JP4292682B2 - Ｇｐｓ受信機、ｇｐｓ測位方法、および記憶媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーナビゲーション等の移動体におけるナビゲーションシステム等に用いられるＧＰＳ(Global Positioning System：全地球測位システム)において、起動後、測位可能となる以前の時点についても位置データを得ることのできるＧＰＳ受信機、記憶媒体、およびＧＰＳ測位方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳシステムは、上空を軌道とするＧＰＳ衛星を利用して車や航空機、船舶などの移動体が、地球上の位置や移動速度をリアルタイムで求めることができるように開発された位置測定システムであり、近時、この移動体による測位以外に、地球上のある地点間の距離や方向を測定するスタティック測量の分野等にも広く利用されている。このようなＧＰＳシステムを利用する場合、ＧＰＳ衛星から発信される電波を受信するためのＧＰＳ受信機が用いられている。
【０００３】
図６は、一般的に用いられるＧＰＳシステムの概略構成を示した説明図である。図６に示すように、ＧＰＳ衛星２００からは、スペクトラム拡散された１.５７５４２ＧＨｚの信号が発信される。この発信された信号は、その距離に応じた伝播時間後にＧＰＳ受信機２１０のアンテナ部２１１にて受信される。このアンテナ部２１１にて受信された信号は、中間周波数変換器２１２によって所定の中間周波数にダウンコンバートされ、信号同期復調部２１３に入る。その後、この信号同期復調部２１３にて信号の逆拡散が行われ、データが復調される。復調されたデータは、測位計算部２１４にて測位計算に用いられる。このようにして、ＧＰＳ衛星２００から発信された信号がＧＰＳ受信機２１０にて受信され、測位計算が行われる。
【０００４】
図７は、ＧＰＳ受信機２１０にて行われている従来のＧＰＳ測位動作を示している。この図で、横軸はＧＰＳ受信機２１０の電源投入(起動)後の経過時間である。まず、電源がオン(ＯＮ)されると、その時点で捕捉できる複数のＧＰＳ衛星のそれぞれから信号を受信し、ＧＰＳ衛星の一つ一つに対してチャンネルをそれぞれ割り当てる(図７の例では、割り当てたチャンネルをＣｈ．１〜Ｃｈ．４で例示している)。そして、各チャンネルにおいて、各ＧＰＳ衛星からのデータの復調を行うわけであるが、ここでは、図７に示すように、信号同期復調部２１３において(イ)スペクトラム逆拡散およびデータ復調を行い、さらに測位計算部２１４において(ロ)プリアンブルの特定によるサブフレーム同期、(ハ)サブフレームからの軌道パラメータの捕捉、を順次行う。各チャンネルのそれぞれにおいては、(ハ)の軌道パラメータの捕捉が完了した時点で、(ニ)の測位計算可能な状態となるわけであるが、測位計算部２１４では、通常４つ以上のチャンネルにおいて(ハ)の軌道パラメータの捕捉が完了したとき(図中、符号のＸの時点)に測位計算を開始する。そして測位計算が終了すると測位データが出力され、最終的に現在位置が計算される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のＧＰＳ受信機およびＧＰＳ測位方法では、装置の起動後、測位可能となるまでに３０秒程度を要していた。これは、(イ)のスペクトラム逆拡散およびデータ復調に約５秒、(ロ)のサブフレーム同期に約１０秒を要し、さらに、(ハ)の軌道パラメータの捕捉にデータのフレーム配列の関係上、約２０秒要するからである。
【０００６】
このため、従来から、前回の起動中に得た軌道パラメータを不揮発性メモリーに蓄えておき、(ロ)のサブフレーム同期が完了した時点で、蓄えていた軌道パラメータを用いて測位計算を開始するようなものもある。しかしこのような構成においても、ある一定時間(例えば２時間程度)が経過するとＧＰＳ衛星が没してしまうため、長時間にわたる装置停止後には、蓄えていた軌道パラメータは使用できなくなる。すると、上記と同様、ＧＰＳ受信機の起動後、改めて軌道パラメータを取得するまで測位を行うことができず、測位計算の開始まで時間がかかることになる。
【０００７】
ところで、例えばナビゲーションシステムでは、ＧＰＳの測位結果を記憶し、これを移動軌跡等として活用する機能を有したものがある。このようなナビゲーションシステムにおいて、例えば測位計算の開始を待たずに装置の起動と同時に移動を開始したような場合、実際に測位可能となった時点では、すでに出発点から離れた位置まで移動してしまっていることになる。その結果、出発点付近を移動軌跡として残すことができなくなり、その後のルート設定に支障が出る等の問題がある。
【０００８】
また、最近のデジタルカメラ等の各種携帯型端末では、ＧＰＳ受信機を内蔵または接続し、位置データを活用するものも出現している。例えばデジタルカメラにＧＰＳ受信機を備えて、撮影画像に撮影位置のデータ等を盛り込んで記録するのである。このような端末においては、起動直後に現在位置を素早く測位できないことから、起動直後に撮影した画像には撮影位置のデータを盛り込むことができず、測位可能となるまで待たなければならない等して、非常に不便であった。
【０００９】
本発明は、このような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、起動後、実際に測位可能となる以前の時点での測位情報を得ることのできるＧＰＳ受信機、ＧＰＳ測位方法、および記憶媒体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明のＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ衛星から発信される信号に基づいて測位を行うＧＰＳ受信機において、前記ＧＰＳ衛星から前記信号を受信する信号受信手段と、前記信号受信手段で受信した前記信号からレンジデータを取得するレンジデータ取得手段と、前記信号受信手段で受信した前記信号から軌道パラメータを捕捉する軌道パラメータ捕捉手段と、前記軌道パラメータ捕捉手段で前記軌道パラメータが捕捉される以前に前記レンジデータ取得手段で取得された前記レンジデータを記憶するレンジデータ記憶手段と、前記レンジデータ記憶手段に記憶された前記レンジデータに対応した位置データを、前記軌道パラメータ捕捉手段で捕捉した前記軌道パラメータに基づき算出する位置データ算出手段と、を備えることを特徴としている。
ここでレンジデータとは、ＧＰＳ衛星から発信される信号から得られる時間データである。各ＧＰＳ衛星からは、全てのＧＰＳ衛星においてタイミングの統一された信号が発信されており、この信号は一定周期毎にリセットされるカウンタ値となっている。この信号をＧＰＳ受信機側で同時に受信することにより、そのときの複数のＧＰＳ衛星間での信号位相データが得られ、これに基づきＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との距離(レンジ)を求めることができる。このレンジデータは、スペクトラム拡散されてＧＰＳ衛星から送信される信号を、ＧＰＳ受信機側において受信し、これをスペクトラム逆拡散し始めれば得ることができるものである。
一方、軌道パラメータはエフェメリスデータとも称され、各ＧＰＳ衛星の詳細な軌道情報を示すものである。各ＧＰＳ衛星からの信号は、この軌道パラメータ以外にも、ＧＰＳ衛星のサーチに主に使用される大まかな軌道情報であるアルマナックデータ等、所定のデータを含んだデータフレームが、擬似ランダムノイズによって符号化された状態となっている。ＧＰＳ受信機側では、受信したこの信号をスペクトラム逆拡散し、さらにデータ復調を行うことによって、前記データフレームを得ることができ、このデータフレーム中から軌道パラメータを捕捉するのである。このデータフレームは、５つのサブフレームからなるロングフレームによって構成され、１つのサブフレームは６秒周期を有している。そして、１つのロングフレームにおいて、４〜５番目のサブフレームに軌道パラメータが格納されている。このため、ＧＰＳ衛星からの信号を受信し、これをデータ復調しても、軌道パラメータを得るのに最大３０秒要する。
