JP2004271322A - 搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成方法及びそのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】搬送波の１波長の単位で計測できるような測位信号を構成する。
【解決手段】１パルスが搬送波の周波数の一周期に対応するクロックを生成し、搬送波を生成し、クロックの第１分周数のパルスを単位として駆動されるテレメトリ信号を生成し、第１分周数の約数である第２分周数のパルスを単位として駆動される第１の擬似雑音符号を生成し、テレメトリ信号と第１の擬似雑音符号とをチップ単位で論理演算し、クロックの１パルスを単位として駆動される擬似雑音符号である第２の測位符号を生成し、第１の測位符号と第２の測位符号とをチップ単位で論理演算して搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号を生成し、及び搬送波を搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号で変調して搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成する。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航行衛星の測位信号の生成方法に関し、より詳しくは、少なくとも４個の人工衛星を使用して、人工衛星内部で生成した測位信号を地表面に向かって放射させ、地表面付近で前記測位信号を受信させて、処理することによって測位を行わせる航行衛星システムに用いられる搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号の生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在最も普及している航行衛星システムは米国のＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）である。類似の設計思想に基づいた航行衛星システムとしてロシアのＧＬＯＮＡＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）が存在するが、完成度が低いので、ＧＰＳが実用化されているものの総てを代表すると言える。ＧＰＳは軌道半径２６，５６１ｋｍ、軌道傾斜角５５度、６種類の軌道面に標準として２４個の人工衛星が投入され、全地球域にわたり測位のサービスを提供している。ＧＰＳは非特許文献１に詳細が記述されている。
【０００３】
【非特許文献１】
ブラッドフォード・Ｗ・パーキンソン他（Ｂｒａｄｆｏｒｄ Ｗ． Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ， ｅｔ ａｌ．）著，「グローバル・ポジショニング・システム：セオリー・アンド・アプリケーションズ 第Ｉ巻及び第ＩＩ巻（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ： Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｖｏｌｕｍｅ Ｉ＆ＩＩ）， アメリカン・インスティテュート・オブ・エアロノーティクス・アンド・アストロノーティクス・インコーポレイテッド（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ， Ｉｎｃ．）、ワシントンＤＣ，米国（Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ ＤＣ， ＵＳＡ）
最近のＧＰＳの動向は非特許文献２、３に示されている。ＧＰＳが年代と共に変化する型式とその開発、運用の時系列は非特許文献３に最新版が示されている。ある年代の型式をブロックと定義していて、現在はブロックＩＩＲの打ち上げが完了して、ブロックＩＩＦの時代に入り、将来的にはＧＰＳ ＩＩＩが登場する計画が示されている。ユーザの立場で見たシステムの改善は民生用、軍用共に新しい信号が増えることである。システムの内部ではＵＨＦ帯の衛星間通信回線が付加される。新しい信号が増えることで、民生用、軍用共に利便性が増大する。また、ブロックＩＩＦ以前に無かったＵＨＦ帯の衛星間通信回線が付加されることで、それ以前のシステムでは実現できなかった性能の向上が図られている。
【非特許文献２】
Ｓ．Ｃ．フィッシャー他（Ｓ． Ｃ． Ｆｉｓｈｅｒ， ｅｔ ａｌ．）著，「ＧＰＳ ＩＩＦ−ザ・ネキスト・ジェネレーション（ＧＰＳ ＩＩＦ ＴｈｅＮｅｘｔ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）」，ｐ．２４−４７，プロシーディングス・オブ・ザ・ＩＥＥＥ，第８７巻、第１号、１９９９年１月（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ， Ｖｏｌ．８７， Ｎｏ．１， Ｊａｎ． １９９９）
【非特許文献３】
Ｊ．Ｅ．クラーク（Ｊ． Ｅ． Ｃｌａｒｋ）著，「ＧＰＳ モダーナイゼーション（ＧＰＳ Ｍｏｄｅｒｎｉｚａｔｉｏｎ），ｐ．２７７３−２８０３， ＩＯＮ ＧＰＳ ２００１，２００１年９月（Ｓｅｐｔ．２００１），ソルトレーク・シティ（Ｓａｌｔ Ｌａｋｅ Ｃｉｔｙ），ユタ州，米国（ＵＴ， ＵＳＡ）
ＧＰＳ全体の基本になる構成要素は非特許文献１の第Ｉ巻の１１ページ 「イントロダクション・アンド・ヘリテージ・オブ・ナブスター（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｈｅｒｉｔａｇｅ ｏｆ ＮＡＶＳＴＡＲ）」 に示されている。非特許文献１では、ＧＰＳ群１２０を宇宙部分（Ｓｐａｃｅ Ｓｅｇｍｅｎｔ）と定義し、管制局１２３、モニター局１２４、１２５、１２６、１２７を管理部分（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｅｇｍｅｎｔ）と定義している。図８は、ＧＰＳの全体の構成を説明する図である。
【０００４】
