ＧＮＳＳ受信装置および測位装置
【課題】ＢＯＣ信号を用いた場合にコード初期値が取り得るコード位相差値の範囲を広くすることができるＧＮＳＳ受信装置を実現する。
【解決手段】コード位相差検出部２５０は、Ｅ相関値とＬ相関値との和からＥ＋Ｌ相関値を算出する。コード位相差検出部２５０は、Ｅ＋Ｌ相関値に定数Ｋを乗算してＰ相関値に加算することで相関係数を設定する。コード位相差検出部２５０は、設定した相関係数を、Ｅ相関値とＬ相関値との差分からなるＥ−Ｌ相関値に乗算することで、ドットプロダクト演算値を算出する。この際、Ｅ相関値の元となるEarlyコード信号およびＬ相関値の元となるLateコード信号を決める位相差τ２、および定数Ｋは、Ｐ相関特性の負値領域をＥ相関値およびＬ相関値の正値領域で補正して正値方向へ拡張するような値に設定される。
【解決手段】コード位相差検出部２５０は、Ｅ相関値とＬ相関値との和からＥ＋Ｌ相関値を算出する。コード位相差検出部２５０は、Ｅ＋Ｌ相関値に定数Ｋを乗算してＰ相関値に加算することで相関係数を設定する。コード位相差検出部２５０は、設定した相関係数を、Ｅ相関値とＬ相関値との差分からなるＥ−Ｌ相関値に乗算することで、ドットプロダクト演算値を算出する。この際、Ｅ相関値の元となるEarlyコード信号およびＬ相関値の元となるLateコード信号を決める位相差τ２、および定数Ｋは、Ｐ相関特性の負値領域をＥ相関値およびＬ相関値の正値領域で補正して正値方向へ拡張するような値に設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定周波数のキャリア信号に対して擬似雑音コード（ＰＮコード）およびバイナリオフセットキャリア（ＢＯＣ）信号でスペクトル拡散を行った測位信号を受信するＧＮＳＳ受信装置および該ＧＮＳＳ受信装置を備える測位装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System；全世界的航法衛星システム）に用いるＧＮＳＳ測位装置では、所定周波数のキャリア信号を擬似雑音コード（ＰＮコード）等によりスペクトル拡散させた測位信号を受信して復調する。このようなＧＮＳＳ測位装置の復調部は、一般的にＤＬＬ回路を備え、ＰＮコードに基づくレプリカコードを生成し、受信した測位信号（受信信号）と、当該レプリカコードとの相関処理を行い、相関処理結果に基づくコード位相差を利用して、ＰＮコードの捕捉および追尾を行っている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
そして、このようなＰＮコードの捕捉、ロックおよび追尾には、一般的にドットプロダクト方式が用いられている。ドットプロダクト方式を用いた復調部では、コード制御データに基づいてレプリカコードを生成し、当該レプリカコードから互いに異なる位相で生成された三つのEarlyコード、Promptコード、Lateコードを用いる。ここで、Promptコードはコード制御データから得られる目的とするタイミングのコードであり、EarlyコードはPromptコードよりも所定位相進んだ位相のコードであり、LateコードはPromptコードよりも所定位相遅れた位相のコードである。復調部は、これら三つのコードと受信信号との相関処理を行い、Earlyコードと受信信号との相関処理結果であるＥ相関値、Promptコードと受信信号との相関処理結果であるＰ相関値、Lateコードと受信信号との相関処理結果であるＬ相関値とを取得する。復調部は、Ｅ相関値とＬ相関値との差分値であるＥ−Ｌ相関値を算出し、該Ｅ−Ｌ相関値とＰ相関値と乗算値からコード位相差を算出する。このような演算処理を行うことで、例えば、従来のＧＰＳのＬ１波（Ｃ／Ａコード）に用いる復調部では、図５に示すような相関特性が得られる。
【０００４】
図５は、Earlyコード、Promptコード、Lateコード間のコード位相差を０．１chipとした場合の従来のＬ１波（Ｃ／Ａコード）を用いたコード相関特性を示す図である。図５（Ａ）はＥ相関値、Ｐ相関値、Ｌ相関値の各特性を示し、図５（Ｂ）はＥ−Ｌ相関特性を示し、図５（Ｃ）はドットプロダクト演算値（ＤＰ演算値）の特性を示す。ここでは、現実的な処理で利用するＩ，Ｑ信号のことを省略して概念的に単純化した、ＤＰ演算値＝Ｅ−Ｌ相関値／Ｐ相関値から得られるものとする。
【０００５】
そして、コードをロックさせる場合、コード位相差が「０」になるように、すなわちＰ相関値が極大値となるようにすれば良く、これはＤＰ演算値がコード位相差の増加する方向に対して相関値が正から負方向へ変化しながらゼロクロスさせるように、もしくはコード位相差の減少する方向に対して相関値が負から正方向へ変化しながらゼロクロスさせるようにコード制御データを設定すればよい。
【０００６】
一方で、このようなドットプロダクト方式の場合、ＤＰ演算値がコード位相差の増加する方向に対して相関値が負から正方向へ変化しながらゼロクロスするタイミングやコード位相差の減少する方向に対して相関値が正から負方向へ変化しながらゼロクロスするタイミングでは、発散点となり、コードのロックに利用することができない。したがって、図５に示すように、従来のＬ１波（Ｃ／Ａコード）でコードをロックするためには、±１．０chipの範囲内に捕捉後のコード初期値が与えられればよい。
【特許文献１】特開２００７−２０８９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＧＮＳＳの一種であるGalileoシステムでは、キャリア信号に対して、上述のＰＮコードと当該ＰＮコードの１chipよりも短い周期で反転を繰り返すサブキャリアとを重畳することでスペクトル拡散を行っている。このようなスペクトル拡散が行われた信号は、一般にＢＯＣ（バイナリオフセットキャリア）信号と呼ばれており、特に、Galileoシステムでは、ＰＮコードの１chipの半分の周期のサブキャリアが用いられており、ＢＯＣ（１，１）信号と呼ばれている。図６は、ＰＮコード、サブキャリア、ＢＯＣ（１，１）信号の波形を示す図である。
【０００８】
このようなＢＯＣ（１，１）信号を用いた場合、従来のドットプロダクト方式をそのまま用いると、以下に示す問題が発生する。
【０００９】
図７（Ａ）はＢＯＣ（１，１）信号のコード相関特性とサブキャリアを用いないＧＰＳのＬ１Ｃ／Ａコードの相関特性とのPromptコードでの関係を示し、図７（Ｂ）はEarlyコード、Promptコード、Lateコード間のコード位相差を０．１chipとした場合のＢＯＣ（１，１）信号を用いたコード相関特性を示す図である。さらに、図７（Ｃ）はＢＯＣ（１，１）信号のE-L相関特性を示し、図７（Ｄ）はＢＯＣ（１，１）信号の従来のドットプロダクト演算値（DP演算値）の特性を示す。
【００１０】
図７（Ａ）に示すように、ＢＯＣ（１，１）信号のＰ相関値は、コード位相差０の位置を正の極大とするメインローブを有し、コード位相差＋０．５chipおよび−０．５chipの位置を負の極大とする二つのサイドローブを有する。
【００１１】
このため、ＢＯＣ（１，１）信号のＰコード相関値では、コード位相差０を挟む正負の方向にそれぞれ１chipのコード位相差範囲（サブキャリアを利用しない場合のコード相関特性においてゼロクロスが発生しない範囲）内において、二回のゼロクロス点が発生する。このゼロクロス点は、コード位相差０を中心にして±０．３３chipのコード位相差位置となる。この場合、コード相関特性は、コード位相差０を中心にした±０．３３chipの範囲内で正値になり、これ以外の範囲（−１．０〜−０．３３chip，＋０．３３chip〜＋１．０chip）で負値となる。
【００１２】
このようなコード相関特性を有するＢＯＣ（１，１）信号において、コード位相差を０．１chipとして、図７（Ｂ）に示すEarlyコード、Promptコード、Lateコードを生成した場合、図７（Ｃ）に示すＥ−Ｌ相関特性となる。そして、このＥ−Ｌ相関特性に基づくＥ−Ｌ相関値とＰ相関値とを用いて、従来のＤＰ演算値を算出すると、図７（Ｄ）に示すＤＰ演算値の特性となる。
