位置及び／又は時刻情報配信装置
【課題】屋内や地下においてＧＮＳＳ対応の受信装置に位置及び／又は時刻情報を取得させるための信号を提供する安価な位置及び／又は時刻情報配信装置を提供する。
【解決手段】位置及び／又は時刻情報配信装置は、時刻情報を保持する手段と、受信装置に取得させる位置である装置提供位置を示す情報を保持する手段と、１つ以上の衛星の軌道情報を保持する手段と、時刻情報及び軌道情報に基づき、装置提供位置から見た衛星の速度及び装置提供位置と衛星との距離を求める手段と、前記速度及び前記距離に基づき、各衛星の擬似信号を時分割多重した信号を生成する手段とを備えており、衛星の擬似信号には、該衛星と装置提供位置との距離に対応する伝搬遅延と、装置提供位置から見た該衛星の速度により生じるドップラ・シフトが与えられている。
【解決手段】位置及び／又は時刻情報配信装置は、時刻情報を保持する手段と、受信装置に取得させる位置である装置提供位置を示す情報を保持する手段と、１つ以上の衛星の軌道情報を保持する手段と、時刻情報及び軌道情報に基づき、装置提供位置から見た衛星の速度及び装置提供位置と衛星との距離を求める手段と、前記速度及び前記距離に基づき、各衛星の擬似信号を時分割多重した信号を生成する手段とを備えており、衛星の擬似信号には、該衛星と装置提供位置との距離に対応する伝搬遅延と、装置提供位置から見た該衛星の速度により生じるドップラ・シフトが与えられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全地球測位システム（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）に代表される全地球衛星航法システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｓｙｓｔｅｍ）において衛星が送信する、測位及び／又は時刻同期のための信号を擬似的に生成する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＧＰＳ衛星が送信する信号により位置情報を取得するＧＰＳ受信装置が広く利用されている。ＧＰＳにおいては、高精度な時刻情報を得ることもでき、移動通信網における無線基地局は、ＧＰＳ受信装置により、世界協定時（ＵＴＣ）に対してマイクロ秒の精度で同期した時刻情報を得ている。
【０００３】
しかしながら、人工衛星からの信号は、屋内や地下においては受信できないことが多く、屋内や地下にあるＧＰＳ受信装置に、位置情報及び／又は時刻情報を取得させるためのシステムが必要とされている。
【０００４】
このための方法として、屋外に設置したアンテナで受信したＧＰＳ信号を、屋内／地下に設置したアンテナから再送信することが考えられるが、ＧＰＳ受信装置で測位した結果得られる位置が屋外のＧＰＳアンテナの設置位置となり、実際のＧＰＳ受信装置の位置と、測定される位置とが大きく乖離するという問題がある。また屋外アンテナと屋内／地下アンテナ間のケーブル敷設に多大なコストを要する場合や、物理的に敷設が困難である場合もある。
【０００５】
また、特許文献１から４に記載の、ＧＰＳ衛星が送信する信号を生成する装置を利用することも考えることができる。しかしながら、特許文献１から４に記載の装置は、実際のＧＰＳ信号を忠実に再現することを目的としているために装置の構成が複雑であり、コスト高となる。また実際のＧＰＳでは、１０機前後のＧＰＳ衛星が上空に存在しているのに対し、装置の製造コストにより同時に模擬できるＧＰＳ衛星の数が限られることがあり、模擬する衛星の位置関係によっては十分な測位・時刻同期精度が得られない場合がある。
【０００６】
さらに、屋内測位用途として考案された、特許文献５〜９、非特許文献１及び２に記載のスードライト（ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅ）や、ＩＭＥＳ（ｉｎｄｏｏｒ ｍｅｓｓａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を利用することも考えることができる。しかしながら、広く普及しているＧＰＳ受信装置とは互換性がなく、専用の受信装置が必要となる。さらに、ＩＭＥＳではＵＴＣに同期した時刻情報を得ることができず、例えば、無線基地局の様に、高精度な時刻情報が必要な場合には利用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３０４９００号公報
【特許文献２】特開２００４−２８６４９４号公報
【特許文献３】特開２００６−２０１１５１号公報
【特許文献４】特開２００８−１２８９３４号公報
【特許文献５】特開平０７−１１３８６０号公報
【特許文献６】特開平０７−１５９５０８号公報
【特許文献７】特開２００７−２７８７５６号公報
【特許文献８】特開２００８−９６４５２号公報
【特許文献９】特開２００９−０８５９２８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】“Ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅ：Ｇｒｏｕｎｄ−ｂａｓｅｄ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｆｏｒ ＧＰＳ−Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ”、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２００３ ＳＢＭＯ／ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ｖｏｌ．２、ｐ.８２５−８３０
【非特許文献２】“準天頂衛星システムユーザインタフェース仕様書”、ＩＳ−ＱＺＳＳ１．２版ドラフト、宇宙航空研究開発機構
【非特許文献３】“Ｎａｖｓｔａｒ ＧＰＳ Ｓｐａｃｅ Ｓｅｇｍｅｎｔ／Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ”、ＩＳ−ＧＰＳ−２００Ｄ、Ｎａｖｓｔａｒ ＧＰＳ Ｊｏｉｎｔ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｏｆｆｉｃｅ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明は、屋内や地下において、ＧＰＳといったＧＮＳＳ対応の受信装置に位置及び／又は時刻情報を取得させるための信号を提供する安価な位置及び／又は時刻情報配信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明における位置及び／又は時刻情報配信装置によれば、
時刻情報を保持する手段と、受信装置に取得させる位置である装置提供位置を示す情報を保持する手段と、１つ以上の衛星の軌道情報を保持する手段と、時刻情報及び軌道情報に基づき、装置提供位置から見た衛星の速度及び装置提供位置と衛星との距離を求める手段と、前記速度及び前記距離に基づき、各衛星の擬似信号を時分割多重した信号を生成する手段とを備えており、衛星の擬似信号には、該衛星と装置提供位置との距離に対応する伝搬遅延と、装置提供位置から見た該衛星の速度により生じるドップラ・シフトが与えられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明における位置及び／又は時刻情報配信装置の他の実施形態によれば、
