JP2921435B2 - 測位信号受信機 - Google Patents
測位信号受信機Info
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Description
ning System )と称される衛星を使用した測位システム
の受信機に適用して好適な測位信号受信機に関する。
測位システムの受信機が各種開発されている。この受信
機による測位は、地球を周回する複数個(約24個)の
人工衛星から送信される測位信号を受信して、各衛星か
らの測位信号に含まれる情報を復調し、復調して得た情
報を解析して現在位置を測位するものである。この場
合、各衛星から送信される測位信号に含まれる情報とし
ては、衛星の時刻データ,衛星の位置を算出するための
軌道データ等があり、これらの情報が含まれた測位信号
をスペクトラム拡散変調されると共に、2つの搬送波で
直交位相変調(2相PSK変調)されて送信されてい
る。この2つの搬送波の周波数は、全ての衛星が同じ周
波数(1227.6MHzと1575.42MHz)が
使用され、スペクトラム拡散変調する際のコードが各衛
星で異なる。
衛星からの測位信号を同時期に受信して、この受信した
3個の衛星からの測位信号に含まれる情報を復調し、復
調した情報を解析して、位置を測位する処理を行う。こ
のため、GPSによる受信機は、複数チャンネルの受信
部を備え、各受信部で1個ずつ別の衛星からの測位信号
を捕捉するようにしてある。
GPS受信機では、各チャンネルの受信部で衛星からの
測位信号を捕捉して、始めて正確な測位ができるのであ
るが、この測位信号を捕捉するまでには時間がかかり、
受信機で受信を開始してから現在位置を測位できるまで
に時間がかかる不都合があった。即ち、各衛星から送信
される測位信号は、衛星からの送信する際には規定され
た一定周波数としてあるが、衛星と受信機との相対速度
によるドップラー効果で、実際に受信機で受信される周
波数には変動がある。従って、各衛星からの測位信号を
正確に捕捉するためには、衛星からの信号が存在すると
思われる周波数範囲内で、衛星からの信号が受信できる
まで受信周波数を変化させるサーチ処理を行っており、
衛星からの信号を捕捉して測位できるまでには時間がか
かっていた。
の信号の捕捉に時間かかかる要因として、ドップラー効
果による周波数の変動の他に、受信機が備える発振器の
発振精度の問題があった。即ち、受信機が備える発振器
の発振周波数が何らかの要因で変動した場合には、受信
機の受信周波数が対応して変動するために、変動分だけ
受信周波数をシフトさせなければ、衛星からの信号を捕
捉することはできない。従って、上述した受信周波数を
変化させるサーチ時には、発振器の発振精度を考慮して
受信周波数を変動させる範囲を広く設定する必要があ
り、衛星からの信号捕捉時には、それだけ広い周波数範
囲のサーチを行う必要があった。
信号捕捉に必要な時間を短縮することを目的とする。
に本発明は、測位信号の受信周波数を決定する周波数信
号の発振手段と、この発振手段の温度を検出する温度セ
ンサと、この温度センサの検出データに基づいて発振手
段の発振周波数のドリフト分を補正するための補正デー
タを記憶する記憶手段とを備えたものである。
フト分を、補正データに基づいた受信処理の補正で補正
することで、発振手段の発振周波数の温度変動による悪
影響を除去することができ、精度の良い測位信号の捕捉
処理が可能になる。
て説明する。
を使用した測位システムの受信機に適用したもので、図
1にその受信機の構成を示す。この受信機は、衛星から
の測位信号(この測位信号はスペクトラム拡散信号であ
る)を受信するアンテナ11を備え、このアンテナ11
は増幅器12に接続され、この増幅器12で増幅された
受信信号をバンドパスフィルタ(BPF)13を介して
混合器14に供給し、この混合器14でPLL回路(フ
ェーズ・ロックド・ループ回路)32が出力する周波数
信号を混合して、所定の周波数(1.5GHz帯)の受
信信号を第1中間周波信号に周波数変換する。
数信号は、水晶発振器31が出力するほぼ一定の周波数
信号を、PLL回路32内の分周器で分周して作成した
信号で、その分周比などを制御することで、PLL回路
32が出力する信号の周波数が変化する。この分周比な
どにより決まるPLL回路32の発振周波数は、後述す
る中央制御装置35により制御される。
波信号を、バンドパスフィルタ15を介して混合器16
