JPH06103345B2 - Positioning device - Google Patents
Positioning deviceInfo
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- JPH06103345B2 JPH06103345B2 JP59147655A JP14765584A JPH06103345B2 JP H06103345 B2 JPH06103345 B2 JP H06103345B2 JP 59147655 A JP59147655 A JP 59147655A JP 14765584 A JP14765584 A JP 14765584A JP H06103345 B2 JPH06103345 B2 JP H06103345B2
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- signal
- positioning device
- circuit
- unknowns
- satellite
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
- G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/42—Determining position
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Navigation (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は測位装置に関し、特に、人工衛星から送信され
たデータ信号を用いて測位を行なうGPSシステム(Globa
l Positioning System)に適用して好適なものである。The present invention relates to a positioning device, and more particularly to a GPS system (Globa) for positioning using a data signal transmitted from an artificial satellite.
l Positioning System).
GPSシステムは人工衛星から地上に送られてくる衛星の
軌道情報、時刻情報などのデータ信号を観測点において
受信し、当該観測点の位置、時刻等を受信したデータに
基づいて正確に知ることができるように計画されたシス
テムで、第3図に示すように地球の中心を原点とする直
角座標系を考えたときの第i番目の人工衛星SATi(その
位置を(Xi,yi,zi)とする)と、地球表面又は上空の
一点P(Xo,yo,zo)との間の距離に関して成立つ式 {(xi-xo)2+(yi-yo)2+(zi-zo)2}1/2=(ti-to)×c
……(1) に基づいて、未知数を演算によつて求めることにより観
測点Pの位置、時刻を知ることができることを原理とし
たものである。The GPS system receives data signals such as satellite orbit information and time information sent from artificial satellites to the ground at an observation point, and can accurately know the position and time of the observation point based on the received data. In the system planned as possible, the i-th artificial satellite SAT i (where its position is (X i , y i , z i )) and a point P (X o , y o , z o ) on the surface of the earth or in the sky, the formula {(x i -x o ) 2 + (y i -y o ) 2 + (z i -z o ) 2 } 1/2 = (t i -t o ) × c
The principle is that the position and time of the observation point P can be known by obtaining the unknown number by calculation based on (1).
ここでtiは人工衛星からデータ信号が送信された時刻、
toはこのデータ信号を観測点Pにおいて受信した時刻、
cは光速である。Where t i is the time when the data signal was transmitted from the satellite,
t o is the time when this data signal was received at the observation point P,
c is the speed of light.
(1)式を解くためには未知数の数だけ式をたてること
が必要であり、実際上観測点Pで同時に当該未知数の数
の人工衛星を観測できるようにするため、多数例えば18
個の人工衛星が地球を周回するように計画されており、
かくして各衛星からのデータに基づいて必要な式をたて
るようになされている。In order to solve the equation (1), it is necessary to formulate the equation by the unknown number. In fact, in order to be able to observe the unknown number of artificial satellites at the same time at the observation point P, a large number, for example, 18
Individual satellites are planned to orbit the earth,
Thus, the necessary formula is created based on the data from each satellite.
例えばGPSシステムを測位システムとして用いる場合
は、4つの未知数xo,yo,Zo及びtoに含まれる誤差分を
第4図に示す測位装置において人工衛星から伝送されて
くるデータに基づいて演算して位置P(xo,yo,zo)を
求めることが考えられている。For example, when the GPS system is used as a positioning system, the error components contained in the four unknowns x o , y o , Z o, and t o are based on the data transmitted from the artificial satellite in the positioning device shown in FIG. It is considered to calculate and obtain the position P (x o , y o , z o ).
第4図の測位装置は4つの未知数すなわち観測点の位置
(xo,yo,zo)とデータの受信時刻toに含まれる誤差分
とを解くための第1〜第4チヤンネルデータ受信回路DT
R1〜DTR4を有する。The positioning device shown in FIG. 4 receives the first to fourth channel data for solving four unknowns, that is, the position (x o , y o , z o ) of the observation point and the error included in the data reception time t o. Circuit DT
It has R1 to DTR4.
GPSシステムにおいて、人工衛星はLバンドに属する周
波数1.57542〔GHz〕及び1.2276〔GHz〕の搬送波を、ク
ロツク周波数が10.23〔MHz〕のPコード及び1.023〔MH
z〕のC/Aコードを用いてスペクトラム拡散した信号を送
信する。In the GPS system, artificial satellites use carrier waves of frequencies 1.57542 [GHz] and 1.2276 [GHz] belonging to the L band, P code of clock frequency 10.23 [MHz] and 1.023 [MH].
z] C / A code is used to transmit the spread spectrum signal.
ここでPコード及びC/Aコードは1023〔チツプ/ms〕の疑
似雑音信号(これをPN信号と呼ぶ)でなり、データは50
〔bps〕のBPSK(binary phase shift keying)信号をP
コード及びC/Aコードで転換して伝送される。Here, the P code and C / A code are pseudo-noise signals of 1023 [chips / ms] (this is called PN signal), and the data is 50
Set the [bps] BPSK (binary phase shift keying) signal to P
It is converted and transmitted by the code and C / A code.