このように、ＧＰＳ受信機で信号を受信し始めてから軌道パラメータを得るまでに時間がかかるのに対し、レンジデータは信号の受信開始後、すぐに得ることができるのである。
そして、このようなＧＰＳ受信機では、ＧＰＳ衛星からの信号を信号受信手段で受信し、受信した信号から、レンジデータ取得手段でレンジデータを取得する。この後、軌道パラメータ捕捉手段において信号から軌道パラメータを捕捉し始めるわけであるが、レンジデータ記憶手段では、軌道パラメータ捕捉手段で軌道パラメータが捕捉される以前にレンジデータ取得手段で取得されたレンジデータを記憶している。そして、位置データ算出手段で、このレンジデータ記憶手段に記憶されたレンジデータに対応した位置データを、軌道パラメータ捕捉手段で捕捉した軌道パラメータに基づき算出することによって、軌道パラメータを捕捉し始める以前の位置データを得ることができる。
なおここでは、得られた位置データの利用方法については特に限定するものではない。
【００１１】
また、得られた位置データの利用方法の一形態として、このＧＰＳ受信機では、前記位置データ算出手段で算出した前記位置データに基づき、前記軌道パラメータ捕捉手段で前記軌道パラメータが捕捉される以前における、当該ＧＰＳ受信機の移動経路情報を生成する移動経路生成手段を備えることを特徴とすることができる。このように構成すれば、ナビゲーションシステム等において、移動経路生成手段において、軌道パラメータ捕捉手段で軌道パラメータが捕捉される以前における、当該ＧＰＳ受信機の移動経路情報、例えば移動軌跡等、を生成することが可能となる。
【００１２】
更に、得られた位置データの利用方法の他の一形態として、本発明のＧＰＳ発信機では、前記位置データ算出手段は、前記軌道パラメータ捕捉手段で前記軌道パラメータが捕捉される以前において当該ＧＰＳ受信機で所定の操作を行ったときの位置データを算出することを特徴とすることもできる。このように構成すれば、例えばＧＰＳ機能を備えたデジタルカメラ等において、軌道パラメータ捕捉手段で前記軌道パラメータが捕捉される以前において、所定の操作、例えば撮影操作を行ったとき、そのときの位置データを位置データ算出手段で算出することが可能となる。したがって、算出した位置データを、例えば撮影した画像データとともに格納することにより、撮影した画像に、撮影位置情報を盛り込むことが可能となる。
【００１３】
また、本発明のＧＰＳ受信機を他の観点から把握すると、本発明のＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ衛星から発信される信号に基づいて測位を行うＧＰＳ受信機において、前記ＧＰＳ衛星から前記信号を受信する信号受信部と、前記信号受信部で受信した前記信号に基づいて測位計算を行う測位計算部と、当該ＧＰＳ受信機を起動して以降、前記測位計算部で測位計算が行われる以前の当該ＧＰＳ受信機の位置データを生成する位置データ生成部と、を備えることを特徴とすることができる。このように構成すれば、位置データ生成部において、ＧＰＳ受信機を起動して以降、測位計算部で測位計算が行われる以前の当該ＧＰＳ受信機の位置データを生成することができる。
ここでは、測位計算部での測位計算方法、位置データの生成方法等について具体的に限定するものではない。
【００１４】
本発明を、カテゴリを変えて把握すると、本発明は、複数のＧＰＳ衛星から信号を受信し、受信された前記信号に含まれるレンジデータが得られるようになった時点から当該レンジデータを記憶し、受信された前記信号から軌道パラメータが捕捉されるようになった時点以降に、当該軌道パラメータと記憶していた前記レンジデータとに基づいて測位計算し、当該軌道パラメータが捕捉される以前の位置データを求めることを特徴とすることができる。
【００１５】
また、本発明を記録媒体として把らえると、本発明の記録媒体は、コンピュータに実行させるプログラムを当該コンピュータが読み取り可能に記憶した記憶媒体において、前記プログラムは、複数のＧＰＳ衛星からの信号からレンジデータの取得を開始した時点から当該レンジデータを記憶させる処理と、前記ＧＰＳ衛星からの前記信号から軌道パラメータを捕捉して以降、当該軌道パラメータに基づき、前記記憶していたレンジデータに対応した時点での位置を示す位置データを生成する処理と、を前記コンピュータに実行させることを特徴とすることができる。この記録媒体によれば、記憶したプログラムをコンピュータに実行させることにより、ＧＰＳ衛星からの信号から軌道パラメータを捕捉して以降、軌道パラメータに基づき、記憶していたレンジデータに対応した時点での位置を示す位置データを生成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるＧＰＳ受信機の概略構成を示す説明図である。図１に示すように、本実施の形態におけるＧＰＳ受信機は、高度約２万ｋｍ上のＧＰＳ衛星から発信された１５７５.４２ＭＨｚの信号(電波)を受信するＧＰＳアンテナ部(信号受信手段、信号受信部)１、このＧＰＳアンテナ部１から受信した信号を中間周波数に変換するための中間周波数変換器２、そして、中間周波数変換器２によって中間周波数に下げられた信号を復調する復調部(レンジデータ取得手段)３、復調された信号から必要なデータを抜き出して現在位置を計算するための測位計算部(軌道パラメータ捕捉手段、位置データ算出手段、移動経路生成手段、位置データ生成部)４、ＧＰＳ受信機側で時刻を知るための時計機能を内蔵したマイコン等からなる時計部５、表示部インターフェイス(Ｉ／Ｆ)６を介して測位により得た情報等を表示するモニター等の表示部７、を備えて構成されている。
【００１７】
図２に示すように、復調部３は、スペクトラム逆拡散器１０とデータ復調器１１とを備え、これらは複数のチャンネルを有して複数のＧＰＳ衛星から送られる信号を、一つ一つのＧＰＳ衛星毎に一つのチャンネルに割り当て、所定の処理を行う。
【００１８】
ところで、図３に示すものは、各ＧＰＳ衛星から送られる階層化された信号(航法メッセージ)のフレーム構成である。この図に示すように、ロングフレームは５つのサブフレームから構成されている。そして、１サブフレーム＝１０ワード、１ワード＝３０データビット、１データビットは２０の擬似雑音符号(Ｃ／Ａコード)からなり、一つの擬似雑音符号は１〔msec〕であるので、１データビットは２０〔msec〕、１ワードは６００〔msec〕、１サブフレームは６〔sec〕、１ロングフレームは３０〔sec〕となっている。そして、２５のロングフレームで１マスターフレームが構成され、１２．５〔min〕を１周期としてＧＰＳ衛星からの送信が続けられている。
【００１９】
そして、各サブフレームは、８ビットのプリアンブル(同期パターン)から始まる。各サブフレームの２ワード目となる３１ビット目から１７ビットにわたって、６秒周期で１週間までの信号時刻を表すＴＯＷ(Time Of Week)が格納されており、このＴＯＷによってサブフレームのカウント値を知ることができる。また、各サブフレームの５０ビット目から３ビットは、サブフレームのＩＤを示している。これらサブフレームのカウント値およびＩＤから、ＧＰＳ衛星における信号の送信時刻を知ることができる。
さらに、１〜３番目のサブフレームには、ＧＰＳ衛星の詳細な軌道情報である軌道パラメータ(エフェメリスデータ)が格納され、４〜５番目のサブフレームには、すべてのＧＰＳ衛星に関する情報が収められており、ＧＰＳ衛星のサーチに主に使用され、大まかな軌道情報であるアルマナックデータもここに収められている。
【００２０】
また、上記のような構成の信号は、ビット率５０〔bps〕で、ビット周期は２０〔msec〕である。そして、上記信号は、チップ速度が１．０２３〔MHz〕の擬似ランダムノイズによりスペクトラム拡散された状態でＧＰＳ衛星から送信されている。この擬似ランダムノイズのコード長(繰り返し周期)は１〔msec〕であり、その２０周期分が信号の１ビットに対応している。なお、１チップ周期は、略１〔μsec〕である。
