JP2003139843A - Gps受信装置 - Google Patents
Gps受信装置Info
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Abstract
レッショルドを適応的に変化させ、GPSアンテナの設
置環境によらず、常に信号と妨害波を的確に区別するこ
とのできるGPS受信装置を提供する。 【解決手段】 良好なGPS受信が得られるときの、受
信可能な各衛星からの信号の受信CNの最大値を格納し
ておき、良好なGPS受信が所定時間継続した段階で格
納された最大値の平均値を求めてCN_maxとする。受信C
N毎に最適なCNスレッショルドを対応付けたテーブル
を参照して、CN_maxに対するCNスレッショルドを取得
する。CN_maxの更新及びCNスレッショルドの更新を継
続的に行い、得られたCNスレッショルドを用いて測位
に使用する衛星を決定する。
Description
関し、詳細には、GPS受信装置での信号受信における
妨害波の識別に関する。
5.42MHzの搬送波に測距信号としてC/Aコードが載せ
られたGPS信号を衛星から受信して測位を行う。C/
Aコードは、PRN(Pseudo Random Noise;擬似ラン
ダム)符号であり、個々の衛星に異なる系列の符号が割
り当てられている。GPS受信装置は、各衛星に固有の
符号を用いることによって、目的の衛星からのGPS信
号を復調することができる。GPS受信装置は、一般的
に、GPS信号を復調する信号処理部(チャンネル)を
複数持ち、同時に複数の衛星を捕捉し測位に用いること
ができる。
捕捉の過程で考慮すべき受信障害として、マルチパスや
相互相関がある。マルチパスは、受信装置と衛星間の距
離(擬似距離)の測定に誤差をもたらし、測位解精度を
劣化させる。なお、’00.5月にSA(Selective Av
ailability)が解除されたことにより、GPS測位の誤
差要因に占めるマルチパスの割合が大きくなった。
異なる系列の相互相関は非常に低い。理想的には、目的
の衛星の系列でなければ、その衛星のGPS信号を復調
することができない。しかし、実際のC/Aコードの相
互相関は、自己相関と比べて非常に小さいものの、ゼロ
とみなすことはできない。非常に稀であるが、系列の異
なる2つの衛星が非常に近いドップラー周波数を持って
いる場合、相互相関によって誤った衛星の捕捉が行わ
れ、測位解精度の劣化が現れることがある。
測位解精度への影響を排除するために、CN(信号対雑
音電力比)スレッショルドが設けられている。つまり、
マルチパスは反射波であるので、直接波の信号と比べて
信号強度が低く、したがって、受信CN(受信した信号
のCN)が低い。そこで、受信CNに閾値を設け、直接
波の信号と区別するために用いる。この場合に用いられ
るのがCNスレッショルドである。受信CNがCNスレ
ッショルド以下であれば、その信号をトラッキングしな
いか、或いはその衛星の信号を測位演算に使用しないよ
うにする。このことにより、マルチパスの測位解精度へ
の影響を回避することができる。
おいて、可能な最も条件の良い場合の受信CN(図6に
おいて符号81で示している)に対して十数dB低い値
として決定され、GPS受信装置には、この決定された
CNスレッショルドが予め設定される。GPS受信が良
好である場合の、CNスレッショルドと受信CNの関係
を図6に示す。図6では、縦軸に受信CNレベルを[d
BHz]で表している。図6において、信号とは、目的
の衛星から受信した直接波を指し、妨害波とは、建物や
乗り物で反射して入ってきたマルチパスや、相互相関に
より誤って復調された、異なるPRNコードの信号を指
している。上記のように設定されたCNスレッショルド
(符号91)を用いることによって、信号のCNレベル
(符号61)はCNスレッショルドより高くなり、妨害
波のCNレベル(符号71)はCNスレッショルド以下
になる。GPS受信装置では、CNスレッショルドとし
て、システム設計時に決定された固定の値が用いられ
る。
アンテナの受信感度は、下記に代表される設置条件によ
