ＧＰＳ受信装置およびＧＰＳ測位装置
【課題】一般的なＧＰＳにおける受信信号処理を行う既存の装置を利用し、受信信号処理のためのソフトウエアを変更することによって妨害波を検知する手段を追加し、妨害波の存在に応じてデータの取得動作を制御することが可能なＧＰＳ受信装置およびＧＰＳ測位装置を提供する。
【解決手段】複数の捕捉衛星データ取得部１０のうちの１つは、妨害波検知のために用いられ、Ｃ／Ａコード記憶部１２が出力する信号は、コード置き換え部１４によってすべての符号が１または０に置き換えられる。アンテナ６０から妨害波が受信され、ディジタルサンプラ７０によってディジタル信号が抽出された場合、妨害波検知コードとの相関は高く、絶対値演算部１８の出力は大きな相関値を出力する。当該相関値が妨害波閾値を超えた場合、他の捕捉衛星データ取得部１０がデータを取得する際の条件が再設定される。
【解決手段】複数の捕捉衛星データ取得部１０のうちの１つは、妨害波検知のために用いられ、Ｃ／Ａコード記憶部１２が出力する信号は、コード置き換え部１４によってすべての符号が１または０に置き換えられる。アンテナ６０から妨害波が受信され、ディジタルサンプラ７０によってディジタル信号が抽出された場合、妨害波検知コードとの相関は高く、絶対値演算部１８の出力は大きな相関値を出力する。当該相関値が妨害波閾値を超えた場合、他の捕捉衛星データ取得部１０がデータを取得する際の条件が再設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ衛星から送信される信号を受信するＧＰＳ受信装置およびＧＰＳ衛星から送信される信号を受信して測位を行うＧＰＳ測位装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ測位装置は、複数のＧＰＳ衛星から送信される信号を受信し、受信信号に含まれる情報から各衛星の軌道情報を得るとともに各衛星までの距離を算出し、各衛星の軌道情報と各衛星までの距離に基づいて測位計算を行うものである。ＧＰＳ衛星から送信される信号は、Ｃ／Ａコードと称される符号によってスペクトラム拡散が施されているため、受信信号から情報を得るためにはＧＰＳ衛星側で用いられたＣ／Ａコードと同一のＣ／Ａコードでスペクトラム逆拡散を施さなければならない。複数のＧＰＳ衛星に対してはそれぞれ異なるＣ／Ａコードが割り当てられており、あるＣ／Ａコードを以てスペクトラム逆拡散を行い情報を得たということは、そのＣ／Ａコードが割り当てられたＧＰＳ衛星を他のＧＰＳ衛星から識別したことに他ならない。
【０００３】
ＧＰＳ測位装置においては予め各衛星に対応するＣ／Ａコードが記憶されており、Ｃ／Ａコードを周期的に配列したＣ／Ａコード周期信号が生成される。ＧＰＳ測位装置がＧＰＳ衛星を識別するに際しては、受信信号とＧＰＳ測位装置で生成されたＣ／Ａコード周期信号との間の相関値が算出される。そして、相関値が所定の値を超えた場合には、その受信信号は、そのＣ／Ａコードに対応するＧＰＳ衛星から送信されたものであると認識し、そのＧＰＳ衛星から送信される信号からデータを取得する。この受信動作は、ＧＰＳ衛星を探索してそのＧＰＳ衛星からデータを得るという動作から、一般にＧＰＳ衛星の捕捉と称される。
【０００４】
このように、ＧＰＳ衛星の捕捉は受信信号とＧＰＳ測位装置で生成されたＣ／Ａコード周期信号との間の相関値に基づいて行われるが、この相関値は、妨害波の存在下においては必ずしもＣ／Ａコードの相関を高精度に反映するものであるとは限らない。
【０００５】
インバータ回路やディジタル回路等を用いる電子機器からは、ディジタルパルスの高調波が発せられており、その高調波の周波数がＧＰＳ測位装置の受信周波数帯と重なる蓋然性は高い。また、そのような電子機器から発せられる妨害波信号の単位周波数当たりの電界強度は、ＧＰＳ測位装置で受信される所望信号のそれより大きい場合が多い。また、ＧＰＳ測位装置で受信される所望信号は、装置の受信感度レベル近傍のレベルで受信されることが多く、所望信号に対する相関値は熱雑音によって十分大きな値にならない。このような状況において、電界強度が非常に大きい妨害波が受信された場合には、妨害波によって算出された相関値が、所望波によって算出された相関値よりも相対的に大きくなってしまう可能性がある。この場合、ＧＰＳ測位装置はその妨害波を以てＧＰＳ衛星を捕捉したものと誤って認識し、正確な測位が行われない可能性がある。あるいは、測位が不可能である場合には測位に係る動作を繰り返す制御がなされるＧＰＳ装置の場合にあっては、再測の結果、測位に多大な時間を要することとなる。
【０００６】
特開２００２−１２２６５３号公報には、受信したＧＰＳ信号の自己相関に基づいて、当該ＧＰＳ信号が妨害波を含むものであるか否かを判定し、妨害波を含むものであると判定された場合には再受信を行い、妨害波を含まないものであると判定された場合には、ＧＰＳ信号のフォーマット変換を行うデータ通信送信部を制御し、ＧＰＳサーバにデータを転送して測位処理を行うＧＰＳシステムの構成が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１２２６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特開２００２−１２２６５３号公報に開示されているＧＰＳシステムの構成では、ＧＰＳ信号にスペクトラム逆拡散を施して復調処理を行い、復調処理によって得られたデータに基づいて測位演算を行う、という一般的なＧＰＳにおける測位演算処理の前段階において妨害波を検知する手段を設けている。したがって、妨害波を検知するためのハードウエアを一般的なＧＰＳにおける測位演算処理を行うＧＰＳサーバにさらに付け加える必要があり、構成が複雑なものとなっている。このような構成は、設計コスト製造コストの観点から不利である。
【０００９】
本発明はこのような課題に対してなされたものであり、一般的なＧＰＳにおける受信信号処理を行う既存の装置を利用し、受信信号処理のためのソフトウエアを変更することによって妨害波を検知する手段を追加し、妨害波の存在に応じてデータの取得動作を制御することが可能なＧＰＳ受信装置およびＧＰＳ測位装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ＧＰＳ衛星が送信した信号を受信する受信機と、前記受信機が受信した信号をスペクトラム逆拡散するための信号である逆拡散信号を生成する逆拡散信号生成手段と、前記受信機が受信した信号と逆拡散信号との間の相関値を算出する相関値算出手段と、
当該相関値に基づいてＧＰＳ衛星を識別し、当該ＧＰＳ衛星が送信した信号から情報を得る衛星捕捉を行う衛星捕捉手段と、を備え、前記逆拡散信号は、逆拡散符号を含み、逆拡散符号が周期的に現れる信号であり、前記衛星捕捉手段は、前記相関値と予め定められた捕捉閾値とを比較し、比較結果に基づいてＧＰＳ衛星の捕捉を禁止する捕捉禁止手段を備えるＧＰＳ受信装置であって、逆拡散信号に含まれる逆拡散符号の符号要素のすべてを同一のものに置き換えることで、妨害波を検知するための妨害波検知信号を生成する妨害波検知信号生成手段と、前記受信機が受信した信号と妨害波検知信号との間の相関値である妨害波相関値を前記相関値算出手段によって算出し、妨害波相関値に基づいて、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であるか否かを判定する妨害波判定手段と、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であると判定されたときには、前記捕捉閾値を再設定する捕捉閾値再設定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、ＧＰＳ衛星が送信した信号を受信する受信機と、前記受信機が受信した信号をスペクトラム逆拡散するための信号である逆拡散信号を生成する逆拡散信号生成手段と、前記受信機が受信した信号と逆拡散信号との間の相関値を算出する相関値算出手段と、当該相関値に基づいてＧＰＳ衛星を識別し、当該ＧＰＳ衛星が送信した信号から情報を得る衛星捕捉を行う衛星捕捉手段と、捕捉されたＧＰＳ衛星までの距離を測定する測距手段と、捕捉された複数のＧＰＳ衛星までの距離に基づいて測位を行う測位手段と、を備え、前記逆拡散信号は、逆拡散符号を含み、逆拡散符号が周期的に現れる信号であり、前記衛星捕捉手段は、前記相関値と予め定められた捕捉閾値とを比較し、比較結果に基づいてＧＰＳ衛星の捕捉を禁止する捕捉禁止手段を備えるＧＰＳ測位装置であって、逆拡散信号に含まれる逆拡散符号の符号要素のすべてを同一のものに置き換えることで、妨害波を検知するための妨害波検知信号を生成する妨害波検知信号生成手段と、前記受信機が受信した信号と妨害波検知信号との間の相関値である妨害波相関値を前記相関値算出手段によって算出し、妨害波相関値に基づいて、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であるか否かを判定する妨害波判定手段と、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であると判定されたときには、前記捕捉閾値を再設定する捕捉閾値再設定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るＧＰＳ測位装置においては、前記測位手段は、捕捉した複数のＧＰＳ衛星のうち測位に関する情報を得るためのＧＰＳ衛星を、前記相関値に基づいて選択する構成とすることが好適である。
