衛星航法装置、外部基地局、及び衛星測位システム
【課題】衛星信号の受信環境が悪化した場合であってもＴＴＦＦを改善することができる衛星航法装置、外部基地局、及び衛星測位システムを提供する。
【解決手段】ＧＰＳ衛星３５は衛星信号を送信し、基地局３０は衛星信号を受信するＧＰＳ信号受信部３３と、航法データを所定のデータフォーマットに変換する変換部３２と、変換された補助情報をＧＰＳ受信機１０へ送信する基地局送信部３１と、アンテナ３６と、を有し、ＧＰＳ受信機１０（衛星航法装置）に対して補助情報を提供する。ＧＰＳ受信機１０は、アンテナ２４と、周波数変換部１１と、擬似距離測定部１２と、航法データ復調部１５と、航法データ記憶部２１と、時計部１７と、受信制御演算部１４と、衛星送信時刻予測部１６と、測位演算部１３と、アンテナ２３と、外部情報受信部２２と、変換部１９と、外部航法データ記憶部１８と、を有している。
【解決手段】ＧＰＳ衛星３５は衛星信号を送信し、基地局３０は衛星信号を受信するＧＰＳ信号受信部３３と、航法データを所定のデータフォーマットに変換する変換部３２と、変換された補助情報をＧＰＳ受信機１０へ送信する基地局送信部３１と、アンテナ３６と、を有し、ＧＰＳ受信機１０（衛星航法装置）に対して補助情報を提供する。ＧＰＳ受信機１０は、アンテナ２４と、周波数変換部１１と、擬似距離測定部１２と、航法データ復調部１５と、航法データ記憶部２１と、時計部１７と、受信制御演算部１４と、衛星送信時刻予測部１６と、測位演算部１３と、アンテナ２３と、外部情報受信部２２と、変換部１９と、外部航法データ記憶部１８と、を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星が送信する衛星信号を受信して測位を行う衛星航法装置、外部基地局、及び衛星測位システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星を用いてユーザの現在位置を測位する衛星測位システムとして、ＧＰＳ（Global Positioning System）が広く用いられるようになった。衛星測位システムは、地球周回軌道上から地球に向かって衛星信号を送信する複数の衛星と、送信される衛星信号を地球上で受信してそれぞれの衛星からユーザの位置までの擬似距離を測定してユーザの現在位置を測位する衛星航法装置と、を含んでいる。
【０００３】
衛星航法装置にて測位演算を行うためには、測位を行うために原理上必要とされている個数以上の衛星信号を受信する必要がある。また、衛星の衛星信号には、通常６秒周期で更新される時刻データと、通常２時間毎に更新される軌道データ（エフェメリスデータ）と、を含む航法データが含まれている。衛星航法装置は、受信された衛星信号から測位演算で使用する衛星を選択し、選択した衛星毎の擬似距離と、時刻データとしてＺカウントを復調することで求められる衛星予測時刻と、衛星軌道データと、に基づいて測位演算を実行してユーザ位置を算出する。
【０００４】
一般的に、衛星航法装置における測位開始から初回測位までの時間（ＴＴＦＦ：Ｔｉｍｅ Ｔｏ Ｆｉｒｓｔ Ｆｉｘ）は、測位演算に必要な航法データ中の時刻データを復調するための復調時間に関係する。時刻データは、航法データ中に６秒周期で送信されているため、衛星信号を正常に復調できた場合でも、最短で６秒、最長で１２秒かかることになる。このため、実際に測位演算が実行されてユーザ位置を算出するまでに時刻データの復調時間に相応した時間が必要であった。また、例えば、ビル街等では衛星信号の受信環境が悪化して時刻データの復調に時間を要し、ＴＴＦＦがさらに悪化する場合がある。
【０００５】
そこで、特許文献１には、ＴＴＦＦを改善する方法として、復調された航法データを全部記憶する航法データ記憶部を設けて、再度の電源投入時に記憶されている航法データを参照し、軌道情報、時刻データ、衛星予測時刻値等を用いてＴＴＦＦを改善する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、衛星信号の他に外部の基地局から外部航法データを取得して衛星信号受信環境が悪化した場合であっても精度の高い測位演算を実行するいわゆるアシスト型ＧＰＳの技術が公開されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１２５６６６号公報
【特許文献２】特開２００６−５８１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の技術を用いても、事前に航法データを受信できない場合には、航法データ記憶部に航法データが蓄積されないため、衛星予測時刻を瞬時に得ることができない。また、一度正常に蓄積した場合において、航法データ記憶部に蓄積されている航法データや軌道データが時間経過により無効となった場合には航法データや軌道データを受信し直す必要があり、ＴＴＦＦを改善できない。
【０００９】
このような問題を解消するために特許文献２の技術を用いる場合、衛星信号と、外部基地局から送信される外部航法データとの遅れ時間を用いて衛星の時刻データを求め、擬似距離を算出することになる。この場合、衛星信号の受信と外部基地局からの信号の受信と、が同時にできない時は外部航法データによる補正ができないという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、このような問題点を解決し、衛星信号の受信環境が悪化した場合であっても初回測位までの時間であるＴＴＦＦを改善することができる衛星航法装置、外部基地局、及び衛星測位システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る衛星航法装置は、複数の衛星からそれぞれ送信された衛星信号を受信する受信手段と、受信手段によって得られた衛星信号に基づいて衛星からユーザ位置までの擬似距離を測定する擬似距離測定手段と、所定周期で更新される時刻データと所定時間毎に更新される軌道データとを含む航法データを衛星毎の衛星信号から復調する航法データ復調手段と、航法データ復調手段により復調された航法データを記憶する航法データ記憶手段と、現在時刻を計数信号として計数する計数手段と、外部基地局から無線により送信される補助情報を受信する情報受信手段と、衛星毎の擬似距離及び軌道データに基づいて測位計算した結果をユーザ位置の位置データとして求めると共に、得られた軌道データと位置データに基づいて衛星の組み合わせを決定し、決定した組み合わせに従ってユーザ位置の位置データを出力する測位演算手段と、を備えた衛星航法装置に関する。
【００１２】
ここで、本発明に係る衛星航法装置は、情報受信手段によって得られた補助情報から航法データを復元するために、予め決められた変換手順により変換する変換手段と、変換手段によって復元された航法データを外部航法データとして記憶する外部航法データ記憶部と、ホットスタート時に、航法データ記憶手段に記憶済み航法データが所定時間を経過しても更新されていない場合、外部航法データ記憶部に記憶された外部航法データに対してビットをずらしながら現在受信中の衛星から復調される航法データの一部と照合し、現在受信されているビット位置及び計数信号から予測した値を用いて衛星予測時刻値を算出する衛星送信時刻予測手段と、を備え、測位演算手段は、測位計算時に衛星予測時刻値を用いて位置データを得ることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る衛星航法装置に補助情報を送信する外部基地局において、複数の衛星から受信した衛星信号から時刻データと軌道データとを含む航法データを復調し、航法データのページに関係なく同じデータのサブフレームの集合である第一のデータ集合と、航法データのページ毎に異なるサブフレームの集合である第二のデータ集合と、の少なくとも二つの情報を含む補助情報を衛星航法装置に送信することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る外部基地局において、衛星から受信した衛星信号に基づいて求めた衛星送信時刻値を外部航法データとして補助情報に含めることを特徴とする。