【００１３】
ＢＯＣ（１，１）信号を用いた場合、上述のようにコード相関特性がＰＮコードの２chip範囲内で二度反転するので、図７（Ｄ）に示すように、従来方式のＤＰ演算値を用いると、発散点となるゼロクロス点が、−１．０chip位置および＋１．０chip位置にならず、よりコード位相差０に近い−０．３３chip位置および＋０．３３chip位置になる。このため、±０．３３chipの範囲内に捕捉後のコード初期値が入っていなければ、目的とするメインローブへコードをロックさせることができず、二つのサイドローブの何れかにロックしてしまう。特に、受信環境によりＣ／Ｎｏが低い場合にはメインローブとサイドローブとのピーク値の差がなくなってくるので、従来のように０．５chip毎の相関レベルを観測しながら捕捉を行うと、サイドローブにロックする範囲内に捕捉後のコード初期値が入ってしまい、サイドローブへのロックである所謂「False Lock」が生じる可能性が高くなる。一方、捕捉時点での相関レベルの観測のチップ間隔を狭くすれば、「False Lock」の生じる可能性は低くなるが、「False Lock」を完全に防止することは難しく、捕捉時間も長くなり、実用的ではなくなる。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、バイナリオフセットキャリアを用いても「Fasle Lock」を防止することができるＧＮＳＳ受信装置およびこれを備える測位装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、擬似雑音コードとサブキャリアとによって変調されている測位信号を受信するＧＮＳＳ受信装置に関するものである。そして、このＧＮＳＳ受信装置は、レプリカコード生成部、相関処理部、およびコード位相差検出部を備える。レプリカコード生成部は、互いに位相が異なるアーリレプリカコード、プロンプトレプリカコード、およびレイトレプリカコードを生成する。相関処理部は、受信した測位信号とアーリレプリカコードとの相関値であるＥ相関値、受信した測位信号とプロンプトレプリカコードとの相関値であるＰ相関値、および、受信した測位信号とレイトレプリカコードとの相関値であるＬ相関値、を算出する。コード位相差検出部は、Ｅ相関値とＬ相関値との加算値であるＥ＋Ｌ相関値、Ｅ相関値とＬ相関値との差分値であるＥ−Ｌ相関値およびＰ相関値に基づいて、受信した測位信号とプロンプトレプリカコードとのコード位相差を検出する。
【００１６】
また、この発明のＧＮＳＳ受信装置のコード位相差検出部は、Ｅ＋Ｌ相関値の定数倍値とＰ相関値との加算値にＥ−Ｌ相関値を乗算することでコード位相差を検出する。
【００１７】
さらに、この発明のＧＮＳＳ受信装置のレプリカコード生成部は、Ｐ相関値が負となるコード位相差において、Ｅ＋Ｌ相関値が正となるようにアーリレプリカコードおよびレイトレプリカコードを生成する。
【００１８】
このような構成では、コード位相差領域の０近傍におけるＰ相関値が負値の領域でＥ＋Ｌ相関値が正値となり、さらにＥ＋Ｌ相関値の定数倍値とＰ相関値とが加算されることで、これらの加算値からなる相関係数は、元のＰ相関値と比較して正方向へ大きくなる。したがって、当該相関係数をＥ−Ｌ相関値に乗算すれば、乗算後の相関値すなわち本願方法による新たなドットプロダクト演算値の特性は、（Ｅ−Ｌ）／Ｐ相関値の特性よりも、発散点間の相関値が正値を取る範囲が広くなる（図４参照）。
【００１９】
また、この発明のＧＮＳＳ受信装置のレプリカコード生成部は、互いに位相が異なる第１アーリレプリカコード、第２アーリレプリカコード、第１レイトレプリカコード、および第２レイトレプリカコードを生成する。コード位相差検出部は、第１アーリレプリカコードと第１レイトレプリカコードとに基づいてＥ−Ｌ相関値を算出し、第２アーリレプリカコードと第２レイトレプリカコードとに基づいてＥ＋Ｌ相関値を算出する。
【００２０】
この構成では、Ｅ＋Ｌ相関値に利用する第２アーリレプリカコードおよび第２レイトレプリカコードの位相差と、Ｅ−Ｌ相関値に利用する第１アーリレプリカコードおよび第１レイトレプリカコードとで位相差とが異なることで、コード位相差領域の０近傍におけるＰ相関値が負値の領域でＥ＋Ｌ相関値を正値とする構成がより容易に実現可能となる。
【００２１】
また、この発明の測位装置は、上述のＧＮＳＳ受信装置を有する。そして、当該ＧＮＳＳ受信装置は、さらに、コード位相差から擬似距離を算出する擬似距離算出部を備えるとともに、ＧＮＳＳ受信装置で受信されて復調された測位信号から航法メッセージを取得する航法メッセージ取得部と、擬似距離と航法メッセージとを用いて測位演算を行う測位部と、を備える。
【００２２】
この構成では、上述のＧＮＳＳ受信装置を用いることでコードロックが正確に行えるようになる。これにより、高精度な擬似距離の算出が可能になるとともに、航法メッセージを正確に取得することが可能となり、確実且つ高精度な測位を実現することができる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、ＢＯＣ（１，１）信号等のバイナリオフセットキャリアを用いた場合であっても、捕捉後のコード初期値が取り得るコード位相差値の範囲を、従来よりも広くすることができる。これにより、「False Lock」を生じさせないコード初期値のコード位相差範囲が広くなるので、より確実に、目的とするコードにロックすることができる。これにより、より確実に、正確なコード追尾を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施形態に係るＧＮＳＳ受信装置の構成について、図を参照して説明する。
【００２５】
図１は本実施形態のＧＮＳＳ受信装置を備える測位装置の概略構成を示すブロック図である。
【００２６】
測位装置は、測位信号受信アンテナ１１、本発明のＧＮＳＳ受信装置に対応する復調部１２、航法メッセージ取得部１３、および測位部１４を備える。
【００２７】
測位信号受信アンテナ１１は、測位衛星から送信される測位用の電波信号を受信して、電気信号変換したＲＦ信号を復調部１２へ出力する。ここで、送信される信号すなわちＲＦ信号は、航法メッセージが重畳された所定周波数からなるキャリア信号を、ＰＮコードとサブキャリアとによりスペクトル拡散したＢＯＣ（１，１）信号である。ＰＮコードは測位衛星毎に予め設定された信号であり、サブキャリアはＰＮコードの１チップの時間長の半周期を反転周期とする矩形信号である（図６参照）。
【００２８】
復調部１２の詳細な構成は後述し、機能的には、復調部１２は、ＲＦ信号のベースバンド信号とレプリカコードとの相関処理により得られるコード位相差を観測しながら、レプリカコードの位相を制御することでコードのロックを行う。復調部１２は、コードのロックに成功するとコード追尾を行いながらＲＦ信号の復調（逆拡散処理）を行い、復調信号を航法メッセージ取得部１３へ与え、観測されるコード位相差から擬似距離を算出して測位部１４へ与える。
【００２９】
航法メッセージ取得部１３は、復調部１２からの航法メッセージが重畳された復調信号に基づいて航法メッセージを取得し、測位部１４に与える。測位部１４は、航法メッセージ取得部１３からの航法メッセージと、復調部１２からの擬似距離とを用いて測位演算を行い、測位装置の位置を算出する。
【００３０】
次に、本発明の特徴部である復調部１２の構成について、より具体的に説明する。
図２は、図１に示した復調部１２の主要構成を示すブロック図である。
【００３１】
復調部１２は、Ａ／Ｄ変換部２１、ベースバンド変換部２２、相関器２３１〜２４０、コード位相差検出部２５０を有する復調制御部２５、コード生成部２６、キャリア生成部２７を備える。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換部２１は、ＢＯＣ（１，１）信号方式のＲＦ信号を所定周波数からなる中間周波数信号（ＩＦ信号）にダウンコンバートするとともに、アナログ形式からデジタル形式に変換してベースバンド変換部２２へ出力する。
