衛星電波受信装置
【課題】 サイズを大型化せずに測位衛星からの信号検出時間を短縮することの出来る衛星電波受信装置を提供する。
【解決手段】 衛星電波受信装置において、受信手段と、衛星信号を検出するための演算を２以上の所定数の受信周波数に対して並列的に実行可能な検出演算手段（１５１、１５４）と、第１の周波数間隔で順番に設定した一の受信周波数の信号を検出演算手段に第１のビット数のデジタルデータとして取得させ、演算結果に基づいて衛星信号を検出する捕捉手段（１５６）と、衛星信号が検出された場合に、第１の周波数間隔より狭い第２の周波数間隔で順番に所定数個ずつ設定した受信周波数の信号を検出演算手段に第１のビット数より小さい第２のビット数のデジタルデータとして各々取得させ、並列的に行われる演算結果に基づいて衛星信号の受信周波数を特定する特定手段（１５６）と、を備える。
【解決手段】 衛星電波受信装置において、受信手段と、衛星信号を検出するための演算を２以上の所定数の受信周波数に対して並列的に実行可能な検出演算手段（１５１、１５４）と、第１の周波数間隔で順番に設定した一の受信周波数の信号を検出演算手段に第１のビット数のデジタルデータとして取得させ、演算結果に基づいて衛星信号を検出する捕捉手段（１５６）と、衛星信号が検出された場合に、第１の周波数間隔より狭い第２の周波数間隔で順番に所定数個ずつ設定した受信周波数の信号を検出演算手段に第１のビット数より小さい第２のビット数のデジタルデータとして各々取得させ、並列的に行われる演算結果に基づいて衛星信号の受信周波数を特定する特定手段（１５６）と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、測位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）に係る測位衛星から送信された電波を受信する受信装置を備え、時刻情報や位置情報を取得することのできる電子腕時計といった携帯型装置がある。このような携帯型装置では、取得された時刻情報や位置情報に基づいて表示時刻の修正を行ったり、タイムゾーンの設定を行ったりすることが出来る。
【０００３】
測位衛星から出力される衛星信号は、測位衛星ごとに設定された固有の拡散コード（擬似雑音）を用いて拡散変調されて電波送信されている。この電波を受信する際には、受信する測位衛星で設定されている拡散コードを用いて逆拡散することで、この測位衛星からの衛星信号を復号、取得することができる。測位衛星は、所定の軌道上を各々移動しており、何れの測位衛星が可視状態であって電波を受信可能であるかが事前に分からない受信装置では、受信された受信電波信号に対して全ての測位衛星の拡散コードにより総当りで逆拡散処理を行って衛星信号を検出し、受信可能な測位衛星を識別する捕捉処理を行う。
【０００４】
このような捕捉処理には、以前より、マッチドフィルタ（スライディング相関器）が用いられ、また、複数衛星の拡散コードによる逆拡散処理が並列的に行われることで、捕捉処理の高速化が図られている。更に、特許文献１には、データの読み書きを行うメモリを複数備え、同時並列的に行われる逆拡散処理のデータをこれら複数のメモリに対して並列的に読み書きさせることで演算処理に対するＩ／Ｏ処理での遅延を防ぐ技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、捕捉処理を行う相関部と、取得されたデータに基づいて位置や時刻の計算処理を行うマイクロプロセッサとにそれぞれ供給される電力やクロック信号を各々必要な期間および周波数に設定することによって電力消費を低減させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１５９６７０号公報
【特許文献２】特開２００２−１２２６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
測位衛星から送信された電波は、測位衛星が高速で地球の周りを移動することによるドップラー効果により、送信周波数とは異なる周波数で受信される。従って、予め現在位置データや測位衛星の軌道情報を有しない受信装置で測位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うる周波数範囲で測位衛星からの電波の受信周波数を探索する必要がある。この結果、捕捉処理に要する時間は、受信周波数ステップの数に比例して長くなるという問題がある。
【０００８】
しかしながら、マッチドフィルタなどにおいて受信データを記憶する記憶部は、捕捉処理に用いられる他の部分と比較して捕捉処理回路のサイズ上で占める割合が大きい。従って、複数の受信周波数に係る受信データを並列的に処理するための記憶部を各々設けて捕捉処理の高速化を図ろうとすると、捕捉処理を行う回路規模が大きくなってしまうという課題があった。
【０００９】
この発明の目的は、サイズを大型化させずに測位衛星からの電波を受信する時間を短縮することの出来る衛星電波受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するため、
測位衛星から電波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、
前記衛星信号の送信周波数を含む周波数帯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受信電波信号から前記衛星信号を検出するための所定の演算を予め定められた２以上の所定数の受信周波数に対して並列的に実行可能な検出演算手段と、
第１の周波数範囲に亘り第１の周波数間隔で順番に一の受信周波数を設定して、前記検出演算手段に当該受信周波数の信号を第１のビット数のデジタルデータとして取得させ、当該デジタルデータによる前記所定の演算結果に基づいて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前記衛星信号が検出された場合に、前記第１の周波数間隔より狭い第２の周波数間隔で順番に前記所定数個ずつ受信周波数を設定し、前記検出演算手段に当該受信周波数の信号を前記第１のビット数より小さい第２のビット数のデジタルデータとして各々取得させ、当該所定数個のデジタルデータにより並列的に行われる前記所定の演算結果に基づいて前記衛星信号の受信周波数を特定する特定手段と、
を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に従うと、短時間で衛星信号の受信周波数を特定することが出来る。また、予め定められた複数個の周波数に対して並列的に衛星信号の検出を行う際には、一周波数ずつ個別に衛星信号の検出を行なう際と比較して取得するデジタルデータのビット数を小さくするので、平行してデジタルデータの取得を行ってもデータ容量の増大を抑えることができ、従って、衛星電波受信装置のサイズを大型化させないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の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。
【図２】捕捉エンジンおよびこれに関連する部分の構成を示す図である。
【図３】中間周波数生成部が備えるＮＣＯの構成を示すブロック図である。
【図４】捕捉エンジンにおいて、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からの出力データの例を示す図である。
【図５】検索処理においてコントローラのＣＰＵが実行する制御処理の手順を示したフローチャートである。
【図６】検出動作処理の制御手順を示すフローチャートである。
【図７】検索処理内でメモリに記憶されるデータの配列パターンを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、ＧＰＳ衛星からの受信電波に基づい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。
【００１６】
受信アンテナＡＮＴは、ＧＰＳ衛星から送信されている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、ドップラー効果や衛星電波受信装置１の計器誤差による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ずれの大きさに比べて十分に広い。
【００１７】
発振回路１３には、例えば、温度補償回路を備えた水晶発振器（ＴＣＸＯ）が一般的に用いられている。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。
【００１８】
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（受信電波信号）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。
【００１９】
ダウンコンバータ１４１は、受信電波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ＩＦ０は、例えば、４ＭＨｚ程度の値である。
【００２０】
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が出力する分周信号の位相と、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いてＶＣＯへ出力する直流電圧を変化させる。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。
【００２１】
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電波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。ＡＤＣ１４３から出力される各デジタル値は、特に制限されないが、例えば、１２ビットのデータである。
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。
【００２２】
ベースバンド部１５は、捕捉エンジン１５１と、追尾エンジン１５２と、中間周波数生成部１５３（ローカル周波数発振手段）と、逆拡散コード生成部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（捕捉手段、特定手段）と、一時データを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ１５７（演算結果記憶手段）とが含まれている（図２参照）。
【００２３】
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特定するための演算処理を行う回路であり、後に詳述する。
【００２４】
追尾エンジン１５２は、捕捉エンジン１５１による演算処理で特定された受信周波数および衛星識別番号により受信される衛星信号と、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。
【００２５】
中間周波数生成部１５３は、中間周波数ローカル信号を生成して、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におけるベースバンド部１５に設けられた中間周波数生成部１５３は、２個のＮＣＯ（Numerically-Controlled Oscillator、数値制御発振器）１５３ａ、１５３ｂにより構成されている（図２参照）。これらのＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂでは、各々に対して入力される設定値により、生成される中間周波数ローカル信号の周波数が独立に細かく制御される。また、ＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂは、それぞれＩ相（In Phase）ローカル信号と、このＩ相ローカル信号に直交するＱ相（Quadrature Phase）ローカル信号とを出力可能に構成されている。
【００２６】
逆拡散コード生成部１５４は、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部１５４では、衛星識別番号が指定されると、この衛星識別番号に対応する測位衛星で拡散コードとして用いられている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個の二値符号データ（チップ）の配列により構成されている。
これらの捕捉エンジン１５１および逆拡散コード生成部１５４により、検出演算手段が構成される。
【００２７】
演算処理部１５５は、追尾エンジン１５２で復調されて出力された衛星信号を復号して時刻データを取得する。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。
【００２８】
次に、捕捉エンジン１５１の内部構成について説明する。
【００２９】
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。
【００３０】
捕捉エンジン１５１は、Ｉ／Ｑ変換部１５１１と、２個の積分部１５１２ａ、１５１２ｂと、相関器１５１３と、２個の二乗回路１５１４ａ、１５１４ｂなどを備えている。
【００３１】
Ｉ／Ｑ変換部１５１１は、ＲＦ部１４で中間周波数帯のデジタル信号に変換された受信電波信号から直交する２成分のベースバンド信号を分離して出力する。このＩ／Ｑ変換部１５１１は、４個のミキサ１５１１ａ〜１５１１ｄと、２個のスイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆとを備える。スイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆは、コントローラ１５６から送られる制御信号に基づき、同期してオンオフが制御される。スイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆがオンされている期間には、ＲＦ部１４からＩ／Ｑ変換部１５１１に入力された中間周波数帯のデジタル信号がミキサ１５１１ａ〜１５１１ｄの４系統に分離されて入力され、スイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆがオフされている期間には、デジタル信号がミキサ１５１１ａ、１５１１ｂの２系統に分離されて入力される。
【００３２】
