測位信号追尾処理装置および測位装置
【課題】Ｃ／Ｎｏによるコード追尾結果やキャリア周波数追尾結果への影響を抑制し、高精度なコード、キャリア周波数追尾ができる簡素な構成の測位信号復調装置を実現する。
【解決手段】測位信号のサーチに成功すると、復調部１３は、まずコード追尾部３３のみを動作して、コード追尾部のみを行い、コードの合わせ込みを行う。この際、Ｃ／Ｎｏ測定部３６は、相関処理後の逆拡散信号のＣ／Ｎｏを逐次測定し、追尾処理制御部３７へ与える。追尾処理制御部３７は、逐次入力されるＣ／Ｎｏに基づいてコード追尾のみの状態からコード追尾とキャリア追尾とを並行して行う状態への切替タイミングを決定する。切替タイミングに達すると、コード追尾部３３とキャリア追尾部３４とを連結し、コードとキャリア周波数の同時追尾を行う。この際、キャリア追尾部３４のキャリア周波数の初期値は、コード追尾部３３により積算されたコードドップラの積算値が与えられる。
【解決手段】測位信号のサーチに成功すると、復調部１３は、まずコード追尾部３３のみを動作して、コード追尾部のみを行い、コードの合わせ込みを行う。この際、Ｃ／Ｎｏ測定部３６は、相関処理後の逆拡散信号のＣ／Ｎｏを逐次測定し、追尾処理制御部３７へ与える。追尾処理制御部３７は、逐次入力されるＣ／Ｎｏに基づいてコード追尾のみの状態からコード追尾とキャリア追尾とを並行して行う状態への切替タイミングを決定する。切替タイミングに達すると、コード追尾部３３とキャリア追尾部３４とを連結し、コードとキャリア周波数の同時追尾を行う。この際、キャリア追尾部３４のキャリア周波数の初期値は、コード追尾部３３により積算されたコードドップラの積算値が与えられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、測位信号の復調を行うために、測位信号のキャリア周波数およびコードの追尾を行う装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧＰＳ受信機等のＧＮＳＳ受信機では、測位等を行うために擬似距離やドップラ周波数を測定する必要がある。そして、当該擬似距離やドップラ周波数を測定するためには、測位信号の捕捉（サーチ）と追尾を行わなければならない。特に、擬似距離やドップラ周波数を高精度に測定するためには、コード追尾とキャリア周波数追尾との両方を行わなければならない。
【０００３】
ところが、このようなＧＮＳＳ受信機では、測位信号の捕捉時の状態によっては、追尾状態に入ってからキャリア周波数を追い込んでロックする過程で、十分な追い込みができなかったり、間違ったキャリア周波数にロックしてしまうという異常追尾現象が生じる。例えば、図６に示すような異常追尾が生じることがある。
【０００４】
図６（Ａ），（Ｂ）は、ＧＰＳのＬ１波のＣ／Ａコードに関する異常追尾が生じた場合のキャリア周波数推移状況およびＣ／Ｎｏ（搬送波電力対雑音電力密度比）推移状況のシミュレーション結果を示す図であり、図６（Ｃ），（Ｄ）は、ＧＰＳのＬ５波のＩコードに関する異常追尾が生じた場合のキャリア周波数推移状況およびＣ／Ｎｏ推移状況シミュレーション結果を示す図である。
【０００５】
図６（Ａ），（Ｂ）では、Ｌ１波Ｃ／Ａコードに対して、捕捉時のベースバンド変換後におけるキャリア周波数が０［Ｈｚ］、目的周波数が５００［Ｈｚ］、理想的に追尾できた際のＣ／Ｎｏが５０［ｄＢ−Ｈｚ］である場合を示す。このような条件、すなわち、目的周波数に対して５５０Ｈｚの周波数ズレがある状態で追尾を開始した場合、この追尾によって推定されるキャリア周波数は−１０００［Ｈｚ］、すなわち周波数ズレが約１．５［ｋＨｚ］になり、Ｃ／Ｎｏが低いまま推移する。このため、定常追尾に至ることができない。
【０００６】
図６（Ｃ），（Ｄ）では、Ｌ５波Ｉコードに対して、捕捉時のベースバンド変換後におけるキャリア周波数が０［Ｈｚ］、目的周波数が５００［Ｈｚ］、理想的に追尾できた際のＣ／Ｎｏが５０［ｄＢ−Ｈｚ］である場合を示す。このような条件、すなわち、目的周波数に対して３００Ｈｚの周波数ズレがある状態で追尾を開始した場合、この追尾によって推定されるキャリア周波数は−２００［Ｈｚ］、すなわち周波数ズレが５００［Ｈｚ］になり、Ｃ／Ｎｏは高い値となる。これにより、間違ったキャリア周波数でロックされて追尾が行われてしまう。
【０００７】
このような問題を解決する方法として、サーチを行った後にコード追尾を行い、コード位相差が十分に小さくなったことを確認してから、所定時間長（例えば１秒間）等のコード位相差を観測し、当該コード位相差の最小自乗値からキャリア周波数の初期値を推定し、当該初期値からキャリア周波数を追尾する方法が考えられている。さらには、特許文献１には、１つの測位衛星（測位信号）に対して複数チャンネルを用い、ピークサーチ、当該ピークに対応するサイドローブチェック、ピーク値のキャリア周波数確認を行うことで、正確なキャリア周波数を絞り込んでいく方法も考えられている。
【特許文献１】特開２００４−１２３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の最小自乗法を用いる方法の場合、１つの測位衛星（測位信号）に対して１チャンネルを割り当てればよいが、最小自乗法を使用するため、演算処理量が多くなり、処理負荷が大きくなる。また、最小自乗法を行うためのサンプリング時間がＣ／Ｎｏに関係なく一定であるので、高精度なコード追尾やキャリア周波数追尾を行うための処理を、Ｃ／Ｎｏすなわち受信環境に応じて柔軟に適用させることができず、Ｃ／Ｎｏによっては高精度な追尾ができない可能性もある。
【０００９】
また、特許文献１に示すような方法では、１つの測位衛星（測位信号）に対して２チャンネルを必要とするので、リソースを多く必要としてしまう。
【００１０】
このような各問題を鑑みて、本発明の目的は、Ｃ／Ｎｏによるコード追尾結果やキャリア周波数追尾結果への影響を抑制し、高精度なコード、キャリア周波数追尾ができる簡素な構成の測位信号追尾処理装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、測位信号に基づいてキャリア周波数の追尾を行うキャリア追尾部と、測位信号に基づいてコードの追尾を行うコード追尾部とを備えた測位信号追尾処理装置に関するものである。この測位信号追尾処理装置は、Ｃ／Ｎｏ推定手段と、キャリア周波数推定手段と、推定時間決定手段とを備える。Ｃ／Ｎｏ推定手段は、所定の相関処理がされた測位信号のＣ／Ｎｏを推定する。キャリア周波数推定手段は、コード追尾部内に備えられており、コード追尾部で検出されるコードドップラ成分に基づいて所定時間に亘りキャリア周波数を推定する。推定時間決定手段は、キャリア周波数を推定する所定時間を、Ｃ／Ｎｏに基づいて決定する。そして、キャリア追尾部は、キャリア周波数推定手段により推定されたキャリア周波数を初期値として該キャリア周波数の追尾を行う。
【００１２】
この構成では、コード追尾部では、コードの追尾処理とともに、キャリア周波数推定手段で、コードドップラ成分からキャリア周波数が継続的に推定される。追尾されているコードは順次測位信号との相関処理に利用され、相関処理後の信号は、Ｃ／Ｎｏ推定手段によりＣ／Ｎｏが逐次推定される。推定時間決定手段は、Ｃ／Ｎｏに基づいてキャリア周波数推定手段でのキャリア周波数推定時間を決定する。そして、決定された推定時間に達すると、キャリア周波数推定手段で推定されたキャリア周波数が初期値としてキャリア追尾部へ与えられ、キャリア追尾が実行される。これにより、キャリア追尾部へは、コード追尾部で精度が向上したキャリア周波数が初期値として入力される。
【００１３】