ＧＰＳ衛星１２１はＣｏｌｏｒａｄｏ Ｓｐｒｉｎｇｓ管制局１２３によって時刻が管理された原子時計を搭載して、前記原子時計を原振として生成した測位信号と、Ｃｏｌｏｒａｄｏ Ｓｐｒｉｎｇｓ局１２３から送られてきた衛星の位置、状態などに関するテレメトリ信号を搬送波に変調して地球域に送信する。観測者は少なくとも４個のＧＰＳ衛星１２１からの信号を受信して自分の位置を検出する。
【０００５】
ＧＰＳ衛星１２１から送信される測位信号は以下の通りである（ＧＰＳの信号構成については非特許文献１の７２ページを参照する。）。図７は、測位信号の基本構成を説明する図である。Ｃ／Ａ符号１４０は、搬送波に変調された測位信号を示す。搬送波周波数は１２２７．６ＭＨｚまたは１５７５．４２ＭＨｚで、これに１．０２３ＭｂｐｓのチップレートのＰＮ符号が位相変調されて、測位信号が構成される。Ｃ／Ａ符号の構成ではＰＮ符号のビットの０または１に応じて、搬送波がπ相または０相となるような２値の位相変調がなされる様子を示している。Ｃ／Ａ符号１ビット１４１はπ相の測位符号の１例を示す。
【０００６】
Ｐ符号１４５の搬送波は、Ｃ／Ａ符号の搬送波と同じである。それに変調されるＰＮ符号は１０．２３Ｍｂｐｓのチップレートであり、Ｃ／Ａ符号の１０倍の細かさである。Ｃ／Ａ符号の１チップの中にＰ符号は１０チップある。図７において、Ｐ符号１４５の最初の１ビットは、論理値が１すなわち位相がπ相の場合の例を示している。その後に連続するチップは、０、０、π、０、π、０、π、π、０の各相の順序で並んでいる。
【０００７】
ＧＰＳの宇宙部分、管理部分は、測位信号をユーザに送信することによって測位サービスを提供している。このようにシステム全体を使用して行う測位を単独測位方式と言う。この単独測位を核として、単独測位では達成できなかった精度の向上や、信頼性の向上を図るため、補完システムや、相対測位が構築され、さらに拡充されている。
【０００８】
相対測位では、観測地点の付近に地上での絶対位置が判明している基準点を置く。基準点と観測点の両地点で航行衛星からの測位信号を受信して、受信信号を比較して、信号の位相差より両地点間の距離を算出する。この場合の測位信号には搬送波の位相も使用できるので、基準点と計測点間の計測精度は、１０ｋｍ程度の測定距離に対して誤差が１ｃｍ程度の高精度な測位が可能である。
【０００９】
ＧＰＳを航空管制に使用した場合は、飛行期間の全般にわたって瞬時、瞬時のシステムの信頼性が課題であり、さらに離着陸段階では信頼性と共に位置精度の向上が課題である。また、測量、地球観測のような静的な利用ではミリメートル単位での位置精度の検出が課題である。この課題を解決するため、ＧＰＳ補完システムが提案され、構築されている。非特許文献１、Ｖｏｌｕｍｅ ＩＩに広域に適応されるＷｉｄｅ Ａｒｅａ Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ（ＷＡＡＳ）、や狭域に適応されるＬｏｃａｌ Ａｒｅａ Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ（ＬＡＡＳ）が記述されている。ＷＡＡＳは広域のＧＰＳ補完システムの一般名称であるが、米国のＧＰＳ広域補完システムは固有名詞として使われている。日本の等価システムはＭＳＡＳ、欧州のシステムはＥＧＮＯＳである。ＬＡＡＳは地球観測、測量、空港の近辺で精密測位を必要とする所に構築されている。以上のＧＰＳ補完システムはＧＰＳを核として、ＧＰＳを補完したシステム構成であるが、他にＧＰＳを全く客観的な観測対象として測位精度の向上を目指したＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧＰＳ Ｓｅｒｖｉｃｅ（ＩＧＳ）システムが存在する。
【００１０】
測位の精度の向上は各種ユーザに応じて色々な工夫がなされてきた。単独測位を補完して、伝搬媒体の補正情報広報、基準局の設定等のＷＡＡＳ、ＬＡＡＳ、さらに世界に広く観測局を置いてより正確な衛星情報の提供を図るＩＧＳの動向がある。いずれの場合も単独測位が基本になって、それに補完要素を付け加えて精度の向上を目指している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ＧＰＳ単独のＣ／Ａ符号を用いた誤差は非特許文献１の４８１ページに約１０ｍであると記載されている。このデータは理論的に算出された値である。一方、実測値に基づく誤差は３シグマ内１００ｍで、多くの誤差は５０ｍ以内に存在している。非特許文献１のデータの前提は単一の擬似距離計測に含まれる衛星、伝搬媒質、受信機などの誤差要素を基に算出しているが、後者はこれらの誤差要素の他に、観測者が測位している時の星座で決まるＧＤＯＰ（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）の値が係数として入っていて、実測値を示している。通常１より大きく、６以下の値であるＧＤＯＰは前者の誤差に掛け算で係り、後者の値を得る。即ち、後者が現実に得られる単独測位の精度である。測位信号が測位精度に及ぼす影響は測位符号の周波数に依存する。ＧＰＳのＣ／Ａ符号の１．０２３Ｍｂｐｓ、Ｐ符号の１０．２３Ｍｂｐｓがそれに該当する周波数である。この周波数と前記の誤差と直接関わり、現在の測位符号は前記のシステム内部の誤差要素と同じ程度の精度が得られる値に選択されている。これに対して、航行衛星システムの精度の向上を図るためにはその核となる単独測位の精度の向上を達成することが基本的に必要である。本発明では航行衛星システム内部の誤差要素が現在より改善されるようになった時、それに見合う航行衛星システムの核となる単独測位システムに用いられる精度の改善が図られる測位信号を構築することが課題である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題の解決は、以下の特徴を有する本発明によって達成される。