【００２１】
スペクトラム逆拡散器１０は、各ＧＰＳ衛星に固有の擬似ランダムノイズを掛け合わせて逆拡散して相関検出することで、ノイズ下に埋もれている割り当てられたＧＰＳ衛星の信号のみを復調する。このとき、各ＧＰＳ衛星から擬似ランダムノイズを掛け合わせて発信されている信号は、全てのＧＰＳ衛星において統一されたタイミングで発信されており、この信号は一定周期毎に繰り返している。スペクトラム逆拡散器１０では、この信号の擬似ランダムノイズのチップをカウントすることにより、レンジデータを得る。このための構成として、スペクトラム逆拡散器１０を構成する図示しない擬似ランダムノイズコントローラからは、擬似ランダムノイズのチップ速度に同期した１．０２３〔MHz〕のクロックが出力される。このクロックは、スペクトラム逆拡散器１０を構成するレンジカウンタ(図示無し)にカウントクロックとして供給される。また、擬似ランダムノイズ発生器からは、擬似ランダムノイズの繰返し周期に同期したエポック信号が出力され、このエポック信号は、レンジカウンタにリセット信号として供給される。そして、レンジカウンタでは、擬似ランダムノイズのチップを、所定時間、例えば１００〔msec〕毎に、全てのチャンネルにおいて同時にカウントし、そのカウント値をレンジデータとして測位計算部４に出力するのである。
上記レンジデータは、スペクトラム拡散されてＧＰＳ衛星から送信される信号を、ＧＰＳ受信機側において受信し、これをスペクトラム逆拡散器１０でスペクトラム逆拡散し始めれば得ることができる。
このようなスペクトラム逆拡散器１０としては、例えば本発明者らが既に出願した特開平４−２３７２２８号公報に開示された技術等が好適に用いられる。
【００２２】
また、データ復調器１１は、スペクトラム逆拡散器１０で逆拡散された信号をさらに２相復調回路によって復調し、上記したようなデータフレーム構成を有したデータとして測位計算部４へ出力する。
【００２３】
図１に示したように、測位計算部４は、ＣＰＵ１２と、所定のプログラムが格納されたＲＯＭ１３と、データを格納・読み出しするＲＡＭ(レンジデータ記憶手段)１４、およびＲＡＭ１４に対しデータを入出力するデータ入出力デバイス１５とを備えて構成されている。ここで、ＲＡＭ１４には、通常と同様、起動後、早いタイミングから測位を開始するために軌道パラメータを保持しておく軌道パラメータ保持部が備えられ、さらには、レンジデータを記憶しておくレンジデータ記憶部が備えられている。
そして、ＣＰＵ１２においては、ＲＯＭ１３に格納されたプログラムに基づいて所定の処理を実行し、これによって測位計算部４では、測位計算して位置データを出力する。
【００２４】
図４は、上記のようなＧＰＳ受信機における電源投入時の処理の流れを示すフローチャートである。
まず、ＧＰＳ受信機を起動させるため、電源が投入されると(ステップＳ１０１)、ＧＰＳ衛星から発信された信号が、その距離に応じた伝播時間後にＧＰＳ受信機のＧＰＳアンテナ部１にて受信される。このＧＰＳアンテナ部１にて受信された信号は、中間周波数変換器２によって所定の中間周波数にダウンコンバートされ、復調部３に入る。
その後、この復調部３にて、その時点で捕捉できる複数のＧＰＳ衛星のそれぞれから信号を受信し、ＧＰＳ衛星の一つ一つに対してチャンネルをそれぞれ割り当てる(ステップＳ１０２)。
【００２５】
そして、各チャンネルにおいては、それぞれ割り当てられたＧＰＳ衛星からのデータ復調を開始し(ステップＳ１０３)、スペクトラム逆拡散器１０で信号を逆拡散させ始めると、信号に含まれる擬似ランダムノイズのチップを、所定時間毎、例えば１００〔msec〕毎にカウント(計測)し、そのカウント値をレンジデータとして測位計算部４に出力する。そして、測位計算部４に出力されたレンジデータを、データ入出力デバイス１５を介してＲＡＭ１４のレンジデータ記憶部に記憶させる (ステップＳ１０４)。
【００２６】
その一方、各チャンネルでは、測位計算部４において、得られたデータの各メインフレームにおいて、１〜３番目のサブフレームが得られた時点で、ここに格納された軌道パラメータを抜き出す(ステップＳ１０５)。
全てのチャンネルにおいて、軌道パラメータの捕捉が完了した後(ステップＳ１０６)、得られた軌道パラメータと、スペクトラム逆拡散器１０から出力されるレンジデータに基づき、測位計算を行い(ステップＳ１０７)、位置データの出力(ステップＳ１０８)を行う。このとき、これらステップＳ１０７〜１０８においては、以下のようにして、現在の位置データと、軌道パラメータの捕捉が完了した時点よりも以前の時点での過去の位置データを出力する。
【００２７】
まず、軌道パラメータの捕捉の完了以降において、その時点での現在位置データを得るには、従来と同様、その時点で捕捉される軌道パラメータとレンジデータとに基づき、少なくとも４個のＧＰＳ衛星による連立方程式を解く。
すなわち、ＧＰＳ衛星の位置(ｘs、ｙs、ｚs)とＧＰＳ受信機の位置(ｘu、ｙu、ｚu)の間の距離と、ＧＰＳ衛星からの信号の到達遅延時間との間には、
〔(ｘs−ｘu)2＋(ｙs−ｙu)2＋(ｚs−ｚu)2〕1/2＝ｃ・(ｔu−ｔs)
の関係が成り立つ。ここで、ｔsは信号がＧＰＳ衛星で発信された時間(＝レンジデータ)、ｔuはＧＰＳ受信機で受信された時刻、ｃは光速である。そして、未知数を、(ｘu、ｙu、ｚu)およびｔuとすると、４個のＧＰＳ衛星による以下の連立四元二次方程式を解くことにより現在位置データが求められる。
〔(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)
【００２８】
そして、軌道パラメータの捕捉完了以降において、ＧＰＳ受信機の電源を投入(起動)して以降軌道パラメータの捕捉完了までの間、つまり、過去の位置データを得るには、捕捉された現在の軌道パラメータを用い、ＲＡＭ１４のレンジデータ記憶部に記憶していた過去のレンジデータのそれぞれに対応した位置データを求める。ここで、軌道パラメータには、ＧＰＳ衛星の移動軌跡を示す、時間を変数とする関数式のパラメータが含まれているため、前記関数式と記憶していたレンジデータとから、過去の位置データを近似して求めることができるのである。なお、ＧＰＳ衛星の移動軌跡を示す関数式は、例えば２時間程度で更新されるものであり、したがって、ＧＰＳ受信機を起動して以降、軌道パラメータが捕捉されるまでの３０秒程度の間に得られたレンジデータ(記憶していたレンジデータ)に対してであれば、十分に近似データを利用できる。
このようにして、軌道パラメータの捕捉が完了した後であれば、ＧＰＳ受信機の起動後、軌道パラメータの捕捉が完了する以前の時点での位置データを得ることができるのである。ここで、図７において、図中、「レンジデータの計測」と示したものが、上記復調部３におけるレンジデータのカウント(計測)タイミングを示している。本実施の形態においては、捕捉できる全ての衛星において、(イ)のスペクトラム逆拡散およびデータ復調を行った時点(図７中符号(Ｙ)参照)以降、ＲＡＭ１４のレンジデータ記憶部へのレンジデータの記憶を開始する。そして、軌道パラメータの捕捉が完了した後(図７中符号(Ｘ)以降)であれば、それ以前の時点(図７中符号(Ｙ)−(Ｘ)間のレンジデータの計測タイミング)での位置データを得ることができるのである。
【００２９】
上記のようなプログラムは、ＧＰＳ受信機に予めインストールされていても良いが、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の各種記憶媒体に、ＧＰＳ受信機で読み取り可能な状態で記憶されたものであっても良い。
【００３０】