かくして各衛星から送信されるデータは、その衛星の軌
道データ、関連して地球を回つている他の衛星の軌道デ
ータ、及び人工衛星に搭載されている安定度の高い原子
時計(これをサテライト時計と呼ぶ)に基づいて決まる
時間系(これをサテライト時計系と呼ぶ)と世界標準時
との偏差データと共に、所定時間間隔(すなわち6秒間
隔)で送出されるサテライト時計による時刻データなど
である。Thus, the data transmitted from each satellite includes the orbital data of that satellite, the orbital data of other satellites that are orbiting the Earth, and the highly stable atomic clock (which is called the satellite clock) mounted on the artificial satellite. The time data determined by the satellite clock, which is sent at a predetermined time interval (that is, every 6 seconds), together with the deviation data between the time system (which is called a satellite clock system) and the world standard time.
第4図の測位装置の場合、搬送波周波数1.57542〔GHz〕
の信号をアンテナ1によつて受信し、周波数変換回路2
において周波数75.42〔MHz〕の第1中間周波信号IF1に
変換した後掛算回路3に与える。掛算回路3には局部発
振回路4において発生された周波数64.72〔MHz〕の周波
数出力LO1が与えられ、その出力端に得られる周波数10.
7〔MHz〕の第2中間周波信号IF2を比較的広い通過帯域
をもつバンドパスフイルタ5を通じて第1〜第4チヤン
ネルデータ受信回路DTR1〜DTR4の第2の掛算回路6に与
える。In the case of the positioning device shown in FIG. 4, the carrier frequency is 1.57542 [GHz]
Signal is received by the antenna 1 and the frequency conversion circuit 2
At the frequency of 75.42 [MHz], the first intermediate frequency signal IF 1 is converted to the first intermediate frequency signal IF 1 which is then applied to the multiplication circuit 3. The frequency output LO 1 of the frequency 64.72 [MHz] generated in the local oscillation circuit 4 is given to the multiplication circuit 3, and the frequency 10.
Providing through the second intermediate frequency signal IF 2 bandpass filter 5 having a relatively wide pass band of 7 [MHz] to the second multiplying circuit 6 of the first to fourth channel data receiving circuit DTR1~DTR4.
ここで第1〜第4チヤンネルデータ受信回路DTR1〜DTR4
は4つの衛星からのデータをそれぞれ受信することによ
つて、上述の(1)式に基づく4つの式をたてることが
できるようになされている。各受信回路DTR1〜DTR4は互
いに同一構成を有し、従つて以下第1チヤンネルの受信
回路DTR1によつて構成を説明する。Here, the first to fourth channel data receiving circuits DTR1 to DTR4
By receiving the data from each of the four satellites, can formulate four equations based on the above equation (1). The receiving circuits DTR1 to DTR4 have the same configuration as each other, and therefore the configuration will be described below by using the receiving circuit DTR1 of the first channel.
この第2の掛算回路6は、衛星から伝送されてくるスペ
クトラム拡散されたデータ信号をPN信号発生回路7から
発生されるPN信号PNSを第2中間周波信号IF2と乗算する
ことによつて逆拡散処理を行うもので、PN信号PNSは第
2中間周波信号IF2にPN信号として含まれているC/Aコー
ドと同様に1023〔チップ/ms〕のコード信号でなる。This second multiplication circuit 6 reverses by multiplying the spread spectrum data signal transmitted from the satellite by the PN signal PNS generated by the PN signal generation circuit 7 with the second intermediate frequency signal IF 2 . The spread processing is performed, and the PN signal PNS is a code signal of 1023 [chips / ms] like the C / A code included as a PN signal in the second intermediate frequency signal IF 2 .
ここで各衛星にはそれぞれ特有のバイナリーパターンの
C/Aコードが割当てられており、PN信号発生回路7はす
べての衛星(例えば18個の衛星)にそれぞれ割当てられ
たC/AコードパターンをもつPN信号PNSをCPU8の制御の下
に選択的に発生できるようになされている。Here, each satellite has a unique binary pattern
The C / A code is assigned, and the PN signal generation circuit 7 selectively selects the PN signal PNS having the C / A code pattern assigned to all satellites (for example, 18 satellites) under the control of the CPU 8. It is designed to be able to occur.
かくして第2中間周波信号IF2に含まれているPN信号の
位相がPN信号発生回路7において発生されたPN信号PNS
と相関がとれたとき掛算回路6の出力端に高い信号レベ
ルの逆拡散出力信号DKNが得られ、これが第3の掛算回
路9に与えられる。Thus, the phase of the PN signal included in the second intermediate frequency signal IF 2 is the PN signal PNS generated by the PN signal generating circuit 7.
When the correlation is obtained, the despread output signal DKN having a high signal level is obtained at the output terminal of the multiplication circuit 6, and this is given to the third multiplication circuit 9.