【００３３】
ベースバンド変換部２２は、キャリア生成部２７から出力されたレプリカキャリア信号Ｓｃａｒｒのｓｉｎ成分とｃｏｓ成分とを用いてＩＦ信号からベースバンドのＩ信号およびＱ信号を生成する。Ｉ信号は相関器２３１〜２３５へ入力され、Ｑ信号は相関器２３６〜２４０へ入力される。ここで、キャリア生成部２７は復調制御部２５からのキャリア制御データＤｃａｒｒに基づいてキャリア信号Ｓｃａｒｒを生成し、復調制御部２５は、コード位相差や図示しないキャリア追尾ループによって得られるキャリア誤差に基づいて、キャリア制御データＤｃａｒｒを生成する。
【００３４】
コード生成部２６は、復調制御部２５からのコード制御データＤｃｏｄに基づいて、各サンプリングタイムで位相を制御したレプリカコード信号を生成する。さらに、コード生成部２６は、シフトレジスタ等を備え、生成したレプリカコード信号を所定タイミングずつずらしてなる二種類のEarlyコード信号ＣＥ１，ＣＥ２、Promptコード信号ＣＰ、二種類のLateコード信号ＣＬ１，ＣＬ２を出力する。
【００３５】
Promptコード信号ＣＰは相関器２３３，２３８へ入力される。Earlyコード信号ＣＥ１はPromptコード信号ＣＰに対してコード位相差τ１だけ進む位相からなり、相関器２３２，２３７へ入力される。Lateコード信号ＣＬ１はPromptコード信号ＣＰに対してコード位相差τ１だけ遅れる位相からなり、相関器２３４，２３９へ入力される。また、Earlyコード信号ＣＥ２はPromptコード信号ＣＰに対してコード位相差τ２だけ進む位相からなり、相関器２３１，２３６へ入力される。Lateコード信号ＣＬ２はPromptコード信号ＣＰに対してコード位相差τ２だけ遅れる位相からなり、相関器２３５，２４０へ入力される。
【００３６】
相関器２３１は、Earlyコード信号ＣＥ２とＩ信号との相関処理を行い相関値ＲＩE2を出力する。相関器２３２は、Earlyコード信号ＣＥ１とＩ信号との相関処理を行い相関値ＲＩE1を出力する。相関器２３３は、Promptコード信号ＣＰとＩ信号との相関処理を行い相関値ＲＩPを出力する。相関器２３４は、Lateコード信号ＣＬ１とＩ信号との相関処理を行い相関値ＲＩL1を出力する。相関器２３５は、Lateコード信号ＣＬ２とＩ信号との相関処理を行い相関値ＲＩL2を出力する。
【００３７】
相関器２３６は、Earlyコード信号ＣＥ２とＱ信号との相関処理を行い相関値ＲＱE2を出力する。相関器２３７は、Earlyコード信号ＣＥ１とＱ信号との相関処理を行い相関値ＲＱE1を出力する。相関器２３８は、Promptコード信号ＣＰとＱ信号との相関処理を行い相関値ＲＱPを出力する。相関器２３９は、Lateコード信号ＣＬ１とＱ信号との相関処理を行い相関値ＲＱL1を出力する。相関器２４０は、Lateコード信号ＣＬ２とＱ信号との相関処理を行い相関値ＲＱL2を出力する。
【００３８】
復調制御部２５は、コード位相差検出部２５０を備える。コード位相差検出部２５０は、各相関器２３１〜２４０からの相関値に基づいて、本願の新たなドットプロダクト方式を用いてコード位相差を検出する。復調制御部２５は取得したコード位相差に基づいて、コード制御データＤｃｏｄを生成してコード生成部２６へ出力する。また、復調制御部２５は、取得したコード位相差から擬似距離を算出して、測位部１４へ出力する。
【００３９】
このような復調制御部２５のコード位相差検出部２５０は、次に示す方法でコード位相差検出を行う。
【００４０】
図３は、本実施形態のコード位相差検出の概念を説明するための図である。図３（Ａ）は相関値ＲＩP，ＲＱPの相関特性であるＰ相関特性、相関値ＲＩE2，ＲＱE2の特性であるＥ相関特性、相関値ＲＩL2，ＲＱL2の特性であるＬ相関特性の関係を示す相関特性図である。図３（Ｂ）は従来のドットプロダクト方式の相関係数ＣｏＰと本願のドットプロダクト方式の相関係数ＣｏＰ’との関係を示す相関特性図である。図３（Ｃ）はＢＯＣ（１，１）信号のE-L相関特性を示し、図３（Ｄ）はＢＯＣ（１，１）信号に対する本実施形態の方法によるドットプロダクト演算値（DP演算値）の特性を示す。なお、図３ではＩ成分、Ｑ成分の区別を付けることなく相関特性を記載している。
【００４１】
コード位相差検出部２５０は、相関値ＲＩPと相関値ＲＩE2，ＲＩL2とを用いて、次式からＩ相関係数ＣｏＰ’Iを算出する。なお、式（１）においてＫは正の定数である。
【００４２】
ＣｏＰ’I＝Ｋ（ＲＩE2＋ＲＩL2）＋ＲＩP −（１）
同様に、コード位相差検出部２５０は、相関値ＲＱPと相関値ＲＱE2，ＲＱL2とを用いて、次式からＱ相関係数ＣｏＰ’Qを算出する。なお、式（２）においてＫは式（１）と同じ正の定数である。
【００４３】
ＣｏＰ’Q＝Ｋ（ＲＱE2＋ＲＱL2）＋ＲＱP −（２）
すなわち、相関係数ＣｏＰ’I、ＣｏＰ’Qは、Ｅ相関値とＬ相関値との和であるＥ＋Ｌ相関値に定数Ｋを乗算し、Ｐ相関値に加算することで得られる。
【００４４】
コード位相差検出部２５０は、Ｉ相関係数ＣｏＰ’I、Ｑ相関係数ＣｏＰ’Q、相関値ＲＩE1，ＲＩL1、および相関値ＲＱE1，ＲＱL1を用いて、次式からコード位相差Ｅｃｏｄを算出する。
【００４５】
Ｅｃｏｄ＝｛ＣｏＰ’I・（ＲＩE1−ＲＩL1）＋ＣｏＰ’Q・（ＲＱE1−ＲＱL1）｝／｛（ＣｏＰ’I）2＋（ＣｏＰ’Q）2｝ −（３）
すなわち、コード位相差Ｅｃｏｄは、Ｉ相関係数ＣｏＰ’I、Ｑ相関係数ＣｏＰ’Qの二乗和を分母とし、Ｉ信号におけるＥ相関値とＬ相関値との差分であるＥ−Ｌ相関値に相関係数ＣｏＰ’Iを乗算した値と、Ｑ信号におけるＥ相関値とＬ相関値との差分であるＥ−Ｌ相関値に相関係数ＣｏＰ’Qを乗算した値との加算値を分子として、除算することで得られる。
【００４６】
ここで、相関値ＲＩE2，ＲＩL2、および相関値ＲＱE2，ＲＱL2を決定するPromptコード信号ＣＰに対するEarlyコード信号ＣＥ２およびLateコード信号ＣＬ２の位相差であるτ２は、Promptコード信号ＣＰの相関値ＲＩP，ＲＱPが負値となるコード位相差範囲が、Earlyコード信号ＣＥ２およびLateコード信号ＣＬ２の相関値ＲＩE2，ＲＩL2，ＲＱE2，ＲＱL2が正値となるコード位相差範囲に重なるように設定されている。さらに定数Ｋは、当該重なり合うコード位相差範囲において、Ｉ相関係数ＣｏＰ’I、Ｑ相関係数ＣｏＰ’Qが可能な限り正値となるように設定されている。
【００４７】
このような演算処理を行うことで、図３（Ｂ）に示すように、従来の単にＰ相関特性に基づいた相関係数ＣｏＰを用いた場合よりも、メインローブに対応する正値の領域におけるゼロクロス点近傍の相関値を正値側に押し上げるとともに、ゼロクロス点となるコード位相差位置がコード位相差「０」から離れるように、Ｉ相関係数ＣｏＰ’I、Ｑ相関係数ＣｏＰ’Qを設定することができる。
【００４８】
これにより、例えば、図３の場合であれば、位相差τ２＝０．３８とし、定数Ｋ＝０．９とすることで、Ｐ相関値のみを用いた場合のゼロクロス点が±０．３３chipであったものを、図３（Ｄ）に示すように、±約０．５chipまで広げることができる。
【００４９】
なお、このような本実施形態のＩ相関係数ＣｏＰ’I、Ｑ相関係数ＣｏＰ’Qは、次に示す条件を満たすように設定されている。
【００５０】
（条件１）ドットプロダクト演算処理後の真のゼロクロス点（Promptコード信号ＣＰの極大値に対応する点）での傾きが負値になること。ここで、Ｅ−Ｌ相関値は、真のゼロクロス点で必ず傾きが負値となる。したがって、真のゼロクロス点付近では、Ｉ相関係数ＣｏＰ’I、Ｑ相関係数ＣｏＰ’Qは、正値であることが必要である。
【００５１】
