치된 위치 정보 발신기(2)에 대해서는 「1:온」으로 설정되고, 구조물(4) 내의 다른 위치 정보 발신기(2)에 대해서는 「0:오프」로 설정된다.
PRN 번호 (1)(502)과 PRN 번호 (2)(503)에는, 각각 해당되는 2개의 무선 발신부 (1)(27a)과 무선 발신부 (2)(27b)에 할당된 PRN 번호(송신 채널 번호에도 대응)가 설정된다. 예를 들면, 비특허 문헌 1에 기재되어 있는 IMES(Indoor MEssaging System)에서는 173?182의 10개의 번호(채널)가 이용 가능하게 되어 있고, 근접하는 다른 위치 정보 발신기(2)와의 신호의 간섭이 발생하지 않도록, 그 중으로부터 2개의 번호(예를 들면, 173과 174)가 선택되어 설정된다.
또한, 위도(504), 경도(505) 및 고도(506)에는, 상기 위치 정보 발신기(2)가 발신하는 위치 데이터를 구성하는 위도(예를 들면, 북위 35.1234도), 경도(예를 들면, 동경 139.3456도) 및 고도(예를 들면, 30m)가 설정된다.
데이터 생성부(21)가 위치 정보 발신 프로그램(213)을 실행함으로써 구현화되는 위치 정보 발신 기능은, 위치 정보 테이블(214)에 등록되어 있는 경계 플래그(501)와, 위도(504), 경도(505) 및 고도(506)로부터, 상기 위치 정보 발신기(2)로부터 발신해야 할 위치 정보 메시지를 생성하고, 그것을 항법 메시지의 프레임 구성으로 변환한 것을, 각각의 무선 발신부에 대응하는 2개의 PRN 번호 (1)(502)과 PRN 번호 (2)(503)에 해당되는 부호 패턴에 의해 스펙트럼 확산함으로써 2종류의 송신 비트열을 생성하고, 생성된 2종류의 송신 비트열을 각각 대응하는 무선 발신부 (1)(27a)과 무선 발신부 (2)(27b)의 송신 비트열 기억부(271)에 1종류씩 저장한다.
도 6은, 위치 정보 발신기(2)로부터 발신되는 위치 정보 메시지의 데이터 구성예이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 위치 정보 메시지(215)는, 경계 에어리어 정보로서의 경계 플래그(601)와, 위치 데이터로서의 위도(602), 경도(603) 및 고도(604)로 구성되어 있다. 이들은, 위치 정보 테이블(214)로부터 각각에 대응하는 데이터를 읽어냄으로써 생성된다. 이하, 이 위치 정보 메시지(215)에 포함되는 데이터 전체를 총칭하여 「위치 정보」라고 칭한다.
무선 발신부 (1)(27a)과 무선 발신부 (2)(27b)는 동일한 기능과 구성을 가지므로, 이하에서는 대표하여 무선 발신부 (1)(27a)에 대해 설명한다. 무선 발신부 (1)(27a)은, 송신 비트열 기억부(271), 변조용 클럭 생성부(272), 송신 타이밍 제어부(273), 반송파 생성부(274) 및 BPSK 변조부(275)를 구비하여 구성되어 있다.
송신 비트열 기억부(271)는, 데이터 생성부(21)에 의해 생성된 송신 비트열을 기억한다. 변조용 클럭 생성부(272)는, 예를 들면 TCXO(온도 보상형 수정 발진기)나 OCXO(항온조형 수정 발진기) 등의 발진기를 포함하여, 송신 타이밍 제어부(273)가 송신 비트열 기억부(271)에 기억된 송신 비트열을 읽어내기 위한 클럭 신호(예를 들면, 1.023㎒±0.1ppm 이하)를 생성한다. 송신 타이밍 제어부(273)는, 이 클럭 신호에 동기하여 송신 비트열 기억부(271)에 기억된 송신 비트열을 1비트씩 읽어냄으로써, BPSK 변조부(275)에 송신 비트 스트림 신호를 입력한다. 반송파 생성부(274)는, 예를 들면 TCXO(온도 보상형 수정 발진기)나 OCXO(항온조형 수정 발진기) 등의 발진기와 PLL(Phase Locked Loop) 신시사이저를 포함하여, 위성 측위 신호에 이용되는 소정 주파수 대역(예를 들면, 중심 주파수 1575.42㎒)의 반송파를 생성한다. BPSK 변조부(275)는, 송신 타이밍 제어부(273)로부터 입력되는 송신 비트 스트림 신호에 따라서, 이 반송파의 위상을 절환하는 BPSK 변조를 실행하고, 변조 결과의 신호를 안테나(28a)에 출력한다.
도 7은, 데이터 생성부(211)에 의해 실행되는 위치 정보 발신 프로그램(213)의 처리 플로우 차트이다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 부호의 앞에 붙인 「S」 라는 문자는 스텝을 의미한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 데이터 생성부(211)는, 우선, 위치 정보 테이블(214)로부터 위치 정보 신호에 포함시키는 위치 정보를 취득한다(S711). 다음으로, 데이터 생성부(211)는, 취득한 위치 정보를 포함한 위치 정보 메시지를 생성하고(S712), 생성된 위치 정보 메시지를 서브 프레임에 저장한다(S713).