掛算回路9にはドツプラーシフトロツク用電圧制御型発
振器(VCO)10の出力S1が与えられ、これにより出力端
に周波数455〔KHz〕の位相シフトキーイング信号PSSが
送出される。この位相シフトキーイング信号PSSは狭い
通過帯域(例えば±1〔kHz〕程度)をもつバンドパス
フイルタ11に与えられて相関がとれたとき得られる逆拡
散出力信号DKNを例えばコスタスループで構成された復
調回路12に与える。その結果復調回路12の出力端に50
〔bps〕の受信データLDAが復調されて得られ、CPU8に送
込まれる。The output S1 of the Doppler shift lock voltage controlled oscillator (VCO) 10 is applied to the multiplication circuit 9, and the phase shift keying signal PSS of frequency 455 [KHz] is sent to the output end. The phase shift keying signal PSS is applied to a band pass filter 11 having a narrow pass band (for example, about ± 1 [kHz]) and the despread output signal DKN obtained when the correlation is obtained is demodulated by a Costas loop, for example. Feed to circuit 12. As a result, 50 at the output terminal of the demodulation circuit 12.
The received data LDA of [bps] is demodulated and obtained, and sent to the CPU 8.
CPU8は受信データLDAに基づいてキヤリアを再生するこ
とにより衛星の軌道上の位置及び測位装置間の相対的位
置変化、又は衛星の搬送周波数と局部発振回路4の発振
周波数との相対的ずれの変化に応じてドツプラーシフト
ロツク用VCO10の発振周波数を制御し、かくして受信信
号の中心周波数がドツプラー効果によつてシフトして
も、位相シフトキーイング信号PSSの周波数をほぼ455
〔kHz〕に制御できるようにする。かくして復調回路12
−CPU8−VCO10−掛算回路9によつてドツプラーシフト
ロツクループが形成される。The CPU 8 reproduces the carrier based on the received data LDA to change the relative position between the satellite orbit and the positioning device, or the relative deviation between the carrier frequency of the satellite and the oscillation frequency of the local oscillator circuit 4. The oscillation frequency of the VCO10 for Doppler shift lock is controlled accordingly, and even if the center frequency of the received signal is shifted by the Doppler effect, the frequency of the phase shift keying signal PSS is almost 455
Be able to control to [kHz]. Thus demodulation circuit 12
-CPU8-VCO10-The multiplication circuit 9 forms a Doppler shift lock loop.
一方バンドパスフイルタ11の出力端に得られる位相シフ
トキーイング信号はエンベロープ検出回路13に与えら
れ、その検出出力ENVがローパスフイルタ14を通じてPN
ロツク用VCO15に発振周波数制御信号CONTとして与えら
れる。On the other hand, the phase shift keying signal obtained at the output end of the bandpass filter 11 is given to the envelope detection circuit 13, and its detection output ENV is passed through the lowpass filter 14 to the PN
It is given to the lock VCO 15 as the oscillation frequency control signal CONT.
PNロツク用VCO15は制御信号CONTの変化に応じて発振周
波数が変化する第1の発振回路を有すると共に、所定の
周波数で発振する第2の発振回路を有し、CPU8からスラ
イドモード信号SLIDが与えられたとき第2の発振回路を
用いて所定の周波数の発振周波数出力S2をPN信号発生回
路7に与えられる。このときPN信号PNSの周波数が受信
信号に含まれているPN信号の周波数に対して所定周波数
だけずれることにより、PN信号PNSの位相が受信信号に
含まれているPN信号に対して連続的に位相がずれて行く
ような動作モードが得られる。このときエンベロープ検
出回路13のエンベロープ検出出力ENVは第5図に示すよ
うにPN信号PNSと受信信号に含まれているPN信号との相
関がとれたとき三角波形状に立上るピーク波形を呈し、
それ以外の相関がない区間においては小さい信号レベル
になる。The PN lock VCO 15 has a first oscillation circuit whose oscillation frequency changes according to the change of the control signal CONT, and also has a second oscillation circuit which oscillates at a predetermined frequency. Then, the oscillating frequency output S2 having a predetermined frequency is applied to the PN signal generating circuit 7 by using the second oscillating circuit. At this time, the frequency of the PN signal PNS deviates from the frequency of the PN signal included in the received signal by a predetermined frequency, so that the phase of the PN signal PNS continuously changes with respect to the PN signal included in the received signal. An operation mode in which the phases are shifted can be obtained. At this time, the envelope detection output ENV of the envelope detection circuit 13 exhibits a peak waveform rising in a triangular wave shape when the PN signal PNS and the PN signal included in the received signal are correlated as shown in FIG.
The signal level is low in the other intervals where there is no correlation.