請求項１に記載の発明は、１パルスが搬送波の周波数の一周期に対応するクロックを生成するステップと、当該クロックに対応する周波数の搬送波を生成するステップと、当該クロックの第１分周数のパルスをビット単位として駆動される少なくとも時刻情報を含む二値デジタル信号であるテレメトリ信号を生成するステップと、当該クロックの、当該第１分周数より小さい数であって当該第１分周数の約数である第２分周数のパルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第１の擬似雑音符号を生成するステップと、当該テレメトリ信号と当該第１の擬似雑音符号とを当該第１の擬似雑音符号の１チップ単位で論理演算することによって第１の測位符号を生成するステップと、当該クロックの１パルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第２の測位符号を生成するステップと、当該第１の測位符号と当該第２の測位符号とを当該第２の測位符号の１チップ単位で論理演算をすることによって搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号を生成するステップと、当該搬送波を当該搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号で変調することによって搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成するステップと、を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の特徴に加えて、当該搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成する当該ステップは、当該搬送波を当該搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号でＢＰＳＫ変調することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、１パルスが搬送波の周波数の一周期に対応するクロックを生成するステップと、当該クロックに対応する周波数の搬送波を生成するステップと、当該クロックの第１分周数のパルスをビット単位として駆動される少なくとも時刻情報を含む二値デジタル信号であるテレメトリ信号を生成するステップと、当該クロックの、当該第１分周数より小さい数であって当該第１分周数の約数である第２分周数のパルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第１の擬似雑音符号を生成するステップと、当該テレメトリ信号と当該第１の擬似雑音符号とを当該第１の擬似雑音符号の１チップ単位で論理演算することによって第１の測位符号を生成するステップと、当該クロックの１パルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第２の測位符号を生成するステップと、当該搬送波を当該第１の測位符号と当該第２の測位符号との組み合わせでＱＰＳＫ変調することによって搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成するステップと、を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、１パルスが搬送波の周波数の一周期に対応するクロックを生成するステップと、当該クロックに対応する周波数の搬送波を生成するステップと、当該クロックの第１分周数のパルスをビット単位として駆動される少なくとも時刻情報を含む二値デジタル信号であるテレメトリ信号を生成するステップと、当該クロックの、当該第１分周数より小さい複数であって当該第１分周数の約数である第２分周数のパルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第１の擬似雑音符号を生成するステップと、当該テレメトリ信号と当該第１の擬似雑音符号とを当該第１の擬似雑音符号の１チップ単位で論理演算することによって第１の測位符号を生成するステップと、当該クロックの１パルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第２の測位符号を生成するステップと、当該搬送波を当該第２の測位符号で変調するステップと、当該搬送波で変調された当該第２の測位信号を当該第１の測位符号で変調することによって搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成するステップと、を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明の特徴に加えて、当該搬送波を当該第２の測位符号で変調する当該ステップは、当該搬送波を当該搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号でＢＰＳＫ変調し、及び当該搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成する当該ステップは、当該搬送波で変調された当該第２の測位信号を当該第１の測位符号でＢＰＳＫ変調することを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明の特徴に加えて、当該擬似雑音符号は、ＰＮ符号であることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の発明の特徴に加えて、当該論理演算は、モデューロ２演算であることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の発明の発明は、請求項７に記載の発明の特徴に加えて、当該モデューロ２演算は、排他的論理和であることを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の発明の特徴に加えて、当該第２の測位符号の符号の１周期の長さは、当該第１の測位符号の１チップの長さの１／２倍以上かつ１倍以下であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載の発明の特徴は、請求項１から９のいずれか１項に記載の発明の特徴に加えて、当該第１の測位符号の特定の１チップの開始時と当該第２の測位符号の特定の１周期の開始時とが一致しており、かつ、当該第１の測位符号の所定の複数のチップ区間が経過した直後に当該第２の測位符号の新たな符号の１周期が開始されるように、当該第２の測位符号の生成シーケンスをリセットすることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