多周波ＧＮＳＳ受信装置
【課題】
第１の衛星の第１の信号形式に対して測位用擬似距離が得られないときでも、第１の衛星の第２の信号形式または第２の衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式の測位信号を利用して測位用擬似距離を得ることにより、効率且つ有効的な測位演算を行う多周波ＧＮＳＳ受信装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
第１の衛星の第１の信号形式の測位信号から測位用擬似距離が得られない場合、得られた擬似距離を所定の距離未満の擬似距離の下位部を求めると共に、該衛星の信号形式または他の衛星の測位信号から得た上位部と統合することにより測位用擬似距離を生成する
第１の衛星の第１の信号形式に対して測位用擬似距離が得られないときでも、第１の衛星の第２の信号形式または第２の衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式の測位信号を利用して測位用擬似距離を得ることにより、効率且つ有効的な測位演算を行う多周波ＧＮＳＳ受信装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
第１の衛星の第１の信号形式の測位信号から測位用擬似距離が得られない場合、得られた擬似距離を所定の距離未満の擬似距離の下位部を求めると共に、該衛星の信号形式または他の衛星の測位信号から得た上位部と統合することにより測位用擬似距離を生成する
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星から送信された複数の信号形式の測位信号を受信して、位置を求める測位装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳの近代化により、従来のL5帯のL1-C/A信号に加え、L2帯のL2C信号やL5帯のL5信号を同一の衛星から放送することが計画されている。同一の衛星から複数の周波数帯域で多種の変調形式の信号が放送される場合、複数の信号形式の測位信号を利用することが計算処理、精度および早期測位で有効となる。
【０００３】
ＧＰＳ L1-C/A信号は、繰返し周期1msecのC/A拡散コードとビットレート５０bpsの航法メッセージで位相変調されている。航法メッセージは１５００ビットのフレームを５つのサブフレームに分割して送信しているため、３００ビットの各サブフレームの先頭は6secごとに到来する。L1-C/A信号の場合、サブフレームの航法メッセージのビット周期は２０msecであり、この期間でC/Aコードは２０回繰り返される。
【０００４】
ＧＰＳ L2C信号は、航法メッセージが重畳されたデータチャンネルL2CM信号と、航法メッセージのないパイロットチャンネルL2CL信号とが時分割で送信される。L2CM信号は周期20msecの拡散コードと、ビットレート２５ｂｐｓ（シンボルレート５０sps)の航法メッセージで変調されている。航法メッセージは３００ビット（６００シンボル）のサブフレームで構成され、ビット周期４０msec(シンボル周期２０msec)であるから、各サブフレームの先頭は１２secごとに到来する。また、L2CL信号は周期１．５secの拡散コードで変調されている。
【０００５】
ＧＰＳ Ｌ５信号は、データチャンネル信号Ｌ５Ｉ信号と、パイロットチャンネル信号Ｌ５Ｑ信号が直交する構成となっている。Ｌ５Ｉ信号は、繰返し周期１msecのＩ５拡散コードと、ビットレート１Kbpsの10ビットのNH10コードで変調され、さらに５０bps（シンボルレート１００sps）の航法メッセージで変調されている。NH10コードの繰り返し周期は１０msecであり、航法メーッセージのビット周期は２０msecである。航法メッセージは３００ビット（６００シンボル）のサブフレームで構成され、ビット周期２０msec(シンボル周期１０msec)であるから、各サブフレームの先頭は６secごとに到来する。
【０００６】
Ｌ５Ｑ信号は、繰返し周期1msecのＬ５Ｑ拡散コードで変調され、さらにビットレート1msecの２０ビットのNH20コードで変調されている。NH20コードの繰り返し周期は２０msecである。
【０００７】
ＧＮＳＳの測位の基本概念は、特許文献１や特許文献２に記述されているとおり、衛星の測位信号の送信時刻と受信機の受信時刻を知ることで衛星と受信機間の擬似距離を算出できる。受信時刻は拡散コードとレプリカコードの相関値のピーク位置を受信機クロック計測することで得られる。送信時刻はサブフレームに含まれるＨＯＷワード情報と、サブフレームの先頭ビット時刻から相関ピーク位置までの経過時間を知ることで得られる。このためには、拡散コード同期後に、航法メッセージのビット同期（以下、ビット同期と呼ぶ）を行い、最後にサブフレーム同期（以下、フレーム同期と呼ぶ）の処理を必要とする。
【０００８】
L1-C/A信号の場合を例にとって、送信時刻を算出する方法を図４を参照して説明する。図４において、サブフレームに同期し、ＨＯＷワードを復調すると、ＧＰＳ時刻におけるサブフレーム先頭ビットの送信時刻Thowが分かる。Tcorは受信機クロックで計測したコード相関のピーク位置の時刻であり、該ピーク位置はm+1番目の航法メッセージのビット期間中にあるものとする。
【０００９】
サブフレーム、航法メッセージのビットおよびC/Aコードはそれぞれ同期しているから、時刻Thowからコード相関のピーク位置までの経過時間のうち、２０msecの整数倍の時間Tbitはビット同期後にビット数を計数することで分かる。２０msecの端数はC/Aコードの繰り返し数を計数することで1msecの整数倍の時間Tcodeが分かる。そして、1msec未満の時間TchpはC/Aコードの相関処理で分かる。
【００１０】
この結果、送信時刻TtrnはThow+Tbit+Tcode+Tchpで算出できる。受信時刻Tcorと送信時刻Ttrnより、擬似距離は(Tcor-Ttrn)×光速で計算できる。なお、Tcorは受信機クロックで計測されるからＧＰＳ時刻と同期が取れていないためにＧＰＳ時刻からオフセットしている。この受信クロックオフセットは、航法演算処理において、受信機位置および速度と共に推定される。
【００１１】
以上はL1-C/A信号の場合について説明であるが、他の信号形式（L2CM信号、Ｌ５Ｉ信号）においても、同様の考え方で擬似距離が算出できる。しかし、いずれの信号形式においても、フレーム同期により、送信時刻Ttrnが求まらないと測位に供する擬似距離（以下、これを測位用擬似距離と呼ぶ）が求まらないから、測位演算を開始することができない。
【００１２】
通常の受信機において、受信電波が強い場合、フレーム同期は取れるが、受信電波が弱い場合は、コード同期は取れるが、ビット同期、フレーム同期が取れないことがある。この場合、フレーム同期が取れない限り、Thowが未知であるから測位用擬似距離が得られず測位計算ができない。
【００１３】
また、フレーム同期は取れたとしても、サブフレーム周期は６secであるために、ＨＯＷワードを復調するまでに少なくとも６sec以上を要し、測位結果を得るまでに時間がかかる。前記の特許文献１、特許文献２はこれらの欠点を克服するために、ビット同期、フレーム同期することなしに、コード同期で得られる擬似距離情報から測位を行うための技法を提示している。
【００１４】
【特許文献１】米国特許第7,064,709号
【特許文献２】特開2001-59864
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１の技法はコード同期のみで測位できるが、最低５個の衛星を必要とする。特に、受信電波が弱い環境下において５個の衛星を必要とすることは厳しい制約となる。特許文献２の技法は拡散コード周期または航法メッセージのビット遷移タイミングの時刻を、ＧＰＳ受信機の時計から計測する方法であるために、拡散コード周期の境目を計測する場合、受信機クロックは０．５msec以下の精度で計測することを必要とする。この要件は、特に安価な汎用受信機を提供する上で厳しい制約となる。
【００１６】
前記特許文献１および特許文献２を含め公知の技法では、第１の衛星の第１の信号形式でフレーム同期が取れない場合、その衛星のその信号形式に対する擬似距離を算出することを諦めて、他の衛星の前記第１の信号形式に対する擬似距離を求めるようにしている。この場合、測位用擬似距離の観測数が減ることによる損失を被るか、場合によって測位できないことになる。
【００１７】
また、従来の受信機では、航法メッセージが重畳されていないパイロットチャンネル信号は測位用擬似距離を求めることができないために、測位用擬似距離を得るために利用していない。
