ハイブリッド衛星測位受信機
【課題】衛星測位受信機を提供すること。
【解決手段】この受信機は、衛星測位信号を受信するＲＦフロント・エンドと、信号サンプルを生成するために受信された信号をサンプリングするアナログ／ディジタル変換器と、メモリと、符号位相および擬似距離を導出し、位置測定を計算するために信号サンプルを処理するプロセッサとを含む。このプロセッサは、位置測定を計算するために、サンプルが生成されるときにサンプルを処理するように動作可能である第１モードを有する。このプロセッサは、後の処理のためにサンプルまたは符号位相もしくは擬似距離をメモリに格納するように動作可能である第２モードをも有する。
【解決手段】この受信機は、衛星測位信号を受信するＲＦフロント・エンドと、信号サンプルを生成するために受信された信号をサンプリングするアナログ／ディジタル変換器と、メモリと、符号位相および擬似距離を導出し、位置測定を計算するために信号サンプルを処理するプロセッサとを含む。このプロセッサは、位置測定を計算するために、サンプルが生成されるときにサンプルを処理するように動作可能である第１モードを有する。このプロセッサは、後の処理のためにサンプルまたは符号位相もしくは擬似距離をメモリに格納するように動作可能である第２モードをも有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全地球的航法衛星システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ、ＧＮＳＳ）用の受信機と、そのような受信機の受信された衛星信号を処理する方法とに関する。本発明は、特に全地球測位システム（ＧＰＳ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳは、６つの異なる軌道面内にある３２個までの軌道を周回する衛星（宇宙飛行体、「ＳＶ」と呼ばれる）のネットワークからなる衛星ベースのナビゲーション・システムである。２４個の衛星が、システム設計によって要求されるが、衛星を多くすれば、カバレージが改善される。衛星は、常に移動しており、２４時間弱で地球を周る２つの完全な軌道周回を行う。
【０００３】
衛星によって送信されるＧＰＳ信号は、規則的な形で継続的に繰り返される擬似ランダム符号を使用する直接シーケンス拡散スペクトル（Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）として一般に知られる形を有する。衛星は、公衆が自由に使用可能なＣｏａｒｓｅ／Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ符号すなわちＣ／Ａ符号と通常は軍事応用のために予約済みの制限されたＰｒｅｃｉｓｅ符号すなわちＰ符号とを含む異なる拡散符号を伴う複数の信号をブロードキャストする。Ｃ／Ａ符号は、１ミリ秒おきに繰り返される１．０２３ＭＨｚのチッピング・レートを用いてブロードキャストされる１０２３ビット長の擬似ランダム符号である。各衛星は、別個のＣ／Ａ符号を送信し、この別個のＣ／Ａ符号は、各衛星を一意に識別することを可能にする。
【０００４】
データ・メッセージは、各衛星によってＣ／Ａ符号の上に変調され、送信する衛星の詳細な軌道パラメータ（エフェメリス（ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）と呼ばれる）、衛星のクロックの誤差に関する情報、衛星の状況（健全または不健全）、現在の日付、および時刻などの重要な情報を含む。信号のこの部分は、ＧＰＳ受信機による正確な位置の決定に必須である。各衛星は、エフェメリスとそれ自体に関する詳細なクロック補正パラメータとだけを送信し、したがって、援助なしのＧＰＳ受信機（ｕｎａｉｄｅｄ ＧＰＳ ｒｅｃｅｉｖｅｒ）は、それが位置計算に使用することを望む各衛星のデータ・メッセージの適切な部分を処理しなければならない。
【０００５】
データ・メッセージは、いわゆるアルマナック（ａｌｍａｎａｃ）をも含み、このアルマナックは、他のすべての衛星に関するより不正確な情報を含み、より低い頻度で更新される。アルマナック・データは、ＧＰＳ受信機が、各ＧＰＳ衛星が１日全体を通じて任意の時刻にどこにあるべきかを推定することを可能にし、その結果、受信機は、探索すべき衛星をより効率的に選択できるようになる。各衛星は、システム内のすべての衛星の軌道情報を示すアルマナック・データを送信する。
【０００６】
従来のリアルタイムＧＰＳ受信機は、送信されたデータ・メッセージを読み取り、エフェメリスと、アルマナックと、他のデータとを継続的使用のために保存する。この情報を、ＧＰＳ受信機内のクロックをセットする（または補正する）のに使用することもできる。
【０００７】
位置を決定するために、ＧＰＳ受信機は、信号が衛星によって送信された時刻を、その信号がＧＰＳ受信機によって受信された時刻と比較する。この時間差は、ＧＰＳ受信機に、特定の衛星がどれほど遠くにあるのかを示す。その衛星のエフェメリスは、ＧＰＳ受信機がその衛星の位置を正確に決定することを可能にする。複数の衛星からの距離測定値をそれらの位置の知識と組み合わせることによって、位置を、三辺測量によって入手することができる。最小３個の衛星を用いて、ＧＰＳ受信機は、緯度／経度位置（２Ｄ位置測定）を決定することができる。４個以上の衛星を用いて、ＧＰＳ受信機は、緯度と、経度と、高度とを含む３Ｄ位置を決定することができる。衛星から受信された情報を、ＧＰＳ受信機内のクロックをセットする（または補正する）のに使用することもできる。
【０００８】
衛星からの信号の明白なドップラ・シフトを処理することによって、ＧＰＳ受信機は、移動の速度と方向と（「対地速度」および「地上軌跡」と称する）を正確に提供することもできる。
【０００９】
衛星からの完全なデータ信号は、３７５００ビットの航法メッセージであり、この航法メッセージは、５０ｂｐｓで送信に１２．５分を要する。このデータ信号は、それぞれが１５００ビットを有する２５個の３０秒フレームに分割され、これらのフレームは、５つの６秒サブフレームに分割される。各６秒サブフレームは、１０個の３０ビット・ワードに分割される。位置測定に必要なすべての情報（エフェメリスなど）は、各フレーム内に含まれ、したがって、ＧＰＳ受信機は、通常、いわゆるコールド・スタートから位置測定を作るのに約３０秒を要する。これは、しばしば「初回測位時間（ｔｉｍｅ ｔｏ ｆｉｒｓｔ ｆｉｘ）」（ＴＴＦＦ）と呼ばれる。
【００１０】
第１のサブフレームは、クロック補正データを与え、第２と第３とのサブフレームは、エフェメリス・データを与え、アルマナック・データは、第４と第５とのサブフレームにある。
【００１１】
ＳＶのすべてが、同一の周波数でブロードキャストする。特定の衛星からの信号を区別するために、受信機は、その衛星によって使用中であることが既知のＣ／Ａ符号の複製を生成し、その複製が衛星から受信機まで移動する際の信号の飛行時間（通常は約０．０７秒）に主に起因する未知の量だけ遅延される着信信号と同期化されるようにするためにその複製をアラインさせる必要がある。一般に、受信機が、複製を着信信号と同期化させるのに必要なアラインメントを正確に予測することは不可能であり、したがって、ある形の探索が要求され、ある回数の整列が順番に試行され、最良一致が選択される。複数の候補アラインメントを評価するこのプロセスは、受信機が、受信信号と各衛星の既知のＣ／Ａ符号との間の相関関数を実施して、受信信号が特定のＳＶからのＣ／Ａ符号を有する成分を含むかどうかを判定するので、通常は相関と呼ばれる。この相関関数は、複数の相対タイミングについて計算されなければならず、相関ピークが見つかるときには、これは、特定のタイミングと特定のＳＶとに対応する。発見されたタイミングは、ＳＶからの特定の距離に対応する。
【００１２】
各衛星Ｃ／Ａ符号の探索は、受信機によって観察される衛星信号のみかけの周波数が変化するという事実によって複雑になる。変動の主な源は、衛星の移動に起因するドップラ効果、受信機の移動に起因するドップラ効果、ならびに受信機の局所発振器のオフセットとドリフトとである。これは、Ｃ／Ａ符号の網羅探索が、周波数シフトの範囲のそれぞれについて、ある位相（時間）シフトの範囲での相関関数評価を必要とすることを意味する。
【００１３】
相関プロセスは、信号から拡散符号を除去するので、時々「逆拡散」と呼ばれる。決定される符号位相、すなわち、相関関数のピークのタイミングは、距離計算に使用される正確なタイミング情報を明らかにする。しかし、符号が１ミリ秒おきに繰り返されるので、粗タイミングも決定される必要がある。通常、５０ｂｐｓデータ・メッセージの個々のビットおよびサブフレーム・プリアンブルもしくはサブフレーム・ハンドオーバ・ワードなどのその特定の部分など、より低い頻度で繰り返すデータ・コンポーネントが、より粗なタイミング評価に使用される（すなわち、ＧＰＳ時刻を導出することを可能にするために）。
【００１４】
一緒に、符号位相と粗タイミング情報とは、衛星からのメッセージの飛行時間を識別するので、「擬似距離」を含む。この飛行時間は、ｃすなわち光速によって、移動される距離に関係付けられる。これは、衛星のクロックと受信機のクロックとの間の相対オフセットが未知なので、「擬似」距離または相対範囲である（真の範囲ではなく）。しかし、このオフセットは、すべての衛星について同一であり（それらのクロックが同期化されているので）、したがって、別個の衛星の組の擬似距離は、一意の位置測定を決定するための三辺測量計算に十分な情報を提供する。
【００１５】
ＧＰＳ受信機の大多数は、衛星からの信号を、それらが受信されるときに「リアル・タイムで」処理し、現在時刻の装置の位置を報告することによって動作する。そのような「従来の」ＧＰＳ受信機は、必ず、
−ＧＰＳ信号を受信するのに適するアンテナと、
−通常は２〜３ＭＨｚ程度のサンプル・レートで適切なアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器に通すことができるように所望の信号を増幅し、フィルタリングし、中間周波数（ＩＦ）にミックス・ダウンするように設計されたアナログＲＦ回路網（しばしば、ＧＰＳフロント・エンドと呼ばれる）と、
−通常は信号処理ハードウェアを制御し、所望の位置測定を計算するのに必要な「高水準」処理を実行するある形のマイクロ・コントローラと組み合わされる、Ａ／Ｄ変換器によって生成されたＩＦデータ・サンプルに対して相関プロセスを実行するディジタル信号処理（ＤＳＰ）ハードウェアと
を含む。
【００１６】
「ストア・アンド・プロセス・レイター（Ｓｔｏｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｌａｔｅｒ）」（「キャプチャ・アンド・プロセス（Ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ）」としても知られ、本明細書ではそう称する）というよく知られてはいない概念も調査されてきた。これは、従来のアンテナとアナログＲＦ回路網とによって収集されたＩＦデータ・サンプルを、ある後の時（数秒、数分、数時間、または数日）にしばしばある他の場所（処理リソースがより多い）でそれらを処理する前にある形のメモリに格納することを伴う。
【００１７】
これは、キャプチャ・アンド・プロセス受信機が、リアルタイム受信機よりかなり単純であることを意味する。サンプルの短いセグメント、たとえば１００〜２００ｍｓ分のデータだけを格納する必要がある。もはや、各ＳＶからの（非常に低速の）データ・メッセージを復号する必要は全くなく、相関を実行し、擬似距離を決定する必要はなく、位置測定を導出するために三辺測量計算を実行する必要はない。したがって、従来の受信機のディジタル信号処理ハードウェアの多くを除去し、複雑さとコストとを減らすことができる。電力消費もかなり減らされ、より長いバッテリ寿命につながる。
【００１８】
位置測定を計算するのに必要なＤＳＰハードウェアを含む、他のキャプチャ・アンド・プロセス受信機も提案されてきた。１つのモードでは、そのような装置は、ＧＰＳ信号をサンプリングし、メモリに格納するが、それらを処理しない。別のモードに切り替えられたときに、この装置は、信号の受信を止め、その代わりに、以前に格納されたサンプルの処理を開始する。この種類の装置は、たとえばユーザが旅行から帰った後に、パスサマス・トラック−ログ（ｐｏｓｔｈｕｍｏｕｓ ｔｒａｃｋ−ｌｏｇ）または移動のヒストリを生成するのに適する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】ＷＯ ２００５／０４５４５８
【特許文献２】ＷＯ ２００８／０６８７０４
【特許文献３】ＷＯ ２００４／０５９３３７
【特許文献４】ＷＯ ２００９／０００８４２
【特許文献５】ＷＯ ２００６／０１８８０３
【特許文献６】ＵＳ ２００８／０２４０３１５
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一態様によれば、衛星測位信号を受信するＲＦフロント・エンドと、信号サンプルを生成するために受信された信号をサンプリングするアナログ／ディジタル変換器と、メモリと、符号位相および擬似距離を導出し、位置測定を計算するために信号サンプルを処理するプロセッサとを含む衛星測位受信機（ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｒｅｃｅｉｖｅｒ）であって、受信機は、位置測定を計算するために、サンプルが受信されるときに即座にサンプルを処理するように動作可能である第１モードと、後の処理のためにサンプルまたは符号位相もしくは擬似距離をメモリに格納するように動作可能である第２モードとを有する、衛星測位受信機が提供される。
【００２１】
これは、リアルタイム受信機の利点をキャプチャ−アンド−プロセス受信機の利点と組み合わせるハイブリッド受信機である。既知の受信機とは異なって、この受信機は、リアルタイム・ナビゲーションをもサポートする能力と組み合わされたキャプチャ−アンド−プロセス・テクノロジの利益を提供する。本発明人は、従来の通念とは反対に、単一の受信機が情況に応じてキャプチャ・アンド・プロセス受信機またはリアルタイム受信機のいずれかとして振る舞うことが有利である、ある種の応用例があることを認めた。たとえば、戸外受信に時々使用されるタイプのキャプチャ−アンド−プロセス・トラック−ログ装置では、緊急時に「ライブ」位置測定を計算することが非常に有用である場合がある。逆に、リアルタイム受信機について、一時的に、たとえばスタートアップのすぐ後の期間に、リアルタイム測位機能が初期化される前に、キャプチャ−アンド−プロセス・モードで機能することが有用である場合がある。
【００２２】
第１モードは、外部電源への受信機の接続に応答して選択されてもよい。
【００２３】
これは、外部電源（自動車バッテリなど）に接続されたときにはリアルタイムで位置測定を作るが、内蔵バッテリ電力で動作しているときにはサンプル（または符号位相測定値もしくは擬似距離測定値）を格納するハイブリッド受信機をもたらす。格納されたサンプルまたは中間測定値は、所望の場合の位置測定の遡及的計算に適する。これは、装置が、豊富なエネルギ供給に接続されるときには第１の高電力リアルタイム・ナビゲーション・モードで機能するが、それ自体のバッテリで動作しているときには第２の低電力オフライン・トラック−ログ・モードで動作することを可能にする。バッテリ寿命は、これらのモードの間の自動的な切替によって延ばされる。
【００２４】
代替案では、第２モードは、スタンバイ状態すなわちリアルタイム・ナビゲーションが要求されず、装置が最小限の電力を消費することが意図されるときに対応してもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態によれば、衛星測位信号を受信するＲＦフロント・エンドと、信号サンプルを生成するために受信された信号をサンプリングするアナログ／ディジタル変換器と、メモリと、十分な品質の衛星軌道情報が受信機で使用可能であるかどうかを判定し、軌道情報が使用可能である場合には、位置測定を計算するためにサンプルを処理し、軌道情報が使用不能である場合には、後の処理のためにサンプルをメモリに格納するように適応されたプロセッサとを含む衛星測位受信機が提供される。