また、この発明の測位信号追尾処理装置の推定時間決定手段は、キャリア周波数を推定する所定時間をＣ／Ｎｏが良くなるほど短くする。
【００１４】
この構成では、Ｃ／Ｎｏが元々良ければ、すなわち受信環境が良好であれば、早くキャリア周波数が推定される。また、コード追尾の開始当初ではＣ／Ｎｏが悪くても、コードが合わせ込まれてＣ／Ｎｏが良くなるほど、キャリア周波数の推定時間が早く短くなっていく。これにより、Ｃ／Ｎｏの状況に応じて最適な推定時間が決定される。
【００１５】
また、この発明の測位信号追尾処理装置の推定時間決定手段は、Ｃ／Ｎｏが良くなるほど短くなる遷移時間を設定する。そして、推定時間決定手段は、遷移時間の逆数を予め設定したタイミング毎に積算していき、当該積算値が所定値に達するまでの時間を、キャリア周波数を推定する所定時間とする。
【００１６】
この構成では、Ｃ／Ｎｏに基づく遷移時間の逆数の積算処理のみでキャリア周波数の推定時間が決定される。これにより、Ｃ／Ｎｏの推移により変化するキャリア周波数の推定時間が簡素な処理で決定される。
【００１７】
また、この発明の測位信号追尾処理装置の推定時間決定手段は、Ｃ／Ｎｏを予め設定したタイミング毎に積算していき、当該積算値が所定値に達するまでの時間を、キャリア周波数を推定する所定時間とする。
【００１８】
この構成では、Ｃ／Ｎｏの積算値を推定時間の決定基準とすることで、遷移時間を用いずとも、キャリア周波数の推定時間が算出される。
【００１９】
また、この発明の測位信号追尾処理装置のコード追尾部は、コード位相差検出部を含む。コード位相差検出部は、測位信号に重畳するコードとコードＮＣＯにより生成されるレプリカコードとのコード位相差を検出する。測位信号追尾処理装置のコード位相差検出部の出力側には、それぞれ異なるゲインを有する増幅器を備えた第１の系、第２の系が備えられており、該第２の系には、コード位相のコードドップラ成分を所定時間に亘り積算する前記積算器が挿入されている。このような構成において、具体的に、キャリア周波数推定手段は、コード位相差検出部、第２の系の増幅器、第２の系の積算器からなる。そして、キャリア追尾部は、積算器から出力される値に基づいたキャリア周波数を初期値として該キャリア周波数の追尾を行う。
【００２０】
この構成では、上述のキャリア周波数推定手段の具体的な構成を示すものであり、この構成により、キャリア周波数推定手段は、コード追尾部に必須のコード位相差検出部と、コード追尾のためのフィードバックループに一般的に設置される増幅器や積算器とから構成される。特に増幅器や積算器は一般的な回路であるので、キャリア周波数推定手段が汎用の簡素な回路構成で実現される。
【００２１】
また、この発明の測位装置は、復調部、航法メッセージ取得部、および測位部を備える。復調部は、上述の測位信号追尾処理装置を有し、追尾しているコードのコード位相差やキャリア周波数に基づいて擬似距離を算出する。航法メッセージ取得部は、復調部で復調された測位信号から航法メッセージを取得する。測位部は、擬似距離と航法メッセージとを用いて測位演算を行う。
【００２２】
この構成では、上述のようにコードやキャリア周波数が確実且つ高精度に追尾されるので、擬似距離を高精度に取得することができる。これにより、高精度な測位演算が可能になる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、複雑且つ演算量の多い処理を行わなくても、簡素な構成で且つ簡素な演算処理で、Ｃ／Ｎｏによる追尾精度への影響を抑制して、確実且つ高精度にコード追尾およびキャリア周波数追尾を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施形態に係る測位信号追尾処理装置の構成について、図を参照して説明する。なお、以下の説明では、ＧＰＳの場合を例として説明を行うが、Ｇａｌｉｌｅｏ等のＧＮＳＳの他のシステムにおける測位信号追尾処理装置に対しても、以下の構成を適用することができる。
【００２５】
図１は本実施形態の測位信号追尾処理装置を備える復調部を含む測位装置の概略構成を示すブロック図である。
【００２６】
測位装置は、測位信号受信アンテナ１１、ダウンコンバータ１２、本発明の測位信号追尾処理装置を含む復調部１３、航法メッセージ取得部１４、測位部１５を備える。測位信号受信アンテナ１１は、測位衛星から送信される測位用の電波信号を受信して、電気信号変換した測位信号をダウンコンバータ１２へ出力する。測位信号は、所定周波数からなる搬送波（例えば、ＧＰＳのＬ１波であれば１５７５．４２ＭＨｚ等）を、測位衛星毎に設定されたコードと航法メッセージによりスペクトル拡散した信号である。ダウンコンバータ１２は、測位信号の周波数をダウンコンバートして、所定周波数からなる中間周波数信号（以下、「ＩＦ信号」と称する。）を生成し、復調部１３へ与える。
【００２７】
復調部１３は、スペクトル拡散されたＩＦ信号に対してキャリア相関およびコード相関を行い、これら相関処理後の信号を所定時間長に亘り積算することで、逆拡散を行う。ここで、キャリア相関とコード相関とが高精度に行われていれば、この逆拡散信号には航法メッセージのみが重畳された状態になる。
【００２８】
復調部１３は、まず信号捕捉（サーチ）を行うことで、コードとキャリア周波数の粗調整を行う。復調部１３は、Ｃ／Ｎｏがサーチ用閾値を超えた時点で、コード追尾のみを行う単独コード追尾ループ処理を実行する。この際、復調部１３は、キャリア相関用にはサーチ終了時点で設定されているキャリア周波数を用い、キャリア追尾を行わない。次に、復調部１３は、単独コード追尾ループでのコードの合わせ込みが成功すると、コード追尾とキャリア追尾とを同時・並行して行う連結型コード・キャリア追尾ループ処理（位相同期型ＤＬＬ処理に対応する。）を実行する。この際、キャリア追尾部３４には、コード追尾部３３による単独コード追尾ループで得られたコードドップラの積算値が与えられる。そして、復調部１３は、連結型コード・キャリア追尾ループによりコード追尾およびキャリア周波数追尾を実行していき、定常追尾に成功すると、得られたコード及びキャリア周波数によってＩＦ信号を逆拡散処理して航法メッセージ取得部１４へ与えるとともに、得られたコード及びキャリア周波数情報から擬似距離等を算出して測位部１５へ与える。
【００２９】
航法メッセージ取得部１４は、復調部１３からの航法メッセージが重畳された逆拡散信号に基づいて航法メッセージを取得し、測位部１５に与える。
【００３０】
測位部１５は、航法メッセージ取得部１４からの航法メッセージと、復調部１３からの擬似距離やキャリア周波数情報等に基づいて測位演算を行い、測位装置の位置を算出する。
【００３１】
次に、本発明の特徴部である復調部１３の構成について、図２、図３を参照して具体的に説明する。
図２は図１に示す復調部１３の主要構成を示すブロック図である。また、図３（Ａ），（Ｂ）は図２に示す切替回路３５の切替動作を説明するための図であり、図３（Ｃ）は遷移時間ＴのＣ／Ｎｏ特性を示す１つのモデルを表したグラフである。
【００３２】
復調部１３は、相関器３１、積算器３２、コード追尾部３３、キャリア追尾部３４、切替回路３５、Ｃ／Ｎｏ測定部３６、追尾処理制御部３７、および擬似距離算出部３８を備える。
【００３３】
相関器３１は、上述のようにＩＦ信号に対して相関処理を行う。相関器３１は、キャリア相関器と、コード相関器と、レプリカキャリア周波数信号生成部と、レプリカコード信号生成部とを備える。
【００３４】
