JP3067000B2 - Gps受信方法 - Google Patents
Gps受信方法Info
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Description
ッセージ(衛星の時刻や軌道等のデータ)を受信して、
ユーザの現在位置を得るGPS受信方法に関する。
航法メッセージを利用して、ユーザの位置を得るGPS
(Global Positioning System)と呼ばれる測位システ
ムがある。このシステムにおいては、各衛星から、疑似
ランダムノイズ(チップ速度1.023MHz)で航法
メッセージをスペクトラム拡散するとともに、そのスペ
クトラム拡散信号で搬送波(1575.42MHz,1
227.6MHz)をPSK変調した信号が送信され
る。
似ランダムノイズが使用されているため、受信側におい
て、符号パターンの疑似ランダムノイズを選択的に使用
することで、各衛星からの航法メッセージを分離して受
信することができる。
利用して、ユーザの現在位置(xu,yu,zu)を求
める方法を説明する。
ジには、衛星の時刻や軌道等のデータが含まれている。
各衛星は、GPS時(原子時計が刻む正確な時刻)を保
持しており、1980年1月6日0時UTC時を、同年
同月同日0時GPS時としてスタートさせている。ここ
で、UTCは協定世界時である。
衛星からの航法メッセージの時刻データによる時間軸
を、それぞれSV1乃至SV4とするとともに、ユーザ
の時刻データによる時間軸をSVuとする。時間軸SV
u上で時刻tuであるとき、時間軸SV1乃至SV4上
で時刻t1乃至t4であれば、ユーザの現在位置(x
u,yu,zu)から各衛星の現在位置(xi,yi,
zi)までの距離ri(iは各衛星に対応する1乃至4
の添字)は、それぞれ次式に示すようになる。尚、Cは
光速である。
得られる。各衛星位置(xi,yi,zi)(i=1乃
至4)は、各衛星からの航法メッセージの軌道データに
基づいて算出される。 [(x1−xu)2+(y1−yu)2+(z1−zu)2]1/2 =C(tu−t1) [(x2−xu)2+(y2−yu)2+(z2−zu)2]1/2 =C(tu−t2) [(x3−xu)2+(y3−yu)2+(z3−zu)2]1/2 =C(tu−t3) [(x4−xu)2+(y4−yu)2+(z4−zu)2]1/2 =C(tu−t4) ・・・(2)
を解くことで、xu,yu,zuを算出することができ
る。この場合、tuを未知数として計算により求めるこ
とができるため、ユーザの受信機に高価な原子時計を備
える必要がなくなる。
ッセージのフォーマットについて説明する。航法メッセ
ージは、その伝送ビットレートが50bps、メインフ
レームの全ビット数が1500ビットとされている。そ
のため、1メインフレーム送るのに30秒かかる。各メ
インフレームは、6秒、300ビットずつの5つのサブ
フレームに分割されている。
ンブル(同期信号)が配置され、その後に17ビットの
TOWC(Time of Week Count)が配置されている。T
OWCは、週(Week)の最初よりサブフレームの数をカ
ウントした値である。また、メインフレームを構成する
5個のサブフレームのうち、最初のサブフレーム1のT
OWCの後には、10ビットのWN(Week Number)が
配置されている。図4(A)は、1980年1月6日0
時から始まる第1週のメインフレームを示している。同
図(B)は、第n週の最初から4つのメインフレームを
示している。
(B)に示すように、10個のワードから構成され、各
ワードは、600mse、30ビットからなっている。
10個のワードのうち、最初のワード1の先頭の8ビッ
トはプリアンブルとされ、次のワード2の先頭の17ビ
ットはTOWCとされている。各ワードの最後には、6
ビットの誤り訂正用のパリティが配置されている。各ワ
ードのパリティは、そのワードの24ビット、およびそ
の前のワードの最後の2ビットの合計26ビットに対し
て付加されている。
トが50bpsであるため、図5に示すように、ビット
周期は20msec(=1/50)となる。このような
航法メッセージが、上述したように、チップ速度が1.