ミキサ１５１１ａ、１５１１ｂは、入力されたデジタル信号と、ＮＣＯ１５３ａから出力された中間周波数ＩＦ１のＩ相ローカル信号およびＱ相ローカル信号とを混合する。また、ミキサ１５１１ｃ、１５１１ｄは、入力されたデジタル信号と、ＮＣＯ１５３ｂから出力された中間周波数ＩＦ２のＩ相ローカル信号およびＱ相ローカル信号とを混合する。そして、ミキサ１５１１ａ、１５１１ｂからは、中間周波数ＩＦ１に対応する受信周波数のＩ相およびＱ相のベースバンド信号がそれぞれ出力され、ミキサ１５１１ｃ、１５１１ｄからは、中間周波数ＩＦ２に対応する受信周波数のＩ相およびＱ相のベースバンド信号がそれぞれ出力される。
【００３３】
積分部１５１２ａは、ミキサ１５１１ａ、１５１１ｂから出力されたベースバンド信号をそれぞれ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、それぞれＩ相データ、Ｑ相データとして出力する。また、積分部１５１２ｂは、ミキサ１５１１ｃ、１５１１ｄから出力されたベースバンド信号をそれぞれＣ／Ａコード１チップの長さに亘って積分して、それぞれＩ相データ、Ｑ相データとして出力する。或いは、これらの積分部１５１２ａ、１５１２ｂは、Ｃ／Ａコード１チップの長さに比して周期の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。
【００３４】
相関器１５１３は、例えば、マッチドフィルタである。この相関器１５１３は、積分部１５１２ａ、１５１２ｂの出力データ（Ｉ相データ、Ｑ相データ）と、逆拡散コード生成部１５４で生成されたＣ／ＡコードとをＣ／Ａコード１周期分（１０２３個）ずつ保持して、Ｉ相データおよびＱ相データと、Ｃ／Ａコードとの間の相関をそれぞれ求める。相関器１５１３は、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂ、ＲＡＭ１５１３ｃ、セレクタ１５１３ｄ、乗算器群１５１３ｅ、１５１３ｆ、および、加算器１５１３ｇ〜１５１３ｊを備えている。
【００３５】
シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂには、１２ビットのデータが１０２３段に亘って保持される。シフトレジスタ１５１３ａには、Ｉ相データが積分部１５１２ａ、１５１２ｂから入力される。また、シフトレジスタ１５１３ｂには、Ｑ相データが積分部１５１２ａ、１５１２ｂから入力される。シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂは、それぞれ１個の１２ビット（第１のビット数）データを１０２３個保持する形態と、２個の６ビット（第２のビット数）データを並列的に１０２３個ずつ保持する形態との間で切り替えることが出来るようになっている。
【００３６】
シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにおけるデータ保持形態の切り替えは、Ｉ／Ｑ変換部１５１１におけるスイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆのオンオフと連動して制御される。スイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆがオフの期間には、積分部１５１２ａから出力された１２ビットのＩ相データおよび１２ビットのＱ相データがそのまま順番にそれぞれシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂに入力され、１０２３個ずつ蓄積される。このとき、積分部１５１２ｂからは、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにデータが入力されない。一方、スイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆがオンの期間には、積分部１５１２ａ、１５１２ｂからそれぞれ出力された１２ビットのＩ相データに基づく６ビットのデータが並列にシフトレジスタ１５１３ａへ入力され、また、積分部１５１２ａ、１５１２ｂからそれぞれ出力された１２ビットのＱ相データに基づく６ビットのデータが並列にシフトレジスタ１５１３ｂへ入力される。そして、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。
【００３７】
積分部１５１２ａ、１５１２ｂからシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂへ入力されるデータを１２ビットから６ビットに変換する際には、例えば、１２ビットデータのうち上位６ビットのみを取得するように構成することができる。
【００３８】
ＲＡＭ１５１３ｃには、Ｃ／Ａコード一周期分に当たる１０２３チップの二値符号データが逆拡散コード生成部１５４から入力される。本実施形態のＲＡＭ１５１３ｃは、最大４衛星分のＣ／Ａコードを一度に記憶可能であり、セレクタ１５１３ｄにより何れかのＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードが１つ選択される。ＲＡＭ１５１３ｃに格納される各符号データは、特に制限されないが、衛星電波受信装置１の小型化及び演算の簡略化のため、１ビットで表される。
【００３９】
乗算器群１５１３ｅは、ＲＡＭ１５１３ｃに記憶されたＣ／Ａコードの中からセレクタ１５１３ｄ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と、積分部１５１２ａから入力されてシフトレジスタ１５１３ａに記憶された同位相、即ち、同一順番に入力された各Ｉ相データとをそれぞれ乗算し、加算器１５１３ｇに出力する。また、乗算器群１５１３ｅは、ＲＡＭ１５１３ｃに記憶されたＣ／Ａコードの中からセレクタ１５１３ｄ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と、積分部１５１２ｂから入力されてシフトレジスタ１５１３ａに記憶された同位相の各Ｉ相データとをそれぞれ乗算し、加算器１５１３ｈに出力する。一方、乗算器群１５１３ｆは、ＲＡＭ１５１３ｃに記憶されたＣ／Ａコードの中からセレクタ１５１３ｄ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と、積分部１５１２ａから入力されてシフトレジスタ１５１３ｂに記憶された同位相の各Ｑ相データとをそれぞれ乗算し、加算器１５１３ｉに出力する。また、乗算器群１５１３ｆは、ＲＡＭ１５１３ｃに記憶されたＣ／Ａコードの中からセレクタ１５１３ｄ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と、積分部１５１２ｂから入力されてシフトレジスタ１５１３ｂに記憶された同位相の各Ｑ相データとをそれぞれ乗算し、加算器１５１３ｊに出力する。
【００４０】
加算器１５１３ｇ、１５１３ｉは、乗算器群１５１３ｅ、１５１３ｆから入力された値の総和をそれぞれ求めて、Ｉ相データの相関値、および、Ｑ相データの相関値として二乗回路１５１４ａに出力する。また、加算器１５１３ｈ、１５１３ｊは、乗算器群１５１３ｅ、１５１３ｆから入力された値の総和をそれぞれ求めて、Ｉ相データの相関値、および、Ｑ相データの相関値として二乗回路１５１４ｂに出力する。
【００４１】
二乗回路１５１４ａは、加算器１５１３ｇから入力されたＩ相データの相関値、および、加算器１５１３ｉから入力されたＱ相データの相関値をそれぞれ二乗して加算する。また、二乗回路１５１４ｂは、加算器１５１３ｈから入力されたＩ相データの相関値、および、１５１３ｊから入力されたＱ相データの相関値をそれぞれ二乗して加算する。これらの計算結果は、ベースバンド部１５のメモリ１５７へそれぞれ独立に送られて後述する所定のアドレスに記憶される。なお、加算器１５１３ｇ〜１５１３ｊは、求められた二乗和の平方根を出力することとしても良い。
【００４２】
図３は、中間周波数生成部１５３が備えるＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂの構成を示すブロック図である。
【００４３】
ＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂは、同一の構成であり、ここでは一のＮＣＯについて説明する。本実施形態のＮＣＯは、ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）の回路構成をとり、加算器１５３１、１５３２と、レジスタ１５３３と、ＣＯＳ＿ＲＯＭ１５３４と、ＳＩＮ＿ＲＯＭ１５３５などを備えている。
【００４４】
加算器１５３１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てこれらの値を加算する。加算器１５３１で加算された値は、加算器１５３２に送られる。加算器１５３２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を加算して、ＣＯＳ＿ＲＯＭ１５３４およびＳＩＮ＿ＲＯＭ１５３５に出力するとともに、レジスタ１５３３に記憶させる。即ち、加算器１５３２およびレジスタ１５３３は、位相アキュムレータとして機能する構成であり、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た後に再び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、３２ビットのデータ容量を有する。
【００４５】
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、８ビットで表される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に格納したＲＯＭ（Read Only Memory）である。ＣＯＳ＿ＲＯＭ１５３４およびＳＩＮ＿ＲＯＭ１５３５は、位相の値が入力されると対応するアドレスから余弦関数および正弦関数の値を読み出し、出力するルックアップテーブルとして用いられる。本実施形態のＮＣＯでは、加算器１５３２からＣＯＳ＿ＲＯＭ１５３４およびＳＩＮ＿ＲＯＭ１５３５に３２ビットの数値が入力されると、例えば、そのうちの上位８ビット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が生成される。なお、入力された数値のうち、下位２４ビットの値に基づいてＣＯＳ＿ＲＯＭ１５３４およびＳＩＮ＿ＲＯＭ１５３５から読み出された値を線形補間し、例えば、１２ビットの値として出力することとしてもよい。
【００４６】
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ＮＣＯでは、中間周波数ＩＦ０＝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（周波数チャンネル）が０の場合には、ＮＣＯからは、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ＮＣＯでは、周波数チャンネルの変化１に対応する周波数変化量Δｆを１００Ｈｚとする。従って、周波数チャンネルが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ＩＦ０から１００Ｈｚずつ上昇し、周波数チャンネルが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ＩＦ０から１００Ｈｚずつ低下する。従って、例えば、±１５ｋＨｚの範囲内で捕捉処理を行う場合には、−１５０チャンネルから＋１５０チャンネルまでの範囲で周波数チャンネルを変化させることになる。
【００４７】
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における衛星電波の検索手順について説明する。
【００４８】
図４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。
【００４９】
シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂに記憶された一の中間周波数に係るベースバンドデータ２０４６個と、逆拡散コード生成部１５４からＲＡＭ１５１３ｃに入力されてセレクタ１５１３ｄにより選択された一のＣ／Ａコードを示す１０２３個のチップデータとの間の位相差は、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂに１データずつ入力していくと、Ｃ／Ａコードの１周期ごとに１回１チップ未満となる。拡散コードでは、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、常に非常に小さいノイズレベルの値となるのに対し、位相差が１チップ未満となったときにのみ、出力値が急激に増大する。即ち、二乗回路１５１４ａ、１５１４ｂから出力される相関値のうち一周期の中で最大の値によって衛星信号が検出されたか否かを判断することができる。或いは、この最大値と、非最大の各値の平均値との比により算出されるＳ／Ｎ値を用いて衛星信号の検出有無を判断することも可能である。また、Ｓ／Ｎ値として、例えば、上記算出された値の対数を利用してもよい。
【００５０】
上記相関値の算出は、各ＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードおよび各受信周波数に対して行われる必要がある。ＧＰＳ衛星からの電波の受信周波数は、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といった計器誤差の影響の範囲内で変化する。この周波数変化量Δｆは、通常の状態では、最大で±１５ｋＨｚ程度である。従って、ダウンコンバータ１４１により中間周波数帯に変換された受信電波信号からベースバンド信号を抽出する際にＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂから出力する中間周波数ＩＦ１、ＩＦ２のローカル周波数信号も、中間周波数ＩＦ０からの周波数変化量Δｆを同じ範囲で変化させて受信周波数を特定する必要がある。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による演算を行わせることで探索動作を繰り返さなければならない。
【００５１】
そこで、本実施形態の衛星電波受信装置１では、先ず、一度目の探索動作として、±１５ｋＨｚの範囲内（第１の周波数範囲）において５００Ｈｚの周波数間隔（第１の周波数間隔）で１衛星当たり６０回の探索を行う。そして、最大のＳ／Ｎ値が得られたＣ／Ａコード、および、周波数に基づき、二度目の探索動作として、当該Ｃ／Ａコードにおいて当該周波数を中心とした±５００Ｈｚ程度の範囲内（第２の周波数範囲）で周波数変化量Δｆを１００Ｈｚ間隔（第２の周波数間隔）として再度探索を行うことにより、受信周波数を特定する。
【００５２】
次に、捕捉エンジン１５１を用いた衛星電波の検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。