CPU8はエンベロープ検出信号ENVがピーク値に立上つた
ときこれを横切るようなスレシホールドレベルLthを有
し、エンベロープ検出信号ENVがこのスレシホールドレ
ベルLthを越えない状態のときスライドモード信号SLID
をPNロツク用VCO15に与えることによつてこのスライド
モード状態を維持させる。これに対してエンベロープ検
出信号ENVがスレシホールドレベルLthを越えたときスイ
ラドモード信号SLIDを消失させる。The CPU8 has a threshold level L th that crosses the envelope detection signal ENV when it rises to the peak value, and a slide mode signal when the envelope detection signal ENV does not exceed this threshold level L th. SLID
To the VCO 15 for PN lock to maintain this slide mode state. On the other hand, when the envelope detection signal ENV exceeds the threshold level L th , the sill mode signal SLID disappears.
このようにしてPN信号PNSの位相が受信信号に含まれて
いるPN信号の位相に追従する状態に制御され、かくして
相関がとれた状態を維持するようになされている。この
結果、エンベロープ検出回路13−ローパスフイルタ14及
びCPU8−PNロツク用VCO15−PN信号発生回路7−掛算回
路6のループによつてPNロツクループが形成される。In this way, the phase of the PN signal PNS is controlled so as to follow the phase of the PN signal contained in the received signal, thus maintaining a correlated state. As a result, a PN lock loop is formed by the loop of the envelope detection circuit 13-low-pass filter 14 and CPU 8-VCO 15 for PN lock-PN signal generation circuit 7-multiplication circuit 6.
これに加えて、測位装置はタイマ16を有し、衛星からの
信号を測位装置が受信した時刻を計時するようになされ
ている。タイマ16は測位装置が搭載する時計(これをユ
ーザ時計と呼ぶ)から所定時間(例えば1〔S〕)ごと
に与えられるリセツト信号PPSを受けてリセツトし、所
定時間(例えば20〔ns〕)ごとに到来するクロツク信号
CKによりカウントし、PN信号発生回路7よりエポツク信
号EPが与えられたとき受信時刻情報を表わすカウント値
NをCPU8に送出して伝播時間を演算させるようになされ
ている。In addition to this, the positioning device has a timer 16 and measures the time when the positioning device receives a signal from a satellite. The timer 16 receives a reset signal PPS given every predetermined time (for example, 1 [S]) from a clock mounted on the positioning device (this is called a user clock) and resets, and at every predetermined time (for example, 20 [ns]) Clock signal arriving at
Counting is performed by CK, and when a PN signal generating circuit 7 gives an epoch signal EP, a count value N representing the reception time information is sent to the CPU 8 to calculate the propagation time.
この第4図の構成において、第1〜第4チヤンネルデー
タ受信回路DTR1〜DTR4の全てがロツク状態にあり、受信
データLDA及び受信時刻情報NがCPU8に与えられると、C
PU8は上述の(1)式に従う4つの関係式から測位装置
(観測点)の位置を演算する。その演算結果は表示装置
17により表示される。In the configuration of FIG. 4, when all of the first to fourth channel data receiving circuits DTR1 to DTR4 are in the lock state and the received data LDA and the received time information N are given to the CPU 8, C
The PU 8 calculates the position of the positioning device (observation point) from the four relational expressions according to the above-mentioned expression (1). The calculation result is displayed on the display device.
Displayed by 17.
このように、第4図の測位装置によれば、4つのチヤン
ネルデータ受信回路DTR1〜DTR4が必要である。As described above, according to the positioning device of FIG. 4, four channel data receiving circuits DTR1 to DTR4 are required.
ところが、測位装置は一般的に船舶、飛行機等に搭載さ
れる。このうち船舶は海上を走行するので常に地球表面
に存在すると考えられ高度情報を知ることができる。However, the positioning device is generally mounted on a ship, an airplane, or the like. Among them, ships run on the sea, so it is considered that they always exist on the surface of the earth, and the altitude information can be known.
従つて、この高度情報に関して1つの関係式を得ること
により、上述した4つの未知数を求めるためには3つの
人工衛星から情報を得れば良いと考えられる。このよう
に、外部より取入れる情報を3つの人工衛星の情報にし
た場合にはチヤンネルデータ受信回路の数を3つにする
ことができ、測位装置の構成を簡単にすることができ
る。Therefore, it is considered that by obtaining one relational expression regarding this altitude information, information can be obtained from three artificial satellites in order to obtain the above-mentioned four unknowns. As described above, when the information to be taken in from the outside is information of three artificial satellites, the number of channel data receiving circuits can be three, and the configuration of the positioning device can be simplified.
本発明はかかる点を考慮してなされたもので、簡易な構
成によつて位置の測定をし得る測位装置を提供しようと
するものである。The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a positioning device capable of measuring a position with a simple configuration.
かかる目的を達成するため本発明においては、地球表面
を表す関係式で格納するメモリ8aをCPU8に設けると共
に、未知数より1個少ないチヤンネルデータ受信回路DT
R1〜DTR3を具える構成とする。In order to achieve such an object, in the present invention, the memory 8a for storing the relational expression representing the earth's surface is provided in the CPU 8, and the channel data receiving circuit DT which is one less than the unknown number is provided.
