衛星電波受信装置及び衛星電波受信方法
【課題】 消費電力を増加させずに衛星電波の検出時間を短縮することが可能な衛星電波受信装置および衛星電波受信方法を提供する。
【解決手段】 測位用衛星から送信された衛星信号を取得する衛星電波受信装置において、測位用衛星が送信する周波数を含む予め設定された周波数範囲の電波を受信可能な受信手段と、受信手段により受信された電波に基づく受信信号から衛星信号を検出する捕捉手段と、捕捉手段により検出された複数の衛星信号の受信周波数に基づいて、検出された複数の衛星信号の中心周波数を算出する算出手段と、を備え、捕捉手段は、中心周波数を基準として衛星信号の検出を行う。
【解決手段】 測位用衛星から送信された衛星信号を取得する衛星電波受信装置において、測位用衛星が送信する周波数を含む予め設定された周波数範囲の電波を受信可能な受信手段と、受信手段により受信された電波に基づく受信信号から衛星信号を検出する捕捉手段と、捕捉手段により検出された複数の衛星信号の受信周波数に基づいて、検出された複数の衛星信号の中心周波数を算出する算出手段と、を備え、捕捉手段は、中心周波数を基準として衛星信号の検出を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、測位用衛星から電波を受信して衛星信号を取得する衛星電波受信装置および衛星電波受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧＰＳ（Global Positioning System）をはじめとするＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）に係る測位用衛星から電波を受信し、時刻情報や位置情報を取得する時計やＧＰＳロガーといった携帯型装置がある。これらの携帯型装置では、電源の制約から低消費電力の部品を利用したり、省電力動作を行ったりしている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、測位用衛星から時刻情報を取得する際に、衛星信号のうち時刻情報が送信されるタイミング以外の期間では受信動作を中断させる技術が開示されている。また、特許文献２には、高度センサを備え、飛行機による移動が行われたと判断された場合にのみ４衛星からのデータ受信を行って位置情報を取得し、タイムゾーンを判別する時刻修正装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３２６３７号公報
【特許文献２】特開２００８−５１５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、測位用衛星から送信される電波の送信周波数は、複数の測位用衛星において同一である。例えば、ＧＰＳにおける測位用衛星（ＧＰＳ衛星）から送信される民間用電波周波数の１つは、Ｌ１帯の１．５７５４２ＧＨｚである。しかしながら、各ＧＰＳ衛星が軌道上を高速で移動することで携帯型装置との間の相対運動によりドップラー効果が働き、この携帯型装置での受信周波数は、それぞれ送信周波数から外れた周波数となる。従って、予め自機の現在位置データや測位用衛星の軌道情報を有しない携帯型装置で測位用衛星からの電波を受信する際には、ドップラー効果により変化し得る範囲で測位用衛星からの電波の受信周波数を探索しなければならない。
【０００６】
一方、携帯型装置内で受信電波から衛星信号を復調したり、デジタルサンプリングしたりするための周波数信号を生成する発振回路は、その発振周波数にそれぞれ誤差が存在する。そして、携帯型装置に搭載可能な小型、且つ、低消費電力の発振回路では、この発振周波数の誤差が大きくなるという問題がある。従って、測位用衛星からの電波を検出する際には、発振周波数の誤差の範囲も含めて広い受信周波数の範囲を探索しなければならず、結局探索時間が長くなって消費電力量が増大するという課題があった。
【０００７】
この発明の目的は、消費電力を増加させずに衛星電波の検出時間を短縮することが可能な衛星電波受信装置および衛星電波受信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
測位用衛星から送信された衛星信号を取得する衛星電波受信装置において、
前記測位用衛星が送信する周波数を含む予め設定された周波数範囲の電波を受信可能な受信手段と、
前記受信手段により受信された電波に基づく受信信号から前記衛星信号を検出する捕捉手段と、
前記捕捉手段により検出された複数の前記衛星信号の受信周波数に基づいて、当該検出された複数の前記衛星信号の中心周波数を算出する算出手段と、
を備え、
前記捕捉手段は、前記中心周波数を基準として前記衛星信号の検出を行う
ことを特徴としている。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の衛星電波受信装置において、
前記捕捉手段により検出された前記衛星信号の受信周波数と、当該受信周波数における前記衛星信号の信号強度を示す強度指標とを関連付けて記憶する記憶手段を備え、
前記算出手段は、前記記憶手段に記憶された複数の前記衛星信号に係る前記受信周波数の前記強度指標による重み付平均により前記中心周波数を算出する
ことを特徴としている。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の衛星電波受信装置において、
前記捕捉手段は、前記中心周波数と、前記衛星信号の検出を行う受信周波数とのズレの大きさがゼロから増加していくように受信周波数を変化させながら前記衛星信号の検出を行う
ことを特徴としている。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の衛星電波受信装置において、
前記捕捉手段は、前記中心周波数を中心にして予め定められた周波数範囲に亘って前記衛星信号の検出を行う
ことを特徴としている。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項２記載の衛星電波受信装置において、
前記記憶手段は、予め定められた数の前記受信周波数及び前記強度指標を記憶可能であり、前記捕捉手段により検出された前記衛星信号のうち、最新の前記予め定められた数の前記受信周波数及び前記強度指標を記憶する
ことを特徴としている。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項２記載の衛星電波受信装置において、
前記強度指標は、前記衛星信号が検出された前記受信周波数における当該衛星信号が検出されたときの信号強度と、前記受信周波数で当該衛星信号が検出されなかったときの平均信号強度との比である
ことを特徴としている。
【００１４】
請求項７記載の発明は、
測位用衛星から送信された電波を受信する受信手段を備え、当該受信手段により受信された電波から衛星信号を取得する衛星電波受信方法において、
前記受信手段により受信された電波に基づく受信信号から前記衛星信号を検出する捕捉ステップと、
前記捕捉ステップで検出された複数の前記衛星信号の受信周波数に基づいて、当該検出された複数の前記衛星信号の中心周波数を算出する算出ステップと、
を含み、
前記捕捉ステップは、前記中心周波数を基準として前記衛星信号の検出を行う
ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に従うと、測位用衛星から送信された衛星信号を取得する衛星電波受信装置および衛星電波受信方法において、受信した電波から検出された複数の衛星信号の受信周波数に基づいて中心周波数を算出し、次回の衛星信号の検出時には、この算出された中心周波数を基準に設定された周波数範囲で検出が行われるので、受信動作時間を短縮し、消費電力を抑えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の衛星電波受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】捕捉エンジンの内部構成を示す図である。
【図３】中間周波数生成器の内部構成を示す図である。
【図４】メモリの配列を示す図である。
【図５】捕捉エンジンにおける衛星信号検出時の信号強度を示す図である。
【図６】衛星位置に対する検出周波数と検出された信号強度との関係を説明する図である。
【図７】衛星信号の全検索処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】検出動作処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】衛星信号の検出処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】求められた中心周波数と衛星信号が検出された受信周波数とのズレの具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態の衛星電波受信装置を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態の衛星電波受信装置の構成および信号の流れを示すブロック図である。
【００１９】
この衛星電波受信装置１は、例えば、携帯型時計に搭載されて時刻情報を出力するものである。衛星電波受信装置１は、受信アンテナＡＮＴと、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１と、狭帯域フィルタ１２と、発振回路１３と、ＲＦ部１４と、ベースバンド部１５などを備えている。
【００２０】
受信アンテナＡＮＴは、ＧＰＳ衛星からのＬ１帯（１．５７５４２ＧＨｚ）の電波が受信可能なアンテナである。また、狭帯域フィルタ１２は、例えば、ＳＡＷフィルタ（表面弾性波フィルタ）であり、１〜１０ＭＨｚ程度の帯域を有する。この帯域幅は、ＧＰＳ衛星からの送信周波数と衛星電波受信装置１による受信周波数との間のドップラー効果による周波数のずれの大きさや、衛星信号を復調する際に入力される中間周波数帯のローカル周波数信号に含まれる周波数誤差の大きさに比べて十分に広い。これらの受信アンテナＡＮＴ、低雑音増幅器１１、狭帯域フィルタ１２、および、ＲＦ部１４により、受信手段が構成される。
【００２１】
発振回路１３は、例えば、温度補償回路を備えた水晶発振器（ＴＣＸＯ）が一般的に使われているが、本発明では温度補償を行わない低消費電力の水晶発振器でも利用可能である。この発振回路１３は、基準周波数として、例えば、１６．３６８ＭＨｚの信号を生成して出力する。この発振回路１３は、精度の高い大型、および／または、高価なものではなく、安価で消費電力の小さい小型のものである。従って、この発振回路１３の発振する基準周波数には、発振回路１３に固有な±１０〜１５ｋＨｚ程度のオフセット誤差が含まれている。
【００２２】
ＲＦ部１４は、受信した電波に基づく搬送波周波数の受信信号を中間周波数帯の信号に変換し、デジタルデータ化して出力する。このＲＦ部１４は、ダウンコンバータ１４１と、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）１４２と、ＡＤＣ（アナログ・デジタル変換器）１４３などを備えている。
【００２３】
ダウンコンバータ１４１は、受信した電波に基づく搬送波周波数の受信信号を中間周波数の信号に変換する回路であり、例えば、ミキサや狭帯域フィルタを備えている。中間周波数ｆｉは、例えば、４ＭＨｚ程度の値である。
【００２４】
ＰＬＬ１４２は、発振回路１３の出力信号に同期してダウンコンバータ１４１のミキサに所定のローカル周波数の信号を入力する回路であり、例えば、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）、プリスケーラ、および、位相比較器などを備えている。ＶＣＯは、入力される直流電圧によって定められる周波数の信号を生成してダウンコンバータ１４１のミキサに出力する。プリスケーラは、このＶＣＯの出力信号を分周して、位相比較器に出力する。位相比較器は、ＶＣＯの分周信号の位相と、発振回路の出力信号の位相とを比較して、これらの位相差に基づく直流電圧をＶＣＯへ出力する。このような構成によりローカル周波数を制御することで、一定の周波数信号を安定してダウンコンバータ１４１へ出力することが可能となる。
【００２５】
ＡＤＣ１４３は、中間周波数帯の信号に変換されてダウンコンバータ１４１から出力された受信信号を所定のサンプリング周波数でデジタル値に変換してベースバンド部１５へ出力する。
【００２６】
ベースバンド部１５は、捕捉エンジン１５１（捕捉手段）と、追尾エンジン１５２と、中間周波数生成器１５３と、逆拡散コード生成器１５４と、演算処理部１５５などを備えている。また、ベースバンド部１５には、ベースバンド部１５の動作を統括し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを含むコントローラ１５６（算出手段）と、一時データを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ１５７（記憶手段）とが含まれている（図２参照）。
【００２７】