って異なってくる。 ・アンテナ設置位置の違い(ルーフ上/車室内) ・車種の違い ・フロントやリアのガラス面との距離、角度(車室内に
設置の場合) ・アンテナの種類やケーブル長 ・他の車載機との距離(車室内に設置の場合) 例えば、アンテナをルーフ上に設置した場合に比べ、ダ
ッシュボード上に設置した場合では、信号は減衰して受
信CNは低くなる。また、アンテナ搭載のLNA(Low
Noise Amplifier)の仕様や、ケーブル長に依存して受
信CNが高くなることもある。このため、同じGPS受
信装置であっても、CNスレッショルドと受信CNの関
係が図6の場合と異なってくる場合がある。
環境での、CNスレッショルドと受信CNの関係を示し
ている。受信感度が高まることによって、目的の衛星か
らの直接波の信号と妨害波の双方の受信CNが高くな
る。このとき、CNスレッショルドとしては図6の場合
と同じ値(符号91)が用いられるので、妨害波の一部
はCNスレッショルドより高くなり、信号と妨害波を区
別することができない場合が生ずる。妨害波が誤って測
位に用いられると、測位解精度が劣化する。
ルドを高めに設定する必要がある。しかし、そのように
すると、アンテナをダッシュボード上に設置した場合
に、受信感度が低下し弊害が出る。低仰角の衛星受信、
街路樹による減衰等で、信号の受信CNがCNスレッシ
ョルドを下回る場合、本来は測位に用いることのできる
信号を、測位に用いることができず、測位解精度が劣
化、もしくは非測位となってしまう。
た。すなわち、本発明は、GPS受信装置の使用環境に
合わせてCNスレッショルドを適応的に変化させ、GP
Sアンテナの設置環境によらず、常に信号と妨害波を的
確に区別することのできるGPS受信装置を提供するこ
とを目的とする。
に、GPS受信装置に、受信中の信号の受信CNに基づ
いてCNスレッショルドを決定する閾値決定手段を付加
する(請求項1)。このことによって、設置環境に応じ
て適応的にCNスレッショルドを決定することが可能に
なる。
CN_maxと記す)を用いて、最適なCNスレッショルドを
決定することが適切である(請求項2)。受信中の信号
のCN_maxの取得を複数回行って、平均値を求めてそれを
CN_maxとすることもできる(請求項3)。
ことに対応する所定条件が満たされる場合のみ行われる
のがより好ましい(請求項4)。良好なGPS受信であ
るかは、例えば、GPS信号が受信できる衛星の数が所
定数以上であるという条件で決定することができる(請
求項5)。
スレッショルドの更新を継続的に行うことで、測位解精
度を常に高い精度に保つことができる(請求項6)。
を減算して決定することができる(請求項7)。例え
ば、CN_maxから固定値(例えば十数dB)を引いて求め
ても良い。
に最適なCNスレッショルドを割り当てたCNテーブル
を用意し、このCNテーブルを参照して求めても良い
(請求項8)。
またはプログラム領域で、あらかじめデフォルト値に初
期化しておくことで、CNスレッショルドが決定される
までの間はデフォルト値を用いることができる(請求項
9)。
らのGPS信号を受信し測位を行うGPS受信装置であ
って、捕捉可能な衛星が所定数以上ある場合に、捕捉可
能な衛星からのGPS信号の受信CNのうち最大値を記
憶する第1記憶手段と、第1記憶手段に記憶された最大
値のうち平均値としての平均CN値を算出する算出手段
と、想定される平均CN値毎に最適な閾値を対応付けた
テーブルを格納する為の第2記憶手段と、算出手段によ
って算出された平均CN値に対応する閾値を第2記憶手
段に格納されたテーブルを参照して取得して閾値の更新
を行う制御手段とを備えている。制御手段によって、閾
値を常に最適な値に更新することができる。さらに、こ
のGPS受信装置は、更新された閾値と、受信されたG
PS信号の受信CNとを比較することによって、測位に
用いる衛星を決定する衛星決定手段を備える。衛星決定
手段は、使用環境に合わせて最適に保たれる閾値を用い
て衛星の決定を行うことができるので、使用環境によら
ず常に妨害波を排除して測位を行うことが可能になる。