다음으로, 데이터 생성부(211)는, 위치 정보 메시지를 저장한 서브 프레임으로 이루어지는 항법 메시지를, 위치 정보 테이블(214)에 등록되어 있는 각각의 PRN 번호에 해당되는 부호 패턴에 의해 스펙트럼 확산하여 송신해야 할 각각의 송신 비트열을 생성하고(S714), 생성된 송신 비트열을 각각의 무선 발신부(27)의 송신 비트열 기억부(271)에 저장하고(S715), 각 무선 발신부(27)를 기동한다.
이에 의해, 각각의 무선 발신부(27)는, 송신 비트열 기억부(271)에 저장된 송신 비트열로부터 생성된 송신 비트 스트림 신호에 의해 위상 변조된 반송파에 의해, 대응하는 각각의 안테나(28)로부터, 서로 다른 PRN 번호를 사용하여 부호화되어 동일한 위치 정보를 포함하는 위치 정보 신호를, 소정의 주기로 반복하여 발신한다. 통신 단말기(3)는, 이들 복수의 안테나(28)로부터 발신되는 어느 하나의 위치 정보 신호를 수신하면 되므로, 널 포인트의 영향에 의해 위치 정보를 수신할 수 없는 문제를 거의 해소할 수 있다.
<제2 실시 형태>
도 8은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 위치 정보 발신기의 무선 발신부의 구성예를 나타낸 기능 블록도이다. 도 8에 나타낸 무선 발신부(27a) 이외의 기능이나 구성은 제1 실시 형태의 위치 정보 발신기와 마찬가지이므로, 중복되는 부분의 설명을 생략한다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 무선 발신부 (1)(27a)은, 송신 비트열 기억부(271), 변조용 클럭 생성부(272a), 2개의 송신 타이밍 제어부(273), 반송파 생성부(274a), 2개의 BPSK 변조부(275) 및 혼합기(276)를 구비하여 구성되어 있다. 이것은, 상기한 제1 실시 형태(도 4 참조)의 송신 타이밍 제어부(273)와 BPSK 변조부(275)를 2계통으로 증가시키고, 그들 2계통의 신호를 혼합기(276)에 의해 혼합하도록 한 것이다.
이 제2 실시 형태에 있어서의 변조용 클럭 생성부(272a)는, 예를 들면 TCXO(온도 보증형 수정 발진기)나 OCXO(항온조형 수정 발진기) 등의 발진기를 포함하여, 2계통의 송신 타이밍 제어부(273)가 송신 비트열 기억부(271)에 기억된 송신 비트열을 판독하기 위한 샘플링 주기를 규정하는 동일 주파수 대역의 2개의 클럭 신호(예를 들면, 1.023㎒＋0.1ppm과 1.023㎒－0.1ppm)를 생성한다. 2개의 송신 타이밍 제어부(273)는, 이 2개의 클럭 신호에 동기하여, 각각 송신 비트열 기억부(271)에 기억된 송신 비트열을 1비트씩 읽어냄으로써, 2개의 BPSK 변조부(275)에 소정의 데이터 전송 레이트의 범위 내에서 데이터 전송 레이트가 약간만 다른 2개의 송신 비트 스트림 신호를 입력한다.
반송파 생성부(274a)는, 위성 측위 신호에 이용되는 소정 주파수 대역의 2개의 반송파(예를 들면, 1575.42㎒＋5.2ppm과 1575.42㎒－5.2ppm)를 생성한다. 2개의 BPSK 변조부(275)는, 각각의 송신 타이밍 제어부(273)로부터 입력되는 송신 비트 스트림 신호에 따라서, 이 2개의 반송파의 위상을 절환하는 BPSK 변조를 각각 실행하여, 혼합기(276)에 입력한다. 그리고 혼합기(276)는, 2개의 BPSK 변조부(275)로부터 입력된 2계통의 변조 결과의 신호를 혼합하여, 안테나(28a)에 출력한다.
이 제2 실시 형태의 무선 발신부(27)에서는, 서로 다른 2개의 클럭 신호에 동기한 송신 비트 스트림 신호에 의해 반송파가 변조되므로, 그들 2개의 신호가 혼합된 반송파로부터 2개의 신호를 분리 가능한 수신기이면, 수신하는 송신 비트 스트림 신호의 주파수 서치 시간을, 약 2분의 1로 단축할 수 있다. 또한, 동일한 PRN 번호를 사용하여 부호화된 동일한 위치 정보를 포함하는 위치 정보 신호를, 서로 다른 2개의 안테나(28)로부터 동시에 송신하는 것이 가능해지므로, 실질적으로 위치 정보 발신기(2)가 이용 가능한 PRN 번호의 총수를 종래의 2배인 20 정도로까지 증가시킬 수 있다.
또한, 이 제2 실시 형태의 무선 발신부(27)에서는, 주파수가 서로 다른 2개의 반송파에 의해 위치 정보 신호를 발신하므로, 그들 2개의 신호가 혼합된 반송파로부터 2개의 신호를 분리 가능한 수신기이면, 반송파의 주파수 서치 시간을, 약 2분의 1로 단축할 수 있다. 또한, 상기 2개의 클럭 신호와 조합하면, 위치 정보 발신기(2)가 이용 가능한 PRN 번호의 총수를 실질적으로 종래의 4배인 40 정도로까지 증가시킬 수 있다. 그로 인해, 서로 인접하는 위치 정보 발신기(2)의 사이에서는, 동일한 채널을 이용하지 않고 위치 정보 신호를 발신할 수 있으므로, 신호의 간섭에 의한 측위 오차의 증대나 측위 시간의 증가를 방지하는 것이 가능해진다.
