衛星測位受信機
【課題】測位信号の受信において、擬似距離生成が開始されるまでの時間を短縮して、ＴＴＦＦをより短縮する。
【解決手段】ＳＰＳ用受信アンテナで受信されたＲＦ信号にフロントエンド処理を行うフロントエンド手段と、フロントエンド処理により得られたデジタル信号に対して信号捕捉および追尾処理を行って信号伝播時間を得るベースバンド処理手段と、当該信号伝播時間に基づき疑似距離計算および測位計算を行う航法計算手段とを備え、ベースバンド処理手段が、複数の衛星のうち、一番最初に航法データをデコードして信号が送信されたＳＰＳシステム時刻を得た基準衛星については、従来手法どおりにそのシステム時刻を使って信号伝播時間を算出し、それ以外の衛星については、その衛星と基準衛星とのコード位相差を求め、コード位相差から信号伝播時間を算出する。
【解決手段】ＳＰＳ用受信アンテナで受信されたＲＦ信号にフロントエンド処理を行うフロントエンド手段と、フロントエンド処理により得られたデジタル信号に対して信号捕捉および追尾処理を行って信号伝播時間を得るベースバンド処理手段と、当該信号伝播時間に基づき疑似距離計算および測位計算を行う航法計算手段とを備え、ベースバンド処理手段が、複数の衛星のうち、一番最初に航法データをデコードして信号が送信されたＳＰＳシステム時刻を得た基準衛星については、従来手法どおりにそのシステム時刻を使って信号伝播時間を算出し、それ以外の衛星については、その衛星と基準衛星とのコード位相差を求め、コード位相差から信号伝播時間を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星測位システム（Satellite Positioning System、以下、ＳＰＳと略す。）で用いられる衛星測位受信機（以下、ＳＰＳ用受信機とする。）に関し、特に、ＳＰＳ用受信機内の測位計算に使う擬似距離の生成処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ（Global Positioning System）をはじめとするＳＰＳを使う測位装置は、カーナビや携帯電話など多くのデバイスに採用されて自己位置計算に使われている（例えば、特許文献１参照）。携帯電話などでは、ユーザーからの求めに応じて即座に自己位置計算を行う必要があることから、アシスト情報を携帯電話の基地局経由で携帯電話に与えて測位計算時間を大幅に短縮するアシスト型ＧＰＳ（Assisted GPS）と呼ばれる処理が行われる。
【０００３】
しかし、そのようなアシスト情報を測位端末に伝送する手段が無い場合には、測位計算開始までにかかる時間が通常３０秒〜数分程度あり、この時間を理論的限界まで短縮する努力が受信機メーカー各社によって行われている。
【０００４】
測位開始所要時間（Time To First Fix、以下、ＴＴＦＦと略す。受信機の電源を入れてから最初の位置座標を得るまでにかかる時間。）が長くなる主な要因は２つあり、一つは測位信号の捕捉処理に時間がかかること、もう一つは衛星軌道パラメータの取得に時間がかかることである。前者については、相関器（Correlator）を多数搭載することで信号捕捉に要する時間を短縮可能であり、市販製品の中には数秒でほとんどの可視衛星の信号を捕捉できるものもある。後者については、測位信号の捕捉後に航法メッセージをデコードして得られるエフェメリス（Ephemeris）と呼ばれる衛星軌道パラメータの取得に要する時間であり、これは、現在、信号捕捉後１８秒から３０秒程度かかっている。通常のやり方では、このエフェメリス取得にかかる時間を短縮することはできないが、近年、古いエフェメリスデータから将来の軌道パラメータを推定する技術が進歩し、衛星から放送されているエフェメリス（以下、“放送エフェメリス”と称す）の精度と大差なく1週間程度先までは予測できるため、これを利用すればＴＴＦＦを大幅に短縮することが可能となる。この予測されたエフェメリスを拡張エフェメリス（Extended Ephemeris）と呼ぶ。
【０００５】
インフラ整備が進み、携帯電話以外でもワイヤレスネットワークから情報を取得しやすい環境が整いつつあるため、アシスト型ＧＰＳのように、時刻、位置、エフェメリス情報の全てを事前に取得できなくても、このうちのエフェメリスだけは事前に取得しておくことができる状況が増えていくと考えられる。
【０００６】
このように、従来はＴＴＦＦが長くなる主要な要因であった信号捕捉所要時間とエフェメリス取得所要時間とが短縮あるいはゼロになっていくことで、その他の処理にかかる時間の短縮が次の重要課題となりつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００７−５０４７３１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】European GNSS (Galileo) Open Service Signal In Space Interface Control Document, Issue 1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、インフラ整備が進み、従来はＴＴＦＦが長くなる主要な要因であった信号捕捉所要時間とエフェメリス取得所要時間とが短縮あるいはゼロになっていくことで、その他の処理にかかる時間の短縮が次の重要課題となりつつある。
【００１０】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、測位信号の受信において、擬似距離生成が開始されるまでの時間を短縮して、ＴＴＦＦをより短縮することを図る衛星測位受信機（ＳＰＳ用受信機）を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、複数の衛星からＲＦ信号を受信するＳＰＳ用受信アンテナと、受信された上記ＲＦ信号に対して、増幅処理、フィルタ処理、および、Ａ／Ｄ変換処理を含むフロントエンド処理を行うフロントエンド手段と、上記フロントエンド処理により得られたデジタル信号に対して、信号捕捉および追尾処理を行って、信号伝播時間を得るベースバンド処理手段と、上記信号伝播時間に基づき、疑似距離計算および測位計算を行う航法計算手段とを備え、上記ベースバンド処理手段は、上記複数の衛星のうち、一番最初に航法メッセージからＳＰＳのシステム時間を得た基準衛星については、上記ＲＦ信号に含まれる航法メッセージから時刻を取得して信号伝播時間を算出し、それ以外の衛星については、その衛星と上記基準衛星とのコード位相差を求め、上記コード位相差から信号伝播時間を算出することを特徴とする衛星測位受信機（ＳＰＳ用受信機）である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明は、複数の衛星からＲＦ信号を受信するＳＰＳ用受信アンテナと、受信された上記ＲＦ信号に対して、増幅処理、フィルタ処理、および、Ａ／Ｄ変換処理を含むフロントエンド処理を行うフロントエンド手段と、上記フロントエンド処理により得られたデジタル信号に対して、信号捕捉および追尾処理を行って、信号伝播時間を得るベースバンド処理手段と、上記信号伝播時間に基づき、疑似距離計算および測位計算を行う航法計算手段とを備え、上記ベースバンド処理手段は、上記複数の衛星のうち、一番最初に航法メッセージからＳＰＳのシステム時間を得た基準衛星については、上記ＲＦ信号に含まれる航法メッセージから時刻を取得して信号伝播時間を算出し、それ以外の衛星については、その衛星と上記基準衛星とのコード位相差を求め、上記コード位相差から信号伝播時間を算出することを特徴とする衛星測位受信機（ＳＰＳ用受信機）であるので、測位信号の受信において、擬似距離生成が開始されるまでの時間を短縮して、ＴＴＦＦをより短縮するという効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るＳＰＳ用受信機の基本的な構成を示した構成図である。
