JP4973933B2 - 較正信号発生装置、gps受信機、gps情報補正システム - Google Patents
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また、この発明は、前記GPS受信機で得られる高精度な測位結果に基づき、GPS衛星の発する情報を補正するGPS情報補正システムに関するものである。
測位衛星毎に設定された各コードに無相関な特定コードで航法メッセージを変調したコード変調信号を出力するコード生成手段と、
少なくとも3種類の搬送波周波数の内、2種類の搬送波周波数同士を加算して1/2倍することで生じる加算周波数または2種類の搬送波周波数同士を減算して1/2倍することで生じる減算周波数からなる少なくとも3種類の周波数変換用信号を生成する複数の変換用信号生成手段と、
これら複数の変換用信号生成手段から出力される各周波数変換用信号を、コード変調信号に合成して各搬送波周波数の較正信号を同時に生成する信号合成手段と、を備えたことを特徴としている。
コード生成手段は、例えばGPSの場合、測位衛星毎に設定されているC/AコードやP(Y)コードの全てと無相関な特定パターンのコードで所定周波数のベース信号に基づいて生成された航法メッセージを変調して出力する。
複数の変換用信号生成手段は、それぞれ、例えば、GPSの場合、L1波、L2波、L5波の各搬送波に基づいて、L1波の周波数とL2波の周波数との加算周波数の1/2倍周波数の第1周波数変調用信号、L1波の周波数とL5波の周波数との減算周波数の1/2倍周波数の第2周波数変調用信号、L2波の周波数とL5波の周波数との減算周波数の1/2倍周波数の第3周波数変調用信号を生成する。
信号合成手段は、コード変調信号に対して、第1周波数変調用信号、第2周波数変調用信号、第3周波数変調用信号を順次ミキシングする。これにより、3段ミキシングされて出力される較正信号には、L1波周波数成分と、L2波周波数成分と、L5波周波数成分とが形成される。
測位衛星毎に設定された各コードに無相関で、且つ互いに無相関な特定コードで航法メッセージを変調したコード変調信号をそれぞれに出力する複数のコード生成手段と、
これら複数のコード生成手段毎に備えられ、少なくとも3種類の搬送波周波数の内、それぞれに異なる組み合わせの2種類の搬送波周波数同士を加算して1/2倍することで生じる加算周波数または2種類の搬送波周波数同士を減算して1/2倍することで生じる減算周波数からなる2種類の周波数変換用信号を生成する複数の変換用信号生成手段と、
それぞれに複数の変換用信号生成手段から出力される各周波数変換用信号を、対応するコード変調信号に合成する複数の信号合成手段と、
複数の信号合成手段から出力される各合成信号を加算して、各搬送波周波数の較正信号を同時に生成する信号加算手段と、を備えたことを特徴としている。
複数のコード生成手段は、それぞれが前述のコード生成手段と同じ構成を成し、特定パターンのコードで所定周波数のベース信号に基づいて生成された航法メッセージを変調して出力する。この際、各コード生成手段が生成するコード同士も無相関となるように設定される。
それぞれのコード生成手段には、3種類以上の搬送波周波数の内から2種類の搬送波に対応する2つの周波数の加算周波数の1/2倍周波数からなる周波数変換用信号、および、2つの周波数の減算周波数の1/2倍周波数からなる周波数変換用信号をそれぞれ生成する2つの変換用信号生成手段が対応して設置されている。例えば、GPSの場合、第1の特定コードで変調されたコード変調信号に対して、L1波の周波数とL2波の周波数との加算周波数の1/2倍周波数の第1周波数変調用信号、L1波の周波数とL2波の周波数との減算周波数の1/2倍周波数の第4周波数変調用信号が生成される。また、第2の特定コードで変調されたコード変調信号に対して、L1波の周波数とL5波の周波数との加算周波数の1/2倍周波数の第5周波数変調用信号、L1波の周波数とL5波の周波数との減算周波数の1/2倍周波数の第2周波数変調用信号が生成される。
前述の構成を成し、受信機の近傍に設置された較正信号発生装置から出力される較正信号と測位衛星からの通信信号とを受信する受信手段と、
較正信号と通信信号とを搬送波周波数毎に分離し、較正信号と通信信号とに復調処理を行う搬送波周波数毎の復調処理手段と、
較正信号の搬送波周波数間の伝搬遅延を算出する伝搬遅延算出手段を有し、較正信号の伝搬遅延から受信機内の伝搬遅延を算出し、該算出結果を用いて測位演算を行う測位演算手段と、を備えたことを特徴としている。
