JP4805159B2 - Ｇｐｓ受信器並びに関連する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、受信ＧＰＳ信号をサンプリングするためのアナログ・ディジタルコンバータ及びＧＰＳ信号サンプルを出力するためのプロセッサを含むＧＰＳ ＲＦフロントエンドとＧＰＳアンテナとを有するＧＰＳ受信器に関する。

本発明は更に、ＧＰＳ受信器からＧＰＳ信号サンプルを受信すると共に、位置決定を確定するようにＧＰＳ信号サンプルを処理するステップを有する位置決定（position fix）をもたらすための対応する方法と、コンピュータプログラム、コンピュータで読み出し可能な記憶媒体、及びその装置とに関する。

Akos氏他による"ＧＰＳ受信器のためのリアルタイムソフトウエア無線アーキテクチャ（Real-time software radio architectures for GPS receivers）" （ＧＰＳワールド、2001年7月(GPS World, July 2001)）は、アナログ又はディスクリートハードワイヤコンポーネント（analogue or discrete hardwires components）に対してプログラマブルマイクロプロセッサ（programmable micro-processor）又はディジタル信号プロセッサによって多くのＧＰＳ信号処理が達成される"ソフトウエアＧＰＳ（software GPS）"を開示している。当該文献の図２に記載されているように、アナログ・ディジタル変換及び（フィルタリング、増幅、及び周波数ダウンコンバージョン（frequency down-conversion）を含む）ＧＰＳ信号前処理（プレ処理（pre-processing））のためのＧＰＳ ＲＦフロントエンド及びＧＰＳアンテナから構成される簡略化されたＧＰＳ受信器がもたらされている。ＧＰＳ受信器から出力されるＧＰＳ信号サンプルはそれから、位置決定を確定させるようにＧＰＳ信号を処理するための適切なＧＰＳ信号処理ソフトウエアを動作させるモデムＰＣ又はラップトップに入力される。当該文献の著者は、自身の簡単なアーキテクチャのために安価に製造されることが可能であり、それによって広い採用が容易化される"プラグイン（plug-in）"モジュール、すなわち"ドングル（dongle）"型デバイスになるべきＧＰＳ受信器を意図している。更に当然のことながら、ＰＣ上にあるＧＰＳ信号処理ソフトウエアは元来、複製するのが安価である。

たとえ特定のＧＰＳ受信器アーキテクチャ及びＧＰＳ信号処理ソフトウエア構成体が採用されても、当然のことながら、ＧＰＳ受信器の出力がＧＰＳ信号処理ソフトウエアに適合していることは予測され得る。すなわち、ＧＰＳ受信器とＧＰＳ信号処理ソフトウエアとの間のインタフェースの特性は知られているため、一方又は両方が他方と共に設計されることは意図される。例えば、ＧＰＳ信号処理ソフトウエアは、ＧＰＳ受信器によって出力されるフォーマット、レート（速度）、及び分解能（レゾリューション（resolution））のＧＰＳ信号サンプルを処理するように構成されていてもよい。

本発明によれば、プロセッサが（特に外部デバイスに対して）ＧＰＳ信号サンプル及び／又はそこに含まれるＧＰＳ信号の特性を直接的又は間接的の何れかで記述する補助情報（ancillary information）と共にＧＰＳ信号サンプルを出力する上記の型式のＧＰＳ受信器がもたらされる。

本発明によれば、ＧＰＳ信号サンプル及び／又はそこに含まれるＧＰＳ信号の特性を記述する補助情報と共にＧＰＳ受信器からＧＰＳ信号サンプルを受信するステップと、位置決定を確定するように補助情報、コンピュータプログラム、コンピュータで読み出し可能な記憶媒体、及びその装置を使用してＧＰＳ信号サンプルを処理するステップとを有する位置決定を提供する方法がもたらされる。

発明者は、将来のソフトウエアＧＰＳシステムが自身のＧＰＳ受信器（すなわち、ＧＰＳアンテナ及びＧＰＳ ＲＦフロントエンド部分）及び互いに設計されることが意図される自身のＧＰＳ信号処理ソフトウエアを必ずしも持たなくてもよいことを理解している。本発明は、補助情報を受信するＧＰＳ信号処理ソフトウエアが設定されることが可能であり、それから特定のＧＰＳ受信器の出力の特性に適応し得るメカニズム（機構）を提供する。これにより、特定のＧＰＳ信号処理ソフトウエアは、様々なＧＰＳ受信器から出力される信号を処理することが可能になり、異なる企業によってさえ設計及び／又は製造され得る。

