JP4291083B2 - Satellite positioning system and satellite positioning method - Google Patents

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Description

本発明は、衛星からの信号により衛星と受信機端末との間の擬似距離を求める衛星測位システム及び衛星測位方法に関する。   The present invention relates to a satellite positioning system and a satellite positioning method for obtaining a pseudo distance between a satellite and a receiver terminal based on a signal from the satellite.

測位用衛星は地球上の周りを多数回っており、同一搬送周波数で信号が連続送信されている。各衛星にPNコード(GPSの場合はC/Aコードと呼ばれる)が割り当てられており衛星ごとに異なるもので、各衛星から擬似雑音信号として連続送信されている。衛星からは衛星の軌道などの情報をふくむ航法データが送信されており、この航法データでPNコードの極性を反転させて同一搬送波でPSK変調され連続送信されている。   Positioning satellites travel around the earth many times, and signals are continuously transmitted at the same carrier frequency. Each satellite is assigned a PN code (referred to as a C / A code in the case of GPS) and is different for each satellite, and is continuously transmitted from each satellite as a pseudo-noise signal. Navigation data including information such as the orbit of the satellite is transmitted from the satellite, and the polarity of the PN code is inverted with this navigation data and PSK modulated with the same carrier wave and continuously transmitted.

GPS信号の場合、PNコード(C/Aコード)は、図1に示すように1msec(1ミリ秒)が1PNフレームとされ、この1PNフレームが、周期的な連続信号として送信されている。
つまり、上記航法データは1ビット{20msec(50bps )}で、この航法データの極性に応じてC/Aコードの極性を反転させている。すなわち航法データが1ならばC/Aコードの極性はそのままであり、航法データが−1ならばC/Aコードも極性が反転する。
In the case of a GPS signal, the PN code (C / A code) is 1 msec (1 millisecond) as a 1PN frame as shown in FIG. 1, and this 1PN frame is transmitted as a periodic continuous signal.
That is, the navigation data is 1 bit {20 msec (50 bps)}, and the polarity of the C / A code is inverted according to the polarity of the navigation data. That is, if the navigation data is 1, the polarity of the C / A code remains unchanged, and if the navigation data is -1, the polarity of the C / A code is also inverted.

そして、受信感度を向上させる衛星測位システムとして従来より知られるものに、アシスト型GPSがある(例えば、特許文献1参照)。このシステムは、図11に示すように、受信ユニット104 は、GPS受信アンテナ105 を備えたRFからIFへのコンバータ106 、このコンバータ106 からのアナログ信号をディジタル信号に変換するA/Dコンバータ107 、このA/Dコンバータ107 からの出力を記録するメモリ(ディジタルスナップショットメモリ)108 、このメモリ108 からの信号を処理する汎用プログラマブルディジタル信号処理回路(以下、DSP回路と略称する)109 を有する。   An assist type GPS is known as a satellite positioning system that improves reception sensitivity (see, for example, Patent Document 1). As shown in FIG. 11, the receiving unit 104 includes an RF-to-IF converter 106 having a GPS receiving antenna 105, an A / D converter 107 for converting an analog signal from the converter 106 into a digital signal, A memory (digital snapshot memory) 108 for recording the output from the A / D converter 107 and a general-purpose programmable digital signal processing circuit (hereinafter abbreviated as a DSP circuit) 109 for processing a signal from the memory 108 are provided.

そして、この他にDSP回路109 に接続されたプログラムEPROM(ROM、メモリ)110 、周波数シンセサイザ111 、パワーレギュレータ回路112 、アドレス書き込み回路113 、マイクロプロセッサ114 、RAM(メモリ)115 、EEPROM(ROM、メモリ)116 、送受信アンテナ117 を備えマイクロプロセッサ114 に接続されたモデム118 を有する。   In addition, a program EPROM (ROM, memory) 110, a frequency synthesizer 111, a power regulator circuit 112, an address writing circuit 113, a microprocessor 114, a RAM (memory) 115, an EEPROM (ROM, memory) connected to the DSP circuit 109. 116) having a modem 118 with a transceiver antenna 117 and connected to a microprocessor 114;

次に動作について説明する。べースステーション101 は、受信ユニット104 に指令を出して、データコミュニケーションリンク119 により伝送されたメッセージを介して測定を実施する。ベースステーション101 は、このメッセージの中で対象の衛星に対する衛星情報のドップラデータを送信する。
このドップラデータは、周波数情報のフォーマットを持ち、メッセージは対象衛星の特定を行う。このメッセージは受信ユニット104 の一部であるモデム118 により受信され、マイクロプロセッサ114 に結合されたメモリ108 に格納される。マイクロプロセッサ114 はDSP回路109 、アドレス書き込み回路113 とモデム118 との間のデータ情報伝達を取扱い受信ユニット104 内でのパワーマネージメント機能をコントロールする。
Next, the operation will be described. The base station 101 issues a command to the receiving unit 104 to perform the measurement via the message transmitted by the data communication link 119. The base station 101 transmits the Doppler data of the satellite information for the target satellite in this message.
The Doppler data has a frequency information format, and the message specifies the target satellite. This message is received by modem 118 which is part of receiving unit 104 and stored in memory 108 coupled to microprocessor 114. The microprocessor 114 handles the transmission of data information between the DSP circuit 109, the address writing circuit 113 and the modem 118 and controls the power management function in the receiving unit 104.

受信ユニット104 が(例えばベースステーション101 から)GPS処理、並びにドップラ情報に対して指示を受け取った場合、マイクロプロセッサ114 はその指示に従いパワーレギュレータ回路112 を起動する。このパワーレギュレータ回路112 はパワーライン120a〜120eを介して、RFからIFへのコンバータ106 、A/Dコンバータ107 、メモリ108 、DSP回路109 及び周波数シンセサイザ111 に機能を付与する。これによりGPS受信アンテナ105 を経て受信されたGPS衛星からの信号はIF周波数にダウンコンバ−トされた後にディジタル化を実施される。   When the receiving unit 104 receives an instruction for GPS processing and Doppler information (eg, from the base station 101), the microprocessor 114 activates the power regulator circuit 112 according to the instruction. The power regulator circuit 112 provides functions to the RF-to-IF converter 106, the A / D converter 107, the memory 108, the DSP circuit 109, and the frequency synthesizer 111 via the power lines 120a to 120e. Thereby, the signal from the GPS satellite received via the GPS receiving antenna 105 is down-converted to the IF frequency and then digitized.

処理する信号は、通常 100msecから1sec (又は更に長い)の時間に相当する。このような連続データセットは、メモリ108 に格納される。
DSP回路109 ではソードレンジ計算が行われる。更にDSP回路109 は局所的に作成された基準と受信された信号との間の多数のコリレーションオペレーションを迅速に実施することにより、ソードレンジの極めて迅速な演算を可能にするファーストフーリエ変換(FFT)アルゴリズムの使用を可能にする。ファーストフーリエ変換アルゴリズムは、このようなあらゆる位置を同時に並列的に探索し、演算プロセスを加速する。
The signal to be processed usually corresponds to a time of 100 msec to 1 sec (or longer). Such a continuous data set is stored in the memory 108.
The DSP circuit 109 performs sword range calculation. In addition, the DSP circuit 109 performs a number of correlation operations between the locally generated reference and the received signal quickly, thereby enabling a fast Fourier transform (FFT) that enables extremely fast computation of the sword range. ) Allows the use of algorithms. The Fast Fourier Transform algorithm searches for all such locations simultaneously in parallel, accelerating the computation process.

DSP回路109 が、対象衛星の各々に対するソードレンジの演算を完結すると、この情報を相互接続バス122 を経て、マイクロプロセッサ114 に伝送する。次に、マイクロプロセッサ114 は、最終の位置算定の為にソードレンジデータをデータコミュニケーションリンク119 を経てベースステーション101 に伝送する目的でモデム118 を利用する。
ソードデータに加え、メモリ108 の中での最初のデータ収集からデータのデータコミュニケーションリンク119 を経た送信の時点迄の経過時間を示すタイムラグが、同時にベースステーション101 に伝送されることができる。このタイムラグは位置計算を行うベースステーション101 の能力を高める。何故ならば、これによりGPS衛星位置はデータ収集の時点に行うことができるからである。
When the DSP circuit 109 completes the calculation of the sword range for each of the target satellites, it transmits this information to the microprocessor 114 via the interconnect bus 122. The microprocessor 114 then uses the modem 118 to transmit the sword range data to the base station 101 via the data communication link 119 for the final position calculation.
In addition to the sword data, a time lag indicating the elapsed time from the initial data collection in the memory 108 to the time of transmission of the data through the data communication link 119 can be transmitted to the base station 101 at the same time. This time lag increases the ability of base station 101 to perform position calculations. This is because GPS satellite position can be performed at the time of data collection.

モデム118 はデータコミュニケーションリンク119 を通じてメッセージの送受信の為に別個の送受信アンテナ117 を利用する。モデム118 はコミュニケーションレシーバーとコミュニケーショントランスミッタを含み、しかもこの両者は交互に送受信アンテナ117 に結合されると理解される。同様にべースステーション101 はデータリンクメッセージを送信及び受信する為に別個の送受信アンテナ103 を使用することが可能であり、従って、べースステーション101 でGPS受信アンテナ102 を経てGPS信号を連続的に受信することができる。   Modem 118 utilizes a separate transmit / receive antenna 117 for transmitting and receiving messages over data communication link 119. It is understood that the modem 118 includes a communication receiver and a communication transmitter, both of which are alternately coupled to the transmit / receive antenna 117. Similarly, the base station 101 can use separate transmit and receive antennas 103 to transmit and receive data link messages, and therefore, the base station 101 continuously transmits GPS signals via the GPS receive antenna 102. Can be received automatically.

DSP回路109 における位置計算にはメモリ108 に格納されたデータの量及びDSP回路109 又は幾つかのDSP回路の速度に応じて必要な時間は数秒以下となることが期待される。上述のように、メモリ108 は比較的長い時間に該当する記録を捕捉する。
ファーストコンボリューション法を用いた大ブロックのデータの有効な処理は低受信レベルでの信号を処理する為の性能に寄与する(例えば建物、樹木等により著しく遮られた為に受信レベルが低下する時)。可視的なGPS衛星に対するすべてのソードレンジはこの同じ緩衝されたデータを用いて計算される。これは信号の振幅が迅速に変化する状況(都会の障害状態の様な)下の連続追跡GPS受信機に関する性能を改善されたことになる。
The position calculation in the DSP circuit 109 is expected to take several seconds or less depending on the amount of data stored in the memory 108 and the speed of the DSP circuit 109 or some DSP circuits. As described above, the memory 108 captures records corresponding to relatively long times.
Effective processing of large blocks of data using the first convolution method contributes to the performance of processing signals at low reception levels (for example, when reception levels decrease due to significant obstruction by buildings, trees, etc.) ). All sword ranges for visible GPS satellites are calculated using this same buffered data. This has improved performance for continuously tracking GPS receivers in situations where the amplitude of the signal changes rapidly (such as an urban fault condition).

上記DSP回路109 で行われる信号処理について、処理の目的は局所的に発生する波形に関して、受信された波形のタイミングを確定することであり、さらに高感度を得るために上記波形の極めて長い部分、通常 100msecから1sec にわたる部分が処理される。受信されるGPS信号(C/Aコード)は、1023ビット=1msecの反復ソードランダム(PNフレーム)から成り立っている。   For the signal processing performed in the DSP circuit 109, the purpose of the processing is to determine the timing of the received waveform with respect to the locally generated waveform, and to obtain higher sensitivity, a very long portion of the waveform, Usually, the part from 100msec to 1sec is processed. The received GPS signal (C / A code) is composed of 1023 bits = 1 msec repetitive sword random (PN frame).

そこで、また前後のPNフレームを互いに加える。例えば1秒間に1000PNフレームが存在するので、第1のフレームを次の第2のフレームにコヒーレント的に加え、生じたものを第3のフレームに加える。以下、図12(A) 〜図12(E) に示すように順次加えて行く。この結果、1PNフレーム=1023ビットの持続時間を持つ信号が得られる。このシーケンスの位相をローカル基準シーケンスと比較すれば2つの間の相対タイミング、すなわちソードレンジ(擬似距離)を確定することができる。上記DSP回路109 で行われる信号処理について、図12により説明する。   Therefore, the previous and next PN frames are added to each other. For example, there are 1000 PN frames per second, so the first frame is added coherently to the next second frame and the resulting is added to the third frame. Hereinafter, as shown in FIG. 12 (A) to FIG. 12 (E), they are sequentially added. As a result, a signal having a duration of 1PN frame = 1023 bits is obtained. By comparing the phase of this sequence with the local reference sequence, the relative timing between the two, that is, the sword range (pseudorange) can be determined. Signal processing performed in the DSP circuit 109 will be described with reference to FIG.

図12は実際のGPS信号とは異なっており説明のために擬似的な説明用の図として描かれている。航法データが0(−1)または1の区間(20msec)には実際には20フレーム(C/Aコード20周期分)が存在するが説明のために4フレームとしてかかれている。図12(A) においてDATA=0の区間とDATA=1の区間とでは各フレーム(FRAME :各1msec )の位相が互いに逆転している。この状態でGPS信号(C/Aコード信号)が受信アンテナに入力される。   FIG. 12 is different from an actual GPS signal, and is drawn as a pseudo explanatory diagram for explanation. In the interval (20 msec) where the navigation data is 0 (-1) or 1, 20 frames (20 C / A code periods) actually exist, but for the sake of explanation, it is shown as 4 frames. In FIG. 12A, the phase of each frame (FRAME: 1 msec) is reversed between DATA = 0 and DATA = 1. In this state, a GPS signal (C / A code signal) is input to the receiving antenna.