023MHzの疑似ランダムノイズ(図5参照)でスペ
クトラム拡散される。この疑似ランダムノイズのコード
長(繰返し周期)は1msecであり、その20周期分
が航法メッセージの1ビットに正確に対応している。
尚、1チップ周期は、略1μsecとなる。
を受信するGPS受信方法では、時間軸SV1乃至SV
4の時刻t1乃至t4は、(3)式により算出される。 (i=1乃至4)
航法メッセージより前の週に検出されたWNが使用され
る。TOWiとしては、いま受信された航法メッセージ
より前のサブフレームで検出されたTOWCが使用され
るが、週の最初のサブフレームでは0が使用される。W
ORDiとしては、ワードのカウント値が使用され、こ
のカウント値はサブフレームの最初で0にリセットされ
る。BITiとしては、ビットのカウント値が使用さ
れ、このカウント値はワードの最初で0にリセットされ
る。SEQiとしては、逆拡散に使用される疑似ランダ
ムノイズの繰返し周期のカウント値が使用され、このカ
ウント値はビットの最初で0にリセットされる。CHI
Piとしては、チップのカウント値が使用され、このカ
ウント値は疑似ランダムノイズの繰返し周期の最初で0
にリセットされる。
散やPSK復調等の処理を施して得られるビットストリ
ームに基づいて、同期状態になったことを検出する。同
期がはずれた状態から同期状態とするために、衛星から
の信号にスペクトラム逆拡散の処理で乗算される疑似ラ
ンダムノイズの位相が調整される。同期状態となってか
ら、実際に同期状態になったことが検出されるまでの時
間は、ビット周期が20msecであることから、略2
0msec程度かかる。
似ランダムノイズのチップのカウント値よりCHIPi
が決定され、また、ビットエッジを基準とする疑似ラン
ダムノイズの繰返し周期のカウント値よりSEQiが決
定される。
ム)よりプリアンブルの検出が行われる。プリアンブル
は、各サブフレームの先頭に8ビットをもって配置され
ている。プリアンブルが検出されると、WORDiおよ
びBITiが決定される。
リアンブルが検出されるまでの時間は、サブフレーム周
期が6秒であることから、最大6秒かかる。
が行われ、TOWiが決定される。プリアンブルがワー
ド1の先頭に配置されているのに対して、TOWCはワ
ード2の先頭に配置され、ワード周期が600msec
であるので、プリアンブルが検出されてからTOWCが
検出されるまでの時間は、略600msec程度とな
る。
われる。WNは5サブフレーム毎に配置されるので、T
OWCが検出されてからWNを検出するまでの時間は、
最悪略30秒程度かかる。しかし、WNは1週間不変で
あり、その週内であれば、WNiの決定にWNの検出は
不要である。
した(2)式より、衛星の位置を演算により求めるよう
にしていた。しかしながら、例えばノイズなどにより誤
った位置が求められたとしても、それを確認することが
できず、結果的にユーザの現在位置も誤って算出されて
しまう課題があった。
ものであり、演算により求めた衛星の位置の確度を確認
することができ、もって、ユーザの現在位置をより正確
に求めることができるようにするものである。
は、複数の衛星から軌道情報と時刻情報を受信し、軌道
情報と時刻情報からユーザの少なくとも高度を含む位置
を演算し、演算により求めた高度を所定の閾値と比較
し、比較結果に対応して、演算した位置の確度を判定
し、判定した位置の確度に関する情報を、高度が閾値の
範囲内にない場合と、高度が閾値の範囲内にある場合
の、いずれの場合においても表示することを特徴とす
る。
を表示したり、あるいは高度が閾値の範囲内にあると
き、それを表示するようにすることができる。また、高
度が閾値の範囲内にないとき、演算により求めた位置情
報の利用を禁止するようにすることができる。さらに、
高度が閾値の範囲内にないとき、演算を再度実行するよ
うにすることも可能である。
衛星から受信した軌道情報と時刻情報をもとにして、ユ
ーザの位置が演算される。演算により求めた位置のう
ち、高度を所定の閾値と比較し、その比較結果に対応し
て位置の確度を判定し、その判定された確度を、高度が
閾値の範囲内にない場合と、高度が閾値の範囲内にある
場合の、いずれの場合においても表示する。従って、位
置の確度が低いとき、その位置情報を利用しないように
するなどして、より正確なユーザの現在位置を求めるこ
とが可能となり、さらに表示されている現在位置の確度
を知ることができる。
GPS受信機の一実施例を示し、本例は4個の衛星から
の航法メッセージ(航法データ)を受信し、これを利用
してユーザの現在位置を求めるものであり、4チャンネ
ルの受信系を有している。同図において、アンテナ1で
捕らえられる各衛星からの信号は、RFアンプ2で増幅
された後、混合器3で局部発振器4からの局部発振信号
と混合されて、中間周波信号に変換される。
チャンネル1乃至4の受信処理回路5−1乃至5−4に
供給される。受信処理回路5−1乃至5−4では、それ
ぞれ第1乃至第4の衛星からの航法メッセージを得るた
め、スペクトラム逆拡散およびPSK復調等の処理が行
われる。受信処理回路5−1乃至5−4では、それぞれ
第1乃至第4の衛星で使用される符号パターンの疑似ラ
ンダムノイズが使用され、第1乃至第4の衛星からの航
法メッセージが分離して得られる。
合器3より出力される中間周波信号は、逆拡散回路6に
供給され、疑似ランダムノイズ発生器(PRN発生器)
7からの疑似ランダムノイズを使用してスペクトラム逆
拡散される。逆拡散回路6の出力信号は、データ復調器
8に供給されてPSK復調され、復調データ(第1の衛