上記ＧＰＳ受信機は、例えばナビゲーションシステムに適用することができる。すなわち、ステップＳ１０８において、ナビゲーションシステム(ＧＰＳ受信機)を起動して以降、軌道パラメータが捕捉されるようになった時点以降に、それ以前の位置データを得ることができるのである。従来のナビゲーションシステムにおいても、軌道パラメータを捕捉して測位を開始して以降、現在位置データを蓄積し、これらをもとに移動軌跡を生成する機能を有しているものがあった。これに加えて、本ナビゲーションシステムにおいては、測位計算部(移動経路生成手段)４において、記憶していたレンジデータに基づき、軌道パラメータが捕捉される以前のＧＰＳ受信機の移動軌跡(移動経路情報)を生成することができる。このため、ＧＰＳ受信機を起動すると同時に移動を開始したような場合であっても、電源投入後間もなくからの移動軌跡を形成することが可能となるのである。
【００３１】
また、上記のようなＧＰＳ受信機は、デジタルカメラ等の各種携帯型端末にも適用が可能である。図５は、ＧＰＳ機能を有したデジタルカメラ(ＧＰＳ受信機)の概略構成を示すブロック図である。
この図に示すように、デジタルカメラ２０は、ＧＰＳブロック２１と、撮影ブロック２２とを備えて構成されている。ここで、ＧＰＳブロック２１は、上記に説明したＧＰＳアンテナ部１、中間周波数変換器２、復調部３、測位計算部４、時計部５を有して構成されている。そして、撮影ブロック２２は、撮像部２３、撮像部２３を操作する操作部２４、画像処理部２５を備え、さらにモニター等の表示部２６を備えて構成されている。ここで、画像処理部２５は、ＣＰＵ２７と、所定のプログラムが格納されたＲＯＭ２８と、データを格納・読み出しするＲＡＭ２９、およびＲＡＭ２９に対しデータを入出力するデータ入出力デバイス３０とを備えて構成されている。そして、ＲＡＭ２９は、撮像部２３で撮像した画像データを格納する画像データ格納部と、操作部２４において所定の操作を行ったときの時刻データを格納する時刻データ格納部と、ＧＰＳブロック２１において測位した位置データを格納する位置データ格納部と、を備えている。
【００３２】
このデジタルカメラ２０においては、操作部２４で所定の操作(例えば撮影操作)を行ったときに、撮像部２３で撮像した画像のデータをＲＡＭ２９の画像データ格納部に格納し、これとともに、操作部２４の操作時刻、つまり撮影時刻のデータをＲＡＭ２９の時刻データ格納部に格納する。さらに、操作部２４で所定の操作(例えば撮影操作)を行ったときに、ＧＰＳブロック２１において、その時点での位置データを測位し、これをＲＡＭ２９の位置データ格納部に格納する。そして、撮像した画像データを表示部２６にて表示するときには、ＲＡＭ２９から、画像データと、この画像データに対応した時刻データおよび位置データを引き出し、これらを一体に表示したり、あるいは画像データのファイル情報として時刻データや位置データを表示可能とするのである。
【００３３】
ここで、従来のデジタルカメラであれば、起動後３０秒程度待機し、測位が可能となってからでなければ位置データを画像データに盛り込むことができなかったが、本デジタルカメラ２０においては、起動後、軌道パラメータが捕捉されるようになった時点以降に、それ以前の位置データを得ることができる。これには、端末の起動後、軌道パラメータが捕捉される以前に操作部２４で撮影操作を行ったときに、そのときのレンジデータをＲＡＭ１４のレンジデータ記憶部に記憶させておく。そして、軌道パラメータが捕捉されるようになった時点以降、ＧＰＳブロック２１での測位プログラムのステップＳ１０８(図４参照)において、軌道パラメータが捕捉される以前の位置データを得ることができるので、この位置データをＲＡＭ２９の位置データ格納部に格納すれば良いのである。
このようにして、デジタルカメラを起動した直後に撮影した画像についても、軌道パラメータが得られた後であれば、撮影時点での位置データを取得して盛り込むことが可能となる。
【００３４】
なお、上記実施の形態では、ＧＰＳ受信機で得た位置データを、ナビゲーションシステムやデジタルカメラ等に適用する例のみを示したが、これ以外の機器においてもＧＰＳ受信機で得た位置データを用いるのであれば、上記と同様にして本発明を適用することにより同様の効果を得ることが可能である。
また、得た位置データの利用方法については、上記実施の形態で示したナビゲーションシステムにおける移動軌跡の生成、デジタルカメラにおける撮影位置情報の生成に限るものではなく、これ以外であっても良い。
さらに、上記実施の形態では、例えば軌跡データを記憶しておき、再起動時にその軌跡データを利用することによって測位を早いタイミングから行う等の構成については特に記述していないが、もちろんそれらの技術と組み合わせることにより、本発明がより効果的なものとなるのは言うまでもない。
加えて、上記のようなプログラムを記憶するＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリ、ハードディスク等の記憶手段と、この記憶手段から当該プログラムを読み出し、当該プログラムを実行する装置側に直接あるいは間接的に当該プログラムを送信する送信手段とを備える伝送装置等の形態を成していても良い。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＧＰＳ受信機の電源投入後、軌道パラメータ捕捉後にそれ以前の位置データを得ることが可能となる。したがって、例えばナビゲーションシステムにおいては、従来より早いタイミングからの移動軌跡等を得ることができ、またデジタルカメラ等の端末においては、起動直後に撮影された画像等に対しても位置データを盛り込むことが可能となり、その使い勝手が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態におけるＧＰＳ受信機の概略構成を示す説明図である。
【図２】 ＧＰＳ受信機における信号の受信および復調の流れを示す説明図である。
【図３】 ＧＰＳ衛星から送られる信号のフレーム構成である。
【図４】 ＧＰＳ受信機における電源投入時の処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】 本実施の形態におけるＧＰＳ受信機の一例を示すものであり、ＧＰＳ機能を有したデジタルカメラの概略構成を示す説明図である。
【図６】 一般的に用いられるＧＰＳシステムの概略構成を示した説明図である。
【図７】 ＧＰＳ受信機にて行われているＧＰＳ測位動作を示している。
【符号の説明】
１…ＧＰＳアンテナ部(信号受信手段、信号受信部)、３…復調部(レンジデータ取得手段)、４…測位計算部(軌道パラメータ捕捉手段、位置データ算出手段、移動経路生成手段、位置データ生成部)、１０…スペクトラム逆拡散器、１１…データ復調器、１２…ＣＰＵ、１４…ＲＡＭ(レンジデータ記憶手段)、２０…デジタルカメラ(ＧＰＳ受信機)、２３…撮像部、２４…操作部、２５…画像処理部
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーナビゲーション等の移動体におけるナビゲーションシステム等に用いられるＧＰＳ(Global Positioning System：全地球測位システム)において、起動後、測位可能となる以前の時点についても位置データを得ることのできるＧＰＳ受信機、記憶媒体、およびＧＰＳ測位方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳシステムは、上空を軌道とするＧＰＳ衛星を利用して車や航空機、船舶などの移動体が、地球上の位置や移動速度をリアルタイムで求めることができるように開発された位置測定システムであり、近時、この移動体による測位以外に、地球上のある地点間の距離や方向を測定するスタティック測量の分野等にも広く利用されている。このようなＧＰＳシステムを利用する場合、ＧＰＳ衛星から発信される電波を受信するためのＧＰＳ受信機が用いられている。
【０００３】