【図２】外部ネットワークからエフェメリスを得る形態の、本発明に係るＳＰＳ用受信機の基本的な構成を示した構成図である。
【図３】拡張エフェメリス計算部からエフェメリスを得る形態の、本発明に係るＳＰＳ用受信機の基本的な構成を示した構成図である。
【図４】図１〜図３に示すＳＰＳ用受信機に設けられたベースバンド処理部の構成を示した構成図である。
【図５】図１〜図３に示すＳＰＳ用受信機に設けられたベースバンド処理部における従来手法による衛星信号追尾チャンネルの動作を示した流れ図である。
【図６】図１〜図３に示すＳＰＳ用受信機に設けられたベースバンド処理部における本発明における擬似距離生成開始までの衛星信号追尾チャンネルの動作を示した流れ図である。
【図７】コード位相と信号伝播時間の関係の一例を示した説明図である。
【図８】コード位相と信号伝播時間の関係の他の一例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明に係るＳＰＳ用受信機の基本的な構成を示した構成図である。本発明に係るＳＰＳ用受信機の基本的な構成は、図１に示すとおりで、一般的なＳＰＳ用受信機と特に変わるところはない。まず、ＳＰＳ用受信アンテナ１で衛星から受信したＲＦ信号に対して、ＲＦフロントエンド部２において、フロントエンド処理が行われる。このフロントエンド処理には、増幅処理、フィルタ処理、ダウンコンバート処理（ダウンコンバートしない手法もある）、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換処理などが含まれるが、必ずしも、これら全部が含まれる必要はなく、適宜、変更可能である。ＲＦフロントエンド部２によるフロントエンド処理の終了後、ベースバンド処理部３において、信号の捕捉および追尾処理が行われ、エフェメリスデータを含む航法データや、信号伝播時間が得られる。その結果を元に、航法計算部４で、擬似距離やドップラ、搬送波位相などの観測生データ生成が行われるとともに、測位計算処理が行われて、自己位置や速度などが計算される。
【００１５】
ただし、本発明の有効性が特にＳＰＳ用受信機のユーザーに実感できるのは、通信ネットワークからエフェメリスを事前に取得できる場合や、拡張エフェメリスを利用できる場合であり、そのような場合の本発明の実施の形態は、それぞれ、図２および図３のような構成になる。
【００１６】
図２では、測位開始直前あるいは開始時に、外部通信ネットワークから通信装置５を介して放送エフェメリスあるいは拡張エフェメリスを航法計算部４が取得する場合の構成である。他の構成は図１と同じである。
【００１７】
また、図３では、過去の受信処理時にベースバンド処理部３で得た航法データに含まれるエフェメリスデータに基づいて現在時刻のエフェメリスデータを予測する拡張エフェメリス計算部６が設けられている。航法計算部４においては、拡張エフェメリス計算部６によって予測された拡張エフェメリスを用いる構成である。他の構成は図１と同じである。
【００１８】
図１〜図３のいずれの構成であっても、ベースバンド処理部３には、図４に示すように、受信したい最大衛星数に相当する個数の複数の信号受信チャンネル３１が組み込まれている。各信号受信チャンネル３１によってＳＰＳ衛星とＳＰＳ用受信機間の信号伝播時間が計算されるには、コード位相の計算だけでなく、航法メッセージへのビット同期とそのビットに対応する時刻の取得が必要となる。図５に、ベースバンド処理部３における従来手法による衛星信号追尾チャンネルの動作を示した流れ図を示す。
【００１９】
図５の手法について簡単に説明する。図１〜図３で示したＲＦフロントエンド部２からのデジタルサンプリングデータがベースバンド処理部３に入力されると、まず、ステップＳ１において、ベースバンド処理部３は、それらのデジタルサンプリングデータの信号捕捉処理を行い、どの衛星の信号を受信しているかを特定する。次に、ステップＳ２において、ベースバンド処理部３は、それらのデジタルサンプリングデータの信号捕捉処理が完了したか否かを判定し、捕捉処理が完了していない場合はステップＳ１の処理を引き続き行い、捕捉処理が完了した場合にはステップＳ３に進む。ステップＳ３においては、ベースバンド処理部３は、引き込み処理を行って、捕捉した信号の周波数と信号追尾処理に使うローカル生成信号の周波数をほぼ一致させる。引き込み処理終了後、ステップＳ４において、ベースバンド処理部３は、追尾処理を行う。当該追尾処理では、まず、ステップＳ１１でビット同期処理を行って、受信波に含まれる航法データのビット位置を認識し、受信データのビットを取り出せるようにする。ビット同期処理を行った後、ステップＳ１２で、各信号受信チャネル３１において、信号に含まれる航法メッセージをデコードし、航法データを出力する。次に、ステップＳ１３において、ステップＳ１２で得られた航法データから、その信号に対応するＳＰＳシステム時刻を取得する。また、ステップＳ１４で、コード位相を計算する。次に、ステップＳ１５において、ステップＳ１３で取得した時刻とステップＳ１４で計算したコード位相とＳＰＳ用受信機に適宜設定した受信機時間とを使って、受信波の信号伝播時間を計算し、出力する。
【００２０】
このとき、ステップＳ１４のコード位相の取得は、ステップＳ３の引き込み処理後に即座に行えるが、ステップＳ１３の時刻の取得には、例えばGALILEOのＥ１やＥ５−Ｂの航法メッセージ（Ｉ／ＮＡＶ）の場合、その仕様上、最大で２２秒程度必要となる。ステップＳ１３の時刻の取得は、各信号受信チャンネル３１で個別に行わなくてはならない処理であり、４衛星以上の観測値を用いて行う一般的な測位計算処理を行うにあたって、この時刻取得にかかる時間が問題となる。
【００２１】
そこで、以下の本発明の実施の形態１〜３においては、４衛星以上の観測値を用いて行う一般的な測位計算処理を行う際の時刻取得にかかる時間を短縮するための疑似距離の生成処理方法、および、それを用いたＳＰＳ用受信機について示す。
【００２２】
ＳＰＳを使って擬似距離によるコード測位を行う場合、GALILEOのTiered Codeのようなコード長が長いコードを使えば、測位信号の各信号受信チャンネル３１でそれぞれ独自に受信信号に対応する時刻を取得しなくても、相対的な信号伝播時間差を計算可能である。以下の実施の形態１〜３においては、相対的な信号伝播時間差を計算することにより、測位開始までの時間を可能な限り短縮し、より短時間に測位計算を開始できるようにした（ＴＴＦＦを短縮できる）。
【００２３】
各衛星の測位信号の信号受信チャンネル３１において擬似距離を生成するためには、それぞれの信号受信チャンネル３１において受信している信号の送信時刻を取得する必要がある。“送信時刻を取得”するとは、各信号受信チャンネル３１において航法メッセージをデコードして、時刻データを取り出す必要があることを意味する。GALILEOのＥ１の公開サービスの場合、時刻データ取得にかかる時間はＧＰＳのＬ１公開サービス（Ｃ／Ａコード）の場合と比べて長くなることから、測位計算開始までに要する時間も比較的長くなる可能性がある。