受信手段は、較正信号発生装置から送信された較正信号と、各測位衛星から送信された通信信号とを受信する。復調手段は、較正信号と通信信号とを搬送波周波数毎に分離する。例えば、前述のGPSの例では、L1波周波数成分、L2波周波数成分、L5波周波数成分に分類する。また、復調手段は、搬送波周波数単位で分離された較正信号と通信信号とを、それぞれ異なる信号処理経路で復調して、測位演算手段に出力する。
前述のGPS受信機を備えるとともに、測位演算の結果からGPS情報を補正するGPS情報補正手段と、補正されたGPS情報を該当する測位衛星に送信する送信手段と、を含む基地局と、
この基地局からの補正されたGPS情報を受信する補正GPS情報受信手段と、補正されたGPS情報に基づき通信信号に含むGPS情報を更新するGPS情報更新手段と、を含む測位衛星と、を備えたことを特徴としている。
図1は、本実施形態に係る較正信号発生装置の概略構成を示すブロック図である。
図2は各伝送ラインでの信号周波数を示す図である。なお、図2では、コードの基準周波数f0は記載を省略する。
なお、コード発生器11が出力するコードは、図3に示すように、ビット周期およびコード周期が異なる2つのコードを重畳させてなる複合コードであってもよい。
図3は、コード発生器11が生成するコードの一例を示す図である。図3(a)はCODE−Aを示し、図3(b)はCODE−Bを示し、図3(c)はCODE−AとCODE−Bとを重畳させた複合コードを示す。
このようなコードを用いることで、1つのコード発生器で複数のコードを同時に生成することができる。これを、GPSに適用すれば、C/AコードとP(Y)コードの2つのコードを1つのコード発生器で同時に生成することができる。
PLL16bは、VCO15から入力される基準周波数f0の基準信号に基づき、L1波の周波数fL1とL5波の周波数fL5との減算周波数の1/2倍周波数((fL1−fL5)/2)からなる第2変調用信号を生成する。
PLL16cは、VCO15から入力される基準周波数f0の基準信号に基づき、L2波の周波数fL2とL5波の周波数fL5との減算周波数の1/2倍周波数((fL2−fL5)/2)からなる第3変調用信号を生成する。これらPLL16a〜16cが本発明の「変換用信号生成手段」に相当する。
ミキサ13aには、コード発生器11からのコード変調基準信号と、PLL16aからの第1変調用信号とが入力される。ミキサ13aはこれらの信号をミキシングして、第1IF較正信号を生成する。この第1IF較正信号の周波数は((fL1+fL2)/2)となる。
図4は本実施形態の較正信号発生装置の概略構成を示すブロック図である。
図5は各伝送ラインでの信号周波数を示す図である。なお、図5では、初期のコードの基準周波数f0は記載を省略する。
2つのフィルタ12はCODE−A、CODE−Bでそれぞれコード変調された基準信号の高調波成分を減衰させ、このフィルタ処理されたコード変調基準信号は、ミキサ13dとミキサ13fとにそれぞれ入力される。
PLL16eは、VCO15から入力される基準周波数f0の基準信号に基づき、L1波の周波数fL1とL2波の周波数fL2との加算周波数の1/2倍周波数((fL1+fL2)/2)からなる第1変調用信号を生成する。
PLL16fは、VCO15から入力される基準周波数f0の基準信号に基づき、L1波の周波数fL1とL5波の周波数fL5との減算周波数の1/2倍周波数((fL1−fL5)/2)からなる第2変調用信号を生成する。
PLL16gは、VCO15から入力される基準周波数f0の基準信号に基づき、L1波の周波数fL1とL5波の周波数fL5との加算周波数の1/2倍周波数((fL1+fL5)/2)からなる第5変調用信号を生成する。ここで、PLL16d〜16gが本発明の「変換用信号生成手段」に相当する。
ミキサ13dには、コード発生器11aからのコード変調基準信号と、PLL16dからの第4変調用信号とが入力される。ミキサ13dはこれらの信号をミキシングして、第3IF較正信号を生成する。この第3IF較正信号の周波数は((fL1−fL2)/2)となる。
図6は本実施形態のGPS受信機の概略構成を示すブロック図である。
図7は、図6に示す測位演算部25の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態のGPS受信機は、アンテナ21、LNA22、IF信号処理部24a〜24c、測位演算部25を備える。
ここで、測位衛星#1,#3からL1波を受信して解析することができ、測位衛星#2,#4からL2波を受信して解析することができたとすると、式(2)、式(3)より、次の連立方程式が成り立つ。
