衛星信号捕捉回路及び衛星信号受信機
【課題】 受信信号レベルに関わらず、確実にかつ高速に衛星信号を捕捉する。
【解決手段】 原則として強信号処理が実行され、予め設定されたときに、弱信号処理が実行される。弱信号処理においては、制御部３は、第１候補抽出部から受け取った複数の候補（信号パワーの累積加算値と、対応する位相コード及び周波数）と、閾値とに基づいて、衛星信号の特定を行う。強信号処理においては、弱信号処理の場合と同様に、制御部３は、第２候補抽出部から受け取った複数の候補（信号パワーと、対応する位相コード及び周波数）と、閾値とに基づいて、衛星信号の特定を行う。
【解決手段】 原則として強信号処理が実行され、予め設定されたときに、弱信号処理が実行される。弱信号処理においては、制御部３は、第１候補抽出部から受け取った複数の候補（信号パワーの累積加算値と、対応する位相コード及び周波数）と、閾値とに基づいて、衛星信号の特定を行う。強信号処理においては、弱信号処理の場合と同様に、制御部３は、第２候補抽出部から受け取った複数の候補（信号パワーと、対応する位相コード及び周波数）と、閾値とに基づいて、衛星信号の特定を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、携帯電話機等の移動端末に内蔵され、又は自動車等の移動体に設置されて用いられ、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等の航法衛星からの衛星信号を捕捉するための衛星信号受信機における衛星信号捕捉回路及び衛星信号受信機に係り、移動に伴う受信信号レベルの急激な変動と、小型化及び低コスト化に伴うＣＨ（チャネル）数の低減とに対応した高効率で信号捕捉が可能な衛星信号捕捉回路及び衛星信号受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カーナビゲーション等のＧＰＳを利用した装置が広く用いられてきている。ＧＰＳ衛星からの衛星信号は、所定の周波数の搬送波を、ＢＰＳＫへ変調され、さらに、衛星毎に定められたスペクトラム拡散符号によりスペクトラム拡散された信号上に、送信時刻や、詳細軌道情報等を示すデータを含んでいる。
【０００３】
図８に示すように、衛星信号受信機１００は、信号捕捉回路１０１と、ＣＰＵを有する制御部１０２と、アンテナ１０３と、ＲＦコンバータ１０４と、サーチ方法指示部１０５と、周波数発生器１０６と、衛星信号発生器１０７と、乗算器１０８，１０９とを備えている。ここで、衛星信号捕捉回路１０１は、相関演算器１１１と、コヒーレント加算器１１２と、信号パワー演算器１１３と、ノンコヒーレント加算・記憶器１１４と、候補抽出部１１５とを有している。
【０００４】
ＲＦコンバータ１０４は、アンテナ１０３を介して入力された受信信号をデジタル処理が可能な周波数帯の離散データに変換する。サーチ方法指示部１０５は、制御部１０２からの制御信号ｂ１に基づいて、信号捕捉のためのサーチ周波数を指示する指示信号ｂ２を周波数発生器１０６に供給するとともに、サーチ衛星番号を指示する指示信号ｂ３を衛星信号発生器１０７に供給する。また、サーチ方法指示部１０５は、制御部１０２からの制御信号に基づいて、コヒーレント加算器１１２及びノンコヒーレント加算・記憶器１１４へ、加算時間や累積加算回数を示す指示信号ｂ４，ｂ５を供給する。
【０００５】
乗算器１０８は、ＲＦコンバータ１０４から出力された離散化信号と周波数発生器１０６から出力された信号とを乗算して、乗算器１０９に出力する。乗算器１０９は、乗算器１０８から出力された信号と衛星信号発生器１０７から出力されたサーチ衛星番号に対応したＰＮコードとを乗算して、相関演算器１１１へ出力する。相関演算器１１１は、乗算器１０９から出力された信号に基づいて相関演算処理を行い、全コード候補の瞬時相関値を得る。
【０００６】
コヒーレント加算器１１２は、相関演算器１１１による相関演算結果を所定の加算時間（コヒーレント加算時間）に亘って加算する。コヒーレント加算器１１２は、Ｉ（搬送波正位相）相関信号、Ｑ（搬送波９０°移相）相関信号を、それぞれ、そのまま加算するコヒーレント加算を行う。信号パワー演算器１１３は、コヒーレント加算器１１２による加算結果に基づいて、信号パワーＰ、すなわち、二乗和（Ｐ＝Ｉ×Ｉ＋Ｑ×Ｑ）を演算する。
【０００７】
ノンコヒーレント加算・記憶器１１４は、信号パワー演算器１１３によって演算された信号パワーを加算し記憶する。候補抽出部１１５は、ノンコヒーレント加算・記憶器１１４による信号パワー加算結果に基づいて、演算結果をパワー順に（高い順に）並べて、最も高いパワーから複数個の候補（信号パワー累積加算値、並びに、対応するコード位相及び周波数）を抽出し、検出結果ｂ６として制御部１０２へ出力する。
【０００８】
制御部１０２は、候補抽出部１１５から受け取った複数の候補（信号パワーの累積加算値と、対応する位相コード及び周波数）と、閾値とに基づいて、衛星信号の特定を行う。例えば、制御部１０２は、信号パワーの累積加算値と、閾値とを比較し、累積加算値が閾値以上の候補のなかから特定し、信号捕捉完了として、次の衛星について信号捕捉する。制御部１０２は、累積加算値が閾値以上の候補が得られない場合には、所定の加算回数（ノンコヒーレント回数）までは、加算処理を繰り返すように、サーチ方法指示部１０５を介して、ノンコヒーレント加算・記憶器１１４を制御する。高い建物等で遮蔽されて信号捕捉検出できずに、ノンコヒーレント回数が規定値に達したときは、制御部１０２は、対応する衛星の信号捕捉をＮＧとして、別の衛星の信号捕捉を開始する。
【０００９】
衛星信号が非常に弱い環境下では、加算時間を長くすることによってＳ／Ｎ比の改善を図っている。この場合、上述したように、例えば、Ｉ相関信号、Ｑ相関信号を、それぞれ、そのまま加算するコヒーレント加算と、Ｉ相関信号及びＱ相関信号に基づいて、又はコヒーレント加算結果に基づいて、演算して得た信号パワーＰ（Ｐ＝Ｉ×Ｉ＋Ｑ×Ｑ）を、累積加算するノンコヒーレント加算との２種類の加算方法が併用される（例えば、特許文献１参照。）。なお、最近では、ネットワークからのアシスト情報を用いた高感度衛星信号受信機が利用されるようになってきているが、こうしたアシスト情報が得られない状況でも高感度化されることが要望されている。
【００１０】
コヒーレント加算は、Ｓ／Ｎ比を大きく改善することができる方法であり、かつ、ＧＰＳでは、２０ｍｓ毎にしか、Ｉ相関信号、Ｑ相関信号の反転が生じないので、ネットワークからのアシスト情報が得られない状況でも、２０ｍｓまでは、コヒーレント加算を行うことができる。また、ノンコヒーレント加算は、Ｓ／Ｎ比の改善度では、コヒーレント加算ほどではないにしても、Ｉ相関信号、Ｑ相関信号の反転の影響を受けないため、衛星からの航法データの反転パターンが未知であっても、Ｓ／Ｎ比の改善を図ることができる。
【００１１】
ネットワークからのアシスト情報が得られない場合は、上述したように、ＧＰＳ信号の捕捉のためのコヒーレント時間は、最大で２０ｍｓである。信号捕捉の場合は、航法データ反転タイミングが未知であるため、反転が起きていないときのデータが収集できるように、一般に、８〜１６ｍｓとする。上記アシスト情報が得られる場合は、コヒーレント時間は、２０ｍｓ以上とすることが可能であり、これにより、ノンコヒーレント加算よりも短時間で高感度とすることができる。
【００１２】
しかし、コヒーレント時間を長くすると、ＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、温度補償型水晶発振器）等の周波数変動の影響が大きくなるので、１回のコヒーレント時間を１０ｍｓとし、この結果に周波数補正、符号推定等を施した後、更に複数回加算するインコヒーレント加算を行う技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。「インコヒーレント加算」とは、若干の補正を加えたコヒーレント加算であり、本願で用いるノンコヒーレント加算（信号パワーＰ＝Ｉ×Ｉ＋Ｑ×Ｑの累積加算）とは異なる加算方法である。
【００１３】
また、コヒーレント加算用のメモリを、例えば、１６ｍｓ分に制限し、この時間分のコヒーレント加算結果を求めて、この加算結果を累積加算して、数１００ｍｓ以上のコヒーレント加算を行う技術が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。この技術では、１６ｍｓの加算結果と、累積加算結果とを同時に出力するが、いずれも、コヒーレント加算結果である。
【００１４】
