JP3593960B2 - マルチビーム空中線装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマルチビーム空中線装置に係り、特にディジタルビーム形成（ＤＢＦ）を利用した全地球測位システム（ＧＰＳ）信号用のマルチビーム空中線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
民間の信号を利用しつつ、ＧＰＳの精度を向上することができるＤＧＰＳは、よく知られている。ＤＧＰＳは既知の地点におけるＧＰＳ信号の誤差を移動局へ伝送し、移動局の精度、信頼性を向上するシステムであるが、このシステムの精度と信頼性は、基準局の性能が支配的であることは明らかである。
【０００３】
近年、このＤＧＰＳシステムを交通システム等に利用する動きがある。静止衛星を利用して、ＤＧＰＳ信号を移動体へ伝送するシステムが航空分野で検討されている。このようなシステムでは、通常、ＧＰＳ衛星数を見かけ上、増加させ、衛星配置が劣化した場合でも精度の良い測位演算が可能なように擬似レンジの提供を行う。従って、擬似レンジの提供装置は、ＧＰＳ衛星に限らず、静止衛星や地上に設置された擬似衛星等が考えられ、その供給源は増加傾向にある。
【０００４】
このようなシステムで常にリスクの第一に挙げられ、世界各国で論議されている問題にＧＰＳ周波数帯に影響する干渉の存在がある。特に干渉電波によりユーザ受信信号のロックが外れる現象が懸念される。この場合、航法信号が受信できなくなり、システムの継続性が途絶えることになる。航空、輸送分野では、その公共性から常時システムが使用できることが要求されるからである。
【０００５】
米国連邦航空局（ＦＡＡ）においてもシステム開発の当初から干渉電波に対する対策計画を検討しており、干渉電波の問題の報告（Ｔｈｅ Ｊｏｈｎｓ Ｈｏｐｋｉｎｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＧＰＳ Ｒｉｓｋ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｓｔｕｄｙ Ｆｉｎａｌ Ｒｅｐｏｒｔ，Ｊａｎｕａｒｙ，１９９９）がされている。また、他の報告（Ｍ．Ｇｅｙｅｒ，ＤＯＴ Ｖｏｌｐｅ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｒ．Ｆｒａｚｉｅｒ，ＦＡＡ，ＦＡＡ ＧＰＳ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ，ＩＯＮ−９９，Ｎａｓｈｖｉｌｌｅ，ＴＮ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，１９９９）でも検討されており、国際的な懸念として捉えられている。通常のＤＧＰＳでは、干渉電波による妨害が発生した場合、この基準局システムの補正値を使用している移動局すべてにおいて精度劣化、又は使用不可に陥るからである。
【０００６】
従来、このような干渉電波の第１の対策方法として、位相器を用いたフェイズド・アレイ・アンテナを用いて干渉波の到来方向にヌル（ＮＵＬＬ）を形成する方法がとられている。また、干渉電波の第２の対策方法としてＧＰＳ等の送信源の方向が特定できる場合、フェイズド・アレイ・アンテナのビームを送信機に向ける方法が考えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記の第１の対策方法では、第１の問題点として干渉電波の到来する方向を知らねばならないということがある。通常、干渉波の発生場所は未知であり、到来方向を知ることは難しい。干渉電波の形態も未知であるため、比較的容易なＣＷやパルス的干渉波の場合は、ＮＵＬＬを走査することで方位認定することが可能であるが、故意にＧＰＳ信号に似た信号を干渉させた場合は、その到来方向を正確に知ることは非常に困難である（ＭＵＳＩＣ法）。また、第２の問題点は、形成したＮＵＬＬに近傍の衛星は、受信電波強度が低下してしまうことである。
【０００８】
また、上記の第２の対策方法では、装置が大規模になるという問題がある。これは、衛星の数だけビームを形成しようとすると、そのための位相器システムが必要であるからである。例えば、図５に示すように、５×５素子のアンテナ・アレイ１１０を用いたマルチビーム空中線装置では、５×５素子のアンテナ・アレイ１１０で受信されたＧＰＳ信号が分配器１１１で第１の位相器アレイ１１２〜第４の位相器アレイ１１３の４つの位相器アレイに分配入力される。
【０００９】
第１の位相器アレイ１１２〜第４の位相器アレイ１１３の各々には２５台の位相器が設けられており、各位相器に入力されたアンテナ・アレイ１１０の各素子からの信号はそれぞれ移相された後、対応する合成器１１４〜１１５に供給されて合成され、送信機方向に向けた第１のビーム〜第４のビームを出力する。
【００１０】
このように、図５の従来のマルチビーム空中線装置では、一つのビームを形成するために必要な位相器は２５台であるのに対し、ＧＰＳシステムでは最低４衛星以上からのＧＰＳ信号を受信する必要がある。従って、これらの衛星を安定的に追尾するためには、４以上のビームを制御する必要がある。このため、２５台の位相器からなる位相器アレイを４台準備し、それらとアンテナ・アレイ１１０を結合する分配器１１１を使用しなければならない。また、図５に示すように、位相器アレイ１１２〜１１３の各出力信号を合成する合成器１１４〜１１５も必要である。
【００１１】
また、従来のマルチビーム空中線装置として、ＤＢＦを用いて広帯域を得るフェイズド・アレイ・アンテナも従来より知られている（特開平１０−３０３６３４号公報）。この従来装置は、複数のアンテナ素子で囲まれた領域に仮想アンテナを想定し、推定部にてこの仮想アンテナ及び複数のアンテナ素子の位置ベクトルから複数のアンテナ素子各々に対応する係数を求め、その係数と複数のアンテナ素子での受信Ｉ／Ｑデータとから仮想アンテナの受信Ｉ／Ｑデータを推定する。仮想アンテナを推定することにより、仮想アンテナが実在した時と同等の合成出力が得られる。その分だけアンテナのサイズを大きくできるためアンテナ素子の広帯域化が図れる。
【００１２】
しかるに、この従来装置では、ＧＰＳとの連携が無いため、干渉防止機能が実現できないという問題がある。つまり、ＤＢＦとＧＰＳ相関器とのサンプリングが非同期であるため、相関結果に時間的な量子誤差を生じるという点、また、同時に、一方向しか指向性を得られないため、測位演算に必要な衛星電波を常時受信することができないという点において問題である。