【００１８】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、データチャンネルのみならずパイロットチャンネルを含む複数の信号形式の測位信号を利用することにより、第１の衛星の第１の信号形式に対して測位用擬似距離が得られないときでも、他の信号形式または他の衛星のある信号形式の測位信号を利用して測位用擬似距離を得ることにより、効率且つ有効的な測位演算を行う多周波ＧＮＳＳ受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記課題を解決するために、本発明は同一の衛星から送信される複数の信号形式の測位信号を受信し、少なくとも位置を出力する多周波ＧＮＳＳ受信装置において、前記複数の信号形式の測位信号に含まれる拡散コードに同期処理を行うコード同期部と、前記信号形式の測位信号に含まれる航法メッセージのビットに同期処理を行うビット同期部と、前記航法メッセージのフレームに同期処理を行うフレーム同期部と、前記コード同期部、前記ビット同期部および前記フレーム同期部から得た擬似距離情報に基づいて、測位用擬似距離を得るように調整する擬似距離調整部と、前記擬似距離調整部から得た測位用擬似距離に基づいて測位演算を行う測位演算部とを備え、
前記擬似距離調整部は、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対する擬似距離がフレーム同期部から得られた測位用擬似距離でない場合、前記擬似距離から所定の距離未満の下位部を求めると共に、前記第１の衛星の第２のデータチャンネル信号形式の測位信号に対する測位用擬似距離から前記所定の距離以上の上位部とを求め、該上位部と前記下位部との合成を前記第１の信号形式に対する測位用擬似距離とすることを特徴とする。
【００２０】
前記所定の距離は、使用する複数の信号形式の測位信号のうちで、最も短い拡散コードの周期に相当する距離とすることを特徴とする。所定の距離を最も同期確率が高い拡散コードの周期にすることによって、常に最も短い拡散コードの周期に相当する擬似距離情報が得られ、これを測位に利用することが可能となる。
【００２１】
また、本発明は、同一の衛星から送信される複数の信号形式の測位信号を受信し、少なくとも位置を出力する多周波ＧＮＳＳ受信装置において、前記複数の信号形式の測位信号に含まれる拡散コードに同期処理を行うコード同期部と、前記信号形式の測位信号に含まれる航法メッセージのビットに同期処理を行うビット同期部と、前記航法メッセージのフレームに同期処理を行うフレーム同期部と、前記コード同期部、前記ビット同期部および前記フレーム同期部から得た擬似距離情報に基づいて、測位用擬似距離を得るように調整する擬似距離調整部と、前記擬似距離調整部から得た測位用擬似距離に基づいて測位演算を行う測位演算部とを備え、
前記擬似距離調整部は、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対する擬似距離がフレーム同期部から得た測位用擬似距離でない場合、前記擬似距離から所定の距離未満の下位部を求めると共に、第２衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式の測位信号に対する測位用擬似距離から前記所定の距離以上の上位部とを求め、該上位部と前記下位部との合成を前記第１の信号形式に対する測位用擬似距離とすることを特徴とする。これにより、多周波、多信号形式の擬似距離のあいまいさ統一を簡便に行うことができる。
【００２２】
この結果、第１の衛星の第１の信号形式に対して測位用擬似距離が得られないときでも、第２の衛星のデータチャンネル信号形式の測位信号を利用して測位用擬似距離を得ることにより、効率且つ有効的な測位演算を行なえるようになる。
【００２３】
また、本発明は、第１の衛星の第１の信号形式はデータチャンネルまたはパイロットチャンネルのいずれでもよいことを特徴とする。この結果、データチャンネル信号形式の拡散コードに比べて、より高い拡散コードの相関利得が期待でき、測位精度および性能面で利がある。また、少なくともフレーム同期処理は削除できるから、測位信号の追尾制御処理負荷が軽減ができるのみならず、フレーム同期処理処理に要する時間を待たずして測位演算が可能となる。
【００２４】
また、本発明は、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対する擬似距離がフレーム同期部から得た測位用擬似距離でない場合において、第２衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式の測位信号に対する測位用擬似距離から所定の距離以上の上位部を求める場合、該所定の距離は、２０msec相当の距離とすることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対する擬似距離がフレーム同期部から得た測位用擬似距離でない場合において、第２衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式の測位信号に対する測位用擬似距離から所定の距離以上の上位部を求める場合、該所定の距離は、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号のコード同期またはビット同期によって得られる擬似距離に、測位に供する各衛星と受信機間の幾何学的距離の最大距離偏差が含まれるか否かに基づいて決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対して所定の距離未満の下位部しか得られない場合、測位用擬似距離の所定の時間以上の上位部は、第１の衛星の第２の信号形式、または第２の衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式の測位信号から得ることにより、測位用擬似距離の観測数の欠損の防止、または観測数の増加を図ることができる。この結果、測位率および測位精度の向上が期待できる。
【００２７】
また、本発明によれば、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対して所定の距離未満の下位部しか得られない場合、測位用擬似距離の所定の時間以上の上位部は、第１の衛星の第２の信号形式、または第２の衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式の測位信号から得ることにより、複数の周波数の信号形式の測位信号において独自に測位演算ができる機会が増す。この結果、測位精度の向上が期待できる。
【００２８】
例えば、測位に供する衛星が４個の場合、Ｌ２周波数帯の信号形式に対しては４個の測位用擬似距離が得られるが、Ｌ１周波数帯では３個の測位用擬似距離しか得られないとき、Ｌ１周波数帯で不足した測位用擬似距離の上位部をＬ２周波数帯で得られた測位用擬似距離の上位部で補完することにより、Ｌ１周波数帯で４個の測位用擬似距離が得られる。
【００２９】
また、本発明によれば、複数の周波数の信号形式の測位信号において独自に測位演算を行う場合、一方の周波数帯の信号形式で擬似距離の下位部のみ得るようにし、測位用擬似距離の上位部は他方の周波数帯の信号形式から得ることにより、下位部を得た周波数帯の信号形式では、ビット同期またはフレーム同期処理を省略できるため、処理負荷の軽減と共に処理時間の短縮が図れる。
【００３０】
また、本発明によると、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対して所定の距離未満の擬似距離の下位部のみ決定すればよいから、該第１の信号形式はデータチャンネルに限定されるものではなく、パイロットチャンネルの信号形式も使用できる。この結果、測位用擬似距離の観測数の欠損の防止、または観測数の増加ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態１に係る多周波ＧＮＳＳ受信装置について図１および図２を参照しながら説明する。なお、以下ではＧＰＳシステムについて説明するが、本発明はGALILEOシステムにおけるＥ１、Ｅ５、Ｅ６などの複数の信号形式に対しても本発明技法は適用できる。
【００３２】
図１は、本発明における多周波ＧＮＳＳ受信装置のベースバンド処理を説明する基本構成図であり、キャリアおよび拡散コードの同期を行うキャリア/コード同期部１０、キャリア/コード同期制御部１１、キャリアおよび拡散コードのレプリカを生成するレプリカ生成部１２、航法メッセージのビットの同期を行うビット同期部１３、航法メッセージのフレーム同期を行うフレーム同期部１４、測位に必要な擬似距離を得るために調整する擬似距離調整部１５、測位演算を行う測位演算部１６などから構成される。
【００３３】
キャリア/コード同期部１０に入力される測位信号は、アンテナ（図示なし）で受信したＬ１周波数帯、Ｌ２周波数帯およびＬ５周波数帯などの複数の測位信号をそれぞれ、中間周波数に変換し、Ａ／Ｄ変換された信号である。擬似距離調整部１５と測位演算部１６以外の各処理部は、複数の測位信号に対して、それぞれ個別に設けるか、または共通として各周波数帯で切り替えて使用してもよい。