【００１５】
さらにまた、本発明に係る衛星航法装置と外部基地局とを含む衛星測位システムにおいて、衛星航法装置は、外部基地局と通信する携帯電話機として機能し、外部基地局は、衛星航法装置に補助情報を送信し、補助情報の送信タイミングは、衛星からの衛星信号と非同期で送信されることを特徴とする。
【００１６】
さらにまた、本発明に係る衛星航法装置の測位方法は、複数の衛星からそれぞれ送信された衛星信号を受信する受信工程と、受信工程によって得られた衛星信号に基づいて衛星からユーザ位置までの擬似距離を測定する擬似距離測定工程と、所定周期で更新される時刻データと所定時間毎に更新される軌道データとを含む航法データを衛星毎の衛星信号から復調する航法データ復調工程と、航法データ復調工程により復調された航法データを記憶する航法データ記憶工程と、現在時刻を計数信号として計数する計数工程と、外部基地局から無線により送信される補助情報を受信する情報受信工程と、衛星毎の擬似距離及び軌道データに基づいて測位計算した結果をユーザ位置の位置データとして求めると共に、得られた軌道データと位置データに基づいて衛星の組み合わせを決定し、決定した組み合わせに従ってユーザ位置の位置データを出力する測位演算工程と、を備えた衛星航法装置の測位方法に関する。
【００１７】
ここで、衛星航法装置の測位方法は、情報受信工程によって得られた補助情報から航法データを復元するために、予め決められた変換手順により変換する変換工程と、変換工程によって復元された航法データを外部航法データとして記憶する外部航法データ記憶工程と、ホットスタート時に、航法データ記憶工程に記憶済み航法データが所定時間を経過しても更新されていない場合、外部航法データ記憶工程に記憶された外部航法データに対してビットをずらしながら現在受信中の衛星から復調される航法データの一部と照合し、現在受信されているビット位置及び計数信号から予測した値を用いて衛星予測時刻値を算出する衛星送信時刻予測工程と、を含み、測位演算工程は、測位計算時に衛星予測時刻値を用いて位置データを得ることを特徴とする。
【００１８】
さらにまた、本発明に係る外部基地局の制御方法は、無線により補助情報を衛星航法装置に提供する外部基地局の制御方法において、複数の衛星から受信した衛星信号から時刻データと軌道データとを含む航法データを復調し、航法データのページに関係なく同じデータのサブフレームの集合である第一のデータ集合と、航法データのページ毎に異なるサブフレームの集合である第二のデータ集合と、の少なくとも二つの情報を含む補助情報を衛星航法装置に送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明を用いると、携帯電話機と組み合わせた衛星航法装置において、事前に航法データを受信できない場合でも基地局から送信される外部航法データにより衛星予測時刻を瞬時に得ることができ、衛星信号の受信環境が悪化した場合であっても初回測位までの時間であるＴＴＦＦを改善できるという効果がある。
【００２０】
さらに、衛星から送信される航法データのデータ形式を変形して基地局から送信することで、データ送信効率及び処理効率を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。なお、本実施形態ではＧＰＳに適応した形態を示し、衛星としてＧＰＳ衛星、衛星航法装置としてＧＰＳ受信機を用いている。
【実施例】
【００２２】
図１は、本実施形態におけるＧＰＳ受信機１０と携帯電話機の基地局３０と複数のＧＰＳ衛星３５とを含む衛星測位システムの構成を示している。ＧＰＳ衛星３５は、地球周回軌道上に３０機前後配置され、各ＧＰＳ衛星毎に予め決められたコードパターンで変調した衛星信号を送信する。基地局３０は、衛星信号を受信するＧＰＳ信号受信部３３と、航法データを所定のデータフォーマットに変換する変換部３２と、変換された補助情報をＧＰＳ受信機１０へ送信する基地局送信部３１と、アンテナ３６と、を有し、ＧＰＳ受信機１０に対して補助情報を提供する。
【００２３】
最初に、ＧＰＳ受信機１０の概要を述べる。ＧＰＳ受信機１０は、大きく分けて測位処理を実行するＧＰＳ信号処理部と、衛星送信時刻予測に関する補助情報を携帯電話機の基地局３０から取得する外部情報処理部と、の二つに分けることができる。まず、ＧＰＳ信号処理部は、アンテナ２４と、周波数変換部１１と、擬似距離測定部１２と、航法データ復調部１５と、航法データ記憶部２１と、時計部１７と、受信制御演算部１４と、衛星送信時刻予測部１６と、測位演算部１３と、を有している。また、外部情報処理部は、アンテナ２３と、外部情報受信部２２と、変換部１９と、外部航法データ記憶部１８と、を有している。
【００２４】
本実施形態において特徴的なことは、事前にＧＰＳ信号処理部で航法データを受信できず蓄積していない状態でも、外部情報処理部により衛星送信時刻予測が可能となり、ＴＴＦＦが短縮されることである。
【００２５】
次に、ＧＰＳ信号処理部の機能について述べる。複数のＧＰＳ衛星３５からそれぞれ送信される衛星信号は、アンテナ２４にて受信されて周波数変換部１１へ送られる。周波数変換部１１では、受信しようとするＧＰＳ衛星毎に予め定められているコードパターンで衛星信号を復調することにより、所望のＧＰＳ衛星からの信号を選択受信する。選択受信された信号は、航法データ復調部１５と擬似距離測定部１２に送られる。
【００２６】
航法データ復調部１５は、各ＧＰＳ衛星３５の位置を算出するための軌道情報を含む航法データを抽出し、測位演算部１３と、航法データ記憶部２１とに送る。擬似距離測定部１２は、復調の際にスペクトル拡散用のコードであるＣ／Ａコードのコード位相から各ＧＰＳ衛星３５とユーザの位置との間の擬似距離を求め、同様に測位演算部１３へ送る。
【００２７】
測位演算部１３は、複数のＧＰＳ衛星３５ごとの軌道データと、擬似距離と、衛星送信時刻予測部１６からの時刻データと、に基づいて測位演算した結果をユーザの位置データとして出力する。受信制御演算部１４は、ユーザの位置データ及び軌道データに基づいて、測定に必要なＧＰＳ衛星３５の組み合わせを決定し、組み合わせに従って擬似距離測定部１２及び航法データ復調部１５の受信制御を行う。
【００２８】
衛星送信時刻予測部１６は、時計部１７からの計数信号としての現在時刻を取得し、航法データ復調部１５又は航法データ記憶部２１から航法データ中のＺカウントを復調することで衛星予測時刻値を求め、測位演算部１３に送る。なお、航法データの内容は後述する。
【００２９】
次に、外部航法データを送信する基地局３０について述べる。基地局３０はアンテナ３４で受信した衛星信号をＧＰＳ信号受信部３３にて外部航法データとして抽出し、変換部３２にて無線通信プロトコルに合致するようにプロトコル変換を実行して基地局送信部３１からアンテナ３６を介してＧＰＳ受信機１０へ送信する。
【００３０】
次に、ＧＰＳ受信機１０の外部情報処理部について述べる。外部航法データは、基地局３０から無線通信により送信され、この外部航法データは、ＧＰＳ衛星３５から送信される衛星信号とは異なり、外部航法データの受信タイミングや間隔は衛星信号と同期を取る必要はなく、随時送信されている。
【００３１】
ＧＰＳ受信機１０は、アンテナ２３にて受信した無線信号を外部情報受信部２２にてプロトコル変換を実行し、変換部１９へ送る。変換部１９は、プロトコル変換後の航法データから、ＧＰＳ受信機１０で用いているフォーマットとなるようにフォーマット変換を行う。変換された航法データは、外部航法データ記憶部１８に記憶され、衛星送信時刻予測部１６に送られる。
【００３２】