【００５３】
図５は、全てのＧＰＳ衛星、及び、設定されたすべての周波数範囲に亘ってＧＰＳ衛星からの電波の探索を行う検索処理において、コントローラ１５６のＣＰＵが実行する制御処理の手順を示したフローチャートである。また、図６は、図５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。また、図７は、検索処理内でメモリ１５７に記憶されるデータの配列パターンを示した図である。
【００５４】
検索処理が開始されると、コントローラ１５６のＣＰＵは、先ず、捕捉エンジン１５１における演算設定を１２ビット分解能、４衛星同時サーチとする（ステップＳ１）。具体的には、ＣＰＵは、スイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆ、積分部１５１２ｂ、および、ＮＣＯ１５３ｂをオフし、また、積分部１５１２ａからシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにそれぞれ１２ビットのデータを出力させるように設定する。
【００５５】
次に、ＣＰＵは、初期値として周波数チャンネルｃｈを「−１５０」に設定し、また、衛星識別番号ｎを「１」に設定する（ステップＳ２）。
【００５６】
ＣＰＵは、逆拡散コード生成部１５４に検出衛星番号として衛星識別番号ｎ〜ｎ＋３を順番に入力し、衛星識別番号ｎ〜ｎ＋３に対応するＧＰＳ衛星におけるＣ／Ａコードを生成して、それぞれＲＡＭ１５１３ｃに記憶させる（ステップＳ３）。また、ＣＰＵは、設定された周波数チャンネルｃｈをＮＣＯ１５３ａへ入力するオフセット値として設定する（ステップＳ４）。
【００５７】
ステップＳ１〜Ｓ４における変数の設定が完了すると、コントローラ１５６のＣＰＵ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一度目の検出動作を行う（ステップＳ５）。この検出動作処理では、図６に示すように、ＣＰＵは、先ず、捕捉エンジン１５１全体に動作クロックを供給し、ミキサ１５１１ａおよび積分部１５１２ａで算出された１２ビットのＩ相データをシフトレジスタ１５１３ａへ順番に格納させ、また、ミキサ１５１１ｂ及び積分部１５１２ａで算出された１２ビットのＱ相データをシフトレジスタ１５１３ｂへ順番に格納させる。シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂのすべてのレジスタに１２ビットデータが格納されると、ＣＰＵは、次のＩ相データ、Ｑ相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１５１３ｄを操作して衛星識別番号ｎ〜ｎ＋３に対応するＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードを順番に乗算器群１５１３ｅ、１５１３ｆへ出力させる。そして、これらのＣ／Ａコードデータとシフトレジスタ１５１３ａのＩ相データおよびシフトレジスタ１５１３ｂのＱ相データとにより演算処理が行われ、二乗回路１５１４ａ、１５１４ｂで相関値が算出されると、ＣＰＵは、この相関値の出力を順番に周波数チャンネルｃｈ＝−１５０、位相Ｐ＝０の値としてメモリ１５７に記憶させる。
【００５８】
それから、コントローラ１５６のＣＰＵは、Ｉ相データおよびＱ相データがシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにそれぞれ入力されて位相Ｐが変化するごとにセレクタ１５１３ｄを動作させて、衛星識別番号ｎ〜ｎ＋３に対応するＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードを順番に乗算器群１５１３ｅ、１５１３ｆへ出力させる。そして、演算処理が行われて二乗回路１５１４ａ、１５１４ｂで相関値が算出されると、ＣＰＵは、二乗回路１５１４ａ、１５１４ｂから出力された相関値をメモリ１５７における当該位相Ｐのアドレスへ順番に記憶させていく。図７（ａ）に示すように、求められた相関値は、Ｃ／Ａコードの位相Ｐ、受信周波数Ｆ（即ち、受信チャンネルｃｈ）、および、衛星識別番号ｎ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アドレスに記憶される。
【００５９】
全２０４６位相の相関値がメモリ１５７に記憶されると（ステップＳ４１）、ＣＰＵは、同一の周波数チャンネルｃｈにおける最大の相関値を取得する（ステップＳ４２）。続いて、ＣＰＵは、この周波数チャンネルｃｈにおける最大値以外の相関値の平均値を求めて、ノイズレベルを算出する（ステップＳ４３）。そして、ＣＰＵは、ステップＳ４２の処理で取得された最大の相関値と、ステップＳ４３の処理で算出されたノイズレベルの相関値との比を算出してＳ／Ｎ値とする（ステップＳ４４）。それから、ＣＰＵの処理は、検索処理に戻る。
【００６０】
ＣＰＵの処理が検索処理に復帰すると、ＣＰＵは、先ず、検出動作処理で求められたＳ／Ｎ値および最大のＳ／Ｎ値が取得された衛星識別番号ｎをメモリ１５７に記憶させる（ステップＳ６）。図７（ｂ）に示すように、検出動作処理が行われた周波数チャンネルｃｈ、衛星識別番号ｎ、Ｓ／Ｎ値がテーブルに記憶される。
【００６１】
次に、ＣＰＵは、周波数チャンネルｃｈに５を加算する（ステップＳ７）。ＣＰＵは、新たな周波数チャンネルｃｈが「１５５」であるか否かを判別する（ステップＳ８）。周波数チャンネルｃｈが「１５５」ではないと判別された場合には、“ＮＯ”に分岐し、ＣＰＵの処理はステップＳ４に戻って、新たに設定された周波数チャンネルｃｈにおける相関値の算出処理を行う（ステップＳ４〜Ｓ７）。即ち、一度目の検出動作では、中間周波数ＩＦ０に対して±１５ｋＨｚの範囲において、５００Ｈｚの周波数間隔で相関値の算出が行われる。
【００６２】
一方、ステップＳ８の判別処理において、周波数チャンネルｃｈが「１５５」であると判別された場合には、ＣＰＵの処理は、“ＹＥＳ”に分岐する。ＣＰＵは、周波数チャンネルｃｈを初期化して「−１５０」に戻すと共に、衛星識別番号ｎに４を加算する（ステップＳ９）。
【００６３】
ＣＰＵは、ステップＳ９の処理で新たに設定された衛星識別番号ｎが「３３」であるか否かを判別する（ステップＳ１０）。衛星識別番号ｎが「３３」ではないと判別された場合には、ＣＰＵの処理は、ステップＳ３へ戻り、検出衛星番号として新たに設定された衛星識別番号ｎ〜ｎ＋３に対応するＧＰＳ衛星について、相関値を取得する処理を繰り返す（ステップＳ３〜Ｓ７）。
【００６４】
ステップＳ１０の判別処理で、衛星識別番号ｎが「３３」であると判別された場合には、ＣＰＵの処理は、ステップＳ１１へ移行する。ＣＰＵは、図７（ｂ）に示したメモリ１５７のテーブルに記憶されたＳ／Ｎ値の中から最大値を検索し、当該最大値における衛星識別番号ｎを一次検出衛星識別番号ｎ１として設定し、また、周波数チャンネルｃｈの値を一次検出チャンネルｃｈ１として設定する。
【００６５】
ステップＳ１１の処理により一度目の探索が終了すると、コントローラ１５６のＣＰＵは、二度目の探索を開始する。先ず、コントローラ１５６のＣＰＵは、捕捉エンジン１５１における演算設定を６ビット分解能、２周波数同時サーチとする（ステップＳ１２）。具体的には、ＣＰＵは、スイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆ、積分部１５１２ｂ、および、ＮＣＯ１５３ｂをオンし、また、積分部１５１２ａ、１５１２ｂからシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにそれぞれ６ビットずつのデータを並列に出力させるように設定する。
【００６６】
次に、ＣＰＵは、検出衛星番号として一次検出衛星識別番号ｎ１に設定する（ステップＳ１３）。それから、ＣＰＵは、変数ｍを０に設定する（ステップＳ１４）。また、ＣＰＵは、周波数チャンネルｃｈを「ｃｈ１−４＋ｍ」、「ｃｈ１−３＋ｍ」に設定して、これらの設定された周波数チャンネルｃｈをＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂへ入力するオフセット値としてそれぞれ設定する（ステップＳ１５）。
【００６７】
ステップＳ１２〜Ｓ１５の処理で設定が行われると、ＣＰＵは、二度目の検出動作処理を実行する（ステップＳ１６）。この検出動作処理では、図６で示したように、先ず、ＣＰＵは、捕捉エンジン１５１に、一次検出衛星識別番号ｎ１に対応するＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードにより、各位相Ｐにおいて２つの周波数チャンネルｃｈ＝ｃｈ１−４＋ｍ、ｃｈ１−３＋ｍに対して並列的に相関値を算出させる。そして、ＣＰＵは、求められた相関値をメモリ１５７に記憶させる（ステップＳ４１）。この相関値は、メモリ１５７上に周波数チャンネルｃｈおよび位相Ｐの２つの変数によって設定された二次元配列内に記憶される。ここで、求められた相関値を実際に記憶するメモリ１５７上の実アドレスは、相関値を出力する二乗回路１５１４ａ又は１５１４ｂにそれぞれ対応してメモリ１５７ａ又は１５７ｂに設定される。このように、メモリ１５７は、二乗回路１５１４ａ、１５１４ｂの動作タイミングが重なっても平行して書込みが可能に構成されている。
【００６８】
設定された２つの周波数チャンネルにおいて全ての位相Ｐに対して求められた相関値がメモリ１５７に記憶されると、ＣＰＵは、周波数チャンネルｃｈごとに最大の相関値を取得し（ステップＳ４２）、ノイズレベルを計算して（ステップＳ４３）、各周波数チャンネルｃｈにおけるＳ／Ｎ値を算出する（ステップＳ４４）。ステップＳ４２〜Ｓ４４の処理は、ステップＳ５で実行された一度目の検出動作処理における各処理と同様であり、詳しい説明を省略する。それから、ＣＰＵの処理は、検索処理に戻る。
【００６９】
ＣＰＵの処理が検索処理に戻ると、ＣＰＵは、求められた２つのＳ／Ｎ値をテーブルに保存する（ステップＳ１７）。
【００７０】
ＣＰＵは、変数ｍに２を加算する（ステップＳ１８）。それから、ＣＰＵは、この変数ｍの値が１０であるか否かを判別する（ステップＳ１９）。変数ｍが１０でないと判別された場合には、ＣＰＵの処理は、ステップＳ１５に戻り、捕捉エンジン１５１に、新たに設定された受信チャンネルｃｈにおける検出動作を行わせる（ステップＳ１５〜Ｓ１８）。即ち、二度目の検出動作では、一次検出周波数チャンネルｃｈ１に対応する受信周波数に対して−４００Ｈｚ〜＋５００Ｈｚの範囲において、１００Ｈｚの周波数間隔で相関値の算出が行われる。
【００７１】
一方、ステップＳ１９における判別処理で、変数ｍが１０であると判別された場合には、ＣＰＵは、周波数チャンネルｃｈ＝ｃｈ１−４〜ｃｈ１＋５において算出されてメモリ１５７のテーブルに記憶されたＳ／Ｎ値の中で、最大の値が得られた周波数チャンネルｃｈの値を二次検出チャンネルｃｈｍに設定する（ステップＳ２０）。そして、ＣＰＵは、一次検出チャンネルｃｈ１と二次検出チャンネルｃｈｍとが等しいか否かを判別する（ステップＳ２１）。一次検出チャンネルｃｈ１と二次検出チャンネルｃｈｍとが等しくないと判別された場合には、ＣＰＵは、二次検出チャンネルｃｈｍの値を一次検出チャンネルｃｈ１として設定する（ステップＳ２４）。それから、ＣＰＵの処理はステップＳ１４に戻って、ＣＰＵは、新たな一次検出チャンネルｃｈ１に基づいて二度目の探索に係る各処理を繰り返す（ステップＳ１４〜Ｓ２０）。
なお、このステップＳ２１の判別処理およびステップＳ２４の処理と再探索は、行わないこととしてもよい。
【００７２】
ステップＳ２１の判別処理で、一次検出チャンネルｃｈ１と二次検出チャンネルｃｈｍとが等しいと判別された場合には、この検索結果をメモリ１５７のテーブルに保存し（ステップＳ２２）、二次検出チャンネルｃｈｍをキャリア周波数として特定して（ステップＳ２３）、検索処理を終了する。
【００７３】
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、受信したＬ１帯の受信電波信号からＧＰＳ衛星の衛星信号を検出する捕捉エンジン１５１を備え、捕捉エンジン１５１は、先ず、コントローラ１５６が±１５ｋＨｚの周波数範囲に亘り５００Ｈｚ間隔で順番に設定した受信周波数の受信信号を１２ビットのデジタルデータとして取得して、当該デジタルデータから各ＧＰＳ衛星からの衛星信号を検出するための演算を行う。そして、衛星信号が検出された場合には、続いて、コントローラ１５６が同時に２つの受信周波数を１００Ｈｚ間隔で順番に設定していき、捕捉エンジン１５１は、これら２つの受信周波数の受信信号を６ビットのデジタルデータとして各々取得して、これら２つの受信周波数に係るデジタルデータから並列的に衛星信号を検出するための演算を行う。そして、コントローラ１５６は、この演算結果に基づいて衛星信号の受信周波数を特定する。従って、従来、衛星信号の捕捉処理において時間を要していた受信周波数の探索時間を短縮することが出来る。また、探索時間を短縮することにより、受信動作時間を短縮させることができ、電力消費を低減させることができる。また、１度目の探索結果に基づいて２度目の探索の際に取得するデジタルデータのダイナミックレンジを縮小して必要なデータの記憶にビット数を減らすことができるので、複数の受信周波数データを同時に記憶するための記憶容量の増加を抑えることができ、従って、探索の高速化に伴う衛星電波受信装置１のサイズの増加を抑えることができる。
【００７４】
また、特に、１度目の探索の際に１２ビットデジタルデータを取得し、２度目の探索の際に２周波数に対してそれぞれ６ビットデジタルデータを取得することで、必要なシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂの記憶容量を同一とすることができ、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂのサイズを変化させることなく短時間で衛星信号の受信周波数を特定することが出来る。
【００７５】
また、捕捉エンジン１５１における衛星信号の探索は、中間周波数生成部１５３のＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂへの入力値に基づいて設定される受信周波数のベースバンド信号と、測位衛星において衛星信号をスペクトル拡散変調するＣ／Ａコードとの相関値を求めることにより行うので、安定的且つ容易に周波数を制御しながら迅速に衛星信号の探索を行うことが出来る。
【００７６】
また、ベースバンド信号とＣ／Ａコードとの相関値は、１２ビットデジタルデータを入力可能なマッチドフィルタ（相関器１５１３）によって求められる。そして、このマッチドフィルタは、２度目の探索の際に２つの受信周波数に係る６ビットデジタルデータを並列的に入力して、それぞれＣ／Ａコードとの相関値を求めることが可能な構成なので、全位相における相関値の算出が高速化されると共に、マッチドフィルタのサイズを変化させること無く２周波数の入力データに対する相関値の算出を並列的に行うことが出来る。