図６は、一般的に用いられるＧＰＳシステムの概略構成を示した説明図である。図６に示すように、ＧＰＳ衛星２００からは、スペクトラム拡散された１.５７５４２ＧＨｚの信号が発信される。この発信された信号は、その距離に応じた伝播時間後にＧＰＳ受信機２１０のアンテナ部２１１にて受信される。このアンテナ部２１１にて受信された信号は、中間周波数変換器２１２によって所定の中間周波数にダウンコンバートされ、信号同期復調部２１３に入る。その後、この信号同期復調部２１３にて信号の逆拡散が行われ、データが復調される。復調されたデータは、測位計算部２１４にて測位計算に用いられる。このようにして、ＧＰＳ衛星２００から発信された信号がＧＰＳ受信機２１０にて受信され、測位計算が行われる。
【０００４】
図７は、ＧＰＳ受信機２１０にて行われている従来のＧＰＳ測位動作を示している。この図で、横軸はＧＰＳ受信機２１０の電源投入(起動)後の経過時間である。まず、電源がオン(ＯＮ)されると、その時点で捕捉できる複数のＧＰＳ衛星のそれぞれから信号を受信し、ＧＰＳ衛星の一つ一つに対してチャンネルをそれぞれ割り当てる(図７の例では、割り当てたチャンネルをＣｈ．１〜Ｃｈ．４で例示している)。そして、各チャンネルにおいて、各ＧＰＳ衛星からのデータの復調を行うわけであるが、ここでは、図７に示すように、信号同期復調部２１３において(イ)スペクトラム逆拡散およびデータ復調を行い、さらに測位計算部２１４において(ロ)プリアンブルの特定によるサブフレーム同期、(ハ)サブフレームからの軌道パラメータの捕捉、を順次行う。各チャンネルのそれぞれにおいては、(ハ)の軌道パラメータの捕捉が完了した時点で、(ニ)の測位計算可能な状態となるわけであるが、測位計算部２１４では、通常４つ以上のチャンネルにおいて(ハ)の軌道パラメータの捕捉が完了したとき(図中、符号のＸの時点)に測位計算を開始する。そして測位計算が終了すると測位データが出力され、最終的に現在位置が計算される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のＧＰＳ受信機およびＧＰＳ測位方法では、装置の起動後、測位可能となるまでに３０秒程度を要していた。これは、(イ)のスペクトラム逆拡散およびデータ復調に約５秒、(ロ)のサブフレーム同期に約１０秒を要し、さらに、(ハ)の軌道パラメータの捕捉にデータのフレーム配列の関係上、約２０秒要するからである。
【０００６】
このため、従来から、前回の起動中に得た軌道パラメータを不揮発性メモリーに蓄えておき、(ロ)のサブフレーム同期が完了した時点で、蓄えていた軌道パラメータを用いて測位計算を開始するようなものもある。しかしこのような構成においても、ある一定時間(例えば２時間程度)が経過するとＧＰＳ衛星が没してしまうため、長時間にわたる装置停止後には、蓄えていた軌道パラメータは使用できなくなる。すると、上記と同様、ＧＰＳ受信機の起動後、改めて軌道パラメータを取得するまで測位を行うことができず、測位計算の開始まで時間がかかることになる。
【０００７】
ところで、例えばナビゲーションシステムでは、ＧＰＳの測位結果を記憶し、これを移動軌跡等として活用する機能を有したものがある。このようなナビゲーションシステムにおいて、例えば測位計算の開始を待たずに装置の起動と同時に移動を開始したような場合、実際に測位可能となった時点では、すでに出発点から離れた位置まで移動してしまっていることになる。その結果、出発点付近を移動軌跡として残すことができなくなり、その後のルート設定に支障が出る等の問題がある。
【０００８】
また、最近のデジタルカメラ等の各種携帯型端末では、ＧＰＳ受信機を内蔵または接続し、位置データを活用するものも出現している。例えばデジタルカメラにＧＰＳ受信機を備えて、撮影画像に撮影位置のデータ等を盛り込んで記録するのである。このような端末においては、起動直後に現在位置を素早く測位できないことから、起動直後に撮影した画像には撮影位置のデータを盛り込むことができず、測位可能となるまで待たなければならない等して、非常に不便であった。
【０００９】
本発明は、このような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、起動後、実際に測位可能となる以前の時点での測位情報を得ることのできるＧＰＳ受信機、ＧＰＳ測位方法、および記憶媒体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明のＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ衛星から発信される信号に基づいて測位を行うＧＰＳ受信機において、前記ＧＰＳ衛星から前記信号を受信する信号受信手段と、前記信号受信手段で受信した前記信号からレンジデータを取得するレンジデータ取得手段と、前記信号受信手段で受信した前記信号から軌道パラメータを捕捉する軌道パラメータ捕捉手段と、前記軌道パラメータ捕捉手段で前記軌道パラメータが捕捉される以前に前記レンジデータ取得手段で取得された前記レンジデータを記憶するレンジデータ記憶手段と、前記レンジデータ記憶手段に記憶された前記レンジデータに対応した位置データを、前記軌道パラメータ捕捉手段で捕捉した前記軌道パラメータに基づき算出する位置データ算出手段と、を備えることを特徴としている。
ここでレンジデータとは、ＧＰＳ衛星から発信される信号から得られる時間データである。各ＧＰＳ衛星からは、全てのＧＰＳ衛星においてタイミングの統一された信号が発信されており、この信号は一定周期毎にリセットされるカウンタ値となっている。この信号をＧＰＳ受信機側で同時に受信することにより、そのときの複数のＧＰＳ衛星間での信号位相データが得られ、これに基づきＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との距離(レンジ)を求めることができる。このレンジデータは、スペクトラム拡散されてＧＰＳ衛星から送信される信号を、ＧＰＳ受信機側において受信し、これをスペクトラム逆拡散し始めれば得ることができるものである。
一方、軌道パラメータはエフェメリスデータとも称され、各ＧＰＳ衛星の詳細な軌道情報を示すものである。各ＧＰＳ衛星からの信号は、この軌道パラメータ以外にも、ＧＰＳ衛星のサーチに主に使用される大まかな軌道情報であるアルマナックデータ等、所定のデータを含んだデータフレームが、擬似ランダムノイズによって符号化された状態となっている。ＧＰＳ受信機側では、受信したこの信号をスペクトラム逆拡散し、さらにデータ復調を行うことによって、前記データフレームを得ることができ、このデータフレーム中から軌道パラメータを捕捉するのである。このデータフレームは、５つのサブフレームからなるロングフレームによって構成され、１つのサブフレームは６秒周期を有している。そして、１つのロングフレームにおいて、４〜５番目のサブフレームに軌道パラメータが格納されている。このため、ＧＰＳ衛星からの信号を受信し、これをデータ復調しても、軌道パラメータを得るのに最大３０秒要する。
このように、ＧＰＳ受信機で信号を受信し始めてから軌道パラメータを得るまでに時間がかかるのに対し、レンジデータは信号の受信開始後、すぐに得ることができるのである。
そして、このようなＧＰＳ受信機では、ＧＰＳ衛星からの信号を信号受信手段で受信し、受信した信号から、レンジデータ取得手段でレンジデータを取得する。この後、軌道パラメータ捕捉手段において信号から軌道パラメータを捕捉し始めるわけであるが、レンジデータ記憶手段では、軌道パラメータ捕捉手段で軌道パラメータが捕捉される以前にレンジデータ取得手段で取得されたレンジデータを記憶している。そして、位置データ算出手段で、このレンジデータ記憶手段に記憶されたレンジデータに対応した位置データを、軌道パラメータ捕捉手段で捕捉した軌道パラメータに基づき算出することによって、軌道パラメータを捕捉し始める以前の位置データを得ることができる。
なおここでは、得られた位置データの利用方法については特に限定するものではない。
【００１１】
