ＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法及びＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を備えたＧＰＳ衛星信号品質監視装置
【課題】単独のＧＰＳ受信機により、ＧＰＳ衛星の故障による信号歪みを検出するとともに、この信号歪みによりどれだけ誤差が検出されたかを実際の数値として判定するＧＰＳ衛星信号品質監視方法およびＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を備えたＧＰＳ衛星信号品質監視装置を提供する。
【解決手段】ＧＰＳ受信機内で捕捉したいＧＰＳ衛星に対応するＣ／Ａコードを生成し、このＣ／Ａコードと受信信号のＣ／Ａコードとの相関をとり、追尾点における相関値を用いて左右対称でない相関点の組み合わせとすることにより不感を解消し、信号歪みをみるとともに、相関点の交点と追尾点の測距値差を求め、この信号歪みによりどれだけ誤差が検出されたかを実際の数値として判定する。
【解決手段】ＧＰＳ受信機内で捕捉したいＧＰＳ衛星に対応するＣ／Ａコードを生成し、このＣ／Ａコードと受信信号のＣ／Ａコードとの相関をとり、追尾点における相関値を用いて左右対称でない相関点の組み合わせとすることにより不感を解消し、信号歪みをみるとともに、相関点の交点と追尾点の測距値差を求め、この信号歪みによりどれだけ誤差が検出されたかを実際の数値として判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有する品質監視方法及びＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を備えた品質監視装置に関し、特に、ＧＰＳ衛星の故障による異常信号の検出方法及びこの異常信号を検出するためのしきい値を決定する方法とそれらの装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＧＰＳ衛星において測距信号の生成・変調の過程で、何らかの故障によりＧＰＳ衛星からの送信信号に劣化が発生した場合、ＧＰＳ受信機内で信号を捕捉するために生成したレプリカ信号とＧＰＳ衛星から受信した測距信号との相関波形に歪みが生じる。この相関波形の歪みが測距誤差の原因となっている。
【０００３】
この測距誤差はＧＰＳ受信機の相関器幅などにより異なるため、ＤＧＰＳ（Differential GPS）の測位の利用者が基準局と異なる機種を利用している場合、特に、相関器ペアのチップ［chip］幅の異なる受信機同士の場合、大きな測距誤差を生じる原因となっている。
【０００４】
そこで、発明者は、現在開発中の地上型衛星航法補強システム（ＧＢＡＳ：Ground Based Augmentation System）や静止衛星型衛星航法補強システム（ＳＢＡＳ：Satellite
Based Augmentation System）などの全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite
System）を用いた航空機の航法システムについて開発しているが、このＧＮＳＳを用いた航空機の航空システムでは、高い信頼性が求められるため、このようなＧＰＳ衛星の故障による異常信号を検出し、警報を発するモニタとして、ＧＰＳ衛星信号の信号品質監視（ＳＱＭ：Signal
Quality Monitoring）機能をシステムに組み込むことが必要である。
【０００５】
そこで、発明者は、ＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を実現するため、相関波形が取得可能なＧＰＳ衛星信号品質監視装置を開発し、この装置で得られる相関波形からＧＰＳ衛星信号歪みを検出する方法のひとつとして、異常信号により生じる測距値差を推定する方法を提案し、擬似信号へ適用し、その評価を行った。
【０００６】
一方、一般に、図１５に示すように、ＧＰＳ衛星から送信される測距信号は、ＧＰＳ衛星毎に異なるＰＲＮ（Pseudo Random Noise:擬似ランダム雑音）符号（Ｃ／Ａコード）で変調されている（図１５（ａ））。従って、ＧＰＳ受信機では、このＧＰＳ衛星からのＧＰＳ衛星信号を捕捉するために、ＧＰＳ受信機内で受信したＰＲＮ符号に対応するＣ／Ａコード（レプリカ信号）を生成している（図１５（ｂ））。次いで、このＧＰＳ受信機内で生成したレプリカ信号のＣ／Ａコード（図１５（ｂ））とＧＰＳ衛星から受信したＰＲＮ符号（Ｃ／Ａコード）（図１５（ａ））との相関をとり、その相関波形のピークを追尾することにより、ＧＰＳ衛星信号を捕捉して距離測定（測距）している。
【０００７】
基本的に相関波形の形状は、図１５（ｃ）に示すように、ピーク（追尾点Ｉｐ）を中心として左右対称であるため、ピークの前（アーリー）と後（レイト）の相関器ペアの出力が同レベルとなるようにすることで、その中心点を追尾点Ｉｐとし、測距を行うことができる。この方法はアーリーレイトコリレーションと呼ばれ、多くのＧＰＳ受信機で、この方式が採用されている。この相関器ペアのチップ幅は、ＧＰＳ受信機の機種により、相関器ペアの幅を、１．０［chip］としたワイドコリレータ、相関器ペアの幅を、０．１［chip］としたアーリーレイトコリレータがある。
【０００８】
又、アーリーレイトコリレーションの他に、チップ幅の異なる２つのコリレータの差分を用いるダブルコリレーションと呼ばれる方法などもある。
【０００９】
又、特表２００４−５１３３７０号公報に記載されているように、測位システム衛星信号歪みを検出するための装置は相関曲線に沿った位置で、複数の相関測定値を求める相関器を有し、相関測定値は、受信された衛星信号と基準との相関に基づいており、信号歪み検出器は、相関曲線に沿った相関測定値間の差を求め、この差から信号を検出するようにしたナビゲーション衛星信号品質監視用の装置もある。
【００１０】
このナビゲーション衛星信号品質監視用の装置では、測位システム衛星によって伝送される信号に影響を及ぼす信号歪みを検出する方法として、伝送された信号を第１の基準と相関させて、相関曲線に沿った第１の点で第１の相関測定値を求め、伝送された信号を第２の基準と相関させて、相関曲線に沿った第２の点で第２の相関測定値を求め、伝送された信号を第３の基準と相関させて、相関曲線に沿った第３の点で第３の相関測定値を求め、第１の相関測定値と第２の相関測定値から第１の差を求め、第２の相関測定値と第３の相関測定値から第２の差を求め、第１の差を第１のしきい値と直接比較し、第２の差を第２のしきい値と直接比較し、第１及び第２の差と第１及び第２のしきい値との比較に基づいて、衛星での信号歪みを検出するようにしたものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「測距誤差推定によるＧＰＳ劣化信号検出について」第７回電子航法研究所発表会講演概要 ２００７年６月
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特表２００４−５１３３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特表２００４−５１３３７０号公報に記載の従来のものは、相関曲線に沿った相関測定値間の差を求め、単に、相関測定値間の差から信号歪みを見ているのみである。即ち、相関波形の直線からのずれを見ているだけである。従って、信号歪みによりどれだけ誤差が検出されるかは判定できないという問題がある。
【００１４】
又、従来のものは、複数の受信機を使用する必要があるため、相関器ペアのチップ［chip］幅の異なる受信機同士の場合、大きな測距誤差を生じる原因となっている。
一方、先に発明者が発表したＧＰＳ衛星信号の歪みを検出する方法として異常信号により生じる測距値差を推定する方法とは別に、より正確な測距誤差推定方法や新たな異常信号検出方法及びその装置の開発が待たれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に係る発明は、ＧＰＳ受信機内で捕捉したいＧＰＳ衛星に対応するＣ／Ａコードを生成し、この生成したＣ／Ａコードと受信信号のＣ／Ａコードとの相関を取り、この相関波形のピークを追尾点Ｉｐとして追尾することにより、ＧＰＳ衛星信号を捕捉し、この捕捉したＧＰＳ衛星信号の異常信号を検出する品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法において、ＧＰＳ衛星信号品質監視方法により取得した相関波形から追尾点Ｉｐから順に、この追尾点Ｉｐの前の相関点ＩＥ１、相関点ＩＥ２、・・・・・相関点ＩＥｎ及び後の相関点ＩＬ１、相関点ＩＬ２、・・・・相関点ＩＬｎである相関点を、ｎ点ずつそれぞれ設定し、相関点ＩＥｉと相関点ＩＥｎを通る直線と追尾点Ｉｐと相関点ＩＬｊを通る直線の交点Ｉ１と、追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ１を求め、相関点ＩＥｊと追尾点Ｉｐを通る直線と相関点ＩＬｉと相関点ＩＬｎを通る直線の交点Ｉ２と、追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ２を求め、ｉ、ｊは、ｉ＜ｊ≦ｎを満足する整数とし、測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２の平均μ１、μ２を算出し、測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２を、平均μ１、μ２と標準偏差σ１（Ｃ／Ｎ０）、σ２（Ｃ／Ｎ０）により正規化して、ΔＲ１，ｓｔｄ、ΔＲ２，ｓｔｄを求め、（ΔＲ１，ｓｔｄ）、（ΔＲ２，ｓｔｄ）の二乗和の平方根
を求め、この測距値差ΔＲ（ｔ）がしきい値を超えた時、故障と判定するようにしたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法である。
【００１６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、相関点ｎ＝２、整数ｉ＝１、整数ｊ＝２としたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法である。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１〜請求項２の何れかに記載の発明において、しきい値は、ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布と異常時の分布との間に設定するようにしたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法である。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の発明において、しきい値は、ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布の時の誤検出確率に対応する値に設定するようにしたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法である。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の発明において、しきい値は、ＧＰＳ衛星信号の異常時の分布の時の未検出確率に対応する値に設定するようにしたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法である。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の発明において、しきい値を、誤検出確率と未検出確率にそれぞれ対応する値が一致する値に設定することにより、最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求めるようにしたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法である。
【００２１】
請求項７に係る発明は、請求項１〜請求項４、請求項６の何れかに記載の発明において、ＧＰＳ衛星信号が正常時の分布の場合、前記ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の二乗和ΔＲ（ｔ）２を求め、このΔＲ（ｔ）２から自由度２のχ２分布を求め、この自由度２のχ２分布の累積分布（上側）をＱ（ｘ）とし、このＱ（ｘ）が誤検出確率に対応する時の値を、測距値差ΔＲ（ｔ）のしきい値に設定し、ΔＲ（ｔ）に対するしきい値を、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配して測距値差に対するしきい値ΔＲｓｔｄ＿ｔｈを求め、ΔＲｓｔｄ＿ｔｈにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対するしきい値ΔＲｎ＿ｔｈを求めるようにしたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法である。
【００２２】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の発明において、ＧＰＳ衛星信号が異常時の分布の場合、自由度２、非心度λの非心χ２分布を求め、この自由度２、非心度λの非心χ２分布の累積分布（下側）を、Ｐ（ｘ）とし、このＰ（ｘ）が未検出確率と一致する時の値（非心度）を求め、この非心度を平方根してΔＲ（ｔ）の最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求め、測距値差ΔＲ（ｔ）に対するＭＤＥを、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配してΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥを求め、ΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対する最小検出可能誤差ΔＲｎ＿ＭＤＥを求めるようにしたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法である。
【００２３】
請求項９に係る発明は、ＧＰＳ衛星信号品質監視装置により取得した相関波形から追尾点Ｉｐから順に、この追尾点Ｉｐの前の相関点ＩＥ１、相関点ＩＥ２、・・・・・相関点ＩＥｎ及び後の相関点ＩＬ１、相関点ＩＬ２、・・・・・相関点ＩＬｎである相関点をそれぞれ設定する手段と、相関点ＩＥｉと相関点ＩＥｎを通る直線と追尾点Ｉｐと相関点ＩＬｊを通る直線の交点Ｉ１と、追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ１を求める手段と、相関点ＩＥｊと追尾点Ｉｐを通る直線と相関点ＩＬｉと相関点ＩＬｎを通る直線の交点Ｉ２と、追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ２を求める手段と、ｉ、ｊは、ｉ＜ｊ≦ｎを満足する整数とし、測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２の平均μ１、μ２を算出する手段と、測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２を、前記平均μ１、μ２と標準偏差σ１（Ｃ／Ｎ０）、σ２（Ｃ／Ｎ０）により正規化して、ΔＲ１，ｓｔｄ、ΔＲ２，ｓｔｄを求める手段と、（ΔＲ１，ｓｔｄ）、（ΔＲ２，ｓｔｄ）の二乗和の平方根
