JP3723492B2 - GPS receiver - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、GPS受信装置に関し、詳細には、測位演算に用いる受信信号を選択するための閾値の設定に関する。
【0002】
【従来の技術】
GPS受信装置は、GPS衛星から送信されるGPS信号をトラッキングすることによりGPS衛星とGPS受信装置自身との間の距離を計測し(これを疑似距離と呼ぶ)、同時に計測した複数のGPS衛星に関する疑似距離を基に幾何学的演算により自身の位置を算出する。さらに、GPS受信装置は、各衛星の搬送波周波数の変化率を測定(ドップラ測定)して、自身の移動速度や進行方位も算出し、これらの算出結果をGPS出力データとして出力する。
【0003】
このとき、GPS受信装置が、トラッキングしているGPS衛星の数が3つのとき2次元測位、4つ以上のとき3次元測位となる。なお、2次元測位で算出されるデータは「緯度、経度」であり、3次元測位では「緯度、経度、高度」となる。GPS受信装置が、同時に捕捉可能な信号(衛星)の数はGPS受信装置のチャンネル数で決定され、一般的に、チャンネル数は8chから12ch程度である。
【0004】
図8に一般的なGPS受信装置1の構成を示す。GPS受信装置1は、RF部2、デジタル相関処理部3、及び測位演算部4より構成される。RF部2は、GPSアンテナ5から入力されるRF信号を中間周波数の信号に変換した後、デジタル化しデジタル相関処理部3に出力する。デジタル相関処理部3は、スペクトラム拡散されているGPS信号を逆拡散するための機能ブロック(キャリア相関部31、PRNコード相関部32、キャリアNCO33、PRNコード発生部34、コードNCO35から構成される)であるチャンネル39を複数個備えている。
【0005】
キャリア追尾ループ42、コード追尾ループ41によって、GPS信号のアクイジション(捕捉)及びトラッキング(追跡)において、キャリアNCO(NCO;数値制御発振器)33、コードNCO35がそれぞれ制御される。測位演算部4は、各チャンネルにおけるPRNコードの発生タイミングとキャリアNCO33の位相変化量を基に、GPS受信装置1自身の位置、速度、方位などを算出する。測位解を求める為の測位演算は、通常、一定時間間隔で(例えば1秒毎に)実行される。得られた測位解は、入出力データ43としてホストシステムへ渡すことができる。
【0006】
GPSアンテナ5は、アクティブアンテナとパッシブアンテナの2種類に大別される。図9は、アクティブアンテナの構成を示している。アクティブアンテナは、アンテナ素子51の後段に信号増幅器52が備わっており、一方、パッシブアンテナは、信号増幅器52を持たないタイプを指す。GPS受信装置1は、カーナビゲーションシステムや携帯情報端末など、様々なアプリケーション装置に搭載されるが、これらのアプリケーションの違いにより、GPSアンテナからGPS受信装置のRF信号入力端(図8の符号2a)に至る経路には大きな差が出ることになる。一般的には、アンテナケーブル6は、カーナビゲーションでは1〜5mの同軸線路が使用され、携帯情報端末などではアンテナ素子がGPS受信機基板に直接取り付けられているか、数cmの同軸線路が用いられる程度である。
【0007】
したがって、アクティブアンテナは、GPS衛星から放射されるGPS信号が微弱であること、アンテナ素子51の利得が小さいこと、GPS受信装置1までの伝送ロスがあることなどを考慮して、GPS受信装置1のRF信号入力端2aにおける信号レベルを一定以上に保つ目的で、カーナビゲーションシステムなどで使用される。一方、パッシブアンテナは、GPS受信装置1までの伝送ロスが少ないなどの理由から、信号増幅器を必要としない携帯情報端末などで使用される。
【0008】
以上のように、アプリケーションにより、使用されるアンテナの種類(アクティブアンテナであるかパッシブアンテナであるか)、及びアンテナケーブルの有無・長短の違いが存在するので、GPS受信装置1に入力される信号レベル(強度)は、数十dBの差異が生じることになる。
【0009】
また、カーナビゲーションシステムにおいては、GPSアンテナ5を車室外に設置するか車室内に設置するかの違いにより、あるいは車室内設置の場合でもダッシュボードやリアシェルフの上に設置するか内部に設置するかの違いにより、GPS受信装置1のRF信号入力端2aでは数dB〜十数dBの信号レベルの差が生じている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
GPS受信装置1の測位演算部4は、デジタル相関処理部3の各チャンネル39における相関処理出力36から、各チャンネル39の受信信号レベルを知ることができる。したがって、測位演算部4において、測位演算を行う際に、設定した閾値以上の受信信号レベルを有する信号を選択して使用することで、マルチパス或いはノイズの影響を受けた信号を排除して測位を行うことが可能になる。このことは、マルチパスの信号は直接波よりも一般的には信号強度が低く、したがって相対的に受信信号レベルの低い信号はマルチパスの影響を受けている可能性があり、また、信号入力レベルの小さい信号は相対的にノイズの影響を受けている可能性が高いことに基づく。
【0011】
ここで、上述の閾値は、GPS受信装置1に入力される受信信号のレベルによって最適値が大きく異なることを考慮する必要がある。このことについて、図10のグラフを参照して説明する。図10(a)及び(c)は、「高い受信信号レベルの場合の最適な閾値の例」と「低い受信信号レベルの場合の最適な閾値の例」をそれぞれ表している。なお、図10において、横軸の各衛星A〜Hは受信中の衛星を表し、縦軸は各衛星の受信信号レベルを表す。図10(a)及び(c)の例では、それぞれGPS受信装置に入力される受信信号レベルに対して最適な閾値を適用しているので、共に、マルチパスを含む可能性のある信号(衛星Bおよび衛星E)のみが測位演算に使用されないように制御されていることが分かる。
【0012】