【００３４】
キャリア同期およびコードの同期は、キャリア/コード同期部１０、キャリア/コード同期制御部１１、およびレプリカ生成部１２において、公知の方法で独自に行われる。すなわち、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siの測位信号と、レプリカ生成部１２で生成されたキャリアのレプリカおよびコードのレプリカ信号はキャリア/コード同期部１０に入力され、ここで夫々、キャリア相関およびコード相関処理される。
【００３５】
キャリア/コード同期制御部１１は、キャリア/コード同期部１０の出力に基づいて、キャリア同期誤差およびコード同期誤差をそれぞれ生成し、該キャリアおよびコードの同期誤差をレプリカ生成部１２に負帰還する。
【００３６】
通常、キャリア同期はＰＬＬ追尾ループによって、またコード同期はＤＬＬ追尾ループで制御される。キャリア/コード同期制御部１１は、コードの同期が完了すると、ビット同期部１３にコード同期完了信号を送出すると共に、擬似距離調整部１５にコード位相（相関ピーク位置）情報を送出する。
【００３７】
ビット同期部１３は、キャリア/コード同期制御部１１からコード同期完了信号を受信すると、キャリア/コード同期部１０の出力に含まれるビット列信号に同期するビット同期処理を開始する。ビット同期部１３は、該ビット同期が完了すると、フレーム同期部１４にビット同期完了信号を送出すると共に、擬似距離調整部１５にビットタイミング情報を送出する。
【００３８】
フレーム同期部１４は、ビット同期部１３からのビット同期完了信号を受信すると、サブフレーム同期の処理を開始しする。フレーム同期部１４は、サブフレーム同期が完了するとサブフレーム先頭位置情報およびＨＯＷワード情報を擬似距離調整部１５に送出する。ここで、ＨＯＷワード情報は削除できるかもしれない。
【００３９】
擬似距離調整部１５は、コード位相情報、ビットタイミング情報、および少なくともサブフレーム先頭位置情報に基づいて、公知の方法で測位用擬似距離を算出し、保持する。しかし、ビット同期までは取れているが、フレーム同期が取れないために、測位用擬似距離が算出できない場合がある。
【００４０】
例えば、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siの測位信号において、測位用擬似距離が算出できない場合、ビットタイミング情報とコード位相情報に基づいて、ビット周期未満の擬似距離（以下、ビット同期擬似距離と呼ぶ）を求める。そして、該ビット同期擬似距離を所定の距離以上の上位部と、所定の距離未満の下位部に分離する。所定の距離未満の下位部と、該下位部の算出に係る衛星番号および信号形式情報とは、擬似距離調整部１５に保持される。
【００４１】
ここで、所定の距離とは、使用したい複数の信号形式の測位信号の中で最小周期の拡散コード周期に相当する距離とする。例えば、使用したい信号形式にＬ１-Ｃ/A信号形式を含む場合は、所定の距離は光速×１msecの距離となる。
【００４２】
また、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siの測位信号において、コード同期しか得られない場合は、拡散コード周期に相当する距離未満の擬似距離（以下、コード同期擬似距離と呼ぶ）しか得られない。この場合、擬似距離調整部１５は、所定の距離未満の下位部としてコード同期擬似距離を求め、該下位部と、該下位部の算出に係る衛星番号および信号形式情報と共に保持する。
【００４３】
擬似距離調整部１５は、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siで測位用擬似距離が得られない場合、第１の衛星Ｖの第２の信号形式Sjに対して得た測位用擬似距離から、所定の距離以上の上位部を求める。そして、第２の信号形式Sjで求めた上位部と、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siで求めた下位部との和を第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siに対する測位用擬似距離として測位演算部１６に送出する。
【００４４】
次に、実施の形態１における擬似距離調整部１５の具体的な処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００４５】
ステップ１において、測位に供する第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siの擬似距離ＰＲ(V,Si)を求める。ここで、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siはデータチャンネルに限定されるものではなく、パイロットチャンネルの信号形式でもよい。なおここで、データチャンネルの場合において、データチャンネル信号形式Siのビット同期またはフレーム同期処理を故意に省略し、コード同期擬似距離のみを求めるようにしてもよい。
【００４６】
これにより、例えば、Ｌ１とＬ２の周波数の信号形式の測位信号において、それぞれ独立に測位演算を行う場合、一方の信号形式の測位信号のビット同期およびフレーム同期処理が省略でき、処理時間の短縮できる。
【００４７】
ステップ２において、コード同期擬似距離、ビット同期擬似距離または測位用擬似距離のいずれかの擬似距離ＰＲ(V,Si)を所定の距離以上の上位部ＰＲ(Ｖ, Si)_Uと所定の距離未満の下位部ＰＲ(V,Si)_Lの成分に分離し、保持する。なお、図２には示していないが、所定の距離未満の下位部が得られない場合は以下のステップは終了までジャンプし、次の衛星についてステップ１以降の処理を行う。
【００４８】
ステップ３において、ステップ２で得られた上位部ＰＲ(Ｖ, Si)_Uが測位用擬似距離から得られたか否かを判定する。上位部ＰＲ(Ｖ, Si)_Uが測位用擬似距離から得らている場合、ステップ４において、上位部ＰＲ(Ｖ, Si)_U＋下位部ＰＲ(V,Si)_Lを測位用擬似距離として、測位演算部１６に送出する。測位用擬似距離による上位部でない場合、ステップ５において、第１の衛星Ｖの第２の信号形式Sjに対する擬似距離ＰＲ(Ｖ, Sｊ)を求める。ここで、Sjはデータチャンネルであればいずれの信号形式でもよい。
【００４９】
ステップ６において、擬似距離ＰＲ(Ｖ, Sｊ)がフレーム同期後の擬似距離、すなわち測位用擬似距離か否かを判定する。擬似距離ＰＲ(Ｖ, Sｊ)が測位用擬似距離ならば、ステップ７において、該測位用擬似距離ＰＲ(V,Sj)から所定の距離以上の上位部ＰＲ(Ｖ, Sj)_Uを求める。そして、信号形式Sjで得られた擬似距離上位部ＰＲ(Ｖ，Sj)_Uと、信号形式Siで得られた擬似距離下位部ＰＲ(V,Si)_Lとの和を第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siに対する測位用擬似距離として測位演算部１６に送出する。
【００５０】
ステップ６において、擬似距離ＰＲ(Ｖ, Sｊ)が測位用擬似距離が得られない場合は、ステップ５に戻り、衛星Ｖの可能な他の信号形式について擬似距離を求める。もし、いずれのデータチャンネルの信号形式でもフレーム同期擬似距離が得られない場合は、衛星Ｖに関する擬似距離を得るための調整処理を終了する。ステップ１からステップ７の処理は少なくとも測位に必要な衛星数の各衛星について繰り返す。
【００５１】
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態１に係る多周波ＧＮＳＳ受信装置について説明する。実施の形態１が、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号で測位用擬似距離が得られない場合、第１の衛星の第２のデータチャンネルの信号形式の測位信号を利用して測位用擬似距離を得る形態であった。
【００５２】
これに対して、実施の形態２は、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号で測位用擬似距離が得られない場合、第２の衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式の測位信号を利用して、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対する測位用擬似距離を得る技法である。なお、第２の衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式は、例えば、GALILEOシステムの衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式に対しても適用できる。