（条件２）ドットプロダクト演算処理後の特性は、航法メッセージによるビット反転の影響を無くせるものであること。これは、ベースバンド信号には航法メッセージが重畳されており、航法メッセージがビット反転するために、Ｅ−Ｌ相関値もこのビット反転のタイミングで反転する。したがって、Ｉ相関係数ＣｏＰ’I、Ｑ相関係数ＣｏＰ’Qも、このビット反転のタイミングで反転させる必要があり、絶対値化や二乗操作により得られるものであってはならない。すなわち、Ｐ相関値、Ｅ相関値、およびＬ相関値の和もしくは差のみでＩ相関係数ＣｏＰ’I、Ｑ相関係数ＣｏＰ’Q を決定する。
【００５２】
このような設定を行うことで、コード位相差検出部２５０は、図４に示すようなコード位相差検出特性を得ることができる。
【００５３】
図４は、本実施形態のドットプロダクト方式を用いた場合のコード位相差検出器出力値（ドットプロダクト演算値ＤＰに対応）のコード位相差特性をシミュレーションした結果を示した図であり、図４（Ａ）がＣ／Ｎｏ＝５０［ｄＢ−Ｈｚ］の場合を示し、図４（Ｂ）がＣ／Ｎｏ＝４０［ｄＢ−Ｈｚ］の場合を示し、図４（Ｃ）がＣ／Ｎｏ＝３０［ｄＢ−Ｈｚ］の場合を示す。図４において、白抜き○で表される濃色の特性曲線が本実施形態のドットプロダクト方式を用いた結果であり、黒ドットで表される淡色の特性曲線が従来のドットプロダクト方式を用いた結果である。
【００５４】
図４に示すように、本実施形態のドットプロダクト方式を用いることで、発散点を±約０．３３chipから±約０．５chipまでシフトさせることができる。これにより、真のゼロクロス点を含むコード位相初期値の取り得るコード位相差範囲を広げることができる。この結果、上述の所謂「False Lock」の発生する可能性を低くすることができる。
【００５５】
さらに、図４に示すように、真のゼロクロス点での特性曲線の傾きが従来のドットプロダクト方式の場合に対して殆ど変化しないので、真のゼロクロス点の検出を、従来と同等のレベルで行うことができる。これにより、従来の方法と同じ精度でコードロック及び追尾を行うことができる。
【００５６】
このように、コード位相差検出部２５０により、上述の式（３）からなるドットプロダクト方式を用いてドットプロダクト演算値（ＤＰ演算値）を算出し、コード位相差を検出すると、復調制御部２５は、当該コード位相差が「０」に向かうようにコード制御データを設定する。すなわち、復調制御部２５は、コード位相差特性上において、ドットプロダクト演算値が正値であれば、真のゼロクロス点に向かってドットプロダクト演算値が変化するように、コード位相を進めるコード制御データを生成する。一方、復調制御部２５は、ドットプロダクト演算値が負値であれば、真のゼロクロス点に向かってドットプロダクト演算値が変化するように、コード位相を遅延させるコード制御データを生成する。復調制御部２５は、このように生成したコード制御データを、コード生成部２６へフィードバックする。コード生成部２６は、得られたコード制御データを次のサンプリングタイミングでの相関処理に用いる。
【００５７】
なお、復調制御部２５は、コードがロックされて追尾状態になると、擬似距離を算出して測位部１４へ出力する。
【００５８】
以上のように、本実施形態の構成からなるＧＮＳＳ受信装置を用いることで、「False Lock」の発生する可能性を抑圧し、且つ従来に劣ることない精度でコード位相差を検出することができるので、確実且つ高精度にコードのロックおよび追尾を行うことができる。
【００５９】
そして、このような確実且つ高精度なコードロックと追尾を行うことができるので、復調制御部２５では、高精度なＲＦ信号の復調が可能になるとともに、高精度な擬似距離を得ることもできる。これにより、本実施形態の測位装置は、高精度な測位を実現することができる。
【００６０】
なお、上述の条件に加えて、次の条件を満たすようにすることで、より高精度なコード位相差検出を行うことができる。すなわち、上述の位相差τ２の大きさによっては、Promptコード信号ＣＰの相関値ＲＩP，ＲＱPが正値となるコード位相差範囲において、Earlyコード信号ＣＥ２およびLateコード信号ＣＬ２の相関値ＲＩE2，ＲＩL2，ＲＱE2，ＲＱL2が負値となることも考えられる。このような場合には、相関値ＲＩP，ＲＱPが低下しすぎないようにＫを設定する必要があり、当該設定を行うことで高精度なコード位相差検出を行うことができる。
【００６１】
また、上述の実施形態では、Ｅ＋Ｌ相関値のための位相差τ２＝０．３８、定数Ｋ＝０．９の場合で、Ｅ−Ｌ相関値のための位相差が０．１の場合を例に説明したが、上述の条件１、条件２を満たすような組み合わせを備えていれば、Ｅ−Ｌ相関値に応じたＥ＋Ｌ相関値のための位相差τ２および定数Ｋを、適宜設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係るＧＮＳＳ受信装置に相当する復調部を含む測位装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す復調部１２の主要構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態のコード位相差検出の概念を説明するための図である。
【図４】本実施形態のドットプロダクト方式を用いた場合のコード位相差検出器出力値のコード位相差特性をシミュレーションした結果を示した図である。
【図５】Earlyコード、Promptコード、Lateコード間のコード位相差を０．１chipとした場合の従来のＬ１波（Ｃ／Ａコード）を用いたコード相関特性を示す図である。
【図６】ＢＯＣ（１，１）信号、ＰＮコード、サブキャリアの波形を示す図である。
【図７】ＢＯＣ（１，１）信号のコード相関特性を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６３】
１１−測位信号受信アンテナ、１２−復調部、１３−航法メッセージ取得部、１４−測位部、２１−Ａ／Ｄ変換部、２２−ベースバンド変換部、２３１〜２４０−相関器、２５−復調制御部、２５０−コード位相差検出部、２６−コード生成部、２７−キャリア生成部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定周波数のキャリア信号に対して擬似雑音コード（ＰＮコード）およびバイナリオフセットキャリア（ＢＯＣ）信号でスペクトル拡散を行った測位信号を受信するＧＮＳＳ受信装置および該ＧＮＳＳ受信装置を備える測位装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System；全世界的航法衛星システム）に用いるＧＮＳＳ測位装置では、所定周波数のキャリア信号を擬似雑音コード（ＰＮコード）等によりスペクトル拡散させた測位信号を受信して復調する。このようなＧＮＳＳ測位装置の復調部は、一般的にＤＬＬ回路を備え、ＰＮコードに基づくレプリカコードを生成し、受信した測位信号（受信信号）と、当該レプリカコードとの相関処理を行い、相関処理結果に基づくコード位相差を利用して、ＰＮコードの捕捉および追尾を行っている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
そして、このようなＰＮコードの捕捉、ロックおよび追尾には、一般的にドットプロダクト方式が用いられている。ドットプロダクト方式を用いた復調部では、コード制御データに基づいてレプリカコードを生成し、当該レプリカコードから互いに異なる位相で生成された三つのEarlyコード、Promptコード、Lateコードを用いる。ここで、Promptコードはコード制御データから得られる目的とするタイミングのコードであり、EarlyコードはPromptコードよりも所定位相進んだ位相のコードであり、LateコードはPromptコードよりも所定位相遅れた位相のコードである。復調部は、これら三つのコードと受信信号との相関処理を行い、Earlyコードと受信信号との相関処理結果であるＥ相関値、Promptコードと受信信号との相関処理結果であるＰ相関値、Lateコードと受信信号との相関処理結果であるＬ相関値とを取得する。復調部は、Ｅ相関値とＬ相関値との差分値であるＥ−Ｌ相関値を算出し、該Ｅ−Ｌ相関値とＰ相関値と乗算値からコード位相差を算出する。このような演算処理を行うことで、例えば、従来のＧＰＳのＬ１波（Ｃ／Ａコード）に用いる復調部では、図５に示すような相関特性が得られる。
