CN101858982B - 信号处理装置、信息处理装置、信号处理方法、数据显示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种信号处理装置，包括：同步捕捉部，捕捉通过把从全球定位系统的卫星接收到的信号的频率变换为规定的中间频率而得到的中间频率信号的扩展码的同步；解调部，把由所述同步捕捉部捕捉到同步的所述中间频率信号中包含的消息进行解调；测定部，其把一次信号对规定的信号线输出，该一次信号表示根据由所述解调部解调后的所述消息测定装置的位置或者速度或时刻中的至少一个而得到的结果；和二次信号输出部，对包含所述中间频率信号或根据该中间频率信号生成的信号中的至少一个的二次信号赋予规定的头并对所述规定的信号线输出。能够高效地进行对流入GPS模块的信号的观测或分析。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理装置、信息处理装置、信号处理方法、数据显示方法和程序。
背景技术
近年，在汽车导航仪器和移动电话、数字相机等各种电子仪器中搭载利用了GPS(Global Position System：全球定位系统)的定位功能。典型地，当在电子仪器中利用GPS的情况下，在GPS模块中，接收来自4个以上的GPS卫星的信号，根据接收信号，测定仪器的位置，把测定结果通过显示装置的画面等通知用户。更具体而言，GPS模块把接收信号进行解调，获得各GPS卫星的轨道数据，利用联立方程式，根据该轨道数据、时间信息和接收信号的延迟时间导出仪器的三维位置。成为接收对象的GPS卫星之所以需要4个以上是为了除去模块内部的时间和卫星的时间之间的误差的影响。
这里，从GPS卫星发送的信号(L1频段，C/A代码)是，对于把50bps的数据用码长度1023、码片速率1.023MHz的Gold码进行频谱扩展后的频谱扩展信号，进一步使用1575.42MHz的载波，进行BPSK(BinaryPhase Shift Keying，相位移相键控)调制而得到的信号。因此，为了从GPS卫星接收所述信号，GPS模块需要取得扩展码、载波和数据的同步。
一般，在电子仪器中搭载的GPS模块，在把接收信号的载波频率变换为数MHz以内的中间频率(IF：Intermediate Frequency)之后，进行上述的同步处理等。典型的中间频率例如是4.092MHz或者1.023MHz、0Hz等。通常，接收信号的信号强度比热噪声的信号强度小，S/N低于0dB，但是能够利用频谱扩展方式的处理增益对信号进行解调。在是GPS信号的情况下，相对数据长度1bit(比特)的处理增益例如是 
这里，如上所述，搭载GPS模块的电子仪器的市场存在扩展的倾向。在性能方面，不断提高接收灵敏度，接收灵敏度-150～-160dBm的GPS模块已经普及。可是，GPS模块不断普及的同时，搭载了GPS模块的电子仪器的性能也不断提高。而且，与此相应，来自电子仪器的不需要的电磁波的辐射成为噪声，无法感受模块本来的性能的情况增加。作为来自电子仪器的噪声，例如可以列举以电子仪器内部的布线之间的耦合、通过空间干扰的时钟、通过数据总线的高速信号的高次谐波、电路的负载变动或者开关调整器引起的电源变动等为原因的噪声。
如果从电子仪器对GPS模块的模拟电路施加了上述的外来噪声，接收灵敏度就恶化。如果外来噪声的信号强度是GPS模块中产生的稳定的热噪声的信号强度(用带宽2MHz换算时约-111dBm)的同程度以下，接收灵敏度的恶化就几乎不成为问题。可是，在外来噪声的信号强度是热噪声的信号强度的同程度以上时，接收灵敏度与超过稳定的热噪声的水平的程度相应而劣化。而且，如果接收信号与热噪声+外来噪声的比(以下S/(N+I))的倒数接近处理增益，就无法检测出GPS信号。此外，即使在S/(N+I)的倒数比处理增益小很多的情况下，例如，如果由于较强的外来噪声而使电路内的电压值饱和了，热噪声和GPS信号就受到抑制，所以接收灵敏度急剧恶化。特别是，在是一般的GPS模块的情况下，通常增益率的合计值为100dB以上，另外，AD(Analog to Digital)变换的分辨率是1或2位。在这种情况下，基本上在热噪声和GPS信号在某程度饱和了的状态下进行定位。因此，如果输入了信号强度较大的外来噪声，作为模拟电路的最终输出的AD变换后的输出信号就容易饱和。
因此，为了高效地发挥电子仪器中搭载的GPS模块的性能，例如需要使用屏蔽材料或者屏蔽盒等，采取抑制电子仪器的不需要的辐射等噪声的对策。例如，为了尽可能使所述噪声不进入天线，必须在电子仪器的设计时使电路板的构成或天线形状、元件的配置等最优化。这些对策例如会给电子仪器的设计、成本、开发期间带来影响。
因此，例如，以下的专利文献1提出了如下的噪声评价装置：通过对输入到GPS模块的噪声的水平进行与频率相应的加权，能够以较高的精度定量地评价噪声。另外，以下的专利文献2～4中例如记载了如下 的方法：使用不存在的卫星的C/A代码和IF信号之间的相关性等，检测出能推定为噪声的异常水平。
专利文献1：日本专利第4060038号公报
专利文献2：日本专利第3949576号公报
专利文献3：日本特开2007-78703号公报
专利文献4：日本特开2000-249754号公报
可是，例如，对于所述专利文献1中记载的方法，由于装置自身的规模较大，所以为了电子仪器设计的最优化，该方法不一定适合。此外，所述专利文献1中记载的方法无法直接观测流到GPS模块中的信号中出现的噪声。此外，对于上述专利文献2～4中记载的方法，由于只能观测噪声的水平，所以未提供足以确定噪声的原因的信息。一般地，由于以下的理由，为了电子仪器设计的最优化而直接观测输入到GPS模块的外来噪声是困难的。
即、例如，在用频谱分析仪观测天线之后的RF(Radio Frequency，射频)信号的情况下，如上所述，GPS信号的水平是热噪声以下，所以要观测的外来噪声的水平也低。因此，需要通过将低噪声放大器前置等，来使观测对象的噪声不淹没在频谱分析仪自身的噪声中。可是，如天线是基板一体型的情况那样，存在未必有能在观测中使用的端子的情况。