【００５３】
実施の形態2は以下の根拠に基づいている。いずれの衛星においても、衛星と、概ね地球表面近傍に位置する受信機間の幾何学的距離の差は時間換算で２０msec以内であるから、擬似距離の下位部と下位部を２０msec相当の所定の距離で分離すると、どの衛星に対しても上位部は同じ距離（２０msecの整数倍相当の距離）である。このことは、擬似距離上位部は異なる衛星の信号形式から得たもので代用できることを意味する。
【００５４】
なお、測位に供する衛星によって受信機と衛星間の幾何学的距離は変るから、実施の形態2における所定の距離は２０msec相当の距離に限定するものではない。原理的には、所定の距離は、測位に供する各衛星と受信機間の幾何学的距離の最大距離偏差、使用可能な信号形式に基づいて決定すればよい。
【００５５】
すなわち、所定の距離は、測位に供する各衛星と受信機間の幾何学的距離の最大距離偏差が第１の衛星の第１の信号形式の測位信号のコード同期またはビット同期によって得られる擬似距離に含まれ距離として決定すればよい。例えば、測位に供する各衛星と受信機間の幾何学的距離の最大距離偏差が１０msec相当距離とすると、これはＬ５ＩのＮＨ１０コードの同期擬似距離から得ることができるから、所定の距離は１０msec相当距離とすればよい。
【００５６】
本発明の実施の形態２における具体的な形態は、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siから所定の距離未満の下位部しかえられない場合、上位部は第２の衛星Ｗのいずれかのデータチャンネル信号形式に対する測位用擬似距離から得る。なお、実施の形態２においても、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siは所定の距離未満の擬似距離が得られるのであれば、データチャンネルまたはパイロットチャンネルの信号形式でもよい。
【００５７】
実施の形態２における擬似距離調整部１５の動作について、図３のフローチャートを参照して説明する。なお、擬似距離調整部１５以外の構成および機能は実施の形態１で説明したとおりである。
【００５８】
ステップ１１において、擬似距離調整部１５は第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siの擬似距離を得る。ステップ１２において、コード同期擬似距離、ビット同期擬似距離またはフレーム同期擬似距離のいずれかの擬似距離ＰＲ(V,Si)を所定の距離以上の上位部ＰＲ(Ｖ, Si)_Uと所定の距離未満の下位部ＰＲ(V,Si)_Lの成分に分離し、保持する。なお、図３には示していないが、所定の距離未満の下位部が得られない場合は以下のステップは終了までジャンプし、次の衛星についてステップ１１以降の処理を行う。
【００５９】
ステップ１３において、ステップ１２で得られた上位部ＰＲ(Ｖ, Si)_Uがフレーム同期完了後の、すなわち測位用擬似距離から得られた上位部か否かを判定する。測位用擬似距離による上位部の場合、ステップ１４において、上位部ＰＲ(Ｖ, Si)_U＋下位部ＰＲ(V,Si)_Lを測位用擬似距離として、測位演算部１６に送出する。もし、測位用擬似距離による上位部でない場合、ステップ１５において、第２の衛星Ｗのいづれかのデータチャンネル信号形式Ｓに対する擬似距離ＰＲ(W,S)を求める。
【００６０】
ステップ１６において、ステップ１５で得られた擬似距離ＰＲ(W,S)が測位用擬似距離であるか否かを判定する。擬似距離ＰＲ(W,S)が測位用擬似距離ならば、ステップ１７において、該測位用擬似距離ＰＲ(Ｗ,S)を所定の距離以上の上位部ＰＲ(Ｗ, S)_Uを求める。そして、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siで得られた擬似距離下位部ＰＲ(Ｖ,Si)_Lと、衛星Ｗのいずれかの信号形式Ｓで得られた擬似距離上位部ＰＲ(Ｗ，Ｓ)_Uとの和を第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siに対する測位用擬似距離として、測位演算部１６に送出する。
【００６１】
ステップ１６において、擬似距離ＰＲ(W,S)が測位用擬似距離でない場合は、ステップ１５に戻り、他の衛星の信号形式Ｓについて擬似距離を求める。なお、ステップ１５の繰り返し処理において、信号形式Ｓは異なっていてもよい。もし、いずれの信号形式Ｓでもフレーム同期擬似距離が得られない場合は衛星Ｖに関する擬似距離をえるための調整処理を終了する。
【００６２】
ステップ１１からステップ１７の処理は少なくとも測位に必要な衛星数の各衛星について繰り返す。
【００６３】
以上の処理により、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siに対して、フレーム同期が未完状態で得られる擬似距離に対して、第２の衛星Ｗのデータチャンネルの信号形式の測位信号Ｓを利用し、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siに対する測位用擬似距離を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態１による多周波ＧＮＳＳ受信装置の構成ブロック図
【図２】本発明の実施の形態1を説明するためのフローチャート
【図３】本発明の実施の形態2を説明するためのフローチャート
【図４】送信時刻を算出するための説明図
【符号の説明】
【００６５】
1０ キャリア/コード同期部
１１ キャリア/コード同期制御部
１２ レプリカ生成部
１３ ビット同期部
１４ フレーム同期部
１５ 擬似距離調整部
１６ 測位演算部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星から送信された複数の信号形式の測位信号を受信して、位置を求める測位装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳの近代化により、従来のL5帯のL1-C/A信号に加え、L2帯のL2C信号やL5帯のL5信号を同一の衛星から放送することが計画されている。同一の衛星から複数の周波数帯域で多種の変調形式の信号が放送される場合、複数の信号形式の測位信号を利用することが計算処理、精度および早期測位で有効となる。
【０００３】
ＧＰＳ L1-C/A信号は、繰返し周期1msecのC/A拡散コードとビットレート５０bpsの航法メッセージで位相変調されている。航法メッセージは１５００ビットのフレームを５つのサブフレームに分割して送信しているため、３００ビットの各サブフレームの先頭は6secごとに到来する。L1-C/A信号の場合、サブフレームの航法メッセージのビット周期は２０msecであり、この期間でC/Aコードは２０回繰り返される。
【０００４】
ＧＰＳ L2C信号は、航法メッセージが重畳されたデータチャンネルL2CM信号と、航法メッセージのないパイロットチャンネルL2CL信号とが時分割で送信される。L2CM信号は周期20msecの拡散コードと、ビットレート２５ｂｐｓ（シンボルレート５０sps)の航法メッセージで変調されている。航法メッセージは３００ビット（６００シンボル）のサブフレームで構成され、ビット周期４０msec(シンボル周期２０msec)であるから、各サブフレームの先頭は１２secごとに到来する。また、L2CL信号は周期１．５secの拡散コードで変調されている。
【０００５】
ＧＰＳ Ｌ５信号は、データチャンネル信号Ｌ５Ｉ信号と、パイロットチャンネル信号Ｌ５Ｑ信号が直交する構成となっている。Ｌ５Ｉ信号は、繰返し周期１msecのＩ５拡散コードと、ビットレート１Kbpsの10ビットのNH10コードで変調され、さらに５０bps（シンボルレート１００sps）の航法メッセージで変調されている。NH10コードの繰り返し周期は１０msecであり、航法メーッセージのビット周期は２０msecである。航法メッセージは３００ビット（６００シンボル）のサブフレームで構成され、ビット周期２０msec(シンボル周期１０msec)であるから、各サブフレームの先頭は６secごとに到来する。
【０００６】
Ｌ５Ｑ信号は、繰返し周期1msecのＬ５Ｑ拡散コードで変調され、さらにビットレート1msecの２０ビットのNH20コードで変調されている。NH20コードの繰り返し周期は２０msecである。
【０００７】
ＧＮＳＳの測位の基本概念は、特許文献１や特許文献２に記述されているとおり、衛星の測位信号の送信時刻と受信機の受信時刻を知ることで衛星と受信機間の擬似距離を算出できる。受信時刻は拡散コードとレプリカコードの相関値のピーク位置を受信機クロック計測することで得られる。送信時刻はサブフレームに含まれるＨＯＷワード情報と、サブフレームの先頭ビット時刻から相関ピーク位置までの経過時間を知ることで得られる。このためには、拡散コード同期後に、航法メッセージのビット同期（以下、ビット同期と呼ぶ）を行い、最後にサブフレーム同期（以下、フレーム同期と呼ぶ）の処理を必要とする。