図12(B) はDATAが0になる立ち上がりの点(データの先頭部)からGPS信号(C/Aコード信号)を取り出した場合の説明の図である。注目すべきは、この図は説明をわかりやすくするためにかかれた特殊な条件のタイミングで捕らえた図である。
すなわちDATAが0になる立ち上がりの点(データの先頭部)から捕らえられた場合の非常に特殊な条件が成立したときの図である。図12(B) の動作はある時点から受信信号(C/Aコード)をとりはじめ、この受信信号(C/Aコード)を4フレーム分ずつ加算して平均することを行っている。
FIG. 12B is an explanatory diagram when a GPS signal (C / A code signal) is extracted from a rising point (data head) at which DATA becomes 0. It should be noted that this figure is captured at the timing of a special condition written for easy explanation.
That is, it is a diagram when a very special condition is established when the data is captured from the rising point where DATA becomes 0 (the leading portion of the data). The operation shown in FIG. 12 (B) starts taking a received signal (C / A code) from a certain point of time, and adds and averages the received signal (C / A code) for every four frames.

しかし、注目すべきは、もし受信信号(C/Aコード)が最初のDATA=0のフレーム2(FRAME 2)の先頭部から取り始めたら加算して平均した結果は0となってしまう。 そして、実際には受信機で信号を取り始めるときはDATAの先頭部からうまく取り出すことはほとんどありえない。つまり、航法データの途中、およびフレームの途中からデータを取り始めるのが実際である。   However, it should be noted that if the received signal (C / A code) starts from the beginning of the first DATA = 0 frame 2 (FRAME 2), the result of addition and averaging is zero. Actually, it is almost impossible to successfully extract from the head of DATA when the receiver starts to acquire signals. In other words, it is actually to start taking data from the middle of the navigation data and from the middle of the frame.

図12(B) である時点から捕らえられた連続受信信号に対して4周期分(C/Aコードを4個分)毎に同期加算して平均する。次に、図12(C) において受信機内部のレプリカPN符号(レプリカC/Aコード)と図12(B) の結果の相関計算結果を示す。相関計算のピーク値の極性は、図12(B) におけるそれぞれの同期加算して平均した結果の極性と受信機内部のレプリカPN符号の極性が一致すれば正、異なれば負となる。   In FIG. 12 (B), the continuous reception signals captured from a certain point in time are synchronously added every four periods (four C / A codes) and averaged. Next, FIG. 12C shows the correlation calculation result of the replica PN code (replica C / A code) inside the receiver and the result of FIG. The polarity of the peak value of the correlation calculation is positive if the polarity of the result of synchronous addition in FIG. 12B and the polarity of the replica PN code in the receiver match, and negative if they are different.

図12(D) は図12(C) の相関結果の絶対値を取った図を示す。すなわち図12(D) において各相関計算の絶対値をそれぞれ取る。図12(E) はそれぞれ絶対値で得られた各相関計算を同期加算する。以上の同期加算、相関計算により周期信号であるPN(C/Aコード)信号を多数回加算することで感度(S/N)を向上させている。   FIG. 12 (D) shows a diagram of the absolute value of the correlation result of FIG. 12 (C). That is, the absolute value of each correlation calculation is taken in FIG. In FIG. 12E, each correlation calculation obtained with an absolute value is synchronously added. The sensitivity (S / N) is improved by adding the PN (C / A code) signal, which is a periodic signal, many times by the above synchronous addition and correlation calculation.

また従来の他の衛星測位システムについて以下のものがある。
GPS受信信号のC/AコードをA/Dコンバータでいったんメモリに一定時間蓄積する。このC/Aコード信号はGPSの航法データにより、極性が反転しているところが存在する。この特許ではノイズに埋もれたC/Aコード信号を、ノイズの中から浮かび上がらせるために外部からの航法データを入手して、C/Aコード信号の極性を完全に同一にして同期加算および相関計算を行うことにより高感度受信を行うものである。
Other conventional satellite positioning systems include the following.
The C / A code of the GPS reception signal is temporarily stored in a memory for a certain period of time by an A / D converter. This C / A code signal has a place where the polarity is inverted by GPS navigation data. In this patent, the C / A code signal buried in noise is obtained from the external navigation data in order to emerge from the noise, and the synchronous addition and correlation calculation are performed with the C / A code signal having the same polarity. To perform high-sensitivity reception.

このシステムは、外部基地局のサーバから航法データを通信回線で受信機端末に取り入れて受信端末機で受信した信号に、この航法データの位相と受信機端末機の受信信号におけるC/Aコード信号と完全に位相を一致させて、この航法データで受信PN符号の極性を変化させてC/Aコード信号のすべての極性を同一化して、同期加算することによりノイズに埋もれたC/Aコード信号を、ノイズの中から浮かび上がらせることにより超高感度を得ている。   In this system, navigation data is received from a server of an external base station into a receiver terminal via a communication line and received at the receiver terminal, and the phase of the navigation data and the C / A code signal in the received signal of the receiver terminal are added. The phase of the C / A code signal is completely matched, and the polarity of the received PN code is changed with this navigation data to make all the C / A code signals have the same polarity. Is gaining super sensitivity by making it appear in the noise.

このシステムは、外部基地局のサーバと受信機端末で受信した受信信号におけるC/Aコード信号の位相と、外部基地局のサーバから航法データを通信回線で受信機に取り入れた航法データとの位相は一致しない。理由は通信回線における通信時間のばらつきや遅延があるためである。   In this system, the phase of the C / A code signal in the received signal received by the server of the external base station and the receiver terminal and the phase of the navigation data obtained by incorporating the navigation data from the server of the external base station into the receiver via the communication line. Does not match. The reason is that there are variations and delays in communication time in the communication line.

そのために、GPS測位システムのGPS端末は正確な時刻信号を出力するタイムサーバに自己の時刻信号を送り、このタイムサーバから時刻信号を受け取ることにより、タイムサーバまでの通信時間を知るようにしている。
この通信時間を知ることにより、外部基地局のサーバから航法データを通信回線で受信機に取り入れた航法データの位相差を限りなく小さくして、外部からの航法データをスキャンさせてその位相差を完全に合わせることを行っている(例えば、特許文献2参照)。
米国特許5663734 米国特許6329946
For this purpose, the GPS terminal of the GPS positioning system sends its own time signal to a time server that outputs an accurate time signal, and receives the time signal from this time server so as to know the communication time to the time server. .
By knowing this communication time, the phase difference of the navigation data taken from the server of the external base station to the receiver via the communication line is reduced as much as possible, and the navigation data from the outside is scanned to determine the phase difference. They are completely matched (for example, see Patent Document 2).
US Pat. No. 5,663,734 US Pat. No. 6,329,946

従来のGPS測位システムは以上のように構成されているが、GPS受信信号に含まれるPN信号の位相は航法データの内容により航法データの区間、極性が反転する。
そのため、このような処理ではPN信号の極性が航法データにより変化しているため、PN信号の極性により同期加算する時に、図12(B) の過程で信号成分が互いに相殺されて感度(S/N)向上に十分ではないという欠点があった。つまり航法データの極性反転の境目を検出していなかった。そのため、感度(S/N)の向上が不十分であるという問題点がある。
また図12(D) と図12(E) の処理過程で相関計算値の絶対値を取って同期加算することは、白色雑音そのものの軽減にはつながらないため感度(S/N)の向上が不十分であるという問題点がある。
The conventional GPS positioning system is configured as described above. However, the phase of the PN signal included in the GPS received signal is inverted in the navigation data section and polarity depending on the content of the navigation data.
For this reason, in such processing, the polarity of the PN signal changes depending on the navigation data. Therefore, when synchronous addition is performed according to the polarity of the PN signal, the signal components cancel each other out in the process of FIG. N) There was a drawback that it was not sufficient for improvement. In other words, the boundary of polarity reversal of navigation data was not detected. Therefore, there is a problem that the improvement in sensitivity (S / N) is insufficient.
Also, taking the absolute value of the correlation calculation value in the process of FIG. 12 (D) and FIG. 12 (E) and performing synchronous addition does not lead to the reduction of white noise itself, so the sensitivity (S / N) is not improved. There is a problem that it is sufficient.

また、従来のGPS測位システム(特許文献2)においては、同期加算する時に、PN信号の極性により図12(B) の過程で信号成分が互いに相殺されて感度(S/N)向上に十分ではないという問題点を解消している。具体的には、受信信号(PN信号)の極性を同一化するために、基地局から航法データの情報をもらって、この受信信号(PN信号)に乗算して極性を同一化している。その後同期加算を行うことで、理想的なノイズの低減効果が得られている。   Further, in the conventional GPS positioning system (Patent Document 2), when synchronous addition is performed, signal components cancel each other out in the process of FIG. 12B due to the polarity of the PN signal, which is not sufficient for improving the sensitivity (S / N). The problem of not being solved. Specifically, in order to make the polarity of the received signal (PN signal) the same, the navigation data is received from the base station, and the received signal (PN signal) is multiplied to make the polarity the same. Then, by performing synchronous addition, an ideal noise reduction effect is obtained.

しかし、以下の問題点を有する。この場合、基地局から受信機端末での通信時間が0でないということである。通信回線がインターネットやパケット通信などにおいては、通信時間も相当のばらつきが存在して、位相誤差がきわめて大きくなるため、スキャン時間も大きくなり、したがって通信回線における遅延のばらつきが位置計測の応答時間に大きくかかわることになる。すなわち高感度測位を実現するためには、通信回線における通信時間の規格に厳しい要求をしなければ、実用的な応答時間で受信機計測をすることが出来ないという重大な欠点を持っている。   However, it has the following problems. In this case, the communication time from the base station to the receiver terminal is not zero. When the communication line is the Internet or packet communication, etc., the communication time also varies considerably and the phase error becomes extremely large, so the scan time also increases, and therefore the delay variation in the communication line becomes the position measurement response time. It will be greatly involved. That is, in order to realize high-sensitivity positioning, there is a serious drawback that the receiver cannot be measured with a practical response time unless strict requirements are imposed on the communication time standard in the communication line.

そこで本発明は、衛星からの信号を建物の中等において受信しても、つまり、減衰した衛星受信信号であっても超高感度でかつ応答性が良く受信位置を知り得る衛星測位システム及び衛星測位方法を提供するものである。   Accordingly, the present invention provides a satellite positioning system and satellite positioning that can receive a signal from a satellite in a building or the like, that is, an attenuated satellite reception signal, and can know the reception position with high sensitivity and good response. A method is provided.

本発明に係る衛星測位システムは、衛星からの信号を受信機端末が受信し、受信した衛星受信信号により該受信機端末が該衛星との間の擬似距離を求める衛星測位システムに於て、上記受信機端末は、20msecの上記衛星受信信号の搬送波成分を含むPN信号の極性を1msecずつずらして変化させるための複数種類の極性変更用の擬似パターンを予め記憶乃至発生させる擬似パターン部と、該衛星受信信号を復調させる搬送波成分を含むレプリカPN符号を記憶する記憶部と、上記複数種類の擬似パターンを20msecの同じ衛星受信信号に作用させ該衛星受信信号における搬送波成分を含むPN信号の極性を1msecずつずらして変化させて複数個の極性変更PN信号を得る第一演算部と、各極性変更PN信号についてそれぞれ同期加算する第二演算部と、同期加算した同期加算PN信号と上記レプリカPN符号とで相関計算を行なう第三演算部と、該相関計算による結果から相関ピーク値と該相関ピーク値に対応する遅延値とを検出し該遅延値から上記擬似距離を求める擬似距離検出装置と、を備えたものである。 The satellite positioning system according to the present invention is a satellite positioning system in which a receiver terminal receives a signal from a satellite, and the receiver terminal obtains a pseudorange with the satellite by the received satellite reception signal. the receiver terminal includes a pseudo pattern portion previously stored to generate a plurality of types of pseudo patterns for polarity changes for changing shifting the polarity of the PN signal by 1msec containing carrier component of 20msec the satellite received signal, said A storage unit for storing a replica PN code including a carrier wave component for demodulating the satellite reception signal, and a plurality of types of pseudo patterns acting on the same satellite reception signal of 20 msec to change the polarity of the PN signal including the carrier wave component in the satellite reception signal a first arithmetic unit for obtaining a plurality of polarity changing PN signal is varied by shifting by 1 msec, and a second arithmetic unit for adding each synchronization for each polarity changing PN signal A third arithmetic unit that performs correlation calculation between the respective synchronous addition PN signal and the replica PN code synchronous addition, detection by the delay and the delay value corresponding to the correlation peak value and a correlation peak value from results of correlation calculations And a pseudo distance detecting device for obtaining the pseudo distance from the value.

た、上記受信機端末は、1フレームの搬送波成分を含む上記PN信号を所定サンプル間隔にて離散化させた値として処理するよう構成したものである。 Also, the receiver terminal is one that is configured to process as a value obtained by discretizing at a predetermined sample interval the PN signal including carrier components of one frame.

また、本発明に係る衛星測位方法は、衛星からの信号を受信機端末が受信し、受信した衛星受信信号により該受信機端末が該衛星との間の擬似距離を求める衛星測位方法に於て、上記受信機端末は、20msecの同じ上記衛星受信信号に該受信機端末が予め用意する複数種類の極性変更用の擬似パターンを作用させて該衛星受信信号における搬送波成分を含むPN信号の極性を1msecずつずらして変化させ複数個の極性変更PN信号を得て、各極性変更PN信号についてそれぞれ同期加算し、同期加算した同期加算PN信号と該受信機端末が予め用意する搬送波成分を含むレプリカPN符号とで相関計算を行ない、該相関計算による結果から相関ピーク値と該相関ピーク値に対応する遅延値とを検出し、該遅延値から上記擬似距離を求める。 The satellite positioning method according to the present invention is a satellite positioning method in which a receiver terminal receives a signal from a satellite, and the receiver terminal obtains a pseudorange with the satellite based on the received satellite reception signal. The receiver terminal applies a plurality of types of pseudo patterns for polarity change prepared in advance by the receiver terminal to the same satellite received signal of 20 msec to change the polarity of the PN signal including the carrier component in the satellite received signal. obtaining a plurality of polarity changing PN signal is changed by shifting by 1 msec, respectively synchronously adding for each polarity changing PN signal replica including a carrier wave components each synchronous addition PN signal and said receiver terminal obtained by adding synchronization is prepared in advance Correlation calculation is performed with the PN code, a correlation peak value and a delay value corresponding to the correlation peak value are detected from the result of the correlation calculation, and the pseudo distance is obtained from the delay value.

