温度補償型水晶発振器及び衛星受信装置及び衛星受信システム

【課題】本発明は、ＴＣＸＯの温度特性に係る周波数を予測する際、ＴＣＸＯの近傍に温度センサを取り付けなければならないことを課題とする。
【解決手段】ＴＣＸＯ１６は、ハウジング内に温度補償を行うため温度センサ１７が内蔵されており、ハウジング側面には温度センサ１７により検出された温度信号を出力するための出力端子１８が設けられている。出力端子１８から引き出されたリード線１９はＣＰＵ１４の入力端子２０に接続されている。ＣＰＵ１４は、ＴＣＸＯ１６に内蔵された温度センサ１７から出力された温度信号により温度補償の演算処理を行うため、ＴＣＸＯ１６の温度を正確に検出することが可能になる。ＴＣＸＯ１６と一体に設けられた温度センサ１７からの温度信号に基づいて受信すべき周波数を予測するため、ＴＣＸＯ１６の近傍に別体の温度センサを設ける必要がない。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度センサを有する温度補償型水晶発振器、及び人工衛星からの電波を受信し人工衛星からの信号に基づいて現在位置を検出する衛星受信装置及び衛星通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】人工衛星からの電波を受信して現在位置を求める衛星受信装置及び衛星受信装置を使用した衛星通信システムとして全世界的側位システム：ＧＰＳ（Global Positioning System)を利用した商品開発（例えば、測量システムやナビゲーションシステム等）が進められている。このＧＰＳは、地球の大気圏外に打ち上げられた非静止衛星から放射された電波を受信して受信位置を求める非静止衛星通信システムであり、軌道高度約２万ｋｍに周期約１２時間、軌道傾斜角度５５度で６つの軌道面に２４個の人工衛星が配置されている。
【０００３】ＧＰＳで使用される人工衛星（以下「ＧＰＳ衛星」と称する）は、精密時刻標準として１０^-13／日（１０ナノ秒／日）の高安定ルビジウム発振器とセシウム発振器の原子時計を搭載している。そして、全てのＧＰＳ衛星の時刻信号がＧＰＳのシステム全体として管理されている時刻に同期している。
【０００４】そのため、各ＧＰＳ衛星に搭載された原子時計は、地上の制御局によって常にモニタされており、定期的に更新された時刻補正データが衛星の軌道予測データと共に各ＧＰＳ衛星に送信され、各ＧＰＳ衛星からはこの軌道予測データが電波により地上に向けて送信される。
【０００５】尚、ＧＰＳ衛星から送信された航法信号は、ＰＮ（Pseudo Noise：擬似雑音）コードでスペクトル拡散変調されたＰＳＫ波（Phase Shift Keying：位相偏移キーイング）で１５７５．４２ＭＨｚ（Ｌ１）と１２２７．６ＭＨｚ（Ｌ２）の２種類の電波が送信されている。このコードはＰコード（Precision Code) とＣ／Ａコード（Clear and Acquisition Code) の２種類がある。Ｐコードは１０．２３Ｍｂｐｓ、周期１週間でＬ１とＬ２の２波使用により電離層補正が行われ、精密測位を可能にしている。Ｃ／Ａコードは、１．０２３Ｍｂｐｓ、周期約１ミリ秒でＬ１のみを使用する。
【０００６】ＧＰＳを利用した測位方法には、次のような原理的に方式の異なる２つの方法がある。■として、直接法による測位で複数の衛星からの電波を受け、その航法情報（衛星の時刻、軌道要素等）を解読することにより受信位置を直接算出する方法と、■として干渉法による測位方法で２地点に置いた受信装置でＧＰＳ衛星からの電波を受信し、２台の受信装置に到達する信号の到達時間差から相対測位を行う方法とがある。
【０００７】上記■の直接法では、受信装置が３個以上のＧＰＳ衛星から送信された航法信号を受信し、受信装置に内蔵された水晶時計の時刻と航法情報から得られる衛星時刻との差から衛星までの距離を測定して受信点の３次元的位置を求めることができる。実際には、受信装置の時計自体がずれている可能性があるので、時計の誤差は４個のＧＰＳ衛星から送信された観測データから受信装置の位置座標と共に算出できる。