【０００８】
L1-C/A信号の場合を例にとって、送信時刻を算出する方法を図４を参照して説明する。図４において、サブフレームに同期し、ＨＯＷワードを復調すると、ＧＰＳ時刻におけるサブフレーム先頭ビットの送信時刻Thowが分かる。Tcorは受信機クロックで計測したコード相関のピーク位置の時刻であり、該ピーク位置はm+1番目の航法メッセージのビット期間中にあるものとする。
【０００９】
サブフレーム、航法メッセージのビットおよびC/Aコードはそれぞれ同期しているから、時刻Thowからコード相関のピーク位置までの経過時間のうち、２０msecの整数倍の時間Tbitはビット同期後にビット数を計数することで分かる。２０msecの端数はC/Aコードの繰り返し数を計数することで1msecの整数倍の時間Tcodeが分かる。そして、1msec未満の時間TchpはC/Aコードの相関処理で分かる。
【００１０】
この結果、送信時刻TtrnはThow+Tbit+Tcode+Tchpで算出できる。受信時刻Tcorと送信時刻Ttrnより、擬似距離は(Tcor-Ttrn)×光速で計算できる。なお、Tcorは受信機クロックで計測されるからＧＰＳ時刻と同期が取れていないためにＧＰＳ時刻からオフセットしている。この受信クロックオフセットは、航法演算処理において、受信機位置および速度と共に推定される。
【００１１】
以上はL1-C/A信号の場合について説明であるが、他の信号形式（L2CM信号、Ｌ５Ｉ信号）においても、同様の考え方で擬似距離が算出できる。しかし、いずれの信号形式においても、フレーム同期により、送信時刻Ttrnが求まらないと測位に供する擬似距離（以下、これを測位用擬似距離と呼ぶ）が求まらないから、測位演算を開始することができない。
【００１２】
通常の受信機において、受信電波が強い場合、フレーム同期は取れるが、受信電波が弱い場合は、コード同期は取れるが、ビット同期、フレーム同期が取れないことがある。この場合、フレーム同期が取れない限り、Thowが未知であるから測位用擬似距離が得られず測位計算ができない。
【００１３】
また、フレーム同期は取れたとしても、サブフレーム周期は６secであるために、ＨＯＷワードを復調するまでに少なくとも６sec以上を要し、測位結果を得るまでに時間がかかる。前記の特許文献１、特許文献２はこれらの欠点を克服するために、ビット同期、フレーム同期することなしに、コード同期で得られる擬似距離情報から測位を行うための技法を提示している。
【００１４】
【特許文献１】米国特許第7,064,709号
【特許文献２】特開2001-59864
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１の技法はコード同期のみで測位できるが、最低５個の衛星を必要とする。特に、受信電波が弱い環境下において５個の衛星を必要とすることは厳しい制約となる。特許文献２の技法は拡散コード周期または航法メッセージのビット遷移タイミングの時刻を、ＧＰＳ受信機の時計から計測する方法であるために、拡散コード周期の境目を計測する場合、受信機クロックは０．５msec以下の精度で計測することを必要とする。この要件は、特に安価な汎用受信機を提供する上で厳しい制約となる。
【００１６】
前記特許文献１および特許文献２を含め公知の技法では、第１の衛星の第１の信号形式でフレーム同期が取れない場合、その衛星のその信号形式に対する擬似距離を算出することを諦めて、他の衛星の前記第１の信号形式に対する擬似距離を求めるようにしている。この場合、測位用擬似距離の観測数が減ることによる損失を被るか、場合によって測位できないことになる。
【００１７】
また、従来の受信機では、航法メッセージが重畳されていないパイロットチャンネル信号は測位用擬似距離を求めることができないために、測位用擬似距離を得るために利用していない。
【００１８】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、データチャンネルのみならずパイロットチャンネルを含む複数の信号形式の測位信号を利用することにより、第１の衛星の第１の信号形式に対して測位用擬似距離が得られないときでも、他の信号形式または他の衛星のある信号形式の測位信号を利用して測位用擬似距離を得ることにより、効率且つ有効的な測位演算を行う多周波ＧＮＳＳ受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記課題を解決するために、本発明は同一の衛星から送信される複数の信号形式の測位信号を受信し、少なくとも位置を出力する多周波ＧＮＳＳ受信装置において、前記複数の信号形式の測位信号に含まれる拡散コードに同期処理を行うコード同期部と、前記信号形式の測位信号に含まれる航法メッセージのビットに同期処理を行うビット同期部と、前記航法メッセージのフレームに同期処理を行うフレーム同期部と、前記コード同期部、前記ビット同期部および前記フレーム同期部から得た擬似距離情報に基づいて、測位用擬似距離を得るように調整する擬似距離調整部と、前記擬似距離調整部から得た測位用擬似距離に基づいて測位演算を行う測位演算部とを備え、
前記擬似距離調整部は、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対する擬似距離がフレーム同期部から得られた測位用擬似距離でない場合、前記擬似距離から所定の距離未満の下位部を求めると共に、前記第１の衛星の第２のデータチャンネル信号形式の測位信号に対する測位用擬似距離から前記所定の距離以上の上位部とを求め、該上位部と前記下位部との合成を前記第１の信号形式に対する測位用擬似距離とすることを特徴とする。
【００２０】
前記所定の距離は、使用する複数の信号形式の測位信号のうちで、最も短い拡散コードの周期に相当する距離とすることを特徴とする。所定の距離を最も同期確率が高い拡散コードの周期にすることによって、常に最も短い拡散コードの周期に相当する擬似距離情報が得られ、これを測位に利用することが可能となる。
【００２１】
また、本発明は、同一の衛星から送信される複数の信号形式の測位信号を受信し、少なくとも位置を出力する多周波ＧＮＳＳ受信装置において、前記複数の信号形式の測位信号に含まれる拡散コードに同期処理を行うコード同期部と、前記信号形式の測位信号に含まれる航法メッセージのビットに同期処理を行うビット同期部と、前記航法メッセージのフレームに同期処理を行うフレーム同期部と、前記コード同期部、前記ビット同期部および前記フレーム同期部から得た擬似距離情報に基づいて、測位用擬似距離を得るように調整する擬似距離調整部と、前記擬似距離調整部から得た測位用擬似距離に基づいて測位演算を行う測位演算部とを備え、
前記擬似距離調整部は、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対する擬似距離がフレーム同期部から得た測位用擬似距離でない場合、前記擬似距離から所定の距離未満の下位部を求めると共に、第２衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式の測位信号に対する測位用擬似距離から前記所定の距離以上の上位部とを求め、該上位部と前記下位部との合成を前記第１の信号形式に対する測位用擬似距離とすることを特徴とする。これにより、多周波、多信号形式の擬似距離のあいまいさ統一を簡便に行うことができる。
【００２２】
この結果、第１の衛星の第１の信号形式に対して測位用擬似距離が得られないときでも、第２の衛星のデータチャンネル信号形式の測位信号を利用して測位用擬似距離を得ることにより、効率且つ有効的な測位演算を行なえるようになる。
【００２３】
また、本発明は、第１の衛星の第１の信号形式はデータチャンネルまたはパイロットチャンネルのいずれでもよいことを特徴とする。この結果、データチャンネル信号形式の拡散コードに比べて、より高い拡散コードの相関利得が期待でき、測位精度および性能面で利がある。また、少なくともフレーム同期処理は削除できるから、測位信号の追尾制御処理負荷が軽減ができるのみならず、フレーム同期処理処理に要する時間を待たずして測位演算が可能となる。
【００２４】
