JP2003255036A - Receiver - Google Patents

Receiver

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JP2003255036A
JP2003255036A JP2002054493A JP2002054493A JP2003255036A JP 2003255036 A JP2003255036 A JP 2003255036A JP 2002054493 A JP2002054493 A JP 2002054493A JP 2002054493 A JP2002054493 A JP 2002054493A JP 2003255036 A JP2003255036 A JP 2003255036A
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JP
Japan
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signal
frequency
synchronization
gps
phase
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002054493A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Takada
昌幸 高田
Hideki Awata
英樹 粟田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Publication of JP2003255036A publication Critical patent/JP2003255036A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To continuously detect an IF frequency carrier wave, even in the case the signal intensity of the wave from a satellite is weak. <P>SOLUTION: A signal transmitted from a GPS satellite is received by an antenna 14 and converted into an intermediate frequency (IF) wave by a frequency converter 23, and then a synchronization holding section 25 executes holding of the synchronization of the signal. In the case the signal strength of the wave from the satellite is weak, two channel circuits 91 among a plurality of channel circuits 91 are assigned, and frequencies shifted by a prescribed frequency β upwardly and downwardly, in relation to an expected frequency of the IF carrier wave are set respectively. The frequency of the IF carrier wave is continuously detected by comparing levels of the reception in the two channel circuits 91. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、全地球測位システ
ム(GNSS:Global Navigation Satellites Syste
m)を構成する複数の衛星から送出された信号を受信し
て自己の位置を算出する受信装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a Global Navigation Satellites System (GNSS).
The present invention relates to a receiving device that receives signals transmitted from a plurality of satellites constituting m) and calculates its own position.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、地球軌道を周回する人工衛星を利
用して地上における移動体の位置を測定する全地球測位
システム(GNSS:Global Navigation Satellites S
ystem)が普及しつつある。このような全地球測位シス
テムとしては、アメリカ合衆国が構築したGPS(Glob
al Positioning System)、旧ソビエト連邦国が構築し
たGLONASS、欧州の各国が中心となり構築が進め
られているGALILEOなどがある。以下の説明にお
いては、全地球測位システムとして日本国でも広く利用
されつつあるGPSを想定して説明するが、他の全地球
測位システムについても同様である。
2. Description of the Related Art In recent years, Global Navigation Satellites S (GNSS) has been used to measure the position of a moving body on the ground using artificial satellites that orbit the earth.
ystem) is becoming popular. As such a global positioning system, the GPS (Glob
al Positioning System), GLONASS constructed by the former Soviet Union, and GALILEO being constructed mainly by European countries. In the following description, a GPS, which is being widely used in Japan as a global positioning system, will be described, but the same applies to other global positioning systems.

【0003】このGPSシステムにおいて、GPS衛星
から送出された信号を受信して自己の位置を算出するG
PS受信装置は、少なくとも4個以上のGPS衛星から
の信号を受信し、その受信信号に基づいて自己の位置を
算出してユーザに報知する機能を有している。GPS受
信装置は、各GPS衛星から送出された信号を復調して
各GPS衛星の軌道情報を取得し、各GPS衛星の軌道
情報及び時間情報と受信信号の遅延時間とに基づいて、
自己の3次元位置を連立方程式によって算出する。
In this GPS system, a signal sent from a GPS satellite is received to calculate its own position G
The PS receiver has a function of receiving signals from at least four or more GPS satellites, calculating the position of itself based on the received signals, and notifying the user of the position. The GPS receiving device demodulates the signal transmitted from each GPS satellite to obtain the orbit information of each GPS satellite, and based on the orbit information and time information of each GPS satellite and the delay time of the received signal,
The self-three-dimensional position is calculated by simultaneous equations.

【0004】なお、GPSシステムにおいて、受信信号
を得るGPS衛星が少なくとも4個必要となるのは、以
下の理由による。すなわち、GPS受信装置が備える時
計の内部時刻と各GPS衛星が備える原子時計による時
刻との間に誤差があり、その誤差の影響を除去した3次
元位置と正確な時刻との4つの未知パラメータを算出す
るためには、少なくとも4つのGPS衛星からの擬似距
離が必要となることによる。
In the GPS system, at least four GPS satellites are required to obtain a received signal for the following reason. That is, there is an error between the internal time of the clock provided in the GPS receiving device and the time obtained by the atomic clock provided in each GPS satellite, and four unknown parameters of the three-dimensional position and the accurate time, which eliminate the influence of the error, are set. This is because at least four pseudo-ranges from GPS satellites are needed to calculate.

【0005】GPSシステムにおいては、民生用のGP
S受信装置を用いる場合には、GPS衛星(Navstar)
からのL1帯、C/A(Clear and Acquisition)コー
ドと呼ばれるスペクトラム拡散信号電波を受信して、測
位演算を行う。
In the GPS system, a GP for consumer use
When using S receiver, GPS satellite (Navstar)
The spread spectrum signal radio wave called the C / A (Clear and Acquisition) code from the L1 band is received and the positioning calculation is performed.

【0006】このL1帯、C/Aコードと呼ばれる送信
信号は、送信信号速度、すなわち、チップレートが1.
023MHz、例えばいわゆるGold符号等の符号長
が1023の擬似ランダムノイズ(Pseudo-random Nois
e;PN)系列の拡散符号で、50bpsのデータを直
接拡散した信号により、周波数が1575.42MHz
の搬送波(以下、キャリアという。)に対して2相位相
変調方式(Binary Phase Shift Keying;以下、BPS
K変調方式)に基づく変調を施した信号である。この場
合、符号長が1023であることから、C/Aコード
は、図15中1段目に示すように、拡散符号が1023
チップを1周期として、すなわち、1周期=1ミリ秒
(msec)として、繰り返すものとなる。
The transmission signal called the C / A code in the L1 band has a transmission signal speed, that is, a chip rate of 1.
Pseudo-random noise with a code length of 023 MHz, such as a so-called Gold code, of 1023.
e; PN) spreading code, the frequency is 1575.42 MHz due to a signal obtained by directly spreading data of 50 bps.
Binary Phase Shift Keying (hereinafter referred to as BPS)
The signal is modulated based on the K modulation method). In this case, since the code length is 1023, the spreading code of the C / A code is 1023 as shown in the first row of FIG.
The chip is repeated for one cycle, that is, one cycle = 1 millisecond (msec).

【0007】このC/Aコードの拡散符号は、GPS衛
星毎に異なっているが、どのGPS衛星が、どの拡散符
号を用いるかは、予めGPS受信装置によって検知でき
るようになされている。また、GPS受信装置は、後述
する航法メッセージにより、どのGPS衛星からの信号
を、その地点及びその時点で受信することができるかが
把握できるようになされている。そのため、GPS受信
装置は、例えば3次元測位であれば、その地点及びその
時点で取得することができる少なくとも4個以上のGP
S衛星からの電波を受信してスペクトラム逆拡散を施
し、測位演算を行うことにより、自己の位置を求める。
The spread code of the C / A code differs for each GPS satellite, but which GPS satellite uses which spread code can be detected in advance by the GPS receiver. In addition, the GPS receiving device is capable of grasping from which GPS satellite a signal can be received at that point and at that time by a navigation message described later. Therefore, in the case of three-dimensional positioning, for example, the GPS receiving device can obtain at least four GPs that can be acquired at that point and at that time.
The position of the self is obtained by receiving the radio wave from the S satellite, despreading the spectrum, and performing positioning calculation.

【0008】また、GPS衛星からの信号データの1ビ
ットは、同図中2段目に示すように、拡散符号の20周
期分、すなわち、20ミリ秒単位として伝送される。す
なわち、データの伝送速度は、上述したように、50b
psである。さらに、拡散符号の1周期分の1023チ
ップは、ビットが"1"であるときと"0"であるときとで
は、反転したものとなる。
Further, 1 bit of the signal data from the GPS satellite is transmitted in units of 20 cycles of the spread code, that is, in units of 20 milliseconds, as shown in the second row in the figure. That is, the data transmission rate is 50b as described above.
ps. Further, 1023 chips for one cycle of the spread code are inverted when the bit is "1" and "0".

【0009】さらに、GPS衛星からの信号において
は、同図中3段目に示すように、30ビット、すなわ
ち、600ミリ秒で1ワードが形成される。さらにま
た、GPS衛星からの信号においては、同図中4段目に
示すように、10ワード、すなわち、6秒で1サブフレ
ームが形成される。そして、GPS衛星からの信号にお
いては、同図中5段目に示すように、1サブフレームの
先頭のワードに、データが更新されたときであっても常
に規定のビットパターンとされるプリアンブルが挿入さ
れ、このプリアンブルに後続してデータが伝送されてく
る。
Further, in the signal from the GPS satellite, one word is formed in 30 bits, that is, 600 milliseconds, as shown in the third row in FIG. Furthermore, in the signal from the GPS satellite, one subframe is formed in 10 words, that is, in 6 seconds, as shown in the fourth row in FIG. Then, in the signal from the GPS satellite, as shown in the fifth row in the figure, the preamble that is always the specified bit pattern is always included in the first word of one subframe even when the data is updated. It is inserted and data is transmitted following this preamble.

【0010】さらにまた、GPS衛星からの信号におい
ては、5サブフレーム、すなわち、30秒で1フレーム
が形成される。そして、GPS衛星からの信号において
は、上述した航法メッセージが、この1フレームのデー
タ単位で伝送されてくる。
Furthermore, in the signal from the GPS satellite, 5 subframes, that is, 1 frame is formed in 30 seconds. Then, in the signal from the GPS satellite, the navigation message described above is transmitted in the data unit of this one frame.

【0011】この1フレームのデータのうちの始めの3
個のサブフレームは、エフェメリス(Ephemeris)情報
と呼ばれるGPS衛星固有の情報である。このエフェメ
リス情報には、GPS衛星の軌道を求めるためのパラメ
ータと、GPS衛星からの信号の送出時刻とが含まれ
る。
The first 3 of the 1 frame of data
Each subframe is information unique to the GPS satellite called Ephemeris information. This ephemeris information includes a parameter for determining the orbit of the GPS satellite and the time at which the signal from the GPS satellite is transmitted.

【0012】全てのGPS衛星は、原子時計を備えるこ
とによって共通の時刻情報を用いており、エフェメリス
情報に含まれるGPS衛星からの信号の送出時刻は、原
子時計の1秒単位とされている。また、GPS衛星の拡
散符号は、原子時計に同期したものとして生成される。
Since all GPS satellites are equipped with atomic clocks, common time information is used, and the signal transmission time from the GPS satellites contained in the ephemeris information is set to 1 second of the atomic clock. The spread code of the GPS satellite is generated as being synchronized with the atomic clock.

【0013】エフェメリス情報に含まれる軌道情報は、
数時間毎に更新されるが、その更新が行われるまでは、
同一の情報となる。そのため、GPS受信装置は、エフ
ェメリス情報に含まれる軌道情報をメモリに保持してお
くことにより、数時間は同じ軌道情報を精度よく使用す
ることができる。なお、GPS衛星からの信号の送出時
刻は、1秒毎に更新される。
The orbit information included in the ephemeris information is
It is updated every few hours, but until the update is done,
It is the same information. Therefore, the GPS receiving device can accurately use the same orbit information for several hours by holding the orbit information included in the ephemeris information in the memory. The signal transmission time from the GPS satellite is updated every second.

【0014】一方、1フレームのデータのうちの残りの
2個のサブフレームの航法メッセージは、アルマナック
(Almanac)情報と呼ばれる全てのGPS衛星から共通
に送信される情報である。このアルマナック情報は、全
情報を取得するために25フレーム分必要となるもので
あり、各GPS衛星のおおよその位置情報や、どのGP
S衛星が使用可能であるのかを示す情報等から構成され
る。このアルマナック情報は、数日毎に更新されるが、
その更新が行われるまでは、同一の情報となる。そのた
め、GPS受信装置は、アルマナック情報をメモリに保
持しておくことにより、数日間は同じ情報を精度よく使
用することができる。
On the other hand, the navigation messages of the remaining two subframes of the data of one frame are information called Almanac information transmitted in common from all GPS satellites. This almanac information requires 25 frames to acquire all the information, and the approximate position information of each GPS satellite and which GP
It is composed of information and the like indicating whether the S satellite can be used. This almanac information is updated every few days,
Until the update is performed, the same information is used. Therefore, the GPS receiving device can accurately use the same information for several days by holding the almanac information in the memory.

【0015】GPS受信装置は、GPS衛星からの信号
を受信して上述したデータを得るためには、まず、キャ
リアを除去した後、受信しようとするGPS衛星で用い
られているC/Aコードと同じ拡散符号を用いて、その
GPS衛星からの信号について、C/Aコードの位相同
期をとることによってGPS衛星からの信号を捕捉し、
スペクトラム逆拡散を行う。GPS受信装置は、C/A
コードとの位相同期をとってスペクトラム逆拡散を行う
と、ビットが検出され、GPS衛星からの信号に基づい
て時刻情報等を含む航法メッセージを取得することが可
能となる。
In order to receive the above-mentioned data by receiving the signal from the GPS satellite, the GPS receiving device first removes the carrier and then the C / A code used in the GPS satellite to be received. Using the same spreading code, the signal from the GPS satellite is acquired by phase-locking the C / A code with respect to the signal from the GPS satellite.
Performs spectrum despreading. GPS receiver is C / A
When the spectrum despreading is performed in phase synchronization with the code, the bits are detected, and the navigation message including the time information and the like can be acquired based on the signal from the GPS satellite.

【0016】GPS受信装置は、GPS衛星からの信号
の捕捉をC/Aコードの位相同期探索によって行うが、
この位相同期探索として、自己が発生する拡散符号とG
PS衛星からの受信信号の拡散符号との相関を検出し、
例えば、その相関検出結果の相関値が予め定められた値
よりも大きい場合に、両者が同期しているものと判定す
る。そして、GPS受信装置は、同期がとれていないも
のと判定した場合には、何らかの同期手法を用いて、自
己が発生する拡散符号の位相を制御し、受信信号の拡散
符号と同期させるようにしている。
The GPS receiving device captures signals from GPS satellites by phase synchronization search of C / A code.
As this phase synchronization search, the self-generated spreading code and G
Detects the correlation with the spread code of the received signal from the PS satellite,
For example, when the correlation value of the correlation detection result is larger than a predetermined value, it is determined that the two are synchronized. When the GPS receiver determines that the synchronization is not achieved, it uses some synchronization method to control the phase of the spreading code generated by itself and synchronize with the spreading code of the received signal. There is.

【0017】ところで、GPS衛星からの信号は、上述
したように、データを拡散符号で拡散した信号によって
キャリアをBPSK変調方式に基づいて変調した信号で
ある。したがって、GPS受信装置は、GPS衛星から
の信号を受信するには、拡散符号のみならず、キャリア
及びデータの同期をとる必要があるが、拡散符号とキャ
リアの同期を独立に行うことはできない。
As described above, the signal from the GPS satellite is a signal obtained by modulating the carrier based on the BPSK modulation method with the signal obtained by spreading the data with the spreading code. Therefore, in order to receive the signal from the GPS satellite, the GPS receiver needs to synchronize not only the spread code but also the carrier and the data, but the spread code and the carrier cannot be synchronized independently.

【0018】また、GPS受信装置は、通常、受信信号
のキャリア周波数を数MHz以内の中間周波数(Interm
ediate Frequency;以下、IFという。)に変換するこ
とによって受信信号をIF信号に変換し、このIF信号
で、上述した同期検出処理を行う。このIF信号におけ
るキャリア(以下、IFキャリアという。)には、主
に、GPS衛星の移動速度に応じたドップラシフトによ
る周波数誤差分と、受信信号をIF信号に変換する際に
GPS受信装置の内部で生成する局部発振器の周波数誤
差分とが含まれる。
In addition, the GPS receiver normally uses the carrier frequency of the received signal as an intermediate frequency (Interm) within several MHz.
ediate Frequency; hereinafter referred to as IF. ) To convert the received signal to an IF signal, and the IF signal is used to perform the above-described synchronization detection processing. The carrier in this IF signal (hereinafter, referred to as an IF carrier) is mainly a frequency error component due to Doppler shift according to the moving speed of the GPS satellites and the inside of the GPS receiver when converting the received signal to the IF signal. And the frequency error component of the local oscillator generated in.

【0019】したがって、GPS受信装置においては、
これらの周波数誤差要因によってIFキャリア周波数が
未知であることから、その周波数のサーチが必要とな
る。また、拡散符号の1周期内での同期点(同期位相)
は、GPS受信装置とGPS衛星との位置関係に依存す
ることに起因して未知であることから、GPS受信装置
においては、上述したように、何らかの同期手法が必要
となる。
Therefore, in the GPS receiver,
Since the IF carrier frequency is unknown due to these frequency error factors, it is necessary to search for that frequency. Also, the synchronization point (synchronization phase) within one cycle of the spreading code
Is unknown because it depends on the positional relationship between the GPS receiving device and the GPS satellites. Therefore, as described above, the GPS receiving device requires some kind of synchronization method.

【0020】従来のGPS受信装置では、キャリアにつ
いての周波数サーチと、スライディング相関器による同
期捕捉、DLL(Delay Locked Loop)及びコスタスル
ープによる同期保持とを組み合わせた同期手法を用いて
いる。以下、この同期手法について説明する。
The conventional GPS receiver uses a synchronization method that combines frequency search for carriers, synchronization acquisition by a sliding correlator, and synchronization holding by a DLL (Delay Locked Loop) and Costas loop. Hereinafter, this synchronization method will be described.

【0021】GPS受信装置の拡散符号の発生器を駆動
するクロックは、当該GPS受信装置に用意されている
基準周波数発振器を分周したものが一般に用いられる。
この基準周波数発振器としては、高精度の水晶発振器が
用いられ、GPS受信装置は、この基準周波数発振器の
出力に基づいて、GPS衛星からの受信信号をIF信号
に変換するために用いる局部発振信号を生成する。
As the clock for driving the spread code generator of the GPS receiver, a clock obtained by dividing the reference frequency oscillator prepared in the GPS receiver is generally used.
A high-precision crystal oscillator is used as the reference frequency oscillator, and the GPS receiving apparatus uses a local oscillation signal used to convert a reception signal from a GPS satellite into an IF signal based on the output of the reference frequency oscillator. To generate.