図２には、各ＧＰＳ衛星３５から送信される航法データの概要が示されている。航法データは、５つのサブフレームが１ページを構成し、１ページから２５ページまで進むと、再び１ページに戻る構成である。 まず、送信されるデータの伝送速度は、１ビット当たり０．０２ｓで５０ｂｐｓとなる。サブフレームのサイズは３００ビットであるので、図中左上に示した一つのサブフレームを送信するには６ｓの送信時間が必要である。また、１ページには５つのサブフレームが含まれ、１つの航法データには２５個のページを有しているので、合計１２５個のサブフレームで構成される。
【００３３】
このため、１つの航法データは３７，５００ビット（１２５個×３００ビット）であり、１つの航法データの伝送時間は１２．５分（７５０ｓ：３７，５００ビット×０．０２ｓ）となる。サブフレーム１は各ＧＰＳ衛星の時計の補正値や健康状態などであり、サブフレーム２，３は各ＧＰＳ衛星の軌道パラメータを含むエフェメリスであり、このようなサブフレーム１，２，３は、ページに関係なく同じデータが納められている。
【００３４】
また、サブフレーム４，５は全ＧＰＳ生成の概略の軌道情報（アルマナック）や電離層遅延補正係数であり、サブフレーム４，５は、ページ毎に異なるデータが納められている。サブフレーム４，５は、サブフレーム１〜３とは異なり、２５フレーム受信して初めて全情報が完結する。
【００３５】
さらに、２時間毎、つまり日本標準時の奇数時（１，３，５，・・・，２３時）になった時に、データ内容が変更される。なお、各ＧＰＳ衛星３５は衛星信号に変換した航法データを所定のフォーマットで送信するが、個々のＧＰＳ衛星３５から送信されるデータの内容は異なる。
【００３６】
また、衛星送信時刻用のＺカウント値は、全てのサブフレームの先頭から３１〜４７ビットの領域に格納されている。Ｚカウント値を取り出す方法は、サブフレームを１つ以上取得することでサブフレームの先頭位置を調べ、Ｚカウント値の格納されている位置を特定して取り出す。
【００３７】
図３は、ＧＰＳ受信機１０の電源投入から初回測位までの処理工程と、処理時間の概要を示している。図３（Ａ）には、ＧＰＳ衛星からの衛星信号が受信不能であっても携帯電話圏内の通信により外部航法データを取得した場合の処理が示されている。また、図３（Ｂ）には、従来の外部航法データを取得できない、かつ、航法データ記憶部に蓄積されている航法データが時間の経過により無効になった後のＧＰＳ受信機１０の処理が示されている。
【００３８】
図３（Ａ）に示す場合には、電源投入後から衛星信号を捕捉するまで３ｓかかり、６０ビットのデータを復調するのに１．２ｓ、予め記憶されている外部航法データに対してパターン検索して衛星送信時刻予測をするのに０．５ｓ、測位演算に１ｓ、トータル５．７ｓ（ＴＴＦＦ）で測位が完了する。
【００３９】
これに対して図３（Ｂ）に示す場合は、ＧＰＳ受信手段のみのＧＰＳ受信機における処理を示しており、同様に、衛星信号を捕捉するまで３ｓ、９００〜１５００ビットのデータを復調するのに２４ｓかかり、復調したデータからＺカウントを取り出し、衛星送信時刻予測に０．２ｓ、測位演算に１ｓ、トータル２８．２ｓ（ＴＴＦＦ）で測位が終了する。なお、測位演算を行うには、ＧＰＳ衛星が送信するサブフレーム１〜３に格納されているエフェメリスの取得が条件となるため、最短でサブフレーム３個分（９００ビット）、最長でサブフレーム５個分（１５００ビット）のデータの復調が必要となる。
【００４０】
このように、本実施形態によるとＧＰＳ衛星からの衛星信号が事前に受信できない場合でも、携帯電話圏内であれば外部航法データを取得することで、ＴＴＦＦを改善することが可能となる。
【００４１】
図４は、基地局３０から送信される外部航法データの概要を示している。本実施形態において特徴的なことは、ＧＰＳ衛星では、連続して送信される航法データをデータの種類に応じて図４（Ａ）に示すデータ１と図４（Ｂ）に示すデータ２の２つに分けて送信することである。
【００４２】
データ１は、ユーザ位置で捕捉可能な可視ＧＰＳ衛星が送信しているサブフレーム１〜３個で構成され、データ２は可視ＧＰＳ衛星が送信しているサブフレーム４，５の２５ページ分の５０個で構成されている。
【００４３】
具体的には、データ１は１つのＧＰＳ衛星当たり３個のサブフレームで構成され、１つのＧＰＳ衛星当たりのビット数は９００ビット（３×３００ビット）であり、外部航法データのサイズは可視衛星数の最大値を１２衛星とした場合、１，３５０バイト（１０８００ビット：９００ビット×１２衛星）となり、外部航法データの伝送時間は伝送速度９，６００ｂｐｓの時、１．１ｓ（１０，８００ビット／９，６００ｂｐｓ）となる。
【００４４】
同様にデータ２は、可視ＧＰＳ衛星が送信している５０個であり、１つのＧＰＳ衛星当たりのビット数は１５，０００ビット（５０×３００ビット）であり、外部航法データのサイズは可視衛星の最大値を１２衛星とした場合、２２，５００バイト（１８０，０００ビット：１５，０００ビット×１２衛星）となり、外部航法データの伝送時間は伝送速度９，６００ｂｐｓの時、１８．８ｓ（１８０，０００ビット／９，６００ｂｐｓ）となる。
【００４５】
次に、データ１とデータ２とに分けて送信する利点について述べる。まず、ＧＰＳ受信機１０の作動条件が、携帯電話圏内であり、基地局３０からデータ１とデータ２が一まとまりとしての送信であり、ＧＰＳ衛星３５の受信が可能であり、航法データの記憶が無い場合と仮定する。この場合、電源投入後、基地局３０と通信により外部航法データを取得することになるが、データ１とデータ２が一まとまりの時にはデータ伝送時間は１９．９ｓ（１８．８ｓ＋１．１ｓ）となる。さらに、図３（Ａ）で示した５．７ｓ（ＴＴＦＦ）と合計して２５．６ｓ（１９．９ｓ＋５．７ｓ）が処理時間となる。
【００４６】
これに対して、データ１とデータ２とに分かれている場合には、データ１を先に送信することで、図３（Ｂ）により、全衛星送信航法データ中の６０％の領域をカバーすることになる。よって、データ１の送信によるパターン検索成功率Ｐを０．６と仮定すると、ＴＴＦＦは、ＴＴＦＦ＝Ｐ・（データ１伝送時間＋図３（Ａ）のＴＴＦＦ）＋（１−Ｐ）・（Ｚカウント取得によるＴＴＦＦ）＝０．６・（１．１ｓ＋５．７ｓ）＋（１−０．６）・（１３．２ｓ）＝４．１ｓ＋５．３ｓ＝９．４ｓとなり、データ１とデータ２に分けた方が、分けない場合に比べてＴＴＦＦが短くなる効果が得られる。
【００４７】
ここで、Ｚカウント取得によるＴＴＦＦは、航法データ復調部にて３００〜６００ビットのデータ復調を行い、復調データからＺカウントを取り出して衛星送信時刻値を算出する処理時間である。ＴＴＦＦの内訳は、衛星信号捕捉に３ｓ、３００〜６００ビットのデータ復調に９ｓ、復調のデータからＺカウントを取り出して衛星送信時刻を算出するのに０．２ｓ、測位演算に１ｓ、トータルで１３．２ｓ（３ｓ＋９Ｓ＋０．２ｓ＋１ｓ）となる。
【００４８】
なお、本実施形態に係る基地局３０は、衛星送信時刻値をデータに含めて送信していないが、基地局３０より衛星送信時刻値を送信してもよいことはいうまでもない。
【００４９】
図５には、ＧＰＳ受信機１０の電源投入から初回測位までの処理の流れが示されている。ＧＰＳ受信機１０の電源が投入されると、ステップＳ１０において、航法データ記憶部又は外部航法データ記憶部に有効な航法データがあるか確認する。有効な航法データを確認した時はステップＳ１２以下を実行し、有効な航法データが無い時は、ステップＳ１４以下を実行する。
【００５０】
有効な航法データが無いと判断した場合には、ステップＳ１４に移る。ステップＳ１４では携帯電話圏内の基地局に外部航法データ要求を送信し、ステップＳ１６において、基地局から送信された外部航法データを外部情報受信部にて受信する。ステップＳ１８において、受信された外部航法データから衛星送信パターンを復元し、ステップＳ２０において、復元した衛星送信パターンを外部航法データ記憶部に格納後、ステップＳ１２へ移る。
【００５１】