【００１３】
また、本発明は、ＧＰＳ衛星が送信した信号を受信する受信機と、前記受信機が受信した信号をスペクトラム逆拡散するための信号である逆拡散信号を生成する逆拡散信号生成手段と、前記受信機が受信した信号と逆拡散信号との間の相関値を算出する相関値算出手段と、当該相関値に基づいてＧＰＳ衛星を識別し、当該ＧＰＳ衛星が送信した信号から情報を得る衛星捕捉を行う衛星捕捉手段と、捕捉されたＧＰＳ衛星までの距離を測定する測距手段と、捕捉された複数のＧＰＳ衛星までの距離に基づいて測位を行う測位手段と、を備え、前記逆拡散信号は、逆拡散符号を含み、逆拡散符号が周期的に現れる信号であるＧＰＳ測位装置であって、逆拡散信号に含まれる逆拡散符号の符号要素のすべてを同一のものに置き換えることで、妨害波を検知するための妨害波検知信号を生成する妨害波検知信号生成手段と、前記受信機が受信した信号と妨害波検知信号との間の相関値である妨害波相関値を前記相関値算出手段によって算出し、妨害波相関値に基づいて、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であるか否かを判定する妨害波判定手段と、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であると判定されたときには測位を禁止して再度測位を行う再測位手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、一般的なＧＰＳにおける受信信号処理を行う装置を利用し、受信信号処理のためのソフトウエアを変更することによって妨害波を検知する手段を追加し、妨害波の存在に応じてデータの取得動作を制御することが可能なＧＰＳ受信装置およびＧＰＳ測位装置を実現することができる。
【００１５】
また、妨害波の有無に基づいてＧＰＳ衛星を捕捉する際の条件を決定するため、妨害波の存在下においても高い測位精度を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態について図１を参照して説明する。本実施形態においては、複数のＧＰＳ衛星から送信される信号を受信して測位を行うとともに妨害波を検知して測位に係る動作の制御を行う。測位に関するデータの取得および妨害波の検知は、ＧＰＳ衛星から送信される信号を処理する捕捉衛星データ取得部１０において行われ、１つのＧＰＳ衛星から送信される信号に対して１つの捕捉衛星データ取得部１０が割り当てられる。捕捉衛星データ取得部１０の動作には、妨害波検知スイッチ１６がＣ／Ａコード記憶部１２の出力に直接接続されているＧＰＳ測位モードと、妨害波検知スイッチ１６がコード置き換え部１４を介してＣ／Ａコード記憶部１２の出力に接続されている妨害波検知モードとがあり、妨害波検知の際には、複数設けられた捕捉衛星データ取得部１０のうち少なくとも１つが妨害波検知モードの状態となっている。ここでは、まず、すべての捕捉衛星データ取得部１０がＧＰＳ測位モードの状態にある場合について説明する。
【００１７】
アンテナ６０から受信された信号は受信機６２において増幅され、無線周波数帯から中間周波数帯に変換された後、検波器６８に入力される。検波器６８には受信信号とともに局部発振器６６から出力される局部発振器信号が入力されており、検波器６８は受信信号と局部発振器信号とを掛け合わせることにより受信信号をベースバンド信号に変換する。局部発振器信号の周波数は、受信機６２において中間周波数帯に変換された受信信号の中間周波数に等しくなるよう周波数制御部６４によって制御される。
【００１８】
一般にＧＰＳから送信される信号は直交変調されているため、検波器６８としては直交復調器を用いることが好適である。直交復調器は、局部発振器信号から互いに位相が直交する２つの信号を生成し、これを２つの乗算器に入力するものである。また受信信号は２つの乗算器に等分配して入力される。このような構成によって、直交復調器からは、同相成分と直交成分の２チャンネルからなるベースバンド信号が出力される。図１では検波器６８からの出力を１系統で示しているが、この検波器６８として直交検波器を用いた場合には、同相成分と直交成分の２チャンネルの信号を意味するものとする。
【００１９】
検波器６８から出力されたベースバンド信号はディジタルサンプラ７０に入力される。ディジタルサンプラ７０はベースバンド信号の振幅値をサンプル値として時間系列で離散化し、ディジタル信号を生成するものである。ベースバンド信号には周期的にディジタルデータを得ることができるシンボル点が現れ、その点の振幅値をサンプル値とすることでディジタル信号を得ることができる。この際、シンボル点が得られる周期、すなわちシンボル周期を検出する必要があるが、これはベースバンド信号の波形解析等に基づく同期処理によって行うことができる。
【００２０】
ディジタルサンプラ７０が出力するディジタル信号には、スペクトラム拡散処理が施されている。すなわち、ＧＰＳ衛星は送信するディジタル信号にＰＮ符号を掛け合わせ、元のディジタル信号に対してその占有周波数帯域を拡張した状態で送信する。スペクトラム拡散が施された信号は、占有周波数帯域が拡張された比率だけ信号振幅レベルが縮小され、一般に単位周波数当たりの振幅レベルは熱雑音のそれを下回ったものとなる。元のディジタル信号は、送信側で用いたＰＮ符号と同一のＰＮ符号を掛け合わせるスペクトラム逆拡散処理を施すことで得ることができる。送信側で用いたＰＮ符号と異なるＰＮ符号を掛け合わせた場合は、ＰＮ符号の直交性により占有周波数帯域は拡張されたままであり、当然のことながらその信号からデータを得ることはできない。
【００２１】
本実施形態におけるＧＰＳ測位装置は、複数のＧＰＳ衛星から送信される信号を受信するものであるが、複数のＧＰＳ衛星に対してはそれぞれ異なるＰＮ符号が割り当てられている。したがって、あるＰＮ符号を以てスペクトラム逆拡散を行いデータを得ることが可能であった場合には、そのＰＮ符号が割り当てられたＧＰＳ衛星が認識されると共に、そのＧＰＳ衛星を捕捉することが可能であるということになる。一般に、ＧＰＳ衛星毎に割り当てられるＰＮ符号はＣ／Ａコードと称され、以下、ＰＮ符号にかえてＣ／Ａコードと称することとする。
【００２２】
ディジタルサンプラ７０が出力したディジタル信号は、搬送波ＮＣＯ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）３４に入力される。ＧＰＳ衛星は１２時間で軌道上を１周する周回衛星であるため、衛星からの信号に±５ｋＨｚ程度のドップラー偏移が生じている。このため、ＧＰＳ衛星からの信号を探索して捕捉する際にはドップラー偏移を見込んだ広い範囲での周波数スキャンが必要であり、搬送波ＮＣＯ３４はこれを可能としている。ドップラー偏移は入力されたディジタル信号の位相変化として現れるため、搬送波ＮＣＯ３４は当該ディジタル信号の位相の制御を行うことによって周波数スキャンを行う。なお、搬送波ＮＣＯ３４は制御部２２によって制御されるが、その動作については後述する。
【００２３】
搬送波ＮＣＯ３４が出力したディジタル信号は、逆拡散演算部４０に入力される。逆拡散演算部４０は乗算器４２と積分器４３とを備え、入力されたディジタル信号と、Ｃ／Ａコード記憶部１２から出力されたＣ／Ａコードとの乗算を行い、Ｃ／Ａコードの１符号周期に亘って積分を行う。ここで１符号周期とはＣ／Ａコードのコード長をいう。拡散処理は、割り当てられた１つのＣ／Ａコードが繰り返し配列されたＣ／Ａコード周期信号を送信信号に乗算することによって行われるため、スペクトラム逆拡散処理においてはＣ／Ａコードとして意味のある区間、すなわちＣ／Ａコードの１コード長に亘って積分を施すことになる。この積分処理によって、逆拡散演算部４０からは１符号周期毎に１つの演算結果が得られる。この演算結果はスペクトラム逆拡散された受信データであるとともに、入力されたディジタル信号が拡散された際に割り当てられたＣ／Ａコードと、スペクトラム逆拡散に用いたＣ／Ａコードとの相関を表すデータであるということができる。したがって、逆拡散演算部４０の出力に、相関を表すデータの絶対値を算出する絶対値演算部１８を設けることで、その相関を相関値として得ることができる。
【００２４】