【００２６】
要求された品質の衛星軌道情報が使用可能であるときには、装置は、通常のリアルタイム受信機と同様に第１モードで動作し、瞬間的位置を報告することができる。しかし、これは、不適切な軌道情報が使用可能であるときに、第２モードで信号サンプルをメモリに格納する能力によって増補される。
【００２７】
本発明人は、各衛星のデータ・メッセージ内のエフェメリスが受信され、復号された後になるまで、装置の位置の測定を開始できないという点で、既知のリアルタイム衛星測位受信機の欠点を認めた。これは、特にコールド・スタートの後の、長いＴＴＦＦにつながる。多くの実用的応用例では、衛星軌道情報が使用可能になる前に装置位置のレコードを提供できる（実際の位置測定を後になるまで報告できない場合であっても）ことが、有用であるはずである。解決策は、受信されたサンプルがバッファリングされるモードに一時的に切り替えることである。具体的に言うと、これは、エフェメリス・データおよびアルマナック・データなどの衛星軌道情報が、穏当な期間にわたって、その情報が各衛星によって送信された後だけではなく、送信の前の期間の間にも有効であることの認識に基づく。これは、直観に反するが、将来の衛星位置を予測するためにリアルタイム受信機によって通常使用されるプロセスの逆での、過去への衛星の軌道の外挿を可能にする。
【００２８】
２つのモード（リアルタイムとバッファリングされるモードと）は、必ずしも相互に排他的ではなく、時々、サンプルの処理に加えてサンプルをバッファリングすることが有利である場合がある。たとえば、疎なまたは低精度の衛星軌道情報が使用可能である場合には、サンプルを即座に処理する（近似位置を作るために）と同時に、より正確なまたは完全な軌道情報が後に使用可能になる場合にメモリに格納することもできる。明らかに、どのような軌道情報も使用可能ではないのでサンプルがバッファリングされる場合には、それらを即座に処理することは不可能である。
【００２９】
参照される衛星軌道情報が、複数の衛星のエフェメリス・データまたは（より不正確な）アルマナック・データを含んでもよいことに留意されたい。軌道情報がより正確であり、完全であればあるほど、結果の位置測定がより正確である可能性が高くなる。したがって、この文脈では、最小の有効な衛星軌道情報は、少なくとも位置のおおまかな推定値を計算することを可能にするのに十分な衛星軌道情報である。衛星軌道情報が十分な品質を有するとき（すなわち、完全さと精度と）を判断するための特定の判断基準は、衛星測位受信機の所期の用途に従って事前に決定されてもよく、あるいは、経時的にもしくは信号受信機が異なる目的に使用されるときにまたはその両方で変化してもよい。
【００３０】
たとえば、現在のアルマナック・データに基づく位置推定値は、通常は、数キロメートル以内の精度を有する。これは、郡または最も近い都市を識別するのに十分でなければならない。州または郡を識別する能力さえ、一部の目的に、特にこの初期推定値が後に洗練され得る場合に、有用である可能性がある。他の応用例では、そのような曖昧な位置推定値は、ほとんどまたは全く価値がない場合があり、したがって、所定のしきい品質レベルは、それ相応に高くなる。本質的に、受信機は、そのときに使用可能な衛星軌道データの品質を考慮して、信号サンプルを即座に処理する価値があるかどうかに関する判断を行っている。
【００３１】
衛星軌道情報の品質を、その年齢に依存するものにすることもできる。衛星軌道情報は、当該の衛星の軌道が、軌道情報が関係する時刻とサンプルのキャプチャの時刻との間で大きく変化したことの適度に低い期待値があるほど十分に新鮮でなければならない。
【００３２】
プロセッサは、十分な品質の衛星軌道情報が使用不能の期間の後に使用可能になるときに、格納されたサンプルをメモリから取り出し、衛星軌道情報に基づいて位置測定を計算するためにサンプルを処理するようにさらに適応されてもよい。
【００３３】
これは、十分に高い品質の軌道データを入手できるようになった後に、受信機が、不適切な軌道データが使用可能であったときに格納されたサンプルを遡及的に処理することを可能にする。衛星軌道データは、さまざまな手段によって入手されまたは提供されてもよく、たとえば、受信機は、衛星データ・メッセージのうちでアルマナックまたはエフェメリスあるいはその両方を入手するのに十分な部分を受信し、復号してもよい。受信機は、地上無線伝送など、ある他の通信チャネルを介してエフェメリスを与えられてもよい。これを、時々、データエイディング（ｄａｔａ−ａｉｄｉｎｇ）と称する。この形で外部ソースからダウンロードされる軌道データは、遡及的であってもよい、すなわち、このデータは、当該のサンプルが受信された実際の時刻に対応してもよい。ヒストリカル・アルマナックとヒストリカル・エフェメリスとは、たとえば、インターネットを介してプロバイダから入手可能である。
【００３４】
受信機による格納されたサンプルの遡及的処理の代替として（またはそれに加えて）、受信機内のプロセッサは、格納されたサンプルを遡及的処理のために別の装置にアップロードするように適応されてもよい。１つのそのような例では、受信機は、要求される品質のライブ軌道情報が使用可能である場合にはサンプルをリアルタイムで処理するが、そのような軌道情報が衛星信号の受信のときに使用可能ではないときには、サンプルは、格納され、後に他の装置によって処理される。たとえば、格納されるサンプルは、インターネット接続を有するパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）にアップロードされてもよい。次に、このＰＣは、サンプルを処理するために必要な関連する軌道情報をダウンロードし、位置測定を導出することができる。
【００３５】
アナログ／ディジタル変換器は、所定のサイズのサンプルの組を生成するために所定の間隔にわたって受信された信号をサンプリングするように動作可能であってもよく、プロセッサは、サンプルのすべてのさらなる組が処理される前に、位置測定を計算するためにサンプルの組を網羅的に処理するように適応されてもよい。
【００３６】
伝統的なリアルタイム受信機は、限られた長さの時間でＲＦフロント−エンドによって作られた信号サンプルの各セグメントを処理することを可能にする処理パイプラインを用いて動作する。これは、通常、サンプルの各所与の組について探索空間（各衛星Ｃ／Ａ符号の位相と周波数との）の小さい部分だけがテストされることをもたらす。本発明人は、これが、フロント−エンドとＡ／Ｄ変換器とでエネルギを浪費することを認めた。バッファリング・モードで動作するときに、本受信機は、先に進み、フロント−エンドにサンプルのさらなる組を要求する前に、サンプルの各組にフル探索を適用することによって、より効率的に動作することができる。この形で、サンプルの各個々の組を、同一の最大の範囲まで活用することができる。
【００３７】
他の実施形態によれば、衛星測位信号を受信するＲＦフロント・エンドと、信号サンプルを生成するために受信された信号をサンプリングするアナログ／ディジタル変換器と、メモリと、符号位相データまたは擬似距離データを導出するために、サンプルが受信されるときにサンプルを処理し、十分な品質の衛星軌道情報が受信機で使用可能であるかどうかを判定し、軌道情報が使用可能である場合に、位置測定を計算するために符号位相データまたは擬似距離データを処理し、軌道情報が使用不能である場合に、後の処理のために導出された符号位相データまたは導出された擬似距離データをメモリに格納するように適応されたプロセッサとを含む衛星測位受信機が提供される。
【００３８】
この変形形態では、受信機は、受信されたサンプルを、リアルタイム受信機の通常通りに処理して、符号位相または擬似距離を測定する（擬似距離を確立することは、符号位相に加えてデータ・メッセージ内の位置を決定することが必要なので、より多くの処理を必要とする）。次に、ある指定された品質の衛星軌道情報の可用性に応じて、これらの測定値が、格納されるか処理されるかのいずれかになる。基礎になる概念は、サンプルの処理または格納を選択する時と同一であるが、受信機の処理パイプラインは、異なるステージで割り込まれる。この手法は、上で説明した手法に類似する利点を有する。さらに、どの衛星が位相−符号測定値または擬似距離測定値を生じたのかの知識は、適当な衛星軌道情報が使用可能であるかどうかに関する、より多くの情報を与えられた判断を可能にすることができる（たとえば、見えていない衛星のエフェメリスは、この判断には関連しない）。
【００３９】
オリジナル・サンプルは、擬似距離が計算された後に破棄される可能性が高い。しかし、サンプルを、導出された擬似距離と並列に格納することも可能である。サンプルが保持されない場合には、サンプルを削除する前に、他の有用な中間データをサンプルから抽出することが有益である場合がある。たとえば、検出された信号強度、観察された搬送波周波数、または信頼性もしくは精度の推定値を、後の使用のために記録してもよい。このデータを、擬似距離データを増補するのに、または搬送波周波数のドップラ・シフトの観察されたパターンに基づいて追加パラメータ、たとえば速度を計算するのに使用することができる。
【００４０】
符号位相測定値が格納される場合には、それらが、ビットエッジ測定値を含んでもよい（これは必須ではないが）。実際には、符号位相測定値は、粗タイミングの曖昧さに起因して、単独では擬似距離を計算するのに十分でないことに留意されたい。しかし、符号位相測定値を、この曖昧さを解決するのに十分なすべての種類の情報を格納することによって増補することができる。たとえば、受信機内のリアルタイム・クロックが、ある瞬間に衛星クロックに同期化され得た後に、曖昧さを解決するのに十分に正確なタイムスタンプを生成してもよい。
【００４１】
プロセッサは、好ましくは、有効な衛星軌道情報が使用不能の期間の後に使用可能になるときに、格納された符号位相データまたは擬似距離データをメモリから取り出し、衛星軌道情報に基づいて、位置測定を計算するために符号位相データまたは擬似距離データを処理するようにさらに適応される。
【００４２】
プロセッサは、符号位相データまたは擬似距離データを導出するためにサンプルを処理している間にＲＦフロント・エンドまたはＡ／Ｄ変換器あるいはその両方を非活性化するように適応されてもよい。
【００４３】
これは、以前のサンプルの処理が完了する前に追加の信号サンプルをキャプチャすることでエネルギが浪費されないので、装置の電力消費を減らすことを可能にする。
【００４４】
アナログ／ディジタル変換器は、所定のサイズのサンプルの組を生成するために、所定の間隔にわたって受信された信号をサンプリングするように動作可能であってもよく、プロセッサは、サンプルのすべてのさらなる組が処理される前に、符号位相データまたは擬似距離データを導出するためにサンプルの組を網羅的に処理するように適応されてもよい。
【００４５】
プロセッサは、外部電源が検出されるときに限って、格納されたサンプルまたは格納された符号位相データもしくは格納された擬似距離データを取り出し、処理するようにさらに適応されてもよい。
【００４６】
サンプル（または中間測定値）が格納された（処理されるのではなく）後に、制限されない電源が使用可能になるまで、電力消費を最小にし続けることが望ましい場合がある。格納の後に、受信機を、通常のリアルタイム・モードに戻してもよいが、以前に格納されたデータは、有効な軌道情報と適切な電源との両方が提供されるまでは、遡及的に処理はされない。
【００４７】
プロセッサは、好ましくは、格納されたサンプルまたは格納された符号位相データもしくは格納された擬似距離データに関連するタイムスタンプをメモリに格納するようにさらに適応される。
【００４８】
格納された信号サンプルまたは測定値が対応する瞬間の表示は、それらが後に位置測定を計算するために処理されるときに有用である。衛星軌道データのヒストリカル・レコードが使用可能である場合には、どのデータが当該のサンプル（または符号位相もしくは擬似距離）に最も関連するのかを選択することが必要である。同様に、受信機が、衛星軌道データの単一のインスタンスをダウンロードする場合には、キャプチャのタイムスタンプは、格納されたサンプル（または中間測定値）のどれが、軌道データが有効であった時間間隔にオーバーラップするのかを決定することを可能にする。
【００４９】
プロセッサは、サンプルまたは符号位相データもしくは擬似距離データが位置測定を計算するために処理された後に、これらをメモリに格納し、改善された品質の衛星軌道情報が使用可能になるときに、これらをメモリから取り出し、改善された衛星軌道情報に基づいて、改訂された位置測定を計算するためにこれらを再処理するようにさらに適応されてもよい。
【００５０】
位置測定が計算された後にサンプルまたは擬似距離を保持することは、直観に反する。通常、そのようなソースおよび中間測定値は、最終結果（位置測定）が計算されるときに破棄されるはずである。しかし、本発明のハイブリッド受信機は、よりよい（または補正された）衛星軌道データが後に使用可能になることを期待して、格納されたデータをメモリ内に保持してもよい。これは、たとえば、位置測定が当初にアルマナック・データまたは不完全なエフェメリスを基礎として計算される場合に発生し得る。より多数の衛星の完全なエフェメリスが使用可能になるときに、その後、位置測定をより正確に再計算することができる。
【００５１】
衛星測位受信機が、衛星測位受信機で受信され、信号サンプルを生成するためにサンプリングされる衛星測位信号を処理する方法であって、有効な衛星軌道情報が受信機で使用可能であるかどうかを判定することと、軌道情報が使用可能である場合に、位置測定を計算するために、信号サンプルを処理することと、軌道情報が使用不能である場合に、後の処理のために信号サンプルをメモリに格納することとを含む方法も提供される。
【００５２】
衛星測位受信機で受信され、信号サンプルを生成するためにサンプリングされる衛星測位信号を処理する、関連する代替の方法であって、符号位相データまたは擬似距離データを導出するために、サンプルを処理することと、有効な衛星軌道情報が受信機で使用可能であるかどうかを判定することと、軌道情報が使用可能である場合に、位置測定を計算するために、符号位相データまたは擬似距離データを処理することと、軌道情報が使用不能である場合に、後の処理のために符号位相データまたは擬似距離データをメモリに格納することとを含む方法も提供される。
【００５３】
本発明のもう１つの態様によれば、コンピュータ・プログラムであって、当該プログラムがコンピュータ上で実行されるときに、これらの方法のすべてのステップを実行するように適応されたコンピュータ・プログラム・コード手段を含むコンピュータ・プログラムと、コンピュータ可読媒体上で具体化されるそのようなコンピュータ・プログラムとが提供される。
【００５４】
本発明を、これから、例として、添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態による衛星測位受信機を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による衛星測位信号を処理する方法を示す流れ図である。
【図３】第２の実施形態による関連する方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
図１に、本発明の実施形態による動作に適するＧＰＳ受信機を示す。ＧＰＳ受信機５は、ＲＦフロント・エンド１２に結合されたアンテナ１０を含む。ＲＦフロント・エンド１２は、アンテナ１０を介して受信されたＧＰＳ信号を増幅する回路網を含む。ＲＦフロント・エンド１２はまた、帯域外干渉を減衰させるフィルタリング回路とミキサとを含む。ミキサは、受信された信号を局所発振器１４の出力と混合する。さらなる適当なフィルタリングの後に、これは、アナログ／ディジタル変換器１６に入力される中間周波数（ＩＦ）信号を生じる。Ａ／Ｄ変換器１６は、局所発振器信号に同期化される。Ａ／Ｄ変換器１６によって生成された信号サンプルは、処理のためにプロセッサ１８に出力される。ＲＦフロント・エンド１２とＡ／Ｄ変換器１６とのアナログ回路が、当業者によく知られているものなどの従来のタイプであってもよいことに留意されたい。