また、本発明は、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対する擬似距離がフレーム同期部から得た測位用擬似距離でない場合において、第２衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式の測位信号に対する測位用擬似距離から所定の距離以上の上位部を求める場合、該所定の距離は、２０msec相当の距離とすることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対する擬似距離がフレーム同期部から得た測位用擬似距離でない場合において、第２衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式の測位信号に対する測位用擬似距離から所定の距離以上の上位部を求める場合、該所定の距離は、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号のコード同期またはビット同期によって得られる擬似距離に、測位に供する各衛星と受信機間の幾何学的距離の最大距離偏差が含まれるか否かに基づいて決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対して所定の距離未満の下位部しか得られない場合、測位用擬似距離の所定の時間以上の上位部は、第１の衛星の第２の信号形式、または第２の衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式の測位信号から得ることにより、測位用擬似距離の観測数の欠損の防止、または観測数の増加を図ることができる。この結果、測位率および測位精度の向上が期待できる。
【００２７】
また、本発明によれば、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対して所定の距離未満の下位部しか得られない場合、測位用擬似距離の所定の時間以上の上位部は、第１の衛星の第２の信号形式、または第２の衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式の測位信号から得ることにより、複数の周波数の信号形式の測位信号において独自に測位演算ができる機会が増す。この結果、測位精度の向上が期待できる。
【００２８】
例えば、測位に供する衛星が４個の場合、Ｌ２周波数帯の信号形式に対しては４個の測位用擬似距離が得られるが、Ｌ１周波数帯では３個の測位用擬似距離しか得られないとき、Ｌ１周波数帯で不足した測位用擬似距離の上位部をＬ２周波数帯で得られた測位用擬似距離の上位部で補完することにより、Ｌ１周波数帯で４個の測位用擬似距離が得られる。
【００２９】
また、本発明によれば、複数の周波数の信号形式の測位信号において独自に測位演算を行う場合、一方の周波数帯の信号形式で擬似距離の下位部のみ得るようにし、測位用擬似距離の上位部は他方の周波数帯の信号形式から得ることにより、下位部を得た周波数帯の信号形式では、ビット同期またはフレーム同期処理を省略できるため、処理負荷の軽減と共に処理時間の短縮が図れる。
【００３０】
また、本発明によると、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対して所定の距離未満の擬似距離の下位部のみ決定すればよいから、該第１の信号形式はデータチャンネルに限定されるものではなく、パイロットチャンネルの信号形式も使用できる。この結果、測位用擬似距離の観測数の欠損の防止、または観測数の増加ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態１に係る多周波ＧＮＳＳ受信装置について図１および図２を参照しながら説明する。なお、以下ではＧＰＳシステムについて説明するが、本発明はGALILEOシステムにおけるＥ１、Ｅ５、Ｅ６などの複数の信号形式に対しても本発明技法は適用できる。
【００３２】
図１は、本発明における多周波ＧＮＳＳ受信装置のベースバンド処理を説明する基本構成図であり、キャリアおよび拡散コードの同期を行うキャリア/コード同期部１０、キャリア/コード同期制御部１１、キャリアおよび拡散コードのレプリカを生成するレプリカ生成部１２、航法メッセージのビットの同期を行うビット同期部１３、航法メッセージのフレーム同期を行うフレーム同期部１４、測位に必要な擬似距離を得るために調整する擬似距離調整部１５、測位演算を行う測位演算部１６などから構成される。
【００３３】
キャリア/コード同期部１０に入力される測位信号は、アンテナ（図示なし）で受信したＬ１周波数帯、Ｌ２周波数帯およびＬ５周波数帯などの複数の測位信号をそれぞれ、中間周波数に変換し、Ａ／Ｄ変換された信号である。擬似距離調整部１５と測位演算部１６以外の各処理部は、複数の測位信号に対して、それぞれ個別に設けるか、または共通として各周波数帯で切り替えて使用してもよい。
【００３４】
キャリア同期およびコードの同期は、キャリア/コード同期部１０、キャリア/コード同期制御部１１、およびレプリカ生成部１２において、公知の方法で独自に行われる。すなわち、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siの測位信号と、レプリカ生成部１２で生成されたキャリアのレプリカおよびコードのレプリカ信号はキャリア/コード同期部１０に入力され、ここで夫々、キャリア相関およびコード相関処理される。
【００３５】
キャリア/コード同期制御部１１は、キャリア/コード同期部１０の出力に基づいて、キャリア同期誤差およびコード同期誤差をそれぞれ生成し、該キャリアおよびコードの同期誤差をレプリカ生成部１２に負帰還する。
【００３６】
通常、キャリア同期はＰＬＬ追尾ループによって、またコード同期はＤＬＬ追尾ループで制御される。キャリア/コード同期制御部１１は、コードの同期が完了すると、ビット同期部１３にコード同期完了信号を送出すると共に、擬似距離調整部１５にコード位相（相関ピーク位置）情報を送出する。
【００３７】
ビット同期部１３は、キャリア/コード同期制御部１１からコード同期完了信号を受信すると、キャリア/コード同期部１０の出力に含まれるビット列信号に同期するビット同期処理を開始する。ビット同期部１３は、該ビット同期が完了すると、フレーム同期部１４にビット同期完了信号を送出すると共に、擬似距離調整部１５にビットタイミング情報を送出する。
【００３８】
フレーム同期部１４は、ビット同期部１３からのビット同期完了信号を受信すると、サブフレーム同期の処理を開始しする。フレーム同期部１４は、サブフレーム同期が完了するとサブフレーム先頭位置情報およびＨＯＷワード情報を擬似距離調整部１５に送出する。ここで、ＨＯＷワード情報は削除できるかもしれない。
【００３９】
擬似距離調整部１５は、コード位相情報、ビットタイミング情報、および少なくともサブフレーム先頭位置情報に基づいて、公知の方法で測位用擬似距離を算出し、保持する。しかし、ビット同期までは取れているが、フレーム同期が取れないために、測位用擬似距離が算出できない場合がある。
【００４０】
例えば、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siの測位信号において、測位用擬似距離が算出できない場合、ビットタイミング情報とコード位相情報に基づいて、ビット周期未満の擬似距離（以下、ビット同期擬似距離と呼ぶ）を求める。そして、該ビット同期擬似距離を所定の距離以上の上位部と、所定の距離未満の下位部に分離する。所定の距離未満の下位部と、該下位部の算出に係る衛星番号および信号形式情報とは、擬似距離調整部１５に保持される。
【００４１】
ここで、所定の距離とは、使用したい複数の信号形式の測位信号の中で最小周期の拡散コード周期に相当する距離とする。例えば、使用したい信号形式にＬ１-Ｃ/A信号形式を含む場合は、所定の距離は光速×１msecの距離となる。
【００４２】
また、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siの測位信号において、コード同期しか得られない場合は、拡散コード周期に相当する距離未満の擬似距離（以下、コード同期擬似距離と呼ぶ）しか得られない。この場合、擬似距離調整部１５は、所定の距離未満の下位部としてコード同期擬似距離を求め、該下位部と、該下位部の算出に係る衛星番号および信号形式情報と共に保持する。
【００４３】
擬似距離調整部１５は、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siで測位用擬似距離が得られない場合、第１の衛星Ｖの第２の信号形式Sjに対して得た測位用擬似距離から、所定の距離以上の上位部を求める。そして、第２の信号形式Sjで求めた上位部と、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siで求めた下位部との和を第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siに対する測位用擬似距離として測位演算部１６に送出する。
【００４４】
次に、実施の形態１における擬似距離調整部１５の具体的な処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００４５】