有効な航法データがある場合にはステップＳ１２の衛星信号捕捉処理にて擬似距離測定部にて衛星信号を捕捉する。捕捉された衛星信号から航法データ復調部にて航法データを復元する（ステップＳ２２）。ステップＳ２４にて例えば、６０ビット以上復調が完了したかを判定し、復調が完了するまで繰り返す（ステップＳ２２〜Ｓ２４）。
【００５２】
ステップＳ２４において、復調が完了したと判断された場合には、衛星送信時刻予測部にて復調航法データをビット毎にパターンが一致するデータが、航法データ記憶部又は外部航法記憶部にあるか検索する（ステップＳ２６）。
【００５３】
ステップＳ２８において、パターンが一致するデータが発見できたか判定し、パターンが一致した場合には、衛星送信時刻予測部にて航法データ記憶部又は外部航法データ記憶部内のパターンが一致した部分のデータのビット位置により衛星予測時刻値を算出（ステップＳ３２）する。ステップＳ３４において、測位演算部にて衛星予測時刻値又は衛星送信時刻値により、位置データを算出（ステップＳ３４）する。
【００５４】
また、ステップＳ２８において、パターンが一致しない場合には、航法データ復調部にて３００〜６００ビットのデータ復調を行い、復調データからＺカウントを取り出して衛星送信時刻を算出する。次に、ステップＳ３４に進み、同様に位置データを算出する。
【００５５】
なお、本実施形態とは異なる３ＧＰＰ準拠の携帯電話機と組み合わせたＧＰＳ受信機も、このような処理を含めることにより、同様にＴＴＦＦを改善することが可能であることはいうまでもない。
【００５６】
以上、上述したように、本実施形態によると、携帯電話機と組み合わせたＧＰＳ受信機において事前に航法データを受信できない場合であっても携帯電話の基地局から送信される外部航法データにより衛星予測時刻を瞬時に得ることができるパターンマッチ型にアシスト型を付加したＧＰＳ受信機となる。このような構成及び制御方法とすることで、衛星信号の受信環境が悪化した場合であっても初回測位までの時間であるＴＴＦＦを改善できる。なお、本実施形態では、ＧＰＳを中心に説明したが、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳやヨーロッパのＧａｌｉｌｅｏ等にも用いることができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に係る衛星測位システムの構成を示す構成図である。
【図２】ＧＰＳ衛星から送信される航法データの概要を示す概要図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電源投入から初回測位までの処理工程を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る基地局から無線により送信される外部航法データの概要を示す概要図である。
【図５】本発明の実施形態に係るＧＰＳ受信機の電源投入から初回測位までの処理の流れを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０ ＧＰＳ受信機、１１ 周波数変換部、１２ 擬似距離測定部、１３ 測位演算部、１４ 受信制御演算部、１５ 航法データ復調部、１６ 衛星送信時刻予測部、１７ 時計部、１８ 外部航法データ記憶部、１９，３２ 変換部、２１ 航法データ記憶部、２２ 外部情報受信部、２３，２４，３４，３６ アンテナ、３０ 基地局、３１ 基地局送信部、３３ ＧＰＳ信号受信部、３５ ＧＰＳ衛星。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星が送信する衛星信号を受信して測位を行う衛星航法装置、外部基地局、及び衛星測位システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星を用いてユーザの現在位置を測位する衛星測位システムとして、ＧＰＳ（Global Positioning System）が広く用いられるようになった。衛星測位システムは、地球周回軌道上から地球に向かって衛星信号を送信する複数の衛星と、送信される衛星信号を地球上で受信してそれぞれの衛星からユーザの位置までの擬似距離を測定してユーザの現在位置を測位する衛星航法装置と、を含んでいる。
【０００３】
衛星航法装置にて測位演算を行うためには、測位を行うために原理上必要とされている個数以上の衛星信号を受信する必要がある。また、衛星の衛星信号には、通常６秒周期で更新される時刻データと、通常２時間毎に更新される軌道データ（エフェメリスデータ）と、を含む航法データが含まれている。衛星航法装置は、受信された衛星信号から測位演算で使用する衛星を選択し、選択した衛星毎の擬似距離と、時刻データとしてＺカウントを復調することで求められる衛星予測時刻と、衛星軌道データと、に基づいて測位演算を実行してユーザ位置を算出する。
【０００４】
一般的に、衛星航法装置における測位開始から初回測位までの時間（ＴＴＦＦ：Ｔｉｍｅ Ｔｏ Ｆｉｒｓｔ Ｆｉｘ）は、測位演算に必要な航法データ中の時刻データを復調するための復調時間に関係する。時刻データは、航法データ中に６秒周期で送信されているため、衛星信号を正常に復調できた場合でも、最短で６秒、最長で１２秒かかることになる。このため、実際に測位演算が実行されてユーザ位置を算出するまでに時刻データの復調時間に相応した時間が必要であった。また、例えば、ビル街等では衛星信号の受信環境が悪化して時刻データの復調に時間を要し、ＴＴＦＦがさらに悪化する場合がある。
【０００５】
そこで、特許文献１には、ＴＴＦＦを改善する方法として、復調された航法データを全部記憶する航法データ記憶部を設けて、再度の電源投入時に記憶されている航法データを参照し、軌道情報、時刻データ、衛星予測時刻値等を用いてＴＴＦＦを改善する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、衛星信号の他に外部の基地局から外部航法データを取得して衛星信号受信環境が悪化した場合であっても精度の高い測位演算を実行するいわゆるアシスト型ＧＰＳの技術が公開されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１２５６６６号公報
【特許文献２】特開２００６−５８１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の技術を用いても、事前に航法データを受信できない場合には、航法データ記憶部に航法データが蓄積されないため、衛星予測時刻を瞬時に得ることができない。また、一度正常に蓄積した場合において、航法データ記憶部に蓄積されている航法データや軌道データが時間経過により無効となった場合には航法データや軌道データを受信し直す必要があり、ＴＴＦＦを改善できない。
【０００９】
このような問題を解消するために特許文献２の技術を用いる場合、衛星信号と、外部基地局から送信される外部航法データとの遅れ時間を用いて衛星の時刻データを求め、擬似距離を算出することになる。この場合、衛星信号の受信と外部基地局からの信号の受信と、が同時にできない時は外部航法データによる補正ができないという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、このような問題点を解決し、衛星信号の受信環境が悪化した場合であっても初回測位までの時間であるＴＴＦＦを改善することができる衛星航法装置、外部基地局、及び衛星測位システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る衛星航法装置は、複数の衛星からそれぞれ送信された衛星信号を受信する受信手段と、受信手段によって得られた衛星信号に基づいて衛星からユーザ位置までの擬似距離を測定する擬似距離測定手段と、所定周期で更新される時刻データと所定時間毎に更新される軌道データとを含む航法データを衛星毎の衛星信号から復調する航法データ復調手段と、航法データ復調手段により復調された航法データを記憶する航法データ記憶手段と、現在時刻を計数信号として計数する計数手段と、外部基地局から無線により送信される補助情報を受信する情報受信手段と、衛星毎の擬似距離及び軌道データに基づいて測位計算した結果をユーザ位置の位置データとして求めると共に、得られた軌道データと位置データに基づいて衛星の組み合わせを決定し、決定した組み合わせに従ってユーザ位置の位置データを出力する測位演算手段と、を備えた衛星航法装置に関する。