を求める手段と、この測距値差ΔＲ（ｔ）がしきい値を超えた時、故障と判定する手段とを有するＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置である。
【００２４】
請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の発明において、相関点をｎ＝２に設定する手段と、整数ｉ＝１、整数ｊ＝２としたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置である。
【００２５】
請求項１１に係る発明は、請求項９〜請求項１０の何れかに記載の発明において、しきい値を、ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布と異常時の分布との間に設定する手段を有するＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置である。
【００２６】
請求項１２に係る発明は、請求項９〜請求項１１の何れかに記載の発明において、ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布の時の誤検出確率を求める手段と、しきい値を、誤検出確率に対応する値に設定する手段を有するＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置である。
【００２７】
請求項１３に係る発明において、請求項９〜請求項１１の何れかに記載の発明において、ＧＰＳ衛星信号の異常時の分布の時の未検出確率を求める手段と、しきい値を、未検出確率に対応する値に設定する手段を有するＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置である。
【００２８】
請求項１４に係る発明において、請求項９〜請求項１１の何れかに記載の発明において、誤検出確率と未検出確率にそれぞれ対応する値が一致することを判定する手段と、しきい値を、誤検出確率と未検出確率にそれぞれ対応する値が一致する値に設定することにより、最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求める手段を有するＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置である。
【００２９】
請求項１５に係る発明において、請求項９〜請求項１２、請求項１４の何れかに記載の発明において、ＧＰＳ衛星信号が正常時の分布の場合、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の二乗和ΔＲ（ｔ）２を求める手段と、ΔＲ（ｔ）２から自由度２のχ２分布を求める手段と、この自由度２のχ２分布の累積分布（上側）をＱ（ｘ）とし、このＱ（ｘ）が誤検出確率に対応する時の値を、測距値差ΔＲ（ｔ）のしきい値に設定する手段と、ΔＲ（ｔ）に対するしきい値を、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配して測距値差に対するしきい値ΔＲｓｔｄ＿ｔｈを求める手段と、ΔＲｓｔｄ＿ｔｈにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対するしきい値ΔＲｎ＿ｔｈを求める手段を有するＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置である。
【００３０】
請求項１６に係る発明において、請求項１５に記載の発明において、ＧＰＳ衛星信号が異常時の分布の場合、自由度２、非心度λの非心χ２分布を求める手段と、この自由度２、非心度λの非心χ２分布の累積分布（下側）を、Ｐ（ｘ）とし、このＰ（ｘ）が未検出確率と一致する時の値（非心度）を求める手段と、この非心度を平方根してΔＲ（ｔ）の最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求める手段と、ΔＲ（ｔ）に対するＭＤＥを、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配してΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥを求める手段と、ΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対する最小検出可能誤差ΔＲｎ＿ＭＤＥを求める手段を有するＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置である。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１に係る発明は、上記のように構成したので、追尾点における相関値を用いて左右対称でない相関点の組み合わせとすることにより、モデルＡ信号の場合の不感を解消することが出来る。さらに、信号歪みを見るとともに、この信号歪みによりどれだけ誤差が検出されたかを実際の数値として判定することが出来る。
【００３２】
請求項２に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１に記載の発明と同様な効果がある。さらに、相関点を追尾点（ピーク点）の前後に２点ずつとしたので、異常信号を検出するための計算が簡単になる。
【００３３】
請求項３に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１〜請求項２に記載の発明と同様な効果がある。
【００３４】
請求項４に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１〜請求項３に記載の発明と同様な効果に加え、さらに誤検出確率に対応する値に、しきい値を設定しているので、実際には故障していないのに、誤って故障であると検出される確率をなくすことができ、従来のものに比べて信号歪みの検出確率が向上する。
【００３５】
請求項５に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１〜請求項３に記載の発明と同様な効果に加え、さらに未検出確率に対応する値に、しきい値を設定しているので、実際には故障しているのに、故障していないと検出される確率をなくすことができ、従来のものに比べて信号歪みの検出確率が向上する。
【００３６】
請求項６に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１〜請求項３に記載の発明と同様な効果がある。さらに、誤検出確率及び未検出確率にそれぞれ対応する値に一致する値にしきい値を設定しているので、請求項４あるいは請求項５に記載のものより、さらにより正確に信号歪みの検出確率を向上させることが出来る。
【００３７】
請求項７に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１〜請求項４、請求項６に記載の発明と同様な効果に加え、さらに従来のものでは得られなかった測距値差に対する値を実際的な数値で求めることが出来る。
【００３８】
請求項８係る発明は、上記のように構成したので、請求項７に記載の発明と同様な効果に加え、さらに、最小検出可能誤差（ＭＤＥ）が得られるとともに、測距値差へ換算しているので、従来のものでは得られなかった測距値差に対する最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を、実際的な数値で求めることが出来る。
【００３９】
請求項９に係る発明は、上記のように構成したので、ＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を備えた装置を単独の受信機として用いることが可能である。航空機に搭載している受信機は、基本的には１個であるから、ＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を備えた装置を受信機として用いることで、品質監視機能のために機上の装置を余分に複数設ける必要もなく、経済的である。単独の受信機であるため、従来のように、相関器ペアのチップ［chip］幅の異なる受信機同士の場合、即ち、受信機の機種の相違による大きな測距誤差を生じることはない。
【００４０】
又、追尾点における相関値を用いて左右対称でない相関点の組み合わせとすることにより、従来、モデルＡ信号の場合の不感を解消することが出来る。さらに、信号歪みを見るとともに、この信号歪みによりどれだけ誤差が検出されるかを実際的な数値として判定することが出来る。
【００４１】
請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の発明と同様な効果がある。さらに、相関点を追尾点（ピーク点）の前後に２点ずつとしたので、異常信号を検出するための計算が簡単になり、それだけ装置を簡単にすることが出来る。
【００４２】
請求項１１に係る発明は、請求項９及び請求項１０に記載の発明と同様な効果がある。
【００４３】
請求項１２に係る発明は、請求項９〜請求項１１に記載の発明と同様な効果に加え、さらに誤検出確率に対応する値に、しきい値を設定しているので、実際には故障していないのに、誤って故障であると検出される確率が小さくなり、従来のものに比べて信号歪みの検出確率が向上する。
【００４４】
請求項１３に係る発明は、上記のように構成したので、請求項９〜請求項１１に記載の発明と同様な効果に加え、さらに未検出確率に対応する値に、しきい値を設定しているので、実際には故障しているのに、故障していないと検出される確率をなくすことができ、従来のものに比べて信号歪みの検出確率が向上する。
【００４５】
請求項１４に係る発明は、上記のように構成したので、請求項９〜請求項１１に記載の発明と同様な効果がある。さらに、誤検出確率及び未検出確率にそれぞれ対応する値に一致する値にしきい値を設定しているので、請求項１２あるいは請求項１３に記載のものより、さらに正確に信号歪みの検出確率を向上させることが出来る。
【００４６】
請求項１５に係る発明は、上記のように構成したので、請求項９〜請求項１１に記載の発明と同様な効果に加え、さらに従来のものでは得られなかった測距値差に対する値を実際的な数値で求めることが出来る。
【００４７】
請求項１６に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１５に記載の発明と同様な効果に加え、さらに、最小検出可能誤差（ＭＤＥ）が得られるとともに、測距値差へ換算しているので、従来のものでは得られなかった測距値差に対する最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を、実際的な数値で求めることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の第１の実施例を示すもので、ＩＣＡＯのＳＡＲＰｓで定義されているＧＰＳ衛星の故障時の異常信号のモデルＡを示し、この発明のＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いたハードウエアシュミレーションで取得した相関波形を示すもので、（ａ）図はモデルＡの受信信号の入力波形、（ｂ）図はその相関波形である。
【図２】この発明の第１の実施例を示すもので、ＩＣＡＯのＳＡＲＰｓで定義されているＧＰＳ衛星の故障時の異常信号のモデルＢを示し、この発明のＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いたハードウエアシュミレーションで取得した相関波形を示すもので、（ａ）図はモデルＢの受信信号の入力波形（ｂ）図はその相関波形である。
【図３】この発明の第１の実施例を示すもので、ＩＣＡＯのＳＡＲＰｓで定義されているＧＰＳ衛星の故障時の異常信号のモデルＣを示し、この発明のＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いたハードウエアシュミレーションで取得した相関波形を示すもので、（ａ）図はモデルＣの受信信号の入力波形（ｂ）図はその相関波形である。
【図４】この発明の第１の実施例を示すもので、異常信号の検出に用いる相関値を示す図である。
【図５】この発明の第１の実施例を示すもので、この発明によるＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いたハードウエアシュミレーションで取得したＧＰＳ衛星故障時の異常信号とＧＰＳ衛星正常時の正常信号を交互に入力した時のΔＲ（ｔ）と、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）、ΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）を示し、モデルＡと正常信号を交互に入力した場合を示す図である。
【図６】この発明の第１の実施例を示すもので、この発明によるＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いたハードウエアシュミレーションで取得したＧＰＳ衛星故障時の異常信号とＧＰＳ衛星正常時の正常信号を交互に入力した時のΔＲ（ｔ）と、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）、ΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）を示し、モデルＣと正常信号を交互に入力した場合を示す図である。
【図７】この発明の第２の実施例を示すもので、しきい値と最小検出可能誤差ＭＤＥの考え方を示す概念図である。
【図８】この発明の第２の実施例を示すもので、λ＝７４．３８の時のχ２分布と非心χ２分布を示す図で、（ａ）図はχ２分布、（ｂ）図は非心χ２分布である。
【図９】この発明の第２の実施例を示すもので、この発明によるＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いて実信号を受信し、実信号におけるＰＲＮ１０での算出した結果を示す図で、測距値差ΔＲ（ｔ）の計算例を示す図である。
【図１０】この発明の第２の実施例を示すもので、図９に示す２３３７７００秒付近を拡大した図である。
【図１１】この発明の第２の実施例を示すもので、（ａ）図はΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）の計算例を示す図、（ｂ）図はΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の計算例を示す図である。
【図１２】この発明の第２の実施例を示すもので、（ａ）図はΔＲ１とのしきい値及びＭＤＥの計算例を示す図、（ｂ）図はΔＲ２とのしきい値及びＭＤＥの計算例を示す図である。
【図１３】この発明の第２の実施例を示すもので、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）との相関を示す図である。
【図１４】この発明の第２の実施例を示すもので、ΔＲ（ｔ）２の分布とχ２分布を示す図である。