に記載の発明の特徴は、１パルスが搬送波の周波数の一周期に対応するクロックを生成するクロック生成手段と、当該クロックに対応する周波数の搬送波を生成する搬送波生成手段と、当該クロックの第１分周数のパルスをビット単位として駆動される少なくとも時刻情報を含む二値デジタル信号であるテレメトリ信号を生成するテレメトリ信号生成手段と、当該クロックの、当該第１分周数より小さい数であって当該第１分周数の約数である第２分周数のパルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第１の擬似雑音符号を生成する第１の擬似雑音符号生成手段と、当該テレメトリ信号と当該第１の擬似雑音符号とを当該第１の擬似雑音符号の１チップ単位で論理演算することによって第１の測位符号を生成する第１の測位符号生成手段と、当該クロックの１パルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第２の測位符号を生成する第２の測位符号生成手段と、当該第１の測位符号と当該第２の測位符号とを当該第２の測位符号の１チップ単位で論理演算をすることによって搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号を生成する搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号生成手段と、当該搬送波を当該搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号で変調することによって搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成する搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成手段と、することを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明の特徴に加えて、当該搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成する当該搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成手段は、当該搬送波を当該搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号でＢＰＳＫ変調することを特徴とする。
【００２４】
請求項１３に記載の発明は、１パルスが搬送波の周波数の一周期に対応するクロックを生成するクロック生成手段と、当該クロックに対応する周波数の搬送波を生成する搬送波生成手段と、当該クロックの第１分周数のパルスをビット単位として駆動される少なくとも時刻情報を含む二値デジタル信号であるテレメトリ信号を生成するステップと、当該クロックの、当該第１分周数より小さい数であって当該第１分周数の約数である第２分周数のパルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第１の擬似雑音符号を生成する第１の擬似雑音符号生成手段と、当該テレメトリ信号と当該第１の擬似雑音符号とを当該第１の擬似雑音符号の１チップ単位で論理演算することによって第１の測位符号を生成する第１の測位符号生成手段と、当該クロックの１パルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第２の測位符号を生成する第２の測位符号生成手段と、当該搬送波を当該第１の測位符号と当該第２の測位符号との組み合わせでＱＰＳＫ変調することによって搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成する搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成手段と、を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項１４に記載の発明は、１パルスが搬送波の周波数の一周期に対応するクロックを生成するクロック生成手段と、当該クロックに対応する周波数の搬送波を生成する搬送波生成手段と、当該クロックの第１分周数のパルスをビット単位として駆動される少なくとも時刻情報を含む二値デジタル信号であるテレメトリ信号を生成するテレメトリ信号生成手段と、当該クロックの、当該第１分周数より小さい複数であって当該第１分周数の約数である第２分周数のパルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第１の擬似雑音符号を生成する第１の擬似雑音符号生成手段と、当該テレメトリ信号と当該第１の擬似雑音符号とを当該第１の擬似雑音符号の１チップ単位で論理演算することによって第１の測位符号を生成する第１の測位符号生成手段と、当該クロックの１パルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第２の測位符号を生成する第２の測位符号生成手段と、当該搬送波を当該第２の測位符号で変調する変調手段と、当該搬送波で変調された当該第２の測位信号を当該第１の測位符号で変調することによって搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成する搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成手段と、を有することを特徴とする。
【００２６】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の発明の特徴に加え、当該搬送波を当該第２の測位符号で変調する当該変調手段は、当該搬送波を当該搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号でＢＰＳＫ変調し、及び当該搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成する当該搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成手段は、当該搬送波で変調された当該第２の測位信号を当該第１の測位符号でＢＰＳＫ変調することを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