また、得られた位置データの利用方法の一形態として、このＧＰＳ受信機では、前記位置データ算出手段で算出した前記位置データに基づき、前記軌道パラメータ捕捉手段で前記軌道パラメータが捕捉される以前における、当該ＧＰＳ受信機の移動経路情報を生成する移動経路生成手段を備えることを特徴とすることができる。このように構成すれば、ナビゲーションシステム等において、移動経路生成手段において、軌道パラメータ捕捉手段で軌道パラメータが捕捉される以前における、当該ＧＰＳ受信機の移動経路情報、例えば移動軌跡等、を生成することが可能となる。
【００１２】
更に、得られた位置データの利用方法の他の一形態として、本発明のＧＰＳ発信機では、前記位置データ算出手段は、前記軌道パラメータ捕捉手段で前記軌道パラメータが捕捉される以前において当該ＧＰＳ受信機で所定の操作を行ったときの位置データを算出することを特徴とすることもできる。このように構成すれば、例えばＧＰＳ機能を備えたデジタルカメラ等において、軌道パラメータ捕捉手段で前記軌道パラメータが捕捉される以前において、所定の操作、例えば撮影操作を行ったとき、そのときの位置データを位置データ算出手段で算出することが可能となる。したがって、算出した位置データを、例えば撮影した画像データとともに格納することにより、撮影した画像に、撮影位置情報を盛り込むことが可能となる。
【００１３】
また、本発明のＧＰＳ受信機を他の観点から把握すると、本発明のＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ衛星から発信される信号に基づいて測位を行うＧＰＳ受信機において、前記ＧＰＳ衛星から前記信号を受信する信号受信部と、前記信号受信部で受信した前記信号に基づいて測位計算を行う測位計算部と、当該ＧＰＳ受信機を起動して以降、前記測位計算部で測位計算が行われる以前の当該ＧＰＳ受信機の位置データを生成する位置データ生成部と、を備えることを特徴とすることができる。このように構成すれば、位置データ生成部において、ＧＰＳ受信機を起動して以降、測位計算部で測位計算が行われる以前の当該ＧＰＳ受信機の位置データを生成することができる。
ここでは、測位計算部での測位計算方法、位置データの生成方法等について具体的に限定するものではない。
【００１４】
本発明を、カテゴリを変えて把握すると、本発明は、複数のＧＰＳ衛星から信号を受信し、受信された前記信号に含まれるレンジデータが得られるようになった時点から当該レンジデータを記憶し、受信された前記信号から軌道パラメータが捕捉されるようになった時点以降に、当該軌道パラメータと記憶していた前記レンジデータとに基づいて測位計算し、当該軌道パラメータが捕捉される以前の位置データを求めることを特徴とすることができる。
【００１５】
また、本発明を記録媒体として把らえると、本発明の記録媒体は、コンピュータに実行させるプログラムを当該コンピュータが読み取り可能に記憶した記憶媒体において、前記プログラムは、複数のＧＰＳ衛星からの信号からレンジデータの取得を開始した時点から当該レンジデータを記憶させる処理と、前記ＧＰＳ衛星からの前記信号から軌道パラメータを捕捉して以降、当該軌道パラメータに基づき、前記記憶していたレンジデータに対応した時点での位置を示す位置データを生成する処理と、を前記コンピュータに実行させることを特徴とすることができる。この記録媒体によれば、記憶したプログラムをコンピュータに実行させることにより、ＧＰＳ衛星からの信号から軌道パラメータを捕捉して以降、軌道パラメータに基づき、記憶していたレンジデータに対応した時点での位置を示す位置データを生成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるＧＰＳ受信機の概略構成を示す説明図である。図１に示すように、本実施の形態におけるＧＰＳ受信機は、高度約２万ｋｍ上のＧＰＳ衛星から発信された１５７５.４２ＭＨｚの信号(電波)を受信するＧＰＳアンテナ部(信号受信手段、信号受信部)１、このＧＰＳアンテナ部１から受信した信号を中間周波数に変換するための中間周波数変換器２、そして、中間周波数変換器２によって中間周波数に下げられた信号を復調する復調部(レンジデータ取得手段)３、復調された信号から必要なデータを抜き出して現在位置を計算するための測位計算部(軌道パラメータ捕捉手段、位置データ算出手段、移動経路生成手段、位置データ生成部)４、ＧＰＳ受信機側で時刻を知るための時計機能を内蔵したマイコン等からなる時計部５、表示部インターフェイス(Ｉ／Ｆ)６を介して測位により得た情報等を表示するモニター等の表示部７、を備えて構成されている。
【００１７】
図２に示すように、復調部３は、スペクトラム逆拡散器１０とデータ復調器１１とを備え、これらは複数のチャンネルを有して複数のＧＰＳ衛星から送られる信号を、一つ一つのＧＰＳ衛星毎に一つのチャンネルに割り当て、所定の処理を行う。
【００１８】
ところで、図３に示すものは、各ＧＰＳ衛星から送られる階層化された信号(航法メッセージ)のフレーム構成である。この図に示すように、ロングフレームは５つのサブフレームから構成されている。そして、１サブフレーム＝１０ワード、１ワード＝３０データビット、１データビットは２０の擬似雑音符号(Ｃ／Ａコード)からなり、一つの擬似雑音符号は１〔msec〕であるので、１データビットは２０〔msec〕、１ワードは６００〔msec〕、１サブフレームは６〔sec〕、１ロングフレームは３０〔sec〕となっている。そして、２５のロングフレームで１マスターフレームが構成され、１２．５〔min〕を１周期としてＧＰＳ衛星からの送信が続けられている。
【００１９】
そして、各サブフレームは、８ビットのプリアンブル(同期パターン)から始まる。各サブフレームの２ワード目となる３１ビット目から１７ビットにわたって、６秒周期で１週間までの信号時刻を表すＴＯＷ(Time Of Week)が格納されており、このＴＯＷによってサブフレームのカウント値を知ることができる。また、各サブフレームの５０ビット目から３ビットは、サブフレームのＩＤを示している。これらサブフレームのカウント値およびＩＤから、ＧＰＳ衛星における信号の送信時刻を知ることができる。
さらに、１〜３番目のサブフレームには、ＧＰＳ衛星の詳細な軌道情報である軌道パラメータ(エフェメリスデータ)が格納され、４〜５番目のサブフレームには、すべてのＧＰＳ衛星に関する情報が収められており、ＧＰＳ衛星のサーチに主に使用され、大まかな軌道情報であるアルマナックデータもここに収められている。
【００２０】
また、上記のような構成の信号は、ビット率５０〔bps〕で、ビット周期は２０〔msec〕である。そして、上記信号は、チップ速度が１．０２３〔MHz〕の擬似ランダムノイズによりスペクトラム拡散された状態でＧＰＳ衛星から送信されている。この擬似ランダムノイズのコード長(繰り返し周期)は１〔msec〕であり、その２０周期分が信号の１ビットに対応している。なお、１チップ周期は、略１〔μsec〕である。
【００２１】
スペクトラム逆拡散器１０は、各ＧＰＳ衛星に固有の擬似ランダムノイズを掛け合わせて逆拡散して相関検出することで、ノイズ下に埋もれている割り当てられたＧＰＳ衛星の信号のみを復調する。このとき、各ＧＰＳ衛星から擬似ランダムノイズを掛け合わせて発信されている信号は、全てのＧＰＳ衛星において統一されたタイミングで発信されており、この信号は一定周期毎に繰り返している。スペクトラム逆拡散器１０では、この信号の擬似ランダムノイズのチップをカウントすることにより、レンジデータを得る。このための構成として、スペクトラム逆拡散器１０を構成する図示しない擬似ランダムノイズコントローラからは、擬似ランダムノイズのチップ速度に同期した１．０２３〔MHz〕のクロックが出力される。このクロックは、スペクトラム逆拡散器１０を構成するレンジカウンタ(図示無し)にカウントクロックとして供給される。また、擬似ランダムノイズ発生器からは、擬似ランダムノイズの繰返し周期に同期したエポック信号が出力され、このエポック信号は、レンジカウンタにリセット信号として供給される。そして、レンジカウンタでは、擬似ランダムノイズのチップを、所定時間、例えば１００〔msec〕毎に、全てのチャンネルにおいて同時にカウントし、そのカウント値をレンジデータとして測位計算部４に出力するのである。