【００１３】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、装置構成を簡略化したＧＰＳ衛星等をホーミングするためのマルチビーム空中線装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、個々の衛星に対する受信感度を向上し得、妨害波が存在する環境におけるＧＰＳ受信の信頼性を向上し得るマルチビーム空中線装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、ディジタル・ビーム形成を有するアレイアンテナを構成するｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子と、ｎ個のアンテナ素子のそれぞれで受信された衛星からの高周波信号を、局部信号に基づいてＩ信号とＱ信号に検波及び分離した後、局部信号に同期したディジタル信号に変換する、ｎ個のアンテナ素子毎に設けられたｎ個の受信モジュールと、受信モジュールから出力された信号をそれぞれ入力として受け、複数の入力信号に対してそれぞれ位相遅延及び重み付けを行った後ベクトル合成して仮想的な指向性のある信号をそれぞれ出力するｋ個（ｋは２以上の整数）の信号処理部と、受信すべき衛星に対応する擬似ランダムコードを発生する擬似ランダムコード発生器と、ｋ個の信号処理部に対応して設けられ、信号処理部の出力信号と擬似ランダムコードとの相関を取り、最も相関の大きな時刻を高周波信号の到着時刻として出力するｋ個の相関器と、ｋ個の相関器からの信号中に含まれる衛星の軌道データに関する情報をそれぞれ解読する解読手段と、解読手段からの軌道データに関する情報に基づいて、ｋ個の信号処理部の各々について、その信号処理部から出力される信号の指向性が対応する衛星を追尾するように、位相遅延量及び重み付けの値それぞれを制御する指向性制御手段と、擬似ランダムコード発生器からの擬似ランダムコードが同期信号として入力され、局部信号を発生する局部信号発生手段とを有する構成としたものである。
【００１６】
この発明では、解読手段からの受信すべき衛星の軌道データに関する情報に基づいて衛星の相対的位置を知り、その出力を用いて指向性制御手段が衛星の方角を演算した制御信号により、ｋ個の信号処理部の各々について、その信号処理部から出力される信号の指向性が対応する衛星を追尾するように、位相遅延量及び重み付けの値それぞれを制御すると共に、衛星からの信号受信機とインタフェースを有するディジタル・ビーム形成（ＤＢＦ）を有するアレイアンテナ（ＤＢＦ空中線）を使用することで、多数の衛星をトラッキング（追尾）することができる。また、この発明では衛星毎に指向性を持つ仮想ビームを形成することができる。
【００１７】
ここで、ｋ個の信号処理部の各々は、ｎ個の受信モジュールから出力された信号をそれぞれ入力として受け、複数の入力信号に対してそれぞれ指向性制御手段からの制御信号に基づいて、入力信号に対して付与する位相遅延量及び重み付け値を可変する位相遅延及び重み付け付加手段と、位相遅延及び重み付け付加手段からの信号をベクトル合成演算して仮想的な指向性のある信号を出力する合成手段とよりなり、ソフトウェア又はファームウェアで構成されていることを特徴とする。この発明では、信号処理部がソフトウェア又はファームウェアで構成されているため、ハードウェアにより構成する場合よりも信号処理部の構成を簡略化することができる。
【００１９】
また、本発明は上記の目的を達成するため、ｋ個の相関器に対応して設けられ、相関器から出力された相関結果の分散を測定し、その測定値が予め定めた値よりも大きいかどうか比較し、測定値が予め定めた値よりも大きいときに、干渉を受けていることを示すフラグ信号を測位演算処理へ出力して、該当する信号を測位演算から除外させる信号品質判定手段を有することを特徴とする。この発明では、衛星の擬似レンジ提供装置方向と干渉源の方向が偶然に一致した場合には、信号品質判定手段からフラグ信号が測位演算処理へ出力され、該当する信号を測位演算から除外するようにしたため、干渉源の方向に一致する衛星を使用しないようにできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図１は本発明になるマルチビーム空中線装置の一実施の形態のブロック図を示す。同図に示すように、本実施の形態のマルチビーム空中線装置は、ｎ個のアンテナ素子１０１〜１０ｎと、これらアンテナ素子１０１〜１０ｎに１対１に対応して設けられたｎ個の受信モジュール２０１〜２０ｎと、ｋ個の信号処理部３０１〜３０ｋと、これら信号処理部３０１〜３０ｋの出力側に１対１に対応して設けられた相関器４１１〜４１ｋと、これら相関器の出力側に１対１に対応して設けられた信号品質判定手段４２１〜４２ｋと、メッセージ解読手段４３と、擬似ランダムコード発生手段４４と、擬似ランダムコード発生手段４４からの擬似ランダムコードを入力として受け、受信モジュール２０１〜２０ｎに局部信号を供給する局部信号発生器４５と、メッセージ解読手段４３の解読結果を入力として受け、信号処理部３０１〜３０ｋに制御信号を供給する指向性制御手段４６とより構成されている。
【００２１】
受信モジュール２０１は、一つのベクトル発生手段２１１と、２つのＡ／Ｄ変換器２２１及び２３１とから構成されている。同様に、他の受信モジュール２０２〜２０ｎのそれぞれは、一つのベクトル発生手段２１２〜２１ｎと、２つのＡ／Ｄ変換器２２２〜２２ｎ及び２３２〜２３ｎとから構成されている。また、信号処理部３０１は、ｍ個の入力を持ち、ｍ個の位相遅延手段３１１〜３１ｍと、ｍ個の重み付け付加手段３２１〜３２ｍと、これらｍ個の重み付け付加手段３２１〜３２ｍの各出力信号を加算合成するベクトル合成手段３３とから構成されている。他の信号処理部３０２〜３０ｍも信号処理部３０１と同様に、ｍ個の位相遅延手段と、ｍ個の重み付け付加手段と、一つのベクトル合成手段とから構成されている。
【００２２】
次に、本実施の形態の動作について説明する。アンテナ素子１０１〜１０ｎにより受信された高周波信号は、対応して設けられた受信モジュール２０１〜２０ｎにそれぞれ供給される。受信モジュール２０１〜２０ｎでは、ベクトル発生手段２１１〜２１ｎにおいて入力高周波信号を局部信号発生器４５から出力された局部信号に基づいて、中間周波数（ＩＦ）信号に周波数変換する。ここで、ミキサ等を用いて行う周波数変換では、入力の位相情報が保存される。このため、ベクトル発生手段２１１〜２１ｎでは、局部信号発生器４５の出力局部信号を互いに直交する信号に分離し、各々を入力高周波信号と作用させ、周波数変換することでＩ信号とＱ信号に分離することが可能である。