航行衛星から送信される測位信号は、搬送波の特性と深く関わっている。ＧＰＳの搬送波は１．５７５４２ＧＨｚのＬ_１と、１．２２７６ＧＨｚのＬ_２が現用であり、更に１．１７６４５ＧＨｚのＬ_５の使用が計画されている。非特許文献１の７０ページにはＬバンドとＣバンドの比較がなされている。実際に使われたＬバンドと同様にＣバンドも使用可能な周波数であることを示している。１ＧＨｚより低い搬送波は、電離層や、大気層での伝搬中の屈折が大きくて、補正が難しく、また、１０ＧＨｚ以上は伝搬中の減衰が大きくて、利用し難いなどの制約を受ける。従って、本発明では１ＧＨｚ以上、１０ＧＨｚ以下の範囲で新規な測位信号を構築する。
【００２８】
表１に１ＧＨｚ以上、１０ＧＨｚ以下の範囲で航行衛星に適した周波数の配分の一覧を示した。航行衛星に適したと言う意味は以下の業務に配分されていると言うことである。また、この業務に配分されていると言うことは、その配分が現在使われているか、または将来使用される可能性を持つと言うことである。将来の使用に関する規定は現在脚注に記載されてないが、使用計画が明確になった段階で、国際的に話し合われ、規定されると考える。
業務内容は次の定義による。
無線測位業務：無線測位のための無線通信業務
無線測位衛星業務：１または２以上の宇宙局を使用する無線測位のための無線通信業務
無線航行業務：無線航行のための無線測位業務
無線航行衛星業務：無線航行のための無線測位衛星業務
海上無線航行業務：船舶およびその運航の安全ための無線航行業務
航空無線航行業務：航空機およびその運航の安全のための無線航行業務
これらの定義のもと、現在の航行衛星の周波数が選ばれ、また、将来の航行衛星システムの測位信号の搬送波もこの範囲で周波数が選ばれることを示している。
【００２９】
【表１】

注： 無印 一次業務 ＊ 共同使用 ＃ 二次業務
これから図面を参照し、本発明に係る測位信号の生成方法について説明する。まず、本発明の測位信号の一般式を式（１）に示す。
【数１】

ここで、Ｓ_Π（ｔ）は時間の関数である測位信号を示す。Ｐは信号電力、ＸＣ（ｔ）は搬送波に駆動されたＰＮ符号、ＸＧ（ｔ）は準Ｃ／Ａ信号のＰＮ符号、ＸＤ（ｔ）はテレメトリのビットストリーム、ωは搬送波の周波数、φは初期位相である。なお、準Ｃ／Ａ信号とは、現行のＣ／Ａ信号と同様の機能を有するが、周波数はそれと異なっていてもよい信号のことを表すために本明細書で使用する用語である。測位信号は測位信号の振幅部と搬送波より成り立つ。振幅部に含まれる準Ｃ／Ａ符号を第１の測位符号、搬送波に駆動されたＰＮ符号を第２の測位符号（搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号）と称する。ここで、ＸＣ（ｔ）、ＸＧ（ｔ）、及びＸＤ（ｔ）は、論理状態に応じて＋１または−１の値を取る。ＸＣ（ｔ）ＸＧ（ｔ）ＸＤ（ｔ）の値が−１であれば、ｃｏｓ（ωｔ＋φ）の符号がマイナスになり、符合がプラスのときと比較すると位相が反転することになる。
【００３０】
ＧＰＳの測位符号はＣ／Ａ信号およびＰ信号である。いずれの符号も時間の単位と、生成多項式を使って生成するＰＮ符号の符号長と密接な関係を保って決められた。従って、これらに使用されているＰＮ符号を駆動するクロック周波数は一つの重要な基準となる。しかし、新規な測位符号の選択に当たっては、本発明の実施時に使用する搬送波周波数、ＰＮ符号の符号長を勘案して具体的な数値を定めるべきである。本発明ではＣ／Ａ信号の考え方を踏襲した信号として、準Ｃ／Ａ信号を定義し、第１の測位符号と称する。
【００３１】
本発明の測位信号は第１の測位符号である準Ｃ／Ａ信号のＰＮ符号を用いるのみならず、搬送波をクロックとして、このクロックのパルスに駆動されるＰＮ符号である第２の測位符号も用いることを特徴とした信号形式を有する。以下に式（１）で示した測位信号の生成過程や、特性について説明する。
【００３２】
図１は本発明の一実施形態に係る搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成システム２００のブロック図である。搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成システム２００は、時刻ユニット２、搬送波ＰＮ符号生成器３、制御ロジック４、準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号生成器６、及びＴＬＭ生成器９から構成される。図９は、本発明の一実施形態に係る搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成システム２００の動作フロー図である。これから図１及び図９を参照して、測位信号の生成過程を説明する。搬送波クロック１が、航行衛星内に在る超高安定な発振周波数を持ち、かつ管制局が持つ一次基準に準拠した時刻と同期した衛星内部の基準周波数の原振から生成される（ステップＳ１０１）。搬送波クロック１の周波数は、本実施例においては、原振の発振周波数と同じであるが、原振の発振周波数を逓倍したものや、分周したものであってもよい。時刻ユニット２は搬送波クロック１の入力を得て、それを分周することによって、航行衛星システムに必要な周波数や、タイミング信号を生成するユニットである。そして、クロックに対応する周波数の搬送波を生成する（ステップＳ１０３）。
【００３３】
これから周波数の低い信号から順に説明する。テレメトリ（ＴＬＭ）信号２０は、時刻情報、衛星の軌道情報、各種補正情報などＴＬＭ内容１２を情報として含む信号である。テレメトリ信号２０は、搬送波クロック１を分周したパルスによって、すなわち、複数の整数（「第１分周数」と称する）のパルス数の搬送波クロック１をビット単位として駆動される。搬送波クロック１のパルスを分周数個をまとめてビット単位にすることによって、搬送波の周波数を分周数分の一に低くすることができる。ＧＰＳのＴＬＭクロック１０は５０ｂｐｓの伝送速度を持つ。航行衛星のシステム設計の結果に基づいて必要なテレメトリ項目を定め、ＧＰＳに準じた伝送速度のＴＬＭクロック１０が選択される。テレメトリ信号２０の枠組みを決めるフレームやサブフレームはフレーム同期信号１１に準拠して作成され、テレメトリのＴＬＭ内容１２は２値のデータで構成されるワード（語）で表現され、そのサブフレームの中に規則に従って組み込まれる。ＴＬＭ生成器９は、時刻ユニット２からＴＬＭクロック１０及びフレーム同期信号１１を取得し、それらとＴＬＭ内容１２に基づいて、ＴＬＭ内容１２をフレームに組み込んだ、ＴＬＭクロック１０を単位として駆動されるテレメトリ信号ＸＤ（ｔ）２０を生成して出力する（ステップＳ１０５）。