に供給する。この混合器16は、第1中間周波信号に、
水晶発振器31が出力するほぼ一定の周波数信号を混合
して、第2中間周波信号に周波数変換する。
間周波信号を、ハイパスフィルタ(HPF)17及び増
幅器18を介して復調部19に供給し、GPS用測位信
号の復調処理を行う。この復調部19での復調処理とし
ては、第2中間周波信号へのPN符号(擬似ランダム符
号)の乗算によるスペクトラム逆拡散処理と、このスペ
クトラム逆拡散された信号のPSK復調などによる伝送
データの復調処理とを行い、衛星から伝送されるデータ
(時刻データ,軌道データ等)を得る。この場合、スペ
クトラム逆拡散処理に使用するPN符号は各衛星毎に決
められた値としてあり、このPN符号の選択で受信する
衛星の選択ができる。この受信する衛星の選択(即ちP
N符号の選択)は、この受信機の受信動作を制御するマ
イクロコンピュータである中央制御装置(CPU)35
による制御で行われ、所望の衛星が復調部19で捕捉で
きたか否か中央制御装置35で判断できるようにしてあ
る。
理(例えば8チャンネルの復調処理)が同時にできるよ
うにしてあり、複数の衛星からの測位信号を同時期に受
信して復調できるようにしてある。この複数の復調処理
を同時に行うための構成としては、復調回路そのものが
複数ある場合と、1個ないし数個の復調回路で、それぞ
れ時分割に別の衛星の捕捉処理を行うようにして、復調
回路の数を越える数の衛星からの測位信号を同時期に受
信して復調する場合とがある。
れの衛星からの伝送データを、演算処理部20に供給
し、その伝送データで示される捕捉した各衛星の軌道
と、各衛星からの信号の伝搬時間(スペクトラム逆拡散
時に発生させたPN符号の位相で判断)とを判断し、判
断したそれぞれのデータを使用した演算で現在位置を算
出する。この現在位置を算出処理としては、例えば4個
のGPS用衛星からの測位信号を同時期に捕捉できた場
合には、ある時刻での4個の衛星の位置を、受信して得
た軌道データなどに基づいて算出し、各衛星と測位点
(現在位置)との距離を、検出した伝搬遅延から求め、
これらの衛星の位置データと距離データから導いた4元
連立方程式を解いて、測位点の位置を求めるものであ
る。
部21に供給する。表示部21では供給される現在位置
を所定の態様で表示(例えば緯度,経度,高度の表示)
させる。或いは、ナビゲーション装置用の受信機の場合
には、現在位置とその近傍の地図などを表示部21で表
示させる。
配置位置の近傍に温度センサ32を設け、この温度セン
サ32が検出した温度データ(温度に比例して電位が変
化する電圧データ)を、アナログ/デジタル変換器34
に供給し、このアナログ/デジタル変換器34で電位に
応じたデジタルデータに変換し、変換されたデジタルデ
ータを中央制御装置35に供給する。そして、中央制御
装置35は、この供給される温度データと、そのときの
発振器31の発振周波数のドリフト量のデータとを記憶
するメモリ(図示せず)を備え、このメモリへ逐次デー
タを記憶させる。この場合、発振器31の発振周波数の
ドリフト量については、衛星からの信号をサーチ処理で
捕捉して現在位置の測位ができたとき、検出することが
できる。即ち、GPSによる測位システムの場合には、
衛星からの信号をサーチ処理で捕捉して現在位置の測位
ができたとき、所定の演算により発振器31の正確な発
振周波数が判るもので、検出した正確な発振周波数と、
発振器31が発振するように決められた周波数との差の
データを、ドリフト量のデータとして温度データと共に
記憶する。この温度データとドリフト量データとの記憶
状態については後述する。
部19で各衛星からの信号を捕捉させる際には、そのと
きの温度センサ33が検出した温度データと、このメモ
リに記憶された温度データとドリフト量のデータとを使
用して、衛星からの信号を捕捉処理させる周波数範囲を
シフトさせる。即ち、温度センサ33が検出した温度デ
ータを中央制御装置35が判断して、メモリの対応した
温度の記憶データを参照して、そのときの発振器31の
発振周波数のドリフト量を推定し、推定したドリフト量
だけ復調部19で受信データをサーチする周波数範囲を
オフセットさせる(即ちサーチする範囲を変化させる)
制御を行う。
度データとドリフト量のデータとを記憶させる状態と、
その記憶状態に基づいてドリフト量を推定する処理を説
明する。
メモリへの記憶状態について説明すると、次の表1に示
すように記憶される。