信号捕捉時には、相関器３１は、既知のサーチ用コード・キャリア周波数生成手法によりレプリカキャリア周波数信号およびレプリカコード信号を生成し、キャリア相関器およびコード相関器で相関を行い、信号の捕捉（サーチ）を行う。そして、相関器３１は、予め設定したサーチ用のＣ／Ｎｏの閾値を超えたことを検出すると、追尾用の相関処理に切り替える。
【００３５】
追尾用の相関処理は、単独コード追尾ループ処理と連結型コード・キャリア追尾ループ処理とで異なる。単独コード追尾ループ処理の場合、相関器３１は、コード追尾部３３から出力されたコード情報に基づいてレプリカコード信号を生成し、サーチ終了時点でのキャリア周波数に基づいてレプリカキャリア周波数信号を生成する。一方、連結型コード・キャリア追尾ループの場合、相関器３１は、コード追尾部３３から出力されたコード情報に基づいてレプリカコード信号を生成し、キャリア追尾部３４から出力されたキャリア周波数情報に基づいてレプリカキャリア周波数信号を生成する。
【００３６】
相関器３１のキャリア相関器はＩＦ信号とレプリカキャリア周波数信号との相関処理を行い、コード相関器はキャリア相関後のＩＦ信号とレプリカコード信号との相関処理を行う。
【００３７】
積算器３２は、上述のように相関処理後のＩＦ信号を所定時間長、例えば１［ｍｓｅｃ．］に亘り積算することで、逆拡散信号を生成する。逆拡散信号は、航法メッセージ取得部１４へ与えられるとともに、コード追尾部３３、キャリア追尾部３４、Ｃ／Ｎｏ測定部３６へも与えられる。
【００３８】
Ｃ／Ｎｏ測定部３６は、積算器３２から出力される逆拡散信号のＣ／Ｎｏ（搬送波電力対雑音電力密度比）を順次測定して追尾処理制御部３７へ与える。
【００３９】
本発明の切替タイミング指示手段に相当する追尾処理制御部３７は、取得したＣ／Ｎｏに基づいて、切替回路３５への切替制御信号を与えるタイミングを設定するための遷移時間Ｔを決定する。ここで、遷移時間Ｔは、図３（Ｃ）に示すように、Ｃ／Ｎｏが高くなる、すなわち雑音が少なくＣ／Ｎｏが良くなるほど短く設定されており、Ｃ／Ｎｏが低くなる、すなわち雑音が多くＣ／Ｎｏが悪くなるほど長く設定されている。さらに、遷移時間Ｔは、Ｃ／Ｎｏに対して負の指数関数的に短くなるように設定されている。例えば、追尾処理制御部３７は、このように決定された遷移時間Ｔの逆数（１／Ｔ）を、予め設定した等時間間隔からなる単位時間毎に積算していく。そして、追尾処理制御部３７は、当該積算結果が所定閾値に達した時点を切替タイミングと判定して、切替制御信号を切替回路３５へ与える。このように、遷移時間Ｔを決定して切替タイミングを算出することで、Ｃ／Ｎｏが高ければ、コード追尾部３３による単独コード追尾ループから、コード追尾部３３とキャリア追尾部３４とが連動してなる連結型コード・キャリア追尾ループへの切替タイミングを早くすることができる。一方で、Ｃ／Ｎｏが低ければ、単独コード追尾ループから連結型コード・キャリア追尾ループへの切替タイミングを遅くすることができる。さらに、Ｃ／Ｎｏが低い状態から高くなる速度が速ければ、Ｃ／Ｎｏが高くなる速度が遅い場合よりも、単独コード追尾ループから連結型コード・キャリア追尾ループへの切替タイミングを早くすることができる。この際、Ｃ／Ｎｏが低くなるほど単独コード追尾ループの実行時間長が長くなるので、サーチの閾値を超えるレベルを有するＣ／Ｎｏであれば、Ｃ／Ｎｏに影響されることなく、確実に高精度なコード追尾を行うことができる。
【００４０】
なお、追尾処理制御部３７は、Ｃ／Ｎｏ測定部３６から与えられるＣ／Ｎｏを逐次積算して、この積算された値が所定閾値に達した時点を切替タイミングと判定してもよい。
【００４１】
コード追尾部３３は、コードＮＣＯ３３０、コード位相差検出部３３１、第１単位変換部３３２、第１増幅器３３３、第２増幅器３３４、積算器３３５、加算器３３６、第２単位変換部３３７を備える。
【００４２】
コード位相差検出部３３１は、逆拡散信号に含まれるコード位相差、すなわち、コードＮＣＯ３３０のコード情報に基づいて生成されたレプリカコード信号とＩＦ信号とのコード位相差を検出して、第１単位変換部３３２へ与える。第１単位変換部３３２は、コードチップ単位を基準にしたコード位相差から、時間単位のコード位相差に単位変換して、第１増幅器３３３および第２増幅器３３４へ出力する。
【００４３】
第１増幅器３３３は、コード位相のベースバンド成分を出力し、第２増幅器３３４はコード位相に対するコードドップラ成分を出力するようにゲイン設定される。この際、第１増幅器３３３および第２増幅器３３４は、各タイミングでのＣ／Ｎｏに応じた帯域幅で設定される。第１増幅器３３３から得られたコード位相差は、加算器３３６に入力される。一方、第２増幅器３３４から得られたコード位相差は、積算器３３５へ入力される。
【００４４】
積算器３３５は、第２増幅器３３４から得られたコード位相差を順次積算していく。ここで、積算器３３５に積算されていくコード位相差は、測位衛星の移動等により生じるコードドップラ成分であるので、これらを積算していくことで、コードドップラ成分が積算されていくことになるので、結果的にキャリア周波数を積算していくことに相当する処理を行うことができる。そして、このコード位相差の積算値は、切替回路３５へ入力される。
【００４５】
切替回路３５は、スイッチ３５１とスイッチ３５２とを有する。スイッチ３５１は、コード追尾部３３の積算器３３５とキャリア追尾部３４との接続の開閉を切り替え可能なものである。スイッチ３５２は、コード追尾部３３の加算器３３６をコード追尾部３３の積算器３３５またはキャリア追尾部３４のいずれかに接続するものである。この切替回路３５の各スイッチ３５１，３５２の切替制御は、上述した追尾処理制御部３７からの切替制御信号により行われる。
【００４６】
そして、サーチ終了時点では、追尾処理制御部３７から切替制御信号が与えられておらず、図３（Ａ）に示すように、スイッチ３５１は開放であり、スイッチ３５２は積算器３３５と加算器３３６とを接続する。これにより、コード追尾部３３と相関器３１および積算器３２とによる単独コード追尾ループ処理のための２次型フィードバックループが形成される。
【００４７】
単独コード追尾ループ処理の実行時には、積算器３３５から切替回路３５へ入力されたコード位相差の積算値は加算器３３６へ与えられ、加算器３３６は、第１増幅器３３３を介したベースバンド成分のコード位相差と、第２増幅器３３４および積算器３３５を介したコードドップラ成分のコード位相差の積算値とを加算して、第２単位変換部３３７へ出力する。
【００４８】
第２単位変換部３３７は、時間単位のコード位相差をコードチップ単位のコード位相差に変換して、コードＮＣＯ３３０へ与える。コードＮＣＯ３３０は、与えられたコード位相差に基づいて、次のタイミングにおけるレプリカコード信号を生成するためのコード情報を生成し、相関器３１へ出力する。
【００４９】
一方、追尾処理制御部３７から切替制御信号の入力があり、各スイッチ３５１，３５２の切替制御が行われると、図３（Ｂ）に示すように、スイッチ３５１は短絡になってコード追尾部３３の積算器３３５とキャリア追尾部３４とを接続し、スイッチ３５２はキャリア追尾部３４とコード追尾部３３の加算器３３６とを接続する。
【００５０】
キャリア追尾部３４は、キャリア追尾実行部３４１と第３単位変換部３４２と第４単位変換部３４３とを備える。キャリア追尾実行部３４１は、キャリアＮＣＯやキャリア差検出部等の既知の構成からなり、キャリア追尾に関する各種処理を行い、キャリア周波数情報を相関器３１へ出力する。キャリア追尾実行部３４１は、単独コード追尾ループが実行されている間は動作せず、切替制御信号が行われ、コード追尾部３３と接続された時点からキャリア追尾を開始する。キャリア追尾の開始時点では、キャリア追尾実行部３４１は、コード追尾部３３の積算器３３５から入力されるコード位相差の積算値を第４単位変換部３４３で時間単位から周波数単位へと変換した値、すなわち単独コード追尾ループ処理期間中でのキャリア周波数を受け付けて初期値を設定し、キャリア追尾を開始する。これにより、キャリア追尾ループへ高精度なキャリア周波数初期値を与えることができ、確実且つ高精度なキャリア追尾を行うことができる。