前記１つ以上の衛星は、全地球衛星航法システムで実際に使用されている衛星以外の衛星を含んでいることも好ましい。
【００１２】
また、本発明における位置及び／又は時刻情報配信装置の他の実施形態によれば、
前記１つ以上の衛星のそれぞれに割り当てた符号分割多重のためのコードを保持する手段を備えており、前記信号を生成する手段は、衛星の前記伝搬遅延の変化の累積値が所定の閾値を超えているか否かを、前記コードの繰り返し周期単位で判定し、該所定の閾値を超えている場合には、該衛星の前記コード長の調整を行うことも好ましい。
【００１３】
さらに、本発明における位置及び／又は時刻情報配信装置の他の実施形態によれば、
前記軌道情報の軌道補正項及び電離層の影響を補正するパラメータは零であることも好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
屋内や地下においても高精度な測位及び／又は時刻同期が可能となる。また、各衛星の擬似信号を並列して生成するのではなく時分割で処理することで、装置構成を簡略化でき、低コストで、位置及び／又は時刻情報配信装置を実現することができる。また、架空の衛星を使用することで、時刻同期・測位精度の劣化を抑えられるような衛星配置を実現することができ、生成する擬似信号の数を少なくすることができ、さらに、衛星の軌道に関するパラメータの内、軌道補正項や電離層の影響を補正するパラメータを省略することで、伝搬遅延時間に係る演算量を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による位置及び／又は時刻情報配信装置の概略的な構成図である。
【図２】擬似信号生成部の概略的な構成図である。
【図３】ＰＲＮコード長の調整を説明する図である。
【図４】ドップラ制御部及び変調部の一形態を示す図である。
【図５】架空の衛星配置での軌道を示す図である。
【図６】図５の衛星配置における受信衛星数の時間変化を示す図である。
【図７】図５の衛星配置における測位精度劣化指数の時間変化を示す図である。
【図８】実際のＧＰＳ衛星の所定期間の軌道を示す図である。
【図９】図８の衛星配置における受信衛星数の時間変化を示す図である。
【図１０】図８の衛星配置における測位精度劣化指数の時間変化を示す図である。
【図１１】図８の衛星配置における緯度及び経度方向の測位誤差を示す図である。
【図１２】図８の衛星配置における高度方向測位誤差の時間変化を示す図である。
【図１３】架空の衛星配置での軌道を示す図である。
【図１４】図１３の衛星配置における受信衛星数の時間変化を示す図である。
【図１５】図１３の衛星配置における測位精度劣化指数の時間変化を示す図である。
【図１６】図１３の衛星配置における緯度及び経度方向の測位誤差を示す図である。
【図１７】図１３の衛星配置における高度方向測位誤差の時間変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明においては、ＧＰＳ衛星（Ｎａｖｓｔａｒ）が送信する信号の擬似信号を生成してＧＰＳ受信装置に配信する形態にて説明するが、本発明は、他のＧＮＳＳ衛星の擬似信号生成にも適用できる。
【００１７】
本発明による位置及び／又は時刻情報配信装置は、複数のＧＰＳ衛星の擬似信号を生成するものであるが、ある瞬間においては、１つのＧＰＳ衛星の擬似信号のみを送信する。つまり、ある規則に基づき、各ＧＰＳ衛星の擬似信号を時分割で送信する。なお、この規則としては、一定周期で切り替える方法や、何らかの擬似雑音符号により制御する方法がある。
【００１８】
図１は、本発明による位置及び／又は時刻情報配信装置の概略的な構成図である。図１に示す様に、位置及び／又は時刻情報配信装置は、衛星模擬部１と、擬似信号生成部２と、変調部３と、同期処理部４と、衛星情報保持部５とを備えている。
【００１９】
衛星情報保持部５は、模擬する各衛星の情報、具体的には、衛星の軌道を特定する軌道情報と、符号分割多重を行うために当該衛星に割り当てられたＰＲＮコードに関する情報を保持している。なお、軌道情報については、非特許文献３に詳細が記載されている。同期処理部４は、ＵＴＣ等の基準時刻に同期した時刻情報を衛星模擬部１及び擬似信号生成部２に出力すると共に、当該時刻情報から得られるクロックに同期した搬送波を生成して変調部３に出力する。なお、同期処理部４は、例えば、ＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）や、ＩＥＥＥ１５８８で規定されるＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）といった時刻同期プロトコルにより、基準時刻に高い精度で同期した時刻情報を図示しないネットワーク経由で取得する。
【００２０】
衛星模擬部１は、ＧＰＳ受信装置に取得させたい位置を示す情報を保持している。ここで、ＧＰＳ受信装置に取得させたい位置とは、例えば、当該位置及び／又は時刻情報配信装置の設置位置や、屋内又は地下において、当該位置及び／又は時刻情報配信装置が設置されている階と同一階にある所定の位置等である。以後、ＧＰＳ受信装置に取得させたい位置を、装置提供位置と呼ぶものとする。衛星模擬部１は、各衛星の擬似信号の送信期間において、当該衛星と装置提供位置との距離、及び、装置提供位置から見た当該衛星の速度を算出し、模擬している衛星を特定する情報、算出した当該衛星との距離及び当該衛星の速度を擬似信号生成部２に出力し、擬似信号生成部２は、当該衛星の衛星情報、速度及び装置提供位置との距離に基づき、当該衛星の擬似信号を生成する。
【００２１】
なお、ＧＰＳ衛星は、地球上を周回しているため、ある時間帯においては、装置提供位置からは見えず、よって、信号を受信することがないＧＰＳ衛星が存在する。本実施形態においても、各模擬対象のＧＰＳ衛星について、装置提供位置から見えない時間帯においては、そのＧＰＳ衛星の擬似信号の送信を省略し、装置提供位置から見えるＧＰＳ衛星の擬似信号のみを時分割で送信するものとする。なお、装置提供位置から見えるか否かについては、例えば、衛星模擬部１が、時刻情報、各模擬対象のＧＰＳ衛星の軌道情報及び装置提供位置から判定する。この場合、衛星模擬部１は、装置提供位置から見えるＧＰＳ衛星についての距離及び速度のみを擬似信号生成部２に出力する。しかしながら、装置提供位置から見えるか否かに係わらず、常に全模擬対象のＧＰＳ衛星の擬似信号を時分割で送信する形態であっても良い。
【００２２】
図２は、擬似信号生成部２の概略的な構成図である。図２に示す様に、擬似信号生成部２は、ＰＲＮコード生成部２１と、航法メッセージ生成部２２と、排他的論理和演算（ＥＸＯＲ）部２３と、遅延制御部２４と、ドップラ制御部２５とを備えている。
【００２３】