【０００４】
図５は、Earlyコード、Promptコード、Lateコード間のコード位相差を０．１chipとした場合の従来のＬ１波（Ｃ／Ａコード）を用いたコード相関特性を示す図である。図５（Ａ）はＥ相関値、Ｐ相関値、Ｌ相関値の各特性を示し、図５（Ｂ）はＥ−Ｌ相関特性を示し、図５（Ｃ）はドットプロダクト演算値（ＤＰ演算値）の特性を示す。ここでは、現実的な処理で利用するＩ，Ｑ信号のことを省略して概念的に単純化した、ＤＰ演算値＝Ｅ−Ｌ相関値／Ｐ相関値から得られるものとする。
【０００５】
そして、コードをロックさせる場合、コード位相差が「０」になるように、すなわちＰ相関値が極大値となるようにすれば良く、これはＤＰ演算値がコード位相差の増加する方向に対して相関値が正から負方向へ変化しながらゼロクロスさせるように、もしくはコード位相差の減少する方向に対して相関値が負から正方向へ変化しながらゼロクロスさせるようにコード制御データを設定すればよい。
【０００６】
一方で、このようなドットプロダクト方式の場合、ＤＰ演算値がコード位相差の増加する方向に対して相関値が負から正方向へ変化しながらゼロクロスするタイミングやコード位相差の減少する方向に対して相関値が正から負方向へ変化しながらゼロクロスするタイミングでは、発散点となり、コードのロックに利用することができない。したがって、図５に示すように、従来のＬ１波（Ｃ／Ａコード）でコードをロックするためには、±１．０chipの範囲内に捕捉後のコード初期値が与えられればよい。
【特許文献１】特開２００７−２０８９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＧＮＳＳの一種であるGalileoシステムでは、キャリア信号に対して、上述のＰＮコードと当該ＰＮコードの１chipよりも短い周期で反転を繰り返すサブキャリアとを重畳することでスペクトル拡散を行っている。このようなスペクトル拡散が行われた信号は、一般にＢＯＣ（バイナリオフセットキャリア）信号と呼ばれており、特に、Galileoシステムでは、ＰＮコードの１chipの半分の周期のサブキャリアが用いられており、ＢＯＣ（１，１）信号と呼ばれている。図６は、ＰＮコード、サブキャリア、ＢＯＣ（１，１）信号の波形を示す図である。
【０００８】
このようなＢＯＣ（１，１）信号を用いた場合、従来のドットプロダクト方式をそのまま用いると、以下に示す問題が発生する。
【０００９】
図７（Ａ）はＢＯＣ（１，１）信号のコード相関特性とサブキャリアを用いないＧＰＳのＬ１Ｃ／Ａコードの相関特性とのPromptコードでの関係を示し、図７（Ｂ）はEarlyコード、Promptコード、Lateコード間のコード位相差を０．１chipとした場合のＢＯＣ（１，１）信号を用いたコード相関特性を示す図である。さらに、図７（Ｃ）はＢＯＣ（１，１）信号のE-L相関特性を示し、図７（Ｄ）はＢＯＣ（１，１）信号の従来のドットプロダクト演算値（DP演算値）の特性を示す。
【００１０】
図７（Ａ）に示すように、ＢＯＣ（１，１）信号のＰ相関値は、コード位相差０の位置を正の極大とするメインローブを有し、コード位相差＋０．５chipおよび−０．５chipの位置を負の極大とする二つのサイドローブを有する。
【００１１】
このため、ＢＯＣ（１，１）信号のＰコード相関値では、コード位相差０を挟む正負の方向にそれぞれ１chipのコード位相差範囲（サブキャリアを利用しない場合のコード相関特性においてゼロクロスが発生しない範囲）内において、二回のゼロクロス点が発生する。このゼロクロス点は、コード位相差０を中心にして±０．３３chipのコード位相差位置となる。この場合、コード相関特性は、コード位相差０を中心にした±０．３３chipの範囲内で正値になり、これ以外の範囲（−１．０〜−０．３３chip，＋０．３３chip〜＋１．０chip）で負値となる。
【００１２】
このようなコード相関特性を有するＢＯＣ（１，１）信号において、コード位相差を０．１chipとして、図７（Ｂ）に示すEarlyコード、Promptコード、Lateコードを生成した場合、図７（Ｃ）に示すＥ−Ｌ相関特性となる。そして、このＥ−Ｌ相関特性に基づくＥ−Ｌ相関値とＰ相関値とを用いて、従来のＤＰ演算値を算出すると、図７（Ｄ）に示すＤＰ演算値の特性となる。
【００１３】
ＢＯＣ（１，１）信号を用いた場合、上述のようにコード相関特性がＰＮコードの２chip範囲内で二度反転するので、図７（Ｄ）に示すように、従来方式のＤＰ演算値を用いると、発散点となるゼロクロス点が、−１．０chip位置および＋１．０chip位置にならず、よりコード位相差０に近い−０．３３chip位置および＋０．３３chip位置になる。このため、±０．３３chipの範囲内に捕捉後のコード初期値が入っていなければ、目的とするメインローブへコードをロックさせることができず、二つのサイドローブの何れかにロックしてしまう。特に、受信環境によりＣ／Ｎｏが低い場合にはメインローブとサイドローブとのピーク値の差がなくなってくるので、従来のように０．５chip毎の相関レベルを観測しながら捕捉を行うと、サイドローブにロックする範囲内に捕捉後のコード初期値が入ってしまい、サイドローブへのロックである所謂「False Lock」が生じる可能性が高くなる。一方、捕捉時点での相関レベルの観測のチップ間隔を狭くすれば、「False Lock」の生じる可能性は低くなるが、「False Lock」を完全に防止することは難しく、捕捉時間も長くなり、実用的ではなくなる。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、バイナリオフセットキャリアを用いても「Fasle Lock」を防止することができるＧＮＳＳ受信装置およびこれを備える測位装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、擬似雑音コードとサブキャリアとによって変調されている測位信号を受信するＧＮＳＳ受信装置に関するものである。そして、このＧＮＳＳ受信装置は、レプリカコード生成部、相関処理部、およびコード位相差検出部を備える。レプリカコード生成部は、互いに位相が異なるアーリレプリカコード、プロンプトレプリカコード、およびレイトレプリカコードを生成する。相関処理部は、受信した測位信号とアーリレプリカコードとの相関値であるＥ相関値、受信した測位信号とプロンプトレプリカコードとの相関値であるＰ相関値、および、受信した測位信号とレイトレプリカコードとの相関値であるＬ相関値、を算出する。コード位相差検出部は、Ｅ相関値とＬ相関値との加算値であるＥ＋Ｌ相関値、Ｅ相関値とＬ相関値との差分値であるＥ−Ｌ相関値およびＰ相関値に基づいて、受信した測位信号とプロンプトレプリカコードとのコード位相差を検出する。
【００１６】
また、この発明のＧＮＳＳ受信装置のコード位相差検出部は、Ｅ＋Ｌ相関値の定数倍値とＰ相関値との加算値にＥ−Ｌ相関値を乗算することでコード位相差を検出する。
【００１７】
さらに、この発明のＧＮＳＳ受信装置のレプリカコード生成部は、Ｐ相関値が負となるコード位相差において、Ｅ＋Ｌ相関値が正となるようにアーリレプリカコードおよびレイトレプリカコードを生成する。
【００１８】
このような構成では、コード位相差領域の０近傍におけるＰ相関値が負値の領域でＥ＋Ｌ相関値が正値となり、さらにＥ＋Ｌ相関値の定数倍値とＰ相関値とが加算されることで、これらの加算値からなる相関係数は、元のＰ相関値と比較して正方向へ大きくなる。したがって、当該相関係数をＥ−Ｌ相関値に乗算すれば、乗算後の相関値すなわち本願方法による新たなドットプロダクト演算値の特性は、（Ｅ−Ｌ）／Ｐ相関値の特性よりも、発散点間の相関値が正値を取る範囲が広くなる（図４参照）。