一方、Ｃ／Ａコード記憶部１２には、測位に用られるＧＰＳ衛星に割り当てられたＣ／Ａコードが記憶されている。逆拡散演算部４０が動作するに際しては、Ｃ／Ａコード記憶部１２からは順次異なるＣ／ＡコードによるＣ／Ａコード周期信号が出力され、絶対値演算部１８の出力が予め定められた捕捉可能閾値を超えた場合には、そのときのＣ／Ａコードの出力が保持される。この一連の動作は、絶対値演算部１８の出力が制御部２２に入力され、制御部２２が閾値記憶部２４から読み込まれた捕捉可能閾値と絶対値演算部１８の出力とを比較し、その比較に基づいてＣ／Ａコード記憶部１２を制御することによって行われる。
【００２５】
なお、上述の通り、ＧＰＳ衛星から送信される信号に生じたドップラー偏移は、ディジタルサンプラ７０が出力するディジタル信号の位相変化となって現れる。この位相変化は、そのままＣ／Ａコード周期信号の位相誤差となって現れるため、捕捉されたＧＰＳ衛星に割り当てられたＣ／Ａコードと、スペクトラム逆拡散に用いたＣ／Ａコードとの間の相関値を低減するように作用する。そこで周波数スキャンは次のように行われる。制御部２２は、絶対値演算部１８の出力と周波数スキャンを行うために予め定められた周波数スキャン閾値とを比較し、比較結果に基づいて搬送波ＮＣＯ３４を制御する。ここで、周波数スキャン閾値は閾値記憶部２４から読み込まれる。搬送波ＮＣＯ３４は、制御部２２の制御に基づいてディジタル信号の位相の制御を行い、ドップラー偏移に追随したディジタル信号を出力する。すなわち、絶対値演算部１８の出力が周波数スキャン閾値を超えていれば、搬送波ＮＣＯ３４が出力するディジタル信号の位相はドップラー偏移による変化に追随していることになり、ＧＰＳ衛星を捕捉し続けることができるわけである。
【００２６】
絶対値演算部１８の出力が予め定められた捕捉可能閾値を超えた場合には、データ抽出部２０は逆拡散演算部４０が出力した信号から測位に必要なデータ信号を抽出する。データ抽出部２０から抽出されたデータ信号は、さらに、衛星ＩＤ取得部２６、測距部２８および軌道データ取得部３０に入力される。衛星ＩＤ取得部２６は、捕捉したＧＰＳ衛星を区別するためのＩＤコードを取得する。測距部２８は、捕捉したＧＰＳ衛星が信号を送信した時刻をデータ信号から読み取り、当該時刻と現在時刻との差から捕捉したＧＰＳ衛星からＧＰＳ測位装置まで信号が伝搬するのに要した時間を算出し、これと電磁波の伝搬速度とに基づいて捕捉したＧＰＳ衛星までの距離を算出する。軌道データ取得部３０は、データ信号から捕捉したＧＰＳ衛星の軌道に関するデータを取得する。このように軌道に関するデータを取得するのは、ＧＰＳ衛星は周回衛星であるため地球上から見た位置が時間と共に変化し、測位に際しては捕捉したＧＰＳ衛星の現在位置を把握する必要があるためである。なお、衛星ＩＤ取得部２６、測距部２８および軌道データ取得部３０は、相関値が捕捉衛星データ取得閾値を超えた場合にのみデータ等の取得を行う。データの取得状況が良好でないにもかかわらず取得されたデータはビット誤り率が大きいため測位に供することができないためである。また、後述するように、測位には捕捉したＧＰＳ衛星のうち、データ取得状況が良好であるものから取得されたデータを選択して用いるため、その選択に要する計算負担を削減できるという効果も期待できる。相関値が捕捉衛星データ取得閾値を超えたか否かの判断は、制御部２２が、相関値と予め閾値記憶部２４に記憶された捕捉衛星データ取得閾値とを比較することによって行われる。相関値が捕捉衛星データ取得閾値以下であった場合には、制御部２２は、衛星ＩＤ取得部２６、測距部２８および軌道データ取得部３０に対し、それぞれのデータ取得動作を禁止するよう制御を行う。
【００２７】
データ合成部３２は、衛星ＩＤ、捕捉したＧＰＳ衛星までの距離、捕捉したＧＰＳ衛星の軌道データ、相関値を１つの捕捉衛星に対する捕捉衛星データとしてまとめ、測位部５０に入力する。衛星ＩＤ、捕捉したＧＰＳ衛星までの距離、捕捉したＧＰＳ衛星の軌道データ、相関値のそれぞれを、Ｉ、ｄ、Ｏ、Ｃとすれば、捕捉衛星データＳはＳ（Ｉ、ｄ、Ｏ、Ｃ）のように表される。
【００２８】
測位部５０が測位を行うためには、少なくとも３つの捕捉衛星に対する捕捉衛星データＳを得る必要がある。そこで、本実施形態においては、複数の捕捉衛星データ取得部１０を設け、それぞれの捕捉衛星データ取得部１０が１つの捕捉衛星に対する捕捉衛星データを取得する構成としている。
【００２９】
測位に際しては、測位部５０は複数の捕捉衛星データＳのうち、それらに含まれる相関値Ｃが予め定められた測位使用閾値よりも大きいものを検索する。これによって、確実に捕捉されたＧＰＳ衛星から送信されたデータのみが測位のために使用される。したがって、測位使用閾値を大きく設定しておけば、受信状況が良好でなく信憑性の低い捕捉衛星データＳは排除される。検索された捕捉衛星データＳからは、各捕捉衛星の軌道データＯが参照され、捕捉された各ＧＰＳ衛星の地球に対する位置座標が取得される。また、捕捉衛星データＳには、ＧＰＳ測位装置から捕捉されたＧＰＳ衛星までの距離の情報ｄが含まれているので、捕捉された各ＧＰＳ衛星の位置座標と捕捉された各ＧＰＳ衛星からの距離に基づいて、ＧＰＳ測位装置が設置されている位置座標を算出することができる。ここで、相関値Ｃが測位使用閾値よりも大きいＧＰＳ衛星が３つ以上存在しない場合には、測位部５０はデータの再取得を行う旨の情報をＧＰＳ測位装置制御部５２に送信し、それを受信したＧＰＳ測位装置制御部５２は、現在捕捉しているＧＰＳ衛星の捕捉を中止して所定の時間経過後に捕捉を再開するよう捕捉衛星データ取得部１０を制御する。
【００３０】
以上説明したように、ＧＰＳ測位装置は、相関値を捕捉可能閾値、捕捉衛星データ取得閾値、および測位使用閾値と比較することによって自らの動作を決定している。これらの閾値は、動作環境に応じてより正確な測位が行われるよう、設計において予め設定しておくことが好ましい。ここで、捕捉可能閾値は、捕捉したＧＰＳ衛星からデータを抽出するか否かを判定するものであるが、これは受信状況が時間に応じて変動することから次の３つに分類することが好適である。
【００３１】
（１）アクイジション閾値：まだＧＰＳ衛星を捕捉していない状態からＧＰＳ衛星を捕捉する場合の捕捉可能閾値である。（２）追尾閾値：１度捕捉した衛星を捕捉し続けるのに最低限必要とされる受信状況を規定する捕捉可能閾値である。（３）リアクイジション閾値：１度捕捉したＧＰＳ衛星の捕捉を受信状況が悪化したために中断した後、再び捕捉を行う場合の捕捉可能閾値である。
【００３２】
次に、複数設けられた捕捉衛星データ取得部１０のうち１つが妨害波検知モードとなっている状態で、妨害波検知が行われる場合の動作について説明する。妨害波検知モードの状態にある捕捉衛星データ取得部１０では、Ｃ／Ａコード記憶部１２が出力するＣ／Ａコード周期信号は、すべての符号が１に、またはすべての符号が０に置き換えられている。この置き換えられたＣ／Ａコードは、妨害波を検知するために用いられるため、以下、これを妨害波検知コードとする。
【００３３】
Ｃ／ＡコードはＧＰＳ衛星毎に割り当てられ、異なるＣ／Ａコードが直交するよう符号が決定されるため、これを構成する符号としては１と０がほぼ同確率で現れるものとなり、すべての符号が１あるいはすべての符号が０となるよう設定されることはない。そのため、ＧＰＳ衛星において送信信号が拡散処理された際に割り当てられたＣ／Ａコードと妨害波検知コードとの間に相関はなく、その相関値は理論的に０となる。一般に、ＧＰＳにおいては変調方式としてＰＳＫ方式が用いられ、あるＣ／Ａコードで拡散された受信信号の時間波形とＣ／Ａコードの時間波形との関係は図２のように、Ｃ／Ａコードの符号変化点において位相が変化するものとなっている。ただし、図２は説明の便宜上、受信信号の搬送波周波数を低くスケーリングしてあるため、Ｃ／Ａコードと搬送波の周波数の比率は正確ではない。一方、一般的な妨害波は、ＧＰＳにおけるほど広帯域な変調を施されていない場合がほとんどであるため、Ｃ／Ａコードの１符号周期内においては図３のように位相変化が見られないことが多い。このような妨害波が受信され、ディジタルサンプラ７０によってディジタル信号が抽出された場合、妨害波検知コードとの相関は高く絶対値演算部１８の出力は大きな相関値を出力する。
【００３４】