星からの航法メッセージDT1)としてCPU11に供
給される。CPU11は、航法メッセージDT1のビッ
トストリームに基づいてチャンネル1の同期状態を判断
する。そして、同期がはずれようとするとき、疑似ラン
ダムノイズコントローラ(PRNコントローラ)9を介
してPRN発生器7を制御し、疑似ランダムノイズの位
相を調整し、同期状態を維持するようにする。
ダムノイズのチップ速度に同期した1.023MHzの
クロックCKが出力され、このクロックCKはレンジカ
ウンタ10にカウントクロックとして供給される。
の繰返し周期(1msec)に同期した信号(エポック
EP1)が出力され、このエポックEP1はCPU11
に供給されるとともに、レンジカウンタ10にリセット
信号として供給される。レンジカウンタ10におけるク
ロックのカウント値は、疑似ランダムノイズのチップの
カウント値としてCPU11に供給される。CPU11
では、内蔵するカウンタにより、PRN発生器7からの
エポックEP1がデータDT1のビットエッジを基準に
カウントされる(疑似ランダム信号繰返し周期がカウン
トされる)。また表示部12には、CPU11の制御の
下に、所定のメッセージが表示される。
乃至4の受信処理回路5−2乃至5−4も、チャンネル
1の受信処理回路5−1と同様に構成されている。それ
ぞれの受信処理回路5−2乃至5−4より、データDT
2乃至DT4、エポックEP2乃至EP4がCPU11
に供給される。
のフローチャートを参照して説明する。アンテナ1によ
り受信された信号は、RFアンプ2を介して混合器3に
入力され、局部発振器4が出力する信号と乗算されて、
中間周波信号とされる。受信処理回路5−1乃至5−4
は、この中間周波信号の入力を受け、DT1,EP1乃
至DT4,EP4をCPU11に出力する。CPU11
は、最初にステップS1において、入力されるDT1乃
至DT4から各衛星の時刻t1乃至t4を検出する。こ
の検出時におけるCPU11の時刻は、tuである。
4より、各衛星の時刻t1乃至t4における位置(x1
(t1),y1(t1),z1(t1)),(x2(t
2),y2(t2),z2(t2)),(x3(t
3),y3(t3),z3(t3)),(x4(t
4),y4(t4),z4(t4))を演算する。
在位置の初期値を(xK,yK,zK,rK)とする。この
初期値としては、例えば前回の計算結果を用いることが
可能である。
おいて求めた各衛星の位置(x1(t1),y1(t
1),z1(t1)),(x2(t2),y2(t
2),z2(t2)),(x3(t3),y3(t
3),z3(t3)),(x4(t4),y4(t
4),z4(t4))と、ステップS3において設定し
た初期値(xK,yK,zK,rK)を、次の繰返し計算式
(4)に代入し、(Δx,Δy,Δz,Δr)を求め
る。
(2)の展開による一次近似式よりニュートンラプソン
法により導かれる。
求めた誤差(Δx,Δy,Δz,Δr)の二乗平均を求
め、それが予め設定されている基準値Eより小さいか否
かを判定する。即ち、次式を判定する。 (Δx2+Δy2+Δz2+Δr2)1/2<E ・・・(5)
より大きいと判定された場合においては、ステップS5
からステップS6に進み、この誤差を受信機の現在位置
に加算した値が新たな受信機の現在位置(xu(=
xK),yu(=yK),zu(=zK),ru(=
rK))とされる(初期値が更新される)。即ち、次式
が演算される。
れると、ステップS4に戻り、この更新された位置によ
る演算が再び実行される。
繰返し実行され、平均二乗誤差が基準値Eより小さくな
ったと判定されたとき(誤差が充分小さい値に収束した
とき)、ステップS5からステップS7に進み、ステッ
プS4乃至S6の処理で求められた現在位置(xK,
yK,zK)を、緯度、経度および高度に変換する変換式
に代入し、緯度λ、経度ψ、および高度hを求める。
例えば次式によって行われる。 尚、ここで、Nは次式で表される。 N=a/(1−e2sin2λ)1/2 ・・・(8) aは地球の直径を表し、eは地球の離心率を表してい
る。
求めた高度hを、予め設定した閾値と比較する。即ち、
高度hが下限の閾値Hminより大きく、上限の閾値Hmax
より小さい範囲にあるか否かが判定される。各衛星の地
上からの高さは、約20200kmである。これに対し
て、ユーザの現在位置の高さの変化、即ち、地上の高さ
方向の変化は、精々10km未満であり、極めて小さい
ものとなる。
min,Hmaxの範囲内にないとき、演算により求めた位置
情報は、ノイズ、その他の原因により、正確な値でない
と推測することができる。そこで、このような場合にお
いては、ステップS8からステップS10に進み、CP
U11は表示部12に対して、ステップS7で演算され
た緯度λ、経度ψ、高度hを表示部12に表示させない
ようにする。
位置を利用して、他の演算を行わないようにする。そし
て、このとき表示部12には、演算されたユーザの現在
位置が確度の低いものであることを示す表示が行われ
る。この表示は、例えばLEDを点灯させたり、表示部
12に表示されているユーザの現在位置のマークを点滅
させたり、その形状を変化させたり、色彩を変更するな
どして行うことができる。そして、ステップS10の次
にステップS4(あるいは、ステップS1またはS3と
することも可能である)に戻り、各衛星の位置が再び演
算される。
値の範囲内にあると判定された場合においては、ステッ
プS8からステップS9に進み、ステップS7で演算さ
れた緯度λ、経度ψ、高度hが表示部12に出力され、
表示される。この表示部12には、また、さらに表示さ