また、ＴＣＸＯ等の周波数安定度に応じて、上記インコヒーレント時間及びノンコヒーレント回数の最適化を図る技術が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。ＴＣＸＯ等の周波数安定度は全衛星について共通であり、求めた最適値は、全衛星に適用される。
また、（コヒーレント加算時間×ノンコヒーレント加算回数）で決まる積分時間を現在の設置環境に適応させるために、最初の衛星が受信できた条件を他の衛星信号捕捉に利用する技術が提案されている（例えば、特許文献５参照。）。また、感度の低いモードから信号捕捉を始め、基準を満足しない衛星については、さらに高感度モードで信号捕捉を実施する技術が提案されている（例えば、特許文献６参照。）。
【００１５】
なお、追尾においては、それぞれ、追尾周波数、追尾コード位相が異なるため、衛星数分の追尾回路が必要となる。そこで、追尾部分において、衛星毎に信号レベルが異なることに対応するために、ノンコヒーレント時間の異なる２種類の方式を切り換えて、信号追尾精度と感度とを両立させる技術が提案されている（例えば、特許文献７参照。）。
【００１６】
上記追尾回路における従来技術は、コード範囲、周波数範囲の狭い追尾回路では実施可能であるが、コード範囲がこの１０００倍以上も広い信号捕捉部分に適用することはできない。すなわち、車載用の衛星受信機等では低コスト化の要求が高く、回路規模規制が厳しいので、適用できない。信号捕捉においても、衛星分の信号捕捉回路がある方が、信号捕捉の高速化のためには良いが、最近の信号捕捉回路は、複数のコード位相候補、周波数候補を同時に信号捕捉できる大規模回路となっているため、小型化、低コスト化のために、ＣＨ数が制限され、通常１ＣＨのみとなっている。そこで、この信号捕捉回路を追尾でも併用して、追尾回路を削減する技術が提案されている（例えば、特許文献８参照。）。
【００１７】
この技術では、信号パワーを演算する前のコヒーレント結果を出力することで、追尾状態でのデータ復調が可能な構成となっている。一方、信号捕捉時は、ノンコヒーレント加算結果のピークを同定することで、信号捕捉を行う構成となっている。追尾での併用のため、信号捕捉時もコヒーレント結果は出力されるが、個々のコヒーレント結果の信号パワーは出力されていない。
【００１８】
また、信号捕捉回路は大規模であるため、ＲＦ情報をメモリに蓄え、衛星毎の相関を演算しているときは、ＲＦ部の電源をＯＦＦとして、消費電力を低減する技術が提案されている（例えば、特許文献９参照。）。また、ノンコヒーレント加算による感度向上が不要な通常感度までで良い場合や、信号捕捉するコードチップの範囲が制限されている場合には、信号捕捉回路でのコード位相候補を、複数の衛星に割り当てることで、信号捕捉の高速化を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１０参照。）。この技術は、ノンコヒーレント加算による感度向上が必要であり、全コード位相候補を信号捕捉しなければならない場合には用いられない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００８−１１１６８４号公報
【特許文献２】特開２００７−２６３６５９号公報
【特許文献３】特開２００６−２５４５００号公報
【特許文献４】特開２００８−５２１０１２号公報
【特許文献５】特開２００１−１２４８４２号公報
【特許文献６】特表２００６−５０４０９７号公報
【特許文献７】特開２００８−１０７２１９号公報
【特許文献８】特表２００５−５２５００５号公報
【特許文献９】特許第４０４８５６６号公報
【特許文献１０】特表２００５−５００７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上記従来技術（例えば、特許文献１に記載された技術）で、コヒーレント時間及びノンコヒーレント回数を、全衛星について共通としている場合に、ほぼ固定点で、信号捕捉する状況では、衛星毎の受信信号レベルの差は少ないので問題は生じないが、高速移動体に搭載された衛星信号受信機では、受信信号レベルが移動とともに大きく変化する場合の対応が不可欠である。
【００２１】
例えば、仰角の高い衛星は、直接受信できるが、仰角の低い衛星は、高い建物等で遮蔽され減衰してしまい、最小ノンコヒーレント回数１回で検出できるレベル（図９でＳａで示すレベル）より小さい弱信号となる。この弱信号を捕捉するには正しく検出できる回数までノンコヒーレント回数を増やして、長い時間をかける必要がある。ところが、高い建物等で遮蔽されない受信信号レベルの高い強信号の衛星についても、その信号レベルが未知であるため、弱信号衛星同様にノンコヒーレント回数を増やして、長い時間をかけることになるので、全衛星の信号捕捉まで長時間を要することになってしまう。
【００２２】
また、図９において、衛星Ｓ１のように、通常は弱信号であっても、例えば、交差点等で、急に見晴らしが良くなり、一時的に信号レベルが高くなっても、ノンコヒーレントの累積加算では、それまでの弱信号加算の影響が大きく、閾値Ｓｂ以下となってしまい、信号捕捉ができない。
【００２３】
このように、衛星からの受信信号レベルが常に大きく変化するような状況では、確実にかつ高速に衛星信号を捕捉することができないという問題がある。例えば、信号捕捉の高感度化のために、コヒーレント加算時間及びノンコヒーレント加算回数を延ばそうとすると、ＴＴＦＦ（Ｔｉｍｅ Ｔｏ Ｆｉｒｓｔ Ｆｉｘ、初回測位までの時間）が長時間化してしまう。
【００２４】
この発明は、前記の課題を解決し、衛星からの受信信号レベルが常に大きく変化するような状況であっても、受信信号レベルに関わらず、確実にかつ高速に衛星信号を捕捉することができる衛星信号捕捉回路及び衛星信号受信機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明に係る衛星信号捕捉回路は、衛星からの受信信号と、指定されたサーチ周波数及びサーチ衛星信号とに基づいて相関演算処理を行う相関演算器と、前記相関演算器による相関演算結果を所定の加算時間に亘って加算するコヒーレント加算器と、前記コヒーレント加算器による加算結果に基づいて信号パワーを演算する信号パワー演算器と、前記信号パワー演算器によって演算された前記信号パワーに基づいて、受信した衛星信号を特定するための候補を抽出する第２の候補抽出手段とを備え、受信信号レベルが所定の閾値以上の衛星については、前記第２の候補抽出手段によって抽出された候補が用いられ、受信信号レベルが所定の閾値未満の衛星のみ、前記信号パワー演算器によって演算された前記信号パワーを加算し記憶するノンコヒーレント加算・記憶器と、前記ノンコヒーレント加算・記憶器による信号パワー加算結果に基づいて、受信した衛星信号を特定するための候補を抽出する第１の候補抽出手段とを動作させて、前記第１の候補抽出手段によって抽出された候補が用いられることを特徴としている。
【００２６】
請求項２の発明は、請求項１記載の衛星信号捕捉回路であって、前記ノンコヒーレント加算・記憶器、及び前記第１の候補抽出手段を動作させる衛星を外部から選択可能とする選択制御手段を備えたことを特徴としている。
【００２７】
請求項３の発明に係る衛星信号受信機は、請求項１又は２に記載の衛星信号捕捉回路を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１及び請求項３の発明によれば、受信信号レベルが所定の閾値未満の衛星については、第１の候補抽出手段によって抽出された候補が用いられ、受信信号レベルが所定の閾値以上の衛星については、第２の候補抽出手段によって抽出された候補が即用いられるので、衛星からの受信信号レベルが常に大きく変化するような状況であっても、受信信号レベルに関わらず、確実にかつ高速に衛星信号を捕捉することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の一実施の形態による信号捕捉回路の構成を示すブロック図である。
【図２】同信号捕捉回路の機能を説明するための説明図である。
【図３】同信号捕捉回路を含む衛星信号受信機の動作を説明するための処理手順図である。
【図４】同衛星信号受信機の動作を説明するための処理手順図である。
【図５】同衛星信号受信機の動作を説明するための処理手順図である。
【図６】同衛星信号受信機の動作を説明するための処理手順図である。
【図７】この発明の一実施の形態の変形例による信号捕捉回路の構成を説明するためのブロック図である。