【図１５】従来例を示すもので、先に発明者が発表したＧＰＳ衛星信号の捕捉について説明するための波形を示す説明図で、（ａ）図はＧＰＳ衛星から受信したＰＲＮ符号のＣ／Ａコードの波形図、（ｂ）図はＧＰＳ受信機内で生成したＣ／Ａコードの波形図、（c）図は（ａ）図と（ｂ）図の相関波形である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
ＧＰＳ衛星信号品質監視方法により取得した相関波形から追尾点Ｉｐ付近に、この追尾点Ｉｐから順に、追尾点Ｉｐの前の相関点ＩＥ１、相関点ＩＥ２・・・相関点ＩＥｎ及び後の相関点ＩＬ１、相関点ＩＬ２、・・・相関点ＩＬｎである２点の相関点をそれぞれ設定し、相関点ＩＥ１、相関点ＩＥ２を通る直線と追尾点Ｉｐと相関点ＩＬ２を通る直線の交点Ｉ１と追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ１を求める。
次いで、追尾点Ｉｐと相関点ＩＬ２を通る直線と追尾点Ｉｐと相関点ＩＥ２を通る直線の交点Ｉ２と追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ２を求め、測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２の平均μ１、μ２を算出し、さらに、測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２を、平均μ１、μ２と標準偏差σ１（Ｃ／Ｎ０）、σ２（Ｃ／Ｎ０）により正規化して、ΔＲ１，ｓｔｄ、ΔＲ２，ｓｔｄを求める。さらに、（ΔＲ１，ｓｔｄ）、（ΔＲ２，ｓｔｄ）の２乗和の平方根
を求め、この測距値差ΔＲ（ｔ）がしきい値を超えた時、故障と判定する。
【００５０】
次いで、ＧＰＳ衛星信号が正常時の分布の場合には、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の二乗和ΔＲ（ｔ）２を求め、ΔＲ（ｔ）２から自由度２のχ２分布を求め、この自由度２のχ２分布の累積分布（上側）をＱ（ｘ）とする。
このＱ（ｘ）が誤検出確率に対応する時の値を、測距値差ΔＲ（ｔ）のしきい値に設定し、ΔＲ（ｔ）に対するしきい値を、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配して測距値差に対するしきい値ΔＲｓｔｄ＿ｔｈを求め、ΔＲｓｔｄ＿ｔｈにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対するしきい値ΔＲｎ＿ｔｈを求める。
【００５１】
次に、ＧＰＳ衛星信号が異常時の分布の場合、自由度２、非心度λの非心χ２分布を求め、この自由度２、非心度λの非心χ２分布の累積分布（下側）を、Ｐ（ｘ）とする。このＰ（ｘ）が未検出確率と一致する時の値（非心度）を求め、この非心度を平方根してΔＲ（ｔ）の最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求める。測距値差ΔＲ（ｔ）に対するＭＤＥを、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配してΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥを求め、ΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対する最小検出可能誤差ΔＲｎ＿ＭＤＥを求める。
【実施例１】
【００５２】
ＧＰＳ衛星が故障すると異常信号が送信される。この異常信号の脅威モデル（threat model）として、国際民間航空機関（以下、ＩＣＡＯと記す）（ＩＣＡＯ：International Civil
Aviation Organization）の国際標準及び勧告方式（以下、ＳＡＲＰｓと記す）（ＳＡＲＰｓ：International Standards
and Recommended Practices）では、下記に示すモデルＡ（model A）、モデルＢ（model B），モデルＣ（model C）の３種類のモデルが定義されている。以下これについて説明する。
【００５３】
図１〜図３は、本願のＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いたハードウエアシュミレーションで取得した相関波形を示すもので、図１は、Δ＝０．１とした時のモデルＡを示し、（ａ）図は受信信号の入力波形（ｂ）図はその相関波形、図２はｆｄ＝６、σ＝６とした時のモデルＢを示し、（ａ）図は受信信号の入力波形（ｂ）図はその相関波形、図３は、ｆｄ＝５、σ＝４、Δ＝０．０８とした時のモデルＣを示し、（ａ）図は受信信号の入力波形（ｂ）図はその相関波形である。
【００５４】
なお、モデルＡは、クロックタイミングのずれなどのように、デジタル回路が故障した場合に発生する異常信号のモデルで、矩形波の幅が変動する。
モデルＢは、増幅器・送信部などのアナログ回路が故障した場合に発生する異常信号のモデルで、リンギングが生じる。
モデルＣは、モデルＡとモデルＢの複合した場合に発生する異常信号のモデルで、リンギングの上に矩形波が乗った形状となる。
【００５５】
ここで、モデルＡとモデルＣのデジタル回路部の故障によるＣ／Ａコード信号の立ち上がりの遅延を、Δ［chip］で表し、本来の正常時の信号がｔ＝０で立ち下がるとすると、モデルＡは、下記式（１）で表される。
【００５６】
【数１】
【００５７】
又、モデルＢとモデルＣのアナログ部の故障については、ｔ＝０で信号が立ち上がるとすると、振動成分をωｄ（＝２πｆｄ）、減衰成分をσとすると、式（２）で表される。なお、各パラメータの値は、ＳＡＲＰｓにおいて表１に示す範囲であると規定され、ここでは、ωｄ＝２πｆｄである。
【００５８】
【数２】
【００５９】
【表１】
【００６０】
次いで、この発明の第１の実施例を、図４〜図６に基づいて詳細に説明する。図４はこの実施例１で異常信号の検出に用いる相関値を示す図である。図５及び図６は、この発明によるＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いたハードウエアシュミレーションで取得したＧＰＳ衛星故障時の異常信号とＧＰＳ衛星正常時の正常信号を交互に入力した時のΔＲ（ｔ）と、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）、ΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）を示すもので、図５は、モデルＡと正常信号を交互に入力した場合、図６は、モデルＣと正常信号を交互に入力した場合である。なお、この実施例１では、ＧＰＳ受信機で受信したＧＰＳ衛星の故障による異常信号を、図４に示すように、５つの相関点の値から検出する方法について説明する。
【００６１】
図４は、三角形の相関波形で、受信機の追尾点Ｉｐ（以下、単にＩｐと記す。）の前に相関点ＩＥ１、ＩＥ２（それぞれ、以下、単にＩＥ１、ＩＥ２と記す。）を設定し、追尾点Ｉｐの後に相関点ＩＬ１、ＩＬ２（それぞれ、以下、単にＩＬ１、ＩＬ２と記す。）を設定する５点法を表している。ここで、ＩＥ１は、Ｉｐより０．０２５５７５［chip］前の点、ＩＥ２は、Ｉｐより０．０７６７２５［chip］前の点にそれぞれ設定され、ＩＬ１は、Ｉｐより０．０２５５７５［chip］後の点、ＩＬ２は、Ｉｐより０．０７６７２５［chip］後の点にそれぞれ設定されている。
【００６２】
次いで、ＩＥ１とＩＥ２を通る直線と、ＩｐとＩＬ２を通る直線の交点Ｉ１とＩｐとの差から求めた測距値差ΔＲ１［ｍ］と、ＩＬ１とＩＬ２を通る直線とＩｐとＩＥ２を通る直線の交点Ｉ２とＩｐとの差から求めた測距値差ΔＲ２［ｍ］を求める。ここで、ＧＰＳ衛星の故障がなく、ＧＰＳ衛星からの信号が正常である場合は、ΔＲ１とΔＲ２は、それぞれ理想的には０［ｍ］となり、図４に示す相関波形もきれいな三角波形となる。また、ＧＰＳ衛星からの信号が異常である場合は、ΔＲ１とΔＲ２は、図４に示すように、それぞれ大きなバイアス成分となって表される。
【００６３】
なお、この実施例では、Ｉｐの前後２点ずつの相関点を用いた５点法を用いているが、これに限定されることはない。Ｉｐの前後ｎ点ずつの相関点を用い、ＩＥｉとＩＥｎを通る直線と、ＩｐとＩＬｊを通る直線の交点Ｉ１とＩｐとの差から求めた測距値差ΔＲ１［ｍ］と、ＩＬｉとＩＬｎを通る直線とＩｐとＩＥｊを通る直線の交点Ｉ２とＩｐとの差から求めた測距値差ΔＲ２［ｍ］を求めるようにしてもよい。なお、ｉ、ｊは、ｉ＜ｊ≦ｎを満足する整数である。
【００６４】
ここで、ΔＲ１とΔＲ２は、ＧＰＳ衛星の仰角や信号強度Ｃ／Ｎ０に依存するので、Ｃ／Ｎ０の関数となる。また、ΔＲ１、ΔＲ２それぞれの平均値μ１、μ２をあらかじめ算出しておく。この平均値μ１、μ２と標準偏差σ１（Ｃ／Ｎ０）、σ２（Ｃ／Ｎ０）によりΔＲ１、ΔＲ２を下記式（３）に示すように正規化する。この式（３）により、どの程度故障するかをみることが出来る。
【００６５】
【数３】
【００６６】
次いで、下記式（４）に示すように、二乗和の平方根の値を検出に用い、この値がしきい値を越えた場合に故障（異常信号）と判定する。
【００６７】
【数４】
【００６８】
次に、発明者は、この発明によるＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いたハードウエアシュミレーションを行った。即ち、図５及び図６は、ＧＰＳ衛星信号品質監視装置で取得したＧＰＳ衛星故障時の異常信号とＧＰＳ衛星正常時の正常信号を交互に入力した時のΔＲ（ｔ）と、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）、ΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の値をそれぞれ示している。図５及び図６に示すように、ＧＰＳ衛星の故障による異常信号が発生した場合は、ΔＲ（ｔ）に対してΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の片方あるいは両方にバイアスとなって現れるため、しきい値をＧＰＳ衛星信号の正常時の分布とＧＰＳ衛星信号の異常時の分布の２つの分布の間に設定すれば、ＧＰＳ衛星の故障の検出が可能となる。
【００６９】
なお、上記したように、ΔＲ１とΔＲ２は、ＧＰＳ衛星の仰角や信号強度Ｃ／Ｎ０に依存している。さらに、この信号強度は、受信機、受信アンテナ、設置場所等に依存するため、式（３）等で用いるμ１、μ２やσ１、σ２は、この発明のＧＰＳ信号品質監視装置を設置するサイト毎にデータを取得し決定する必要があるため、あらかじめ算出している。
【００７０】
また、この実施例では、ΔＲ１とΔＲ２は、４次式を用いて表されているが、この実施例に限定されることなく、精度を上げるためにより高次の多項式を用いても良いし、処理速度を上げるためにさらに近似した低次の多項式を用いても良い。
【実施例２】
【００７１】
この発明の第２の実施例を、図７及び図８に基づいて詳細に説明する。図７は、しきい値と後述する最小検出可能誤差ＭＤＥの考え方を示す概念図である。図８は、λ＝７４．３８の時のχ２分布と非心χ２分布を示す図で、（ａ）図はχ２分布、（ｂ）図は非心χ２分布である。この実施例２では、ＧＰＳ衛星の故障を検出するためのしきい値を決定する方法について説明する。なお、実施例１と同一のものは、同一名称、同一番号を付し、その説明を省略する。
【００７２】
まず、統計量が正規分布する一般的な場合について説明する。図７において、ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布は実線で、ＧＰＳ衛星信号の異常時の分布は点線で示している。異常時には、正常時の分布に対してバイアスが発生するので、通常はこの正常時の分布と異常時の分布の間にしきい値を設定するのが一般的である。なお、図７においては、この異常時に生じるバイアスをＥとしている。
【００７３】
まず、実際は故障していないのに、故障として検出される確率を、誤検出確率とし、その値を１．５×１０−７とした場合、この誤検出確率に対応するしきい値は、正常時の分布の中心（０）から５．２６σ離れた値（±５．２６σ）となる。
【００７４】
一方、実際は故障しているのに、故障として検出出来ない確率を、未検出確率とし、その値を１０−３とした場合、この未検出確率に対応するしきい値は、異常時の分布の中心（Ｅ）から３．０９σ小さい値（Ｅ−３．０９σ）となる。
【００７５】
上記した誤検出確率に対応するしきい値と未検出確率に対応するしきい値とが一致する時の異常時の分布の中心は、この値をしきい値とした時に検出可能な最小誤差となる。従って、この時の異常時の分布の中心の値を最小検出誤差（ＭＤＥ：Minimum Detectable Error、以下、ＭＤＥと記す。）という。
【００７６】
次に、上記を踏まえ、この発明による手法を用いてしきい値を決定する方法について説明する。正規化されたΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）は、標準正規分布に従うため、それらの二乗和であるΔＲ（ｔ）２は、自由度２のχ２分布に従う。ここで、図８に基づいて、正規分布の場合と同様に、この場合のしきい値及びＭＤＥについて説明する。
【００７７】
図８において、（ａ）図では、この自由度２のχ２分布の累積分布（上側）をＱ（ｘ）としている。このＱ（ｘ）の値が、誤検出確率である１．５×１０−７のときのｘの値は、図８の（ａ）図からｘ＝３１．４２と求められる。従って、ΔＲ（ｔ）に対するしきい値ΔＲｔｈは、下記式（５）に示す値から求められる。
【００７８】
【数５】
【００７９】
一方、異常時の分布は、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の片方あるいは両方にバイアスが生じるため、自由度２、非心度λの非心χ２分布となる。この分布の累積分布（下側）をＰ（ｘ）とし、ｘ＝３１．４２におけるＰ（ｘ）の値が未検出確率である１０−３のときの非心度λを求めると、λ＝７４．３８と求められる。この非心度λの平方根がΔＲ（ｔ）に対するＭＤＥに相当し、ΔＲ（ｔ）に対するＭＤＥであるΔＲＭＤＥは、下記式（６）に示す値から求められる。
【００８０】
【数６】
【００８１】
上記式（５）及び式（６）により求められたΔＲ（ｔ）に対するしきい値ΔＲｔｈとΔＲ（ｔ）に対するＭＤＥであるΔＲＭＤＥとを、下記式（７）及び式（８）に示すように、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）とに分配する。
【００８２】
【数７】
【００８３】
【数８】
【００８４】
上記式（７）及び式（８）により、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）に対するしきい値ΔＲｓｔｄ＿ｔｈとＭＤＥであるΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥとが求められる。これらΔＲｓｔｄ＿ｔｈとΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥとを、下記式（９）及び式（１０）に示すように、それぞれのσを乗ずることで、測距値差に換算することが出来る。
【００８５】
【数９】
【００８６】
【数１０】
【実施例３】
【００８７】