IFBtL1L2−IFBL1L2=ABS(TL1−TL2)−ABS(tL1−tL2)
を算出し、L1波、L5波の組み合わせに対して、
IFBtL1L5−IFBL1L5=ABS(TL1−TL5)−ABS(tL1−tL5)
を算出し、L2波、L5波の組み合わせに対して、
IFBtL2L5−IFBL2L5=ABS(TL2−TL5)−ABS(tL2−tL5)
を算出する。この演算データは測位衛星から受信機に到達するまでの伝搬遅延バイアスに相当し、これは電離層遅延バイアスと対流圏遅延バイアスの合算値に相当する。このような演算を行うことにより、現状の電離層遅延および対流圏遅延を算出することができるので、測位衛星からの電離層遅延情報および対流圏遅延情報を用いずとも、観測方程式で幾何学距離および測位を演算することができる。さらに、このように算出される電離層遅延と対流圏遅延のバイアス値は、現在受信している通信信号の遅延量から算出するので、現状の通信環境すなわち電離層状態や対流圏状態を正確に反映することができ、高精度な電離層遅延および対流圏遅延を観測方程式に適用することができる。これにより、さらに高精度な測位を行うことができる。
本実施形態のGPS情報補正システムは、基地局5、較正信号発生装置1、移動局8、測位衛星101〜104を備える。なお、測位衛星数はこれに限らず、これよりも多い数であってもよい。
25−測位演算部、250−CPU、251a,251b−符号化回路、252−信号処理部、253−伝搬遅延演算部、254−タイミング発生回路
Claims (6)
- 測位衛星毎に設定された各コードに無相関な特定コードで航法メッセージを変調したコード変調信号を出力するコード生成手段と、
少なくとも3種類の搬送波周波数の内、2種類の搬送波周波数同士を加算して1/2倍することで生じる加算周波数または2種類の搬送波周波数同士を減算して1/2倍することで生じる減算周波数からなる少なくとも3種類の周波数変換用信号を生成する複数の変換用信号生成手段と、
該複数の変換用信号生成手段から出力される各周波数変換用信号を、前記コード変調信号に合成して各搬送波周波数の較正信号を同時に生成する信号合成手段と、を備えたことを特徴とする較正信号発生装置。 - 測位衛星毎に設定された各コードに無相関で、且つ互いに無相関な特定コードで航法メッセージを変調したコード変調信号をそれぞれに出力する複数のコード生成手段と、
該複数のコード生成手段毎に備えられ、少なくとも3種類の搬送波周波数の内、それぞれに異なる組み合わせの2種類の搬送波周波数同士を加算して1/2倍することで生じる加算周波数または2種類の搬送波周波数同士を減算して1/2倍することで生じる減算周波数からなる2種類の周波数変換用信号を生成する複数の変換用信号生成手段と、
それぞれに複数の変換用信号生成手段から出力される各周波数変換用信号を、対応するコード変調ベース信号に合成する複数の信号合成手段と、
複数の信号合成手段から出力される各合成信号を加算して、各搬送波周波数の較正信号を同時に生成する信号加算手段と、を備えたことを特徴とする較正信号発生装置。 - 前記コード生成手段は、互いに異なる複数のコードを重畳させた重畳コードを生成する請求項1または請求項2に記載の較正信号発生装置。
- 請求項1〜請求項3のいずれかに記載された構成を成し、受信機の近傍に設置された較正信号発生装置から出力される較正信号と測位衛星からの通信信号とを受信する受信手段と、
前記較正信号と前記通信信号とを搬送波周波数毎に分離し、前記較正信号と前記通信信号とに復調処理を行う搬送波周波数毎の復調処理手段と、
前記較正信号の搬送波周波数間の伝搬遅延を算出する伝搬遅延算出手段を有し、前記較正信号の伝搬遅延から受信機内の伝搬遅延を算出し、該算出結果を用いて測位演算を行う測位演算手段と、を備えたことを特徴とするGPS受信機。 - 前記測位演算手段は、前記受信機内の伝搬遅延を用いて測位衛星から受信機までの伝搬遅延を推定演算し、該推定演算結果を用いて測位演算を行う請求項4に記載のGPS受信機。
- 請求項4または請求項5に記載のGPS受信機を備えるとともに、前記測位演算の結果からGPS情報を補正するGPS情報補正手段と、補正されたGPS情報を該当する測位衛星に送信する送信手段と、を含む基地局と、
該基地局からの補正されたGPS情報を受信する補正GPS情報受信手段と、補正されたGPS情報に基づき通信信号に含むGPS情報を更新するGPS情報更新手段と、を含む前記測位衛星と、を備えたGPS情報補正システム。
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