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技術 受信アンテナ識別装置

出願人 日本無線株式会社
発明者 小川浩治
出願日 1999年5月10日 (20年4ヶ月経過) 出願番号 1999-128159
公開日 2000年11月24日 (18年9ヶ月経過) 公開番号 2000-321345
状態 特許登録済
技術分野 無線による位置決定 時分割方式以外の多重化通信方式
主要キーワード 受信アンテナ位置 ダイオードミキサ スペクトラム拡散コード 信号処理段 衛星航法装置 共通回路 周波数帯域制限 信号合成器
関連する未来課題
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この項目の情報は公開日時点(2000年11月24日)のものです。
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図面 (6)

課題

複数位置測位するために複数の受信アンテナを使用するGPS受信機コストを低減する。

解決手段

受信アンテナ12、32から供給される受信信号毎に、識別用PNコードPa、Pbをコード発生器51、53を通じてダイオードミキサ22、42より割り当てる(スペクトラム拡散する)。1系統周波数変換手段であるGPSダウンコンバータ部72による周波数変換を行い、信号処理の段階における相関器61、62において識別用のPNコードPa′、Pb′によりスペクトラム逆拡散を行い受信アンテナ12、32毎の信号を選択して処理するようにしている。周波数変換手段であるGPSダウンコンバータ部72が1系統でよくなるので、その分コストを低減することができる。

概要

背景

GPS(global positioning system )やGLONASS(global orbitingnavigation satellite system )等のGNSS(global navigation satellitesystem)と呼ばれる衛星航法システムにおいて、複数の受信位置での短時間の測位のために、複数の受信アンテナを使用して測位する、いわゆるキネマティック測量技術が採用されている。

従来、キネマティック測量技術を採用した衛星航法システムにおいては、各受信アンテナ毎衛星信号であるRF信号高周波信号)をIF信号中間周波信号)に変換する周波数変換器ダウンコンバータ)と、変換されたIF信号から疑似距離受信アンテナ位置受信機時計誤差等を算出する衛星信号処理部等からなる周波数変換受信処理回路が必要とされ、同一構成の周波数変換・受信処理回路が、各受信アンテナ分だけ使用されている。

概要

複数位置を測位するために複数の受信アンテナを使用するGPS受信機コストを低減する。

受信アンテナ12、32から供給される受信信号毎に、識別用PNコードPa、Pbをコード発生器51、53を通じてダイオードミキサ22、42より割り当てる(スペクトラム拡散する)。1系統の周波数変換手段であるGPSダウンコンバータ部72による周波数変換を行い、信号処理の段階における相関器61、62において識別用のPNコードPa′、Pb′によりスペクトラム逆拡散を行い受信アンテナ12、32毎の信号を選択して処理するようにしている。周波数変換手段であるGPSダウンコンバータ部72が1系統でよくなるので、その分コストを低減することができる。

目的

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、衛星航法装置部品点数を少なくでき、結果として衛星航法装置の低コスト化を可能とする受信アンテナ識別装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

衛星送信信号を受信する複数の受信アンテナと、該複数の受信アンテナからの受信信号毎に、PNコードによるスペクトラム拡散によりそれぞれ異なる識別コード割り当ててスペクトラム拡散するスペクトラム拡散手段と、スペクトラム拡散手段からの識別コードの割り当てられた各受信信号を合成する信号合成手段と、合成された受信信号であるRF信号IF信号周波数変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された合成受信IF信号を前記PNコードによりスペクトラム逆拡散を行い、受信アンテナ毎の受信信号を復元するスペクトラム逆拡散手段とを有し、該スペクトラム逆拡散手段は、スペクトラム逆拡散する際に、前記PNコードによるスペクトラム拡散コードと同一のタイプで、前記スペクトラム拡散手段から前記スペクトラム逆拡散手段までの位相遅延分を位相シフトさせたPNコードによりスペクトラム逆拡散を行うことを特徴とする受信アンテナ識別装置

請求項2

請求項1記載の受信アンテナ識別装置において、前記位相遅延分を前記周波数変換手段の位相遅延分とすることを特徴とする受信アンテナ識別装置。

請求項3

衛星送信信号を受信する複数の受信アンテナと、該複数の受信アンテナからの受信信号の中、1つを除いた受信信号毎に、PNコードによるスペクトラム拡散によりそれぞれ異なる識別コードを割り当てるスペクトラム拡散手段と、スペクトラム拡散手段からの識別コードの割り当てられた各受信信号と前記1つ除かれた受信信号とを合成する信号合成手段と、合成された受信信号であるRF信号をIF信号に周波数変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された合成受信IF信号を前記PNコードによりスペクトラム逆拡散を行い、受信アンテナ毎の受信信号を復元するスペクトラム逆拡散手段とを有し、該スペクトラム逆拡散手段は、スペクトラム逆拡散する際に、前記PNコードによるスペクトラム拡散コードと同一のタイプで、前記スペクトラム拡散手段から前記スペクトラム逆拡散手段までの位相遅延分を位相シフトさせたPNコードによりスペクトラム逆拡散を行うことを特徴とする受信アンテナ識別装置。