【００２３】
ベクトル発生手段２１１〜２１ｎからそれぞれ出力されるＩ信号とＱ信号は、入力ＲＦ信号をベクトル表示した場合の実軸成分と虚軸成分に対応する。これらのＩ信号とＱ信号は、Ａ／Ｄ変換器２２１〜２２ｎ及び２３１〜２３ｎにそれぞれ供給され、ここで局部信号発生器４５からの局部信号に同期したサンプリングクロックに基づいてディジタル信号に変換された後、ｋ個ある信号処理部３０１〜３０ｋに分配される。
【００２４】
信号処理部３０１〜３０ｋは、ソフトウェアで構築される処理部であり、ｋ個の分配のソフトウェアにより行われる。信号処理部３０１〜３０ｋはすべて同一構成で同様の処理を行うので、信号処理部３０１について代表して説明するに、信号処理部３０１は受信モジュール２０１〜２０ｎから入力されたディジタル信号に対し、ｍ（＝２ｎ）個の位相遅延手段３１１〜３１ｍにより付与する移相量や、重み付け手段３２１〜３２ｍにより乗算する重み付けの値が指向性制御手段４６の出力制御信号の指示によりｎ個の衛星方向にそれぞれの最大利得が向くように互いに独立して制御され、合成手段３３でベクトル合成演算して、仮想的な指向性を得る。この処理で各アンテナ素子１０１〜１０ｎに含まれる干渉波成分は相殺され、減衰される。
【００２５】
信号処理部３０１〜３０ｋから出力された信号は、相関器４１１〜４１ｋに供給され、ここで擬似ランダムコード発生手段４４からの受信すべきＧＰＳ衛星に対応する擬似ランダムコードとの相関がとられる。相関器４１１〜４１ｋからは最も相関の大きな出力の時刻をＧＰＳ信号の到着時刻として測位演算処理へ出力する。また、この相関器４１１〜４１ｋの出力信号には、航法メッセージと呼ばれるＧＰＳ衛星の軌道データに関する情報が含まれている。この情報はメッセージ解読手段４３に入力される。
【００２６】
メッセージ解読手段４３は、入力された軌道データと現在の時刻とからＧＰＳ衛星の配置を決定し、指向性制御手段４６に出力すると共に、可視衛星に対応する擬似ランダム信号を発生させるため、擬似ランダムコード発生手段４４へ衛星配置を伝達する。ＤＧＰＳの場合、空中線の位相中心座標は既知である。従って、衛星等の擬似距離供給装置の相対的な方角は幾何学的に算出できる。この算出値に基づき、各ＧＰＳ衛星に向けて指向性ビームを形成するために必要な値が指向性制御手段４６から信号処理部３０１〜３０ｋに入力される。
【００２７】
一方、擬似ランダムコード発生手段４４から同期信号が局部発生器４５へ供給される。これにより、受信モジュール２０１〜２０ｎでＩ、Ｑベースバンドに検波される信号である、Ａ／Ｄ変換器２２１〜２２ｎ及び２３１〜２３ｎの出力ディジタル信号がＧＰＳコードとコヒーレントとなり、相関器４１１〜４１ｋの相関処理における量子化誤差を最小限に抑えることができる。
【００２８】
信号品質判定手段４２１〜４２ｋは、相関器４１１〜４１ｋの検出結果の分散を測定し、その測定値が予め定めた測定値よりも大きい場合、干渉を受けているとしてフラグ信号を測位演算処理へ出力する。ここで、測位演算処理とは、各ＧＰＳ衛星からの擬似距離を基にＧＰＳ空中線の位相中心の座標を算出する処理である。ａ番目（ａ＝１〜ｋ）の信号品質判定手段４２ａからフラグ信号が測位演算処理へ出力された場合は、ａ番目のビーム方向に位置するＧＰＳ衛星からの信号品質が劣化しているとして、そのＧＰＳ衛星からの擬似距離を除外する。
【００２９】
なお、太陽も一種の干渉源であることが知られており、ＧＰＳ衛星と太陽の方角とが一致した場合にも、そのＧＰＳ衛星からの信号品質が劣化するので、そのＧＰＳ衛星からの擬似距離を除外する。ただし、ＧＰＳ衛星からの擬似距離を除外する場合も、そのＧＰＳ衛星に対する仮想ビームの指向性は維持しておく。その後に、干渉が無くなる可能性があるからである。
【００３０】
このようにして、本実施の形態によれば、ソフトウェアによりフェイズド・アレイ・アンテナを構築する、いわゆるＤＢＦ空中線とＧＰＳ受信回路が連携され、仮想的なｎ本のマルチビームをｎ個のＧＰＳ衛星に指向し、所要の信号対ジャミング比を確保できる。
【００３１】
次に、本実施の形態の効果について図２及び図３と共に説明する。図２は本発明のマルチビーム空中線装置とＧＰＳ衛星及び干渉源との関係の一例を示すシステム図である。同図において、本発明のマルチビーム空中線装置５１では半球５３上に配置されたアンテナ素子（図１の１０１〜１０ｎ）により、仮想的にｎ本の指向性のある仮想ビーム５３１〜５３ｎが形成される。仮想ビーム５３１〜５３ｎのそれぞれはＧＰＳ衛星ＳＶ＃１〜ＳＶ＃ｎに別々に指向性を有しているため、未知の方向から電波発射されたと考えることができる干渉源５６からの干渉電波５７や、ＧＰＳ衛星ＳＶ＃１からの電波が反射物体５４で反射されたマルチパス５５による干渉波のレベルを相対的に低減することができる。また、ＧＰＳ衛星ＳＶ＃１〜ＳＶ＃ｎ毎に別々の仮想ビーム５３１〜５３ｎを用いているため、衛星同士の干渉、いわゆるインターナル干渉を低減できる。
【００３２】
また、ＧＰＳ衛星は見かけ上一日で地球上を約一周するため、その角速度は太陽と同程度のゆっくりした変化である。本発明では、ＧＰＳ衛星が見える間は時分割ではなく、常に衛星方向を仮想ビームが追尾するため、個々のＧＰＳ衛星に対する受信感度が向上する。
【００３３】
図３は２５００ｍｍ〜３００ｍｍの開口面を持つ空中線アレイのパターン計算結果を示す。同図に示すように、ビーム幅は約５度程度であり、ＧＰＳ衛星が約２０分間で通過する角度である。この指向性では、ビーム外の信号を約３０度減衰させることが可能である。言い換えると、耐干渉性能を３０ｄＢ改善することが可能である。
【００３４】
また、本実施の形態のマルチビーム空中線装置では、マルチビーム形成に必要な信号処理部３０１〜３０ｎをソフトウェア又はファームウェアで実現しているため、マルチビーム空中線装置全体を比較的簡易なハードウェアで実現することができる。また、受信感度が向上し個々のＧＰＳ衛星からのＳ／Ｎが改善されるため、擬似距離に含まれる揺らぎ成分が低減し、また、衛星が見える間はビームが衛星方向を追尾するため、各衛星の同一時刻の擬似距離を測位演算に使用でき、更に信号品質判定手段４２１〜４２ｋにより信号品質が劣化した衛星からの擬似距離を除外できるため、精度を向上できる。