【００５７】
プロセッサ１８は、Ａ／Ｄ変換器１６から受け取られた信号をサンプルを処理するための２つのモードを提供する。第１モードでは、プロセッサは、信号が受信され、サンプリングされるときに即座にサンプルを処理するように動作する。この処理は、擬似距離を導出することと、位置測定を計算することとを含む。したがって、このモードは、ライブ位置測定が提供されるので、リアルタイム・ナビゲーションに適する。第２モードでは、プロセッサは、その代わりに、処理を完了せずにデータをメモリ２０に格納するように動作可能である。メモリ２０に格納されるデータは、Ａ／Ｄ変換器１６によって供給されるＩＦ信号の生のサンプルを含んでもよく、あるいは、擬似距離など、部分的に処理されたデータを含んでもよい。
【００５８】
リアルタイム・クロック２２も設けられる。これは、局所発振器１４によって駆動され、メモリ２０に格納されたデータに関連するタイムスタンプを作るのに使用され得る。これは、データが格納された近似時刻を後に決定することを可能にする。
【００５９】
プロセッサ１８が、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの注文仕立てのハードウェア装置として実施されてもよいことに留意されたい。その代わりに、プロセッサ１８が、適切にプログラムされた１つまたは複数の汎用処理ユニットまたはディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含んでもよい。どちらの代替案の実装も、十分に当業者の能力の範囲内である。
【００６０】
本発明の第１の実施形態によれば、ＧＰＳ受信機５は、図２の流れ図に示された方法を実施する。
【００６１】
ＲＦフロント・エンドは、アンテナ１０を介してＧＰＳ信号を受信する２１０。これらは、フィルタリングされ、ダウン・ミキシングされ２２０、その後、Ａ／Ｄ変換器１６によってサンプリングされる２３０。通常、生のＩＦデータは、約２００ｍｓの期間にわたってキャプチャされる。データの量を、たとえばビット分解能を減らすことによってまたは時間でのデシメーションによって減らしてもよい。
【００６２】
この実施形態では、サンプルがそれに従って処理されるモードは、衛星軌道データの可用性によって決定される。ステップ２４０では、プロセッサが、有効な衛星軌道データが受信機で使用可能であるかどうかをチェックする。ここで、有効な軌道データは、位置測定を計算するのに十分とすることのできるアルマナック・データまたはエフェメリス・データを指す。たとえば、３つの衛星のエフェメリス・データは、３つすべての衛星が可視であり、それらへの擬似距離を計算できる場合に、十分とすることができる（もちろん、処理のこの段階では、キャプチャされたＩＦサンプル内で、どの衛星が可視であるのかは、一般に未知である）。有効であるためには、エフェメリス・データまたはアルマナック・データは、適度に新鮮でもある必要がある。たとえば、エフェメリスは、通常、２時間までの間は有効と考えられる。しかし、近似推定値を作るために、より古いエフェメリスを使用して位置測定を計算することが、それでも可能であってもよい。
【００６３】
軌道情報が使用可能である場合には、プロセッサ１８は、通常の形でのＩＦ信号サンプルの処理に進む。これは、相関計算によって複数の衛星までの擬似距離を測定すること２５０を含む。これらの擬似距離と使用可能な軌道情報とを使用して、プロセッサは、次に、位置測定を計算する２６０。
【００６４】
その一方で、軌道データが受信機で使用可能ではない場合には、プロセッサは、サンプルの組をメモリ２０に格納する２７０。これは、これらのサンプルを破棄する既知のＧＰＳ受信機と対照的である。この実施形態によれば、サンプルは、軌道データが受信機で使用可能になるのをプロセッサが待っている２８０間に、メモリ２０内に保持される。そのような軌道データが使用可能になったときに、プロセッサ１８は、メモリからサンプルを取り出し２９０、通常通りにそれらの処理２５０、２６０に進む。
【００６５】
有効な衛星軌道データを、さまざまな形で受信機５に供給することができる。アルマナックとエフェメリスとを、従来のリアルタイム受信機に似て、衛星データ・メッセージから復号することができる。その代わりに、受信機５を、別々の通信リンク（図示せず）を介して配送されるエフェメリス・データとアルマナック・データとによって援助してもよい。たとえば、データを、無線インターネットまたはセル電話接続を介してデータベース・サーバから入手してもよい。本方法の１つの利点は、衛星軌道データがどのように供給されるかに関わりなく同一であり、軌道データが使用可能になる前に位置のレコードの作成を開始することが可能であることである。
【００６６】
受信機が軌道データを待つ２８０必要がある時間の長さは、変化する。一般に、供給される軌道データは、サンプルが格納される２７０時刻に正確には対応しない。この理由から、サンプルに関連するタイムスタンプを記録することが好ましく、このタイムスタンプは、サンプルが受信され、ディジタル化された近似時刻（内部リアルタイム・クロック２２による）を示す。次に、軌道データが使用可能になるときに、衛星の軌道パラメータを使用して、関連時刻の衛星のコンステレーションの位置を予測することができる。この予測は、時間的に順方向でも逆方向でもよい。衛星コンステレーションの構成の多少の知識を有することは、擬似距離を測定する２５０ときに、相関プロセスで衛星Ｃ／Ａ符号の探索に優先順位を付けるのを助ける。さらに、格納されたサンプルの粗い時刻推定値を有することは、後で、正確なタイミングと対応する正確な衛星位置とをより効率的に決定することを可能にする。
【００６７】
一般に、符号位相と擬似距離とを導出するときには、処理がＡ／Ｄ変換器１６による新しいサンプルの生成のレートから分離されるので、サンプルのすべての所与の組に対して探索空間全体をテストすることが可能である。
【００６８】
これから、図３を参照して、本発明の第２の実施形態による方法を説明する。
【００６９】
この実施形態では、ＧＰＳ信号を受信するステップ２１０と、フィルタリングし、ダウン・ミキシングするステップ２２０と、ＩＦ信号をサンプリングするステップ２３０とが、第１の実施形態と同一に実行される。しかし、第２の実施形態のプロセッサは、サンプルの各到着する組から擬似距離を即座に測定する２５０ａことを試みる。ＲＦフロント・エンド１２とＡ／Ｄ変換器１６とを、後段の処理が実行されている間に、電力消費を減らすために非活性化することができる。新しいサンプルがＡ／Ｄ変換器によって生成されてはいないので、可視衛星に関する網羅探索を、リアルタイムＧＰＳ処理パイプラインに通常は関連するレイテンシに対する制約を伴わずに実行する２５０ａことができる。すなわち、各衛星Ｃ／Ａ符号の相関関数を、位相シフトと周波数逸脱のすべての範囲にわたって評価することができる。
【００７０】
まず衛星を獲得する（ステップ２５０ａで）ことによって、第２実施形態のプロセッサは、ＩＦ信号サンプルの現在の組が現実味のある位置測定の計算をサポートすることの、より高い信頼を有する。擬似距離の測定２５０ａが失敗するか、不十分な個数の衛星を見つける場合には、ＲＦフロント・エンドとＡ／Ｄ変換器とを再活性化して、新鮮な信号をキャプチャすることができる。最終的に、十分な個数の衛星が獲得され、擬似距離が成功して計算される。
【００７１】
次に、プロセッサは、衛星軌道データが現在使用可能であるかどうかをチェックする２４０ａ。そうである場合には、プロセッサは、軌道データと測定された擬似距離とを使用して位置測定を計算する２６０。その一方で、有効な衛星軌道データが使用可能ではない場合には、測定された擬似距離が、メモリ２０に格納される２７５。擬似距離は、対応する生のＩＦデータ・サンプルより少量のメモリを占め、これが、第１の実施形態に対するこの実施形態の潜在的な利点である。
【００７２】
第１の実施形態と同様に、受信機は、軌道データが使用可能になるのを待つ２８０。使用可能になったときに、擬似距離がメモリから取り出され２９５、位置測定を計算するために処理される２６０。
【００７３】
上で説明した実施形態の両方で、受信機は、有効なアルマナック情報またはエフェメリス情報あるいはその両方が使用可能になるのを待つ２８０間に、動作し続けることができる。したがって、ＩＦ信号を継続的にまたは周期的にサンプリングする２３０ことができ、信号サンプルを、図２または図３の流れ図に従って処理することができる。有効な軌道情報が入手された後に、サンプルの新しい組が、自動的にリアルタイムで処理される（ステップ２４０または２４０ａでの肯定の決定に起因して）。以前にメモリに格納されたサンプル（または擬似距離）を、取り出し２９０（２９５）、プロセッサによって処理してもよいが、これは必須ではなく、以前にメモリに格納されたサンプル（または擬似距離）を、その代わりにメモリ内に保持してもよい。このオプションのメモリからの取出は、図２および３では破線のプロセス・ステップによって示される。データが、軌道データが使用可能になった後にメモリ内で保持される場合には、そのデータを後にプロセッサ１８によって処理するか、または、受信機からＰＣなどの外部装置にアップロードするかのいずれかを行ってもよい。この形で、既知のキャプチャ・アンド・プロセス受信機により似た動作を達成することができる。
【００７４】
本発明を、図面と前述の説明とで詳細に示し、説明したが、そのような図示および説明は、例証または例示的と考えられなければならず、制限的と考えられてはならず、本発明は、開示された実施形態に限定されない。
【００７５】
特筆すべきことに、第２の実施形態では、すべての擬似範囲を測定し、格納するのではなく、受信機が、符号位相を格納してもよい。これは、粗タイミング（データ・メッセージ内の位置）を確立するのに必要な追加処理を回避する。しかし、この場合に、符号位相が後に処理されるときに、粗タイミングの曖昧さを解決することを可能にするために、補足情報が必要になる。したがって、通常、ある他の情報を、符号位相と一緒に格納する必要がある。
【００７６】
粗タイミングは、さまざまな形で決定することができ、したがって、符号位相を増補するために格納すべきデータのタイプも、大きく変化し得る。最終的に、必要なものは、符号位相測定値が対応する瞬間の近似推定値と、この推定値を衛星クロックに関係付けるなんらかの形とである。次に、これが、データ・メッセージ内の位置を決定することを可能にする。近似時刻は、受信機の内部クロックと衛星クロックとの間の関係を曖昧さを解決するのに十分に正確に確立できるならば、受信機の内部クロックから決定することができる。したがって、一例では、内部クロックによって生成されるタイムスタンプを、測定された符号位相を補足するために格納することができる。衛星クロックとの関係は、衛星クロック情報を抽出するのに十分に長い信号サンプルのブロックを（局所タイムスタンプと一緒に）間欠的に格納することによって確立することができる。粗タイミングを決定する代替の形は、当業者に明白であろう。たとえば、粗タイミングを外挿するのに位置の粗推定値（符号位相が測定された時の）を使用することが可能であるはずである（タイミングが、すべての瞬間に受信機に関する衛星の相対位置に一意に関係付けられるので）。粗位置推定値を、ある外部ソースから使用可能とすることができ、あるいは、たとえば、衛星コンステレーションの観察されたドップラ・シフトから計算することができる。この形で、みかけの（観察された）衛星ブロードキャスト周波数を格納することを、格納された符号位相に関する適切な補足とすることもできる。
【００７７】
信号強度測定値は、相関ピークのタイミングに加えて、相関ピークの振幅をキャプチャするので、格納された符号位相情報または擬似距離情報に対する自然な補完物でもある。小振幅ピークは、漏話、誤検出、または多経路効果の証拠である可能性があり、したがって、信号強度データを使用して、符号位相データまたは擬似距離データを検証しまたは枝刈りすることができる。
【００７８】
もう１つの変形形態では、格納されたサンプルまたは符号位相データまたは擬似距離データが外部処理のためにアップロードされる場合には、受信機またはアップロードされるデータに関係する追加情報を格納し、アップロードすることが有益である場合がある。ＷＯ ２００５／０４５４５８に、格納されたデータ（サンプルまたは中間測定値）を処理する責任を負う外部装置にＧＰＳ受信機５によって補助情報をどのようにして出力できるかが記載されている。この補助情報は、外部装置（ＰＣなど）が受信機５の特定の特性または格納されたデータのフォーマットもしくは他の特性に適応することを可能にするメタデータを含むことができる。これは、インターオペラビリティを多様な範囲の受信機と信号処理ソフトウェアとの間で改善できるので、有用である。
【００７９】
ＷＯ ２００８／０６８７０４に、格納されたＧＰＳデータが外部装置に転送されるときに、受信機５に一意の識別符号をどのようにして含めることができるかが記載されている。これは、ＧＰＳ信号処理ソフトウェアのプロバイダが、ソフトウェアの各ライセンスを交付されたコピーが単一の受信機と共に使用されるのみであって、他の受信機と共に使用するためにコピーされないことを確実にすることを可能にする。
【００８０】
関連する開発で、ＷＯ ２００４／０５９３３７には、ＧＰＳ受信機５によって出力されたデータを、そのデータが許可されたまたは互換の信号処理ソフトウェアのみによって処理されることを確実にするためにどのように暗号化できるかが記載されている。
【００８１】
上で既に注記したように、擬似範囲または生のＩＦデータ・サンプルと共に格納すべき最も有用な情報の１つは、タイムスタンプである。タイムスタンプは、サンプルの複数の組がキャプチャされ、格納される（あるいは、キャプチャされ、擬似距離を測定するために処理され、擬似距離が格納される）場合に、特に有利に使用することができる。たとえば、以前に、ＷＯ ２００９／０００８４２は、ＩＦデータ・サンプルの別々にキャプチャされた組の相対タイミングを、すべての組を一緒に処理するときに効率を高めるためにどのように使用できるかを開示した。
【００８２】
ＷＯ ２００９／０００８４２の方法では、サンプルの各組は、当初にすばやく粗い処理、たとえば、短い積分時間を用いる衛星Ｃ／Ａ符号の相関関数探索を受ける。これは、比較的高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する強い衛星信号を検出する。次に、最も強い検出された信号を有するサンプルの組が、詳細に、たとえばより弱い衛星信号を検出するためのより長い積分区間を使用して、処理される。サンプルのこの組の処理が完了したときに、プロセッサは、所与の瞬間の受信機の位置を知り、その瞬間の正確な（衛星クロック）時刻を知る。その後、サンプルの他の組を、既知の時刻と位置とを基準として使用し、他の組の衛星クロック時刻を正確に予測するのにタイムスタンプの間の相対差を使用して、処理することができる。さらに、ドップラ・シフトの量などのパラメータは、経時的にゆっくり変化する可能性が高く、したがって、通常は適度に短い時間間隔にわたってキャプチャされたサンプルの組の間で相関される（ドップラ・シフトが、通常は衛星の動きと受信機ＬＯオフセットとによって支配され、この両方がゆっくり変化することに留意されたい）。この洞察を使用して、周波数次元ならびに位相シフトでの相関探索戦略によりよく優先順位を付けることができる。
【００８３】