発明者は、この発明によるしきい値と最小検出可能誤差ＭＤＥを評価するために、この発明によるＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いて実際にＧＰＳ衛星から信号（以下、実信号と記す）を受信してその解析を試みた。これについて、第３の実施例として、図９〜図１４に基づいて詳細に説明する。図９〜図１２は、この発明によるＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いて実信号を受信し、この実信号におけるＰＲＮ１０での算出した結果を示す図で、図９は測距値差ΔＲ（ｔ）の計算例、図１０は図９に示す２３３７７００秒付近を拡大した図である。
【００８８】
図１１において、（ａ）図はΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）の計算例を示す図、（ｂ）図はΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の計算例を示す図である。図１２において、（ａ）図はΔＲ１とのしきい値及びＭＤＥの計算例を示す図、（ｂ）図はΔＲ２とのしきい値及びＭＤＥの計算例を示す図である。図１３はΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）との相関を示す図、図１４はΔＲ（ｔ）２の分布とχ２分布を示す図である。なお、実施例１と同一のものは、同一名称、同一番号を付し、その説明を省略する。
【００８９】
この実施例では、実施例２で説明し、あらかじめ算出したしきい値と最小検出可能誤差ＭＤＥに対し、ＧＰＳ衛星からの実信号を用いて解析した結果について説明する。この実施例で説明する結果は、２００８年７月１４日に行ったＰＲＮ１０での結果で、後述する解析の際、計算で使用するσｎμｎは、２４時間分のデータから算出している。
【００９０】
まず、図９に示すように、２３７７００秒付近でしきい値を越えている事が明らかである。この２３７７００秒付近を拡大した図１０にも示すように、しきい値を越えているが、実験を行った２００８年７月１４日にＧＰＳ衛星の故障は発生しておらず、この結果は誤検出であったと考えられる。
【００９１】
この誤検出があった２３７７００秒付近に着目して、さらに図１１及び図１２を用いて解析を進めて説明する。図１１は、（ａ）図がΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）の算出した結果を示す図、（ｂ）図がΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の算出した結果で、図１２は（ａ）図がΔＲ１とのしきい値及び最小検出可能誤差ＭＤＥの算出した結果を示す図、（ｂ）図がΔＲ２とのしきい値及び最小検出可能誤差ＭＤＥの算出した結果を示す図である。この内、図１２で示されているしきい値及び最小検出可能誤差ＭＤＥは、測距値差への換算した算出結果であり、この結果により、測距値差に対する最小検出可能誤差ＭＤＥは、最大で２ｍ程度である事が判明した。
【００９２】
次に、図１３において、プロットされたΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）との相関に着目すると、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）とに若干の正の相関があることが判明した。
【００９３】
さらに、図１４において、黒の実線で示す部分がΔＲ（ｔ）２の分布であり、灰色の実線で示しているのがχ２分布である。図１４において、ΔＲ（ｔ）２の分布は、図１４の図中真ん中から右側にかけての部分、いわばΔＲ（ｔ）２の分布の裾の部分でχ２分布から乖離していることが判明した。
【００９４】
以上の解析結果から、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）との間で相関があることにより、ΔＲ（ｔ）２の分布がχ２分布から乖離し、誤検出の原因となっていると考えられる。
【００９５】
現在ＩＣＡＯによって検討中の高カテゴリＧＢＡＳ（ＦＡＳＴ−Ｄ）のレンジングモニタに要求される許容誤差（未検出確率：１０−９）は、１．６５［ｍ］である。この規格は、滑走路が目視出来ない状況での計器着陸の規格である。実信号について発明者の行った解析結果により、測距値差に対する最小検出可能誤差ＭＤＥは、最大で２ｍ程度であることが示されているが、この１．６５には達していない。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
この発明によるＧＰＳ衛星信号品質監視装置は、ＧＰＳ衛星からの信号の品質を監視可能なので、ＧＰＳ衛星信号を用いた測位や航法全ておいて、その測位や航法の品質、信頼性の向上に好適である。
【符号の説明】
【００９７】
ＩＥ１、ＩＥ２、・・・ＩＥｎ 相関点
ＩＬ１、ＩＬ２、・・・ＩＬｎ 相関点
Ｉｐ 追尾点
ΔＲ（ｔ） 測距値差
ＭＤＥ 最小検出可能誤差
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有する品質監視方法及びＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を備えた品質監視装置に関し、特に、ＧＰＳ衛星の故障による異常信号の検出方法及びこの異常信号を検出するためのしきい値を決定する方法とそれらの装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＧＰＳ衛星において測距信号の生成・変調の過程で、何らかの故障によりＧＰＳ衛星からの送信信号に劣化が発生した場合、ＧＰＳ受信機内で信号を捕捉するために生成したレプリカ信号とＧＰＳ衛星から受信した測距信号との相関波形に歪みが生じる。この相関波形の歪みが測距誤差の原因となっている。
【０００３】
この測距誤差はＧＰＳ受信機の相関器幅などにより異なるため、ＤＧＰＳ（Differential GPS）の測位の利用者が基準局と異なる機種を利用している場合、特に、相関器ペアのチップ［chip］幅の異なる受信機同士の場合、大きな測距誤差を生じる原因となっている。
【０００４】
そこで、発明者は、現在開発中の地上型衛星航法補強システム（ＧＢＡＳ：Ground Based Augmentation System）や静止衛星型衛星航法補強システム（ＳＢＡＳ：Satellite
Based Augmentation System）などの全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite
System）を用いた航空機の航法システムについて開発しているが、このＧＮＳＳを用いた航空機の航空システムでは、高い信頼性が求められるため、このようなＧＰＳ衛星の故障による異常信号を検出し、警報を発するモニタとして、ＧＰＳ衛星信号の信号品質監視（ＳＱＭ：Signal
Quality Monitoring）機能をシステムに組み込むことが必要である。
【０００５】
そこで、発明者は、ＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を実現するため、相関波形が取得可能なＧＰＳ衛星信号品質監視装置を開発し、この装置で得られる相関波形からＧＰＳ衛星信号歪みを検出する方法のひとつとして、異常信号により生じる測距値差を推定する方法を提案し、擬似信号へ適用し、その評価を行った。
【０００６】
一方、一般に、図１５に示すように、ＧＰＳ衛星から送信される測距信号は、ＧＰＳ衛星毎に異なるＰＲＮ（Pseudo Random Noise:擬似ランダム雑音）符号（Ｃ／Ａコード）で変調されている（図１５（ａ））。従って、ＧＰＳ受信機では、このＧＰＳ衛星からのＧＰＳ衛星信号を捕捉するために、ＧＰＳ受信機内で受信したＰＲＮ符号に対応するＣ／Ａコード（レプリカ信号）を生成している（図１５（ｂ））。次いで、このＧＰＳ受信機内で生成したレプリカ信号のＣ／Ａコード（図１５（ｂ））とＧＰＳ衛星から受信したＰＲＮ符号（Ｃ／Ａコード）（図１５（ａ））との相関をとり、その相関波形のピークを追尾することにより、ＧＰＳ衛星信号を捕捉して距離測定（測距）している。
【０００７】
基本的に相関波形の形状は、図１５（ｃ）に示すように、ピーク（追尾点Ｉｐ）を中心として左右対称であるため、ピークの前（アーリー）と後（レイト）の相関器ペアの出力が同レベルとなるようにすることで、その中心点を追尾点Ｉｐとし、測距を行うことができる。この方法はアーリーレイトコリレーションと呼ばれ、多くのＧＰＳ受信機で、この方式が採用されている。この相関器ペアのチップ幅は、ＧＰＳ受信機の機種により、相関器ペアの幅を、１．０［chip］としたワイドコリレータ、相関器ペアの幅を、０．１［chip］としたアーリーレイトコリレータがある。
【０００８】
又、アーリーレイトコリレーションの他に、チップ幅の異なる２つのコリレータの差分を用いるダブルコリレーションと呼ばれる方法などもある。
【０００９】
又、特表２００４−５１３３７０号公報に記載されているように、測位システム衛星信号歪みを検出するための装置は相関曲線に沿った位置で、複数の相関測定値を求める相関器を有し、相関測定値は、受信された衛星信号と基準との相関に基づいており、信号歪み検出器は、相関曲線に沿った相関測定値間の差を求め、この差から信号を検出するようにしたナビゲーション衛星信号品質監視用の装置もある。
【００１０】
このナビゲーション衛星信号品質監視用の装置では、測位システム衛星によって伝送される信号に影響を及ぼす信号歪みを検出する方法として、伝送された信号を第１の基準と相関させて、相関曲線に沿った第１の点で第１の相関測定値を求め、伝送された信号を第２の基準と相関させて、相関曲線に沿った第２の点で第２の相関測定値を求め、伝送された信号を第３の基準と相関させて、相関曲線に沿った第３の点で第３の相関測定値を求め、第１の相関測定値と第２の相関測定値から第１の差を求め、第２の相関測定値と第３の相関測定値から第２の差を求め、第１の差を第１のしきい値と直接比較し、第２の差を第２のしきい値と直接比較し、第１及び第２の差と第１及び第２のしきい値との比較に基づいて、衛星での信号歪みを検出するようにしたものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「測距誤差推定によるＧＰＳ劣化信号検出について」第７回電子航法研究所発表会講演概要 ２００７年６月
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特表２００４−５１３３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特表２００４−５１３３７０号公報に記載の従来のものは、相関曲線に沿った相関測定値間の差を求め、単に、相関測定値間の差から信号歪みを見ているのみである。即ち、相関波形の直線からのずれを見ているだけである。従って、信号歪みによりどれだけ誤差が検出されるかは判定できないという問題がある。
【００１４】
又、従来のものは、複数の受信機を使用する必要があるため、相関器ペアのチップ［chip］幅の異なる受信機同士の場合、大きな測距誤差を生じる原因となっている。
一方、先に発明者が発表したＧＰＳ衛星信号の歪みを検出する方法として異常信号により生じる測距値差を推定する方法とは別に、より正確な測距誤差推定方法や新たな異常信号検出方法及びその装置の開発が待たれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に係る発明は、ＧＰＳ受信機内で捕捉したいＧＰＳ衛星に対応するＣ／Ａコードを生成し、この生成したＣ／Ａコードと受信信号のＣ／Ａコードとの相関を取り、この相関波形のピークを追尾点Ｉｐとして追尾することにより、ＧＰＳ衛星信号を捕捉し、この捕捉したＧＰＳ衛星信号の異常信号を検出する品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法において、ＧＰＳ衛星信号品質監視方法により取得した相関波形から追尾点Ｉｐから順に、この追尾点Ｉｐの前の相関点ＩＥ１、相関点ＩＥ２、・・・・・相関点ＩＥｎ及び後の相関点ＩＬ１、相関点ＩＬ２、・・・・相関点ＩＬｎである相関点を、ｎ点ずつそれぞれ設定し、相関点ＩＥｉと相関点ＩＥｎを通る直線と追尾点Ｉｐと相関点ＩＬｊを通る直線の交点Ｉ１と、追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ１を求め、相関点ＩＥｊと追尾点Ｉｐを通る直線と相関点ＩＬｉと相関点ＩＬｎを通る直線の交点Ｉ２と、追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ２を求め、ｉ、ｊは、ｉ＜ｊ≦ｎを満足する整数とし、測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２の平均μ１、μ２を算出し、測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２を、平均μ１、μ２と標準偏差σ１（Ｃ／Ｎ０）、σ２（Ｃ／Ｎ０）により正規化して、ΔＲ１，ｓｔｄ、ΔＲ２，ｓｔｄを求め、（ΔＲ１，ｓｔｄ）、（ΔＲ２，ｓｔｄ）の二乗和の平方根
を求め、この測距値差ΔＲ（ｔ）がしきい値を超えた時、故障と判定するようにしたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法である。
【００１６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、相関点ｎ＝２、整数ｉ＝１、整数ｊ＝２としたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法である。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１〜請求項２の何れかに記載の発明において、しきい値は、ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布と異常時の分布との間に設定するようにしたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法である。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の発明において、しきい値は、ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布の時の誤検出確率に対応する値に設定するようにしたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法である。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の発明において、しきい値は、ＧＰＳ衛星信号の異常時の分布の時の未検出確率に対応する値に設定するようにしたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法である。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の発明において、しきい値を、誤検出確率と未検出確率にそれぞれ対応する値が一致する値に設定することにより、最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求めるようにしたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法である。
【００２１】