【００２４】
しかしながら、GALILEOの場合は前記Ｅ１をはじめとしてSecondary Codeが重畳されたTiered Codeが使われる信号成分があり、そのコード長は最大で１００［ｍｓｅｃ］である。通常、測位信号の到達時間差は３０［ｍｓｅｃ］以内なので、Tiered Codeを使って得られたコード位相を正しく解釈すれば、各衛星の信号伝播時間差、すなわち、擬似距離差が計算できる。このことは、上記の“送信時刻の取得”は１衛星だけ行えば、全衛星の擬似距離が計算可能になることを意味する。
【００２５】
このように、本発明では、本来、擬似距離差を算出するためのものではないTiered Codeを使って、擬似距離計算開始までの時間を短縮し測位開始までの所要時間を短縮する。
【００２６】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るベースバンド処理部３における動作の流れを図６に示す。図６の処理において、ステップＳ１〜Ｓ１４までの処理は、図５と基本的に同じである。図６と図５との違いは、図６においては、図５のステップＳ１５の信号伝播時間計算を行わずに、ステップＳ２０の信号伝播時間計算を代わりに行う。図５のステップＳ１５においては、自らの信号受信チャンネル３１で取得した時刻を使って信号伝播時間を計算していたが、図６のステップＳ２０においては、当該時刻は使わずに、基準衛星の信号受信チャンネル３１から、基準衛星のコード位相と信号伝播時間とを取得して、他の衛星からのデジタルサンプリングデータの信号伝播時間を計算する。なお、ここで、基準衛星とは、受信したい複数の衛星の中で、測位信号を捕捉して航法メッセージからその信号の送信時刻が一番最初に取得できた衛星のことを基準衛星と呼ぶこととする。
【００２７】
図６では、信号の捕捉および追尾に使うコードのコード周期が十分に長いことを前提としており（後述）、GALILEOのTiered Codeと呼ばれるコードがこれに該当する。この発明の実施の形態１では、１００［ｍｓｅｃ］のTiered Codeを使うことを前提とする。図６では、上述したように、図５で示したように、自らの信号受信チャンネル３１で取得した時刻を使って信号伝播時間を計算せずに、図６のステップＳ２０において、基準衛星の信号受信チャンネル３１から基準衛星のコード位相と信号伝播時間とを取得して、受信信号の信号伝播時間を計算する特徴がある。ただし、本実施の形態においても、基準衛星についてだけは、図５に示した従来どおりの手法で航法メッセージから時間を取得して疑似距離生成を行うこととし、それ以外の衛星については、図６に示す手法により、その衛星と基準衛星のコード位相差から信号伝播時間を算出することとする。
【００２８】
図５の従来どおりの手法では、各信号受信チャンネル３１において、信号に含まれる航法メッセージからその信号に対応する時刻を取得するとともに（ステップＳ１３）、コード位相を計算して（ステップＳ１４）、コード位相と受信機に設定された受信機時間とを使って、ステップＳ１３で取得した時刻に基づいて、信号伝播時間を計算する（ステップＳ１５）。ここで、受信機時間は、基準衛星の信号受信チャンネル３１などで取得した時刻などに基づいて適当に設定された時刻であり、必ずしも正確である必要は無く、１０［ｍｓｅｃ］程度の誤差は許容される。通常、信号伝播時間のとりうる値の範囲は利用する高度に応じて決まっているので、信号伝播時間がその範囲を逸脱しないように適当に設定される。
【００２９】
一方、図６の手法では、各信号受信チャンネル３１において、信号に含まれる航法メッセージからその信号に対応する時刻などの航法データを取得するが、図５の手法のようにその時刻は信号伝播時間計算（ステップＳ２０）に必要ではない。そのかわり、基準衛星のコード位相と信号伝播時間とを取得し、それらとステップＳ１４で計算したコード位相とを使って、基準衛星以外の他の衛星からの受信信号の信号伝播時間を計算する（ステップＳ２０）。これにより、図６の時刻取得処理（ステップＳ１３）の完了を待たずして、信号伝播時間計算を開始できるので、信号伝播時間（光速をかければ擬似距離に相当）の算出開始までの時間を短縮できる効果がある。
【００３０】
いま、ある信号受信チャンネル３１のコード位相をφｃ［ｃｈｉｐ］、基準衛星のコード位相をφｃ，ｒ［ｃｈｉｐ］、追尾に使用しているコードのコード長をＬｃ［ｃｈｉｐ］、コード周期をＴｃ［ｓ］、基準衛星の信号伝播時間をΔｔｒ［ｓ］とすると、衛星ｋの信号伝播時間Δｔｋ［ｓ］は次のように表される。
【００３１】
【数１】
【００３２】
ただし、実施の形態１ではコード周期Ｔｃが０．１［ｓ］であり、コード位相φｃ［ｃｈｉｐ］の時間換算値は０から０．１［ｓ］の値をとなる。また、Ｎは０または±１の整数であり、以下の通り決定される。
【００３３】
まず、図７の例のように、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのコード位相の時間換算値が全て４０［ｍｓｅｃ］以内の幅に収まっている場合、コード位相が大きいものほど信号伝播時間が大きいことを示すので、上記の式（１）においてＮ＝０となる。一方、図８の例のように、コード位相がＬｃ／２を境に、コード位相が小さいものと大きいものに分かれており、両者のコード位相分布区間の合計が４０［ｍｓｅｃ］以内になる場合、Ｄ，Ｅの信号伝播時間はＡ，Ｂ，Ｃの信号伝播時間よりも小さいので、基準衛星とのコード位相の位置関係によってＮを決定する必要がある。例えば、基準衛星がＡ，Ｂ，Ｃのどれかである場合には、基準衛星以外のΔｔＡ，ΔｔＢ，ΔｔＣの計算においては、Ｎ＝０となるが、ΔｔＤ，ΔｔＥの計算では、Ｎ＝−１とする。また、基準衛星がＤ，Ｅのどちらかである場合には、基準衛星以外のΔｔＤ，ΔｔＥの計算においてはＮ＝０となるが、ΔｔＡ，ΔｔＢ，ΔｔＣの計算では、Ｎ＝＋１とする。観測衛星数が図８の例と異なっていても、同じロジックでＮを決定すればよい。また、上記（図７、図８）以外の場合には、観測値に異常値が含まれるため、観測結果を棄却する。
【００３４】
なお、このように条件によってＮを決定し、上記の式（１）を使って信号伝播時間を決定するには、コード長がある程度長くなければならず、その条件は測位信号の最短到達時間［ｓ］と最長到達時間［ｓ］の差の（２＋α）倍がコード長［ｓ］以下であることである。αは各種誤差や計算の確実性を考慮して０．５程度の値にするのが良い。この発明の手法は、例えばGALILEOの測位信号のうち、E1-C,E5a-Q,E5b-Qと呼ばれる信号成分においてPrimary CodeとSecondary Codeを重畳して得られるTiered Codeを使えば実現可能であり、そのコード長は０．１［ｓ］である（非特許文献１参照）であるから、α＝０．５の場合、測位信号の最短到達時間と最長到達時間の差が０．０４［ｓ］以下であればよい。地球とＳＰＳ衛星とＳＰＳ用受信機の位置関係からこの条件を満たすためのＳＰＳ用受信機に対する条件が求められ、GALILEOの場合ＳＰＳ用受信機の高度がおよそ１６００［ｋｍ］以下であれば良いことが計算できる。
【００３５】
上記の式（１）により求められた信号伝播時間は、光速ｃ＝2.99792458e+8［ｍ／ｓ］を乗算すれば擬似距離となり、通常は４衛星以上の観測値が得られれば自律測位計算を行うことができる。
【００３６】