請求項4

請求項3記載の受信アンテナ識別装置において、前記位相遅延分を前記周波数変換手段の位相遅延分とすることを特徴とする受信アンテナ識別装置。

技術分野

0001

この発明は、複数個受信アンテナを使用してアンテナ位置測位する衛星航法システムに適用して好適な受信アンテナ識別装置に関する。

背景技術

0002

GPS(global positioning system )やGLONASS(global orbitingnavigation satellite system )等のGNSS(global navigation satellitesystem)と呼ばれる衛星航法システムにおいて、複数の受信位置での短時間の測位のために、複数の受信アンテナを使用して測位する、いわゆるキネマティック測量技術が採用されている。

0003

従来、キネマティック測量技術を採用した衛星航法システムにおいては、各受信アンテナ毎衛星信号であるRF信号高周波信号)をIF信号中間周波信号)に変換する周波数変換器ダウンコンバータ)と、変換されたIF信号から疑似距離受信アンテナ位置受信機時計誤差等を算出する衛星信号処理部等からなる周波数変換受信処理回路が必要とされ、同一構成の周波数変換・受信処理回路が、各受信アンテナ分だけ使用されている。

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、受信アンテナ間の距離が数十メートル以上のときには、測位システム規模が大きくなるため、上述したような各受信アンテナ分の周波数変換・受信処理回路を設ける構成でもやむを得ない。

0005

しかしながら、たとえば、数メートル以内の近距離で受信アンテナを用いる場合や各受信アンテナを固定させて用いる場合において、受信アンテナと同数の周波数変換・受信処理回路を採用することは、回路部品点数が増加し、部品コストおよび製造コストが増加して、結局、衛星航法装置高コストになるという問題がある。

0006

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、衛星航法装置の部品点数を少なくでき、結果として衛星航法装置の低コスト化を可能とする受信アンテナ識別装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

この項では、理解の容易化のために添付図面中の符号を付けて説明する。したがって、この項に記載した内容がその符号を付けたものに限定して解釈されるものではない。

0008

この発明に係る受信アンテナ識別装置では、例えば、図1に示すように、衛星送信信号を受信する複数の受信アンテナ(12)、(32)と、該複数の受信アンテナからの受信信号毎に、PNコードによるスペクトラム拡散によりそれぞれ異なる識別コード割り当てるスペクトラム拡散手段(22)、(42)と、スペクトラム拡散手段からの識別コードの割り当てられた各受信信号を合成する信号合成手段(70)と、合成された受信信号であるRF信号をIF信号に周波数変換する周波数変換手段(72)と、該周波数変換手段から出力された合成受信IF信号を前記PNコードによりスペクトラム逆拡散を行い、受信アンテナ毎の受信信号を復元するスペクトラム逆拡散手段(61)、(62)とを有し、該スペクトラム逆拡散手段は、スペクトラム逆拡散する際に、前記PNコードによるスペクトラム拡散コードと同一のタイプで、前記スペクトラム拡散手段から前記スペクトラム逆拡散手段までの位相遅延分を位相シフトさせたPNコードによりスペクトラム逆拡散を行うことを特徴とする(請求項1記載の発明)。

0009

この発明によれば、受信アンテナから供給される受信信号毎に、識別用のPNコードを割り当て、1系統の周波数変換手段による周波数変換を行い、信号処理の段階で識別用のPNコードによりスペクトラム逆拡散を行い受信アンテナ毎の信号を選択して処理するようにしている。周波数変換手段が1系統でよくなるので、その分コストを低減することができる。