図10(b)及び(d)に、「高い受信信号レベルの入力時に、低い受信信号を入力することを前提とした閾値を適用した例」と「低い受信信号レベルの入力時に、高い受信信号を入力することを前提とした閾値を適用した例」をそれぞれ示す。図10(b)の例において、高い受信信号レベルを入力しているにもかかわらず、低い受信信号レベルを入力することを前提とした閾値A0を適用しているために、マルチパスを含んでいるかも知れない受信信号(衛星Bおよび衛星E)を測位演算の中に取り込んでしまっていることが分かる。これは、測位精度劣化の悪影響につながる。
【0013】
また、図10(d)の例においては、低い受信信号レベルを入力しているにもかかわらず、高い受信信号を入力することを前提とした閾値A1を適用しているために、本来は測位演算に使える筈の受信信号(衛星Dおよび衛星F)を排除していることが分かる。これにより、GPS測位率の低下を招き、測位性能に著しい悪影響を受けることになる。
【0014】
このように、測位演算に使用する信号を選択するための閾値がGPS受信装置1に入力される受信信号レベルに対して適切に対応していないと、測位性能を著しく損なうことになる。測位性能を良好な状態に保つ為に一般的に取り得る措置は、アプリケーションに応じた閾値を最大公約数的に定め、この閾値をGPS受信装置に予め設定しておくことである。
【0015】
ところが、例えばカービゲーションシステムでは、ユーザーがGPSアンテナ5をどこに設置するかによってGPS受信装置1に入力される受信信号レベルに大きな違いが生ずる。この場合、使われ方(アンテナの設置場所)に応じた最適な閾値が設定されていることにはならず、測位性能に劣化が生じる場合がある。
【0016】
本発明は、このような事情に鑑みてなされた。すなわち、本発明は、GPS受信装置に入力される受信信号のレベルに応じて、測位演算に使用する信号の受信レベルの閾値を適応的に変化させることにより、設置環境に依存せずに、測位演算に悪影響を及ぼすマルチパスを含む信号を排除し測位精度を高めることのできるGPS受信装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、GPS受信装置に、受信中の衛星のうち仰角が所定角度以上である高仰角のGPS衛星からの信号の受信信号レベルに基づいて、測位演算に使用する受信信号を選択する為の閾値を決定する手段を付加する(請求項1)。高仰角の衛星の受信信号レベルと最適な閾値とは、一定の対応関係で対応付けることができる。したがって、高仰角の衛星からの受信信号レベルに基づいて最適な閾値を得ることができる。
【0018】
仰角が所定角度以上の衛星は1以上存在し得るが、この場合は、平均値を求めて高仰角衛星の受信信号レベルとしても良い(請求項2)。
【0019】
高仰角の衛星の受信信号レベルについて、所定のデータ数の平均である移動平均を求め、この移動平均に基づいて閾値を決定するのが好ましい(請求項3)。これによって、最適な閾値が受信状態に敏感に反応して変動することを防ぐことができる。
【0020】
平均値または移動平均を求めることを継続的に行うことによって、閾値の更新を継続することができる(請求項4)。閾値が継続的に更新されることで、マルチパスの影響を受けた信号を排除して測位を行うことを継続的に達成することができる。
【0021】
高仰角の衛星の受信信号レベルと最適な閾値は、一義的に対応付ける対応関係を関数として持つことで、高仰角の衛星の受信信号レベルから最適な閾値を取得することができる(請求項5)。或いは、上記対応関係をテーブルとして記憶しておき、テーブルを参照することによって最適な閾値を取得することもできる(請求項6)。
【0022】
閾値のデフォルト値を記憶しておき、GPS受信装置の起動直後など、最適な閾値が得られるまでの間、閾値としてデフォルト値を用いる構成とすることもできる(請求項7)。
【0023】
観測地点において高仰角の衛星を捕捉できる確率は、高仰角の定義としての所定角度が高くなるほど低くなる。したがって、高仰角であるとみなす為の所定角度は、観測地点における全GPS衛星の仰角推移を考慮して、GPS衛星を捕捉できる確率が所定値以上となるように決定された角度であることが好ましい(請求項8)。
【0024】
また、上記目的を達成するため、請求項9に記載の発明は、複数のGPS衛星からのGPS信号を受信し測位を行うGPS受信装置であって、受信中のGPS衛星のうち、仰角が所定角度以上である高仰角のGPS衛星の受信信号レベルを複数個格納できる第1記憶領域と、高仰角のGPS衛星の受信信号レベルを第1記憶領域へ格納するとともに、第1記憶領域に記憶された所定数のデータから平均値を算出する第1制御手段と、高仰角のGPS衛星の受信信号レベル毎に、測位に用いる受信信号を選択するための閾値を対応付けたテーブルを格納しておく第2記憶領域と、測位における受信信号の選択の際に用いる閾値を格納しておく第3記憶領域と、第1制御手段によって求められた平均値に対応する閾値を、第2記憶領域に格納されたテーブルを参照して取得し、前記第3記憶領域に書き込む第2制御手段と、第3記憶領域に格納された閾値を用いて、測位に使用するGPS衛星を選択して測位演算を行う測位演算手段と、を備える。高仰角の衛星の受信信号レベルに基づいてテーブルを参照して取得された最適な閾値が、第3記憶領域に格納される。測位演算手段は、第3記憶領域を参照することで最適な閾値を取得することができ、この最適な閾値を用いて、測位に使用するGPS衛星を選択することができる。
【0025】
