JP3260038B2 - Gps受信装置 - Google Patents

Gps受信装置

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JP3260038B2 JP13734594A JP13734594A JP3260038B2 JP 3260038 B2 JP3260038 B2 JP 3260038B2 JP 13734594 A JP13734594 A JP 13734594A JP 13734594 A JP13734594 A JP 13734594A JP 3260038 B2 JP3260038 B2 JP 3260038B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、地球を周回するGPS
(Global Positioning System)衛星から、GPS受信
装置の位置および移動速度を求めるGPS受信装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】GPSは、複数のGPS衛星の電波を同
時に受信して、GPS衛星からの航法メッセージ(軌道
情報や時刻情報等)を取得することによって、GPS受
信装置の位置および移動速度を算出するシステムであ
る。
【0003】GPS衛星とGPS受信装置の時計が正確
に合っていたとすると、GPS衛星が電波を送信した時
刻とGPS受信装置がその電波を受信した時刻の差に光
速を掛けることによって、GPS衛星とGPS受信装置
との距離を求めることができる。
【0004】また、航法メッセージの軌道情報によって
GPS衛星の位置がわかる。原理的には、GPS受信装
置の位置を3次元で計算するために、3つ以上のGPS
衛星について、GPS衛星の位置と、各GPS衛星とG
PS受信装置の距離とがわかればよい。実際には、GP
S衛星とGPS受信装置の時計との間には誤差があるの
で、その時計の誤差を未知数とした4つ以上のGPS衛
星に関する連立方程式を立てなければならない。
【0005】このため、GPS受信装置の3次元の位置
を計算するためには、4つ以上のGPS衛星の電波を受
信する必要がある。このとき、GPS受信装置の高度情
報が得られ、2次元の位置を計算するときには、3つ以
上のGPS衛星の電波を受信すればよい。
【0006】以下、図面を参照しながら、上述した従来
のGPS受信装置の一例について説明する。
【0007】図4は従来のGPS受信装置の構成を示す
ブロック図である。図4において、1はGPS衛星から
の電波を受信するGPSアンテナ、2は複数のチャンネ
ルを持つ衛星信号受信手段、3は測位計算手段、4は記
憶手段、7は追尾衛星選択手段である。
【0008】以上のように構成されたGPS受信装置に
ついて、以下にその動作を説明する。
【0009】GPSアンテナ1より得られたGPS衛星
の電波から、衛星信号受信手段2を用いて各GPS衛星
の航法メッセージを取得する。この航法メッセージに
は、GPS衛星信号の送信時刻を知るための時刻情報,
GPS衛星の位置を知るための衛星の軌道情報などが含
まれている。衛星信号受信手段2は複数のチャンネルを
持ち、各チャンネルごとに別々なGPS衛星に対して並
列に検波処理を行うことができる。
【0010】この時刻情報,軌道情報等を用いて、測位
計算手段3によってGPS受信装置の位置を計算する。
GPS受信装置の位置が計算可能であるためには、上記
に示したように、少なくとも3つのGPS衛星からの電
波を受信している必要がある。
【0011】衛星信号受信手段2で追尾するGPS衛星
を選択するのが追尾衛星選択手段7である。GPS受信
装置で電波が受信可能なGPS衛星は時刻と共に、また
GPS受信装置の位置と共に変化するので、その度に追
尾衛星を更新する必要がある。このために必要な測位計
算結果の一部を記憶しておくのが記憶手段4である。
【0012】追尾衛星選択手段7では、衛星信号受信手
段2が持つチャンネルの数だけ追尾衛星を選択する。こ
の追尾衛星選択手段7では、航法メッセージの衛星軌道
情報から求めたGPS衛星の位置、および測位計算手段
3によって求めたGPS受信装置の位置の両方によって
計算される「GPS受信装置からGPS衛星を見たとき
の仰角」が大きいものから順にチャンネルの数だけGP
S衛星を選択している。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、GPS受信装置を搭載した車がトンネ
ルやビルの谷間等の電波が遮蔽される地域を走行するこ
とによって、追尾していたGPS衛星からの電波が遮断
されたときに、電波が遮断される直前に選択されていた
「GPS受信装置から衛星を見たときの仰角」が大きい
GPS衛星を探索する。このため、実際には電波を受信
可能なGPS衛星があるにもかかわらず、このGPS衛
星を追尾衛星として選択していないことがある。すなわ
ち、必ずしも受信可能性の高いGPS衛星が追尾衛星と