3x,T4x,‥‥Tkx,‥‥Tnxは、このGPS受信機が
使用される可能性のある温度範囲内で、所定間隔で設定
した温度である。例えば、この受信機が使用可能な温度
範囲が、ほぼ−20℃〜+50℃であるとき、この範囲
内で10℃毎に設定した値(例えば−20℃,−10
℃,±0℃,+10℃,+20℃,+30℃,+40
℃,+50℃)で、この温度代表値T1x〜Tnxは予め決
めた値がメモリに記憶させてある。
号を受信した際には、中央制御装置35が、そのときの
温度センサ33の検出温度を監視し、そのときの温度
が、各温度代表値T1x〜Tnxのいずれかの値に近い温度
となったとき、そのときの検出温度と、そのときの測位
演算より求めた発振器31の発振周波数のドリフト量と
を、対応した温度代表値の1個前の温度,ドリフト量の
データ記憶エリアに記憶させる。例えば、温度代表値T
1xに近い温度T11を検出したとき(例えば代表温度値の
±2℃の範囲の温度を検出したとき)、そのときの温度
T11と周波数のドリフト量D11とを、温度代表値T1xに
対応した1個前の温度,ドリフト量のデータ記憶エリア
に記憶させる。
温度,ドリフト量のデータ記憶エリアは、それぞれの温
度代表値毎に複数用意され、m個前(mは任意の整数:
例えば3程度の値)までの温度,ドリフト量のデータ記
憶エリアを備え、1個前の温度,ドリフト量のデータ記
憶エリアに新たなデータを記憶させた場合には、その温
度代表値の各エリアに記憶されたデータを、順に1個ず
つ前の記憶エリアに移す処理を行う。そして、m個前の
温度,ドリフト量のデータ記憶エリアに記憶されたデー
タ(即ちその温度代表値に関する最も古いデータ)につ
いては、消去させる。
れぞれの温度代表値T1x〜Tnxに対応したm個の温度,
ドリフト量の記憶データの平均温度と、平均ドリフト量
とを中央制御装置35内の演算処理で求め、その値を平
均温度T1,T2,T3,T4,‥‥Tk,‥‥Tn 及び平均ドリ
フト量D1,D2,D3,D4,‥‥Dk,‥‥Dn として、対応
したエリアに記憶させる。
の温度,ドリフト量のデータ記憶エリアに新たなデータ
が記憶される毎に、その温度代表値の平均温度と平均ド
リフト量のデータは更新される。
たデータを使用して、このGPS受信機で測位する場合
には、水晶発振器31の発振周波数のドリフト量を推定
する。この推定されるドリフト量Dは、現在の温度セン
サ33より得られた温度をT(Tk <T<Tk+1 )とす
るとき、次式に基づいて算出される。
出処理は、図3に示す原理にて行われる。即ち、検出さ
れた現在の温度Tが、或る温度代表値Tkxの実測平均値
Tkと、その1つ上の温度代表値Tkx+1の実測平均値T
k+1 との間の値であるとき、それぞれの平均値Tk 及び
Tk+1 を横軸とし、それぞれの平均値に対応した平均ド
リフト量Dk 及びDk+1 を縦軸としたとき、両点を結ぶ
直線αを求める。そして、その直線αを使用して、その
間の現在温度Tのドリフト量Dを検出する。
た周波数だけ、中央制御装置35の制御により、PLL
回路32が出力する周波数を変化させて、温度による周
波数の変動を除去させる処理を行い、そのドリフト補正
が行われた周波数を基準として衛星からの測位信号を捕
捉するサーチ処理を行う。
サーチ処理を、図2のフローチャートを参照して説明す
る。まず、衛星を捕捉するサーチ処理が開始されると
(ステップ101)、中央制御装置35は温度センサ3
3から検出された現在温度を判断して、水晶発振器31
の発振周波数のオフセットを推定する(ステップ10
2)。この推定処理は、上述した表1に示すメモリの記
憶データを使用して、〔数1〕式より推定するものであ
る。
フセットを推定すると、この推定したオフセット分だ
け、復調部19で衛星からの測位信号をサーチする周波
数範囲の中心周波数をシフトさせる(ステップ10
3)。そして、このシフトされた中心周波数を中心とし
て復調部19で復調処理させる周波数を上下に若干変化
させて、衛星からの測位信号を捕捉させる。ここで、衛
星からの測位信号を捕捉できたか否か、即ち復調部19
で衛星からの測位信号を復調できたか否か判断し(ステ
ップ104)、捕捉できたと判断したときには、その周
波数での受信を継続させ、衛星のサーチ処理を終了する
(ステップ105)。
が検出されない場合には、復調部19でサーチする周波
数を変化させる(ステップ106)。そして、変化させ
た後、信号を検出するように設定された全エリアをサー