【０００８】この■の直接法による測位精度は、Ｐコードで１０ｍ以内、Ｃ／Ａコードで３０〜１００ｍ程度となる。尚、Ｃ／Ａコードの測位精度は、衛星の航法情報（軌道、時刻）に故意に誤差を与えるＳＡ（Selective Availability：選択利用）と呼ばれる利用制約により測位精度の劣化が図られている。■の方法では、一般にＣ／Ａコードを使用する方法が自動車等の移動体測位方法として用いられている。
【０００９】また、上記■の干渉法では、２台の受信装置に到達する到達する信号の到達時間差から相対測位を行うため、ＧＰＳ衛星から放射された電波の伝搬遅延及びＧＰＳ衛星の時刻誤差等を相殺することができるという利点があり、■の直接法による測位よりも高い精度で測位することができるので、測地・測量用としての開発が進められている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このようにしてＧＰＳ衛星からの電波を受信して現在位置を求める衛星受信システムでは、各ＧＰＳ衛星に精密な原子時計が搭載されているのに対し、衛星受信装置には水晶発振器を有する時計が搭載されているだけである。そのため、衛星受信装置の時刻情報には時計オフセットが生じやすい。そこで、衛星受信装置では、３個以上のＧＰＳ衛星から送信された電波を同時に受信し、各ＧＰＳ衛星と受信点との間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軌道位置データとから受信点の位置を演算している。
【００１１】ところが、衛星受信装置においては、電源がオフからオンに切り換えられてＧＰＳ衛星からの電波を受信して測位演算開始する際、正確な現在位置を短時間で測位するため、トラッキング・ループのバンド幅を狭めてＧＰＳ衛星からの電波を捕捉している。
【００１２】また、衛星受信装置の電源がオフからオンに切り換えられた直後は、基準信号発生源としての温度補償型水晶発振器（以下「ＴＣＸＯ」と称する）の発振周波数の温度特性により発振周波数が急激に変化するため、ＧＰＳ衛星からの電波を捕捉した場合、ＴＣＸＯの発振周波数が安定するまでの期間、また、ＴＣＸＯの周波数偏差分、信号をサーチする周波数の範囲を広げて電波を捕捉する必要がある。
【００１３】その後、受信した軌道データを復調して距離を測定し、これにより正確な現在位置を求める。このように従来はサーチする周波数の範囲を広げて電波を捕捉するため、サーチに時間がかかり、電源投入直後は、現在位置が演算されるまでに相当な時間を要していた。
【００１４】このような問題を解決するため、例えば特開昭６３−３０８５８７号公報にみられるように、ＴＣＸＯの発振周波数の温度特性を記憶手段に記憶させると共に、ＴＣＸＯの近傍に温度センサを配設し、電源投入の際、温度センサからの温度情報を基にＴＣＸＯの温度特性に係る予測周波数を読み出すことにより電源投入後にＧＰＳ衛星からの電波を捕捉するまでの時間を短縮していた。
【００１５】ところが、上記公報に記載された従来の構成では、ＴＣＸＯが温度センサを内蔵しているにも拘わらずＴＣＸＯとは別体の温度センサを必要とするため、部品点数が無駄に増えるばかりか、組立工程でも余分な手間を要するといった問題がある。また、ＴＣＸＯと別体の温度センサでは、ＴＣＸＯから離間しているので正確な温度情報が得られなった。