【図８】従来技術を説明するための説明図である。
【図９】従来技術を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
次に、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。
【００３１】
図１は、この発明の一実施の形態による信号捕捉回路の構成を示すブロック図、図２は、同信号捕捉回路を含む衛星信号受信機の機能を説明するための説明図である。
【００３２】
図１に示すように、衛星信号受信機１は、信号捕捉回路２と、ＣＰＵを有する制御部３と、アンテナ４と、ＲＦコンバータ５と、サーチ方法指示部６と、周波数発生器７と、衛星信号発生器８と、乗算器９，１１とを備えている。この実施の形態の信号捕捉回路２は、相関演算器１２と、コヒーレント加算器１３と、信号パワー演算器１４と、選択スイッチ１５と、第２候補抽出部１６と、ノンコヒーレント加算・記憶器１７と、第１候補抽出部１８とを有している。この実施の形態では、複数の衛星からの受信信号を、サーチ対象の衛星を順次変更し、かつ、強信号処理と弱信号処理を交互に実行することによって、ＣＨ（チャネル）数が、例えば１ＣＨ分の構成で足りるようにされている。
【００３３】
ＲＦコンバータ５は、アンテナ４を介して入力された受信信号をデジタル処理が可能な周波数帯の離散データに変換する。サーチ方法指示部６は、制御部３からの制御信号ａ１に基づいて、信号捕捉のためのサーチ周波数を指示する指示信号ａ２を周波数発生器７に供給するとともに、サーチ衛星番号を指示する指示信号ａ３を衛星信号発生器８に供給する。また、サーチ方法指示部６は、制御部３からの制御信号に基づいて、コヒーレント加算器１３及びノンコヒーレント加算・記憶器１７へ、加算時間、累積加算回数を示す指示信号ａ４，ａ５を供給し、かつ、選択スイッチ１５へ、信号パワー演算器１４に対するノンコヒーレント加算・記憶器１７の接続又は切離しを行うための指示信号ａ６を供給する。
【００３４】
乗算器９は、ＲＦコンバータ５から出力された離散化信号と周波数発生器７から出力された信号とを乗算して、乗算器１１に出力する。乗算器１１は、乗算器９から出力された信号と衛星信号発生器８から出力されたサーチ衛星番号に対応したＰＮ（Ｐｓｕｅｄｏ ｒａｎｄｏｍ ｎｏｉｓｅ）コードとを乗算して、相関演算器１２へ出力する。
【００３５】
相関演算器１２は、乗算器１１から出力された信号に基づいて相関演算処理を行い、全コード候補の瞬時相関値を得る。相関演算器１２としては、複数時間の信号をまとめて、マッチドフィルタやコード位相用ＦＦＴを利用するタイプのものでも良いし、複数の細部周波数候補も同時に得るために周波数ＦＦＴを利用するタイプのものでも良く、特に限定されない。
【００３６】
コヒーレント加算器１３は、相関演算器１２による相関演算結果を所定の加算時間（コヒーレント加算時間）に亘って加算する。コヒーレント加算器１３は、Ｉ（搬送波正位相）相関信号、Ｑ（搬送波９０°移相）相関信号を、それぞれ、そのまま加算するコヒーレント加算を行う。
【００３７】
信号パワー演算器１４は、コヒーレント加算器１３による加算結果に基づいて、信号パワーＰ、すなわち、二乗和（Ｐ＝Ｉ×Ｉ＋Ｑ×Ｑ）を演算する。ノンコヒーレント加算・記憶器１７は、信号パワー演算器１４によって演算された信号パワーを累積加算し記憶する。第１候補抽出部は、ノンコヒーレント加算・記憶器１７による信号パワー加算結果に基づいて、演算結果をパワー順に（高い順に）並べて、最も高いパワーから複数個の候補（信号パワー累積加算値、並びに、対応するコード位相及び周波数）を抽出し、検出結果ａ８として、制御部３へ出力する。
【００３８】
第２候補抽出部１６は、信号パワー演算器１４によって演算された信号パワーに基づいて、演算結果をパワー順に（高い順に）並べて、最も高いパワーから複数個の候補（信号パワー並びに、対応するコード位相及び周波数）を抽出し、検出結果ａ７として、制御部３へ出力する。
【００３９】
原則として、強信号処理が実行され、弱信号処理を実行するように予め設定されたときに、制御部３は、必要に応じて弱信号処理が実行されるように制御する。この場合、制御部３は、受信信号レベルが、設定された閾値（例えば、−１３５ｄＢ）以上のときに強信号処理が実行され、閾値未満のときに弱信号処理が実行されるように制御する。この実施の形態では、制御部３は、図２に示すように、強信号処理と弱信号処理とが交互に実行されるように、サーチ方法指示部６を介して、選択スイッチ１５の駆動制御を行う。図２において、時間軸の上側は、強信号衛星Ｓ２，Ｓ３，…と、順次衛星を変えて信号捕捉していることを示し、時間軸の下側は、弱信号衛星Ｓ１のノンコヒーレント加算を実行していることを示している。結果として、強信号処理と弱信号処理とが並行処理されることとなる。
【００４０】
弱信号処理において、信号パワー演算器１４とノンコヒーレント加算・記憶器１７とが接続されると、第１候補抽出部は、最も高いパワーから複数個の候補を抽出し、制御部３へ出力する。また、制御部３へは、第２候補抽出部１６からも、最も高いパワーから複数個の候補が抽出されて出力される。
【００４１】
弱信号処理においては、制御部３は、第１候補抽出部１８から受け取った複数の候補（信号パワーの累積加算値と、対応する位相コード及び周波数）と、閾値とに基づいて、衛星信号の特定を行う。例えば、制御部３は、信号パワーの累積加算値と、閾値とを比較し、累積加算値が閾値以上の候補のなかから、特定するものとしても良い。また、必ずしも、閾値を設けずに、複数の候補のなかから所定の候補（例えば、最大値）を選択するようにしても良い。なお、制御部３は、弱信号衛星を正しく捕捉できるよう、所定の加算回数までは、加算処理を繰り返すように、サーチ方法指示部６を介して、ノンコヒーレント加算・記憶器１７を制御する。
【００４２】
強信号処理においては、弱信号処理の場合と同様に、制御部３は、第２候補抽出部１６から受け取った複数の候補（信号パワーと、対応する位相コード及び周波数）と、閾値とに基づいて、特定を行う。なお、制御部３は、サーチ方法指示部６を介して、コヒーレント加算器１３を制御して、ノンコヒーレント時間の間加算させる。
【００４３】
次に、図３乃至図６を参照して、上記構成の衛星信号受信機の動作について説明する。図３乃至図６は、この発明の一実施の形態による信号捕捉回路を含む衛星信号受信機の動作を説明するための処理手順図である。この実施の形態では、強信号処理と弱信号処理とが交互に実行される。
【００４４】
まず、強信号処理が実行され（ステップＳＡ１１（図３））、次に、弱信号処理実行（及びサーチ対象の衛星）の指定がある場合には（ステップＳＡ１２）、弱信号処理が実行される（ステップＳＡ１３）。すなわち、制御部３が、受信信号レベルが閾値未満の弱信号を受信したときには、サーチ方法指示部６を介して、所定のタイミングで、選択スイッチ１５を駆動制御し、信号パワー演算器１４に対するノンコヒーレント加算・記憶器１７の接続を行わせ、弱信号処理が実行される。また、弱信号処理実行の指定がない場合には、強信号処理が実行される。ステップＳＡ１４で、終了操作があると、処理を終了し、これ以外の場合は、強信号処理及び弱信号処理を繰り返す。
【００４５】
強信号処理では、まず、後に詳述する信号パワー演算処理が実行される（ステップＳＢ１１（図４））。次に、ステップＳＢ１２で、第２候補抽出部１６が、信号パワー演算器１４によって演算された信号パワーに基づいて、演算結果をパワー順に（高い順に）並べて、最も高いパワーから複数個の候補（信号パワー並びに、対応するコード位相及び周波数）を抽出し、制御部３へ出力する。
【００４６】
ステップＳＢ１３で、制御部３は、第２候補抽出部１６から受け取った複数の候補（信号パワーと、対応する位相コード及び周波数）と、閾値とに基づいて、衛星信号の特定を行う。制御部３は、例えば候補の信号パワーが閾値以上の場合は、誤判定回避のための所定の処理を行って、複数候補のなかから特定の候補を選択し、捕捉完了として（ステップＳＢ１４）、メインルーチンへ戻る。また、制御部３は、複数の候補の信号パワーが閾値未満と判定すると、捕捉未了として（ステップＳＢ１５）、メインルーチンへ戻る。
【００４７】
弱信号処理では、まず、強信号処理と同様に、信号パワー演算処理が実行される（ステップＳＣ１１（図５））。次に、ノンコヒーレント加算・記憶器１７が、信号パワー演算器１４によって演算された信号パワーを加算し記憶する（ステップＳＣ１２）。次に、第１候補抽出部１８は、ノンコヒーレント加算・記憶器１７による信号パワー加算結果に基づいて、演算結果をパワー順に（高い順に）並べて、最も高いパワーから複数個の候補（信号パワー累積加算値並びに、対応するコード位相及び周波数）を抽出し、制御部３へ出力