【００１９】
また、この発明のＧＮＳＳ受信装置のレプリカコード生成部は、互いに位相が異なる第１アーリレプリカコード、第２アーリレプリカコード、第１レイトレプリカコード、および第２レイトレプリカコードを生成する。コード位相差検出部は、第１アーリレプリカコードと第１レイトレプリカコードとに基づいてＥ−Ｌ相関値を算出し、第２アーリレプリカコードと第２レイトレプリカコードとに基づいてＥ＋Ｌ相関値を算出する。
【００２０】
この構成では、Ｅ＋Ｌ相関値に利用する第２アーリレプリカコードおよび第２レイトレプリカコードの位相差と、Ｅ−Ｌ相関値に利用する第１アーリレプリカコードおよび第１レイトレプリカコードとで位相差とが異なることで、コード位相差領域の０近傍におけるＰ相関値が負値の領域でＥ＋Ｌ相関値を正値とする構成がより容易に実現可能となる。
【００２１】
また、この発明の測位装置は、上述のＧＮＳＳ受信装置を有する。そして、当該ＧＮＳＳ受信装置は、さらに、コード位相差から擬似距離を算出する擬似距離算出部を備えるとともに、ＧＮＳＳ受信装置で受信されて復調された測位信号から航法メッセージを取得する航法メッセージ取得部と、擬似距離と航法メッセージとを用いて測位演算を行う測位部と、を備える。
【００２２】
この構成では、上述のＧＮＳＳ受信装置を用いることでコードロックが正確に行えるようになる。これにより、高精度な擬似距離の算出が可能になるとともに、航法メッセージを正確に取得することが可能となり、確実且つ高精度な測位を実現することができる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、ＢＯＣ（１，１）信号等のバイナリオフセットキャリアを用いた場合であっても、捕捉後のコード初期値が取り得るコード位相差値の範囲を、従来よりも広くすることができる。これにより、「False Lock」を生じさせないコード初期値のコード位相差範囲が広くなるので、より確実に、目的とするコードにロックすることができる。これにより、より確実に、正確なコード追尾を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施形態に係るＧＮＳＳ受信装置の構成について、図を参照して説明する。
【００２５】
図１は本実施形態のＧＮＳＳ受信装置を備える測位装置の概略構成を示すブロック図である。
【００２６】
測位装置は、測位信号受信アンテナ１１、本発明のＧＮＳＳ受信装置に対応する復調部１２、航法メッセージ取得部１３、および測位部１４を備える。
【００２７】
測位信号受信アンテナ１１は、測位衛星から送信される測位用の電波信号を受信して、電気信号変換したＲＦ信号を復調部１２へ出力する。ここで、送信される信号すなわちＲＦ信号は、航法メッセージが重畳された所定周波数からなるキャリア信号を、ＰＮコードとサブキャリアとによりスペクトル拡散したＢＯＣ（１，１）信号である。ＰＮコードは測位衛星毎に予め設定された信号であり、サブキャリアはＰＮコードの１チップの時間長の半周期を反転周期とする矩形信号である（図６参照）。
【００２８】
復調部１２の詳細な構成は後述し、機能的には、復調部１２は、ＲＦ信号のベースバンド信号とレプリカコードとの相関処理により得られるコード位相差を観測しながら、レプリカコードの位相を制御することでコードのロックを行う。復調部１２は、コードのロックに成功するとコード追尾を行いながらＲＦ信号の復調（逆拡散処理）を行い、復調信号を航法メッセージ取得部１３へ与え、観測されるコード位相差から擬似距離を算出して測位部１４へ与える。
【００２９】
航法メッセージ取得部１３は、復調部１２からの航法メッセージが重畳された復調信号に基づいて航法メッセージを取得し、測位部１４に与える。測位部１４は、航法メッセージ取得部１３からの航法メッセージと、復調部１２からの擬似距離とを用いて測位演算を行い、測位装置の位置を算出する。
【００３０】
次に、本発明の特徴部である復調部１２の構成について、より具体的に説明する。
図２は、図１に示した復調部１２の主要構成を示すブロック図である。
【００３１】
復調部１２は、Ａ／Ｄ変換部２１、ベースバンド変換部２２、相関器２３１〜２４０、コード位相差検出部２５０を有する復調制御部２５、コード生成部２６、キャリア生成部２７を備える。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換部２１は、ＢＯＣ（１，１）信号方式のＲＦ信号を所定周波数からなる中間周波数信号（ＩＦ信号）にダウンコンバートするとともに、アナログ形式からデジタル形式に変換してベースバンド変換部２２へ出力する。
【００３３】
ベースバンド変換部２２は、キャリア生成部２７から出力されたレプリカキャリア信号Ｓｃａｒｒのｓｉｎ成分とｃｏｓ成分とを用いてＩＦ信号からベースバンドのＩ信号およびＱ信号を生成する。Ｉ信号は相関器２３１〜２３５へ入力され、Ｑ信号は相関器２３６〜２４０へ入力される。ここで、キャリア生成部２７は復調制御部２５からのキャリア制御データＤｃａｒｒに基づいてキャリア信号Ｓｃａｒｒを生成し、復調制御部２５は、コード位相差や図示しないキャリア追尾ループによって得られるキャリア誤差に基づいて、キャリア制御データＤｃａｒｒを生成する。
【００３４】
コード生成部２６は、復調制御部２５からのコード制御データＤｃｏｄに基づいて、各サンプリングタイムで位相を制御したレプリカコード信号を生成する。さらに、コード生成部２６は、シフトレジスタ等を備え、生成したレプリカコード信号を所定タイミングずつずらしてなる二種類のEarlyコード信号ＣＥ１，ＣＥ２、Promptコード信号ＣＰ、二種類のLateコード信号ＣＬ１，ＣＬ２を出力する。
【００３５】
Promptコード信号ＣＰは相関器２３３，２３８へ入力される。Earlyコード信号ＣＥ１はPromptコード信号ＣＰに対してコード位相差τ１だけ進む位相からなり、相関器２３２，２３７へ入力される。Lateコード信号ＣＬ１はPromptコード信号ＣＰに対してコード位相差τ１だけ遅れる位相からなり、相関器２３４，２３９へ入力される。また、Earlyコード信号ＣＥ２はPromptコード信号ＣＰに対してコード位相差τ２だけ進む位相からなり、相関器２３１，２３６へ入力される。Lateコード信号ＣＬ２はPromptコード信号ＣＰに対してコード位相差τ２だけ遅れる位相からなり、相関器２３５，２４０へ入力される。
【００３６】
相関器２３１は、Earlyコード信号ＣＥ２とＩ信号との相関処理を行い相関値ＲＩE2を出力する。相関器２３２は、Earlyコード信号ＣＥ１とＩ信号との相関処理を行い相関値ＲＩE1を出力する。相関器２３３は、Promptコード信号ＣＰとＩ信号との相関処理を行い相関値ＲＩPを出力する。相関器２３４は、Lateコード信号ＣＬ１とＩ信号との相関処理を行い相関値ＲＩL1を出力する。相関器２３５は、Lateコード信号ＣＬ２とＩ信号との相関処理を行い相関値ＲＩL2を出力する。
【００３７】
相関器２３６は、Earlyコード信号ＣＥ２とＱ信号との相関処理を行い相関値ＲＱE2を出力する。相関器２３７は、Earlyコード信号ＣＥ１とＱ信号との相関処理を行い相関値ＲＱE1を出力する。相関器２３８は、Promptコード信号ＣＰとＱ信号との相関処理を行い相関値ＲＱPを出力する。相関器２３９は、Lateコード信号ＣＬ１とＱ信号との相関処理を行い相関値ＲＱL1を出力する。相関器２４０は、Lateコード信号ＣＬ２とＱ信号との相関処理を行い相関値ＲＱL2を出力する。
【００３８】
復調制御部２５は、コード位相差検出部２５０を備える。コード位相差検出部２５０は、各相関器２３１〜２４０からの相関値に基づいて、本願の新たなドットプロダクト方式を用いてコード位相差を検出する。復調制御部２５は取得したコード位相差に基づいて、コード制御データＤｃｏｄを生成してコード生成部２６へ出力する。また、復調制御部２５は、取得したコード位相差から擬似距離を算出して、測位部１４へ出力する。