【0022】ここで、周波数サーチについての処理内容
を図16に示す。GPS受信装置は、拡散符号の発生器
を駆動するクロック信号の周波数が、ある周波数f1で
あるときの拡散符号についての位相同期探索を行う。す
なわち、GPS受信装置は、拡散符号の位相を1チップ
ずつ順次ずらしていくことによって各チップ位相のとき
のGPS衛星からの受信信号と拡散符号との相関を検出
し、相関のピークを検出することにより、同期がとれる
位相を検出する。また、GPS受信装置は、クロック信
号の周波数がf1であるときにおいて、1023チップ
分の位相探索の全てで同期する位相が存在しない場合に
は、例えば基準周波数発振器に対する分周比を変化さ
せ、クロック信号の周波数を他の周波数f2に変更し、
同様に1023チップ分の位相探索を行う。GPS受信
装置は、このような動作を、クロック信号の周波数をス
テップ的に変化させて繰り返すことによって周波数サー
チを実現する。
Here, FIG. 16 shows the processing contents of the frequency search. The GPS receiver performs a phase synchronization search for the spread code when the frequency of the clock signal that drives the spread code generator is a certain frequency f1. That is, the GPS receiving apparatus detects the correlation between the signal received from the GPS satellite and the spread code at each chip phase by sequentially shifting the phase of the spread code by one chip, and detects the peak of the correlation. The phase that can be synchronized is detected by. Further, when the frequency of the clock signal is f1 and there is no synchronized phase in all of the 1023 chip phase searches when the frequency of the clock signal is f1, the GPS receiver changes, for example, the frequency division ratio to the reference frequency oscillator to change the clock frequency. Change the frequency of the signal to another frequency f2,
Similarly, a phase search for 1023 chips is performed. The GPS receiver realizes the frequency search by changing the frequency of the clock signal stepwise and repeating such an operation.

【0023】そして、GPS受信装置は、このような周
波数サーチを行うことによって同期可能とされるクロッ
ク信号の周波数を検出すると、そのクロック信号の周波
数で最終的な拡散符号の位相同期を行う。これにより、
GPS受信装置は、水晶発振器の発振周波数にずれがあ
る場合であっても、GPS衛星からの信号を捕捉するこ
とが可能となる。
When the GPS receiver detects the frequency of the clock signal that can be synchronized by performing such a frequency search, it finally synchronizes the phase of the spread code with the frequency of the clock signal. This allows
The GPS receiving device can capture the signal from the GPS satellite even if the oscillation frequency of the crystal oscillator is deviated.

【0024】しかしながら、このような従来の同期手法
は、原理的には高速同期には不向きである。GPS受信
装置においては、拡散符号及びIFキャリアの同期に時
間を要すると反応が遅くなり、使用上において不便を生
じる。そのため、実際のGPS受信装置においては、こ
の欠点を補うため、多チャンネル化して並列処理によっ
て同期捕捉までの時間を短縮している。
However, such a conventional synchronization method is not suitable for high-speed synchronization in principle. In the GPS receiver, if it takes time to synchronize the spread code and the IF carrier, the reaction becomes slow, which causes inconvenience in use. Therefore, in an actual GPS receiver, in order to compensate for this drawback, the number of channels is increased and parallel processing is performed to shorten the time until synchronization acquisition.

【0025】一方、上述したスライディング相関を用い
た手法に代わってスペクトラム拡散信号の同期捕捉を高
速に行う手法としては、マッチドフィルタの利用があ
る。マッチドフィルタは、いわゆるトランスバーサルフ
ィルタによってディジタル的に実現可能である。また、
マッチドフィルタとしては、近年のDSP(Digital Si
gnal Processor)に代表されるハードウェアの能力の向
上により、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transfor
m;以下、FFTという。)を利用したディジタルマッ
チドフィルタによって拡散符号の同期を高速に行う手法
が実現されている。後者は、古くから知られる相関計算
の高速化手法に基づくものである。
On the other hand, a matched filter is used as a method for performing synchronous acquisition of a spread spectrum signal at a high speed instead of the method using the sliding correlation described above. The matched filter can be realized digitally by a so-called transversal filter. Also,
As a matched filter, recent DSP (Digital Si
Fast Fourier Transform (Fast Fourier Transfor
m; hereinafter referred to as FFT. ) Has been used to implement a method for synchronizing spread codes at high speed with a digital matched filter. The latter is based on a long-known method for speeding up correlation calculation.

【0026】GPS受信装置は、これらのマッチドフィ
ルタを用いることにより、相関がある場合には、例えば
図17に出力波形の1周期分を示すように、相関のピー
クを検出する。このピークの位置は、拡散符号の先頭を
示すものである。GPS受信装置は、このピークを検出
することにより、同期を捕捉、すなわち、受信信号にお
ける拡散符号の位相を検出することができる。また、G
PS受信装置は、例えば上述したFFTを利用したディ
ジタルマッチドフィルタを用い、FFTの周波数領域で
の操作を行うことにより、拡散符号の位相とともにIF
キャリア周波数を検出することができる。そして、GP
S受信装置は、拡散符号の位相を擬似距離に換算し、少
なくとも4個のGPS衛星が検出された場合には当該G
PS受信装置の位置を算出することができ、また、IF
キャリア周波数に基づいて当該GPS受信装置の速度を
算出することができる。
By using these matched filters, the GPS receiver detects the peak of the correlation when there is a correlation, for example, as shown in FIG. 17 for one cycle of the output waveform. The position of this peak indicates the beginning of the spread code. By detecting this peak, the GPS receiver can capture synchronization, that is, detect the phase of the spread code in the received signal. Also, G
The PS receiver uses, for example, the above-described digital matched filter that uses the FFT, and operates in the frequency domain of the FFT to determine the IF of the spread code and the phase of the spread code.
The carrier frequency can be detected. And GP
The S receiver converts the phase of the spread code into a pseudorange, and when at least four GPS satellites are detected, the G
The position of the PS receiver can be calculated, and the IF
The speed of the GPS receiver can be calculated based on the carrier frequency.

【0027】[0027]

【発明が解決しようとする課題】ところで、GPS受信
装置においては、GPS衛星から送出された信号の受信
レベルが低い状況の下で、受信信号と拡散符号との同期
が保持されている一方でIFキャリアの同期が不完全で
あるという状態がしばしば発生する。このような状態と
なった場合であっても、拡散符号の位相を検出すること
ができるため、GPS受信装置の位置の算出には支障が
ない。
By the way, in the GPS receiver, under the condition that the reception level of the signal transmitted from the GPS satellite is low, the synchronization between the reception signal and the spread code is maintained, while the IF is kept. Frequently, carrier synchronization is incomplete. Even in such a case, the phase of the spread code can be detected, so that there is no problem in calculating the position of the GPS receiving device.

【0028】しかしながら、IFキャリア周波数は、G
PS受信装置とGPS衛星との相対位置の変化によるド
ップラ効果の影響によって常に変化し続けている。この
ため、IFキャリアの同期保持が行われない上述の状態
の下では、いずれ受信信号と拡散符号との同期保持も不
完全となってしまい、位置の算出が不能になってしまう
といった問題があった。
However, the IF carrier frequency is G
It is constantly changing due to the influence of the Doppler effect due to the change in the relative position between the PS receiver and the GPS satellite. For this reason, under the above-described condition in which the IF carrier is not held in synchronism, there is a problem that the synchronism of the received signal and the spread code will be incomplete eventually, and the position cannot be calculated. It was

【0029】本発明は、上述した従来の実情に鑑みてな
されたものであり、全地球測位システムを構成する複数
の衛星から送出された信号を受信して自己の位置を算出
するに際して、衛星から送出された信号の受信レベルが
低い状況の下であってもIFキャリア周波数の検出を可
能な限り継続し、これにより拡散符号の同期保持を継続
して、位置の算出を行うことが可能な受信装置を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and when receiving the signals transmitted from a plurality of satellites constituting the global positioning system and calculating its own position, the satellites are used. Even if the received level of the transmitted signal is low, detection of the IF carrier frequency is continued as much as possible, which allows the spread code to be held in synchronization and the position to be calculated. The purpose is to provide a device.

【0030】[0030]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
受信装置は、全地球測位システムを構成する複数の衛星
から送出された信号を受信して自己の位置を算出する受
信装置であって、上記衛星から送出された信号を受信す
る受信手段と、上記受信手段によって受信した受信信号
の周波数を所定の中間周波数に変換する周波数変換手段
と、上記周波数変換手段によって得られた中間周波数信
号における拡散符号の位相及びキャリア周波数を、上記
衛星に対応してそれぞれ独立に設けられた複数のチャン
ネルに割り当てて設定し、上記拡散符号とキャリアとの
同期保持を行うとともに、上記中間周波数信号に含まれ
るメッセージの復調を行う同期手段と、上記衛星からの
信号強度が所定の強度を下回った場合に、上記同期手段
において2つのチャンネルを当該衛星からの信号の同期
保持用に確保して、これら2つのチャンネルに対して本
来のキャリア周波数よりも所定の値だけ高い周波数及び
低い周波数をそれぞれ初期値として設定し、これら2つ
のチャンネルからそれぞれ出力される信号レベルの差を
低減する周波数を、これら2つのチャンネルに対して新
たに設定することによって、当該衛星に対応したキャリ
アの同期保持を行うように上記同期手段を制御する制御
手段とを備えていることを特徴とするものである。
A receiving device according to claim 1 of the present invention is a receiving device which receives signals transmitted from a plurality of satellites constituting a global positioning system and calculates its own position. Receiving means for receiving the signal transmitted from the satellite, frequency converting means for converting the frequency of the received signal received by the receiving means into a predetermined intermediate frequency, and intermediate frequency signal obtained by the frequency converting means. The phase and carrier frequency of the spread code in are assigned to a plurality of channels provided independently corresponding to the satellites and set, and the spread code and the carrier are held in synchronization and included in the intermediate frequency signal. If the signal strength from the satellite is below a predetermined strength, the synchronization means for demodulating the message to Channels for maintaining synchronization of the signals from the satellites concerned, and the frequencies higher and lower than the original carrier frequency by a predetermined value are set as initial values for these two channels respectively. Control means for controlling the synchronizing means so as to keep the carrier synchronized with the satellite by newly setting a frequency for reducing the difference between the signal levels output from the two channels. It is characterized by having and.

【0031】以上のように構成された本発明によれば、
受信信号の強度が低下した衛星に対して同期手段におけ
る2つのチャンネルを割り当てることができる。そし
て、これら2つのチャンネルによって、当該衛星からの
信号における本来のキャリア周波数よりも所定の値だけ
高い周波数及び低い周波数をそれぞれ同期保持し、これ
ら2つのチャンネルからそれぞれ出力される信号レベル
の差を常に最小とするように制御する。このため、受信
信号の強度が低下した衛星が存在する場合であっても、
この衛星に対応した中間周波数信号におけるキャリア周
波数の検出を継続することができ、これにより拡散符号
の同期保持を継続することができる。
According to the present invention configured as described above,
Two channels in the synchronization means can be assigned to satellites with reduced received signal strength. Then, these two channels keep the frequency higher and lower than the original carrier frequency of the signal from the satellite by a predetermined value, respectively, and keep the difference between the signal levels respectively output from these two channels. Control to minimize. Therefore, even if there is a satellite with a weak received signal,
The detection of the carrier frequency in the intermediate frequency signal corresponding to this satellite can be continued, and thus the spread code synchronization can be maintained.

【0032】また、本発明に係る受信装置において、上
記制御手段は、上記2つのチャンネルから出力される信
号レベルについて複数回検出した結果をそれぞれ積分又
は平均し、積分又は平均された各信号レベルの差を低減
する周波数を、これら2つのチャンネルに対して新たに
設定することが望ましい。これにより、雑音等の影響に
より、各チャンネルから出力される信号レベルが大きく
変動した場合であっても、中間周波数におけるキャリア
周波数の検出を確実に継続することができる。
Further, in the receiving apparatus according to the present invention, the control means integrates or averages the results obtained by detecting the signal levels output from the two channels a plurality of times, and integrates or averages the respective signal levels. It is desirable to newly set a frequency for reducing the difference between these two channels. As a result, even if the signal level output from each channel fluctuates greatly due to the influence of noise or the like, the detection of the carrier frequency at the intermediate frequency can be reliably continued.

【0033】さらに、本発明に係る受信装置において、
上記同期手段は、上記周波数変換手段によって得られた
中間周波数信号における拡散符号の位相を検出する同期
捕捉と上記中間周波数信号におけるキャリア周波数の検
出とを行う同期捕捉手段と、上記同期捕捉手段によって
検出された上記拡散符号の位相及び上記キャリア周波数
を、上記衛星に対応してそれぞれ独立に設けられた複数
のチャンネルに割り当てて設定し、設定した上記拡散符
号の位相及びキャリア周波数を初期値として、上記拡散
符号とキャリアとの同期保持を行うとともに、上記中間
周波数信号に含まれるメッセージの復調を行う同期保持
手段とを備えていることが望ましい。これにより、中間
周波数信号における拡散符号の位相を検出する同期捕捉
及び中間周波数信号におけるキャリア周波数の検出と、
拡散符号とキャリアとの同期保持とを、それぞれ同期捕
捉手段と同期保持手段とに分離して行うことができる。
したがって、小さい回路規模のもとに、同期捕捉処理を
高速に行うことができ、衛星からの信号との同期までに
要する時間を大幅に短縮することができる。
Further, in the receiving device according to the present invention,
The synchronization means includes a synchronization acquisition means for detecting the phase of the spread code in the intermediate frequency signal obtained by the frequency conversion means and a carrier acquisition frequency for the carrier frequency in the intermediate frequency signal, and the synchronization acquisition means. The spread code phase and the carrier frequency are set by assigning them to a plurality of channels provided independently corresponding to the satellites, and the set spread code phase and carrier frequency are set as initial values. It is desirable to include synchronization holding means for holding synchronization between the spread code and the carrier and for demodulating the message included in the intermediate frequency signal. With this, synchronization acquisition for detecting the phase of the spread code in the intermediate frequency signal and detection of the carrier frequency in the intermediate frequency signal,
The synchronization holding of the spread code and the carrier can be performed separately by the synchronization acquisition means and the synchronization holding means.
Therefore, the synchronization acquisition processing can be performed at high speed with a small circuit scale, and the time required to synchronize with the signal from the satellite can be significantly reduced.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。以下では、全地球測位システム(GNSS:Global
NavigationSatellites System)を構成する少なくとも
4個の衛星から送出された信号を受信して、これら受信
信号に基づいて自己の位置を算出する受信装置に本発明
を適用した場合について説明する。なお、本例において
は、全地球測位システムとして、日本国で広く利用され
ているGPS(Global Positioning System)を想定
し、このGPSに対応した受信装置として、GPS受信
装置について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments to which the present invention is applied will be described below in detail with reference to the drawings. Below, the Global Positioning System (GNSS: Global)
A case will be described in which the present invention is applied to a receiving device that receives signals transmitted from at least four satellites that make up the Navigation Satellites System) and calculates its own position based on these received signals. In this example, a GPS (Global Positioning System) widely used in Japan is assumed as a global positioning system, and a GPS receiving device will be described as a receiving device compatible with this GPS.

【0035】このGPS受信装置は、L1帯、C/A
(Clear and Acquisition)コードと呼ばれるスペクト
ラム拡散信号電波を受信信号として受信するものであっ
て、図1に示すように、受信した受信信号を復調する際
に、自己が発生する擬似ランダムノイズ(Pseudo-rando
m Noise;PN)系列の拡散符号と受信信号における拡
散符号との同期を捕捉する機能と、拡散符号と搬送波
(以下、キャリアという。)との同期を保持する機能と
を分離することにより、小さい回路規模のもとに、同期
捕捉を高速化するように構成されたものである。ただ
し、本発明は、このようなGPS受信装置への適用に限
定されるものではなく、全地球測位システムを構成する
複数の衛星から送出された信号を受信して位置の算出を
行う受信装置に対して広く適用可能であることは勿論で
ある。
This GPS receiver is for L1 band, C / A
This is to receive a spread spectrum signal radio wave called a (Clear and Acquisition) code as a received signal. As shown in FIG. 1, when demodulating a received received signal, pseudo random noise (Pseudo- rando
(m Noise; PN) sequence spreading code and the spread code in the received signal are synchronized by separating the function and the spread code and carrier wave (hereinafter referred to as carrier) synchronization function is separated. It is configured to speed up the synchronization acquisition based on the circuit scale. However, the present invention is not limited to the application to such a GPS receiving device, and may be applied to a receiving device that receives signals transmitted from a plurality of satellites forming the global positioning system and calculates the position. Of course, it can be widely applied.

【0036】GPS受信装置10は、同図に示すよう
に、所定の発信周波数を有する発信信号D1を生成する
水晶発振器(X'tal Oscillator;以下、XOという。)
11と、このXO11とは異なる所定の発振周波数F
OSCを有する発振信号D2を生成する温度補償型水晶
発振器(Temperature Compensated X'tal Oscillator;
以下、TCXOという。)12と、このTCXO12か
ら供給される発振信号D2を逓倍(multiply)及び/又
は分周(divide)する逓倍/分周器13とを備える。
As shown in the figure, the GPS receiver 10 is a crystal oscillator (X'tal Oscillator; hereinafter referred to as XO) which generates a transmission signal D1 having a predetermined transmission frequency.
11 and a predetermined oscillation frequency F different from this XO11
Temperature Compensated X'tal Oscillator for Generating Oscillation Signal D2 with OSC ;
Hereinafter referred to as TCXO. ) 12 and a multiplier / divider 13 for multiplying and / or dividing the oscillation signal D2 supplied from the TCXO 12.

【0037】XO11は、例えば32.768kHz程
度の所定の発振周波数を有する発振信号D1を生成す
る。XO11は、生成した発振信号D1を後述するRT
C(Real Time Clock)27に供給する。
The XO 11 generates an oscillation signal D1 having a predetermined oscillation frequency of, for example, 32.768 kHz. The XO 11 uses the generated oscillation signal D1 for RT described later.
Supply to C (Real Time Clock) 27.

【0038】TCXO12は、XO11とは異なる例え
ば18.414MHz程度の所定の発振周波数FOSC
を有する発振信号D2を生成する。TCXO12は、生
成した発振信号D2を逓倍/分周器13、及び後述する
周波数シンセサイザ18等に供給する。
The TCXO12 is different from the XO11 and has a predetermined oscillation frequency F OSC of, for example, about 18.414 MHz.
Generate an oscillating signal D2. The TCXO 12 supplies the generated oscillation signal D2 to the multiplier / divider 13 and the frequency synthesizer 18 described later.