【００３５】
更に、本実施の形態では、太陽とＧＰＳ衛星との方角が一致した場合、そのＧＰＳ衛星を使用しないことができるため、太陽干渉にも対処できる。なお、上記の実施の形態では、ｎ本の仮想ビームをｎ個のＧＰＳ衛星に指向させるように説明したが、そのうちの１又は複数本を地上設置の擬似衛星へ指向させることもできる。その場合は、地上に設置された擬似衛星からの信号のレベル変化がＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号のレベル変化に比べて極めて大きいが、本実施の形態では、地上に設置された擬似衛星に対する指向性利得をＧＰＳ衛星に対するそれよりも小さくすることがメッセージ解読手段４３及び指向性制御手段４６によりできるので、擬似衛星の遠近問題を解決できる。
【００３６】
次に、本発明におけるアンテナ系の各実施の形態について説明する。図４（Ａ）は半球面に素子を配置する例であり、この半球面に図２に５２で示したようにアンテナ素子を複数配置することにより、ペンシルビームを自由に形成でき、全周にわたり利得変化が小さいという理想的な性質を持つ。
【００３７】
また、図４（Ｂ）に示すアンテナ系は、平面をつなぎ合わせた簡単な構成例で、平面６１、６２等に多素子のアンテナ・エレメントが配置される。このアンテナ・アレイでは曲面補正演算が不要である。図４（Ｃ）は更に簡便なアンテナ・アレイである。同図（Ｃ）において、垂直方向のアレイ６３は複数のアンテナ・アレイを有しており、垂直方向のみに指向性を持たせた空中線システムを構成しており、これに頂点からの電波を受信する一つのアンテナ素子６４を組み合わせた構成である。このアンテナ・アレイでは、妨害除去能力が落ちるが、簡便にアンテナを構築することができる。
【００３８】
なお、アンテナ素子の配置については、図４以外の構成も可能であり、環境等の最適なシステムが選択されても本発明の手段に使用することが可能である。また、信号処理部３０１〜３０ｋはソフトウェアにより構成されるように説明したが、ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等のファームウェアで実現することもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下のような数々の特長を有する。
（１）個々の衛星方向に指向性を持たせることができるため、干渉波のレベルを相対的に低減させることができる。
（２）個々の衛星方向に指向性を持たせ、マルチビームを追尾させることができるため、個々の衛星に対する受信感度を向上できる。
（３）衛星毎に別々のビームを用いるようにしたため、衛星同士の干渉、いわゆるインターナル干渉を低減できる。
（４）マルチビーム形成に必要な、分配器、位相遅延手段、重み付け手段、合成手段等をソフトウェア又はファームウェアで実現しているため、これらのマルチビーム空中線を比較的簡単なハードウェアで実現することができる。
（５）（４）の理由により受信感度が向上し、個々の衛星からのＳ／Ｎが改善されるため、擬似距離に含まれる揺らぎ成分が低減し、また、衛星が見える間は時分割でなく常にマルチビームを衛星方向に追尾させるため、各衛星の同一時刻の擬似距離を測位演算に使用でき、更に信号品質判定手段により、信号品質が劣化した衛星からの擬似距離を除外できるため、精度を向上できる。
（６）ＧＰＳ衛星と太陽の方角が一致したとき、そのＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ信号の信号品質が劣化するため、擬似距離を除外することでそのＧＰＳ衛星を使用しないことができ、また太陽も一種の干渉源であり、指向性ビームの外に位置する場合は、十分な減衰が得られるため、太陽干渉の問題を解決できる。
（７）地上に設置された擬似衛星への指向性利得を他のＧＰＳ衛星への指向性利得と独立して設定することができるため、擬似衛星の遠近問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のブロック図である。
【図２】本発明のマルチビーム空中線装置とＧＰＳ衛星及び干渉源との関係の一例を示すシステム図である。
【図３】空中線アレイのパターン計算結果の一例を示す図である。
【図４】アンテナ・アレイの各例を示す図である。
【図５】従来の一例のブロック図である。
【符号の説明】
１０１〜１０ｎ アンテナ
２０１〜２０ｎ 受信モジュール
２１１〜２１ｎ ベクトル発生手段
２２１〜２２ｎ、２３１〜２３ｎ Ａ／Ｄ変換器
３０１〜３０ｋ 信号処理部
３１１〜３１ｍ 位相遅延手段
３２１〜３２ｍ 重み付け手段
３３ 合成手段
４１１〜４１ｋ 相関器
４２１〜４２ｋ 信号品質判定手段
４３ メッセージ解読手段
４４ 擬似ランダムコード発生手段
４５ 局部信号発生器
４６ 指向性制御手段
５１ マルチビーム空中線装置
５２ 半球上に配置されたアンテナ・アレイ
５３１〜５３ｎ 仮想ビーム
５４ 反射物体
５５ マルチパス
５６ 干渉源
５７ 干渉電波
ＳＶ＃１〜ＳＶ＃ｎ ＧＰＳ衛星
【発明の属する技術分野】
本発明はマルチビーム空中線装置に係り、特にディジタルビーム形成（ＤＢＦ）を利用した全地球測位システム（ＧＰＳ）信号用のマルチビーム空中線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
民間の信号を利用しつつ、ＧＰＳの精度を向上することができるＤＧＰＳは、よく知られている。ＤＧＰＳは既知の地点におけるＧＰＳ信号の誤差を移動局へ伝送し、移動局の精度、信頼性を向上するシステムであるが、このシステムの精度と信頼性は、基準局の性能が支配的であることは明らかである。
【０００３】
近年、このＤＧＰＳシステムを交通システム等に利用する動きがある。静止衛星を利用して、ＤＧＰＳ信号を移動体へ伝送するシステムが航空分野で検討されている。このようなシステムでは、通常、ＧＰＳ衛星数を見かけ上、増加させ、衛星配置が劣化した場合でも精度の良い測位演算が可能なように擬似レンジの提供を行う。従って、擬似レンジの提供装置は、ＧＰＳ衛星に限らず、静止衛星や地上に設置された擬似衛星等が考えられ、その供給源は増加傾向にある。
【０００４】