請求項７に係る発明は、請求項１〜請求項４、請求項６の何れかに記載の発明において、ＧＰＳ衛星信号が正常時の分布の場合、前記ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の二乗和ΔＲ（ｔ）２を求め、このΔＲ（ｔ）２から自由度２のχ２分布を求め、この自由度２のχ２分布の累積分布（上側）をＱ（ｘ）とし、このＱ（ｘ）が誤検出確率に対応する時の値を、測距値差ΔＲ（ｔ）のしきい値に設定し、ΔＲ（ｔ）に対するしきい値を、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配して測距値差に対するしきい値ΔＲｓｔｄ＿ｔｈを求め、ΔＲｓｔｄ＿ｔｈにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対するしきい値ΔＲｎ＿ｔｈを求めるようにしたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法である。
【００２２】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の発明において、ＧＰＳ衛星信号が異常時の分布の場合、自由度２、非心度λの非心χ２分布を求め、この自由度２、非心度λの非心χ２分布の累積分布（下側）を、Ｐ（ｘ）とし、このＰ（ｘ）が未検出確率と一致する時の値（非心度）を求め、この非心度を平方根してΔＲ（ｔ）の最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求め、測距値差ΔＲ（ｔ）に対するＭＤＥを、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配してΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥを求め、ΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対する最小検出可能誤差ΔＲｎ＿ＭＤＥを求めるようにしたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法である。
【００２３】
請求項９に係る発明は、ＧＰＳ衛星信号品質監視装置により取得した相関波形から追尾点Ｉｐから順に、この追尾点Ｉｐの前の相関点ＩＥ１、相関点ＩＥ２、・・・・・相関点ＩＥｎ及び後の相関点ＩＬ１、相関点ＩＬ２、・・・・・相関点ＩＬｎである相関点をそれぞれ設定する手段と、相関点ＩＥｉと相関点ＩＥｎを通る直線と追尾点Ｉｐと相関点ＩＬｊを通る直線の交点Ｉ１と、追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ１を求める手段と、相関点ＩＥｊと追尾点Ｉｐを通る直線と相関点ＩＬｉと相関点ＩＬｎを通る直線の交点Ｉ２と、追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ２を求める手段と、ｉ、ｊは、ｉ＜ｊ≦ｎを満足する整数とし、測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２の平均μ１、μ２を算出する手段と、測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２を、前記平均μ１、μ２と標準偏差σ１（Ｃ／Ｎ０）、σ２（Ｃ／Ｎ０）により正規化して、ΔＲ１，ｓｔｄ、ΔＲ２，ｓｔｄを求める手段と、（ΔＲ１，ｓｔｄ）、（ΔＲ２，ｓｔｄ）の二乗和の平方根
を求める手段と、この測距値差ΔＲ（ｔ）がしきい値を超えた時、故障と判定する手段とを有するＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置である。
【００２４】
請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の発明において、相関点をｎ＝２に設定する手段と、整数ｉ＝１、整数ｊ＝２としたＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置である。
【００２５】
請求項１１に係る発明は、請求項９〜請求項１０の何れかに記載の発明において、しきい値を、ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布と異常時の分布との間に設定する手段を有するＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置である。
【００２６】
請求項１２に係る発明は、請求項９〜請求項１１の何れかに記載の発明において、ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布の時の誤検出確率を求める手段と、しきい値を、誤検出確率に対応する値に設定する手段を有するＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置である。
【００２７】
請求項１３に係る発明において、請求項９〜請求項１１の何れかに記載の発明において、ＧＰＳ衛星信号の異常時の分布の時の未検出確率を求める手段と、しきい値を、未検出確率に対応する値に設定する手段を有するＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置である。
【００２８】
請求項１４に係る発明において、請求項９〜請求項１１の何れかに記載の発明において、誤検出確率と未検出確率にそれぞれ対応する値が一致することを判定する手段と、しきい値を、誤検出確率と未検出確率にそれぞれ対応する値が一致する値に設定することにより、最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求める手段を有するＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置である。
【００２９】
請求項１５に係る発明において、請求項９〜請求項１２、請求項１４の何れかに記載の発明において、ＧＰＳ衛星信号が正常時の分布の場合、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の二乗和ΔＲ（ｔ）２を求める手段と、ΔＲ（ｔ）２から自由度２のχ２分布を求める手段と、この自由度２のχ２分布の累積分布（上側）をＱ（ｘ）とし、このＱ（ｘ）が誤検出確率に対応する時の値を、測距値差ΔＲ（ｔ）のしきい値に設定する手段と、ΔＲ（ｔ）に対するしきい値を、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配して測距値差に対するしきい値ΔＲｓｔｄ＿ｔｈを求める手段と、ΔＲｓｔｄ＿ｔｈにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対するしきい値ΔＲｎ＿ｔｈを求める手段を有するＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置である。
【００３０】
請求項１６に係る発明において、請求項１５に記載の発明において、ＧＰＳ衛星信号が異常時の分布の場合、自由度２、非心度λの非心χ２分布を求める手段と、この自由度２、非心度λの非心χ２分布の累積分布（下側）を、Ｐ（ｘ）とし、このＰ（ｘ）が未検出確率と一致する時の値（非心度）を求める手段と、この非心度を平方根してΔＲ（ｔ）の最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求める手段と、ΔＲ（ｔ）に対するＭＤＥを、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配してΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥを求める手段と、ΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対する最小検出可能誤差ΔＲｎ＿ＭＤＥを求める手段を有するＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置である。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１に係る発明は、上記のように構成したので、追尾点における相関値を用いて左右対称でない相関点の組み合わせとすることにより、モデルＡ信号の場合の不感を解消することが出来る。さらに、信号歪みを見るとともに、この信号歪みによりどれだけ誤差が検出されたかを実際の数値として判定することが出来る。
【００３２】
請求項２に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１に記載の発明と同様な効果がある。さらに、相関点を追尾点（ピーク点）の前後に２点ずつとしたので、異常信号を検出するための計算が簡単になる。
【００３３】
請求項３に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１〜請求項２に記載の発明と同様な効果がある。
【００３４】
請求項４に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１〜請求項３に記載の発明と同様な効果に加え、さらに誤検出確率に対応する値に、しきい値を設定しているので、実際には故障していないのに、誤って故障であると検出される確率をなくすことができ、従来のものに比べて信号歪みの検出確率が向上する。
【００３５】
請求項５に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１〜請求項３に記載の発明と同様な効果に加え、さらに未検出確率に対応する値に、しきい値を設定しているので、実際には故障しているのに、故障していないと検出される確率をなくすことができ、従来のものに比べて信号歪みの検出確率が向上する。
【００３６】
請求項６に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１〜請求項３に記載の発明と同様な効果がある。さらに、誤検出確率及び未検出確率にそれぞれ対応する値に一致する値にしきい値を設定しているので、請求項４あるいは請求項５に記載のものより、さらにより正確に信号歪みの検出確率を向上させることが出来る。
【００３７】
請求項７に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１〜請求項４、請求項６に記載の発明と同様な効果に加え、さらに従来のものでは得られなかった測距値差に対する値を実際的な数値で求めることが出来る。
【００３８】
請求項８係る発明は、上記のように構成したので、請求項７に記載の発明と同様な効果に加え、さらに、最小検出可能誤差（ＭＤＥ）が得られるとともに、測距値差へ換算しているので、従来のものでは得られなかった測距値差に対する最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を、実際的な数値で求めることが出来る。
【００３９】
請求項９に係る発明は、上記のように構成したので、ＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を備えた装置を単独の受信機として用いることが可能である。航空機に搭載している受信機は、基本的には１個であるから、ＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を備えた装置を受信機として用いることで、品質監視機能のために機上の装置を余分に複数設ける必要もなく、経済的である。単独の受信機であるため、従来のように、相関器ペアのチップ［chip］幅の異なる受信機同士の場合、即ち、受信機の機種の相違による大きな測距誤差を生じることはない。
【００４０】
又、追尾点における相関値を用いて左右対称でない相関点の組み合わせとすることにより、従来、モデルＡ信号の場合の不感を解消することが出来る。さらに、信号歪みを見るとともに、この信号歪みによりどれだけ誤差が検出されるかを実際的な数値として判定することが出来る。
【００４１】
請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の発明と同様な効果がある。さらに、相関点を追尾点（ピーク点）の前後に２点ずつとしたので、異常信号を検出するための計算が簡単になり、それだけ装置を簡単にすることが出来る。
【００４２】
請求項１１に係る発明は、請求項９及び請求項１０に記載の発明と同様な効果がある。
【００４３】
請求項１２に係る発明は、請求項９〜請求項１１に記載の発明と同様な効果に加え、さらに誤検出確率に対応する値に、しきい値を設定しているので、実際には故障していないのに、誤って故障であると検出される確率が小さくなり、従来のものに比べて信号歪みの検出確率が向上する。
【００４４】
請求項１３に係る発明は、上記のように構成したので、請求項９〜請求項１１に記載の発明と同様な効果に加え、さらに未検出確率に対応する値に、しきい値を設定しているので、実際には故障しているのに、故障していないと検出される確率をなくすことができ、従来のものに比べて信号歪みの検出確率が向上する。
【００４５】
請求項１４に係る発明は、上記のように構成したので、請求項９〜請求項１１に記載の発明と同様な効果がある。さらに、誤検出確率及び未検出確率にそれぞれ対応する値に一致する値にしきい値を設定しているので、請求項１２あるいは請求項１３に記載のものより、さらに正確に信号歪みの検出確率を向上させることが出来る。
【００４６】
請求項１５に係る発明は、上記のように構成したので、請求項９〜請求項１１に記載の発明と同様な効果に加え、さらに従来のものでは得られなかった測距値差に対する値を実際的な数値で求めることが出来る。
【００４７】
請求項１６に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１５に記載の発明と同様な効果に加え、さらに、最小検出可能誤差（ＭＤＥ）が得られるとともに、測距値差へ換算しているので、従来のものでは得られなかった測距値差に対する最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を、実際的な数値で求めることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の第１の実施例を示すもので、ＩＣＡＯのＳＡＲＰｓで定義されているＧＰＳ衛星の故障時の異常信号のモデルＡを示し、この発明のＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いたハードウエアシュミレーションで取得した相関波形を示すもので、（ａ）図はモデルＡの受信信号の入力波形、（ｂ）図はその相関波形である。
【図２】この発明の第１の実施例を示すもので、ＩＣＡＯのＳＡＲＰｓで定義されているＧＰＳ衛星の故障時の異常信号のモデルＢを示し、この発明のＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いたハードウエアシュミレーションで取得した相関波形を示すもので、（ａ）図はモデルＢの受信信号の入力波形（ｂ）図はその相関波形である。
【図３】この発明の第１の実施例を示すもので、ＩＣＡＯのＳＡＲＰｓで定義されているＧＰＳ衛星の故障時の異常信号のモデルＣを示し、この発明のＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いたハードウエアシュミレーションで取得した相関波形を示すもので、（ａ）図はモデルＣの受信信号の入力波形（ｂ）図はその相関波形である。