【0039】逓倍/分周器13は、後述するCPU(Ce
ntral Processing Unit)26から供給される制御信号
D3に基づいて、TCXO12から供給される発振信号
D2を、所定の逓倍率で逓倍し、及び/又は所定の分周
比で分周する。逓倍/分周器13は、逓倍及び/又は分
周した発振信号D3を後述する同期捕捉部24、後述す
る同期保持部25、CPU26、後述するタイマ28、
及び後述するメモリ29に供給する。
The multiplier / divider 13 is a CPU (Ce
The oscillation signal D2 supplied from the TCXO 12 is multiplied by a predetermined multiplication rate and / or divided by a predetermined division ratio based on the control signal D3 supplied from the ntral processing unit 26. The multiplication / frequency divider 13 includes a synchronization acquisition unit 24, which will be described later, a synchronization holding unit 25, which will be described later, a CPU 26, a timer 28 which will be described later, and an oscillation signal D3 which has been multiplied and / or divided.
And to a memory 29 described later.

【0040】また、GPS受信装置10は、GPS衛星
から送信されてきたRF(Radio Frequency)信号を受
信するアンテナ14と、このアンテナ14によって受信
された受信RF信号D5を増幅するローノイズ・アンプ
(Low Noise Amplifier;以下、LNAという。)15
と、このLNA15によって増幅された増幅RF信号D
6のうち所定の周波数帯域成分を通過する帯域通過フィ
ルタ(Band Pass Filter;以下、BPFという。)16
と、このBPF16によって通過された増幅RF信号D
7をさらに増幅する増幅器17と、TCXO12から供
給される発振信号D2に基づいて所定の周波数FLO
有する局部発振信号D10を生成する周波数シンセサイ
ザ18と、増幅器17によって増幅された所定の周波数
RFを有する増幅RF信号D8に対して周波数シンセ
サイザ18から供給された局部発振信号D10を乗算す
るミキサ19と、このミキサ19によって乗算されるこ
とによってダウンコンバートされた所定の周波数FIF
を有する中間周波数(Intermediate Frequency;以下、
IFという。)信号D11を増幅する増幅器20と、こ
の増幅器20によって増幅された増幅IF信号D12の
うち所定の周波数帯域成分を通過する低域通過フィルタ
(Low Pass Filter;以下、LPFという。)21と、
このLPF21によって通過されたアナログ形式の増幅
IF信号D13をディジタル形式の増幅IF信号D14
に変換するアナログ/ディジタル変換器(Analog/Digit
al Converter;以下、A/Dという。)22とを備え
る。
The GPS receiver 10 also includes an antenna 14 for receiving an RF (Radio Frequency) signal transmitted from a GPS satellite, and a low noise amplifier (Low) for amplifying a received RF signal D5 received by the antenna 14. Noise Amplifier; hereinafter referred to as LNA.) 15
And the amplified RF signal D amplified by this LNA 15.
Band pass filter (hereinafter, referred to as BPF) 16 that passes a predetermined frequency band component out of 6
And the amplified RF signal D passed by this BPF 16
7, a frequency synthesizer 18 for generating a local oscillation signal D10 having a predetermined frequency F LO based on the oscillation signal D2 supplied from the TCXO 12, and a predetermined frequency F RF amplified by the amplifier 17. A mixer 19 for multiplying the amplified RF signal D8 having the local oscillation signal D10 supplied from the frequency synthesizer 18, and a predetermined frequency F IF down-converted by being multiplied by the mixer 19.
Intermediate Frequency;
It is called IF. ) An amplifier 20 that amplifies the signal D11, and a low pass filter (hereinafter referred to as LPF) 21 that passes a predetermined frequency band component of the amplified IF signal D12 amplified by the amplifier 20.
The analog-type amplified IF signal D13 passed by the LPF 21 is converted to the digital-type amplified IF signal D14.
Analog / digital converter (Analog / Digit)
al Converter; hereinafter referred to as A / D. ) 22 and.

【0041】アンテナ14は、GPSを構成する衛星
(以下、GPS衛星と称する。)から送信されてきた周
波数が1575.42MHzのキャリアが拡散されたR
F信号を受信する。このアンテナ14によって受信され
た受信RF信号D5は、LNA15に供給される。
The antenna 14 is an R in which a carrier with a frequency of 1575.42 MHz transmitted from a satellite (hereinafter, referred to as a GPS satellite) that constitutes GPS is spread.
Receive the F signal. The received RF signal D5 received by the antenna 14 is supplied to the LNA 15.

【0042】LNA15は、アンテナ14によって受信
された受信RF信号D5を増幅する。LNA15は、増
幅した増幅RF信号D6をBPF16に供給する。
The LNA 15 amplifies the received RF signal D5 received by the antenna 14. The LNA 15 supplies the amplified amplified RF signal D6 to the BPF 16.

【0043】BPF16は、いわゆるSAW(Surface
Acoustic Wave)フィルタからなり、LNA15によっ
て増幅された増幅RF信号D6のうち所定の周波数帯域
成分を通過する。このBPF16によって通過された増
幅RF信号D7は、増幅器17に供給される。
The BPF 16 is a so-called SAW (Surface).
Acoustic wave) filter, and passes a predetermined frequency band component of the amplified RF signal D6 amplified by the LNA 15. The amplified RF signal D7 passed by the BPF 16 is supplied to the amplifier 17.

【0044】増幅器17は、BPF16によって通過さ
れた増幅RF信号D7をさらに増幅する。増幅器17
は、増幅した所定の周波数FRF、すなわち、157
5.42MHzの増幅RF信号D8をミキサ19に供給
する。
The amplifier 17 further amplifies the amplified RF signal D7 passed by the BPF 16. Amplifier 17
Is the amplified predetermined frequency F RF , that is, 157
The amplified RF signal D8 of 5.42 MHz is supplied to the mixer 19.

【0045】周波数シンセサイザ18は、CPU26か
ら供給される制御信号D9による制御のもとに、TCX
O12から供給される発振信号D2に基づいて所定の周
波数FLOを有する局部発振信号D10を生成する。周
波数シンセサイザ18は、生成した局部発振信号D10
をミキサ19に供給する。
Under the control of the control signal D9 supplied from the CPU 26, the frequency synthesizer 18 is controlled by the TCX.
A local oscillation signal D10 having a predetermined frequency F LO is generated based on the oscillation signal D2 supplied from O12. The frequency synthesizer 18 uses the generated local oscillation signal D10.
Is supplied to the mixer 19.

【0046】ミキサ19は、増幅器17によって増幅さ
れた所定の周波数FRFを有する増幅RF信号D8に対
して周波数シンセサイザ18から供給された局部発振信
号D10を乗算することによって増幅RF信号D8をダ
ウンコンバートし、例えば1.023MHz程度の所定
の周波数FIFを有するIF信号D11を生成する。こ
のIF信号D11は、増幅器20に供給される。
The mixer 19 down-converts the amplified RF signal D8 by multiplying the amplified RF signal D8 having the predetermined frequency F RF amplified by the amplifier 17 by the local oscillation signal D10 supplied from the frequency synthesizer 18. Then, the IF signal D11 having a predetermined frequency F IF of, for example, about 1.023 MHz is generated. The IF signal D11 is supplied to the amplifier 20.

【0047】増幅器20は、ミキサ19によってダウン
コンバートされたIF信号D11を増幅する。増幅器2
0は、増幅した増幅IF信号D12をLPF21に供給
する。 LPF21は、増幅器20によって増幅された
増幅IF信号D12のうち所定の周波数よりも低帯域成
分を通過する。このLPF21によって通過された増幅
IF信号D13は、A/D22に供給される。
The amplifier 20 amplifies the IF signal D11 down-converted by the mixer 19. Amplifier 2
0 supplies the amplified amplified IF signal D12 to the LPF 21. The LPF 21 passes a lower band component than the predetermined frequency of the amplified IF signal D12 amplified by the amplifier 20. The amplified IF signal D13 passed by the LPF 21 is supplied to the A / D 22.

【0048】A/D22は、LPF21によって通過さ
れたアナログ形式の増幅IF信号D13をディジタル形
式の増幅IF信号D14に変換する。このA/D22に
よって変換された増幅IF信号D14は、1ビットずつ
同期捕捉部24及び同期保持部25に供給される。
The A / D 22 converts the analog amplified IF signal D13 passed by the LPF 21 into a digital amplified IF signal D14. The amplified IF signal D14 converted by the A / D 22 is supplied to the synchronization acquisition unit 24 and the synchronization holding unit 25 bit by bit.

【0049】なお、GPS受信装置10においては、こ
れらの各部のうち、LNA15,17,20、BPF1
6、周波数シンセサイザ18、ミキサ19、LPF2
1、及びA/D22は、アンテナ14によって受信され
た1575.42MHzの高い周波数を有する受信RF
信号D5を、ディジタル信号処理が施しやすいように、
例えば1.023MHz程度の低い周波数FIFを有す
る増幅IF信号D14にダウンコンバートする周波数変
換部23として構成される。
In the GPS receiver 10, among these units, the LNAs 15, 17, 20 and the BPF1 are included.
6, frequency synthesizer 18, mixer 19, LPF2
1, and the A / D 22 is a reception RF having a high frequency of 1575.42 MHz received by the antenna 14.
To facilitate the digital signal processing of the signal D5,
For example, the frequency conversion unit 23 down-converts to the amplified IF signal D14 having a low frequency F IF of about 1.023 MHz.

【0050】さらに、GPS受信装置10は、自己が発
生する拡散符号とA/D22から供給される増幅IF信
号D14における拡散符号との同期捕捉及び増幅IF信
号D14におけるキャリア周波数の検出を行う同期捕捉
部24と、A/D22から供給される増幅IF信号D1
4における拡散符号とキャリアとの同期保持及びメッセ
ージの復調を行う同期保持部25と、各部を統括的に制
御して各種演算処理を行うCPU26と、XO11から
供給される発振信号D1に基づいて時間を計測するRT
C27と、CPU26の内部時計としてのタイマ28
と、RAM(Random Access Memory)やROM(Read O
nly Memory)等からなるメモリ29とを備える。
Further, the GPS receiver 10 performs synchronous acquisition of the spread code generated by itself and the expanded code in the amplified IF signal D14 supplied from the A / D 22, and synchronous acquisition for detecting the carrier frequency in the amplified IF signal D14. The amplified IF signal D1 supplied from the unit 24 and the A / D 22
4, a synchronization holding unit 25 for holding the synchronization between the spread code and the carrier and demodulating the message, a CPU 26 for collectively controlling each unit to perform various arithmetic processing, and a time based on the oscillation signal D1 supplied from the XO11. RT to measure
C27 and a timer 28 as an internal clock of the CPU 26
RAM (Random Access Memory) and ROM (Read O
nly Memory) and the like.

【0051】同期捕捉部24は、詳細は後述するが、C
PU26の制御のもとに、逓倍/分周器13から供給さ
れる逓倍及び/又は分周された発振信号D3に基づい
て、A/D22から供給される増幅IF信号D14にお
ける拡散符号の同期捕捉を行うとともに、増幅IF信号
D14におけるキャリア周波数の検出を行う。このと
き、同期捕捉部24は、粗い精度での同期捕捉を行う。
同期捕捉部24は、検出したGPS衛星を識別するため
の衛星番号、拡散符号の位相、及びキャリア周波数を同
期保持部25及びCPU26に供給する。
The synchronization acquisition unit 24, which will be described in detail later, is C
Under the control of the PU 26, based on the multiplied and / or frequency-divided oscillation signal D3 supplied from the frequency multiplier / frequency divider 13, synchronization acquisition of the spread code in the amplified IF signal D14 supplied from the A / D 22 is performed. And the carrier frequency in the amplified IF signal D14 is detected. At this time, the synchronization acquisition unit 24 performs synchronization acquisition with coarse accuracy.
The synchronization acquisition unit 24 supplies the satellite number for identifying the detected GPS satellite, the phase of the spread code, and the carrier frequency to the synchronization holding unit 25 and the CPU 26.

【0052】同期保持部25は、詳細は後述するが、C
PU26の制御のもとに、逓倍/分周器13から供給さ
れる逓倍及び/又は分周された発振信号D3に基づい
て、A/D22から供給される増幅IF信号D14にお
ける拡散符号とキャリアとの同期保持を行うとともに、
増幅IF信号D14に含まれる航法メッセージの復調を
行う。このとき、同期保持部25は、後述するように、
同期捕捉部24から供給される衛星番号、拡散符号の位
相、及びキャリア周波数を初期値として動作を開始す
る。同期保持部25は、複数のGPS衛星からの増幅I
F信号D14についての同期保持を並列的に行い、検出
した拡散符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセ
ージをCPU26に供給する。
The synchronization holding unit 25, which will be described in detail later, is C
Under the control of the PU 26, based on the multiplied and / or divided oscillation signal D3 supplied from the multiplier / divider 13, the spread code and carrier in the amplified IF signal D14 supplied from the A / D 22 While keeping the synchronization of
The navigation message included in the amplified IF signal D14 is demodulated. At this time, the synchronization holding unit 25, as described later,
The operation is started with the satellite number, the phase of the spread code, and the carrier frequency supplied from the synchronization acquisition unit 24 as initial values. The synchronization holding unit 25 uses the amplification I from a plurality of GPS satellites.
The F signal D14 is held in synchronism in parallel, and the detected spread code phase, carrier frequency, and navigation message are supplied to the CPU 26.

【0053】CPU26は、同期保持部25から供給さ
れる拡散符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセ
ージを取得し、これらの各種情報に基づいて、自己の3
次元位置の算出する処理や、当該GPS受信装置10の
時間情報を補正する処理などの各種演算処理を行う。ま
た、CPU26は、当該GPS受信装置10の各部及び
各種ペリフェラル、並びに外部との入出力(Input/Outp
ut)に関する制御を統括的に行う。
The CPU 26 acquires the phase of the spread code, the carrier frequency, and the navigation message supplied from the synchronization holding unit 25, and based on these various information, the CPU 26 of its own.
Various calculation processes such as a process of calculating the dimensional position and a process of correcting the time information of the GPS receiving apparatus 10 are performed. Further, the CPU 26 inputs / outputs each unit of the GPS receiving apparatus 10 and various peripherals, and input / output with the outside.
ut) controls overall.

【0054】RTC27は、XO11から供給される発
振信号D1に基づいて、時間を計測する。このRTC2
7は27によって計測される時間情報は、GPS衛星の
正確な時間情報が得られるまでの間に代用されるもので
あって、GPS受信装置の位置衛星の正確な時間情報を
得たCPU26がXO11を制御することによって適宜
補正される。
The RTC 27 measures time based on the oscillation signal D1 supplied from the XO 11. This RTC2
7 is the time information measured by 27, which is used until the accurate time information of the GPS satellite is obtained, and the CPU 26 which has obtained the accurate time information of the position satellite of the GPS receiving device XO11 It is corrected as appropriate by controlling.

【0055】タイマ28は、CPU26の内部時計とし
て機能するものであり、各部の動作に必要となる各種タ
イミング信号の生成及び時間参照に用いられる。例え
ば、GPS受信装置10においては、同期捕捉部24が
同期捕捉した拡散符号の位相に合わせて同期保持部25
が後述する拡散符号発生器の動作を開始させるタイミン
グを、このタイマ28によって参照する。
The timer 28 functions as an internal clock of the CPU 26, and is used for generating various timing signals necessary for the operation of each section and for time reference. For example, in the GPS receiving apparatus 10, the synchronization holding unit 25 is synchronized with the phase of the spread code captured by the synchronization capturing unit 24.
The timer 28 refers to the timing for starting the operation of the spreading code generator described later.

【0056】メモリ29は、RAMやROM等からな
る。メモリ29においては、CPU26等による各種処
理を行う際のワークエリアとしてRAMが用いられると
ともに、入力した各種データをバッファリングする際
や、演算過程で生成される中間データ及び演算結果デー
タを保持する際にもRAMが用いられる。また、メモリ
29においては、各種プログラムや固定データ等を記憶
する手段としてROMが用いられる。
The memory 29 is composed of RAM, ROM and the like. In the memory 29, a RAM is used as a work area when various processes are performed by the CPU 26 and the like, when buffering various input data, and when storing intermediate data and calculation result data generated in the calculation process. Also RAM is used. Further, in the memory 29, a ROM is used as a means for storing various programs and fixed data.

【0057】なお、GPS受信装置10においては、こ
れらの同期捕捉部24、同期保持部25、CPU26、
RTC27、タイマ28、メモリ29は、ベースバンド
処理部として構成される。
In the GPS receiver 10, these synchronization acquisition unit 24, synchronization holding unit 25, CPU 26,
The RTC 27, the timer 28, and the memory 29 are configured as a baseband processing unit.

【0058】このような各部を備えるGPS受信器10
においては、少なくとも、XO11、TCXO12、ア
ンテナ14、LNA15、及びBPF16を除く各部
を、集積回路化した1チップからなる復調回路30とし
て構成することができる。
A GPS receiver 10 having such units
In the above, at least each of the units except the XO 11, the TCXO 12, the antenna 14, the LNA 15, and the BPF 16 can be configured as a demodulation circuit 30 that is formed of one integrated chip.

【0059】GPS受信装置10は、少なくとも4個の
GPS衛星からのRF信号を受信して、このRF信号を
周波数変換部23によってIF信号に変換した後、同期
捕捉部24によって拡散符号の同期捕捉及びキャリア周
波数の検出を行い、同期保持部25によって拡散符号と
キャリアとの同期保持及び航法メッセージの復調を行
う。そして、GPS受信装置10は、拡散符号の位相、
キャリア周波数、及び航法メッセージに基づいて、CP
U26によって当該GPS受信装置10の位置及び速度
を算出する。
The GPS receiving apparatus 10 receives RF signals from at least four GPS satellites, converts the RF signals into IF signals by the frequency conversion unit 23, and then acquires synchronization of spread codes by the synchronization acquisition unit 24. Also, the carrier frequency is detected, and the synchronization holding unit 25 holds the synchronization between the spreading code and the carrier and demodulates the navigation message. Then, the GPS receiver 10 detects the phase of the spread code,
CP based on carrier frequency and navigation message
The position and speed of the GPS receiving apparatus 10 are calculated by U26.