【００５１】
そして、キャリア追尾実行部３４１は、算出したキャリア周波数情報を相関器３１、第３単位変換部３４２、測位部１５へ出力する。
【００５２】
第３単位変換部３４２は、キャリア追尾実行部３４１により得られるキャリア周波数情報を時間の変化率、つまり時間単位へと変換して、切替回路３５へ与える。この際、第３単位変換部３４２は追尾を行うコードに応じた変換率で変換を行う。時間単位に変換されたキャリア周波数情報は、スイッチ３５２を介してコード追尾部３３の加算器３３６へ入力される。加算器３３６は、コード追尾部３３で得られる上述のベースバンド成分のコード位相差と時間単位に変換されたキャリア周波数情報とを加算して出力する。このような構成とすることで、コード追尾部３３、キャリア追尾部３４、相関器３１、積算器３２からなる連結型コード・キャリア追尾ループが構成され、コードとキャリア周波数を並行して追尾することができる。
【００５３】
擬似距離算出部３８は、コード追尾部３３からのコード位相差やキャリア追尾部３４のキャリア周波数情報等に基づいて擬似距離を算出して、測位部１５へ与える。
【００５４】
次に、本実施形態の構成を用いた場合のシミュレーション結果について示す。図４は搬送波信号の種類、サーチ終了時点での初期キャリア周波数誤差、および理想的に追尾できた際のＣ／Ｎｏをパラメータとして、キャリア周波数誤差が１００［Ｈｚ］以内に推定できたかどうかを示す。
【００５５】
図４に示すように、本実施形態の構成を用いることで、Ｌ１波のＣ／Ａコードを用いた場合、初期キャリア周波数誤差が５５０［Ｈｚ］であってもＣ／Ｎｏが３５［ｄＢ−Ｈｚ］以上であれば、誤差１００［Ｈｚ］以内にキャリア周波数を推定できる。また、Ｌ１波のＣ／Ａコードを用いた場合で初期キャリア周波数誤差が３００［Ｈｚ］であれば、Ｃ／Ｎｏが３０［ｄＢ−Ｈｚ］であっても、誤差１００［Ｈｚ］以内にキャリア周波数を推定できる。さらに、Ｌ１波のＣ／Ａコードを用いた場合、Ｃ／Ｎｏが良好であるほど大幅に周波数推定時間を短縮することができる。
【００５６】
また、Ｌ５波のＩコードを用いた場合、初期キャリア周波数誤差が５５０［Ｈｚ］であってもＣ／Ｎｏが５０［ｄＢ−Ｈｚ］以上であれば、誤差１００［Ｈｚ］以内にキャリア周波数を推定できる。また、Ｌ５波のＩコードを用いた場合で初期キャリア周波数誤差が３００［Ｈｚ］であれば、Ｃ／Ｎｏが３５［ｄＢ−Ｈｚ］であっても、誤差１００［Ｈｚ］以内にキャリア周波数を推定できる。
【００５７】
図５は、従来の場合を示す図６と同じ条件で本実施形態の構成を用いた場合のシミュレーション結果であり、図５（Ａ），（Ｂ）は、ＧＰＳのＬ１波のＣ／Ａコードに関するキャリア周波数推移状況およびＣ／Ｎｏ（搬送波電力対雑音電力密度比）推移状況のシミュレーション結果を示す図であり、図５（Ｃ），（Ｄ）は、ＧＰＳのＬ５波のＩコードに関するキャリア周波数推移状況およびＣ／Ｎｏ推移状況を示す図である。
【００５８】
以上のように、本実施形態の構成を用いることで、Ｃ／Ｎｏによる追尾への悪影響を抑圧し、従来よりも悪い雑音環境であっても、確実且つ高精度にコード追尾およびキャリア周波数追尾を行うことができる。また、従来よりも初期キャリア周波数誤差が大きくても、確実且つ高精度にコード追尾およびキャリア周波数追尾を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態に係る測位信号復調装置に相当する復調部を含む測位装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す復調部１３の主要構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す切替回路３７の切替動作を説明するための図、および、遷移時間ＴのＣ／Ｎｏ特性を示す１つのモデルを表したグラフである。
【図４】搬送波信号の種類、サーチ終了時点での初期キャリア周波数誤差、およびＣ／Ｎｏをパラメータとした追尾のシミュレーション結果を示した表である。
【図５】本実施形態の構成を用いた場合の追尾のシミュレーション結果を示した図である。
【図６】従来の追尾のシミュレーション結果を示した図である。
【符号の説明】
【００６０】
１１−測位信号受信アンテナ、１２−ダウンコンバータ、１３−復調部、１４−航法メッセージ取得部、１５−測位部、
３１−相関器、３２−積算器、３３−コード追尾部、３４−キャリア追尾部、３５−-切替回路、３６−Ｃ／Ｎｏ測定部、３７−追尾処理制御部、３８−擬似距離算出部、
３３０−コードＮＣＯ、３３１−コード位相検出部、３３２−第１単位変換部、３３３−第１増幅器、３３４−第２増幅器、３３５−積算器、３３６−加算器、３３７−第２単位変換部、３４１−キャリア追尾実行部、３４２−第３単位変換部、３４３−第４単位変換部、３５１，３５２−スイッチ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、測位信号の復調を行うために、測位信号のキャリア周波数およびコードの追尾を行う装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧＰＳ受信機等のＧＮＳＳ受信機では、測位等を行うために擬似距離やドップラ周波数を測定する必要がある。そして、当該擬似距離やドップラ周波数を測定するためには、測位信号の捕捉（サーチ）と追尾を行わなければならない。特に、擬似距離やドップラ周波数を高精度に測定するためには、コード追尾とキャリア周波数追尾との両方を行わなければならない。
【０００３】
ところが、このようなＧＮＳＳ受信機では、測位信号の捕捉時の状態によっては、追尾状態に入ってからキャリア周波数を追い込んでロックする過程で、十分な追い込みができなかったり、間違ったキャリア周波数にロックしてしまうという異常追尾現象が生じる。例えば、図６に示すような異常追尾が生じることがある。
【０００４】
図６（Ａ），（Ｂ）は、ＧＰＳのＬ１波のＣ／Ａコードに関する異常追尾が生じた場合のキャリア周波数推移状況およびＣ／Ｎｏ（搬送波電力対雑音電力密度比）推移状況のシミュレーション結果を示す図であり、図６（Ｃ），（Ｄ）は、ＧＰＳのＬ５波のＩコードに関する異常追尾が生じた場合のキャリア周波数推移状況およびＣ／Ｎｏ推移状況シミュレーション結果を示す図である。
【０００５】
図６（Ａ），（Ｂ）では、Ｌ１波Ｃ／Ａコードに対して、捕捉時のベースバンド変換後におけるキャリア周波数が０［Ｈｚ］、目的周波数が５００［Ｈｚ］、理想的に追尾できた際のＣ／Ｎｏが５０［ｄＢ−Ｈｚ］である場合を示す。このような条件、すなわち、目的周波数に対して５５０Ｈｚの周波数ズレがある状態で追尾を開始した場合、この追尾によって推定されるキャリア周波数は−１０００［Ｈｚ］、すなわち周波数ズレが約１．５［ｋＨｚ］になり、Ｃ／Ｎｏが低いまま推移する。このため、定常追尾に至ることができない。
【０００６】
図６（Ｃ），（Ｄ）では、Ｌ５波Ｉコードに対して、捕捉時のベースバンド変換後におけるキャリア周波数が０［Ｈｚ］、目的周波数が５００［Ｈｚ］、理想的に追尾できた際のＣ／Ｎｏが５０［ｄＢ−Ｈｚ］である場合を示す。このような条件、すなわち、目的周波数に対して３００Ｈｚの周波数ズレがある状態で追尾を開始した場合、この追尾によって推定されるキャリア周波数は−２００［Ｈｚ］、すなわち周波数ズレが５００［Ｈｚ］になり、Ｃ／Ｎｏは高い値となる。これにより、間違ったキャリア周波数でロックされて追尾が行われてしまう。