なお、式（１）により各衛星の信号伝搬時間が一旦計算できると、次式により基準衛星の観測値を使わずに各衛星の信号伝搬時間を計算できるようになる。
【００３７】
【数２】
【００３８】
式（２）ではＮＴがTiered Codeを使った観測におけるコードアンビギュイティで必ず整数値であり、Ｒｃ[s]は距離の端数分である。ある瞬間の観測値によって式（１）でΔｔｋが決まれば、式（２）によりＲｃの絶対値がＴｃよりも小さくなるように整数値ＮＴを決定する。ＮＴとＲｃが決まれば、次の観測からは各衛星のコード位相φｃのみを使って観測値を更新できる。
【００３９】
式（２）による観測値生成に移行できれば、観測される衛星が変化して基準衛星の観測が途絶えても観測値の生成を継続できるうえ、式（２）による観測値生成を行っている他の衛星を基準衛星にして、新たに捕捉した衛星の観測値を式（１）により従来手法よりも短時間に生成開始できる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態１によれば、複数の衛星の中で一番最初に航法データからＳＰＳシステム時間を取得した基準衛星については従来どおりの手法で擬似距離生成を行うが、それ以外の衛星については、その衛星と基準衛星とのコード位相差から信号伝播時間を算出することで、擬似距離生成開始までの所要時間が大幅に短縮されるという効果が得られる。また、基準衛星の観測が途絶えても、新規に観測が開始された衛星の擬似距離生成開始までの所要時間を短縮できる効果が持続する。
【００４１】
実施の形態２．
本実施の形態は、基本的には実施の形態１と変わらないが、信号捕捉時にTiered Codeを使うとTiered Codeのコード長は長いため、コード位相の探索に時間がかかってしまう。そこで、本実施の形態においては、GALILEOの場合には、信号捕捉時にPrimary Codeを用い、信号捕捉が完了したら、その時点からTiered Codeに移行する手法を用いる。例えば、Primary Codeが４［ｍｓｅｃ］の長さを持ち、Secondary Codeが２５ビットの場合、Primary Codeによる信号捕捉後、２５種類のコードタイミングを検査すればTiered Codeのコード位相を得ることができる。信号捕捉においてTiered Codeに移行後の処理は実施の形態１と全く同じである。
【００４２】
以上のように、本実施の形態２によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態においては、信号捕捉時にはPrimary Codeを用い、信号捕捉が完了したら、その時点からTiered Codeに移行するようにしたので、コード長の長いTiered Codeを使って信号捕捉を行う場合に比べて、コード位相の探索にかかる時間を短縮することができる。
【００４３】
実施の形態３．
本実施の形態も、実施の形態１と基本的に変わらないが、Tiered Codeによって基準衛星とのコード位相差が判明した後は、Tiered Codeを使い続ける必要はないため、本実施の形態においては、基準衛星とのコード位相差が判明した後はPrimary Codeによるコード追尾処理に移行する。このようなことができるのは、Tiered Codeによる測位において式（２）によって信号伝播時間Δｔkが計算できている時には、いわゆるコードアンビギュイティが解けている状態であるから、Primary Codeによるコード位相に対してもコードアンビギュイティを決定することができ、信号伝播時間Δｔkを算出できるからである。このことは、次式を使って説明される。
【００４４】
【数３】
【００４５】
まず、ある観測タイミングにおいて、Tiered Codeによるコード位相φｃ［ｃｈｉｐ］と、Primary Codeによるコード位相φｃｐ［ｃｈｉｐ］を同時に得る。このとき、式（２）によってΔｔkが決定されるため、式（３）の整数値コードアンビギュイティＮＰと定数Ｒｃｐを決定することで式（３）によるPrimary Codeを使った観測値生成に移行できる。ここで、Primary Codeのコード長をＬｃｐ［ｃｈｉｐ］、Primary Codeのコード周期をＴｃｐ［ｓ］とした。コードアンビギュイティＮＰと定数Ｒｃｐの決定方法は、式（２）の定数Ｒcと同様で、Ｒｃｐの絶対値がＴｃｐよりも小さくなるように整数ＮＰを決めればよい。
【００４６】
以上のように、本実施の形態３によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態においては、Tiered Codeによって基準衛星とのコード位相差を求め、それ以降は、Primary Codeに移行するようにしたので、コード長の長いTiered Codeを使って追尾処理を行う場合に比べて、追尾処理にかかる時間を短縮することができ、高機動運動に対する追尾処理の対応能力を高くできる。
【００４７】
なお、上記の説明においては、実施の形態１に実施の形態３を適用する例について説明したが、その場合に限らず、実施の形態２に実施の形態３を適用するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
欧州のGALILEOは２０１３年以降にＦＯＣ（Full Operational Capability）を迎えてフルスペックのシステムとして利用可能になる予定であり、GALILEO対応受信機に本発明の手法が活用されていく。また、GALILEO以外にも、GALILEOのTiered Codeのように全コード長が上記の通り一定の条件を満たす長さを持つ場合には本発明を適用可能である。したがって、今後携帯端末用のＧＰＳ測位装置をはじめとして、ロケットやミサイルなどの高機動運動飛しょう体用の特殊ＳＰＳ用受信機、宇宙機用のＳＰＳ用受信機など様々なＳＰＳ用受信機で利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１ ＳＰＳ用受信アンテナ、２ ＲＦフロントエンド部、３ ベースバンド処理部、４ 航法計算部、５ 通信装置、６ 拡張エフェメリス計算部、３１ 信号受信チャンネル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星測位システム（Satellite Positioning System、以下、ＳＰＳと略す。）で用いられる衛星測位受信機（以下、ＳＰＳ用受信機とする。）に関し、特に、ＳＰＳ用受信機内の測位計算に使う擬似距離の生成処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ（Global Positioning System）をはじめとするＳＰＳを使う測位装置は、カーナビや携帯電話など多くのデバイスに採用されて自己位置計算に使われている（例えば、特許文献１参照）。携帯電話などでは、ユーザーからの求めに応じて即座に自己位置計算を行う必要があることから、アシスト情報を携帯電話の基地局経由で携帯電話に与えて測位計算時間を大幅に短縮するアシスト型ＧＰＳ（Assisted GPS）と呼ばれる処理が行われる。
【０００３】
しかし、そのようなアシスト情報を測位端末に伝送する手段が無い場合には、測位計算開始までにかかる時間が通常３０秒〜数分程度あり、この時間を理論的限界まで短縮する努力が受信機メーカー各社によって行われている。
【０００４】