上記レンジデータは、スペクトラム拡散されてＧＰＳ衛星から送信される信号を、ＧＰＳ受信機側において受信し、これをスペクトラム逆拡散器１０でスペクトラム逆拡散し始めれば得ることができる。
このようなスペクトラム逆拡散器１０としては、例えば本発明者らが既に出願した特開平４−２３７２２８号公報に開示された技術等が好適に用いられる。
【００２２】
また、データ復調器１１は、スペクトラム逆拡散器１０で逆拡散された信号をさらに２相復調回路によって復調し、上記したようなデータフレーム構成を有したデータとして測位計算部４へ出力する。
【００２３】
図１に示したように、測位計算部４は、ＣＰＵ１２と、所定のプログラムが格納されたＲＯＭ１３と、データを格納・読み出しするＲＡＭ(レンジデータ記憶手段)１４、およびＲＡＭ１４に対しデータを入出力するデータ入出力デバイス１５とを備えて構成されている。ここで、ＲＡＭ１４には、通常と同様、起動後、早いタイミングから測位を開始するために軌道パラメータを保持しておく軌道パラメータ保持部が備えられ、さらには、レンジデータを記憶しておくレンジデータ記憶部が備えられている。
そして、ＣＰＵ１２においては、ＲＯＭ１３に格納されたプログラムに基づいて所定の処理を実行し、これによって測位計算部４では、測位計算して位置データを出力する。
【００２４】
図４は、上記のようなＧＰＳ受信機における電源投入時の処理の流れを示すフローチャートである。
まず、ＧＰＳ受信機を起動させるため、電源が投入されると(ステップＳ１０１)、ＧＰＳ衛星から発信された信号が、その距離に応じた伝播時間後にＧＰＳ受信機のＧＰＳアンテナ部１にて受信される。このＧＰＳアンテナ部１にて受信された信号は、中間周波数変換器２によって所定の中間周波数にダウンコンバートされ、復調部３に入る。
その後、この復調部３にて、その時点で捕捉できる複数のＧＰＳ衛星のそれぞれから信号を受信し、ＧＰＳ衛星の一つ一つに対してチャンネルをそれぞれ割り当てる(ステップＳ１０２)。
【００２５】
そして、各チャンネルにおいては、それぞれ割り当てられたＧＰＳ衛星からのデータ復調を開始し(ステップＳ１０３)、スペクトラム逆拡散器１０で信号を逆拡散させ始めると、信号に含まれる擬似ランダムノイズのチップを、所定時間毎、例えば１００〔msec〕毎にカウント(計測)し、そのカウント値をレンジデータとして測位計算部４に出力する。そして、測位計算部４に出力されたレンジデータを、データ入出力デバイス１５を介してＲＡＭ１４のレンジデータ記憶部に記憶させる (ステップＳ１０４)。
【００２６】
その一方、各チャンネルでは、測位計算部４において、得られたデータの各メインフレームにおいて、１〜３番目のサブフレームが得られた時点で、ここに格納された軌道パラメータを抜き出す(ステップＳ１０５)。
全てのチャンネルにおいて、軌道パラメータの捕捉が完了した後(ステップＳ１０６)、得られた軌道パラメータと、スペクトラム逆拡散器１０から出力されるレンジデータに基づき、測位計算を行い(ステップＳ１０７)、位置データの出力(ステップＳ１０８)を行う。このとき、これらステップＳ１０７〜１０８においては、以下のようにして、現在の位置データと、軌道パラメータの捕捉が完了した時点よりも以前の時点での過去の位置データを出力する。
【００２７】
まず、軌道パラメータの捕捉の完了以降において、その時点での現在位置データを得るには、従来と同様、その時点で捕捉される軌道パラメータとレンジデータとに基づき、少なくとも４個のＧＰＳ衛星による連立方程式を解く。
すなわち、ＧＰＳ衛星の位置(ｘs、ｙs、ｚs)とＧＰＳ受信機の位置(ｘu、ｙu、ｚu)の間の距離と、ＧＰＳ衛星からの信号の到達遅延時間との間には、
〔(ｘs−ｘu)2＋(ｙs−ｙu)2＋(ｚs−ｚu)2〕1/2＝ｃ・(ｔu−ｔs)
の関係が成り立つ。ここで、ｔsは信号がＧＰＳ衛星で発信された時間(＝レンジデータ)、ｔuはＧＰＳ受信機で受信された時刻、ｃは光速である。そして、未知数を、(ｘu、ｙu、ｚu)およびｔuとすると、４個のＧＰＳ衛星による以下の連立四元二次方程式を解くことにより現在位置データが求められる。
〔(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)
【００２８】
そして、軌道パラメータの捕捉完了以降において、ＧＰＳ受信機の電源を投入(起動)して以降軌道パラメータの捕捉完了までの間、つまり、過去の位置データを得るには、捕捉された現在の軌道パラメータを用い、ＲＡＭ１４のレンジデータ記憶部に記憶していた過去のレンジデータのそれぞれに対応した位置データを求める。ここで、軌道パラメータには、ＧＰＳ衛星の移動軌跡を示す、時間を変数とする関数式のパラメータが含まれているため、前記関数式と記憶していたレンジデータとから、過去の位置データを近似して求めることができるのである。なお、ＧＰＳ衛星の移動軌跡を示す関数式は、例えば２時間程度で更新されるものであり、したがって、ＧＰＳ受信機を起動して以降、軌道パラメータが捕捉されるまでの３０秒程度の間に得られたレンジデータ(記憶していたレンジデータ)に対してであれば、十分に近似データを利用できる。
このようにして、軌道パラメータの捕捉が完了した後であれば、ＧＰＳ受信機の起動後、軌道パラメータの捕捉が完了する以前の時点での位置データを得ることができるのである。ここで、図７において、図中、「レンジデータの計測」と示したものが、上記復調部３におけるレンジデータのカウント(計測)タイミングを示している。本実施の形態においては、捕捉できる全ての衛星において、(イ)のスペクトラム逆拡散およびデータ復調を行った時点(図７中符号(Ｙ)参照)以降、ＲＡＭ１４のレンジデータ記憶部へのレンジデータの記憶を開始する。そして、軌道パラメータの捕捉が完了した後(図７中符号(Ｘ)以降)であれば、それ以前の時点(図７中符号(Ｙ)−(Ｘ)間のレンジデータの計測タイミング)での位置データを得ることができるのである。
【００２９】
上記のようなプログラムは、ＧＰＳ受信機に予めインストールされていても良いが、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の各種記憶媒体に、ＧＰＳ受信機で読み取り可能な状態で記憶されたものであっても良い。
【００３０】
上記ＧＰＳ受信機は、例えばナビゲーションシステムに適用することができる。すなわち、ステップＳ１０８において、ナビゲーションシステム(ＧＰＳ受信機)を起動して以降、軌道パラメータが捕捉されるようになった時点以降に、それ以前の位置データを得ることができるのである。従来のナビゲーションシステムにおいても、軌道パラメータを捕捉して測位を開始して以降、現在位置データを蓄積し、これらをもとに移動軌跡を生成する機能を有しているものがあった。これに加えて、本ナビゲーションシステムにおいては、測位計算部(移動経路生成手段)４において、記憶していたレンジデータに基づき、軌道パラメータが捕捉される以前のＧＰＳ受信機の移動軌跡(移動経路情報)を生成することができる。このため、ＧＰＳ受信機を起動すると同時に移動を開始したような場合であっても、電源投入後間もなくからの移動軌跡を形成することが可能となるのである。
【００３１】
また、上記のようなＧＰＳ受信機は、デジタルカメラ等の各種携帯型端末にも適用が可能である。図５は、ＧＰＳ機能を有したデジタルカメラ(ＧＰＳ受信機)の概略構成を示すブロック図である。