0010

この場合、位相遅延分は、主要な位相遅延要素である周波数変換手段の位相遅延分としてもよい(請求項2記載の発明)。

0011

また、この発明の受信アンテナ識別装置は、例えば、図4に示すように、衛星送信信号を受信する複数の受信アンテナ(12)、(32)と、該複数の受信アンテナからの受信信号の中、1つを除いた受信信号毎に、PNコードによるスペクトラム拡散によりそれぞれ異なる識別コードを割り当てるスペクトラム拡散手段(22)と、スペクトラム拡散手段からの識別コードの割り当てられた各受信信号と前記1つ除かれた受信信号とを合成する信号合成手段(70)と、合成された受信信号であるRF信号をIF信号に周波数変換する周波数変換手段(72)と、該周波数変換手段から出力された合成受信IF信号を前記PNコードによりスペクトラム逆拡散を行い、受信アンテナ毎の受信信号を復元するスペクトラム逆拡散手段(61)とを有し、該スペクトラム逆拡散手段は、スペクトラム逆拡散する際に、前記PNコードによるスペクトラム拡散コードと同一のタイプで、前記スペクトラム拡散手段から前記スペクトラム逆拡散手段までの位相遅延分を位相シフトさせたPNコードによりスペクトラム逆拡散を行うことを特徴とする(請求項3記載の発明)。

0012

この発明によれば、受信アンテナの数−1個分(たとえば、受信アンテナの数が2個であれば1個)の信号合成手段と、スペクトラム逆拡散手段を低減することができるので、より一層の低コスト化が可能である。

0013

この場合においても、位相遅延分を、主要な位相遅延要素である周波数変換手段の位相遅延分としてもよい(請求項4記載の発明)。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

0015

図1は、この発明の一実施の形態が適用された衛星航法装置の例としてのGPS受信機10の構成を示している。

0016

このGPS受信機10では、それぞれ数cm以上離れた場所に配される複数の受信アンテナ12、32を有している。この中、一方の受信アンテナ12により受信されたGPS衛星信号が、プリアンプフィルタ部18を構成するプリアンプ14により信号増幅されるとともに、帯域通過フィルタ16により周波数帯域制限される。

0017

プリアンプ・フィルタ部18の出力信号同軸ケーブル20を通過しスペクトラム拡散手段としてのダイオードミキサ22に入力される。

0018

ダイオードミキサ22では、コード発生器51で発生する任意のPNコードPaを識別コードとして、同軸ケーブル20から供給される受信信号をスペクトラム拡散する。識別コードが割り当てられてスペクトル拡散された受信信号が信号合成手段としての信号合成器70の一方の入力端子に供給される。

0019

受信アンテナ12、32の中、他方の受信アンテナ32で受信された前記GPS衛星と同一の衛星からのGPS衛星信号は、それぞれ、上述したものと同一の構成のプリアンプ34と帯域通過フィルタ36からなるプリアンプ・フィルタ部38、同軸ケーブル40を通じてスペクトラム拡散手段としてのダイオードミキサ42に入力される。

0020

ダイオードミキサ42では、コード発生器53で発生する、前記コード発生器51で発生したPNコードPaとは異なるタイプ(種類)のPNコードPbを識別コードとしてスペクトラム拡散して信号合成器70の他方の入力端子に供給する。

0021

なお、コード発生器51で発生するPNコードPaとコード発生器53で発生するPNコードPbとを異なるPNコードとすることは、GPS信号処理部76により実行される。

0022

相互に異なるタイプのPNコードによりスペクトラム拡散され、信号合成器70に入力されて合成された受信アンテナ12、32により受信したGPS衛星信号であるRF信号(高周波信号)は、周波数変換手段としてのGPSダウンコンバータ部72により、ベースバンド周波数に近い周波数であるIF信号(中間周波信号)に周波数変換される。

0023

図2は、GPSダウンコンバータ部72の詳細な構成例を示している。

0024

GPSダウンコンバータ部72では、図1に示した基準信号発生器100で発生された、たとえば、14.4MHzの基準信号基準クロック)が、端子102を通じてPLL周波数シンセサイザ104に供給され、該PLL周波数シンセサイザ104により1398.663529MHzに高周波化され、ミキサ106の一方の入力端子と分周器108に供給される。

0025

端子110を通じて図1に示した信号合成器70から供給されたRF信号(周波数は、たとえば、1575.42MHz)がローノイズアンプ(LNA)112を通じてミキサ106の信号入力に供給される。

0026

ミキサ106の出力信号から帯域通過フィルタ114を通じて176.756471MHzの信号のみが抽出されミキサ116の一方の入力端子に供給される。ミキサ116の他方の入力端子には、上述した1398.663529MHzの高周波が分周器108により8分周された周波数174.8329411MHzの信号が供給される。

0027

ミキサ116の出力信号から帯域通過フィルタ118により1.9235299MHzの信号成分であるIF信号が出力され、端子120を通じて図1に示すAD変換器74に供給される。

0028

GPSダウンコンバータ部72によりIF信号に周波数変換された受信アンテナ12と受信アンテナ32に係るGPS衛星信号は、比較器として機能するAD変換器74により2値信号2値データ)に変換されて、基本的には乗算器として機能するスペクトラム逆拡散手段としての相関器61、62に入力される。