ここで、妨害波検知モードの状態にある捕捉衛星データ取得部１０の制御部２２に、予め定められた妨害波閾値よりも大きい相関値が入力された場合、ＧＰＳ測位装置は妨害波を受信したものと判断する。この判断は、当該制御部２２が相関値と予め閾値記憶部２４に記憶された妨害波閾値とを比較することで行う。このとき、ＧＰＳ測位モードの状態にある捕捉衛星データ取得部１０の中には、その妨害波を以てＧＰＳ衛星を捕捉したものと誤って認識し、妨害波に対して捕捉衛星データＳi（Ｉ、ｄ、Ｏ、Ｃ）を算出し、測位部５０に入力してしまうものが現れる。この場合Ｓiの内容のうちＩ、ｄ、Ｏは無意味なデータであり、Ｓiは相関値Ｃが捕捉衛星データ取得閾値を超えているという点においてのみ制御上の意味を有する。ここで、測位部５０においては、複数の捕捉衛星データＳのうち相関値Ｃが測位使用閾値よりも大きいものを検索するので、妨害波によって生成された衛星捕捉データＳiが、その相関値Ｃが大きいが故に検索対象となってしまう蓋然性は高い。測位部５０における検索対象にＳiを含むことは測位において無意味なデータを用いることを意味し、そこからは正確な測位データは得られない。そこで、本実施形態においては、以下に示す閾値再設定によって、妨害波によって生成されてしまった捕捉衛星データＳiをできる限り測位計算から排除することができる。
【００３５】
上述のように、ＧＰＳ測位モードでは、相関値は、捕捉可能閾値、捕捉衛星データ取得閾値、および測位使用閾値と比較され、ＧＰＳ測位装置の動作を決定している。捕捉可能閾値はさらに、アクイジション閾値、追尾閾値、リアクイジション閾値のようにＧＰＳ衛星の捕捉動作に応じて詳細に決定される。閾値再設定は、妨害波検知モードの状態にある捕捉衛星データ取得部１０の制御部２２に、予め定められた妨害波閾値よりも大きい相関値が入力された場合、ＧＰＳ測位モードの状態にある捕捉衛星データ取得部１０における捕捉可能閾値、捕捉衛星データ取得閾値、および測位使用閾値を、相関値が妨害波閾値以下である場合よりも大きくするよう再設定を行うものである。これによって、妨害波によって生成された捕捉衛星データＳiをできる限り測位計算から排除することができる。また、閾値再設定を行わず、現在の測位を禁止して再度測位を行うこととしてもよい。この場合、妨害波検知モードの状態にある捕捉衛星データ取得部１０の制御部２２は、妨害波閾値を超える相関値が入力されるとともに、妨害波閾値を超える相関値が入力された旨の情報をＧＰＳ測位装置制御部５２に送信し、それを受信したＧＰＳ測位装置制御部５２は、現在捕捉しているＧＰＳ衛星の捕捉を中止し、所定の時間経過後に捕捉を再開するようＧＰＳ測位モードの状態にある捕捉衛星データ取得部１０を制御する。ここで、図４（ａ）には閾値再設定のフローチャートを、図４（ｂ）には、測位を禁止して再度測位を行う場合のフローチャートを示す。
【００３６】
本実施形態は、既存のＧＰＳ測位装置のハードウエアに大きな変更を加えることなく実施することが可能である。コード置き換え部１４は、Ｃ／Ａコード記憶部１２を制御するソフトウエアプログラムを書き換えることで実現することができる。また、制御部２２および閾値記憶部２４等はソフトウエアプログラムに応じて動作するため、閾値再設定に係る動作もまた当該ソフトウエアプログラムを書き換えることで実現することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態になんら限定されるものではない。例えば、上記説明においては、複数ある捕捉衛星データ取得部１０のうち１つを妨害波検知モードとし、その他の捕捉衛星データ取得部１０をＧＰＳ測位モードで動作させる例について示したが、２つ以上の捕捉衛星データ取得部１０を妨害波検知モードで動作させることも可能である。また、捕捉衛星データＳとしては、衛星ＩＤ、捕捉したＧＰＳ衛星までの距離、捕捉したＧＰＳ衛星の軌道データおよび相関値から構成される例を示したが、測位のために用いる捕捉衛星データ表現としては、例えば、ＧＰＳ衛星までの距離を電波伝搬時間で表現する等、様々な態様が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係るＧＰＳ測位装置の構成を示す図である。
【図２】あるＣ／Ａコードで拡散された受信信号の時間波形とＣ／Ａコードの時間波形を示す図である。
【図３】妨害波の時間波形と妨害波検知コードの時間波形を示す図である。
【図４】閾値再設定の際の処理の流れおよび測位を禁止して再度測位を行う処理の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 捕捉衛星データ取得部、１２ Ｃ／Ａコード記憶部、１４ コード置き換え部、１６ 妨害波検知スイッチ、１８ 絶対値演算部、２０ データ抽出部、２２ 制御部、２４ 閾値記憶部、２６ 衛星ＩＤ取得部、２８ 測距部、３０ 軌道データ取得部、３２ データ合成部、３４ 搬送波ＮＣＯ、４０ 逆拡散演算部、４２ 乗算器、４３ 積分器、５０ 測位部、５２ ＧＰＳ測位装置制御部、６０ アンテナ、６２ 受信機、６４ 周波数制御部、６６ 局部発振器、６８ 検波器、７０ ディジタルサンプラ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ衛星から送信される信号を受信するＧＰＳ受信装置およびＧＰＳ衛星から送信される信号を受信して測位を行うＧＰＳ測位装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ測位装置は、複数のＧＰＳ衛星から送信される信号を受信し、受信信号に含まれる情報から各衛星の軌道情報を得るとともに各衛星までの距離を算出し、各衛星の軌道情報と各衛星までの距離に基づいて測位計算を行うものである。ＧＰＳ衛星から送信される信号は、Ｃ／Ａコードと称される符号によってスペクトラム拡散が施されているため、受信信号から情報を得るためにはＧＰＳ衛星側で用いられたＣ／Ａコードと同一のＣ／Ａコードでスペクトラム逆拡散を施さなければならない。複数のＧＰＳ衛星に対してはそれぞれ異なるＣ／Ａコードが割り当てられており、あるＣ／Ａコードを以てスペクトラム逆拡散を行い情報を得たということは、そのＣ／Ａコードが割り当てられたＧＰＳ衛星を他のＧＰＳ衛星から識別したことに他ならない。
【０００３】
ＧＰＳ測位装置においては予め各衛星に対応するＣ／Ａコードが記憶されており、Ｃ／Ａコードを周期的に配列したＣ／Ａコード周期信号が生成される。ＧＰＳ測位装置がＧＰＳ衛星を識別するに際しては、受信信号とＧＰＳ測位装置で生成されたＣ／Ａコード周期信号との間の相関値が算出される。そして、相関値が所定の値を超えた場合には、その受信信号は、そのＣ／Ａコードに対応するＧＰＳ衛星から送信されたものであると認識し、そのＧＰＳ衛星から送信される信号からデータを取得する。この受信動作は、ＧＰＳ衛星を探索してそのＧＰＳ衛星からデータを得るという動作から、一般にＧＰＳ衛星の捕捉と称される。
【０００４】
このように、ＧＰＳ衛星の捕捉は受信信号とＧＰＳ測位装置で生成されたＣ／Ａコード周期信号との間の相関値に基づいて行われるが、この相関値は、妨害波の存在下においては必ずしもＣ／Ａコードの相関を高精度に反映するものであるとは限らない。
【０００５】
インバータ回路やディジタル回路等を用いる電子機器からは、ディジタルパルスの高調波が発せられており、その高調波の周波数がＧＰＳ測位装置の受信周波数帯と重なる蓋然性は高い。また、そのような電子機器から発せられる妨害波信号の単位周波数当たりの電界強度は、ＧＰＳ測位装置で受信される所望信号のそれより大きい場合が多い。また、ＧＰＳ測位装置で受信される所望信号は、装置の受信感度レベル近傍のレベルで受信されることが多く、所望信号に対する相関値は熱雑音によって十分大きな値にならない。このような状況において、電界強度が非常に大きい妨害波が受信された場合には、妨害波によって算出された相関値が、所望波によって算出された相関値よりも相対的に大きくなってしまう可能性がある。この場合、ＧＰＳ測位装置はその妨害波を以てＧＰＳ衛星を捕捉したものと誤って認識し、正確な測位が行われない可能性がある。あるいは、測位が不可能である場合には測位に係る動作を繰り返す制御がなされるＧＰＳ装置の場合にあっては、再測の結果、測位に多大な時間を要することとなる。
【０００６】
特開２００２−１２２６５３号公報には、受信したＧＰＳ信号の自己相関に基づいて、当該ＧＰＳ信号が妨害波を含むものであるか否かを判定し、妨害波を含むものであると判定された場合には再受信を行い、妨害波を含まないものであると判定された場合には、ＧＰＳ信号のフォーマット変換を行うデータ通信送信部を制御し、ＧＰＳサーバにデータを転送して測位処理を行うＧＰＳシステムの構成が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１２２６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特開２００２−１２２６５３号公報に開示されているＧＰＳシステムの構成では、ＧＰＳ信号にスペクトラム逆拡散を施して復調処理を行い、復調処理によって得られたデータに基づいて測位演算を行う、という一般的なＧＰＳにおける測位演算処理の前段階において妨害波を検知する手段を設けている。したがって、妨害波を検知するためのハードウエアを一般的なＧＰＳにおける測位演算処理を行うＧＰＳサーバにさらに付け加える必要があり、構成が複雑なものとなっている。このような構成は、設計コスト製造コストの観点から不利である。