【００３４】
ＧＰＳのＣ／Ａ信号は１０ステージ（１０次元）の生成多項式で生成されたＰＮ符号（擬似雑音）を測位信号に使用する。本発明でも擬似雑音特性の優れた生成多項式に相当するシフトレジスタより生成されるＰＮ符号を使用して測位符号を構築する。
【００３５】
なお、優れた擬似雑音特性とは以下の３点の条件を満たすものである。
ｉ．１周期内の０と１の出現の総数の差は１である。
ｉｉ．０と１、００と１１、０００と１１１等の対の組み合わせが同じ割合で、かつ短い程多く、長い程少なく出現する。
ｉｉｉ．符号長の相関特性は自己相関以外は符号長分の１である。
【００３６】
本発明ではＧＰＳのＣ／Ａ信号に準ずる信号として、準Ｃ／Ａ信号を定義し、それは測位のために使用できる特徴を有するため第１の測位符号と称する。準Ｃ／Ａ信号は、符号長及び符号のクロックが、Ｃ／Ａ信号のそれに近い値を持つ信号であり、それらの具体的な値は実際の測位信号の設計条件に従って、設定時に定められる。準Ｃ／Ａ信号に使用されるＰＮ符号生成の多項式は、１０次元以上であることが望ましい。１０次元では０、１のアンバランスは１／１０００であるため、それより短くなるとアンバランスが増すからである。本発明では準Ｃ／Ａ信号の要素以外にもアンバランスの要因があるので、準Ｃ／Ａ信号単一ではアンバランスは１／１０００を超える程度が望ましい。

する図である。図２では、各信号の間のタイミングの関係を明確に示すために、時間軸をそろえた上で、特定のタイミングにおいて各信号間を点線で結んでいる。図２（Ａ）は、テレメトリ信号を２値のデータで表したものであるＴＬＭ信号（ＸＤ（ｔ））２０を示し、図２（Ｂ）は、それを拡大して示す。図２（Ｂ）に示されるＴＬＭ信号２０と、図２（Ｃ）に示されるＰＮ符号である準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号（ＸＣ／Ａ（ｔ））２１とを、準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号２１の１パルス単位で論理演算を行ったものが、図２（Ｄ）に示される準Ｃ／Ａ信号２２である。その論理演算は、モデューロ２演算であり、好適には図示しているように排他的論理和の論理演算である。ＴＬＭ信号２０が１の時は、準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号２１と準Ｃ／Ａ信号２２とは逆相であり、ＴＬＭ信号２０が０の時は、それらは同相となる。以下に準Ｃ／Ａ信号２２の生成過程を詳細に説明する。準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号生成器６は、１０次元内外の次数の生成多項式に相当するシフトレジスタである。準Ｃ／Ａ信号クロック７は、Ｃ／Ａ信号に準じた繰り返し周波数を持ち、準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号生成器６を駆動する。リセット信号８は、航行衛星システムの時系列で定められた時刻に準Ｃ／Ａ信号生成器６の内容をゼロ・リセットするための信号である。
【００３７】
準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号生成器６は、時刻ユニット２から準Ｃ／Ａ信号クロック７を取得し、それによって駆動される準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号２１を出力する（ステップＳ１０７）。準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号生成器６の出力は、第１の擬似雑音符号であるＸ準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号２１である。ＴＬＭクロック１０は、周波数が準Ｃ／Ａ信号クロック７の整数分の一であり、それらはパルス単位でタイミングが同期している。準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号生成器６が出力する準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号は、複数の整数（「第２分周数」と称する）のパルス数の搬送波クロック１をチップ単位として駆動される。ここで、第２分周数は、前述の第１分周数より小さく、かつ、第１分周数の約数である。このように第１分周数及び第２分周数を定めることによって、それぞれの信号を同期させることができる。従って、準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号２１と準Ｃ／Ａ信号２０は論理演算が可能である。次に、準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号生成器６及びＴＬＭ生成器９の後段のモデューロ２演算部において、ＴＬＭ信号２０と準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号２１との、準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号２１の１チップ単位でのモデューロ２演算の論理演算が実施され、準Ｃ／Ａ信号２２が生成される（ステップＳ１０９）。この準Ｃ／Ａ信号２２は、前述のように、第１の測位符号と称する。
【００３８】
搬送波ＰＮ符号生成器３は、搬送波クロック１で駆動される生成多項式に相当するシフトレジスタより成る、第２の測位符号を生成するＰＮ符号生成器である。生成多項式の次数は１０次元以上程度とする。本発明における搬送波は、搬送波としての役割と、論理回路の駆動用のクロックとしての役割とを持つ。表１に示されるように航行衛星システムに使用される搬送波は１ＧＨｚから５ＧＨｚ程度までの範囲である。このような高いクロックのパルス単位における論理演算が最近の技術の進歩により可能になってきている。