【００１２】
ここで、本発明に係る衛星航法装置は、情報受信手段によって得られた補助情報から航法データを復元するために、予め決められた変換手順により変換する変換手段と、変換手段によって復元された航法データを外部航法データとして記憶する外部航法データ記憶部と、ホットスタート時に、航法データ記憶手段に記憶済み航法データが所定時間を経過しても更新されていない場合、外部航法データ記憶部に記憶された外部航法データに対してビットをずらしながら現在受信中の衛星から復調される航法データの一部と照合し、現在受信されているビット位置及び計数信号から予測した値を用いて衛星予測時刻値を算出する衛星送信時刻予測手段と、を備え、測位演算手段は、測位計算時に衛星予測時刻値を用いて位置データを得ることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る衛星航法装置に補助情報を送信する外部基地局において、複数の衛星から受信した衛星信号から時刻データと軌道データとを含む航法データを復調し、航法データのページに関係なく同じデータのサブフレームの集合である第一のデータ集合と、航法データのページ毎に異なるサブフレームの集合である第二のデータ集合と、の少なくとも二つの情報を含む補助情報を衛星航法装置に送信することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る外部基地局において、衛星から受信した衛星信号に基づいて求めた衛星送信時刻値を外部航法データとして補助情報に含めることを特徴とする。
【００１５】
さらにまた、本発明に係る衛星航法装置と外部基地局とを含む衛星測位システムにおいて、衛星航法装置は、外部基地局と通信する携帯電話機として機能し、外部基地局は、衛星航法装置に補助情報を送信し、補助情報の送信タイミングは、衛星からの衛星信号と非同期で送信されることを特徴とする。
【００１６】
さらにまた、本発明に係る衛星航法装置の測位方法は、複数の衛星からそれぞれ送信された衛星信号を受信する受信工程と、受信工程によって得られた衛星信号に基づいて衛星からユーザ位置までの擬似距離を測定する擬似距離測定工程と、所定周期で更新される時刻データと所定時間毎に更新される軌道データとを含む航法データを衛星毎の衛星信号から復調する航法データ復調工程と、航法データ復調工程により復調された航法データを記憶する航法データ記憶工程と、現在時刻を計数信号として計数する計数工程と、外部基地局から無線により送信される補助情報を受信する情報受信工程と、衛星毎の擬似距離及び軌道データに基づいて測位計算した結果をユーザ位置の位置データとして求めると共に、得られた軌道データと位置データに基づいて衛星の組み合わせを決定し、決定した組み合わせに従ってユーザ位置の位置データを出力する測位演算工程と、を備えた衛星航法装置の測位方法に関する。
【００１７】
ここで、衛星航法装置の測位方法は、情報受信工程によって得られた補助情報から航法データを復元するために、予め決められた変換手順により変換する変換工程と、変換工程によって復元された航法データを外部航法データとして記憶する外部航法データ記憶工程と、ホットスタート時に、航法データ記憶工程に記憶済み航法データが所定時間を経過しても更新されていない場合、外部航法データ記憶工程に記憶された外部航法データに対してビットをずらしながら現在受信中の衛星から復調される航法データの一部と照合し、現在受信されているビット位置及び計数信号から予測した値を用いて衛星予測時刻値を算出する衛星送信時刻予測工程と、を含み、測位演算工程は、測位計算時に衛星予測時刻値を用いて位置データを得ることを特徴とする。
【００１８】
さらにまた、本発明に係る外部基地局の制御方法は、無線により補助情報を衛星航法装置に提供する外部基地局の制御方法において、複数の衛星から受信した衛星信号から時刻データと軌道データとを含む航法データを復調し、航法データのページに関係なく同じデータのサブフレームの集合である第一のデータ集合と、航法データのページ毎に異なるサブフレームの集合である第二のデータ集合と、の少なくとも二つの情報を含む補助情報を衛星航法装置に送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明を用いると、携帯電話機と組み合わせた衛星航法装置において、事前に航法データを受信できない場合でも基地局から送信される外部航法データにより衛星予測時刻を瞬時に得ることができ、衛星信号の受信環境が悪化した場合であっても初回測位までの時間であるＴＴＦＦを改善できるという効果がある。
【００２０】
さらに、衛星から送信される航法データのデータ形式を変形して基地局から送信することで、データ送信効率及び処理効率を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。なお、本実施形態ではＧＰＳに適応した形態を示し、衛星としてＧＰＳ衛星、衛星航法装置としてＧＰＳ受信機を用いている。
【実施例】
【００２２】
図１は、本実施形態におけるＧＰＳ受信機１０と携帯電話機の基地局３０と複数のＧＰＳ衛星３５とを含む衛星測位システムの構成を示している。ＧＰＳ衛星３５は、地球周回軌道上に３０機前後配置され、各ＧＰＳ衛星毎に予め決められたコードパターンで変調した衛星信号を送信する。基地局３０は、衛星信号を受信するＧＰＳ信号受信部３３と、航法データを所定のデータフォーマットに変換する変換部３２と、変換された補助情報をＧＰＳ受信機１０へ送信する基地局送信部３１と、アンテナ３６と、を有し、ＧＰＳ受信機１０に対して補助情報を提供する。
【００２３】
最初に、ＧＰＳ受信機１０の概要を述べる。ＧＰＳ受信機１０は、大きく分けて測位処理を実行するＧＰＳ信号処理部と、衛星送信時刻予測に関する補助情報を携帯電話機の基地局３０から取得する外部情報処理部と、の二つに分けることができる。まず、ＧＰＳ信号処理部は、アンテナ２４と、周波数変換部１１と、擬似距離測定部１２と、航法データ復調部１５と、航法データ記憶部２１と、時計部１７と、受信制御演算部１４と、衛星送信時刻予測部１６と、測位演算部１３と、を有している。また、外部情報処理部は、アンテナ２３と、外部情報受信部２２と、変換部１９と、外部航法データ記憶部１８と、を有している。
【００２４】
本実施形態において特徴的なことは、事前にＧＰＳ信号処理部で航法データを受信できず蓄積していない状態でも、外部情報処理部により衛星送信時刻予測が可能となり、ＴＴＦＦが短縮されることである。
【００２５】
次に、ＧＰＳ信号処理部の機能について述べる。複数のＧＰＳ衛星３５からそれぞれ送信される衛星信号は、アンテナ２４にて受信されて周波数変換部１１へ送られる。周波数変換部１１では、受信しようとするＧＰＳ衛星毎に予め定められているコードパターンで衛星信号を復調することにより、所望のＧＰＳ衛星からの信号を選択受信する。選択受信された信号は、航法データ復調部１５と擬似距離測定部１２に送られる。
【００２６】
航法データ復調部１５は、各ＧＰＳ衛星３５の位置を算出するための軌道情報を含む航法データを抽出し、測位演算部１３と、航法データ記憶部２１とに送る。擬似距離測定部１２は、復調の際にスペクトル拡散用のコードであるＣ／Ａコードのコード位相から各ＧＰＳ衛星３５とユーザの位置との間の擬似距離を求め、同様に測位演算部１３へ送る。
【００２７】