【０００９】
本発明はこのような課題に対してなされたものであり、一般的なＧＰＳにおける受信信号処理を行う既存の装置を利用し、受信信号処理のためのソフトウエアを変更することによって妨害波を検知する手段を追加し、妨害波の存在に応じてデータの取得動作を制御することが可能なＧＰＳ受信装置およびＧＰＳ測位装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ＧＰＳ衛星が送信した信号を受信する受信機と、前記受信機が受信した信号をスペクトラム逆拡散するための信号である逆拡散信号を生成する逆拡散信号生成手段と、前記受信機が受信した信号と逆拡散信号との間の相関値を算出する相関値算出手段と、
当該相関値に基づいてＧＰＳ衛星を識別し、当該ＧＰＳ衛星が送信した信号から情報を得る衛星捕捉を行う衛星捕捉手段と、を備え、前記逆拡散信号は、逆拡散符号を含み、逆拡散符号が周期的に現れる信号であり、前記衛星捕捉手段は、前記相関値と予め定められた捕捉閾値とを比較し、比較結果に基づいてＧＰＳ衛星の捕捉を禁止する捕捉禁止手段を備えるＧＰＳ受信装置であって、逆拡散信号に含まれる逆拡散符号の符号要素のすべてを同一のものに置き換えることで、妨害波を検知するための妨害波検知信号を生成する妨害波検知信号生成手段と、前記受信機が受信した信号と妨害波検知信号との間の相関値である妨害波相関値を前記相関値算出手段によって算出し、妨害波相関値に基づいて、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であるか否かを判定する妨害波判定手段と、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であると判定されたときには、前記捕捉閾値を再設定する捕捉閾値再設定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、ＧＰＳ衛星が送信した信号を受信する受信機と、前記受信機が受信した信号をスペクトラム逆拡散するための信号である逆拡散信号を生成する逆拡散信号生成手段と、前記受信機が受信した信号と逆拡散信号との間の相関値を算出する相関値算出手段と、当該相関値に基づいてＧＰＳ衛星を識別し、当該ＧＰＳ衛星が送信した信号から情報を得る衛星捕捉を行う衛星捕捉手段と、捕捉されたＧＰＳ衛星までの距離を測定する測距手段と、捕捉された複数のＧＰＳ衛星までの距離に基づいて測位を行う測位手段と、を備え、前記逆拡散信号は、逆拡散符号を含み、逆拡散符号が周期的に現れる信号であり、前記衛星捕捉手段は、前記相関値と予め定められた捕捉閾値とを比較し、比較結果に基づいてＧＰＳ衛星の捕捉を禁止する捕捉禁止手段を備えるＧＰＳ測位装置であって、逆拡散信号に含まれる逆拡散符号の符号要素のすべてを同一のものに置き換えることで、妨害波を検知するための妨害波検知信号を生成する妨害波検知信号生成手段と、前記受信機が受信した信号と妨害波検知信号との間の相関値である妨害波相関値を前記相関値算出手段によって算出し、妨害波相関値に基づいて、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であるか否かを判定する妨害波判定手段と、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であると判定されたときには、前記捕捉閾値を再設定する捕捉閾値再設定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るＧＰＳ測位装置においては、前記測位手段は、捕捉した複数のＧＰＳ衛星のうち測位に関する情報を得るためのＧＰＳ衛星を、前記相関値に基づいて選択する構成とすることが好適である。
【００１３】
また、本発明は、ＧＰＳ衛星が送信した信号を受信する受信機と、前記受信機が受信した信号をスペクトラム逆拡散するための信号である逆拡散信号を生成する逆拡散信号生成手段と、前記受信機が受信した信号と逆拡散信号との間の相関値を算出する相関値算出手段と、当該相関値に基づいてＧＰＳ衛星を識別し、当該ＧＰＳ衛星が送信した信号から情報を得る衛星捕捉を行う衛星捕捉手段と、捕捉されたＧＰＳ衛星までの距離を測定する測距手段と、捕捉された複数のＧＰＳ衛星までの距離に基づいて測位を行う測位手段と、を備え、前記逆拡散信号は、逆拡散符号を含み、逆拡散符号が周期的に現れる信号であるＧＰＳ測位装置であって、逆拡散信号に含まれる逆拡散符号の符号要素のすべてを同一のものに置き換えることで、妨害波を検知するための妨害波検知信号を生成する妨害波検知信号生成手段と、前記受信機が受信した信号と妨害波検知信号との間の相関値である妨害波相関値を前記相関値算出手段によって算出し、妨害波相関値に基づいて、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であるか否かを判定する妨害波判定手段と、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であると判定されたときには測位を禁止して再度測位を行う再測位手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、一般的なＧＰＳにおける受信信号処理を行う装置を利用し、受信信号処理のためのソフトウエアを変更することによって妨害波を検知する手段を追加し、妨害波の存在に応じてデータの取得動作を制御することが可能なＧＰＳ受信装置およびＧＰＳ測位装置を実現することができる。
【００１５】
また、妨害波の有無に基づいてＧＰＳ衛星を捕捉する際の条件を決定するため、妨害波の存在下においても高い測位精度を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態について図１を参照して説明する。本実施形態においては、複数のＧＰＳ衛星から送信される信号を受信して測位を行うとともに妨害波を検知して測位に係る動作の制御を行う。測位に関するデータの取得および妨害波の検知は、ＧＰＳ衛星から送信される信号を処理する捕捉衛星データ取得部１０において行われ、１つのＧＰＳ衛星から送信される信号に対して１つの捕捉衛星データ取得部１０が割り当てられる。捕捉衛星データ取得部１０の動作には、妨害波検知スイッチ１６がＣ／Ａコード記憶部１２の出力に直接接続されているＧＰＳ測位モードと、妨害波検知スイッチ１６がコード置き換え部１４を介してＣ／Ａコード記憶部１２の出力に接続されている妨害波検知モードとがあり、妨害波検知の際には、複数設けられた捕捉衛星データ取得部１０のうち少なくとも１つが妨害波検知モードの状態となっている。ここでは、まず、すべての捕捉衛星データ取得部１０がＧＰＳ測位モードの状態にある場合について説明する。
【００１７】
アンテナ６０から受信された信号は受信機６２において増幅され、無線周波数帯から中間周波数帯に変換された後、検波器６８に入力される。検波器６８には受信信号とともに局部発振器６６から出力される局部発振器信号が入力されており、検波器６８は受信信号と局部発振器信号とを掛け合わせることにより受信信号をベースバンド信号に変換する。局部発振器信号の周波数は、受信機６２において中間周波数帯に変換された受信信号の中間周波数に等しくなるよう周波数制御部６４によって制御される。
【００１８】
一般にＧＰＳから送信される信号は直交変調されているため、検波器６８としては直交復調器を用いることが好適である。直交復調器は、局部発振器信号から互いに位相が直交する２つの信号を生成し、これを２つの乗算器に入力するものである。また受信信号は２つの乗算器に等分配して入力される。このような構成によって、直交復調器からは、同相成分と直交成分の２チャンネルからなるベースバンド信号が出力される。図１では検波器６８からの出力を１系統で示しているが、この検波器６８として直交検波器を用いた場合には、同相成分と直交成分の２チャンネルの信号を意味するものとする。
【００１９】
検波器６８から出力されたベースバンド信号はディジタルサンプラ７０に入力される。ディジタルサンプラ７０はベースバンド信号の振幅値をサンプル値として時間系列で離散化し、ディジタル信号を生成するものである。ベースバンド信号には周期的にディジタルデータを得ることができるシンボル点が現れ、その点の振幅値をサンプル値とすることでディジタル信号を得ることができる。この際、シンボル点が得られる周期、すなわちシンボル周期を検出する必要があるが、これはベースバンド信号の波形解析等に基づく同期処理によって行うことができる。
【００２０】