本発明はこの場合、ともに本発明により動作するＧＰＳ受信器に接続されるラップトップＰＣを概略的に示す添付図面を参照して例示によってのみ記載されるであろう。

添付図面によれば、ラップトップＰＣは、ＵＳＢ ＰＣポート及び対応するケーブルを介して、ＧＰＳ ＲＦフロントエンドＲｘ及びＧＰＳアンテナから構成されるＧＰＳ受信器１０に接続される。ＧＰＳ受信器は“ドングル”型デバイスになることが可能であり、それによってケーブルが省略される一方、ケーブルは、突起した位置における（アンテナを含む）ＧＰＳ受信器の測位（位置決め（ポジショニング））（positioning）を容易化し、それによってＧＰＳ信号を捕捉する確率（可能性）が増大する。例えば屋内で動作している場合、ＧＰＳ受信器が窓の近くに置かれてもよい。

動作しているとき、ＧＰＳ受信器は、自身のアンテナを通じてNAVSTAR SPS GPS信号を受信し、通常、帯域外ＲＦ干渉（out-of-band RF interference）、前置増幅（プリアンプリフィケーション（preamplification））、中間周波数（ＩＦ）へのダウンコンバージョン、及びアナログ・ディジタル変換を最小化するために受動帯域通過（パッシブバンドパス）フィルタリング（passive bandpass filtering）によって当該信号を前処理する。結果としてもたらされるＧＰＳ信号サンプルは、変調されたままの状態であり、依然利用可能な衛星（サテライト）からの全情報を含んでいるＩＦ信号を含む。

本発明によれば、ＧＰＳ信号サンプルは、ＵＳＢリンクを介してＧＰＳ受信器からＧＰＳ信号サンプル及び／又はそこに含まれるＧＰＳ信号の特性を記述する補助情報を備えるＰＣメモリ（図示略）に出力される。

ラップトップＰＣに基づくＧＰＳ信号処理ソフトウエア及び補助情報を使用して、ＧＰＳ信号サンプルはそれから、ＧＰＳ信号が、ＰＣの位置は従来のナビゲーションアルゴリズムを使用して決定され得る擬似帯域（pseudorange）情報を引き出すために捕捉するように処理される。当該ＧＰＳ信号捕捉及び擬似帯域処理はよく知られている（例えば、ＧＰＳ動作原理及びアプリケーション（GPS Principles and Applications） (Kaplan氏著) （ISBN 0-89006-793-7 Artech House）参照）。補助情報は以下を含んでいてもよい。

ＧＰＳ受信器自体に関する情報：
・ＧＰＳ受信器の型及び／又は識別体を示す。ＧＰＳ信号処理ソフトウエアは、特定のＧＰＳ受信器によって出力されるＧＰＳ信号サンプル及び／又は特定のＧＰＳ受信器が受信するために使用するＧＰＳ信号の特性にＧＰＳ受信器の型及び／又は識別体をマップ（map）するデータベースにアクセスし得る場合、ＧＰＳ受信器の型及び／又は識別体は、ＧＰＳ信号サンプルを処理するために当該ＧＰＳ信号処理ソフトウエアによって間接的に使用され得る。

ＧＰＳ受信器によって受信されるＧＰＳ信号に関する情報：
・受信ＧＰＳ信号の型（種類）及び／又は識別（体）を示す。特定のＧＰＳ受信器が、異なるＧＰＳ信号を受信するように、及び／又は例えばＧＰＳ受信器のユーザ入力手段を使用してユーザによって直接選択される一つ又は複数の動作モードで動作するように設計されてもよい。
・一つ又は複数の受信ＧＰＳ信号フォーマット
・一つ又は複数の受信ＧＰＳ信号中心周波数
・一つ又は複数の受信ＧＰＳ信号帯域幅