れている緯度、経度および高度が正しいもの(確度が高
いもの)であることを、LEDの点灯、あるいは文字を
表示する等して表示させることができる。また、CPU
11は、このようにして演算された現在位置を、表示部
12に、その周囲の地図情報に重畳して表示させること
ができる。
方法によれば、演算により求めた高度を所定の閾値と比
較し、比較結果に対応して、演算した位置の確度を判定
し、その確度を、高度が閾値の範囲内にない場合と、高
度が閾値の範囲内にある場合の、いずれの場合において
も表示するようにしたので、ユーザの現在位置を正確に
求めることが可能となる。
ば、高度が閾値の範囲内にないとき、その位置情報の利
用を禁止するようにしたので、ユーザの現在位置が誤っ
て表示されるようなことが防止される。
によれば、高度が閾値の範囲内にないとき、演算を再度
実行するようにしたので、ノイズなどに起因して、誤っ
た位置情報が一旦得られたとしても、最終的には正しい
位置情報を得ることが可能となる。
機の一実施例の構成を示すブロック図である。
である。
間軸との関係を説明する図である。
トを説明する図である。
を説明する図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 複数の衛星から軌道情報と時刻情報を受
信し、 前記軌道情報と時刻情報からユーザの少なくとも高度を
含む位置を演算し、 前記演算により求めたユーザの高度を所定の閾値と比較
し、 前記比較結果に対応して、前記演算したユーザの位置の
確度を判定し、 前記判定した位置の確度に関する情報を、前記高度が前
記閾値の範囲内にない場合と、前記高度が前記閾値の範
囲内にある場合の、いずれの場合においても表示するこ
とを特徴とするGPS受信方法。 - 【請求項2】 前記高度が前記閾値の範囲内にないと
き、演算により求めた前記位置情報の利用を禁止するこ
とを特徴とする請求項1に記載のGPS受信方法。 - 【請求項3】 前記高度が前記閾値の範囲内にないと
き、演算を再度実行することを特徴とする請求項1また
は2に記載のGPS受信方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4276659A JP3067000B2 (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | Gps受信方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4276659A JP3067000B2 (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | Gps受信方法 |
Related Child Applications (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15648796A Division JPH08327717A (ja) | 1996-06-18 | 1996-06-18 | Gps受信装置 |
JP8156488A Division JPH08313614A (ja) | 1996-06-18 | 1996-06-18 | Gps受信方法 |
JP15648696A Division JP3174001B2 (ja) | 1996-06-18 | 1996-06-18 | Gps受信装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06102340A JPH06102340A (ja) | 1994-04-15 |
JP3067000B2 true JP3067000B2 (ja) | 2000-07-17 |
Family
ID=17572537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4276659A Expired - Lifetime JP3067000B2 (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | Gps受信方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3067000B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6061018A (en) * | 1998-05-05 | 2000-05-09 | Snaptrack, Inc. | Method and system for using altitude information in a satellite positioning system |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3278911B2 (ja) * | 1992-07-29 | 2002-04-30 | 株式会社デンソー | 車両用gps航法装置 |
JPH0666913A (ja) * | 1992-08-20 | 1994-03-11 | Japan Radio Co Ltd | Gps受信装置 |
-
1992
- 1992-09-21 JP JP4276659A patent/JP3067000B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06102340A (ja) | 1994-04-15 |
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