捕捉エンジン１５１は、ＲＦ部１４から入力したデジタル信号から衛星信号を検出してその受信周波数と衛星識別番号とを同定する処理を行う回路であり、後に詳述する。
【００２８】
追尾エンジン１５２は、捕捉エンジン１５１で同定された受信周波数および衛星識別番号を有する衛星信号と、衛星電波受信装置１の内部クロックとの間で位相同期点を検出し、また、この位相同期を維持して復調した衛星信号を継続的に出力する回路である。
【００２９】
中間周波数生成器１５３は、ＲＦ部１４から入力したデジタル信号から衛星信号を復調する際に捕捉エンジン１５１、又は、追尾エンジン１５２に入力する中間周波数ローカル信号を生成する。この中間周波数生成器１５３は、本実施形態のベースバンド部１５では、ＮＣＯ（Numerically-Controlled Oscillator、数値制御発振器）である。このＮＣＯに入力される数値によって、生成する中間周波数ローカル信号の周波数を細かく変更することができる。また、中間周波数生成器１５３は、Ｉ相（In Phase）ローカル信号と、このＩ相ローカル信号と直交するＱ相（Quadrature Phase）ローカル信号とをそれぞれ出力可能に構成されている。
【００３０】
逆拡散コード生成器１５４は、指定された衛星識別番号に対応するＧＰＳ衛星において衛星信号を拡散変調している拡散コードを生成し、捕捉エンジン１５１、又は、追尾エンジン１５２に出力する。本実施形態の衛星電波受信装置１における逆拡散コード生成器１５４では、拡散コードとしてＣ／Ａコードが生成される。Ｃ／Ａコードは、一周期１ｍｓの期間に送信される１０２３個の符号データ（チップ）の配列により構成されている。
【００３１】
演算処理部１５５は、追尾エンジン１５２から出力された衛星信号を復号して時刻データの取得を行う。また、演算処理部１５５は、必要に応じてＧＰＳ衛星の位置の算出、および、衛星電波受信装置１の現在位置の算出を行って、これらの取得データや算出データを所定のフォーマットで出力する。
【００３２】
次に、捕捉エンジン１５１における衛星信号の検出処理について説明する。
【００３３】
図２は、捕捉エンジン１５１およびこれに関連する部分の構成を示す図である。
【００３４】
捕捉エンジン１５１は、Ｉ／Ｑ変換部１５１１と、積分部１５１２と、相関器１５１３と、二乗回路１５１４などを備えている。
【００３５】
Ｉ／Ｑ変換部１５１１は、入力信号をＩ相信号と、Ｉ相信号に直交するＱ相信号とに分離して出力する。このＩ／Ｑ変換部１５１１は、ミキサ１５１１ａ、１５１１ｂを備える。ＲＦ部１４からＩ／Ｑ変換部１５１１に入力して２系統に分離された中間周波数帯のデジタル信号は、それぞれに対し中間周波数生成器１５３から出力されたＩ相ローカル信号およびＱ相ローカル信号がミキサ１５１１ａ、１５１１ｂで混合される。Ｉ相ローカル信号およびＱ相ローカル信号の周波数が入力されたデジタル信号の中間周波数と同一であり、且つ、デジタル信号の位相と内部クロックの位相とが完全に同期した場合には、ミキサ１５１１ａ、１５１１ｂからの出力信号は、それぞれＩ相のローカル信号、および、Ｑ相のローカル信号となる。
【００３６】
積分部１５１２は、ミキサ１５１１ａ、１５１１ｂの出力信号をそれぞれＣ／Ａコード１チップの長さ、即ち、１／１０２３ｍｓ（〜１μｓ）に亘って積分して出力する積分器１５１２ａ、１５１２ｂを備えている。或いは、これらの積分器１５１２ａ、１５１２ｂは、Ｃ／Ａコード１チップの長さに比して短い交流成分をカットするローパスフィルタであってもよい。
【００３７】
相関器１５１３は、積分器１５１２ａ、１５１２ｂの出力データをそれぞれ積分周期ごとに取得して、これらの取得された出力信号と生成されたＣ／Ａコードとの間の相関を求めるマッチドフィルタである。積分器１５１２ａの出力データは、シフトレジスタ１５１３ａに入力され、また、積分器１５１２ｂの出力データは、シフトレジスタ１５１３ｂに入力される。シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂでは、それぞれ１０２３個のデータが入力された順に直列に蓄積されていく。
【００３８】
シフトレジスタ１５１３ｅには、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂと同一個数、即ち、Ｃ／Ａコード一周期分に当たる１０２３チップのデータが逆拡散コード生成器１５４から順に入力される。このシフトレジスタ１５１３ｅは、４衛星分のＣ／Ａコードを同時並列的に記憶可能であり、セレクタ１５１３ｆにより何れかのＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードが１つ選択される。セレクタ１５１３ｆにより選択されたＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードを表す各チップデータは、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂに記憶された同位相の（同一順番に入力された）各データと乗算されて加算器１５１３ｃ、１５１３ｄにそれぞれ入力される。加算器１５１３ｃ、１５１３ｄは、それぞれ１０２３個の乗算器から入力された値を加算して二乗回路１５１４へ出力する。
【００３９】
二乗回路１５１４は、相関器１５１３から入力されたＩ相信号の加算値、および、Ｑ相信号の加算値をそれぞれ二乗する二乗計算部１５１４ａ、１５１４ｂと、二乗計算部１５１４ａ、１５１４ｂの計算結果の和を算出する加算器１５１４ｃとを備える。加算器１５１４ｃの計算結果は、ベースバンド部１５のメモリ１５７へ出力されて後述する所定の位置に記憶される。なお、加算器１５１４ｃの出力の平方根を出力することとしても良い。
【００４０】
図３は、ベースバンド部１５の中間周波数生成器１５３の構成を示すブロック図である。
【００４１】
この中間周波数生成器１５３は、ＮＣＯであり、加算器１５３１、１５３２と、レジスタ１５３３と、ＣＯＳ ＲＯＭ１５３４と、ＳＩＮ ＲＯＭ１５３５などにより構成されている。
【００４２】
加算器１５３１には、設定されたＩＦタイミングの値およびオフセットの値が入力され、これらの値は、加算器１５３１で加算されて加算器１５３２に送られる。加算器１５３２では、この加算器１５３１から入力された値とレジスタ１５３３から入力された値とが加算され、ＣＯＳ ＲＯＭ１５３４およびＳＩＮ ＲＯＭ１５３５に送られるとともに、レジスタ１５３３に記憶される。即ち、レジスタ１５３３に記憶される値は、予め定められた時間間隔で加算器１５３１から加算器１５３２に入力された値ずつ増加していく。そして、レジスタ１５３３に記憶された値が最大値となって、更に０に戻ることで、一周期の経過が示されることになる。加算器１５３２およびレジスタ１５３３は、特に限られないが、例えば、３２ｂｉｔのデータ容量を有する。
【００４３】
ＣＯＳ ＲＯＭ１５３４およびＳＩＮ ＲＯＭ１５３５は、それぞれ、振幅が１の余弦関数および正弦関数の一周期を、例えば、８ｂｉｔで表される２５６の位相に等分割し、各位相での余弦関数および正弦関数の値を位相に対応するアドレスから読み出して出力するルックアップテーブルを備えたＲＯＭである。加算器１５３２からＣＯＳ ＲＯＭ１５３４およびＳＩＮ ＲＯＭ１５３５に３２ｂｉｔの数値が入力されると、例えば、そのうちの上位８ｂｉｔの値によって示される位相に対応するアドレスから余弦関数および正弦関数の値が読み出される。そして、これらの値が予め定められた時間間隔で次々に読み出されていくことで、指定された周波数のＩ相ローカル信号ＬｏＩおよびＱ相ローカル信号ＬｏＱとなる。
【００４４】
ここで、ＩＦタイミングの設定入力値は、標準の中間周波数、即ち、本実施形態の衛星電波受信装置１では、中間周波数ｆｉ＝４．０９２ＭＨｚに対応する値である。従って、中間周波数のオフセット値（受信チャンネルｆ）が０の場合には、中間周波数ｆｉ＝４．０９２ＭＨｚのローカル周波数信号が出力される。一方、オフセット値を０から変化させることにより、出力するローカル周波数を４．０９２ＭＨｚからデジタル的に増減させることが可能となる。本実施形態の衛星電波受信装置１では、受信チャンネルｆの変化１に対応する周波数変化量Δｆを１００Ｈｚとする。従って、受信チャンネルｆが１増加するごとに出力されるローカル周波数が中間周波数ｆｉから１００Ｈｚずつ上昇し、受信チャンネルｆが１減少するごとに出力されるローカル周波数が中間周波数ｆｉから１００Ｈｚずつ下降する。
【００４５】
図４は、ベースバンド部１５のメモリ１５７における記憶データの配列パターンを示した図である。
【００４６】
メモリ１５７に記憶させるデータは、先ず、図４（ａ）に示すように、Ｃ／Ａコードの位相、受信周波数（受信チャンネル）、および、衛星識別番号の３つの変数による三次元配列上に配置される。捕捉エンジン１５１においてこれらの３つの変数を設定して求められた相関値の出力データは、これらの３つの変数により定められる位置に記憶される。
【００４７】
また、図４（ａ）に示した三次元配列に記憶された値に基づき、後述する方法で算出されたＳ／Ｎ比の値ｓが設定された閾値ａよりも大きい場合には、衛星信号が検出されたものと判断される。衛星信号が検出された場合には、図４（ｂ）に示すように、アドレスｎ＝０から順番に検出された受信チャンネルｆおよびＳ／Ｎ値ｓが格納される。このアドレス数は、例えば、０〜２９の３０個であり、アドレスｎ＝２９にデータが格納された後、次回に格納されるアドレスｎは、再び０に戻る。そして、格納されるデータは、ｎ＝０に格納されていた古いデータに上書きされる。即ち、メモリ１５７においてこの受信チャンネルｆとＳ／Ｎ値ｓを記憶する部分は、リングバッファとなっている。次回に格納されるアドレスｎは、メモリ１５７に記憶され、また、読み出し可能となっている。また、初期段階では、アドレスｎ＝０〜２９の受信チャンネルｆおよびＳ／Ｎ値ｓには、初期値として０が格納されている。
【００４８】
次に、本実施形態の衛星電波受信装置１の捕捉エンジン１５１における衛星電波捕捉方法の原理について説明する。
【００４９】
図５は、捕捉エンジン１５１において、一のＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードを生成して一の受信周波数で当該一のＧＰＳ衛星からの電波を受信した場合の捕捉エンジン１５１からの出力データの例を示す図である。
【００５０】
シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂに記憶された１０２３個のデータと逆拡散コード生成器１５４からシフトレジスタ１５１３ｅに送られたＣ／Ａコードを示す１０２３個のチップデータとの間の位相差には、Ｃ／Ａコードの１周期ごとに１チップ未満になるタイミングがある。Ｃ／Ａコードと入力データとの相関値は、このタイミングで大きくなり、出力値が急激に上昇する。一方、Ｃ／Ａコードは、異なる位相のデータ配列間での自己相関はとても低く、従って、位相差が１チップ以上ある場合には、出力値は、常に非常に小さい。そこで、二乗回路１５１４から出力される値のうち、一周期の中で最大の値と、非最大の各値の平均値との比をＳ／Ｎ値として取得する。なお、Ｓ／Ｎ値として、例えば、上記算出された値の対数を利用することも可能である。
【００５１】
上記のＳ／Ｎ値の取得動作を各ＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードおよび各受信周波数に対して行う。受信周波数は、ＧＰＳ衛星からの送信周波数に対してＧＰＳ衛星の移動速度によるドップラー速度、および、発振回路１３の発振周波数に含まれるオフセット誤差の影響の範囲内で変化させる。ドップラー効果による中間周波数ｆｉからの周波数変化量Δｆは、通常の状態では最大で数ｋＨｚである。従って、発振回路１３の発振周波数に含まれる±１５ｋＨｚ程度のオフセット誤差を考慮しながら１００Ｈｚ程度の精度で受信周波数を特定するには、周波数変化量Δｆを３００回程度切り換えて繰り返し捕捉エンジン１５１による探索動作を繰り返さなければならない。また、オフセット誤差を事前に求めてこのオフセット誤差の補正のみを行ったとしても、捕捉エンジン１５１によるドップラー効果を考慮した探索動作の繰り返し回数は、やはり５０回程度必要になる。
【００５２】
図６は、一のＧＰＳ衛星に対して、継続的に捕捉エンジン１５１による捕捉動作を行った場合の受信周波数とＳ／Ｎ比の値との変化の例をシミュレートした結果を示した図である。
【００５３】
各ＧＰＳ衛星は、１１時間５８分周期で地球の周りを公転しており、従って、２３時間５６分周期で地球表面に対して同一の位置に戻る。ＧＰＳ衛星が地平線下に位置していて衛星電波受信装置１から非可視状態の期間には、信号の入力がないので、図６の右側垂直軸と、四角印で示される各点の変化とで示されるように、Ｓ／Ｎ比の値は、１〜２となる。また、この期間には、図６の左側垂直軸と、菱形印で示される各点の変化とで示すように、定まった周波数変化量Δｆを求めることができない。
【００５４】