このようなシステムで常にリスクの第一に挙げられ、世界各国で論議されている問題にＧＰＳ周波数帯に影響する干渉の存在がある。特に干渉電波によりユーザ受信信号のロックが外れる現象が懸念される。この場合、航法信号が受信できなくなり、システムの継続性が途絶えることになる。航空、輸送分野では、その公共性から常時システムが使用できることが要求されるからである。
【０００５】
米国連邦航空局（ＦＡＡ）においてもシステム開発の当初から干渉電波に対する対策計画を検討しており、干渉電波の問題の報告（Ｔｈｅ Ｊｏｈｎｓ Ｈｏｐｋｉｎｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＧＰＳ Ｒｉｓｋ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｓｔｕｄｙ Ｆｉｎａｌ Ｒｅｐｏｒｔ，Ｊａｎｕａｒｙ，１９９９）がされている。また、他の報告（Ｍ．Ｇｅｙｅｒ，ＤＯＴ Ｖｏｌｐｅ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｒ．Ｆｒａｚｉｅｒ，ＦＡＡ，ＦＡＡ ＧＰＳ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ，ＩＯＮ−９９，Ｎａｓｈｖｉｌｌｅ，ＴＮ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，１９９９）でも検討されており、国際的な懸念として捉えられている。通常のＤＧＰＳでは、干渉電波による妨害が発生した場合、この基準局システムの補正値を使用している移動局すべてにおいて精度劣化、又は使用不可に陥るからである。
【０００６】
従来、このような干渉電波の第１の対策方法として、位相器を用いたフェイズド・アレイ・アンテナを用いて干渉波の到来方向にヌル（ＮＵＬＬ）を形成する方法がとられている。また、干渉電波の第２の対策方法としてＧＰＳ等の送信源の方向が特定できる場合、フェイズド・アレイ・アンテナのビームを送信機に向ける方法が考えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記の第１の対策方法では、第１の問題点として干渉電波の到来する方向を知らねばならないということがある。通常、干渉波の発生場所は未知であり、到来方向を知ることは難しい。干渉電波の形態も未知であるため、比較的容易なＣＷやパルス的干渉波の場合は、ＮＵＬＬを走査することで方位認定することが可能であるが、故意にＧＰＳ信号に似た信号を干渉させた場合は、その到来方向を正確に知ることは非常に困難である（ＭＵＳＩＣ法）。また、第２の問題点は、形成したＮＵＬＬに近傍の衛星は、受信電波強度が低下してしまうことである。
【０００８】
また、上記の第２の対策方法では、装置が大規模になるという問題がある。これは、衛星の数だけビームを形成しようとすると、そのための位相器システムが必要であるからである。例えば、図５に示すように、５×５素子のアンテナ・アレイ１１０を用いたマルチビーム空中線装置では、５×５素子のアンテナ・アレイ１１０で受信されたＧＰＳ信号が分配器１１１で第１の位相器アレイ１１２〜第４の位相器アレイ１１３の４つの位相器アレイに分配入力される。
【０００９】
第１の位相器アレイ１１２〜第４の位相器アレイ１１３の各々には２５台の位相器が設けられており、各位相器に入力されたアンテナ・アレイ１１０の各素子からの信号はそれぞれ移相された後、対応する合成器１１４〜１１５に供給されて合成され、送信機方向に向けた第１のビーム〜第４のビームを出力する。
【００１０】
このように、図５の従来のマルチビーム空中線装置では、一つのビームを形成するために必要な位相器は２５台であるのに対し、ＧＰＳシステムでは最低４衛星以上からのＧＰＳ信号を受信する必要がある。従って、これらの衛星を安定的に追尾するためには、４以上のビームを制御する必要がある。このため、２５台の位相器からなる位相器アレイを４台準備し、それらとアンテナ・アレイ１１０を結合する分配器１１１を使用しなければならない。また、図５に示すように、位相器アレイ１１２〜１１３の各出力信号を合成する合成器１１４〜１１５も必要である。
【００１１】
また、従来のマルチビーム空中線装置として、ＤＢＦを用いて広帯域を得るフェイズド・アレイ・アンテナも従来より知られている（特開平１０−３０３６３４号公報）。この従来装置は、複数のアンテナ素子で囲まれた領域に仮想アンテナを想定し、推定部にてこの仮想アンテナ及び複数のアンテナ素子の位置ベクトルから複数のアンテナ素子各々に対応する係数を求め、その係数と複数のアンテナ素子での受信Ｉ／Ｑデータとから仮想アンテナの受信Ｉ／Ｑデータを推定する。仮想アンテナを推定することにより、仮想アンテナが実在した時と同等の合成出力が得られる。その分だけアンテナのサイズを大きくできるためアンテナ素子の広帯域化が図れる。
【００１２】
しかるに、この従来装置では、ＧＰＳとの連携が無いため、干渉防止機能が実現できないという問題がある。つまり、ＤＢＦとＧＰＳ相関器とのサンプリングが非同期であるため、相関結果に時間的な量子誤差を生じるという点、また、同時に、一方向しか指向性を得られないため、測位演算に必要な衛星電波を常時受信することができないという点において問題である。
【００１３】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、装置構成を簡略化したＧＰＳ衛星等をホーミングするためのマルチビーム空中線装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、個々の衛星に対する受信感度を向上し得、妨害波が存在する環境におけるＧＰＳ受信の信頼性を向上し得るマルチビーム空中線装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、ディジタル・ビーム形成を有するアレイアンテナを構成するｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子と、ｎ個のアンテナ素子のそれぞれで受信された衛星からの高周波信号を、局部信号に基づいてＩ信号とＱ信号に検波及び分離した後、局部信号に同期したディジタル信号に変換する、ｎ個のアンテナ素子毎に設けられたｎ個の受信モジュールと、受信モジュールから出力された信号をそれぞれ入力として受け、複数の入力信号に対してそれぞれ位相遅延及び重み付けを行った後ベクトル合成して仮想的な指向性のある信号をそれぞれ出力するｋ個（ｋは２以上の整数）の信号処理部と、受信すべき衛星に対応する擬似ランダムコードを発生する擬似ランダムコード発生器と、ｋ個の信号処理部に対応して設けられ、信号処理部の出力信号と擬似ランダムコードとの相関を取り、最も相関の大きな時刻を高周波信号の到着時刻として出力するｋ個の相関器と、ｋ個の相関器からの信号中に含まれる衛星の軌道データに関する情報をそれぞれ解読する解読手段と、解読手段からの軌道データに関する情報に基づいて、ｋ個の信号処理部の各々について、その信号処理部から出力される信号の指向性が対応する衛星を追尾するように、位相遅延量及び重み付けの値それぞれを制御する指向性制御手段と、擬似ランダムコード発生器からの擬似ランダムコードが同期信号として入力され、局部信号を発生する局部信号発生手段とを有する構成としたものである。