계속해서, 본 발명의 위치 정보 발신기(2)로부터 발신되는 위치 정보 신호를 수신하여 자신의 현재 위치를 측위하는 통신 단말기(3)의 상세에 대해 설명한다.
도 9는, 본 발명의 위치 정보 발신기로부터 발신되는 위치 정보 신호를 수신하여 측위를 행하는 통신 단말기의 기능 블록도이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 통신 단말기(3)는, 베이스 밴드 처리부(31), 무선 수신부(32), 조작부(33), 표시부(34), 통신 I/F부(35), 전계 강도 측정부(36), 클럭부(37) 및 전원부(38)를 구비하여 구성되어 있다. 통신 단말기(3)는, 예를 들면 GPS 수신 장치나 GPS 측위 기능이 탑재된 휴대 전화기 등의 휴대 통신 단말기이다.
베이스 밴드 처리부(31)는, CPU(311)와 기억부(312)를 구비한다. CPU(311)는, 도시하지 않은 메모리에, 기억부(312)에 저장되어 있는 각종 프로그램을 로드하여 실행함으로써, 통신 단말기(3)의 다양한 기능을 구현한다.
기억부(312)는, 예를 들면 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 플래시 메모리 등의 불휘발성 메모리이다. 기억부(312)에는, 베이스 밴드 처리부(31)에, 통신 단말기(3)의 동작 모드를 설정하는 동작 모드 설정 기능을 실행시키기 위한 동작 모드 설정 프로그램(313), 자기(自機)의 현재 위치를 취득하는 측위 처리 기능을 실행시키기 위한 측위 처리 프로그램(314), 자기의 현재 위치를 보정하는 보정 처리 기능을 실행시키기 위한 위치 보정 프로그램(315)이 저장되어 있다.
무선 수신부(32)는, 상관부(321), A/D 변환부(322), 복조부(323) 및 안테나(39)를 구비한다.
이 중 복조부(323)는, 클럭부(37)로부터 입력되는 클럭 신호에 의해, 안테나(39)에서 포착한 반송파의 아날로그 신호를 복조(BPSK 복조)한 신호(이하, 「수신 신호」라 칭함)를 생성하고, 생성된 수신 신호를 A/D 변환부(322)에 입력한다. A/D 변환부(322)는, 복조부(323)로부터 입력되는 수신 신호를 디지털 신호(수신 비트 스트림 신호)로 변환한다.
상관부(321)는, 병렬 동작 가능(다른 PRN 번호에 대응하는 복수의 채널을 동시에 트랙킹 가능)한 도시하지 않은 복수의 상관기를 구비한다. 각 상관기에는 각각이 복조하는 채널, 즉 PRN 번호를 개별로 설정할 수 있다. 각 상관기는, A/D 변환부(322)로부터 입력되는 수신 비트 스트림 신호를 복제 패턴(PRN 번호로부터 생성된 복호를 위한 부호 패턴)에 의해 복호하고, 복호 결과의 디지털 데이터를 베이스 밴드 처리부(31)에 입력한다.
클럭부(37)는, CPU(311)를 동작시키기 위한 클럭 신호(예를 들면, 24㎒)나, 복조부(323)의 복조 동작에 필요한 클럭 신호(예를 들면, 1.023㎒)를 생성한다. 클럭부(37)는, 예를 들면 TCXO(온도 보상형 수정 발진기)나 OCXO(항온조형 수정 발진기) 등의 발진기와 PLL 신시사이저를 포함한다.
조작부(33)는, 통신 단말기(3)에 대해 조작 입력을 행하기 위한 유저 인터페이스이며, 조작 버튼이나 조작 다이얼 등이다. 표시부(34)는, 각종의 정보를 표시하는 유저 인터페이스이며, 액정 모니터나 유기 EL 패널 등이다. 통신 I/F부(35)는, 통신 단말기(3)를 외부 장치에 접속하기 위한 통신 인터페이스이며, 예를 들면 RS-232C, UART, 오픈 콜렉터, TTL, 패러렐 I/F, USB 등이다.
전계 강도 측정부(36)는, 예를 들면 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 회로나 SNR(signal-noise ratio) 회로에 의해 구성되고, 수신한 무선 신호의 전계 강도를 나타내는 신호를 베이스 밴드 처리부(31)에 입력한다. 또한, 전원부(38)는, 통신 단말기(3)의 각 부에 구동 전력을 공급한다.
도 10은, 베이스 밴드 처리부(31)에 의해 실행되는 동작 모드 설정 프로그램(313)의 처리 플로우 차트이다. 또한, 도 10에 나타낸 처리는, 예를 들면 통신 단말기(3)의 전원이 투입되었을 때나 유저가 소정의 설정 조작을 행하였을 때에, 자동적으로 혹은 수동에 의해 개시된다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 우선, 베이스 밴드 처리부(31)는, 통신 단말기(3)의 도시하지 않은 불휘발성 메모리 등으로부터 현재 설정되어 있는 동작 모드를 취득하고, 취득한 동작 모드를 판정한다(S911). 다음으로, 베이스 밴드 처리부(31)는, 취득한 동작 모드에 따라서 상관부(321)의 각 상관기가 포착해야 할 무선 신호(위성 측위 신호 또는 위치 정보 신호)의 채널(각 상관기의 PRN 번호)과 중심 주파수를 설정한다(S912, S913). 중심 주파수는, 예를 들면 L1 신호인 경우는 1575.42㎒이다. 또한, 중심 주파수는, 반드시 완전히 이 주파수에 일치할 필요는 없고, 고의로 약간 어긋난 주파수(예를 들면, 1575.42㎒＋5.2ppm과 1575.42㎒-5.2ppm)로 설정해도 된다.