【図４】この発明の第１の実施例を示すもので、異常信号の検出に用いる相関値を示す図である。
【図５】この発明の第１の実施例を示すもので、この発明によるＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いたハードウエアシュミレーションで取得したＧＰＳ衛星故障時の異常信号とＧＰＳ衛星正常時の正常信号を交互に入力した時のΔＲ（ｔ）と、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）、ΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）を示し、モデルＡと正常信号を交互に入力した場合を示す図である。
【図６】この発明の第１の実施例を示すもので、この発明によるＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いたハードウエアシュミレーションで取得したＧＰＳ衛星故障時の異常信号とＧＰＳ衛星正常時の正常信号を交互に入力した時のΔＲ（ｔ）と、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）、ΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）を示し、モデルＣと正常信号を交互に入力した場合を示す図である。
【図７】この発明の第２の実施例を示すもので、しきい値と最小検出可能誤差ＭＤＥの考え方を示す概念図である。
【図８】この発明の第２の実施例を示すもので、λ＝７４．３８の時のχ２分布と非心χ２分布を示す図で、（ａ）図はχ２分布、（ｂ）図は非心χ２分布である。
【図９】この発明の第２の実施例を示すもので、この発明によるＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いて実信号を受信し、実信号におけるＰＲＮ１０での算出した結果を示す図で、測距値差ΔＲ（ｔ）の計算例を示す図である。
【図１０】この発明の第２の実施例を示すもので、図９に示す２３３７７００秒付近を拡大した図である。
【図１１】この発明の第２の実施例を示すもので、（ａ）図はΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）の計算例を示す図、（ｂ）図はΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の計算例を示す図である。
【図１２】この発明の第２の実施例を示すもので、（ａ）図はΔＲ１とのしきい値及びＭＤＥの計算例を示す図、（ｂ）図はΔＲ２とのしきい値及びＭＤＥの計算例を示す図である。
【図１３】この発明の第２の実施例を示すもので、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）との相関を示す図である。
【図１４】この発明の第２の実施例を示すもので、ΔＲ（ｔ）２の分布とχ２分布を示す図である。
【図１５】従来例を示すもので、先に発明者が発表したＧＰＳ衛星信号の捕捉について説明するための波形を示す説明図で、（ａ）図はＧＰＳ衛星から受信したＰＲＮ符号のＣ／Ａコードの波形図、（ｂ）図はＧＰＳ受信機内で生成したＣ／Ａコードの波形図、（c）図は（ａ）図と（ｂ）図の相関波形である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
ＧＰＳ衛星信号品質監視方法により取得した相関波形から追尾点Ｉｐ付近に、この追尾点Ｉｐから順に、追尾点Ｉｐの前の相関点ＩＥ１、相関点ＩＥ２・・・相関点ＩＥｎ及び後の相関点ＩＬ１、相関点ＩＬ２、・・・相関点ＩＬｎである２点の相関点をそれぞれ設定し、相関点ＩＥ１、相関点ＩＥ２を通る直線と追尾点Ｉｐと相関点ＩＬ２を通る直線の交点Ｉ１と追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ１を求める。
次いで、追尾点Ｉｐと相関点ＩＬ２を通る直線と追尾点Ｉｐと相関点ＩＥ２を通る直線の交点Ｉ２と追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ２を求め、測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２の平均μ１、μ２を算出し、さらに、測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２を、平均μ１、μ２と標準偏差σ１（Ｃ／Ｎ０）、σ２（Ｃ／Ｎ０）により正規化して、ΔＲ１，ｓｔｄ、ΔＲ２，ｓｔｄを求める。さらに、（ΔＲ１，ｓｔｄ）、（ΔＲ２，ｓｔｄ）の２乗和の平方根
を求め、この測距値差ΔＲ（ｔ）がしきい値を超えた時、故障と判定する。
【００５０】
次いで、ＧＰＳ衛星信号が正常時の分布の場合には、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の二乗和ΔＲ（ｔ）２を求め、ΔＲ（ｔ）２から自由度２のχ２分布を求め、この自由度２のχ２分布の累積分布（上側）をＱ（ｘ）とする。
このＱ（ｘ）が誤検出確率に対応する時の値を、測距値差ΔＲ（ｔ）のしきい値に設定し、ΔＲ（ｔ）に対するしきい値を、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配して測距値差に対するしきい値ΔＲｓｔｄ＿ｔｈを求め、ΔＲｓｔｄ＿ｔｈにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対するしきい値ΔＲｎ＿ｔｈを求める。
【００５１】
次に、ＧＰＳ衛星信号が異常時の分布の場合、自由度２、非心度λの非心χ２分布を求め、この自由度２、非心度λの非心χ２分布の累積分布（下側）を、Ｐ（ｘ）とする。このＰ（ｘ）が未検出確率と一致する時の値（非心度）を求め、この非心度を平方根してΔＲ（ｔ）の最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求める。測距値差ΔＲ（ｔ）に対するＭＤＥを、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配してΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥを求め、ΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対する最小検出可能誤差ΔＲｎ＿ＭＤＥを求める。
【実施例１】
【００５２】
ＧＰＳ衛星が故障すると異常信号が送信される。この異常信号の脅威モデル（threat model）として、国際民間航空機関（以下、ＩＣＡＯと記す）（ＩＣＡＯ：International Civil
Aviation Organization）の国際標準及び勧告方式（以下、ＳＡＲＰｓと記す）（ＳＡＲＰｓ：International Standards
and Recommended Practices）では、下記に示すモデルＡ（model A）、モデルＢ（model B），モデルＣ（model C）の３種類のモデルが定義されている。以下これについて説明する。
【００５３】
図１〜図３は、本願のＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いたハードウエアシュミレーションで取得した相関波形を示すもので、図１は、Δ＝０．１とした時のモデルＡを示し、（ａ）図は受信信号の入力波形（ｂ）図はその相関波形、図２はｆｄ＝６、σ＝６とした時のモデルＢを示し、（ａ）図は受信信号の入力波形（ｂ）図はその相関波形、図３は、ｆｄ＝５、σ＝４、Δ＝０．０８とした時のモデルＣを示し、（ａ）図は受信信号の入力波形（ｂ）図はその相関波形である。
【００５４】
なお、モデルＡは、クロックタイミングのずれなどのように、デジタル回路が故障した場合に発生する異常信号のモデルで、矩形波の幅が変動する。
モデルＢは、増幅器・送信部などのアナログ回路が故障した場合に発生する異常信号のモデルで、リンギングが生じる。
モデルＣは、モデルＡとモデルＢの複合した場合に発生する異常信号のモデルで、リンギングの上に矩形波が乗った形状となる。
【００５５】
ここで、モデルＡとモデルＣのデジタル回路部の故障によるＣ／Ａコード信号の立ち上がりの遅延を、Δ［chip］で表し、本来の正常時の信号がｔ＝０で立ち下がるとすると、モデルＡは、下記式（１）で表される。
【００５６】
【数１】
【００５７】
又、モデルＢとモデルＣのアナログ部の故障については、ｔ＝０で信号が立ち上がるとすると、振動成分をωｄ（＝２πｆｄ）、減衰成分をσとすると、式（２）で表される。なお、各パラメータの値は、ＳＡＲＰｓにおいて表１に示す範囲であると規定され、ここでは、ωｄ＝２πｆｄである。
【００５８】
【数２】
【００５９】
【表１】
【００６０】
次いで、この発明の第１の実施例を、図４〜図６に基づいて詳細に説明する。図４はこの実施例１で異常信号の検出に用いる相関値を示す図である。図５及び図６は、この発明によるＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いたハードウエアシュミレーションで取得したＧＰＳ衛星故障時の異常信号とＧＰＳ衛星正常時の正常信号を交互に入力した時のΔＲ（ｔ）と、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）、ΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）を示すもので、図５は、モデルＡと正常信号を交互に入力した場合、図６は、モデルＣと正常信号を交互に入力した場合である。なお、この実施例１では、ＧＰＳ受信機で受信したＧＰＳ衛星の故障による異常信号を、図４に示すように、５つの相関点の値から検出する方法について説明する。
【００６１】
図４は、三角形の相関波形で、受信機の追尾点Ｉｐ（以下、単にＩｐと記す。）の前に相関点ＩＥ１、ＩＥ２（それぞれ、以下、単にＩＥ１、ＩＥ２と記す。）を設定し、追尾点Ｉｐの後に相関点ＩＬ１、ＩＬ２（それぞれ、以下、単にＩＬ１、ＩＬ２と記す。）を設定する５点法を表している。ここで、ＩＥ１は、Ｉｐより０．０２５５７５［chip］前の点、ＩＥ２は、Ｉｐより０．０７６７２５［chip］前の点にそれぞれ設定され、ＩＬ１は、Ｉｐより０．０２５５７５［chip］後の点、ＩＬ２は、Ｉｐより０．０７６７２５［chip］後の点にそれぞれ設定されている。
【００６２】
次いで、ＩＥ１とＩＥ２を通る直線と、ＩｐとＩＬ２を通る直線の交点Ｉ１とＩｐとの差から求めた測距値差ΔＲ１［ｍ］と、ＩＬ１とＩＬ２を通る直線とＩｐとＩＥ２を通る直線の交点Ｉ２とＩｐとの差から求めた測距値差ΔＲ２［ｍ］を求める。ここで、ＧＰＳ衛星の故障がなく、ＧＰＳ衛星からの信号が正常である場合は、ΔＲ１とΔＲ２は、それぞれ理想的には０［ｍ］となり、図４に示す相関波形もきれいな三角波形となる。また、ＧＰＳ衛星からの信号が異常である場合は、ΔＲ１とΔＲ２は、図４に示すように、それぞれ大きなバイアス成分となって表される。
【００６３】
なお、この実施例では、Ｉｐの前後２点ずつの相関点を用いた５点法を用いているが、これに限定されることはない。Ｉｐの前後ｎ点ずつの相関点を用い、ＩＥｉとＩＥｎを通る直線と、ＩｐとＩＬｊを通る直線の交点Ｉ１とＩｐとの差から求めた測距値差ΔＲ１［ｍ］と、ＩＬｉとＩＬｎを通る直線とＩｐとＩＥｊを通る直線の交点Ｉ２とＩｐとの差から求めた測距値差ΔＲ２［ｍ］を求めるようにしてもよい。なお、ｉ、ｊは、ｉ＜ｊ≦ｎを満足する整数である。
【００６４】
ここで、ΔＲ１とΔＲ２は、ＧＰＳ衛星の仰角や信号強度Ｃ／Ｎ０に依存するので、Ｃ／Ｎ０の関数となる。また、ΔＲ１、ΔＲ２それぞれの平均値μ１、μ２をあらかじめ算出しておく。この平均値μ１、μ２と標準偏差σ１（Ｃ／Ｎ０）、σ２（Ｃ／Ｎ０）によりΔＲ１、ΔＲ２を下記式（３）に示すように正規化する。この式（３）により、どの程度故障するかをみることが出来る。
【００６５】
【数３】
【００６６】
次いで、下記式（４）に示すように、二乗和の平方根の値を検出に用い、この値がしきい値を越えた場合に故障（異常信号）と判定する。
【００６７】
【数４】
【００６８】
次に、発明者は、この発明によるＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いたハードウエアシュミレーションを行った。即ち、図５及び図６は、ＧＰＳ衛星信号品質監視装置で取得したＧＰＳ衛星故障時の異常信号とＧＰＳ衛星正常時の正常信号を交互に入力した時のΔＲ（ｔ）と、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）、ΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の値をそれぞれ示している。図５及び図６に示すように、ＧＰＳ衛星の故障による異常信号が発生した場合は、ΔＲ（ｔ）に対してΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の片方あるいは両方にバイアスとなって現れるため、しきい値をＧＰＳ衛星信号の正常時の分布とＧＰＳ衛星信号の異常時の分布の２つの分布の間に設定すれば、ＧＰＳ衛星の故障の検出が可能となる。
【００６９】
なお、上記したように、ΔＲ１とΔＲ２は、ＧＰＳ衛星の仰角や信号強度Ｃ／Ｎ０に依存している。さらに、この信号強度は、受信機、受信アンテナ、設置場所等に依存するため、式（３）等で用いるμ１、μ２やσ１、σ２は、この発明のＧＰＳ信号品質監視装置を設置するサイト毎にデータを取得し決定する必要があるため、あらかじめ算出している。
【００７０】
また、この実施例では、ΔＲ１とΔＲ２は、４次式を用いて表されているが、この実施例に限定されることなく、精度を上げるためにより高次の多項式を用いても良いし、処理速度を上げるためにさらに近似した低次の多項式を用いても良い。
【実施例２】
【００７１】
この発明の第２の実施例を、図７及び図８に基づいて詳細に説明する。図７は、しきい値と後述する最小検出可能誤差ＭＤＥの考え方を示す概念図である。図８は、λ＝７４．３８の時のχ２分布と非心χ２分布を示す図で、（ａ）図はχ２分布、（ｂ）図は非心χ２分布である。この実施例２では、ＧＰＳ衛星の故障を検出するためのしきい値を決定する方法について説明する。なお、実施例１と同一のものは、同一名称、同一番号を付し、その説明を省略する。
【００７２】
まず、統計量が正規分布する一般的な場合について説明する。図７において、ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布は実線で、ＧＰＳ衛星信号の異常時の分布は点線で示している。異常時には、正常時の分布に対してバイアスが発生するので、通常はこの正常時の分布と異常時の分布の間にしきい値を設定するのが一般的である。なお、図７においては、この異常時に生じるバイアスをＥとしている。
【００７３】
まず、実際は故障していないのに、故障として検出される確率を、誤検出確率とし、その値を１．５×１０−７とした場合、この誤検出確率に対応するしきい値は、正常時の分布の中心（０）から５．２６σ離れた値（±５．２６σ）となる。
【００７４】
一方、実際は故障しているのに、故障として検出出来ない確率を、未検出確率とし、その値を１０−３とした場合、この未検出確率に対応するしきい値は、異常時の分布の中心（Ｅ）から３．０９σ小さい値（Ｅ−３．０９σ）となる。