【００７７】
また、ダウンコンバータ１４１で中間周波数帯に変換された受信電波信号からベースバンド信号を取得するための中間周波数生成部１５３は、ＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂを２つ独立に備え、各々異なる周波数信号を出力して、中間周波数帯の受信電波信号と混合させることで、マッチドフィルタに対し容易に２つの受信周波数のベースバンド信号を並列的に入力させることができる。また、ＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂは、マッチドフィルタのシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂに比較して十分にサイズが小さいので、並列化によってもサイズの増大にはほとんど影響しない。
【００７８】
また、２度目の探索の際には、１度目の探索と同様にデジタル変換された１２ビットデータから上位６ビットを選択してシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂへ入力させることとするので、ＡＤＣ１４３、Ｉ／Ｑ変換部１５１１や積分回路１５１２ａ、１５１２ｂの構成を変更することなく容易に入力ビット数の変換を行うことが出来る。
【００７９】
また、２度目の探索の際には、１度目の探索の際に衛星信号が検出された周波数の上下±５００Ｈｚ程度の範囲でのみ探索を行うので、２度目の探索時間を更に短縮することが出来る。
【００８０】
また、２度目の探索の際に捕捉エンジン１５１で並列的に算出され、二乗回路１５１４ａ、１５１４ｂから出力される相関値は、それぞれ独立したメモリ１５７ａ、１５７ｂに記憶されるので、二乗回路１５１４ａ、１５１４ｂからの出力タイミングが重なってもメモリへの書込みタイミングが遅延する心配が無い。
【００８１】
また、１度目の探索においては、ＲＡＭ１５１３ｃとセレクタ１５１３ｄとを用いて複数のＧＰＳ衛星からの衛星信号を並列的に検出可能であり、２度目の探索においては、検出された衛星信号のうち、最も受信強度の高いＧＰＳ衛星からの衛星信号についてのみ検出を行って受信周波数を特定するので、不要なＧＰＳ衛星からの衛星信号の探索処理を行わないことによる探索処理の時間短縮を図ることが出来る。
【００８２】
また、複数衛星の受信データが必要な場合には、１度目の探索処理において検出された衛星信号を送信したＧＰＳ衛星に対してのみ２度目の探索処理を行うこととすることも可能であるので、不要なＧＰＳ衛星からの衛星信号の探索処理を行わないことによる探索処理の時間短縮を図ることが出来る。
【００８３】
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、相関器１５１３において１２ビットデータを取得、演算して１度目の探索を行い、２周波数の６ビットデータを取得、演算して２度目の探索を行ったが、取得データは、この組み合わせに限られない。例えば、１度目の探索が１６ビットデータの演算により行われ、２度目の探索が８ビットデータの演算によって行われるものとしてもよい。また、２度目の探索は、３周波数の４ビットデータを用いた演算により行われることとしてもよい。この場合には、ＮＣＯ、捕捉エンジン１５１の各演算処理部、及び、メモリ１５７をそれぞれ３系統備える必要がなる。また、上記１度目の探索におけるデジタルデータのビット数と、２度目の探索において並列に処理されるデジタルデータの合計ビット数とは、同一に限られない。１度目のビット数と２度目の合計ビット数が異なる場合には、１度目の探索或いは２度目の探索の何れかに余分なビット数が生じるが、例えば１度目の探索においては１２ビットのデータを用い、２度目の探索においては２周波数で８ビットデータを用い、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂには１６ビット格納可能とすることでも、単純に１２ビットの入力を２系統用意するよりも記憶容量の増加を抑えることができ、即ち、シフトレジスタのサイズの大型化を抑えることができる。
【００８４】
また、上記実施の形態では、１２ビットデータのうち上位６ビットを取得することとしたが、これに限られない。例えば、１度目の探索で取得された最大の相関値を表現可能な６ビットを取得することとしてもよい。
【００８５】
また、上記実施の形態では、予め決定されたビット数及び周波数の数に分割されたが、１度目の探索結果のダイナミックレンジなどに基づいて分割方法を可変とすることとしてもよい。
【００８６】
また、上記実施の形態では、もっとも受信強度の高かった位置衛星の受信周波数のみ特定したが、現在位置の算出などを行う場合に複数衛星からの衛星信号を取得する必要がある場合には、検出された複数の衛星の受信周波数を特定することとしてもよい。
その他、上記実施の形態で示した具体的な構成の配置や受信周波数の設定間隔および範囲といった数値などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００８７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
【００８８】
［付記］
＜請求項１＞
測位衛星から電波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、
前記衛星信号の送信周波数を含む周波数帯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受信電波信号から前記衛星信号を検出するための所定の演算を予め定められた２以上の所定数の受信周波数に対して並列的に実行可能な検出演算手段と、
第１の周波数範囲に亘り第１の周波数間隔で順番に一の受信周波数を設定して、前記検出演算手段に当該受信周波数の信号を第１のビット数のデジタルデータとして取得させ、当該デジタルデータによる前記所定の演算結果に基づいて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前記衛星信号が検出された場合に、前記第１の周波数間隔より狭い第２の周波数間隔で順番に前記所定数個ずつ受信周波数を設定し、前記検出演算手段に当該受信周波数の信号を前記第１のビット数より小さい第２のビット数のデジタルデータとして各々取得させ、当該所定数個のデジタルデータにより並列的に行われる前記所定の演算結果に基づいて前記衛星信号の受信周波数を特定する特定手段と、
を備えることを特徴とする衛星電波受信装置。
＜請求項２＞
前記第２のビット数は、前記第１のビット数を前記所定数で除した値である
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＞
前記検出演算手段は、設定された受信周波数のベースバンド信号を取得し、当該ベースバンド信号と、前記測位衛星において前記衛星信号をスペクトル拡散変調する拡散コードとの相関を求める
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項４＞
前記検出演算手段は、前記ベースバンド信号と前記拡散コードとの相関を求めるマッチドフィルタを備え、
当該マッチドフィルタは、前記第２のビット数のデジタルデータを前記予め定められた複数並列的に入力し、各々前記拡散コードとの相関を求めることが可能な構成である
ことを特徴とする請求項３に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項５＞
設定された前記予め定められた複数の異なる周波数信号を出力するローカル周波数発振手段を備え、
前記検出演算手段は、当該ローカル周波数発振手段から出力される周波数信号の各々に前記受信電波信号を混合することにより、異なる受信周波数の前記ベースバンド信号を並列的に取得する
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項６＞
前記第２のビット数のデジタルデータは、前記第１のビット数のデジタルデータのうち、当該第２のビット数分の上位ビットデータである
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項７＞
前記特定手段は、前記捕捉手段により前記衛星信号が検出された場合に、当該衛星信号が検出された検出周波数を含み、前記第１の周波数範囲より狭い第２の周波数範囲に亘り、前記所定数個ずつ順番に受信周波数を設定する
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項８＞
前記検出演算手段により前記所定数個の受信周波数に対して並列に相関が求められる場合に、当該並列に求められた相関値が各々独立に記憶される演算結果記憶手段
を備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項９＞
前記捕捉手段は、複数の前記測位衛星からの前記衛星信号を並列的に検出可能であり、前記特定手段は、前記捕捉手段により複数の前記測位衛星からの前記衛星信号が検出された場合には、当該検出された前記衛星信号のうち、最も受信強度の高い前記測位衛星からの前記衛星信号の受信周波数を特定する
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項１０＞
前記捕捉手段は、複数の前記測位衛星からの前記衛星信号を並列的に検出可能であり、前記特定手段は、前記捕捉手段により複数の前記測位衛星からの前記衛星信号が検出された場合には、当該検出された前記測位衛星からの前記衛星信号の受信周波数を各々特定する
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
【符号の説明】
【００８９】
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〜１５１１ｄ ミキサ
１５１１ｅ、１５１１ｆ スイッチ
１５１２a、１５１２ｂ 積分部
１５１３ 相関器
１５１３ａ、１５１３ｂ シフトレジスタ
１５１３ｃ ＲＡＭ
１５１３ｄ セレクタ
１５１３ｅ、１５１３ｆ 乗算器群
１５１３ｇ〜１５１３ｊ 加算器
１５１４ａ、１５１４ｂ 二乗回路
１５２ 追尾エンジン
１５３ 中間周波数生成部
１５３ａ、１５３ｂ ＮＣＯ
１５３１、１５３２ 加算器
１５３３ レジスタ
１５３４ ＣＯＳ＿ＲＯＭ
１５３５ ＳＩＮ＿ＲＯＭ
１５４ 逆拡散コード生成部
１５５ 演算処理部
１５６ コントローラ
１５７ メモリ
１５７ａ、１５７ｂ メモリ
ＡＮＴ 受信アンテナ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、測位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）に係る測位衛星から送信された電波を受信する受信装置を備え、時刻情報や位置情報を取得することのできる電子腕時計といった携帯型装置がある。このような携帯型装置では、取得された時刻情報や位置情報に基づいて表示時刻の修正を行ったり、タイムゾーンの設定を行ったりすることが出来る。
【０００３】
測位衛星から出力される衛星信号は、測位衛星ごとに設定された固有の拡散コード（擬似雑音）を用いて拡散変調されて電波送信されている。この電波を受信する際には、受信する測位衛星で設定されている拡散コードを用いて逆拡散することで、この測位衛星からの衛星信号を復号、取得することができる。測位衛星は、所定の軌道上を各々移動しており、何れの測位衛星が可視状態であって電波を受信可能であるかが事前に分からない受信装置では、受信された受信電波信号に対して全ての測位衛星の拡散コードにより総当りで逆拡散処理を行って衛星信号を検出し、受信可能な測位衛星を識別する捕捉処理を行う。
【０００４】
このような捕捉処理には、以前より、マッチドフィルタ（スライディング相関器）が用いられ、また、複数衛星の拡散コードによる逆拡散処理が並列的に行われることで、捕捉処理の高速化が図られている。更に、特許文献１には、データの読み書きを行うメモリを複数備え、同時並列的に行われる逆拡散処理のデータをこれら複数のメモリに対して並列的に読み書きさせることで演算処理に対するＩ／Ｏ処理での遅延を防ぐ技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、捕捉処理を行う相関部と、取得されたデータに基づいて位置や時刻の計算処理を行うマイクロプロセッサとにそれぞれ供給される電力やクロック信号を各々必要な期間および周波数に設定することによって電力消費を低減させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１５９６７０号公報
【特許文献２】特開２００２−１２２６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
測位衛星から送信された電波は、測位衛星が高速で地球の周りを移動することによるドップラー効果により、送信周波数とは異なる周波数で受信される。従って、予め現在位置データや測位衛星の軌道情報を有しない受信装置で測位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うる周波数範囲で測位衛星からの電波の受信周波数を探索する必要がある。この結果、捕捉処理に要する時間は、受信周波数ステップの数に比例して長くなるという問題がある。
【０００８】
しかしながら、マッチドフィルタなどにおいて受信データを記憶する記憶部は、捕捉処理に用いられる他の部分と比較して捕捉処理回路のサイズ上で占める割合が大きい。従って、複数の受信周波数に係る受信データを並列的に処理するための記憶部を各々設けて捕捉処理の高速化を図ろうとすると、捕捉処理を行う回路規模が大きくなってしまうという課題があった。
【０００９】
この発明の目的は、サイズを大型化させずに測位衛星からの電波を受信する時間を短縮することの出来る衛星電波受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するため、
測位衛星から電波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、
前記衛星信号の送信周波数を含む周波数帯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受信電波信号から前記衛星信号を検出するための所定の演算を予め定められた２以上の所定数の受信周波数に対して並列的に実行可能な検出演算手段と、