ＰＲＮコード生成部２１は、衛星情報に基づき模擬対象の衛星のＰＲＮコードを、ＧＰＳにて決められたタイミングで生成し、航法メッセージ生成部２２は、衛星情報に基づき模擬対象衛星の航法メッセージを生成する。よく知られている様に、ＰＲＮコードは、符号分割多重を行うためのものであり、ＧＰＳ受信装置は、ＰＲＮコードに基づき当該衛星からの当該ＰＲＮコードの送信タイミングを取得し、航法メッセージにより当該衛星の位置情報及び当該ＰＲＮコードの送信時刻を取得し、例えば、４つ以上の衛星からの信号を受信することでＵＴＣに同期した時刻情報と現在の位置情報を取得する。ＥＸＯＲ部２３は、ＰＲＮコード生成部２１が生成したＰＲＮコードと、航法メッセージ生成部２２が生成した衛星航法メッセージの排他的論理和の値、即ちＣ／Ａコードを出力する。
【００２４】
ここで、各模擬対象の衛星の擬似信号には、装置提供位置と各模擬対象衛星との距離に応じた伝搬遅延を与える必要がある。このため、遅延制御部２４は、各模擬対象衛星の速度及び位置情報に基づき、各模擬対象衛星の伝搬遅延量を求めて、それぞれ、ＰＲＮコード生成部２１と、航法メッセージ生成部２２に出力し、ＰＲＮコード生成部２１及び航法メッセージ生成部２２は、伝搬遅延量に基づき生成するＰＲＮコード及び航法メッセージの位相を決定する。
【００２５】
さらに、模擬対象の衛星と装置提供位置との距離は時間と共に変化するため、伝搬遅延量も時間と共に変化するが、これは、ＧＰＳ受信装置からはＰＲＮコードの長さの変化として認識される。つまり、ＧＰＳ衛星が送信する信号を正確に模擬するためには、ＰＲＮコードの各チップの幅を、当該ＧＰＳ衛星との距離の変動に応じて調整する必要がある。しかしながら、本願発明においては、ＰＲＮコードの各チップの幅を調整するのではなく、ＰＲＮコードの繰り返し周期である１ミリ秒毎に、伝搬遅延量の変化の累積値が所定の閾値を超えているか否かを判定し、超えている場合には、当該周期又は次の周期において伝搬遅延量の変化に対応するＰＲＮコード長の調整を行う。
【００２６】
例えば、ＧＰＳで使用されているＰＲＮコードは、１０２３チップを１ミリ秒の周期で繰り返すものであるが、図３においては、ＰＲＮコード長の変化の累積値であるｔ１ミリ秒を、最後のチップにおいてまとめて調整している。一例として、ＰＲＮコード長を約９．７７５ナノ秒（１／１０２．３ＭＨｚ）単位で調整するものとすると、ＰＲＮコード１周期における伝搬遅延の変化の最大値は凡そ３．１ナノ秒であるため、ＰＲＮコード長の調整を行う間隔は、最も短くてＰＲＮコード３周期に１回となる。この様に、各チップ単位で伝搬遅延の変化量の調整を行うのではなく、閾値を超えた後にまとめて調整することで、装置の時間分解能を高めることなく模擬を行うことができる。なお、変化量の調整は、最後のチップ以外で調整することも可能である。なお、ＰＲＮコードの時間長を調整した場合には、航法メッセージ生成部２２で生成する航法メッセージも、ＰＲＮコードに同期する様に併せて時間長の調整を行う。
【００２７】
ドップラ制御部２５は、模擬対象の衛星の速度に基づき、ドップラ効果により生じる周波数の変化量を求め、この変化量だけＥＸＯＲ部２３が出力する遅延量調整済みのＣ／Ａコードの周波数を変化させる。即ち、模擬対象の衛星の擬似信号に、装置提供位置から見た当該模擬対象衛星の速度により生じるドップラ・シフトを与える。
【００２８】
図１に戻り、変調部３は、搬送波を擬似信号生成部２の出力信号で変調し、その後、図示しないアンテナから無線信号として送信するか、あるいは同軸ケーブルを介して無線基地局等に内蔵されるＧＰＳ受信装置に直接入力する。
【００２９】
図４は、ドップラ制御部２５及び変調部３の一形態を示す図である。なお、図４の両移相部においてシフトさせる位相量は９０°である。図４に示す様に、変調部３は、搬送波周波数ｆｃ（＝１５７５．４２ＭＨｚ）で直交変調を行うものであり、ドップラ制御部２５は、ＥＸＯＲ部２３の出力信号を同相成分（Ｉ）と直交成分（Ｑ）に分配した後、各成分に対して、ドップラ効果による周波数の変化量ｆｄを与えている。なお、本実施形態においてはｆｄを連続的に変化させるのではなく、ＰＲＮコード１周期の間は同じ値とし、１周期が終るタイミングにてその値を変更するものとするが、その他のタイミングで変更する形態であっても、連続的に変化させる形態であっても良い。また、ドップラ効果によってＧＰＳ信号の搬送波だけでなくＣ／Ａコードも変動するが、これは、前述したＰＲＮコード及び航法メッセージに対する伝搬遅延量の変化分の調整により既に調整済みである。なお、実際のＧＰＳ衛星から送信される信号では、Ｃ／Ａコードと搬送波との位相関係が保たれているが、ナビゲーションシステムや無線基地局で用いられている単独測位方式の受信装置において、この位相関係はＧＰＳの受信処理に影響を与えないため、本願発明において、変調部３はこの位相関係を考慮しない。
【００３０】
図１に示す衛星模擬部１及び擬似信号生成部２は、ＤＳＰ及び／又はＦＰＧＡにより実現でき、装置の小型化および低廉化が可能である。なお、上記実施形態においては、擬似信号生成部２を、時分割的に使用、つまり、１つの擬似信号生成部２が、各衛星の擬似信号を順次生成していくものであった。しかしながら、模擬対象の衛星に対応する擬似信号生成部２をそれぞれ設け、各擬似信号生成部２が生成した各衛星の擬似信号を順に選択することにより、各衛星の擬似信号が時分割多重された信号を生成する方法であっても良い。
【００３１】
以上、本発明による位置及び／又は時刻情報配信装置から無線信号を受信したＧＰＳ受信装置は、当該位置及び／又は時刻情報配信装置に設定された装置提供位置に相当する位置情報と、時刻情報を取得することになる。よって、本発明による位置及び／又は時刻情報配信装置を屋内に設置することで、屋内においてもＧＰＳ受信装置に位置情報及び／又は時刻情報を取得させることができる。
【００３２】
なお、衛星情報保持部５には、実際のＧＰＳ衛星の軌道情報を設定し、これにより各衛星の擬似信号を時分割で送信する形態のみならず、架空の衛星の軌道を設定し、架空の衛星の擬似信号のみを時分割で、或いは、架空の衛星と実際の衛星の擬似信号を時分割で送信する形態であっても良い。架空の衛星を使用することで、例えば、時刻同期・測位精度の劣化を抑えられるような衛星配置を実現することができる。また、衛星の摂動（軌道補正項）や電離層の影響を補正するパラメータを用いずに、つまり、これらが零であるものとしてシミュレートすると、衛星−受信装置間の電波伝搬時間制御が簡略化でき、装置コストを低減できる。なお、各衛星の軌道に関する情報は、航法メッセージに含まれているため、架空の衛星を使用したとしてもＧＰＳ受信装置の動作には影響がない。
【００３３】
図５は、２４個の架空のＧＰＳ衛星の軌道を示す図である。なお、図５は、緯度及び経度が０度、高度０メートルの地点から見た図であり、点線及び実線はそれぞれ１つの軌道であり、各軌道上を、それぞれ、１２個の衛星が周回している。図５に示す軌道となる各衛星のパラメータを以下の表に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
なお、軌道補正項、衛星の平均運動補正、楕円軌道離心率、近地点引数、周初時刻における昇交点赤径の変化率、軌道傾斜角の変化率は総ての衛星において零であり、楕円軌道半径の平方根は総ての衛星において５１５３．８０４４２０であり、エフェメリス・データ元期は、総ての衛星において週初時刻である。また、衛星時刻補正、電離層補正、ＵＴＣ補正に係るパラメータ値も総て零である。