【０００７】
このような問題を解決する方法として、サーチを行った後にコード追尾を行い、コード位相差が十分に小さくなったことを確認してから、所定時間長（例えば１秒間）等のコード位相差を観測し、当該コード位相差の最小自乗値からキャリア周波数の初期値を推定し、当該初期値からキャリア周波数を追尾する方法が考えられている。さらには、特許文献１には、１つの測位衛星（測位信号）に対して複数チャンネルを用い、ピークサーチ、当該ピークに対応するサイドローブチェック、ピーク値のキャリア周波数確認を行うことで、正確なキャリア周波数を絞り込んでいく方法も考えられている。
【特許文献１】特開２００４−１２３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の最小自乗法を用いる方法の場合、１つの測位衛星（測位信号）に対して１チャンネルを割り当てればよいが、最小自乗法を使用するため、演算処理量が多くなり、処理負荷が大きくなる。また、最小自乗法を行うためのサンプリング時間がＣ／Ｎｏに関係なく一定であるので、高精度なコード追尾やキャリア周波数追尾を行うための処理を、Ｃ／Ｎｏすなわち受信環境に応じて柔軟に適用させることができず、Ｃ／Ｎｏによっては高精度な追尾ができない可能性もある。
【０００９】
また、特許文献１に示すような方法では、１つの測位衛星（測位信号）に対して２チャンネルを必要とするので、リソースを多く必要としてしまう。
【００１０】
このような各問題を鑑みて、本発明の目的は、Ｃ／Ｎｏによるコード追尾結果やキャリア周波数追尾結果への影響を抑制し、高精度なコード、キャリア周波数追尾ができる簡素な構成の測位信号追尾処理装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、測位信号に基づいてキャリア周波数の追尾を行うキャリア追尾部と、測位信号に基づいてコードの追尾を行うコード追尾部とを備えた測位信号追尾処理装置に関するものである。この測位信号追尾処理装置は、Ｃ／Ｎｏ推定手段と、キャリア周波数推定手段と、推定時間決定手段とを備える。Ｃ／Ｎｏ推定手段は、所定の相関処理がされた測位信号のＣ／Ｎｏを推定する。キャリア周波数推定手段は、コード追尾部内に備えられており、コード追尾部で検出されるコードドップラ成分に基づいて所定時間に亘りキャリア周波数を推定する。推定時間決定手段は、キャリア周波数を推定する所定時間を、Ｃ／Ｎｏに基づいて決定する。そして、キャリア追尾部は、キャリア周波数推定手段により推定されたキャリア周波数を初期値として該キャリア周波数の追尾を行う。
【００１２】
この構成では、コード追尾部では、コードの追尾処理とともに、キャリア周波数推定手段で、コードドップラ成分からキャリア周波数が継続的に推定される。追尾されているコードは順次測位信号との相関処理に利用され、相関処理後の信号は、Ｃ／Ｎｏ推定手段によりＣ／Ｎｏが逐次推定される。推定時間決定手段は、Ｃ／Ｎｏに基づいてキャリア周波数推定手段でのキャリア周波数推定時間を決定する。そして、決定された推定時間に達すると、キャリア周波数推定手段で推定されたキャリア周波数が初期値としてキャリア追尾部へ与えられ、キャリア追尾が実行される。これにより、キャリア追尾部へは、コード追尾部で精度が向上したキャリア周波数が初期値として入力される。
【００１３】
また、この発明の測位信号追尾処理装置の推定時間決定手段は、キャリア周波数を推定する所定時間をＣ／Ｎｏが良くなるほど短くする。
【００１４】
この構成では、Ｃ／Ｎｏが元々良ければ、すなわち受信環境が良好であれば、早くキャリア周波数が推定される。また、コード追尾の開始当初ではＣ／Ｎｏが悪くても、コードが合わせ込まれてＣ／Ｎｏが良くなるほど、キャリア周波数の推定時間が早く短くなっていく。これにより、Ｃ／Ｎｏの状況に応じて最適な推定時間が決定される。
【００１５】
また、この発明の測位信号追尾処理装置の推定時間決定手段は、Ｃ／Ｎｏが良くなるほど短くなる遷移時間を設定する。そして、推定時間決定手段は、遷移時間の逆数を予め設定したタイミング毎に積算していき、当該積算値が所定値に達するまでの時間を、キャリア周波数を推定する所定時間とする。
【００１６】
この構成では、Ｃ／Ｎｏに基づく遷移時間の逆数の積算処理のみでキャリア周波数の推定時間が決定される。これにより、Ｃ／Ｎｏの推移により変化するキャリア周波数の推定時間が簡素な処理で決定される。
【００１７】
また、この発明の測位信号追尾処理装置の推定時間決定手段は、Ｃ／Ｎｏを予め設定したタイミング毎に積算していき、当該積算値が所定値に達するまでの時間を、キャリア周波数を推定する所定時間とする。
【００１８】
この構成では、Ｃ／Ｎｏの積算値を推定時間の決定基準とすることで、遷移時間を用いずとも、キャリア周波数の推定時間が算出される。
【００１９】
また、この発明の測位信号追尾処理装置のコード追尾部は、コード位相差検出部を含む。コード位相差検出部は、測位信号に重畳するコードとコードＮＣＯにより生成されるレプリカコードとのコード位相差を検出する。測位信号追尾処理装置のコード位相差検出部の出力側には、それぞれ異なるゲインを有する増幅器を備えた第１の系、第２の系が備えられており、該第２の系には、コード位相のコードドップラ成分を所定時間に亘り積算する前記積算器が挿入されている。このような構成において、具体的に、キャリア周波数推定手段は、コード位相差検出部、第２の系の増幅器、第２の系の積算器からなる。そして、キャリア追尾部は、積算器から出力される値に基づいたキャリア周波数を初期値として該キャリア周波数の追尾を行う。
【００２０】
この構成では、上述のキャリア周波数推定手段の具体的な構成を示すものであり、この構成により、キャリア周波数推定手段は、コード追尾部に必須のコード位相差検出部と、コード追尾のためのフィードバックループに一般的に設置される増幅器や積算器とから構成される。特に増幅器や積算器は一般的な回路であるので、キャリア周波数推定手段が汎用の簡素な回路構成で実現される。
【００２１】
また、この発明の測位装置は、復調部、航法メッセージ取得部、および測位部を備える。復調部は、上述の測位信号追尾処理装置を有し、追尾しているコードのコード位相差やキャリア周波数に基づいて擬似距離を算出する。航法メッセージ取得部は、復調部で復調された測位信号から航法メッセージを取得する。測位部は、擬似距離と航法メッセージとを用いて測位演算を行う。
【００２２】
この構成では、上述のようにコードやキャリア周波数が確実且つ高精度に追尾されるので、擬似距離を高精度に取得することができる。これにより、高精度な測位演算が可能になる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、複雑且つ演算量の多い処理を行わなくても、簡素な構成で且つ簡素な演算処理で、Ｃ／Ｎｏによる追尾精度への影響を抑制して、確実且つ高精度にコード追尾およびキャリア周波数追尾を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施形態に係る測位信号追尾処理装置の構成について、図を参照して説明する。なお、以下の説明では、ＧＰＳの場合を例として説明を行うが、Ｇａｌｉｌｅｏ等のＧＮＳＳの他のシステムにおける測位信号追尾処理装置に対しても、以下の構成を適用することができる。
【００２５】
図１は本実施形態の測位信号追尾処理装置を備える復調部を含む測位装置の概略構成を示すブロック図である。