また、上記目的を達成するため、請求項10に記載の発明は、複数のGPS衛星からのGPS信号を受信し測位を行うGPS受信装置であって、受信中のGPS衛星のうち仰角が所定角度以上である高仰角のGPS衛星の受信信号レベルを複数個格納できる第1記憶領域と、高仰角のGPS衛星の受信信号レベルを第1記憶領域へ格納するとともに、第1記憶領域に記憶された所定数のデータから平均値を算出する第1制御手段と、測位に用いる受信信号を選択するための閾値を格納しておく第2記憶領域と、第1制御手段によって求められた平均値に対応する閾値を、所定の関数を用いて算出し第2記憶領域に書き込む第2制御手段と、第2記憶領域に格納された閾値を用いて、測位に使用するGPS衛星を選択して測位演算を行う測位演算手段と、を備える。高仰角の衛星の受信信号レベルと最適な閾値は、一義的に対応付けることができる。第2制御手段において、この対応関係を関数として持つことで、高仰角の衛星の受信信号レベルから最適な閾値を求めることができる。したがって、測位演算手段は、第2記憶領域を参照することで最適な閾値を取得することができ、この最適な閾値を用いて、測位に使用する衛星を選択することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
本発明のGPS受信装置101の構成を、図1に示す。GPS受信装置101は、RF部2、デジタル相関処理部3、及び測位演算部94から構成される。図1においてGPS受信装置1(図8)の構成要素と同等の部分には同一の符号を用いており、これらの部分についての詳細な説明は省略する。すなわち、GPS受信装置101において、GPSアンテナ5から入力されるRF信号は、RF部2で中間周波数の信号に変換されデジタル化された後、デジタル相関処理部3のチャンネル39において逆拡散処理される。
【0027】
測位演算部94は、各チャンネル39におけるPRNコードの発生タイミングとキャリアNCO33の位相変化量を基に、GPS受信装置101自身の位置、速度、方位などを算出する。さらに、測位演算部94には、高仰角の衛星からの信号の受信信号レベルに応じて、測位演算に使用する信号を選択するための閾値を決定する閾値決定手段95が設けられている。ここで決定された閾値が、測位の過程において衛星を選択する際に使用される。なお、測位演算部94はプロセッサから成り、プログラムの実行に必要なROM、RAM、不揮発性メモリなど(不図示)を内部に有するものとする。
【0028】
図2(a)は、GPS受信装置101に高い受信信号レベルを入力した場合(図10の(a)および(b)に相当)において、GPSアンテナ5から見た各GPS衛星の仰角順に受信衛星を並べ替えたものである。同様に、図2(b)は、GPS受信装置101に低い受信信号レベルを入力した場合(図10の(c)および(d)に相当)において、GPSアンテナ5から見た各GPS衛星の仰角順に受信衛星を並べ替えたものである。なお、図2(a),(b)のグラフにおいて、横軸は仰角、縦軸は受信信号レベルである。
【0029】
図2において、各GPS衛星の受信信号レベルが概ね仰角の高さ順に並んでいるのは、GPSアンテナ5のアンテナ素子51が仰角90度をピークとするアンテナビーム特性を持っているからである。また、図2において、衛星Eの受信信号レベルが、これより仰角の低い衛星Dの受信信号レベルより低いのは、衛星Eについてはマルチパスを受信しているためである。
【0030】
図2から、受信しているGPS衛星の仰角と受信信号レベルが、図2(a)、(b)に示すような一定の関係にあることが理解できる。このことから、マルチパスを含んでいるであろう信号(図2において衛星Eおよび衛星B)を排除するための閾値は、高仰角衛星(図2において衛星C、Gなど)の受信信号レベルから一定の値を引き算したレベルに存在するとみなすことができる。したがって、高仰角衛星(例えば仰角70度以上と定義する)の受信信号が、ある一定のレベル以上にあれば、高仰角衛星の受信信号の平均レベルに対し、最適な閾値は一義的に定めることができる。
【0031】
一例として、図3に、高仰角衛星の受信信号レベルと最適な閾値とを一義的に対応付ける関係を示す。図3において、横軸は高仰角衛星の受信信号レベル、縦軸は閾値である。
【0032】
なお、図3の対応関係は、アンテナ素子51で受信された信号であれば、GPS受信装置101に入力されるまでに経る回路や線路の利得(増幅・減衰)の影響は等しいこと、高仰角衛星の信号がマルチパスの影響を受ける可能性が殆どないことに基づく。また、図3に示す対応関係は、単純化した場合の例であり、GPSアンテナのビーム特性、GPS受信装置における復調手段、受信レベル算出手段の構成に基づいて、より詳細な対応関係を考慮することも可能であることに留意する必要がある。実際には、受信信号レベルと最適閾値の対応関係は、GPSアンテナ5とGPS受信装置101の各々の特性が組み合わされることにより一義的に決定されるものであるため、図3に例を示したような対応関係を知ることが可能である。このようにして得られた対応関係は、関数やテーブルとして、測位演算部94内の不揮発性メモリ(不図示)に保持しておく。
【0033】
図4(a),(b)は、それぞれ図2(a),(b)の場合に、図3の対応関係を用いて最適な閾値を求めた例である。ここでは、高仰角衛星の定義を「仰角70度以上」と定義する。したがって、図4(a),(b)の場合、衛星Cと衛星Gが高仰角衛星に相当する。図4(a)における衛星Cと衛星Gの受信信号レベルの平均値P1に対し、図3の対応関係より得られる閾値TH1を適用すると、図4(a)のようになる。同様に、図4(b)における衛星Cと衛星Gの受信信号レベルの平均値P2に対し、図3の対応関係より得られる閾値TH2を適用すると、図4(b)のようになる。このように、図3のような、「高仰角衛星の平均受信信号レベルに対する最適な閾値の特性」について、GPSアンテナ5を含めたGPS受信装置101全体の系として把握していれば、測位演算に使用する受信信号の受信レベルの閾値を最適に設定することが可能となる。
【0034】
なお、高仰角衛星を定義するための仰角は、なるべく高い仰角に設定した方が精度の高い閾値を求めることが可能になるが、高仰角の定義を満たす衛星を受信する機会は、定義した仰角が高くなるほど少なくなるため、このようなトレードオフの関係を勘案して最適値を決定することが望ましい。図5は、東京において、GPS衛星を24時間観測した場合に、各GPS衛星がどのような仰角の推移をするのかを示した例である。図5から、上記トレードオフを勘案して、高仰角の定義を満たす衛星を受信できる確率が所定値以上となる様に、高仰角衛星の定義を、70±10度程度に設定することが合理的である。但し、高仰角衛星の定義はこの数値に限定されるものではない。