【００３６】
位置及び／又は時刻情報配信装置に、上記架空の衛星と、装置提供位置として、緯度及び経度が０度、高度０メートルの赤道上を設定し、ＧＰＳ受信装置の仰角マスクを１０度、測位方式をオールインビュー方式としたときの、受信衛星数の時間変化を図６に、測位精度の指標として一般的な測位精度劣化指数（ＰＤＯＰ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ Ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）の時間変化を図７に示す。なお、以下の各測定において使用した位置及び／又は時刻情報配信装置は、各模擬対象衛星に対応する擬似信号生成部２を設け、各擬似信号生成部２からの信号を順に選択することにより時分割多重信号を生成する構成であり、各擬似信号の選択周期は約４．９マイクロ秒とした。また、図の経過時間は、週初時刻からの経過時間である。同図より、５又は６機の衛星からの信号が常時受信でき、ＰＤＯＰが常に１．８から２．６の範囲内と、変動幅が小さいことが確認できる。実際のＧＰＳにおいて、上空に現れる衛星は通常１０程度であることから、架空の衛星により、その半分程度の数で安定した時刻同期及び測位が可能であることが分かる。
【００３７】
位置及び／又は時刻情報配信装置に、７個のＧＰＳ衛星と、装置提供位置として、緯度及び経度が０度、高度０メートルの赤道上を設定し、市販の１２チャネル・オールインビュー方式のＧＰＳ受信装置により測位した結果を図９から１２に示す。なお、図８は、７個の衛星の軌道を、緯度及び経度が０度、高度０メートルの地点から見た図であり、その実線部分が測定期間である。図８に示す軌道となる各衛星のパラメータを以下の表に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】
なお、軌道補正項、衛星の平均運動補正、楕円軌道離心率、近地点引数、周初時刻における昇交点赤径の変化率、軌道傾斜角の変化率は総ての衛星において零であり、楕円軌道半径の平方根は総ての衛星において５１５３．８１０６７８８７５０３であり、エフェメリス・データ元期は、総ての衛星において週初時刻である。また、衛星時刻補正、電離層補正、ＵＴＣ補正に係るパラメータ値も総て零である。
【００４０】
なお、この軌道は、週番号４９２（２００９年１月２５日の世界協定時０時を週初時刻とする週）における実際のＧＰＳ衛星軌道を基にしており、軌道の離心率や衛星の摂動を無視して簡略化したものである。
【００４１】
なお、ドップラ効果による周波数変化の制御のステップは０．０２３８Ｈｚ、衛星を時分割多重する周期は４．９０マイクロ秒とした。図９は受信衛星数の時間変化を、図１０はＰＤＯＰの時間変化を、図１１は緯度及び経度方向の測位誤差を、図１２は高度方向測位誤差の時間変化を示している。図より、ＰＤＯＰは２．４〜２．７で、測位精度は緯度・経度方向で３メートル、高さ方向で２２メートルであることが確認できる。また時刻同期精度は１３０ナノ秒以内であることを確認した。
【００４２】
さらに、位置及び／又は時刻情報配信装置に、図１３に示す７個の架空のＧＰＳ衛星と、装置提供位置として、緯度及び経度が０度、高度０メートルの赤道上を設定し、市販の１２チャネル・オールインビュー方式のＧＰＳ受信装置により測位した結果を図１４から１７に示す。なお、図１３は、緯度及び経度が０度、高度０メートルの地点から見た図であり、各軌道には衛星が１つであり、その実線部分が測定期間である。図１３は、架空の衛星を、静止衛星と、準天頂衛星高度の架空の軌道上に存在する衛星としたものである。図１３に示す軌道となる各衛星のパラメータを以下の表に示す。
【００４３】
【表３】
【００４４】
なお、軌道補正項、衛星の平均運動補正、楕円軌道離心率、近地点引数、周初時刻における昇交点赤径の変化率、軌道傾斜角の変化率は総ての衛星において零であり、楕円軌道半径の平方根は総ての衛星において６４９３．３９４５６１４７５５３であり、エフェメリス・データ元期は、総ての衛星において週初時刻である。また、衛星時刻補正、電離層補正、ＵＴＣ補正に係るパラメータ値も総て零である。
【００４５】
また、ドップラ効果による周波数変化の制御のステップは０．０２３８Ｈｚ、衛星を時分割多重する周期は４．９０マイクロ秒とした。図１４は受信衛星数の時間変化を、図１５はＰＤＯＰの時間変化を、図１６は緯度及び経度方向の測位誤差を、図１７は高度方向測位誤差の時間変化を示している。図より、ＰＤＯＰは２．４で、測位精度は緯度・経度方向で２メートル、高さ方向で１４メートルであることが確認できる。また時刻同期精度は１４０ナノ秒以内であることを確認した。
【００４６】
以上、本発明による位置及び／又は時刻情報配信装置を使用することで、屋内や地下においても高精度な測位及び時刻同期が可能となる。また、各衛星の擬似信号を時分割で処理し、さらに、衛星の軌道に関するパラメータのうち、軌道補正項や電離層の影響を補正するパラメータを省略することで、位置及び／又は時刻情報配信装置を低コストで実現することができる。なお、上述した実施形態において、位置及び／又は時刻情報配信装置は、複数の衛星を模擬するものとしていた。しかしながら、移動通信網における無線基地局の様に、その設置位置が既知かつ固定的であり、時刻情報のみを必要とする場合には、１つの衛星からの擬似信号を受信するのみで良い。したがって、この様な場合において、装置提供位置から見えない衛星の擬似信号をも送信する場合には、例えば、静止軌道上の１つの衛星のみを模擬する形態とすることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 衛星模擬部
２ 擬似信号生成部
３ 変調部
４ 同期処理部
５ 衛星情報保持部
２１ ＰＲＮコード生成部
２２ 航法メッセージ生成部
２３ 排他的論理和演算部
２４ 遅延制御部
２５ ドップラ制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全地球測位システム（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）に代表される全地球衛星航法システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｓｙｓｔｅｍ）において衛星が送信する、測位及び／又は時刻同期のための信号を擬似的に生成する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＧＰＳ衛星が送信する信号により位置情報を取得するＧＰＳ受信装置が広く利用されている。ＧＰＳにおいては、高精度な時刻情報を得ることもでき、移動通信網における無線基地局は、ＧＰＳ受信装置により、世界協定時（ＵＴＣ）に対してマイクロ秒の精度で同期した時刻情報を得ている。
【０００３】
しかしながら、人工衛星からの信号は、屋内や地下においては受信できないことが多く、屋内や地下にあるＧＰＳ受信装置に、位置情報及び／又は時刻情報を取得させるためのシステムが必要とされている。
【０００４】