It is configured to include R1 to DTR3.
測位するためには、観測点の位置を特定するための3つ
の未知数、及び衛星と測位装置間の信号の測定された伝
播遅延に含まれるサテライト時計とユーザ時計との偏差
という4つの未知数がある。CPU8は4つの未知数を演算
するのに必要な4つの式のうち、3つの関係式を各チヤ
ンネルデータ受信回路DTR1〜DTR3から得る。他の関係式
を内部のメモリ8aから得る。そして、これら4つの関係
式を演算して位置を測定する。In order to perform positioning, there are three unknowns for identifying the position of the observation point and four unknowns which are deviations between the satellite clock and the user clock included in the measured propagation delay of the signal between the satellite and the positioning device. . The CPU 8 obtains three relational expressions out of the four expressions required to calculate the four unknowns from the respective channel data receiving circuits DTR1 to DTR3. Other relational expressions are obtained from the internal memory 8a. Then, these four relational expressions are calculated to measure the position.
以下、第4図との対応部分には同一符号を附して示す第
1図について本発明の一実施例を詳述する。この測位装
置においては3個しかチヤンネルデータ受信回路DTR1〜
DTR3が設けられていない。また、この測位装置において
は、CPU8は観測点の高度情報に関係する演算式を記憶す
るメモリ8aをも有する。Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 in which parts corresponding to those in FIG. In this positioning device, only three channel data receiving circuits DTR1 ~
DTR3 is not provided. Further, in this positioning device, the CPU 8 also has a memory 8a for storing an arithmetic expression relating to altitude information of the observation point.
ところで、地球は地軸を中心として自転しているためそ
の表面(特に海面)は回転楕円面と考えられる。従つ
て、測位装置が船舶等に搭載され、海上にある場合には
回転楕円面上の1点にあると言うことができる。そこ
で、地球中心を原点とする直角座標系においてそのz軸
を地軸と一致させ、地球表面(海面)の任意の位置Pを
(xo,yo、zo)で表わすと、xo,yo、zoの間には回転楕
円面を表わす式に従がう関係が成立つ。すなわち、 g=xo 2/a2+yo 2/a2+▲z2 o▼/c2−1=0 ……(2) という関係が成立つ(なお、a,cは回転楕円面の大きさ
を特定する係数であり、gは関数を表す)。By the way, the surface of the earth (especially the sea surface) is considered to be a spheroid because the earth rotates about its axis. Therefore, when the positioning device is mounted on a ship or the like and is on the sea, it can be said that it is at one point on the spheroid. Therefore, if the z-axis is made to coincide with the earth axis in a Cartesian coordinate system with the center of the earth as the origin, and an arbitrary position P on the surface of the earth (sea surface) is represented by (x o , y o , z o ), then x o , y There is a relationship between o and z o according to the equation expressing the spheroid. That is, g = x o 2 / a 2 + yo 2 / a 2 + ▲ z 2 o ▼ / c 2 −1 = 0 (2) holds (where a and c are spheroids Is a coefficient that specifies the size, and g represents a function).
メモリ8aはこの(2)式に相当する情報を格納する。The memory 8a stores information corresponding to this equation (2).
この第1図の測位装置は第2図に示す処理シーケンスを
実行する。CPU8はステツプSP1において内部メモリに既
に取込まれている軌道データ等を使つて各人工衛星の仰
角を計算し、次にステツプSP2に進んで仰角が5度以上
の衛星に割当てられたPN信号PNSを選択して各チヤンネ
ルデータ受信回路DTR1〜DTR3のPN信号発生回路7に割当
てる。ここで、仰角を計算するのは地平線、水平線より
上方を周回している人工衛星であつて信号が電離層等に
よる誤差をできるだけ含まないものを検出するためであ
り、5度以上の衛星が4個以上ある場合には仰角の大き
い順に3個選択してPN信号PNSを割当てる。The positioning device shown in FIG. 1 executes the processing sequence shown in FIG. The CPU8 calculates the elevation angle of each artificial satellite by using the orbital data already stored in the internal memory in step SP1, and then proceeds to step SP2 to output the PN signal PNS assigned to the satellites whose elevation angle is 5 degrees or more. Is selected and assigned to the PN signal generating circuit 7 of each of the channel data receiving circuits DTR1 to DTR3. Here, the elevation angle is calculated in order to detect the artificial satellites that orbit above the horizon and the horizon, and the signal contains as few errors as possible due to the ionosphere, etc. If there are more than three, select three in descending order of elevation angle and assign the PN signal PNS.
次いで、CPU8はステツプSP3において割当てられた人工
衛星のドツプラーシフトを計算し、コントロール信号を
ドツプラーシフトロツク用VCO10に送出してロツクさせ
るように制御する。Next, the CPU 8 calculates the Doppler shift of the artificial satellite assigned in step SP3, and sends a control signal to the VCO 10 for Doppler shift lock to control it.