此外，例如，在用频谱分析仪观测把接收信号的载波频率变换为中间频率后的I F信号的情况下，在该时间点，信号的水平被充分放大，但是存在在IC化的GPS模块中未设置用于取得IF信号的端子的情况。此外，即使通过端子能取得IF信号，在IF信号是2比特以上分辨率的AD变换后的数字信号的情况下，难以原封不动地使用接受模拟信号的频谱分析仪来观测IF信号。
进而，例如存在难以从不断小型化的近年的GPS模块中引出用于用频谱分析仪观测信号的布线的情况。此外，如果考虑检查工序成本，使用昂贵的频谱分析仪本身就成为缺点。
发明内容
因此，本发明要提供能高效进行流到GPS模块中的信号中出现的噪声的观测或者分析的新的且改进的信号处理装置、信息处理装置、信号处理方法、数据显示方法和程序。
根据本发明的某实施方式，提供一种信号处理装置，包括：同步捕捉部，捕捉把从全球定位系统的卫星接收到的信号的频率变换为规定的中间频率而取得的中间频率信号的扩展码的同步；解调部，把由所述同步捕捉部捕捉到同步的所述中间频率信号中包含的消息进行解调；测定部，其把一次信号对规定的信号线输出，该一次信号表示根据由所述解调部解调后的所述消息测定装置的位置或者速度或时刻中的至少一个而得到的结果；和二次信号输出部，对包含所述中间频率信号或根据该中间频率信号生成的信号中的至少一个的二次信号赋予规定的头并对所述规定的信号线输出。
根据这样的构成，使用用于输出表示定位运算的结果的一次信号的信号线，从所述信号处理装置输出包含IF信号(中间频率信号)和/或根据IF信号生成的信号的二次信号。据此，通过将电子仪器连接到该信号线，不需要增加的布线等，就能够取得IF信号的频谱和统计数据等，从而直接观测噪声的状况。另外，这样的信号处理装置例如相当于后面描述的本发明的一个实施方式所涉及的GPS模块110。
此外，所述二次信号也可以包含表示把所述中间频率信号进行傅立叶变换而生成的频谱的信号。
此外，所述二次信号也可以包含表示对把所述中间频率信号进行傅立叶变换而生成的频谱进行统计分析所取得的数据的信号。
此外，所述信号处理装置还可以具有：把从全球定位系统的卫星接收到的信号的频率变换为规定的中间频率，来生成所述中间频率信号的频率变换部。
此外，所述二次信号输出部也可以对所述二次信号赋予具有用于识别所述二次信号中包含的信号的种类的识别码的所述规定的头。
此外，根据本发明的其他实施方式，提供一种信息处理装置，包括：一次信号取得部，其从规定的信号线取得一次信号，该一次信号表示根据把从全球定位系统的卫星接收到的信号的频率变换为规定的中间频率而得到的中间频率信号测定出的装置的位置或者速度或时刻中的至少一个；二次信号取得部，其从所述规定的信号线取得二次信号，该二次信号包含所述中间频率信号和根据该中间频率信号生成的信号中的至少一个；和显示部，能够在规定的画面上显示与由所述一次信号取得部取得的所述一次信号相应的数据和与由所述二次信号取得部取得的所述二次信号相应的数据。
根据这样的构成，从用于取得表示定位运算的结果的一次信号的信号线，不仅取得该一次信号，还取得包含IF信号和/或根据IF信号生成的信号的二次信号，并在规定的画面上显示与该二次信号相应的数据。据此，用户能参照该画面，直接观测输入到GPS模块的噪声的状况。另外，这样的信息处理装置例如相当于后面描述的本发明的一个实施方式所涉及的显示模块160。
此外，也可以是，所述二次信号包含所述中间频率信号；所述信息处理装置还具有把所述中间频率信号进行傅立叶变换来生成频谱的数据处理部；所述显示部在所述规定的画面上显示由所述数据处理部生成的所述频谱。
此外，也可以是，所述二次信号包含表示把所述中间频率信号进行傅立叶变换而生成的频谱的信号；所述信息处理装置还具有对所述二次信号中包含的所述频谱进行统计分析的数据处理部；所述显示部在所述规定的画面上显示作为所述数据处理部的分析结果而得到的数据。
此外，也可以是，所述二次信号取得部将向所述规定的信号线输出的信号中的、对该信号赋予的头中包含的识别码是与所述二次信号对应的识别码的信号，作为二次信号取得。
此外，根据本发明的其他实施方式，提供一种信号处理方法，包括：捕捉把从全球定位系统的卫星接收到的信号的频率变换为规定的中间频率而取得的中间频率信号的扩展码的同步的步骤；把被捕捉到同步的所述中间频率信号中包含的消息进行解调的步骤；把一次信号对规定的 信号线输出的步骤，该一次信号表示根据已被解调的所述消息测定装置的位置或者速度或时刻中的至少一个而得到的结果；对包含所述中间频率信号或根据该中间频率信号生成的信号中的至少一个的二次信号赋予规定的头并对所述规定的信号线输出的步骤。
此外，根据本发明的其他实施方式，提供一种程序，用于使控制信号处理装置的计算机作为以下部分发挥功能：同步捕捉部，捕捉把从全球定位系统的卫星接收到的信号的频率变换为规定的中间频率而取得的中间频率信号的扩展码的同步；解调部，把由所述同步捕捉部捕捉到同步的所述中间频率信号中包含的消息进行解调；测定部，其把一次信号对规定的信号线输出，该一次信号表示根据由所述解调部解调后的所述消息测定装置的位置或者速度或时刻中的至少一个的结果；和二次信号输出部，对包含所述中间频率信号或根据该中间频率信号生成的信号中的至少一个的二次信号赋予规定的头并对所述规定的信号线输出。
此外，根据本发明的其他实施方式，提供一种数据显示方法，使用能在规定的画面上显示数据的信息处理装置，该数据显示方法包括：从规定的信号线取得一次信号的步骤，该一次信号表示根据把从全球定位系统的卫星接收到的信号的频率变换为规定的中间频率而得到的中间频率信号测定出的装置的位置或者速度或时刻中的至少一个；从所述规定的信号线取得二次信号步骤，该二次信号包含所述中间频率信号和根据该中间频率信号生成的信号中的至少一个；和在上述规定的画面上显示与所述一次信号相应的数据和与所述二次信号相应的数据的步骤。
此外，根据本发明的其他实施方式，提供一种程序，用于使控制能在规定的画面上显示数据的信息处理装置的计算机作为以下部分发挥功能：一次信号取得部，其从规定的信号线取得一次信号，该一次信号表示根据把从全球定位系统的卫星接收到的信号的频率变换为规定的中间频率而得到的中间频率信号测定出的装置的位置或者速度或时刻中的至少一个；二次信号取得部，其从所述规定的信号线取得二次信号，该二次信号包含所述中间频率信号和根据该中间频率信号生成的信号中的至少一个；和显示部，能够在所述规定的画面上显示与由所述一次信号取得部取得的所述一次信号相应的数据和与由所述二次信号取得部取得的所述二次信号相应的数据。