【0035】
測位演算部94において、以上述べたように、受信される衛星のうち高仰角衛星の平均受信信号レベルから、不揮発性メモリに格納された対応関係(図3)を用いて閾値を更新することを継続的に実行することで、閾値を常に最適な値に保つことができる。測位演算部94において所定時間間隔で実行される測位演算処理では、衛星選択処理として閾値が使用され、閾値を超える受信信号レベルの衛星のみが測位演算に使用される。したがって、マルチパスなどの影響を含む信号を測位演算に使用することを回避し、測位精度を常に高い状態に保つことが可能である。
【0036】
なお、上述のように高仰角衛星の定義としての仰角が高ければ高いほど、定義を満たす衛星からの信号を受信する機会は少なくなること、また、図3の対応関係にしたがって定まる最適な閾値が、受信状態に敏感に反応することは望ましくないことを考慮して、高仰角衛星の受信信号レベルを所定のデータ数だけ不揮発性メモリ等に保存し、移動平均をとることが望ましく且つ現実的である。
【0037】
図6は、閾値決定手段95の動作に対応しており、移動平均により高仰角衛星の受信信号レベルを求め、最適閾値を更新する処理を表すフローチャートである。本処理は、測位演算処理の一部として所定時間間隔で実行されるものとする。また、図6において、“メモリ”は、測位演算部94内の不揮発性メモリを指し、“テーブル”は、不揮発性メモリに予め格納された、図3に例示した対応関係を表すテーブルである。
【0038】
まず、通常の測位演算処理で捕捉された衛星に高仰角(仰角70±10度以上)のものが含まれるか判定する(S1)。捕捉された衛星の中に高仰角の衛星が含まれている場合(S1:YES)、その衛星の受信信号レベル(高仰角衛星が複数あれば、それらの平均値)をメモリに格納する(S2)。ここで、高仰角衛星のデータのメモリへの格納は、図7(a)に示すように、メモリ内の所定のデータ格納領域96に、ステップS2の処理が行われる毎にnを増加させつつ、順番にd1〜dn+1まで格納していく。なお、データ格納領域96が全て埋まった後の、n+2番目のデータからは、データ格納領域96の先頭から再び順番に格納して行く(図7(b)参照)。いわゆるリングバッファ形式でデータを更新する。
【0039】
次に、データ格納領域96に所定数のデータ(n+1個)が格納されたかを判定する(S3)。データ格納領域96に格納されたデータが所定数に達していない場合には(S3:NO)、閾値を更新せずに本処理を終了する。所定数に達している場合には(S3:YES)、データ格納領域96に格納されたデータを読み出して(S4)、それらの平均値、すなわち移動平均を算出する(S5)。次に、算出された移動平均を基に、メモリ内に格納されたテーブルを参照して(または関数としてメモリに格納された、受信信号レベルと最適閾値の対応関係を用いて)、移動平均として受信信号レベルに対応する最適閾値を取得する(S6)。取得された最適閾値を、次に、メモリ内の測位演算用閾値の格納先に上書きすることによって更新する(S7)。なお、最適閾値の初期値として、アプリケーションを考慮して決定された値を、GPS受信装置101の初期電源投入時に、測位演算用閾値の格納先に格納しておくものとする。この場合、本処理によって最適閾値が決定されるまでの間は、初期設定された閾値を用いて衛星の選択を行うことができる。
【0040】
以上説明した図6の閾値更新の処理によって、高仰角衛星の受信信号レベルについての所定の時間窓での移動平均を用いて最適閾値を求めることができる。したがって、最適閾値が受信状態に敏感に反応して変化することを回避することができる。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、GPS受信装置に入力される受信信号のレベルに応じて、測位演算に使用する信号を選択するための最適閾値を適応的に変化させることができる。アンテナの設置場所やアンテナの種類(アクティブアンテナであるかパッシブアンテナであるか)等に依存せず、閾値を最適な値に自動的に制御することができる。このことにより、設置環境に依存せずに、測位演算に悪影響を及ぼすマルチパスを含む信号を排除し測位精度を常に高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態としてのGPS受信装置の構成を表すブロック図である。
【図2】図2(a)は、受信レベルが高い場合の、GPS受信装置において受信されるGPS衛星の受信レベルを仰角順に並べたグラフであり、図2(b)は、受信レベルが低い場合の、GPS受信装置において受信されるGPS衛星の受信レベルを仰角順に並べ替えたグラフである。
【図3】高仰角衛星の受信信号レベルと最適な閾値とを一義的に対応付ける関係の一例を示すグラフである。
【図4】図2(a)、(b)に示すグラフに、図3に示す対応関係を用いて求めた閾値を適用した状態を示すグラフである。
【図5】東京における、各GPS衛星の仰角の推移を示すグラフである。
【図6】移動平均により高仰角衛星の受信信号レベルを求め、最適閾値を更新する処理を表すフローチャートである。
【図7】高仰角衛星の受信信号レベルを不揮発性メモリ内の所定のデータ格納領域に格納する状態を説明する為の図である。
【図8】従来のGPS受信装置の構成を表すブロック図である。
【図9】アクティブアンテナの構成を表す図である。
【図10】GPS衛星の受信信号レベルと最適閾値の関係を説明するための図である。
【符号の説明】
2 RF部
3 デジタル相関処理部
5 GPSアンテナ
21 ダウンコンバータ
22 A/Dコンバータ
31 キャリア相関部
32 PRNコード発生部
33 キャリアNCO
34 PRNコード発生部
35 コードNCO
36 相関処理出力
39 チャンネル
41 コード追尾ループ
42 キャリア追尾ループ
94 測位演算部
95 閾値決定手段
101 GPS受信装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a GPS receiver, and more particularly, to setting a threshold value for selecting a received signal used for positioning calculation.