た、上記受信機端末は、1フレームの搬送波成分を含む上記PN信号を所定サンプル間隔にて離散化させた値として処理する。 Also, the receiver terminal is treated as a value obtained by discretizing the PN signal at a predetermined sample interval containing a carrier component for one frame.

本発明によれば、受信機端末内部の擬似パターンにより、搬送波成分を含む受信PN信号の極性を同一化させるため、同期加算および相関計算により感度(信号対雑音比)を著しく向上できる。
従来のように、航法データによるC/Aコード信号の位相反転の境目を検出するために外部基地局からのGPS航法データを必要としないため、また受信機端末内部で受信する信号の航法データを必要としないため、ノイズに埋もれた搬送波成分を含むPN信号を、著しくS/Nの向上させて検出できる。
つまり、ノイズの中からPN信号を効率よく浮かび上がらせることができ、建物の中やビルの中など、GPS信号(GPS電波)が著しく減衰した場所においても、衛星との擬似距離を精度良くかつ応答性良く測定できる。
According to the present invention, the polarity of the received PN signal including the carrier component is made identical by the pseudo pattern inside the receiver terminal, so that the sensitivity (signal-to-noise ratio) can be significantly improved by synchronous addition and correlation calculation.
As in the prior art, GPS navigation data from an external base station is not required to detect the phase inversion boundary of the C / A code signal based on the navigation data, and the navigation data of the signal received inside the receiver terminal Since it is not necessary, a PN signal including a carrier wave component buried in noise can be detected with significantly improved S / N.
In other words, the PN signal can be efficiently raised from the noise, and the pseudorange with the satellite can be accurately and responsive even in places where GPS signals (GPS radio waves) are significantly attenuated, such as in buildings or buildings. Measure well.

図1は、GPS衛星受信信号におけるPN信号(C/Aコード)構造を説明する説明図であり、図2は、衛星測位システムの概要を説明するブロック図である。
なお、本発明において、受信PN信号は搬送波(キャリア)が重畳されたものとして説明している。つまり、以下において、PN信号とは、搬送波成分を含むPN信号としている。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a PN signal (C / A code) structure in a GPS satellite reception signal, and FIG. 2 is a block diagram illustrating an overview of a satellite positioning system.
In the present invention, the received PN signal is described as a carrier wave superimposed. That is, in the following, the PN signal is a PN signal including a carrier wave component.

本発明は、衛星Sからの信号を受信機端末11が受信し、受信した衛星受信信号により受信機端末11が衛星Sとの間の擬似距離を求める衛星測位システム及び方法である。
図2において、S1 ,S2 ,S3 ,S4 は地球の廻りを回る対象測位衛星であり、1は基地局である。基地局1は見晴らしの良い環境に設置された受信アンテナ2を備え、GPS基準信号サーバ受信機3にてGPS信号を受信する。
The present invention is a satellite positioning system and method in which a signal from a satellite S is received by a receiver terminal 11 and the receiver terminal 11 obtains a pseudorange between the satellite S and the received satellite received signal.
In FIG. 2, S 1 , S 2 , S 3 , and S 4 are target positioning satellites that travel around the earth, and 1 is a base station. The base station 1 includes a receiving antenna 2 installed in an environment with a good view, and a GPS signal is received by a GPS reference signal server receiver 3.

GPS基準信号サーバ受信機3は受信した衛星受信信号(GPS信号)からドップラ情報4を抽出する。また基地局位置、各衛星位置、各衛星と受信アンテナ2位置との擬似距離を抽出する。これらの情報は送信部5で、通信手段Lを介して受信機端末11に送信される。この送信は一般に放送で行なわれる。なお、通信手段Lは携帯電話回線、地上放送、衛星放送でも良い。またはインターネット回線を用いてもよく、考えられる(電磁的方法による)手段はすべて対象としている。   The GPS reference signal server receiver 3 extracts Doppler information 4 from the received satellite reception signal (GPS signal). Further, the base station position, each satellite position, and the pseudo distance between each satellite and the receiving antenna 2 position are extracted. These pieces of information are transmitted to the receiver terminal 11 by the transmitter 5 via the communication means L. This transmission is generally performed by broadcasting. The communication means L may be a mobile phone line, terrestrial broadcast, or satellite broadcast. Or you can use the internet line, and all possible means (by electromagnetic means) are covered.

11はGPS受信機端末である。基地局1からドップラ情報4及び基地局位置、各衛星位置、各衛星と基地局間の擬似距離6の情報はGPS受信機端末11の受信部12で受信される。
放送電波の周波数がGPS電波(信号)の近傍の周波数帯であるならば、この受信部12はGPS受信部13と共用させても良い。本発明は、通信手段L(回線、放送、携帯電話、インターネットなど)により、多くの端末11に対して同時に受信させることを想定している。なお、図2は1台のGPS受信機端末11を示している。
11 is a GPS receiver terminal. The Doppler information 4 and information on the base station position, each satellite position, and the pseudo distance 6 between each satellite and the base station are received by the receiving unit 12 of the GPS receiver terminal 11 from the base station 1.
If the frequency of the broadcast radio wave is a frequency band near the GPS radio wave (signal), the receiving unit 12 may be shared with the GPS receiving unit 13. In the present invention, it is assumed that many terminals 11 receive simultaneously by means of communication means L (line, broadcast, mobile phone, Internet, etc.). FIG. 2 shows one GPS receiver terminal 11.

14はGPS受信機端末11のアンテナ部である。GPS受信機端末11(アンテナ部14)の場所は、衛星Sが直接見えるところのみならず、(通常の野外での受信以外に)木の陰や、建物の中などGPS電波の強さがかなり弱い場所なども想定している。
受信部13はGPS受信信号───搬送波成分を含むPN信号───のアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換部分である。デジタル化された搬送波成分を含むPN信号はメモリ(RAM)15───GPS信号蓄積部───に記憶される。
なお、以上の構成は従来よりあるGPS技術で汎用的に広く使われているものであり、詳細な説明は省略する。
Reference numeral 14 denotes an antenna unit of the GPS receiver terminal 11. The location of the GPS receiver terminal 11 (antenna unit 14) is not only where the satellite S can be directly seen, but also the strength of GPS radio waves, such as in the shade of trees (inside outdoor reception) and in buildings. We assume weak places.
The reception unit 13 is an A / D conversion portion that converts an analog signal of a GPS reception signal --- a PN signal including a carrier wave component--to a digital signal. The PN signal including the digitized carrier wave component is stored in a memory (RAM) 15---GPS signal storage unit-.
The above configuration is widely used in general with conventional GPS technology, and detailed description thereof is omitted.

そして、本発明の衛星測位システムが有する受信機端末11は、擬似パターンAを衛星受信信号に作用させ衛星受信信号における搬送波成分を含むPN信号の極性を変化させる第一演算部8と、極性を変化させたPN信号を同期加算する第二演算部9と、同期加算した同期加算PN信号と搬送波成分を含むレプリカPN符号とで相関計算を行なう第三演算部10と、相関計算による結果から相関ピーク値と相関ピーク値に対応する遅延値とを検出し遅延値から擬似距離を求める擬似距離検出装置19と、を備える。
なお、以下、第一演算部8を極性変更装置17とし、第二演算部9と第三演算部10とを同期加算・相関計算装置18としている。
The receiver terminal 11 included in the satellite positioning system of the present invention includes a first calculation unit 8 that applies the pseudo pattern A to the satellite reception signal to change the polarity of the PN signal including the carrier wave component in the satellite reception signal, and the polarity. A second arithmetic unit 9 for synchronously adding the changed PN signal; a third arithmetic unit 10 for performing a correlation calculation with the synchronously added PN signal and the replica PN code including the carrier wave component; A pseudo distance detecting device 19 for detecting a peak value and a delay value corresponding to the correlation peak value and obtaining a pseudo distance from the delay value.
Hereinafter, the first calculation unit 8 is referred to as a polarity changing device 17, and the second calculation unit 9 and the third calculation unit 10 are referred to as a synchronous addition / correlation calculation device 18.

そして、20msec区間のGPS信号を蓄積する場合の実施例について説明する。なお、後述するが本発明では任意の蓄積時間にも適用できる。
連続する衛星Sからの信号のうち、20msec区間は、航法データの1ビット区間と同じ時間となる。
図2において、21は受信機端末11が有する信号処理部である。この中のドップラ補正部16、極性変更装置17、同期加算・相関計算装置18、擬似距離検出装置19は機能ブロックを示し、信号処理部21では蓄積された20msec間のPN信号の極性(+−)をすべて同一化した状態とし、同期加算、相関計算を行なって擬似距離を求める。
And the Example in the case of accumulating the GPS signal of a 20 msec area is demonstrated. As will be described later, the present invention can be applied to any accumulation time.
Of the signals from successive satellites S, the 20 msec section has the same time as the 1-bit section of the navigation data.
In FIG. 2, reference numeral 21 denotes a signal processing unit included in the receiver terminal 11. Among them, the Doppler correction unit 16, the polarity change device 17, the synchronous addition / correlation calculation device 18, and the pseudo distance detection device 19 indicate functional blocks, and the signal processing unit 21 stores the polarity of the accumulated PN signal for 20 msec (+ − ) Are all made identical, and the pseudo-range is obtained by performing synchronous addition and correlation calculation.

PNコード極性変更装置17は、擬似パターン部22にて用意(記憶)する衛星受信信号の極性変更用の20種類の擬似パターンAを、メモリ15にて蓄積した20msecの衛星受信信号───搬送波成分を含むPN信号───に作用させ、信号の極性を変化させ、蓄積した信号の極性を変更させる装置である。つまり、後にも説明するが、PNコード極性変更装置17によりメモリ15に蓄積された搬送波成分を含むPN信号の極性は、20種類の擬似パターンAにより、それぞれにおいて極性が変更される。   The PN code polarity changing device 17 is a 20 msec satellite reception signal that is stored in the memory 15 with 20 types of pseudo patterns A for changing the polarity of the satellite reception signal prepared (stored) in the pseudo pattern section 22. It is a device that acts on a PN signal that contains components, changes the polarity of the signal, and changes the polarity of the accumulated signal. That is, as will be described later, the polarity of the PN signal including the carrier wave component accumulated in the memory 15 by the PN code polarity changing device 17 is changed in each of the 20 types of pseudo patterns A.

そして、このそれぞれの搬送波成分を含むPN信号に対して、それぞれ同期加算・相関計算装置18で同期加算、相関計算を行う。その後、擬似距離検出装置19はその中から相関計算ピーク値が最大値になる値(遅延値τ)を検出することにより、受信機端末11と衛星Sとの擬似距離を検出する。この検出された遅延値τは、PN信号の極性がすべて同一化された20msecのデータで同期加算、相関計算を行った結果に等しい。   Then, the synchronous addition / correlation calculation device 18 performs synchronous addition and correlation calculation on the PN signal including the respective carrier components. Thereafter, the pseudorange detection device 19 detects the pseudorange between the receiver terminal 11 and the satellite S by detecting a value (delay value τ) at which the correlation calculation peak value becomes the maximum value. The detected delay value τ is equal to the result of synchronous addition and correlation calculation using 20 msec data in which the polarities of the PN signals are all the same.

20msec内の極性を同一化させたPN信号により、同期加算と相関計算によるノイズ低減は最大に改善される。そして、擬似距離検出装置19が、20msec内のPN信号の極性を同一化してノイズ低減が最大に改善された状態の擬似距離を検出するものである。
ここで得られた擬似距離と、受信部12からの基地局位置、各衛星位置、基地局と各衛星との擬似距離の情報により位置計算装置20で受信機端末11の自己位置を知ることができる。
With the PN signal having the same polarity within 20 msec, noise reduction by synchronous addition and correlation calculation is maximally improved. The pseudo distance detection device 19 detects the pseudo distance in a state in which the noise reduction is improved to the maximum by making the polarity of the PN signal within 20 msec the same.
The position calculation device 20 can know the self-position of the receiver terminal 11 based on the pseudo distance obtained here and the information on the base station position from the receiving unit 12, each satellite position, and the pseudo distance between the base station and each satellite. it can.

図3はGPS受信機端末11を詳細化したハードウェアブロック図を示す。図2の各ブロックの符号は図3のブロックの符号と対応する。図2のドップラ補正部16、極性変更装置17、同期加算・相関計算装置18、擬似距離検出装置19、位置計算装置20は機能ブロックである。
この機能ブロックを構成する手段はハードウェアによる構成、ソフトウェアによる構成、またはこれら混合した構成などが考えられる。この機能ブロックを構成する手段であるソフトウェア処理を実行するためのハードウェア構成を信号処理部21に示している。
FIG. 3 is a detailed hardware block diagram of the GPS receiver terminal 11. The code | symbol of each block of FIG. 2 respond | corresponds with the code | symbol of the block of FIG. The Doppler correction unit 16, the polarity changing device 17, the synchronous addition / correlation calculation device 18, the pseudo distance detection device 19, and the position calculation device 20 in FIG. 2 are functional blocks.
The means for configuring the functional block may be a hardware configuration, a software configuration, or a mixed configuration. The signal processing unit 21 shows a hardware configuration for executing software processing, which is means for configuring this functional block.