その後、ステツプSP4において3個のチヤンネルデータ
受信回路DTR1〜DTR3共にロツク状態にあるか否かを判別
し、否定結果が得られたときはステツプSP2に戻り全て
のチヤンネルデータ受信回路DTR1〜DTR3がロツク状態に
なるまでステツプSP2〜SP4の手順を繰返す。これに対し
て、ステツプSP4において肯定結果が得られると、CPU8
はステツプSP5においてロツクされた各チヤンネルデー
タ受信回路DTR1〜DTR3に対応する各人工衛星SATiの位置
情報(xi,yi,zi)を受信データLDAに含まれるその衛
星の軌道情報より求め、またタイマ16から受信時刻情報
Nを取込む。After that, in step SP4, it is determined whether or not all three channel data receiving circuits DTR1 to DTR3 are in the lock state. When a negative result is obtained, the process returns to step SP2 and all the channel data receiving circuits DTR1 to DTR3 are locked. Repeat steps SP2 to SP4 until the status is reached. On the other hand, if a positive result is obtained in step SP4, the CPU8
Finds the position information (x i , y i , z i ) of each artificial satellite SAT i corresponding to each channel data receiving circuit DTR1 to DTR3 locked in step SP5 from the orbit information of that satellite included in the received data LDA. Also, the reception time information N is fetched from the timer 16.
その後、CPU8はステツプSP6においてチヤンネルデータ
受信回路DTR1〜DTR3毎に上述の(1)式を得、また、メ
モリ8aから上述の(2)式を得て演算し観測点の位置P
(xo,yo,zo)を測定する。その求められた値は例えば
北緯、東経に変換されてステツプSP7で表示装置17に表
示される。After that, the CPU 8 obtains the above equation (1) for each of the channel data receiving circuits DTR1 to DTR3 in step SP6, and obtains the above equation (2) from the memory 8a to perform an operation to calculate the position P of the observation point.
Measure (x o , y o , z o ). The obtained value is converted into north latitude and east longitude and displayed on the display device 17 in step SP7.
ここで、演算方法としては、例えば、(2)式は誤差を
含まない式であつて他の3つの(1)式と性格を異にす
るのでラグンジユの乗数法が考えられる。Here, as the calculation method, for example, the expression (2) is an expression that does not include an error and has a character different from those of the other three expressions (1).
ロツク状態にあるチヤンネルデータ受信回路DTR1〜DTR3
に係る人工衛星をSAT1〜SAT3としその位置をPi(Xi,
yi,zi)(i=1〜3)とすると共に、観測点の位置を
P(xo,yo,zo)とすると、各人工衛星について上述の
(1)式より {(x1-x0)2+(y1-y0)2+(z1-z0)2}1/2 =T1・C−t・C ……(3) {(x2-x0)2+(y2-y0)2+(z2-z0)2}1/2 =T2・C−t・C ……(4) {(x3-x0)2+(y3-y0)2+(z3-z0)2}1/2 =T3・C−t・C ……(5) という関係式が成立つ。なお、Ti(i=1〜3)は測定
(演算)された伝播遅延(ti−to)であり、tはサテラ
イト時計とユーザ時計との時計間の時間ずれである。Channel data receiving circuits DTR1 to DTR3 in locked state
Let the satellites for SAT 1 to SAT 3 be P i (X i ,
If y i , z i ) (i = 1 to 3) and the position of the observation point is P (x o , y o , z o ), then {(x 1 -x 0) 2 + (y 1 -y 0) 2 + (z 1 -z 0) 2} 1/2 = T 1 · C-t · C ...... (3) {(x 2 -x 0) 2 + (y 2 -y 0) 2 + (z 2 -z 0) 2} 1/2 = T 2 · C-t · C ...... (4) {(x 3 -x 0) 2 + (y 3 -y 0) 2 + (z 3 -z 0) 2} 1/2 = T 3 · C-t · C ...... is relational expression (5) holds. Note that T i (i = 1 to 3) is the measured (calculated) propagation delay (t i −t o ), and t is the time difference between the satellite clock and the user clock.
ここで、 f1={(x1-x0)2+(y1-y0)2+(z1-z0)2}1/2−{(x2-x0)
2+(y2-y0)2+(z2-z0)2}1/2} +T1j・C−T2j・C ……(6) f2={(x2-x0)2+(y2-y0)2+(z2-z0)2}1/2−{(x3-x0)
2+(y3-y0)2+(z3-z0)2}1/2} +T2j・C−T3j・C ……(7) という関数を考えると、関数f1は(3),(4)式の辺
々を引き整理した式であるので零と考えられるが、誤差
を含むので零とは言い切れない。同様に関数f2も零とは
限らない。そこで、R=▲f2 1▼+▲f2 2▼を考え、この
Rを極小にするxo,yo,zoの値が観測の位置を特定する
ものと言える。Where f 1 = {(x 1 -x 0 ) 2 + (y 1 -y 0 ) 2 + (z 1 -z 0 ) 2 } 1/2 − {(x 2 -x 0 ).