[0002]
[Prior art]
The GPS receiver measures the distance between the GPS satellite and the GPS receiver itself by tracking a GPS signal transmitted from the GPS satellite (this is called a pseudorange), and relates to a plurality of GPS satellites measured simultaneously. Based on the pseudo distance, the position of itself is calculated by a geometric operation. Furthermore, the GPS receiver measures the change rate of the carrier frequency of each satellite (Doppler measurement), calculates its own moving speed and traveling direction, and outputs these calculation results as GPS output data.
[0003]
At this time, the GPS receiving device performs two-dimensional positioning when the number of GPS satellites being tracked is three, and three-dimensional positioning when four or more. Note that the data calculated by the two-dimensional positioning is “latitude, longitude”, and “latitude, longitude, altitude” is three-dimensional positioning. The number of signals (satellite) that can be captured simultaneously by the GPS receiver is determined by the number of channels of the GPS receiver, and the number of channels is generally about 8ch to 12ch.
[0004]
FIG. 8 shows a configuration of a
[0005]
The
[0006]
The
[0007]
Therefore, the active antenna takes into account the fact that the GPS signal radiated from the GPS satellite is weak, the gain of the
[0008]
As described above, depending on the application, the type of antenna used (whether it is an active antenna or a passive antenna) and the presence / absence / absence of an antenna cable exist, so the signal input to the
[0009]
In the car navigation system, the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The positioning calculation unit 4 of the
[0011]
Here, it is necessary to consider that the above-described threshold value varies greatly depending on the level of the received signal input to the
[0012]
10B and 10D, “an example in which a threshold is applied on the assumption that a low reception signal is input when a high reception signal level is input” and “a high reception signal when a low reception signal level is input”. An example of applying a threshold based on the assumption that “ In the example of FIG. 10B, the threshold A0 is applied on the assumption that a low received signal level is input even though a high received signal level is input. It can be seen that the received signals (satellite B and satellite E) that may be present have been taken into the positioning calculation. This leads to an adverse effect of deterioration in positioning accuracy.