【００３９】
搬送波ＰＮ符号生成器３は、搬送波クロック１に駆動されてＰＮ符号を生成する（ステップＳ１１１）。そのＰＮ符号は、航行衛星システムの時系列で定められた時刻と定められた搬送波の波数に達した時刻に制御ロジック４よりリセット信号５を受けてゼロ・リセットされ、第２の測位符号である搬送波ＰＮ符号（ＸＣ（ｔ））２３となる。すなわち、第１の測位符号の特定の１チップの開始時と第２の測位符号の特定の１周期の開始時とが一致しており、かつ、第１の測位符号の所定の複数のチップ区間が経過した直後に当該第２の測位符号の新たな符号の１周期が開始されるように、第２の測位符号の生成シーケンスがリセットされる。
【００４０】
搬送波クロック１の周波数の整数分の一（第１分周数分の一）が準Ｃ／Ａクロックの周波数で、両者のタイミングは一致している。従って、搬送波ＰＮ符号２３と準Ｃ／Ａ信号２２は、搬送波クロック１の１パルスを１チップ単位として論理演算が可能であり、その論理演算（モデューロ２又は排他的論理和）により搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号２４の出力信号を得る。すなわち、搬送波ＰＮ符号生成器３の後段のモデューロ２演算部において、搬送波ＰＮ符号２３と準Ｃ／Ａ信号２２との、搬送波ＰＮ符号２３の１チップ単位（すなわち搬送波クロック１の１パルス単位）でのモデューロ２演算の論理演算が実施され、搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号２４が生成される（ステップＳ１１３）。この信号が本発明に係る式（１）で示した測位信号の振幅の部分に該当する。次に、搬送波を搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号２４で変調（ＢＰＳＫ変調）すると、式（１）で示した測位信号である搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号２５が得られる（ステップＳ１１５）。
【００４１】
なお、ステップＳ１１３以降において、搬送波ＰＮ符号２３と準Ｃ／Ａ信号２２との論理演算を行うことなく、まず、搬送波を搬送波ＰＮ符号２３で変調し、次に、その搬送波ＰＮ符号２３で変調された搬送波を、さらに準Ｃ／Ａ信号２２で変調することによっても、同じく搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号２５を得ることができる。
【００４２】
図３は、従来の測位信号の生成過程の一例を説明する図である。図３では、各信号の間のタイミングの関係を明確に示すために、時間軸をそろえた上で、特定のタイミングにおいて各信号間を点線で結んでいる。ここでは搬送波は符号化されていないので、図３（Ｃ）に示すように、搬送波は同じ論理値を反復するものとして表されている。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるＣ／Ａ信号と、図３（Ｄ）に示される搬送波クロックとを論理演算、ここでは排他的論理和の論理演算を行うことによって、図３（Ｄ）に示される測位信号が生成される。測位信号は、Ｃ／Ａ信号と同じ論理値の信号となる。Ｃ／Ａ信号２０が０の時は、搬送波クロックとＣ／Ａ信号とは同相であり、Ｃ／Ａ信号が１の時は、それらは逆相となる。Ｃ／Ａ信号を衛星から送信する際には、そのＣ／Ａ信号は搬送波に変調されて測位信号となる。図３（Ｅ）には、Ｃ／Ａ信号に応答してＢＰＳＫ変調（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ，２相位相変調）を行ったＢＰＳＫ変調測位信号の波形の例を示す。なお、図３では、搬送波クロックを論理値の連続として表しているが、搬送波を連続する論理値のクロックとしてではなく、連続する波形の信号とすることもできる。すなわち、搬送波をクロックの１パルス周期に整合した周期を有する（すなわち周波数がクロックの周波数の整数倍であり、かつクロックの１パルスの開始時が１周期の開始時である）正弦波信号とすることもできる。このようにすると、Ｃ／Ａ信号と搬送波クロックとの論理演算に代えて、Ｃ／Ａ信号と搬送波の信号との乗算によって、Ｃ／Ａ信号を搬送波に重畳させて変調することができる。この場合、Ｃ／Ａ信号とそのような搬送波とを乗算することによって、直ちにＢＰＳＫ変調測位信号を得ることができる。
【００４３】
図４は、本発明に係る測位信号の生成過程の一例を説明する図である。図４には、従来の測位符号に近い特性を持つ第１の測位符号（準Ｃ／Ａ信号２２）と、搬送波の周波数の１周期を単位とした測位符号である第２の測位符号とから、搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号５０を構成する過程を示している。図４では、各信号の間のタイミングの関係を明確に示すために、時間軸をそろえた上で、特定のタイミングにおいて各信号間を点線で結んでいる。
【００４４】
準Ｃ／Ａ信号２２の１ビットに、αサイクルの搬送波が存在するとする。すると、ＧＰＳのＬ_１については、搬送波周波数が１５７５．４２ＭＨｚでＣ／Ａ符号の周波数は１．０２３ＭＨｚであるので、αは１５４０となり、またＬ_２については、搬送波周波数が１２２７．６ＭＨｚであって、αは１２００となる。なお、αの物理的意味に関しては、ＧＰＳではＣ／Ａ符号の周波数を逓倍して搬送波周波数を得ているため、αはその際の逓倍数を示している。
【００４５】