2 + (y 2 -y 0) 2 + (z 2 -z 0) 2} 1/2} + T 1j · C-T 2j · C ...... (6) f 2 = {(x 2 -x 0) 2 + (y 2 -y 0) 2 + (z 2 -z 0) 2} 1/2 - {(x 3 -x 0)
2 + (y 3 -y 0) 2 + (z 3 -z 0) 2} 1/2} + T Given the function called 2j · C-T 3j · C ...... (7), the function f 1 is (3 ), (4) is an expression in which the sides are rearranged and considered to be zero, but it cannot be said to be zero because it includes an error. Similarly, the function f 2 is not always zero. Therefore, considering R = ▲ f 2 1 ▼ + ▲ f 2 2 ▼, it can be said that the values of x o , y o , and z o that minimize R specify the observation position.
xo,yo,zoを求めるのに、上述の回転楕円面に係る
(2)式を適用できる。(2)式は誤差を含まない式で
あるので、Rを極小にするxo,yo,zoを求めるに未定定
数λを導入して Q=▲f2 1▼+▲f2 2▼+λg ……(8) とおき、(2)式及び下記の を用いて解く。このように、ラグランジユの乗数法によ
り観測点の位置を演算することができる。The equation (2) relating to the spheroidal surface can be applied to obtain x o , y o , and z o . Since the formula (2) does not include an error, an undetermined constant λ is introduced to obtain x o , y o , and z o that minimize R. Q = ▲ f 2 1 ▼ + ▲ f 2 2 ▼ + Λg (8), and the formula (2) and the following Use to solve. In this way, the position of the observation point can be calculated by the Lagrangian multiplier method.
演算された位置の表示動作(ステツプSP7)後、上述の
ステツプSP4に戻り、3つのチヤンネルデータ受信回路D
TR1〜DTR3についてロツク状態が維持されていれば、次
のタイミングで衛星の軌道情報、時刻情報を取込んで
(ステツプSP5)以下上述したと同様にして観測点の位
置を測定する。かかる測位動作を繰返している間に1つ
以上のチヤンネルデータ受信回路におけるロツク状態が
外れるとステツプSP4で否定結果が得られ、初期ステツ
プSP2に戻る。After the operation of displaying the calculated position (step SP7), the process returns to the above step SP4 and the three channel data receiving circuits D
If the lock state of TR1 to DTR3 is maintained, the satellite orbit information and time information are fetched at the next timing (step SP5), and the position of the observation point is measured in the same manner as described above. If the lock state of one or more channel data receiving circuits is released while repeating such positioning operation, a negative result is obtained in step SP4, and the process returns to the initial step SP2.
このように、第1図の測位装置によれば、(地球表面を
表す関係式を格納するメモリ8aを設けたので、測位すべ
き位置を表す未知数のうち1つを、地球表面を表す関係
式に基づいて他の位置を表す未知数によつて表すことが
できることにより、未知数より1個少ない3個の人工衛
星からの情報により観測点の位置を測定することがで
き、構成を小型軽量化できる。As described above, according to the positioning device of FIG. 1, (since the memory 8a for storing the relational expression representing the surface of the earth is provided, one of the unknowns representing the position to be positioned is represented by the relational expression representing the surface of the earth. Since it can be represented by an unknown number that represents another position based on, the position of the observation point can be measured by the information from three artificial satellites, which is one less than the unknown number, and the configuration can be reduced in size and weight.
因に(2)式から、3つの未知数のうちの第1の未知数
(例えばxo)を残る他の第2及び第3の未知数(すなわ
ちyo及びzo)によつて表わすことができるから、(3)
式、(4)式及び(5)式において当該第1の未知数
(xo)をそれぞれ第2及び第3の未知数(yo及びzo)に
よつて表わせば、その結果(3)式、(4)式及び
(5)式は3つの未知数、すなわち第2、第3及び第4
の未知数(yo、zo及びΔt)の相互関係を表すことにな
る。By the way, from the equation (2), the first unknown of the three unknowns (for example, x o ) can be expressed by the remaining second and third unknowns (that is, y o and z o ). , (3)
In equations (4) and (5), if the first unknown (x o ) is represented by the second and third unknowns (y o and z o ), respectively, the result is equation (3), The equations (4) and (5) have three unknowns, that is, the second, third and fourth unknowns.
Will represent the interrelationship of the unknowns (y o , z o and Δt).
そこで(3)式、(4)式及び(5)式の関係から3つ
の未知数(yo、zo及びΔt)が既知となり、その既知と
なつた未知数(yo、及びzo)と(2)式との関係から残
る1つの未知数(xo)が既知となる。Therefore, three unknowns (y o , z o, and Δt) are known from the relationships of the formulas (3), (4), and (5), and the known unknowns (y o , z o ) and ( One remaining unknown (x o ) is known from the relationship with equation (2).