도 11은, 상관기가 5개인 경우의 각 동작 모드에 있어서의 상관기의 설정예이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 동작 모드가 「옥내?옥외 겸용」으로 설정되어 있었던 경우(S911에서 「옥내?옥외 겸용」), 베이스 밴드 처리부(31)는, 4개의 상관기 (1)?(4)를 위성 측위 신호의 채널 (8ch, 11ch, 15ch, 20ch)로 설정하고, 다른 1개의 상관기 (5)를 IMES의 위치 정보 신호의 채널 (180ch)로 설정한다.
또한, 동작 모드가 「옥내」로 설정되어 있었던 경우(S911에서 「옥내」), 베이스 밴드 처리부(31)는, 1개의 상관기 (1)만을 위성 측위 신호의 채널 (8ch)로 설정하고, 다른 4개의 상관기 (2)?(5)를 IMES의 위치 정보 신호의 채널 (174ch, 175ch, 179ch, 180ch)로 설정한다.
여기서, 어느 동작 모드에 있어서도, 적어도 1개의 상관기(도 11에서는 상관기 (5))에 대해서는, 특정한 위치 정보 신호의 채널 (180ch)로 설정된다. 이것은 후기하는 바와 같이, 통신 단말기(3)가, 경계 플래그가 「1」로 설정되어 있는 위치 정보를 수신한 경우에, 자동적으로 동작 모드의 설정을 행하게 하기 위함이다.
또한, 이상에서는, 상관부(321)가 5개의 상관기를 구비하고 있는 경우를 예 로 들어 설명하였지만, 상관부(321)가 구비하는 상관기의 수는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상관부(321)가 16개의 상관기를 구비하고 있는 경우에는, 동작 모드가 「옥외?옥내 겸용」이면 14개의 상관기를 위성 측위 신호의 채널로, 다른 2개를 위치 정보 신호의 채널로 설정하고, 동작 모드가 「옥내」이면 2개의 상관기를 위성 측위 신호의 채널로, 다른 14개를 위치 정보 신호의 채널로 설정한다.
도 12는, 베이스 밴드 처리부(31)에 의해 실행되는 측위 처리 프로그램(314)의 처리 플로우 차트이다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 베이스 밴드 처리부(31)는, 무선 수신부(32)로부터 입력되는 신호에 기초하여, 무선 신호(위성 측위 신호 또는 위치 정보 신호)를 수신한 상관기가 존재하는지 여부를 실시간으로 감시하고 있고(S1111), 무선 신호를 수신한 상관기가 있으면(S1111에서「'예'」), 그 상관기가 수신한 무선 신호에 포함되는 항법 메시지를 취득한다(S1112).
다음으로, 베이스 밴드 처리부(31)는, 무선 신호를 수신한 상관기에 설정되어 있는 채널이, 인공위성의 채널과 위치 정보 발신기의 채널 중 어느 쪽에 포함되는지를 조사함으로써, 수신한 무선 신호의 종류를 판정하고(S1113), 수신한 무선 신호가 위치 정보 신호인 경우에는(S1113에서 「위치 정보 신호」), 위치 정보 신호에 기초하는 측위 처리(S1114)를 실행한다. 한편, 수신한 무선 신호가 위성 측위 신호인 경우에는(S1113에서 「위성 측위 신호」), 위성 측위 신호에 기초하는 측위 처리(S1115)를 실행한다.
도 13은, 위치 정보 신호에 기초하는 측위 처리(도 12의 S1114)의 처리 플로우 차트이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 베이스 밴드 처리부(31)는, 우선, 항법 메시지에 포함되는 위치 정보 메시지(215)(도 6 참조)로부터 위치 정보(경계 플래그(601), 위도(602), 경도(603), 고도(604))를 취득한다(S1211).
다음으로 베이스 밴드 처리부(31)는, 취득한 경계 플래그(601)의 내용을 조사한다(S1212). 경계 플래그가 「1:온」이었던 경우에는(S1212에서 「온」), S1213으로 진행한다. 경계 플래그가 「0:오프」였던 경우에는(S1212에서 「오프」), S1216으로 진행한다.
S1213에 있어서, 베이스 밴드 처리부(31)는, 통신 단말기(3)에 설정되어 있는 현재의 동작 모드를 조사하여, 현재의 동작 모드가 「옥내?옥외 겸용 모드」로 설정되어 있었던 경우(S1213에서 「옥내?옥외 겸용」), 통신 단말기(3)의 동작 모드를 「옥내 모드」로 설정한다(S1214). 한편, 현재의 동작 모드가 「옥내 모드」로 설정되어 있었던 경우(S1213에서 「옥내」), 통신 단말기(3)의 동작 모드를 「옥내?옥외 겸용 모드」로 설정한다(S1215).
마지막으로, S1216에 있어서, 베이스 밴드 처리부(31)는, 위치 정보 신호에 기초하는 위치 결정 처리를 실행한다(S1216).