【0060】つぎに、このようなGPS受信装置10に
おける同期捕捉部24及び同期保持部25について詳述
する。GPS受信装置10は、上述したように、同期捕
捉の機能と同期保持の機能とを、同期捕捉部24と同期
保持部25とに分離した構成とされている。ここでは、
このように機能を分離した理由についても併せて説明す
る。
Next, the synchronization acquisition unit 24 and the synchronization holding unit 25 in such a GPS receiver 10 will be described in detail. As described above, the GPS receiving device 10 has a configuration in which the synchronization acquisition function and the synchronization holding function are separated into the synchronization acquisition unit 24 and the synchronization holding unit 25. here,
The reason why the functions are separated in this way will also be described.

【0061】同期捕捉部24は、上述したように、IF
信号における拡散符号の同期捕捉及びキャリア周波数の
検出を高速に行う。同期捕捉部24は、拡散符号の同期
捕捉高速に行うためにマッチドフィルタを利用する。具
体的には、同期捕捉部24は、マッチドフィルタとし
て、例えば図2に示すように、いわゆるトランスバーサ
ルフィルタ50を用いることができる。
The synchronization acquisition unit 24, as described above,
The synchronization of the spread code in the signal and the detection of the carrier frequency are performed at high speed. The synchronization acquisition unit 24 uses a matched filter in order to perform synchronization acquisition of the spread code at high speed. Specifically, the synchronization acquisition unit 24 can use a so-called transversal filter 50 as the matched filter, as shown in FIG. 2, for example.

【0062】また、同期捕捉部24は、マッチドフィル
タとして、例えば図3に示すように、高速フーリエ変換
(Fast Fourier Transform;以下、FFTという。)を
利用したディジタルマッチドフィルタ60を用いること
もできる。
As the matched filter, the synchronization acquisition section 24 may use a digital matched filter 60 utilizing a fast Fourier transform (hereinafter referred to as FFT) as shown in FIG. 3, for example.

【0063】具体的には、ディジタルマッチドフィルタ
60は、同図に示すように、上述したアンテナ14及び
周波数変換部23によって得られる増幅IF信号D14
に対応するIF信号を、上述したTCXO12によって
生成される発振信号D12に基づく所定のサンプリング
周波数で入力信号をサンプリングするサンプラ61によ
ってサンプリングした上で入力する。ディジタルマッチ
ドフィルタ60は、サンプラ61によってサンプリング
されたIF信号をバッファリングするメモリ62と、こ
のメモリ62によってバッファリングされたIF信号を
読み出してFFTを施すFFT処理部63と、このFF
T処理部63によってFFT処理が施されて得られた周
波数領域信号をバッファリングするメモリ64と、GP
S衛星からのRF信号における拡散符号と同じ拡散符号
を発生する拡散符号発生器65と、この拡散符号発生器
65によって発生された拡散符号に対してFFT処理を
施すFFT処理部66と、このFFT処理部66によっ
てFFT処理が施されて得られた周波数領域信号をバッ
ファリングするメモリ67と、メモリ64にバッファリ
ングされている周波数領域信号とメモリ67にバッファ
リングされている周波数領域信号とのうちいずれか一方
について複素共役な信号と他方とを乗算する乗算器68
と、この乗算器68によって乗算された周波数領域信号
に対して逆FFT(Inversed Fast Fourier Transfor
m;以下、IFFTという。)処理を施すIFFT処理
部69と、このIFFT処理部69によってIFFT処
理が施されて得られた自己相関関数に基づいてGPS衛
星からのRF信号における拡散符号と拡散符号発生器6
5に発生した拡散符号との相関のピークを検出するピー
ク検出器70とを有する。
Specifically, the digital matched filter 60, as shown in the figure, has an amplified IF signal D14 obtained by the antenna 14 and the frequency converter 23 described above.
The IF signal corresponding to is sampled by the sampler 61 that samples the input signal at a predetermined sampling frequency based on the oscillation signal D12 generated by the TCXO 12 described above, and then input. The digital matched filter 60 includes a memory 62 that buffers the IF signal sampled by the sampler 61, an FFT processing unit 63 that reads the IF signal buffered by the memory 62 and performs an FFT, and the FF.
A memory 64 for buffering the frequency domain signal obtained by the FFT processing by the T processing unit 63;
A spreading code generator 65 that generates the same spreading code as the spreading code in the RF signal from the S satellite, an FFT processing unit 66 that performs FFT processing on the spreading code generated by the spreading code generator 65, and this FFT. Of the memory 67 that buffers the frequency domain signal obtained by the FFT processing by the processing unit 66, the frequency domain signal buffered in the memory 64 and the frequency domain signal buffered in the memory 67 Multiplier 68 for multiplying the complex conjugate signal of either one by the other
And an inverse FFT (Inversed Fast Fourier Transfor) for the frequency domain signal multiplied by the multiplier 68.
m; hereinafter referred to as IFFT. ) The IFFT processing unit 69 that performs the processing, and the spreading code and the spreading code generator 6 in the RF signal from the GPS satellite based on the autocorrelation function obtained by the IFFT processing unit 69 performing the IFFT processing.
5 has a peak detector 70 for detecting the peak of the correlation with the spreading code.

【0064】このようなディジタルマッチドフィルタ6
0は、実際には、FFT処理部63,66、拡散符号発
生器65、乗算器68、IFFT処理部69、及びピー
ク検出器70の各部をDSP(Digital Signal Process
or)によって実行されるソフトウェアとして実装され
る。すなわち、ディジタルマッチドフィルタ60を適用
した同期捕捉部24は、例えば図4に示すように、上述
したサンプラ61に相当するサンプラ81と、上述した
メモリ62に相当するRAM82と、上述したメモリ6
4,67に相当するRAM/ROM83と、上述したF
FT処理部63,66、拡散符号発生器65、乗算器6
8、IFFT処理部69、及びピーク検出器70の処理
を実行するDSP84とから構成される。
Such a digital matched filter 6
0 is actually a DSP (Digital Signal Process) for each unit of the FFT processing units 63 and 66, the spreading code generator 65, the multiplier 68, the IFFT processing unit 69, and the peak detector 70.
or) is implemented as software executed by. That is, the synchronization acquisition unit 24 to which the digital matched filter 60 is applied has a sampler 81 corresponding to the above-mentioned sampler 61, a RAM 82 corresponding to the above-mentioned memory 62, and the above-mentioned memory 6 as shown in FIG.
RAM / ROM 83 corresponding to 4, 67 and the above-mentioned F
FT processing units 63, 66, spreading code generator 65, multiplier 6
8, the IFFT processing unit 69, and the DSP 84 that executes the processing of the peak detector 70.

【0065】同期捕捉部24は、同図に示す例では、
1.023MHzのIF信号をサンプラ81によって
4.096MHzでサンプリングし、DSP84によっ
てディジタルマッチドフィルタ60と等価な演算を行う
ことにより、拡散符号の同期捕捉、すなわち、IF信号
における拡散符号の位相検出を1/4チップの精度で行
うことができる。また、この同期捕捉部24は、RAM
82の容量を16ミリ秒分であるものとすると、DSP
84によってFFTの周波数領域での操作を行うことに
より、1/16kHz(±1/32kHz)の精度で、
IF信号におけるキャリア(以下、IFキャリアとい
う。)周波数を検出することができる。同期捕捉部24
は、RAM82に記憶したIF信号には複数のGPS衛
星からの信号が含まれていることから、各GPS衛星の
拡散符号との相関を算出することにより、複数のGPS
衛星を検出することができる。
In the example shown in FIG.
An IF signal of 1.023 MHz is sampled by the sampler 81 at 4.096 MHz, and the DSP 84 performs an operation equivalent to that of the digital matched filter 60 to perform synchronous acquisition of the spread code, that is, phase detection of the spread code in the IF signal. It can be performed with a precision of / 4 chip. Further, the synchronization acquisition unit 24 is a RAM
If the capacity of 82 is 16 milliseconds, DSP
By operating the FFT in the frequency domain by 84, with an accuracy of 1/16 kHz (± 1/32 kHz),
The carrier frequency in the IF signal (hereinafter referred to as the IF carrier) can be detected. Synchronization acquisition unit 24
Since the IF signal stored in the RAM 82 includes signals from a plurality of GPS satellites, a plurality of GPS signals are calculated by calculating the correlation with the spread code of each GPS satellite.
Satellites can be detected.

【0066】GPS受信装置10は、この同期捕捉部2
4によって検出した少なくとも4個以上のGPS衛星に
対する拡散符号の位相とキャリア周波数とに基づいて、
当該GPS受信装置10の位置と速度とを算出すること
ができる。
The GPS receiver 10 has the synchronization acquisition unit 2
Based on the phase of the spreading code and the carrier frequency for at least four GPS satellites detected by 4,
The position and speed of the GPS receiver 10 can be calculated.

【0067】ただし、GPS受信装置10においては、
拡散符号の位相検出精度としての上述した1/4チッ
プ、及びキャリア周波数の検出精度としての1/16k
Hzのもとに得られる当該GPS受信装置10の位置及
び速度の算出結果は十分な精度とは言い難いものであ
る。GPS受信装置10においては、精度を向上させる
ためには、サンプラ81によるサンプリング周波数を高
くする、IF信号を記憶する時間長を長くする、といっ
た処理が必要となるが、これに伴って、RAM82等の
メモリの容量が増大し、且つ、拡散符号の位相及びキャ
リア周波数を検出するまでの処理時間が長くなる事態が
想定される。また、GPS受信装置10においては、同
期捕捉部24が外部から航法メッセージを受け取らない
ものとすると、少なくとも4個以上のGPS受信装置の
位置衛星からの航法メッセージを20ミリ秒毎に復調す
る必要があることから、DSP84は、常に、同期の検
出と航法メッセージの復調とを極めて高速に行う必要が
ある。これらの問題は、ハードウェアのサイズの膨大化
によるコストアップと消費電力の増大化を招来する。
However, in the GPS receiver 10,
The above-mentioned 1/4 chip as the spread code phase detection accuracy and 1 / 16k as the carrier frequency detection accuracy.
It is difficult to say that the calculation results of the position and speed of the GPS receiving device 10 obtained under Hz have sufficient accuracy. In the GPS receiver 10, in order to improve the accuracy, it is necessary to increase the sampling frequency by the sampler 81 and increase the time length for storing the IF signal. It is assumed that the capacity of the memory will increase and the processing time until the phase and carrier frequency of the spread code are detected will become long. Further, in the GPS receiver 10, if the synchronization acquisition unit 24 does not receive a navigation message from the outside, it is necessary to demodulate the navigation messages from the position satellites of at least four GPS receivers every 20 milliseconds. As such, the DSP 84 must always be extremely fast in detecting synchronization and demodulating navigation messages. These problems bring about an increase in cost and power consumption due to the enormous size of hardware.

【0068】そこで、GPS受信装置10においては、
粗い精度での同期捕捉を同期捕捉部24によって行い、
複数のGPS衛星の同期保持及び航法メッセージの復調
を同期保持部25によって行う構成とされている。
Therefore, in the GPS receiver 10,
The synchronization acquisition unit 24 performs synchronization acquisition with coarse accuracy,
The synchronization holding unit 25 holds the synchronization of a plurality of GPS satellites and demodulates the navigation message.

【0069】同期捕捉部24は、検出したGPS衛星の
番号、その拡散符号の位相、及びキャリア周波数を同期
保持部25に供給する。一方、同期保持部25は、同期
捕捉部24から供給されるこれらの各種情報を初期値と
して動作を開始する。同期保持部25は、拡散符号の位
相に基づいて、後述するDLL(Delay Locked Loop)
の回路で生成する拡散符号の開始タイミングを合わせ
る。拡散符号は、GPS衛星番号に対応するものを設定
する。このとき、GPS受信装置10においては、ドッ
プラシフト、TCXO12等の発振器によって生成され
る発振信号の発振周波数の誤差の影響を受けるが、基本
的に拡散符号は1ミリ秒の周期で繰り返されるものであ
ることから、DLLの回路で生成する拡散符号の開始タ
イミングは、1ミリ秒の整数倍だけずらしても構わな
い。
The synchronization acquisition unit 24 supplies the detected GPS satellite number, the phase of the spread code, and the carrier frequency to the synchronization holding unit 25. On the other hand, the synchronization holding unit 25 starts the operation with these various kinds of information supplied from the synchronization capturing unit 24 as initial values. The synchronization holding unit 25, based on the phase of the spread code, uses a DLL (Delay Locked Loop) described later.
Match the start timing of the spreading code generated by the circuit. As the spread code, one corresponding to the GPS satellite number is set. At this time, the GPS receiver 10 is affected by the error of the oscillation frequency of the oscillation signal generated by the oscillator such as Doppler shift and TCXO12, but the spread code is basically repeated at a cycle of 1 millisecond. Therefore, the start timing of the spreading code generated by the DLL circuit may be shifted by an integral multiple of 1 millisecond.

【0070】なお、IFキャリア周波数は、IF信号を
上述したRAM82等のメモリに取り込むためのサンプ
リングクロックを生成しているTCXO12等の発振器
の誤差を含むことから、上述した分解能の問題を除去し
たとしても、正確な値、すなわち、キャリア周波数とド
ップラシフト量との和ではない。しかしながら、GPS
受信装置10においては、同期捕捉部24と同期保持部
25とが同じ発振器、すなわち、TCXO12を発振源
とするクロックで動作している場合には、両者で全く同
じ周波数誤差を有することから、同期保持部25が同期
捕捉部24によって検出されたIFキャリア周波数を初
期値として動作を開始することには何らの問題がない。
Since the IF carrier frequency includes the error of the oscillator such as the TCXO12 that generates the sampling clock for taking the IF signal into the memory such as the RAM 82 described above, it is assumed that the problem of the resolution described above is eliminated. Is not the exact value, that is, the sum of the carrier frequency and the Doppler shift amount. However, GPS
In the receiving device 10, when the synchronization acquisition unit 24 and the synchronization holding unit 25 are operating with the same oscillator, that is, the clock whose oscillation source is the TCXO 12, both have exactly the same frequency error. There is no problem with the holding unit 25 starting the operation with the IF carrier frequency detected by the synchronization acquisition unit 24 as the initial value.

【0071】同期保持部25は、複数のGPS衛星の同
期保持を並列的に行うことから、例えば図5に示すよう
に、複数個の独立したチャンネル回路91,91
・・・,91を有する。チャンネル回路91,91
,・・・,91は、それぞれ、コントロール・レジ
スタ92の設定によって同期捕捉部24による個々の検
出結果に対して割り当てられる。なお、以下の説明にお
いては、複数のチャンネル回路91,91,・・
・,91を特に区別しない場合に、これらをチャンネ
ル回路91と総称する。
[0071] synchronization holding unit 25 from performing the synchronization holding of a plurality of GPS satellites in parallel, for example, as shown in FIG. 5, a plurality of independent channels circuit 91 1, 91 2,
..., 91 N. Channel circuits 91 1 , 91
2 , ..., 91 N are respectively assigned to the individual detection results by the synchronization acquisition unit 24 by the setting of the control register 92. In the following description, a plurality of channel circuits 91 1, 91 2, ...
, 91 N are collectively referred to as a channel circuit 91 unless otherwise specified.

【0072】チャンネル回路91は、図6に示すよう
に、従来のGPS受信装置における同期捕捉及び同期保
持の双方を実現するIFキャリア同期用のコスタスルー
プ101と拡散符号同期用のDLL102とを組み合わ
せた回路と基本的には同様に構成される。
As shown in FIG. 6, the channel circuit 91 is a combination of a Costas loop 101 for IF carrier synchronization and a DLL 102 for spreading code synchronization, which realizes both synchronization acquisition and synchronization retention in a conventional GPS receiver. The circuit is basically configured in the same manner.

【0073】コスタスループ101には、上述したアン
テナ14及び周波数変換部23によって得られる増幅I
F信号D14に対応するIF信号に対して、後述する拡
散符号発生器(PN Generator;以下、PNGという。)
128によって発生された位相がP(Prompt)とされる
拡散符号が乗算器103によって乗算された信号が入力
される。また、DLL102には、上述したアンテナ1
4及び周波数変換部23によって得られる増幅IF信号
D14に対応するIF信号が入力される。
The Costas loop 101 includes an amplification I obtained by the antenna 14 and the frequency conversion section 23 described above.
For an IF signal corresponding to the F signal D14, a spread code generator (PN Generator; hereinafter referred to as PNG) described later.
A signal obtained by multiplying the spread code generated by 128 and having a phase of P (Prompt) by the multiplier 103 is input. In addition, the above-mentioned antenna 1 is provided in the DLL 102.
4 and the IF signal corresponding to the amplified IF signal D14 obtained by the frequency conversion unit 23 are input.

【0074】コスタスループ101においては、入力さ
れた信号が同相成分(I)と直交成分(Q)に分離さ
れ、同相成分の信号には、NCO(Numeric Controlled
Oscillator)104によって生成された再生キャリア
のうちのサイン成分が乗算器105によって乗算される
一方、直交成分の信号には、NCO104によって生成
された再生キャリアのうちのコサイン成分が乗算器10
6によって乗算される。コスタスループ101において
は、乗算器105によって得られた同相成分の信号のう
ち所定の周波数帯域成分がLPF107によって通過さ
れ、この信号が位相検出器110、2値化回路111及
び2乗和算出回路112に供給される。一方、コスタス
ループ101においては、乗算器106によって得られ
た直交成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がLPF
108によって通過され、この信号が位相検出器110
及び2乗和算出回路112に供給される。コスタスルー
プ101においては、LPF107,108のそれぞれ
から出力された信号に基づいて位相検出器110によっ
て検出された位相情報がループフィルタ109を介して
NCO104に供給される。また、コスタスループ10
1においては、LPF107,108のそれぞれから出
力された信号が2乗和算出回路112に供給され、この
2乗和算出回路112によって算出された2乗和(I
+Q)が、位相がPとされる拡散符号についての相関
値(P)として出力される。さらに、コスタスループ1
01においては、LPF107から出力された信号が2
値化回路111に供給され、2値化されて得られた情報
が航法メッセージとして出力される。
In the Costas loop 101, the input signal is separated into the in-phase component (I) and the quadrature component (Q), and the in-phase component signal is NCO (Numeric Controlled).
The sine component of the reproduction carrier generated by the oscillator 104 is multiplied by the multiplier 105, while the cosine component of the reproduction carrier generated by the NCO 104 is multiplied by the multiplier 10 in the signal of the orthogonal component.
Multiplied by 6. In the Costas loop 101, a predetermined frequency band component of the in-phase component signal obtained by the multiplier 105 is passed by the LPF 107, and this signal is detected by the phase detector 110, the binarization circuit 111, and the sum of squares calculation circuit 112. Is supplied to. On the other hand, in the Costas loop 101, the predetermined frequency band component of the quadrature component signal obtained by the multiplier 106 is the LPF.
108 and this signal is passed through the phase detector 110.
And the sum of squares calculation circuit 112. In the Costas loop 101, the phase information detected by the phase detector 110 based on the signals output from the LPFs 107 and 108 is supplied to the NCO 104 via the loop filter 109. Also, Costas Loop 10
In No. 1, the signals output from the LPFs 107 and 108 are supplied to the sum of squares calculation circuit 112, and the sum of squares (I 2 calculated by the sum of squares calculation circuit 112 is calculated.
+ Q 2 ) is output as the correlation value (P) for the spreading code whose phase is P. Furthermore, Costas Loop 1
In 01, the signal output from the LPF 107 is 2
The information supplied to the binarization circuit 111 and binarized is output as a navigation message.