如上所述，根据本发明的信号处理装置、信息处理装置、信号处理方法、数据显示方法和程序，能高效进行流到GPS模块中的信号中出现的噪声的观测或分析。
附图说明
图1是表示与本发明关联的GPS模块的构成的框图。
图2是表示图1的同步捕捉部的更详细的构成的一例的框图。
图3是表示图1的同步捕捉部的更详细的构成的其他例的框图。
图4是表示从数字匹配滤波器输出的相关信号的峰值的一例的说明图。
图5是用于说明AD变换前的IF信号的频谱的说明图。
图6是用于说明AD变换后的IF信号的频谱的说明图。
图7是表示一个实施方式涉及的GPS系统的构成的一例的示意图。
图8是表示一个实施方式涉及的GPS系统的构成的其他例的示意图。
图9是表示一个实施方式涉及的GPS模块的逻辑构成的一例的框图。
图10是用于说明一个实施方式涉及的二次信号输出部的处理模式的说明图。
图11是表示一个实施方式涉及的二次信号的格式的一例的说明图。
图12是表示一个实施方式涉及的二次信号的数据例的说明图。
图13是表示一个实施方式涉及的显示模块的逻辑构成的一例的框图。
图14是表示在一个实施方式中画面上显示的数据的一例的说明图。
图15是表示用于进行天线或频率变换部的测试的系统构成的一例 的示意图。
图中符号：
100：GPS系统
102：天线
104：信号线
110：GPS模块(信号处理装置)
120：频率变换部
130：同步捕捉部
132：解调部
140：测定部
150：二次信号输出部
160：显示模块(信息处理装置)
170：一次信号取得部
174：二次信号取得部
180：控制部
190：显示部
具体实施方式
下面，参照附图，详细说明本发明的最佳实施方式。
另外，在本说明书和附图中，关于具有实质上相同的功能构成的构成要素，赋予相同的符号，省略重复说明。
此外，按照以下的顺序，说明该“具体实施方式”。
1.与本发明关联的GPS模块的说明
2.一个实施方式的说明
2-1.系统的概要
2-2.GPS模块的构成例
2-3.二次信号的格式的例
2-4.显示模块的构成例
3.变形例的说明
1.与本发明关联的GPS模块的说明
图1是表示与本发明关联的GPS模块10的硬件构成的一例的框图。
如果参照图1，则GPS模块10具有天线12、频率变换部20、同步捕捉部40、解调部50、CPU(Central Processing Unit)60、RTC(RealTime Clock，实时时钟)64、定时器68、存储器70、XO(晶振，X’talOscillator)72、TCXO(Temperature Compensated X’tal Oscillator，温补振荡器)74、和倍增/分频器76。
XO72振荡具有规定的频率(例如32.786kHz左右)的信号D1，把振荡信号D1向RTC64提供。TCXO74振荡具有与XO72不同的频率(例如16.368MHz左右)的信号D2，把振荡信号D2向倍增/分频器76和频率合成器28提供。
倍增/分频器76根据来自CPU60的指示，把从TCXO74提供的信号进行倍增或分频，或者进行这两者。而且，倍增/分频器76把进行了倍增、分频或者两者的信号D4向频率变换部20的频率合成器28、ADC 36、CPU60、定时器68、存储器70、同步捕捉部40和解调部50提供。
天线12接收从全球定位系统的卫星、即GPS卫星发送的包含导航消息等的无线信号(例如1575.42MHz的载波被扩展的RF信号)，把该无线信号变换为电信号D5，向频率变换部20提供。
频率变换部20具有LNA(Low Noise Amplifier，低噪声放大器)22、BPF(Band Pass Filter，带通滤波器)24、放大器26、频率合成器28、乘法器30、放大器32、LPF(Low Pass Filter，低通滤波器)34和ADC(Analog Digital Converter，模数转换器)36。该频率变换部20如以下所示那样，为了容易进行数字信号处理，把利用天线12接收到的具有1575.42MHz的较高频率的信号D5降频变换为例如具有1.023MHz左右的频率的信号D14。
LNA22把从天线12提供的信号D5放大，向BPF24提供。BPF24由SAW滤波器(Surface Acoustic Wave Filter，声表面波滤波器)构成，在由LNA22放大后的信号D6的频率成分中只抽出特定的频率成分，向放大器26提供。放大器26把具有由BPF24抽出的频率成分的信号D7(频率FRF)放大，向乘法器30提供。
频率合成器28利用从TCXO74提供的信号D2，根据来自CPU60的指示D9，生成具有频率FL0的信号D10。而且，频率合成器28把已生成的具有频率FL0的信号D10向乘法器30提供。
乘法器30把从放大器26提供的具有频率FRF的信号D8和从频率合成器28提供的具有频率FL0的信号D10相乘。即乘法器30把高频信号降频变换为IF(Intermediate Frequency，中间频率)信号D11(例如，具有1.023MHz左右的频率的中间频率信号)。
放大器32把由乘法器30降频变换后的IF信号D11放大，向LPF34提供。
LPF34抽出由乘法器30放大的IF信号D12的频率成分中的低频成分，把具有已抽出的低频成分的信号D13向ADC36提供。另外，在图1中，说明了在放大器32和ADC36之间配置LPF34的例子，但是在放大器32和ADC36之间也可以配置BPF。
ADC36对从LPF34提供的模拟形式的IF信号D13进行采样，由此变换为数字形式，把变换为数字形式后的IF信号D14，一位一位地向同步捕捉部40和解调部50提供。
同步捕捉部40根据CPU60的控制，利用从倍增/分频器76提供的 信号D3，进行从ADC36提供的IF信号D14的伪随机(PRN：Pseudo-RandomNoise，伪随机噪声)符号中的同步捕捉。此外，同步捕捉部40检测IF信号D14的载波信号。而且，同步捕捉部40把PRN码的相位和IF信号D14的载波频率等向解调部50和CPU60提供。