チしたか否か判断し(ステップ107)、全エリアをサ
ーチしてない場合には、ステップ104に戻って、衛星
の捕捉ができたか否かの判断と、捕捉できない場合の周
波数変化とを繰り返し行う。そして、ステップ107で
全エリアをサーチしたと判断したときには、ステップ1
02に戻って、温度センサの検出温度に基づいたオフセ
ット周波数の設定を再度行う。
号を捕捉する周波数を、温度により補正してサーチ処理
を行うことで、サーチ処理に要する時間を短縮すること
ができる。即ち、温度変化により水晶発振器31の発振
周波数に変動があっても、復調部19で復調される周波
数が適切に補正され、衛星からの測位信号をサーチする
場合の中心周波数を常に適切な周波数とすることがで
き、発振器の発振周波数の温度による変動を見込んで、
サーチする周波数範囲を広くしていた従来の受信機に比
べ、それだけサーチする周波数範囲を狭くすることがで
き、測位に必要な3個乃至4個の衛星からの測位信号を
受信するまでのサーチ時間を短縮することができ、測位
動作を開始してから、実際に測位できるまでの時間を短
縮させることができる。
なく、何らかの要因で捕捉していた衛星からの信号を、
一時的に見失ったときに再捕捉を行う場合の、再捕捉に
要する時間を短縮させることもできる。
の算出するのに使用する平均ドリフト量と、その平均温
度とを、中央制御装置35内のメモリに記憶されたデー
タの単純平均より求めるようにしたが、メモリに記憶さ
れた過去の温度,ドリフト量のデータと、新たに記憶さ
れた温度,ドリフト量のデータとに、何らかの重み付け
を行って、平均温度及び平均ドリフト量を求めるように
しても良い。
のデータTk ,Dk と、メモリに記憶された1個前の温
度,ドリフト量のデータTk1,Dk1〜m個前の温度,ド
リフト量のデータTkm,Dkmに、それぞれ異なる重み付
け係数a,b,c‥‥mを乗算させて、次式のように平
均温度Tkx及び平均ドリフト量Dkxを求めるようにして
も良い。
にしたことで、過去のデータを尊重した平均データの算
出が行われ、一時的な温度測定値の誤差などに依存しな
い良好なデータが得られ、常時良好な温度補正が可能に
なる。
複数個の過去の温度とそのときのドリフト量を記憶させ
るようにしたが、m=1として過去の前回の測定データ
だけを記憶させて、重み付け係数を1:1とし、次式に
基づいて平均温度Tkx及び平均ドリフト量Dkxを求め
て、メモリに記憶させるようにしても良い。
るデータ量を少なくすることができ、メモリの記憶容量
を削減させることができる。
例を示したもので、他の構成の測位信号の受信回路にも
適用できる。即ち、受信周波数を決める周波数信号の発
生手段の温度を検出して、その温度に基づいて受信周波
数範囲や受信周波数そのものを補正するような構成であ
れば、種々の回路構成の測位信号の受信回路に適用でき
る。さらに、上述実施例ではGPS用の受信機に適用し
たが、他の測位システム用の受信機にも適用できること
は勿論である。
のドリフト分を、補正データに基づいた受信処理の補正
で補正することで、発振手段の発振周波数の温度変動に
よる悪影響を除去することができ、温度変動による影響
のない正確な測位信号の捕捉処理が可能になり、迅速に
測位信号を捕捉して測位できるようになる。
で、発振手段の発振周波数を算出し、算出された発振周
波数と、そのときの温度センサの検出データとを、記憶
手段に記憶させて、補正データを更新させるようにした
ことで、常時最新のデータに基づいた補正が行われるよ
うになる。
に、更新された補正データと、以前から記憶されていた
補正データとの平均値を、新たな補正データとするよう
にしたことで、より精度の高い補正データに更新される
ようになり、より精度の高い迅速な捕捉処理が可能にな
る。
フローチャートである。
す特性図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 それぞれ異なる位置より所定の周波数で
送信される複数の測位信号を受信し、受信したそれぞれ
の測位信号に含まれる情報を復調し、復調したそれぞれ
の情報を解析して現在位置を測位する測位信号受信機に
おいて、 上記測位信号の受信周波数を決定する周波数信号の発振
手段と、 該発振手段の温度を検出する温度センサと、 該温度センサが検出した温度データと上記発振手段の発
振周波数のドリフト量データとを対応させた補正データ
を記憶する記憶手段と、 該記憶手段が記憶している補正データ中の、上記温度セ