このための方法として、屋外に設置したアンテナで受信したＧＰＳ信号を、屋内／地下に設置したアンテナから再送信することが考えられるが、ＧＰＳ受信装置で測位した結果得られる位置が屋外のＧＰＳアンテナの設置位置となり、実際のＧＰＳ受信装置の位置と、測定される位置とが大きく乖離するという問題がある。また屋外アンテナと屋内／地下アンテナ間のケーブル敷設に多大なコストを要する場合や、物理的に敷設が困難である場合もある。
【０００５】
また、特許文献１から４に記載の、ＧＰＳ衛星が送信する信号を生成する装置を利用することも考えることができる。しかしながら、特許文献１から４に記載の装置は、実際のＧＰＳ信号を忠実に再現することを目的としているために装置の構成が複雑であり、コスト高となる。また実際のＧＰＳでは、１０機前後のＧＰＳ衛星が上空に存在しているのに対し、装置の製造コストにより同時に模擬できるＧＰＳ衛星の数が限られることがあり、模擬する衛星の位置関係によっては十分な測位・時刻同期精度が得られない場合がある。
【０００６】
さらに、屋内測位用途として考案された、特許文献５〜９、非特許文献１及び２に記載のスードライト（ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅ）や、ＩＭＥＳ（ｉｎｄｏｏｒ ｍｅｓｓａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を利用することも考えることができる。しかしながら、広く普及しているＧＰＳ受信装置とは互換性がなく、専用の受信装置が必要となる。さらに、ＩＭＥＳではＵＴＣに同期した時刻情報を得ることができず、例えば、無線基地局の様に、高精度な時刻情報が必要な場合には利用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３０４９００号公報
【特許文献２】特開２００４−２８６４９４号公報
【特許文献３】特開２００６−２０１１５１号公報
【特許文献４】特開２００８−１２８９３４号公報
【特許文献５】特開平０７−１１３８６０号公報
【特許文献６】特開平０７−１５９５０８号公報
【特許文献７】特開２００７−２７８７５６号公報
【特許文献８】特開２００８−９６４５２号公報
【特許文献９】特開２００９−０８５９２８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】“Ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅ：Ｇｒｏｕｎｄ−ｂａｓｅｄ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｆｏｒ ＧＰＳ−Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ”、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２００３ ＳＢＭＯ／ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ｖｏｌ．２、ｐ.８２５−８３０
【非特許文献２】“準天頂衛星システムユーザインタフェース仕様書”、ＩＳ−ＱＺＳＳ１．２版ドラフト、宇宙航空研究開発機構
【非特許文献３】“Ｎａｖｓｔａｒ ＧＰＳ Ｓｐａｃｅ Ｓｅｇｍｅｎｔ／Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ”、ＩＳ−ＧＰＳ−２００Ｄ、Ｎａｖｓｔａｒ ＧＰＳ Ｊｏｉｎｔ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｏｆｆｉｃｅ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明は、屋内や地下において、ＧＰＳといったＧＮＳＳ対応の受信装置に位置及び／又は時刻情報を取得させるための信号を提供する安価な位置及び／又は時刻情報配信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明における位置及び／又は時刻情報配信装置によれば、
時刻情報を保持する手段と、受信装置に取得させる位置である装置提供位置を示す情報を保持する手段と、１つ以上の衛星の軌道情報を保持する手段と、時刻情報及び軌道情報に基づき、装置提供位置から見た衛星の速度及び装置提供位置と衛星との距離を求める手段と、前記速度及び前記距離に基づき、各衛星の擬似信号を時分割多重した信号を生成する手段とを備えており、衛星の擬似信号には、該衛星と装置提供位置との距離に対応する伝搬遅延と、装置提供位置から見た該衛星の速度により生じるドップラ・シフトが与えられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明における位置及び／又は時刻情報配信装置の他の実施形態によれば、
前記１つ以上の衛星は、全地球衛星航法システムで実際に使用されている衛星以外の衛星を含んでいることも好ましい。
【００１２】
また、本発明における位置及び／又は時刻情報配信装置の他の実施形態によれば、
前記１つ以上の衛星のそれぞれに割り当てた符号分割多重のためのコードを保持する手段を備えており、前記信号を生成する手段は、衛星の前記伝搬遅延の変化の累積値が所定の閾値を超えているか否かを、前記コードの繰り返し周期単位で判定し、該所定の閾値を超えている場合には、該衛星の前記コード長の調整を行うことも好ましい。
【００１３】
さらに、本発明における位置及び／又は時刻情報配信装置の他の実施形態によれば、
前記軌道情報の軌道補正項及び電離層の影響を補正するパラメータは零であることも好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
屋内や地下においても高精度な測位及び／又は時刻同期が可能となる。また、各衛星の擬似信号を並列して生成するのではなく時分割で処理することで、装置構成を簡略化でき、低コストで、位置及び／又は時刻情報配信装置を実現することができる。また、架空の衛星を使用することで、時刻同期・測位精度の劣化を抑えられるような衛星配置を実現することができ、生成する擬似信号の数を少なくすることができ、さらに、衛星の軌道に関するパラメータの内、軌道補正項や電離層の影響を補正するパラメータを省略することで、伝搬遅延時間に係る演算量を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による位置及び／又は時刻情報配信装置の概略的な構成図である。
【図２】擬似信号生成部の概略的な構成図である。
【図３】ＰＲＮコード長の調整を説明する図である。
【図４】ドップラ制御部及び変調部の一形態を示す図である。
【図５】架空の衛星配置での軌道を示す図である。
【図６】図５の衛星配置における受信衛星数の時間変化を示す図である。
【図７】図５の衛星配置における測位精度劣化指数の時間変化を示す図である。
【図８】実際のＧＰＳ衛星の所定期間の軌道を示す図である。
【図９】図８の衛星配置における受信衛星数の時間変化を示す図である。
【図１０】図８の衛星配置における測位精度劣化指数の時間変化を示す図である。
【図１１】図８の衛星配置における緯度及び経度方向の測位誤差を示す図である。