図3において、14は受信アンテナ部、13はGPS受信部であり、高周波増幅部32、周波数をダウンコンバートする周波数変換部33、周波数シンセサイザ部34、I信号変換部35、Q信号変換部36、90度移相器37、A/Dコンバータ38,39を有し、また、15は情報を一時記憶するためのメモリ(RAM)、また、21は信号処理部であり、DSP部41、CPU部42、擬似パターンAを記憶乃至発生させる擬似パターン部(ROM)22、DSP部41のDSP用ROM44、RAM45、ROM46でありCPU部42と接続された記憶部7を有する。 12は図2の基地局1からの情報を放送や通信手段Lを通じて得るための受信部である。また、信号処理部21のRAM45の中のメモリ配置を図4に示す。   In FIG. 3, 14 is a receiving antenna unit, 13 is a GPS receiving unit, a high frequency amplification unit 32, a frequency conversion unit 33 that down-converts the frequency, a frequency synthesizer unit 34, an I signal conversion unit 35, a Q signal conversion unit 36, 90 degree phase shifter 37, A / D converters 38 and 39, 15 a memory (RAM) for temporarily storing information, 21 a signal processing unit, DSP unit 41, CPU unit 42, a pseudo pattern portion (ROM) 22 for storing or generating a pseudo pattern A, a DSP ROM 44, a RAM 45, and a ROM 46 of the DSP portion 41, and a storage portion 7 connected to the CPU portion 42. Reference numeral 12 denotes a receiving unit for obtaining information from the base station 1 of FIG. Further, the memory arrangement in the RAM 45 of the signal processing unit 21 is shown in FIG.

次に、図3における動作の概要について説明する。
受信アンテナ部14からPN信号でスペクトラム拡散変調された 1.5GHZ 帯のGPS信号を高周波増幅部32で受信する。周波数シンセサイザ部34と周波数変換部33でダウンコンバートされて、たとえば70MHz 帯の周波数領域に変換する。これに周波数シンセサイザ部34と90度移相器37で互いに90度位相の異なる70MHz の搬送波で掛け算する部分、すなわちI信号変換部35、Q信号変換部36で、互いに直交するIとQのPN符号が取り出される。
この動作を図5に示す。図5はI信号変換部35、Q信号変換部36の動作概要を示す図であり、図5においてI信号変換部35、Q信号変換部36、移相器37、A/Dコンバータ38、A/Dコンバータ39、メモリ15は、図3の符号と対応する。
47,48は乗算器である。49,50は帯域フィルター(バンドパスフィルター)である。
Next, an outline of the operation in FIG. 3 will be described.
A 1.5 GHz Z band GPS signal that has been subjected to spread spectrum modulation with a PN signal is received by the high frequency amplifier 32 from the receiving antenna unit 14. The signal is down-converted by the frequency synthesizer unit 34 and the frequency conversion unit 33 and converted into, for example, a frequency region of 70 MHz band. The frequency synthesizer unit 34 and the 90-degree phase shifter 37 multiply by the carrier of 70 MHz having a phase difference of 90 degrees, that is, the I and Q PNs orthogonal to each other in the I signal conversion unit 35 and the Q signal conversion unit 36. The code is extracted.
This operation is shown in FIG. FIG. 5 is a diagram showing an outline of operations of the I signal conversion unit 35 and the Q signal conversion unit 36. In FIG. 5, the I signal conversion unit 35, the Q signal conversion unit 36, the phase shifter 37, the A / D converter 38, A The / D converter 39 and the memory 15 correspond to the reference numerals in FIG.
47 and 48 are multipliers. 49 and 50 are band filters (band pass filters).

70MHz 帯に周波数変換部33でダウンコンバートされたGPS受信信号は、PN.cos((w+Δw)t +Φ) で表される。Δw はドップラ周波数である。Δw はアンテナ部14で捕らえられる衛星信号のドップラ周波数変動分と周波数シンセサイザ部34の周波数変動分とが合成されたものである。ここでは周波数シンセサイザ部34の周波数変動分はないものとして説明する。この場合Δw はアンテナ部14で捕らえられる衛星信号のドップラ周波数変動分のみである。   The GPS reception signal down-converted to the 70 MHz band by the frequency conversion unit 33 is represented by PN.cos ((w + Δw) t + Φ). Δw is the Doppler frequency. Δw is a combination of the Doppler frequency fluctuation of the satellite signal captured by the antenna unit 14 and the frequency fluctuation of the frequency synthesizer 34. Here, the description will be made assuming that there is no frequency variation of the frequency synthesizer 34. In this case, Δw is only the Doppler frequency fluctuation of the satellite signal captured by the antenna unit 14.

図3の周波数シンセサイザ部34からの信号および90度移相器37で90度位相の異なる信号は、周波数シンセサイザ部34からの角周波数を w1 とすると、互いに直交する搬送波 cos(w1 t)、 sin(w1 t)で表される。これらの直交する信号と周波数変換部33からの信号PN.cos((w+Δw)t +Φ) とを乗算器47,48で乗算して帯域フィルター49,50を通すとPN.cos ((w + w1 + Δw)t +Φ) 、−PN.sin ((w + w1 + Δw)t +Φ) が得られる。これらの変換はI,Q変換器として汎用的に使われているものである。 The signals from the frequency synthesizer unit 34 in FIG. 3 and signals having a phase difference of 90 degrees in the 90-degree phase shifter 37 are carrier waves cos (w 1 t) that are orthogonal to each other when the angular frequency from the frequency synthesizer unit 34 is w 1. , Sin (w 1 t). When these orthogonal signals and the signal PN.cos ((w + Δw) t + Φ) from the frequency converting unit 33 are multiplied by multipliers 47 and 48 and passed through bandpass filters 49 and 50, PN.cos ((w + w 1 + Δw) t + Φ), −PN.sin ((w + w 1 + Δw) t + Φ) is obtained. These conversions are generally used as I and Q converters.

これら互いに直交する信号(アナログ信号)はそれぞれA/Dコンバータ38,39にて、アナログ信号からデジタル化された離散化信号に変換される。これら2つの信号を20msec間(航法データ1ビット区間の長さ)、メモリ(RAM)15に蓄積する。なお、以上述べた高周波増幅部32、周波数変換部33、シンセサイザ部34、I信号変換部35、Q信号変換部36、移相器37、A/Dコンバータ38、A/Dコンバータ39のそれぞれは汎用的なものであり一般に広く使われている。   These orthogonal signals (analog signals) are converted from analog signals into digitized discretized signals by A / D converters 38 and 39, respectively. These two signals are stored in the memory (RAM) 15 for 20 msec (the length of the navigation data 1-bit section). Each of the high frequency amplification unit 32, frequency conversion unit 33, synthesizer unit 34, I signal conversion unit 35, Q signal conversion unit 36, phase shifter 37, A / D converter 38, and A / D converter 39 described above is as follows. It is general purpose and generally used widely.

図3の(デジタル)信号処理部21は、受信部12を通じて得られたデータを取り入れるために、受信部12に接続されたCPU部42、それと接続されたメモリ(RAM)45、メモリ(ROM)46、メモリ(RAM)45に接続されたDSP部41、これに接続されたメモリ(ROM)44、そして、擬似パターン部22とを備えている。擬似パターン部22はあらかじめ記憶された擬似パターンの記憶部分(ROM)である。またCPU部42とDSP部41は互いに接続されている。CPU部42、RAM45、ROM46でマイクロプロセッサとして動作する。   The (digital) signal processing unit 21 in FIG. 3 has a CPU unit 42 connected to the receiving unit 12, a memory (RAM) 45 connected thereto, and a memory (ROM) in order to take in the data obtained through the receiving unit 12. 46, a DSP unit 41 connected to a memory (RAM) 45, a memory (ROM) 44 connected to the DSP unit 41, and a pseudo pattern unit 22. The pseudo pattern portion 22 is a storage portion (ROM) of a pseudo pattern stored in advance. The CPU unit 42 and the DSP unit 41 are connected to each other. The CPU unit 42, the RAM 45, and the ROM 46 operate as a microprocessor.

ROM46はデジタル信号処理の実行プログラムも記憶している部分であり、デジタル信号処理部21のハードウェア部、すなわちDSP部41、CPU部42、RAM45、ROM46、ROM44の構成は、従来からのCPU、DSP、メモリ(RAM、ROM)を使った汎用的なデジタル信号処理構成として広く一般に使われ、知られているものである。   The ROM 46 is a part that also stores a digital signal processing execution program, and the configuration of the hardware part of the digital signal processing unit 21, that is, the DSP unit 41, the CPU unit 42, the RAM 45, the ROM 46, and the ROM 44 is a conventional CPU, A general-purpose digital signal processing configuration using a DSP and a memory (RAM, ROM) is widely used and known.

そして、デジタル信号処理部21により、図2のドップラ補正部16、極性変更装置17、同期加算・相関計算装置18、擬似距離検出装置19、位置計算装置20の機能ブロックを実行させる。そして、この機能ブロックをソフトウェアによるデジタル信号処理にて実行する場合について説明する。   Then, the digital signal processing unit 21 causes the functional blocks of the Doppler correction unit 16, the polarity changing device 17, the synchronous addition / correlation calculation device 18, the pseudo distance detection device 19, and the position calculation device 20 shown in FIG. A case where this functional block is executed by digital signal processing by software will be described.

図2の極性変更装置17、同期加算・相関計算装置18、擬似距離検出装置19の機能ブロック動作を説明する図が図8である。
擬似パターン部22の擬似パターンAは図8のA1 からA20までの20種類で一組のパターンである。この擬似パターンAは、〔0000…〕というような連続した0のデータ列と、〔1111…〕というような連続した1のデータ列と、の組みあわせからなる20ビットのもので、0の個数と1の個数の和が20ビットからなる。即ち、A1 からA20はすべて20ビットからなる擬似パターンAである。
FIG. 8 is a diagram for explaining functional block operations of the polarity changing device 17, the synchronous addition / correlation calculating device 18, and the pseudo distance detecting device 19 in FIG.
The pseudo pattern A of the pseudo pattern portion 22 is a set of 20 patterns from A 1 to A 20 in FIG. This pseudo pattern A is a 20-bit pattern composed of a combination of a continuous 0 data string such as [0000...] And a continuous 1 data string such as [1111. The sum of 1 and 1 consists of 20 bits. That is, A 1 to A 20 are pseudo patterns A each consisting of 20 bits.

擬似パターンAの実施例について図8のA1 からA20について以下説明する。A1 は0が1個、他の19ビットは連続した1のデータ列である〔0111…1〕。A2 は2ビット連続した0のデータ列と、他の18ビットは連続した1のデータ列である〔0011…1〕。つまり、kを1から20までのどれかの整数とすればAkはkビット連続した0のデータ列と、(20−k)ビットが連続した1のデータ列である。また、他の実施例として、これらの擬似パターンAは、0のかわりに1、1のかわりに−1としても良い。 An example of the pseudo pattern A will be described below with respect to A 1 to A 20 in FIG. A 1 is one 0 and the other 19 bits are a continuous data string [0111... 1]. A 2 is a continuous data string of 2 bits, and the other 18 bits are a continuous data string of 1 [0011... 1]. That is, if k is any integer from 1 to 20, Ak is a data string of 0 with k bits continuous and a data string of 1 with (20−k) bits continuous. As another example, these pseudo patterns A may be 1 instead of 0 and -1 instead of 1.

次に、デジタル信号処理部21の動作について説明する。
図2におけるデジタル信号処理部21の機能ブロックを、ソフトウェアにより実行するフローチャートを図7に示す。図7において機能ブロックであるドップラ補正部16、極性変更装置17、同期加算・相関計算装置18、擬似距離検出装置19、位置計算装置20は、図2のデジタル信号処理部21における機能ブロックに対応している。
図7のF1 からF10までは、それぞれの機能ブロックが処理しているソフトウェアブロック(工程)である。
Next, the operation of the digital signal processing unit 21 will be described.
FIG. 7 shows a flowchart for executing the functional blocks of the digital signal processing unit 21 in FIG. 2 by software. In FIG. 7, the Doppler correction unit 16, the polarity changing device 17, the synchronous addition / correlation calculation device 18, the pseudorange detection device 19, and the position calculation device 20, which are functional blocks, correspond to the functional blocks in the digital signal processing unit 21 in FIG. 2. is doing.
F 1 to F 10 in FIG. 7 are software blocks (processes) processed by the respective functional blocks.

まずメモリ15より20msecの受信信号を取り入れる(工程F1 )。図3におけるA/Dコンバータ38,39からメモリ15に蓄積されたI,Q信号のデジタルデータ0.5PN.cos((w +Δw +w1 )t+Φ) 、−0.5PN.sin((w +Δw +w1 )t+Φ) はドップラ成分を含んでいる。次に、ドップラ周波数Δw は外部(基地局1)から取り入れられる(工程F2 )。
このドップラ周波数Δw は、図2の基地局1(サーバ)からGPS受信機端末11の受信部12により入手できる。このΔw はCPU部42で受け取りRAM45に記憶される。
First, a received signal of 20 msec is fetched from the memory 15 (process F 1 ). Digital data 0.5PN.cos ((w + Δw + w 1 ) t + Φ), −0.5PN.sin ((w + Δw) stored in the memory 15 from the A / D converters 38 and 39 in FIG. + w 1 ) t + Φ) contains the Doppler component. Next, the Doppler frequency Δw is taken from the outside (base station 1) (step F 2 ).
The Doppler frequency Δw can be obtained from the base station 1 (server) in FIG. 2 by the receiving unit 12 of the GPS receiver terminal 11. This Δw is received by the CPU unit 42 and stored in the RAM 45.