[0013]
In addition, in the example of FIG. 10D, since the threshold A1 is applied on the assumption that a high received signal is input even though a low received signal level is input, positioning is originally performed. It can be seen that the received signals (satellite D and satellite F) that can be used for computation are excluded. As a result, the GPS positioning rate is lowered, and the positioning performance is significantly affected.
[0014]
As described above, if the threshold for selecting a signal used for the positioning calculation does not appropriately correspond to the received signal level input to the
[0015]
However, for example, in a car navigation system, a significant difference occurs in the received signal level input to the
[0016]
The present invention has been made in view of such circumstances. That is, according to the present invention, positioning can be performed without depending on the installation environment by adaptively changing the threshold of the reception level of the signal used for positioning calculation according to the level of the reception signal input to the GPS receiver. An object of the present invention is to provide a GPS receiver capable of eliminating a signal including a multipath that adversely affects an operation and improving positioning accuracy.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, a reception signal used for positioning calculation is transmitted to a GPS receiver based on a reception signal level of a signal from a high-elevation GPS satellite whose elevation angle is equal to or greater than a predetermined angle among the satellites being received. A means for determining a threshold for selection is added (claim 1). The reception signal level of the high elevation satellite and the optimum threshold value can be associated with each other with a certain correspondence. Therefore, an optimum threshold value can be obtained based on the received signal level from the satellite having a high elevation angle.
[0018]
There may be one or more satellites whose elevation angle is greater than or equal to a predetermined angle, but in this case, the average value may be obtained as the reception signal level of the high elevation satellite (claim 2).
[0019]
It is preferable that a moving average that is an average of a predetermined number of data is obtained for a received signal level of a satellite having a high elevation angle, and a threshold value is determined based on the moving average. As a result, it is possible to prevent the optimum threshold from fluctuating in response to the reception state.
[0020]
The threshold value can be continuously updated by continuously obtaining the average value or the moving average (claim 4). By continuously updating the threshold value, it is possible to continuously achieve positioning by eliminating signals affected by multipath.
[0021]
The received signal level of the high-elevation satellite and the optimum threshold value have a correspondence that uniquely associates it as a function, so that the optimum threshold value can be acquired from the received signal level of the high-elevation angle satellite. . Alternatively, the correspondence relationship can be stored as a table, and an optimum threshold value can be obtained by referring to the table (claim 6).
[0022]
It is also possible to store the default value of the threshold value and use the default value as the threshold value until an optimal threshold value is obtained, for example, immediately after starting the GPS receiver (claim 7).
[0023]
The probability that a satellite with a high elevation angle can be captured at the observation point decreases as the predetermined angle as the definition of the high elevation angle increases. Therefore, the predetermined angle for considering the high elevation angle may be an angle determined so that the probability that the GPS satellite can be captured is a predetermined value or more in consideration of the elevation angle transition of all the GPS satellites at the observation point. Preferred (claim 8).
[0024]
In order to achieve the above object, the invention described in claim 9 is a GPS receiving device that receives GPS signals from a plurality of GPS satellites and performs positioning, and among the GPS satellites being received, the elevation angle is predetermined. A first storage area that can store a plurality of reception signal levels of GPS satellites with a high elevation angle that is equal to or greater than an angle, and a reception signal level of GPS satellites with a high elevation angle are stored in the first storage area and stored in the first storage area. A table in which a first control unit that calculates an average value from a predetermined number of data and a threshold value for selecting a received signal used for positioning is stored for each received signal level of a high-elevation GPS satellite is stored. A second storage area, a third storage area for storing a threshold used when selecting a received signal in positioning, and a threshold corresponding to the average value obtained by the first control means are stored in the second storage area. Is Positioning calculation that performs positioning calculation by selecting a GPS satellite to be used for positioning using the second control means that is obtained by referring to the table and that writes to the third storage area and the threshold value stored in the third storage area Means. The optimum threshold value obtained by referring to the table based on the received signal level of the high elevation satellite is stored in the third storage area. The positioning calculation means can acquire an optimum threshold value by referring to the third storage area, and can use this optimum threshold value to select a GPS satellite to be used for positioning.
[0025]
In order to achieve the above object, the invention according to
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The configuration of the
[0027]
The
[0028]
FIG. 2A shows a case where a high reception signal level is input to the GPS receiving apparatus 101 (corresponding to (a) and (b) of FIG. 10). Are rearranged. Similarly, FIG. 2B shows an elevation angle of each GPS satellite viewed from the
[0029]
In FIG. 2, the reason why the received signal levels of the GPS satellites are arranged in the order of elevation angle is that the
[0030]
From FIG. 2, it can be understood that the elevation angle of the receiving GPS satellite and the received signal level have a certain relationship as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). For this reason, the threshold for eliminating signals that would include multipath (satellite E and satellite B in FIG. 2) is based on the received signal level of high elevation satellites (satellite C, G, etc. in FIG. 2). It can be regarded as existing at a level obtained by subtracting a certain value. Therefore, if the received signal of a high elevation satellite (for example, defined as an elevation angle of 70 degrees or more) is above a certain level, the optimum threshold value is uniquely determined with respect to the average level of the received signal of the high elevation satellite. Can do.