一方、ＧＰＳ衛星が地平線上に現れていて衛星電波受信装置１から可視状態にある場合には、ＧＰＳ衛星からの電波が受信されて、Ｓ／Ｎ比の値が大きくなっていく。このときのドップラー効果による周波数変化量Δｆは、観測期間中のＧＰＳ衛星の位置および軌道に基づいて変化する。即ち、図６に示す例では、ＧＰＳ衛星の位置が地平線付近から天頂へ向けて移動し、仰角が増加する場合には、ＧＰＳ衛星が観測地点に近づく向きの相対速度により周波数変化量Δｆが正の値になる。反対に、ＧＰＳ衛星の位置が天頂付近から地平線へ向けて移動し、仰角が減少する場合には、ＧＰＳ衛星が観測地点から離れる向きの相対速度により周波数変化量Δｆが負の値になる。
【００５５】
また、ＧＰＳ衛星から受信された電波の受信強度は、天頂に近いほど強くなり、従って、Ｓ／Ｎ値が上昇する。これは、ＧＰＳ衛星の位置が天頂に近いほどＧＰＳ衛星と地上の観測地点との距離が短くなり、また、電波が減衰する原因となる電離層や大気圏の通過距離が短くなることによる。このように、周波数変化量Δｆが０に近く、ＧＰＳ衛星の位置が天頂に近いほどＳ／Ｎ比の値が改善されるという関係が得られる。
【００５６】
ここで、周波数変化量ΔｆやＳ／Ｎ値の変化のパターンは、観測地点の緯度、および、観測地点と各ＧＰＳ衛星軌道との位置関係に依存して変化する。即ち、観測地点の緯度、経度、および、日付によっては、例えば、図６に示すように、Ｓ／Ｎ値が最もよい位置に対してＳ／Ｎ値の変化は、対称に分布しない。一方で、同一地点で同一時刻にＧＰＳ衛星からの電波を受信する場合には、ほぼ同様の受信特性を示しながら地球の自転周期とＧＰＳ衛星の公転周期との間の毎日４分の違いの影響が徐々に蓄積されていく。
【００５７】
そこで、本実施形態の衛星電波受信装置１では、捕捉エンジン１５１によって設定された衛星識別番号および設定された周波数ごとに計測されたＳ／Ｎ値が予め定められた閾値ａを超えた場合に、メモリ１５７に受信チャンネルｆとＳ／Ｎ値ｓとを記憶させる。そして、このメモリ１５７に記憶された複数のＧＰＳ衛星に対する受信チャンネルｆの値をＳ／Ｎ値ｓの大小を考慮しながら平均することで、中心周波数チャンネルｆｃを算出する。次回の受信処理時には、この中心周波数チャンネルｆｃを中心に捕捉エンジン１５１による探索処理を行うことで、ドップラー効果の影響および発振回路１３のオフセット誤差の影響を共に抑えつつ、速やかにＧＰＳ衛星からのＳ／Ｎ値のよい電波を検出することが可能となる。
【００５８】
中心周波数チャンネルｆｃは、例えば、受信チャンネルｆのＳ／Ｎ値による重み付平均により、以下の数式（１）によって算出される。
ｆｃ＝Σｋ（ｆｋｓｋ）／Σｋ（ｆｋ） ・・・（１）
ここで、受信チャンネルｆｋおよびＳ／Ｎ値ｓｋの添え字「ｋ」は、メモリ１５７におけるアドレスｋ＝ｎ＝０〜２９のそれぞれの値を示す。また、Σｋは、アドレスｋ＝０〜２９に対する和を示す。或いは、メモリ１５７に新しく記憶されたデータほど重みを付けられた受信チャンネルｆの平均値を利用することとしても良い。なお、未だ３０回の衛星信号の検出がなされていない場合には、検出されたデータのみの和を求めることとすることが可能である。
【００５９】
次に、捕捉エンジン１５１を用いた衛星電波探索処理の動作手順についてフローチャートを用いて説明する。
【００６０】
図７は、全てのＧＰＳ衛星、設定されたすべての周波数範囲に亘ってＧＰＳ衛星電波の探索を行う全検索処理におけるコントローラ１５６による制御手順を示したフローチャートである。また、図８は、図７内で呼び出される検出動作処理の制御手順を示すフローチャートである。
【００６１】
この全検索処理は、例えば、衛星電波受信装置１の電源が初めてオンされたときに起動される。
【００６２】
全検索処理が開始されると、先ず、コントローラ１５６は、メモリ１５７から最新の書込みアドレスｎを取得する（ステップＳ１）。また、コントローラ１５６は、中間周波数生成器１５３にオフセット値として代入する値を示す初期受信チャンネルとして中心周波数チャンネルｆｃを設定する（ステップＳ２）。なお、中心周波数チャンネルｆｃの初期値としては、０が設定されている。更に、コントローラ１５６は、最初にシフトレジスタ１５１３ｅに記憶させるＣ／Ａコードに対応するＧＰＳ衛星の識別番号として０〜３を設定する（ステップＳ３）。
【００６３】
ステップＳ１〜Ｓ３における変数の設定が完了すると、コントローラ１５６は、検出動作処理を呼び出して、ＧＰＳ衛星から送信された信号の検出動作を行う（ステップＳ４）。具体的には、図８に示すように、コントローラ１５６は、先ず、逆拡散コード生成器１５４を動作させて、設定された衛星識別番号のＣ／Ａコードをシフトレジスタ１５１３ｅに入力させる。それから、コントローラ１５６は、捕捉エンジン１５１全体に動作クロックを供給し、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにＩ／Ｑ変換部１５１１および積分部１５１２で算出されたＩ相信号およびＱ相信号をそれぞれ順番に格納させる。シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂのすべてのレジスタにデータが格納されると、コントローラ１５６は、次のデータがシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂに入力される前に、セレクタ１５１３ｆを操作して４衛星のＣ／Ａコードを順番に出力させる。そして、コントローラ１５６は、それぞれのＣ／Ａコードデータと入力された信号とに基づいて算出された加算器１５１４ｃの出力値を順番に取得し、メモリ１５７に記憶させる（ステップＳ４１）。
【００６４】
コントローラ１５６は、データがシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにそれぞれ１個ずつ入力されて位相が１データ分変化するごとにセレクタ１５１３ｆを操作して４衛星のＣ／Ａコードを順番に出力させる。そして、コントローラ１５６は、捕捉エンジン１５１に４衛星のＣ／Ａコードと入力された信号とに基づく計算を行わせ、メモリ１５７における当該位相のアドレスへ順番にデータを記憶させていく。設定された４衛星および受信チャンネルｆに対する全ての位相のデータが取得されると、コントローラ１５６は、設定された４機のＧＰＳ衛星ごとに、設定された受信チャンネルｆにおける全位相の出力値の中から最大のものを選択する（ステップＳ４２）。それから、コントローラ１５６は、選択された最大の出力値以外の他の出力値の平均値をそれぞれ算出し（ステップＳ４３）、算出されたこれらの平均値（ノイズレベル）に対する最大出力値の比をＳ／Ｎ比の値として算出する（ステップＳ４４）。Ｓ／Ｎ値が算出されると、コントローラ１５６は、検出動作処理を終了して全検索処理へ戻る。
【００６５】
検出動作処理（ステップＳ４）が終了すると、次に、コントローラ１５６は、算出されたＳ／Ｎ値がそれぞれ設定された閾値ａより大きいか否かを判別する（ステップＳ５）。算出されたＳ／Ｎ値が何れも設定された閾値ａ以下であると判別された場合には、コントローラ１５６による処理は、ステップＳ８へ移行する。算出されたＳ／Ｎ値のうち何れかが設定された閾値ａより大きいと判別された場合には、コントローラ１５６は、閾値ａより大きいと判別された値ごとにメモリ１５７のアドレスｎの位置へ受信チャンネルｆと算出されたＳ／Ｎ値ｓとを格納する（ステップＳ６）。また、コントローラ１５６は、アドレスｎに１加算する（ステップＳ７）。それから、コントローラ１５６の処理は、ステップＳ８へ移行する。
【００６６】
ステップＳ８へ移行すると、コントローラ１５６は、設定されている衛星識別番号が２８〜３１であるか否かを判別する。設定されている衛星識別番号が２８〜３１ではないと判別された場合には、コントローラ１５６は、設定されている４個の衛星識別番号にそれぞれ４を加算する（ステップＳ９）。それから、コントローラ１５６は、ステップＳ４〜Ｓ８の処理を繰り返す。
【００６７】
ステップＳ８の判別処理で、設定されている衛星識別番号が２８〜３１であると判別された場合には、続いて、コントローラ１５６は、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ−１５０であるか否かを判別する（ステップＳ１０）。
【００６８】
ステップＳ１０の判別処理で、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ−１５０ではないと判別された場合には、次に、コントローラ１５６は、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ以下であるか否かを判別する（ステップＳ１１）。設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ以下であると判別された場合には、コントローラ１５６は、次の受信チャンネルの設定を「２ｆｃ−現在の受信チャンネル＋１」で求められるチャンネルに設定する（ステップＳ１２）。そして、コントローラ１５６は、ステップＳ３〜Ｓ１１の処理を繰り返す。一方、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃより大きいと判別された場合には、コントローラ１５６は、次の受信チャンネルの設定を「２ｆｃ−現在の受信チャンネル」で求められるチャンネルに設定する。そして、コントローラ１５６は、ステップＳ３〜Ｓ１０の処理を繰り返す。即ち、ステップＳ１０〜Ｓ１３の処理において、受信チャンネルは、「ｆｃ」→「ｆｃ＋１」→「ｆｃ−１」→「ｆｃ＋２」→「ｆｃ−２」→…→「ｆｃ＋１５０」→「ｆｃ−１５０」という順番で中心周波数チャンネルｆｃから徐々に離れていくように設定される。
【００６９】
ステップＳ１０の判別処理で、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ−１５０であると判別された場合には、コントローラ１５６の処理は、ステップＳ１４に移行する。そして、コントローラ１５６は、次回の中心周波数チャンネルｆｃを算出してメモリ１５７に記憶させ、全検索処理を終了する。
【００７０】
図９は、ＧＰＳ衛星からの電波のうち何れか一つを探索する検出処理におけるコントローラ１５６による制御手順を示したフローチャートである。
【００７１】
この検出処理は、全検索処理がなされた後に、例えば、１日に一回予め定められた時刻に自動的に呼び出されて開始される処理である。
【００７２】
検出処理が開始されると、先ず、コントローラ１５６は、メモリ１５７から最新の書込みアドレスｎを取得する（ステップＳ２１）。また、コントローラ１５６は、中間周波数生成器１５３にオフセット値として代入する値を示す初期受信チャンネルとして中心周波数チャンネルｆｃを設定する（ステップＳ２２）。この中心周波数チャンネルｆｃは、前回の検出処理か、又は、全検索処理により予め設定されている値である。更に、コントローラ１５６は、最初にシフトレジスタ１５１３ｅに記憶させるＣ／Ａコードに対応するＧＰＳ衛星の識別番号として０〜３を設定する（ステップＳ２３）。
【００７３】
ステップＳ２１〜Ｓ２３における変数の設定が完了すると、コントローラ１５６は、検出動作処理を呼び出して、ＧＰＳ衛星から送信された信号の検出動作を行う（ステップＳ２４）。具体的には、図８に示すように、コントローラ１５６は、先ず、逆拡散コード生成器１５４を動作させて、設定された衛星識別番号のＣ／Ａコードをシフトレジスタ１５１３ｅに入力させる。それから、コントローラ１５６は、捕捉エンジン１５１全体に動作クロックを供給し、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにＩ／Ｑ変換部１５１１および積分部１５１２で算出されたＩ相信号およびＱ相信号をそれぞれ順番に格納させる。シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂのすべてのレジスタにデータが格納されると、コントローラ１５６は、次のデータがシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂに入力される前に、セレクタ１５１３ｆを操作して４衛星のＣ／Ａコードを順番に出力させる。そして、コントローラ１５６は、それぞれのＣ／Ａコードデータと入力された信号とに基づいて算出された加算器１５１４ｃの出力値を順番に取得し、メモリ１５７に記憶させる（ステップＳ４１）。
【００７４】
コントローラ１５６は、データがシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにそれぞれ１個ずつ入力されて位相が１データ分変化するごとにセレクタ１５１３ｆを操作して４衛星のＣ／Ａコードを順番に出力させる。そして、コントローラ１５６は、捕捉エンジン１５１に４衛星のＣ／Ａコードと入力された信号とに基づく計算を行わせ、メモリ１５７における当該位相のアドレスへ順番にデータを記憶させていく。設定された４衛星および受信チャンネルｆに対する全ての位相のデータが取得されると、コントローラ１５６は、設定された４機のＧＰＳ衛星ごとに、設定された受信チャンネルｆにおける全位相の出力値の中から最大のものを選択する（ステップＳ４２）。それから、コントローラ１５６は、選択された最大の出力値以外の他の出力値の平均値をそれぞれ算出し（ステップＳ４３）、算出されたこれらの平均値（ノイズレベル）に対する最大出力値の比をＳ／Ｎ比の値として算出する（ステップＳ４４）。Ｓ／Ｎ値が算出されると、コントローラ１５６は、検出動作処理を終了して検出処理へ戻る。