測位開始所要時間（Time To First Fix、以下、ＴＴＦＦと略す。受信機の電源を入れてから最初の位置座標を得るまでにかかる時間。）が長くなる主な要因は２つあり、一つは測位信号の捕捉処理に時間がかかること、もう一つは衛星軌道パラメータの取得に時間がかかることである。前者については、相関器（Correlator）を多数搭載することで信号捕捉に要する時間を短縮可能であり、市販製品の中には数秒でほとんどの可視衛星の信号を捕捉できるものもある。後者については、測位信号の捕捉後に航法メッセージをデコードして得られるエフェメリス（Ephemeris）と呼ばれる衛星軌道パラメータの取得に要する時間であり、これは、現在、信号捕捉後１８秒から３０秒程度かかっている。通常のやり方では、このエフェメリス取得にかかる時間を短縮することはできないが、近年、古いエフェメリスデータから将来の軌道パラメータを推定する技術が進歩し、衛星から放送されているエフェメリス（以下、“放送エフェメリス”と称す）の精度と大差なく1週間程度先までは予測できるため、これを利用すればＴＴＦＦを大幅に短縮することが可能となる。この予測されたエフェメリスを拡張エフェメリス（Extended Ephemeris）と呼ぶ。
【０００５】
インフラ整備が進み、携帯電話以外でもワイヤレスネットワークから情報を取得しやすい環境が整いつつあるため、アシスト型ＧＰＳのように、時刻、位置、エフェメリス情報の全てを事前に取得できなくても、このうちのエフェメリスだけは事前に取得しておくことができる状況が増えていくと考えられる。
【０００６】
このように、従来はＴＴＦＦが長くなる主要な要因であった信号捕捉所要時間とエフェメリス取得所要時間とが短縮あるいはゼロになっていくことで、その他の処理にかかる時間の短縮が次の重要課題となりつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００７−５０４７３１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】European GNSS (Galileo) Open Service Signal In Space Interface Control Document, Issue 1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、インフラ整備が進み、従来はＴＴＦＦが長くなる主要な要因であった信号捕捉所要時間とエフェメリス取得所要時間とが短縮あるいはゼロになっていくことで、その他の処理にかかる時間の短縮が次の重要課題となりつつある。
【００１０】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、測位信号の受信において、擬似距離生成が開始されるまでの時間を短縮して、ＴＴＦＦをより短縮することを図る衛星測位受信機（ＳＰＳ用受信機）を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、複数の衛星からＲＦ信号を受信するＳＰＳ用受信アンテナと、受信された上記ＲＦ信号に対して、増幅処理、フィルタ処理、および、Ａ／Ｄ変換処理を含むフロントエンド処理を行うフロントエンド手段と、上記フロントエンド処理により得られたデジタル信号に対して、信号捕捉および追尾処理を行って、信号伝播時間を得るベースバンド処理手段と、上記信号伝播時間に基づき、疑似距離計算および測位計算を行う航法計算手段とを備え、上記ベースバンド処理手段は、上記複数の衛星のうち、一番最初に航法メッセージからＳＰＳのシステム時間を得た基準衛星については、上記ＲＦ信号に含まれる航法メッセージから時刻を取得して信号伝播時間を算出し、それ以外の衛星については、その衛星と上記基準衛星とのコード位相差を求め、上記コード位相差から信号伝播時間を算出することを特徴とする衛星測位受信機（ＳＰＳ用受信機）である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明は、複数の衛星からＲＦ信号を受信するＳＰＳ用受信アンテナと、受信された上記ＲＦ信号に対して、増幅処理、フィルタ処理、および、Ａ／Ｄ変換処理を含むフロントエンド処理を行うフロントエンド手段と、上記フロントエンド処理により得られたデジタル信号に対して、信号捕捉および追尾処理を行って、信号伝播時間を得るベースバンド処理手段と、上記信号伝播時間に基づき、疑似距離計算および測位計算を行う航法計算手段とを備え、上記ベースバンド処理手段は、上記複数の衛星のうち、一番最初に航法メッセージからＳＰＳのシステム時間を得た基準衛星については、上記ＲＦ信号に含まれる航法メッセージから時刻を取得して信号伝播時間を算出し、それ以外の衛星については、その衛星と上記基準衛星とのコード位相差を求め、上記コード位相差から信号伝播時間を算出することを特徴とする衛星測位受信機（ＳＰＳ用受信機）であるので、測位信号の受信において、擬似距離生成が開始されるまでの時間を短縮して、ＴＴＦＦをより短縮するという効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るＳＰＳ用受信機の基本的な構成を示した構成図である。
【図２】外部ネットワークからエフェメリスを得る形態の、本発明に係るＳＰＳ用受信機の基本的な構成を示した構成図である。
【図３】拡張エフェメリス計算部からエフェメリスを得る形態の、本発明に係るＳＰＳ用受信機の基本的な構成を示した構成図である。
【図４】図１〜図３に示すＳＰＳ用受信機に設けられたベースバンド処理部の構成を示した構成図である。
【図５】図１〜図３に示すＳＰＳ用受信機に設けられたベースバンド処理部における従来手法による衛星信号追尾チャンネルの動作を示した流れ図である。
【図６】図１〜図３に示すＳＰＳ用受信機に設けられたベースバンド処理部における本発明における擬似距離生成開始までの衛星信号追尾チャンネルの動作を示した流れ図である。
【図７】コード位相と信号伝播時間の関係の一例を示した説明図である。
【図８】コード位相と信号伝播時間の関係の他の一例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明に係るＳＰＳ用受信機の基本的な構成を示した構成図である。本発明に係るＳＰＳ用受信機の基本的な構成は、図１に示すとおりで、一般的なＳＰＳ用受信機と特に変わるところはない。まず、ＳＰＳ用受信アンテナ１で衛星から受信したＲＦ信号に対して、ＲＦフロントエンド部２において、フロントエンド処理が行われる。このフロントエンド処理には、増幅処理、フィルタ処理、ダウンコンバート処理（ダウンコンバートしない手法もある）、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換処理などが含まれるが、必ずしも、これら全部が含まれる必要はなく、適宜、変更可能である。ＲＦフロントエンド部２によるフロントエンド処理の終了後、ベースバンド処理部３において、信号の捕捉および追尾処理が行われ、エフェメリスデータを含む航法データや、信号伝播時間が得られる。その結果を元に、航法計算部４で、擬似距離やドップラ、搬送波位相などの観測生データ生成が行われるとともに、測位計算処理が行われて、自己位置や速度などが計算される。
【００１５】
ただし、本発明の有効性が特にＳＰＳ用受信機のユーザーに実感できるのは、通信ネットワークからエフェメリスを事前に取得できる場合や、拡張エフェメリスを利用できる場合であり、そのような場合の本発明の実施の形態は、それぞれ、図２および図３のような構成になる。