【0075】一方、DLL102においては、入力され
たIF信号に対して、PNG128によって発生された
位相がPより進んだE(Early)とされる拡散符号が乗
算器113によって乗算されるとともに、PNG128
によって発生された位相がPより遅れたL(Late)とさ
れる拡散符号が乗算器114によって乗算される。DL
L102においては、乗算器113によって得られた信
号に対して、コスタスループ101におけるNCO10
4のサイン成分が乗算器115によって乗算されるとと
もに、コスタスループ101におけるNCO104のコ
サイン成分が乗算器116によって乗算される。そし
て、DLL102においては、乗算器115によって得
られた同相成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がL
PF117によって通過され、この信号が2乗和算出回
路119に供給される。一方、DLL102において
は、乗算器116によって得られた直交成分の信号のう
ち所定の周波数帯域成分がLPF118によって通過さ
れ、この信号が2乗和算出回路119に供給される。ま
た、DLL102においては、乗算器114によって得
られた信号に対して、乗算器103によって得られた同
相成分の信号が乗算器120によって乗算されるととも
に、乗算器103によって得られた直交成分の信号が乗
算器121によって乗算される。そして、DLL102
においては、乗算器120によって得られた同相成分の
信号のうち所定の周波数帯域成分がLPF122によっ
て通過され、この信号が2乗和算出回路124に供給さ
れる。一方、DLL102においては、乗算器121に
よって得られた直交成分の信号のうち所定の周波数帯域
成分がLPF123によって通過され、この信号が2乗
和算出回路124に供給される。
On the other hand, in the DLL 102, the input IF signal is multiplied by the spreading code, which is generated by the PNG 128 and is E (Early), which is ahead of P, and is multiplied by the multiplier 113.
The multiplier 114 multiplies the spreading code, which is L (Late) in which the phase generated by is delayed from P. DL
In L102, the NCO 10 in the Costas loop 101 is applied to the signal obtained by the multiplier 113.
The sine component of 4 is multiplied by the multiplier 115, and the cosine component of the NCO 104 in the Costas loop 101 is also multiplied by the multiplier 116. Then, in the DLL 102, a predetermined frequency band component of the signal of the in-phase component obtained by the multiplier 115 is L
The signal is passed by the PF 117 and is supplied to the sum of squares calculation circuit 119. On the other hand, in DLL 102, a predetermined frequency band component of the orthogonal component signal obtained by multiplier 116 is passed by LPF 118, and this signal is supplied to sum of squares calculation circuit 119. Further, in the DLL 102, the signal obtained by the multiplier 114 is multiplied by the in-phase component signal obtained by the multiplier 103 by the multiplier 120, and the quadrature component signal obtained by the multiplier 103 is obtained. Are multiplied by the multiplier 121. And DLL 102
In, the predetermined frequency band component of the in-phase component signal obtained by the multiplier 120 is passed by the LPF 122, and this signal is supplied to the sum of squares calculation circuit 124. On the other hand, in the DLL 102, a predetermined frequency band component of the quadrature component signal obtained by the multiplier 121 is passed by the LPF 123, and this signal is supplied to the square sum calculation circuit 124.

【0076】DLL102においては、2乗和算出回路
119,124のそれぞれから出力された信号が位相検
出器125に供給され、これらの信号に基づいて位相検
出器125によって検出された位相情報がループフィル
タ126を介してNCO127に供給され、さらに、N
CO127によって生成された所定の周波数を有する信
号に基づいて、PNG128によって各位相E,P,L
の拡散符号が発生され、各部に出力される。
In DLL 102, the signals output from each of square sum calculation circuits 119 and 124 are supplied to phase detector 125, and the phase information detected by phase detector 125 based on these signals is loop filtered. Is supplied to the NCO 127 via 126, and further N
Each phase E, P, L is generated by the PNG 128 based on the signal having the predetermined frequency generated by the CO 127.
Spreading code is generated and output to each unit.

【0077】ここで、PNG127から出力される各位
相E,P,Lの拡散符号の一例を、図7に示す。図7に
示すように、PNG127からは、位相がP(Prompt)
とされる拡散符号と、位相がPより進んだE(Early)
とされる拡散符号と、位相がPより遅れたL(Late)と
される拡散符号とが出力される。これら各位相E,P,
Lの拡散符号は、それぞれ、乗算器113、乗算器10
3、乗算器114に入力される。
Here, FIG. 7 shows an example of the spreading code of each phase E, P, L output from the PNG 127. As shown in FIG. 7, the phase is P (Prompt) from the PNG 127.
Spread code and E (Early) whose phase leads P
And a spreading code that is L (Late) whose phase is delayed from P is output. Each of these phases E, P,
The spreading codes of L are the multiplier 113 and the multiplier 10 respectively.
3, input to the multiplier 114.

【0078】また、DLL102においては、2乗和算
出回路119によって算出された2乗和(I+Q
が、位相がEとされる拡散符号についての相関値(E)
として出力される一方、2乗和算出回路124によって
算出された2乗和(I+Q )が、位相がLとされる
拡散符号についての相関値(L)として出力される。
Further, in the DLL 102, square sum calculation is performed.
Sum of squares calculated by the output circuit 119 (ITwo+ QTwo)
Is the correlation value (E) for the spreading code whose phase is E
While the sum of squares calculation circuit 124 outputs
Calculated sum of squares (ITwo+ Q Two), The phase is set to L
It is output as the correlation value (L) for the spreading code.

【0079】このように、IFキャリア同期用のコスタ
スループ101と拡散符号同期用のDLL102とを組
み合わせた回路と同様に構成されるチャンネル回路91
を有する同期保持部25においては、動作開始前に、G
PS衛星の番号、拡散符号の位相、及びキャリア周波数
が初期値として設定される。この初期値の設定は、同期
捕捉部24との間で直接的に通信を行うか、又は、同期
捕捉部24及び当該同期保持部25を制御するCPU2
6を介して行うことによってなされる。
As described above, the channel circuit 91 having the same structure as the circuit in which the Costas loop 101 for IF carrier synchronization and the DLL 102 for spreading code synchronization are combined.
In the synchronization holding unit 25 having the
The number of the PS satellite, the phase of the spread code, and the carrier frequency are set as initial values. The setting of this initial value is performed by directly communicating with the synchronization acquisition unit 24 or by the CPU 2 controlling the synchronization acquisition unit 24 and the synchronization holding unit 25.
This is done by going through 6.

【0080】このような同期保持部25は、以下のよう
にして拡散符号と同期を合わせる。すなわち、図8に示
すように、同期捕捉部24がIF信号をRAM82等の
メモリに取り込むタイミングでタイマを開始させ、同期
捕捉部24がメモリに記憶しているIF信号に対して拡
散符号の位相hを検出すると、同期保持部25は、この
位相hの値を受け取った後、同じタイマによって1ミリ
秒の整数倍からhだけずらした時点においてDLL10
2によって発生する拡散符号を開始させることにより、
受信信号の拡散符号に位相を合わせる。なお、同図にお
ける"PN"は、PN系列の符号、すなわち、拡散符号を
示している。
The synchronization holding unit 25 as described above synchronizes the spread code with the synchronization as follows. That is, as shown in FIG. 8, the timer is started at the timing when the synchronization acquisition unit 24 acquires the IF signal into the memory such as the RAM 82, and the synchronization acquisition unit 24 performs the phase of the spread code with respect to the IF signal stored in the memory. When h is detected, the synchronization holding unit 25 receives the value of the phase h, and then the DLL 10 is deviated by h from the integer multiple of 1 millisecond by the same timer.
By initiating the spreading code generated by 2,
Match the phase with the spreading code of the received signal. Note that "PN" in the figure indicates a PN sequence code, that is, a spreading code.

【0081】ここで、従来のコスタスループとDLLと
を組み合わせた回路においては、受信信号における拡散
符号の位相が未知であることから、DLLによって発生
するIFキャリア周波数と拡散符号の周期とを少しずら
し、IF信号の拡散符号に対して位相をスライドしてい
く過程で、有意な強度の相関がある位相を検出してい
た。そのため、従来の回路においては、位相を検出する
のに、最悪の場合、数kHzの範囲のキャリア周波数と
符号長が1023の拡散符号における全ての位相とに対
して検出を行うことから、同期を確立するまでにかなり
の時間を要していた。
Here, in the conventional circuit combining the Costas loop and the DLL, since the phase of the spreading code in the received signal is unknown, the IF carrier frequency generated by the DLL and the cycle of the spreading code are slightly shifted. , In the process of sliding the phase with respect to the spread code of the IF signal, a phase having a significant strength correlation was detected. Therefore, in the conventional circuit, in the case of detecting the phase, in the worst case, the carrier frequency in the range of several kHz and all the phases in the spread code having the code length of 1023 are detected. It took a long time to establish.

【0082】これに対して、GPS受信装置10におい
ては、同期保持部25が従来の回路と基本的には同様の
構成でありながら、同期保持部25が受け取った拡散符
号の位相とIFキャリア周波数との初期値は真値から僅
かにしかずれていないことから、有意な強度の相関があ
る位相は、誤差を含めても初期値の近辺に必ず存在す
る。したがって、同期保持部25は、従来の回路と同様
に、まずコスタスループ101及びDLL102におけ
るループフィルタ109,126の制御を止めた状態に
して、NCO104,127のそれぞれによって生成す
る信号を初期値の近辺で変化させながら有意な強度の相
関を探索し、相関を検出した後には、ループフィルタ1
09,126のそれぞれからの制御に切り替える。これ
により、同期保持部25は、DLL102による拡散符
号の位相の同期確立、及びコスタスループ101による
キャリアの位相の同期確立を極めて短時間に行うことが
でき、以降、同期を保持し続けることができる。同期保
持部25においては、IFキャリア周波数が数十Hzの
精度で初期値を設定できることから、LPF107,1
08,117,118,122,123、及びループフ
ィルタ109,126の帯域幅を当初から狭くすること
ができ、S/N(Signal to Noise ratio)が高い状態
で同期を確立することができる。
On the other hand, in the GPS receiver 10, although the synchronization holding unit 25 has basically the same configuration as the conventional circuit, the phase of the spread code received by the synchronization holding unit 25 and the IF carrier frequency. Since the initial values of and are slightly deviated from the true values, the phases having significant intensity correlation always exist in the vicinity of the initial values even if errors are included. Therefore, like the conventional circuit, the synchronization holding unit 25 first sets the control of the loop filters 109 and 126 in the Costas loop 101 and the DLL 102 in a stopped state, and sets the signals generated by the NCOs 104 and 127 near the initial values. After searching for a correlation with a significant intensity while changing the
The control is switched to control from 09 and 126 respectively. As a result, the synchronization holding unit 25 can establish synchronization of the phase of the spreading code by the DLL 102 and establishment of synchronization of the phase of the carrier by the Costas loop 101 in an extremely short time, and thereafter can keep the synchronization. . In the synchronization holding unit 25, since the initial value of the IF carrier frequency can be set with the accuracy of several tens Hz, the LPF 107, 1
The bandwidths of 08, 117, 118, 122, 123 and the loop filters 109, 126 can be narrowed from the beginning, and synchronization can be established in a state where the S / N (Signal to Noise ratio) is high.

【0083】GPS受信装置10においては、同期保持
部25を例えば1.023MHz×16=16.368
MHzのクロックで動作させ、DLL102において拡
散符号の位相を1/16.368MHzの時間分解能で
検出すれば、1/16チップの精度で拡散符号の位相か
らGPS衛星までの擬似距離を算出することができ、ま
た、コスタスループ101におけるNCO104を1H
z単位で制御できる構成にすれば、IFキャリア周波数
の分解能は1Hzとなり、DLL102とコスタスルー
プ101とによってこれらの精度で同期を保持すること
ができる。
In the GPS receiver 10, the synchronization holding unit 25 is set to, for example, 1.023 MHz × 16 = 16.368.
If the DLL 102 is operated with a clock of MHz and the phase of the spreading code is detected with a time resolution of 1 / 16.368 MHz in the DLL 102, the pseudo distance from the phase of the spreading code to the GPS satellite can be calculated with an accuracy of 1/16 chip. Yes, and the NCO 104 in the Costas loop 101 is 1H
If the control is performed in units of z, the resolution of the IF carrier frequency becomes 1 Hz, and the DLL 102 and the Costas loop 101 can maintain synchronization with these precisions.

【0084】以上のように、GPS受信装置10におい
ては、同期保持部25によって同期保持が行われると、
DLL102によって発生する拡散符号の位相に基づい
て、当該GPS受信装置10の位置を連続的に算出して
出力することができるとともに、コスタスループ101
によって得られるIFキャリア周波数に基づいて、当該
GPS受信装置10の速度を連続的に算出して出力する
ことができる。
As described above, in the GPS receiver 10, when the synchronization holding unit 25 holds the synchronization,
The position of the GPS receiving apparatus 10 can be continuously calculated and output based on the phase of the spread code generated by the DLL 102, and the Costas loop 101 is also available.
The speed of the GPS receiving apparatus 10 can be continuously calculated and output based on the IF carrier frequency obtained by.

【0085】同期保持部25は、上述したように、同期
捕捉部24から受け渡された拡散符号の位相及びIFキ
ャリア周波数を初期値とすることにより、これらの初期
値の近辺で有意な強度の相関が得られる位相を探索す
る。これは、GPS受信装置10に搭載されているクロ
ック源の発振器、すなわち、TCXO12等が公称周波
数に対して誤差を有することが1つの理由である。GP
S受信装置10においては、先に図3に示したFFTを
利用したディジタルマッチドフィルタ60を用いて同期
捕捉部24を構成した場合には、IF信号をメモリに記
憶した後、DSPの処理時間分遅れて同期保持部24に
検出結果が供給されることから、発振器の公称周波数F
OSCとの誤差をΔFOSCとし、DSPの処理時間を
T秒とすると、同期保持部24に検出結果が供給される
時点では、T×ΔFOSC/FOS の誤差が生じる。
例えば、GPS受信装置10においては、T=3秒と
し、ΔFOSC/FOSCが±3ppmの範囲内とする
と、±9マイクロ秒=約±9チップ以内の誤差が生じ
る。このように、GPS受信装置10においては、DS
Pの処理時間が長くなると、その分誤差が大きくなる。
As described above, the synchronization holding unit 25 sets the phase of the spread code and the IF carrier frequency passed from the synchronization acquisition unit 24 as initial values, so that significant strength is obtained near these initial values. Search for the phase at which the correlation is obtained. This is because the oscillator of the clock source mounted on the GPS receiver 10, that is, the TCXO 12 has an error with respect to the nominal frequency. GP
In the S receiver 10, when the synchronization acquisition unit 24 is configured by using the digital matched filter 60 using the FFT shown in FIG. 3, the IF signal is stored in the memory and then the DSP processing time Since the detection result is supplied to the synchronization holding unit 24 with a delay, the nominal frequency F of the oscillator is
The error between the OSC and [Delta] F OSC, when the DSP processing time is T seconds, the time point when the detection result to the tracking unit 24 is supplied, the error of T × ΔF OSC / F OS C occurs.
For example, in the GPS receiver 10, if T = 3 seconds and ΔF OSC / F OSC is within a range of ± 3 ppm, an error of ± 9 microseconds = about ± 9 chips occurs. As described above, in the GPS receiver 10, the DS
The longer the processing time of P, the larger the error.

【0086】また、GPS受信装置10においては、G
PS衛星と当該GPS受信装置10との移動によって生
じるキャリア周波数のドップラシフトも誤差を生じる要
因となる。GPS受信装置10においては、キャリアの
周波数、すなわち、1575.42MHzをFRF
し、受信信号のドップラシフトをΔFとすると、ドッ
プラシフトによって拡散符号の周期、すなわち、1ミリ
秒は、ほぼ(1−ΔF/FRF)倍となり、例えば、
+5〜−5kHzの範囲のドップラシフトが生じている
場合には、3秒間で約−9.5〜9.5マイクロ秒=約
−9.5〜9.5チップの誤差が生じる。
In the GPS receiver 10, G
The Doppler shift of the carrier frequency caused by the movement of the PS satellite and the GPS receiver 10 also causes an error. In the GPS receiver 10, assuming that the carrier frequency, that is, 1575.42 MHz is F RF and the Doppler shift of the received signal is ΔF D , the period of the spread code due to the Doppler shift, that is, 1 millisecond is approximately (1 -ΔF D / F RF) becomes doubled, for example,
When the Doppler shift in the range of +5 to -5 kHz occurs, an error of about -9.5 to 9.5 microseconds = about -9.5 to 9.5 chips occurs in 3 seconds.