解调部50根据CPU60的控制，利用从倍增/分频器76提供的信号D3，保持从ADC36提供的IF信号D14的PRN码和载波的同步。更具体而言，解调部50把从同步捕捉部40提供的PRN码的相位和IF信号D14的载波频率作为初始值工作。而且，解调部50对从ADC36提供的IF信号D14中包含的导航消息进行解调，把已被解调的导航消息、精度较高的PRN码的相位和载波频率向CPU60提供。
CPU60根据从解调部50提供的导航消息、PRN码的相位和载波频率，计算出各GPS卫星的位置和速度，计算GPS模块10的位置。此外，CPU60也可以根据导航消息修正RTC64的时间信息。此外，CPU60也可以与控制端子、I/O端子和附加功能端子连接，执行其他各种控制处理。
RTC64利用从XO72提供的具有规定的频率的信号D1计测时间。由CPU60对RTC64计测的时间进行适宜的修正。
定时器68利用从倍增/分频器76提供的信号D4计时。在决定基于CPU60的各种控制的开始定时的时候，参照这样的定时器68。例如，在CPU60根据由同步捕捉部40捕捉到的PRN码的相位，决定开始解调部50的PRN码发生器的动作的定时的时候，参照定时器68。
存储器70由RAM(Random Access Memory)和ROM(Read-Only Memory)等构成，具有作为基于CPU60的作业空间、程序的存储部、导航消息的存储部等的功能。在存储器70中，使用RAM作为进行基于CPU60等的各种处理时的工作区。此外，RAM也可以用于被输入的各种数据的缓冲、以及从解调部50得到的GPS卫星的轨道信息亦即广播星历和预报星历及运算过程中生成的中间数据或运算结果的保持。此外，在存储器70中，使用ROM作为存储各种程序和固定数据等的单元。此外，在存储器70中，有时使用非易失性存储器，作为在GPS模块10的电源断开期间存储GPS卫星的轨道信息亦即广播星历和预报星历以及定位结果的位置信息或TCXO1的误差量等的单元。
另外，能够将图1所示的GPS模块10的构成中的除了XO72、TCXO74、天线12和BPF24以外的各模块安装在由1芯片构成的集成电路中。
另外，所述同步捕捉部40例如为了高速进行扩展码的同步捕捉而利用匹配滤波器。具体而言，同步捕捉部40作为匹配滤波器，例如也可以使用图2所示的所谓的横向滤波器40a。取而代之，同步捕捉部40作为匹配滤波器，例如也可以使用图3所示的利用了高速傅立叶变换(FFT：Fast Fourier Transform)的数字匹配滤波器40b。
例如如果参照图3，数字匹配滤波器40b具有存储器41、FFT部42、存储器43、扩展码发生器44、FFT部45、存储器46、乘法器47、IFFT(Inversed Fast Fourier Transform)部48和峰值检测部49。
存储器41把由频率变换部20的ADC36采样而得的IF信号进行缓冲。FFT部42读出由存储器41缓冲的IF信号并进行高速傅立叶变换。存储器43把FFT部42中的通过高速傅立叶变换从时间域的IF信号变换而成的频率域信号进行缓冲。
另一方面，扩展码发生器44产生与来自GPS卫星的RF信号中的扩展码相同的扩展码。FFT部45把由扩展码发生器44产生的扩展码进行高速傅立叶变换。存储器部46把FFT部45中的通过高速傅立叶变换从时间域的扩展码变换而成的频率域的扩展码进行缓冲。
乘法器47把在存储器43中缓冲的频域信号和在存储器46中缓冲的频域的扩展码相乘。IFFT部48把从乘法器47输出的相乘后的频域信号进行反高速傅立叶变换。据此，取得来自GPS卫星的RF信号的扩展码和由扩展码发生器44产生的扩展码之间的在时间域上的相关信号。而且，峰值检测部49检测从IFFT部48输出的相关信号的峰值。
也可以作为使用DSP(Digital Signal Processor)执行FFT部42和45、扩展码发生器44、乘法器47、IFFT部48及峰值检测部49的各部的处理的软件来实现这样的数字匹配滤波器40b。
图4是表示由上述的数字匹配滤波器40a或40b捕捉的相关信号的峰值的一个例子的说明图。如果参照图4，在1周期的相关信号的输出波形中，检测出相关水平突出的峰值P1。这样的峰值P1在时间轴上的 位置相当于扩展码的前头。即同步捕捉部40通过检测出这样的峰值P1，能够检测出从GPS卫星接收到的接收信号的同步(即检测出扩展码的相位)。
图5和图6是用于说明对GPS模块10输入了外来噪声时的AD变换前后的IF信号的频谱的说明图。
图5中(A)表示对GPS模块10例如输入了以PC(Personal Computer)的时钟等为原因的单一频率的较强的外来噪声的情况下的、基于ADC36的AD变换前的IF信号的频谱。另外，这里，表现了以频率轴(横轴)的中央为界频率的正负反转的频谱。如果参照图5中(A)，可以观测到具有低于6MHz的频率的突出强度的噪声。这样的噪声是以PC的时钟等为原因的单一频率的外来噪声。此外，在从约1MHz～约7MHz的频带，观测到一样强度的噪声。这样的噪声相当于通过BPF之后的热噪声。而图5中(B)表示使用规定的扩展码，把具有图5中(A)那样的频谱的IF信号逆扩展后的结果。如果参照图5中(B)，在1023比特(bit)的扩展码的相位的范围的中央部分检测到峰值P2。这样的峰值P2表示通过逆扩展捕捉到的GPS信号的相位。因此，可以知道，如果是在对IF信号进行AD变换之前，信号未饱和，能够捕捉GPS信号的同步。
相对于此，图6中(A)表示对GPS模块10输入了上述的单一频率的较强的外来噪声的情况下的、基于ADC36的AD变换之后的IF信号的频谱。此外，这里，将ADC36的分辨率设为2位。如果参照图6中(A)，由于外来噪声，来自ADC36的输出信号饱和，从而观测到在多个频率位置突出的噪声。而且，在图6中(B)所示的逆扩展的结果中，作为GPS信号被抑制的结果，未作为峰值表现出GPS信号的相位，未能捕捉到GPS信号的同步。即，可以知道，即使在模拟的IF信号的时间点信号未饱和，逆扩展处理的处理增益比S/(N+I)的倒数足够高的情况下，如果是2位分辨率的AD变换后的数字信号，信号饱和，也有可能无法检测出GPS信号。