또한, S1213에 있어서, 현재의 동작 모드가 「옥내?옥외 겸용 모드」로 되어 있는 경우라 함은, 예를 들면, 도 3에 있어서 구조물(4)의 외부에 있었던 통신 단말기(3)의 유저가, 구조물(4)의 출입구(41)에 근접하여, 그 근방에 설치된 위치 정보 발신기(2)의 위치 정보 신호를 수신한 경우이다.
또한, S1213에 있어서, 현재의 동작 모드가 「옥내 모드」로 되어 있는 경우라 함은, 예를 들면, 도 3에 있어서 통신 단말기(3)의 유저가, 구조물(4)의 출입구(41)를 통과하여 구조물(4) 내로 들어감으로써, 출입구(41)를 통과하였을 때에 경계 플래그가 「1:온」으로 설정되어 있는 위치 정보 신호를 수신하여 동작 모드가 「옥내 모드」로 설정되고, 그 후, 다시 구조물(4)의 외부로 나오기 위해 유저가 출입구(41)에 근접하여, 그 근방에 설치된 위치 정보 발신기(2)로부터 경계 플래그가 「1:온」의 위치 정보 신호를 다시 수신한 경우이다.
이와 같이, 통신 단말기(3)의 동작 모드는, 경계 플래그가 「1:온」으로 설정되어 있는 위치 정보 발신기(2)로부터의 위치 정보 신호를 통신 단말기(3)가 수신함으로써, 자동적으로 자신의 현재 위치를 취득하는 데 적절한 동작 모드로 설정된다. 이로 인해, 예를 들면 통신 단말기(3)가 옥내에 있을 때에는 위치 정보 신호를 수신하는 상관기의 비율을 증가시키고, 반대로 옥외에 있을 때에는 위성 측위 신호를 수신하는 상관기의 비율을 증가시키는 등의 설정을, 자동적으로 행하는 것이 가능해진다. 그리고 이와 같이 동작 모드의 설정이 적절하게 행해짐으로써, 통신 단말기(3)가 자신의 현재 위치를 특정할 수 없는 기간이 짧아져, 통신 단말기(3)는, 안정적으로 확실하게 자신의 현재 위치를 취득할 수 있게 된다.
도 14는, 위치 정보 신호에 기초하는 위치 결정 처리(도 13의 S1216)의 처리 플로우 차트이다. 이 위치 결정 처리에 있어서, 우선, 베이스 밴드 처리부(31)는, 통신 단말기(3)가 복수의 위치 정보 신호를 수신하고 있는지 여부를 판정한다(S1311). 통신 단말기(3)가 복수의 위치 정보 신호를 수신하고 있는 경우라 함은, 예를 들면 복수의 위치 정보 발신기(2)의 설치 위치의 중간 부근에 있는 경우나, 통신 단말기(3)의 부근의 위치 정보 발신기(2)로부터의 위치 정보 신호와 함께, 이격된 장소에 설치되어 있는 위치 정보 발신기(2)로부터의 위치 정보 신호도 수신해 버리고 있는 경우이다(벽, 바닥, 창 등을 투과하여 도달하는 경우도 있음). S1311에 있어서, 통신 단말기(3)가 복수의 위치 정보 신호를 수신하고 있다고 판정한 경우에는(S1311에서 「'예'」), S1312로 진행한다. 한편, 복수의 위치 정보 신호를 수신하고 있지 않다고 판정한 경우에는(S1311에서 「'아니오'」), S1313으로 진행한다.
S1312에 있어서, 베이스 밴드 처리부(31)는, 수신한 복수의 위치 정보 신호의 전파의 강도로부터, 자신의 현재 위치를 구하기 위해 채용하는 위치 정보 신호를 결정한다. 예를 들면, 전계 강도 측정부(36)로부터 취득되는 각 위치 정보 신호의 각각의 전계 강도를 비교하여, 전계 강도가 가장 강한 위치 정보 신호를 채용한다. 또한, 예를 들면, 소정값 이상의 전계 강도를 갖는 복수의 위치 정보 신호 중으로부터, 동일한 위치 정보를 포함하는 것을 선택하도록 해도 된다.
S1313에 있어서, 베이스 밴드 처리부(31)는, 수신한 위치 정보 신호(복수의 위치 정보 신호를 수신하고 있는 경우에는 S1312에서 결정한 위치 정보 신호)에 포함되어 있는 위치 정보에 기초하여 자신의 현재 위치를 구한다. 예를 들면, 도 6과 같은 위치 정보를 포함하는 위치 정보 신호이면, 자신의 현재 위치를, 북위 35.1234도, 동경 139.3456도, 고도 30m로 한다.
또한, 베이스 밴드 처리부(31)는, 위치 보정 프로그램(315)을 실행함으로써, 위치 정보 신호에 포함되는 기준 센서 정보와, 도시하지 않은 센서부로부터 취득되는 센서 정보에 기초하여, 현재 위치를 보정하도록 해도 된다. 예를 들면, 위치 정보 발신기(2)와 통신 단말기(3)의 기압차를 검출하여, 기압과 고도의 관계식(또는 기압과 고도의 관계를 나타내는 테이블)에 기초하여 취득한 고도를 보정하는 것 등이다.
이와 같이, 통신 단말기(3)는, 수신한 위치 정보 신호로부터 취득한 기준 센서 정보와, 자신의 센서부로부터 취득한 값을 비교함으로써, 위치 정보 신호로부터 취득한 위치 데이터를 자동적으로 보정하고, 보정 후의 값을 자신의 현재 위치로 한다. 이에 의해, 통신 단말기(3)는, 자신의 현재 위치를 보다 정확하게 측위할 수 있다.