測位演算部１３は、複数のＧＰＳ衛星３５ごとの軌道データと、擬似距離と、衛星送信時刻予測部１６からの時刻データと、に基づいて測位演算した結果をユーザの位置データとして出力する。受信制御演算部１４は、ユーザの位置データ及び軌道データに基づいて、測定に必要なＧＰＳ衛星３５の組み合わせを決定し、組み合わせに従って擬似距離測定部１２及び航法データ復調部１５の受信制御を行う。
【００２８】
衛星送信時刻予測部１６は、時計部１７からの計数信号としての現在時刻を取得し、航法データ復調部１５又は航法データ記憶部２１から航法データ中のＺカウントを復調することで衛星予測時刻値を求め、測位演算部１３に送る。なお、航法データの内容は後述する。
【００２９】
次に、外部航法データを送信する基地局３０について述べる。基地局３０はアンテナ３４で受信した衛星信号をＧＰＳ信号受信部３３にて外部航法データとして抽出し、変換部３２にて無線通信プロトコルに合致するようにプロトコル変換を実行して基地局送信部３１からアンテナ３６を介してＧＰＳ受信機１０へ送信する。
【００３０】
次に、ＧＰＳ受信機１０の外部情報処理部について述べる。外部航法データは、基地局３０から無線通信により送信され、この外部航法データは、ＧＰＳ衛星３５から送信される衛星信号とは異なり、外部航法データの受信タイミングや間隔は衛星信号と同期を取る必要はなく、随時送信されている。
【００３１】
ＧＰＳ受信機１０は、アンテナ２３にて受信した無線信号を外部情報受信部２２にてプロトコル変換を実行し、変換部１９へ送る。変換部１９は、プロトコル変換後の航法データから、ＧＰＳ受信機１０で用いているフォーマットとなるようにフォーマット変換を行う。変換された航法データは、外部航法データ記憶部１８に記憶され、衛星送信時刻予測部１６に送られる。
【００３２】
図２には、各ＧＰＳ衛星３５から送信される航法データの概要が示されている。航法データは、５つのサブフレームが１ページを構成し、１ページから２５ページまで進むと、再び１ページに戻る構成である。 まず、送信されるデータの伝送速度は、１ビット当たり０．０２ｓで５０ｂｐｓとなる。サブフレームのサイズは３００ビットであるので、図中左上に示した一つのサブフレームを送信するには６ｓの送信時間が必要である。また、１ページには５つのサブフレームが含まれ、１つの航法データには２５個のページを有しているので、合計１２５個のサブフレームで構成される。
【００３３】
このため、１つの航法データは３７，５００ビット（１２５個×３００ビット）であり、１つの航法データの伝送時間は１２．５分（７５０ｓ：３７，５００ビット×０．０２ｓ）となる。サブフレーム１は各ＧＰＳ衛星の時計の補正値や健康状態などであり、サブフレーム２，３は各ＧＰＳ衛星の軌道パラメータを含むエフェメリスであり、このようなサブフレーム１，２，３は、ページに関係なく同じデータが納められている。
【００３４】
また、サブフレーム４，５は全ＧＰＳ生成の概略の軌道情報（アルマナック）や電離層遅延補正係数であり、サブフレーム４，５は、ページ毎に異なるデータが納められている。サブフレーム４，５は、サブフレーム１〜３とは異なり、２５フレーム受信して初めて全情報が完結する。
【００３５】
さらに、２時間毎、つまり日本標準時の奇数時（１，３，５，・・・，２３時）になった時に、データ内容が変更される。なお、各ＧＰＳ衛星３５は衛星信号に変換した航法データを所定のフォーマットで送信するが、個々のＧＰＳ衛星３５から送信されるデータの内容は異なる。
【００３６】
また、衛星送信時刻用のＺカウント値は、全てのサブフレームの先頭から３１〜４７ビットの領域に格納されている。Ｚカウント値を取り出す方法は、サブフレームを１つ以上取得することでサブフレームの先頭位置を調べ、Ｚカウント値の格納されている位置を特定して取り出す。
【００３７】
図３は、ＧＰＳ受信機１０の電源投入から初回測位までの処理工程と、処理時間の概要を示している。図３（Ａ）には、ＧＰＳ衛星からの衛星信号が受信不能であっても携帯電話圏内の通信により外部航法データを取得した場合の処理が示されている。また、図３（Ｂ）には、従来の外部航法データを取得できない、かつ、航法データ記憶部に蓄積されている航法データが時間の経過により無効になった後のＧＰＳ受信機１０の処理が示されている。
【００３８】
図３（Ａ）に示す場合には、電源投入後から衛星信号を捕捉するまで３ｓかかり、６０ビットのデータを復調するのに１．２ｓ、予め記憶されている外部航法データに対してパターン検索して衛星送信時刻予測をするのに０．５ｓ、測位演算に１ｓ、トータル５．７ｓ（ＴＴＦＦ）で測位が完了する。
【００３９】
これに対して図３（Ｂ）に示す場合は、ＧＰＳ受信手段のみのＧＰＳ受信機における処理を示しており、同様に、衛星信号を捕捉するまで３ｓ、９００〜１５００ビットのデータを復調するのに２４ｓかかり、復調したデータからＺカウントを取り出し、衛星送信時刻予測に０．２ｓ、測位演算に１ｓ、トータル２８．２ｓ（ＴＴＦＦ）で測位が終了する。なお、測位演算を行うには、ＧＰＳ衛星が送信するサブフレーム１〜３に格納されているエフェメリスの取得が条件となるため、最短でサブフレーム３個分（９００ビット）、最長でサブフレーム５個分（１５００ビット）のデータの復調が必要となる。
【００４０】
このように、本実施形態によるとＧＰＳ衛星からの衛星信号が事前に受信できない場合でも、携帯電話圏内であれば外部航法データを取得することで、ＴＴＦＦを改善することが可能となる。
【００４１】
図４は、基地局３０から送信される外部航法データの概要を示している。本実施形態において特徴的なことは、ＧＰＳ衛星では、連続して送信される航法データをデータの種類に応じて図４（Ａ）に示すデータ１と図４（Ｂ）に示すデータ２の２つに分けて送信することである。
【００４２】
データ１は、ユーザ位置で捕捉可能な可視ＧＰＳ衛星が送信しているサブフレーム１〜３個で構成され、データ２は可視ＧＰＳ衛星が送信しているサブフレーム４，５の２５ページ分の５０個で構成されている。
【００４３】
具体的には、データ１は１つのＧＰＳ衛星当たり３個のサブフレームで構成され、１つのＧＰＳ衛星当たりのビット数は９００ビット（３×３００ビット）であり、外部航法データのサイズは可視衛星数の最大値を１２衛星とした場合、１，３５０バイト（１０８００ビット：９００ビット×１２衛星）となり、外部航法データの伝送時間は伝送速度９，６００ｂｐｓの時、１．１ｓ（１０，８００ビット／９，６００ｂｐｓ）となる。
【００４４】
同様にデータ２は、可視ＧＰＳ衛星が送信している５０個であり、１つのＧＰＳ衛星当たりのビット数は１５，０００ビット（５０×３００ビット）であり、外部航法データのサイズは可視衛星の最大値を１２衛星とした場合、２２，５００バイト（１８０，０００ビット：１５，０００ビット×１２衛星）となり、外部航法データの伝送時間は伝送速度９，６００ｂｐｓの時、１８．８ｓ（１８０，０００ビット／９，６００ｂｐｓ）となる。
【００４５】
次に、データ１とデータ２とに分けて送信する利点について述べる。まず、ＧＰＳ受信機１０の作動条件が、携帯電話圏内であり、基地局３０からデータ１とデータ２が一まとまりとしての送信であり、ＧＰＳ衛星３５の受信が可能であり、航法データの記憶が無い場合と仮定する。この場合、電源投入後、基地局３０と通信により外部航法データを取得することになるが、データ１とデータ２が一まとまりの時にはデータ伝送時間は１９．９ｓ（１８．８ｓ＋１．１ｓ）となる。さらに、図３（Ａ）で示した５．７ｓ（ＴＴＦＦ）と合計して２５．６ｓ（１９．９ｓ＋５．７ｓ）が処理時間となる。
【００４６】
これに対して、データ１とデータ２とに分かれている場合には、データ１を先に送信することで、図３（Ｂ）により、全衛星送信航法データ中の６０％の領域をカバーすることになる。よって、データ１の送信によるパターン検索成功率Ｐを０．６と仮定すると、ＴＴＦＦは、ＴＴＦＦ＝Ｐ・（データ１伝送時間＋図３（Ａ）のＴＴＦＦ）＋（１−Ｐ）・（Ｚカウント取得によるＴＴＦＦ）＝０．６・（１．１ｓ＋５．７ｓ）＋（１−０．６）・（１３．２ｓ）＝４．１ｓ＋５．３ｓ＝９．４ｓとなり、データ１とデータ２に分けた方が、分けない場合に比べてＴＴＦＦが短くなる効果が得られる。