【0087】これらの2つの例は、比較的現実に近い値
であり、GPS受信装置10においては、発振器の誤差
とドップラシフトとの両者の要因を併せると、±20チ
ップ程度の範囲内で誤差が生じることから、この範囲だ
けを探索して相関を検出すればよい。例えば、同期保持
部25は、同期捕捉部24から供給される拡散符号の位
相よりも20チップ分だけ早くDLL102によって発
生する拡散符号を開始させ、そのときの拡散符号の周期
として、NCO104,127の周波数設定を(1+5
/1575.420)ミリ秒よりも長めに設定しておけ
ば、IF信号に含まれるGPS衛星からの信号の拡散符
号に対するスライドが+20チップだけずれた時点から
開始され、適当な時間の間、拡散符号同士の位相がスラ
イドしている状態で相関の有無を探索することができ
る。
These two examples are values that are relatively close to reality, and in the GPS receiving apparatus 10, when factors of both the error of the oscillator and the Doppler shift are combined, the error is within a range of about ± 20 chips. Therefore, the correlation may be detected by searching only this range. For example, the synchronization holding unit 25 starts the spreading code generated by the DLL 102 20 phases earlier than the phase of the spreading code supplied from the synchronization acquisition unit 24, and the spreading code at that time is set to the NCO 104 or 127. Set the frequency (1 + 5
/1575.420) If it is set longer than millisecond, the slide for the spread code of the signal from the GPS satellite included in the IF signal will start from the point shifted by +20 chips and spread for an appropriate time. It is possible to search for the presence or absence of correlation while the phases of the codes are sliding.

【0088】このように、従来においては、DLLとコ
スタスループとを用いて1023チップの範囲で、且
つ、IFキャリア周波数についても発振器の誤差とドッ
プラシフト量との範囲で変化させながら、相関検出を行
っていたのに比較して、GPS受信装置10において
は、初期値のキャリア周波数が僅かな誤差しか有さず、
相関を検出する範囲も数十分の1程度で済むことから、
同期保持部25による同期確立に要する時間を極めて短
時間とすることができる。
As described above, conventionally, the correlation detection is performed by using the DLL and the Costas loop within the range of 1023 chips and the IF carrier frequency while changing within the range of the error of the oscillator and the Doppler shift amount. In contrast to what was done, in the GPS receiver 10, the carrier frequency of the initial value has only a slight error,
Since the range for detecting the correlation is only a few tenths,
The time required for establishing synchronization by the synchronization holding unit 25 can be made extremely short.

【0089】以上のように、GPS受信装置10は、同
期捕捉の機能と同期保持の機能とを分離して構成するこ
とにより、同期捕捉部24によってIF信号に含まれる
GPS衛星からの信号の拡散符号の位相及びIFキャリ
ア周波数を高速に検出することができ、この検出結果に
基づいて同期保持部25が速やかに同期保持動作に移行
することができる。しかしながら、GPS受信装置10
においては、IF信号に含まれる微弱なGPS衛星の信
号を検出するために処理シーケンスが増える場合、ま
た、電力消費を抑制するために同期捕捉部24を低速の
クロックで動作させている場合等には、同期捕捉部24
での処理時間が長くなり、これにともない、同期保持部
25による同期確立までに探索する範囲が広くなり、好
ましくない。
As described above, the GPS receiving apparatus 10 is configured by separating the synchronization acquisition function and the synchronization holding function, so that the synchronization acquisition unit 24 spreads the signal from the GPS satellites included in the IF signal. The phase of the code and the IF carrier frequency can be detected at high speed, and the synchronization holding unit 25 can quickly shift to the synchronization holding operation based on the detection result. However, the GPS receiver 10
In the case where the processing sequence is increased to detect a weak GPS satellite signal included in the IF signal, or when the synchronization acquisition unit 24 is operated with a low-speed clock in order to suppress power consumption. Is the synchronization acquisition unit 24
Processing time becomes longer, and accordingly, the range to be searched by the synchronization holding unit 25 until the synchronization is established becomes wider, which is not preferable.

【0090】一般に、GPS受信装置においては、周波
数変換部における局部発振器とベースバンド処理部にお
ける信号処理のクロックを生成する源発振器として、共
通の水晶発振器を用いるが、GPS受信装置10におい
ては、これと同様に、先に図1に示したように、周波数
変換部23における局部発振器と同期捕捉部24及び同
期保持部25の動作クロックの源発振器とを、TCXO
12に共通化する。そして、同期保持部25は、同期捕
捉部24によって検出したIFキャリア周波数とTCX
O12の公称値に基づく例えば1.023MHzの中間
周波数FIFとの差分をΔFIFとし、1575.42
MHzであるGPS衛星からの信号のキャリア周波数を
RFとし、同期捕捉部24がIF信号をメモリに取り
込んでから同期捕捉処理に要した時間をT秒とし、拡散
符号の位相をhとすると、図9に示すように、拡散符号
の位相hをh+Δh(Δh=−T×ΔFIF/ΔRF
のように補正する。例えば、ΔFIF=+3kHz、T
=10秒の場合には、Δh=−19マイクロ秒=約−1
9チップとなる。同期保持部25は、このような補正を
行うことにより、TCXO12による発振周波数の誤差
とドップラシフトとによって生じる拡散符号の位相のず
れを極めて正確に補正することができ、同期捕捉部24
による同期捕捉処理に時間を数十秒要した場合であって
も、ほぼ1チップ程度の範囲での探索で同期を確立する
ことができる。
Generally, in the GPS receiver, a common crystal oscillator is used as a source oscillator for generating a clock for signal processing in the local converter in the frequency converter and in the baseband processor. Similarly to the above, as shown in FIG. 1, the local oscillator in the frequency conversion unit 23 and the source oscillator of the operation clock of the synchronization acquisition unit 24 and the synchronization holding unit 25 are connected to the TCXO.
Common to 12. The synchronization holding unit 25 then detects the IF carrier frequency and TCX detected by the synchronization acquisition unit 24.
The difference from the intermediate frequency F IF of 1.023 MHz based on the nominal value of O12 is ΔF IF, and 1575.42
If the carrier frequency of the signal from the GPS satellite, which is MHz, is F RF , the time required for the synchronization acquisition processing after the synchronization acquisition unit 24 captures the IF signal in the memory is T seconds, and the phase of the spread code is h, As shown in FIG. 9, the phase h of the spread code is h + Δh (Δh = −T × ΔF IF / Δ RF ).
Correct as follows. For example, ΔF IF = + 3 kHz, T
= 10 seconds, Δh = -19 microseconds = about -1
It has 9 chips. By performing such a correction, the synchronization holding unit 25 can correct the phase shift of the spread code caused by the error of the oscillation frequency due to the TCXO 12 and the Doppler shift extremely accurately, and the synchronization acquisition unit 24.
Even if it takes several tens of seconds to perform the synchronization acquisition process by, the synchronization can be established by the search in the range of about 1 chip.

【0091】このような補正が可能な理由は、以下のと
おりである。
The reason why such a correction is possible is as follows.

【0092】GPS受信装置10においては、周波数変
換部23によってGPS衛星からの信号の既知であるキ
ャリア周波数FRFを既知である中間周波数FIFに変
換するために、公称発振周波数FOSCのTCXO12
に基づいて周波数シンセサイザ18によって局部発振周
波数FLO=N×FOSC(Nは定数数、N>>1)を
生成し、FIF=FRF−FLOとなるようにする。こ
こで、実際に受信するGPS衛星からの信号には、中間
周波数FIFに対してTCXO12による発振周波数の
誤差とドップラシフトとによって生じる誤差ΔFIF
加わったものである。すなわち、GPS受信装置10に
おいては、ドップラシフト量をΔFとし、TCXO1
2による公称発振周波数との誤差をΔFOSCとする
と、 FIF+ΔFIF=FRF+ΔF−FLO=FRF
ΔF−N×(FOS +ΔFOSC) となる。したがって、GPS受信装置10においては、
同期捕捉部24が検出するIFキャリア周波数は、 FIF+ΔFIF、ΔFIF=ΔF−N×ΔFOSC となる。ここで重要なことは、同期捕捉部24が検出す
ることができるものはΔFIFのみであり、ΔF,Δ
OSCは最初の同期捕捉の段階では未知であるという
ことである。
In the GPS receiver 10, the frequency change
The conversion unit 23 recognizes a known key of the signal from the GPS satellite.
Carrier frequency FRFKnown intermediate frequency FIFStrange
In order to convert, the nominal oscillation frequency FOSCTCXO12
Based on the frequency synthesizer 18
Wave number FLO= N × FOSC(N is a constant number, N >> 1)
Generate, FIF= FRF-FLOSo that This
Here, the signal from the GPS satellite actually received is
Frequency FIFAgainst the oscillation frequency of TCXO12
Error ΔF caused by error and Doppler shiftIFBut
It has been added. That is, the GPS receiver 10
In addition, the Doppler shift amount is ΔFDAnd TCXO1
The error from the nominal oscillation frequency due to 2 is ΔFOSCTo
When, FIF+ ΔFIF= FRF+ ΔFD-FLO= FRF+
ΔFD-Nx (FOS C+ ΔFOSC) Becomes Therefore, in the GPS receiver 10,
The IF carrier frequency detected by the synchronization acquisition unit 24 is FIF+ ΔFIF, ΔFIF= ΔFD−N × ΔFOSC Becomes What is important here is that the synchronization acquisition unit 24 detects
Can be ΔFIFAnd only ΔFD, Δ
FOSCIs unknown at the initial acquisition stage
That is.

【0093】ここで、TCXO12によって拡散符号の
1周期長である1ミリ秒を公称発振周波数でタイマがカ
ウントした場合には、誤差ΔFOSCがあるために、実
際には、1ミリ秒×FOSC/(FOSC+Δ
OSC)≒(1−ΔFOSC/F SC)ミリ秒とな
る。一方、受信信号における拡散符号の1周期長さは、
ドップラシフト量ΔFにより、1ミリ秒×FRF
(FRF+ΔF)≒(1−ΔF /FRF)ミリ秒と
なる。したがって、受信信号における拡散符号の1周期
長とTCXO12による公称発振周波数でカウントした
1ミリ秒との比は、 (1−ΔF/FRF)/(1−ΔFOSC
OSC)≒1−ΔF/F +ΔFOSC/F
OSC となる。さらに、この式における右辺は、変形すると、 1−ΔFIF/FRF+(ΔFOSC/FOSC)×
(FIF/(N×FOS ))≒1−ΔFIF/FRF となる。このように、GPS受信装置10においては、
同期捕捉部24にとって未知のパラメータであるΔ
,ΔFOSCを含まない形でかなり良好な近似をす
ることができる。
Here, the spreading code of TCXO12
The timer operates at the nominal oscillation frequency for 1 millisecond, which is one cycle length.
If it does, the error ΔFOSCTo be real
In case of 1 millisecond x FOSC/ (FOSC+ Δ
FOSC) ≈ (1-ΔFOSC/ FO SC) Milliseconds
It On the other hand, one cycle length of the spread code in the received signal is
Doppler shift amount ΔFD1 ms × FRF/
(FRF+ ΔFD) ≈ (1-ΔF D/ FRF) With milliseconds
Become. Therefore, one cycle of the spread code in the received signal
Counted by length and nominal oscillation frequency by TCXO12
The ratio to 1 millisecond is (1-ΔFD/ FRF) / (1-ΔFOSC/
FOSC) ≈1-ΔFD/ FR F+ ΔFOSC/ F
OSC Becomes Furthermore, if the right side of this equation is transformed, 1-ΔFIF/ FRF+ (ΔFOSC/ FOSC) ×
(FIF/ (N × FOS C)) ≈ 1-ΔFIF/ FRF Becomes Thus, in the GPS receiver 10,
Δ which is an unknown parameter to the synchronization acquisition unit 24
FD, ΔFOSCA fairly good approximation without
You can

【0094】この結果により、GPS受信装置10にお
いては、同期捕捉部24がIF信号をメモリに取り込ん
だ時点から同期捕捉処理を行い、検出した拡散符号の位
相hが同期保持部25に供給されるまでの時間にT秒要
した場合には、このT秒の間に同期捕捉部24が検出し
た拡散符号の位相から−T×ΔFIF/FRFだけずれ
ることになる。したがって、同期保持部25は、図9に
示したように、同期捕捉部24から供給された拡散符号
の位相hに補正値Δh=−T×ΔFIF/F を加え
たh+ΔhによってDLL102によって発生する拡散
符号の開始タイミングを合わせることにより、同期捕捉
処理時間に生じた拡散符号の位相のずれを補正すること
ができ、これによってほぼ1チップ程度の範囲内におい
て相関を検出することができ、極めて短時間に同期を確
立することができる。GPS受信装置10においては、
補正値を例えばCPU26によって算出し、その算出結
果を同期保持部25に供給し、同期保持部25によって
位相を補正した後に、同期捕捉部24による同期捕捉処
理を開始すればよい。
As a result, in the GPS receiving apparatus 10, the synchronization acquisition processing is performed from the time when the synchronization acquisition unit 24 acquires the IF signal into the memory, and the detected phase h of the spread code is supplied to the synchronization holding unit 25. If it takes T seconds to reach, the phase of the spread code detected by the synchronization acquisition unit 24 during this T seconds is shifted by −T × ΔF IF / F RF . Therefore, as shown in FIG. 9, the synchronization holding unit 25 uses the DLL 102 by h + Δh obtained by adding the correction value Δh = −T × ΔF IF / F R F to the phase h of the spread code supplied from the synchronization acquisition unit 24. By adjusting the start timing of the spreading code to be generated, it is possible to correct the phase shift of the spreading code that has occurred during the synchronization acquisition processing time, and it is possible to detect the correlation within the range of about 1 chip. Synchronization can be established in a very short time. In the GPS receiver 10,
For example, the correction value may be calculated by the CPU 26, the calculation result may be supplied to the synchronization holding unit 25, the phase may be corrected by the synchronization holding unit 25, and then the synchronization acquisition process by the synchronization acquisition unit 24 may be started.

【0095】このような拡散符号の位相を補正する手法
において必要となる情報は、同期捕捉部24が検出した
IFキャリア周波数のみであり、GPS受信装置10に
おいては、TCXO12による発振周波数の誤差もドッ
プラシフト量も、情報として不要である。また、GPS
受信装置10においては、IFキャリア周波数に依存せ
ず、FIF=FRO−FLOとなるように局部発振周波
数FLOを設定する場合であっても、ΔFIFの符号を
変更するのみで済む。
The information necessary for such a method of correcting the phase of the spread code is only the IF carrier frequency detected by the synchronization acquisition unit 24. In the GPS receiver 10, the error of the oscillation frequency due to the TCXO 12 is also Doppler. The shift amount is also unnecessary as information. Also, GPS
In the receiving apparatus 10, even if the local oscillation frequency F LO is set so that F IF = F RO −F LO does not depend on the IF carrier frequency, it is only necessary to change the sign of ΔF IF. .

【0096】また、GPS受信装置10は、同期捕捉部
24がIF信号に基づいてGPS衛星からの信号の拡散
符号の位相及びIFキャリア周波数を検出する際に、G
PS衛星からの信号と所定のGPS衛星の拡散符号に対
する相関値の大きさとから信号強度も検出することがで
きる。このとき、GPS受信装置10においては、同期
保持部25によって同期を確立するときに、同期捕捉部
24から供給された拡散符号の位相の近辺に真ではない
相関がある場合、すなわち、特に信号強度が強いGPS
衛星からの信号に対しては同じGPS衛星であっても位
相がずれたところにある部分相関がある場合や、異なる
GPS衛星間でも同様の相関がある場合には、同期保持
部25は、誤って真ではない相関に同期してしまう場合
がある。
In addition, the GPS receiving apparatus 10 detects the G phase when the synchronization acquisition unit 24 detects the phase of the spread code and the IF carrier frequency of the signal from the GPS satellite based on the IF signal.
The signal strength can also be detected from the signal from the PS satellite and the magnitude of the correlation value with respect to the spread code of a predetermined GPS satellite. At this time, in the GPS receiving apparatus 10, when establishing synchronization by the synchronization holding unit 25, when there is an untrue correlation in the vicinity of the phase of the spread code supplied from the synchronization acquisition unit 24, that is, especially the signal strength. Has a strong GPS
If the signals from the satellites have a partial correlation where the phases are out of phase even if they are the same GPS satellite, or if there is a similar correlation between different GPS satellites, the synchronization holding unit 25 makes an error. May be synchronized with a non-true correlation.

【0097】そこで、GPS受信装置10においては、
同期捕捉部24が正確に最大の相関を検出していた場合
には、その拡散符号の位相とIFキャリア周波数とに加
えて、信号強度を示す情報を同期保持部25に供給す
る。これにより、GPS受信装置10においては、同期
保持部25が検出した相関のレベルが同期捕捉部24か
ら供給された信号強度と同等とみなせないほど差がある
場合には、誤相関であるものと判定し、別の位相の探索
に移行することにより、偽の相関に誤同期する確率を下
げることができる。
Therefore, in the GPS receiver 10,
When the synchronization acquisition unit 24 has accurately detected the maximum correlation, the synchronization holding unit 25 is supplied with information indicating the signal strength in addition to the phase of the spread code and the IF carrier frequency. As a result, in the GPS receiving apparatus 10, if the level of the correlation detected by the synchronization holding unit 25 is so different that it cannot be regarded as equivalent to the signal strength supplied from the synchronization acquisition unit 24, it is regarded as a false correlation. By making a determination and moving to another phase search, the probability of false synchronization with false correlation can be reduced.

【0098】GPS受信装置10においては、同期保持
部25のコスタスループ101におけるLPF107,
108及びループフィルタ109、並びにDLL102
におけるLPF117,118,122,123及びル
ープフィルタ126は、帯域を狭くすればS/Nが向上
するので感度が向上するが、応答が遅くなる。そのた
め、GPS受信装置10においては、同期確立とその後
の同期保持とにおいて、当該GPS受信装置10の位置
の急激な変化に対する追従性が悪化する。したがって、
GPS受信装置10においては、受信信号が強い場合に
は追従性を重視し、弱い場合には感度を向上させた方が
よい。同期保持部25は、これらのフィルタの帯域を、
同期捕捉部24から供給された信号強度に応じて、同期
保持動作の初期段階で設定することができる。
In the GPS receiver 10, the LPF 107 in the Costas loop 101 of the synchronization holding unit 25,
108 and loop filter 109, and DLL 102
In the LPFs 117, 118, 122, 123 and the loop filter 126, the sensitivity is improved because the S / N is improved by narrowing the band, but the response becomes slow. Therefore, in the GPS receiving device 10, the followability to a rapid change in the position of the GPS receiving device 10 deteriorates in the synchronization establishment and the subsequent synchronization holding. Therefore,
In the GPS receiver 10, it is better to emphasize followability when the received signal is strong and to improve the sensitivity when the received signal is weak. The synchronization holding unit 25 sets the bands of these filters to
It can be set in the initial stage of the synchronization holding operation according to the signal strength supplied from the synchronization acquisition unit 24.