【図１２】図８の衛星配置における高度方向測位誤差の時間変化を示す図である。
【図１３】架空の衛星配置での軌道を示す図である。
【図１４】図１３の衛星配置における受信衛星数の時間変化を示す図である。
【図１５】図１３の衛星配置における測位精度劣化指数の時間変化を示す図である。
【図１６】図１３の衛星配置における緯度及び経度方向の測位誤差を示す図である。
【図１７】図１３の衛星配置における高度方向測位誤差の時間変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明においては、ＧＰＳ衛星（Ｎａｖｓｔａｒ）が送信する信号の擬似信号を生成してＧＰＳ受信装置に配信する形態にて説明するが、本発明は、他のＧＮＳＳ衛星の擬似信号生成にも適用できる。
【００１７】
本発明による位置及び／又は時刻情報配信装置は、複数のＧＰＳ衛星の擬似信号を生成するものであるが、ある瞬間においては、１つのＧＰＳ衛星の擬似信号のみを送信する。つまり、ある規則に基づき、各ＧＰＳ衛星の擬似信号を時分割で送信する。なお、この規則としては、一定周期で切り替える方法や、何らかの擬似雑音符号により制御する方法がある。
【００１８】
図１は、本発明による位置及び／又は時刻情報配信装置の概略的な構成図である。図１に示す様に、位置及び／又は時刻情報配信装置は、衛星模擬部１と、擬似信号生成部２と、変調部３と、同期処理部４と、衛星情報保持部５とを備えている。
【００１９】
衛星情報保持部５は、模擬する各衛星の情報、具体的には、衛星の軌道を特定する軌道情報と、符号分割多重を行うために当該衛星に割り当てられたＰＲＮコードに関する情報を保持している。なお、軌道情報については、非特許文献３に詳細が記載されている。同期処理部４は、ＵＴＣ等の基準時刻に同期した時刻情報を衛星模擬部１及び擬似信号生成部２に出力すると共に、当該時刻情報から得られるクロックに同期した搬送波を生成して変調部３に出力する。なお、同期処理部４は、例えば、ＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）や、ＩＥＥＥ１５８８で規定されるＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）といった時刻同期プロトコルにより、基準時刻に高い精度で同期した時刻情報を図示しないネットワーク経由で取得する。
【００２０】
衛星模擬部１は、ＧＰＳ受信装置に取得させたい位置を示す情報を保持している。ここで、ＧＰＳ受信装置に取得させたい位置とは、例えば、当該位置及び／又は時刻情報配信装置の設置位置や、屋内又は地下において、当該位置及び／又は時刻情報配信装置が設置されている階と同一階にある所定の位置等である。以後、ＧＰＳ受信装置に取得させたい位置を、装置提供位置と呼ぶものとする。衛星模擬部１は、各衛星の擬似信号の送信期間において、当該衛星と装置提供位置との距離、及び、装置提供位置から見た当該衛星の速度を算出し、模擬している衛星を特定する情報、算出した当該衛星との距離及び当該衛星の速度を擬似信号生成部２に出力し、擬似信号生成部２は、当該衛星の衛星情報、速度及び装置提供位置との距離に基づき、当該衛星の擬似信号を生成する。
【００２１】
なお、ＧＰＳ衛星は、地球上を周回しているため、ある時間帯においては、装置提供位置からは見えず、よって、信号を受信することがないＧＰＳ衛星が存在する。本実施形態においても、各模擬対象のＧＰＳ衛星について、装置提供位置から見えない時間帯においては、そのＧＰＳ衛星の擬似信号の送信を省略し、装置提供位置から見えるＧＰＳ衛星の擬似信号のみを時分割で送信するものとする。なお、装置提供位置から見えるか否かについては、例えば、衛星模擬部１が、時刻情報、各模擬対象のＧＰＳ衛星の軌道情報及び装置提供位置から判定する。この場合、衛星模擬部１は、装置提供位置から見えるＧＰＳ衛星についての距離及び速度のみを擬似信号生成部２に出力する。しかしながら、装置提供位置から見えるか否かに係わらず、常に全模擬対象のＧＰＳ衛星の擬似信号を時分割で送信する形態であっても良い。
【００２２】
図２は、擬似信号生成部２の概略的な構成図である。図２に示す様に、擬似信号生成部２は、ＰＲＮコード生成部２１と、航法メッセージ生成部２２と、排他的論理和演算（ＥＸＯＲ）部２３と、遅延制御部２４と、ドップラ制御部２５とを備えている。
【００２３】
ＰＲＮコード生成部２１は、衛星情報に基づき模擬対象の衛星のＰＲＮコードを、ＧＰＳにて決められたタイミングで生成し、航法メッセージ生成部２２は、衛星情報に基づき模擬対象衛星の航法メッセージを生成する。よく知られている様に、ＰＲＮコードは、符号分割多重を行うためのものであり、ＧＰＳ受信装置は、ＰＲＮコードに基づき当該衛星からの当該ＰＲＮコードの送信タイミングを取得し、航法メッセージにより当該衛星の位置情報及び当該ＰＲＮコードの送信時刻を取得し、例えば、４つ以上の衛星からの信号を受信することでＵＴＣに同期した時刻情報と現在の位置情報を取得する。ＥＸＯＲ部２３は、ＰＲＮコード生成部２１が生成したＰＲＮコードと、航法メッセージ生成部２２が生成した衛星航法メッセージの排他的論理和の値、即ちＣ／Ａコードを出力する。
【００２４】
ここで、各模擬対象の衛星の擬似信号には、装置提供位置と各模擬対象衛星との距離に応じた伝搬遅延を与える必要がある。このため、遅延制御部２４は、各模擬対象衛星の速度及び位置情報に基づき、各模擬対象衛星の伝搬遅延量を求めて、それぞれ、ＰＲＮコード生成部２１と、航法メッセージ生成部２２に出力し、ＰＲＮコード生成部２１及び航法メッセージ生成部２２は、伝搬遅延量に基づき生成するＰＲＮコード及び航法メッセージの位相を決定する。
【００２５】
さらに、模擬対象の衛星と装置提供位置との距離は時間と共に変化するため、伝搬遅延量も時間と共に変化するが、これは、ＧＰＳ受信装置からはＰＲＮコードの長さの変化として認識される。つまり、ＧＰＳ衛星が送信する信号を正確に模擬するためには、ＰＲＮコードの各チップの幅を、当該ＧＰＳ衛星との距離の変動に応じて調整する必要がある。しかしながら、本願発明においては、ＰＲＮコードの各チップの幅を調整するのではなく、ＰＲＮコードの繰り返し周期である１ミリ秒毎に、伝搬遅延量の変化の累積値が所定の閾値を超えているか否かを判定し、超えている場合には、当該周期又は次の周期において伝搬遅延量の変化に対応するＰＲＮコード長の調整を行う。
【００２６】
例えば、ＧＰＳで使用されているＰＲＮコードは、１０２３チップを１ミリ秒の周期で繰り返すものであるが、図３においては、ＰＲＮコード長の変化の累積値であるｔ１ミリ秒を、最後のチップにおいてまとめて調整している。一例として、ＰＲＮコード長を約９．７７５ナノ秒（１／１０２．３ＭＨｚ）単位で調整するものとすると、ＰＲＮコード１周期における伝搬遅延の変化の最大値は凡そ３．１ナノ秒であるため、ＰＲＮコード長の調整を行う間隔は、最も短くてＰＲＮコード３周期に１回となる。この様に、各チップ単位で伝搬遅延の変化量の調整を行うのではなく、閾値を超えた後にまとめて調整することで、装置の時間分解能を高めることなく模擬を行うことができる。なお、変化量の調整は、最後のチップ以外で調整することも可能である。なお、ＰＲＮコードの時間長を調整した場合には、航法メッセージ生成部２２で生成する航法メッセージも、ＰＲＮコードに同期する様に併せて時間長の調整を行う。