또한, 통신 단말기(3)가 휴대 전화기인 경우 등, 위치 정보 발신기(2)의 설치 높이와 통신 단말기(3)의 높이(유저가 통신 단말기(3)를 휴대하고 있는 높이)를 미리 알고 있는 경우에는, 그 높이의 차분을 위치 정보 신호로부터 취득되는 고도로부터 감산하여, 현재 위치의 고도를 보정하도록 해도 된다.
도 15는, 위성 측위 신호에 기초하는 측위 처리(도 12의 S1115)의 처리 플로우 차트이다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 베이스 밴드 처리부(31)는, 우선, 수신한 위성 측위 신호로부터 항법 메시지를 취득하고(S1511), 계속해서 취득한 항법 메시지에 기초하여, 그 위성 측위 신호를 송신한 인공위성의 위치를 산출한다(S1512). 즉, 베이스 밴드 처리부(31)는, 인공위성(1)으로부터의 전파의 전파 시간에 기초하여 통신 단말기(3)로부터 그 인공위성(1)까지의 거리(의사 거리)를 구하고, 항법 메시지에 포함되어 있는 정밀 궤도 정보(에페메리스)로부터 그 인공위성(1)의 좌표를 산출한다.
다음으로, 베이스 밴드 처리부(31)는, 위치를 산출한 인공위성(1)의 수가 4 이상인지 여부를 판정하고(S1513), 위치를 산출한 인공위성(1)의 수가 4 이상이면(S1513에서 「4 이상」) S1514로 진행하고, 위치를 산출한 인공위성(1)의 수가 4 미만이면(S1513에서 「4 미만」) 처리를 종료한다.
S1514에 있어서, 베이스 밴드 처리부(31)는, 위치가 산출되어 있는 인공위성(1) 중으로부터 최신의 4개의 위성을 선택하고, 그들 4개의 위성의 위치로부터 자신의 현재 위치(위도, 경도, 고도)를 계산한다(S1514).
그런데, 상기한 설명에서는, 동작 모드가 2개(「옥내?옥외 겸용」과 「옥내」)인 경우에 대해 서술하였지만(도 10, 도 11 참조), 동작 모드의 수는 반드시 2개에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 16에 나타내는 바와 같이, 동작 모드를 3개(「옥외」, 「옥내?옥외 겸용」, 「옥내」)로 할 수도 있다.
도 17은, 도 10에 나타낸 동작 모드 설정 처리의 변형예이며, 동작 모드가 3개인 경우에 있어서의 동작 모드 설정 처리의 처리 플로우 차트이다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 베이스 밴드 처리부(31)는, 우선, 통신 단말기(3)에 현재 설정되어 있는 동작 모드를 취득하고, 취득한 동작 모드를 판정한다(S1711). 다음으로, 베이스 밴드 처리부(31)는, 취득한 동작 모드에 따라서, 상관부(321)의 각 상관기가 포착해야 할 무선 신호(위성 측위 신호 또는 위치 정보 신호)의 채널 및 중심 주파수를 설정한다(S1712, S1713, S1714).
여기서 도 16에 나타내는 바와 같이, 동작 모드가 「옥외」로 설정되어 있었던 경우에는(S1711로 「옥외」), 4개의 상관기 (1)?(4)를 위성 측위 신호의 채널 (8ch, 11ch, 15ch, 20ch)로 설정하고, 다른 1개의 상관기(5)를 위치 정보 신호의 채널 (180ch)로 설정한다.
또한, 동작 모드가 「옥내?옥외 겸용」으로 설정되어 있었던 경우에는(S1711에서 「옥내?옥외 겸용」), 2개의 상관기 (1), (2)를 위성 측위 신호의 채널 (8ch, 11ch)로 설정하고, 다른 3개의 상관기 (3)?(5)를 IMES의 위치 정보 신호의 채널 (175ch, 179ch, 180ch)로 설정한다.
또한, 동작 모드가 「옥내」로 설정되어 있었던 경우에는(S1711에서 「옥내」), 1개의 상관기 (1)만을 위성 측위 신호의 채널 (8ch)로 설정하고, 다른 4개의 상관기 (2)?(5)를 IMES의 위치 정보 신호의 채널 (174ch, 175ch, 179ch, 180ch)로 설정한다.
여기서 도 11에 나타낸 예와 마찬가지로, 어느 동작 모드에 있어서도, 적어도 1개의 상관기(도 11에서는 상관기 (5))는, 특정한 위치 정보 신호의 채널 (180ch)로 설정된다.
또한, 동작 모드가 3개인 경우에 있어도, 도 11의 경우와 마찬가지로, 상관기의 수는 5개에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상관부(321)가 16개의 상관기를 구비하고 있는 경우에는, 동작 모드가 「옥외」이면 14개의 상관기를 위성 측위 신호의 채널로 설정하고, 다른 2개를 위치 정보 신호의 채널로 설정한다. 또한, 동작 모드가 「옥외?옥내 겸용」이면 7개의 상관기를 위성 측위 신호의 채널로 설정하고, 다른 9개를 위치 정보 신호의 채널로 설정한다.
또한, 동작 모드가 「옥내」이면 2개의 상관기를 위성 측위 신호의 채널로 설정하고, 다른 14개를 위치 정보 신호의 채널로 설정한다.
이상으로, 본 발명을 실시하기 위한 형태의 설명을 마치지만, 상기한 설명은 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은, 그 취지를 일탈하지 않고, 적절히 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는 그 등가물이 포함되는 것은 물론이다.