【００２６】
測位装置は、測位信号受信アンテナ１１、ダウンコンバータ１２、本発明の測位信号追尾処理装置を含む復調部１３、航法メッセージ取得部１４、測位部１５を備える。測位信号受信アンテナ１１は、測位衛星から送信される測位用の電波信号を受信して、電気信号変換した測位信号をダウンコンバータ１２へ出力する。測位信号は、所定周波数からなる搬送波（例えば、ＧＰＳのＬ１波であれば１５７５．４２ＭＨｚ等）を、測位衛星毎に設定されたコードと航法メッセージによりスペクトル拡散した信号である。ダウンコンバータ１２は、測位信号の周波数をダウンコンバートして、所定周波数からなる中間周波数信号（以下、「ＩＦ信号」と称する。）を生成し、復調部１３へ与える。
【００２７】
復調部１３は、スペクトル拡散されたＩＦ信号に対してキャリア相関およびコード相関を行い、これら相関処理後の信号を所定時間長に亘り積算することで、逆拡散を行う。ここで、キャリア相関とコード相関とが高精度に行われていれば、この逆拡散信号には航法メッセージのみが重畳された状態になる。
【００２８】
復調部１３は、まず信号捕捉（サーチ）を行うことで、コードとキャリア周波数の粗調整を行う。復調部１３は、Ｃ／Ｎｏがサーチ用閾値を超えた時点で、コード追尾のみを行う単独コード追尾ループ処理を実行する。この際、復調部１３は、キャリア相関用にはサーチ終了時点で設定されているキャリア周波数を用い、キャリア追尾を行わない。次に、復調部１３は、単独コード追尾ループでのコードの合わせ込みが成功すると、コード追尾とキャリア追尾とを同時・並行して行う連結型コード・キャリア追尾ループ処理（位相同期型ＤＬＬ処理に対応する。）を実行する。この際、キャリア追尾部３４には、コード追尾部３３による単独コード追尾ループで得られたコードドップラの積算値が与えられる。そして、復調部１３は、連結型コード・キャリア追尾ループによりコード追尾およびキャリア周波数追尾を実行していき、定常追尾に成功すると、得られたコード及びキャリア周波数によってＩＦ信号を逆拡散処理して航法メッセージ取得部１４へ与えるとともに、得られたコード及びキャリア周波数情報から擬似距離等を算出して測位部１５へ与える。
【００２９】
航法メッセージ取得部１４は、復調部１３からの航法メッセージが重畳された逆拡散信号に基づいて航法メッセージを取得し、測位部１５に与える。
【００３０】
測位部１５は、航法メッセージ取得部１４からの航法メッセージと、復調部１３からの擬似距離やキャリア周波数情報等に基づいて測位演算を行い、測位装置の位置を算出する。
【００３１】
次に、本発明の特徴部である復調部１３の構成について、図２、図３を参照して具体的に説明する。
図２は図１に示す復調部１３の主要構成を示すブロック図である。また、図３（Ａ），（Ｂ）は図２に示す切替回路３５の切替動作を説明するための図であり、図３（Ｃ）は遷移時間ＴのＣ／Ｎｏ特性を示す１つのモデルを表したグラフである。
【００３２】
復調部１３は、相関器３１、積算器３２、コード追尾部３３、キャリア追尾部３４、切替回路３５、Ｃ／Ｎｏ測定部３６、追尾処理制御部３７、および擬似距離算出部３８を備える。
【００３３】
相関器３１は、上述のようにＩＦ信号に対して相関処理を行う。相関器３１は、キャリア相関器と、コード相関器と、レプリカキャリア周波数信号生成部と、レプリカコード信号生成部とを備える。
【００３４】
信号捕捉時には、相関器３１は、既知のサーチ用コード・キャリア周波数生成手法によりレプリカキャリア周波数信号およびレプリカコード信号を生成し、キャリア相関器およびコード相関器で相関を行い、信号の捕捉（サーチ）を行う。そして、相関器３１は、予め設定したサーチ用のＣ／Ｎｏの閾値を超えたことを検出すると、追尾用の相関処理に切り替える。
【００３５】
追尾用の相関処理は、単独コード追尾ループ処理と連結型コード・キャリア追尾ループ処理とで異なる。単独コード追尾ループ処理の場合、相関器３１は、コード追尾部３３から出力されたコード情報に基づいてレプリカコード信号を生成し、サーチ終了時点でのキャリア周波数に基づいてレプリカキャリア周波数信号を生成する。一方、連結型コード・キャリア追尾ループの場合、相関器３１は、コード追尾部３３から出力されたコード情報に基づいてレプリカコード信号を生成し、キャリア追尾部３４から出力されたキャリア周波数情報に基づいてレプリカキャリア周波数信号を生成する。
【００３６】
相関器３１のキャリア相関器はＩＦ信号とレプリカキャリア周波数信号との相関処理を行い、コード相関器はキャリア相関後のＩＦ信号とレプリカコード信号との相関処理を行う。
【００３７】
積算器３２は、上述のように相関処理後のＩＦ信号を所定時間長、例えば１［ｍｓｅｃ．］に亘り積算することで、逆拡散信号を生成する。逆拡散信号は、航法メッセージ取得部１４へ与えられるとともに、コード追尾部３３、キャリア追尾部３４、Ｃ／Ｎｏ測定部３６へも与えられる。
【００３８】
Ｃ／Ｎｏ測定部３６は、積算器３２から出力される逆拡散信号のＣ／Ｎｏ（搬送波電力対雑音電力密度比）を順次測定して追尾処理制御部３７へ与える。
【００３９】
本発明の切替タイミング指示手段に相当する追尾処理制御部３７は、取得したＣ／Ｎｏに基づいて、切替回路３５への切替制御信号を与えるタイミングを設定するための遷移時間Ｔを決定する。ここで、遷移時間Ｔは、図３（Ｃ）に示すように、Ｃ／Ｎｏが高くなる、すなわち雑音が少なくＣ／Ｎｏが良くなるほど短く設定されており、Ｃ／Ｎｏが低くなる、すなわち雑音が多くＣ／Ｎｏが悪くなるほど長く設定されている。さらに、遷移時間Ｔは、Ｃ／Ｎｏに対して負の指数関数的に短くなるように設定されている。例えば、追尾処理制御部３７は、このように決定された遷移時間Ｔの逆数（１／Ｔ）を、予め設定した等時間間隔からなる単位時間毎に積算していく。そして、追尾処理制御部３７は、当該積算結果が所定閾値に達した時点を切替タイミングと判定して、切替制御信号を切替回路３５へ与える。このように、遷移時間Ｔを決定して切替タイミングを算出することで、Ｃ／Ｎｏが高ければ、コード追尾部３３による単独コード追尾ループから、コード追尾部３３とキャリア追尾部３４とが連動してなる連結型コード・キャリア追尾ループへの切替タイミングを早くすることができる。一方で、Ｃ／Ｎｏが低ければ、単独コード追尾ループから連結型コード・キャリア追尾ループへの切替タイミングを遅くすることができる。さらに、Ｃ／Ｎｏが低い状態から高くなる速度が速ければ、Ｃ／Ｎｏが高くなる速度が遅い場合よりも、単独コード追尾ループから連結型コード・キャリア追尾ループへの切替タイミングを早くすることができる。この際、Ｃ／Ｎｏが低くなるほど単独コード追尾ループの実行時間長が長くなるので、サーチの閾値を超えるレベルを有するＣ／Ｎｏであれば、Ｃ／Ｎｏに影響されることなく、確実に高精度なコード追尾を行うことができる。
【００４０】
なお、追尾処理制御部３７は、Ｃ／Ｎｏ測定部３６から与えられるＣ／Ｎｏを逐次積算して、この積算された値が所定閾値に達した時点を切替タイミングと判定してもよい。
【００４１】
コード追尾部３３は、コードＮＣＯ３３０、コード位相差検出部３３１、第１単位変換部３３２、第１増幅器３３３、第２増幅器３３４、積算器３３５、加算器３３６、第２単位変換部３３７を備える。
【００４２】
コード位相差検出部３３１は、逆拡散信号に含まれるコード位相差、すなわち、コードＮＣＯ３３０のコード情報に基づいて生成されたレプリカコード信号とＩＦ信号とのコード位相差を検出して、第１単位変換部３３２へ与える。第１単位変換部３３２は、コードチップ単位を基準にしたコード位相差から、時間単位のコード位相差に単位変換して、第１増幅器３３３および第２増幅器３３４へ出力する。