この図に示すように、デジタルカメラ２０は、ＧＰＳブロック２１と、撮影ブロック２２とを備えて構成されている。ここで、ＧＰＳブロック２１は、上記に説明したＧＰＳアンテナ部１、中間周波数変換器２、復調部３、測位計算部４、時計部５を有して構成されている。そして、撮影ブロック２２は、撮像部２３、撮像部２３を操作する操作部２４、画像処理部２５を備え、さらにモニター等の表示部２６を備えて構成されている。ここで、画像処理部２５は、ＣＰＵ２７と、所定のプログラムが格納されたＲＯＭ２８と、データを格納・読み出しするＲＡＭ２９、およびＲＡＭ２９に対しデータを入出力するデータ入出力デバイス３０とを備えて構成されている。そして、ＲＡＭ２９は、撮像部２３で撮像した画像データを格納する画像データ格納部と、操作部２４において所定の操作を行ったときの時刻データを格納する時刻データ格納部と、ＧＰＳブロック２１において測位した位置データを格納する位置データ格納部と、を備えている。
【００３２】
このデジタルカメラ２０においては、操作部２４で所定の操作(例えば撮影操作)を行ったときに、撮像部２３で撮像した画像のデータをＲＡＭ２９の画像データ格納部に格納し、これとともに、操作部２４の操作時刻、つまり撮影時刻のデータをＲＡＭ２９の時刻データ格納部に格納する。さらに、操作部２４で所定の操作(例えば撮影操作)を行ったときに、ＧＰＳブロック２１において、その時点での位置データを測位し、これをＲＡＭ２９の位置データ格納部に格納する。そして、撮像した画像データを表示部２６にて表示するときには、ＲＡＭ２９から、画像データと、この画像データに対応した時刻データおよび位置データを引き出し、これらを一体に表示したり、あるいは画像データのファイル情報として時刻データや位置データを表示可能とするのである。
【００３３】
ここで、従来のデジタルカメラであれば、起動後３０秒程度待機し、測位が可能となってからでなければ位置データを画像データに盛り込むことができなかったが、本デジタルカメラ２０においては、起動後、軌道パラメータが捕捉されるようになった時点以降に、それ以前の位置データを得ることができる。これには、端末の起動後、軌道パラメータが捕捉される以前に操作部２４で撮影操作を行ったときに、そのときのレンジデータをＲＡＭ１４のレンジデータ記憶部に記憶させておく。そして、軌道パラメータが捕捉されるようになった時点以降、ＧＰＳブロック２１での測位プログラムのステップＳ１０８(図４参照)において、軌道パラメータが捕捉される以前の位置データを得ることができるので、この位置データをＲＡＭ２９の位置データ格納部に格納すれば良いのである。
このようにして、デジタルカメラを起動した直後に撮影した画像についても、軌道パラメータが得られた後であれば、撮影時点での位置データを取得して盛り込むことが可能となる。
【００３４】
なお、上記実施の形態では、ＧＰＳ受信機で得た位置データを、ナビゲーションシステムやデジタルカメラ等に適用する例のみを示したが、これ以外の機器においてもＧＰＳ受信機で得た位置データを用いるのであれば、上記と同様にして本発明を適用することにより同様の効果を得ることが可能である。
また、得た位置データの利用方法については、上記実施の形態で示したナビゲーションシステムにおける移動軌跡の生成、デジタルカメラにおける撮影位置情報の生成に限るものではなく、これ以外であっても良い。
さらに、上記実施の形態では、例えば軌跡データを記憶しておき、再起動時にその軌跡データを利用することによって測位を早いタイミングから行う等の構成については特に記述していないが、もちろんそれらの技術と組み合わせることにより、本発明がより効果的なものとなるのは言うまでもない。
加えて、上記のようなプログラムを記憶するＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリ、ハードディスク等の記憶手段と、この記憶手段から当該プログラムを読み出し、当該プログラムを実行する装置側に直接あるいは間接的に当該プログラムを送信する送信手段とを備える伝送装置等の形態を成していても良い。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＧＰＳ受信機の電源投入後、軌道パラメータ捕捉後にそれ以前の位置データを得ることが可能となる。したがって、例えばナビゲーションシステムにおいては、従来より早いタイミングからの移動軌跡等を得ることができ、またデジタルカメラ等の端末においては、起動直後に撮影された画像等に対しても位置データを盛り込むことが可能となり、その使い勝手が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態におけるＧＰＳ受信機の概略構成を示す説明図である。
【図２】 ＧＰＳ受信機における信号の受信および復調の流れを示す説明図である。
【図３】 ＧＰＳ衛星から送られる信号のフレーム構成である。
【図４】 ＧＰＳ受信機における電源投入時の処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】 本実施の形態におけるＧＰＳ受信機の一例を示すものであり、ＧＰＳ機能を有したデジタルカメラの概略構成を示す説明図である。
【図６】 一般的に用いられるＧＰＳシステムの概略構成を示した説明図である。
【図７】 ＧＰＳ受信機にて行われているＧＰＳ測位動作を示している。
【符号の説明】
１…ＧＰＳアンテナ部(信号受信手段、信号受信部)、３…復調部(レンジデータ取得手段)、４…測位計算部(軌道パラメータ捕捉手段、位置データ算出手段、移動経路生成手段、位置データ生成部)、１０…スペクトラム逆拡散器、１１…データ復調器、１２…ＣＰＵ、１４…ＲＡＭ(レンジデータ記憶手段)、２０…デジタルカメラ(ＧＰＳ受信機)、２３…撮像部、２４…操作部、２５…画像処理部
Claims (5)
- 複数のＧＰＳ衛星から発信される信号に基づいて測位を行うＧＰＳ受信機において、
前記ＧＰＳ衛星から前記信号を受信する信号受信手段と、
前記信号受信手段で受信した前記信号からレンジデータを取得するレンジデータ取得手段と、
前記信号受信手段で受信した前記信号から軌道パラメータを捕捉する軌道パラメータ捕捉手段と、
前記軌道パラメータ捕捉手段で前記軌道パラメータが捕捉される以前に前記レンジデータ取得手段で取得された前記レンジデータを記憶するレンジデータ記憶手段と、
前記レンジデータ記憶手段に記憶された前記レンジデータに対応した位置データを、前記軌道パラメータ捕捉手段で捕捉した前記軌道パラメータに基づき算出する位置データ算出手段と、
を備えることを特徴とするＧＰＳ受信機。 - 前記位置データ算出手段で算出した前記位置データに基づき、前記軌道パラメータ捕捉手段で前記軌道パラメータが捕捉される以前における、当該ＧＰＳ受信機の移動経路情報を生成する移動経路生成手段を備えることを特徴とする請求項１記載のＧＰＳ受信機。
- 前記位置データ算出手段は、前記軌道パラメータ捕捉手段で前記軌道パラメータが捕捉される以前において当該ＧＰＳ受信機で所定の操作を行ったときの位置データを算出することを特徴とする請求項１記載のＧＰＳ受信機。
- 複数のＧＰＳ衛星から信号を受信し、
受信された前記信号に含まれるレンジデータが捕捉されるようになった時点から当該信号に含まれる軌道パラメータが捕捉されるようになる時点までに捕捉された当該レンジデータを記憶し、
前記軌道パラメータが捕捉されるようになった時点以降に、当該軌道パラメータと記憶していた前記レンジデータとに基づいて測位計算し、当該軌道パラメータが捕捉される以前の位置データを求めることを特徴とするＧＰＳ測位方法。 - コンピュータに実行させるプログラムを当該コンピュータが読み取り可能に記憶した記憶媒体において、
前記プログラムは、
複数のＧＰＳ衛星からの信号からレンジデータの取得を開始した時点から当該信号に含まれる軌道パラメータが捕捉されるようになる時点までに取得された当該レンジデータを記憶させる処理と、
前記軌道パラメータを捕捉して以降、当該軌道パラメータに基づき、前記記憶していたレンジデータに対応した時点での位置を示す位置データを生成する処理と、
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする記憶媒体。
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