【００１６】
この発明では、解読手段からの受信すべき衛星の軌道データに関する情報に基づいて衛星の相対的位置を知り、その出力を用いて指向性制御手段が衛星の方角を演算した制御信号により、ｋ個の信号処理部の各々について、その信号処理部から出力される信号の指向性が対応する衛星を追尾するように、位相遅延量及び重み付けの値それぞれを制御すると共に、衛星からの信号受信機とインタフェースを有するディジタル・ビーム形成（ＤＢＦ）を有するアレイアンテナ（ＤＢＦ空中線）を使用することで、多数の衛星をトラッキング（追尾）することができる。また、この発明では衛星毎に指向性を持つ仮想ビームを形成することができる。
【００１７】
ここで、ｋ個の信号処理部の各々は、ｎ個の受信モジュールから出力された信号をそれぞれ入力として受け、複数の入力信号に対してそれぞれ指向性制御手段からの制御信号に基づいて、入力信号に対して付与する位相遅延量及び重み付け値を可変する位相遅延及び重み付け付加手段と、位相遅延及び重み付け付加手段からの信号をベクトル合成演算して仮想的な指向性のある信号を出力する合成手段とよりなり、ソフトウェア又はファームウェアで構成されていることを特徴とする。この発明では、信号処理部がソフトウェア又はファームウェアで構成されているため、ハードウェアにより構成する場合よりも信号処理部の構成を簡略化することができる。
【００１９】
また、本発明は上記の目的を達成するため、ｋ個の相関器に対応して設けられ、相関器から出力された相関結果の分散を測定し、その測定値が予め定めた値よりも大きいかどうか比較し、測定値が予め定めた値よりも大きいときに、干渉を受けていることを示すフラグ信号を測位演算処理へ出力して、該当する信号を測位演算から除外させる信号品質判定手段を有することを特徴とする。この発明では、衛星の擬似レンジ提供装置方向と干渉源の方向が偶然に一致した場合には、信号品質判定手段からフラグ信号が測位演算処理へ出力され、該当する信号を測位演算から除外するようにしたため、干渉源の方向に一致する衛星を使用しないようにできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図１は本発明になるマルチビーム空中線装置の一実施の形態のブロック図を示す。同図に示すように、本実施の形態のマルチビーム空中線装置は、ｎ個のアンテナ素子１０１〜１０ｎと、これらアンテナ素子１０１〜１０ｎに１対１に対応して設けられたｎ個の受信モジュール２０１〜２０ｎと、ｋ個の信号処理部３０１〜３０ｋと、これら信号処理部３０１〜３０ｋの出力側に１対１に対応して設けられた相関器４１１〜４１ｋと、これら相関器の出力側に１対１に対応して設けられた信号品質判定手段４２１〜４２ｋと、メッセージ解読手段４３と、擬似ランダムコード発生手段４４と、擬似ランダムコード発生手段４４からの擬似ランダムコードを入力として受け、受信モジュール２０１〜２０ｎに局部信号を供給する局部信号発生器４５と、メッセージ解読手段４３の解読結果を入力として受け、信号処理部３０１〜３０ｋに制御信号を供給する指向性制御手段４６とより構成されている。
【００２１】
受信モジュール２０１は、一つのベクトル発生手段２１１と、２つのＡ／Ｄ変換器２２１及び２３１とから構成されている。同様に、他の受信モジュール２０２〜２０ｎのそれぞれは、一つのベクトル発生手段２１２〜２１ｎと、２つのＡ／Ｄ変換器２２２〜２２ｎ及び２３２〜２３ｎとから構成されている。また、信号処理部３０１は、ｍ個の入力を持ち、ｍ個の位相遅延手段３１１〜３１ｍと、ｍ個の重み付け付加手段３２１〜３２ｍと、これらｍ個の重み付け付加手段３２１〜３２ｍの各出力信号を加算合成するベクトル合成手段３３とから構成されている。他の信号処理部３０２〜３０ｍも信号処理部３０１と同様に、ｍ個の位相遅延手段と、ｍ個の重み付け付加手段と、一つのベクトル合成手段とから構成されている。
【００２２】
次に、本実施の形態の動作について説明する。アンテナ素子１０１〜１０ｎにより受信された高周波信号は、対応して設けられた受信モジュール２０１〜２０ｎにそれぞれ供給される。受信モジュール２０１〜２０ｎでは、ベクトル発生手段２１１〜２１ｎにおいて入力高周波信号を局部信号発生器４５から出力された局部信号に基づいて、中間周波数（ＩＦ）信号に周波数変換する。ここで、ミキサ等を用いて行う周波数変換では、入力の位相情報が保存される。このため、ベクトル発生手段２１１〜２１ｎでは、局部信号発生器４５の出力局部信号を互いに直交する信号に分離し、各々を入力高周波信号と作用させ、周波数変換することでＩ信号とＱ信号に分離することが可能である。
【００２３】
ベクトル発生手段２１１〜２１ｎからそれぞれ出力されるＩ信号とＱ信号は、入力ＲＦ信号をベクトル表示した場合の実軸成分と虚軸成分に対応する。これらのＩ信号とＱ信号は、Ａ／Ｄ変換器２２１〜２２ｎ及び２３１〜２３ｎにそれぞれ供給され、ここで局部信号発生器４５からの局部信号に同期したサンプリングクロックに基づいてディジタル信号に変換された後、ｋ個ある信号処理部３０１〜３０ｋに分配される。
【００２４】
信号処理部３０１〜３０ｋは、ソフトウェアで構築される処理部であり、ｋ個の分配のソフトウェアにより行われる。信号処理部３０１〜３０ｋはすべて同一構成で同様の処理を行うので、信号処理部３０１について代表して説明するに、信号処理部３０１は受信モジュール２０１〜２０ｎから入力されたディジタル信号に対し、ｍ（＝２ｎ）個の位相遅延手段３１１〜３１ｍにより付与する移相量や、重み付け手段３２１〜３２ｍにより乗算する重み付けの値が指向性制御手段４６の出力制御信号の指示によりｎ個の衛星方向にそれぞれの最大利得が向くように互いに独立して制御され、合成手段３３でベクトル合成演算して、仮想的な指向性を得る。この処理で各アンテナ素子１０１〜１０ｎに含まれる干渉波成分は相殺され、減衰される。