【0099】なお、GPS受信装置10においては、同
期捕捉部24によって検出したGPS衛星の番号、拡散
符号の位相、IFキャリア周波数、及び信号強度を同期
保持部25に供給する方法としては、データのフォーマ
ット、割り込みの方法等を決めた上で、同期捕捉部24
から同期保持部25に対して直接受け渡す方法がある
が、同期捕捉部24及び同期保持部25をCPU26に
よって制御して各種情報の受け渡しを行うことにより、
上述した拡散符号の位相補正や、以下に示す同期捕捉部
24と同期保持部25との状況に応じた多様な同期手順
を設定しやすくなる。
In the GPS receiving apparatus 10, as a method of supplying the GPS satellite number, the phase of the spread code, the IF carrier frequency, and the signal strength detected by the synchronization acquisition unit 24 to the synchronization holding unit 25, the After determining the format, interrupt method, etc., the synchronization acquisition unit 24
There is a method of directly delivering from the synchronization holding unit 25 to the synchronization holding unit 25, but by controlling the synchronization capturing unit 24 and the synchronization holding unit 25 by the CPU 26 to deliver various information,
It becomes easy to correct the phase of the spread code described above and to set various synchronization procedures according to the situation of the synchronization acquisition unit 24 and the synchronization holding unit 25 described below.

【0100】ところで、GPS衛星から送出された信号
の受信レベルが低い状況の下では、DLL102におい
て受信信号と拡散符号との同期が保持されている一方
で、コスタスループ101においてIFキャリアの同期
が失われてしまう状態が発生することが考えられる。こ
のような状態となった場合であっても、IFキャリアの
同期が失われてしまう直前のIFキャリア周波数をCP
U29がメモリ29などに保持しておくことで、しばら
くの間DLL102における拡散符号の同期保持を継続
することが可能である。しかしながら、IFキャリア周
波数は、GPS受信装置10とGPS衛星との相対位置
が変化することによるドップラ効果の影響により、常に
変化し続けている。このため、IFキャリアの同期保持
が行われないという上述の状況の下では、いずれ拡散符
号の同期保持も失われてしまい、位置の算出が不能にな
ってしまう虞がある。
By the way, under the condition that the reception level of the signal transmitted from the GPS satellite is low, the synchronization of the reception signal and the spread code is maintained in the DLL 102, while the synchronization of the IF carrier is lost in the Costas loop 101. It is conceivable that a state of being broken will occur. Even in such a case, if the IF carrier frequency immediately before the synchronization of the IF carrier is lost is CP
By holding the U29 in the memory 29 or the like, it is possible to continue holding the spread code synchronization in the DLL 102 for a while. However, the IF carrier frequency is constantly changing due to the influence of the Doppler effect due to the change in the relative position between the GPS receiving device 10 and the GPS satellites. Therefore, under the above-described situation in which the IF carrier is not held synchronously, the spread code synchronous holding is eventually lost, and the position calculation may become impossible.

【0101】そこで、GPS受信装置10は、以下のよ
うに動作することによって、受信レベルが低いGPS衛
星が存在する場合であっても、IFキャリア周波数の検
出を継続し、これによって拡散符号の同期保持を継続す
ることが可能とされている。
Therefore, the GPS receiving apparatus 10 operates as follows to continue detecting the IF carrier frequency even if there is a GPS satellite with a low reception level, thereby synchronizing the spread code. It is possible to continue holding.

【0102】GPS受信装置10では、同期保持部25
内の各チャンネル回路91における2乗和算出回路11
2からの出力信号(位相がPとされる拡散符号について
の相関値(P))の信号レベルがCPU29によって監
視されており、この信号レベルが予め設定された値を下
回った場合に、この出力信号に対応したチャンネル回路
91に割り当てられた衛星からの信号強度が所定の強度
を下回ったと判断される。この場合に、GPS受信装置
10においては、信号強度が弱くなった衛星からの信号
に対する同期保持動作について、1つのチャンネル回路
91によって同期保持を行う通常動作から、以下で説明
するように、2つのチャンネル回路91によって同期保
持を行う動作に切り替える。ただし、十分な信号強度が
得られている他の衛星については、各衛星毎に1つのチ
ャンネル回路91を用いて同期保持を行う通常動作を継
続する。
In the GPS receiver 10, the synchronization holding unit 25
Square sum calculation circuit 11 in each channel circuit 91 in
The CPU 29 monitors the signal level of the output signal (correlation value (P) for the spread code whose phase is P) from the signal No. 2 and outputs this signal level when the signal level falls below a preset value. It is determined that the signal strength from the satellite assigned to the channel circuit 91 corresponding to the signal is lower than the predetermined strength. In this case, in the GPS receiving apparatus 10, the synchronization holding operation for the signal from the satellite whose signal strength is weakened is changed from the normal operation of holding the synchronization by one channel circuit 91 to two operations as described below. The channel circuit 91 switches to an operation for holding synchronization. However, for other satellites for which sufficient signal strength is obtained, the normal operation of maintaining synchronization using one channel circuit 91 for each satellite is continued.

【0103】なお、CPU29は、2乗和算出回路11
2からの出力信号の信号レベルを予め設定された所定の
値と直接比較することによって、衛星からの信号強度が
所定の強度を下回ったか否かを判断するとしてもよい
が、この信号レベルが雑音等による影響により大きく変
動することを考慮して、複数回又は所定の時間だけ信号
レベルを検出して積分又は平均し、積分又は平均された
信号レベルに基づいて上述の判断を行うことが望まし
い。
The CPU 29 uses the square sum calculation circuit 11
It may be possible to judge whether or not the signal strength from the satellite is lower than a predetermined strength by directly comparing the signal level of the output signal from 2 with a predetermined value set in advance. It is desirable that the signal level is detected a plurality of times or for a predetermined time, integrated or averaged, and the above-mentioned determination is made based on the integrated or averaged signal level, in consideration of the fact that the signal level greatly varies due to the influence of the above.

【0104】また、GPS受信装置10においては、同
期保持部25で拡散符号の同期が保持されている場合
に、IFキャリアの同期が保持されているか否かに関わ
らず、IFキャリア周波数と受信レベルとの間に図10
に示すような関係が存在している。すなわち、受信レベ
ルは、IFキャリア周波数が受信信号と完全に一意して
いる場合に最大となり、IFキャリア周波数から所定の
周波数(同図中においてはαで示す。)だけずれた周波
数で最小となる。この半値幅αの値は、GPS受信装置
10の回路構成や相関時間に依存するが、チャンネル回
路91が高感度に対応した構成とされている場合には、
25Hz程度である。
Further, in the GPS receiving apparatus 10, when the synchronization of the spread code is held by the synchronization holding unit 25, the IF carrier frequency and the reception level are irrespective of whether the synchronization of the IF carrier is held or not. Fig. 10 between
There is a relationship as shown in. That is, the reception level is maximum when the IF carrier frequency is completely unique to the received signal, and is minimum at a frequency that is deviated from the IF carrier frequency by a predetermined frequency (denoted by α in the figure). . The value of the half width α depends on the circuit configuration of the GPS receiver 10 and the correlation time, but when the channel circuit 91 is configured to support high sensitivity,
It is about 25 Hz.

【0105】以下では、受信信号の強度が弱くなった衛
星に対して2つのチャンネル回路91によって同期保持
を行う場合の動作について、図11に示すフローチャー
トを参照しながら説明する。
In the following, the operation in the case where the two channel circuits 91 hold the synchronism with respect to the satellite whose received signal has weakened will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

【0106】2つのチャンネル回路91によって同期保
持を行う場合の動作が開始されると、CPU29は、図
11に示すステップS60において、同期保持部25の
コントロールレジスタ92を制御することによって、当
該GPS衛星の同期保持用に2つのチャンネル回路91
を確保する。また、ステップS60において、CPU2
9は、本来のIFキャリア周波数であると予想される予
想IFキャリア周波数Fを設定する。この予想キャリア
周波数Fとしては、例えば、同期保持部25が通常動作
しているときに随時メモリ29等に一時記憶されたIF
キャリアの同期が失われる直前のIFキャリア周波数を
設定するとしてもよいし、エフェメリス情報に基づいて
CPU29によって算出されたIFキャリア周波数を設
定するとしてもよい。
When the operation for holding the synchronization by the two channel circuits 91 is started, the CPU 29 controls the control register 92 of the synchronization holding unit 25 in step S60 shown in FIG. Two channel circuits 91 for maintaining synchronization of
Secure. Further, in step S60, the CPU 2
9 sets an expected IF carrier frequency F that is expected to be the original IF carrier frequency. The predicted carrier frequency F is, for example, the IF temporarily stored in the memory 29 or the like when the synchronization holding unit 25 is normally operating.
The IF carrier frequency immediately before the carrier synchronization is lost may be set, or the IF carrier frequency calculated by the CPU 29 based on the ephemeris information may be set.

【0107】次にステップS61において、CPU29
は、ステップS60で確保された2つのチャンネル回路
91のそれぞれに対して、予想IFキャリア周波数Fよ
りも所定の周波数βだけ高い周波数及び低い周波数を設
定する。
Next, in step S61, the CPU 29
Sets a frequency higher and a frequency lower than the expected IF carrier frequency F by a predetermined frequency β for each of the two channel circuits 91 secured in step S60.

【0108】なお、以下の説明においては、予想IFキ
ャリア周波数Fよりも周波数βだけ高い周波数が設定さ
れたチャンネル回路91を第1のチャンネル回路C1と
称し、予想IFキャリア周波数Fよりも周波数βだけ低
い周波数が設定されたチャンネル回路91を第2のチャ
ンネル回路C2と称する。
In the following description, the channel circuit 91 in which the frequency higher than the expected IF carrier frequency F by the frequency β is set is referred to as a first channel circuit C1, and only the frequency β is higher than the expected IF carrier frequency F. The channel circuit 91 in which the low frequency is set is referred to as the second channel circuit C2.

【0109】また、ステップS61において、第1及び
第2のチャンネル回路C1,C2に対して周波数を設定
するに際しては、これら第1及び第2のチャンネル回路
C1,C2をCPU29がコントロールレジスタ92を
介して制御することにより、各々のチャンネル回路のN
CO104に周波数を設定することにより行われる。
Further, in step S61, when setting the frequencies for the first and second channel circuits C1 and C2, the CPU 29 sets the first and second channel circuits C1 and C2 via the control register 92. Control of each channel circuit
This is done by setting the frequency in the CO 104.

【0110】また、周波数βは、IFキャリア周波数の
半値幅αよりも小である値を適宜選択すればよい。ただ
し、周波数βの値が小さすぎるとIFキャリア周波数の
変化に対する感度が高くなりすぎてしまい、周波数βの
値が大きすぎると(半値幅αに近すぎると)十分な受信
レベルを得ることができない。具体的には、例えばIF
キャリア周波数の半値幅αが25Hzである場合に、周
波数βとしては10Hz程度の値を選択することが妥当
である。
As the frequency β, a value smaller than the half-value width α of the IF carrier frequency may be appropriately selected. However, if the value of the frequency β is too small, the sensitivity to changes in the IF carrier frequency becomes too high, and if the value of the frequency β is too large (too close to the half-value width α), a sufficient reception level cannot be obtained. . Specifically, for example, IF
When the half-value width α of the carrier frequency is 25 Hz, it is appropriate to select a value of about 10 Hz as the frequency β.

【0111】次に、ステップS62において、CPU2
9は、第1及び第2のチャンネル回路C1,C2におい
てそれぞれ信号の相関を演算して得られた受信レベルL
1,L2を検出する。この受信レベルは、具体的には、
第1及び第2のチャンネル回路C1,C2における2乗
和算出回路112からの出力信号(位相がPとされる拡
散符号についての相関値(P))である。
Next, in step S62, the CPU 2
Reference numeral 9 is a reception level L obtained by calculating the correlation of signals in the first and second channel circuits C1 and C2.
1 and L2 are detected. This reception level is
It is an output signal (correlation value (P) for a spread code whose phase is P) from the sum of squares calculation circuit 112 in the first and second channel circuits C1 and C2.

【0112】ここで、第1及び第2のチャンネル回路C
1,C2に割り当てられたGPS衛星からの受信信号の
IFキャリア周波数と、予想IFキャリア周波数Fとが
完全に一致している場合には、図12に示すように、ス
テップS62で検出される2つの受信レベルL1,L2
は等しくなる。また、GPS衛星からの受信信号のIF
キャリア周波数が予想IFキャリア周波数Fよりも高い
場合には、図13に示すように、第1のチャンネル回路
C1から得られる受信レベルL1と比較して、第2のチ
ャンネル回路C2から得られる受信レベルL2が低い値
となる。さらに、GPS衛星からの受信信号のIFキャ
リア周波数が予想IFキャリア周波数Fよりも低い場合
には、図14に示すように、第1のチャンネル回路C1
から得られる受信レベルL1と比較して、第2のチャン
ネル回路C2から得られる受信レベルL2が高い値とな
る。
Here, the first and second channel circuits C
When the IF carrier frequency of the received signal from the GPS satellite assigned to C1 and C2 and the expected IF carrier frequency F completely match, as shown in FIG. One reception level L1, L2
Are equal. In addition, the IF of the received signal from the GPS satellite
When the carrier frequency is higher than the expected IF carrier frequency F, as shown in FIG. 13, the reception level obtained from the second channel circuit C2 is compared with the reception level L1 obtained from the first channel circuit C1. L2 becomes a low value. Further, when the IF carrier frequency of the received signal from the GPS satellite is lower than the expected IF carrier frequency F, as shown in FIG. 14, the first channel circuit C1
The reception level L2 obtained from the second channel circuit C2 is higher than the reception level L1 obtained from

【0113】すなわち、GPS受信装置10において
は、これら2つの受信レベルL1,L2の大小を比較す
ることによって、第1及び第2のチャンネル回路C1,
C2にそれぞれ設定したIFキャリア周波数Fに対する
GPS衛星からの受信信号のIFキャリア周波数のずれ
を検出することができることとなる。
That is, the GPS receiving apparatus 10 compares the two reception levels L1 and L2 to determine whether the first and second channel circuits C1 and C1 are the same.
It is possible to detect the deviation of the IF carrier frequency of the received signal from the GPS satellite with respect to the IF carrier frequency F set in C2.

【0114】そこで、CPU29は、図11に示すよう
に、ステップS62において2つの受信レベルL1,L
2を検出した後に、ステップS63及びステップS64
において2つの受信レベルL1,L2の大小を比較す
る。
Therefore, as shown in FIG. 11, the CPU 29 sets the two reception levels L1 and L in step S62.
After detecting 2, step S63 and step S64
In, the magnitudes of the two reception levels L1 and L2 are compared.

【0115】そして、受信レベルL1の方が高い値を示
す場合に、CPU29は、現在の予想IFキャリア周波
数Fよりも所定の値だけ高い周波数を新たに予想IFキ
ャリア周波数Fとする(ステップS65)。そして、こ
の新たな予想IFキャリア周波数Fを用いてステップS
61以降の処理を行う。これにより、図13中において
矢印Aに示すように、予想IFキャリア周波数Fが衛星
からの受信信号におけるIFキャリア周波数に近づくよ
うに修正され、受信レベルL1が減少して受信レベルL
2が増大することとなる。
Then, when the reception level L1 shows a higher value, the CPU 29 newly sets a frequency higher than the current predicted IF carrier frequency F by a predetermined value as the predicted IF carrier frequency F (step S65). . Then, using this new expected IF carrier frequency F, step S
The processing after 61 is performed. As a result, as shown by the arrow A in FIG. 13, the expected IF carrier frequency F is corrected so as to approach the IF carrier frequency in the reception signal from the satellite, and the reception level L1 decreases and the reception level L decreases.
2 will be increased.

【0116】また、受信レベルL1の方が低い値を示す
場合に、CPU29は、現在の予想IFキャリア周波数
Fよりも所定の値だけ低い周波数を新たに予想IFキャ
リア周波数Fとする(ステップS66)。そして、この
新たな予想IFキャリア周波数Fを用いてステップS6
1以降の処理を行う。これにより、図14中において矢
印Bに示すように、予想IFキャリア周波数Fが衛星か
らの受信信号におけるIFキャリア周波数に近づくよう
に修正され、受信レベルL1が増大して受信レベルL2
が減少することとなる。
When the reception level L1 shows a lower value, the CPU 29 newly sets the frequency lower than the current predicted IF carrier frequency F by a predetermined value as the predicted IF carrier frequency F (step S66). . Then, using this new expected IF carrier frequency F, step S6
The processing from 1 onward is performed. As a result, as shown by the arrow B in FIG. 14, the expected IF carrier frequency F is corrected so as to approach the IF carrier frequency in the received signal from the satellite, the reception level L1 increases, and the reception level L2 increases.
Will be reduced.

【0117】なお、ステップS65及びステップS66
において予想IFキャリア周波数に対して新たな周波数
を設定する際の補正量としては、ステップS61におい
て予想IFキャリア周波数に対して加減する周波数βの
2倍を超えない範囲で適宜選択すればよい。ただし、補
正量が大きすぎる場合又は小さすぎる場合には、予想I
Fキャリア周波数と実際のIFキャリア周波数との差が
収束するまでに要する時間が長期化してしまう。補正量
として選択する最適な値は、GPS受信装置10におけ
る回路構成などに依存するが、本例の場合には、例えば
1Hz程度を設定するとすればよい。
Incidentally, steps S65 and S66.
In step S61, the correction amount for setting a new frequency with respect to the expected IF carrier frequency may be appropriately selected within a range not exceeding twice the frequency β that is adjusted with respect to the expected IF carrier frequency. However, if the correction amount is too large or too small, the predicted I
The time required until the difference between the F carrier frequency and the actual IF carrier frequency converges becomes long. The optimum value to be selected as the correction amount depends on the circuit configuration and the like in the GPS receiving apparatus 10, but in the case of this example, for example, about 1 Hz may be set.

【0118】また、受信レベルL1と受信レベルL2と
が略々同等であり、双方の差が所定の範囲内にある場合
には、予想IFキャリア周波数Fが衛星からの受信信号
のIFキャリア周波数に対して略々一致しているものと
して、予想IFキャリア周波数Fに対する補正を行わ
ず、処理をステップS61或いはステップS62に戻し
て上述した一連の処理を繰り返す。
When the reception level L1 and the reception level L2 are substantially equal to each other and the difference between the two is within a predetermined range, the expected IF carrier frequency F becomes the IF carrier frequency of the reception signal from the satellite. On the other hand, assuming that they substantially match, the expected IF carrier frequency F is not corrected, and the process is returned to step S61 or step S62 and the series of processes described above is repeated.