次に、以下のようなアルゴリズムでドップラ補正が行われる(工程F3 )。ドップラ補正情報Δw でメモリ15に蓄積された離散化されたI,Q信号のデジタルデータ0.5PN.cos((w +Δw +w1 )t+Φ) 、−0.5PN.sin((w +Δw +w1 )t+Φ) に対してドップラ補正を行う動作を図6に示す。
図6はプログラムで行う機能ブロック図である。26,27,28,29は乗算器、30は加算器、31は減算器を示す。tは離散化された値でt=0:Δt:W×Tであり、tは0からW×Tまでサンプル間隔Δtで離散化された値であることを意味する。サンプリング周波数をfKHz とする。ここではf=Nとして説明する。T=1msec;W=20とする。サンプリング間隔ΔtはΔt=1/fとなる。
Next, Doppler correction is performed by the following algorithm (step F 3 ). Digital data of discretized I and Q signals stored in the memory 15 with Doppler correction information Δw 0.5PN.cos ((w + Δw + w 1 ) t + Φ), −0.5PN.sin ((w + Δw + w FIG. 6 shows an operation for performing Doppler correction on 1 ) t + Φ.
FIG. 6 is a functional block diagram performed by a program. 26, 27, 28, and 29 are multipliers, 30 is an adder, and 31 is a subtractor. t is a discretized value and is t = 0: Δt: W × T, and t is a value discretized from 0 to W × T at a sample interval Δt. Sampling frequency is fKHz. Here, f = N will be described. T = 1 msec; W = 20. The sampling interval Δt is Δt = 1 / f.

図5のメモリ15に蓄積された離散化されたI信号、Q信号の信号(データ)は、図6のように、入力信号0.5PN.cos((w +Δw +w1 )t+Φ) 、−0.5PN.sin((w +Δw +w1 )t+Φ) で表される。
これらの信号に対して受信部12より得られたドップラ周波数Δw からcos(Δwt) 、sin(Δwt) を乗算器26,27,28,29で乗算して、加算器30、減算器31を通すと−0.25PN.sin(( w+w1 )t+Φ) 、0.25PN.cos(( w+w1 )t+Φ) が得られる。
The discretized I signal and Q signal (data) stored in the memory 15 in FIG. 5 are input signals 0.5PN.cos ((w + Δw + w 1 ) t + Φ), − as shown in FIG. 0.5PN.sin ((w + Δw + w 1 ) t + Φ)
These signals are multiplied by cos (Δwt) and sin (Δwt) from the Doppler frequency Δw obtained from the receiving unit 12 by the multipliers 26, 27, 28, and 29, and then passed through the adder 30 and the subtractor 31. And −0.25PN.sin ((w + w 1 ) t + Φ) and 0.25PN.cos ((w + w 1 ) t + Φ) are obtained.

乗算器26,27,28,29、加算器30、減算器31は、プログラム(演算手段)にて容易に実現可能である。すなわち以下の計算を行う。
I,Q信号のデジタルデータPN.cos ((w +Δw +w1 )t+Φ) 、−PN.sin ((w +Δw +w1 )t+Φ) の入力信号をSIin= −0.5PN.sin((w +Δw +w1 )t+Φ) 、SQin= 0.5PN.cos((w +Δw +w1 )t+Φ) とおいて、−SIin×cos(Δwt) +SQin×sin(Δwt) 、SQin×cos ( Δwt) −SIin×sin(Δwt) を計算する。そして、計算結果として−0.25PN.sin(( w +w1 )t+Φ)、0.25PN.cos (( w +w1 )t+Φ) が得られる。
このようにして得られた互いに直交するI,QのPN信号をそれぞれ図4のメモリ部51,61に蓄積する(工程F4 )。この蓄積されたデータはドップラ成分Δw が含まれない。
The multipliers 26, 27, 28, 29, the adder 30, and the subtractor 31 can be easily realized by a program (calculation means). That is, the following calculation is performed.
The digital signal PN.cos ((w + Δw + w 1 ) t + Φ), −PN.sin ((w + Δw + w 1 ) t + Φ) of the I and Q signals is converted to SIin = −0.5PN.sin (( w + Δw + w 1 ) t + Φ), SQin = 0.5 PN.cos ((w + Δw + w 1 ) t + Φ), −SIin × cos (Δwt) + SQin × sin (Δwt), SQin × cos (Δwt) Calculate −SIin × sin (Δwt). Then, the calculation result as -0.25PN.sin ((w + w 1) t + Φ), 0.25PN.cos ((w + w 1) t + Φ) is obtained.
The thus obtained I and Q PN signals orthogonal to each other are stored in the memory units 51 and 61 of FIG. 4 (step F 4 ). This accumulated data does not include the Doppler component Δw.

図9はI,Q信号のどちらか片方が蓄積されたデータの例を示す。図9は20行N列の行列からなる。この図において横軸の1行N列はPN信号(C/Aコード)1周期分(1msec)をNKHz でサンプリングしたのでN個1行分でPN信号1周期分に相当する。すなわち1行分はPN信号1周期分(1フレームに相当)である。そして、20msec分のデータを収集したので20行からなることを示す。   FIG. 9 shows an example of data in which one of the I and Q signals is accumulated. FIG. 9 consists of a matrix of 20 rows and N columns. In this figure, one row and N column on the horizontal axis corresponds to one cycle of the PN signal for one row of N because one cycle (1 msec) of the PN signal (C / A code) is sampled at NKHz. That is, one row is one period of the PN signal (corresponding to one frame). And since 20msec data is collected, it shows that it consists of 20 lines.

これら行列に対して以降次のような表現で行列を定義して説明を行う。D(M1:M2,N1:N2)はM1行目からM2行目およびN1列目からN2列目の行列と定義する。NI:N2 はN1からN2までの自然数を示すものとして説明する。D(A,B:C)は A行目の B列から C列目を示す
従って、図9の行列はD(1:20,1:N) で表現できる(図9はN=204600で示す)。
これら20行N列の離散化されたI, QのPN信号(データ)に対して、PN極性を同一化して同期加算、相関計算結果を得る動作について以下説明する。なお、この同期加算と相関計算とは、搬送波成分(キャリア)を含むPN信号に対して行なわれるものである。
すなわちフローチャート図7の極性変更装置17、同期加算・相関計算装置18、擬似距離検出手段19の動作に入る。
These matrixes will be described below by defining the matrix with the following expression. D (M1: M2, N1: N2) is defined as a matrix from the M1st row to the M2th row and from the N1th column to the N2th column. NI: N2 is described as indicating a natural number from N1 to N2. D (A, B: C) indicates columns B to C in row A. Therefore, the matrix in FIG. 9 can be expressed as D (1: 20,1: N) (FIG. 9 indicates N = 204600). ).
The operation of obtaining the results of synchronous addition and correlation calculation by making the PN polarities the same for the discretized I and Q PN signals (data) of 20 rows and N columns will be described below. The synchronous addition and the correlation calculation are performed on a PN signal including a carrier component (carrier).
That is, the operation of the polarity changing device 17, the synchronous addition / correlation calculating device 18, and the pseudo distance detecting means 19 in the flowchart of FIG.

この動作を図8により説明する。実際には図8のブロックが、I信号、Q信号についてそれぞれにあるが同様のブロックであり、動作は両方とも同じであるため、ここではどちらか一方の信号について説明する。
図8において、22は擬似パターン部である。A1 ,A2 ,…A20は20個からなる1組の擬似パターンであり、A1 からA20は、図示するように、左から0を1個ずつシフトしたデータから成る擬似パターンである。
図6の出力である−0.25PN.sin(( w +w1 )t+Φ)、0.25PN.cos(( w +w1 )t+Φ)の各信号はメモリ部51,61(図4)に蓄積されている。以下0.25PN.cos(( w +w1 )t+Φ)の信号について説明する(−0.25PN.sin(( w +w1 )t+Φ)についても動作は同様である)。
This operation will be described with reference to FIG. Although the blocks in FIG. 8 are actually the same blocks for the I signal and Q signal, and the operations are the same, only one of the signals will be described here.
In FIG. 8, 22 is a pseudo pattern portion. A 1 , A 2 ,..., A 20 are a set of 20 pseudo patterns, and A 1 to A 20 are pseudo patterns consisting of data obtained by shifting 0 one by one from the left as shown in the figure. .
6 outputs −0.25PN.sin ((w + w 1 ) t + Φ) and 0.25PN.cos ((w + w 1 ) t + Φ) are stored in the memory units 51 and 61 (FIG. 4). ing. The following 0.25PN.cos ((w + w 1) t + Φ) signals will be described (-0.25PN.sin ((w + w 1 ) t + Φ) operate for the same).

1 からP20までは入力信号であるPN信号(ここでは0.25PN.cos(( w +w1 )t+Φ))の各行にそれぞれA1 からA20の一組の擬似パターンを夫々乗算する乗算器である。ただし各擬似パターンA1 …A20のデータの0の値は、乗算において、−1と置き換えて乗算する。つまり、A1 からA20の擬似パターンを図9のD(1:20,1:N) の各行(全部で20行)に乗算する。以下乗算の説明をする。なお、値0は−1と置き換えている。そして、−1を乗算することは、符号が反転するのでPN信号(コード)の極性が反転することを意味する。1を乗算するときは極性は変化しないことを意味する。 P 1 to P 20 are multiplications for multiplying each row of the PN signal (here, 0.25PN.cos ((w + w 1 ) t + Φ)) as an input signal by a set of pseudo patterns A 1 to A 20 respectively. It is a vessel. However, the value of 0 of the data of each pseudo pattern A 1 ... A 20 is multiplied by −1 and multiplied in the multiplication. In other words, the pseudo patterns A 1 to A 20 are multiplied by D (1: 20,1: N) in FIG. 9 (20 rows in total). The multiplication will be described below. The value 0 is replaced with -1. Multiplying by -1 means that the polarity of the PN signal (code) is inverted because the sign is inverted. When multiplying by 1, it means that the polarity does not change.

擬似パターンA1 からA20は、それぞれA1 (1:N),A2 (1:N),A3 (1:N),…A20(1:N) で表される。乗算器P1 では一つ目の擬似パターンA1 を図9のD(1:20,1:N) の各行に乗算する。すなわちD(1,1:N)にA1 (1) =0、D(2,1:N)にA1 (2) =1、D(3,1:N)にA1 (3) =1…D(20,1:N) にA1 (20)=1を乗算する。この結果D1(1:20,1:N)をメモリ部R1 (図10)に記憶する。 The pseudo patterns A 1 to A 20 are represented by A 1 (1: N), A 2 (1: N), A 3 (1: N),... A 20 (1: N), respectively. The multiplier P 1 multiplies each row of D (1: 20,1: N) in FIG. 9 by the first pseudo pattern A 1 . That D: A 1 in (1,1 N) (1) = 0, D (2,1: N) to A 1 (2) = 1, D (3,1: N) to A 1 (3) = 1 ... D (20,1: N) is multiplied by A 1 (20) = 1. As a result, D1 (1:20, 1: N) is stored in the memory unit R 1 (FIG. 10).

乗算器P2 では次の擬似パターンA2 をD(1:20,1:N) の各行に乗算する。すなわちD(1,1:N)にA2 (1) =0,D(2,1:N) にA2 (2) =0,D(3,1:N) にA2 (3) =1…D(20,1:N) にA2 (20)=1を乗算する。この結果D2(1:20,1:N)をメモリ部R2 (図10)に記憶する。
同様におなじ計算を以下繰り返し、乗算器P19では擬似パターンA19をD(1:20,1:N) の各行に乗算する。すなわちD(1,1:N)にA19(1) =0,D(2,1:N) にA19(2) =0,D(3,1:N) にA19(3) =0, …D(20,1:N) にA19(20)=1 を乗算する。この結果D19(1:20,1:N) をメモリ部R19に記憶する。
The multiplier P 2 multiplies each row of D (1: 20,1: N) by the following pseudo pattern A 2 . That the D: (1,1 N) A 2 (1 ) = 0, D (2,1: N) to the A 2 (2) = 0, D (3,1: N) to the A 2 (3) = 1 ... D (20,1: N) is multiplied by A 2 (20) = 1. As a result, D2 (1:20, 1: N) is stored in the memory unit R 2 (FIG. 10).
Similarly, the same calculation is repeated, and the multiplier P 19 multiplies each row of D (1: 20,1: N) by the pseudo pattern A 19 . That D (1,1: N) to the A 19 (1) = 0, D (2,1: N) to the A 19 (2) = 0, D (3,1: N) to A 19 (3) = 0,... D (20,1: N) is multiplied by A 19 (20) = 1. Consequently D19 (1: 20,1: N) to be stored in the memory unit R 19.

そして、乗算器P20では擬似パターンA20をD(1:20,1:N) の各行に乗算する。すなわちD(1,1:N)にA20(1) =0,D(2,1:N) にA20(2) =0,D(3,1:N) にA20(3) =0, …D(20,1:N) にA20(20)=0を乗算する。この結果D20(1:20,1:N) をメモリ部R20に記憶する。
以上、それぞれ乗算した結果は図10に示すように、各20行N列のデータD1(1:20,1:N),D2(1:20,1:N),D3(1:20,1:N), …D20(1:20,1:N) は、メモリ部R1 ,R2 …R19,R20として、図4のメモリ部52,62に記憶される (工程F5 )。
The multiplier P 20 multiplies each row of D (1: 20,1: N) by the pseudo pattern A 20 . That D: A 20 (1) = 0 in (1,1 N), D: the (2,1 N) A 20 (2 ) = 0, D (3,1: N) to A 20 (3) = Multiply 0,... D (20,1: N) by A 20 (20) = 0. Consequently D20 (1: 20,1: N) to be stored in the memory unit R 20.
As shown in FIG. 10, the multiplication results are as shown in FIG. 10. Each of the 20 rows and N columns of data D1 (1: 20,1: N), D2 (1: 20,1: N), D3 (1: 20,1 : N),... D20 ( 1:20 , 1 : N) are stored in the memory units 52 and 62 in FIG. 4 as memory units R 1 , R 2 ... R 19 and R 20 (step F 5 ).

次に、これら各20行N列のデータについてそれぞれ同期加算を行う。一般に同期加算はデジタル信号処理回路で周期信号における雑音軽減の方法として広く知られている。この計算について述べると、一般に周期信号に対して1周期の信号をs個のサンプリングパルスでサンプリングしてm周期分データを取ると、D(1:m,1:s) のデータを取得できる(sは標本個数、mは加算回数)。このときM行目の同期加算平均結果は数1に示す式となる。   Next, synchronous addition is performed for each of these 20 rows and N columns of data. In general, synchronous addition is widely known as a method for reducing noise in a periodic signal in a digital signal processing circuit. To describe this calculation, in general, when one cycle of a periodic signal is sampled with s sampling pulses and data for m cycles is obtained, data of D (1: m, 1: s) can be obtained ( s is the number of samples, m is the number of additions). At this time, the synchronous addition average result of the Mth row is expressed by the equation (1).