【００１６】
図２では、測位開始直前あるいは開始時に、外部通信ネットワークから通信装置５を介して放送エフェメリスあるいは拡張エフェメリスを航法計算部４が取得する場合の構成である。他の構成は図１と同じである。
【００１７】
また、図３では、過去の受信処理時にベースバンド処理部３で得た航法データに含まれるエフェメリスデータに基づいて現在時刻のエフェメリスデータを予測する拡張エフェメリス計算部６が設けられている。航法計算部４においては、拡張エフェメリス計算部６によって予測された拡張エフェメリスを用いる構成である。他の構成は図１と同じである。
【００１８】
図１〜図３のいずれの構成であっても、ベースバンド処理部３には、図４に示すように、受信したい最大衛星数に相当する個数の複数の信号受信チャンネル３１が組み込まれている。各信号受信チャンネル３１によってＳＰＳ衛星とＳＰＳ用受信機間の信号伝播時間が計算されるには、コード位相の計算だけでなく、航法メッセージへのビット同期とそのビットに対応する時刻の取得が必要となる。図５に、ベースバンド処理部３における従来手法による衛星信号追尾チャンネルの動作を示した流れ図を示す。
【００１９】
図５の手法について簡単に説明する。図１〜図３で示したＲＦフロントエンド部２からのデジタルサンプリングデータがベースバンド処理部３に入力されると、まず、ステップＳ１において、ベースバンド処理部３は、それらのデジタルサンプリングデータの信号捕捉処理を行い、どの衛星の信号を受信しているかを特定する。次に、ステップＳ２において、ベースバンド処理部３は、それらのデジタルサンプリングデータの信号捕捉処理が完了したか否かを判定し、捕捉処理が完了していない場合はステップＳ１の処理を引き続き行い、捕捉処理が完了した場合にはステップＳ３に進む。ステップＳ３においては、ベースバンド処理部３は、引き込み処理を行って、捕捉した信号の周波数と信号追尾処理に使うローカル生成信号の周波数をほぼ一致させる。引き込み処理終了後、ステップＳ４において、ベースバンド処理部３は、追尾処理を行う。当該追尾処理では、まず、ステップＳ１１でビット同期処理を行って、受信波に含まれる航法データのビット位置を認識し、受信データのビットを取り出せるようにする。ビット同期処理を行った後、ステップＳ１２で、各信号受信チャネル３１において、信号に含まれる航法メッセージをデコードし、航法データを出力する。次に、ステップＳ１３において、ステップＳ１２で得られた航法データから、その信号に対応するＳＰＳシステム時刻を取得する。また、ステップＳ１４で、コード位相を計算する。次に、ステップＳ１５において、ステップＳ１３で取得した時刻とステップＳ１４で計算したコード位相とＳＰＳ用受信機に適宜設定した受信機時間とを使って、受信波の信号伝播時間を計算し、出力する。
【００２０】
このとき、ステップＳ１４のコード位相の取得は、ステップＳ３の引き込み処理後に即座に行えるが、ステップＳ１３の時刻の取得には、例えばGALILEOのＥ１やＥ５−Ｂの航法メッセージ（Ｉ／ＮＡＶ）の場合、その仕様上、最大で２２秒程度必要となる。ステップＳ１３の時刻の取得は、各信号受信チャンネル３１で個別に行わなくてはならない処理であり、４衛星以上の観測値を用いて行う一般的な測位計算処理を行うにあたって、この時刻取得にかかる時間が問題となる。
【００２１】
そこで、以下の本発明の実施の形態１〜３においては、４衛星以上の観測値を用いて行う一般的な測位計算処理を行う際の時刻取得にかかる時間を短縮するための疑似距離の生成処理方法、および、それを用いたＳＰＳ用受信機について示す。
【００２２】
ＳＰＳを使って擬似距離によるコード測位を行う場合、GALILEOのTiered Codeのようなコード長が長いコードを使えば、測位信号の各信号受信チャンネル３１でそれぞれ独自に受信信号に対応する時刻を取得しなくても、相対的な信号伝播時間差を計算可能である。以下の実施の形態１〜３においては、相対的な信号伝播時間差を計算することにより、測位開始までの時間を可能な限り短縮し、より短時間に測位計算を開始できるようにした（ＴＴＦＦを短縮できる）。
【００２３】
各衛星の測位信号の信号受信チャンネル３１において擬似距離を生成するためには、それぞれの信号受信チャンネル３１において受信している信号の送信時刻を取得する必要がある。“送信時刻を取得”するとは、各信号受信チャンネル３１において航法メッセージをデコードして、時刻データを取り出す必要があることを意味する。GALILEOのＥ１の公開サービスの場合、時刻データ取得にかかる時間はＧＰＳのＬ１公開サービス（Ｃ／Ａコード）の場合と比べて長くなることから、測位計算開始までに要する時間も比較的長くなる可能性がある。
【００２４】
しかしながら、GALILEOの場合は前記Ｅ１をはじめとしてSecondary Codeが重畳されたTiered Codeが使われる信号成分があり、そのコード長は最大で１００［ｍｓｅｃ］である。通常、測位信号の到達時間差は３０［ｍｓｅｃ］以内なので、Tiered Codeを使って得られたコード位相を正しく解釈すれば、各衛星の信号伝播時間差、すなわち、擬似距離差が計算できる。このことは、上記の“送信時刻の取得”は１衛星だけ行えば、全衛星の擬似距離が計算可能になることを意味する。
【００２５】
このように、本発明では、本来、擬似距離差を算出するためのものではないTiered Codeを使って、擬似距離計算開始までの時間を短縮し測位開始までの所要時間を短縮する。
【００２６】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るベースバンド処理部３における動作の流れを図６に示す。図６の処理において、ステップＳ１〜Ｓ１４までの処理は、図５と基本的に同じである。図６と図５との違いは、図６においては、図５のステップＳ１５の信号伝播時間計算を行わずに、ステップＳ２０の信号伝播時間計算を代わりに行う。図５のステップＳ１５においては、自らの信号受信チャンネル３１で取得した時刻を使って信号伝播時間を計算していたが、図６のステップＳ２０においては、当該時刻は使わずに、基準衛星の信号受信チャンネル３１から、基準衛星のコード位相と信号伝播時間とを取得して、他の衛星からのデジタルサンプリングデータの信号伝播時間を計算する。なお、ここで、基準衛星とは、受信したい複数の衛星の中で、測位信号を捕捉して航法メッセージからその信号の送信時刻が一番最初に取得できた衛星のことを基準衛星と呼ぶこととする。
【００２７】
図６では、信号の捕捉および追尾に使うコードのコード周期が十分に長いことを前提としており（後述）、GALILEOのTiered Codeと呼ばれるコードがこれに該当する。この発明の実施の形態１では、１００［ｍｓｅｃ］のTiered Codeを使うことを前提とする。図６では、上述したように、図５で示したように、自らの信号受信チャンネル３１で取得した時刻を使って信号伝播時間を計算せずに、図６のステップＳ２０において、基準衛星の信号受信チャンネル３１から基準衛星のコード位相と信号伝播時間とを取得して、受信信号の信号伝播時間を計算する特徴がある。ただし、本実施の形態においても、基準衛星についてだけは、図５に示した従来どおりの手法で航法メッセージから時間を取得して疑似距離生成を行うこととし、それ以外の衛星については、図６に示す手法により、その衛星と基準衛星のコード位相差から信号伝播時間を算出することとする。
【００２８】