[0031]
As an example, FIG. 3 shows a relationship in which the received signal level of the high elevation satellite is uniquely associated with the optimum threshold value. In FIG. 3, the horizontal axis represents the received signal level of the high elevation satellite, and the vertical axis represents the threshold value.
[0032]
Note that the correspondence relationship in FIG. 3 is that if the signal is received by the
[0033]
FIGS. 4A and 4B are examples in which the optimum threshold value is obtained using the correspondence relationship of FIG. 3 in the case of FIGS. 2A and 2B, respectively. Here, the definition of the high elevation satellite is defined as “elevation angle of 70 degrees or more”. Therefore, in the case of FIGS. 4A and 4B, the satellite C and the satellite G correspond to high elevation satellites. When the threshold value TH 1 obtained from the correspondence relationship in FIG. 3 is applied to the average value P 1 of the received signal levels of the satellites C and G in FIG. 4A, the result is as shown in FIG. Similarly, when the threshold value TH 2 obtained from the correspondence relationship of FIG. 3 is applied to the average value P 2 of the received signal levels of the satellites C and G in FIG. 4B, the result is as shown in FIG. . As described above, if the “optimum threshold characteristic with respect to the average received signal level of the high elevation satellite” as shown in FIG. 3 is grasped as the entire system of the
[0034]
Note that the elevation angle for defining a high elevation satellite can be obtained with a higher accuracy threshold if it is set as high as possible. However, the opportunity to receive a satellite that satisfies the definition of a high elevation angle is Therefore, it is desirable to determine the optimum value in consideration of such a trade-off relationship. FIG. 5 is an example showing how the elevation angle of each GPS satellite changes when the GPS satellites are observed for 24 hours in Tokyo. From FIG. 5, it is reasonable to set the definition of the high elevation satellite to about 70 ± 10 degrees so that the probability that a satellite satisfying the definition of the high elevation angle can be received is a predetermined value or more in consideration of the trade-off. Is. However, the definition of a high elevation satellite is not limited to this value.
[0035]
In the
[0036]
As described above, the higher the elevation angle as a definition of a high elevation satellite, the smaller the opportunity to receive a signal from a satellite that satisfies the definition, and the optimum threshold value determined according to the correspondence relationship in FIG. Considering that it is not desirable to react sensitively to the reception state, it is desirable and practical to store the received signal level of the high elevation satellite in a non-volatile memory or the like for a predetermined number of data and take a moving average. is there.
[0037]
FIG. 6 is a flowchart corresponding to the operation of the threshold
[0038]
First, it is determined whether satellites acquired by normal positioning calculation processing include those with a high elevation angle (elevation angle of 70 ± 10 degrees or more) (S1). When a satellite with a high elevation angle is included in the acquired satellite (S1: YES), the received signal level of the satellite (if there are a plurality of satellites with a high elevation angle, the average value thereof) is stored in the memory (S2). ). Here, as shown in FIG. 7A, the high elevation satellite data is stored in the memory while increasing n every time the process of step S2 is performed in the predetermined
[0039]
Next, it is determined whether a predetermined number of data (n + 1) is stored in the data storage area 96 (S3). If the data stored in the
[0040]
By the threshold value updating process of FIG. 6 described above, the optimum threshold value can be obtained using the moving average over a predetermined time window for the received signal level of the high elevation satellite. Therefore, it can be avoided that the optimum threshold changes sensitively to the reception state.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the optimum threshold value for selecting a signal used for positioning calculation can be adaptively changed according to the level of the received signal input to the GPS receiver. The threshold value can be automatically controlled to an optimum value without depending on the location of the antenna and the type of antenna (whether it is an active antenna or a passive antenna). This makes it possible to always improve positioning accuracy by eliminating signals including multipaths that adversely affect the positioning calculation without depending on the installation environment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a GPS receiver as an embodiment of the present invention.
FIG. 2 (a) is a graph in which the reception levels of GPS satellites received by the GPS receiver when the reception level is high are arranged in order of elevation, and FIG. 2 (b) is a low reception level. It is the graph which rearranged the reception level of the GPS satellite received in the GPS receiver in order of elevation angle.
FIG. 3 is a graph showing an example of a relationship that uniquely associates a received signal level of a high elevation satellite with an optimum threshold value.
4 is a graph showing a state in which a threshold obtained using the correspondence relationship shown in FIG. 3 is applied to the graphs shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).
FIG. 5 is a graph showing changes in elevation angle of each GPS satellite in Tokyo.
FIG. 6 is a flowchart showing a process for obtaining a received signal level of a high elevation satellite by a moving average and updating an optimum threshold value.
FIG. 7 is a diagram for explaining a state in which a received signal level of a high elevation satellite is stored in a predetermined data storage area in a nonvolatile memory.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional GPS receiver.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an active antenna.
FIG. 10 is a diagram for explaining a relationship between a received signal level of a GPS satellite and an optimum threshold value.