【００４７】
ここで、Ｚカウント取得によるＴＴＦＦは、航法データ復調部にて３００〜６００ビットのデータ復調を行い、復調データからＺカウントを取り出して衛星送信時刻値を算出する処理時間である。ＴＴＦＦの内訳は、衛星信号捕捉に３ｓ、３００〜６００ビットのデータ復調に９ｓ、復調のデータからＺカウントを取り出して衛星送信時刻を算出するのに０．２ｓ、測位演算に１ｓ、トータルで１３．２ｓ（３ｓ＋９Ｓ＋０．２ｓ＋１ｓ）となる。
【００４８】
なお、本実施形態に係る基地局３０は、衛星送信時刻値をデータに含めて送信していないが、基地局３０より衛星送信時刻値を送信してもよいことはいうまでもない。
【００４９】
図５には、ＧＰＳ受信機１０の電源投入から初回測位までの処理の流れが示されている。ＧＰＳ受信機１０の電源が投入されると、ステップＳ１０において、航法データ記憶部又は外部航法データ記憶部に有効な航法データがあるか確認する。有効な航法データを確認した時はステップＳ１２以下を実行し、有効な航法データが無い時は、ステップＳ１４以下を実行する。
【００５０】
有効な航法データが無いと判断した場合には、ステップＳ１４に移る。ステップＳ１４では携帯電話圏内の基地局に外部航法データ要求を送信し、ステップＳ１６において、基地局から送信された外部航法データを外部情報受信部にて受信する。ステップＳ１８において、受信された外部航法データから衛星送信パターンを復元し、ステップＳ２０において、復元した衛星送信パターンを外部航法データ記憶部に格納後、ステップＳ１２へ移る。
【００５１】
有効な航法データがある場合にはステップＳ１２の衛星信号捕捉処理にて擬似距離測定部にて衛星信号を捕捉する。捕捉された衛星信号から航法データ復調部にて航法データを復元する（ステップＳ２２）。ステップＳ２４にて例えば、６０ビット以上復調が完了したかを判定し、復調が完了するまで繰り返す（ステップＳ２２〜Ｓ２４）。
【００５２】
ステップＳ２４において、復調が完了したと判断された場合には、衛星送信時刻予測部にて復調航法データをビット毎にパターンが一致するデータが、航法データ記憶部又は外部航法記憶部にあるか検索する（ステップＳ２６）。
【００５３】
ステップＳ２８において、パターンが一致するデータが発見できたか判定し、パターンが一致した場合には、衛星送信時刻予測部にて航法データ記憶部又は外部航法データ記憶部内のパターンが一致した部分のデータのビット位置により衛星予測時刻値を算出（ステップＳ３２）する。ステップＳ３４において、測位演算部にて衛星予測時刻値又は衛星送信時刻値により、位置データを算出（ステップＳ３４）する。
【００５４】
また、ステップＳ２８において、パターンが一致しない場合には、航法データ復調部にて３００〜６００ビットのデータ復調を行い、復調データからＺカウントを取り出して衛星送信時刻を算出する。次に、ステップＳ３４に進み、同様に位置データを算出する。
【００５５】
なお、本実施形態とは異なる３ＧＰＰ準拠の携帯電話機と組み合わせたＧＰＳ受信機も、このような処理を含めることにより、同様にＴＴＦＦを改善することが可能であることはいうまでもない。
【００５６】
以上、上述したように、本実施形態によると、携帯電話機と組み合わせたＧＰＳ受信機において事前に航法データを受信できない場合であっても携帯電話の基地局から送信される外部航法データにより衛星予測時刻を瞬時に得ることができるパターンマッチ型にアシスト型を付加したＧＰＳ受信機となる。このような構成及び制御方法とすることで、衛星信号の受信環境が悪化した場合であっても初回測位までの時間であるＴＴＦＦを改善できる。なお、本実施形態では、ＧＰＳを中心に説明したが、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳやヨーロッパのＧａｌｉｌｅｏ等にも用いることができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に係る衛星測位システムの構成を示す構成図である。
【図２】ＧＰＳ衛星から送信される航法データの概要を示す概要図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電源投入から初回測位までの処理工程を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る基地局から無線により送信される外部航法データの概要を示す概要図である。
【図５】本発明の実施形態に係るＧＰＳ受信機の電源投入から初回測位までの処理の流れを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０ ＧＰＳ受信機、１１ 周波数変換部、１２ 擬似距離測定部、１３ 測位演算部、１４ 受信制御演算部、１５ 航法データ復調部、１６ 衛星送信時刻予測部、１７ 時計部、１８ 外部航法データ記憶部、１９，３２ 変換部、２１ 航法データ記憶部、２２ 外部情報受信部、２３，２４，３４，３６ アンテナ、３０ 基地局、３１ 基地局送信部、３３ ＧＰＳ信号受信部、３５ ＧＰＳ衛星。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の衛星からそれぞれ送信された衛星信号を受信する受信手段と、受信手段によって得られた衛星信号に基づいて衛星からユーザ位置までの擬似距離を測定する擬似距離測定手段と、所定周期で更新される時刻データと所定時間毎に更新される軌道データとを含む航法データを衛星毎の衛星信号から復調する航法データ復調手段と、航法データ復調手段により復調された航法データを記憶する航法データ記憶手段と、現在時刻を計数信号として計数する計数手段と、外部基地局から無線により送信される補助情報を受信する情報受信手段と、衛星毎の擬似距離及び軌道データに基づいて測位計算した結果をユーザ位置の位置データとして求めると共に、得られた軌道データと位置データに基づいて衛星の組み合わせを決定し、決定した組み合わせに従ってユーザ位置の位置データを出力する測位演算手段と、を備えた衛星航法装置において、
情報受信手段によって得られた補助情報から航法データを復元するために、予め決められた変換手順により変換する変換手段と、
変換手段により復元された航法データを外部航法データとして記憶する外部航法データ記憶部と、
ホットスタート時に、航法データ記憶手段に記憶済み航法データが所定時間を経過しても更新されていない場合、外部航法データ記憶部に記憶された外部航法データに対してビットをずらしながら現在受信中の衛星から復調される航法データの一部と照合し、現在受信されているビット位置及び計数信号から予測した値を用いて衛星予測時刻値を算出する衛星送信時刻予測手段と、
を備え、
測位演算手段は、測位計算時に衛星予測時刻値を用いて位置データを得ることを特徴とする衛星航法装置。
【請求項２】
請求項１に記載の衛星航法装置に補助情報を送信する外部基地局において、
複数の衛星から受信した衛星信号から時刻データと軌道データとを含む航法データを復調し、航法データのページに関係なく同じデータのサブフレームの集合である第一のデータ集合と、航法データのページ毎に異なるサブフレームの集合である第二のデータ集合と、の少なくとも二つの情報を含む補助情報を衛星航法装置に送信することを特徴とする外部基地局。
【請求項３】
請求項２に記載の外部基地局において、
衛星から受信した衛星信号に基づいて求めた衛星送信時刻値を外部航法データとして補助情報に含めることを特徴とする外部基地局。
【請求項４】
請求項１に記載の衛星航法装置と請求項２に記載の外部基地局とを含む衛星測位システムにおいて、
衛星航法装置は、外部基地局と通信する携帯電話機として機能し、
外部基地局は、衛星航法装置に補助情報を送信し、