【００２５】
信号処理部３０１〜３０ｋから出力された信号は、相関器４１１〜４１ｋに供給され、ここで擬似ランダムコード発生手段４４からの受信すべきＧＰＳ衛星に対応する擬似ランダムコードとの相関がとられる。相関器４１１〜４１ｋからは最も相関の大きな出力の時刻をＧＰＳ信号の到着時刻として測位演算処理へ出力する。また、この相関器４１１〜４１ｋの出力信号には、航法メッセージと呼ばれるＧＰＳ衛星の軌道データに関する情報が含まれている。この情報はメッセージ解読手段４３に入力される。
【００２６】
メッセージ解読手段４３は、入力された軌道データと現在の時刻とからＧＰＳ衛星の配置を決定し、指向性制御手段４６に出力すると共に、可視衛星に対応する擬似ランダム信号を発生させるため、擬似ランダムコード発生手段４４へ衛星配置を伝達する。ＤＧＰＳの場合、空中線の位相中心座標は既知である。従って、衛星等の擬似距離供給装置の相対的な方角は幾何学的に算出できる。この算出値に基づき、各ＧＰＳ衛星に向けて指向性ビームを形成するために必要な値が指向性制御手段４６から信号処理部３０１〜３０ｋに入力される。
【００２７】
一方、擬似ランダムコード発生手段４４から同期信号が局部発生器４５へ供給される。これにより、受信モジュール２０１〜２０ｎでＩ、Ｑベースバンドに検波される信号である、Ａ／Ｄ変換器２２１〜２２ｎ及び２３１〜２３ｎの出力ディジタル信号がＧＰＳコードとコヒーレントとなり、相関器４１１〜４１ｋの相関処理における量子化誤差を最小限に抑えることができる。
【００２８】
信号品質判定手段４２１〜４２ｋは、相関器４１１〜４１ｋの検出結果の分散を測定し、その測定値が予め定めた測定値よりも大きい場合、干渉を受けているとしてフラグ信号を測位演算処理へ出力する。ここで、測位演算処理とは、各ＧＰＳ衛星からの擬似距離を基にＧＰＳ空中線の位相中心の座標を算出する処理である。ａ番目（ａ＝１〜ｋ）の信号品質判定手段４２ａからフラグ信号が測位演算処理へ出力された場合は、ａ番目のビーム方向に位置するＧＰＳ衛星からの信号品質が劣化しているとして、そのＧＰＳ衛星からの擬似距離を除外する。
【００２９】
なお、太陽も一種の干渉源であることが知られており、ＧＰＳ衛星と太陽の方角とが一致した場合にも、そのＧＰＳ衛星からの信号品質が劣化するので、そのＧＰＳ衛星からの擬似距離を除外する。ただし、ＧＰＳ衛星からの擬似距離を除外する場合も、そのＧＰＳ衛星に対する仮想ビームの指向性は維持しておく。その後に、干渉が無くなる可能性があるからである。
【００３０】
このようにして、本実施の形態によれば、ソフトウェアによりフェイズド・アレイ・アンテナを構築する、いわゆるＤＢＦ空中線とＧＰＳ受信回路が連携され、仮想的なｎ本のマルチビームをｎ個のＧＰＳ衛星に指向し、所要の信号対ジャミング比を確保できる。
【００３１】
次に、本実施の形態の効果について図２及び図３と共に説明する。図２は本発明のマルチビーム空中線装置とＧＰＳ衛星及び干渉源との関係の一例を示すシステム図である。同図において、本発明のマルチビーム空中線装置５１では半球５３上に配置されたアンテナ素子（図１の１０１〜１０ｎ）により、仮想的にｎ本の指向性のある仮想ビーム５３１〜５３ｎが形成される。仮想ビーム５３１〜５３ｎのそれぞれはＧＰＳ衛星ＳＶ＃１〜ＳＶ＃ｎに別々に指向性を有しているため、未知の方向から電波発射されたと考えることができる干渉源５６からの干渉電波５７や、ＧＰＳ衛星ＳＶ＃１からの電波が反射物体５４で反射されたマルチパス５５による干渉波のレベルを相対的に低減することができる。また、ＧＰＳ衛星ＳＶ＃１〜ＳＶ＃ｎ毎に別々の仮想ビーム５３１〜５３ｎを用いているため、衛星同士の干渉、いわゆるインターナル干渉を低減できる。
【００３２】
また、ＧＰＳ衛星は見かけ上一日で地球上を約一周するため、その角速度は太陽と同程度のゆっくりした変化である。本発明では、ＧＰＳ衛星が見える間は時分割ではなく、常に衛星方向を仮想ビームが追尾するため、個々のＧＰＳ衛星に対する受信感度が向上する。
【００３３】
図３は２５００ｍｍ〜３００ｍｍの開口面を持つ空中線アレイのパターン計算結果を示す。同図に示すように、ビーム幅は約５度程度であり、ＧＰＳ衛星が約２０分間で通過する角度である。この指向性では、ビーム外の信号を約３０度減衰させることが可能である。言い換えると、耐干渉性能を３０ｄＢ改善することが可能である。
【００３４】
また、本実施の形態のマルチビーム空中線装置では、マルチビーム形成に必要な信号処理部３０１〜３０ｎをソフトウェア又はファームウェアで実現しているため、マルチビーム空中線装置全体を比較的簡易なハードウェアで実現することができる。また、受信感度が向上し個々のＧＰＳ衛星からのＳ／Ｎが改善されるため、擬似距離に含まれる揺らぎ成分が低減し、また、衛星が見える間はビームが衛星方向を追尾するため、各衛星の同一時刻の擬似距離を測位演算に使用でき、更に信号品質判定手段４２１〜４２ｋにより信号品質が劣化した衛星からの擬似距離を除外できるため、精度を向上できる。
【００３５】
更に、本実施の形態では、太陽とＧＰＳ衛星との方角が一致した場合、そのＧＰＳ衛星を使用しないことができるため、太陽干渉にも対処できる。なお、上記の実施の形態では、ｎ本の仮想ビームをｎ個のＧＰＳ衛星に指向させるように説明したが、そのうちの１又は複数本を地上設置の擬似衛星へ指向させることもできる。その場合は、地上に設置された擬似衛星からの信号のレベル変化がＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号のレベル変化に比べて極めて大きいが、本実施の形態では、地上に設置された擬似衛星に対する指向性利得をＧＰＳ衛星に対するそれよりも小さくすることがメッセージ解読手段４３及び指向性制御手段４６によりできるので、擬似衛星の遠近問題を解決できる。
【００３６】
次に、本発明におけるアンテナ系の各実施の形態について説明する。図４（Ａ）は半球面に素子を配置する例であり、この半球面に図２に５２で示したようにアンテナ素子を複数配置することにより、ペンシルビームを自由に形成でき、全周にわたり利得変化が小さいという理想的な性質を持つ。
【００３７】