ディジタルサンプラ７０が出力するディジタル信号には、スペクトラム拡散処理が施されている。すなわち、ＧＰＳ衛星は送信するディジタル信号にＰＮ符号を掛け合わせ、元のディジタル信号に対してその占有周波数帯域を拡張した状態で送信する。スペクトラム拡散が施された信号は、占有周波数帯域が拡張された比率だけ信号振幅レベルが縮小され、一般に単位周波数当たりの振幅レベルは熱雑音のそれを下回ったものとなる。元のディジタル信号は、送信側で用いたＰＮ符号と同一のＰＮ符号を掛け合わせるスペクトラム逆拡散処理を施すことで得ることができる。送信側で用いたＰＮ符号と異なるＰＮ符号を掛け合わせた場合は、ＰＮ符号の直交性により占有周波数帯域は拡張されたままであり、当然のことながらその信号からデータを得ることはできない。
【００２１】
本実施形態におけるＧＰＳ測位装置は、複数のＧＰＳ衛星から送信される信号を受信するものであるが、複数のＧＰＳ衛星に対してはそれぞれ異なるＰＮ符号が割り当てられている。したがって、あるＰＮ符号を以てスペクトラム逆拡散を行いデータを得ることが可能であった場合には、そのＰＮ符号が割り当てられたＧＰＳ衛星が認識されると共に、そのＧＰＳ衛星を捕捉することが可能であるということになる。一般に、ＧＰＳ衛星毎に割り当てられるＰＮ符号はＣ／Ａコードと称され、以下、ＰＮ符号にかえてＣ／Ａコードと称することとする。
【００２２】
ディジタルサンプラ７０が出力したディジタル信号は、搬送波ＮＣＯ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）３４に入力される。ＧＰＳ衛星は１２時間で軌道上を１周する周回衛星であるため、衛星からの信号に±５ｋＨｚ程度のドップラー偏移が生じている。このため、ＧＰＳ衛星からの信号を探索して捕捉する際にはドップラー偏移を見込んだ広い範囲での周波数スキャンが必要であり、搬送波ＮＣＯ３４はこれを可能としている。ドップラー偏移は入力されたディジタル信号の位相変化として現れるため、搬送波ＮＣＯ３４は当該ディジタル信号の位相の制御を行うことによって周波数スキャンを行う。なお、搬送波ＮＣＯ３４は制御部２２によって制御されるが、その動作については後述する。
【００２３】
搬送波ＮＣＯ３４が出力したディジタル信号は、逆拡散演算部４０に入力される。逆拡散演算部４０は乗算器４２と積分器４３とを備え、入力されたディジタル信号と、Ｃ／Ａコード記憶部１２から出力されたＣ／Ａコードとの乗算を行い、Ｃ／Ａコードの１符号周期に亘って積分を行う。ここで１符号周期とはＣ／Ａコードのコード長をいう。拡散処理は、割り当てられた１つのＣ／Ａコードが繰り返し配列されたＣ／Ａコード周期信号を送信信号に乗算することによって行われるため、スペクトラム逆拡散処理においてはＣ／Ａコードとして意味のある区間、すなわちＣ／Ａコードの１コード長に亘って積分を施すことになる。この積分処理によって、逆拡散演算部４０からは１符号周期毎に１つの演算結果が得られる。この演算結果はスペクトラム逆拡散された受信データであるとともに、入力されたディジタル信号が拡散された際に割り当てられたＣ／Ａコードと、スペクトラム逆拡散に用いたＣ／Ａコードとの相関を表すデータであるということができる。したがって、逆拡散演算部４０の出力に、相関を表すデータの絶対値を算出する絶対値演算部１８を設けることで、その相関を相関値として得ることができる。
【００２４】
一方、Ｃ／Ａコード記憶部１２には、測位に用られるＧＰＳ衛星に割り当てられたＣ／Ａコードが記憶されている。逆拡散演算部４０が動作するに際しては、Ｃ／Ａコード記憶部１２からは順次異なるＣ／ＡコードによるＣ／Ａコード周期信号が出力され、絶対値演算部１８の出力が予め定められた捕捉可能閾値を超えた場合には、そのときのＣ／Ａコードの出力が保持される。この一連の動作は、絶対値演算部１８の出力が制御部２２に入力され、制御部２２が閾値記憶部２４から読み込まれた捕捉可能閾値と絶対値演算部１８の出力とを比較し、その比較に基づいてＣ／Ａコード記憶部１２を制御することによって行われる。
【００２５】
なお、上述の通り、ＧＰＳ衛星から送信される信号に生じたドップラー偏移は、ディジタルサンプラ７０が出力するディジタル信号の位相変化となって現れる。この位相変化は、そのままＣ／Ａコード周期信号の位相誤差となって現れるため、捕捉されたＧＰＳ衛星に割り当てられたＣ／Ａコードと、スペクトラム逆拡散に用いたＣ／Ａコードとの間の相関値を低減するように作用する。そこで周波数スキャンは次のように行われる。制御部２２は、絶対値演算部１８の出力と周波数スキャンを行うために予め定められた周波数スキャン閾値とを比較し、比較結果に基づいて搬送波ＮＣＯ３４を制御する。ここで、周波数スキャン閾値は閾値記憶部２４から読み込まれる。搬送波ＮＣＯ３４は、制御部２２の制御に基づいてディジタル信号の位相の制御を行い、ドップラー偏移に追随したディジタル信号を出力する。すなわち、絶対値演算部１８の出力が周波数スキャン閾値を超えていれば、搬送波ＮＣＯ３４が出力するディジタル信号の位相はドップラー偏移による変化に追随していることになり、ＧＰＳ衛星を捕捉し続けることができるわけである。
【００２６】
絶対値演算部１８の出力が予め定められた捕捉可能閾値を超えた場合には、データ抽出部２０は逆拡散演算部４０が出力した信号から測位に必要なデータ信号を抽出する。データ抽出部２０から抽出されたデータ信号は、さらに、衛星ＩＤ取得部２６、測距部２８および軌道データ取得部３０に入力される。衛星ＩＤ取得部２６は、捕捉したＧＰＳ衛星を区別するためのＩＤコードを取得する。測距部２８は、捕捉したＧＰＳ衛星が信号を送信した時刻をデータ信号から読み取り、当該時刻と現在時刻との差から捕捉したＧＰＳ衛星からＧＰＳ測位装置まで信号が伝搬するのに要した時間を算出し、これと電磁波の伝搬速度とに基づいて捕捉したＧＰＳ衛星までの距離を算出する。軌道データ取得部３０は、データ信号から捕捉したＧＰＳ衛星の軌道に関するデータを取得する。このように軌道に関するデータを取得するのは、ＧＰＳ衛星は周回衛星であるため地球上から見た位置が時間と共に変化し、測位に際しては捕捉したＧＰＳ衛星の現在位置を把握する必要があるためである。なお、衛星ＩＤ取得部２６、測距部２８および軌道データ取得部３０は、相関値が捕捉衛星データ取得閾値を超えた場合にのみデータ等の取得を行う。データの取得状況が良好でないにもかかわらず取得されたデータはビット誤り率が大きいため測位に供することができないためである。また、後述するように、測位には捕捉したＧＰＳ衛星のうち、データ取得状況が良好であるものから取得されたデータを選択して用いるため、その選択に要する計算負担を削減できるという効果も期待できる。相関値が捕捉衛星データ取得閾値を超えたか否かの判断は、制御部２２が、相関値と予め閾値記憶部２４に記憶された捕捉衛星データ取得閾値とを比較することによって行われる。相関値が捕捉衛星データ取得閾値以下であった場合には、制御部２２は、衛星ＩＤ取得部２６、測距部２８および軌道データ取得部３０に対し、それぞれのデータ取得動作を禁止するよう制御を行う。
【００２７】
データ合成部３２は、衛星ＩＤ、捕捉したＧＰＳ衛星までの距離、捕捉したＧＰＳ衛星の軌道データ、相関値を１つの捕捉衛星に対する捕捉衛星データとしてまとめ、測位部５０に入力する。衛星ＩＤ、捕捉したＧＰＳ衛星までの距離、捕捉したＧＰＳ衛星の軌道データ、相関値のそれぞれを、Ｉ、ｄ、Ｏ、Ｃとすれば、捕捉衛星データＳはＳ（Ｉ、ｄ、Ｏ、Ｃ）のように表される。
【００２８】
測位部５０が測位を行うためには、少なくとも３つの捕捉衛星に対する捕捉衛星データＳを得る必要がある。そこで、本実施形態においては、複数の捕捉衛星データ取得部１０を設け、それぞれの捕捉衛星データ取得部１０が１つの捕捉衛星に対する捕捉衛星データを取得する構成としている。
【００２９】
測位に際しては、測位部５０は複数の捕捉衛星データＳのうち、それらに含まれる相関値Ｃが予め定められた測位使用閾値よりも大きいものを検索する。これによって、確実に捕捉されたＧＰＳ衛星から送信されたデータのみが測位のために使用される。したがって、測位使用閾値を大きく設定しておけば、受信状況が良好でなく信憑性の低い捕捉衛星データＳは排除される。検索された捕捉衛星データＳからは、各捕捉衛星の軌道データＯが参照され、捕捉された各ＧＰＳ衛星の地球に対する位置座標が取得される。また、捕捉衛星データＳには、ＧＰＳ測位装置から捕捉されたＧＰＳ衛星までの距離の情報ｄが含まれているので、捕捉された各ＧＰＳ衛星の位置座標と捕捉された各ＧＰＳ衛星からの距離に基づいて、ＧＰＳ測位装置が設置されている位置座標を算出することができる。ここで、相関値Ｃが測位使用閾値よりも大きいＧＰＳ衛星が３つ以上存在しない場合には、測位部５０はデータの再取得を行う旨の情報をＧＰＳ測位装置制御部５２に送信し、それを受信したＧＰＳ測位装置制御部５２は、現在捕捉しているＧＰＳ衛星の捕捉を中止して所定の時間経過後に捕捉を再開するよう捕捉衛星データ取得部１０を制御する。
【００３０】