Figure 0004291083
Figure 0004291083

信号に重畳している雑音が統計的性質に合うガウス性のものとすると、m回の加算により雑音の成分は1/√mに減少することが知られている。本発明の実施例ではm=20である。そのため本発明の同期加算による雑音軽減は1/√20である。   Assuming that the noise superimposed on the signal is Gaussian with a statistical property, the noise component is known to be reduced to 1 / √m by m additions. In the embodiment of the present invention, m = 20. Therefore, noise reduction by the synchronous addition of the present invention is 1 / √20.

それぞれ同期加算した結果は、図10のメモリ部R1 ,R2 …R20にて記憶する。また、メモリ部R1 の同期加算結果はU1 (1,1:N) として、メモリ部R2 の同期加算結果はU2 (2,1:N) として、…メモリ部R20の同期加算結果はU20(20,1:N)として全体として図4のメモリ部53,63に記憶される(工程F6 )。
そして、これら各1行N列の20組データのそれぞれと図8の受信機端末11が予め有している搬送波成分を含むレプリカPN符号とで相関計算を行う。レプリカPN符号や相関計算は広く知られた内容であるが、以下簡単に説明する。
The results of synchronous addition are stored in the memory units R 1 , R 2 ... R 20 in FIG. Further, the synchronous addition result memory unit R 1 U 1: as (1, 1 N), the synchronous addition result memory unit R 2 U 2 (2,1: N ) as, ... synchronous adding memory unit R 20 The result is stored as U 20 (20, 1: N) as a whole in the memory units 53 and 63 in FIG. 4 (step F 6 ).
Then, the correlation calculation is performed between each of the 20 sets of data of each 1 row and N column and the replica PN code including the carrier wave component that the receiver terminal 11 of FIG. 8 has in advance. The replica PN code and the correlation calculation are widely known contents, but will be briefly described below.

一般にGPS衛星Sは地球上を複数個回っており、各衛星Sからは、1575.42 MHz の搬送波を、それぞれ個別の衛星Sに対応したPN信号(C/Aコードとも呼ばれる)でスペクトラム拡散変調がなされ地球上に送信している。
たとえば1575.42 MHz を、衛星S1 はPN信号aで、衛星S2 はPN信号bで、スペクトラム拡散変調して送信しているとする。衛星S1 の信号を受信機端末11にて取り出す(復調させる)ためには受信機端末11側であらかじめPN信号aと同一のPN信号a′を記憶させておき、このPN信号a′により衛星S1 はPN信号aを受信機端末11にて復調させる。
In general, a plurality of GPS satellites S travel around the earth, and each satellite S performs a spread spectrum modulation using a 1575.42 MHz carrier wave with a PN signal (also called a C / A code) corresponding to each individual satellite S. Sending on earth.
For example, it is assumed that 1575.42 MHz is transmitted with spectrum spread modulation by satellite S 1 using PN signal a and satellite S 2 using PN signal b. In order to take out (demodulate) the signal of the satellite S 1 at the receiver terminal 11, the receiver terminal 11 side stores in advance the PN signal a 'identical to the PN signal a, and the PN signal a' is used to store the satellite. In S 1 , the receiver terminal 11 demodulates the PN signal a.

そして、衛星S2 を受信するためには、あらかじめ受信機端末11側にPN信号bと同じPN信号b′を記憶しておかなければならない。したがって受信機端末11側には、あらかじめ各衛星Sから発射される各衛星Sに対応するすべてのPN信号をもっていなければ、各衛星Sの信号を受信できない。そして本発明において、このあらかじめ用意されているPN信号を搬送波成分を含むレプリカPN符号としている。
そして、各GPS衛星Sに対応する(衛星受信信号を復調させる)各レプリカPN符号は、あらかじめGPS受信機端末11が備える信号処理部21のROM46───記憶部7───に記憶させている。
In order to receive the satellite S 2 , the same PN signal b ′ as the PN signal b must be stored in advance on the receiver terminal 11 side. Therefore, if the receiver terminal 11 does not have all the PN signals corresponding to each satellite S emitted from each satellite S in advance, the signal of each satellite S cannot be received. In the present invention, the PN signal prepared in advance is used as a replica PN code including a carrier wave component.
Each replica PN code corresponding to each GPS satellite S (which demodulates the satellite reception signal) is stored in advance in the ROM 46 of the signal processing unit 21 provided in the GPS receiver terminal 11. Yes.

また、一般にデータXをx(n)(ただし n=0:N )、データYをh(n)(ただし n=0:N )、kを整数として0≦k≦Nとしたとき、数2の式のように表現する。   In general, when data X is x (n) (where n = 0: N), data Y is h (n) (where n = 0: N), k is an integer, and 0 ≦ k ≦ N, Equation 2 It is expressed as

Figure 0004291083
Figure 0004291083

そして、y(1),y(2),y(3) …y(N) を計算する。ここでy (k) の計算においてデータの加算回数はN個である。従って、このとき信号に重畳している雑音が統計的性質に合うガウス性のものとすると、N回の加算により雑音の成分は1/√Nに減少することが知られている。このためこの計算による雑音低減は1/√Nである。そして、この計算を相関計算という。(等価な相関計算は高速演算としてFFTを用いて一般によく知られて用いられる方法があるが、ここでは原理説明のために一般的な計算法を示した。)   Then, y (1), y (2), y (3)... Y (N) is calculated. Here, in the calculation of y (k), the number of data additions is N. Accordingly, it is known that the noise component is reduced to 1 / √N by adding N times if the noise superimposed on the signal at this time is Gaussian with a statistical property. Therefore, the noise reduction by this calculation is 1 / √N. This calculation is called correlation calculation. (Equivalent correlation calculation is a well-known method that uses FFT as a high-speed operation. Here, a general calculation method is shown for explaining the principle.)

また、y(1),y(2),y(3) …y(N) のそれぞれの絶対値で、y(nn)の絶対値が最大の値であれば、y(nn)の絶対値を相関のピーク値とする(ただし0≦nn≦N)。このときのnnを遅延量τと呼ぶ。また、遅延量τとピーク値y(nn)を求めることを、相関のピークを求めるという。
また、ここでデータXが信号をm回同期加算して得られたx(n)とすれば、この相関計算により雑音軽減量は数3の式となる。
If y (1), y (2), y (3) ... y (N) are the absolute values of y (nn), the absolute value of y (nn) Is a correlation peak value (where 0 ≦ nn ≦ N). Nn at this time is called a delay amount τ. Further, obtaining the delay amount τ and the peak value y (nn) is called obtaining the correlation peak.
If the data X is x (n) obtained by synchronously adding a signal m times, the noise reduction amount is expressed by the equation (3) by this correlation calculation.

Figure 0004291083
Figure 0004291083

そして、本発明ではPN信号をx(n)、レプリカPN符号をh(n)、mを同期加算回数、NをPN信号1周期分のサンプル数とし、実施例としてm=20、N=204600を想定している。
従って、20msecのGPSデータ取得のみで、雑音軽減量は上記数3の式の結果の効果を出すことが可能である。すなわち雑音にうもれた超微弱信号であっても遅延量τを求めることができる。
In the present invention, the PN signal is x (n), the replica PN code is h (n), m is the number of synchronous additions, N is the number of samples for one period of the PN signal, and m = 20, N = 204600 as an embodiment. Is assumed.
Therefore, only by acquiring GPS data of 20 msec, the noise reduction amount can bring about the effect of the result of the above equation (3). That is, the delay amount τ can be obtained even for a very weak signal that is muddy by noise.

同期加算の結果、U1 (1,1:N),U2 (2,1:N),U3 (3,1:N) …U20(20,1:N)の20組のデータは、メモリ部53,63に記憶されているが、これら各1行N列の20組データのそれぞれと図8の搬送波成分を有するレプリカPN符号とで、相関計算部Cにて、相関計算を行う。 つまり、相関計算部C1 にて、同期加算部Uの同期加算結果U1 (1,1:N) と、レプリカPN符号との相関計算を行う。そして、相関計算部C1 での相関計算の結果である1行N列のデータC1 (1,1:N) を記憶させる。同様にして相関計算部C2 の相関計算の結果C2 (2,1:N) を記憶させ、これを順次繰り返し、相関計算部C20の相関計算の結果C20(20,1:N)を記憶させる。
なお、I信号の相関計算について行なったが、Q信号についても同様の計算を行う。
As a result of synchronous addition, 20 sets of data of U 1 (1,1: N), U 2 (2,1: N), U 3 (3,1: N)… U 20 (20,1: N) are Are stored in the memory units 53 and 63, and the correlation calculation unit C performs correlation calculation using each of the 20 sets of data in each of the 1 row and N columns and the replica PN code having the carrier wave component of FIG. . That is, the correlation calculation unit C 1 calculates the correlation between the synchronous addition result U 1 (1,1: N) of the synchronous addition unit U and the replica PN code. Then, 1-row N-column data C 1 (1,1: N), which is a result of the correlation calculation in the correlation calculation unit C 1 , is stored. Similarly, the correlation calculation result C 2 (2,1: N) of the correlation calculation unit C 2 is stored, this is sequentially repeated, and the correlation calculation result C 20 (20,1: N) of the correlation calculation unit C 20 is repeated. Remember.
Although the correlation calculation of the I signal is performed, the same calculation is performed for the Q signal.

そして、I信号の相関計算結果はメモリ部54(図4)に記憶させ、記憶データをC−I(1:20,1:N)と表現する。
また、Q信号の相関計算結果はメモリ部64(図4)に記憶させ、記憶データはC−Q(1:20,1:N)と表現する。
次にI信号、Q信号の合成を行う。C−I(1:20,1:N)、C−Q(1:20,1:N)から合成したC−IQ(1:20,1:N)の行列を作る。
すなわち、C−I(1:20,1:N)、C−Q(1:20,1:N)のそれぞれのx行目、z列目の項のデータで〔{C−I(x,z) }2 +{C−Q(x,z) }2 0.5 を計算し、その結果をC−IQ(1:20,1:N)のx 行目、z 列目の項のデータとする。
x=1:20、 z=1:N について同様にそれぞれ計算を行った結果をC−IQ(1:20,1:N)として、これをメモリ部70に記憶させる(図4)。
The correlation calculation result of the I signal is stored in the memory unit 54 (FIG. 4), and the stored data is expressed as C-I (1:20, 1: N).
Further, the correlation calculation result of the Q signal is stored in the memory unit 64 (FIG. 4), and the stored data is expressed as CQ (1:20, 1: N).
Next, I signal and Q signal are synthesized. A matrix of C-IQ (1:20, 1: N) synthesized from C-I (1:20, 1: N) and C-Q (1:20, 1: N) is created.
That is, the data in the terms of the x-th row and the z-th column of C-I (1:20, 1: N) and C-Q (1:20, 1: N) [{C-I (x, z)} 2 + {CQ (x, z)} 2 ] 0.5 is calculated, and the result is calculated as the data in the x-th column and the z-th column of C-IQ (1: 20,1: N). To do.
The results of the same calculation for x = 1: 20 and z = 1: N are set as C-IQ (1:20, 1: N) and stored in the memory unit 70 (FIG. 4).

図8における擬似距離検出装置19の動作について説明する。擬似距離検出装置19は相関計算部C1 ,C2 …C20にて得られた結果でありメモリ部70に記憶されているC−IQ(1:20,1:N)を、20行N列のデータにおいて絶対値が最大となるデータを検索する。すなわちC−IQ(z,τ) の絶対値が最大ならば、C−IQ(z,1:N) の中で得られた相関ピーク値C−IQ(z, τ) の絶対値と、遅延量τが検出結果である。 The operation of the pseudo distance detection device 19 in FIG. 8 will be described. Pseudorange detecting device 19 C-IQ stored in it memory unit 70 a result obtained by the correlation calculation section C 1, C 2 ... C 20 (1: 20,1: N) , and 20 rows N Searches for data with the maximum absolute value in the column data. That is, if the absolute value of C-IQ (z, τ) is maximum, the absolute value of the correlation peak value C-IQ (z, τ) obtained in C-IQ (z, 1: N) and the delay The quantity τ is the detection result.

この遅延量τが求まれば、この遅延量τから擬似距離(衛星SとGPS受信機端末11との間の距離)を求めることができる。なお、遅延量τから擬似距離を求める手段は、一般に広く知られており容易に実現できる。
その後、図2の位置計算装置20のブロックにて、基地局1からの基地局位置、各衛星位置、各衛星と基地局間の擬似距離の情報を受信機端末11の受信部12で取得して自己位置が決定される。なお、位置計算装置20もここで求めた擬似距離と、基地局位置、各衛星位置、各衛星と基地局間の擬似距離から自己位置を決定する方法は一般に広く知られており容易に実現できる。
If this delay amount τ is obtained, a pseudo distance (a distance between the satellite S and the GPS receiver terminal 11) can be obtained from the delay amount τ. The means for obtaining the pseudo distance from the delay amount τ is generally well known and can be easily realized.
Thereafter, in the block of the position calculation device 20 in FIG. 2, information on the base station position from the base station 1, each satellite position, and the pseudorange between each satellite and the base station is acquired by the receiver 12 of the receiver terminal 11. Self-position is determined. In addition, the position calculation device 20 is generally well known and can be easily realized from the pseudorange obtained here, the base station position, each satellite position, and the pseudorange between each satellite and the base station. .