예를 들면, 이상의 설명에서는, 통신 단말기(3)가, 자신의 각 상관기에 서로 다른 채널을 할당하도록 하였지만, 자신의 복수의 상관기의 일부가 각각 동일한 채널의 위치 정보 신호를 수신하도록 설정하고, 동일한 채널의 위치 정보 신호를 수신하도록 설정된 각 상관기가, 설정되어 있는 채널에 대응하는 서치해야 할 주파수 범위에 있어서, 각각 다른 주파수 범위를 서치하도록 해도 된다.
구체적으로는, 예를 들면, 설정되어 있는 채널에 대응하는 서치해야 할 주파수 범위가 주파수 f1?f3인 경우에는, 제1 상관기가 주파수 f1?f2(f1＜f2＜f3)를 서치하도록 설정하고, 제2 상관기가 주파수 f2?f3을 서치하도록 설정한다. 이에 의해, 상기 채널의 서치가, 복수의 상관기에 의해 분담하여 동시 병행적으로 행해져, 개개의 상관기가 서치해야 할 주파수 범위가 좁아지므로, 서치 시간의 단축을 도모할 수 있다. 그 결과, 통신 단말기(3)가 자신의 현재 위치를 취득하는 데 필요로 하는 시간이 단축되게 된다. 또한, 제1 상관기가 서치하는 주파수 범위와 제2 상관기가 서치하는 주파수 범위는, 서로 중복되는 범위가 가능한 한 적어지도록 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 예를 들면, 어느 위치 정보 발신기(2)로부터 발신하는 위치 정보 신호 중에, 그 위치 정보 발신기(2)에 인접하는 다른 위치 정보 발신기(2)의 채널 번호를 포함하도록 하고, 이것을 수신한 통신 단말기(3)가, 그 채널 번호의 채널을 수신하도록, 자신의 상관기를 자동적으로 설정하도록 해도 된다. 그것에 의해, 예를 들면, 통신 단말기(3)가 이동하였을 때의, 이동처에 존재하는 위치 정보 발신기(2)로부터 발신되는 위치 정보 신호의 채널 서치에 필요로 하는 시간이 단축되어, 그 결과, 통신 단말기(3)가 자신의 현재 위치를 취득하는 데 필요로 하는 시간의 단축을 도모할 수 있다.
또한, 상기 제2 실시 형태에서는, 혼합기(276)는 동일한 PRN 번호로부터 생성된 위치 정보 신호를 혼합하는 예를 설명하였지만, 각 무선 발신부에 2개의 송신 비트열 기억부(271)를 구비함으로써, 복수의 채널의 서로 다른 PRN 번호로부터 생성된 모든 위치 정보 신호 중의 임의의 2개를 혼합하도록 해도 된다.
또한, 상기 제1 실시 형태, 제2 실시 형태 모두, 복수의 안테나(28)로부터 병렬로 위치 정보 신호를 발신하는 것으로 하였지만, 각 안테나(28)의 단위로 시분할로 위치 정보 신호를 발신하도록 해도 된다. 그 경우는, 각 안테나(28)로부터 발신되는 위치 정보 신호간의 간섭은 발생하지 않으므로, 모든 안테나(28)로부터 임의의 채널에 의해 위치 정보 신호를 발신할 수 있다.
또한, 인공위성(1)이나 위치 정보 발신기(2)로부터 송신되는 무선 신호의 종류는 전파에 한정되지 않는다. 예를 들면, 무선 신호는 광이나 적외선 등을 이용하는 것이어도 된다.
S : 측위 시스템
1 : 인공위성
2 : 위치 정보 발신기
21 : 데이터 생성부
211 : CPU
212 : 기억부
213 : 위치 정보 발신 프로그램
214 : 위치 정보 테이블
215 : 위치 정보 메시지
22 : 클럭부
23 : 조작부
24 : 표시부
25 : 통신 I/F부
26 : 전원부
27 : 무선 발신부
271 : 송신 비트열 기억부
272 : 변조용 클럭 생성부
273 : 송신 타이밍 제어부
274 : 반송파 생성부
275 : BPSK 변조부
276 : 혼합기
28 : 안테나
3 : 통신 단말기(휴대 통신 단말기)
31 : 베이스 밴드 처리부
311 : CPU
312 : 기억부
313 : 동작 모드 설정 프로그램
314 : 측위 처리 프로그램
315 : 위치 보정 프로그램
32 : 무선 수신부
321 : 상관부
322 : A/D 변환부
323 : 복조부
33 : 조작부
34 : 표시부
35 : 통신 I/F부
36 : 전계 강도 측정부
37 : 클럭부
38 : 전원부
39 : 안테나
4 : 구조물
41 : 출입구
601 : 경계 플래그(경계 에어리어 정보)
602 : 위도(위치 데이터)
603 : 경도(위치 데이터)
604 : 고도(위치 데이터)

Claims (12)

  1. 인공위성으로부터 송신되는 측위를 위한 무선 신호인 위성 측위 신호와 호환성을 갖고, 특정한 위치를 나타내는 위치 데이터를 포함한 무선 신호인 위치 정보 신호의, 안테나를 통한 발신을 반복하는 무선 발신부를 갖고,
    상기 위치 정보 신호를 수신한 통신 단말기에 상기 위치 데이터에 의해 특정되는 위치를 알리는 위치 정보 발신기로서,
    서로 이격된 복수의 상기 안테나를 구비하고,
    상기 무선 발신부는, 동일한 위치 데이터를 포함한 상기 위치 정보 신호를, 상기 안테나마다 각각 다른 채널에 의해 병렬로 발신하거나, 또는 임의의 채널에 의해 상기 안테나 단위로 시분할하여 발신하는 것을 특징으로 하는 위치 정보 발신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 발신부는, 상기 안테나의 각각과 일대일로 대응하는 복수의 혼합기를 구비하고,
    상기 혼합기는,