以上説明したように、ＧＰＳ測位装置は、相関値を捕捉可能閾値、捕捉衛星データ取得閾値、および測位使用閾値と比較することによって自らの動作を決定している。これらの閾値は、動作環境に応じてより正確な測位が行われるよう、設計において予め設定しておくことが好ましい。ここで、捕捉可能閾値は、捕捉したＧＰＳ衛星からデータを抽出するか否かを判定するものであるが、これは受信状況が時間に応じて変動することから次の３つに分類することが好適である。
【００３１】
（１）アクイジション閾値：まだＧＰＳ衛星を捕捉していない状態からＧＰＳ衛星を捕捉する場合の捕捉可能閾値である。（２）追尾閾値：１度捕捉した衛星を捕捉し続けるのに最低限必要とされる受信状況を規定する捕捉可能閾値である。（３）リアクイジション閾値：１度捕捉したＧＰＳ衛星の捕捉を受信状況が悪化したために中断した後、再び捕捉を行う場合の捕捉可能閾値である。
【００３２】
次に、複数設けられた捕捉衛星データ取得部１０のうち１つが妨害波検知モードとなっている状態で、妨害波検知が行われる場合の動作について説明する。妨害波検知モードの状態にある捕捉衛星データ取得部１０では、Ｃ／Ａコード記憶部１２が出力するＣ／Ａコード周期信号は、すべての符号が１に、またはすべての符号が０に置き換えられている。この置き換えられたＣ／Ａコードは、妨害波を検知するために用いられるため、以下、これを妨害波検知コードとする。
【００３３】
Ｃ／ＡコードはＧＰＳ衛星毎に割り当てられ、異なるＣ／Ａコードが直交するよう符号が決定されるため、これを構成する符号としては１と０がほぼ同確率で現れるものとなり、すべての符号が１あるいはすべての符号が０となるよう設定されることはない。そのため、ＧＰＳ衛星において送信信号が拡散処理された際に割り当てられたＣ／Ａコードと妨害波検知コードとの間に相関はなく、その相関値は理論的に０となる。一般に、ＧＰＳにおいては変調方式としてＰＳＫ方式が用いられ、あるＣ／Ａコードで拡散された受信信号の時間波形とＣ／Ａコードの時間波形との関係は図２のように、Ｃ／Ａコードの符号変化点において位相が変化するものとなっている。ただし、図２は説明の便宜上、受信信号の搬送波周波数を低くスケーリングしてあるため、Ｃ／Ａコードと搬送波の周波数の比率は正確ではない。一方、一般的な妨害波は、ＧＰＳにおけるほど広帯域な変調を施されていない場合がほとんどであるため、Ｃ／Ａコードの１符号周期内においては図３のように位相変化が見られないことが多い。このような妨害波が受信され、ディジタルサンプラ７０によってディジタル信号が抽出された場合、妨害波検知コードとの相関は高く絶対値演算部１８の出力は大きな相関値を出力する。
【００３４】
ここで、妨害波検知モードの状態にある捕捉衛星データ取得部１０の制御部２２に、予め定められた妨害波閾値よりも大きい相関値が入力された場合、ＧＰＳ測位装置は妨害波を受信したものと判断する。この判断は、当該制御部２２が相関値と予め閾値記憶部２４に記憶された妨害波閾値とを比較することで行う。このとき、ＧＰＳ測位モードの状態にある捕捉衛星データ取得部１０の中には、その妨害波を以てＧＰＳ衛星を捕捉したものと誤って認識し、妨害波に対して捕捉衛星データＳi（Ｉ、ｄ、Ｏ、Ｃ）を算出し、測位部５０に入力してしまうものが現れる。この場合Ｓiの内容のうちＩ、ｄ、Ｏは無意味なデータであり、Ｓiは相関値Ｃが捕捉衛星データ取得閾値を超えているという点においてのみ制御上の意味を有する。ここで、測位部５０においては、複数の捕捉衛星データＳのうち相関値Ｃが測位使用閾値よりも大きいものを検索するので、妨害波によって生成された衛星捕捉データＳiが、その相関値Ｃが大きいが故に検索対象となってしまう蓋然性は高い。測位部５０における検索対象にＳiを含むことは測位において無意味なデータを用いることを意味し、そこからは正確な測位データは得られない。そこで、本実施形態においては、以下に示す閾値再設定によって、妨害波によって生成されてしまった捕捉衛星データＳiをできる限り測位計算から排除することができる。
【００３５】
上述のように、ＧＰＳ測位モードでは、相関値は、捕捉可能閾値、捕捉衛星データ取得閾値、および測位使用閾値と比較され、ＧＰＳ測位装置の動作を決定している。捕捉可能閾値はさらに、アクイジション閾値、追尾閾値、リアクイジション閾値のようにＧＰＳ衛星の捕捉動作に応じて詳細に決定される。閾値再設定は、妨害波検知モードの状態にある捕捉衛星データ取得部１０の制御部２２に、予め定められた妨害波閾値よりも大きい相関値が入力された場合、ＧＰＳ測位モードの状態にある捕捉衛星データ取得部１０における捕捉可能閾値、捕捉衛星データ取得閾値、および測位使用閾値を、相関値が妨害波閾値以下である場合よりも大きくするよう再設定を行うものである。これによって、妨害波によって生成された捕捉衛星データＳiをできる限り測位計算から排除することができる。また、閾値再設定を行わず、現在の測位を禁止して再度測位を行うこととしてもよい。この場合、妨害波検知モードの状態にある捕捉衛星データ取得部１０の制御部２２は、妨害波閾値を超える相関値が入力されるとともに、妨害波閾値を超える相関値が入力された旨の情報をＧＰＳ測位装置制御部５２に送信し、それを受信したＧＰＳ測位装置制御部５２は、現在捕捉しているＧＰＳ衛星の捕捉を中止し、所定の時間経過後に捕捉を再開するようＧＰＳ測位モードの状態にある捕捉衛星データ取得部１０を制御する。ここで、図４（ａ）には閾値再設定のフローチャートを、図４（ｂ）には、測位を禁止して再度測位を行う場合のフローチャートを示す。
【００３６】
本実施形態は、既存のＧＰＳ測位装置のハードウエアに大きな変更を加えることなく実施することが可能である。コード置き換え部１４は、Ｃ／Ａコード記憶部１２を制御するソフトウエアプログラムを書き換えることで実現することができる。また、制御部２２および閾値記憶部２４等はソフトウエアプログラムに応じて動作するため、閾値再設定に係る動作もまた当該ソフトウエアプログラムを書き換えることで実現することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態になんら限定されるものではない。例えば、上記説明においては、複数ある捕捉衛星データ取得部１０のうち１つを妨害波検知モードとし、その他の捕捉衛星データ取得部１０をＧＰＳ測位モードで動作させる例について示したが、２つ以上の捕捉衛星データ取得部１０を妨害波検知モードで動作させることも可能である。また、捕捉衛星データＳとしては、衛星ＩＤ、捕捉したＧＰＳ衛星までの距離、捕捉したＧＰＳ衛星の軌道データおよび相関値から構成される例を示したが、測位のために用いる捕捉衛星データ表現としては、例えば、ＧＰＳ衛星までの距離を電波伝搬時間で表現する等、様々な態様が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係るＧＰＳ測位装置の構成を示す図である。
【図２】あるＣ／Ａコードで拡散された受信信号の時間波形とＣ／Ａコードの時間波形を示す図である。
【図３】妨害波の時間波形と妨害波検知コードの時間波形を示す図である。
【図４】閾値再設定の際の処理の流れおよび測位を禁止して再度測位を行う処理の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 捕捉衛星データ取得部、１２ Ｃ／Ａコード記憶部、１４ コード置き換え部、１６ 妨害波検知スイッチ、１８ 絶対値演算部、２０ データ抽出部、２２ 制御部、２４ 閾値記憶部、２６ 衛星ＩＤ取得部、２８ 測距部、３０ 軌道データ取得部、３２ データ合成部、３４ 搬送波ＮＣＯ、４０ 逆拡散演算部、４２ 乗算器、４３ 積分器、５０ 測位部、５２ ＧＰＳ測位装置制御部、６０ アンテナ、６２ 受信機、６４ 周波数制御部、６６ 局部発振器、６８ 検波器、７０ ディジタルサンプラ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星が送信した信号を受信する受信機と、
前記受信機が受信した信号をスペクトラム逆拡散するための信号である逆拡散信号を生成する逆拡散信号生成手段と、
前記受信機が受信した信号と逆拡散信号との間の相関値を算出する相関値算出手段と、
当該相関値に基づいてＧＰＳ衛星を識別し、当該ＧＰＳ衛星が送信した信号から情報を得る衛星捕捉を行う衛星捕捉手段と、を備え、
前記逆拡散信号は、逆拡散符号を含み、逆拡散符号が周期的に現れる信号であり、
前記衛星捕捉手段は、前記相関値と予め定められた捕捉閾値とを比較し、比較結果に基づいてＧＰＳ衛星の捕捉を禁止する捕捉禁止手段を備えるＧＰＳ受信装置であって、
逆拡散信号に含まれる逆拡散符号の符号要素のすべてを同一のものに置き換えることで、妨害波を検知するための妨害波検知信号を生成する妨害波検知信号生成手段と、
前記受信機が受信した信号と妨害波検知信号との間の相関値である妨害波相関値を前記相関値算出手段によって算出し、妨害波相関値に基づいて、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であるか否かを判定する妨害波判定手段と、