0029

この相関器61、62を用いて、2値化されたIF信号を、後述する方法によりスペクトラム逆拡散して受信アンテナ12、32を識別し、該受信アンテナ12、32毎の受信信号(GPS衛星信号)を復元して周知のGPS信号処理部76に供給する。

0030

制御・処理・演算・記憶手段として機能するマイクロコンピュータあるいはデジタルシグナルプロセッサ等により構成されるGPS信号処理部76では、マイクロコンピュータであるCPU80との協働処理により、GPS衛星から送られるPNコードに対しGPS信号処理部76の内部で発生してPNコード位相を比較し追尾することで、GPS衛星までの疑似距離を計算し、周知の4元連立方程式(測位方程式)を解いて、受信アンテナ12、32の位置に係る4個の未知数である、緯度経度・高度およびGPS受信機10の受信機時計誤差を決定する。なお、GPS衛星から送られるPNコードとコード発生器51、52、53、54により発生されるPNコードは、異なるタイプ(種類)のコードであることはいうまでもない。

0031

上述した基準信号発生器100から発生される基準信号は、それぞれ、コード発生器51、52、53、54に供給される。また、コード発生器51、52、53、54からそれぞれ発生するPNコードPa、Pa′、Pb、Pb′のコード設定信号がGPS信号処理部76から各コード発生器51、52、53、54にそれぞれ供給される。

0032

次に、相関器61、62により受信アンテナ12、32により受信したGPS衛星信号の識別、換言すれば、受信アンテナ12、32の識別方法について説明する。すなわち、相関器61、62による逆拡散方法について説明する。

0033

この場合、コード発生器51から出力されるPNコードPaと、コード発生器52から発生されるPNコードPa′とは、それぞれダイオードミキサ22によりスペクトラム拡散し、相関器61によりスペクトラム逆拡散する必要性があることから、相関器61の2つの入力端子で任意ではあるが同一の同一位相のPNコードであることが必要である。

0034

同様に、コード発生器53から出力されるPNコードPbと、コード発生器54から発生されるPNコードPb′とは、それぞれダイオードミキサ42によりスペクトラム拡散し、相関器62によりスペクトラム逆拡散するのであるから、相関器62の2つの入力端子で相関器61に係るPNコードとは異なるタイプであるが、同一の同一位相のPNコードであることが必要である。

0035

そして、一方の相関器61の2つの入力端子でのPNコードPaとPNコードPa′のコード位相をゼロ値(位相差をゼロ値)とするために、コード発生器52から供給されるPNコードPa′には、ダイオードミキサ22、信号合成器70、GPSダウンコンバータ部72、AD変換器74および相関器61の入力までの伝搬遅延時間Tpdが考慮されて含まれていなければならない。そのため、ダイオードミキサ22から相関器61の入力までの伝搬遅延時間Tpdを、予めネットワークアナライザ等により測定する。測定された伝搬遅延時間Tpdは、GPS信号処理部76またはCPU80の記憶手段であるメモリ(この場合、フラッシュメモリ等の書き換え可能な読出専用メモリが好ましい。)に格納(記憶)しておく。

0036

他方の相関器62により相関処理がとられるPNコードPbとPNコードPb′でも同様であり、ほぼ同一の伝搬遅延時間Tpdをコード発生器54から出力されるPNコードPb′に与えればよい。

0037

なお、実際上、伝搬遅延時間Tpdは、ダイオードミキサ22(42)から相関器61(62)までの構成要素の中で最も遅延時間が大きいGPSダウンコンバータ部72の遅延時間分に略等しいので、GPSダウンコンバータ部72の遅延時間を測定し、これを伝搬遅延時間Tpdとして上記メモリに記憶しておけばよい。

0038

図3は、PNコード発生タイミング図を示している。この実施の形態では、コード発生器51から発生されるPNコードPaに対して、コード発生器52から発生されるPNコードPa′が、伝搬遅延時間Tpd(この実施の形態では500ns)分だけ遅延して相関器61に供給されるようにするコード設定信号をGPS信号処理部76からコード発生器51およびコード発生器52に設定している。

0039

同様に、コード発生器53から発生されるPNコードPbに対してコード発生器54から発生されるPNコードPb′が、伝搬遅延時間Tpd(この実施の形態では500ns)分だけ遅延して相関器62に供給されるようにするコード設定信号をGPS信号処理部76からコード発生器53およびコード発生器54に設定している。