また、図４（Ｂ）に示すアンテナ系は、平面をつなぎ合わせた簡単な構成例で、平面６１、６２等に多素子のアンテナ・エレメントが配置される。このアンテナ・アレイでは曲面補正演算が不要である。図４（Ｃ）は更に簡便なアンテナ・アレイである。同図（Ｃ）において、垂直方向のアレイ６３は複数のアンテナ・アレイを有しており、垂直方向のみに指向性を持たせた空中線システムを構成しており、これに頂点からの電波を受信する一つのアンテナ素子６４を組み合わせた構成である。このアンテナ・アレイでは、妨害除去能力が落ちるが、簡便にアンテナを構築することができる。
【００３８】
なお、アンテナ素子の配置については、図４以外の構成も可能であり、環境等の最適なシステムが選択されても本発明の手段に使用することが可能である。また、信号処理部３０１〜３０ｋはソフトウェアにより構成されるように説明したが、ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等のファームウェアで実現することもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下のような数々の特長を有する。
（１）個々の衛星方向に指向性を持たせることができるため、干渉波のレベルを相対的に低減させることができる。
（２）個々の衛星方向に指向性を持たせ、マルチビームを追尾させることができるため、個々の衛星に対する受信感度を向上できる。
（３）衛星毎に別々のビームを用いるようにしたため、衛星同士の干渉、いわゆるインターナル干渉を低減できる。
（４）マルチビーム形成に必要な、分配器、位相遅延手段、重み付け手段、合成手段等をソフトウェア又はファームウェアで実現しているため、これらのマルチビーム空中線を比較的簡単なハードウェアで実現することができる。
（５）（４）の理由により受信感度が向上し、個々の衛星からのＳ／Ｎが改善されるため、擬似距離に含まれる揺らぎ成分が低減し、また、衛星が見える間は時分割でなく常にマルチビームを衛星方向に追尾させるため、各衛星の同一時刻の擬似距離を測位演算に使用でき、更に信号品質判定手段により、信号品質が劣化した衛星からの擬似距離を除外できるため、精度を向上できる。
（６）ＧＰＳ衛星と太陽の方角が一致したとき、そのＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ信号の信号品質が劣化するため、擬似距離を除外することでそのＧＰＳ衛星を使用しないことができ、また太陽も一種の干渉源であり、指向性ビームの外に位置する場合は、十分な減衰が得られるため、太陽干渉の問題を解決できる。
（７）地上に設置された擬似衛星への指向性利得を他のＧＰＳ衛星への指向性利得と独立して設定することができるため、擬似衛星の遠近問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のブロック図である。
【図２】本発明のマルチビーム空中線装置とＧＰＳ衛星及び干渉源との関係の一例を示すシステム図である。
【図３】空中線アレイのパターン計算結果の一例を示す図である。
【図４】アンテナ・アレイの各例を示す図である。
【図５】従来の一例のブロック図である。
【符号の説明】
１０１〜１０ｎ アンテナ
２０１〜２０ｎ 受信モジュール
２１１〜２１ｎ ベクトル発生手段
２２１〜２２ｎ、２３１〜２３ｎ Ａ／Ｄ変換器
３０１〜３０ｋ 信号処理部
３１１〜３１ｍ 位相遅延手段
３２１〜３２ｍ 重み付け手段
３３ 合成手段
４１１〜４１ｋ 相関器
４２１〜４２ｋ 信号品質判定手段
４３ メッセージ解読手段
４４ 擬似ランダムコード発生手段
４５ 局部信号発生器
４６ 指向性制御手段
５１ マルチビーム空中線装置
５２ 半球上に配置されたアンテナ・アレイ
５３１〜５３ｎ 仮想ビーム
５４ 反射物体
５５ マルチパス
５６ 干渉源
５７ 干渉電波
ＳＶ＃１〜ＳＶ＃ｎ ＧＰＳ衛星
Claims (3)
- ディジタル・ビーム形成を有するアレイアンテナを構成するｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子と、
前記ｎ個のアンテナ素子のそれぞれで受信された衛星からの高周波信号を、局部信号に基づいてＩ信号とＱ信号に検波及び分離した後、前記局部信号に同期したディジタル信号に変換する、前記ｎ個のアンテナ素子毎に設けられたｎ個の受信モジュールと、
前記受信モジュールから出力された信号をそれぞれ入力として受け、複数の入力信号に対してそれぞれ位相遅延及び重み付けを行った後ベクトル合成して仮想的な指向性のある信号をそれぞれ出力するｋ個（ｋは２以上の整数）の信号処理部と、
受信すべき衛星に対応する擬似ランダムコードを発生する擬似ランダムコード発生器と、
前記ｋ個の信号処理部に対応して設けられ、前記信号処理部の出力信号と前記擬似ランダムコードとの相関を取り、最も相関の大きな時刻を前記高周波信号の到着時刻として出力するｋ個の相関器と、
前記ｋ個の相関器からの信号中に含まれる前記衛星の軌道データに関する情報をそれぞれ解読する解読手段と、
前記解読手段からの前記軌道データに関する情報に基づいて、前記ｋ個の信号処理部の各々について、その信号処理部から出力される信号の指向性が対応する衛星を追尾するように、前記位相遅延量及び重み付けの値それぞれを制御する指向性制御手段と、
前記擬似ランダムコード発生器からの前記擬似ランダムコードが同期信号として入力され、前記局部信号を発生する局部信号発生手段と、
前記ｋ個の相関器に対応して設けられ、前記相関器から出力された相関結果の分散を測定し、その測定値が予め定めた値よりも大きいかどうか比較し、前記測定値が予め定めた値よりも大きいときに、干渉を受けていることを示すフラグ信号を測位演算処理へ出力して、該当する信号を測位演算から除外させる信号品質判定手段と
を有することを特徴とするマルチビーム空中線装置。 - 前記ｋ個の信号処理部の各々は、前記ｎ個の受信モジュールから出力された信号をそれぞれ入力として受け、複数の入力信号に対してそれぞれ前記指向性制御手段からの制御信号に基づいて、入力信号に対して付与する位相遅延量及び重み付け値を可変する位相遅延及び重み付け付加手段と、前記位相遅延及び重み付け付加手段からの信号をベクトル合成演算して仮想的な指向性のある信号を出力する合成手段とよりなり、ソフトウェア又はファームウェアで構成されていることを特徴とする請求項１記載のマルチビーム空中線装置。
- 前記衛星は、少なくともＧＰＳ衛星を含んでいることを特徴とする請求項１又は２記載のマルチビーム空中線装置。
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