して選択されていないという課題を有していた。
【0014】本発明は上記課題に鑑み、GPS受信装置
を搭載した車がトンネルやビルの谷間等の電波が遮蔽さ
れる地域を走行したため、追尾していたGPS衛星から
の電波が遮断され、測位計算ができなくなったときに、
受信可能性の高いGPS衛星を追尾衛星として選択し、
再び測位計算を開始するまでの時間を短くすることが可
能なGPS受信装置の提供を目的とするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決し目的を達成するために、GPS衛星からの電波が遮
断され、測位計算が不可能になる直前に得られたGPS
受信装置の進行方向と、その後の角速度センサ出力の積
分値からGPS受信装置の進行方向を推定する手段を新
たに設け、推定された進行方向をもとに受信可能性の高
いGPS衛星を追尾衛星として優先的に選択する。
【0016】
【作用】本発明によれば、追尾していたGPS衛星から
の電波が遮断され、測位計算が不可能になった際に、受
信装置進行方向推定手段によって推定された進行方向を
もとに、受信可能性が高いGPS衛星を追尾衛星として
優先的に探索するように追尾衛星選択手段が選択するこ
とによって、再びGPS衛星からの電波を受信する時間
を短くすることができる。それによって、測位計算がで
きる頻度を向上させることができる。
【0017】
【実施例】図1は本発明の一実施例におけるGPS受信
装置の構成を示すブロック図である。図1において、1
はGPSアンテナ、2は複数のチャンネルを持つ衛星信
号受信手段、3は測位計算手段、4は測位結果を記憶す
る記憶手段であり、これらは従来例と同様であるため説
明は省略する。本発明では、従来の構成に加えて、5の
受信装置進行方向推定手段を設け、6はGPS受信装置
の進行方向も用いて追尾するGPS衛星を決める追尾衛
星選択手段である。
【0018】以上のように構成されたGPS受信装置に
ついてその動作を説明する。
【0019】受信装置進行方向推定手段5は、追尾して
いたGPS衛星からの電波が遮断され、測位計算が不可
能になってしまったときにも、GPS受信装置の進行方
向を推定することができるものである。ここで、進行方
向を推定するために、測位計算が不可能になる直前のG
PS受信装置の進行方向と、その後の角速度センサ出力
の積分値が必要である。前者は記憶手段4、後者は外部
から取得する。
【0020】次に、追尾衛星選択手段6は、追尾してい
たGPS衛星からの電波が遮断され、測位計算が不可能
になってしまったときに、受信装置進行方向推定手段5
によって推定された進行方向をもとに、受信可能性の高
いGPS衛星を優先的に選択する手段である。追尾衛星
選択手段6によって選択されたGPS衛星を衛星信号受
信手段2で探索する。
【0021】次に、受信装置進行方向推定手段5につい
て説明する。追尾しているGPS衛星からの電波が遮断
され、測位計算が不可能になる直前のGPS受信装置の
進行方向θ0を記憶手段4から取得する。このθ0をGP
S受信装置の進行方向の初期値とする。ここで進行方向
とは、北を0度とし、北から東の方向をプラスとした方
位角θで表すこととする。また、外部センサとして角速
度センサを用いて、測位計算が不可能な間もGPS受信
装置の角速度ωτを取得する。このとき、時刻tにおけ
る受信装置進行方向の推定値θtは(数1)のようにな
る。受信装置進行方向推定手段5は、このθtを時刻t
におけるGPS受信装置の進行方向の推定値として出力
する。
【0022】
【数1】
【0023】次に、追尾衛星選択手段6の第1の例につ
いて説明する。追尾していたGPS衛星からの電波が遮
断され、測位計算が不可能になったときに、推定された
GPS受信装置の進行方向をもとに、進行方向前方のG
PS衛星を優先的に選択する。
【0024】例えば、図2に示すように、推定された進
行方向を基準にして求めたGPS衛星の方位角θと、G
PS受信装置からGPS衛星を見たときの仰角φを求
め、進行方向前方のGPS衛星を優先的に選択するため
に、θの上限θmaxおよびφの上限φmaxを設け、|θ|
≦θmax、かつφ≦φmaxを満たすGPS衛星の中で、仰
角φが高いGPS衛星から順に選択する。衛星信号受信
手段2が持つチャンネルの数に対して、上記の条件で選
択されたGPS衛星をいくつ追尾衛星として選択するか
ということを決定して、残りのGPS衛星については従
来の追尾衛星選択手段と同様に、GPS受信装置からG
PS衛星を見たときの仰角の大きいGPS衛星を順に選
択する。仰角の計算にはGPS受信装置の位置がわかっ
ていなければならないが、このGPS受信装置の位置と
しては、測位計算が不可能になる直前のGPS受信装置
の位置を記憶手段4から取得して用いる。
【0025】本例はトンネルによる電波遮断等を想定し
ており、この追尾衛星選択手段6を用いることによっ
て、受信可能性の高い進行方向前方のGPS衛星を優先
的に探索する。