【００２７】
ドップラ制御部２５は、模擬対象の衛星の速度に基づき、ドップラ効果により生じる周波数の変化量を求め、この変化量だけＥＸＯＲ部２３が出力する遅延量調整済みのＣ／Ａコードの周波数を変化させる。即ち、模擬対象の衛星の擬似信号に、装置提供位置から見た当該模擬対象衛星の速度により生じるドップラ・シフトを与える。
【００２８】
図１に戻り、変調部３は、搬送波を擬似信号生成部２の出力信号で変調し、その後、図示しないアンテナから無線信号として送信するか、あるいは同軸ケーブルを介して無線基地局等に内蔵されるＧＰＳ受信装置に直接入力する。
【００２９】
図４は、ドップラ制御部２５及び変調部３の一形態を示す図である。なお、図４の両移相部においてシフトさせる位相量は９０°である。図４に示す様に、変調部３は、搬送波周波数ｆｃ（＝１５７５．４２ＭＨｚ）で直交変調を行うものであり、ドップラ制御部２５は、ＥＸＯＲ部２３の出力信号を同相成分（Ｉ）と直交成分（Ｑ）に分配した後、各成分に対して、ドップラ効果による周波数の変化量ｆｄを与えている。なお、本実施形態においてはｆｄを連続的に変化させるのではなく、ＰＲＮコード１周期の間は同じ値とし、１周期が終るタイミングにてその値を変更するものとするが、その他のタイミングで変更する形態であっても、連続的に変化させる形態であっても良い。また、ドップラ効果によってＧＰＳ信号の搬送波だけでなくＣ／Ａコードも変動するが、これは、前述したＰＲＮコード及び航法メッセージに対する伝搬遅延量の変化分の調整により既に調整済みである。なお、実際のＧＰＳ衛星から送信される信号では、Ｃ／Ａコードと搬送波との位相関係が保たれているが、ナビゲーションシステムや無線基地局で用いられている単独測位方式の受信装置において、この位相関係はＧＰＳの受信処理に影響を与えないため、本願発明において、変調部３はこの位相関係を考慮しない。
【００３０】
図１に示す衛星模擬部１及び擬似信号生成部２は、ＤＳＰ及び／又はＦＰＧＡにより実現でき、装置の小型化および低廉化が可能である。なお、上記実施形態においては、擬似信号生成部２を、時分割的に使用、つまり、１つの擬似信号生成部２が、各衛星の擬似信号を順次生成していくものであった。しかしながら、模擬対象の衛星に対応する擬似信号生成部２をそれぞれ設け、各擬似信号生成部２が生成した各衛星の擬似信号を順に選択することにより、各衛星の擬似信号が時分割多重された信号を生成する方法であっても良い。
【００３１】
以上、本発明による位置及び／又は時刻情報配信装置から無線信号を受信したＧＰＳ受信装置は、当該位置及び／又は時刻情報配信装置に設定された装置提供位置に相当する位置情報と、時刻情報を取得することになる。よって、本発明による位置及び／又は時刻情報配信装置を屋内に設置することで、屋内においてもＧＰＳ受信装置に位置情報及び／又は時刻情報を取得させることができる。
【００３２】
なお、衛星情報保持部５には、実際のＧＰＳ衛星の軌道情報を設定し、これにより各衛星の擬似信号を時分割で送信する形態のみならず、架空の衛星の軌道を設定し、架空の衛星の擬似信号のみを時分割で、或いは、架空の衛星と実際の衛星の擬似信号を時分割で送信する形態であっても良い。架空の衛星を使用することで、例えば、時刻同期・測位精度の劣化を抑えられるような衛星配置を実現することができる。また、衛星の摂動（軌道補正項）や電離層の影響を補正するパラメータを用いずに、つまり、これらが零であるものとしてシミュレートすると、衛星−受信装置間の電波伝搬時間制御が簡略化でき、装置コストを低減できる。なお、各衛星の軌道に関する情報は、航法メッセージに含まれているため、架空の衛星を使用したとしてもＧＰＳ受信装置の動作には影響がない。
【００３３】
図５は、２４個の架空のＧＰＳ衛星の軌道を示す図である。なお、図５は、緯度及び経度が０度、高度０メートルの地点から見た図であり、点線及び実線はそれぞれ１つの軌道であり、各軌道上を、それぞれ、１２個の衛星が周回している。図５に示す軌道となる各衛星のパラメータを以下の表に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
なお、軌道補正項、衛星の平均運動補正、楕円軌道離心率、近地点引数、周初時刻における昇交点赤径の変化率、軌道傾斜角の変化率は総ての衛星において零であり、楕円軌道半径の平方根は総ての衛星において５１５３．８０４４２０であり、エフェメリス・データ元期は、総ての衛星において週初時刻である。また、衛星時刻補正、電離層補正、ＵＴＣ補正に係るパラメータ値も総て零である。
【００３６】
位置及び／又は時刻情報配信装置に、上記架空の衛星と、装置提供位置として、緯度及び経度が０度、高度０メートルの赤道上を設定し、ＧＰＳ受信装置の仰角マスクを１０度、測位方式をオールインビュー方式としたときの、受信衛星数の時間変化を図６に、測位精度の指標として一般的な測位精度劣化指数（ＰＤＯＰ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ Ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）の時間変化を図７に示す。なお、以下の各測定において使用した位置及び／又は時刻情報配信装置は、各模擬対象衛星に対応する擬似信号生成部２を設け、各擬似信号生成部２からの信号を順に選択することにより時分割多重信号を生成する構成であり、各擬似信号の選択周期は約４．９マイクロ秒とした。また、図の経過時間は、週初時刻からの経過時間である。同図より、５又は６機の衛星からの信号が常時受信でき、ＰＤＯＰが常に１．８から２．６の範囲内と、変動幅が小さいことが確認できる。実際のＧＰＳにおいて、上空に現れる衛星は通常１０程度であることから、架空の衛星により、その半分程度の数で安定した時刻同期及び測位が可能であることが分かる。
【００３７】
位置及び／又は時刻情報配信装置に、７個のＧＰＳ衛星と、装置提供位置として、緯度及び経度が０度、高度０メートルの赤道上を設定し、市販の１２チャネル・オールインビュー方式のＧＰＳ受信装置により測位した結果を図９から１２に示す。なお、図８は、７個の衛星の軌道を、緯度及び経度が０度、高度０メートルの地点から見た図であり、その実線部分が測定期間である。図８に示す軌道となる各衛星のパラメータを以下の表に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】
なお、軌道補正項、衛星の平均運動補正、楕円軌道離心率、近地点引数、周初時刻における昇交点赤径の変化率、軌道傾斜角の変化率は総ての衛星において零であり、楕円軌道半径の平方根は総ての衛星において５１５３．８１０６７８８７５０３であり、エフェメリス・データ元期は、総ての衛星において週初時刻である。また、衛星時刻補正、電離層補正、ＵＴＣ補正に係るパラメータ値も総て零である。
【００４０】
なお、この軌道は、週番号４９２（２００９年１月２５日の世界協定時０時を週初時刻とする週）における実際のＧＰＳ衛星軌道を基にしており、軌道の離心率や衛星の摂動を無視して簡略化したものである。
【００４１】