【００３９】
このような復調制御部２５のコード位相差検出部２５０は、次に示す方法でコード位相差検出を行う。
【００４０】
図３は、本実施形態のコード位相差検出の概念を説明するための図である。図３（Ａ）は相関値ＲＩP，ＲＱPの相関特性であるＰ相関特性、相関値ＲＩE2，ＲＱE2の特性であるＥ相関特性、相関値ＲＩL2，ＲＱL2の特性であるＬ相関特性の関係を示す相関特性図である。図３（Ｂ）は従来のドットプロダクト方式の相関係数ＣｏＰと本願のドットプロダクト方式の相関係数ＣｏＰ’との関係を示す相関特性図である。図３（Ｃ）はＢＯＣ（１，１）信号のE-L相関特性を示し、図３（Ｄ）はＢＯＣ（１，１）信号に対する本実施形態の方法によるドットプロダクト演算値（DP演算値）の特性を示す。なお、図３ではＩ成分、Ｑ成分の区別を付けることなく相関特性を記載している。
【００４１】
コード位相差検出部２５０は、相関値ＲＩPと相関値ＲＩE2，ＲＩL2とを用いて、次式からＩ相関係数ＣｏＰ’Iを算出する。なお、式（１）においてＫは正の定数である。
【００４２】
ＣｏＰ’I＝Ｋ（ＲＩE2＋ＲＩL2）＋ＲＩP −（１）
同様に、コード位相差検出部２５０は、相関値ＲＱPと相関値ＲＱE2，ＲＱL2とを用いて、次式からＱ相関係数ＣｏＰ’Qを算出する。なお、式（２）においてＫは式（１）と同じ正の定数である。
【００４３】
ＣｏＰ’Q＝Ｋ（ＲＱE2＋ＲＱL2）＋ＲＱP −（２）
すなわち、相関係数ＣｏＰ’I、ＣｏＰ’Qは、Ｅ相関値とＬ相関値との和であるＥ＋Ｌ相関値に定数Ｋを乗算し、Ｐ相関値に加算することで得られる。
【００４４】
コード位相差検出部２５０は、Ｉ相関係数ＣｏＰ’I、Ｑ相関係数ＣｏＰ’Q、相関値ＲＩE1，ＲＩL1、および相関値ＲＱE1，ＲＱL1を用いて、次式からコード位相差Ｅｃｏｄを算出する。
【００４５】
Ｅｃｏｄ＝｛ＣｏＰ’I・（ＲＩE1−ＲＩL1）＋ＣｏＰ’Q・（ＲＱE1−ＲＱL1）｝／｛（ＣｏＰ’I）2＋（ＣｏＰ’Q）2｝ −（３）
すなわち、コード位相差Ｅｃｏｄは、Ｉ相関係数ＣｏＰ’I、Ｑ相関係数ＣｏＰ’Qの二乗和を分母とし、Ｉ信号におけるＥ相関値とＬ相関値との差分であるＥ−Ｌ相関値に相関係数ＣｏＰ’Iを乗算した値と、Ｑ信号におけるＥ相関値とＬ相関値との差分であるＥ−Ｌ相関値に相関係数ＣｏＰ’Qを乗算した値との加算値を分子として、除算することで得られる。
【００４６】
ここで、相関値ＲＩE2，ＲＩL2、および相関値ＲＱE2，ＲＱL2を決定するPromptコード信号ＣＰに対するEarlyコード信号ＣＥ２およびLateコード信号ＣＬ２の位相差であるτ２は、Promptコード信号ＣＰの相関値ＲＩP，ＲＱPが負値となるコード位相差範囲が、Earlyコード信号ＣＥ２およびLateコード信号ＣＬ２の相関値ＲＩE2，ＲＩL2，ＲＱE2，ＲＱL2が正値となるコード位相差範囲に重なるように設定されている。さらに定数Ｋは、当該重なり合うコード位相差範囲において、Ｉ相関係数ＣｏＰ’I、Ｑ相関係数ＣｏＰ’Qが可能な限り正値となるように設定されている。
【００４７】
このような演算処理を行うことで、図３（Ｂ）に示すように、従来の単にＰ相関特性に基づいた相関係数ＣｏＰを用いた場合よりも、メインローブに対応する正値の領域におけるゼロクロス点近傍の相関値を正値側に押し上げるとともに、ゼロクロス点となるコード位相差位置がコード位相差「０」から離れるように、Ｉ相関係数ＣｏＰ’I、Ｑ相関係数ＣｏＰ’Qを設定することができる。
【００４８】
これにより、例えば、図３の場合であれば、位相差τ２＝０．３８とし、定数Ｋ＝０．９とすることで、Ｐ相関値のみを用いた場合のゼロクロス点が±０．３３chipであったものを、図３（Ｄ）に示すように、±約０．５chipまで広げることができる。
【００４９】
なお、このような本実施形態のＩ相関係数ＣｏＰ’I、Ｑ相関係数ＣｏＰ’Qは、次に示す条件を満たすように設定されている。
【００５０】
（条件１）ドットプロダクト演算処理後の真のゼロクロス点（Promptコード信号ＣＰの極大値に対応する点）での傾きが負値になること。ここで、Ｅ−Ｌ相関値は、真のゼロクロス点で必ず傾きが負値となる。したがって、真のゼロクロス点付近では、Ｉ相関係数ＣｏＰ’I、Ｑ相関係数ＣｏＰ’Qは、正値であることが必要である。
【００５１】
（条件２）ドットプロダクト演算処理後の特性は、航法メッセージによるビット反転の影響を無くせるものであること。これは、ベースバンド信号には航法メッセージが重畳されており、航法メッセージがビット反転するために、Ｅ−Ｌ相関値もこのビット反転のタイミングで反転する。したがって、Ｉ相関係数ＣｏＰ’I、Ｑ相関係数ＣｏＰ’Qも、このビット反転のタイミングで反転させる必要があり、絶対値化や二乗操作により得られるものであってはならない。すなわち、Ｐ相関値、Ｅ相関値、およびＬ相関値の和もしくは差のみでＩ相関係数ＣｏＰ’I、Ｑ相関係数ＣｏＰ’Q を決定する。
【００５２】
このような設定を行うことで、コード位相差検出部２５０は、図４に示すようなコード位相差検出特性を得ることができる。
【００５３】
図４は、本実施形態のドットプロダクト方式を用いた場合のコード位相差検出器出力値（ドットプロダクト演算値ＤＰに対応）のコード位相差特性をシミュレーションした結果を示した図であり、図４（Ａ）がＣ／Ｎｏ＝５０［ｄＢ−Ｈｚ］の場合を示し、図４（Ｂ）がＣ／Ｎｏ＝４０［ｄＢ−Ｈｚ］の場合を示し、図４（Ｃ）がＣ／Ｎｏ＝３０［ｄＢ−Ｈｚ］の場合を示す。図４において、白抜き○で表される濃色の特性曲線が本実施形態のドットプロダクト方式を用いた結果であり、黒ドットで表される淡色の特性曲線が従来のドットプロダクト方式を用いた結果である。
【００５４】
図４に示すように、本実施形態のドットプロダクト方式を用いることで、発散点を±約０．３３chipから±約０．５chipまでシフトさせることができる。これにより、真のゼロクロス点を含むコード位相初期値の取り得るコード位相差範囲を広げることができる。この結果、上述の所謂「False Lock」の発生する可能性を低くすることができる。
【００５５】
さらに、図４に示すように、真のゼロクロス点での特性曲線の傾きが従来のドットプロダクト方式の場合に対して殆ど変化しないので、真のゼロクロス点の検出を、従来と同等のレベルで行うことができる。これにより、従来の方法と同じ精度でコードロック及び追尾を行うことができる。
【００５６】
このように、コード位相差検出部２５０により、上述の式（３）からなるドットプロダクト方式を用いてドットプロダクト演算値（ＤＰ演算値）を算出し、コード位相差を検出すると、復調制御部２５は、当該コード位相差が「０」に向かうようにコード制御データを設定する。すなわち、復調制御部２５は、コード位相差特性上において、ドットプロダクト演算値が正値であれば、真のゼロクロス点に向かってドットプロダクト演算値が変化するように、コード位相を進めるコード制御データを生成する。一方、復調制御部２５は、ドットプロダクト演算値が負値であれば、真のゼロクロス点に向かってドットプロダクト演算値が変化するように、コード位相を遅延させるコード制御データを生成する。復調制御部２５は、このように生成したコード制御データを、コード生成部２６へフィードバックする。コード生成部２６は、得られたコード制御データを次のサンプリングタイミングでの相関処理に用いる。
【００５７】
なお、復調制御部２５は、コードがロックされて追尾状態になると、擬似距離を算出して測位部１４へ出力する。
【００５８】
以上のように、本実施形態の構成からなるＧＮＳＳ受信装置を用いることで、「False Lock」の発生する可能性を抑圧し、且つ従来に劣ることない精度でコード位相差を検出することができるので、確実且つ高精度にコードのロックおよび追尾を行うことができる。
【００５９】
そして、このような確実且つ高精度なコードロックと追尾を行うことができるので、復調制御部２５では、高精度なＲＦ信号の復調が可能になるとともに、高精度な擬似距離を得ることもできる。これにより、本実施形態の測位装置は、高精度な測位を実現することができる。