ＷＯ ２００９／０００８４２は、すべての衛星によって送信されたデータ・メッセージの完全なコピーを使用して、他の形で可能であるはずものより短い持続時間のキャプチャ（サンプルの組）から擬似距離と位置測定とを計算することをどのようにして可能にすることができるのかも開示する。この技法を、さまざまな形で本発明と共に使用することができる。受信機がデータ・メッセージをリアルタイムで復号する場合には、最近の過去に復号されたすべてのデータ・ビットのレコードをメモリに格納することができる。これは、衛星軌道情報がまだ完全にはダウンロードされていないのでサンプルの組がメモリに格納２７０される時の情況に対処する。データ・メッセージの十分な個数のビットが復号され、軌道情報が抽出された後には、格納されたサンプルの短い（１００〜２００ｍｓ）組のパターンを復号されたデータ・メッセージと遡及的に一意に照合することが可能でなければならない。これは、擬似距離を決定することを可能にするために、タイミングの曖昧さを正確に解決する。
【００８４】
ＷＯ ２００６／０１８８０３は、単一のサンプルと一緒にタイムスタンプを格納する、１つの効率的で効果のある形を説明し、ＧＰＳ信号サンプルの小さい部分を、単純にタイムスタンプ・ビットによってメモリ内で上書き（置換）することができる。これは、タイムスタンプの別々のレコードの必要を回避するだけではなく、受信されたサンプルに対するタイムスタンプの正確な同期をも確実にする。サンプルのキャプチャされた組の小さい欠けている部分は、通常は、後段の処理ステップを劣化させない。
【００８５】
他の実施形態では、受信機５を、Ａ−ＧＰＳ（ａｓｓｉｓｔｅｄ ＧＰＳ）受信機としてもよく、このＡ−ＧＰＳ受信機は、アルマナック、エフェメリス、または潜在的にすべての衛星データ・メッセージ・レコードをアシスタンス・サーバから入手することができる。サーバは、固定ＧＰＳ受信機または全世界に散在する受信機のネットワークからこの情報を収集してもよい。これらの参照受信機のそれぞれは、復号された衛星データ・メッセージを中央データベースに報告する。代替案では、援助するデータを、モバイルＧＰＳ受信機のネットワークから動的に収集することができる。すなわち、各ＧＰＳ受信機は、衛星データ・メッセージのそれ自体の断片的な観察を中央サーバと共有する。サーバは、これらの観察を集約して、完全なレコードを形成し、この完全なレコードは、その後、すべての受信機によってアクセスされ得る。上で注記したように、データエイディング・サーバとの通信は、任意の便利な手段によるものとすることができるが、通常はある種類の無線データ接続を介する。
【００８６】
上で説明した第１および第２の実施形態では、モードは、有効な衛星軌道データの可用性に基づいて選択される。他の実施形態では、動作モードの選択を、他のインジケータに基づくものとしてもよい。たとえば、受信機５は、装置が外部電源に接続されるときに、リアルタイム（第１モード）でサンプルを処理してもよい。これは、ライブ位置計算に必要なエネルギ集中型の処理が、外部電源が存在するときに限って行われることを意味する。装置が内蔵バッテリ電力で動作しているときには、装置は、バッテリ寿命を延ばすために第２モードで動作する（位置測定を計算せずにサンプルまたは擬似距離を格納する）。
【００８７】
それに加えてまたはその代わりに、外部電源の検出を、メモリに格納された（装置が第２モードで動作していた間に）データの処理をトリガするのに使用することもできる。
【００８８】
軌道データの可用性は、一般に位置測定を計算するのに必須なので、電源への依存を、軌道データの可用性への依存と組み合わせてもよい。
【００８９】
さらなる実施形態では、モード選択を、全体的にまたは部分的にユーザ入力に応答して決定することができる。たとえば、受信機５は、リアルタイム動作（第１モード）をデフォルトとしてもよい。しかし、現在位置を記録するための「即時測定（ｉｍｍｅｄｉａｔｅ ｆｉｘ）」を、ユーザによって適切なユーザ・インターフェースを介して要求することができる。そのような即時測定が、有効な軌道データが使用不能であるときに明示的に要求される場合には、装置は、一時的に第２モードに切り替え、サンプルの組または導出された擬似距離を格納し、その結果、要求された位置を後に遡及的に計算できるようにする。
【００９０】
説明された方法のもう１つの潜在的に有用な変形形態は、位置測定が計算された後であってもデータ・サンプル（または、適宜、符号位相もしくは擬似距離）の格納を継続することである。すなわち、プロセッサは、生のサンプル（またはそれから作られた中間測定値）をメモリに格納することと、それと同時に位置を推定するためにそれらを処理することとの両方を行う。この手法は、衛星軌道情報が使用不能であるか、不完全であるか、誤りがあったことが後に発見される場合に対処する。たとえば、相対的に古いアルマナック・データが、テスト２４０（または２４０ａ）が評価されるときに使用可能な唯一の軌道情報である場合には、装置は、それでも、衛星がある可能性が高い場所の近似予測に基づいて位置測定を計算２６０すると同時に、サンプルを格納２７０（または擬似距離を格納２７５）してもよい。結果の位置推定値は、正確である可能性は低いが、それでも、ユーザにとって多少の価値を有する場合がある（特に、誤差の推定限界を示すことができる場合に）。その後、新鮮なエフェメリス・データが使用可能になる。格納されたデータを、更新された改善された品質の衛星軌道情報を考慮して再処理して、位置測定を改訂し、改善することができる。
【００９１】
名目上は古い衛星軌道データの質を、衛星の軌道を外挿するのにより高度な技法を使用することによって高めてもよい。たとえば、天体（地球、太陽、および月など）の運動と、相互作用と、重力的影響とのモデルを使用して、衛星軌道のよりよい推定値を生成してもよい。これは、エフェメリス情報とアルマナック情報とを通常の有効期間のはるかに外で使用することを可能にすることができる。
【００９２】
上の実施形態が、ＲＦ信号が中間周波数にダウン・ミキシングされるスーパーヘテロダイン受信機アーキテクチャを参照して説明されたことに留意されたい。もちろん、当業者は、同一の原理がダイレクト・コンバージョン受信機にもあてはまることを直ちに了解するであろう。確かに、そのような受信機は、単純に０の中間周波数を有すると考えることができる。
【００９３】
直ちに明白になるように、本発明は、位置推定値の計算には限定されない。もちろん、速度などの他のパラメータをさらに計算してもよい。たとえば、受信機の位置が既知になった後に、衛星測位信号のドップラ・シフトから速度を計算することが、よく知られている。
【００９４】
諸実施形態では、ＲＦフロント・エンドでの従来のフィルタリングに加えて、受信されたＧＰＳ信号のさらなるフィルタリングを、信号がサンプリングされた後に実行してもよい。たとえば、ＵＳ ２００８／０２４０３１５に、干渉抑制の方法および回路が記載されている。フィルタリングを、ＲＦフロント・エンドの一部またはベースバンド処理の一部とすることができる。この種類のディジタル・フィルタリングを、適応式としてもよい。すなわち、サンプリングされた信号を分析して、干渉が存在するかどうかを判定し、そうである場合に、干渉の特性（たとえば、周波数または電力）を測定してもよい。その後、ディジタル・フィルタリングを、干渉を最適に打ち消すか減衰させるために自動的に適応させることができる。より高いサンプル・レート（アナログ／ディジタル変換器によって出力される）でフィルタリングを実行し、その後、フィルタリングされた信号サンプルを格納しまたは処理する前に、それらをより低いレート（またはビット分解能あるいはその両方）にデシメートすることが、特に有益である場合がある。サンプルを格納しなければならない場合には、これは、ストレージの量とメモリ・インターフェースに対するスループット需要との両方を減らす。サンプルを即座に処理しなければならない場合には、デシメーションまたは分解能低下は、処理ハードウェアの電力消費または複雑さあるいはその両方を減らすことができる。しかし、前もってフィルタリングすることによって、結果の分解能を下げられた信号の品質が、より高くなる可能性が高い。
【００９５】
開示された実施形態に対する他の変形形態を、当業者によって、請求される発明を実践する際に、図面と、本開示と、添付の特許請求の範囲との調査から理解し、実施することができる。特許請求の範囲では、単語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」は、他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数を除外しない。単一のプロセッサまたは他のユニットが、特許請求の範囲に列挙された複数の項目の機能を満足してもよい。ある手段が相互に異なる従属請求項に列挙されるという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に使用することができないことを示すものではない。コンピュータ・プログラムを、他のハードウェアと一緒にまたはその一部として供給される光記憶媒体またはソリッド・ステート媒体などの適切な媒体に格納し／その上で配布してもよいが、インターネットまたは他の有線もしくは無線の遠隔通信システムを介するなど、他の形で配布してもよい。特許請求の範囲のすべての符号は、範囲を限定するものと解釈されてはならない。
【符号の説明】
【００９６】
５ ＧＰＳ受信機
１０ アンテナ
１２ ＲＦフロント・エンド
１４ 局所発振器
１６ アナログ／ディジタル変換器
１８ プロセッサ
２０ メモリ
２２ リアルタイム・クロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全地球的航法衛星システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ、ＧＮＳＳ）用の受信機と、そのような受信機の受信された衛星信号を処理する方法とに関する。本発明は、特に全地球測位システム（ＧＰＳ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳは、６つの異なる軌道面内にある３２個までの軌道を周回する衛星（宇宙飛行体、「ＳＶ」と呼ばれる）のネットワークからなる衛星ベースのナビゲーション・システムである。２４個の衛星が、システム設計によって要求されるが、衛星を多くすれば、カバレージが改善される。衛星は、常に移動しており、２４時間弱で地球を周る２つの完全な軌道周回を行う。
【０００３】
衛星によって送信されるＧＰＳ信号は、規則的な形で継続的に繰り返される擬似ランダム符号を使用する直接シーケンス拡散スペクトル（Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）として一般に知られる形を有する。衛星は、公衆が自由に使用可能なＣｏａｒｓｅ／Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ符号すなわちＣ／Ａ符号と通常は軍事応用のために予約済みの制限されたＰｒｅｃｉｓｅ符号すなわちＰ符号とを含む異なる拡散符号を伴う複数の信号をブロードキャストする。Ｃ／Ａ符号は、１ミリ秒おきに繰り返される１．０２３ＭＨｚのチッピング・レートを用いてブロードキャストされる１０２３ビット長の擬似ランダム符号である。各衛星は、別個のＣ／Ａ符号を送信し、この別個のＣ／Ａ符号は、各衛星を一意に識別することを可能にする。
【０００４】
データ・メッセージは、各衛星によってＣ／Ａ符号の上に変調され、送信する衛星の詳細な軌道パラメータ（エフェメリス（ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）と呼ばれる）、衛星のクロックの誤差に関する情報、衛星の状況（健全または不健全）、現在の日付、および時刻などの重要な情報を含む。信号のこの部分は、ＧＰＳ受信機による正確な位置の決定に必須である。各衛星は、エフェメリスとそれ自体に関する詳細なクロック補正パラメータとだけを送信し、したがって、援助なしのＧＰＳ受信機（ｕｎａｉｄｅｄ ＧＰＳ ｒｅｃｅｉｖｅｒ）は、それが位置計算に使用することを望む各衛星のデータ・メッセージの適切な部分を処理しなければならない。
【０００５】
データ・メッセージは、いわゆるアルマナック（ａｌｍａｎａｃ）をも含み、このアルマナックは、他のすべての衛星に関するより不正確な情報を含み、より低い頻度で更新される。アルマナック・データは、ＧＰＳ受信機が、各ＧＰＳ衛星が１日全体を通じて任意の時刻にどこにあるべきかを推定することを可能にし、その結果、受信機は、探索すべき衛星をより効率的に選択できるようになる。各衛星は、システム内のすべての衛星の軌道情報を示すアルマナック・データを送信する。
【０００６】
従来のリアルタイムＧＰＳ受信機は、送信されたデータ・メッセージを読み取り、エフェメリスと、アルマナックと、他のデータとを継続的使用のために保存する。この情報を、ＧＰＳ受信機内のクロックをセットする（または補正する）のに使用することもできる。
【０００７】
位置を決定するために、ＧＰＳ受信機は、信号が衛星によって送信された時刻を、その信号がＧＰＳ受信機によって受信された時刻と比較する。この時間差は、ＧＰＳ受信機に、特定の衛星がどれほど遠くにあるのかを示す。その衛星のエフェメリスは、ＧＰＳ受信機がその衛星の位置を正確に決定することを可能にする。複数の衛星からの距離測定値をそれらの位置の知識と組み合わせることによって、位置を、三辺測量によって入手することができる。最小３個の衛星を用いて、ＧＰＳ受信機は、緯度／経度位置（２Ｄ位置測定）を決定することができる。４個以上の衛星を用いて、ＧＰＳ受信機は、緯度と、経度と、高度とを含む３Ｄ位置を決定することができる。衛星から受信された情報を、ＧＰＳ受信機内のクロックをセットする（または補正する）のに使用することもできる。
【０００８】
衛星からの信号の明白なドップラ・シフトを処理することによって、ＧＰＳ受信機は、移動の速度と方向と（「対地速度」および「地上軌跡」と称する）を正確に提供することもできる。
【０００９】
衛星からの完全なデータ信号は、３７５００ビットの航法メッセージであり、この航法メッセージは、５０ｂｐｓで送信に１２．５分を要する。このデータ信号は、それぞれが１５００ビットを有する２５個の３０秒フレームに分割され、これらのフレームは、５つの６秒サブフレームに分割される。各６秒サブフレームは、１０個の３０ビット・ワードに分割される。位置測定に必要なすべての情報（エフェメリスなど）は、各フレーム内に含まれ、したがって、ＧＰＳ受信機は、通常、いわゆるコールド・スタートから位置測定を作るのに約３０秒を要する。これは、しばしば「初回測位時間（ｔｉｍｅ ｔｏ ｆｉｒｓｔ ｆｉｘ）」（ＴＴＦＦ）と呼ばれる。
【００１０】
第１のサブフレームは、クロック補正データを与え、第２と第３とのサブフレームは、エフェメリス・データを与え、アルマナック・データは、第４と第５とのサブフレームにある。
【００１１】
ＳＶのすべてが、同一の周波数でブロードキャストする。特定の衛星からの信号を区別するために、受信機は、その衛星によって使用中であることが既知のＣ／Ａ符号の複製を生成し、その複製が衛星から受信機まで移動する際の信号の飛行時間（通常は約０．０７秒）に主に起因する未知の量だけ遅延される着信信号と同期化されるようにするためにその複製をアラインさせる必要がある。一般に、受信機が、複製を着信信号と同期化させるのに必要なアラインメントを正確に予測することは不可能であり、したがって、ある形の探索が要求され、ある回数の整列が順番に試行され、最良一致が選択される。複数の候補アラインメントを評価するこのプロセスは、受信機が、受信信号と各衛星の既知のＣ／Ａ符号との間の相関関数を実施して、受信信号が特定のＳＶからのＣ／Ａ符号を有する成分を含むかどうかを判定するので、通常は相関と呼ばれる。この相関関数は、複数の相対タイミングについて計算されなければならず、相関ピークが見つかるときには、これは、特定のタイミングと特定のＳＶとに対応する。発見されたタイミングは、ＳＶからの特定の距離に対応する。
【００１２】