ＧＰＳ受信器によって出力されるＧＰＳサンプルに関する情報：
・出力ＧＰＳ信号搬送（キャリア）周波数を示す。受信ＧＰＳ信号は通常、ＧＰＳ受信器によって中間周波数（ＩＦ）にダウンコンバートされるであろう。
・出力ＧＰＳ信号帯域幅を示す。これはＧＰＳ受信器によって行われるフィルタリングに対応するはずである。
・出力ＧＰＳ信号サンプルフォーマット
・出力ＧＰＳ信号サンプルレート
・出力ＧＰＳ信号サンプル分解能
・画像符号（イメージサイン）；すなわち、受信ＧＰＳ信号の周波数の増加が出力ＧＰＳ信号サンプル搬送周波数の増加又は減少の何れをもたらすかを示す。
・発振器型及び／又は発振器安定性パラメータ（oscillator stability parameter）；例えばＧＰＳ受信器の発振器は温度補償を有するかどうかを示し、有する場合、精度パラメータ（accuracy parameter）になり、有さない場合、誤差パラメータ（error parameter）になる。
・アンテナ型；例えば効果的なビームパターンを示す。

適宜、補助情報が、いかなる上記の精度に間する情報を含んでいてもよい。

ラップトップＰＣとＧＰＳ受信器との間に、例えばＧＰＳ受信器の存在を検出するラップトップ動作システムによってトリガされる少なくともいくつかの初期設定（初期化（initialisation））に対する要求が存在するであろう。これは、ラップトップＰＣへのＧＰＳ信号サンプルのストリームインに先行する補助情報の交換を含んでいてもよいので、ＧＰＳソフトウエアがデータを正確に受信することが可能になり、ＧＰＳ信号処理ソフトウエアが好ましい構成体を選択するのを許容することが可能になる。

本発明はラップトップＰＣを背景にして記載されているが、当然のことながら、ＧＰＳ信号処理ソフトウエアをサポートし得る他の装置及び本発明によるＧＰＳ受信器が接続され得る他の装置にも同様に適用可能である。例えば本発明は、ＰＤＡ及び電話のようなモバイルデバイス又はＴＶ若しくはＴＶセットトップボックスのような通常固定された物で使用されてもよい。

更に、ＧＰＳ受信器とＧＰＳ信号処理ソフトウエアとの間の接続部は上記の例において完全に配線されるが、ワイヤレスリンクを含むことも考えられ得る。

更に、添付図面に示されているＧＰＳ受信器は、ユーザが複数の動作モードのうちの一つを直接選択し得るユーザ入力手段を備えていてもよい。例えばユーザは、ＧＰＳ信号をＧＰＳ受信器は受信することを予測しているどの中心周波数で、ターゲット（目標）信号に対して一つよりも多くの可能な周波数が存在すべきかというようなＧＰＳ受信器によって受信されるＧＰＳ信号に関する情報を変更してもよい。代わりの例においてユーザは、どのサンプルレート又は分解能でＧＰＳ信号サンプルが出力されるかというようなＧＰＳ受信器によって出力されるＧＰＳサンプルに関する情報を変化させてもよい。

上記のように、GPS受信器の発振器に関する情報は、ラップトップPCに基づくGPS信号処理ソフトウエアを補助するためにGPS受信器によって出力されてもよい。発振器は通常、製造許容誤差（manufacturing tolerance）に対応する上記の動作周波数帯域（範囲）を有するが、当該帯域内に入る実際の動作周波数は非常に安定する傾向がある。GPS受信器におけるこのような発振器が個々に校正（キャリブレート（calibrate））される場合、当該校正情報又はその派生物（例えばGPS信号サンプル出力周波数における後続する変化）はGPS信号処理ソフトウエアにもたらされ得る。GPS信号処理ソフトウエアは、受信GPS信号の周波数のGPS受信器測定値を分析することによって実際に自分で校正を実行し得る。一度位置決定が確定されると、受信GPS信号の周波数は厳然と決定されることが可能であり、それ故にGPS受信器測定誤差は定量化される。当該誤差はそれから、GPS受信器にアップロードされてもよく、例えばフラッシュメモリに記憶されてもよいので、その後、GPS受信器は、位置決定を実行するGPS信号処理ソフトウエアを補助するために当該校正情報を出力し得る。

最後に、本発明は、NAVSTAR GPS、全天候、及び米国国防総省（US Department of Defense）によって開発されていると共に現在動作されている空間に基づくナビゲーションシステムに関して記載されているが、本発明が、GLONASS及びGalileo並びにそのハイブリッドを含む他の地球測位システム（global positioning system）に同様に適用可能であることは評価されるであろう。

受信器のブロック図を示す。

Claims (20)