0040

位相を一致させることにより、相関器61、62で精度良く、受信アンテナ12、32に係るAD変換器74からの2値信号をスペクトラム逆拡散することができる。

0041

このように上述した実施の形態によれば、受信アンテナ12と受信アンテナ32から出力される衛星信号毎に、識別コードとしてのPNコードPa、Pbをコード発生器51、53を通じてダイオードミキサ22、42により割り当てる(スペクトラム拡散する)。次いで、1系統の周波数変換手段であるGPSダウンコンバータ部72によりRF信号をIF信号とする周波数変換を行い、変換されたIF信号に対応する2値信号による信号処理段階で、識別コードとしてPNコードPa′、Pb′を相関器61、62に与えてスペクトル逆拡散を行い、逆拡散後の受信アンテナ毎の受信信号を選択してGPS信号処理部76により上記した航法方程式に係る測位処理等を行うようにしている。

0042

このためGPSダウンコンバータ部72を受信アンテナ12と受信アンテナ32とで共通に使用することが可能となり回路構成の簡略化、回路部品点数の削減化が可能となる。なお、共通の1系統のGPSダウンコンバータ部72を用いるために、共通回路部分であるGPSダウンコンバータ部72を含む経路での搬送波位相遅延を同一とすることが可能となり、結果として逆拡散用に必要な伝搬遅延時間Tpdを受信アンテナ12に係る衛星信号と受信アンテナ32に係る衛星信号とに共通に用いることができる。

0043

また、上述した実施の形態では、受信アンテナ12と受信アンテナ32の2個の受信アンテナを用いるGPS受信機10を例として説明しているが、3個以上の受信アンテナを用いるGPS受信機であっても、さらに異なるタイプのPNコードを用いることにより、同様にこの発明を適用することができる。

0044

図4は、この発明の他の実施の形態のGPS受信機10Aの構成を示している。このGPS受信機10Aにおいて、図1に示したGPS受信機10の構成要素と同一のものには同一の符号を付け、繁雑となるのでその詳細な説明を省略する。

0045

図1例のGPS受信機10では、2つの受信アンテナ12、32に対してそれぞれ異なるタイプのPNコードPa、Pbを割り当てる構成であったが、受信アンテナ12、32からGPS信号処理部76までの搬送波位相遅延を問題にしない場合には、図4に示すように、2つの受信アンテナ12、32の中、1つの受信アンテナ12(3つ以上、N個の場合には、N−1個の受信アンテナ)からのGPS衛星信号に対してのみ、識別コードとしてのPNコードPaを割り当てる構成とすればよい。

0046

この場合には、図5タイミングチャートに示すように、ダイオードミキサ22にPNコードPaを供給し、これから伝搬遅延時間Tpdだけ遅れた同一のタイプのPNコードPa′を相関器61に供給するように構成すればよい。

0047

この場合、受信アンテナ12と受信アンテナ32に係る衛星信号のGPS信号処理部76Aまでの搬送波位相遅延の差等に基づく信号処理の差は、GPS信号処理部76Aで吸収するように構成することができる。

0048

この図4例の構成によれば、GPSダウンコンバータ部72を共通化できるので回路構成を簡略化でき、さらに、図1例のGPS受信機10との比較では、ダイオードミキサ42、相関器62、コード発生器53、54を削減することができる。

0049

なお、この発明は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

発明の効果

0050

以上説明したように、この発明によれば、RF信号をIF信号に周波数変換する周波数変換手段を複数の受信アンテナにより共通に使用することができるので、衛星航法装置の部品点数を少なくでき、結果として低コスト化を図れるという効果が達成される。

図面の簡単な説明

0051

図1この発明の一実施の形態が適用されたGPS受信機の構成を示す回路ブロック図である。
図2図1例のGPS受信機中、GPSダウンコンバータ部の詳細な構成例を示す回路ブロック図である。
図3図1例のGPS受信機の要部の動作説明に供されるタイミングチャートである。
図4この発明の他の実施の形態が適用されたGPS受信機の構成を示す回路ブロック図である。
図5図4例のGPS受信機の要部の動作説明に供されるタイミングチャートである。

--

0052

10、10A…GPS受信機12、32…受信アンテナ
14、34…プリアンプ
16、36、114、118…帯域通過フィルタ
18、38…プリアンプ・フィルタ部
20、40…同軸ケーブル22、42…ダイオードミキサ
51、52、53、54…コード発生器
61、62…相関器70…信号合成器
72…GPSダウンコンバータ部
74…AD変換器76、76A…GPS信号処理部
80…CPU 100…基準信号発生器
104…PLL周波数シンセサイザ
106、116…ミキサ108…分周器
112…ローノイズアンプ
Pa、Pa′、Pb、Pb′…PNコード

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