【００７５】
検出動作処理（ステップＳ２４）が終了すると、次に、コントローラ１５６は、算出されたＳ／Ｎ値が、それぞれ設定された閾値ａより大きいか否かを判別する（ステップＳ２５）。算出されたＳ／Ｎ値が何れも設定された閾値ａ以下であると判別された場合には、コントローラ１５６による処理は、ステップＳ２８へ移行する。コントローラ１５６は、設定されている衛星識別番号が２８〜３１であるか否かを判別する。設定されている衛星識別番号が２８〜３１ではないと判別された場合には、コントローラ１５６は、設定されている４個の衛星識別番号にそれぞれ４を加算する（ステップＳ２９）。それから、コントローラ１５６は、ステップＳ２４、Ｓ２５の処理を繰り返す。
【００７６】
ステップＳ２８の判別処理で、設定されている衛星識別番号が２８〜３１であると判別された場合には、続いて、コントローラ１５６は、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ−１５０であるか否かを判別する（ステップＳ３０）。
【００７７】
ステップＳ３０の判別処理で、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ−１５０ではないと判別された場合には、次に、コントローラ１５６は、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ以下であるか否かを判別する（ステップＳ３１）。設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ以下であると判別された場合には、コントローラ１５６は、次の受信チャンネルの設定を「２ｆｃ−現在の受信チャンネル＋１」で求められるチャンネルに設定する（ステップＳ３２）。そして、コントローラ１５６は、ステップＳ２３へ戻って検出動作処理を繰り返す。一方、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃより大きいと判別された場合には、コントローラ１５６は、次の受信チャンネルの設定を「２ｆｃ−現在の受信チャンネル」で求められるチャンネルに設定する。そして、コントローラ１５６は、ステップＳ２３〜Ｓ２５の処理を繰り返す。即ち、ステップＳ３０〜Ｓ３３の処理において、受信チャンネルは、「ｆｃ」→「ｆｃ＋１」→「ｆｃ−１」→「ｆｃ＋２」→「ｆｃ−２」→…→「ｆｃ＋１５０」→「ｆｃ−１５０」という順番で中心周波数チャンネルｆｃから徐々に離れていくように設定される。
【００７８】
ステップＳ３０の判別処理で、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ−１５０であると判別された場合には、コントローラ１５６の処理は、ステップＳ３４に移行する。
【００７９】
ステップＳ２５の判別処理で、算出されたＳ／Ｎ値のうち何れかが設定された閾値ａより大きいと判別された場合には、コントローラ１５６は、閾値ａより大きいと判別された値ごとにメモリ１５７のアドレスｎの位置へ受信チャンネルｆと算出されたＳ／Ｎ値ｓとを格納する（ステップＳ２６）。また、コントローラ１５６は、アドレスｎに１加算する（ステップＳ２７）。或いは、コントローラ１５６は、最先に設定された閾値ａ以上のＳ／Ｎ値が検出された受信チャンネルｆと、当該Ｓ／Ｎ値ｓのみをアドレスｎに格納することとしてもよい。それから、コントローラ１５６の処理は、ステップＳ３４へ移行する。
【００８０】
ステップＳ３４へ移行すると、コントローラ１５６は、次回の中心周波数チャンネルｆｃを算出して検出処理を終了する。
【００８１】
図１０は、図９に示した検出処理を繰り返して行った場合に、メモリ１５７に記憶された最新の３０個の受信チャンネルｆに対するＳ／Ｎ値ｓの重み付け平均により求められた中心周波数チャンネルｆｃに対応する周波数と、次回の検出処理の際に衛星信号が検出された受信チャンネルｆに対応する周波数との差の遷移をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【００８２】
検出処理により求められた中心周波数チャンネルｆｃと次回の検出処理で衛星信号が検出された受信チャンネルｆとの差は、ほぼ０．７ｋＨｚの範囲内に収まっている。即ち、多くとも１５回程度の受信チャンネルｆの変更処理により、ＧＰＳ衛星のうちの何れかからの電波を受信することができることが示されている。
【００８３】
以上のように、本発明の実施形態の衛星電波受信装置１によれば、受信周波数と受信対象とする測位用衛星とを順次切り換えながら測位用衛星からの衛星信号を探索する捕捉エンジン１５１と、捕捉エンジン１５１により検出された複数の衛星信号の受信周波数から中心周波数を算出するコントローラ１５６とを備え、次回、衛星信号を探索する際には、この中心周波数から衛星信号の検出を開始するので、測位用衛星の移動によるドップラー効果および衛星電波受信装置１の発振周波数オフセットの両方の影響を考慮した適切な受信周波数から素早く衛星信号を検出することができる。
【００８４】
また、素早く衛星信号を検出することで、受信動作および検出動作の時間を短縮することができるので、電力消費量を低減させることができる。
【００８５】
また、複数の衛星信号の受信周波数と受信強度（Ｓ／Ｎ値）とを関連付けてメモリ１５７に記憶させ、受信強度によって重み付けを行った受信周波数の平均値により中心周波数を決定するので、受信条件の良い衛星信号を素早く検出しやすい。
【００８６】
また、中心周波数を利用して衛星信号の探索を行う際には、中心周波数から徐々に離れた受信周波数に変更していくので、受信条件の良い測位用衛星が優先的に検出しやすい。
【００８７】
また、中心周波数を中心にして定められた範囲内の周波数で衛星信号の探索を行うので、例えば、衛星電波受信装置１の発振周波数オフセットの影響による受信不可能な周波数帯での衛星信号の探索を行う無駄を省くことができる。また、日常的に検出処理を行う場所の上空が建築物といった遮蔽物によって一部の方向のみに限られているような場合でも、受信できる方向のＧＰＳ衛星に対するドップラー効果の影響を考慮して中心周波数を求め、この中心周波数を中心にして定められた範囲内の周波数で衛星信号の探索を行うので、実際に受信可能な方向が決まっている場合にも効率よく受信のできる周波数で探索を行うことができる。
【００８８】
また、衛星電波受信装置１によって検出された衛星信号のうち、最新の３０回の受信周波数および受信強度に基づいて中心周波数を算出するので、季節による温度変化や測位用衛星の軌道の変化といった影響を徐々に反映させながら検出精度を落とさずに衛星信号を素早く検出することができる。
【００８９】
更に、受信強度の指標をノイズレベルに対する強度比とすることによって、１回の衛星信号の検出データの重みのばらつきを極度に偏らせずに安定して中心周波数を算出することができる。
【００９０】
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、全検索処理は、衛星電波受信装置１の最初の起動時に実行されたが、実施時期はこれに限られず、また、一度に限られない。例えば、工場における製品出荷前の調整、検査時に実行させることも可能である。或いは、ＧＰＳ測位機能を利用して位置情報を取得する際に毎回全検索処理を行わせても良いし、取得した位置情報が前回取得した位置情報と大きく異なる場合や、南北半球間や異なる緯度の地点に移動して季節や気候の変化により温度が大きく変化するような場合などに、この全検索処理を起動させるたりするように設定することも可能である。
【００９１】
また、上記の全検索処理を定期的に行わせても良いし、或いは、例えば、受信チャンネルの範囲を狭めた全検索処理を実行させたり、Ｓ／Ｎ比の閾値レベルを上昇させた検出処理を実行させたりといった動作と組み合わせてメモリ１５７の各アドレスに記憶させる受信情報の精度を向上させることも可能である。
【００９２】
また、上記実施の形態では、毎回ＧＰＳ衛星からの衛星信号が検出されるごとに検出された受信周波数をメモリ１５７に記憶させたが、発振回路の周波数オフセットの値は、温度に依存して変化することが知られている。従って、例えば、発振回路の近傍に温度センサを配置し、この温度センサの計測データに基づいて受信周波数を補正することにより、中心周波数を設定する際に一時的な温度変化の影響を除外するように衛星電波受信装置１を構成することもできるし、或いは、単純に、温度センサの計測値をコントローラ１５６に監視させ、時刻データを取得する際にこの計測値が大きく変化している場合には、全検索処理を実行させることとしても良い。
【００９３】
また、上記実施の形態では、コントローラ１５６およびメモリ１５７をベースバンド部１５の内部に配置して利用したが、衛星電波受信装置１の全体を統括するＣＰＵや一時データを記憶するＲＡＭを備えたマイクロコンピュータを用いることとしても良い。また、演算処理部１５５で用いられるＣＰＵとコントローラ１５６のＣＰＵは、同一であっても良い。
【００９４】
また、上記実施の形態では、ＧＰＳによるＬ１帯電波の受信の際の処理について説明したが、Ｌ２帯などの他の受信処理にも適用可能であり、また、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）、および、ＧＡＬＩＬＥＯといった他の測位衛星システムを利用する場合に適用することもできる。その他、上記実施の形態で示した同時並列的に検索を行うＧＰＳ衛星データの数、各部の入出力周波数や、メモリのビット数といった具体的な数値、および、具体的な構成や配置といった細部は、発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１ 衛星電波受信装置
１１ 低雑音増幅器
１２ 狭帯域フィルタ
１３ 発振回路
１４ ＲＦ部
１４１ ダウンコンバータ
１４２ ＰＬＬ
１４３ ＡＤＣ
１５ ベースバンド部
１５１ 捕捉エンジン
１５１１ Ｉ／Ｑ変換部
１５１１ａ、１５１１ｂ ミキサ
１５１２ 積分部
１５１２ａ、１５１２ｂ 積分器
１５１３ 相関器
１５１３ａ、１５１３ｂ、１５１３ｅ シフトレジスタ
１５１３ｃ、１５１３ｄ 加算器
１５１３ｆ セレクタ
１５１４ 二乗回路
１５１４ａ、１５１４ｂ 二乗計算部
１５１４ｃ 加算器
１５２ 追尾エンジン
１５３ 中間周波数生成器
１５３１、１５３２ 加算器
１５３３ レジスタ
１５３４ ＣＯＳ ＲＯＭ
１５３５ ＳＩＮ ＲＯＭ
１５４ 逆拡散コード生成器
１５５ 演算処理部
１５６ コントローラ
１５７ メモリ
ＡＮＴ 受信アンテナ
ｆ 受信チャンネル
ｆｃ 中心周波数チャンネル
ｆｉ 中間周波数
Δｆ 周波数変化量
ｓ Ｓ／Ｎ値
【技術分野】
【０００１】
この発明は、測位用衛星から電波を受信して衛星信号を取得する衛星電波受信装置および衛星電波受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧＰＳ（Global Positioning System）をはじめとするＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）に係る測位用衛星から電波を受信し、時刻情報や位置情報を取得する時計やＧＰＳロガーといった携帯型装置がある。これらの携帯型装置では、電源の制約から低消費電力の部品を利用したり、省電力動作を行ったりしている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、測位用衛星から時刻情報を取得する際に、衛星信号のうち時刻情報が送信されるタイミング以外の期間では受信動作を中断させる技術が開示されている。また、特許文献２には、高度センサを備え、飛行機による移動が行われたと判断された場合にのみ４衛星からのデータ受信を行って位置情報を取得し、タイムゾーンを判別する時刻修正装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３２６３７号公報
【特許文献２】特開２００８−５１５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、測位用衛星から送信される電波の送信周波数は、複数の測位用衛星において同一である。例えば、ＧＰＳにおける測位用衛星（ＧＰＳ衛星）から送信される民間用電波周波数の１つは、Ｌ１帯の１．５７５４２ＧＨｚである。しかしながら、各ＧＰＳ衛星が軌道上を高速で移動することで携帯型装置との間の相対運動によりドップラー効果が働き、この携帯型装置での受信周波数は、それぞれ送信周波数から外れた周波数となる。従って、予め自機の現在位置データや測位用衛星の軌道情報を有しない携帯型装置で測位用衛星からの電波を受信する際には、ドップラー効果により変化し得る範囲で測位用衛星からの電波の受信周波数を探索しなければならない。
【０００６】
一方、携帯型装置内で受信電波から衛星信号を復調したり、デジタルサンプリングしたりするための周波数信号を生成する発振回路は、その発振周波数にそれぞれ誤差が存在する。そして、携帯型装置に搭載可能な小型、且つ、低消費電力の発振回路では、この発振周波数の誤差が大きくなるという問題がある。従って、測位用衛星からの電波を検出する際には、発振周波数の誤差の範囲も含めて広い受信周波数の範囲を探索しなければならず、結局探索時間が長くなって消費電力量が増大するという課題があった。