する（ステップＳＣ１３）。
【００４８】
次に、制御部３は、第１候補抽出部１８から受け取った複数の候補（信号パワーの累積加算値と、対応する位相コード及び周波数）と、閾値とに基づいて、衛星信号の特定を行う。例えば、制御部３は、信号パワーの累積加算値と、閾値とを比較し、累積加算値が閾値以上の候補が得られた場合は（ステップＳＣ１４）、これらのなかから、特定の候補を選択して、捕捉完了として（ステップＳＣ１５）、メインルーチンへ戻る。
【００４９】
また、制御部３は、累積加算値が閾値以上の候補が得られない場合は、ステップ１６へ進み、次回に加算回数が所定値以上となる場合は、捕捉未了として（ステップＳＣ１７）、メインルーチンへ戻る。これ以外の場合は、ステップＳＣ１１へ戻って加算が繰り返えされる。なお、設定されていない場合や、弱信号がない場合には、強信号処理のみとなる。ここでは、閾値で繰り返すかどうかを判定しているが、検出したい感度から決まる回数分まで単純に繰り返しても良い。
【００５０】
信号パワー演算処理では、相関演算器１２は、乗算器１１から出力された信号に基づいて相関演算処理を行い、全コード候補の瞬時相関値を得る（ステップＳＤ１１（図６））。
乗算器１１から出力された信号は、乗算器９が、ＲＦコンバータ５から出力された離散化信号と周波数発生器７から出力された信号との乗算結果と、衛星信号発生器８から出力されたサーチ衛星番号に対応したＰＮコードとの乗算結果である。
【００５１】
次に、コヒーレント加算器１３が、相関演算器１２による相関演算結果を加算する（ステップＳＤ１２）。所定の加算時間（コヒーレント加算時間）経過していないときは、ステップＳＤ１１へ戻って、加算が継続され、これ以外の場合は、ステップＳＤ１４へ進む。なお、制御部３が、サーチ方法指示部６を介して、コヒーレント加算器１３を制御して、コヒーレント時間の間加算させる。ステップＳＤ１４では、信号パワー演算器１４が、コヒーレント加算器１３による加算結果に基づいて、信号パワーＰ、すなわち、二乗和（Ｐ＝Ｉ×Ｉ＋Ｑ×Ｑ）を演算する。
【００５２】
こうして、この実施の形態の構成によれば、第２候補抽出部１６からの累積加算しない候補（１回のノンコヒーレント加算結果）に基づいて、強信号も並行して信号捕捉できる。すなわち、ノンコヒーレント累積加算によって、弱信号の衛星信号を捕捉中でも、強信号の衛星信号を直ちに捕捉することができる。したがって、信号レベルの高い衛星の信号捕捉時間を大幅に短縮することができる。例えば、個々のコヒーレント時間を１０ｍｓ、順次探す可視衛星数を８とすると、強信号衛星は、１６０（＝１０×２×８）ｍｓと、１ｓよりも十分に短い時間内で全て捕捉可能となることがわかる。
【００５３】
また、ノンコヒーレント累積加算によって、弱信号の衛星信号を捕捉中に、こうした信号レベルの弱い衛星についても、毎回、累積加算しない瞬時の信号パワーの比較も行っているので、一時的に信号レベルが高くなる場合で、通常感度閾値以上のときは、信号捕捉することができる。例えば、図９の衛星Ｓ１のように、通常は弱信号であっても、例えば、交差点等で、急に見晴らしが良くなり、一時的に信号レベルが高くなり、通常感度閾値Ｓａ以上となると、この時点で信号捕捉ができる。
【００５４】
こうして、衛星からの受信信号レベルが常に大きく変化するような状況であっても、受信信号レベルに関わらず、確実にかつ高速に衛星信号を捕捉することができ、特に高速移動体において、衛星信号を受信するような場合に適用して好適である。
【００５５】
しかも、信号パワー結果は、常時累積加算されず、原則として、強信号処理が実行されて、弱信号処理を実行するように予め設定されたときに、制御部３は、必要に応じて弱信号処理が実行されるように制御する。したがって、例えば、小型化及び低コスト化に伴うＣＨ（チャネル）数の低減により、ノンコヒーレント結果を記憶するメモリとして、１ＣＨ分の記憶容量のメモリしか実装されていないような場合でも、ＣＨ数の低減に対応して高効率で信号捕捉が可能となる。
【００５６】
以上、この発明の実施の形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。上述した実施の形態では、例えば、強信号処理と、弱信号処理とを交互に実行する場合に、選択スイッチ１５によって、信号パワー演算器１４と、ノンコヒーレント加算・記憶器１７とを接続又は切り離し、信号パワー演算器１４と、第２候補抽出部１６とを常時接続する場合について述べたが、図７に示すように、切換アスイッチ１５Ａによって、信号パワー演算器１４と、第２候補抽出部１６又はノンコヒーレント加算・記憶器１７との接続を切り換えるようにしても良い。また、信号パワー演算器１４に対して、第２候補抽出部１６とノンコヒーレント加算・記憶器１７とを共に常時接続するようにしても良い。
【００５７】
また、信号捕捉回路の全ての構成要素は、ハードウェアで構成しても良いし、ＣＰＵ等からなる中央処理装置が、対応する制御プログラムを実行することでその機能を達成するようにしても良い。例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いて、プログラムにより演算処理を実行するようにしても良い。また、信号捕捉回路の機能のうち、一部又は全部の機能を専用のハードウェアを用いて行い、他の一部を対応するプログラムを実行して処理するようにしても良い。また、各機能は、それぞれ別々のＣＰＵ等が実行しても良いし、例えば、単一のＣＰＵ等が実行しても良い。また、制御部の機能も、一部又は全部の機能を専用のハードウェアを用いて行い、他の一部を対応するプログラムを実行して処理するようにしても良い。また、信号捕捉回路に、制御部３やサーチ方法指示部６を加えても良いし、例えば、相関演算器１２を除外しても良い。
【００５８】
また、制御部３は、信号パワーの累積加算値と、閾値との少なくもいずれか一方に基づいて、特定の候補を選択するようにしても良い。また、図２に示すように、２分割する場合について述べたが、これに限らず、３分割以上としても良い。
【００５９】
また、制御部３は、第１候補抽出部１８、第２候補抽出部１６を制御しても良いし、単にデータを受け取って処理しても良い。また、ノンコヒーレント加算・記憶器（ノンコヒーレントメモリ）は、複数実装されていても良い。また、毎回、制御部３から信号捕捉方法を指示する場合について述べたが、信号捕捉指示を複数回分まとめて行っても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
測位システムとして、ＧＰＳのほか、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）等を用いる場合に適用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 衛星信号受信機
２ 信号捕捉回路(衛星信号捕捉回路)
３ 制御部（選択制御手段）
１２ 相関演算器
１３ コヒーレント加算器
１４ 信号パワー演算器
１５ 選択スイッチ
１５Ａ 切換スイッチ
１６ 第２候補抽出部（第２の候補抽出手段）
１７ ノンコヒーレント加算・記憶器
１８ 第１候補抽出部（第１の候補抽出手段）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、携帯電話機等の移動端末に内蔵され、又は自動車等の移動体に設置されて用いられ、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等の航法衛星からの衛星信号を捕捉するための衛星信号受信機における衛星信号捕捉回路及び衛星信号受信機に係り、移動に伴う受信信号レベルの急激な変動と、小型化及び低コスト化に伴うＣＨ（チャネル）数の低減とに対応した高効率で信号捕捉が可能な衛星信号捕捉回路及び衛星信号受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カーナビゲーション等のＧＰＳを利用した装置が広く用いられてきている。ＧＰＳ衛星からの衛星信号は、所定の周波数の搬送波を、ＢＰＳＫへ変調され、さらに、衛星毎に定められたスペクトラム拡散符号によりスペクトラム拡散された信号上に、送信時刻や、詳細軌道情報等を示すデータを含んでいる。
【０００３】