以上の動作は遅延量τを求めるのに、20行N列の離散化されたGPS受信信号(PNコード)に対して、PN極性を最大限同一化させた状態で同期加算および相関計算を行って遅延量τを得たことと等価である。そして、実施例としてm=20、N=204600としており、20msec(航法データ1ビットの時間相当)のGPS信号の取得のみで、PN極性を同一化した状態で遅延量τを求めたのと等価であるので、雑音軽減量は数4の式の結果に近い効果を出すことが可能である。すなわち雑音にうもれた超微弱信号であっても遅延量τを求めることができる。したがって超微弱信号であっても、位置計測が可能となる。   In the above operation, in order to obtain the delay amount τ, synchronous addition and correlation calculation are performed with the PN polarity being made identical to the maximum for a discrete GPS reception signal (PN code) of 20 rows and N columns. This is equivalent to obtaining the delay amount τ. As an example, m = 20 and N = 204600, which is equivalent to obtaining the delay amount τ with the same PN polarity only by acquiring a GPS signal of 20 msec (corresponding to the time of 1 bit of navigation data). Therefore, the noise reduction amount can produce an effect close to the result of the equation (4). That is, the delay amount τ can be obtained even for a very weak signal that is muddy by noise. Therefore, position measurement is possible even with a very weak signal.

Figure 0004291083
Figure 0004291083

GPS測位システムにおいて、ビルの中等においては、従来では自己位置を決定することはほとんど不可能であったが、本発明により、GPS受信機端末11で受信できる感度を、従来不可能と呼ばれていたビルの中など超微弱信号であっても、劇的に感度を向上でき、位置計測を可能とする。
また、基本的に20msec(航法データ1ビットの時間相当)のGPSデータ取得のみで、超高感度を実現している。取得した20msec(航法データ1ビットの時間相当)のGPSデータにおいて、20個の擬似パターンAをあらかじめ用意し、これをGPS受信信号に作用させることにより、PN極性を同一化した状態で遅延量τを求めたのと等価にした。つまり、本発明はビルの中など、超微弱信号であっても、GPSによる位置計測を可能にできる。
In a GPS positioning system, in the past, it was almost impossible to determine its own position in a building or the like. However, according to the present invention, the sensitivity that can be received by the GPS receiver terminal 11 has been referred to as impossible in the past. Even if the signal is very weak, such as in a building, the sensitivity can be dramatically improved and position measurement is possible.
In addition, ultra-high sensitivity is realized only by acquiring GPS data of 20 msec (corresponding to 1-bit time of navigation data) basically. In the acquired GPS data of 20 msec (corresponding to the time of 1 bit of navigation data), 20 pseudo patterns A are prepared in advance, and this is applied to the GPS received signal, so that the delay amount τ with the same PN polarity. Is equivalent to That is, according to the present invention, it is possible to measure the position by GPS even if it is a very weak signal such as in a building.

さらに、従来のようにPN信号の極性が航法データにより変化しているため、PN信号の極性により同期加算する時に信号成分が互いに相殺されて感度(S/N)向上が十分でないという欠点を排除できるという効果を奏する。
また本動作は実施例ではPN信号 D(1:20,1:N)のデータで説明したが、D/Aコンバータのサンプリング周波数を変えて、D(1:20,1: m) のmを変更しても良い。相関計算部ではmを増大することによりより良い感度(S/N)向上ができる。
Furthermore, since the polarity of the PN signal varies depending on the navigation data as in the past, the signal components are canceled out when synchronous addition is performed according to the polarity of the PN signal, eliminating the disadvantage that the sensitivity (S / N) is not improved sufficiently. There is an effect that can be done.
In this embodiment, this operation was explained with the data of the PN signal D (1: 20,1: N). However, by changing the sampling frequency of the D / A converter, m of D (1: 20,1: m) is changed. It may be changed. The correlation calculation unit can improve sensitivity (S / N) by increasing m.

次に、本発明の他の実施の形態を説明する。図2におけるドップラ補正部16,極性変更装置17, 同期加算・相関計算装置18, 擬似距離検出装置19の部分の機能ブロックは、ソフトウェアによるアルゴリズムで説明したが、ドップラ補正部16について、及び、図6の機能ブロック、乗算器26,27,28,29、加算器30、減算器31について、図8の乗算器P1 〜P20、相関計算部C1 〜C20の機能ブロックをハードウェアで構成しても良い。
また、ソフトウェア、ハードウェアの混合で構成しても良い。
Next, another embodiment of the present invention will be described. The functional blocks of the parts of the Doppler correction unit 16, the polarity changing device 17, the synchronous addition / correlation calculation device 18, and the pseudo-range detection device 19 in FIG. 2 have been described with the algorithm by software, but the Doppler correction unit 16 and FIG. For the six functional blocks, multipliers 26, 27, 28, 29, adder 30, and subtractor 31, the functional blocks of the multipliers P 1 to P 20 and the correlation calculators C 1 to C 20 in FIG. It may be configured.
Moreover, you may comprise by mixing software and hardware.

また図8で、擬似パターンA1 ,A2 …A20をあらかじめROM46に用意したが、プログラムにより、等価な方法でパタ−ンを発生させてもよい。たとえば1行20列のすべて1または0などの20個のデータを左シフト、右シフトさせるなどで発生させて上記説明したものと等価なパターンを発生させても良い。
また擬似パターンA1 ,A2 …A20の20個のパターンを用意したが、図8のA20はすべて0のパターンであり、これは乗算器P20の計算で極性をすべて変更して同期加算、相関計算を行い、相関ピーク値の絶対値をとることになるので、図示省略するが、擬似パターンA20、乗算器P20を省略して19個の擬似パターンA1 ,A2 …A19としても良い。
さらに、図8で、擬似パターンAの0のかわりに1、1のかわりに0と変えても良い。この場合も、擬似パターンA20はすべて1のパターンであり、擬似パターンA20、乗算器P20を省略して19個の擬似パターンA1 ,A2 …A19としても良い。
In FIG. 8, the pseudo patterns A 1 , A 2 ... A 20 are prepared in the ROM 46 in advance, but a pattern may be generated by an equivalent method by a program. For example, all 20 data such as 1 or 0 in 1 row and 20 columns may be generated by left-shifting or right-shifting to generate a pattern equivalent to that described above.
In addition, although 20 patterns of pseudo patterns A 1 , A 2 ... A 20 are prepared, A 20 in FIG. 8 is all 0 patterns, and this is synchronized by changing all the polarities in the calculation of the multiplier P 20. Since the addition and correlation calculation are performed to obtain the absolute value of the correlation peak value, the pseudo pattern A 20 and the multiplier P 20 are omitted and 19 pseudo patterns A 1 , A 2 ... A are omitted. 19 is also acceptable.
Further, in FIG. 8, the pseudo pattern A may be changed to 0 instead of 0 and 0 instead of 1. Again, the pseudo-pattern A 20 are all 1 pattern, pseudo pattern A 20, yet good as a multiplier P 20 is omitted and 19 types of pseudo random pattern A 1, A 2 ... A 19 .

まり、本発明の衛星測位システムによる測位方法は、受信機端末11が、衛星受信信号に受信機端末11が予め用意する擬似パターンAを作用させて該衛星受信信号における搬送波成分を含むPN信号の極性を変化させ、極性を変化させたPN信号を同期加算し、同期加算した同期加算PN信号と受信機端末11が予め用意する搬送波成分を含むレプリカPN符号とで相関計算を行ない、相関計算による結果から相関ピーク値と相関ピーク値に対応する遅延値とを検出し、遅延値から擬似距離を求めている。
そして、受信機端末11は、衛星Sからの信号の航法データのうち、航法データの1ビット区間の衛星受信信号に対して、処理を行ない、また、1ビット区間の衛星受信信号の1フレームを単位として、1ビット区間の搬送波成分を含むPN信号の極性を変化させている。
In other words, the positioning method according to a satellite positioning system of the present invention, the receiver terminal 11, PN signal including carrier components in the receiver terminal 11 to the satellite received signal by applying a pseudo pattern A to prepare in advance the satellite received signal The PN signal with the changed polarity is synchronously added, and the correlation calculation is performed by the synchronous addition PN signal obtained by synchronous addition and the replica PN code including the carrier wave component prepared in advance by the receiver terminal 11. From the result, the correlation peak value and the delay value corresponding to the correlation peak value are detected, and the pseudo distance is obtained from the delay value.
Then, the receiver terminal 11 performs processing on the satellite reception signal in the 1-bit section of the navigation data in the navigation data of the signal from the satellite S, and also processes one frame of the satellite reception signal in the 1-bit section. As a unit, the polarity of the PN signal including a carrier component in a 1-bit section is changed.

これにより、本発明は、従来ある問題点を解消するものであり、受信機端末11内部にあらかじめ用意した符号で受信信号(PN信号)の極性をすべて同一にして、同期加算及び相関計算を、または同期加算を行うことにより、同期加算などにおいて信号成分が互いに相殺されて感度(S/N)向上が劣化することを完全に排除している。
すなわち、受信機端末11内部にあらかじめ用意した擬似パターンで、受信信号(PN信号)の極性を同一にして、同期加算、相関計算を行うことにより、劇的な感度(S/N)の向上を図り、家屋内、建物の陰、ビルの中などでも、安定した測位のできる高感度衛星測位手段(方法)を得るものである。
Thereby, the present invention solves the conventional problem, the same polarity of the received signal (PN signal) with the code prepared in advance in the receiver terminal 11, the synchronous addition and correlation calculation, Alternatively, by performing synchronous addition, it is completely eliminated that signal components cancel each other out in synchronous addition and the sensitivity (S / N) improvement is deteriorated.
That is, the sensitivity (S / N) can be dramatically improved by performing synchronous addition and correlation calculation with the same polarity of the received signal (PN signal) using a pseudo pattern prepared in advance in the receiver terminal 11. A high-sensitivity satellite positioning means (method) capable of stable positioning can be obtained even in a plan, in a house, behind a building, or inside a building.

また、本発明は、衛星受信信号(PN信号)の極性を同一化するために、従来技術のように外部基地局から航法データを取り入れる方法とは異なるため、外部基地局から開放できるものである。すなわち衛星受信信号(PN信号)の極性を同一化するために外部基地局の情報を不必要とし、また、受信信号(PN信号)の極性を同一化してその後、同期加算を行うことで、理想的なノイズの低減効果を持ったものとできる。   Further, the present invention is different from the method of taking navigation data from an external base station as in the prior art in order to make the polarity of the satellite reception signal (PN signal) the same, and therefore can be released from the external base station. . In other words, the information of the external base station is unnecessary in order to make the polarity of the satellite reception signal (PN signal) the same, and the polarity of the reception signal (PN signal) is made the same and then the synchronous addition is performed. The noise can be reduced effectively.

つまり、外部基地局から通信手段Lにより航法データを受信しなくても、例えばビル中に存在する受信機端末11で受信した受信信号のみから、(外部基地局からの衛星Sの航法データを使わないで)受信機端末11自身で、PN信号のすべての極性を同一化して、同期加算する。従って、通信手段Lによる外部からの航法データに依存することなく、PN信号のすべての極性を同一化し、同期加算、相関計算により、ノイズに埋もれたPN信号を、ノイズの中から浮かび上がらせることにより超高感度を得る。
そして、本発明は20msecの短時間の連続信号を受信するのみで、A/Dコンバータ38,39におけるサンプリング数を増大することで相関計算において感度(S/N比)を著しく向上させ、また、建物の中などでも衛星Sとの擬似距離を正確かつ迅速に検出させる。
なお、上記PN信号はGPS受信PN信号や、Gallileo受信PN信号等にも適用できる。
That is, even if the navigation data is not received from the external base station by the communication means L, for example, from the received signal received by the receiver terminal 11 existing in the building, the navigation data of the satellite S from the external base station is used. The receiver terminal 11 itself synchronizes and adds all the polarities of the PN signal. Therefore, without depending on the navigation data from the outside by the communication means L, all the polarities of the PN signal are made the same, and the PN signal buried in the noise emerges from the noise by synchronous addition and correlation calculation. Get super high sensitivity.
In the present invention, the sensitivity (S / N ratio) is remarkably improved in the correlation calculation by increasing the number of samplings in the A / D converters 38 and 39 only by receiving a short continuous signal of 20 msec. The pseudo-range with the satellite S can be detected accurately and quickly even in a building.
The PN signal can also be applied to a GPS reception PN signal, a Gallileo reception PN signal, or the like.

以上のように、本発明によれば、衛星Sからの信号を受信機端末11が受信し、受信した衛星受信信号により受信機端末11が衛星Sとの間の擬似距離を求める衛星測位システムに於て、受信機端末11は、衛星受信信号の極性変更用の擬似パターンAを記憶乃至発生させる擬似パターン部22と、衛星受信信号を復調させる搬送波成分を含むレプリカPN符号を記憶する記憶部7と、擬似パターンAを衛星受信信号に作用させ衛星受信信号における搬送波成分を含むPN信号の極性を変化させる第一演算部8と、極性を変化させたPN信号を同期加算する第二演算部9と、同期加算した同期加算PN信号とレプリカPN符号とで相関計算を行なう第三演算部10と、該相関計算による結果から相関ピーク値と相関ピーク値に対応する遅延値とを検出し遅延値から似距離を求める擬似距離検出装置19と、を備えるため、受信機端末11内部の擬似パターンAにより、受信PN信号の極性を同一化させるため、同期加算および相関計算により感度(信号対雑音比)を著しく向上できる。
また、搬送波を含むPN信号に対して処理を行なうため、サンプリング数を大とすることにより、ノイズの低減が図れて感度を向上させることができる。
As described above, according to the present invention, there is provided a satellite positioning system in which the receiver terminal 11 receives a signal from the satellite S and the receiver terminal 11 obtains a pseudorange between the satellite S and the received satellite reception signal. In this case, the receiver terminal 11 stores a pseudo pattern unit 22 for storing or generating a pseudo pattern A for changing the polarity of the satellite reception signal, and a storage unit 7 for storing a replica PN code including a carrier wave component for demodulating the satellite reception signal. A first calculation unit 8 that changes the polarity of the PN signal including the carrier wave component in the satellite reception signal by applying the pseudo pattern A to the satellite reception signal, and a second calculation unit 9 that synchronously adds the PN signal having the changed polarity. And a third arithmetic unit 10 for performing a correlation calculation using the synchronously added synchronous PN signal and the replica PN code, and detecting a delay from the correlation calculation result and a correlation peak value and a delay value corresponding to the correlation peak value To provide a pseudo distance detecting device 19 for determining the pseudo-distances from the value, and the receiver terminal 11 inside the pseudo pattern A, in order to equal the polarity of the received PN signal, by the synchronous addition and correlation calculation sensitivity (signal-to (Noise ratio) can be significantly improved.
In addition, since processing is performed on a PN signal including a carrier wave, noise can be reduced and sensitivity can be improved by increasing the number of samplings.