【０００７】
この発明の目的は、消費電力を増加させずに衛星電波の検出時間を短縮することが可能な衛星電波受信装置および衛星電波受信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
測位用衛星から送信された衛星信号を取得する衛星電波受信装置において、
前記測位用衛星が送信する周波数を含む予め設定された周波数範囲の電波を受信可能な受信手段と、
前記受信手段により受信された電波に基づく受信信号から前記衛星信号を検出する捕捉手段と、
前記捕捉手段により検出された複数の前記衛星信号の受信周波数に基づいて、当該検出された複数の前記衛星信号の中心周波数を算出する算出手段と、
を備え、
前記捕捉手段は、前記中心周波数を基準として前記衛星信号の検出を行う
ことを特徴としている。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の衛星電波受信装置において、
前記捕捉手段により検出された前記衛星信号の受信周波数と、当該受信周波数における前記衛星信号の信号強度を示す強度指標とを関連付けて記憶する記憶手段を備え、
前記算出手段は、前記記憶手段に記憶された複数の前記衛星信号に係る前記受信周波数の前記強度指標による重み付平均により前記中心周波数を算出する
ことを特徴としている。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の衛星電波受信装置において、
前記捕捉手段は、前記中心周波数と、前記衛星信号の検出を行う受信周波数とのズレの大きさがゼロから増加していくように受信周波数を変化させながら前記衛星信号の検出を行う
ことを特徴としている。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の衛星電波受信装置において、
前記捕捉手段は、前記中心周波数を中心にして予め定められた周波数範囲に亘って前記衛星信号の検出を行う
ことを特徴としている。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項２記載の衛星電波受信装置において、
前記記憶手段は、予め定められた数の前記受信周波数及び前記強度指標を記憶可能であり、前記捕捉手段により検出された前記衛星信号のうち、最新の前記予め定められた数の前記受信周波数及び前記強度指標を記憶する
ことを特徴としている。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項２記載の衛星電波受信装置において、
前記強度指標は、前記衛星信号が検出された前記受信周波数における当該衛星信号が検出されたときの信号強度と、前記受信周波数で当該衛星信号が検出されなかったときの平均信号強度との比である
ことを特徴としている。
【００１４】
請求項７記載の発明は、
測位用衛星から送信された電波を受信する受信手段を備え、当該受信手段により受信された電波から衛星信号を取得する衛星電波受信方法において、
前記受信手段により受信された電波に基づく受信信号から前記衛星信号を検出する捕捉ステップと、
前記捕捉ステップで検出された複数の前記衛星信号の受信周波数に基づいて、当該検出された複数の前記衛星信号の中心周波数を算出する算出ステップと、
を含み、
前記捕捉ステップは、前記中心周波数を基準として前記衛星信号の検出を行う
ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に従うと、測位用衛星から送信された衛星信号を取得する衛星電波受信装置および衛星電波受信方法において、受信した電波から検出された複数の衛星信号の受信周波数に基づいて中心周波数を算出し、次回の衛星信号の検出時には、この算出された中心周波数を基準に設定された周波数範囲で検出が行われるので、受信動作時間を短縮し、消費電力を抑えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の衛星電波受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】捕捉エンジンの内部構成を示す図である。
【図３】中間周波数生成器の内部構成を示す図である。
【図４】メモリの配列を示す図である。
【図５】捕捉エンジンにおける衛星信号検出時の信号強度を示す図である。
【図６】衛星位置に対する検出周波数と検出された信号強度との関係を説明する図である。
【図７】衛星信号の全検索処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】検出動作処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】衛星信号の検出処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】求められた中心周波数と衛星信号が検出された受信周波数とのズレの具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態の衛星電波受信装置を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態の衛星電波受信装置の構成および信号の流れを示すブロック図である。
【００１９】
この衛星電波受信装置１は、例えば、携帯型時計に搭載されて時刻情報を出力するものである。衛星電波受信装置１は、受信アンテナＡＮＴと、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１と、狭帯域フィルタ１２と、発振回路１３と、ＲＦ部１４と、ベースバンド部１５などを備えている。
【００２０】
受信アンテナＡＮＴは、ＧＰＳ衛星からのＬ１帯（１．５７５４２ＧＨｚ）の電波が受信可能なアンテナである。また、狭帯域フィルタ１２は、例えば、ＳＡＷフィルタ（表面弾性波フィルタ）であり、１〜１０ＭＨｚ程度の帯域を有する。この帯域幅は、ＧＰＳ衛星からの送信周波数と衛星電波受信装置１による受信周波数との間のドップラー効果による周波数のずれの大きさや、衛星信号を復調する際に入力される中間周波数帯のローカル周波数信号に含まれる周波数誤差の大きさに比べて十分に広い。これらの受信アンテナＡＮＴ、低雑音増幅器１１、狭帯域フィルタ１２、および、ＲＦ部１４により、受信手段が構成される。
【００２１】
発振回路１３は、例えば、温度補償回路を備えた水晶発振器（ＴＣＸＯ）が一般的に使われているが、本発明では温度補償を行わない低消費電力の水晶発振器でも利用可能である。この発振回路１３は、基準周波数として、例えば、１６．３６８ＭＨｚの信号を生成して出力する。この発振回路１３は、精度の高い大型、および／または、高価なものではなく、安価で消費電力の小さい小型のものである。従って、この発振回路１３の発振する基準周波数には、発振回路１３に固有な±１０〜１５ｋＨｚ程度のオフセット誤差が含まれている。
【００２２】
ＲＦ部１４は、受信した電波に基づく搬送波周波数の受信信号を中間周波数帯の信号に変換し、デジタルデータ化して出力する。このＲＦ部１４は、ダウンコンバータ１４１と、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）１４２と、ＡＤＣ（アナログ・デジタル変換器）１４３などを備えている。
【００２３】
ダウンコンバータ１４１は、受信した電波に基づく搬送波周波数の受信信号を中間周波数の信号に変換する回路であり、例えば、ミキサや狭帯域フィルタを備えている。中間周波数ｆｉは、例えば、４ＭＨｚ程度の値である。
【００２４】
ＰＬＬ１４２は、発振回路１３の出力信号に同期してダウンコンバータ１４１のミキサに所定のローカル周波数の信号を入力する回路であり、例えば、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）、プリスケーラ、および、位相比較器などを備えている。ＶＣＯは、入力される直流電圧によって定められる周波数の信号を生成してダウンコンバータ１４１のミキサに出力する。プリスケーラは、このＶＣＯの出力信号を分周して、位相比較器に出力する。位相比較器は、ＶＣＯの分周信号の位相と、発振回路の出力信号の位相とを比較して、これらの位相差に基づく直流電圧をＶＣＯへ出力する。このような構成によりローカル周波数を制御することで、一定の周波数信号を安定してダウンコンバータ１４１へ出力することが可能となる。
【００２５】
ＡＤＣ１４３は、中間周波数帯の信号に変換されてダウンコンバータ１４１から出力された受信信号を所定のサンプリング周波数でデジタル値に変換してベースバンド部１５へ出力する。
【００２６】
ベースバンド部１５は、捕捉エンジン１５１（捕捉手段）と、追尾エンジン１５２と、中間周波数生成器１５３と、逆拡散コード生成器１５４と、演算処理部１５５などを備えている。また、ベースバンド部１５には、ベースバンド部１５の動作を統括し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを含むコントローラ１５６（算出手段）と、一時データを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ１５７（記憶手段）とが含まれている（図２参照）。
【００２７】
捕捉エンジン１５１は、ＲＦ部１４から入力したデジタル信号から衛星信号を検出してその受信周波数と衛星識別番号とを同定する処理を行う回路であり、後に詳述する。
【００２８】
追尾エンジン１５２は、捕捉エンジン１５１で同定された受信周波数および衛星識別番号を有する衛星信号と、衛星電波受信装置１の内部クロックとの間で位相同期点を検出し、また、この位相同期を維持して復調した衛星信号を継続的に出力する回路である。
【００２９】
中間周波数生成器１５３は、ＲＦ部１４から入力したデジタル信号から衛星信号を復調する際に捕捉エンジン１５１、又は、追尾エンジン１５２に入力する中間周波数ローカル信号を生成する。この中間周波数生成器１５３は、本実施形態のベースバンド部１５では、ＮＣＯ（Numerically-Controlled Oscillator、数値制御発振器）である。このＮＣＯに入力される数値によって、生成する中間周波数ローカル信号の周波数を細かく変更することができる。また、中間周波数生成器１５３は、Ｉ相（In Phase）ローカル信号と、このＩ相ローカル信号と直交するＱ相（Quadrature Phase）ローカル信号とをそれぞれ出力可能に構成されている。
【００３０】
逆拡散コード生成器１５４は、指定された衛星識別番号に対応するＧＰＳ衛星において衛星信号を拡散変調している拡散コードを生成し、捕捉エンジン１５１、又は、追尾エンジン１５２に出力する。本実施形態の衛星電波受信装置１における逆拡散コード生成器１５４では、拡散コードとしてＣ／Ａコードが生成される。Ｃ／Ａコードは、一周期１ｍｓの期間に送信される１０２３個の符号データ（チップ）の配列により構成されている。
【００３１】
演算処理部１５５は、追尾エンジン１５２から出力された衛星信号を復号して時刻データの取得を行う。また、演算処理部１５５は、必要に応じてＧＰＳ衛星の位置の算出、および、衛星電波受信装置１の現在位置の算出を行って、これらの取得データや算出データを所定のフォーマットで出力する。
【００３２】
次に、捕捉エンジン１５１における衛星信号の検出処理について説明する。
【００３３】
図２は、捕捉エンジン１５１およびこれに関連する部分の構成を示す図である。
【００３４】
捕捉エンジン１５１は、Ｉ／Ｑ変換部１５１１と、積分部１５１２と、相関器１５１３と、二乗回路１５１４などを備えている。
【００３５】
Ｉ／Ｑ変換部１５１１は、入力信号をＩ相信号と、Ｉ相信号に直交するＱ相信号とに分離して出力する。このＩ／Ｑ変換部１５１１は、ミキサ１５１１ａ、１５１１ｂを備える。ＲＦ部１４からＩ／Ｑ変換部１５１１に入力して２系統に分離された中間周波数帯のデジタル信号は、それぞれに対し中間周波数生成器１５３から出力されたＩ相ローカル信号およびＱ相ローカル信号がミキサ１５１１ａ、１５１１ｂで混合される。Ｉ相ローカル信号およびＱ相ローカル信号の周波数が入力されたデジタル信号の中間周波数と同一であり、且つ、デジタル信号の位相と内部クロックの位相とが完全に同期した場合には、ミキサ１５１１ａ、１５１１ｂからの出力信号は、それぞれＩ相のローカル信号、および、Ｑ相のローカル信号となる。
【００３６】
積分部１５１２は、ミキサ１５１１ａ、１５１１ｂの出力信号をそれぞれＣ／Ａコード１チップの長さ、即ち、１／１０２３ｍｓ（〜１μｓ）に亘って積分して出力する積分器１５１２ａ、１５１２ｂを備えている。或いは、これらの積分器１５１２ａ、１５１２ｂは、Ｃ／Ａコード１チップの長さに比して短い交流成分をカットするローパスフィルタであってもよい。
【００３７】