【００１６】そこで、本発明は上記課題に鑑みなされたもので、上記問題を解消した温度補償型水晶発振器及び衛星受信装置及び衛星受信システムを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有する。上記請求項１の発明では、ハウジング内に温度センサを有する温度補償型水晶発振器において、前記ハウジングに前記温度センサにより検出された温度検出信号を外部に出力する出力端子を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】従って、請求項１によれば、温度補償型水晶発振器のハウジングに温度センサにより検出された温度検出信号を外部に出力する出力端子を設けたため、別個の温度センサを温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）の近傍に取り付ける必要がなくなり、その分部品点数の削減、組立工程の作業効率を高めることができる。
【００１９】また、請求項２の発明では、温度センサが内蔵された温度補償型水晶発振器と、該温度補償型水晶発振器から出力された基準周波数に基づいて人工衛星から送信された電波の周波数を予測して人工衛星からの電波を受信する受信器と、該受信器により受信された信号から現在位置を演算する演算手段とからなる衛星受信装置において、前記温度補償型水晶発振器に内蔵された温度センサにより検出された温度情報を読み込み、前記温度補償型水晶発振器の温度特性に応じた予測周波数に基づいて前記人工衛星からの電波の周波数サーチ範囲を設定する周波数設定手段を有することを特徴とするものである。
【００２０】従って、請求項２によれば、温度補償型水晶発振器に内蔵された温度センサにより検出された温度情報を読み込み、温度補償型水晶発振器の温度特性に応じた予測周波数に基づいて人工衛星からの電波の周波数サーチ範囲を設定するため、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）と別体の温度センサを不要にできると共に、内蔵された温度センサにより検出された温度情報を基に温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）の温度特性に係る予測周波数を得ることができ、電源投入してから電波を捕捉するまでの時間を短縮することができる。
【００２１】また、請求項３の発明は、温度センサが内蔵された温度補償型水晶発振器から出力された基準周波数に基づいて人工衛星から送信された電波の周波数を予測して人工衛星からの信号を受信する衛星受信システムにおいて、前記温度補償型水晶発振器に内蔵された温度センサにより検出された温度情報に基づいて前記温度補償型水晶発振器の周波数を予測し、この予測値に応じて前記人工衛星からの電波の周波数サーチ範囲を設定する周波数設定手段を有することを特徴とするものである。
【００２２】従って、請求項３によれば、温度補償型水晶発振器に内蔵された温度センサにより検出された温度情報に基づいて温度補償型水晶発振器の周波数を予測し、この予測値に応じて人工衛星からの電波の周波数サーチ範囲を設定するため、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）と別個の温度センサが不要になると共に、内蔵された温度センサにより検出された温度情報を基に温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）の温度特性に係る予測周波数を得ることができ、電源投入してから電波を捕捉するまでの時間を短縮することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施例の構成図に示す。ＧＰＳ受信システム（衛星受信システム）１は、地球の大気圏外に打ち上げられた非静止衛星から送信された電波を受信して受信位置を求める非静止衛星通信システムであり、軌道高度約２万ｋｍの軌道面に２４個のＧＰＳ衛星２が配置されている。
【００２４】ＧＰＳ受信装置（衛星受信装置）３は、少なくとも４個のＧＰＳ衛星２（２ａ〜２ｄ）からの電波を受信するアンテナユニット４と、アンテナユニット４で受信された信号から現在位置を演算するＧＰＳ本体ユニット（受信器）５と、現在位置の周辺地図を表示する操作・表示部６から構成されている。