図５の従来どおりの手法では、各信号受信チャンネル３１において、信号に含まれる航法メッセージからその信号に対応する時刻を取得するとともに（ステップＳ１３）、コード位相を計算して（ステップＳ１４）、コード位相と受信機に設定された受信機時間とを使って、ステップＳ１３で取得した時刻に基づいて、信号伝播時間を計算する（ステップＳ１５）。ここで、受信機時間は、基準衛星の信号受信チャンネル３１などで取得した時刻などに基づいて適当に設定された時刻であり、必ずしも正確である必要は無く、１０［ｍｓｅｃ］程度の誤差は許容される。通常、信号伝播時間のとりうる値の範囲は利用する高度に応じて決まっているので、信号伝播時間がその範囲を逸脱しないように適当に設定される。
【００２９】
一方、図６の手法では、各信号受信チャンネル３１において、信号に含まれる航法メッセージからその信号に対応する時刻などの航法データを取得するが、図５の手法のようにその時刻は信号伝播時間計算（ステップＳ２０）に必要ではない。そのかわり、基準衛星のコード位相と信号伝播時間とを取得し、それらとステップＳ１４で計算したコード位相とを使って、基準衛星以外の他の衛星からの受信信号の信号伝播時間を計算する（ステップＳ２０）。これにより、図６の時刻取得処理（ステップＳ１３）の完了を待たずして、信号伝播時間計算を開始できるので、信号伝播時間（光速をかければ擬似距離に相当）の算出開始までの時間を短縮できる効果がある。
【００３０】
いま、ある信号受信チャンネル３１のコード位相をφｃ［ｃｈｉｐ］、基準衛星のコード位相をφｃ，ｒ［ｃｈｉｐ］、追尾に使用しているコードのコード長をＬｃ［ｃｈｉｐ］、コード周期をＴｃ［ｓ］、基準衛星の信号伝播時間をΔｔｒ［ｓ］とすると、衛星ｋの信号伝播時間Δｔｋ［ｓ］は次のように表される。
【００３１】
【数１】
【００３２】
ただし、実施の形態１ではコード周期Ｔｃが０．１［ｓ］であり、コード位相φｃ［ｃｈｉｐ］の時間換算値は０から０．１［ｓ］の値をとなる。また、Ｎは０または±１の整数であり、以下の通り決定される。
【００３３】
まず、図７の例のように、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのコード位相の時間換算値が全て４０［ｍｓｅｃ］以内の幅に収まっている場合、コード位相が大きいものほど信号伝播時間が大きいことを示すので、上記の式（１）においてＮ＝０となる。一方、図８の例のように、コード位相がＬｃ／２を境に、コード位相が小さいものと大きいものに分かれており、両者のコード位相分布区間の合計が４０［ｍｓｅｃ］以内になる場合、Ｄ，Ｅの信号伝播時間はＡ，Ｂ，Ｃの信号伝播時間よりも小さいので、基準衛星とのコード位相の位置関係によってＮを決定する必要がある。例えば、基準衛星がＡ，Ｂ，Ｃのどれかである場合には、基準衛星以外のΔｔＡ，ΔｔＢ，ΔｔＣの計算においては、Ｎ＝０となるが、ΔｔＤ，ΔｔＥの計算では、Ｎ＝−１とする。また、基準衛星がＤ，Ｅのどちらかである場合には、基準衛星以外のΔｔＤ，ΔｔＥの計算においてはＮ＝０となるが、ΔｔＡ，ΔｔＢ，ΔｔＣの計算では、Ｎ＝＋１とする。観測衛星数が図８の例と異なっていても、同じロジックでＮを決定すればよい。また、上記（図７、図８）以外の場合には、観測値に異常値が含まれるため、観測結果を棄却する。
【００３４】
なお、このように条件によってＮを決定し、上記の式（１）を使って信号伝播時間を決定するには、コード長がある程度長くなければならず、その条件は測位信号の最短到達時間［ｓ］と最長到達時間［ｓ］の差の（２＋α）倍がコード長［ｓ］以下であることである。αは各種誤差や計算の確実性を考慮して０．５程度の値にするのが良い。この発明の手法は、例えばGALILEOの測位信号のうち、E1-C,E5a-Q,E5b-Qと呼ばれる信号成分においてPrimary CodeとSecondary Codeを重畳して得られるTiered Codeを使えば実現可能であり、そのコード長は０．１［ｓ］である（非特許文献１参照）であるから、α＝０．５の場合、測位信号の最短到達時間と最長到達時間の差が０．０４［ｓ］以下であればよい。地球とＳＰＳ衛星とＳＰＳ用受信機の位置関係からこの条件を満たすためのＳＰＳ用受信機に対する条件が求められ、GALILEOの場合ＳＰＳ用受信機の高度がおよそ１６００［ｋｍ］以下であれば良いことが計算できる。
【００３５】
上記の式（１）により求められた信号伝播時間は、光速ｃ＝2.99792458e+8［ｍ／ｓ］を乗算すれば擬似距離となり、通常は４衛星以上の観測値が得られれば自律測位計算を行うことができる。
【００３６】
なお、式（１）により各衛星の信号伝搬時間が一旦計算できると、次式により基準衛星の観測値を使わずに各衛星の信号伝搬時間を計算できるようになる。
【００３７】
【数２】
【００３８】
式（２）ではＮＴがTiered Codeを使った観測におけるコードアンビギュイティで必ず整数値であり、Ｒｃ[s]は距離の端数分である。ある瞬間の観測値によって式（１）でΔｔｋが決まれば、式（２）によりＲｃの絶対値がＴｃよりも小さくなるように整数値ＮＴを決定する。ＮＴとＲｃが決まれば、次の観測からは各衛星のコード位相φｃのみを使って観測値を更新できる。
【００３９】
式（２）による観測値生成に移行できれば、観測される衛星が変化して基準衛星の観測が途絶えても観測値の生成を継続できるうえ、式（２）による観測値生成を行っている他の衛星を基準衛星にして、新たに捕捉した衛星の観測値を式（１）により従来手法よりも短時間に生成開始できる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態１によれば、複数の衛星の中で一番最初に航法データからＳＰＳシステム時間を取得した基準衛星については従来どおりの手法で擬似距離生成を行うが、それ以外の衛星については、その衛星と基準衛星とのコード位相差から信号伝播時間を算出することで、擬似距離生成開始までの所要時間が大幅に短縮されるという効果が得られる。また、基準衛星の観測が途絶えても、新規に観測が開始された衛星の擬似距離生成開始までの所要時間を短縮できる効果が持続する。
【００４１】
実施の形態２．
本実施の形態は、基本的には実施の形態１と変わらないが、信号捕捉時にTiered Codeを使うとTiered Codeのコード長は長いため、コード位相の探索に時間がかかってしまう。そこで、本実施の形態においては、GALILEOの場合には、信号捕捉時にPrimary Codeを用い、信号捕捉が完了したら、その時点からTiered Codeに移行する手法を用いる。例えば、Primary Codeが４［ｍｓｅｃ］の長さを持ち、Secondary Codeが２５ビットの場合、Primary Codeによる信号捕捉後、２５種類のコードタイミングを検査すればTiered Codeのコード位相を得ることができる。信号捕捉においてTiered Codeに移行後の処理は実施の形態１と全く同じである。
【００４２】
以上のように、本実施の形態２によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態においては、信号捕捉時にはPrimary Codeを用い、信号捕捉が完了したら、その時点からTiered Codeに移行するようにしたので、コード長の長いTiered Codeを使って信号捕捉を行う場合に比べて、コード位相の探索にかかる時間を短縮することができる。
【００４３】
実施の形態３．