相関器１５１３は、積分器１５１２ａ、１５１２ｂの出力データをそれぞれ積分周期ごとに取得して、これらの取得された出力信号と生成されたＣ／Ａコードとの間の相関を求めるマッチドフィルタである。積分器１５１２ａの出力データは、シフトレジスタ１５１３ａに入力され、また、積分器１５１２ｂの出力データは、シフトレジスタ１５１３ｂに入力される。シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂでは、それぞれ１０２３個のデータが入力された順に直列に蓄積されていく。
【００３８】
シフトレジスタ１５１３ｅには、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂと同一個数、即ち、Ｃ／Ａコード一周期分に当たる１０２３チップのデータが逆拡散コード生成器１５４から順に入力される。このシフトレジスタ１５１３ｅは、４衛星分のＣ／Ａコードを同時並列的に記憶可能であり、セレクタ１５１３ｆにより何れかのＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードが１つ選択される。セレクタ１５１３ｆにより選択されたＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードを表す各チップデータは、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂに記憶された同位相の（同一順番に入力された）各データと乗算されて加算器１５１３ｃ、１５１３ｄにそれぞれ入力される。加算器１５１３ｃ、１５１３ｄは、それぞれ１０２３個の乗算器から入力された値を加算して二乗回路１５１４へ出力する。
【００３９】
二乗回路１５１４は、相関器１５１３から入力されたＩ相信号の加算値、および、Ｑ相信号の加算値をそれぞれ二乗する二乗計算部１５１４ａ、１５１４ｂと、二乗計算部１５１４ａ、１５１４ｂの計算結果の和を算出する加算器１５１４ｃとを備える。加算器１５１４ｃの計算結果は、ベースバンド部１５のメモリ１５７へ出力されて後述する所定の位置に記憶される。なお、加算器１５１４ｃの出力の平方根を出力することとしても良い。
【００４０】
図３は、ベースバンド部１５の中間周波数生成器１５３の構成を示すブロック図である。
【００４１】
この中間周波数生成器１５３は、ＮＣＯであり、加算器１５３１、１５３２と、レジスタ１５３３と、ＣＯＳ ＲＯＭ１５３４と、ＳＩＮ ＲＯＭ１５３５などにより構成されている。
【００４２】
加算器１５３１には、設定されたＩＦタイミングの値およびオフセットの値が入力され、これらの値は、加算器１５３１で加算されて加算器１５３２に送られる。加算器１５３２では、この加算器１５３１から入力された値とレジスタ１５３３から入力された値とが加算され、ＣＯＳ ＲＯＭ１５３４およびＳＩＮ ＲＯＭ１５３５に送られるとともに、レジスタ１５３３に記憶される。即ち、レジスタ１５３３に記憶される値は、予め定められた時間間隔で加算器１５３１から加算器１５３２に入力された値ずつ増加していく。そして、レジスタ１５３３に記憶された値が最大値となって、更に０に戻ることで、一周期の経過が示されることになる。加算器１５３２およびレジスタ１５３３は、特に限られないが、例えば、３２ｂｉｔのデータ容量を有する。
【００４３】
ＣＯＳ ＲＯＭ１５３４およびＳＩＮ ＲＯＭ１５３５は、それぞれ、振幅が１の余弦関数および正弦関数の一周期を、例えば、８ｂｉｔで表される２５６の位相に等分割し、各位相での余弦関数および正弦関数の値を位相に対応するアドレスから読み出して出力するルックアップテーブルを備えたＲＯＭである。加算器１５３２からＣＯＳ ＲＯＭ１５３４およびＳＩＮ ＲＯＭ１５３５に３２ｂｉｔの数値が入力されると、例えば、そのうちの上位８ｂｉｔの値によって示される位相に対応するアドレスから余弦関数および正弦関数の値が読み出される。そして、これらの値が予め定められた時間間隔で次々に読み出されていくことで、指定された周波数のＩ相ローカル信号ＬｏＩおよびＱ相ローカル信号ＬｏＱとなる。
【００４４】
ここで、ＩＦタイミングの設定入力値は、標準の中間周波数、即ち、本実施形態の衛星電波受信装置１では、中間周波数ｆｉ＝４．０９２ＭＨｚに対応する値である。従って、中間周波数のオフセット値（受信チャンネルｆ）が０の場合には、中間周波数ｆｉ＝４．０９２ＭＨｚのローカル周波数信号が出力される。一方、オフセット値を０から変化させることにより、出力するローカル周波数を４．０９２ＭＨｚからデジタル的に増減させることが可能となる。本実施形態の衛星電波受信装置１では、受信チャンネルｆの変化１に対応する周波数変化量Δｆを１００Ｈｚとする。従って、受信チャンネルｆが１増加するごとに出力されるローカル周波数が中間周波数ｆｉから１００Ｈｚずつ上昇し、受信チャンネルｆが１減少するごとに出力されるローカル周波数が中間周波数ｆｉから１００Ｈｚずつ下降する。
【００４５】
図４は、ベースバンド部１５のメモリ１５７における記憶データの配列パターンを示した図である。
【００４６】
メモリ１５７に記憶させるデータは、先ず、図４（ａ）に示すように、Ｃ／Ａコードの位相、受信周波数（受信チャンネル）、および、衛星識別番号の３つの変数による三次元配列上に配置される。捕捉エンジン１５１においてこれらの３つの変数を設定して求められた相関値の出力データは、これらの３つの変数により定められる位置に記憶される。
【００４７】
また、図４（ａ）に示した三次元配列に記憶された値に基づき、後述する方法で算出されたＳ／Ｎ比の値ｓが設定された閾値ａよりも大きい場合には、衛星信号が検出されたものと判断される。衛星信号が検出された場合には、図４（ｂ）に示すように、アドレスｎ＝０から順番に検出された受信チャンネルｆおよびＳ／Ｎ値ｓが格納される。このアドレス数は、例えば、０〜２９の３０個であり、アドレスｎ＝２９にデータが格納された後、次回に格納されるアドレスｎは、再び０に戻る。そして、格納されるデータは、ｎ＝０に格納されていた古いデータに上書きされる。即ち、メモリ１５７においてこの受信チャンネルｆとＳ／Ｎ値ｓを記憶する部分は、リングバッファとなっている。次回に格納されるアドレスｎは、メモリ１５７に記憶され、また、読み出し可能となっている。また、初期段階では、アドレスｎ＝０〜２９の受信チャンネルｆおよびＳ／Ｎ値ｓには、初期値として０が格納されている。
【００４８】
次に、本実施形態の衛星電波受信装置１の捕捉エンジン１５１における衛星電波捕捉方法の原理について説明する。
【００４９】
図５は、捕捉エンジン１５１において、一のＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードを生成して一の受信周波数で当該一のＧＰＳ衛星からの電波を受信した場合の捕捉エンジン１５１からの出力データの例を示す図である。
【００５０】
シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂに記憶された１０２３個のデータと逆拡散コード生成器１５４からシフトレジスタ１５１３ｅに送られたＣ／Ａコードを示す１０２３個のチップデータとの間の位相差には、Ｃ／Ａコードの１周期ごとに１チップ未満になるタイミングがある。Ｃ／Ａコードと入力データとの相関値は、このタイミングで大きくなり、出力値が急激に上昇する。一方、Ｃ／Ａコードは、異なる位相のデータ配列間での自己相関はとても低く、従って、位相差が１チップ以上ある場合には、出力値は、常に非常に小さい。そこで、二乗回路１５１４から出力される値のうち、一周期の中で最大の値と、非最大の各値の平均値との比をＳ／Ｎ値として取得する。なお、Ｓ／Ｎ値として、例えば、上記算出された値の対数を利用することも可能である。
【００５１】
上記のＳ／Ｎ値の取得動作を各ＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードおよび各受信周波数に対して行う。受信周波数は、ＧＰＳ衛星からの送信周波数に対してＧＰＳ衛星の移動速度によるドップラー速度、および、発振回路１３の発振周波数に含まれるオフセット誤差の影響の範囲内で変化させる。ドップラー効果による中間周波数ｆｉからの周波数変化量Δｆは、通常の状態では最大で数ｋＨｚである。従って、発振回路１３の発振周波数に含まれる±１５ｋＨｚ程度のオフセット誤差を考慮しながら１００Ｈｚ程度の精度で受信周波数を特定するには、周波数変化量Δｆを３００回程度切り換えて繰り返し捕捉エンジン１５１による探索動作を繰り返さなければならない。また、オフセット誤差を事前に求めてこのオフセット誤差の補正のみを行ったとしても、捕捉エンジン１５１によるドップラー効果を考慮した探索動作の繰り返し回数は、やはり５０回程度必要になる。
【００５２】
図６は、一のＧＰＳ衛星に対して、継続的に捕捉エンジン１５１による捕捉動作を行った場合の受信周波数とＳ／Ｎ比の値との変化の例をシミュレートした結果を示した図である。
【００５３】
各ＧＰＳ衛星は、１１時間５８分周期で地球の周りを公転しており、従って、２３時間５６分周期で地球表面に対して同一の位置に戻る。ＧＰＳ衛星が地平線下に位置していて衛星電波受信装置１から非可視状態の期間には、信号の入力がないので、図６の右側垂直軸と、四角印で示される各点の変化とで示されるように、Ｓ／Ｎ比の値は、１〜２となる。また、この期間には、図６の左側垂直軸と、菱形印で示される各点の変化とで示すように、定まった周波数変化量Δｆを求めることができない。
【００５４】
一方、ＧＰＳ衛星が地平線上に現れていて衛星電波受信装置１から可視状態にある場合には、ＧＰＳ衛星からの電波が受信されて、Ｓ／Ｎ比の値が大きくなっていく。このときのドップラー効果による周波数変化量Δｆは、観測期間中のＧＰＳ衛星の位置および軌道に基づいて変化する。即ち、図６に示す例では、ＧＰＳ衛星の位置が地平線付近から天頂へ向けて移動し、仰角が増加する場合には、ＧＰＳ衛星が観測地点に近づく向きの相対速度により周波数変化量Δｆが正の値になる。反対に、ＧＰＳ衛星の位置が天頂付近から地平線へ向けて移動し、仰角が減少する場合には、ＧＰＳ衛星が観測地点から離れる向きの相対速度により周波数変化量Δｆが負の値になる。
【００５５】
また、ＧＰＳ衛星から受信された電波の受信強度は、天頂に近いほど強くなり、従って、Ｓ／Ｎ値が上昇する。これは、ＧＰＳ衛星の位置が天頂に近いほどＧＰＳ衛星と地上の観測地点との距離が短くなり、また、電波が減衰する原因となる電離層や大気圏の通過距離が短くなることによる。このように、周波数変化量Δｆが０に近く、ＧＰＳ衛星の位置が天頂に近いほどＳ／Ｎ比の値が改善されるという関係が得られる。
【００５６】
ここで、周波数変化量ΔｆやＳ／Ｎ値の変化のパターンは、観測地点の緯度、および、観測地点と各ＧＰＳ衛星軌道との位置関係に依存して変化する。即ち、観測地点の緯度、経度、および、日付によっては、例えば、図６に示すように、Ｓ／Ｎ値が最もよい位置に対してＳ／Ｎ値の変化は、対称に分布しない。一方で、同一地点で同一時刻にＧＰＳ衛星からの電波を受信する場合には、ほぼ同様の受信特性を示しながら地球の自転周期とＧＰＳ衛星の公転周期との間の毎日４分の違いの影響が徐々に蓄積されていく。
【００５７】
そこで、本実施形態の衛星電波受信装置１では、捕捉エンジン１５１によって設定された衛星識別番号および設定された周波数ごとに計測されたＳ／Ｎ値が予め定められた閾値ａを超えた場合に、メモリ１５７に受信チャンネルｆとＳ／Ｎ値ｓとを記憶させる。そして、このメモリ１５７に記憶された複数のＧＰＳ衛星に対する受信チャンネルｆの値をＳ／Ｎ値ｓの大小を考慮しながら平均することで、中心周波数チャンネルｆｃを算出する。次回の受信処理時には、この中心周波数チャンネルｆｃを中心に捕捉エンジン１５１による探索処理を行うことで、ドップラー効果の影響および発振回路１３のオフセット誤差の影響を共に抑えつつ、速やかにＧＰＳ衛星からのＳ／Ｎ値のよい電波を検出することが可能となる。
【００５８】
中心周波数チャンネルｆｃは、例えば、受信チャンネルｆのＳ／Ｎ値による重み付平均により、以下の数式（１）によって算出される。
ｆｃ＝Σｋ（ｆｋｓｋ）／Σｋ（ｆｋ） ・・・（１）
ここで、受信チャンネルｆｋおよびＳ／Ｎ値ｓｋの添え字「ｋ」は、メモリ１５７におけるアドレスｋ＝ｎ＝０〜２９のそれぞれの値を示す。また、Σｋは、アドレスｋ＝０〜２９に対する和を示す。或いは、メモリ１５７に新しく記憶されたデータほど重みを付けられた受信チャンネルｆの平均値を利用することとしても良い。なお、未だ３０回の衛星信号の検出がなされていない場合には、検出されたデータのみの和を求めることとすることが可能である。
【００５９】
次に、捕捉エンジン１５１を用いた衛星電波探索処理の動作手順についてフローチャートを用いて説明する。
【００６０】
図７は、全てのＧＰＳ衛星、設定されたすべての周波数範囲に亘ってＧＰＳ衛星電波の探索を行う全検索処理におけるコントローラ１５６による制御手順を示したフローチャートである。また、図８は、図７内で呼び出される検出動作処理の制御手順を示すフローチャートである。
【００６１】
この全検索処理は、例えば、衛星電波受信装置１の電源が初めてオンされたときに起動される。
【００６２】