図８に示すように、衛星信号受信機１００は、信号捕捉回路１０１と、ＣＰＵを有する制御部１０２と、アンテナ１０３と、ＲＦコンバータ１０４と、サーチ方法指示部１０５と、周波数発生器１０６と、衛星信号発生器１０７と、乗算器１０８，１０９とを備えている。ここで、衛星信号捕捉回路１０１は、相関演算器１１１と、コヒーレント加算器１１２と、信号パワー演算器１１３と、ノンコヒーレント加算・記憶器１１４と、候補抽出部１１５とを有している。
【０００４】
ＲＦコンバータ１０４は、アンテナ１０３を介して入力された受信信号をデジタル処理が可能な周波数帯の離散データに変換する。サーチ方法指示部１０５は、制御部１０２からの制御信号ｂ１に基づいて、信号捕捉のためのサーチ周波数を指示する指示信号ｂ２を周波数発生器１０６に供給するとともに、サーチ衛星番号を指示する指示信号ｂ３を衛星信号発生器１０７に供給する。また、サーチ方法指示部１０５は、制御部１０２からの制御信号に基づいて、コヒーレント加算器１１２及びノンコヒーレント加算・記憶器１１４へ、加算時間や累積加算回数を示す指示信号ｂ４，ｂ５を供給する。
【０００５】
乗算器１０８は、ＲＦコンバータ１０４から出力された離散化信号と周波数発生器１０６から出力された信号とを乗算して、乗算器１０９に出力する。乗算器１０９は、乗算器１０８から出力された信号と衛星信号発生器１０７から出力されたサーチ衛星番号に対応したＰＮコードとを乗算して、相関演算器１１１へ出力する。相関演算器１１１は、乗算器１０９から出力された信号に基づいて相関演算処理を行い、全コード候補の瞬時相関値を得る。
【０００６】
コヒーレント加算器１１２は、相関演算器１１１による相関演算結果を所定の加算時間（コヒーレント加算時間）に亘って加算する。コヒーレント加算器１１２は、Ｉ（搬送波正位相）相関信号、Ｑ（搬送波９０°移相）相関信号を、それぞれ、そのまま加算するコヒーレント加算を行う。信号パワー演算器１１３は、コヒーレント加算器１１２による加算結果に基づいて、信号パワーＰ、すなわち、二乗和（Ｐ＝Ｉ×Ｉ＋Ｑ×Ｑ）を演算する。
【０００７】
ノンコヒーレント加算・記憶器１１４は、信号パワー演算器１１３によって演算された信号パワーを加算し記憶する。候補抽出部１１５は、ノンコヒーレント加算・記憶器１１４による信号パワー加算結果に基づいて、演算結果をパワー順に（高い順に）並べて、最も高いパワーから複数個の候補（信号パワー累積加算値、並びに、対応するコード位相及び周波数）を抽出し、検出結果ｂ６として制御部１０２へ出力する。
【０００８】
制御部１０２は、候補抽出部１１５から受け取った複数の候補（信号パワーの累積加算値と、対応する位相コード及び周波数）と、閾値とに基づいて、衛星信号の特定を行う。例えば、制御部１０２は、信号パワーの累積加算値と、閾値とを比較し、累積加算値が閾値以上の候補のなかから特定し、信号捕捉完了として、次の衛星について信号捕捉する。制御部１０２は、累積加算値が閾値以上の候補が得られない場合には、所定の加算回数（ノンコヒーレント回数）までは、加算処理を繰り返すように、サーチ方法指示部１０５を介して、ノンコヒーレント加算・記憶器１１４を制御する。高い建物等で遮蔽されて信号捕捉検出できずに、ノンコヒーレント回数が規定値に達したときは、制御部１０２は、対応する衛星の信号捕捉をＮＧとして、別の衛星の信号捕捉を開始する。
【０００９】
衛星信号が非常に弱い環境下では、加算時間を長くすることによってＳ／Ｎ比の改善を図っている。この場合、上述したように、例えば、Ｉ相関信号、Ｑ相関信号を、それぞれ、そのまま加算するコヒーレント加算と、Ｉ相関信号及びＱ相関信号に基づいて、又はコヒーレント加算結果に基づいて、演算して得た信号パワーＰ（Ｐ＝Ｉ×Ｉ＋Ｑ×Ｑ）を、累積加算するノンコヒーレント加算との２種類の加算方法が併用される（例えば、特許文献１参照。）。なお、最近では、ネットワークからのアシスト情報を用いた高感度衛星信号受信機が利用されるようになってきているが、こうしたアシスト情報が得られない状況でも高感度化されることが要望されている。
【００１０】
コヒーレント加算は、Ｓ／Ｎ比を大きく改善することができる方法であり、かつ、ＧＰＳでは、２０ｍｓ毎にしか、Ｉ相関信号、Ｑ相関信号の反転が生じないので、ネットワークからのアシスト情報が得られない状況でも、２０ｍｓまでは、コヒーレント加算を行うことができる。また、ノンコヒーレント加算は、Ｓ／Ｎ比の改善度では、コヒーレント加算ほどではないにしても、Ｉ相関信号、Ｑ相関信号の反転の影響を受けないため、衛星からの航法データの反転パターンが未知であっても、Ｓ／Ｎ比の改善を図ることができる。
【００１１】
ネットワークからのアシスト情報が得られない場合は、上述したように、ＧＰＳ信号の捕捉のためのコヒーレント時間は、最大で２０ｍｓである。信号捕捉の場合は、航法データ反転タイミングが未知であるため、反転が起きていないときのデータが収集できるように、一般に、８〜１６ｍｓとする。上記アシスト情報が得られる場合は、コヒーレント時間は、２０ｍｓ以上とすることが可能であり、これにより、ノンコヒーレント加算よりも短時間で高感度とすることができる。
【００１２】
しかし、コヒーレント時間を長くすると、ＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、温度補償型水晶発振器）等の周波数変動の影響が大きくなるので、１回のコヒーレント時間を１０ｍｓとし、この結果に周波数補正、符号推定等を施した後、更に複数回加算するインコヒーレント加算を行う技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。「インコヒーレント加算」とは、若干の補正を加えたコヒーレント加算であり、本願で用いるノンコヒーレント加算（信号パワーＰ＝Ｉ×Ｉ＋Ｑ×Ｑの累積加算）とは異なる加算方法である。
【００１３】
また、コヒーレント加算用のメモリを、例えば、１６ｍｓ分に制限し、この時間分のコヒーレント加算結果を求めて、この加算結果を累積加算して、数１００ｍｓ以上のコヒーレント加算を行う技術が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。この技術では、１６ｍｓの加算結果と、累積加算結果とを同時に出力するが、いずれも、コヒーレント加算結果である。
【００１４】
また、ＴＣＸＯ等の周波数安定度に応じて、上記インコヒーレント時間及びノンコヒーレント回数の最適化を図る技術が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。ＴＣＸＯ等の周波数安定度は全衛星について共通であり、求めた最適値は、全衛星に適用される。
また、（コヒーレント加算時間×ノンコヒーレント加算回数）で決まる積分時間を現在の設置環境に適応させるために、最初の衛星が受信できた条件を他の衛星信号捕捉に利用する技術が提案されている（例えば、特許文献５参照。）。また、感度の低いモードから信号捕捉を始め、基準を満足しない衛星については、さらに高感度モードで信号捕捉を実施する技術が提案されている（例えば、特許文献６参照。）。
【００１５】
なお、追尾においては、それぞれ、追尾周波数、追尾コード位相が異なるため、衛星数分の追尾回路が必要となる。そこで、追尾部分において、衛星毎に信号レベルが異なることに対応するために、ノンコヒーレント時間の異なる２種類の方式を切り換えて、信号追尾精度と感度とを両立させる技術が提案されている（例えば、特許文献７参照。）。
【００１６】
上記追尾回路における従来技術は、コード範囲、周波数範囲の狭い追尾回路では実施可能であるが、コード範囲がこの１０００倍以上も広い信号捕捉部分に適用することはできない。すなわち、車載用の衛星受信機等では低コスト化の要求が高く、回路規模規制が厳しいので、適用できない。信号捕捉においても、衛星分の信号捕捉回路がある方が、信号捕捉の高速化のためには良いが、最近の信号捕捉回路は、複数のコード位相候補、周波数候補を同時に信号捕捉できる大規模回路となっているため、小型化、低コスト化のために、ＣＨ数が制限され、通常１ＣＨのみとなっている。そこで、この信号捕捉回路を追尾でも併用して、追尾回路を削減する技術が提案されている（例えば、特許文献８参照。）。
【００１７】
この技術では、信号パワーを演算する前のコヒーレント結果を出力することで、追尾状態でのデータ復調が可能な構成となっている。一方、信号捕捉時は、ノンコヒーレント加算結果のピークを同定することで、信号捕捉を行う構成となっている。追尾での併用のため、信号捕捉時もコヒーレント結果は出力されるが、個々のコヒーレント結果の信号パワーは出力されていない。
【００１８】