第１の周波数範囲に亘り第１の周波数間隔で順番に一の受信周波数を設定して、前記検出演算手段に当該受信周波数の信号を第１のビット数のデジタルデータとして取得させ、当該デジタルデータによる前記所定の演算結果に基づいて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前記衛星信号が検出された場合に、前記第１の周波数間隔より狭い第２の周波数間隔で順番に前記所定数個ずつ受信周波数を設定し、前記検出演算手段に当該受信周波数の信号を前記第１のビット数より小さい第２のビット数のデジタルデータとして各々取得させ、当該所定数個のデジタルデータにより並列的に行われる前記所定の演算結果に基づいて前記衛星信号の受信周波数を特定する特定手段と、
を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に従うと、短時間で衛星信号の受信周波数を特定することが出来る。また、予め定められた複数個の周波数に対して並列的に衛星信号の検出を行う際には、一周波数ずつ個別に衛星信号の検出を行なう際と比較して取得するデジタルデータのビット数を小さくするので、平行してデジタルデータの取得を行ってもデータ容量の増大を抑えることができ、従って、衛星電波受信装置のサイズを大型化させないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の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。
【図２】捕捉エンジンおよびこれに関連する部分の構成を示す図である。
【図３】中間周波数生成部が備えるＮＣＯの構成を示すブロック図である。
【図４】捕捉エンジンにおいて、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からの出力データの例を示す図である。
【図５】検索処理においてコントローラのＣＰＵが実行する制御処理の手順を示したフローチャートである。
【図６】検出動作処理の制御手順を示すフローチャートである。
【図７】検索処理内でメモリに記憶されるデータの配列パターンを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、ＧＰＳ衛星からの受信電波に基づい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。
【００１６】
受信アンテナＡＮＴは、ＧＰＳ衛星から送信されている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、ドップラー効果や衛星電波受信装置１の計器誤差による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ずれの大きさに比べて十分に広い。
【００１７】
発振回路１３には、例えば、温度補償回路を備えた水晶発振器（ＴＣＸＯ）が一般的に用いられている。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。
【００１８】
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（受信電波信号）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。
【００１９】
ダウンコンバータ１４１は、受信電波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ＩＦ０は、例えば、４ＭＨｚ程度の値である。
【００２０】
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が出力する分周信号の位相と、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いてＶＣＯへ出力する直流電圧を変化させる。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。
【００２１】
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電波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。ＡＤＣ１４３から出力される各デジタル値は、特に制限されないが、例えば、１２ビットのデータである。
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。
【００２２】
ベースバンド部１５は、捕捉エンジン１５１と、追尾エンジン１５２と、中間周波数生成部１５３（ローカル周波数発振手段）と、逆拡散コード生成部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（捕捉手段、特定手段）と、一時データを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ１５７（演算結果記憶手段）とが含まれている（図２参照）。
【００２３】
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特定するための演算処理を行う回路であり、後に詳述する。
【００２４】
追尾エンジン１５２は、捕捉エンジン１５１による演算処理で特定された受信周波数および衛星識別番号により受信される衛星信号と、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。
【００２５】
中間周波数生成部１５３は、中間周波数ローカル信号を生成して、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におけるベースバンド部１５に設けられた中間周波数生成部１５３は、２個のＮＣＯ（Numerically-Controlled Oscillator、数値制御発振器）１５３ａ、１５３ｂにより構成されている（図２参照）。これらのＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂでは、各々に対して入力される設定値により、生成される中間周波数ローカル信号の周波数が独立に細かく制御される。また、ＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂは、それぞれＩ相（In Phase）ローカル信号と、このＩ相ローカル信号に直交するＱ相（Quadrature Phase）ローカル信号とを出力可能に構成されている。
【００２６】
逆拡散コード生成部１５４は、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部１５４では、衛星識別番号が指定されると、この衛星識別番号に対応する測位衛星で拡散コードとして用いられている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個の二値符号データ（チップ）の配列により構成されている。
これらの捕捉エンジン１５１および逆拡散コード生成部１５４により、検出演算手段が構成される。
【００２７】
演算処理部１５５は、追尾エンジン１５２で復調されて出力された衛星信号を復号して時刻データを取得する。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。
【００２８】
次に、捕捉エンジン１５１の内部構成について説明する。
【００２９】
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。
【００３０】
捕捉エンジン１５１は、Ｉ／Ｑ変換部１５１１と、２個の積分部１５１２ａ、１５１２ｂと、相関器１５１３と、２個の二乗回路１５１４ａ、１５１４ｂなどを備えている。
【００３１】
Ｉ／Ｑ変換部１５１１は、ＲＦ部１４で中間周波数帯のデジタル信号に変換された受信電波信号から直交する２成分のベースバンド信号を分離して出力する。このＩ／Ｑ変換部１５１１は、４個のミキサ１５１１ａ〜１５１１ｄと、２個のスイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆとを備える。スイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆは、コントローラ１５６から送られる制御信号に基づき、同期してオンオフが制御される。スイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆがオンされている期間には、ＲＦ部１４からＩ／Ｑ変換部１５１１に入力された中間周波数帯のデジタル信号がミキサ１５１１ａ〜１５１１ｄの４系統に分離されて入力され、スイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆがオフされている期間には、デジタル信号がミキサ１５１１ａ、１５１１ｂの２系統に分離されて入力される。
【００３２】
ミキサ１５１１ａ、１５１１ｂは、入力されたデジタル信号と、ＮＣＯ１５３ａから出力された中間周波数ＩＦ１のＩ相ローカル信号およびＱ相ローカル信号とを混合する。また、ミキサ１５１１ｃ、１５１１ｄは、入力されたデジタル信号と、ＮＣＯ１５３ｂから出力された中間周波数ＩＦ２のＩ相ローカル信号およびＱ相ローカル信号とを混合する。そして、ミキサ１５１１ａ、１５１１ｂからは、中間周波数ＩＦ１に対応する受信周波数のＩ相およびＱ相のベースバンド信号がそれぞれ出力され、ミキサ１５１１ｃ、１５１１ｄからは、中間周波数ＩＦ２に対応する受信周波数のＩ相およびＱ相のベースバンド信号がそれぞれ出力される。
【００３３】
積分部１５１２ａは、ミキサ１５１１ａ、１５１１ｂから出力されたベースバンド信号をそれぞれ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、それぞれＩ相データ、Ｑ相データとして出力する。また、積分部１５１２ｂは、ミキサ１５１１ｃ、１５１１ｄから出力されたベースバンド信号をそれぞれＣ／Ａコード１チップの長さに亘って積分して、それぞれＩ相データ、Ｑ相データとして出力する。或いは、これらの積分部１５１２ａ、１５１２ｂは、Ｃ／Ａコード１チップの長さに比して周期の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。
【００３４】
相関器１５１３は、例えば、マッチドフィルタである。この相関器１５１３は、積分部１５１２ａ、１５１２ｂの出力データ（Ｉ相データ、Ｑ相データ）と、逆拡散コード生成部１５４で生成されたＣ／ＡコードとをＣ／Ａコード１周期分（１０２３個）ずつ保持して、Ｉ相データおよびＱ相データと、Ｃ／Ａコードとの間の相関をそれぞれ求める。相関器１５１３は、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂ、ＲＡＭ１５１３ｃ、セレクタ１５１３ｄ、乗算器群１５１３ｅ、１５１３ｆ、および、加算器１５１３ｇ〜１５１３ｊを備えている。
【００３５】
シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂには、１２ビットのデータが１０２３段に亘って保持される。シフトレジスタ１５１３ａには、Ｉ相データが積分部１５１２ａ、１５１２ｂから入力される。また、シフトレジスタ１５１３ｂには、Ｑ相データが積分部１５１２ａ、１５１２ｂから入力される。シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂは、それぞれ１個の１２ビット（第１のビット数）データを１０２３個保持する形態と、２個の６ビット（第２のビット数）データを並列的に１０２３個ずつ保持する形態との間で切り替えることが出来るようになっている。
【００３６】
シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにおけるデータ保持形態の切り替えは、Ｉ／Ｑ変換部１５１１におけるスイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆのオンオフと連動して制御される。スイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆがオフの期間には、積分部１５１２ａから出力された１２ビットのＩ相データおよび１２ビットのＱ相データがそのまま順番にそれぞれシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂに入力され、１０２３個ずつ蓄積される。このとき、積分部１５１２ｂからは、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにデータが入力されない。一方、スイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆがオンの期間には、積分部１５１２ａ、１５１２ｂからそれぞれ出力された１２ビットのＩ相データに基づく６ビットのデータが並列にシフトレジスタ１５１３ａへ入力され、また、積分部１５１２ａ、１５１２ｂからそれぞれ出力された１２ビットのＱ相データに基づく６ビットのデータが並列にシフトレジスタ１５１３ｂへ入力される。そして、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。
【００３７】
積分部１５１２ａ、１５１２ｂからシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂへ入力されるデータを１２ビットから６ビットに変換する際には、例えば、１２ビットデータのうち上位６ビットのみを取得するように構成することができる。
【００３８】
ＲＡＭ１５１３ｃには、Ｃ／Ａコード一周期分に当たる１０２３チップの二値符号データが逆拡散コード生成部１５４から入力される。本実施形態のＲＡＭ１５１３ｃは、最大４衛星分のＣ／Ａコードを一度に記憶可能であり、セレクタ１５１３ｄにより何れかのＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードが１つ選択される。ＲＡＭ１５１３ｃに格納される各符号データは、特に制限されないが、衛星電波受信装置１の小型化及び演算の簡略化のため、１ビットで表される。
【００３９】