各衛星Ｃ／Ａ符号の探索は、受信機によって観察される衛星信号のみかけの周波数が変化するという事実によって複雑になる。変動の主な源は、衛星の移動に起因するドップラ効果、受信機の移動に起因するドップラ効果、ならびに受信機の局所発振器のオフセットとドリフトとである。これは、Ｃ／Ａ符号の網羅探索が、周波数シフトの範囲のそれぞれについて、ある位相（時間）シフトの範囲での相関関数評価を必要とすることを意味する。
【００１３】
相関プロセスは、信号から拡散符号を除去するので、時々「逆拡散」と呼ばれる。決定される符号位相、すなわち、相関関数のピークのタイミングは、距離計算に使用される正確なタイミング情報を明らかにする。しかし、符号が１ミリ秒おきに繰り返されるので、粗タイミングも決定される必要がある。通常、５０ｂｐｓデータ・メッセージの個々のビットおよびサブフレーム・プリアンブルもしくはサブフレーム・ハンドオーバ・ワードなどのその特定の部分など、より低い頻度で繰り返すデータ・コンポーネントが、より粗なタイミング評価に使用される（すなわち、ＧＰＳ時刻を導出することを可能にするために）。
【００１４】
一緒に、符号位相と粗タイミング情報とは、衛星からのメッセージの飛行時間を識別するので、「擬似距離」を含む。この飛行時間は、ｃすなわち光速によって、移動される距離に関係付けられる。これは、衛星のクロックと受信機のクロックとの間の相対オフセットが未知なので、「擬似」距離または相対範囲である（真の範囲ではなく）。しかし、このオフセットは、すべての衛星について同一であり（それらのクロックが同期化されているので）、したがって、別個の衛星の組の擬似距離は、一意の位置測定を決定するための三辺測量計算に十分な情報を提供する。
【００１５】
ＧＰＳ受信機の大多数は、衛星からの信号を、それらが受信されるときに「リアル・タイムで」処理し、現在時刻の装置の位置を報告することによって動作する。そのような「従来の」ＧＰＳ受信機は、必ず、
−ＧＰＳ信号を受信するのに適するアンテナと、
−通常は２〜３ＭＨｚ程度のサンプル・レートで適切なアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器に通すことができるように所望の信号を増幅し、フィルタリングし、中間周波数（ＩＦ）にミックス・ダウンするように設計されたアナログＲＦ回路網（しばしば、ＧＰＳフロント・エンドと呼ばれる）と、
−通常は信号処理ハードウェアを制御し、所望の位置測定を計算するのに必要な「高水準」処理を実行するある形のマイクロ・コントローラと組み合わされる、Ａ／Ｄ変換器によって生成されたＩＦデータ・サンプルに対して相関プロセスを実行するディジタル信号処理（ＤＳＰ）ハードウェアと
を含む。
【００１６】
「ストア・アンド・プロセス・レイター（Ｓｔｏｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｌａｔｅｒ）」（「キャプチャ・アンド・プロセス（Ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ）」としても知られ、本明細書ではそう称する）というよく知られてはいない概念も調査されてきた。これは、従来のアンテナとアナログＲＦ回路網とによって収集されたＩＦデータ・サンプルを、ある後の時（数秒、数分、数時間、または数日）にしばしばある他の場所（処理リソースがより多い）でそれらを処理する前にある形のメモリに格納することを伴う。
【００１７】
これは、キャプチャ・アンド・プロセス受信機が、リアルタイム受信機よりかなり単純であることを意味する。サンプルの短いセグメント、たとえば１００〜２００ｍｓ分のデータだけを格納する必要がある。もはや、各ＳＶからの（非常に低速の）データ・メッセージを復号する必要は全くなく、相関を実行し、擬似距離を決定する必要はなく、位置測定を導出するために三辺測量計算を実行する必要はない。したがって、従来の受信機のディジタル信号処理ハードウェアの多くを除去し、複雑さとコストとを減らすことができる。電力消費もかなり減らされ、より長いバッテリ寿命につながる。
【００１８】
位置測定を計算するのに必要なＤＳＰハードウェアを含む、他のキャプチャ・アンド・プロセス受信機も提案されてきた。１つのモードでは、そのような装置は、ＧＰＳ信号をサンプリングし、メモリに格納するが、それらを処理しない。別のモードに切り替えられたときに、この装置は、信号の受信を止め、その代わりに、以前に格納されたサンプルの処理を開始する。この種類の装置は、たとえばユーザが旅行から帰った後に、パスサマス・トラック−ログ（ｐｏｓｔｈｕｍｏｕｓ ｔｒａｃｋ−ｌｏｇ）または移動のヒストリを生成するのに適する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】ＷＯ ２００５／０４５４５８
【特許文献２】ＷＯ ２００８／０６８７０４
【特許文献３】ＷＯ ２００４／０５９３３７
【特許文献４】ＷＯ ２００９／０００８４２
【特許文献５】ＷＯ ２００６／０１８８０３
【特許文献６】ＵＳ ２００８／０２４０３１５
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一態様によれば、衛星測位信号を受信するＲＦフロント・エンドと、信号サンプルを生成するために受信された信号をサンプリングするアナログ／ディジタル変換器と、メモリと、符号位相および擬似距離を導出し、位置測定を計算するために信号サンプルを処理するプロセッサとを含む衛星測位受信機（ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｒｅｃｅｉｖｅｒ）であって、受信機は、位置測定を計算するために、サンプルが受信されるときに即座にサンプルを処理するように動作可能である第１モードと、後の処理のためにサンプルまたは符号位相もしくは擬似距離をメモリに格納するように動作可能である第２モードとを有する、衛星測位受信機が提供される。
【００２１】
これは、リアルタイム受信機の利点をキャプチャ−アンド−プロセス受信機の利点と組み合わせるハイブリッド受信機である。既知の受信機とは異なって、この受信機は、リアルタイム・ナビゲーションをもサポートする能力と組み合わされたキャプチャ−アンド−プロセス・テクノロジの利益を提供する。本発明人は、従来の通念とは反対に、単一の受信機が情況に応じてキャプチャ・アンド・プロセス受信機またはリアルタイム受信機のいずれかとして振る舞うことが有利である、ある種の応用例があることを認めた。たとえば、戸外受信に時々使用されるタイプのキャプチャ−アンド−プロセス・トラック−ログ装置では、緊急時に「ライブ」位置測定を計算することが非常に有用である場合がある。逆に、リアルタイム受信機について、一時的に、たとえばスタートアップのすぐ後の期間に、リアルタイム測位機能が初期化される前に、キャプチャ−アンド−プロセス・モードで機能することが有用である場合がある。
【００２２】
第１モードは、外部電源への受信機の接続に応答して選択されてもよい。
【００２３】
これは、外部電源（自動車バッテリなど）に接続されたときにはリアルタイムで位置測定を作るが、内蔵バッテリ電力で動作しているときにはサンプル（または符号位相測定値もしくは擬似距離測定値）を格納するハイブリッド受信機をもたらす。格納されたサンプルまたは中間測定値は、所望の場合の位置測定の遡及的計算に適する。これは、装置が、豊富なエネルギ供給に接続されるときには第１の高電力リアルタイム・ナビゲーション・モードで機能するが、それ自体のバッテリで動作しているときには第２の低電力オフライン・トラック−ログ・モードで動作することを可能にする。バッテリ寿命は、これらのモードの間の自動的な切替によって延ばされる。
【００２４】
代替案では、第２モードは、スタンバイ状態すなわちリアルタイム・ナビゲーションが要求されず、装置が最小限の電力を消費することが意図されるときに対応してもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態によれば、衛星測位信号を受信するＲＦフロント・エンドと、信号サンプルを生成するために受信された信号をサンプリングするアナログ／ディジタル変換器と、メモリと、十分な品質の衛星軌道情報が受信機で使用可能であるかどうかを判定し、軌道情報が使用可能である場合には、位置測定を計算するためにサンプルを処理し、軌道情報が使用不能である場合には、後の処理のためにサンプルをメモリに格納するように適応されたプロセッサとを含む衛星測位受信機が提供される。
【００２６】
要求された品質の衛星軌道情報が使用可能であるときには、装置は、通常のリアルタイム受信機と同様に第１モードで動作し、瞬間的位置を報告することができる。しかし、これは、不適切な軌道情報が使用可能であるときに、第２モードで信号サンプルをメモリに格納する能力によって増補される。
【００２７】
本発明人は、各衛星のデータ・メッセージ内のエフェメリスが受信され、復号された後になるまで、装置の位置の測定を開始できないという点で、既知のリアルタイム衛星測位受信機の欠点を認めた。これは、特にコールド・スタートの後の、長いＴＴＦＦにつながる。多くの実用的応用例では、衛星軌道情報が使用可能になる前に装置位置のレコードを提供できる（実際の位置測定を後になるまで報告できない場合であっても）ことが、有用であるはずである。解決策は、受信されたサンプルがバッファリングされるモードに一時的に切り替えることである。具体的に言うと、これは、エフェメリス・データおよびアルマナック・データなどの衛星軌道情報が、穏当な期間にわたって、その情報が各衛星によって送信された後だけではなく、送信の前の期間の間にも有効であることの認識に基づく。これは、直観に反するが、将来の衛星位置を予測するためにリアルタイム受信機によって通常使用されるプロセスの逆での、過去への衛星の軌道の外挿を可能にする。
【００２８】
２つのモード（リアルタイムとバッファリングされるモードと）は、必ずしも相互に排他的ではなく、時々、サンプルの処理に加えてサンプルをバッファリングすることが有利である場合がある。たとえば、疎なまたは低精度の衛星軌道情報が使用可能である場合には、サンプルを即座に処理する（近似位置を作るために）と同時に、より正確なまたは完全な軌道情報が後に使用可能になる場合にメモリに格納することもできる。明らかに、どのような軌道情報も使用可能ではないのでサンプルがバッファリングされる場合には、それらを即座に処理することは不可能である。
【００２９】
参照される衛星軌道情報が、複数の衛星のエフェメリス・データまたは（より不正確な）アルマナック・データを含んでもよいことに留意されたい。軌道情報がより正確であり、完全であればあるほど、結果の位置測定がより正確である可能性が高くなる。したがって、この文脈では、最小の有効な衛星軌道情報は、少なくとも位置のおおまかな推定値を計算することを可能にするのに十分な衛星軌道情報である。衛星軌道情報が十分な品質を有するとき（すなわち、完全さと精度と）を判断するための特定の判断基準は、衛星測位受信機の所期の用途に従って事前に決定されてもよく、あるいは、経時的にもしくは信号受信機が異なる目的に使用されるときにまたはその両方で変化してもよい。
【００３０】
たとえば、現在のアルマナック・データに基づく位置推定値は、通常は、数キロメートル以内の精度を有する。これは、郡または最も近い都市を識別するのに十分でなければならない。州または郡を識別する能力さえ、一部の目的に、特にこの初期推定値が後に洗練され得る場合に、有用である可能性がある。他の応用例では、そのような曖昧な位置推定値は、ほとんどまたは全く価値がない場合があり、したがって、所定のしきい品質レベルは、それ相応に高くなる。本質的に、受信機は、そのときに使用可能な衛星軌道データの品質を考慮して、信号サンプルを即座に処理する価値があるかどうかに関する判断を行っている。
【００３１】
衛星軌道情報の品質を、その年齢に依存するものにすることもできる。衛星軌道情報は、当該の衛星の軌道が、軌道情報が関係する時刻とサンプルのキャプチャの時刻との間で大きく変化したことの適度に低い期待値があるほど十分に新鮮でなければならない。
【００３２】
プロセッサは、十分な品質の衛星軌道情報が使用不能の期間の後に使用可能になるときに、格納されたサンプルをメモリから取り出し、衛星軌道情報に基づいて位置測定を計算するためにサンプルを処理するようにさらに適応されてもよい。
【００３３】
これは、十分に高い品質の軌道データを入手できるようになった後に、受信機が、不適切な軌道データが使用可能であったときに格納されたサンプルを遡及的に処理することを可能にする。衛星軌道データは、さまざまな手段によって入手されまたは提供されてもよく、たとえば、受信機は、衛星データ・メッセージのうちでアルマナックまたはエフェメリスあるいはその両方を入手するのに十分な部分を受信し、復号してもよい。受信機は、地上無線伝送など、ある他の通信チャネルを介してエフェメリスを与えられてもよい。これを、時々、データエイディング（ｄａｔａ−ａｉｄｉｎｇ）と称する。この形で外部ソースからダウンロードされる軌道データは、遡及的であってもよい、すなわち、このデータは、当該のサンプルが受信された実際の時刻に対応してもよい。ヒストリカル・アルマナックとヒストリカル・エフェメリスとは、たとえば、インターネットを介してプロバイダから入手可能である。
【００３４】
受信機による格納されたサンプルの遡及的処理の代替として（またはそれに加えて）、受信機内のプロセッサは、格納されたサンプルを遡及的処理のために別の装置にアップロードするように適応されてもよい。１つのそのような例では、受信機は、要求される品質のライブ軌道情報が使用可能である場合にはサンプルをリアルタイムで処理するが、そのような軌道情報が衛星信号の受信のときに使用可能ではないときには、サンプルは、格納され、後に他の装置によって処理される。たとえば、格納されるサンプルは、インターネット接続を有するパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）にアップロードされてもよい。次に、このＰＣは、サンプルを処理するために必要な関連する軌道情報をダウンロードし、位置測定を導出することができる。
【００３５】
アナログ／ディジタル変換器は、所定のサイズのサンプルの組を生成するために所定の間隔にわたって受信された信号をサンプリングするように動作可能であってもよく、プロセッサは、サンプルのすべてのさらなる組が処理される前に、位置測定を計算するためにサンプルの組を網羅的に処理するように適応されてもよい。
【００３６】
伝統的なリアルタイム受信機は、限られた長さの時間でＲＦフロント−エンドによって作られた信号サンプルの各セグメントを処理することを可能にする処理パイプラインを用いて動作する。これは、通常、サンプルの各所与の組について探索空間（各衛星Ｃ／Ａ符号の位相と周波数との）の小さい部分だけがテストされることをもたらす。本発明人は、これが、フロント−エンドとＡ／Ｄ変換器とでエネルギを浪費することを認めた。バッファリング・モードで動作するときに、本受信機は、先に進み、フロント−エンドにサンプルのさらなる組を要求する前に、サンプルの各組にフル探索を適用することによって、より効率的に動作することができる。この形で、サンプルの各個々の組を、同一の最大の範囲まで活用することができる。
【００３７】
他の実施形態によれば、衛星測位信号を受信するＲＦフロント・エンドと、信号サンプルを生成するために受信された信号をサンプリングするアナログ／ディジタル変換器と、メモリと、符号位相データまたは擬似距離データを導出するために、サンプルが受信されるときにサンプルを処理し、十分な品質の衛星軌道情報が受信機で使用可能であるかどうかを判定し、軌道情報が使用可能である場合に、位置測定を計算するために符号位相データまたは擬似距離データを処理し、軌道情報が使用不能である場合に、後の処理のために導出された符号位相データまたは導出された擬似距離データをメモリに格納するように適応されたプロセッサとを含む衛星測位受信機が提供される。
【００３８】