本実施の形態も、実施の形態１と基本的に変わらないが、Tiered Codeによって基準衛星とのコード位相差が判明した後は、Tiered Codeを使い続ける必要はないため、本実施の形態においては、基準衛星とのコード位相差が判明した後はPrimary Codeによるコード追尾処理に移行する。このようなことができるのは、Tiered Codeによる測位において式（２）によって信号伝播時間Δｔkが計算できている時には、いわゆるコードアンビギュイティが解けている状態であるから、Primary Codeによるコード位相に対してもコードアンビギュイティを決定することができ、信号伝播時間Δｔkを算出できるからである。このことは、次式を使って説明される。
【００４４】
【数３】
【００４５】
まず、ある観測タイミングにおいて、Tiered Codeによるコード位相φｃ［ｃｈｉｐ］と、Primary Codeによるコード位相φｃｐ［ｃｈｉｐ］を同時に得る。このとき、式（２）によってΔｔkが決定されるため、式（３）の整数値コードアンビギュイティＮＰと定数Ｒｃｐを決定することで式（３）によるPrimary Codeを使った観測値生成に移行できる。ここで、Primary Codeのコード長をＬｃｐ［ｃｈｉｐ］、Primary Codeのコード周期をＴｃｐ［ｓ］とした。コードアンビギュイティＮＰと定数Ｒｃｐの決定方法は、式（２）の定数Ｒcと同様で、Ｒｃｐの絶対値がＴｃｐよりも小さくなるように整数ＮＰを決めればよい。
【００４６】
以上のように、本実施の形態３によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態においては、Tiered Codeによって基準衛星とのコード位相差を求め、それ以降は、Primary Codeに移行するようにしたので、コード長の長いTiered Codeを使って追尾処理を行う場合に比べて、追尾処理にかかる時間を短縮することができ、高機動運動に対する追尾処理の対応能力を高くできる。
【００４７】
なお、上記の説明においては、実施の形態１に実施の形態３を適用する例について説明したが、その場合に限らず、実施の形態２に実施の形態３を適用するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
欧州のGALILEOは２０１３年以降にＦＯＣ（Full Operational Capability）を迎えてフルスペックのシステムとして利用可能になる予定であり、GALILEO対応受信機に本発明の手法が活用されていく。また、GALILEO以外にも、GALILEOのTiered Codeのように全コード長が上記の通り一定の条件を満たす長さを持つ場合には本発明を適用可能である。したがって、今後携帯端末用のＧＰＳ測位装置をはじめとして、ロケットやミサイルなどの高機動運動飛しょう体用の特殊ＳＰＳ用受信機、宇宙機用のＳＰＳ用受信機など様々なＳＰＳ用受信機で利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１ ＳＰＳ用受信アンテナ、２ ＲＦフロントエンド部、３ ベースバンド処理部、４ 航法計算部、５ 通信装置、６ 拡張エフェメリス計算部、３１ 信号受信チャンネル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の衛星からＲＦ信号を受信するＳＰＳ用受信アンテナと、
受信された上記ＲＦ信号に対して、増幅処理、フィルタ処理、および、Ａ／Ｄ変換処理を含むフロントエンド処理を行うフロントエンド手段と、
上記フロントエンド処理により得られたデジタル信号に対して、信号捕捉および追尾処理を行って、信号伝播時間を得るベースバンド処理手段と、
上記信号伝播時間に基づき、疑似距離計算および測位計算を行う航法計算手段と
を備え、
上記ベースバンド処理手段は、
上記複数の衛星のうち、一番最初に航法データより信号が送信されたＳＰＳシステム時刻を得た基準衛星については、当該ＳＰＳシステム時刻を使って信号伝播時間を算出し、
それ以外の衛星については、その衛星と上記基準衛星とのコード位相差を求め、上記コード位相差から信号伝播時間を算出する
ことを特徴とする衛星測位受信機。
【請求項２】
上記ベースバンド処理手段は、コードアンビギュイティを決定することで、上記基準衛星の追尾の途絶が起きた場合に、それ以外の衛星の観測値を利用して新規に追尾を開始した衛星の信号伝播時間の算出を速やかに開始できる
ことを特徴とする請求項１に記載の衛星測位受信機。
【請求項３】
上記ベースバンド処理手段は、信号捕捉時にはPrimary Codeを用い、信号捕捉完了後はTiered Codeを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の衛星測位受信機。
【請求項４】
上記ベースバンド処理手段は、Tiered Codeを用いて、上記基準衛星とのコード位相差を求め、それ以降は、Primary Codeを用いて、信号伝播時間の計算を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の衛星測位受信機。
【請求項１】
複数の衛星からＲＦ信号を受信するＳＰＳ用受信アンテナと、
受信された上記ＲＦ信号に対して、増幅処理、フィルタ処理、および、Ａ／Ｄ変換処理を含むフロントエンド処理を行うフロントエンド手段と、
上記フロントエンド処理により得られたデジタル信号に対して、信号捕捉および追尾処理を行って、信号伝播時間を得るベースバンド処理手段と、
上記信号伝播時間に基づき、疑似距離計算および測位計算を行う航法計算手段と
を備え、
上記ベースバンド処理手段は、
上記複数の衛星のうち、一番最初に航法データより信号が送信されたＳＰＳシステム時刻を得た基準衛星については、当該ＳＰＳシステム時刻を使って信号伝播時間を算出し、
それ以外の衛星については、その衛星と上記基準衛星とのコード位相差を求め、上記コード位相差から信号伝播時間を算出する
ことを特徴とする衛星測位受信機。
【請求項２】
上記ベースバンド処理手段は、コードアンビギュイティを決定することで、上記基準衛星の追尾の途絶が起きた場合に、それ以外の衛星の観測値を利用して新規に追尾を開始した衛星の信号伝播時間の算出を速やかに開始できる
ことを特徴とする請求項１に記載の衛星測位受信機。
【請求項３】
上記ベースバンド処理手段は、信号捕捉時にはPrimary Codeを用い、信号捕捉完了後はTiered Codeを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の衛星測位受信機。
【請求項４】
上記ベースバンド処理手段は、Tiered Codeを用いて、上記基準衛星とのコード位相差を求め、それ以降は、Primary Codeを用いて、信号伝播時間の計算を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の衛星測位受信機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２３７３３３（Ｐ２０１１−２３７３３３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１０３３２（Ｐ２０１０−１１０３３２）
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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