在存在这样的外来噪声的状况下，GPS模块无法发挥本来的性能。因此，要求在设计、制造或者检查搭载GPS模块的电子仪器的时候，观测电子仪器产生的噪声对GPS模块产生怎样的影响，采取对策。可是，由于以上列举的理由，难以直接观测输入到GPS模块的外来噪声。因此， 根据下节中说明的本发明的一个实施方式涉及的构成，不需要增加的布线和专用的测定器，就能进行对输入到GPS模块的外来噪声的观测或者分析。
2.一个实施方式的说明
2-1.系统的概要
图7是表示本发明的一个实施方式涉及的GPS系统的概略构成的一个例子的示意图。参照图7，表示了包含天线102、信号线104、GPS模块110和显示模块160的GPS系统100a。
天线102与图1所示的天线12一样，接收作为包含从GPS卫星发送来的导航消息等的无线信号的GPS信号，并将接收到的信号向GPS模块110提供。
信号线104将GPS模块110和显示模块160进行连接。信号线104典型地使用于GPS模块110和显示模块160之间的串行方式的信号的传送中。
GPS模块110例如根据通过信号线104从显示模块160输入的指令，进行从天线102提供的接收信号的频率的变换、IF信号的同步的捕捉、导航消息的解调和定位处理等。而且，GPS模块110把表示定位处理的结果的一次信号向信号线104输出。此外，在本实施方式中，GPS模块110如后面进一步描述的那样，把对输入到GPS模块110的噪声的观测或分析中使用的二次信号向信号线104输出。另外，GPS模块110输出的一次信号和二次信号的格式例如可以是按照NMEA(National MarineElectronics Association，美国国家海事电子协会)0183等标准规格的格式或者独自定义的格式等。
显示模块160例如把指示定位处理的开始、二次信号的输出开始或者处理的复位的指令通过信号线104向GPS模块110输出。此外，显示模块160通过信号线104取得从GPS模块110输出的上述的一次信号和二次信号。而且，显示模块160例如把由一次信号表示的定位处理的结果或者二次信号的内容等显示在设置在显示模块160上的规定的画面上。
图8是表示一个实施方式涉及的GPS系统的概略构成的其他例子的示意图。参照图8，表示了包含天线102、信号线104a和104b、连接线106、GPS模块110及显示模块160的GPS系统100b。
在GPS系统100b中，GPS模块110和显示模块160之间的信号线分离为信号线104a和104b，连接线106连接它们之间。连接线106例如可以是RS232C、USB或者Bluetooth(注册商标)等基于串行通信标准的电缆等。这时，在各信号线104a和104b与连接线106之间设置按照上述任意一个串行通信标准的转换端口。
图7所示的GPS系统100a的构成，例如能在移动电话终端或汽车导航仪器、数字相机等在电路基板上预先嵌入了GPS模块110的电子仪器中应用。这时，显示模块160作为电子仪器的主机侧的模块被安装。而图8所示的GPS系统100b的构成例如能在外带GPS模块110的电子仪器中应用。这时，显示模块160例如作为移动PC(Personal Computer)或移动信息终端等电子仪器的主体被安装。
下面，说明上述的GPS模块110和显示模块160的更具体的构成。
2-2.GPS模块的构成例
图9是具体表示一个实施方式涉及的GPS模块110的逻辑构成的框图。参照图9，GPS模块110主要具有频率变换部120、同步捕捉部130、解调部132、测定部140和二次信号输出部150。
频率变换部120与图1所示的频率变换部20同样，把从GPS卫星通过天线102接收到的信号放大，把接收信号的频率变换为规定的中间频率，来生成IF信号。此外，频率变换部120对作为模拟信号的IF信号进行采样，变换为数字信号。而且，频率变换部120把变换为数字信号的IF信号提供给同步捕捉部130、解调部132和二次信号输出部150。
同步捕捉部130与图1所示的同步捕捉部40同样，使用规定的扩展码捕捉从频率变换部120提供的IF信号的同步。此外，同步捕捉部130检测IF信号的载波频率。而且，同步捕捉部130把捕捉到的扩展码的相位和IF信号的载波频率向解调部132和测定部140提供。例如也可以使用图2所示的横向滤波器40a来构成同步捕捉部130。取而代之， 例如也可以，使用图3所示的数字匹配滤波器40b来构成同步捕捉器130。另外，同步捕捉部130如后所述那样，也可以把对IF信号进行高速傅立叶变换而得到的频谱向二次信号输出部150输出。
解调部132与图1所示的解调部50同样，根据从同步捕捉部130输入的扩展码的相位和载波频率，对IF信号中包含的导航消息进行解调，以及，检测精度较高的PRN码的相位和载波频率。而且，解调部132把解调后的导航消息、精度较高的PRN码的相位和载波频率向测定部140提供。
测定部140使用图1所示的CPU60，根据从解调部132提供的导航消息、PRN码的相位和载波频率，计算出各GPS卫星的位置和速度，测定GPS模块110的位置或者速度或时刻中的至少1个。而且，测定部140把表示测定结果的一次信号向信号线104输出。
二次信号输出部150对包含从频率变换部120提供的IF信号和从该IF信号经过规定的处理生成的信号中的至少一个的二次信号赋予规定的头，把该二次信号向信号线104输出。
图10是用于说明二次信号输出部150的处理模式的说明图。参照图10，示例了基于二次信号输出部150的从模式1到模式5的5个处理模式。此外，按每个处理模式表示了针对二次信号输出部150的输入信号的提供源、输入信号的种类、处理内容和输出信号的种类。
首先，在模式1的情况下，把IF信号从频率变换部120提供给二次信号输出部150。于是，二次信号输出部150从连续的IF信号中抽出规定的有限长的信号串。接着，二次信号输出部150对有限长的信号串赋予包含表示信号的种类是IF信号的识别码的头，生成二次信号。在对二次信号赋予的头中，除了识别码，例如还可以包含数据长度等任意的信息。而且，二次信号输出部150把已生成的二次信号向信号线104输出。