【0026】次に、追尾衛星選択手段6の第2の例につ
いて説明する。追尾していたGPS衛星からの電波が遮
断され、測位計算が不可能になったときに、推定された
GPS受信装置の進行方向をもとに、図3に示すよう
に、GPS受信装置位置とGPS受信装置を起点とした
進行方向ベクトルを含む直線と、GPS受信装置とGP
S受信装置から見た天頂を結ぶ直線の両方を含む平面に
対して、GPS受信装置と各GPS衛星位置を結んだ直
線との成す角度ψが小さいGPS衛星を優先的に選択す
る。
【0027】衛星信号受信手段2が持つチャンネルの数
に対して、上記の条件で選択されたGPS衛星をいくつ
追尾衛星として選択するかということを決定して、残り
のGPS衛星については従来の追尾衛星選択手段と同様
に、GPS受信装置から衛星を見たときの仰角の大きい
GPS衛星から順に選択する。また、測位計算が不可能
な間のGPS受信装置の位置として、GPS衛星からの
電波が遮断され、測位計算が不可能になった直前のGP
S受信装置の位置を記憶手段4から取得して用いる。
【0028】本例は進行方向の左右両側のビルや樹木に
よる電波遮断を想定しており、この追尾衛星選択手段6
を用いることによって、ビルや樹木の影響を受けにく
く、受信可能性の高いGPS衛星を優先的に選択する。
【0029】このように、追尾していたGPS衛星から
の電波が遮断され、測位計算が不可能になったときに
も、受信装置進行方向推定手段5によってGPS受信装
置の進行方向を推定することが可能であり、推定された
進行方向を用いて、追尾衛星選択手段6により受信可能
性が高いGPS衛星を優先的に探索することによって、
再びGPS衛星からの電波を受信する時間を短くするこ
とができる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のGPS受
信装置は、測位計算が不可能なときにもGPS受信装置
の進行方向が推定できる受信装置進行方向推定手段
け、推定された進行方向を用いて受信可能性の高いGP
S衛星を優先的に選択するようにしたものであり、再び
GPS衛星からの電波を受信する時間を短くすることが
でき、測位計算ができる頻度を向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるGPS受信装置の構
成を示すブロック図である。
【図2】図1の第1の例の追尾衛星選択手段の説明図で
ある。
【図3】図1の第2の例の追尾衛星選択手段の説明図で
ある。
【図4】従来のGPS受信装置の構成を示すブロック図
である。
【符号の説明】
1…GPSアンテナ、 2…衛星信号受信手段、 3…
測位計算手段、 4…記憶手段、 5…受信装置進行方
向推定手段、 6,7…追尾衛星選択手段。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 GPSアンテナからのGPS衛星信号を
    受信する複数のチャンネルを持つ衛星信号受信手段と、
    前記衛星信号受信手段で求めた衛星信号の伝搬時間を求
    めて、前記伝搬時間と前記衛星信号受信手段で受信した
    データとから、当該受信装置の2次元または3次元位置
    及び進行方向を計算する測位計算手段と、前記測位計算
    手段の測位計算結果を記憶しておく記憶手段と、前記測
    位計算手段による測位計算が一時的にできなくなっても
    当該受信装置の進行方向を推定できる受信装置進行方向
    推定手段と、GPS衛星からの電波が遮断されて前記測
    位計算手段で測位計算できなくなったとき、前記受信装
    置進行方向推定手段によって推定された進行方向を用い
    て受信可能性の高い進行方向のGPS衛星を優先的に選
    択する追尾衛星選択手段とを備えたことを特徴とするG
    PS受信装置。
  2. 【請求項2】 前記受信装置進行方向推定手段は、衛星
    信号受信手段で求めた伝搬時間及び前記衛星信号受信手
    段で受信したデータによる測位計算ができなくなる直前
    前記測位計算手段で計算され、前記記憶手段に記憶さ
    れた当該受信装置の進行方向を初期値とし、その後の角
    速度センサ出力の積分値を前記初期値に加えることによ
    現在の当該受信装置の進行方向を推定することを特徴
    とする請求項1記載のGPS受信装置。
  3. 【請求項3】 前記追尾衛星選択手段は、GPS衛星か
    らの電波が遮断されて測位計算ができなくなったとき、
    受信装置位置と受信装置を起点とした進行方向ベクトル
    を含む直線と受信装置と受信装置から見た天頂を結ぶ直
    線の両方を含む平面に対して受信装置と各GPS衛星位
    置を結んだ直線との成す角度が小さいものを優先的に選
    択することを特徴とする請求項1記載のGPS受信装
    置。
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