従つて(2)式に未知数Δtが存在しなくとも、他の未
知数xo、yo及びzoの相互関係が測定点の位置についての
(2)式によつて規定されていることにより、すべての
未知数が既知となる。Therefore, even if the unknown Δt does not exist in the equation (2), the mutual relationship between the other unknowns x o , y o, and z o is defined by the equation (2) regarding the position of the measurement point. All unknowns are known.
なお、上記実施例では(2)式を不変として説明した
が、潮の満ちひきを考慮して回転楕円面を表わす(2)
式の係数を補正するようにしても良い。In the above embodiment, the formula (2) is explained as invariant, but the spheroid is represented by the formula (2) in consideration of the rise and fall of the tide.
You may make it correct | amend the coefficient of a formula.
以上のように、本発明によれば、地球表面を表す関係式
を予め記憶しておいてこれを測位演算に用いるようにし
たので、測位すべき位置を表す未知数のうちの1つを、
当該地球表面を表す関係式に基づいて他の未知数によつ
て表わすことができることにより、チヤンネルデータ受
信回路が未知数より1個少ない数だけあれば良く、小型
軽量の測位装置を得ることができる。かくするにつき未
知数の数を少なくしないで測位することにより、測位精
度を低下させないようにできる。As described above, according to the present invention, since the relational expression representing the surface of the earth is stored in advance and used for the positioning calculation, one of the unknowns representing the position to be positioned is
Since it can be represented by another unknown number based on the relational expression representing the surface of the earth, the number of channel data receiving circuits is only one less than the unknown number, and a small and lightweight positioning device can be obtained. Therefore, the positioning accuracy can be prevented from deteriorating by performing positioning without reducing the number of unknowns.
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明による測位装置の一実施例を示すブロツ
ク図、第2図はCPU8の動作の説明に供するフローチヤー
ト、第3図はGPSシステムの原理を示す略線図、第4図
は従来考えられていた測位装置を示すブロツク図、第5
図はスライドモードにおけるエンベロープ検出出力を示
す信号波形図である。 1…アンテナ、4…局部発振回路、5,11…バンドパスフ
イルタ、8…CPU、8a…高度情報メモリ、10…ドツプラ
ーシフトロツク用VCO、13…エンベロープ検出回路、15
…PNロツク用VCO、16…タイマ、DTR1〜DTR3…第1〜第
3チヤンネルデータ受信回路。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a positioning device according to the present invention, FIG. 2 is a flow chart for explaining the operation of the CPU 8, and FIG. 3 is a schematic diagram showing the principle of the GPS system. Diagram, Fig. 4 is a block diagram showing a conventional positioning device, Fig. 5
The figure is a signal waveform diagram showing the envelope detection output in the slide mode. 1 ... Antenna, 4 ... Local oscillation circuit, 5, 11 ... Band pass filter, 8 ... CPU, 8a ... Advanced information memory, 10 ... VCO for Doppler shift lock, 13 ... Envelope detection circuit, 15
... VCO for PN lock, 16 ... Timer, DTR1 to DTR3 ... First to third channel data receiving circuits.
Claims (1)
報及び時刻情報をそれぞれ受信するチヤンネルデータ受
信回路を有し、受信した上記軌道情報及び時刻情報に基
づいて観測点の位置を演算する船舶用の測位装置におい
て、 上記チヤンネルデータ受信回路を測位演算における未知
数の数より1個少なく設けると共に、地球を回転楕円体
に近似したときにその表面を表す関係式を記憶してお
き、上記各チヤンネルにおいて受信した軌道情報及び時
刻情報と共に上記関係式を用いて測位演算することを特
徴とする船舶用の測位装置。1. A marine vessel having a channel data receiving circuit for receiving orbit information and time information of satellites coming from different artificial satellites, and calculating the position of an observation point based on the received orbit information and time information. In the positioning device, the channel data receiving circuit is provided one less than the number of unknowns in the positioning calculation, and the relational expression representing the surface of the earth when the earth is approximated to a spheroid is stored in each of the channels. A positioning device for a ship, which performs positioning calculation using the above relational expressions together with the received orbit information and time information.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59147655A JPH06103345B2 (en) | 1984-07-18 | 1984-07-18 | Positioning device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59147655A JPH06103345B2 (en) | 1984-07-18 | 1984-07-18 | Positioning device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6128882A JPS6128882A (en) | 1986-02-08 |
| JPH06103345B2 true JPH06103345B2 (en) | 1994-12-14 |
Family
ID=15435262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59147655A Expired - Lifetime JPH06103345B2 (en) | 1984-07-18 | 1984-07-18 | Positioning device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06103345B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0816698B2 (en) * | 1986-05-07 | 1996-02-21 | 日本電装株式会社 | Mobile satellite navigation system |
| JPH06100646B2 (en) * | 1986-06-03 | 1994-12-12 | 日本無線株式会社 | Satellite navigation of land operators |
-
1984
- 1984-07-18 JP JP59147655A patent/JPH06103345B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「船の科学」(昭和54年9月10日)船舶技術協会発行第75頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6128882A (en) | 1986-02-08 |
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