のGPS受信装置1の構成を表すブロック図である。G
PS受信装置1は、RF部2、デジタル相関処理部3、
測位演算部4から構成される。RF部2は、基準クロッ
ク24、シンセサイザ23、ダウンコンバータ21、及
びA/Dコンバータ22から成り、GPSアンテナ5で
受信された信号を中間周波数信号に変換した後にデジタ
ル化して、デジタル相関処理部3に出力する。デジタル
相関処理部3は、スペクトラム拡散されているGPS信
号を逆拡散するための機能ブロック(キャリア相関部3
1、PRNコード相関部32、キャリアNCO33、P
RNコード発生部34、コードNCO35)をチャンネ
ル数に相当する複数個備えている。デジタル相関処理部
3では、搬送波との相関処理、およびPRNコードとの
相関処理が行われる。キャリア追尾ループ42、コード
追尾ループ41によって、GPS信号のアクイジション
(捕捉)及びトラッキング(追跡)において、キャリア
NCO(NCO;数値制御発振器)33、コードNCO35
がそれぞれ制御される。
PRNコード発生部34のコード発生タイミングと、キ
ャリアNCO33の位相変化量をもとにして、位置、速
度、方位などの測位解を算出する。測位解を求める為の
測位演算は、一定時間間隔で、ここでは1秒毎に実行さ
れることとする。得られた測位解は、入出力データ43
としてホストシステムへ渡すことができる。なお、測位
演算部4はプロセッサから成り、プログラムの実行に必
要なROM、RAM、不揮発性メモリなど(不図示)が
接続されているものとする。
並行して、以下の処理が実行される。 ・受信CNの最大値CN_maxを求めるシーケンス(図2) ・CN_maxより、CNスレッショルドを求めるシーケンス
(図3) そして、以上の処理によって決定されたCNスレッショ
ルドが、測位演算の過程における衛星サーチシーケンス
内において、GPS信号の選択処理で用いられる(図
5)。
を求めるシーケンスについて説明する。図2において、
CNbuf[i]は、毎秒の測位演算過程における受信CNの
最大値を記憶しておくバッファである。カウンタiは、
良好なGPS受信の継続期間を計るカウンタであり、電
源投入時などシステムが動作を開始した直後に、ゼロに
初期化されるものとする。本シーケンスは、測位演算が
実行される毎に、すなわち1秒毎に、サブルーチンとし
て実行される。
判断する(S11)。ここでは、良好なGPS受信であ
るかを判断する為の基準として、測位に使用している衛
星の数が5つ以上であるという基準を用いている。この
基準を満たさない場合には(S11:NO)、カウンタ
iを0に初期化してシーケンスを抜ける(S13、S1
8)。基準を満たした場合(S11:YES)、カウン
タiに1を加える(S12)。さらに、測位に使用して
いる衛星の受信CNのうち、最も高い値をバッファCnbu
f[i]に記録する(S14)。
る(S15)。ここでは、10秒(i=10)になった
かを判断している。10秒に達していれば(S15:Y
ES)、最大受信CNを記録したバッファCnbuf[10:1]
から平均値をとり、CN_maxとする。そして、i=0に初
期化してシーケンスを終える。ステップS15の条件を
満たさない場合(S15:NO)、何もせずにシーケン
スを終える(S18)。以上の動作によって、常時GP
S受信環境に適応した受信CNの最大値を求め、更新す
ることができる。
ら、CNスレッショルドを決定する。この動作のフロー
チャートは、図3に示されている。すなわち、ここで
は、不揮発性メモリに予め保存された、各々のCN_max
と、それに対する最適なCNスレッショルドとを記録し
たテーブルを参照して、CNスレッショルドを決定する
(S21)。なお、ステップS21において、テーブル
を参照してCNスレッショルドを決定する事に代えて、
例えば、CN_maxから所定の数値だけ低くCNスレッショ
ルドを設定するなど、CNスレッショルドを計算によっ
て求めても良い。
は、テーブルとして不揮発性メモリ内に保存しておくこ
ともできる。その際、適当な範囲で区切ったCN_maxの代