【００７５】
上記した誤検出確率に対応するしきい値と未検出確率に対応するしきい値とが一致する時の異常時の分布の中心は、この値をしきい値とした時に検出可能な最小誤差となる。従って、この時の異常時の分布の中心の値を最小検出誤差（ＭＤＥ：Minimum Detectable Error、以下、ＭＤＥと記す。）という。
【００７６】
次に、上記を踏まえ、この発明による手法を用いてしきい値を決定する方法について説明する。正規化されたΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）は、標準正規分布に従うため、それらの二乗和であるΔＲ（ｔ）２は、自由度２のχ２分布に従う。ここで、図８に基づいて、正規分布の場合と同様に、この場合のしきい値及びＭＤＥについて説明する。
【００７７】
図８において、（ａ）図では、この自由度２のχ２分布の累積分布（上側）をＱ（ｘ）としている。このＱ（ｘ）の値が、誤検出確率である１．５×１０−７のときのｘの値は、図８の（ａ）図からｘ＝３１．４２と求められる。従って、ΔＲ（ｔ）に対するしきい値ΔＲｔｈは、下記式（５）に示す値から求められる。
【００７８】
【数５】
【００７９】
一方、異常時の分布は、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の片方あるいは両方にバイアスが生じるため、自由度２、非心度λの非心χ２分布となる。この分布の累積分布（下側）をＰ（ｘ）とし、ｘ＝３１．４２におけるＰ（ｘ）の値が未検出確率である１０−３のときの非心度λを求めると、λ＝７４．３８と求められる。この非心度λの平方根がΔＲ（ｔ）に対するＭＤＥに相当し、ΔＲ（ｔ）に対するＭＤＥであるΔＲＭＤＥは、下記式（６）に示す値から求められる。
【００８０】
【数６】
【００８１】
上記式（５）及び式（６）により求められたΔＲ（ｔ）に対するしきい値ΔＲｔｈとΔＲ（ｔ）に対するＭＤＥであるΔＲＭＤＥとを、下記式（７）及び式（８）に示すように、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）とに分配する。
【００８２】
【数７】
【００８３】
【数８】
【００８４】
上記式（７）及び式（８）により、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）に対するしきい値ΔＲｓｔｄ＿ｔｈとＭＤＥであるΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥとが求められる。これらΔＲｓｔｄ＿ｔｈとΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥとを、下記式（９）及び式（１０）に示すように、それぞれのσを乗ずることで、測距値差に換算することが出来る。
【００８５】
【数９】
【００８６】
【数１０】
【実施例３】
【００８７】
発明者は、この発明によるしきい値と最小検出可能誤差ＭＤＥを評価するために、この発明によるＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いて実際にＧＰＳ衛星から信号（以下、実信号と記す）を受信してその解析を試みた。これについて、第３の実施例として、図９〜図１４に基づいて詳細に説明する。図９〜図１２は、この発明によるＧＰＳ衛星信号品質監視装置を用いて実信号を受信し、この実信号におけるＰＲＮ１０での算出した結果を示す図で、図９は測距値差ΔＲ（ｔ）の計算例、図１０は図９に示す２３３７７００秒付近を拡大した図である。
【００８８】
図１１において、（ａ）図はΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）の計算例を示す図、（ｂ）図はΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の計算例を示す図である。図１２において、（ａ）図はΔＲ１とのしきい値及びＭＤＥの計算例を示す図、（ｂ）図はΔＲ２とのしきい値及びＭＤＥの計算例を示す図である。図１３はΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）との相関を示す図、図１４はΔＲ（ｔ）２の分布とχ２分布を示す図である。なお、実施例１と同一のものは、同一名称、同一番号を付し、その説明を省略する。
【００８９】
この実施例では、実施例２で説明し、あらかじめ算出したしきい値と最小検出可能誤差ＭＤＥに対し、ＧＰＳ衛星からの実信号を用いて解析した結果について説明する。この実施例で説明する結果は、２００８年７月１４日に行ったＰＲＮ１０での結果で、後述する解析の際、計算で使用するσｎμｎは、２４時間分のデータから算出している。
【００９０】
まず、図９に示すように、２３７７００秒付近でしきい値を越えている事が明らかである。この２３７７００秒付近を拡大した図１０にも示すように、しきい値を越えているが、実験を行った２００８年７月１４日にＧＰＳ衛星の故障は発生しておらず、この結果は誤検出であったと考えられる。
【００９１】
この誤検出があった２３７７００秒付近に着目して、さらに図１１及び図１２を用いて解析を進めて説明する。図１１は、（ａ）図がΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）の算出した結果を示す図、（ｂ）図がΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の算出した結果で、図１２は（ａ）図がΔＲ１とのしきい値及び最小検出可能誤差ＭＤＥの算出した結果を示す図、（ｂ）図がΔＲ２とのしきい値及び最小検出可能誤差ＭＤＥの算出した結果を示す図である。この内、図１２で示されているしきい値及び最小検出可能誤差ＭＤＥは、測距値差への換算した算出結果であり、この結果により、測距値差に対する最小検出可能誤差ＭＤＥは、最大で２ｍ程度である事が判明した。
【００９２】
次に、図１３において、プロットされたΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）との相関に着目すると、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）とに若干の正の相関があることが判明した。
【００９３】
さらに、図１４において、黒の実線で示す部分がΔＲ（ｔ）２の分布であり、灰色の実線で示しているのがχ２分布である。図１４において、ΔＲ（ｔ）２の分布は、図１４の図中真ん中から右側にかけての部分、いわばΔＲ（ｔ）２の分布の裾の部分でχ２分布から乖離していることが判明した。
【００９４】
以上の解析結果から、ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）との間で相関があることにより、ΔＲ（ｔ）２の分布がχ２分布から乖離し、誤検出の原因となっていると考えられる。
【００９５】
現在ＩＣＡＯによって検討中の高カテゴリＧＢＡＳ（ＦＡＳＴ−Ｄ）のレンジングモニタに要求される許容誤差（未検出確率：１０−９）は、１．６５［ｍ］である。この規格は、滑走路が目視出来ない状況での計器着陸の規格である。実信号について発明者の行った解析結果により、測距値差に対する最小検出可能誤差ＭＤＥは、最大で２ｍ程度であることが示されているが、この１．６５には達していない。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
この発明によるＧＰＳ衛星信号品質監視装置は、ＧＰＳ衛星からの信号の品質を監視可能なので、ＧＰＳ衛星信号を用いた測位や航法全ておいて、その測位や航法の品質、信頼性の向上に好適である。
【符号の説明】
【００９７】
ＩＥ１、ＩＥ２、・・・ＩＥｎ 相関点
ＩＬ１、ＩＬ２、・・・ＩＬｎ 相関点
Ｉｐ 追尾点
ΔＲ（ｔ） 測距値差
ＭＤＥ 最小検出可能誤差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ受信機内で捕捉したいＧＰＳ衛星に対応するＣ／Ａコードを生成し、この生成したＣ／Ａコードと受信信号のＣ／Ａコードとの相関を取り、この相関波形のピークを追尾点Ｉｐとして追尾することにより、ＧＰＳ衛星信号を捕捉し、この捕捉したＧＰＳ衛星信号の異常信号を検出する品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法において、
ＧＰＳ衛星信号品質監視方法により取得した相関波形から前記追尾点Ｉｐから順に、この追尾点Ｉｐの前の相関点ＩＥ１、相関点ＩＥ２、・・・・・相関点ＩＥｎ及び後の相関点ＩＬ１、相関点ＩＬ２、・・・・・相関点ＩＬｎである相関点を、ｎ点ずつそれぞれ設定し、
前記相関点ＩＥｉと相関点ＩＥｎを通る直線と前記追尾点Ｉｐと相関点ＩＬｊを通る直線の交点Ｉ１と、追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ１を求め、
前記相関点ＩＥｊと追尾点Ｉｐを通る直線と相関点ＩＬｉと相関点ＩＬｎを通る直線の交点Ｉ２と、追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ２を求め、
前記ｉ、ｊは、ｉ＜ｊ≦ｎを満足する整数とし、
前記測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２の平均μ１、μ２を算出し、
前記測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２を、前記平均μ１、μ２と標準偏差σ１（Ｃ／Ｎ０）、σ２（Ｃ／Ｎ０）により正規化して、ΔＲ１，ｓｔｄ、ΔＲ２，ｓｔｄを求め、
前記（ΔＲ１，ｓｔｄ）、（ΔＲ２，ｓｔｄ）の二乗和の平方根
を求め、
この測距値差ΔＲ（ｔ）がしきい値を超えた時、故障と判定すること
を特徴とするＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法。
【請求項２】
前記相関点ｎ＝２、整数ｉ＝１、整数ｊ＝２としたこと
を特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法。
【請求項３】
前記しきい値は、ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布と異常時の分布との間に設定すること
を特徴とする請求項１〜請求項２の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法。
【請求項４】
前記しきい値は、ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布の時の誤検出確率に対応する値に設定すること
を特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法。
【請求項５】
前記しきい値は、ＧＰＳ衛星信号の異常時の分布の時の未検出確率に対応する値に設定すること
を特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法。
【請求項６】
前記しきい値を、前記誤検出確率と未検出確率にそれぞれ対応する値が一致する値に設定することにより、最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求めること
を特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法。
【請求項７】
ＧＰＳ衛星信号が正常時の分布の場合、前記ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の二乗和ΔＲ（ｔ）２を求め、
前記ΔＲ（ｔ）２から自由度２のχ２分布を求め、
この自由度２のχ２分布の累積分布（上側）をＱ（ｘ）とし、
このＱ（ｘ）が誤検出確率に対応する時の値を、測距値差ΔＲ（ｔ）のしきい値に設定し、
前記ΔＲ（ｔ）に対するしきい値を、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配して測距値差に対するしきい値ΔＲｓｔｄ＿ｔｈを求め、
前記ΔＲｓｔｄ＿ｔｈにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対するしきい値ΔＲｎ＿ｔｈを求めること
を特徴とする請求項１〜請求項４、請求項６の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法。
【請求項８】
ＧＰＳ衛星信号が異常時の分布の場合、自由度２、非心度λの非心χ２分布を求め、
この自由度２、非心度λの非心χ２分布の累積分布（下側）を、Ｐ（ｘ）とし、
このＰ（ｘ）が未検出確率と一致する時の値（非心度）を求め、
この非心度を平方根してΔＲ（ｔ）の最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求め、
前記測距値差ΔＲ（ｔ）に対する前記ＭＤＥを、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配してΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥを求め、
前記ΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対する最小検出可能誤差ΔＲｎ＿ＭＤＥを求めること
を特徴とする請求項７に記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法。
【請求項９】
ＧＰＳ衛星信号品質監視装置により取得した相関波形から前記追尾点Ｉｐから順に、この追尾点Ｉｐの前の相関点ＩＥ１、相関点ＩＥ２、・・・・・相関点ＩＥｎ及び後の相関点ＩＬ１、相関点ＩＬ２、・・・・・相関点ＩＬｎである相関点をそれぞれ設定する手段と、
前記相関点ＩＥｉと相関点ＩＥｎを通る直線と前記追尾点Ｉｐと相関点ＩＬｊを通る直線の交点Ｉ１と、追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ１を求める手段と、
前記相関点ＩＥｊと追尾点Ｉｐを通る直線と相関点ＩＬｉと相関点ＩＬｎを通る直線の交点Ｉ２と、追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ２を求める手段と、
前記ｉ、ｊは、ｉ＜ｊ≦ｎを満足する整数とし、
前記測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２の平均μ１、μ２を算出する手段と、
前記測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２を、前記平均μ１、μ２と標準偏差σ１（Ｃ／Ｎ０）、σ２（Ｃ／Ｎ０）により正規化して、ΔＲ１，ｓｔｄ、ΔＲ２，ｓｔｄを求める手段と、
前記（ΔＲ１，ｓｔｄ）、（ΔＲ２，ｓｔｄ）の二乗和の平方根
を求める手段と、
この測距値差ΔＲ（ｔ）がしきい値を超えた時、故障と判定する手段と
を有することを特徴とするＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置。
【請求項１０】
前記相関点をｎ＝２に設定する手段と、
前記整数ｉ＝１、整数ｊ＝２としたこと
を特徴とする請求項９に記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置。
【請求項１１】