乗算器群１５１３ｅは、ＲＡＭ１５１３ｃに記憶されたＣ／Ａコードの中からセレクタ１５１３ｄ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と、積分部１５１２ａから入力されてシフトレジスタ１５１３ａに記憶された同位相、即ち、同一順番に入力された各Ｉ相データとをそれぞれ乗算し、加算器１５１３ｇに出力する。また、乗算器群１５１３ｅは、ＲＡＭ１５１３ｃに記憶されたＣ／Ａコードの中からセレクタ１５１３ｄ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と、積分部１５１２ｂから入力されてシフトレジスタ１５１３ａに記憶された同位相の各Ｉ相データとをそれぞれ乗算し、加算器１５１３ｈに出力する。一方、乗算器群１５１３ｆは、ＲＡＭ１５１３ｃに記憶されたＣ／Ａコードの中からセレクタ１５１３ｄ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と、積分部１５１２ａから入力されてシフトレジスタ１５１３ｂに記憶された同位相の各Ｑ相データとをそれぞれ乗算し、加算器１５１３ｉに出力する。また、乗算器群１５１３ｆは、ＲＡＭ１５１３ｃに記憶されたＣ／Ａコードの中からセレクタ１５１３ｄ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と、積分部１５１２ｂから入力されてシフトレジスタ１５１３ｂに記憶された同位相の各Ｑ相データとをそれぞれ乗算し、加算器１５１３ｊに出力する。
【００４０】
加算器１５１３ｇ、１５１３ｉは、乗算器群１５１３ｅ、１５１３ｆから入力された値の総和をそれぞれ求めて、Ｉ相データの相関値、および、Ｑ相データの相関値として二乗回路１５１４ａに出力する。また、加算器１５１３ｈ、１５１３ｊは、乗算器群１５１３ｅ、１５１３ｆから入力された値の総和をそれぞれ求めて、Ｉ相データの相関値、および、Ｑ相データの相関値として二乗回路１５１４ｂに出力する。
【００４１】
二乗回路１５１４ａは、加算器１５１３ｇから入力されたＩ相データの相関値、および、加算器１５１３ｉから入力されたＱ相データの相関値をそれぞれ二乗して加算する。また、二乗回路１５１４ｂは、加算器１５１３ｈから入力されたＩ相データの相関値、および、１５１３ｊから入力されたＱ相データの相関値をそれぞれ二乗して加算する。これらの計算結果は、ベースバンド部１５のメモリ１５７へそれぞれ独立に送られて後述する所定のアドレスに記憶される。なお、加算器１５１３ｇ〜１５１３ｊは、求められた二乗和の平方根を出力することとしても良い。
【００４２】
図３は、中間周波数生成部１５３が備えるＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂの構成を示すブロック図である。
【００４３】
ＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂは、同一の構成であり、ここでは一のＮＣＯについて説明する。本実施形態のＮＣＯは、ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）の回路構成をとり、加算器１５３１、１５３２と、レジスタ１５３３と、ＣＯＳ＿ＲＯＭ１５３４と、ＳＩＮ＿ＲＯＭ１５３５などを備えている。
【００４４】
加算器１５３１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てこれらの値を加算する。加算器１５３１で加算された値は、加算器１５３２に送られる。加算器１５３２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を加算して、ＣＯＳ＿ＲＯＭ１５３４およびＳＩＮ＿ＲＯＭ１５３５に出力するとともに、レジスタ１５３３に記憶させる。即ち、加算器１５３２およびレジスタ１５３３は、位相アキュムレータとして機能する構成であり、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た後に再び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、３２ビットのデータ容量を有する。
【００４５】
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、８ビットで表される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に格納したＲＯＭ（Read Only Memory）である。ＣＯＳ＿ＲＯＭ１５３４およびＳＩＮ＿ＲＯＭ１５３５は、位相の値が入力されると対応するアドレスから余弦関数および正弦関数の値を読み出し、出力するルックアップテーブルとして用いられる。本実施形態のＮＣＯでは、加算器１５３２からＣＯＳ＿ＲＯＭ１５３４およびＳＩＮ＿ＲＯＭ１５３５に３２ビットの数値が入力されると、例えば、そのうちの上位８ビット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が生成される。なお、入力された数値のうち、下位２４ビットの値に基づいてＣＯＳ＿ＲＯＭ１５３４およびＳＩＮ＿ＲＯＭ１５３５から読み出された値を線形補間し、例えば、１２ビットの値として出力することとしてもよい。
【００４６】
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ＮＣＯでは、中間周波数ＩＦ０＝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（周波数チャンネル）が０の場合には、ＮＣＯからは、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ＮＣＯでは、周波数チャンネルの変化１に対応する周波数変化量Δｆを１００Ｈｚとする。従って、周波数チャンネルが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ＩＦ０から１００Ｈｚずつ上昇し、周波数チャンネルが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ＩＦ０から１００Ｈｚずつ低下する。従って、例えば、±１５ｋＨｚの範囲内で捕捉処理を行う場合には、−１５０チャンネルから＋１５０チャンネルまでの範囲で周波数チャンネルを変化させることになる。
【００４７】
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における衛星電波の検索手順について説明する。
【００４８】
図４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。
【００４９】
シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂに記憶された一の中間周波数に係るベースバンドデータ２０４６個と、逆拡散コード生成部１５４からＲＡＭ１５１３ｃに入力されてセレクタ１５１３ｄにより選択された一のＣ／Ａコードを示す１０２３個のチップデータとの間の位相差は、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂに１データずつ入力していくと、Ｃ／Ａコードの１周期ごとに１回１チップ未満となる。拡散コードでは、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、常に非常に小さいノイズレベルの値となるのに対し、位相差が１チップ未満となったときにのみ、出力値が急激に増大する。即ち、二乗回路１５１４ａ、１５１４ｂから出力される相関値のうち一周期の中で最大の値によって衛星信号が検出されたか否かを判断することができる。或いは、この最大値と、非最大の各値の平均値との比により算出されるＳ／Ｎ値を用いて衛星信号の検出有無を判断することも可能である。また、Ｓ／Ｎ値として、例えば、上記算出された値の対数を利用してもよい。
【００５０】
上記相関値の算出は、各ＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードおよび各受信周波数に対して行われる必要がある。ＧＰＳ衛星からの電波の受信周波数は、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といった計器誤差の影響の範囲内で変化する。この周波数変化量Δｆは、通常の状態では、最大で±１５ｋＨｚ程度である。従って、ダウンコンバータ１４１により中間周波数帯に変換された受信電波信号からベースバンド信号を抽出する際にＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂから出力する中間周波数ＩＦ１、ＩＦ２のローカル周波数信号も、中間周波数ＩＦ０からの周波数変化量Δｆを同じ範囲で変化させて受信周波数を特定する必要がある。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による演算を行わせることで探索動作を繰り返さなければならない。
【００５１】
そこで、本実施形態の衛星電波受信装置１では、先ず、一度目の探索動作として、±１５ｋＨｚの範囲内（第１の周波数範囲）において５００Ｈｚの周波数間隔（第１の周波数間隔）で１衛星当たり６０回の探索を行う。そして、最大のＳ／Ｎ値が得られたＣ／Ａコード、および、周波数に基づき、二度目の探索動作として、当該Ｃ／Ａコードにおいて当該周波数を中心とした±５００Ｈｚ程度の範囲内（第２の周波数範囲）で周波数変化量Δｆを１００Ｈｚ間隔（第２の周波数間隔）として再度探索を行うことにより、受信周波数を特定する。
【００５２】
次に、捕捉エンジン１５１を用いた衛星電波の検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。
【００５３】
図５は、全てのＧＰＳ衛星、及び、設定されたすべての周波数範囲に亘ってＧＰＳ衛星からの電波の探索を行う検索処理において、コントローラ１５６のＣＰＵが実行する制御処理の手順を示したフローチャートである。また、図６は、図５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。また、図７は、検索処理内でメモリ１５７に記憶されるデータの配列パターンを示した図である。
【００５４】
検索処理が開始されると、コントローラ１５６のＣＰＵは、先ず、捕捉エンジン１５１における演算設定を１２ビット分解能、４衛星同時サーチとする（ステップＳ１）。具体的には、ＣＰＵは、スイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆ、積分部１５１２ｂ、および、ＮＣＯ１５３ｂをオフし、また、積分部１５１２ａからシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにそれぞれ１２ビットのデータを出力させるように設定する。
【００５５】
次に、ＣＰＵは、初期値として周波数チャンネルｃｈを「−１５０」に設定し、また、衛星識別番号ｎを「１」に設定する（ステップＳ２）。
【００５６】
ＣＰＵは、逆拡散コード生成部１５４に検出衛星番号として衛星識別番号ｎ〜ｎ＋３を順番に入力し、衛星識別番号ｎ〜ｎ＋３に対応するＧＰＳ衛星におけるＣ／Ａコードを生成して、それぞれＲＡＭ１５１３ｃに記憶させる（ステップＳ３）。また、ＣＰＵは、設定された周波数チャンネルｃｈをＮＣＯ１５３ａへ入力するオフセット値として設定する（ステップＳ４）。
【００５７】
ステップＳ１〜Ｓ４における変数の設定が完了すると、コントローラ１５６のＣＰＵ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一度目の検出動作を行う（ステップＳ５）。この検出動作処理では、図６に示すように、ＣＰＵは、先ず、捕捉エンジン１５１全体に動作クロックを供給し、ミキサ１５１１ａおよび積分部１５１２ａで算出された１２ビットのＩ相データをシフトレジスタ１５１３ａへ順番に格納させ、また、ミキサ１５１１ｂ及び積分部１５１２ａで算出された１２ビットのＱ相データをシフトレジスタ１５１３ｂへ順番に格納させる。シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂのすべてのレジスタに１２ビットデータが格納されると、ＣＰＵは、次のＩ相データ、Ｑ相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１５１３ｄを操作して衛星識別番号ｎ〜ｎ＋３に対応するＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードを順番に乗算器群１５１３ｅ、１５１３ｆへ出力させる。そして、これらのＣ／Ａコードデータとシフトレジスタ１５１３ａのＩ相データおよびシフトレジスタ１５１３ｂのＱ相データとにより演算処理が行われ、二乗回路１５１４ａ、１５１４ｂで相関値が算出されると、ＣＰＵは、この相関値の出力を順番に周波数チャンネルｃｈ＝−１５０、位相Ｐ＝０の値としてメモリ１５７に記憶させる。
【００５８】
それから、コントローラ１５６のＣＰＵは、Ｉ相データおよびＱ相データがシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにそれぞれ入力されて位相Ｐが変化するごとにセレクタ１５１３ｄを動作させて、衛星識別番号ｎ〜ｎ＋３に対応するＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードを順番に乗算器群１５１３ｅ、１５１３ｆへ出力させる。そして、演算処理が行われて二乗回路１５１４ａ、１５１４ｂで相関値が算出されると、ＣＰＵは、二乗回路１５１４ａ、１５１４ｂから出力された相関値をメモリ１５７における当該位相Ｐのアドレスへ順番に記憶させていく。図７（ａ）に示すように、求められた相関値は、Ｃ／Ａコードの位相Ｐ、受信周波数Ｆ（即ち、受信チャンネルｃｈ）、および、衛星識別番号ｎ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アドレスに記憶される。
【００５９】
全２０４６位相の相関値がメモリ１５７に記憶されると（ステップＳ４１）、ＣＰＵは、同一の周波数チャンネルｃｈにおける最大の相関値を取得する（ステップＳ４２）。続いて、ＣＰＵは、この周波数チャンネルｃｈにおける最大値以外の相関値の平均値を求めて、ノイズレベルを算出する（ステップＳ４３）。そして、ＣＰＵは、ステップＳ４２の処理で取得された最大の相関値と、ステップＳ４３の処理で算出されたノイズレベルの相関値との比を算出してＳ／Ｎ値とする（ステップＳ４４）。それから、ＣＰＵの処理は、検索処理に戻る。
【００６０】
ＣＰＵの処理が検索処理に復帰すると、ＣＰＵは、先ず、検出動作処理で求められたＳ／Ｎ値および最大のＳ／Ｎ値が取得された衛星識別番号ｎをメモリ１５７に記憶させる（ステップＳ６）。図７（ｂ）に示すように、検出動作処理が行われた周波数チャンネルｃｈ、衛星識別番号ｎ、Ｓ／Ｎ値がテーブルに記憶される。
【００６１】
次に、ＣＰＵは、周波数チャンネルｃｈに５を加算する（ステップＳ７）。ＣＰＵは、新たな周波数チャンネルｃｈが「１５５」であるか否かを判別する（ステップＳ８）。周波数チャンネルｃｈが「１５５」ではないと判別された場合には、“ＮＯ”に分岐し、ＣＰＵの処理はステップＳ４に戻って、新たに設定された周波数チャンネルｃｈにおける相関値の算出処理を行う（ステップＳ４〜Ｓ７）。即ち、一度目の検出動作では、中間周波数ＩＦ０に対して±１５ｋＨｚの範囲において、５００Ｈｚの周波数間隔で相関値の算出が行われる。