前記受信機で受信された信号が妨害波信号であると判定されたときには、前記捕捉閾値を再設定する捕捉閾値再設定手段と、を備えることを特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項２】
ＧＰＳ衛星が送信した信号を受信する受信機と、
前記受信機が受信した信号をスペクトラム逆拡散するための信号である逆拡散信号を生成する逆拡散信号生成手段と、
前記受信機が受信した信号と逆拡散信号との間の相関値を算出する相関値算出手段と、
当該相関値に基づいてＧＰＳ衛星を識別し、当該ＧＰＳ衛星が送信した信号から情報を得る衛星捕捉を行う衛星捕捉手段と、
捕捉されたＧＰＳ衛星までの距離を測定する測距手段と、
捕捉された複数のＧＰＳ衛星までの距離に基づいて測位を行う測位手段と、を備え、
前記逆拡散信号は、逆拡散符号を含み、逆拡散符号が周期的に現れる信号であり、
前記衛星捕捉手段は、前記相関値と予め定められた捕捉閾値とを比較し、比較結果に基づいてＧＰＳ衛星の捕捉を禁止する捕捉禁止手段を備えるＧＰＳ測位装置であって、
逆拡散信号に含まれる逆拡散符号の符号要素のすべてを同一のものに置き換えることで、妨害波を検知するための妨害波検知信号を生成する妨害波検知信号生成手段と、
前記受信機が受信した信号と妨害波検知信号との間の相関値である妨害波相関値を前記相関値算出手段によって算出し、妨害波相関値に基づいて、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であるか否かを判定する妨害波判定手段と、
前記受信機で受信された信号が妨害波信号であると判定されたときには、前記捕捉閾値を再設定する捕捉閾値再設定手段と、を備えることを特徴とするＧＰＳ測位装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＧＰＳ測位装置であって、
前記測位手段は、捕捉した複数のＧＰＳ衛星のうち測位に関する情報を得るためのＧＰＳ衛星を、前記相関値に基づいて選択することを特徴とするＧＰＳ測位装置。
【請求項４】
ＧＰＳ衛星が送信した信号を受信する受信機と、
前記受信機が受信した信号をスペクトラム逆拡散するための信号である逆拡散信号を生成する逆拡散信号生成手段と、
前記受信機が受信した信号と逆拡散信号との間の相関値を算出する相関値算出手段と、 当該相関値に基づいてＧＰＳ衛星を識別し、当該ＧＰＳ衛星が送信した信号から情報を得る衛星捕捉を行う衛星捕捉手段と、
捕捉されたＧＰＳ衛星までの距離を測定する測距手段と、
捕捉された複数のＧＰＳ衛星までの距離に基づいて測位を行う測位手段と、を備え、
前記逆拡散信号は、逆拡散符号を含み、逆拡散符号が周期的に現れる信号であるＧＰＳ測位装置であって、
逆拡散信号に含まれる逆拡散符号の符号要素のすべてを同一のものに置き換えることで、妨害波を検知するための妨害波検知信号を生成する妨害波検知信号生成手段と、
前記受信機が受信した信号と妨害波検知信号との間の相関値である妨害波相関値を前記相関値算出手段によって算出し、妨害波相関値に基づいて、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であるか否かを判定する妨害波判定手段と、
前記受信機で受信された信号が妨害波信号であると判定されたときには測位を禁止して再度測位を行う再測位手段と、を備えることを特徴とするＧＰＳ測位装置。
【請求項１】
ＧＰＳ衛星が送信した信号を受信する受信機と、
前記受信機が受信した信号をスペクトラム逆拡散するための信号である逆拡散信号を生成する逆拡散信号生成手段と、
前記受信機が受信した信号と逆拡散信号との間の相関値を算出する相関値算出手段と、
当該相関値に基づいてＧＰＳ衛星を識別し、当該ＧＰＳ衛星が送信した信号から情報を得る衛星捕捉を行う衛星捕捉手段と、を備え、
前記逆拡散信号は、逆拡散符号を含み、逆拡散符号が周期的に現れる信号であり、
前記衛星捕捉手段は、前記相関値と予め定められた捕捉閾値とを比較し、比較結果に基づいてＧＰＳ衛星の捕捉を禁止する捕捉禁止手段を備えるＧＰＳ受信装置であって、
逆拡散信号に含まれる逆拡散符号の符号要素のすべてを同一のものに置き換えることで、妨害波を検知するための妨害波検知信号を生成する妨害波検知信号生成手段と、
前記受信機が受信した信号と妨害波検知信号との間の相関値である妨害波相関値を前記相関値算出手段によって算出し、妨害波相関値に基づいて、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であるか否かを判定する妨害波判定手段と、
前記受信機で受信された信号が妨害波信号であると判定されたときには、前記捕捉閾値を再設定する捕捉閾値再設定手段と、を備えることを特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項２】
ＧＰＳ衛星が送信した信号を受信する受信機と、
前記受信機が受信した信号をスペクトラム逆拡散するための信号である逆拡散信号を生成する逆拡散信号生成手段と、
前記受信機が受信した信号と逆拡散信号との間の相関値を算出する相関値算出手段と、
当該相関値に基づいてＧＰＳ衛星を識別し、当該ＧＰＳ衛星が送信した信号から情報を得る衛星捕捉を行う衛星捕捉手段と、
捕捉されたＧＰＳ衛星までの距離を測定する測距手段と、
捕捉された複数のＧＰＳ衛星までの距離に基づいて測位を行う測位手段と、を備え、
前記逆拡散信号は、逆拡散符号を含み、逆拡散符号が周期的に現れる信号であり、
前記衛星捕捉手段は、前記相関値と予め定められた捕捉閾値とを比較し、比較結果に基づいてＧＰＳ衛星の捕捉を禁止する捕捉禁止手段を備えるＧＰＳ測位装置であって、
逆拡散信号に含まれる逆拡散符号の符号要素のすべてを同一のものに置き換えることで、妨害波を検知するための妨害波検知信号を生成する妨害波検知信号生成手段と、
前記受信機が受信した信号と妨害波検知信号との間の相関値である妨害波相関値を前記相関値算出手段によって算出し、妨害波相関値に基づいて、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であるか否かを判定する妨害波判定手段と、
前記受信機で受信された信号が妨害波信号であると判定されたときには、前記捕捉閾値を再設定する捕捉閾値再設定手段と、を備えることを特徴とするＧＰＳ測位装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＧＰＳ測位装置であって、
前記測位手段は、捕捉した複数のＧＰＳ衛星のうち測位に関する情報を得るためのＧＰＳ衛星を、前記相関値に基づいて選択することを特徴とするＧＰＳ測位装置。
【請求項４】
ＧＰＳ衛星が送信した信号を受信する受信機と、
前記受信機が受信した信号をスペクトラム逆拡散するための信号である逆拡散信号を生成する逆拡散信号生成手段と、
前記受信機が受信した信号と逆拡散信号との間の相関値を算出する相関値算出手段と、 当該相関値に基づいてＧＰＳ衛星を識別し、当該ＧＰＳ衛星が送信した信号から情報を得る衛星捕捉を行う衛星捕捉手段と、
捕捉されたＧＰＳ衛星までの距離を測定する測距手段と、
捕捉された複数のＧＰＳ衛星までの距離に基づいて測位を行う測位手段と、を備え、
前記逆拡散信号は、逆拡散符号を含み、逆拡散符号が周期的に現れる信号であるＧＰＳ測位装置であって、
逆拡散信号に含まれる逆拡散符号の符号要素のすべてを同一のものに置き換えることで、妨害波を検知するための妨害波検知信号を生成する妨害波検知信号生成手段と、
前記受信機が受信した信号と妨害波検知信号との間の相関値である妨害波相関値を前記相関値算出手段によって算出し、妨害波相関値に基づいて、前記受信機で受信された信号が妨害波信号であるか否かを判定する妨害波判定手段と、
前記受信機で受信された信号が妨害波信号であると判定されたときには測位を禁止して再度測位を行う再測位手段と、を備えることを特徴とするＧＰＳ測位装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−３８４８６（Ｐ２００６−３８４８６Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２１４６１０（Ｐ２００４−２１４６１０）
【出願日】平成１６年７月２２日（２００４．７．２２）
【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１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２２日（２００４．７．２２）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
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