また、信号捕捉回路は大規模であるため、ＲＦ情報をメモリに蓄え、衛星毎の相関を演算しているときは、ＲＦ部の電源をＯＦＦとして、消費電力を低減する技術が提案されている（例えば、特許文献９参照。）。また、ノンコヒーレント加算による感度向上が不要な通常感度までで良い場合や、信号捕捉するコードチップの範囲が制限されている場合には、信号捕捉回路でのコード位相候補を、複数の衛星に割り当てることで、信号捕捉の高速化を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１０参照。）。この技術は、ノンコヒーレント加算による感度向上が必要であり、全コード位相候補を信号捕捉しなければならない場合には用いられない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００８−１１１６８４号公報
【特許文献２】特開２００７−２６３６５９号公報
【特許文献３】特開２００６−２５４５００号公報
【特許文献４】特開２００８−５２１０１２号公報
【特許文献５】特開２００１−１２４８４２号公報
【特許文献６】特表２００６−５０４０９７号公報
【特許文献７】特開２００８−１０７２１９号公報
【特許文献８】特表２００５−５２５００５号公報
【特許文献９】特許第４０４８５６６号公報
【特許文献１０】特表２００５−５００７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上記従来技術（例えば、特許文献１に記載された技術）で、コヒーレント時間及びノンコヒーレント回数を、全衛星について共通としている場合に、ほぼ固定点で、信号捕捉する状況では、衛星毎の受信信号レベルの差は少ないので問題は生じないが、高速移動体に搭載された衛星信号受信機では、受信信号レベルが移動とともに大きく変化する場合の対応が不可欠である。
【００２１】
例えば、仰角の高い衛星は、直接受信できるが、仰角の低い衛星は、高い建物等で遮蔽され減衰してしまい、最小ノンコヒーレント回数１回で検出できるレベル（図９でＳａで示すレベル）より小さい弱信号となる。この弱信号を捕捉するには正しく検出できる回数までノンコヒーレント回数を増やして、長い時間をかける必要がある。ところが、高い建物等で遮蔽されない受信信号レベルの高い強信号の衛星についても、その信号レベルが未知であるため、弱信号衛星同様にノンコヒーレント回数を増やして、長い時間をかけることになるので、全衛星の信号捕捉まで長時間を要することになってしまう。
【００２２】
また、図９において、衛星Ｓ１のように、通常は弱信号であっても、例えば、交差点等で、急に見晴らしが良くなり、一時的に信号レベルが高くなっても、ノンコヒーレントの累積加算では、それまでの弱信号加算の影響が大きく、閾値Ｓｂ以下となってしまい、信号捕捉ができない。
【００２３】
このように、衛星からの受信信号レベルが常に大きく変化するような状況では、確実にかつ高速に衛星信号を捕捉することができないという問題がある。例えば、信号捕捉の高感度化のために、コヒーレント加算時間及びノンコヒーレント加算回数を延ばそうとすると、ＴＴＦＦ（Ｔｉｍｅ Ｔｏ Ｆｉｒｓｔ Ｆｉｘ、初回測位までの時間）が長時間化してしまう。
【００２４】
この発明は、前記の課題を解決し、衛星からの受信信号レベルが常に大きく変化するような状況であっても、受信信号レベルに関わらず、確実にかつ高速に衛星信号を捕捉することができる衛星信号捕捉回路及び衛星信号受信機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明に係る衛星信号捕捉回路は、衛星からの受信信号と、指定されたサーチ周波数及びサーチ衛星信号とに基づいて相関演算処理を行う相関演算器と、前記相関演算器による相関演算結果を所定の加算時間に亘って加算するコヒーレント加算器と、前記コヒーレント加算器による加算結果に基づいて信号パワーを演算する信号パワー演算器と、前記信号パワー演算器によって演算された前記信号パワーに基づいて、受信した衛星信号を特定するための候補を抽出する第２の候補抽出手段とを備え、受信信号レベルが所定の閾値以上の衛星については、前記第２の候補抽出手段によって抽出された候補が用いられ、受信信号レベルが所定の閾値未満の衛星のみ、前記信号パワー演算器によって演算された前記信号パワーを加算し記憶するノンコヒーレント加算・記憶器と、前記ノンコヒーレント加算・記憶器による信号パワー加算結果に基づいて、受信した衛星信号を特定するための候補を抽出する第１の候補抽出手段とを動作させて、前記第１の候補抽出手段によって抽出された候補が用いられることを特徴としている。
【００２６】
請求項２の発明は、請求項１記載の衛星信号捕捉回路であって、前記ノンコヒーレント加算・記憶器、及び前記第１の候補抽出手段を動作させる衛星を外部から選択可能とする選択制御手段を備えたことを特徴としている。
【００２７】
請求項３の発明に係る衛星信号受信機は、請求項１又は２に記載の衛星信号捕捉回路を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１及び請求項３の発明によれば、受信信号レベルが所定の閾値未満の衛星については、第１の候補抽出手段によって抽出された候補が用いられ、受信信号レベルが所定の閾値以上の衛星については、第２の候補抽出手段によって抽出された候補が即用いられるので、衛星からの受信信号レベルが常に大きく変化するような状況であっても、受信信号レベルに関わらず、確実にかつ高速に衛星信号を捕捉することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の一実施の形態による信号捕捉回路の構成を示すブロック図である。
【図２】同信号捕捉回路の機能を説明するための説明図である。
【図３】同信号捕捉回路を含む衛星信号受信機の動作を説明するための処理手順図である。
【図４】同衛星信号受信機の動作を説明するための処理手順図である。
【図５】同衛星信号受信機の動作を説明するための処理手順図である。
【図６】同衛星信号受信機の動作を説明するための処理手順図である。
【図７】この発明の一実施の形態の変形例による信号捕捉回路の構成を説明するためのブロック図である。
【図８】従来技術を説明するための説明図である。
【図９】従来技術を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
次に、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。
【００３１】
図１は、この発明の一実施の形態による信号捕捉回路の構成を示すブロック図、図２は、同信号捕捉回路を含む衛星信号受信機の機能を説明するための説明図である。
【００３２】
図１に示すように、衛星信号受信機１は、信号捕捉回路２と、ＣＰＵを有する制御部３と、アンテナ４と、ＲＦコンバータ５と、サーチ方法指示部６と、周波数発生器７と、衛星信号発生器８と、乗算器９，１１とを備えている。この実施の形態の信号捕捉回路２は、相関演算器１２と、コヒーレント加算器１３と、信号パワー演算器１４と、選択スイッチ１５と、第２候補抽出部１６と、ノンコヒーレント加算・記憶器１７と、第１候補抽出部１８とを有している。この実施の形態では、複数の衛星からの受信信号を、サーチ対象の衛星を順次変更し、かつ、強信号処理と弱信号処理を交互に実行することによって、ＣＨ（チャネル）数が、例えば１ＣＨ分の構成で足りるようにされている。
【００３３】
ＲＦコンバータ５は、アンテナ４を介して入力された受信信号をデジタル処理が可能な周波数帯の離散データに変換する。サーチ方法指示部６は、制御部３からの制御信号ａ１に基づいて、信号捕捉のためのサーチ周波数を指示する指示信号ａ２を周波数発生器７に供給するとともに、サーチ衛星番号を指示する指示信号ａ３を衛星信号発生器８に供給する。また、サーチ方法指示部６は、制御部３からの制御信号に基づいて、コヒーレント加算器１３及びノンコヒーレント加算・記憶器１７へ、加算時間、累積加算回数を示す指示信号ａ４，ａ５を供給し、かつ、選択スイッチ１５へ、信号パワー演算器１４に対するノンコヒーレント加算・記憶器１７の接続又は切離しを行うための指示信号ａ６を供給する。
【００３４】
乗算器９は、ＲＦコンバータ５から出力された離散化信号と周波数発生器７から出力された信号とを乗算して、乗算器１１に出力する。乗算器１１は、乗算器９から出力された信号と衛星信号発生器８から出力されたサーチ衛星番号に対応したＰＮ（Ｐｓｕｅｄｏ ｒａｎｄｏｍ ｎｏｉｓｅ）コードとを乗算して、相関演算器１２へ出力する。