この変形形態では、受信機は、受信されたサンプルを、リアルタイム受信機の通常通りに処理して、符号位相または擬似距離を測定する（擬似距離を確立することは、符号位相に加えてデータ・メッセージ内の位置を決定することが必要なので、より多くの処理を必要とする）。次に、ある指定された品質の衛星軌道情報の可用性に応じて、これらの測定値が、格納されるか処理されるかのいずれかになる。基礎になる概念は、サンプルの処理または格納を選択する時と同一であるが、受信機の処理パイプラインは、異なるステージで割り込まれる。この手法は、上で説明した手法に類似する利点を有する。さらに、どの衛星が位相−符号測定値または擬似距離測定値を生じたのかの知識は、適当な衛星軌道情報が使用可能であるかどうかに関する、より多くの情報を与えられた判断を可能にすることができる（たとえば、見えていない衛星のエフェメリスは、この判断には関連しない）。
【００３９】
オリジナル・サンプルは、擬似距離が計算された後に破棄される可能性が高い。しかし、サンプルを、導出された擬似距離と並列に格納することも可能である。サンプルが保持されない場合には、サンプルを削除する前に、他の有用な中間データをサンプルから抽出することが有益である場合がある。たとえば、検出された信号強度、観察された搬送波周波数、または信頼性もしくは精度の推定値を、後の使用のために記録してもよい。このデータを、擬似距離データを増補するのに、または搬送波周波数のドップラ・シフトの観察されたパターンに基づいて追加パラメータ、たとえば速度を計算するのに使用することができる。
【００４０】
符号位相測定値が格納される場合には、それらが、ビットエッジ測定値を含んでもよい（これは必須ではないが）。実際には、符号位相測定値は、粗タイミングの曖昧さに起因して、単独では擬似距離を計算するのに十分でないことに留意されたい。しかし、符号位相測定値を、この曖昧さを解決するのに十分なすべての種類の情報を格納することによって増補することができる。たとえば、受信機内のリアルタイム・クロックが、ある瞬間に衛星クロックに同期化され得た後に、曖昧さを解決するのに十分に正確なタイムスタンプを生成してもよい。
【００４１】
プロセッサは、好ましくは、有効な衛星軌道情報が使用不能の期間の後に使用可能になるときに、格納された符号位相データまたは擬似距離データをメモリから取り出し、衛星軌道情報に基づいて、位置測定を計算するために符号位相データまたは擬似距離データを処理するようにさらに適応される。
【００４２】
プロセッサは、符号位相データまたは擬似距離データを導出するためにサンプルを処理している間にＲＦフロント・エンドまたはＡ／Ｄ変換器あるいはその両方を非活性化するように適応されてもよい。
【００４３】
これは、以前のサンプルの処理が完了する前に追加の信号サンプルをキャプチャすることでエネルギが浪費されないので、装置の電力消費を減らすことを可能にする。
【００４４】
アナログ／ディジタル変換器は、所定のサイズのサンプルの組を生成するために、所定の間隔にわたって受信された信号をサンプリングするように動作可能であってもよく、プロセッサは、サンプルのすべてのさらなる組が処理される前に、符号位相データまたは擬似距離データを導出するためにサンプルの組を網羅的に処理するように適応されてもよい。
【００４５】
プロセッサは、外部電源が検出されるときに限って、格納されたサンプルまたは格納された符号位相データもしくは格納された擬似距離データを取り出し、処理するようにさらに適応されてもよい。
【００４６】
サンプル（または中間測定値）が格納された（処理されるのではなく）後に、制限されない電源が使用可能になるまで、電力消費を最小にし続けることが望ましい場合がある。格納の後に、受信機を、通常のリアルタイム・モードに戻してもよいが、以前に格納されたデータは、有効な軌道情報と適切な電源との両方が提供されるまでは、遡及的に処理はされない。
【００４７】
プロセッサは、好ましくは、格納されたサンプルまたは格納された符号位相データもしくは格納された擬似距離データに関連するタイムスタンプをメモリに格納するようにさらに適応される。
【００４８】
格納された信号サンプルまたは測定値が対応する瞬間の表示は、それらが後に位置測定を計算するために処理されるときに有用である。衛星軌道データのヒストリカル・レコードが使用可能である場合には、どのデータが当該のサンプル（または符号位相もしくは擬似距離）に最も関連するのかを選択することが必要である。同様に、受信機が、衛星軌道データの単一のインスタンスをダウンロードする場合には、キャプチャのタイムスタンプは、格納されたサンプル（または中間測定値）のどれが、軌道データが有効であった時間間隔にオーバーラップするのかを決定することを可能にする。
【００４９】
プロセッサは、サンプルまたは符号位相データもしくは擬似距離データが位置測定を計算するために処理された後に、これらをメモリに格納し、改善された品質の衛星軌道情報が使用可能になるときに、これらをメモリから取り出し、改善された衛星軌道情報に基づいて、改訂された位置測定を計算するためにこれらを再処理するようにさらに適応されてもよい。
【００５０】
位置測定が計算された後にサンプルまたは擬似距離を保持することは、直観に反する。通常、そのようなソースおよび中間測定値は、最終結果（位置測定）が計算されるときに破棄されるはずである。しかし、本発明のハイブリッド受信機は、よりよい（または補正された）衛星軌道データが後に使用可能になることを期待して、格納されたデータをメモリ内に保持してもよい。これは、たとえば、位置測定が当初にアルマナック・データまたは不完全なエフェメリスを基礎として計算される場合に発生し得る。より多数の衛星の完全なエフェメリスが使用可能になるときに、その後、位置測定をより正確に再計算することができる。
【００５１】
衛星測位受信機が、衛星測位受信機で受信され、信号サンプルを生成するためにサンプリングされる衛星測位信号を処理する方法であって、有効な衛星軌道情報が受信機で使用可能であるかどうかを判定することと、軌道情報が使用可能である場合に、位置測定を計算するために、信号サンプルを処理することと、軌道情報が使用不能である場合に、後の処理のために信号サンプルをメモリに格納することとを含む方法も提供される。
【００５２】
衛星測位受信機で受信され、信号サンプルを生成するためにサンプリングされる衛星測位信号を処理する、関連する代替の方法であって、符号位相データまたは擬似距離データを導出するために、サンプルを処理することと、有効な衛星軌道情報が受信機で使用可能であるかどうかを判定することと、軌道情報が使用可能である場合に、位置測定を計算するために、符号位相データまたは擬似距離データを処理することと、軌道情報が使用不能である場合に、後の処理のために符号位相データまたは擬似距離データをメモリに格納することとを含む方法も提供される。
【００５３】
本発明のもう１つの態様によれば、コンピュータ・プログラムであって、当該プログラムがコンピュータ上で実行されるときに、これらの方法のすべてのステップを実行するように適応されたコンピュータ・プログラム・コード手段を含むコンピュータ・プログラムと、コンピュータ可読媒体上で具体化されるそのようなコンピュータ・プログラムとが提供される。
【００５４】
本発明を、これから、例として、添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態による衛星測位受信機を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による衛星測位信号を処理する方法を示す流れ図である。
【図３】第２の実施形態による関連する方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
図１に、本発明の実施形態による動作に適するＧＰＳ受信機を示す。ＧＰＳ受信機５は、ＲＦフロント・エンド１２に結合されたアンテナ１０を含む。ＲＦフロント・エンド１２は、アンテナ１０を介して受信されたＧＰＳ信号を増幅する回路網を含む。ＲＦフロント・エンド１２はまた、帯域外干渉を減衰させるフィルタリング回路とミキサとを含む。ミキサは、受信された信号を局所発振器１４の出力と混合する。さらなる適当なフィルタリングの後に、これは、アナログ／ディジタル変換器１６に入力される中間周波数（ＩＦ）信号を生じる。Ａ／Ｄ変換器１６は、局所発振器信号に同期化される。Ａ／Ｄ変換器１６によって生成された信号サンプルは、処理のためにプロセッサ１８に出力される。ＲＦフロント・エンド１２とＡ／Ｄ変換器１６とのアナログ回路が、当業者によく知られているものなどの従来のタイプであってもよいことに留意されたい。
【００５７】
プロセッサ１８は、Ａ／Ｄ変換器１６から受け取られた信号をサンプルを処理するための２つのモードを提供する。第１モードでは、プロセッサは、信号が受信され、サンプリングされるときに即座にサンプルを処理するように動作する。この処理は、擬似距離を導出することと、位置測定を計算することとを含む。したがって、このモードは、ライブ位置測定が提供されるので、リアルタイム・ナビゲーションに適する。第２モードでは、プロセッサは、その代わりに、処理を完了せずにデータをメモリ２０に格納するように動作可能である。メモリ２０に格納されるデータは、Ａ／Ｄ変換器１６によって供給されるＩＦ信号の生のサンプルを含んでもよく、あるいは、擬似距離など、部分的に処理されたデータを含んでもよい。
【００５８】
リアルタイム・クロック２２も設けられる。これは、局所発振器１４によって駆動され、メモリ２０に格納されたデータに関連するタイムスタンプを作るのに使用され得る。これは、データが格納された近似時刻を後に決定することを可能にする。
【００５９】
プロセッサ１８が、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの注文仕立てのハードウェア装置として実施されてもよいことに留意されたい。その代わりに、プロセッサ１８が、適切にプログラムされた１つまたは複数の汎用処理ユニットまたはディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含んでもよい。どちらの代替案の実装も、十分に当業者の能力の範囲内である。
【００６０】
本発明の第１の実施形態によれば、ＧＰＳ受信機５は、図２の流れ図に示された方法を実施する。
【００６１】
ＲＦフロント・エンドは、アンテナ１０を介してＧＰＳ信号を受信する２１０。これらは、フィルタリングされ、ダウン・ミキシングされ２２０、その後、Ａ／Ｄ変換器１６によってサンプリングされる２３０。通常、生のＩＦデータは、約２００ｍｓの期間にわたってキャプチャされる。データの量を、たとえばビット分解能を減らすことによってまたは時間でのデシメーションによって減らしてもよい。
【００６２】
この実施形態では、サンプルがそれに従って処理されるモードは、衛星軌道データの可用性によって決定される。ステップ２４０では、プロセッサが、有効な衛星軌道データが受信機で使用可能であるかどうかをチェックする。ここで、有効な軌道データは、位置測定を計算するのに十分とすることのできるアルマナック・データまたはエフェメリス・データを指す。たとえば、３つの衛星のエフェメリス・データは、３つすべての衛星が可視であり、それらへの擬似距離を計算できる場合に、十分とすることができる（もちろん、処理のこの段階では、キャプチャされたＩＦサンプル内で、どの衛星が可視であるのかは、一般に未知である）。有効であるためには、エフェメリス・データまたはアルマナック・データは、適度に新鮮でもある必要がある。たとえば、エフェメリスは、通常、２時間までの間は有効と考えられる。しかし、近似推定値を作るために、より古いエフェメリスを使用して位置測定を計算することが、それでも可能であってもよい。
【００６３】
軌道情報が使用可能である場合には、プロセッサ１８は、通常の形でのＩＦ信号サンプルの処理に進む。これは、相関計算によって複数の衛星までの擬似距離を測定すること２５０を含む。これらの擬似距離と使用可能な軌道情報とを使用して、プロセッサは、次に、位置測定を計算する２６０。
【００６４】
その一方で、軌道データが受信機で使用可能ではない場合には、プロセッサは、サンプルの組をメモリ２０に格納する２７０。これは、これらのサンプルを破棄する既知のＧＰＳ受信機と対照的である。この実施形態によれば、サンプルは、軌道データが受信機で使用可能になるのをプロセッサが待っている２８０間に、メモリ２０内に保持される。そのような軌道データが使用可能になったときに、プロセッサ１８は、メモリからサンプルを取り出し２９０、通常通りにそれらの処理２５０、２６０に進む。
【００６５】
有効な衛星軌道データを、さまざまな形で受信機５に供給することができる。アルマナックとエフェメリスとを、従来のリアルタイム受信機に似て、衛星データ・メッセージから復号することができる。その代わりに、受信機５を、別々の通信リンク（図示せず）を介して配送されるエフェメリス・データとアルマナック・データとによって援助してもよい。たとえば、データを、無線インターネットまたはセル電話接続を介してデータベース・サーバから入手してもよい。本方法の１つの利点は、衛星軌道データがどのように供給されるかに関わりなく同一であり、軌道データが使用可能になる前に位置のレコードの作成を開始することが可能であることである。
【００６６】
受信機が軌道データを待つ２８０必要がある時間の長さは、変化する。一般に、供給される軌道データは、サンプルが格納される２７０時刻に正確には対応しない。この理由から、サンプルに関連するタイムスタンプを記録することが好ましく、このタイムスタンプは、サンプルが受信され、ディジタル化された近似時刻（内部リアルタイム・クロック２２による）を示す。次に、軌道データが使用可能になるときに、衛星の軌道パラメータを使用して、関連時刻の衛星のコンステレーションの位置を予測することができる。この予測は、時間的に順方向でも逆方向でもよい。衛星コンステレーションの構成の多少の知識を有することは、擬似距離を測定する２５０ときに、相関プロセスで衛星Ｃ／Ａ符号の探索に優先順位を付けるのを助ける。さらに、格納されたサンプルの粗い時刻推定値を有することは、後で、正確なタイミングと対応する正確な衛星位置とをより効率的に決定することを可能にする。
【００６７】
一般に、符号位相と擬似距離とを導出するときには、処理がＡ／Ｄ変換器１６による新しいサンプルの生成のレートから分離されるので、サンプルのすべての所与の組に対して探索空間全体をテストすることが可能である。
【００６８】
これから、図３を参照して、本発明の第２の実施形態による方法を説明する。
【００６９】
この実施形態では、ＧＰＳ信号を受信するステップ２１０と、フィルタリングし、ダウン・ミキシングするステップ２２０と、ＩＦ信号をサンプリングするステップ２３０とが、第１の実施形態と同一に実行される。しかし、第２の実施形態のプロセッサは、サンプルの各到着する組から擬似距離を即座に測定する２５０ａことを試みる。ＲＦフロント・エンド１２とＡ／Ｄ変換器１６とを、後段の処理が実行されている間に、電力消費を減らすために非活性化することができる。新しいサンプルがＡ／Ｄ変換器によって生成されてはいないので、可視衛星に関する網羅探索を、リアルタイムＧＰＳ処理パイプラインに通常は関連するレイテンシに対する制約を伴わずに実行する２５０ａことができる。すなわち、各衛星Ｃ／Ａ符号の相関関数を、位相シフトと周波数逸脱のすべての範囲にわたって評価することができる。
【００７０】
まず衛星を獲得する（ステップ２５０ａで）ことによって、第２実施形態のプロセッサは、ＩＦ信号サンプルの現在の組が現実味のある位置測定の計算をサポートすることの、より高い信頼を有する。擬似距離の測定２５０ａが失敗するか、不十分な個数の衛星を見つける場合には、ＲＦフロント・エンドとＡ／Ｄ変換器とを再活性化して、新鮮な信号をキャプチャすることができる。最終的に、十分な個数の衛星が獲得され、擬似距離が成功して計算される。
【００７１】
次に、プロセッサは、衛星軌道データが現在使用可能であるかどうかをチェックする２４０ａ。そうである場合には、プロセッサは、軌道データと測定された擬似距離とを使用して位置測定を計算する２６０。その一方で、有効な衛星軌道データが使用可能ではない場合には、測定された擬似距離が、メモリ２０に格納される２７５。擬似距離は、対応する生のＩＦデータ・サンプルより少量のメモリを占め、これが、第１の実施形態に対するこの実施形態の潜在的な利点である。