【００４３】
第１増幅器３３３は、コード位相のベースバンド成分を出力し、第２増幅器３３４はコード位相に対するコードドップラ成分を出力するようにゲイン設定される。この際、第１増幅器３３３および第２増幅器３３４は、各タイミングでのＣ／Ｎｏに応じた帯域幅で設定される。第１増幅器３３３から得られたコード位相差は、加算器３３６に入力される。一方、第２増幅器３３４から得られたコード位相差は、積算器３３５へ入力される。
【００４４】
積算器３３５は、第２増幅器３３４から得られたコード位相差を順次積算していく。ここで、積算器３３５に積算されていくコード位相差は、測位衛星の移動等により生じるコードドップラ成分であるので、これらを積算していくことで、コードドップラ成分が積算されていくことになるので、結果的にキャリア周波数を積算していくことに相当する処理を行うことができる。そして、このコード位相差の積算値は、切替回路３５へ入力される。
【００４５】
切替回路３５は、スイッチ３５１とスイッチ３５２とを有する。スイッチ３５１は、コード追尾部３３の積算器３３５とキャリア追尾部３４との接続の開閉を切り替え可能なものである。スイッチ３５２は、コード追尾部３３の加算器３３６をコード追尾部３３の積算器３３５またはキャリア追尾部３４のいずれかに接続するものである。この切替回路３５の各スイッチ３５１，３５２の切替制御は、上述した追尾処理制御部３７からの切替制御信号により行われる。
【００４６】
そして、サーチ終了時点では、追尾処理制御部３７から切替制御信号が与えられておらず、図３（Ａ）に示すように、スイッチ３５１は開放であり、スイッチ３５２は積算器３３５と加算器３３６とを接続する。これにより、コード追尾部３３と相関器３１および積算器３２とによる単独コード追尾ループ処理のための２次型フィードバックループが形成される。
【００４７】
単独コード追尾ループ処理の実行時には、積算器３３５から切替回路３５へ入力されたコード位相差の積算値は加算器３３６へ与えられ、加算器３３６は、第１増幅器３３３を介したベースバンド成分のコード位相差と、第２増幅器３３４および積算器３３５を介したコードドップラ成分のコード位相差の積算値とを加算して、第２単位変換部３３７へ出力する。
【００４８】
第２単位変換部３３７は、時間単位のコード位相差をコードチップ単位のコード位相差に変換して、コードＮＣＯ３３０へ与える。コードＮＣＯ３３０は、与えられたコード位相差に基づいて、次のタイミングにおけるレプリカコード信号を生成するためのコード情報を生成し、相関器３１へ出力する。
【００４９】
一方、追尾処理制御部３７から切替制御信号の入力があり、各スイッチ３５１，３５２の切替制御が行われると、図３（Ｂ）に示すように、スイッチ３５１は短絡になってコード追尾部３３の積算器３３５とキャリア追尾部３４とを接続し、スイッチ３５２はキャリア追尾部３４とコード追尾部３３の加算器３３６とを接続する。
【００５０】
キャリア追尾部３４は、キャリア追尾実行部３４１と第３単位変換部３４２と第４単位変換部３４３とを備える。キャリア追尾実行部３４１は、キャリアＮＣＯやキャリア差検出部等の既知の構成からなり、キャリア追尾に関する各種処理を行い、キャリア周波数情報を相関器３１へ出力する。キャリア追尾実行部３４１は、単独コード追尾ループが実行されている間は動作せず、切替制御信号が行われ、コード追尾部３３と接続された時点からキャリア追尾を開始する。キャリア追尾の開始時点では、キャリア追尾実行部３４１は、コード追尾部３３の積算器３３５から入力されるコード位相差の積算値を第４単位変換部３４３で時間単位から周波数単位へと変換した値、すなわち単独コード追尾ループ処理期間中でのキャリア周波数を受け付けて初期値を設定し、キャリア追尾を開始する。これにより、キャリア追尾ループへ高精度なキャリア周波数初期値を与えることができ、確実且つ高精度なキャリア追尾を行うことができる。
【００５１】
そして、キャリア追尾実行部３４１は、算出したキャリア周波数情報を相関器３１、第３単位変換部３４２、測位部１５へ出力する。
【００５２】
第３単位変換部３４２は、キャリア追尾実行部３４１により得られるキャリア周波数情報を時間の変化率、つまり時間単位へと変換して、切替回路３５へ与える。この際、第３単位変換部３４２は追尾を行うコードに応じた変換率で変換を行う。時間単位に変換されたキャリア周波数情報は、スイッチ３５２を介してコード追尾部３３の加算器３３６へ入力される。加算器３３６は、コード追尾部３３で得られる上述のベースバンド成分のコード位相差と時間単位に変換されたキャリア周波数情報とを加算して出力する。このような構成とすることで、コード追尾部３３、キャリア追尾部３４、相関器３１、積算器３２からなる連結型コード・キャリア追尾ループが構成され、コードとキャリア周波数を並行して追尾することができる。
【００５３】
擬似距離算出部３８は、コード追尾部３３からのコード位相差やキャリア追尾部３４のキャリア周波数情報等に基づいて擬似距離を算出して、測位部１５へ与える。
【００５４】
次に、本実施形態の構成を用いた場合のシミュレーション結果について示す。図４は搬送波信号の種類、サーチ終了時点での初期キャリア周波数誤差、および理想的に追尾できた際のＣ／Ｎｏをパラメータとして、キャリア周波数誤差が１００［Ｈｚ］以内に推定できたかどうかを示す。
【００５５】
図４に示すように、本実施形態の構成を用いることで、Ｌ１波のＣ／Ａコードを用いた場合、初期キャリア周波数誤差が５５０［Ｈｚ］であってもＣ／Ｎｏが３５［ｄＢ−Ｈｚ］以上であれば、誤差１００［Ｈｚ］以内にキャリア周波数を推定できる。また、Ｌ１波のＣ／Ａコードを用いた場合で初期キャリア周波数誤差が３００［Ｈｚ］であれば、Ｃ／Ｎｏが３０［ｄＢ−Ｈｚ］であっても、誤差１００［Ｈｚ］以内にキャリア周波数を推定できる。さらに、Ｌ１波のＣ／Ａコードを用いた場合、Ｃ／Ｎｏが良好であるほど大幅に周波数推定時間を短縮することができる。
【００５６】
また、Ｌ５波のＩコードを用いた場合、初期キャリア周波数誤差が５５０［Ｈｚ］であってもＣ／Ｎｏが５０［ｄＢ−Ｈｚ］以上であれば、誤差１００［Ｈｚ］以内にキャリア周波数を推定できる。また、Ｌ５波のＩコードを用いた場合で初期キャリア周波数誤差が３００［Ｈｚ］であれば、Ｃ／Ｎｏが３５［ｄＢ−Ｈｚ］であっても、誤差１００［Ｈｚ］以内にキャリア周波数を推定できる。
【００５７】
図５は、従来の場合を示す図６と同じ条件で本実施形態の構成を用いた場合のシミュレーション結果であり、図５（Ａ），（Ｂ）は、ＧＰＳのＬ１波のＣ／Ａコードに関するキャリア周波数推移状況およびＣ／Ｎｏ（搬送波電力対雑音電力密度比）推移状況のシミュレーション結果を示す図であり、図５（Ｃ），（Ｄ）は、ＧＰＳのＬ５波のＩコードに関するキャリア周波数推移状況およびＣ／Ｎｏ推移状況を示す図である。
【００５８】
以上のように、本実施形態の構成を用いることで、Ｃ／Ｎｏによる追尾への悪影響を抑圧し、従来よりも悪い雑音環境であっても、確実且つ高精度にコード追尾およびキャリア周波数追尾を行うことができる。また、従来よりも初期キャリア周波数誤差が大きくても、確実且つ高精度にコード追尾およびキャリア周波数追尾を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態に係る測位信号復調装置に相当する復調部を含む測位装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す復調部１３の主要構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す切替回路３７の切替動作を説明するための図、および、遷移時間ＴのＣ／Ｎｏ特性を示す１つのモデルを表したグラフである。