全検索処理が開始されると、先ず、コントローラ１５６は、メモリ１５７から最新の書込みアドレスｎを取得する（ステップＳ１）。また、コントローラ１５６は、中間周波数生成器１５３にオフセット値として代入する値を示す初期受信チャンネルとして中心周波数チャンネルｆｃを設定する（ステップＳ２）。なお、中心周波数チャンネルｆｃの初期値としては、０が設定されている。更に、コントローラ１５６は、最初にシフトレジスタ１５１３ｅに記憶させるＣ／Ａコードに対応するＧＰＳ衛星の識別番号として０〜３を設定する（ステップＳ３）。
【００６３】
ステップＳ１〜Ｓ３における変数の設定が完了すると、コントローラ１５６は、検出動作処理を呼び出して、ＧＰＳ衛星から送信された信号の検出動作を行う（ステップＳ４）。具体的には、図８に示すように、コントローラ１５６は、先ず、逆拡散コード生成器１５４を動作させて、設定された衛星識別番号のＣ／Ａコードをシフトレジスタ１５１３ｅに入力させる。それから、コントローラ１５６は、捕捉エンジン１５１全体に動作クロックを供給し、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにＩ／Ｑ変換部１５１１および積分部１５１２で算出されたＩ相信号およびＱ相信号をそれぞれ順番に格納させる。シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂのすべてのレジスタにデータが格納されると、コントローラ１５６は、次のデータがシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂに入力される前に、セレクタ１５１３ｆを操作して４衛星のＣ／Ａコードを順番に出力させる。そして、コントローラ１５６は、それぞれのＣ／Ａコードデータと入力された信号とに基づいて算出された加算器１５１４ｃの出力値を順番に取得し、メモリ１５７に記憶させる（ステップＳ４１）。
【００６４】
コントローラ１５６は、データがシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにそれぞれ１個ずつ入力されて位相が１データ分変化するごとにセレクタ１５１３ｆを操作して４衛星のＣ／Ａコードを順番に出力させる。そして、コントローラ１５６は、捕捉エンジン１５１に４衛星のＣ／Ａコードと入力された信号とに基づく計算を行わせ、メモリ１５７における当該位相のアドレスへ順番にデータを記憶させていく。設定された４衛星および受信チャンネルｆに対する全ての位相のデータが取得されると、コントローラ１５６は、設定された４機のＧＰＳ衛星ごとに、設定された受信チャンネルｆにおける全位相の出力値の中から最大のものを選択する（ステップＳ４２）。それから、コントローラ１５６は、選択された最大の出力値以外の他の出力値の平均値をそれぞれ算出し（ステップＳ４３）、算出されたこれらの平均値（ノイズレベル）に対する最大出力値の比をＳ／Ｎ比の値として算出する（ステップＳ４４）。Ｓ／Ｎ値が算出されると、コントローラ１５６は、検出動作処理を終了して全検索処理へ戻る。
【００６５】
検出動作処理（ステップＳ４）が終了すると、次に、コントローラ１５６は、算出されたＳ／Ｎ値がそれぞれ設定された閾値ａより大きいか否かを判別する（ステップＳ５）。算出されたＳ／Ｎ値が何れも設定された閾値ａ以下であると判別された場合には、コントローラ１５６による処理は、ステップＳ８へ移行する。算出されたＳ／Ｎ値のうち何れかが設定された閾値ａより大きいと判別された場合には、コントローラ１５６は、閾値ａより大きいと判別された値ごとにメモリ１５７のアドレスｎの位置へ受信チャンネルｆと算出されたＳ／Ｎ値ｓとを格納する（ステップＳ６）。また、コントローラ１５６は、アドレスｎに１加算する（ステップＳ７）。それから、コントローラ１５６の処理は、ステップＳ８へ移行する。
【００６６】
ステップＳ８へ移行すると、コントローラ１５６は、設定されている衛星識別番号が２８〜３１であるか否かを判別する。設定されている衛星識別番号が２８〜３１ではないと判別された場合には、コントローラ１５６は、設定されている４個の衛星識別番号にそれぞれ４を加算する（ステップＳ９）。それから、コントローラ１５６は、ステップＳ４〜Ｓ８の処理を繰り返す。
【００６７】
ステップＳ８の判別処理で、設定されている衛星識別番号が２８〜３１であると判別された場合には、続いて、コントローラ１５６は、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ−１５０であるか否かを判別する（ステップＳ１０）。
【００６８】
ステップＳ１０の判別処理で、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ−１５０ではないと判別された場合には、次に、コントローラ１５６は、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ以下であるか否かを判別する（ステップＳ１１）。設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ以下であると判別された場合には、コントローラ１５６は、次の受信チャンネルの設定を「２ｆｃ−現在の受信チャンネル＋１」で求められるチャンネルに設定する（ステップＳ１２）。そして、コントローラ１５６は、ステップＳ３〜Ｓ１１の処理を繰り返す。一方、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃより大きいと判別された場合には、コントローラ１５６は、次の受信チャンネルの設定を「２ｆｃ−現在の受信チャンネル」で求められるチャンネルに設定する。そして、コントローラ１５６は、ステップＳ３〜Ｓ１０の処理を繰り返す。即ち、ステップＳ１０〜Ｓ１３の処理において、受信チャンネルは、「ｆｃ」→「ｆｃ＋１」→「ｆｃ−１」→「ｆｃ＋２」→「ｆｃ−２」→…→「ｆｃ＋１５０」→「ｆｃ−１５０」という順番で中心周波数チャンネルｆｃから徐々に離れていくように設定される。
【００６９】
ステップＳ１０の判別処理で、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ−１５０であると判別された場合には、コントローラ１５６の処理は、ステップＳ１４に移行する。そして、コントローラ１５６は、次回の中心周波数チャンネルｆｃを算出してメモリ１５７に記憶させ、全検索処理を終了する。
【００７０】
図９は、ＧＰＳ衛星からの電波のうち何れか一つを探索する検出処理におけるコントローラ１５６による制御手順を示したフローチャートである。
【００７１】
この検出処理は、全検索処理がなされた後に、例えば、１日に一回予め定められた時刻に自動的に呼び出されて開始される処理である。
【００７２】
検出処理が開始されると、先ず、コントローラ１５６は、メモリ１５７から最新の書込みアドレスｎを取得する（ステップＳ２１）。また、コントローラ１５６は、中間周波数生成器１５３にオフセット値として代入する値を示す初期受信チャンネルとして中心周波数チャンネルｆｃを設定する（ステップＳ２２）。この中心周波数チャンネルｆｃは、前回の検出処理か、又は、全検索処理により予め設定されている値である。更に、コントローラ１５６は、最初にシフトレジスタ１５１３ｅに記憶させるＣ／Ａコードに対応するＧＰＳ衛星の識別番号として０〜３を設定する（ステップＳ２３）。
【００７３】
ステップＳ２１〜Ｓ２３における変数の設定が完了すると、コントローラ１５６は、検出動作処理を呼び出して、ＧＰＳ衛星から送信された信号の検出動作を行う（ステップＳ２４）。具体的には、図８に示すように、コントローラ１５６は、先ず、逆拡散コード生成器１５４を動作させて、設定された衛星識別番号のＣ／Ａコードをシフトレジスタ１５１３ｅに入力させる。それから、コントローラ１５６は、捕捉エンジン１５１全体に動作クロックを供給し、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにＩ／Ｑ変換部１５１１および積分部１５１２で算出されたＩ相信号およびＱ相信号をそれぞれ順番に格納させる。シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂのすべてのレジスタにデータが格納されると、コントローラ１５６は、次のデータがシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂに入力される前に、セレクタ１５１３ｆを操作して４衛星のＣ／Ａコードを順番に出力させる。そして、コントローラ１５６は、それぞれのＣ／Ａコードデータと入力された信号とに基づいて算出された加算器１５１４ｃの出力値を順番に取得し、メモリ１５７に記憶させる（ステップＳ４１）。
【００７４】
コントローラ１５６は、データがシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにそれぞれ１個ずつ入力されて位相が１データ分変化するごとにセレクタ１５１３ｆを操作して４衛星のＣ／Ａコードを順番に出力させる。そして、コントローラ１５６は、捕捉エンジン１５１に４衛星のＣ／Ａコードと入力された信号とに基づく計算を行わせ、メモリ１５７における当該位相のアドレスへ順番にデータを記憶させていく。設定された４衛星および受信チャンネルｆに対する全ての位相のデータが取得されると、コントローラ１５６は、設定された４機のＧＰＳ衛星ごとに、設定された受信チャンネルｆにおける全位相の出力値の中から最大のものを選択する（ステップＳ４２）。それから、コントローラ１５６は、選択された最大の出力値以外の他の出力値の平均値をそれぞれ算出し（ステップＳ４３）、算出されたこれらの平均値（ノイズレベル）に対する最大出力値の比をＳ／Ｎ比の値として算出する（ステップＳ４４）。Ｓ／Ｎ値が算出されると、コントローラ１５６は、検出動作処理を終了して検出処理へ戻る。
【００７５】
検出動作処理（ステップＳ２４）が終了すると、次に、コントローラ１５６は、算出されたＳ／Ｎ値が、それぞれ設定された閾値ａより大きいか否かを判別する（ステップＳ２５）。算出されたＳ／Ｎ値が何れも設定された閾値ａ以下であると判別された場合には、コントローラ１５６による処理は、ステップＳ２８へ移行する。コントローラ１５６は、設定されている衛星識別番号が２８〜３１であるか否かを判別する。設定されている衛星識別番号が２８〜３１ではないと判別された場合には、コントローラ１５６は、設定されている４個の衛星識別番号にそれぞれ４を加算する（ステップＳ２９）。それから、コントローラ１５６は、ステップＳ２４、Ｓ２５の処理を繰り返す。
【００７６】
ステップＳ２８の判別処理で、設定されている衛星識別番号が２８〜３１であると判別された場合には、続いて、コントローラ１５６は、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ−１５０であるか否かを判別する（ステップＳ３０）。
【００７７】
ステップＳ３０の判別処理で、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ−１５０ではないと判別された場合には、次に、コントローラ１５６は、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ以下であるか否かを判別する（ステップＳ３１）。設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ以下であると判別された場合には、コントローラ１５６は、次の受信チャンネルの設定を「２ｆｃ−現在の受信チャンネル＋１」で求められるチャンネルに設定する（ステップＳ３２）。そして、コントローラ１５６は、ステップＳ２３へ戻って検出動作処理を繰り返す。一方、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃより大きいと判別された場合には、コントローラ１５６は、次の受信チャンネルの設定を「２ｆｃ−現在の受信チャンネル」で求められるチャンネルに設定する。そして、コントローラ１５６は、ステップＳ２３〜Ｓ２５の処理を繰り返す。即ち、ステップＳ３０〜Ｓ３３の処理において、受信チャンネルは、「ｆｃ」→「ｆｃ＋１」→「ｆｃ−１」→「ｆｃ＋２」→「ｆｃ−２」→…→「ｆｃ＋１５０」→「ｆｃ−１５０」という順番で中心周波数チャンネルｆｃから徐々に離れていくように設定される。
【００７８】
ステップＳ３０の判別処理で、設定されている受信チャンネルが中心周波数チャンネルｆｃ−１５０であると判別された場合には、コントローラ１５６の処理は、ステップＳ３４に移行する。
【００７９】
ステップＳ２５の判別処理で、算出されたＳ／Ｎ値のうち何れかが設定された閾値ａより大きいと判別された場合には、コントローラ１５６は、閾値ａより大きいと判別された値ごとにメモリ１５７のアドレスｎの位置へ受信チャンネルｆと算出されたＳ／Ｎ値ｓとを格納する（ステップＳ２６）。また、コントローラ１５６は、アドレスｎに１加算する（ステップＳ２７）。或いは、コントローラ１５６は、最先に設定された閾値ａ以上のＳ／Ｎ値が検出された受信チャンネルｆと、当該Ｓ／Ｎ値ｓのみをアドレスｎに格納することとしてもよい。それから、コントローラ１５６の処理は、ステップＳ３４へ移行する。
【００８０】
ステップＳ３４へ移行すると、コントローラ１５６は、次回の中心周波数チャンネルｆｃを算出して検出処理を終了する。
【００８１】