【００７２】
第１の実施形態と同様に、受信機は、軌道データが使用可能になるのを待つ２８０。使用可能になったときに、擬似距離がメモリから取り出され２９５、位置測定を計算するために処理される２６０。
【００７３】
上で説明した実施形態の両方で、受信機は、有効なアルマナック情報またはエフェメリス情報あるいはその両方が使用可能になるのを待つ２８０間に、動作し続けることができる。したがって、ＩＦ信号を継続的にまたは周期的にサンプリングする２３０ことができ、信号サンプルを、図２または図３の流れ図に従って処理することができる。有効な軌道情報が入手された後に、サンプルの新しい組が、自動的にリアルタイムで処理される（ステップ２４０または２４０ａでの肯定の決定に起因して）。以前にメモリに格納されたサンプル（または擬似距離）を、取り出し２９０（２９５）、プロセッサによって処理してもよいが、これは必須ではなく、以前にメモリに格納されたサンプル（または擬似距離）を、その代わりにメモリ内に保持してもよい。このオプションのメモリからの取出は、図２および３では破線のプロセス・ステップによって示される。データが、軌道データが使用可能になった後にメモリ内で保持される場合には、そのデータを後にプロセッサ１８によって処理するか、または、受信機からＰＣなどの外部装置にアップロードするかのいずれかを行ってもよい。この形で、既知のキャプチャ・アンド・プロセス受信機により似た動作を達成することができる。
【００７４】
本発明を、図面と前述の説明とで詳細に示し、説明したが、そのような図示および説明は、例証または例示的と考えられなければならず、制限的と考えられてはならず、本発明は、開示された実施形態に限定されない。
【００７５】
特筆すべきことに、第２の実施形態では、すべての擬似範囲を測定し、格納するのではなく、受信機が、符号位相を格納してもよい。これは、粗タイミング（データ・メッセージ内の位置）を確立するのに必要な追加処理を回避する。しかし、この場合に、符号位相が後に処理されるときに、粗タイミングの曖昧さを解決することを可能にするために、補足情報が必要になる。したがって、通常、ある他の情報を、符号位相と一緒に格納する必要がある。
【００７６】
粗タイミングは、さまざまな形で決定することができ、したがって、符号位相を増補するために格納すべきデータのタイプも、大きく変化し得る。最終的に、必要なものは、符号位相測定値が対応する瞬間の近似推定値と、この推定値を衛星クロックに関係付けるなんらかの形とである。次に、これが、データ・メッセージ内の位置を決定することを可能にする。近似時刻は、受信機の内部クロックと衛星クロックとの間の関係を曖昧さを解決するのに十分に正確に確立できるならば、受信機の内部クロックから決定することができる。したがって、一例では、内部クロックによって生成されるタイムスタンプを、測定された符号位相を補足するために格納することができる。衛星クロックとの関係は、衛星クロック情報を抽出するのに十分に長い信号サンプルのブロックを（局所タイムスタンプと一緒に）間欠的に格納することによって確立することができる。粗タイミングを決定する代替の形は、当業者に明白であろう。たとえば、粗タイミングを外挿するのに位置の粗推定値（符号位相が測定された時の）を使用することが可能であるはずである（タイミングが、すべての瞬間に受信機に関する衛星の相対位置に一意に関係付けられるので）。粗位置推定値を、ある外部ソースから使用可能とすることができ、あるいは、たとえば、衛星コンステレーションの観察されたドップラ・シフトから計算することができる。この形で、みかけの（観察された）衛星ブロードキャスト周波数を格納することを、格納された符号位相に関する適切な補足とすることもできる。
【００７７】
信号強度測定値は、相関ピークのタイミングに加えて、相関ピークの振幅をキャプチャするので、格納された符号位相情報または擬似距離情報に対する自然な補完物でもある。小振幅ピークは、漏話、誤検出、または多経路効果の証拠である可能性があり、したがって、信号強度データを使用して、符号位相データまたは擬似距離データを検証しまたは枝刈りすることができる。
【００７８】
もう１つの変形形態では、格納されたサンプルまたは符号位相データまたは擬似距離データが外部処理のためにアップロードされる場合には、受信機またはアップロードされるデータに関係する追加情報を格納し、アップロードすることが有益である場合がある。ＷＯ ２００５／０４５４５８に、格納されたデータ（サンプルまたは中間測定値）を処理する責任を負う外部装置にＧＰＳ受信機５によって補助情報をどのようにして出力できるかが記載されている。この補助情報は、外部装置（ＰＣなど）が受信機５の特定の特性または格納されたデータのフォーマットもしくは他の特性に適応することを可能にするメタデータを含むことができる。これは、インターオペラビリティを多様な範囲の受信機と信号処理ソフトウェアとの間で改善できるので、有用である。
【００７９】
ＷＯ ２００８／０６８７０４に、格納されたＧＰＳデータが外部装置に転送されるときに、受信機５に一意の識別符号をどのようにして含めることができるかが記載されている。これは、ＧＰＳ信号処理ソフトウェアのプロバイダが、ソフトウェアの各ライセンスを交付されたコピーが単一の受信機と共に使用されるのみであって、他の受信機と共に使用するためにコピーされないことを確実にすることを可能にする。
【００８０】
関連する開発で、ＷＯ ２００４／０５９３３７には、ＧＰＳ受信機５によって出力されたデータを、そのデータが許可されたまたは互換の信号処理ソフトウェアのみによって処理されることを確実にするためにどのように暗号化できるかが記載されている。
【００８１】
上で既に注記したように、擬似範囲または生のＩＦデータ・サンプルと共に格納すべき最も有用な情報の１つは、タイムスタンプである。タイムスタンプは、サンプルの複数の組がキャプチャされ、格納される（あるいは、キャプチャされ、擬似距離を測定するために処理され、擬似距離が格納される）場合に、特に有利に使用することができる。たとえば、以前に、ＷＯ ２００９／０００８４２は、ＩＦデータ・サンプルの別々にキャプチャされた組の相対タイミングを、すべての組を一緒に処理するときに効率を高めるためにどのように使用できるかを開示した。
【００８２】
ＷＯ ２００９／０００８４２の方法では、サンプルの各組は、当初にすばやく粗い処理、たとえば、短い積分時間を用いる衛星Ｃ／Ａ符号の相関関数探索を受ける。これは、比較的高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する強い衛星信号を検出する。次に、最も強い検出された信号を有するサンプルの組が、詳細に、たとえばより弱い衛星信号を検出するためのより長い積分区間を使用して、処理される。サンプルのこの組の処理が完了したときに、プロセッサは、所与の瞬間の受信機の位置を知り、その瞬間の正確な（衛星クロック）時刻を知る。その後、サンプルの他の組を、既知の時刻と位置とを基準として使用し、他の組の衛星クロック時刻を正確に予測するのにタイムスタンプの間の相対差を使用して、処理することができる。さらに、ドップラ・シフトの量などのパラメータは、経時的にゆっくり変化する可能性が高く、したがって、通常は適度に短い時間間隔にわたってキャプチャされたサンプルの組の間で相関される（ドップラ・シフトが、通常は衛星の動きと受信機ＬＯオフセットとによって支配され、この両方がゆっくり変化することに留意されたい）。この洞察を使用して、周波数次元ならびに位相シフトでの相関探索戦略によりよく優先順位を付けることができる。
【００８３】
ＷＯ ２００９／０００８４２は、すべての衛星によって送信されたデータ・メッセージの完全なコピーを使用して、他の形で可能であるはずものより短い持続時間のキャプチャ（サンプルの組）から擬似距離と位置測定とを計算することをどのようにして可能にすることができるのかも開示する。この技法を、さまざまな形で本発明と共に使用することができる。受信機がデータ・メッセージをリアルタイムで復号する場合には、最近の過去に復号されたすべてのデータ・ビットのレコードをメモリに格納することができる。これは、衛星軌道情報がまだ完全にはダウンロードされていないのでサンプルの組がメモリに格納２７０される時の情況に対処する。データ・メッセージの十分な個数のビットが復号され、軌道情報が抽出された後には、格納されたサンプルの短い（１００〜２００ｍｓ）組のパターンを復号されたデータ・メッセージと遡及的に一意に照合することが可能でなければならない。これは、擬似距離を決定することを可能にするために、タイミングの曖昧さを正確に解決する。
【００８４】
ＷＯ ２００６／０１８８０３は、単一のサンプルと一緒にタイムスタンプを格納する、１つの効率的で効果のある形を説明し、ＧＰＳ信号サンプルの小さい部分を、単純にタイムスタンプ・ビットによってメモリ内で上書き（置換）することができる。これは、タイムスタンプの別々のレコードの必要を回避するだけではなく、受信されたサンプルに対するタイムスタンプの正確な同期をも確実にする。サンプルのキャプチャされた組の小さい欠けている部分は、通常は、後段の処理ステップを劣化させない。
【００８５】
他の実施形態では、受信機５を、Ａ−ＧＰＳ（ａｓｓｉｓｔｅｄ ＧＰＳ）受信機としてもよく、このＡ−ＧＰＳ受信機は、アルマナック、エフェメリス、または潜在的にすべての衛星データ・メッセージ・レコードをアシスタンス・サーバから入手することができる。サーバは、固定ＧＰＳ受信機または全世界に散在する受信機のネットワークからこの情報を収集してもよい。これらの参照受信機のそれぞれは、復号された衛星データ・メッセージを中央データベースに報告する。代替案では、援助するデータを、モバイルＧＰＳ受信機のネットワークから動的に収集することができる。すなわち、各ＧＰＳ受信機は、衛星データ・メッセージのそれ自体の断片的な観察を中央サーバと共有する。サーバは、これらの観察を集約して、完全なレコードを形成し、この完全なレコードは、その後、すべての受信機によってアクセスされ得る。上で注記したように、データエイディング・サーバとの通信は、任意の便利な手段によるものとすることができるが、通常はある種類の無線データ接続を介する。
【００８６】
上で説明した第１および第２の実施形態では、モードは、有効な衛星軌道データの可用性に基づいて選択される。他の実施形態では、動作モードの選択を、他のインジケータに基づくものとしてもよい。たとえば、受信機５は、装置が外部電源に接続されるときに、リアルタイム（第１モード）でサンプルを処理してもよい。これは、ライブ位置計算に必要なエネルギ集中型の処理が、外部電源が存在するときに限って行われることを意味する。装置が内蔵バッテリ電力で動作しているときには、装置は、バッテリ寿命を延ばすために第２モードで動作する（位置測定を計算せずにサンプルまたは擬似距離を格納する）。
【００８７】
それに加えてまたはその代わりに、外部電源の検出を、メモリに格納された（装置が第２モードで動作していた間に）データの処理をトリガするのに使用することもできる。
【００８８】
軌道データの可用性は、一般に位置測定を計算するのに必須なので、電源への依存を、軌道データの可用性への依存と組み合わせてもよい。
【００８９】
さらなる実施形態では、モード選択を、全体的にまたは部分的にユーザ入力に応答して決定することができる。たとえば、受信機５は、リアルタイム動作（第１モード）をデフォルトとしてもよい。しかし、現在位置を記録するための「即時測定（ｉｍｍｅｄｉａｔｅ ｆｉｘ）」を、ユーザによって適切なユーザ・インターフェースを介して要求することができる。そのような即時測定が、有効な軌道データが使用不能であるときに明示的に要求される場合には、装置は、一時的に第２モードに切り替え、サンプルの組または導出された擬似距離を格納し、その結果、要求された位置を後に遡及的に計算できるようにする。
【００９０】
説明された方法のもう１つの潜在的に有用な変形形態は、位置測定が計算された後であってもデータ・サンプル（または、適宜、符号位相もしくは擬似距離）の格納を継続することである。すなわち、プロセッサは、生のサンプル（またはそれから作られた中間測定値）をメモリに格納することと、それと同時に位置を推定するためにそれらを処理することとの両方を行う。この手法は、衛星軌道情報が使用不能であるか、不完全であるか、誤りがあったことが後に発見される場合に対処する。たとえば、相対的に古いアルマナック・データが、テスト２４０（または２４０ａ）が評価されるときに使用可能な唯一の軌道情報である場合には、装置は、それでも、衛星がある可能性が高い場所の近似予測に基づいて位置測定を計算２６０すると同時に、サンプルを格納２７０（または擬似距離を格納２７５）してもよい。結果の位置推定値は、正確である可能性は低いが、それでも、ユーザにとって多少の価値を有する場合がある（特に、誤差の推定限界を示すことができる場合に）。その後、新鮮なエフェメリス・データが使用可能になる。格納されたデータを、更新された改善された品質の衛星軌道情報を考慮して再処理して、位置測定を改訂し、改善することができる。
【００９１】
名目上は古い衛星軌道データの質を、衛星の軌道を外挿するのにより高度な技法を使用することによって高めてもよい。たとえば、天体（地球、太陽、および月など）の運動と、相互作用と、重力的影響とのモデルを使用して、衛星軌道のよりよい推定値を生成してもよい。これは、エフェメリス情報とアルマナック情報とを通常の有効期間のはるかに外で使用することを可能にすることができる。
【００９２】
上の実施形態が、ＲＦ信号が中間周波数にダウン・ミキシングされるスーパーヘテロダイン受信機アーキテクチャを参照して説明されたことに留意されたい。もちろん、当業者は、同一の原理がダイレクト・コンバージョン受信機にもあてはまることを直ちに了解するであろう。確かに、そのような受信機は、単純に０の中間周波数を有すると考えることができる。
【００９３】
直ちに明白になるように、本発明は、位置推定値の計算には限定されない。もちろん、速度などの他のパラメータをさらに計算してもよい。たとえば、受信機の位置が既知になった後に、衛星測位信号のドップラ・シフトから速度を計算することが、よく知られている。
【００９４】
諸実施形態では、ＲＦフロント・エンドでの従来のフィルタリングに加えて、受信されたＧＰＳ信号のさらなるフィルタリングを、信号がサンプリングされた後に実行してもよい。たとえば、ＵＳ ２００８／０２４０３１５に、干渉抑制の方法および回路が記載されている。フィルタリングを、ＲＦフロント・エンドの一部またはベースバンド処理の一部とすることができる。この種類のディジタル・フィルタリングを、適応式としてもよい。すなわち、サンプリングされた信号を分析して、干渉が存在するかどうかを判定し、そうである場合に、干渉の特性（たとえば、周波数または電力）を測定してもよい。その後、ディジタル・フィルタリングを、干渉を最適に打ち消すか減衰させるために自動的に適応させることができる。より高いサンプル・レート（アナログ／ディジタル変換器によって出力される）でフィルタリングを実行し、その後、フィルタリングされた信号サンプルを格納しまたは処理する前に、それらをより低いレート（またはビット分解能あるいはその両方）にデシメートすることが、特に有益である場合がある。サンプルを格納しなければならない場合には、これは、ストレージの量とメモリ・インターフェースに対するスループット需要との両方を減らす。サンプルを即座に処理しなければならない場合には、デシメーションまたは分解能低下は、処理ハードウェアの電力消費または複雑さあるいはその両方を減らすことができる。しかし、前もってフィルタリングすることによって、結果の分解能を下げられた信号の品質が、より高くなる可能性が高い。
【００９５】