此外，在模式2的情况下，与模式1同样，把IF信号从频率变换部120提供给二次信号输出部150。于是，二次信号输出部150对从连续的IF信号抽出的有限长的信号串进行高速傅立叶变换。接着，二次 信号输出部150对作为高速傅立叶变换的结果而取得的频谱赋予包含表示信号的种类是IF信号的频谱的识别码的头，生成二次信号。而且，二次信号输出部150把已生成的二次信号向信号线104输出。
此外，在模式3的情况下，与模式1或2同样，把IF信号从频率变换部120提供给二次信号输出部150。于是，二次信号输出部150首先对从连续的IF信号抽出的有限长的信号串进行高速傅立叶变换。接着，二次信号输出部150对作为高速傅立叶变换的结果而取得的频谱进行统计分析。更具体而言，二次信号输出部150例如能够计算出在频谱中表示较高的噪声水平的明显位置的频率、所测定的功率相对于预先测定的理想状态下的功率的比或噪声水平的时间平均或者方差等。而且，二次信号输出部150对通过统计分析计算出的统计数据赋予包含表示数据的种类的识别码的头，生成二次信号。而且，二次信号输出部150把已生成的二次信号向信号线104输出。
此外，在模式4的情况下，把IF信号的频谱从同步捕捉部130提供给二次信号输出部150。这里提供的频谱，例如在使用图3所示的数字匹配滤波器40b构成同步捕捉部130的情况下，可以是由数字匹配滤波器40b的FFT部42把IF信号进行FFT后的频谱。于是，二次信号输出部150对被提供的频谱赋予包含表示信号的种类是频谱的识别码的头，生成二次信号。而且，二次信号输出部150把已生成的二次信号向信号线104输出。
此外，在模式5的情况下，与模式4同样，把IF信号的频谱从同步捕捉部130提供给二次信号输出部150。于是，二次信号输出部150对被提供的频谱进行统计分析。这里的统计分析处理也可以是与关于上述的模式3的统计分析处理同样的处理。而且，二次信号输出部150对通过统计分析而得到的统计数据赋予包含表示数据的种类的识别码的头，生成二次信号。而且，二次信号输出部150把已生成的二次信号向信号线104输出。
二次信号输出部150例如根据从显示模块160输入的指令，执行例如这样的5个处理模式中的任意一个的处理。此外，二次信号输出部150例如也可以执行5个处理模式中的多个处理，生成一同包含各处理的结果的二次信号。
这里，二次信号输出部150输出二次信号的信号线是与测定部140输出一次信号的信号线共用的信号线104。因此，二次信号输出部150例如在未输出来自测定部140的一次信号的定时向信号线104输出二次信号，以使二次信号与来自测定部140的一次信号不冲突。例如，如上述的模式2或4那样，在二次信号中包含IF信号的频谱。如果FFT的点数为1024点，各频率成分的绝对值的位数为8bit，则IF信号的频谱的数据长度整体变为8kbit。因此，例如如果二次信号的输出频率是数秒中1次等，即使在使用图7或图8所示的低速的串行传送方式的情况下，也能够使用与一次信号共用的信号线收发二次信号。
另外，在物理上例如也可以使用与测定部140共用的CPU(例如图1所示的GPS模块10的CPU60)进行图10所示的基于二次信号输出部150的各处理。取而代之，在物理上例如也可以使用同步捕捉部130或解调部132使用的DSP或者追加设置的硬件，进行基于二次信号输出部150的各处理。在用通用的CPU进行基于二次信号输出部150的高速傅立叶变换处理或者统计分析处理等的情况下，如果与用DSP或专用的硬件进行的情况相比，运算上需要时间。可是，如果在基于测定部140的定位运算的间隙，以较低的频率或单次地使用CPU，二次信号输出部150就可以不给CPU的资源带来压力而输出二次信号。
[2-3.二次信号的格式例]
图11是表示在本实施方式中二次信号输出部150输出的二次信号的格式的一个例子的说明图。
参照图11，二次信号的格式具有头部152、数据部154和尾部156。其中，在头部152中包含用于识别在二次信号中包含的信号的种类的识别码和规定的数据属性。数据属性例如相当于二次信号的整体或者数据部154的数据长度等。此外，在数据部154中例如保持图10的输出信号的栏目中表示的有限长度的IF信号、IF信号的频谱和/或作为频谱的分析结果的统计数据等。此外，在尾部156中可以包含与头部152相同的识别码和表示二次信号的结束的结束码。另外，在图11中，表示了以一定的字节数折返的形式的二维的格式，但是实际上，通常二次信号是1维的位串。
图12是表示二次信号的数据例的说明图。另外，这里，以使用NMEA0183中规定的用户扩展用的格式在二次信号中包含IF信号的频谱的情况为例，进行说明。
如果参照图12，在二次信号的头部152例如包含识别码152a。识别码152a的字符串“$PCMF”中记号$是格式的开始记号。此外，记号$的下1字节“P”表示该二次信号是由用户扩展的格式。此外，接着的2字节“CM”表示规定的企业码。此外，下1字节“F”表示在该二次信号的数据部154包含IF信号的频谱。即，例如通过根据二次信号中包含的信号的种类，使识别码152a的第5字节的文字变化，从而能够形成能识别信号的种类的识别码。另外，根据NMEA0183，例如将从测定部140输出的表示位置数据的一次信号的识别码决定为由“$GSV”开始。因此，例如接收二次信号的后述的显示模块160参照这样的识别码，能划分一次信号和二次信号。
在图12的二次信号的数据部154的第2行以后包含IF信号的频谱154a。这里，频谱154a由每1行16点×16行＝256点的16进制图像表示。二次信号输出部150例如生成这样的二次信号，向信号线104输出。
另外，这里，说明了与NMEA0183相应的二次信号的格式，但是二次信号的格式并不局限于这样的例子。例如，作为二次信号的格式，通过使用单独定义的格式，能够在二次信号中自由地包含任意的位串，而高效地传送信号。
2-4.显示模块的构成例