補助情報の送信タイミングは、衛星からの衛星信号と非同期で送信されることを特徴とする衛星測位システム。
【請求項５】
複数の衛星からそれぞれ送信された衛星信号を受信する受信工程と、受信工程によって得られた衛星信号に基づいて衛星からユーザ位置までの擬似距離を測定する擬似距離測定工程と、所定周期で更新される時刻データと所定時間毎に更新される軌道データとを含む航法データを衛星毎の衛星信号から復調する航法データ復調工程と、航法データ復調工程により復調された航法データを記憶する航法データ記憶工程と、現在時刻を計数信号として計数する計数工程と、外部基地局から無線により送信される補助情報を受信する情報受信工程と、衛星毎の擬似距離及び軌道データに基づいて測位計算した結果をユーザ位置の位置データとして求めると共に、得られた軌道データと位置データに基づいて衛星の組み合わせを決定し、決定した組み合わせに従ってユーザ位置の位置データを出力する測位演算工程と、を備えた衛星航法装置の測位方法において、
情報受信工程によって得られた補助情報から航法データを復元するために、予め決められた変換手順により変換する変換工程と、
変換工程によって復元された航法データを外部航法データとして記憶する外部航法データ記憶工程と、
ホットスタート時に、航法データ記憶工程に記憶済み航法データが所定時間を経過しても更新されていない場合、外部航法データ記憶工程に記憶された外部航法データに対してビットをずらしながら現在受信中の衛星から復調される航法データの一部と照合し、現在受信されているビット位置及び計数信号から予測した値を用いて衛星予測時刻値を算出する衛星送信時刻予測工程と、
を含み、
測位演算工程は、測位計算時に衛星予測時刻値を用いて位置データを得ることを特徴とする衛星航法装置の測位方法。
【請求項６】
無線により補助情報を請求項１に記載の衛星航法装置に提供する外部基地局の制御方法において、
複数の衛星から受信した衛星信号から時刻データと軌道データとを含む航法データを復調し、航法データのページに関係なく同じデータのサブフレームの集合である第一のデータ集合と、航法データのページ毎に異なるサブフレームの集合である第二のデータ集合と、の少なくとも二つの情報を含む補助情報を衛星航法装置に送信することを特徴とする外部基地局の制御方法。
【請求項１】
複数の衛星からそれぞれ送信された衛星信号を受信する受信手段と、受信手段によって得られた衛星信号に基づいて衛星からユーザ位置までの擬似距離を測定する擬似距離測定手段と、所定周期で更新される時刻データと所定時間毎に更新される軌道データとを含む航法データを衛星毎の衛星信号から復調する航法データ復調手段と、航法データ復調手段により復調された航法データを記憶する航法データ記憶手段と、現在時刻を計数信号として計数する計数手段と、外部基地局から無線により送信される補助情報を受信する情報受信手段と、衛星毎の擬似距離及び軌道データに基づいて測位計算した結果をユーザ位置の位置データとして求めると共に、得られた軌道データと位置データに基づいて衛星の組み合わせを決定し、決定した組み合わせに従ってユーザ位置の位置データを出力する測位演算手段と、を備えた衛星航法装置において、
情報受信手段によって得られた補助情報から航法データを復元するために、予め決められた変換手順により変換する変換手段と、
変換手段により復元された航法データを外部航法データとして記憶する外部航法データ記憶部と、
ホットスタート時に、航法データ記憶手段に記憶済み航法データが所定時間を経過しても更新されていない場合、外部航法データ記憶部に記憶された外部航法データに対してビットをずらしながら現在受信中の衛星から復調される航法データの一部と照合し、現在受信されているビット位置及び計数信号から予測した値を用いて衛星予測時刻値を算出する衛星送信時刻予測手段と、
を備え、
測位演算手段は、測位計算時に衛星予測時刻値を用いて位置データを得ることを特徴とする衛星航法装置。
【請求項２】
請求項１に記載の衛星航法装置に補助情報を送信する外部基地局において、
複数の衛星から受信した衛星信号から時刻データと軌道データとを含む航法データを復調し、航法データのページに関係なく同じデータのサブフレームの集合である第一のデータ集合と、航法データのページ毎に異なるサブフレームの集合である第二のデータ集合と、の少なくとも二つの情報を含む補助情報を衛星航法装置に送信することを特徴とする外部基地局。
【請求項３】
請求項２に記載の外部基地局において、
衛星から受信した衛星信号に基づいて求めた衛星送信時刻値を外部航法データとして補助情報に含めることを特徴とする外部基地局。
【請求項４】
請求項１に記載の衛星航法装置と請求項２に記載の外部基地局とを含む衛星測位システムにおいて、
衛星航法装置は、外部基地局と通信する携帯電話機として機能し、
外部基地局は、衛星航法装置に補助情報を送信し、
補助情報の送信タイミングは、衛星からの衛星信号と非同期で送信されることを特徴とする衛星測位システム。
【請求項５】
複数の衛星からそれぞれ送信された衛星信号を受信する受信工程と、受信工程によって得られた衛星信号に基づいて衛星からユーザ位置までの擬似距離を測定する擬似距離測定工程と、所定周期で更新される時刻データと所定時間毎に更新される軌道データとを含む航法データを衛星毎の衛星信号から復調する航法データ復調工程と、航法データ復調工程により復調された航法データを記憶する航法データ記憶工程と、現在時刻を計数信号として計数する計数工程と、外部基地局から無線により送信される補助情報を受信する情報受信工程と、衛星毎の擬似距離及び軌道データに基づいて測位計算した結果をユーザ位置の位置データとして求めると共に、得られた軌道データと位置データに基づいて衛星の組み合わせを決定し、決定した組み合わせに従ってユーザ位置の位置データを出力する測位演算工程と、を備えた衛星航法装置の測位方法において、
情報受信工程によって得られた補助情報から航法データを復元するために、予め決められた変換手順により変換する変換工程と、
変換工程によって復元された航法データを外部航法データとして記憶する外部航法データ記憶工程と、
ホットスタート時に、航法データ記憶工程に記憶済み航法データが所定時間を経過しても更新されていない場合、外部航法データ記憶工程に記憶された外部航法データに対してビットをずらしながら現在受信中の衛星から復調される航法データの一部と照合し、現在受信されているビット位置及び計数信号から予測した値を用いて衛星予測時刻値を算出する衛星送信時刻予測工程と、
を含み、
測位演算工程は、測位計算時に衛星予測時刻値を用いて位置データを得ることを特徴とする衛星航法装置の測位方法。
【請求項６】
無線により補助情報を請求項１に記載の衛星航法装置に提供する外部基地局の制御方法において、
複数の衛星から受信した衛星信号から時刻データと軌道データとを含む航法データを復調し、航法データのページに関係なく同じデータのサブフレームの集合である第一のデータ集合と、航法データのページ毎に異なるサブフレームの集合である第二のデータ集合と、の少なくとも二つの情報を含む補助情報を衛星航法装置に送信することを特徴とする外部基地局の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１７０３３８（Ｐ２００８−１７０３３８Ａ）
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４８７６（Ｐ２００７−４８７６）
【出願日】平成１９年１月１２日（２００７．１．１２）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１２日（２００７．１．１２）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
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