【００３５】
相関演算器１２は、乗算器１１から出力された信号に基づいて相関演算処理を行い、全コード候補の瞬時相関値を得る。相関演算器１２としては、複数時間の信号をまとめて、マッチドフィルタやコード位相用ＦＦＴを利用するタイプのものでも良いし、複数の細部周波数候補も同時に得るために周波数ＦＦＴを利用するタイプのものでも良く、特に限定されない。
【００３６】
コヒーレント加算器１３は、相関演算器１２による相関演算結果を所定の加算時間（コヒーレント加算時間）に亘って加算する。コヒーレント加算器１３は、Ｉ（搬送波正位相）相関信号、Ｑ（搬送波９０°移相）相関信号を、それぞれ、そのまま加算するコヒーレント加算を行う。
【００３７】
信号パワー演算器１４は、コヒーレント加算器１３による加算結果に基づいて、信号パワーＰ、すなわち、二乗和（Ｐ＝Ｉ×Ｉ＋Ｑ×Ｑ）を演算する。ノンコヒーレント加算・記憶器１７は、信号パワー演算器１４によって演算された信号パワーを累積加算し記憶する。第１候補抽出部は、ノンコヒーレント加算・記憶器１７による信号パワー加算結果に基づいて、演算結果をパワー順に（高い順に）並べて、最も高いパワーから複数個の候補（信号パワー累積加算値、並びに、対応するコード位相及び周波数）を抽出し、検出結果ａ８として、制御部３へ出力する。
【００３８】
第２候補抽出部１６は、信号パワー演算器１４によって演算された信号パワーに基づいて、演算結果をパワー順に（高い順に）並べて、最も高いパワーから複数個の候補（信号パワー並びに、対応するコード位相及び周波数）を抽出し、検出結果ａ７として、制御部３へ出力する。
【００３９】
原則として、強信号処理が実行され、弱信号処理を実行するように予め設定されたときに、制御部３は、必要に応じて弱信号処理が実行されるように制御する。この場合、制御部３は、受信信号レベルが、設定された閾値（例えば、−１３５ｄＢ）以上のときに強信号処理が実行され、閾値未満のときに弱信号処理が実行されるように制御する。この実施の形態では、制御部３は、図２に示すように、強信号処理と弱信号処理とが交互に実行されるように、サーチ方法指示部６を介して、選択スイッチ１５の駆動制御を行う。図２において、時間軸の上側は、強信号衛星Ｓ２，Ｓ３，…と、順次衛星を変えて信号捕捉していることを示し、時間軸の下側は、弱信号衛星Ｓ１のノンコヒーレント加算を実行していることを示している。結果として、強信号処理と弱信号処理とが並行処理されることとなる。
【００４０】
弱信号処理において、信号パワー演算器１４とノンコヒーレント加算・記憶器１７とが接続されると、第１候補抽出部は、最も高いパワーから複数個の候補を抽出し、制御部３へ出力する。また、制御部３へは、第２候補抽出部１６からも、最も高いパワーから複数個の候補が抽出されて出力される。
【００４１】
弱信号処理においては、制御部３は、第１候補抽出部１８から受け取った複数の候補（信号パワーの累積加算値と、対応する位相コード及び周波数）と、閾値とに基づいて、衛星信号の特定を行う。例えば、制御部３は、信号パワーの累積加算値と、閾値とを比較し、累積加算値が閾値以上の候補のなかから、特定するものとしても良い。また、必ずしも、閾値を設けずに、複数の候補のなかから所定の候補（例えば、最大値）を選択するようにしても良い。なお、制御部３は、弱信号衛星を正しく捕捉できるよう、所定の加算回数までは、加算処理を繰り返すように、サーチ方法指示部６を介して、ノンコヒーレント加算・記憶器１７を制御する。
【００４２】
強信号処理においては、弱信号処理の場合と同様に、制御部３は、第２候補抽出部１６から受け取った複数の候補（信号パワーと、対応する位相コード及び周波数）と、閾値とに基づいて、特定を行う。なお、制御部３は、サーチ方法指示部６を介して、コヒーレント加算器１３を制御して、ノンコヒーレント時間の間加算させる。
【００４３】
次に、図３乃至図６を参照して、上記構成の衛星信号受信機の動作について説明する。図３乃至図６は、この発明の一実施の形態による信号捕捉回路を含む衛星信号受信機の動作を説明するための処理手順図である。この実施の形態では、強信号処理と弱信号処理とが交互に実行される。
【００４４】
まず、強信号処理が実行され（ステップＳＡ１１（図３））、次に、弱信号処理実行（及びサーチ対象の衛星）の指定がある場合には（ステップＳＡ１２）、弱信号処理が実行される（ステップＳＡ１３）。すなわち、制御部３が、受信信号レベルが閾値未満の弱信号を受信したときには、サーチ方法指示部６を介して、所定のタイミングで、選択スイッチ１５を駆動制御し、信号パワー演算器１４に対するノンコヒーレント加算・記憶器１７の接続を行わせ、弱信号処理が実行される。また、弱信号処理実行の指定がない場合には、強信号処理が実行される。ステップＳＡ１４で、終了操作があると、処理を終了し、これ以外の場合は、強信号処理及び弱信号処理を繰り返す。
【００４５】
強信号処理では、まず、後に詳述する信号パワー演算処理が実行される（ステップＳＢ１１（図４））。次に、ステップＳＢ１２で、第２候補抽出部１６が、信号パワー演算器１４によって演算された信号パワーに基づいて、演算結果をパワー順に（高い順に）並べて、最も高いパワーから複数個の候補（信号パワー並びに、対応するコード位相及び周波数）を抽出し、制御部３へ出力する。
【００４６】
ステップＳＢ１３で、制御部３は、第２候補抽出部１６から受け取った複数の候補（信号パワーと、対応する位相コード及び周波数）と、閾値とに基づいて、衛星信号の特定を行う。制御部３は、例えば候補の信号パワーが閾値以上の場合は、誤判定回避のための所定の処理を行って、複数候補のなかから特定の候補を選択し、捕捉完了として（ステップＳＢ１４）、メインルーチンへ戻る。また、制御部３は、複数の候補の信号パワーが閾値未満と判定すると、捕捉未了として（ステップＳＢ１５）、メインルーチンへ戻る。
【００４７】
弱信号処理では、まず、強信号処理と同様に、信号パワー演算処理が実行される（ステップＳＣ１１（図５））。次に、ノンコヒーレント加算・記憶器１７が、信号パワー演算器１４によって演算された信号パワーを加算し記憶する（ステップＳＣ１２）。次に、第１候補抽出部１８は、ノンコヒーレント加算・記憶器１７による信号パワー加算結果に基づいて、演算結果をパワー順に（高い順に）並べて、最も高いパワーから複数個の候補（信号パワー累積加算値並びに、対応するコード位相及び周波数）を抽出し、制御部３へ出力
する（ステップＳＣ１３）。
【００４８】
次に、制御部３は、第１候補抽出部１８から受け取った複数の候補（信号パワーの累積加算値と、対応する位相コード及び周波数）と、閾値とに基づいて、衛星信号の特定を行う。例えば、制御部３は、信号パワーの累積加算値と、閾値とを比較し、累積加算値が閾値以上の候補が得られた場合は（ステップＳＣ１４）、これらのなかから、特定の候補を選択して、捕捉完了として（ステップＳＣ１５）、メインルーチンへ戻る。
【００４９】
また、制御部３は、累積加算値が閾値以上の候補が得られない場合は、ステップ１６へ進み、次回に加算回数が所定値以上となる場合は、捕捉未了として（ステップＳＣ１７）、メインルーチンへ戻る。これ以外の場合は、ステップＳＣ１１へ戻って加算が繰り返えされる。なお、設定されていない場合や、弱信号がない場合には、強信号処理のみとなる。ここでは、閾値で繰り返すかどうかを判定しているが、検出したい感度から決まる回数分まで単純に繰り返しても良い。
【００５０】
信号パワー演算処理では、相関演算器１２は、乗算器１１から出力された信号に基づいて相関演算処理を行い、全コード候補の瞬時相関値を得る（ステップＳＤ１１（図６））。
乗算器１１から出力された信号は、乗算器９が、ＲＦコンバータ５から出力された離散化信号と周波数発生器７から出力された信号との乗算結果と、衛星信号発生器８から出力されたサーチ衛星番号に対応したＰＮコードとの乗算結果である。
【００５１】
次に、コヒーレント加算器１３が、相関演算器１２による相関演算結果を加算する（ステップＳＤ１２）。所定の加算時間（コヒーレント加算時間）経過していないときは、ステップＳＤ１１へ戻って、加算が継続され、これ以外の場合は、ステップＳＤ１４へ進む。なお、制御部３が、サーチ方法指示部６を介して、コヒーレント加算器１３を制御して、コヒーレント時間の間加算させる。ステップＳＤ１４では、信号パワー演算器１４が、コヒーレント加算器１３による加算結果に基づいて、信号パワーＰ、すなわち、二乗和（Ｐ＝Ｉ×Ｉ＋Ｑ×Ｑ）を演算する。
【００５２】