    상기 위치 데이터를 포함한 송신 비트열이, 서로 다른 2개의 샘플링 주기로 샘플링되고, 각각 소정의 주파수 대역의 반송파로 변조된 2개의 신호를 혼합함으로써, 대응하는 상기 안테나로부터 발신하는 상기 위치 정보 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 위치 정보 발신기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무선 발신부는, 상기 안테나의 각각과 일대일로 대응하는 복수의 혼합기를 구비하고,
    상기 혼합기는,
    하나 또는 복수의 상기 채널의 상기 위치 데이터를 포함한 송신 비트열의 각각이, 서로 다른 2개의 샘플링 주기로 샘플링되고, 각각 소정의 주파수 대역의 반송파로 변조된 모든 신호 중, 임의의 2개의 신호를 혼합함으로써, 대응하는 상기 안테나로부터 발신하는 상기 위치 정보 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 위치 정보 발신기.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 2개의 샘플링 주기는,
    상기 통신 단말기가 수신 가능한 소정의 데이터 전송 레이트 범위에 포함되고, 소정값 이상의 차분을 갖는 2개의 데이터 전송 레이트의 신호를 각각 생성하는 주기인 것을 특징으로 하는 위치 정보 발신기.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 혼합기에 의해 혼합되는 상기 2개의 신호의 반송파의 주파수는,
    상기 위성 측위 신호의 소정의 주파수 대역에 포함되고, 그 주파수 대역의 중심 주파수에 대해, 한쪽이 플러스측, 다른 한쪽이 마이너스측에, 소정값 이상의 차분을 갖는 것을 특징으로 하는 위치 정보 발신기.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 정보 신호는, 상기 위치 정보 발신기가 옥외와 옥내의 경계의 근방에 설치되어 있는 것을 나타내는 경계 에어리어 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 정보 발신기.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 정보 신호는, 상기 위치 데이터를 보정하기 위한 기준으로 되는 기준 센서 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 정보 발신기.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 정보 신호는, GPS 위성으로부터 송신되는 위성 측위 신호와 호환성을 갖고,
    상기 GPS 위성에 할당되는 부호 패턴군과는 다른 소정의 부호 패턴군에 의한 스펙트럼 확산에 의해, 복수의 상기 채널을 구성하는 것을 특징으로 하는 위치 정보 발신기.
  9. 인공위성으로부터 송신되는 측위를 위한 무선 신호인 위성 측위 신호와,
    상기 위성 측위 신호와 호환성을 갖고, 특정한 위치를 나타내는 위치 데이터를 포함한 무선 신호인 위치 정보 신호를 수신하고,
    수신한 위성 측위 신호와 위치 정보 신호에 기초하여 자신의 현재 위치를 측위하는 통신 단말기로서,
    수신한 위치 정보 신호를 채널마다 병렬로 서치하는 복수의 상관기를 구비하고,
    동일한 상기 채널에 대해 서치해야 할 소정의 주파수 범위의 전체를, 2 이상의 상관기가 각각 다른 주파수 범위를 분담하여 서치하는 것을 특징으로 하는 통신 단말기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 위치 데이터를 보정하기 위한 센서 정보를 취득하는 센서를 구비하고,
    상기 위치 정보 신호로부터 상기 위치 데이터를 보정하기 위한 기준으로 되는 기준 센서 정보를 취득하여,
    상기 센서로부터 취득되는 센서 정보와 상기 기준 센서 정보를 비교함으로써, 상기 위치 데이터를 보정하여 자신의 현재 위치를 측위하는 것을 특징으로 하는 통신 단말기.
  11. 필요한 측위 정밀도에 대응하는 단위 구역의 각각에 설치되는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 위치 정보 발신기와,
    상기 위성 측위 신호와 상기 위치 정보 신호를 수신하고, 수신한 상기 위성 측위 신호와 상기 위치 정보 신호에 기초하여 자신의 현재 위치를 측위하는 통신 단말기
    를 포함하고,
    서로 인접하는 상기 위치 정보 발신기 사이에서는, 동일한 채널을 이용하지 않고, 상기 위치 정보 신호를 발신하는 것을 특징으로 하는 측위 시스템.
  12. GPS 신호를 발신하는 위치 정보 발신기로서,
    위치 정보를 포함하는 GPS 신호를 생성하는 GPS 신호 생성부와,
    상기 위치 정보를 포함하는 GPS 신호를 발신하는 제1 안테나 및 제2 안테나
    를 구비하고,
    상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 서로 이격되고,
    상기 제1 안테나는, 제1 PRN 번호로 부호화된 GPS 신호로 위치 정보를 발신하고,
    상기 제2 안테나는, 상기 제1 PRN 번호와는 다른 제2 PRN 번호로 부호화된 GPS 신호로 상기 제1 안테나와 동일한 위치 정보를 발신하는 것을 특징으로 하는 위치 정보 발신기.
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