表値CN_max_centを求め、CN_max_centとCNスレッショ
ルドとの対応関係をテーブルとして保存しておくのが効
率的である。図4(a)は、CN_maxの代表値を求めるグ
ラフである。CN_maxを量子化した代表値が、CN_max_cen
tとして求められる。図4(b)は、CN_max_centに対応
する最適なCNスレッショルドのテーブルの一例であ
る。
CN_maxに対応した最適なCNスレッショルドを得ること
ができる。そして、測位の過程でCNスレッショルドを
使用して、受信したGPS信号の選択を行う。この選択
は、衛星サーチシーケンスの一部として行われる。図5
は、CNスレッショルドを用いたGPS信号の選択を含
む衛星サーチシーケンスを表している。
定し、1からNまでリストアップする(S31)。GP
S受信装置自身の大まかな位置と時間を持っていれば、
保存している航法データより、それぞれの衛星がどの方
向にあるのかが分かるので、ここでは仰角の高い順にリ
ストアップする。GPS受信装置の位置と時間を持たな
いときは、PRNを番号順にサーチする。ステップS3
2からのループで、サーチを行う。まず、基準クロック
24で用いられるオシレータ回路の周波数安定性を、温
度や前回測位時の周波数ずれなどから推定する(S3
3)。次に、j番目にサーチする衛星のドップラー周波
数を、GPS受信装置の移動速度、航法データ、サーチ
の状況などから推定し(S34)、推定したドップラー
周波数でサーチを行う(S35)。
ら(S36:YES)、捕捉した信号の受信CNを求め
る(S37)。アクイジションできなかったときは、j
に1加算して(S41)、ループの先頭に戻って次のP
RNについてサーチを行う。ステップS37で受信CN
を求めたら、求められた受信CNとCNスレッショルド
の比較を行う(S38)。その結果、受信した衛星の受
信CNがCNスレッショルドを上回っていれば(S3
8:YES)、その衛星の信号をトラッキングし、測位
に使用する(S39)。一方、受信CNがCNスレッシ
ョルド以下である場合には(S38:NO)、その衛星
の信号はトラッキングしない、つまり測位に用いないこ
ととし(S40)、jに1加算して(S41)、ループ
の先頭に戻って次のPRNについてサーチを行う。
後、リストアップされた全ての衛星について処理をした
かどうか判定する(S42)。jがNを超えていない場
合、リストアップされた全ての衛星について処理が終了
していない(S42:NO)、ループの先頭に戻って次
のPRNについて処理を行う。リストアップした全ての
衛星について処理が終了したら(S42:YES)、ル
ープの終了となる。そして、リスト中の全ての衛星につ
いてトラッキングされていれば(S43:YES)、本
シーケンスを終了する(S44)。アクイジションが成
功しない衛星があった場合は(S43:NO)、ステッ
プS32に戻りもう一度ループを実行する。
_maxを求めるシーケンス(図2)又はCNスレッショル
ドを求めるシーケンス(図3)、また、測位演算処理と
並行して行われ、トラッキングした衛星のデータが逐次
測位に使用される。そのため、CNスレッショルドが決
定していない期間は、不揮発性メモリに予め保存された
デフォルトのCNスレッショルドを用いるものとする。
このデフォルト値は、設計もしくは生産時に決定され、
所定の条件でGPS受信装置を初期化した際に使用され
る。
々な変形を行うことができる。例えば、受信CNの最大
値を求めるシーケンス(図2)に関しては、受信CNの
最大値を求める為の様々な変形例が考えられる。ステッ
プS11における、良好なGPS受信であるかを判断す
る為の基準としての、測位に使用する衛星5個以上とい
う基準は、他の個数、他のパラメータ(DOP又はそれ
に関連するパラメータなど)を用いるなど、他の基準で
置き換えることができる。
装置は、設置環境に合わせてCNスレッショルドを適応
的に変化させ、設置環境に左右されずに常に信号と妨害
波を的確に区別し、常に最適な衛星を選択して測位を行
うことができる。設置環境に左右されずに、測位解精度
を高めることができる。