こうして、この実施の形態の構成によれば、第２候補抽出部１６からの累積加算しない候補（１回のノンコヒーレント加算結果）に基づいて、強信号も並行して信号捕捉できる。すなわち、ノンコヒーレント累積加算によって、弱信号の衛星信号を捕捉中でも、強信号の衛星信号を直ちに捕捉することができる。したがって、信号レベルの高い衛星の信号捕捉時間を大幅に短縮することができる。例えば、個々のコヒーレント時間を１０ｍｓ、順次探す可視衛星数を８とすると、強信号衛星は、１６０（＝１０×２×８）ｍｓと、１ｓよりも十分に短い時間内で全て捕捉可能となることがわかる。
【００５３】
また、ノンコヒーレント累積加算によって、弱信号の衛星信号を捕捉中に、こうした信号レベルの弱い衛星についても、毎回、累積加算しない瞬時の信号パワーの比較も行っているので、一時的に信号レベルが高くなる場合で、通常感度閾値以上のときは、信号捕捉することができる。例えば、図９の衛星Ｓ１のように、通常は弱信号であっても、例えば、交差点等で、急に見晴らしが良くなり、一時的に信号レベルが高くなり、通常感度閾値Ｓａ以上となると、この時点で信号捕捉ができる。
【００５４】
こうして、衛星からの受信信号レベルが常に大きく変化するような状況であっても、受信信号レベルに関わらず、確実にかつ高速に衛星信号を捕捉することができ、特に高速移動体において、衛星信号を受信するような場合に適用して好適である。
【００５５】
しかも、信号パワー結果は、常時累積加算されず、原則として、強信号処理が実行されて、弱信号処理を実行するように予め設定されたときに、制御部３は、必要に応じて弱信号処理が実行されるように制御する。したがって、例えば、小型化及び低コスト化に伴うＣＨ（チャネル）数の低減により、ノンコヒーレント結果を記憶するメモリとして、１ＣＨ分の記憶容量のメモリしか実装されていないような場合でも、ＣＨ数の低減に対応して高効率で信号捕捉が可能となる。
【００５６】
以上、この発明の実施の形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。上述した実施の形態では、例えば、強信号処理と、弱信号処理とを交互に実行する場合に、選択スイッチ１５によって、信号パワー演算器１４と、ノンコヒーレント加算・記憶器１７とを接続又は切り離し、信号パワー演算器１４と、第２候補抽出部１６とを常時接続する場合について述べたが、図７に示すように、切換アスイッチ１５Ａによって、信号パワー演算器１４と、第２候補抽出部１６又はノンコヒーレント加算・記憶器１７との接続を切り換えるようにしても良い。また、信号パワー演算器１４に対して、第２候補抽出部１６とノンコヒーレント加算・記憶器１７とを共に常時接続するようにしても良い。
【００５７】
また、信号捕捉回路の全ての構成要素は、ハードウェアで構成しても良いし、ＣＰＵ等からなる中央処理装置が、対応する制御プログラムを実行することでその機能を達成するようにしても良い。例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いて、プログラムにより演算処理を実行するようにしても良い。また、信号捕捉回路の機能のうち、一部又は全部の機能を専用のハードウェアを用いて行い、他の一部を対応するプログラムを実行して処理するようにしても良い。また、各機能は、それぞれ別々のＣＰＵ等が実行しても良いし、例えば、単一のＣＰＵ等が実行しても良い。また、制御部の機能も、一部又は全部の機能を専用のハードウェアを用いて行い、他の一部を対応するプログラムを実行して処理するようにしても良い。また、信号捕捉回路に、制御部３やサーチ方法指示部６を加えても良いし、例えば、相関演算器１２を除外しても良い。
【００５８】
また、制御部３は、信号パワーの累積加算値と、閾値との少なくもいずれか一方に基づいて、特定の候補を選択するようにしても良い。また、図２に示すように、２分割する場合について述べたが、これに限らず、３分割以上としても良い。
【００５９】
また、制御部３は、第１候補抽出部１８、第２候補抽出部１６を制御しても良いし、単にデータを受け取って処理しても良い。また、ノンコヒーレント加算・記憶器（ノンコヒーレントメモリ）は、複数実装されていても良い。また、毎回、制御部３から信号捕捉方法を指示する場合について述べたが、信号捕捉指示を複数回分まとめて行っても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
測位システムとして、ＧＰＳのほか、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）等を用いる場合に適用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 衛星信号受信機
２ 信号捕捉回路(衛星信号捕捉回路)
３ 制御部（選択制御手段）
１２ 相関演算器
１３ コヒーレント加算器
１４ 信号パワー演算器
１５ 選択スイッチ
１５Ａ 切換スイッチ
１６ 第２候補抽出部（第２の候補抽出手段）
１７ ノンコヒーレント加算・記憶器
１８ 第１候補抽出部（第１の候補抽出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星からの受信信号と、指定されたサーチ周波数及びサーチ衛星信号とに基づいて相関演算処理を行う相関演算器と、前記相関演算器による相関演算結果を所定の加算時間に亘って加算するコヒーレント加算器と、前記コヒーレント加算器による加算結果に基づいて信号パワーを演算する信号パワー演算器と、前記信号パワー演算器によって演算された前記信号パワーに基づいて、受信した衛星信号を特定するための候補を抽出する第２の候補抽出手段とを備え、受信信号レベルが所定の閾値以上の衛星については、前記第２の候補抽出手段によって抽出された候補が用いられ、
受信信号レベルが所定の閾値未満の衛星のみ、前記信号パワー演算器によって演算された前記信号パワーを加算し記憶するノンコヒーレント加算・記憶器と、前記ノンコヒーレント加算・記憶器による信号パワー加算結果に基づいて、受信した衛星信号を特定するための候補を抽出する第１の候補抽出手段とを動作させて、前記第１の候補抽出手段によって抽出された候補が用いられる
ことを特徴とする衛星信号捕捉回路。
【請求項２】
前記ノンコヒーレント加算・記憶器、及び前記第１の候補抽出手段を動作させる衛星を外部から選択可能とする選択制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の衛星信号捕捉回路。
【請求項３】
請求項１又は２記載の衛星信号捕捉回路を備えたことを特徴とする衛星信号受信機。
【請求項１】
衛星からの受信信号と、指定されたサーチ周波数及びサーチ衛星信号とに基づいて相関演算処理を行う相関演算器と、前記相関演算器による相関演算結果を所定の加算時間に亘って加算するコヒーレント加算器と、前記コヒーレント加算器による加算結果に基づいて信号パワーを演算する信号パワー演算器と、前記信号パワー演算器によって演算された前記信号パワーに基づいて、受信した衛星信号を特定するための候補を抽出する第２の候補抽出手段とを備え、受信信号レベルが所定の閾値以上の衛星については、前記第２の候補抽出手段によって抽出された候補が用いられ、
受信信号レベルが所定の閾値未満の衛星のみ、前記信号パワー演算器によって演算された前記信号パワーを加算し記憶するノンコヒーレント加算・記憶器と、前記ノンコヒーレント加算・記憶器による信号パワー加算結果に基づいて、受信した衛星信号を特定するための候補を抽出する第１の候補抽出手段とを動作させて、前記第１の候補抽出手段によって抽出された候補が用いられる
ことを特徴とする衛星信号捕捉回路。
【請求項２】
前記ノンコヒーレント加算・記憶器、及び前記第１の候補抽出手段を動作させる衛星を外部から選択可能とする選択制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の衛星信号捕捉回路。
【請求項３】
請求項１又は２記載の衛星信号捕捉回路を備えたことを特徴とする衛星信号受信機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−７７４０（Ｐ２０１１−７７４０Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５３８５１（Ｐ２００９−１５３８５１）
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
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