ステップ１において、測位に供する第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siの擬似距離ＰＲ(V,Si)を求める。ここで、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siはデータチャンネルに限定されるものではなく、パイロットチャンネルの信号形式でもよい。なおここで、データチャンネルの場合において、データチャンネル信号形式Siのビット同期またはフレーム同期処理を故意に省略し、コード同期擬似距離のみを求めるようにしてもよい。
【００４６】
これにより、例えば、Ｌ１とＬ２の周波数の信号形式の測位信号において、それぞれ独立に測位演算を行う場合、一方の信号形式の測位信号のビット同期およびフレーム同期処理が省略でき、処理時間の短縮できる。
【００４７】
ステップ２において、コード同期擬似距離、ビット同期擬似距離または測位用擬似距離のいずれかの擬似距離ＰＲ(V,Si)を所定の距離以上の上位部ＰＲ(Ｖ, Si)_Uと所定の距離未満の下位部ＰＲ(V,Si)_Lの成分に分離し、保持する。なお、図２には示していないが、所定の距離未満の下位部が得られない場合は以下のステップは終了までジャンプし、次の衛星についてステップ１以降の処理を行う。
【００４８】
ステップ３において、ステップ２で得られた上位部ＰＲ(Ｖ, Si)_Uが測位用擬似距離から得られたか否かを判定する。上位部ＰＲ(Ｖ, Si)_Uが測位用擬似距離から得らている場合、ステップ４において、上位部ＰＲ(Ｖ, Si)_U＋下位部ＰＲ(V,Si)_Lを測位用擬似距離として、測位演算部１６に送出する。測位用擬似距離による上位部でない場合、ステップ５において、第１の衛星Ｖの第２の信号形式Sjに対する擬似距離ＰＲ(Ｖ, Sｊ)を求める。ここで、Sjはデータチャンネルであればいずれの信号形式でもよい。
【００４９】
ステップ６において、擬似距離ＰＲ(Ｖ, Sｊ)がフレーム同期後の擬似距離、すなわち測位用擬似距離か否かを判定する。擬似距離ＰＲ(Ｖ, Sｊ)が測位用擬似距離ならば、ステップ７において、該測位用擬似距離ＰＲ(V,Sj)から所定の距離以上の上位部ＰＲ(Ｖ, Sj)_Uを求める。そして、信号形式Sjで得られた擬似距離上位部ＰＲ(Ｖ，Sj)_Uと、信号形式Siで得られた擬似距離下位部ＰＲ(V,Si)_Lとの和を第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siに対する測位用擬似距離として測位演算部１６に送出する。
【００５０】
ステップ６において、擬似距離ＰＲ(Ｖ, Sｊ)が測位用擬似距離が得られない場合は、ステップ５に戻り、衛星Ｖの可能な他の信号形式について擬似距離を求める。もし、いずれのデータチャンネルの信号形式でもフレーム同期擬似距離が得られない場合は、衛星Ｖに関する擬似距離を得るための調整処理を終了する。ステップ１からステップ７の処理は少なくとも測位に必要な衛星数の各衛星について繰り返す。
【００５１】
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態１に係る多周波ＧＮＳＳ受信装置について説明する。実施の形態１が、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号で測位用擬似距離が得られない場合、第１の衛星の第２のデータチャンネルの信号形式の測位信号を利用して測位用擬似距離を得る形態であった。
【００５２】
これに対して、実施の形態２は、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号で測位用擬似距離が得られない場合、第２の衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式の測位信号を利用して、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対する測位用擬似距離を得る技法である。なお、第２の衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式は、例えば、GALILEOシステムの衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式に対しても適用できる。
【００５３】
実施の形態2は以下の根拠に基づいている。いずれの衛星においても、衛星と、概ね地球表面近傍に位置する受信機間の幾何学的距離の差は時間換算で２０msec以内であるから、擬似距離の下位部と下位部を２０msec相当の所定の距離で分離すると、どの衛星に対しても上位部は同じ距離（２０msecの整数倍相当の距離）である。このことは、擬似距離上位部は異なる衛星の信号形式から得たもので代用できることを意味する。
【００５４】
なお、測位に供する衛星によって受信機と衛星間の幾何学的距離は変るから、実施の形態2における所定の距離は２０msec相当の距離に限定するものではない。原理的には、所定の距離は、測位に供する各衛星と受信機間の幾何学的距離の最大距離偏差、使用可能な信号形式に基づいて決定すればよい。
【００５５】
すなわち、所定の距離は、測位に供する各衛星と受信機間の幾何学的距離の最大距離偏差が第１の衛星の第１の信号形式の測位信号のコード同期またはビット同期によって得られる擬似距離に含まれ距離として決定すればよい。例えば、測位に供する各衛星と受信機間の幾何学的距離の最大距離偏差が１０msec相当距離とすると、これはＬ５ＩのＮＨ１０コードの同期擬似距離から得ることができるから、所定の距離は１０msec相当距離とすればよい。
【００５６】
本発明の実施の形態２における具体的な形態は、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siから所定の距離未満の下位部しかえられない場合、上位部は第２の衛星Ｗのいずれかのデータチャンネル信号形式に対する測位用擬似距離から得る。なお、実施の形態２においても、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siは所定の距離未満の擬似距離が得られるのであれば、データチャンネルまたはパイロットチャンネルの信号形式でもよい。
【００５７】
実施の形態２における擬似距離調整部１５の動作について、図３のフローチャートを参照して説明する。なお、擬似距離調整部１５以外の構成および機能は実施の形態１で説明したとおりである。
【００５８】
ステップ１１において、擬似距離調整部１５は第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siの擬似距離を得る。ステップ１２において、コード同期擬似距離、ビット同期擬似距離またはフレーム同期擬似距離のいずれかの擬似距離ＰＲ(V,Si)を所定の距離以上の上位部ＰＲ(Ｖ, Si)_Uと所定の距離未満の下位部ＰＲ(V,Si)_Lの成分に分離し、保持する。なお、図３には示していないが、所定の距離未満の下位部が得られない場合は以下のステップは終了までジャンプし、次の衛星についてステップ１１以降の処理を行う。
【００５９】
ステップ１３において、ステップ１２で得られた上位部ＰＲ(Ｖ, Si)_Uがフレーム同期完了後の、すなわち測位用擬似距離から得られた上位部か否かを判定する。測位用擬似距離による上位部の場合、ステップ１４において、上位部ＰＲ(Ｖ, Si)_U＋下位部ＰＲ(V,Si)_Lを測位用擬似距離として、測位演算部１６に送出する。もし、測位用擬似距離による上位部でない場合、ステップ１５において、第２の衛星Ｗのいづれかのデータチャンネル信号形式Ｓに対する擬似距離ＰＲ(W,S)を求める。
【００６０】
ステップ１６において、ステップ１５で得られた擬似距離ＰＲ(W,S)が測位用擬似距離であるか否かを判定する。擬似距離ＰＲ(W,S)が測位用擬似距離ならば、ステップ１７において、該測位用擬似距離ＰＲ(Ｗ,S)を所定の距離以上の上位部ＰＲ(Ｗ, S)_Uを求める。そして、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siで得られた擬似距離下位部ＰＲ(Ｖ,Si)_Lと、衛星Ｗのいずれかの信号形式Ｓで得られた擬似距離上位部ＰＲ(Ｗ，Ｓ)_Uとの和を第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siに対する測位用擬似距離として、測位演算部１６に送出する。
【００６１】
ステップ１６において、擬似距離ＰＲ(W,S)が測位用擬似距離でない場合は、ステップ１５に戻り、他の衛星の信号形式Ｓについて擬似距離を求める。なお、ステップ１５の繰り返し処理において、信号形式Ｓは異なっていてもよい。もし、いずれの信号形式Ｓでもフレーム同期擬似距離が得られない場合は衛星Ｖに関する擬似距離をえるための調整処理を終了する。
【００６２】