【００２５】アンテナユニット４は、ＧＰＳ衛星２（２ａ〜２ｄ）からの電波を受信するアンテナ７と、アンテナ７で受信された信号を増幅するＬＮＡ（ローノイズアンプ）８とよりなる。また、ＧＰＳ本体ユニット５は、ＲＦ信号を中間周波信号（ＩＦ）に変換するＲＦコンバータ９と、ＲＦコンバータ９からの中間周波信号（ＩＦ）を復調したディジタルデータを生成した後、このディジタルデータを用いて演算処理を行い、位置データ、速度データ等の測位データを生成するＧＰＳ復調・演算部１０からなる。
【００２６】従って、ＧＰＳ衛星２（２ａ〜２ｄ）から地上に放射された電波は、アンテナユニット４で受信されて増幅された後、ＲＦコンバータ９に供給される。ＲＦコンバータ９は、図示しないがＲＦアンプ、第１及び第２のミキサ、第１及び第２のＩＦ回路、ＶＣＯ及びＰＬＬ回路等から構成される。そして、ＲＦコンバータ９は、ＲＦ信号を中間周波信号（ＩＦ）に変換して、ＧＰＳ復調・演算部１０に供給する。
【００２７】さらに、ＧＰＳ復調・演算部１０は、現在位置を特定するための位置データ、速度データ等の測位データを操作・表示部６に出力し、操作・表示部６は、操作部のキーボードで行われた操作に応じて、ＧＰＳ復調・演算部１０から供給された測位データ（受信位置）を表示する。尚、ＧＰＳ受信装置３がメモリカード等により地図データを持っている場合には、操作・表示部６に周辺地図及び地図上に現在位置を表示する。
【００２８】図２はＧＰＳ復調・演算部１０の構成を示すブロック図である。ＧＰＳ復調・演算部１０は、ＣＰＵ１４と、カスタムＬＳＩ１５と、ＴＣＸＯ（温度補償水晶発振器）１６とから構成される。ＣＰＵ１４は、操作・表示部６のキー操作により衛星サーチ制御、キャリア同期制御、Ｃ／Ａコード同期制御を行い、操作・表示部６にＧＰＳ衛星２（２ａ〜２ｄ）と利用者の現在位置との距離（補正なし）を示す疑似距離データを出力する。カスタムＬＳＩ１５は、ＲＦコンバータ９より中間周波数信号（ＩＦ）が入力されると共にＴＣＸＯ１６より温度補償されたクロックが入力されるもので、ベースバンドコンバータ、キャリア同期回路、相関処理回路、Ｃ／Ａコード発生回路、Ｃ／Ａコード同期回路、ベースバンドフィルタ、ＰＳＫ（位相シフトキーイング）データ復調回路、及びＣＰＵ周辺ロジックを備える。
【００２９】ＴＣＸＯ１６は、ハウジング内に温度補償を行うため温度センサ１７が内蔵されており、ハウジング側面には温度センサ１７により検出された温度信号を出力するための出力端子１８が設けられている。そして、出力端子１８から引き出されたリード線１９はＣＰＵ１４の入力端子２０に接続されている。
【００３０】そのため、ＣＰＵ１４は、後述するようにＴＣＸＯ１６に内蔵された温度センサ１７から出力された温度信号により温度補償の演算処理を行うため、ＴＣＸＯ１６の温度を正確に検出することが可能になる。このようにＴＣＸＯ１６と一体に設けられた温度センサ１７からの温度信号に基づいて受信すべき周波数を予測するため、従来のようにＴＣＸＯ１６の近傍に別体の温度センサを設ける必要がない。よって、部品点数の削減を図ることができると共に、組立工程の手間を減らして生産性を高めることができ、製造コストを安価に抑えることができる。
【００３１】このようにしてＧＰＳ衛星２から送信された電波を受信して現在位置を求める衛星受信システム１では、各ＧＰＳ衛星２（２ａ〜２ｄ）に精密な原子時計が搭載されているのに対し、ＧＰＳ受信装置３にはＴＣＸＯ１６からのクロックを利用した水晶発振時計が搭載されているだけである。そのため、ＧＰＳ受信装置３の時刻情報には時計オフセットが生じやすい。
【００３２】そこで、ＧＰＳ受信装置３では、３個以上のＧＰＳ衛星２から送信された電波を同時に受信し、各ＧＰＳ衛星２（２ａ〜２ｄ）と受信点との間の時計オフセットを含んだ擬似距離データと受信した各ＧＰＳ衛星２（２ａ〜２ｄ）の軌道位置データとから受信点の位置を演算している。