图13是具体表示本实施方式涉及的显示模块160的逻辑构成的框图。参照图13，显示模块160主要具有一次信号取得部170、二次信号取得部172、数据处理部174、控制部180和显示部190。
一次信号取得部170从信号线104取得表示在GPS模块110的测定部140中根据IF信号测定的位置或者速度或时刻中的至少一个的一次信号。更具体而言，例如，一次信号取得部170把通过信号线104接收的信号中的、从与一次信号对应的识别码开始而收到的信号作为一次信号取得。所谓与一次信号对应的识别码例如可以是上述的NMEA0183中 的以“$GSV”开始的识别码等。而且，一次信号取得部170把取得的一次信号向数据处理部174输出。
二次信号取得部172从信号线104取得由GPS模块110的二次信号输出部150生成的二次信号、即包含上述的IF信号或根据IF信号生成的频谱或统计数据等的二次信号。更具体而言，例如二次信号取得部172把通过信号线104接收的信号中的、从与二次信号对应的识别码开始而收到的信号作为二次信号取得。所谓与二次信号对应的识别码例如可以是图12所示例的识别码等。而且，二次信号取得部172把取得的二次信号向数据处理部174输出。
数据处理部174例如从一次信号或二次信号中抽出要在规定的画面上显示的数据，以及，根据需要加工数据。例如，设按照图10所示的处理模式1，在从GPS模块110的二次信号输出部150输出的二次信号中包含有限长度的IF信号。在这种情况下，数据处理部174首先从二次信号中抽出有限长度的IF信号。而且，数据处理部174根据需要，对抽出的IF信号进行高速傅立叶变换，生成频谱，或对该频谱进行统计分析计算出统计数据。所谓统计数据，典型地，相当于在上述频谱中表示较高的噪声水平的明显位置的频率、所测定的功率相对于预先测定的理想状态下的功率的比或噪声水平的时间平均或者方差等。
另外，例如设，按照图10所示的处理模式2或4，在从二次信号输出部150输出的二次信号中包含IF信号的频谱。这种情况下，数据处理部174首先从二次信号抽出IF信号的频谱。而且，数据处理部174根据需要，对抽出的频谱进行统计分析，计算出统计数据。
另外，例如设，按照图10所示的处理模式3或5，在从二次信号输出部150输出的二次信号中包含作为对IF信号的频谱进行统计分析后的结果的统计数据。这种情况下，数据处理部174从二次信号中抽出统计数据。
而且，数据处理部174把这样根据一次信号或二次信号抽出或生成的数据向控制部180输出。另外，例如在显示模块160是PC等具有较高处理能力的CPU的情况下，例如优选利用显示模块160的数据处理部174进行高速傅立叶变换处理或统计分析处理等。另一方面，例如在 显示模块160是便携式的小型终端等只具有较低处理能力的CPU的情况下，例如优选利用GPS模块110进行高速傅立叶变换处理或统计分析处理等。
控制部180例如通过信号线104向GPS模块110发送规定的指令，控制基于GPS模块110的动作。此外，控制部180，例如，如果从数据处理部174输入与从GPS模块110接收的一次信号或二次信号对应的数据，就向显示部190输出该数据，使其在规定的画面上显示。除此以外，控制部180，整体控制显示模块110的功能。
另外，典型地，能够作为由移动电话终端、导航仪器或PC等电子仪器的主CPU执行的软件来实现上述的一次信号取得部170、二次信号取得部172、数据处理部174、控制部180。这种情况下，将构成软件的程序预先存储在能够由显示模块160访问的硬盘或ROM等半导体存储器中。
显示部190例如向搭载了显示模块160的电子仪器中设置的规定的画面上显示从控制部180输入的各种数据。图14是表示由显示部190显示在画面上的数据的一个例子的说明图。
参照图14，表示了作为能够由显示部190显示的一个例子的观测用画面192。在观测用画面192中包含测定结果显示区域194、卫星数据显示区域195、频谱显示区域197、统计数据显示区域198和指令按钮区域199。
测定结果显示区域194是用于显示作为基于GPS模块110的测定部140的测定处理的结果而计算出的位置和速度等、由一次信号表示的数据的区域。在图14的例子中，在测定结果显示区域194分别显示GPS模块110的当前的纬度(Lat.)和经度(Lon.)、高度(Alt.)和速度(Vel.)的值。此外，在卫星数据显示区域195中，按各卫星ID，显示了一次信号中包含的附加数据亦即各GPS卫星的信号强度(Lv.)和多普勒频移频率(Freq.)。
此外，频谱显示区域197是用于显示IF信号的频谱的区域。在频谱显示区域197中例如以曲线图显示根据二次信号抽出的频谱或利用显 示模块160的数据处理部174根据二次信号中包含的IF信号生成的频谱。此外，统计数据显示区域198是用于显示对IF信号的频谱进行统计分析而得到的统计数据的区域。在图14的例子中，在统计数据显示区域198中显示了表示频谱中较高的水平的明显的3个频率的值(PeakFreq.1～3)和所测定的功率相对于理想状态下的功率的比(PowerRatio)。进而，在指令按钮区域199中配置了用于向GPS模块110发送变更生成频谱时的FFT的点数(256bit、512bit、1024bit)的指令的指令按钮。
显示部190例如把与从控制部180输入的一次信号或二次信号相应的数据通过这样的观测用画面192等在画面上显示。
到此为止，使用图9～图14，说明了本发明的一个实施方式的GPS模块110和显示模块160的详细构成。根据这样的构成，能使用显示模块160的画面直接地观测输入到GPS模块110的噪声的频谱和频谱的统计数据。因此，例如不象以往那样盲目，而是能够根据直接并且定量的数据，进行在电子仪器中搭载GPS模块110的情况下的用于取得模块本来的性能的设计的最优化的研究。
此外，这时，不需要进行GPS模块110和显示模块160之间的信号线的增加或者变更、或增加的测定装置的连接等。因此，使用于设计的最优化或噪声的分析和对策研究的作业变得容易，能更高效推进设计、制造或检查工序。
此外，如果电子仪器的主机侧的模块不支持二次信号的接收，就忽略二次信号，所以也保持了与已经存在的电子仪器之间的兼容性。