開示された実施形態に対する他の変形形態を、当業者によって、請求される発明を実践する際に、図面と、本開示と、添付の特許請求の範囲との調査から理解し、実施することができる。特許請求の範囲では、単語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」は、他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数を除外しない。単一のプロセッサまたは他のユニットが、特許請求の範囲に列挙された複数の項目の機能を満足してもよい。ある手段が相互に異なる従属請求項に列挙されるという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に使用することができないことを示すものではない。コンピュータ・プログラムを、他のハードウェアと一緒にまたはその一部として供給される光記憶媒体またはソリッド・ステート媒体などの適切な媒体に格納し／その上で配布してもよいが、インターネットまたは他の有線もしくは無線の遠隔通信システムを介するなど、他の形で配布してもよい。特許請求の範囲のすべての符号は、範囲を限定するものと解釈されてはならない。
【符号の説明】
【００９６】
５ ＧＰＳ受信機
１０ アンテナ
１２ ＲＦフロント・エンド
１４ 局所発振器
１６ アナログ／ディジタル変換器
１８ プロセッサ
２０ メモリ
２２ リアルタイム・クロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星測位信号を受信するＲＦフロント・エンドと、
信号サンプルを生成するために前記受信された信号をサンプリングするアナログ／ディジタル変換器と、
メモリと、
符号位相および擬似距離を導出し、位置測定を計算するために前記信号サンプルを処理するプロセッサと
を含む衛星測位受信機であって、
前記プロセッサは、前記位置測定を計算するために、前記サンプルが生成されるときに前記サンプルを処理するように動作可能である第１モードと、
後の処理のために前記サンプルまたは前記符号位相もしくは前記擬似距離を前記メモリに格納するように動作可能である第２モードと
を有する、衛星測位受信機。
【請求項２】
前記第１モードは、外部電源への前記受信機の接続に応答して選択される、請求項１に記載の衛星測位受信機。
【請求項３】
前記プロセッサは、
所定の品質の衛星軌道情報が前記受信機で使用可能であるかどうかを判定し、
そのような軌道情報が使用可能である場合には、前記第１モードを選択し、前記信号サンプルは、位置測定を計算するために処理され、
そのような軌道情報が使用不能である場合には、前記第２モードを選択し、前記サンプルは、後の処理のために前記メモリに格納される
ように適応される、請求項１に記載の衛星測位受信機。
【請求項４】
前記プロセッサは、所定の品質の衛星軌道情報が使用不能の期間の後に使用可能になるときに、
格納されたサンプルを前記メモリから取り出し、
前記衛星軌道情報に基づいて位置測定を計算するために前記サンプルを処理する
ようにさらに適応される、請求項３に記載の衛星測位受信機。
【請求項５】
前記アナログ／ディジタル変換器は、所定のサイズのサンプルの組を生成するために所定の間隔にわたって前記受信された信号をサンプリングするように動作可能であり、
前記プロセッサは、サンプルのすべてのさらなる組が処理される前に、前記位置測定を計算するためにサンプルの前記組を網羅的に処理するように適応される
請求項３または請求項４に記載の衛星測位受信機。
【請求項６】
前記プロセッサは、
符号位相データまたは擬似距離データを導出するために、前記サンプルが生成されるときに前記サンプルを処理し、
所定の品質の衛星軌道情報が前記受信機で使用可能であるかどうかを判定し、
そのような軌道情報が使用可能である場合に、前記第１モードを選択し、前記符号位相データまたは前記擬似距離データは、位置測定を計算するためにさらに処理され、
そのような軌道情報が使用不能である場合に、後の処理のために前記導出された符号位相データまたは前記導出された擬似距離データを前記メモリに格納する
ように適応される、請求項１に記載の衛星測位受信機。
【請求項７】
前記プロセッサは、所定の品質の衛星軌道情報が使用不能の期間の後に使用可能になるときに、
格納された符号位相データまたは擬似距離データを前記メモリから取り出し、
前記衛星軌道情報に基づいて、位置測定を計算するために前記符号位相データまたは前記擬似距離データを処理する
ようにさらに適応される、請求項６に記載の衛星測位受信機。
【請求項８】
前記プロセッサは、前記符号位相データまたは前記擬似距離データを導出するために前記サンプルを処理している間に前記ＲＦフロント・エンドまたは前記アナログ／ディジタル変換器あるいはその両方を非活性化するように適応される、請求項６または請求項７に記載の衛星測位受信機。
【請求項９】
前記アナログ／ディジタル変換器は、所定のサイズのサンプルの組を生成するために、所定の間隔にわたって前記受信された信号をサンプリングするように動作可能であり、
前記プロセッサは、サンプルのすべてのさらなる組が処理される前に、前記符号位相データまたは前記擬似距離データを導出するためにサンプルの前記組を網羅的に処理するように適応される
請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の衛星測位受信機。
【請求項１０】
前記プロセッサは、外部電源が検出されるときに限って、前記格納されたサンプルまたは前記格納された符号位相データもしくは前記格納された擬似距離データを前記メモリから取り出し、処理するようにさらに適応される、請求項４または請求項７に記載の衛星測位受信機。
【請求項１１】
前記プロセッサは、前記第２モードで、前記格納されたサンプルまたは符号位相データもしくは擬似距離データに関連するタイムスタンプを前記メモリに格納するようにさらに適応される、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の衛星測位受信機。
【請求項１２】
前記プロセッサは、
サンプルまたは符号位相データもしくは擬似距離データが位置測定を計算するために処理された後に、前記サンプルまたは前記符号位相データもしくは前記擬似距離データを前記メモリに格納し、
よりよい品質の衛星軌道情報が使用可能になるときに、前記格納されたサンプルまたは前記格納された符号位相データもしくは前記格納された擬似距離データを前記メモリから取り出し、
前記よりよい品質の衛星軌道情報に基づいて、改訂された位置測定を計算するために前記格納されたサンプルまたは前記格納された符号位相データもしくは前記格納された擬似距離データを再処理する
ようにさらに適応される、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の衛星測位受信機。
【請求項１３】
衛星測位受信機が、前記衛星測位受信機で受信され、信号サンプルを生成するためにサンプリングされる衛星測位信号を処理する方法であって、
所定の品質の衛星軌道情報が前記受信機で使用可能であるかどうかを判定することと、
そのような軌道情報が使用可能である場合に、位置測定を計算するために、前記信号サンプルが生成されるときに前記信号サンプルを処理することと、
そのような軌道情報が使用不能である場合に、後の処理のために前記信号サンプルをメモリに格納することと
を含む方法。
【請求項１４】
衛星測位受信機が、前記衛星測位受信機で受信され、信号サンプルを生成するためにサンプリングされる衛星測位信号を処理する方法であって、
符号位相データまたは擬似距離データを導出するために、前記サンプルが生成されるときに前記サンプルを処理することと、
十分な品質の衛星軌道情報が前記受信機で使用可能であるかどうかを判定することと、
そのような軌道情報が使用可能である場合に、位置測定を計算するために、前記符号位相データまたは前記擬似距離データをさらに処理することと、
そのような軌道情報が使用不能である場合に、後の処理のために前記符号位相データまたは前記擬似距離データをメモリに格納することと
を含む方法。
【請求項１５】
コンピュータ・プログラムであって、当該プログラムがコンピュータ上で実行されるときに、請求項１３または請求項１４に記載のすべてのステップを実行するように適応されたコンピュータ・プログラム・コード手段を含むコンピュータ・プログラム。
【請求項１】
衛星測位信号を受信するＲＦフロント・エンドと、
信号サンプルを生成するために前記受信された信号をサンプリングするアナログ／ディジタル変換器と、
メモリと、
符号位相および擬似距離を導出し、位置測定を計算するために前記信号サンプルを処理するプロセッサと
を含む衛星測位受信機であって、
前記プロセッサは、前記位置測定を計算するために、前記サンプルが生成されるときに前記サンプルを処理するように動作可能である第１モードと、
後の処理のために前記サンプルまたは前記符号位相もしくは前記擬似距離を前記メモリに格納するように動作可能である第２モードと
を有する、衛星測位受信機。
【請求項２】
前記第１モードは、外部電源への前記受信機の接続に応答して選択される、請求項１に記載の衛星測位受信機。
【請求項３】
前記プロセッサは、
所定の品質の衛星軌道情報が前記受信機で使用可能であるかどうかを判定し、
そのような軌道情報が使用可能である場合には、前記第１モードを選択し、前記信号サンプルは、位置測定を計算するために処理され、
そのような軌道情報が使用不能である場合には、前記第２モードを選択し、前記サンプルは、後の処理のために前記メモリに格納される
ように適応される、請求項１に記載の衛星測位受信機。
【請求項４】
前記プロセッサは、所定の品質の衛星軌道情報が使用不能の期間の後に使用可能になるときに、
格納されたサンプルを前記メモリから取り出し、
前記衛星軌道情報に基づいて位置測定を計算するために前記サンプルを処理する
ようにさらに適応される、請求項３に記載の衛星測位受信機。
【請求項５】
前記アナログ／ディジタル変換器は、所定のサイズのサンプルの組を生成するために所定の間隔にわたって前記受信された信号をサンプリングするように動作可能であり、
前記プロセッサは、サンプルのすべてのさらなる組が処理される前に、前記位置測定を計算するためにサンプルの前記組を網羅的に処理するように適応される
請求項３または請求項４に記載の衛星測位受信機。
【請求項６】
前記プロセッサは、
符号位相データまたは擬似距離データを導出するために、前記サンプルが生成されるときに前記サンプルを処理し、
所定の品質の衛星軌道情報が前記受信機で使用可能であるかどうかを判定し、
そのような軌道情報が使用可能である場合に、前記第１モードを選択し、前記符号位相データまたは前記擬似距離データは、位置測定を計算するためにさらに処理され、
そのような軌道情報が使用不能である場合に、後の処理のために前記導出された符号位相データまたは前記導出された擬似距離データを前記メモリに格納する
ように適応される、請求項１に記載の衛星測位受信機。
【請求項７】
前記プロセッサは、所定の品質の衛星軌道情報が使用不能の期間の後に使用可能になるときに、
格納された符号位相データまたは擬似距離データを前記メモリから取り出し、
前記衛星軌道情報に基づいて、位置測定を計算するために前記符号位相データまたは前記擬似距離データを処理する
ようにさらに適応される、請求項６に記載の衛星測位受信機。
【請求項８】
前記プロセッサは、前記符号位相データまたは前記擬似距離データを導出するために前記サンプルを処理している間に前記ＲＦフロント・エンドまたは前記アナログ／ディジタル変換器あるいはその両方を非活性化するように適応される、請求項６または請求項７に記載の衛星測位受信機。
【請求項９】
前記アナログ／ディジタル変換器は、所定のサイズのサンプルの組を生成するために、所定の間隔にわたって前記受信された信号をサンプリングするように動作可能であり、
前記プロセッサは、サンプルのすべてのさらなる組が処理される前に、前記符号位相データまたは前記擬似距離データを導出するためにサンプルの前記組を網羅的に処理するように適応される
請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の衛星測位受信機。
【請求項１０】
前記プロセッサは、外部電源が検出されるときに限って、前記格納されたサンプルまたは前記格納された符号位相データもしくは前記格納された擬似距離データを前記メモリから取り出し、処理するようにさらに適応される、請求項４または請求項７に記載の衛星測位受信機。
【請求項１１】
前記プロセッサは、前記第２モードで、前記格納されたサンプルまたは符号位相データもしくは擬似距離データに関連するタイムスタンプを前記メモリに格納するようにさらに適応される、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の衛星測位受信機。
【請求項１２】
前記プロセッサは、
サンプルまたは符号位相データもしくは擬似距離データが位置測定を計算するために処理された後に、前記サンプルまたは前記符号位相データもしくは前記擬似距離データを前記メモリに格納し、
よりよい品質の衛星軌道情報が使用可能になるときに、前記格納されたサンプルまたは前記格納された符号位相データもしくは前記格納された擬似距離データを前記メモリから取り出し、
前記よりよい品質の衛星軌道情報に基づいて、改訂された位置測定を計算するために前記格納されたサンプルまたは前記格納された符号位相データもしくは前記格納された擬似距離データを再処理する
ようにさらに適応される、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の衛星測位受信機。
【請求項１３】
衛星測位受信機が、前記衛星測位受信機で受信され、信号サンプルを生成するためにサンプリングされる衛星測位信号を処理する方法であって、
所定の品質の衛星軌道情報が前記受信機で使用可能であるかどうかを判定することと、
そのような軌道情報が使用可能である場合に、位置測定を計算するために、前記信号サンプルが生成されるときに前記信号サンプルを処理することと、
そのような軌道情報が使用不能である場合に、後の処理のために前記信号サンプルをメモリに格納することと
を含む方法。
【請求項１４】
衛星測位受信機が、前記衛星測位受信機で受信され、信号サンプルを生成するためにサンプリングされる衛星測位信号を処理する方法であって、
符号位相データまたは擬似距離データを導出するために、前記サンプルが生成されるときに前記サンプルを処理することと、
十分な品質の衛星軌道情報が前記受信機で使用可能であるかどうかを判定することと、
そのような軌道情報が使用可能である場合に、位置測定を計算するために、前記符号位相データまたは前記擬似距離データをさらに処理することと、
そのような軌道情報が使用不能である場合に、後の処理のために前記符号位相データまたは前記擬似距離データをメモリに格納することと
を含む方法。
【請求項１５】
コンピュータ・プログラムであって、当該プログラムがコンピュータ上で実行されるときに、請求項１３または請求項１４に記載のすべてのステップを実行するように適応されたコンピュータ・プログラム・コード手段を含むコンピュータ・プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１２８１５６（Ｐ２０１１−１２８１５６Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８０４５５（Ｐ２０１０−２８０４５５）
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（５１０１１２６７１）ユー‐ブロックス、アクチエンゲゼルシャフト (15)
【氏名又は名称原語表記】Ｕ−ＢＬＯＸ Ａ．Ｇ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（５１０１１２６７１）ユー‐ブロックス、アクチエンゲゼルシャフト (15)
【氏名又は名称原語表記】Ｕ−ＢＬＯＸ Ａ．Ｇ．
【Ｆターム（参考）】
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