【0119】以上で説明したように、GPS受信装置1
0においては、衛星からの信号強度が、チャンネル回路
91におけるコスタスループ101においてIFキャリ
アの同期保持が困難な程度に弱い場合に、この衛星に対
して2つのチャンネル回路91を設定し、予想IFキャ
リア周波数Fを用いてIFキャリア周波数の検出を継続
することができる。したがって、この状況の下でドップ
ラ効果による影響などによりIFキャリア周波数が変化
した場合であっても、確実にIFキャリア周波数を検出
することができ、DLL102における拡散符号の同期
保持を継続することができる。
As described above, the GPS receiver 1
At 0, if the signal strength from the satellite is weak enough that it is difficult for the Costas loop 101 in the channel circuit 91 to keep the IF carrier synchronized, two channel circuits 91 are set for this satellite and the expected IF carrier is set. The frequency F can be used to continue to detect the IF carrier frequency. Therefore, even if the IF carrier frequency changes due to the influence of the Doppler effect or the like under this situation, the IF carrier frequency can be reliably detected, and the synchronization holding of the spreading code in the DLL 102 can be continued. .

【0120】したがって、GPS受信装置10は、位置
算出に用いることが可能な衛星の数に余裕がない状態、
例えば最低限必要となる4つの衛星からの信号のみ受信
した状態で、これらの衛星からの受信信号の強度が低下
した場合などであっても、確実に位置の算出を行うこと
が可能となる。したがって、位置算出を行うことが可能
な場所を拡大することができる。
Therefore, the GPS receiver 10 is in a state where there is no margin in the number of satellites that can be used for position calculation,
For example, it is possible to reliably calculate the position even when the intensity of the received signals from these satellites is reduced in the state where only the signals from the minimum required four satellites are received. Therefore, it is possible to expand the place where position calculation can be performed.

【0121】なお、GPS受信装置10においては、図
11に示した一連の処理を行う間に、衛星からの信号の
強度がコスタスループ101でキャリアの同期保持を行
うに十分な強度に達した場合には、2つのチャンネル回
路91を用いてIFキャリア周波数を検出する動作を中
止して、この衛星についての同期保持を再び通常動作に
切り替えるとすればよい。このとき、それ以前までにI
Fキャリア周波数の検出が継続されていることから、通
常動作に切り替えた直後にキャリアの同期を捕捉するま
でに要する時間を大幅に短縮することができる。
In the GPS receiver 10, when the intensity of the signal from the satellite reaches a sufficient intensity for maintaining carrier synchronization in the Costas loop 101 during the series of processing shown in FIG. In this case, the operation of detecting the IF carrier frequency using the two channel circuits 91 may be stopped, and the synchronization holding for this satellite may be switched to the normal operation again. By this time, I
Since the detection of the F carrier frequency is continued, the time required to capture the carrier synchronization immediately after switching to the normal operation can be significantly reduced.

【0122】また、図11に示す一連の処理において
は、ステップS62においてCPU29が検出した受信
レベルL1,L2を直接比較することにより、予想IF
キャリア周波数Fを修正するとしてもよいが、実際に
は、雑音等による影響により、受信レベルL1,L2が
瞬間的に大きく変動することを考慮して、第1及び第2
のチャンネル回路C1,C2から出力される受信レベル
L1,L2を複数回検出した結果をそれぞれ積分又は平
均し、積分又は平均された受信レベルに基づいて予想I
Fキャリア周波数Fを修正することが望ましい。
In the series of processing shown in FIG. 11, the predicted IF is calculated by directly comparing the reception levels L1 and L2 detected by the CPU 29 in step S62.
The carrier frequency F may be corrected, but in practice, the first and second reception levels are considered in consideration of the fact that the reception levels L1 and L2 greatly change instantaneously due to the influence of noise or the like.
Of the reception levels L1 and L2 output from the channel circuits C1 and C2 are integrated or averaged, and a prediction I based on the integrated or averaged reception levels is calculated.
It is desirable to modify the F carrier frequency F.

【0123】また、上述の説明においては、CPU29
が同期保持部25を制御することによって図11に示す
一連の処理を行う場合について想定しているが、このC
PU29による制御動作は、例えばメモリ29に記憶さ
れたソフトウェアプログラムに記述された処理手順に従
ってCPU29が動作することにより実現される。ただ
し、GPS受信装置10においては、上述したCPU2
9による制御動作に相当する処理が、各種デジタル回路
或いはアナログ回路等によってハードウェア的手法によ
り実現されていてもよい。
In the above description, the CPU 29
Is assumed to perform the series of processing shown in FIG. 11 by controlling the synchronization holding unit 25.
The control operation by the PU 29 is realized by the CPU 29 operating in accordance with the processing procedure described in the software program stored in the memory 29, for example. However, in the GPS receiver 10, the CPU 2 described above is used.
The processing corresponding to the control operation by 9 may be realized by a hardware method by various digital circuits or analog circuits.

【0124】このように、本発明は、その趣旨を逸脱し
ない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもな
い。
As described above, it goes without saying that the present invention can be appropriately modified without departing from the spirit thereof.

【0125】[0125]

【発明の効果】本発明によれば、受信信号の強度が低下
した衛星に対して同期手段における2つのチャンネルを
割り当てることができる。そして、これら2つのチャン
ネルによって、当該衛星からの信号における本来のキャ
リア周波数よりも所定の値だけ高い周波数及び低い周波
数をそれぞれ同期保持し、これら2つのチャンネルから
それぞれ出力される信号レベルの差を常に最小とするよ
うに制御する。このため、受信信号の強度が低下した衛
星が存在する場合であっても、この衛星に対応した中間
周波数信号におけるキャリア周波数の検出を継続するこ
とができ、これにより拡散符号の同期保持を継続するこ
とができる。
According to the present invention, it is possible to assign two channels in the synchronizing means to a satellite whose received signal strength has decreased. Then, these two channels keep the frequency higher and lower than the original carrier frequency of the signal from the satellite by a predetermined value, respectively, and keep the difference between the signal levels respectively output from these two channels. Control to minimize. For this reason, even if there is a satellite in which the strength of the received signal has decreased, it is possible to continue detection of the carrier frequency in the intermediate frequency signal corresponding to this satellite, and thereby maintain the spread code synchronization. be able to.

【0126】したがって、本発明によれば、位置算出に
用いる衛星からの受信信号の強度が低下した場合であっ
ても、位置の算出を継続して行うことができる。このた
め、位置算出に用いることが可能な衛星の数に余裕がな
い状態、例えば最低限必要となる4つの衛星からの信号
のみ受信した状態で、これらの衛星からの受信信号の強
度が低下した場合などであっても、確実に位置の算出を
行うことが可能となる。したがって、位置算出を行うこ
とが可能な場所を拡大することができる。
Therefore, according to the present invention, the position can be continuously calculated even if the intensity of the received signal from the satellite used for the position calculation is lowered. For this reason, the strength of the received signals from these satellites decreased when the number of satellites that could be used for position calculation was not sufficient, for example, when only the minimum required signals from four satellites were received. Even in such cases, it is possible to reliably calculate the position. Therefore, it is possible to expand the place where position calculation can be performed.

【0127】また、中間周波数信号におけるキャリアの
同期が困難な状況においても、この中間周波数信号にお
けるキャリア周波数の検出を継続することができること
から、強度が低下した受信信号が再び十分な強度に達し
た場合に、キャリアの同期捕捉までに要する時間を短縮
することができる。
Further, even in a situation where it is difficult to synchronize the carrier in the intermediate frequency signal, the carrier frequency in the intermediate frequency signal can be continuously detected, so that the received signal whose strength has decreased reaches a sufficient strength again. In this case, the time required for carrier synchronization acquisition can be shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態として示すGPS受信装置
の構成を説明するブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a GPS receiving device shown as an embodiment of the present invention.

【図2】同GPS受信装置が備える同期捕捉部として適
用することができるトランスバーサルフィルタによるマ
ッチドフィルタの構成を説明するブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a matched filter including a transversal filter that can be applied as a synchronization acquisition unit included in the GPS receiving device.

【図3】同GPS受信装置が備える同期捕捉部として適
用することができるFFTを利用したディジタルマッチ
ドフィルタの構成を説明するブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a digital matched filter using an FFT that can be applied as a synchronization acquisition unit included in the GPS receiving device.

【図4】同GPS受信装置が備える同期捕捉部として図
3に示すディジタルマッチドフィルタを適用した場合に
おける実際の実装例を説明するブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram illustrating an actual implementation example when the digital matched filter shown in FIG. 3 is applied as a synchronization acquisition unit included in the GPS receiving device.

【図5】同GPS受信装置が備える同期保持部の構成を
説明するブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a synchronization holding unit included in the GPS receiving device.

【図6】同GPS受信装置が備える同期保持部が有する
チャンネル回路の構成を説明するブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of a channel circuit included in a synchronization holding unit included in the GPS receiving device.

【図7】同GPS受信装置が備える拡散符号発生器(P
NG)により出力される拡散符号の一例を示す模式図で
ある。
FIG. 7 is a spread code generator (P
It is a schematic diagram which shows an example of the spreading code output by NG).

【図8】同GPS受信装置が備える同期保持部における
拡散符号の位相合わせについて説明するための図であ
る。
FIG. 8 is a diagram for explaining phase matching of spreading codes in a synchronization holding unit included in the GPS receiving device.

【図9】同GPS受信装置が備える同期保持部における
拡散符号の位相補正について説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining phase correction of a spread code in a synchronization holding unit included in the GPS receiving device.

【図10】同GPS受信装置において、衛星からの受信
信号のIFキャリア周波数と、チャンネル回路における
受信レベルとの関係を示す模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a relationship between an IF carrier frequency of a reception signal from a satellite and a reception level in a channel circuit in the GPS receiving device.

【図11】同GPS受信装置において、信号強度が低下
した衛星について2つのチャンネル回路を割り当ててI
Fキャリア周波数の検出を行う場合の一連の処理を説明
するフローチャートである。
FIG. 11: In the GPS receiver, two channel circuits are assigned to satellites whose signal strength has decreased and I
It is a flow chart explaining a series of processings when detecting an F carrier frequency.

【図12】同GPS受信装置において、予想IFキャリ
ア周波数と、実際のIFキャリア周波数とが一致してい
る場合に検出される2つのチャンネル回路における受信
レベルL1,L2について説明するための模式図であ
る。
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining reception levels L1 and L2 in two channel circuits detected when the expected IF carrier frequency and the actual IF carrier frequency match in the GPS receiving device. is there.

【図13】同GPS受信装置において、実際のIFキャ
リア周波数が予想IFキャリア周波数よりも高い場合に
検出される2つのチャンネル回路における受信レベルL
1,L2について説明するための模式図である。
FIG. 13 is a reception level L of two channel circuits detected in the GPS receiver when the actual IF carrier frequency is higher than the expected IF carrier frequency.
It is a schematic diagram for demonstrating 1 and L2.

【図14】同GPS受信装置において、実際のIFキャ
リア周波数が予想IFキャリア周波数よりも低い場合に
検出される2つのチャンネル回路における受信レベルL
1,L2について説明するための模式図である。
FIG. 14 is a reception level L in two channel circuits detected when the actual IF carrier frequency is lower than the expected IF carrier frequency in the GPS receiving device.
It is a schematic diagram for demonstrating 1 and L2.

【図15】GPS衛星からの信号の構成を説明する図で
ある。
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of a signal from a GPS satellite.

【図16】従来の拡散符号及びキャリアの同期処理を説
明するための図であって、周波数サーチを説明するため
の図である。
FIG. 16 is a diagram for explaining a conventional spreading code and carrier synchronization process, and is a diagram for explaining a frequency search.

【図17】ディジタルマッチドフィルタを用いて検出し
た相関値の時間変化を示す出力波形の例を説明する図で
ある。
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of an output waveform showing a temporal change of a correlation value detected by using a digital matched filter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 GPS受信装置、11 XO、12 TCXO、
13 逓倍/分周器、14 アンテナ、15 LNA、
17,20 増幅器、16 BPF、18 周波数シン
セサイザ、19 ミキサ、68,103,105,10
6,113,114,115,116,120,121
乗算器、21,107,108,117,118,1
22,123 LPF、22 A/D、23 周波数変
換部、24 同期捕捉部、25 同期保持部、26 C
PU、27 RTC、28 タイマ、29,62,6
4,67 メモリ、30 復調回路、50 マッチドフ
ィルタ、60 ディジタルマッチドフィルタ、61,8
1 サンプラ、63,66FFT処理部、65,128
拡散符号発生器、69 IFFT処理部、70ピーク
検出器70、82 RAM、83 RAM/ROM、8
4 DSP、91,91,91,・・・,91
チャンネル回路、92 コントロール・レジスタ、10
1 コスタスループ、102 DLL、104,127
NCO、109,126 ループフィルタ、110,
125 位相検出器、111 2値化回路、112,1
19,124 2乗和算出回路
10 GPS receiver, 11 XO, 12 TCXO,
13 multiplier / divider, 14 antenna, 15 LNA,
17, 20 amplifier, 16 BPF, 18 frequency synthesizer, 19 mixer, 68, 103, 105, 10
6,113,114,115,116,120,121
Multipliers 21, 107, 108, 117, 118, 1
22, 123 LPF, 22 A / D, 23 frequency conversion unit, 24 synchronization acquisition unit, 25 synchronization holding unit, 26 C
PU, 27 RTC, 28 timer, 29, 62, 6
4,67 memory, 30 demodulation circuit, 50 matched filter, 60 digital matched filter, 61,8
1 sampler, 63, 66 FFT processing unit, 65, 128
Spread code generator, 69 IFFT processing unit, 70 peak detector 70, 82 RAM, 83 RAM / ROM, 8
4 DSP, 91, 91 1 , 91 2 , ..., 91 N
Channel circuit, 92 control register, 10
1 Costas Loop, 102 DLL, 104, 127
NCO, 109, 126 loop filter, 110,
125 phase detector, 111 binarization circuit, 112, 1
19,124 Square sum calculation circuit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 全地球測位システムを構成する複数の衛
星から送出された信号を受信して自己の位置を算出する
受信装置であって、 上記衛星から送出された信号を受信する受信手段と、 上記受信手段によって受信した受信信号の周波数を所定
の中間周波数に変換する周波数変換手段と、 上記周波数変換手段によって得られた中間周波数信号に
おける拡散符号の位相及びキャリア周波数を、上記衛星
に対応してそれぞれ独立に設けられた複数のチャンネル
に割り当てて設定し、上記拡散符号とキャリアとの同期
保持を行うとともに、上記中間周波数信号に含まれるメ
ッセージの復調を行う同期手段と、 上記衛星からの信号強度が所定の強度を下回った場合
に、上記同期手段において2つのチャンネルを当該衛星
からの信号の同期保持用に確保して、これら2つのチャ
ンネルに対して本来のキャリア周波数よりも所定の値だ
け高い周波数及び低い周波数をそれぞれ初期値として設
定し、これら2つのチャンネルからそれぞれ出力される
信号レベルの差を低減する周波数を、これら2つのチャ
ンネルに対して新たに設定することによって、当該衛星
に対応したキャリアの同期保持を行うように上記同期手
段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする
受信装置。
1. A receiving device for receiving the signals transmitted from a plurality of satellites constituting the global positioning system to calculate its own position, and a receiving means for receiving the signals transmitted from the satellites. The frequency conversion means for converting the frequency of the reception signal received by the reception means into a predetermined intermediate frequency, and the phase and carrier frequency of the spread code in the intermediate frequency signal obtained by the frequency conversion means are set in correspondence with the satellite. It is set by assigning to each of a plurality of channels provided independently of each other, the synchronization of the spreading code and the carrier is maintained, and the synchronizing means for demodulating the message included in the intermediate frequency signal, and the signal strength from the satellite If the signal intensity falls below a predetermined level, the synchronization means secures two channels to keep the signals from the satellite in sync. Then, a frequency higher and a frequency lower than the original carrier frequency by a predetermined value are set as initial values for these two channels, and a frequency for reducing the difference between the signal levels output from these two channels is set. And a control means for controlling the synchronizing means so as to hold synchronization of the carrier corresponding to the satellite by newly setting these two channels.
【請求項2】 上記制御手段は、上記2つのチャンネル
から出力される信号レベルについて複数回検出した結果
をそれぞれ積分又は平均し、積分又は平均された各信号
レベルの差を低減する周波数を、これら2つのチャンネ
ルに対して新たに設定することを特徴とする請求項1記
載の受信装置。
2. The control means respectively integrates or averages the results of detection of the signal levels output from the two channels a plurality of times, and determines the frequencies for reducing the difference between the integrated or averaged signal levels. The receiving apparatus according to claim 1, wherein the two channels are newly set.
【請求項3】 上記同期手段は、 上記周波数変換手段によって得られた中間周波数信号に
おける拡散符号の位相を検出する同期捕捉と上記中間周
波数信号におけるキャリア周波数の検出とを行う同期捕
捉手段と、 上記同期捕捉手段によって検出された上記拡散符号の位
相及び上記キャリア周波数を、上記衛星に対応してそれ
ぞれ独立に設けられた複数のチャンネルに割り当てて設
定し、設定した上記拡散符号の位相及びキャリア周波数
を初期値として、上記拡散符号とキャリアとの同期保持
を行うとともに、上記中間周波数信号に含まれるメッセ
ージの復調を行う同期保持手段とを備えていることを特
徴とする請求項1記載の受信装置。
3. The synchronization means includes a synchronization acquisition means for detecting a phase of a spread code in the intermediate frequency signal obtained by the frequency conversion means, and a synchronization acquisition means for detecting a carrier frequency in the intermediate frequency signal, The phase of the spreading code and the carrier frequency detected by the synchronization acquisition means are assigned and set to a plurality of channels provided independently corresponding to the satellites, and the set phase and carrier frequency of the spreading code are set. The receiving apparatus according to claim 1, further comprising: a synchronization holding unit that holds the spreading code and the carrier as an initial value and demodulates a message included in the intermediate frequency signal.
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