成を表すブロック図である。
の最大値を求める処理のフローチャートである。
の最大値よりCNスレッショルドを求める処理のフロー
チャートである。
付けるテーブルの一例について説明するための図であ
る。
を含む衛星サーチシーケンスを表す。
ョルドと受信CNの関係を示す図である。
Nスレッショルドと受信CNの関係を示す図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 複数の衛星からのGPS信号を受信し測
位を行うGPS受信装置であって、 受信された各衛星からのGPS信号の受信CNに基づい
て、測位演算に用いるか否かを判定するための、受信C
Nに対する閾値を決定する閾値決定手段と、 決定された前記閾値と、受信されたGPS信号の受信C
Nとを比較することによって、測位に用いる衛星を決定
する衛星決定手段と、 を備えることを特徴とするGPS受信装置。 - 【請求項2】 前記閾値決定手段は、受信された各衛星
からのGPS信号の受信CNのうちの最大値を取得し、
取得された前記最大値に基づいて前記閾値を決定するこ
と、を特徴とする請求項1に記載のGPS受信装置。 - 【請求項3】 前記閾値決定手段は、受信中の各衛星か
らのGPS信号のうち最大値を取得する動作を複数回行
い、取得された前記複数の最大値の平均値を求め、求め
られた前記平均値に基づいて前記閾値を決定すること、
を特徴とする請求項2に記載のGPS受信装置。 - 【請求項4】 前記閾値決定手段は、良好なGPS受信
であることに対応する所定条件が満たされる場合のみ前
記最大値の取得を行うこと、を特徴とする請求項2又は
請求項3に記載のGPS受信装置。 - 【請求項5】 前記所定条件は、GPS信号が受信でき
る衛星の数が所定数以上であるという条件であること、
を特徴とする請求項4に記載のGPS受信装置。 - 【請求項6】 前記閾値決定手段は、前記最大値又は前
記複数の最大値の平均値を求めること、及び、前記最大
値又は前記複数の最大値の平均値に基づいて前記閾値を
決定することを継続的に実行することによって、前記閾
値の更新を継続的に行うこと、を特徴とする請求項2か
ら請求項5のいずれかに記載のGPS受信装置。 - 【請求項7】 前記閾値決定手段は、前記最大値又は前
記複数の最大値の平均値から所定値を減算して前記閾値
を決定すること、を特徴とする請求項2から請求項6の
いずれかに記載のGPS受信装置。 - 【請求項8】 受信CN毎に最適な閾値を対応付けたテ
ーブルを予め記憶させた記憶手段をさらに備え、 前記閾値決定手段は、前記記憶手段に格納されたテーブ
ルを参照して前記閾値を決定すること、を特徴とする請
求項1から請求項6のいずれかに記載のGPS受信装
置。 - 【請求項9】 前記記憶手段には、さらに前記閾値とし
てのデフォルト値が予め格納され、 前記衛星決定手段は、前記閾値決定手段によって前記閾
値が未だ決定されていない場合には、前記閾値として、
前記記憶手段に格納された前記デフォルト値を用いるこ
と、を特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記
載のGPS受信装置。 - 【請求項10】 複数の衛星からのGPS信号を受信し
測位を行うGPS受信装置であって、 捕捉可能な衛星が所定数以上ある場合に、前記捕捉可能
な衛星からのGPS信号の受信CNのうち最大値を記憶
する第1記憶手段と、 前記第1記憶手段に記憶された最大値のうち平均値とし
ての平均CN値を算出する算出手段と、 想定される平均CN値毎に最適な閾値を対応付けたテー
ブルを格納する為の第2記憶手段と、 前記算出手段によって算出された平均CN値に対応する
閾値を前記第2記憶手段に格納されたテーブルを参照し
て取得して前記閾値の更新を行う制御手段と、 前記更新された閾値と、受信されたGPS信号の受信C
Nとを比較することによって、測位に用いる衛星を決定
する衛星決定手段と、 を備えることを特徴とするGPS受信装置。
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