前記しきい値を、ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布と異常時の分布との間に設定する手段を有すること
を特徴とする請求項９〜請求項１０の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置。
【請求項１２】
ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布の時の誤検出確率を求める手段と、
前記しきい値を、前記誤検出確率に対応する値に設定する手段を有すること
を特徴とする請求項９〜請求項１１の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置。
【請求項１３】
ＧＰＳ衛星信号の異常時の分布の時の未検出確率を求める手段と、
前記しきい値を、前記未検出確率に対応する値に設定する手段を有すること
を特徴とする請求項８又は請求項９に記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置。
【請求項１４】
前記しきい値を、前記誤検出確率と未検出確率にそれぞれ対応する値が一致する値に設定することにより、最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求める手段を有すること
を特徴とする請求項９〜請求項１１の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置。
【請求項１５】
ＧＰＳ衛星信号が正常時の分布の場合、前記ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の二乗和ΔＲ（ｔ）２を求める手段と、
前記ΔＲ（ｔ）２から自由度２のχ２分布を求める手段と、
この自由度２のχ２分布の累積分布（上側）をＱ（ｘ）とし、このＱ（ｘ）が誤検出確率に対応する時の値を、測距値差ΔＲ（ｔ）のしきい値に設定する手段と、
前記ΔＲ（ｔ）に対するしきい値を、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配して測距値差に対するしきい値ΔＲｓｔｄ＿ｔｈを求める手段と、
前記ΔＲｓｔｄ＿ｔｈにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対するしきい値ΔＲｎ＿ｔｈを求める手段を有すること
を特徴とする請求項９〜請求項１２、請求項１４の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置。
【請求項１６】
ＧＰＳ衛星信号が異常時の分布の場合、自由度２、非心度λの非心χ２分布を求める手段と、
この自由度２、非心度λの非心χ２分布の累積分布（下側）を、Ｐ（ｘ）とし、このＰ（ｘ）が未検出確率と一致する時の値（非心度）を求める手段と、
この非心度を平方根してΔＲ（ｔ）の最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求める手段と、
前記ΔＲ（ｔ）に対する前記ＭＤＥを、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配してΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥを求める手段と、
前記ΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対する最小検出可能誤差ΔＲｎ＿ＭＤＥを求める手段を有すること
を特徴とする請求項１５に記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置。
【請求項１】
ＧＰＳ受信機内で捕捉したいＧＰＳ衛星に対応するＣ／Ａコードを生成し、この生成したＣ／Ａコードと受信信号のＣ／Ａコードとの相関を取り、この相関波形のピークを追尾点Ｉｐとして追尾することにより、ＧＰＳ衛星信号を捕捉し、この捕捉したＧＰＳ衛星信号の異常信号を検出する品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法において、
ＧＰＳ衛星信号品質監視方法により取得した相関波形から前記追尾点Ｉｐから順に、この追尾点Ｉｐの前の相関点ＩＥ１、相関点ＩＥ２、・・・・・相関点ＩＥｎ及び後の相関点ＩＬ１、相関点ＩＬ２、・・・・・相関点ＩＬｎである相関点を、ｎ点ずつそれぞれ設定し、
前記相関点ＩＥｉと相関点ＩＥｎを通る直線と前記追尾点Ｉｐと相関点ＩＬｊを通る直線の交点Ｉ１と、追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ１を求め、
前記相関点ＩＥｊと追尾点Ｉｐを通る直線と相関点ＩＬｉと相関点ＩＬｎを通る直線の交点Ｉ２と、追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ２を求め、
前記ｉ、ｊは、ｉ＜ｊ≦ｎを満足する整数とし、
前記測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２の平均μ１、μ２を算出し、
前記測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２を、前記平均μ１、μ２と標準偏差σ１（Ｃ／Ｎ０）、σ２（Ｃ／Ｎ０）により正規化して、ΔＲ１，ｓｔｄ、ΔＲ２，ｓｔｄを求め、
前記（ΔＲ１，ｓｔｄ）、（ΔＲ２，ｓｔｄ）の二乗和の平方根
を求め、
この測距値差ΔＲ（ｔ）がしきい値を超えた時、故障と判定すること
を特徴とするＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法。
【請求項２】
前記相関点ｎ＝２、整数ｉ＝１、整数ｊ＝２としたこと
を特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法。
【請求項３】
前記しきい値は、ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布と異常時の分布との間に設定すること
を特徴とする請求項１〜請求項２の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法。
【請求項４】
前記しきい値は、ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布の時の誤検出確率に対応する値に設定すること
を特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法。
【請求項５】
前記しきい値は、ＧＰＳ衛星信号の異常時の分布の時の未検出確率に対応する値に設定すること
を特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法。
【請求項６】
前記しきい値を、前記誤検出確率と未検出確率にそれぞれ対応する値が一致する値に設定することにより、最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求めること
を特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法。
【請求項７】
ＧＰＳ衛星信号が正常時の分布の場合、前記ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の二乗和ΔＲ（ｔ）２を求め、
前記ΔＲ（ｔ）２から自由度２のχ２分布を求め、
この自由度２のχ２分布の累積分布（上側）をＱ（ｘ）とし、
このＱ（ｘ）が誤検出確率に対応する時の値を、測距値差ΔＲ（ｔ）のしきい値に設定し、
前記ΔＲ（ｔ）に対するしきい値を、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配して測距値差に対するしきい値ΔＲｓｔｄ＿ｔｈを求め、
前記ΔＲｓｔｄ＿ｔｈにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対するしきい値ΔＲｎ＿ｔｈを求めること
を特徴とする請求項１〜請求項４、請求項６の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法。
【請求項８】
ＧＰＳ衛星信号が異常時の分布の場合、自由度２、非心度λの非心χ２分布を求め、
この自由度２、非心度λの非心χ２分布の累積分布（下側）を、Ｐ（ｘ）とし、
このＰ（ｘ）が未検出確率と一致する時の値（非心度）を求め、
この非心度を平方根してΔＲ（ｔ）の最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求め、
前記測距値差ΔＲ（ｔ）に対する前記ＭＤＥを、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配してΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥを求め、
前記ΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対する最小検出可能誤差ΔＲｎ＿ＭＤＥを求めること
を特徴とする請求項７に記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視方法。
【請求項９】
ＧＰＳ衛星信号品質監視装置により取得した相関波形から前記追尾点Ｉｐから順に、この追尾点Ｉｐの前の相関点ＩＥ１、相関点ＩＥ２、・・・・・相関点ＩＥｎ及び後の相関点ＩＬ１、相関点ＩＬ２、・・・・・相関点ＩＬｎである相関点をそれぞれ設定する手段と、
前記相関点ＩＥｉと相関点ＩＥｎを通る直線と前記追尾点Ｉｐと相関点ＩＬｊを通る直線の交点Ｉ１と、追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ１を求める手段と、
前記相関点ＩＥｊと追尾点Ｉｐを通る直線と相関点ＩＬｉと相関点ＩＬｎを通る直線の交点Ｉ２と、追尾点Ｉｐとの差から測距値差ΔＲ２を求める手段と、
前記ｉ、ｊは、ｉ＜ｊ≦ｎを満足する整数とし、
前記測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２の平均μ１、μ２を算出する手段と、
前記測距値差ΔＲ１、測距値差ΔＲ２を、前記平均μ１、μ２と標準偏差σ１（Ｃ／Ｎ０）、σ２（Ｃ／Ｎ０）により正規化して、ΔＲ１，ｓｔｄ、ΔＲ２，ｓｔｄを求める手段と、
前記（ΔＲ１，ｓｔｄ）、（ΔＲ２，ｓｔｄ）の二乗和の平方根
を求める手段と、
この測距値差ΔＲ（ｔ）がしきい値を超えた時、故障と判定する手段と
を有することを特徴とするＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置。
【請求項１０】
前記相関点をｎ＝２に設定する手段と、
前記整数ｉ＝１、整数ｊ＝２としたこと
を特徴とする請求項９に記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置。
【請求項１１】
前記しきい値を、ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布と異常時の分布との間に設定する手段を有すること
を特徴とする請求項９〜請求項１０の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置。
【請求項１２】
ＧＰＳ衛星信号の正常時の分布の時の誤検出確率を求める手段と、
前記しきい値を、前記誤検出確率に対応する値に設定する手段を有すること
を特徴とする請求項９〜請求項１１の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置。
【請求項１３】
ＧＰＳ衛星信号の異常時の分布の時の未検出確率を求める手段と、
前記しきい値を、前記未検出確率に対応する値に設定する手段を有すること
を特徴とする請求項８又は請求項９に記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置。
【請求項１４】
前記しきい値を、前記誤検出確率と未検出確率にそれぞれ対応する値が一致する値に設定することにより、最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求める手段を有すること
を特徴とする請求項９〜請求項１１の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置。
【請求項１５】
ＧＰＳ衛星信号が正常時の分布の場合、前記ΔＲ１，ｓｔｄ（ｔ）とΔＲ２，ｓｔｄ（ｔ）の二乗和ΔＲ（ｔ）２を求める手段と、
前記ΔＲ（ｔ）２から自由度２のχ２分布を求める手段と、
この自由度２のχ２分布の累積分布（上側）をＱ（ｘ）とし、このＱ（ｘ）が誤検出確率に対応する時の値を、測距値差ΔＲ（ｔ）のしきい値に設定する手段と、
前記ΔＲ（ｔ）に対するしきい値を、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配して測距値差に対するしきい値ΔＲｓｔｄ＿ｔｈを求める手段と、
前記ΔＲｓｔｄ＿ｔｈにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対するしきい値ΔＲｎ＿ｔｈを求める手段を有すること
を特徴とする請求項９〜請求項１２、請求項１４の何れかに記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置。
【請求項１６】
ＧＰＳ衛星信号が異常時の分布の場合、自由度２、非心度λの非心χ２分布を求める手段と、
この自由度２、非心度λの非心χ２分布の累積分布（下側）を、Ｐ（ｘ）とし、このＰ（ｘ）が未検出確率と一致する時の値（非心度）を求める手段と、
この非心度を平方根してΔＲ（ｔ）の最小検出可能誤差（ＭＤＥ）を求める手段と、
前記ΔＲ（ｔ）に対する前記ＭＤＥを、ΔＲ１，ｓｔｄとΔＲ２，ｓｔｄに分配してΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥを求める手段と、
前記ΔＲｓｔｄ＿ＭＤＥにσ（標準偏差）を乗算することにより、測距値差に対する最小検出可能誤差ΔＲｎ＿ＭＤＥを求める手段を有すること
を特徴とする請求項１５に記載のＧＰＳ衛星信号の品質監視機能を有するＧＰＳ衛星信号品質監視装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−２８１６６７（Ｐ２０１０−２８１６６７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３４９０４（Ｐ２００９−１３４９０４）
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年３月４日、 社団法人 電子情報通信学会発行の「電子情報通信学会２００９年総合大会講演論文集」により発表
【出願人】（５０１１５２３５２）独立行政法人電子航法研究所 (44)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年３月４日、 社団法人 電子情報通信学会発行の「電子情報通信学会２００９年総合大会講演論文集」により発表
【出願人】（５０１１５２３５２）独立行政法人電子航法研究所 (44)
【Ｆターム（参考）】
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