【００６０】
なお、上述の条件に加えて、次の条件を満たすようにすることで、より高精度なコード位相差検出を行うことができる。すなわち、上述の位相差τ２の大きさによっては、Promptコード信号ＣＰの相関値ＲＩP，ＲＱPが正値となるコード位相差範囲において、Earlyコード信号ＣＥ２およびLateコード信号ＣＬ２の相関値ＲＩE2，ＲＩL2，ＲＱE2，ＲＱL2が負値となることも考えられる。このような場合には、相関値ＲＩP，ＲＱPが低下しすぎないようにＫを設定する必要があり、当該設定を行うことで高精度なコード位相差検出を行うことができる。
【００６１】
また、上述の実施形態では、Ｅ＋Ｌ相関値のための位相差τ２＝０．３８、定数Ｋ＝０．９の場合で、Ｅ−Ｌ相関値のための位相差が０．１の場合を例に説明したが、上述の条件１、条件２を満たすような組み合わせを備えていれば、Ｅ−Ｌ相関値に応じたＥ＋Ｌ相関値のための位相差τ２および定数Ｋを、適宜設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係るＧＮＳＳ受信装置に相当する復調部を含む測位装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す復調部１２の主要構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態のコード位相差検出の概念を説明するための図である。
【図４】本実施形態のドットプロダクト方式を用いた場合のコード位相差検出器出力値のコード位相差特性をシミュレーションした結果を示した図である。
【図５】Earlyコード、Promptコード、Lateコード間のコード位相差を０．１chipとした場合の従来のＬ１波（Ｃ／Ａコード）を用いたコード相関特性を示す図である。
【図６】ＢＯＣ（１，１）信号、ＰＮコード、サブキャリアの波形を示す図である。
【図７】ＢＯＣ（１，１）信号のコード相関特性を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６３】
１１−測位信号受信アンテナ、１２−復調部、１３−航法メッセージ取得部、１４−測位部、２１−Ａ／Ｄ変換部、２２−ベースバンド変換部、２３１〜２４０−相関器、２５−復調制御部、２５０−コード位相差検出部、２６−コード生成部、２７−キャリア生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
擬似雑音コードとサブキャリアとによって変調されている測位信号を受信するＧＮＳＳ受信装置であって、
互いに位相が異なるアーリレプリカコード、プロンプトレプリカコード、およびレイトレプリカコードを生成するレプリカコード生成部と、
受信した前記測位信号と前記アーリレプリカコードとの相関値であるＥ相関値、受信した前記測位信号と前記プロンプトレプリカコードとの相関値であるＰ相関値、および、受信した前記測位信号と前記レイトレプリカコードとの相関値であるＬ相関値、を算出する相関処理部と、
前記Ｅ相関値と前記Ｌ相関値との加算値であるＥ＋Ｌ相関値、前記Ｅ相関値と前記Ｌ相関値との差分値であるＥ−Ｌ相関値および前記Ｐ相関値に基づいて、前記受信した測位信号と前記プロンプトレプリカコードとのコード位相差を検出するコード位相差検出部と、
を備えたＧＮＳＳ受信装置。
【請求項２】
前記コード位相差検出部は、Ｅ＋Ｌ相関値の定数倍値と前記Ｐ相関値との加算値に、前記Ｅ−Ｌ相関値を乗算することで前記コード位相差を検出する、請求項１に記載のＧＮＳＳ受信装置。
【請求項３】
前記レプリカコード生成部は、前記Ｐ相関値が負となる前記コード位相差において、前記Ｅ＋Ｌ相関値が正となるように前記アーリレプリカコードおよび前記レイトレプリカコードを生成する、請求項１または請求項２に記載のＧＮＳＳ受信装置。
【請求項４】
前記レプリカコード生成部は、互いに位相が異なる第１アーリレプリカコード、第２アーリレプリカコード、第１レイトレプリカコード、および第２レイトレプリカコードを生成し、
前記コード位相差検出部は、前記第１アーリレプリカコードと前記第１レイトレプリカコードとに基づいてＥ−Ｌ相関値を算出し、前記第２アーリレプリカコードと前記第２レイトレプリカコードとに基づいてＥ＋Ｌ相関値を算出する、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＧＮＳＳ受信装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載のＧＮＳＳ受信装置を有し、
該ＧＮＳＳ受信装置は、前記コード位相差から擬似距離を算出する擬似距離算出部を備えるとともに、
前記ＧＮＳＳ受信装置で受信されて復調された前記測位信号から航法メッセージを取得する航法メッセージ取得部と、前記擬似距離と前記航法メッセージとを用いて測位演算を行う測位部と、を備えた測位装置。
【請求項１】
擬似雑音コードとサブキャリアとによって変調されている測位信号を受信するＧＮＳＳ受信装置であって、
互いに位相が異なるアーリレプリカコード、プロンプトレプリカコード、およびレイトレプリカコードを生成するレプリカコード生成部と、
受信した前記測位信号と前記アーリレプリカコードとの相関値であるＥ相関値、受信した前記測位信号と前記プロンプトレプリカコードとの相関値であるＰ相関値、および、受信した前記測位信号と前記レイトレプリカコードとの相関値であるＬ相関値、を算出する相関処理部と、
前記Ｅ相関値と前記Ｌ相関値との加算値であるＥ＋Ｌ相関値、前記Ｅ相関値と前記Ｌ相関値との差分値であるＥ−Ｌ相関値および前記Ｐ相関値に基づいて、前記受信した測位信号と前記プロンプトレプリカコードとのコード位相差を検出するコード位相差検出部と、
を備えたＧＮＳＳ受信装置。
【請求項２】
前記コード位相差検出部は、Ｅ＋Ｌ相関値の定数倍値と前記Ｐ相関値との加算値に、前記Ｅ−Ｌ相関値を乗算することで前記コード位相差を検出する、請求項１に記載のＧＮＳＳ受信装置。
【請求項３】
前記レプリカコード生成部は、前記Ｐ相関値が負となる前記コード位相差において、前記Ｅ＋Ｌ相関値が正となるように前記アーリレプリカコードおよび前記レイトレプリカコードを生成する、請求項１または請求項２に記載のＧＮＳＳ受信装置。
【請求項４】
前記レプリカコード生成部は、互いに位相が異なる第１アーリレプリカコード、第２アーリレプリカコード、第１レイトレプリカコード、および第２レイトレプリカコードを生成し、
前記コード位相差検出部は、前記第１アーリレプリカコードと前記第１レイトレプリカコードとに基づいてＥ−Ｌ相関値を算出し、前記第２アーリレプリカコードと前記第２レイトレプリカコードとに基づいてＥ＋Ｌ相関値を算出する、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＧＮＳＳ受信装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載のＧＮＳＳ受信装置を有し、
該ＧＮＳＳ受信装置は、前記コード位相差から擬似距離を算出する擬似距離算出部を備えるとともに、
前記ＧＮＳＳ受信装置で受信されて復調された前記測位信号から航法メッセージを取得する航法メッセージ取得部と、前記擬似距離と前記航法メッセージとを用いて測位演算を行う測位部と、を備えた測位装置。
【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２０１０−６０４３６（Ｐ２０１０−６０４３６Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２６５５５（Ｐ２００８−２２６５５５）
【出願日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
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