[Explanation of symbols]
2
34
36
Claims (10)
受信中のGPS衛星のうち仰角が所定角度以上である高仰角のGPS衛星の受信信号レベルに基づいて、測位演算に使用する受信信号を選択する為の閾値を決定する閾値決定手段と、
前記決定された閾値と受信信号との比較を行うことによって測位演算に用いるGPS衛星を選択する衛星選択手段と、
を備えることを特徴とするGPS受信装置。A GPS receiver that performs positioning by receiving GPS signals from a plurality of GPS satellites,
Threshold determining means for determining a threshold for selecting a received signal used for positioning calculation based on a received signal level of a GPS satellite with a high elevation angle whose elevation angle is equal to or greater than a predetermined angle among GPS satellites being received;
Satellite selection means for selecting a GPS satellite to be used for positioning calculation by comparing the determined threshold value with a received signal;
A GPS receiving device comprising:
前記閾値決定手段は、前記記憶手段に格納されたテーブルを参照して前記閾値を決定すること、を特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のGPS受信装置。A storage means for storing in advance a table in which an optimum threshold value is associated with each received signal level of the high-elevation GPS satellite;
The GPS receiving device according to any one of claims 1 to 4, wherein the threshold value determining unit determines the threshold value with reference to a table stored in the storage unit.
前記衛星選択手段は、前記閾値決定手段によって前記閾値が未だ決定されていない場合には、前記閾値として、前記記憶手段に格納された前記デフォルト値を用いること、を特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載のGPS受信装置。The storage means further stores in advance a default value as the threshold value,
The said satellite selection means uses the said default value stored in the said memory | storage means as said threshold value, when the said threshold value is not yet determined by the said threshold value determination means, The said threshold value is used. Item 7. The GPS receiver according to any one of Items 6 to 7.
受信中のGPS衛星のうち、仰角が所定角度以上である高仰角のGPS衛星の受信信号レベルを複数個格納できる第1記憶領域と、
前記高仰角のGPS衛星の受信信号レベルを前記第1記憶領域へ格納するとともに、前記第1記憶領域に記憶された所定数のデータから平均値を算出する第1制御手段と、
前記高仰角のGPS衛星の受信信号レベル毎に、前記測位に用いる受信信号を選択するための閾値を対応付けたテーブルを格納しておく第2記憶領域と、
前記測位における受信信号の選択の際に用いる前記閾値を格納しておく第3記憶領域と、
前記第1制御手段によって求められた前記平均値に対応する閾値を、前記第2記憶領域に格納されたテーブルを参照して取得し、前記第3記憶領域に書き込む第2制御手段と、
前記第3記憶領域に格納された閾値を用いて、前記測位に使用するGPS衛星を選択して測位演算を行う測位演算手段と、
を備えることを特徴とするGPS受信装置。A GPS receiver that performs positioning by receiving GPS signals from a plurality of GPS satellites,
A first storage area capable of storing a plurality of received signal levels of high-elevation GPS satellites whose elevation angle is equal to or greater than a predetermined angle among GPS satellites being received;
First control means for storing a received signal level of the high elevation GPS satellite in the first storage area and calculating an average value from a predetermined number of data stored in the first storage area;
A second storage area for storing a table in which a threshold value for selecting a reception signal used for positioning is stored for each reception signal level of the high-elevation GPS satellite;
A third storage area for storing the threshold value used when selecting a received signal in the positioning;
Second control means for acquiring a threshold value corresponding to the average value obtained by the first control means with reference to a table stored in the second storage area, and writing the threshold value in the third storage area;
Positioning calculation means for performing positioning calculation by selecting a GPS satellite to be used for positioning using the threshold value stored in the third storage area;
A GPS receiving device comprising:
受信中のGPS衛星のうち仰角が所定角度以上である高仰角のGPS衛星の受信信号レベルを複数個格納できる第1記憶領域と、
前記高仰角のGPS衛星の受信信号レベルを前記第1記憶領域へ格納するとともに、前記第1記憶領域に記憶された所定数のデータから平均値を算出する第1制御手段と、
前記測位に用いる受信信号を選択するための閾値を格納しておく第2記憶領域と、
前記第1制御手段によって求められた前記平均値に対応する閾値を、所定の関数を用いて算出し前記第2記憶領域に書き込む第2制御手段と、
前記第2記憶領域に格納された閾値を用いて、前記測位に使用するGPS衛星を選択して測位演算を行う測位演算手段と、
を備えることを特徴とするGPS受信装置。A GPS receiver that performs positioning by receiving GPS signals from a plurality of GPS satellites,
A first storage area capable of storing a plurality of received signal levels of high-elevation GPS satellites whose elevation angle is equal to or greater than a predetermined angle among GPS satellites being received;
First control means for storing a received signal level of the high elevation GPS satellite in the first storage area and calculating an average value from a predetermined number of data stored in the first storage area;
A second storage area for storing a threshold for selecting a reception signal used for the positioning;
A second control unit that calculates a threshold value corresponding to the average value obtained by the first control unit using a predetermined function and writes the threshold value in the second storage area;
Positioning calculation means for selecting a GPS satellite to be used for positioning and performing positioning calculation using the threshold value stored in the second storage area;
A GPS receiving device comprising:
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