【００６２】
一方、ステップＳ８の判別処理において、周波数チャンネルｃｈが「１５５」であると判別された場合には、ＣＰＵの処理は、“ＹＥＳ”に分岐する。ＣＰＵは、周波数チャンネルｃｈを初期化して「−１５０」に戻すと共に、衛星識別番号ｎに４を加算する（ステップＳ９）。
【００６３】
ＣＰＵは、ステップＳ９の処理で新たに設定された衛星識別番号ｎが「３３」であるか否かを判別する（ステップＳ１０）。衛星識別番号ｎが「３３」ではないと判別された場合には、ＣＰＵの処理は、ステップＳ３へ戻り、検出衛星番号として新たに設定された衛星識別番号ｎ〜ｎ＋３に対応するＧＰＳ衛星について、相関値を取得する処理を繰り返す（ステップＳ３〜Ｓ７）。
【００６４】
ステップＳ１０の判別処理で、衛星識別番号ｎが「３３」であると判別された場合には、ＣＰＵの処理は、ステップＳ１１へ移行する。ＣＰＵは、図７（ｂ）に示したメモリ１５７のテーブルに記憶されたＳ／Ｎ値の中から最大値を検索し、当該最大値における衛星識別番号ｎを一次検出衛星識別番号ｎ１として設定し、また、周波数チャンネルｃｈの値を一次検出チャンネルｃｈ１として設定する。
【００６５】
ステップＳ１１の処理により一度目の探索が終了すると、コントローラ１５６のＣＰＵは、二度目の探索を開始する。先ず、コントローラ１５６のＣＰＵは、捕捉エンジン１５１における演算設定を６ビット分解能、２周波数同時サーチとする（ステップＳ１２）。具体的には、ＣＰＵは、スイッチ１５１１ｅ、１５１１ｆ、積分部１５１２ｂ、および、ＮＣＯ１５３ｂをオンし、また、積分部１５１２ａ、１５１２ｂからシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂにそれぞれ６ビットずつのデータを並列に出力させるように設定する。
【００６６】
次に、ＣＰＵは、検出衛星番号として一次検出衛星識別番号ｎ１に設定する（ステップＳ１３）。それから、ＣＰＵは、変数ｍを０に設定する（ステップＳ１４）。また、ＣＰＵは、周波数チャンネルｃｈを「ｃｈ１−４＋ｍ」、「ｃｈ１−３＋ｍ」に設定して、これらの設定された周波数チャンネルｃｈをＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂへ入力するオフセット値としてそれぞれ設定する（ステップＳ１５）。
【００６７】
ステップＳ１２〜Ｓ１５の処理で設定が行われると、ＣＰＵは、二度目の検出動作処理を実行する（ステップＳ１６）。この検出動作処理では、図６で示したように、先ず、ＣＰＵは、捕捉エンジン１５１に、一次検出衛星識別番号ｎ１に対応するＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードにより、各位相Ｐにおいて２つの周波数チャンネルｃｈ＝ｃｈ１−４＋ｍ、ｃｈ１−３＋ｍに対して並列的に相関値を算出させる。そして、ＣＰＵは、求められた相関値をメモリ１５７に記憶させる（ステップＳ４１）。この相関値は、メモリ１５７上に周波数チャンネルｃｈおよび位相Ｐの２つの変数によって設定された二次元配列内に記憶される。ここで、求められた相関値を実際に記憶するメモリ１５７上の実アドレスは、相関値を出力する二乗回路１５１４ａ又は１５１４ｂにそれぞれ対応してメモリ１５７ａ又は１５７ｂに設定される。このように、メモリ１５７は、二乗回路１５１４ａ、１５１４ｂの動作タイミングが重なっても平行して書込みが可能に構成されている。
【００６８】
設定された２つの周波数チャンネルにおいて全ての位相Ｐに対して求められた相関値がメモリ１５７に記憶されると、ＣＰＵは、周波数チャンネルｃｈごとに最大の相関値を取得し（ステップＳ４２）、ノイズレベルを計算して（ステップＳ４３）、各周波数チャンネルｃｈにおけるＳ／Ｎ値を算出する（ステップＳ４４）。ステップＳ４２〜Ｓ４４の処理は、ステップＳ５で実行された一度目の検出動作処理における各処理と同様であり、詳しい説明を省略する。それから、ＣＰＵの処理は、検索処理に戻る。
【００６９】
ＣＰＵの処理が検索処理に戻ると、ＣＰＵは、求められた２つのＳ／Ｎ値をテーブルに保存する（ステップＳ１７）。
【００７０】
ＣＰＵは、変数ｍに２を加算する（ステップＳ１８）。それから、ＣＰＵは、この変数ｍの値が１０であるか否かを判別する（ステップＳ１９）。変数ｍが１０でないと判別された場合には、ＣＰＵの処理は、ステップＳ１５に戻り、捕捉エンジン１５１に、新たに設定された受信チャンネルｃｈにおける検出動作を行わせる（ステップＳ１５〜Ｓ１８）。即ち、二度目の検出動作では、一次検出周波数チャンネルｃｈ１に対応する受信周波数に対して−４００Ｈｚ〜＋５００Ｈｚの範囲において、１００Ｈｚの周波数間隔で相関値の算出が行われる。
【００７１】
一方、ステップＳ１９における判別処理で、変数ｍが１０であると判別された場合には、ＣＰＵは、周波数チャンネルｃｈ＝ｃｈ１−４〜ｃｈ１＋５において算出されてメモリ１５７のテーブルに記憶されたＳ／Ｎ値の中で、最大の値が得られた周波数チャンネルｃｈの値を二次検出チャンネルｃｈｍに設定する（ステップＳ２０）。そして、ＣＰＵは、一次検出チャンネルｃｈ１と二次検出チャンネルｃｈｍとが等しいか否かを判別する（ステップＳ２１）。一次検出チャンネルｃｈ１と二次検出チャンネルｃｈｍとが等しくないと判別された場合には、ＣＰＵは、二次検出チャンネルｃｈｍの値を一次検出チャンネルｃｈ１として設定する（ステップＳ２４）。それから、ＣＰＵの処理はステップＳ１４に戻って、ＣＰＵは、新たな一次検出チャンネルｃｈ１に基づいて二度目の探索に係る各処理を繰り返す（ステップＳ１４〜Ｓ２０）。
なお、このステップＳ２１の判別処理およびステップＳ２４の処理と再探索は、行わないこととしてもよい。
【００７２】
ステップＳ２１の判別処理で、一次検出チャンネルｃｈ１と二次検出チャンネルｃｈｍとが等しいと判別された場合には、この検索結果をメモリ１５７のテーブルに保存し（ステップＳ２２）、二次検出チャンネルｃｈｍをキャリア周波数として特定して（ステップＳ２３）、検索処理を終了する。
【００７３】
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、受信したＬ１帯の受信電波信号からＧＰＳ衛星の衛星信号を検出する捕捉エンジン１５１を備え、捕捉エンジン１５１は、先ず、コントローラ１５６が±１５ｋＨｚの周波数範囲に亘り５００Ｈｚ間隔で順番に設定した受信周波数の受信信号を１２ビットのデジタルデータとして取得して、当該デジタルデータから各ＧＰＳ衛星からの衛星信号を検出するための演算を行う。そして、衛星信号が検出された場合には、続いて、コントローラ１５６が同時に２つの受信周波数を１００Ｈｚ間隔で順番に設定していき、捕捉エンジン１５１は、これら２つの受信周波数の受信信号を６ビットのデジタルデータとして各々取得して、これら２つの受信周波数に係るデジタルデータから並列的に衛星信号を検出するための演算を行う。そして、コントローラ１５６は、この演算結果に基づいて衛星信号の受信周波数を特定する。従って、従来、衛星信号の捕捉処理において時間を要していた受信周波数の探索時間を短縮することが出来る。また、探索時間を短縮することにより、受信動作時間を短縮させることができ、電力消費を低減させることができる。また、１度目の探索結果に基づいて２度目の探索の際に取得するデジタルデータのダイナミックレンジを縮小して必要なデータの記憶にビット数を減らすことができるので、複数の受信周波数データを同時に記憶するための記憶容量の増加を抑えることができ、従って、探索の高速化に伴う衛星電波受信装置１のサイズの増加を抑えることができる。
【００７４】
また、特に、１度目の探索の際に１２ビットデジタルデータを取得し、２度目の探索の際に２周波数に対してそれぞれ６ビットデジタルデータを取得することで、必要なシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂの記憶容量を同一とすることができ、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂのサイズを変化させることなく短時間で衛星信号の受信周波数を特定することが出来る。
【００７５】
また、捕捉エンジン１５１における衛星信号の探索は、中間周波数生成部１５３のＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂへの入力値に基づいて設定される受信周波数のベースバンド信号と、測位衛星において衛星信号をスペクトル拡散変調するＣ／Ａコードとの相関値を求めることにより行うので、安定的且つ容易に周波数を制御しながら迅速に衛星信号の探索を行うことが出来る。
【００７６】
また、ベースバンド信号とＣ／Ａコードとの相関値は、１２ビットデジタルデータを入力可能なマッチドフィルタ（相関器１５１３）によって求められる。そして、このマッチドフィルタは、２度目の探索の際に２つの受信周波数に係る６ビットデジタルデータを並列的に入力して、それぞれＣ／Ａコードとの相関値を求めることが可能な構成なので、全位相における相関値の算出が高速化されると共に、マッチドフィルタのサイズを変化させること無く２周波数の入力データに対する相関値の算出を並列的に行うことが出来る。
【００７７】
また、ダウンコンバータ１４１で中間周波数帯に変換された受信電波信号からベースバンド信号を取得するための中間周波数生成部１５３は、ＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂを２つ独立に備え、各々異なる周波数信号を出力して、中間周波数帯の受信電波信号と混合させることで、マッチドフィルタに対し容易に２つの受信周波数のベースバンド信号を並列的に入力させることができる。また、ＮＣＯ１５３ａ、１５３ｂは、マッチドフィルタのシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂに比較して十分にサイズが小さいので、並列化によってもサイズの増大にはほとんど影響しない。
【００７８】
また、２度目の探索の際には、１度目の探索と同様にデジタル変換された１２ビットデータから上位６ビットを選択してシフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂへ入力させることとするので、ＡＤＣ１４３、Ｉ／Ｑ変換部１５１１や積分回路１５１２ａ、１５１２ｂの構成を変更することなく容易に入力ビット数の変換を行うことが出来る。
【００７９】
また、２度目の探索の際には、１度目の探索の際に衛星信号が検出された周波数の上下±５００Ｈｚ程度の範囲でのみ探索を行うので、２度目の探索時間を更に短縮することが出来る。
【００８０】
また、２度目の探索の際に捕捉エンジン１５１で並列的に算出され、二乗回路１５１４ａ、１５１４ｂから出力される相関値は、それぞれ独立したメモリ１５７ａ、１５７ｂに記憶されるので、二乗回路１５１４ａ、１５１４ｂからの出力タイミングが重なってもメモリへの書込みタイミングが遅延する心配が無い。
【００８１】
また、１度目の探索においては、ＲＡＭ１５１３ｃとセレクタ１５１３ｄとを用いて複数のＧＰＳ衛星からの衛星信号を並列的に検出可能であり、２度目の探索においては、検出された衛星信号のうち、最も受信強度の高いＧＰＳ衛星からの衛星信号についてのみ検出を行って受信周波数を特定するので、不要なＧＰＳ衛星からの衛星信号の探索処理を行わないことによる探索処理の時間短縮を図ることが出来る。
【００８２】
また、複数衛星の受信データが必要な場合には、１度目の探索処理において検出された衛星信号を送信したＧＰＳ衛星に対してのみ２度目の探索処理を行うこととすることも可能であるので、不要なＧＰＳ衛星からの衛星信号の探索処理を行わないことによる探索処理の時間短縮を図ることが出来る。
【００８３】
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、相関器１５１３において１２ビットデータを取得、演算して１度目の探索を行い、２周波数の６ビットデータを取得、演算して２度目の探索を行ったが、取得データは、この組み合わせに限られない。例えば、１度目の探索が１６ビットデータの演算により行われ、２度目の探索が８ビットデータの演算によって行われるものとしてもよい。また、２度目の探索は、３周波数の４ビットデータを用いた演算により行われることとしてもよい。この場合には、ＮＣＯ、捕捉エンジン１５１の各演算処理部、及び、メモリ１５７をそれぞれ３系統備える必要がなる。また、上記１度目の探索におけるデジタルデータのビット数と、２度目の探索において並列に処理されるデジタルデータの合計ビット数とは、同一に限られない。１度目のビット数と２度目の合計ビット数が異なる場合には、１度目の探索或いは２度目の探索の何れかに余分なビット数が生じるが、例えば１度目の探索においては１２ビットのデータを用い、２度目の探索においては２周波数で８ビットデータを用い、シフトレジスタ１５１３ａ、１５１３ｂには１６ビット格納可能とすることでも、単純に１２ビットの入力を２系統用意するよりも記憶容量の増加を抑えることができ、即ち、シフトレジスタのサイズの大型化を抑えることができる。
【００８４】
また、上記実施の形態では、１２ビットデータのうち上位６ビットを取得することとしたが、これに限られない。例えば、１度目の探索で取得された最大の相関値を表現可能な６ビットを取得することとしてもよい。
【００８５】
また、上記実施の形態では、予め決定されたビット数及び周波数の数に分割されたが、１度目の探索結果のダイナミックレンジなどに基づいて分割方法を可変とすることとしてもよい。
【００８６】
また、上記実施の形態では、もっとも受信強度の高かった位置衛星の受信周波数のみ特定したが、現在位置の算出などを行う場合に複数衛星からの衛星信号を取得する必要がある場合には、検出された複数の衛星の受信周波数を特定することとしてもよい。
その他、上記実施の形態で示した具体的な構成の配置や受信周波数の設定間隔および範囲といった数値などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００８７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
【００８８】
［付記］
＜請求項１＞
測位衛星から電波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、
前記衛星信号の送信周波数を含む周波数帯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受信電波信号から前記衛星信号を検出するための所定の演算を予め定められた２以上の所定数の受信周波数に対して並列的に実行可能な検出演算手段と、