上述的一个实施方式涉及的GPS模块110和显示模块160的构成不仅对制造各模块或电子仪器的人有益，对使用电子仪器的用户也是有益的。即，例如用户能够使用采用了GPS模块110和显示模块160的构成的汽车导航仪器，一边观察画面，一边判断用于设置该仪器的天线或主体的最佳位置。
3.变形例的说明
另外，上述的本发明的一个实施方式涉及的构成不仅在噪声的观测 上能够应用，例如在天线或GPS模块的频率变换部的测试中也能应用。图15是表示应用上述的实施方式涉及的GPS模块110和显示模块的构成160，进行天线或GPS模块的频率变换部的测试的系统构成的一例的示意图。
参照图15，表示了图7示例的一个实施方式涉及的天线102、信号线104、GPS模块110和显示模块160。并且，在与天线102相对的位置配置了测试用天线202，信号发生器210与测试用天线202连接。
信号发生器210例如作为测试用信号，产生-110dBm等规定的水平的GPS的载波频率1575.42MHz的CW(Continuous Wave，连续波)，并向天线102输出。于是，从测试用天线202向天线102传送测试信号。而且，在显示模块160的画面上显示由天线102接收的在GPS模块110的频率变换部120中进行频率变换后的IF信号的频谱或统计数据。据此，例如能够根据频谱中的CW的水平和其他频率成分的水平的比等，测试GPS模块110的频率变换部120的好坏。此外，通过一边更换连接在GPS模块110上的天线102，一边进行观测，也能进行天线102的测试。
以上，参照附图详细说明了本发明的优选的实施方式，但是，本发明并不局限于这样的例子。如果是具有本发明所属的技术领域的通常知识的人，在权利要求中记载的技术思想的范畴内能够想到各种变更例或修正例，这些当然也属于本发明的技术范围。
例如在本说明书中主要说明了与GPS等GNSS(Global NavigationSatellite System)关联的信号处理，但是上述的本发明的一个实施方式能够在一般的频谱扩展型的无线系统中应用。
Claims (9)
1.一种信号处理装置，包括：
同步捕捉部，捕捉把从全球定位系统的卫星接收到的信号的频率变换为规定的中间频率而得到的中间频率信号的扩展码的同步；
解调部，把由所述同步捕捉部捕捉到同步的所述中间频率信号中包含的消息进行解调；
测定部，其把一次信号对规定的信号线输出，该一次信号表示根据由所述解调部解调后的所述消息来测定装置的位置或者速度或时刻中的至少一个而得到的结果；和
二次信号输出部，对包含所述中间频率信号或根据该中间频率信号生成的信号中的至少一个的二次信号赋予规定的头并对所述规定的信号线输出，其中，该规定的头具有用于识别所述二次信号中包含的信号的种类的识别码。
2.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中：
所述二次信号包含表示把所述中间频率信号进行傅立叶变换而生成的频谱的信号。
3.根据权利要求1或2所述的信号处理装置，其中：
所述二次信号包含表示对把所述中间频率信号进行傅立叶变换而生成的频谱进行统计分析所取得的数据的信号。
4.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中：
所述信号处理装置还具有：把从全球定位系统的卫星接收到的信号的频率变换为规定的中间频率，来生成所述中间频率信号的频率变换部。
5.一种信息处理装置，包括：
一次信号取得部，其从规定的信号线取得一次信号，该一次信号表示根据把从全球定位系统的卫星接收到的信号的频率变换为规定的中间频率而得到的中间频率信号测定出的装置的位置或者速度或时刻中的至少一个；
二次信号取得部，其从所述规定的信号线取得二次信号，该二次信号包含所述中间频率信号和根据该中间频率信号生成的信号中的至少一个；和
显示部，能够在规定的画面上显示与由所述一次信号取得部取得的所述一次信号相应的数据和与由所述二次信号取得部取得的所述二次信号相应的数据，
所述二次信号取得部将向所述规定的信号线输出的信号中的、对该信号赋予的头中包含的识别码是与所述二次信号对应的识别码的信号，作为二次信号取得。
6.根据权利要求5所述的信息处理装置，其中：
所述二次信号包含所述中间频率信号；
所述信息处理装置还具有把所述中间频率信号进行傅立叶变换来生成频谱的数据处理部；
所述显示部在所述规定的画面上显示由所述数据处理部生成的所述频谱。
7.根据权利要求5所述的信息处理装置，其中：
所述二次信号包含表示把所述中间频率信号进行傅立叶变换而生成的频谱的信号；
所述信息处理装置还具有对所述二次信号中包含的所述频谱进行统计分析的数据处理部；
所述显示部在所述规定的画面上显示作为所述数据处理部的分析结果而得到的数据。
8.一种信号处理方法，包括：
捕捉把从全球定位系统的卫星接收到的信号的频率变换为规定的中间频率而取得的中间频率信号的扩展码的同步的步骤；
把被捕捉到同步的所述中间频率信号中包含的消息进行解调的步骤；
把一次信号对规定的信号线输出的步骤，该一次信号表示根据已被解调的所述消息来测定装置的位置或者速度或时刻中的至少一个而得到的结果；
对包含所述中间频率信号或根据该中间频率信号生成的信号中的至少一个的二次信号赋予规定的头并对所述规定的信号线输出的步骤，其中，该规定的头具有用于识别所述二次信号中包含的信号的种类的识别码。
9.一种数据显示方法，使用能在规定的画面上显示数据的信息处理装置，该数据显示方法包括：
从规定的信号线取得一次信号的步骤，该一次信号表示根据把从全球定位系统的卫星接收到的信号的频率变换为规定的中间频率而得到的中间频率信号测定出的装置的位置或者速度或时刻中的至少一个；
从所述规定的信号线取得二次信号步骤，该二次信号包含所述中间频率信号和根据该中间频率信号生成的信号中的至少一个；和
在上述规定的画面上显示与所述一次信号相应的数据和与所述二次信号相应的数据的步骤，
所述二次信号取得步骤将向所述规定的信号线输出的信号中的、对该信号赋予的头中包含的识别码是与所述二次信号对应的识别码的信号，作为二次信号取得。
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