さらに、従来のように、航法データによるC/Aコード信号の位相反転の境目を検出するために外部基地局からのGPS航法データを必要としないため、また受信機端末11内部で受信する信号の航法データを必要としないため、ノイズに埋もれたPN信号を、著しくS/Nの向上させて検出できる。
つまり、ノイズの中からPN信号を効率よく浮かび上がらせることができ、建物の中やビルの中など、GPS信号(GPS電波)が著しく減衰した場所においても、衛星Sとの擬似距離を精度良くかつ応答性良く測定できる。
Further, unlike the prior art, GPS navigation data from an external base station is not required to detect the phase inversion boundary of the C / A code signal based on the navigation data, and the signal received inside the receiver terminal 11 Since navigation data is not required, a PN signal buried in noise can be detected with significantly improved S / N.
That is, the PN signal can be efficiently raised from the noise, and the pseudo-range with the satellite S can be accurately and even in a place where the GPS signal (GPS radio wave) is significantly attenuated, such as in a building or a building. Measure with good response.

また、受信機端末11は、衛星Sからの信号の航法データのうち、航法データの1ビット区間の衛星受信信号に対して処理を行なうため、必要な衛星受信信号が短くて済み、受信時間による待ち時間がなくなり、応答性が極めて良くなる。
また、受信機端末11は、1ビット区間の衛星受信信号の1フレームを単位として、1ビット区間の搬送波成分を含むPN信号の極性を変化させるよう構成したため、ノイズを低減でき、感度の向上が図れる。
Further, since the receiver terminal 11 processes the satellite reception signal in the 1-bit section of the navigation data among the navigation data of the signal from the satellite S, the necessary satellite reception signal can be shortened and depends on the reception time. There is no waiting time, and responsiveness is extremely improved.
Further, since the receiver terminal 11 is configured to change the polarity of the PN signal including the carrier component of the 1-bit section in units of one frame of the satellite reception signal of the 1-bit section, noise can be reduced and the sensitivity can be improved. I can plan.

また、受信機端末11は、1フレームの搬送波成分を含むPN信号を所定サンプル間隔にて離散化させた値として処理するよう構成したため、ノイズがさらに低減でき、また、精度を高め、感度を良くすることができる。   Further, since the receiver terminal 11 is configured to process a PN signal including a carrier component of one frame as a value discretized at a predetermined sample interval, noise can be further reduced, accuracy can be improved, and sensitivity can be improved. can do.

また、本発明は、衛星Sからの信号を受信機端末11が受信し、受信した衛星受信信号により受信機端末11が衛星Sとの間の擬似距離を求める衛星測位方法に於て、受信機端末11は、衛星受信信号に受信機端末11が予め用意する擬似パターンAを作用させて衛星受信信号における搬送波成分を含むPN信号の極性を変化させ、極性を変化させたPN信号を同期加算し、同期加算した同期加算PN信号と受信機端末11が予め用意する搬送波成分を含むレプリカPN符号とで相関計算を行ない、相関計算による結果から相関ピーク値と相関ピーク値に対応する遅延値とを検出し、遅延値から擬似距離を求めるため、受信機端末11内部の擬似パターンAにより、受信PN信号の極性を同一化させるため、同期加算および相関計算により感度(信号対雑音比)を著しく向上できる。
また、搬送波を含むPN信号に対して処理を行なうため、サンプリング数を大とすることにより、ノイズの低減が図れて感度を向上させることができる。
Further, the present invention relates to a satellite positioning method in which a receiver terminal 11 receives a signal from a satellite S, and the receiver terminal 11 obtains a pseudo distance from the satellite S based on the received satellite received signal. The terminal 11 applies the pseudo pattern A prepared in advance by the receiver terminal 11 to the satellite reception signal to change the polarity of the PN signal including the carrier wave component in the satellite reception signal, and synchronously adds the PN signal whose polarity has been changed. The correlation addition is performed using the synchronous addition PN signal that has been synchronously added and the replica PN code including the carrier wave component prepared in advance by the receiver terminal 11, and the correlation peak value and the delay value corresponding to the correlation peak value are obtained from the result of the correlation calculation. In order to detect and obtain the pseudo distance from the delay value, in order to make the polarity of the received PN signal identical by the pseudo pattern A inside the receiver terminal 11, sensitivity (signal to noise ratio) is obtained by synchronous addition and correlation calculation. The can be significantly improved.
In addition, since processing is performed on a PN signal including a carrier wave, noise can be reduced and sensitivity can be improved by increasing the number of samplings.

さらに、従来のように、航法データによるC/Aコード信号の位相反転の境目を検出するために外部基地局からのGPS航法データを必要としないため、また受信機端末11内部で受信する信号の航法データを必要としないため、ノイズに埋もれたPN信号を、著しくS/Nの向上させて検出できる。
つまり、ノイズの中からPN信号を効率よく浮かび上がらせることができ、建物の中やビルの中など、GPS信号(GPS電波)が著しく減衰した場所においても、衛星Sとの擬似距離を精度良くかつ応答性良く測定できる。
Further, unlike the prior art, GPS navigation data from an external base station is not required to detect the phase inversion boundary of the C / A code signal based on the navigation data, and the signal received inside the receiver terminal 11 Since navigation data is not required, a PN signal buried in noise can be detected with significantly improved S / N.
That is, the PN signal can be efficiently raised from the noise, and the pseudo-range with the satellite S can be accurately and even in a place where the GPS signal (GPS radio wave) is significantly attenuated, such as in a building or a building. Measure with good response.

また、受信機端末11は、衛星Sからの信号の航法データのうち、航法データの1ビット区間の衛星受信信号に対して処理を行なうため、必要な衛星受信信号が短くて済み、受信時間による待ち時間がなくなり、応答性が極めて良くなる。
また、受信機端末11は、1ビット区間の衛星受信信号の1フレームを単位として、1ビット区間の搬送波成分を含むPN信号の極性を変化させるため、ノイズを低減でき、感度の向上が図れる。
Further, since the receiver terminal 11 processes the satellite reception signal in the 1-bit section of the navigation data among the navigation data of the signal from the satellite S, the necessary satellite reception signal can be shortened and depends on the reception time. There is no waiting time, and responsiveness is extremely improved.
In addition, since the receiver terminal 11 changes the polarity of the PN signal including the carrier component in the 1-bit section in units of one frame of the satellite reception signal in the 1-bit section, noise can be reduced and sensitivity can be improved.

また、受信機端末11は、1フレームの搬送波成分を含むPN信号を所定サンプル間隔にて離散化させた値として処理するため、ノイズがさらに低減でき、また、精度を高め、感度を良くすることができる。   In addition, since the receiver terminal 11 processes a PN signal including a carrier component of one frame as a value obtained by discretizing at a predetermined sample interval, noise can be further reduced, accuracy can be improved, and sensitivity can be improved. Can do.

GPS受信信号におけるPN信号を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the PN signal in a GPS received signal. 本発明の実施の一形態の概要を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline | summary of one Embodiment of this invention. GPS受信機端末の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a GPS receiver terminal. メモリ部のメモリ内容を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the memory content of a memory part. I・Q信号変換部、A/Dコンバータ及びその出力を記憶するメモリ部の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the memory part which memorize | stores the I * Q signal conversion part, an A / D converter, and its output. I,Q信号からドップラ補正を行いPN信号を得る動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing which performs a Doppler correction | amendment from I and Q signal, and obtains a PN signal. GPS信号を受信してから擬似距離を得るまでのフローチャートである。It is a flowchart from receiving a GPS signal to obtaining a pseudorange. 擬似パターンをPN信号に作用させて相関計算結果を得る動作を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the operation | movement which makes a pseudo pattern act on a PN signal, and obtains a correlation calculation result. 信号をサンプリングして得られた結果を記憶したメモリ部の記憶状態図である。It is a memory | storage state figure of the memory part which memorize | stored the result obtained by sampling a signal. 入力PN信号に対して擬似パターンを乗算したときのRAMのメモリパターンを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the memory pattern of RAM when an input PN signal is multiplied by a pseudo pattern. 従来のGPS測位システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the conventional GPS positioning system. 従来のGPS測位システムを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the conventional GPS positioning system.

符号の説明Explanation of symbols

7 記憶部
8 第一演算部
9 第二演算部
10 第三演算部
11 受信機端末
19 擬似距離検出装置
22 擬似パターン部
A 擬似パターン
S 衛星
7 Storage Unit 8 First Calculation Unit 9 Second Calculation Unit
10 Third operation section
11 Receiver terminal
19 Pseudo distance detector
22 Pseudo-pattern part A Pseudo-pattern S Satellite

Claims (4)

衛星(S)からの信号を受信機端末(11)が受信し、受信した衛星受信信号により該受信機端末(11)が該衛星(S)との間の擬似距離を求める衛星測位システムに於て、上記受信機端末(11)は、20msecの上記衛星受信信号の搬送波成分を含むPN信号の極性を1msecずつずらして変化させるための複数種類の極性変更用の擬似パターン(A)を予め記憶乃至発生させる擬似パターン部(22)と、該衛星受信信号を復調させる搬送波成分を含むレプリカPN符号を記憶する記憶部(7)と、上記複数種類の擬似パターン(A)を20msecの同じ衛星受信信号に作用させ該衛星受信信号における搬送波成分を含むPN信号の極性を1msecずつずらして変化させて複数個の極性変更PN信号を得る第一演算部(8)と、各極性変更PN信号についてそれぞれ同期加算する第二演算部(9)と、同期加算した同期加算PN信号と上記レプリカPN符号とで相関計算を行なう第三演算部(10)と、該相関計算による結果から相関ピーク値と該相関ピーク値に対応する遅延値とを検出し該遅延値から上記擬似距離を求める擬似距離検出装置(19)と、を備えたことを特徴とする衛星測位システム。 In a satellite positioning system, a receiver terminal (11) receives a signal from a satellite (S), and the receiver terminal (11) obtains a pseudorange with the satellite (S) based on the received satellite received signal. Te, the receiver terminal (11), a plurality of types of pre-stored pseudo pattern (a) for polarity changing for changing shifting the polarity of the PN signal by 1msec containing carrier component of 20msec the satellite signals received Or a pseudo pattern part (22) to be generated, a storage part (7) for storing a replica PN code including a carrier wave component for demodulating the satellite reception signal, and the above-mentioned plural types of pseudo patterns (A) for the same satellite reception of 20 msec. first arithmetic unit for obtaining a plurality of polarity changing PN signal the polarity of the PN signal including a carrier component in the satellite received signal is applied to the signal is changed in shifted by 1msec and (8), which for each polarity changing PN signal The A second arithmetic unit for adding synchronization (9), a third arithmetic unit that performs correlation calculation between the respective synchronous addition PN signal and the replica PN code synchronously adding (10), the correlation peak value from results of correlation calculations A satellite positioning system comprising: a pseudo-range detection device (19) that detects a delay value corresponding to the correlation peak value and obtains the pseudo-range from the delay value. 上記受信機端末(11)は、1フレームの搬送波成分を含む上記PN信号を所定サンプル間隔にて離散化させた値として処理するよう構成した請求項1記載の衛星測位システム。 The satellite positioning system according to claim 1, wherein the receiver terminal (11) is configured to process the PN signal including a carrier component of one frame as a value discretized at a predetermined sample interval . 衛星(S)からの信号を受信機端末(11)が受信し、受信した衛星受信信号により該受信機端末(11)が該衛星(S)との間の擬似距離を求める衛星測位方法に於て、上記受信機端末(11)は、20msecの同じ上記衛星受信信号に該受信機端末(11)が予め用意する複数種類の極性変更用の擬似パターン(A)を作用させて該衛星受信信号における搬送波成分を含むPN信号の極性を1msecずつずらして変化させ複数個の極性変更PN信号を得て、各極性変更PN信号についてそれぞれ同期加算し、同期加算した各同期加算PN信号と該受信機端末(11)が予め用意する搬送波成分を含むレプリカPN符号とで相関計算を行ない、該相関計算による結果から相関ピーク値と該相関ピーク値に対応する遅延値とを検出し、該遅延値から上記擬似距離を求めることを特徴とする衛星測位方法。 In a satellite positioning method, a receiver terminal (11) receives a signal from a satellite (S), and the receiver terminal (11) obtains a pseudorange with the satellite (S) based on the received satellite received signal. Then, the receiver terminal (11) causes the satellite reception signal to act by applying a plurality of types of pseudo patterns (A) for polarity change prepared in advance by the receiver terminal (11) to the same satellite reception signal of 20 msec. The polarity of the PN signal including the carrier wave component is shifted and changed by 1 msec to obtain a plurality of polarity-change PN signals, and each polarity-change PN signal is synchronously added, and each synchronous addition PN signal that is synchronously added and the receiver The terminal (11) performs a correlation calculation with a replica PN code including a carrier wave component prepared in advance, and detects a correlation peak value and a delay value corresponding to the correlation peak value from the result of the correlation calculation. Find the pseudorange Satellite positioning method according to claim Rukoto. 上記受信機端末(11)は、1フレームの搬送波成分を含む上記PN信号を所定サンプル間隔にて離散化させた値として処理する請求項3記載の衛星測位方法。 Said receiver terminal (11), Motomeko 3 satellite positioning method according that handles the PN signal as a value obtained by discretizing at a predetermined sample interval containing a carrier component for one frame.
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