第１の周波数範囲に亘り第１の周波数間隔で順番に一の受信周波数を設定して、前記検出演算手段に当該受信周波数の信号を第１のビット数のデジタルデータとして取得させ、当該デジタルデータによる前記所定の演算結果に基づいて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前記衛星信号が検出された場合に、前記第１の周波数間隔より狭い第２の周波数間隔で順番に前記所定数個ずつ受信周波数を設定し、前記検出演算手段に当該受信周波数の信号を前記第１のビット数より小さい第２のビット数のデジタルデータとして各々取得させ、当該所定数個のデジタルデータにより並列的に行われる前記所定の演算結果に基づいて前記衛星信号の受信周波数を特定する特定手段と、
を備えることを特徴とする衛星電波受信装置。
＜請求項２＞
前記第２のビット数は、前記第１のビット数を前記所定数で除した値である
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＞
前記検出演算手段は、設定された受信周波数のベースバンド信号を取得し、当該ベースバンド信号と、前記測位衛星において前記衛星信号をスペクトル拡散変調する拡散コードとの相関を求める
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項４＞
前記検出演算手段は、前記ベースバンド信号と前記拡散コードとの相関を求めるマッチドフィルタを備え、
当該マッチドフィルタは、前記第２のビット数のデジタルデータを前記予め定められた複数並列的に入力し、各々前記拡散コードとの相関を求めることが可能な構成である
ことを特徴とする請求項３に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項５＞
設定された前記予め定められた複数の異なる周波数信号を出力するローカル周波数発振手段を備え、
前記検出演算手段は、当該ローカル周波数発振手段から出力される周波数信号の各々に前記受信電波信号を混合することにより、異なる受信周波数の前記ベースバンド信号を並列的に取得する
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項６＞
前記第２のビット数のデジタルデータは、前記第１のビット数のデジタルデータのうち、当該第２のビット数分の上位ビットデータである
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項７＞
前記特定手段は、前記捕捉手段により前記衛星信号が検出された場合に、当該衛星信号が検出された検出周波数を含み、前記第１の周波数範囲より狭い第２の周波数範囲に亘り、前記所定数個ずつ順番に受信周波数を設定する
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項８＞
前記検出演算手段により前記所定数個の受信周波数に対して並列に相関が求められる場合に、当該並列に求められた相関値が各々独立に記憶される演算結果記憶手段
を備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項９＞
前記捕捉手段は、複数の前記測位衛星からの前記衛星信号を並列的に検出可能であり、前記特定手段は、前記捕捉手段により複数の前記測位衛星からの前記衛星信号が検出された場合には、当該検出された前記衛星信号のうち、最も受信強度の高い前記測位衛星からの前記衛星信号の受信周波数を特定する
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項１０＞
前記捕捉手段は、複数の前記測位衛星からの前記衛星信号を並列的に検出可能であり、前記特定手段は、前記捕捉手段により複数の前記測位衛星からの前記衛星信号が検出された場合には、当該検出された前記測位衛星からの前記衛星信号の受信周波数を各々特定する
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
【符号の説明】
【００８９】
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〜１５１１ｄ ミキサ
１５１１ｅ、１５１１ｆ スイッチ
１５１２a、１５１２ｂ 積分部
１５１３ 相関器
１５１３ａ、１５１３ｂ シフトレジスタ
１５１３ｃ ＲＡＭ
１５１３ｄ セレクタ
１５１３ｅ、１５１３ｆ 乗算器群
１５１３ｇ〜１５１３ｊ 加算器
１５１４ａ、１５１４ｂ 二乗回路
１５２ 追尾エンジン
１５３ 中間周波数生成部
１５３ａ、１５３ｂ ＮＣＯ
１５３１、１５３２ 加算器
１５３３ レジスタ
１５３４ ＣＯＳ＿ＲＯＭ
１５３５ ＳＩＮ＿ＲＯＭ
１５４ 逆拡散コード生成部
１５５ 演算処理部
１５６ コントローラ
１５７ メモリ
１５７ａ、１５７ｂ メモリ
ＡＮＴ 受信アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位衛星から電波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、
前記衛星信号の送信周波数を含む周波数帯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受信電波信号から前記衛星信号を検出するための所定の演算を予め定められた２以上の所定数の受信周波数に対して並列的に実行可能な検出演算手段と、
第１の周波数範囲に亘り第１の周波数間隔で順番に一の受信周波数を設定して、前記検出演算手段に当該受信周波数の信号を第１のビット数のデジタルデータとして取得させ、当該デジタルデータによる前記所定の演算結果に基づいて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前記衛星信号が検出された場合に、前記第１の周波数間隔より狭い第２の周波数間隔で順番に前記所定数個ずつ受信周波数を設定し、前記検出演算手段に当該受信周波数の信号を前記第１のビット数より小さい第２のビット数のデジタルデータとして各々取得させ、当該所定数個のデジタルデータにより並列的に行われる前記所定の演算結果に基づいて前記衛星信号の受信周波数を特定する特定手段と、
を備えることを特徴とする衛星電波受信装置。
【請求項２】
前記第２のビット数は、前記第１のビット数を前記所定数で除した値である
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】
前記検出演算手段は、設定された受信周波数のベースバンド信号を取得し、当該ベースバンド信号と、前記測位衛星において前記衛星信号をスペクトル拡散変調する拡散コードとの相関を求める
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の衛星電波受信装置。
【請求項４】
前記検出演算手段は、前記ベースバンド信号と前記拡散コードとの相関を求めるマッチドフィルタを備え、
当該マッチドフィルタは、前記第２のビット数のデジタルデータを前記予め定められた複数並列的に入力し、各々前記拡散コードとの相関を求めることが可能な構成である
ことを特徴とする請求項３に記載の衛星電波受信装置。
【請求項５】
設定された前記予め定められた複数の異なる周波数信号を出力するローカル周波数発振手段を備え、
前記検出演算手段は、当該ローカル周波数発振手段から出力される周波数信号の各々に前記受信電波信号を混合することにより、異なる受信周波数の前記ベースバンド信号を並列的に取得する
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の衛星電波受信装置。
【請求項６】
前記第２のビット数のデジタルデータは、前記第１のビット数のデジタルデータのうち、当該第２のビット数分の上位ビットデータである
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
【請求項７】
前記特定手段は、前記捕捉手段により前記衛星信号が検出された場合に、当該衛星信号が検出された検出周波数を含み、前記第１の周波数範囲より狭い第２の周波数範囲に亘り、前記所定数個ずつ順番に受信周波数を設定する
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
【請求項８】
前記検出演算手段により前記所定数個の受信周波数に対して並列に相関が求められる場合に、当該並列に求められた相関値が各々独立に記憶される演算結果記憶手段
を備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
【請求項９】
前記捕捉手段は、複数の前記測位衛星からの前記衛星信号を並列的に検出可能であり、前記特定手段は、前記捕捉手段により複数の前記測位衛星からの前記衛星信号が検出された場合には、当該検出された前記衛星信号のうち、最も受信強度の高い前記測位衛星からの前記衛星信号の受信周波数を特定する
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
【請求項１０】
前記捕捉手段は、複数の前記測位衛星からの前記衛星信号を並列的に検出可能であり、前記特定手段は、前記捕捉手段により複数の前記測位衛星からの前記衛星信号が検出された場合には、当該検出された前記測位衛星からの前記衛星信号の受信周波数を各々特定する
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
【請求項１】
測位衛星から電波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、
前記衛星信号の送信周波数を含む周波数帯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受信電波信号から前記衛星信号を検出するための所定の演算を予め定められた２以上の所定数の受信周波数に対して並列的に実行可能な検出演算手段と、
第１の周波数範囲に亘り第１の周波数間隔で順番に一の受信周波数を設定して、前記検出演算手段に当該受信周波数の信号を第１のビット数のデジタルデータとして取得させ、当該デジタルデータによる前記所定の演算結果に基づいて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前記衛星信号が検出された場合に、前記第１の周波数間隔より狭い第２の周波数間隔で順番に前記所定数個ずつ受信周波数を設定し、前記検出演算手段に当該受信周波数の信号を前記第１のビット数より小さい第２のビット数のデジタルデータとして各々取得させ、当該所定数個のデジタルデータにより並列的に行われる前記所定の演算結果に基づいて前記衛星信号の受信周波数を特定する特定手段と、
を備えることを特徴とする衛星電波受信装置。
【請求項２】
前記第２のビット数は、前記第１のビット数を前記所定数で除した値である
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】
前記検出演算手段は、設定された受信周波数のベースバンド信号を取得し、当該ベースバンド信号と、前記測位衛星において前記衛星信号をスペクトル拡散変調する拡散コードとの相関を求める
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の衛星電波受信装置。
【請求項４】
前記検出演算手段は、前記ベースバンド信号と前記拡散コードとの相関を求めるマッチドフィルタを備え、
当該マッチドフィルタは、前記第２のビット数のデジタルデータを前記予め定められた複数並列的に入力し、各々前記拡散コードとの相関を求めることが可能な構成である
ことを特徴とする請求項３に記載の衛星電波受信装置。
【請求項５】
設定された前記予め定められた複数の異なる周波数信号を出力するローカル周波数発振手段を備え、
前記検出演算手段は、当該ローカル周波数発振手段から出力される周波数信号の各々に前記受信電波信号を混合することにより、異なる受信周波数の前記ベースバンド信号を並列的に取得する
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の衛星電波受信装置。
【請求項６】
前記第２のビット数のデジタルデータは、前記第１のビット数のデジタルデータのうち、当該第２のビット数分の上位ビットデータである
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
【請求項７】
前記特定手段は、前記捕捉手段により前記衛星信号が検出された場合に、当該衛星信号が検出された検出周波数を含み、前記第１の周波数範囲より狭い第２の周波数範囲に亘り、前記所定数個ずつ順番に受信周波数を設定する
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
【請求項８】
前記検出演算手段により前記所定数個の受信周波数に対して並列に相関が求められる場合に、当該並列に求められた相関値が各々独立に記憶される演算結果記憶手段
を備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
【請求項９】
前記捕捉手段は、複数の前記測位衛星からの前記衛星信号を並列的に検出可能であり、前記特定手段は、前記捕捉手段により複数の前記測位衛星からの前記衛星信号が検出された場合には、当該検出された前記衛星信号のうち、最も受信強度の高い前記測位衛星からの前記衛星信号の受信周波数を特定する
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
【請求項１０】
前記捕捉手段は、複数の前記測位衛星からの前記衛星信号を並列的に検出可能であり、前記特定手段は、前記捕捉手段により複数の前記測位衛星からの前記衛星信号が検出された場合には、当該検出された前記測位衛星からの前記衛星信号の受信周波数を各々特定する
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の衛星電波受信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１７７６３６（Ｐ２０１２−１７７６３６Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４１１６５（Ｐ２０１１−４１１６５）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【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９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【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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