ステップ１１からステップ１７の処理は少なくとも測位に必要な衛星数の各衛星について繰り返す。
【００６３】
以上の処理により、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siに対して、フレーム同期が未完状態で得られる擬似距離に対して、第２の衛星Ｗのデータチャンネルの信号形式の測位信号Ｓを利用し、第１の衛星Ｖの第１の信号形式Siに対する測位用擬似距離を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態１による多周波ＧＮＳＳ受信装置の構成ブロック図
【図２】本発明の実施の形態1を説明するためのフローチャート
【図３】本発明の実施の形態2を説明するためのフローチャート
【図４】送信時刻を算出するための説明図
【符号の説明】
【００６５】
1０ キャリア/コード同期部
１１ キャリア/コード同期制御部
１２ レプリカ生成部
１３ ビット同期部
１４ フレーム同期部
１５ 擬似距離調整部
１６ 測位演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の衛星から送信される複数の信号形式の測位信号を受信し、少なくとも位置を出力する多周波ＧＮＳＳ受信装置において、
前記複数の信号形式の測位信号に含まれる拡散コードに同期処理を行うコード同期部と、
前記信号形式の測位信号に含まれる航法メッセージのビットに同期処理を行うビット同期部と、
前記航法メッセージのフレームに同期処理を行うフレーム同期部と、
前記コード同期部、前記ビット同期部および前記フレーム同期部から得た擬似距離情報に基づいて、測位用擬似距離を得るように調整する擬似距離調整部と、
前記擬似距離調整部から得た前記測位用擬似距離に基づいて測位演算を行う測位演算部とを備え、
前記擬似距離調整部は、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対する擬似距離がフレーム同期部から得られた測位用擬似距離でない場合、前記擬似距離から所定の距離未満の下位部を求め、前記第１の衛星の第２のデータチャンネル信号形式の測位信号に対する測位用擬似距離から前記所定の距離以上の上位部とを求め、前記上位部と前記下位部との合成を前記第１の信号形式に対する測位用擬似距離とすることを特徴とする多周波ＧＮＳＳ受信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多周波ＧＮＳＳ受信装置において、前記所定の距離は、使用する複数の信号形式の測位信号のうちで、最も短い拡散コードの周期に相当する距離とすることを特徴とする多周波ＧＮＳＳ受信装置。
【請求項３】
同一の衛星からから送信される複数の信号形式の測位信号を受信し、少なくとも位置を出力する多周波ＧＮＳＳ受信装置において、
前記複数の信号形式の測位信号に含まれる拡散コードに同期処理を行うコード同期部と、
前記信号形式の測位信号に含まれる航法メッセージのビットに同期処理を行うビット同期部と、
前記航法メッセージのフレームに同期処理を行うフレーム同期部と、
前記コード同期部、前記ビット同期部および前記フレーム同期部から得た擬似距離情報に基づいて、測位用擬似距離を得るように調整する擬似距離調整部と、
前記擬似距離調整部から得た前記測位用擬似距離に基づいて測位演算を行う測位演算部とを備え、
前記擬似距離調整部は、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対する擬似距離がフレーム同期部から得られた測位用擬似距離でない場合、前記擬似距離から所定の距離未満の下位部を求め、第２の衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式の測位信号に対する測位用擬似距離から前記所定の距離以上の上位部とを求め、前記上位部と前記下位部との合成を前記第１の信号形式に対する測位用擬似距離とすることを特徴とする多周波ＧＮＳＳ受信装置。
【請求項４】
請求項１および請求項３に記載の多周波ＧＮＳＳ受信装置において、
前記第１の信号形式は航法メッセージの有無に依存しない測位信号であることを特徴とする多周波ＧＮＳＳ受信装置。
【請求項５】
請求項３に記載の多周波ＧＮＳＳ受信装置において、前記所定の距離は、２０msec相当の距離とすることを特徴とする多周波ＧＮＳＳ受信装置。
【請求項６】
請求項３に記載の多周波ＧＮＳＳ受信装置において、前記所定の距離は、前記第１の信号形式の測位信号のコード同期またはビット同期によって得られる擬似距離に、測位に供する各衛星と受信機間の幾何学的距離の最大距離偏差が含まれるか否かに基づいて決定することを特徴とする多周波ＧＮＳＳ受信装置。
【請求項１】
同一の衛星から送信される複数の信号形式の測位信号を受信し、少なくとも位置を出力する多周波ＧＮＳＳ受信装置において、
前記複数の信号形式の測位信号に含まれる拡散コードに同期処理を行うコード同期部と、
前記信号形式の測位信号に含まれる航法メッセージのビットに同期処理を行うビット同期部と、
前記航法メッセージのフレームに同期処理を行うフレーム同期部と、
前記コード同期部、前記ビット同期部および前記フレーム同期部から得た擬似距離情報に基づいて、測位用擬似距離を得るように調整する擬似距離調整部と、
前記擬似距離調整部から得た前記測位用擬似距離に基づいて測位演算を行う測位演算部とを備え、
前記擬似距離調整部は、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対する擬似距離がフレーム同期部から得られた測位用擬似距離でない場合、前記擬似距離から所定の距離未満の下位部を求め、前記第１の衛星の第２のデータチャンネル信号形式の測位信号に対する測位用擬似距離から前記所定の距離以上の上位部とを求め、前記上位部と前記下位部との合成を前記第１の信号形式に対する測位用擬似距離とすることを特徴とする多周波ＧＮＳＳ受信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多周波ＧＮＳＳ受信装置において、前記所定の距離は、使用する複数の信号形式の測位信号のうちで、最も短い拡散コードの周期に相当する距離とすることを特徴とする多周波ＧＮＳＳ受信装置。
【請求項３】
同一の衛星からから送信される複数の信号形式の測位信号を受信し、少なくとも位置を出力する多周波ＧＮＳＳ受信装置において、
前記複数の信号形式の測位信号に含まれる拡散コードに同期処理を行うコード同期部と、
前記信号形式の測位信号に含まれる航法メッセージのビットに同期処理を行うビット同期部と、
前記航法メッセージのフレームに同期処理を行うフレーム同期部と、
前記コード同期部、前記ビット同期部および前記フレーム同期部から得た擬似距離情報に基づいて、測位用擬似距離を得るように調整する擬似距離調整部と、
前記擬似距離調整部から得た前記測位用擬似距離に基づいて測位演算を行う測位演算部とを備え、
前記擬似距離調整部は、第１の衛星の第１の信号形式の測位信号に対する擬似距離がフレーム同期部から得られた測位用擬似距離でない場合、前記擬似距離から所定の距離未満の下位部を求め、第２の衛星のいずれかのデータチャンネル信号形式の測位信号に対する測位用擬似距離から前記所定の距離以上の上位部とを求め、前記上位部と前記下位部との合成を前記第１の信号形式に対する測位用擬似距離とすることを特徴とする多周波ＧＮＳＳ受信装置。
【請求項４】
請求項１および請求項３に記載の多周波ＧＮＳＳ受信装置において、
前記第１の信号形式は航法メッセージの有無に依存しない測位信号であることを特徴とする多周波ＧＮＳＳ受信装置。
【請求項５】
請求項３に記載の多周波ＧＮＳＳ受信装置において、前記所定の距離は、２０msec相当の距離とすることを特徴とする多周波ＧＮＳＳ受信装置。
【請求項６】
請求項３に記載の多周波ＧＮＳＳ受信装置において、前記所定の距離は、前記第１の信号形式の測位信号のコード同期またはビット同期によって得られる擬似距離に、測位に供する各衛星と受信機間の幾何学的距離の最大距離偏差が含まれるか否かに基づいて決定することを特徴とする多周波ＧＮＳＳ受信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２３７２（Ｐ２０１０−２３７２Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６３１０１（Ｐ２００８−１６３１０１）
【出願日】平成２０年６月２３日（２００８．６．２３）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２３日（２００８．６．２３）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
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