ンサが検出した温度を含む所定温度範囲内の温度データ
に対応したドリフト量データに基づいて、上記発振手段
の発振周波数のドリフトを補正して上記発振手段の発振
周波数を定める制御手段とを備えた 測位信号受信機。 - 【請求項2】 復調した情報に基づいた解析で、上記発
振手段の発振周波数を算出し、 算出された発振周波数と上記制御手段で定めた発振周波
数とに基づいて求めたドリフト量データと、上記発振手
段がその算出された発振周波数で発振しているときに上
記温度センサが検出した温度データとを対応させたデー
タを、上記記憶手段に記憶させて、上記補正データを更
新させるようにした請求項1記載の測位信号受信機。 - 【請求項3】 上記更新された補正データと、以前から
記憶されていた補正データとの平均値を、新たな補正デ
ータとするようにした請求項2記載の測位信号受信機。 - 【請求項4】 それぞれ異なる位置より所定の周波数で
送信される複数の測位信号を受信し、受信したそれぞれ
の測位信号に含まれる情報を復調し、復調したそれぞれ
の情報を解析して現在位置を測位する測位信号受信機に
おいて、 受信部の局部発振手段の温度を検出する温度センサと、該温度センサが検出した温度データと上記局部発振手段
の局部発振周波数のドリフト量データとを対応させた補
正データを記憶する記憶手段と、 該記憶手段が記憶している補正データ中の、上記温度セ
ンサが検出した温度を含む所定温度範囲内の温度データ
に対応したドリフト量データに基づいて、上記局部発振
手段の局部発振周波数のドリフトを補正して上記局部発
振手段の局部発振周波数を定める制御手段とを備えた 測
位信号受信機。 - 【請求項5】 上記ドリフトの補正により、上記局部発
振手段のサーチ周波数範囲を変えるようにした請求項4
記載の測位信号受信機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7388495A JP2921435B2 (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 測位信号受信機 |
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JPH08271606A JPH08271606A (ja) | 1996-10-18 |
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JP7388495A Expired - Fee Related JP2921435B2 (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 測位信号受信機 |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
US7548130B2 (en) | 2003-03-17 | 2009-06-16 | Seiko Epson Corporation | Characteristic automatic compensating apparatus, characteristic automatic compensating method, characteristic automatic compensating program of oscillator and positioning signal receiver |
CN103135114A (zh) * | 2011-12-01 | 2013-06-05 | 株式会社电装 | 定位卫星信号接收机、定位卫星信号接收方法和计算机可读存储介质 |
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---|---|---|---|---|
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JP5673044B2 (ja) * | 2010-12-03 | 2015-02-18 | セイコーエプソン株式会社 | 温度補償型圧電発振器、周波数補正システム、周波数ドリフト補正方法 |
-
1995
- 1995-03-30 JP JP7388495A patent/JP2921435B2/ja not_active Expired - Fee Related
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