図１０は、図９に示した検出処理を繰り返して行った場合に、メモリ１５７に記憶された最新の３０個の受信チャンネルｆに対するＳ／Ｎ値ｓの重み付け平均により求められた中心周波数チャンネルｆｃに対応する周波数と、次回の検出処理の際に衛星信号が検出された受信チャンネルｆに対応する周波数との差の遷移をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【００８２】
検出処理により求められた中心周波数チャンネルｆｃと次回の検出処理で衛星信号が検出された受信チャンネルｆとの差は、ほぼ０．７ｋＨｚの範囲内に収まっている。即ち、多くとも１５回程度の受信チャンネルｆの変更処理により、ＧＰＳ衛星のうちの何れかからの電波を受信することができることが示されている。
【００８３】
以上のように、本発明の実施形態の衛星電波受信装置１によれば、受信周波数と受信対象とする測位用衛星とを順次切り換えながら測位用衛星からの衛星信号を探索する捕捉エンジン１５１と、捕捉エンジン１５１により検出された複数の衛星信号の受信周波数から中心周波数を算出するコントローラ１５６とを備え、次回、衛星信号を探索する際には、この中心周波数から衛星信号の検出を開始するので、測位用衛星の移動によるドップラー効果および衛星電波受信装置１の発振周波数オフセットの両方の影響を考慮した適切な受信周波数から素早く衛星信号を検出することができる。
【００８４】
また、素早く衛星信号を検出することで、受信動作および検出動作の時間を短縮することができるので、電力消費量を低減させることができる。
【００８５】
また、複数の衛星信号の受信周波数と受信強度（Ｓ／Ｎ値）とを関連付けてメモリ１５７に記憶させ、受信強度によって重み付けを行った受信周波数の平均値により中心周波数を決定するので、受信条件の良い衛星信号を素早く検出しやすい。
【００８６】
また、中心周波数を利用して衛星信号の探索を行う際には、中心周波数から徐々に離れた受信周波数に変更していくので、受信条件の良い測位用衛星が優先的に検出しやすい。
【００８７】
また、中心周波数を中心にして定められた範囲内の周波数で衛星信号の探索を行うので、例えば、衛星電波受信装置１の発振周波数オフセットの影響による受信不可能な周波数帯での衛星信号の探索を行う無駄を省くことができる。また、日常的に検出処理を行う場所の上空が建築物といった遮蔽物によって一部の方向のみに限られているような場合でも、受信できる方向のＧＰＳ衛星に対するドップラー効果の影響を考慮して中心周波数を求め、この中心周波数を中心にして定められた範囲内の周波数で衛星信号の探索を行うので、実際に受信可能な方向が決まっている場合にも効率よく受信のできる周波数で探索を行うことができる。
【００８８】
また、衛星電波受信装置１によって検出された衛星信号のうち、最新の３０回の受信周波数および受信強度に基づいて中心周波数を算出するので、季節による温度変化や測位用衛星の軌道の変化といった影響を徐々に反映させながら検出精度を落とさずに衛星信号を素早く検出することができる。
【００８９】
更に、受信強度の指標をノイズレベルに対する強度比とすることによって、１回の衛星信号の検出データの重みのばらつきを極度に偏らせずに安定して中心周波数を算出することができる。
【００９０】
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、全検索処理は、衛星電波受信装置１の最初の起動時に実行されたが、実施時期はこれに限られず、また、一度に限られない。例えば、工場における製品出荷前の調整、検査時に実行させることも可能である。或いは、ＧＰＳ測位機能を利用して位置情報を取得する際に毎回全検索処理を行わせても良いし、取得した位置情報が前回取得した位置情報と大きく異なる場合や、南北半球間や異なる緯度の地点に移動して季節や気候の変化により温度が大きく変化するような場合などに、この全検索処理を起動させるたりするように設定することも可能である。
【００９１】
また、上記の全検索処理を定期的に行わせても良いし、或いは、例えば、受信チャンネルの範囲を狭めた全検索処理を実行させたり、Ｓ／Ｎ比の閾値レベルを上昇させた検出処理を実行させたりといった動作と組み合わせてメモリ１５７の各アドレスに記憶させる受信情報の精度を向上させることも可能である。
【００９２】
また、上記実施の形態では、毎回ＧＰＳ衛星からの衛星信号が検出されるごとに検出された受信周波数をメモリ１５７に記憶させたが、発振回路の周波数オフセットの値は、温度に依存して変化することが知られている。従って、例えば、発振回路の近傍に温度センサを配置し、この温度センサの計測データに基づいて受信周波数を補正することにより、中心周波数を設定する際に一時的な温度変化の影響を除外するように衛星電波受信装置１を構成することもできるし、或いは、単純に、温度センサの計測値をコントローラ１５６に監視させ、時刻データを取得する際にこの計測値が大きく変化している場合には、全検索処理を実行させることとしても良い。
【００９３】
また、上記実施の形態では、コントローラ１５６およびメモリ１５７をベースバンド部１５の内部に配置して利用したが、衛星電波受信装置１の全体を統括するＣＰＵや一時データを記憶するＲＡＭを備えたマイクロコンピュータを用いることとしても良い。また、演算処理部１５５で用いられるＣＰＵとコントローラ１５６のＣＰＵは、同一であっても良い。
【００９４】
また、上記実施の形態では、ＧＰＳによるＬ１帯電波の受信の際の処理について説明したが、Ｌ２帯などの他の受信処理にも適用可能であり、また、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）、および、ＧＡＬＩＬＥＯといった他の測位衛星システムを利用する場合に適用することもできる。その他、上記実施の形態で示した同時並列的に検索を行うＧＰＳ衛星データの数、各部の入出力周波数や、メモリのビット数といった具体的な数値、および、具体的な構成や配置といった細部は、発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１ 衛星電波受信装置
１１ 低雑音増幅器
１２ 狭帯域フィルタ
１３ 発振回路
１４ ＲＦ部
１４１ ダウンコンバータ
１４２ ＰＬＬ
１４３ ＡＤＣ
１５ ベースバンド部
１５１ 捕捉エンジン
１５１１ Ｉ／Ｑ変換部
１５１１ａ、１５１１ｂ ミキサ
１５１２ 積分部
１５１２ａ、１５１２ｂ 積分器
１５１３ 相関器
１５１３ａ、１５１３ｂ、１５１３ｅ シフトレジスタ
１５１３ｃ、１５１３ｄ 加算器
１５１３ｆ セレクタ
１５１４ 二乗回路
１５１４ａ、１５１４ｂ 二乗計算部
１５１４ｃ 加算器
１５２ 追尾エンジン
１５３ 中間周波数生成器
１５３１、１５３２ 加算器
１５３３ レジスタ
１５３４ ＣＯＳ ＲＯＭ
１５３５ ＳＩＮ ＲＯＭ
１５４ 逆拡散コード生成器
１５５ 演算処理部
１５６ コントローラ
１５７ メモリ
ＡＮＴ 受信アンテナ
ｆ 受信チャンネル
ｆｃ 中心周波数チャンネル
ｆｉ 中間周波数
Δｆ 周波数変化量
ｓ Ｓ／Ｎ値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位用衛星から送信された衛星信号を取得する衛星電波受信装置において、
前記測位用衛星が送信する周波数を含む予め設定された周波数範囲の電波を受信可能な受信手段と、
前記受信手段により受信された電波に基づく受信信号から前記衛星信号を検出する捕捉手段と、
前記捕捉手段により検出された複数の前記衛星信号の受信周波数に基づいて、当該検出された複数の前記衛星信号の中心周波数を算出する算出手段と、
を備え、
前記捕捉手段は、前記中心周波数を基準として前記衛星信号の検出を行う
ことを特徴とする衛星電波受信装置。
【請求項２】
前記捕捉手段により検出された前記衛星信号の受信周波数と、当該受信周波数における前記衛星信号の信号強度を示す強度指標とを関連付けて記憶する記憶手段を備え、
前記算出手段は、前記記憶手段に記憶された複数の前記衛星信号に係る前記受信周波数の前記強度指標による重み付平均により前記中心周波数を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の衛星電波受信装置。
【請求項３】
前記捕捉手段は、前記中心周波数と、前記衛星信号の検出を行う受信周波数とのズレの大きさがゼロから増加していくように受信周波数を変化させながら前記衛星信号の検出を行う
ことを特徴とする請求項１又は２記載の衛星電波受信装置。
【請求項４】
前記捕捉手段は、前記中心周波数を中心にして予め定められた周波数範囲に亘って前記衛星信号の検出を行う
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の衛星電波受信装置。
【請求項５】
前記記憶手段は、予め定められた数の前記受信周波数及び前記強度指標を記憶可能であり、前記捕捉手段により検出された前記衛星信号のうち、最新の前記予め定められた数の前記受信周波数及び前記強度指標を記憶する
ことを特徴とする請求項２記載の衛星電波受信装置。
【請求項６】
前記強度指標は、前記衛星信号が検出された前記受信周波数における当該衛星信号が検出されたときの信号強度と、前記受信周波数で当該衛星信号が検出されなかったときの平均信号強度との比である
ことを特徴とする請求項２記載の衛星電波受信装置。
【請求項７】
測位用衛星から送信された電波を受信する受信手段を備え、当該受信手段により受信された電波から衛星信号を取得する衛星電波受信方法において、
前記受信手段により受信された電波に基づく受信信号から前記衛星信号を検出する捕捉ステップと、
前記捕捉ステップで検出された複数の前記衛星信号の受信周波数に基づいて、当該検出された複数の前記衛星信号の中心周波数を算出する算出ステップと、
を含み、
前記捕捉ステップは、前記中心周波数を基準として前記衛星信号の検出を行う
ことを特徴とする衛星電波受信方法。
【請求項１】
測位用衛星から送信された衛星信号を取得する衛星電波受信装置において、
前記測位用衛星が送信する周波数を含む予め設定された周波数範囲の電波を受信可能な受信手段と、
前記受信手段により受信された電波に基づく受信信号から前記衛星信号を検出する捕捉手段と、
前記捕捉手段により検出された複数の前記衛星信号の受信周波数に基づいて、当該検出された複数の前記衛星信号の中心周波数を算出する算出手段と、
を備え、
前記捕捉手段は、前記中心周波数を基準として前記衛星信号の検出を行う
ことを特徴とする衛星電波受信装置。
【請求項２】
前記捕捉手段により検出された前記衛星信号の受信周波数と、当該受信周波数における前記衛星信号の信号強度を示す強度指標とを関連付けて記憶する記憶手段を備え、
前記算出手段は、前記記憶手段に記憶された複数の前記衛星信号に係る前記受信周波数の前記強度指標による重み付平均により前記中心周波数を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の衛星電波受信装置。
【請求項３】
前記捕捉手段は、前記中心周波数と、前記衛星信号の検出を行う受信周波数とのズレの大きさがゼロから増加していくように受信周波数を変化させながら前記衛星信号の検出を行う
ことを特徴とする請求項１又は２記載の衛星電波受信装置。
【請求項４】
前記捕捉手段は、前記中心周波数を中心にして予め定められた周波数範囲に亘って前記衛星信号の検出を行う
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の衛星電波受信装置。
【請求項５】
前記記憶手段は、予め定められた数の前記受信周波数及び前記強度指標を記憶可能であり、前記捕捉手段により検出された前記衛星信号のうち、最新の前記予め定められた数の前記受信周波数及び前記強度指標を記憶する
ことを特徴とする請求項２記載の衛星電波受信装置。
【請求項６】
前記強度指標は、前記衛星信号が検出された前記受信周波数における当該衛星信号が検出されたときの信号強度と、前記受信周波数で当該衛星信号が検出されなかったときの平均信号強度との比である
ことを特徴とする請求項２記載の衛星電波受信装置。
【請求項７】
測位用衛星から送信された電波を受信する受信手段を備え、当該受信手段により受信された電波から衛星信号を取得する衛星電波受信方法において、
前記受信手段により受信された電波に基づく受信信号から前記衛星信号を検出する捕捉ステップと、
前記捕捉ステップで検出された複数の前記衛星信号の受信周波数に基づいて、当該検出された複数の前記衛星信号の中心周波数を算出する算出ステップと、
を含み、
前記捕捉ステップは、前記中心周波数を基準として前記衛星信号の検出を行う
ことを特徴とする衛星電波受信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−７３１５６（Ｐ２０１２−７３１５６Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１９００６（Ｐ２０１０−２１９００６）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
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