【００３３】ところで、ＧＰＳ受信装置３においては、電源がオフからオンに切り換えられた直後は、基準信号発生源としてのＴＣＸＯ１６の発振周波数の温度特性により発振周波数が急激に変化するため、ＧＰＳ衛星２（２ａ〜２ｄ）からの電波を捕捉した場合、ＴＣＸＯ１６の発振周波数が安定するまでの期間、また、ＴＣＸＯ１６の周波数偏差分、信号をサーチする周波数の範囲を広げて電波を捕捉する必要がある。
【００３４】しかしながら、サーチする周波数の範囲を広げて電波を捕捉すると、サーチに時間がかかり、現在位置が演算されるまでに相当な時間がかかることになる。そこで、ＧＰＳ受信装置３では、ＴＣＸＯ１６の発振周波数の温度特性をＣＰＵ１４のメモリ２１に記憶させると共に、ＴＣＸＯ１６に内蔵された温度センサ１７から導出される温度情報を基にメモリ２１に記憶してあるＴＣＸＯ１６の温度特性に係る予測周波数を読み出す。これにより、ＣＰＵ１４は、電源投入後にＧＰＳ衛星２（２ａ〜２ｄ）からの電波を捕捉するまでの時間を短縮することができる。
【００３５】このようにＣＰＵ１４のメモリ２１には、ＴＣＸＯ１６に内蔵された温度センサ２７により検出された温度情報を読み込み、ＴＣＸＯ１６の温度特性に応じた周波数に基づいてＧＰＳ衛星２（２ａ〜２ｄ）からの電波の周波数サーチ範囲を設定する周波数設定手段として周波数設定プログラムが記憶されている。
【００３６】また、ＣＰＵ１４は、電源電圧Ｖccが供給されると、上記のような受信動作を開始し、ＲＦコンバータ９から供給される復調信号の疑似距離データに基づいて演算を行い、位置データ、速度データ、及び時刻データ等の測位データを生成する。さらに、ＣＰＵ１４はメインプログラム及び地図ＣＤ−ＲＯＭ（図示せず）からのデータに基づいて画像処理を行う。
【００３７】図３はＣＰＵ１４が実行する処理を説明するためのフローチャートである。ＣＰＵ１４は、ステップＳ１（以下「ステップ」を省略する）において、ＴＣＸＯ１６に内蔵された温度センサ２７により検出された温度情報を読み込む。続いて、ＴＣＸＯ１６に内蔵された温度センサ２７の温度情報に基づいてメモリ２１に記憶してあるＴＣＸＯ１６の温度特性に係る予測周波数を読み出して周波数変動を予測する（Ｓ２）。
【００３８】そして、ＴＣＸＯ１６の温度に対応する予測周波数に応じてＧＰＳ衛星２（２ａ〜２ｄ）からの電波の周波数サーチ範囲を設定する（Ｓ３）。その後、設定された予想周波数を中心に基準発振器と最大偏差による周波数サーチ範囲で受信可能な周波数をサーチする（Ｓ４）。
【００３９】次にＧＰＳ衛星２（２ａ〜２ｄ）からの電波の周波数と同期すると、ＧＰＳ衛星２（２ａ〜２ｄ）からの電波が受信可能となる。そして、ＲＦコンバータ９からの中間周波信号（ＩＦ）を復調したディジタルデータを生成した後、このディジタルデータを用いて演算処理を行い、位置データ、速度データ等の測位データを生成する（Ｓ５）。
【００４０】その後、測位データを読み込み、この測位データ中の位置データ（緯度、経度）が現在位置を示す（Ｓ６）。続いて、現在位置を示すマークを操作・表示部６のディスプレイに表示するための画面データを生成する（Ｓ７）。現在位置は、緯度、経度のデータであるのに対して、地図ＣＤ−ＲＯＭ内の地図データは、縦軸、横軸の座標に対応づけて記憶されている。この現在位置の緯度、経度のデータを、地図のデータの座標データに変換する（Ｓ８）。
【００４１】操作・表示部６のキー操作で指定した縮尺率等に合わせて、現在位置の座標に対応して操作・表示部６のディスプレイに表示する地図の領域を、座標で求める。この求めた領域の地図データを、地図ＣＤ−ＲＯＭから読み込む（Ｓ９）。また、Ｓ９で読み込んだ地図データを基にして、地図をディスプレイに表示するための画面データを生成する（Ｓ１０）。続いてＳ７で生成した現在位置表示用の画面データと、Ｓ１０で生成した地図表示用の画面データを用いて、両画面データを重ねる方法で、ディスプレイ上に地図と現在位置のマークを表示する（Ｓ１１）。このステップＳ１１で読み込んだ測位データに対応する表示が完了した後、再びＳ１に戻り、上記Ｓ１〜Ｓ１１の処理を繰り返す。