なお、ドップラ効果による周波数変化の制御のステップは０．０２３８Ｈｚ、衛星を時分割多重する周期は４．９０マイクロ秒とした。図９は受信衛星数の時間変化を、図１０はＰＤＯＰの時間変化を、図１１は緯度及び経度方向の測位誤差を、図１２は高度方向測位誤差の時間変化を示している。図より、ＰＤＯＰは２．４〜２．７で、測位精度は緯度・経度方向で３メートル、高さ方向で２２メートルであることが確認できる。また時刻同期精度は１３０ナノ秒以内であることを確認した。
【００４２】
さらに、位置及び／又は時刻情報配信装置に、図１３に示す７個の架空のＧＰＳ衛星と、装置提供位置として、緯度及び経度が０度、高度０メートルの赤道上を設定し、市販の１２チャネル・オールインビュー方式のＧＰＳ受信装置により測位した結果を図１４から１７に示す。なお、図１３は、緯度及び経度が０度、高度０メートルの地点から見た図であり、各軌道には衛星が１つであり、その実線部分が測定期間である。図１３は、架空の衛星を、静止衛星と、準天頂衛星高度の架空の軌道上に存在する衛星としたものである。図１３に示す軌道となる各衛星のパラメータを以下の表に示す。
【００４３】
【表３】
【００４４】
なお、軌道補正項、衛星の平均運動補正、楕円軌道離心率、近地点引数、周初時刻における昇交点赤径の変化率、軌道傾斜角の変化率は総ての衛星において零であり、楕円軌道半径の平方根は総ての衛星において６４９３．３９４５６１４７５５３であり、エフェメリス・データ元期は、総ての衛星において週初時刻である。また、衛星時刻補正、電離層補正、ＵＴＣ補正に係るパラメータ値も総て零である。
【００４５】
また、ドップラ効果による周波数変化の制御のステップは０．０２３８Ｈｚ、衛星を時分割多重する周期は４．９０マイクロ秒とした。図１４は受信衛星数の時間変化を、図１５はＰＤＯＰの時間変化を、図１６は緯度及び経度方向の測位誤差を、図１７は高度方向測位誤差の時間変化を示している。図より、ＰＤＯＰは２．４で、測位精度は緯度・経度方向で２メートル、高さ方向で１４メートルであることが確認できる。また時刻同期精度は１４０ナノ秒以内であることを確認した。
【００４６】
以上、本発明による位置及び／又は時刻情報配信装置を使用することで、屋内や地下においても高精度な測位及び時刻同期が可能となる。また、各衛星の擬似信号を時分割で処理し、さらに、衛星の軌道に関するパラメータのうち、軌道補正項や電離層の影響を補正するパラメータを省略することで、位置及び／又は時刻情報配信装置を低コストで実現することができる。なお、上述した実施形態において、位置及び／又は時刻情報配信装置は、複数の衛星を模擬するものとしていた。しかしながら、移動通信網における無線基地局の様に、その設置位置が既知かつ固定的であり、時刻情報のみを必要とする場合には、１つの衛星からの擬似信号を受信するのみで良い。したがって、この様な場合において、装置提供位置から見えない衛星の擬似信号をも送信する場合には、例えば、静止軌道上の１つの衛星のみを模擬する形態とすることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 衛星模擬部
２ 擬似信号生成部
３ 変調部
４ 同期処理部
５ 衛星情報保持部
２１ ＰＲＮコード生成部
２２ 航法メッセージ生成部
２３ 排他的論理和演算部
２４ 遅延制御部
２５ ドップラ制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時刻情報を保持する手段と、
受信装置に取得させる位置である装置提供位置を示す情報を保持する手段と、
１つ以上の衛星の軌道情報を保持する手段と、
時刻情報及び軌道情報に基づき、装置提供位置から見た衛星の速度及び装置提供位置と衛星との距離を求める手段と、
前記速度及び前記距離に基づき、各衛星の擬似信号を時分割多重した信号を生成する手段と、
を備えており、
衛星の擬似信号には、該衛星と装置提供位置との距離に対応する伝搬遅延と、装置提供位置から見た該衛星の速度により生じるドップラ・シフトが与えられている、
位置情報配信装置。
【請求項２】
前記１つ以上の衛星は、全地球衛星航法システムで実際に使用されている衛星以外の衛星を含んでいる、
請求項１に記載の位置情報配信装置。
【請求項３】
前記１つ以上の衛星のそれぞれに割り当てた符号分割多重のためのコードを保持する手段を備えており、
前記信号を生成する手段は、衛星の前記伝搬遅延の変化の累積値が所定の閾値を超えているか否かを、前記コードの繰り返し周期単位で判定し、該所定の閾値を超えている場合には、該衛星の前記コード長の調整を行う、
請求項１又は２に記載の位置情報配信装置。
【請求項４】
前記軌道情報の軌道補正項及び電離層の影響を補正するパラメータは零である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の位置情報配信装置。
【請求項１】
時刻情報を保持する手段と、
受信装置に取得させる位置である装置提供位置を示す情報を保持する手段と、
１つ以上の衛星の軌道情報を保持する手段と、
時刻情報及び軌道情報に基づき、装置提供位置から見た衛星の速度及び装置提供位置と衛星との距離を求める手段と、
前記速度及び前記距離に基づき、各衛星の擬似信号を時分割多重した信号を生成する手段と、
を備えており、
衛星の擬似信号には、該衛星と装置提供位置との距離に対応する伝搬遅延と、装置提供位置から見た該衛星の速度により生じるドップラ・シフトが与えられている、
位置情報配信装置。
【請求項２】
前記１つ以上の衛星は、全地球衛星航法システムで実際に使用されている衛星以外の衛星を含んでいる、
請求項１に記載の位置情報配信装置。
【請求項３】
前記１つ以上の衛星のそれぞれに割り当てた符号分割多重のためのコードを保持する手段を備えており、
前記信号を生成する手段は、衛星の前記伝搬遅延の変化の累積値が所定の閾値を超えているか否かを、前記コードの繰り返し周期単位で判定し、該所定の閾値を超えている場合には、該衛星の前記コード長の調整を行う、
請求項１又は２に記載の位置情報配信装置。
【請求項４】
前記軌道情報の軌道補正項及び電離層の影響を補正するパラメータは零である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の位置情報配信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−２４２１９１（Ｐ２０１１−２４２１９１Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２８８２（Ｐ２０１０−１１２８８２）
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００２０８８９１）ＫＤＤＩ株式会社 (2,700)
【出願人】（０００２０４４２４）大井電気株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００２０８８９１）ＫＤＤＩ株式会社 (2,700)
【出願人】（０００２０４４２４）大井電気株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
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