1. ＧＰＳアンテナと、
   受信ＧＰＳ信号をサンプリングするためのアナログ・ディジタルコンバータ、及び、補助情報と共に前記ＧＰＳ信号サンプルを出力するためのプロセッサを含むＧＰＳ ＲＦフロントエンドと、
   を備えるＧＰＳ受信器であって、
   前記補助情報は、
   前記ＧＰＳ信号サンプルの特性、又は、
   前記ＧＰＳ信号サンプルに含まれる前記ＧＰＳ信号の特性、
   を記述しており、
   前記特性は、当該ＧＰＳ受信器に関するものであり、
   前記補助情報が、ＧＰＳ信号処理ソフトウェアを、当該ＧＰＳ受信器の特性に適応できるようにする、
   ことを特徴とするＧＰＳ受信器。
2. 前記ＧＰＳ信号サンプル及び補助情報が外部デバイスに出力される請求項１に記載のＧＰＳ受信器。
3. 前記補助情報が、前記ＧＰＳ受信器の型又は識別に関する情報を含む請求項１に記載のＧＰＳ受信器。
4. 前記補助情報が、前記ＧＰＳ受信器によって受信される前記ＧＰＳ信号に関する情報を含む請求項１に記載のＧＰＳ受信器。
5. 前記補助情報が、前記受信ＧＰＳ信号の型若しくは識別、又は前記一つ若しくは複数の受信ＧＰＳ信号フォーマット、中心周波数、若しくは帯域幅の何れかを含む請求項４に記載のＧＰＳ受信器。
6. 前記補助情報が、前記ＧＰＳ受信器によって出力される前記ＧＰＳサンプルに関する情報を含む請求項１に記載のＧＰＳ受信器。
7. 前記補助情報が、前記出力ＧＰＳ信号搬送周波数若しくは帯域幅、前記ＧＰＳ信号サンプルフォーマット、レート、若しくは分解能、画像符号、発振器型若しくは発振器安定性パラメータ、又はアンテナ型の何れかを含む請求項６に記載のＧＰＳ受信器。
8. ユーザが前記ＧＰＳ受信器の複数の動作モードの一つを直接選択し得るユーザ入力手段を更に有する請求項１に記載のＧＰＳ受信器。
9. ＧＰＳ信号サンプルを、補助情報と共にＧＰＳ受信器から受信するステップであって、前記補助情報は、前記ＧＰＳ信号サンプルの特性、又は、前記ＧＰＳ信号サンプルに含まれる前記ＧＰＳ信号の特性を記述しており、前記特性は、当該ＧＰＳ受信器に関するものであり、前記補助情報が、ＧＰＳ信号処理ソフトウェアを、当該ＧＰＳ受信器の特性に適応できるようにするステップと、
   位置決定を確定するために前記補助情報を使用して前記ＧＰＳ信号サンプルを処理するステップと、
   を備える位置決定をもたらす方法。
10. 前記ＧＰＳ信号が拡散スペクトラム信号であり、前記補助情報が、前記ＧＰＳ拡散スペクトラム信号の逆拡散を補助するために使用される請求項９に記載の方法。
11. 前記ＧＰＳ信号サンプル及び補助情報が外部デバイスから受信される請求項９に記載の方法。
12. 前記補助情報が、前記ＧＰＳ受信器の型又は識別に関する情報を含む請求項９に記載の方法。
13. 前記補助情報が、前記ＧＰＳ受信器によって受信される前記ＧＰＳ信号に関する情報を含む請求項９に記載の方法。
14. 前記補助情報が、前記受信ＧＰＳ信号の型若しくは識別、又は前記一つ若しくは複数のＧＰＳ信号フォーマット、中心周波数、若しくは帯域幅の何れかを含む請求項１３に記載の方法。
15. 前記補助情報が、前記ＧＰＳ受信器によって出力される前記ＧＰＳサンプルに関する情報を含む請求項９に記載の方法。
16. 前記補助情報が、前記出力ＧＰＳ信号搬送周波数若しくは帯域幅、前記ＧＰＳ信号サンプルフォーマット、レート、若しくは分解能、画像符号、発振器型若しくは発振器安定性パラメータ、又はアンテナ型の何れかを含む請求項１５に記載の方法。
17. 請求項９乃至１６の何れか一項に記載の方法を実行するための命令を有するコンピュータプログラム。
18. 請求項９乃至１６の何れか一項に記載の方法を実行するための命令を含む記録データを有するコンピュータ読み出し可能な記憶媒体。
19. 請求項９乃至１６の何れか一項に記載の方法を実行するように構成される装置。
20. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の型のＧＰＳ受信器に接続するように構成される請求項１９に記載の装置。

Images