【図４】搬送波信号の種類、サーチ終了時点での初期キャリア周波数誤差、およびＣ／Ｎｏをパラメータとした追尾のシミュレーション結果を示した表である。
【図５】本実施形態の構成を用いた場合の追尾のシミュレーション結果を示した図である。
【図６】従来の追尾のシミュレーション結果を示した図である。
【符号の説明】
【００６０】
１１−測位信号受信アンテナ、１２−ダウンコンバータ、１３−復調部、１４−航法メッセージ取得部、１５−測位部、
３１−相関器、３２−積算器、３３−コード追尾部、３４−キャリア追尾部、３５−-切替回路、３６−Ｃ／Ｎｏ測定部、３７−追尾処理制御部、３８−擬似距離算出部、
３３０−コードＮＣＯ、３３１−コード位相検出部、３３２−第１単位変換部、３３３−第１増幅器、３３４−第２増幅器、３３５−積算器、３３６−加算器、３３７−第２単位変換部、３４１−キャリア追尾実行部、３４２−第３単位変換部、３４３−第４単位変換部、３５１，３５２−スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位信号に基づいてキャリア周波数の追尾を行うキャリア追尾部と、前記測位信号に基づいてコードの追尾を行うコード追尾部とを備えた測位信号追尾処理装置であって、
所定の相関処理がされた前記測位信号のＣ／Ｎｏを推定するＣ／Ｎｏ推定手段と、
前記コード追尾部内に備えられ、該コード追尾部で検出されるコードドップラ成分に基づいて所定時間に亘りキャリア周波数を推定するキャリア周波数推定手段と、
前記キャリア周波数を推定する所定時間を、前記Ｃ／Ｎｏに基づいて決定する推定時間決定手段と、を備え、
前記キャリア追尾部は、前記キャリア周波数推定手段により推定されたキャリア周波数を初期値として該キャリア周波数の追尾を行う、ことを特徴とする測位信号追尾処理装置。
【請求項２】
前記推定時間決定手段は、前記キャリア周波数を推定する所定時間を前記Ｃ／Ｎｏが良くなるほど短くする、請求項１に記載の測位信号処理追尾装置。
【請求項３】
前記推定時間決定手段は、前記Ｃ／Ｎｏが良くなるほど短くなる遷移時間を設定し、該遷移時間の逆数を予め設定したタイミング毎に積算していき、当該積算値が所定値に達するまでの時間を、前記キャリア周波数を推定する所定時間とする、請求項１または請求項２に記載の測位信号追尾処理装置。
【請求項４】
前記推定時間決定手段は、前記Ｃ／Ｎｏを予め設定したタイミング毎に積算していき、当該積算値が所定値に達するまでの時間を、前記キャリア周波数を推定する所定時間とする、請求項１または請求項２に記載の測位信号追尾処理装置。
【請求項５】
前記コード追尾部は、前記測位信号に重畳するコードとコードＮＣＯにより生成されるレプリカコードとのコード位相差を検出するコード位相差検出部を含み、該コード位相差検出部の出力側に、それぞれ異なるゲインを有する増幅器を備えた第１の系、第２の系を有し、該第２の系には、前記コード位相のコードドップラ成分を前記所定時間に亘り積算する前記積算器が挿入されており、
前記キャリア周波数推定手段は、前記コード位相差検出部、前記第２の系の増幅器、前記第２の系の積算器からなり、
前記キャリア追尾部は、前記積算器から出力される値に基づいたキャリア周波数を前記初期値として該キャリア周波数の追尾を行う、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の測位信号追尾処理装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の測位信号追尾処理装置を有し、追尾しているコードのコード位相差やキャリア周波数に基づいて擬似距離を算出する復調部と、
該復調部で復調された測位信号から航法メッセージを取得する航法メッセージ取得部と、
前記擬似距離と前記航法メッセージとを用いて測位演算を行う測位部とを、を備えた測位装置。
【請求項１】
測位信号に基づいてキャリア周波数の追尾を行うキャリア追尾部と、前記測位信号に基づいてコードの追尾を行うコード追尾部とを備えた測位信号追尾処理装置であって、
所定の相関処理がされた前記測位信号のＣ／Ｎｏを推定するＣ／Ｎｏ推定手段と、
前記コード追尾部内に備えられ、該コード追尾部で検出されるコードドップラ成分に基づいて所定時間に亘りキャリア周波数を推定するキャリア周波数推定手段と、
前記キャリア周波数を推定する所定時間を、前記Ｃ／Ｎｏに基づいて決定する推定時間決定手段と、を備え、
前記キャリア追尾部は、前記キャリア周波数推定手段により推定されたキャリア周波数を初期値として該キャリア周波数の追尾を行う、ことを特徴とする測位信号追尾処理装置。
【請求項２】
前記推定時間決定手段は、前記キャリア周波数を推定する所定時間を前記Ｃ／Ｎｏが良くなるほど短くする、請求項１に記載の測位信号処理追尾装置。
【請求項３】
前記推定時間決定手段は、前記Ｃ／Ｎｏが良くなるほど短くなる遷移時間を設定し、該遷移時間の逆数を予め設定したタイミング毎に積算していき、当該積算値が所定値に達するまでの時間を、前記キャリア周波数を推定する所定時間とする、請求項１または請求項２に記載の測位信号追尾処理装置。
【請求項４】
前記推定時間決定手段は、前記Ｃ／Ｎｏを予め設定したタイミング毎に積算していき、当該積算値が所定値に達するまでの時間を、前記キャリア周波数を推定する所定時間とする、請求項１または請求項２に記載の測位信号追尾処理装置。
【請求項５】
前記コード追尾部は、前記測位信号に重畳するコードとコードＮＣＯにより生成されるレプリカコードとのコード位相差を検出するコード位相差検出部を含み、該コード位相差検出部の出力側に、それぞれ異なるゲインを有する増幅器を備えた第１の系、第２の系を有し、該第２の系には、前記コード位相のコードドップラ成分を前記所定時間に亘り積算する前記積算器が挿入されており、
前記キャリア周波数推定手段は、前記コード位相差検出部、前記第２の系の増幅器、前記第２の系の積算器からなり、
前記キャリア追尾部は、前記積算器から出力される値に基づいたキャリア周波数を前記初期値として該キャリア周波数の追尾を行う、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の測位信号追尾処理装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の測位信号追尾処理装置を有し、追尾しているコードのコード位相差やキャリア周波数に基づいて擬似距離を算出する復調部と、
該復調部で復調された測位信号から航法メッセージを取得する航法メッセージ取得部と、
前記擬似距離と前記航法メッセージとを用いて測位演算を行う測位部とを、を備えた測位装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２５８５３（Ｐ２０１０−２５８５３Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８９７８０（Ｐ２００８−１８９７８０）
【出願日】平成２０年７月２３日（２００８．７．２３）
【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２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２３日（２００８．７．２３）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
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