【００４２】このように、ＴＣＸＯ１６に内蔵された温度センサ１７から導出される温度情報を基にメモリ２１に記憶してあるＴＣＸＯ１６の温度特性に係る予測周波数を読み出し、電源投入後にＧＰＳ衛星２（２ａ〜２ｄ）からの電波を捕捉するまでの時間を短縮することができる。
【００４３】
【発明の効果】上述の如く、請求項１によれば、温度補償型水晶発振器のハウジングに温度センサにより検出された温度検出信号を外部に出力する出力端子を設けたため、従来のように別個の温度センサを温度補償型水晶発振器の近傍に取り付ける必要がなくなり、その分部品点数の削減、組立工程の作業効率を高めることができる。また、部品点数の削減を図ることができると共に、組立工程の手間を減らして生産性を高めることができるので、製造コストを安価に抑えることができる。
【００４４】また、請求項２によれば、温度補償型水晶発振器に内蔵された温度センサにより検出された温度検出信号に基づいて温度補償型水晶発振器の温度特性に応じた予測周波数に基づいて人工衛星からの電波の周波数サーチ範囲を設定するため、従来必要とされていた温度補償型水晶発振器と別体の温度センサを不要にできると共に、電源がオンになったときの温度補償型水晶発振器の発振周波数の温度特性により発振周波数が急激に変化しても内蔵された温度センサにより検出された正確な温度情報を基に温度補償型水晶発振器の温度特性に係る予測周波数を得ることができ、電源投入してから電波を捕捉するまでの時間を短縮することができる。
【００４５】また、請求項３によれば、温度補償型水晶発振器に内蔵された温度センサにより検出された温度検出信号に基づいて温度補償型水晶発振器の周波数を予測し、この予測値に応じて人工衛星からの電波の周波数サーチ範囲を設定するため、上記請求項２と同様に温度センサを別個に設ける必要がないばかりか、温度補償型水晶発振器の温度特性に係る予測周波数を得ることができ、電源投入してから電波を捕捉するまでの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成図である。
【図２】図１のＧＰＳ復調・演算部の構成を示すブロック図である。
【図３】ＣＰＵが実行する処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１ＧＰＳ受信システム
２（２ａ〜２ｄ）ＧＰＳ衛星
３ＧＰＳ受信装置
４アンテナユニット
５ＧＰＳ本体ユニット
７アンテナ
９ＲＦコンバータ
１０ＧＰＳ復調・演算部
１４ＣＰＵ
１５カスタムＬＳＩ
１６ＴＣＸＯ（温度補償水晶発振器）
１７温度センサ
１８出力端子
２１メモリ

【特許請求の範囲】
【請求項１】ハウジング内に温度センサを有する温度補償型水晶発振器において、前記ハウジングに前記温度センサにより検出された温度検出信号を外部に出力する出力端子を設けたことを特徴とする温度補償型水晶発振器。
【請求項２】温度センサが内蔵された温度補償型水晶発振器と、該温度補償型水晶発振器から出力された基準周波数に基づいて人工衛星から送信された電波の周波数を予測して人工衛星からの電波を受信する受信器と、該受信器により受信された信号から現在位置を演算する演算手段とからなる衛星受信装置において、前記温度補償型水晶発振器に内蔵された温度センサにより検出された温度情報を読み込み、前記温度補償型水晶発振器の温度特性に応じた周波数に基づいて前記人工衛星からの電波の周波数サーチ範囲を設定する周波数設定手段を有することを特徴とする衛星受信装置。
【請求項３】温度センサが内蔵された温度補償型水晶発振器から出力された基準周波数に基づいて人工衛星から送信された電波の周波数を予測して人工衛星からの信号を受信する衛星受信システムにおいて、前記温度補償型水晶発振器に内蔵された温度センサにより検出された温度情報に基づいて前記温度補償型水晶発振器の周波数を予測し、この予測値に応じて前記人工衛星からの電波の周波数サーチ範囲を設定する周波数設定手段を有することを特徴とする衛星受信システム。

【図２】