準Ｃ／Ａ信号２２（第１の測位符号）は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるように、準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号生成器６から出力されるＰＮ符号である準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号ＸＣ／Ａ（ｔ）２１の１ビットの期間毎に、そのビットの論理値（０又は１）に応じて２相の位相（０相又はπ相）のいずれかに、その内部に含まれる搬送波がその２相のいずれかに位相変調される。この第１の測位符号と搬送波の関係は、ＧＰＳにおけるものと同じ関係である。ここで、準Ｃ／Ａ符号１ビット３２は、θを変数として、θ相の位相を持つものとしている。２相位相変調では、θ相は準Ｃ／Ａ符号の各ビットの０または１に応じて、０相またはπ相のいずれかをとる。なお、搬送波は、準Ｃ／Ａ信号の周波数を整数倍に逓倍して得られるので、準Ｃ／Ａ符号１ビットの中に当該逓倍数に等しいαサイクルの搬送波の波形が正確に存在し、それらの搬送波は、αサイクル単位で０相またはπ相に変調される。
【００４６】
本発明では、搬送波は、前述のように第１の測位符号である準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号生成器６からの準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号ＸＣ／Ａ（ｔ）２１によって同期変調されるだけでなく、さらに、搬送波ＰＮ符号生成器３から生成される第２の測位符号である搬送波ＰＮ符号４０によっても同期変調される。図４（Ｃ）に示される第２の測位符号である搬送波ＰＮ符号４０は、搬送波クロック１で駆動された搬送波ＰＮ符号生成器３が、符号長毎に所定のＰＮ符号を繰り返して出力することによって生成される。搬送波ＰＮ符号生成器３のＰＮ符号長は、搬送波の波数でβサイクル４１である。搬送波ＰＮ符号４０は、搬送波のβサイクル毎に同じＰＮ符号を繰り返す。搬送波ＰＮ符号４０の生成多項式の次数ｕと符号長の関係を式（２）に示す。
【数２】

搬送波ＰＮ符号は、擬似雑音特性の優れた符号を生成する生成多項式に対応するシフトレジスタから生成されるものとする。生成多項式の次数に相当するシフトレジスタの段数をｕすると、符号長の長さは式（２）に示した通りである。即ちｕ＝１０の時、符号長は１０２３サイクルであり、よって搬送波ＰＮ符号の１周期をβサイクルとするとβは１０２３になる。搬送波ＰＮ符号（ＸＣ（ｔ））４０は、搬送波の一波毎に搬送波ＰＮ符号生成器３の内容に応じて０または１が割り当てられる。すなわち、搬送波ＰＮ符号４０は、搬送波の周波数の１周期を１パルスとしたときの当該１パルスを単位として駆動される、搬送波クロック単位で論理値が変化するデータである。搬送波ＰＮ符号４０の符号長βは、典型的には、生成多項式の次数であるｕの値に応じて、２０４７、４０９５のような不連続な値を取る。
【００４７】
準Ｃ／Ａ信号２２のαの値は、搬送波周波数と準Ｃ／Ａ符号の周波数との関係で決まる。搬送波ＰＮ符号４０のβの値は、搬送波ＰＮ符号生成器３の生成多項式の次数で決まる。αサイクルとβサイクルの符号長の符号の新たな符号周期の開始時点が、ある周期毎に一致するような関係にするため、両者をそれぞれ適当な整数であるｎ、ｍで乗じた上で対応させ、その際の端数のサイクルをδサイクルと定義する。このような、α、β、δの関係は、以下の式（３）で示される。
【数３】

搬送波ＰＮ符号の良好な擬似雑音特性を維持するため、α、β、δは式（４）の条件を満たす必要がある。それは、前記ＰＮ符号の０、１生成のアンバランスについて述べた通り、δサイクルは、正常なＰＮ符号に符号周期を途中で中断した信号を接続した形式に成っているので、中断した符号部分が、ｎαサイクル３３の符号長にとって、０、１のバランスを良好に保つ範囲に選ばれなければならないからである。
【数４】

図４（Ｄ）に示される搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号５０は、第１の測位符号（準Ｃ／Ａ信号２２）と第２の測位符号（搬送波ＰＮ符号４０）とを論理演算によって融合させることによって生成される。図４（Ｅ）には、搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号５０に応答してＢＰＳＫ変調（２相位相変調）を行ったＢＰＳＫ変調測位信号の波形の例を示す。これから、搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号５０の性質について、それの特徴的な各部を符号セグメント５２から５５の部分に分解した上で説明する。搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号５０の第１セグメント５２は、搬送波ＰＮ符号４０の１番目のβサイクルと、それに対応する準Ｃ／Ａ信号２２の１番目のαサイクルの前段部分との論理演算による出力である。第２セグメント５３は、搬送波ＰＮ符号４０の２番目のβサイクルの前段部分と、それに対応する準Ｃ／Ａ信号２２の１番目のβサイクルの後段部分との論理演算の出力である。第３セグメント５４は、搬送波ＰＮ符号４０の２番目のβサイクルの第２セグメント５３より後段の部分と、それに対応する準Ｃ／Ａ信号２２の部分との論理演算の出力である。第４セグメント５５は、搬送波ＰＮ符号４０の最後のδサイクルの部分と、それに対応する準Ｃ／Ａ信号２２の部分との論理演算の出力である。第３セグメント５４と第４セグメント５５の間は省略したが、第１セグメント５２から第４セグメント５５の間の各セグメントで示した方法と同様な方法で、搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号５０は生成される。この搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号５０が本発明に係る測位信号である。
【００４８】
準Ｃ／Ａ信号３１のαサイクルがｎ回進行した所で、搬送波ＰＮ符号生成器３は、制御ロジック４からリセット信号５を受けてシフトレジスタの内容をリセットする。その際、搬送波ＰＮ符号４０のシフトレジスタは、δサイクル進行したところで、リセットされる。この様にして、ｎαサイクル３３を１周期として繰り返す測位信号を生成することができる。ＰＮ符号化搬送波の設定に当たっては式（３）、（４）の関係を満たすようなα、β、δの値を選択する必要がある。
【００４９】
次に、現行のＣ／Ａ信号７０を取り上げ、それに適した搬送波ＰＮ符号を選択し、それぞれ具体的な数値を例示して検討する。図５は、本発明に係る具体的な測位信号の生成過程の一例を説明する図である。図５においては、図４に示される本発明に係る測位信号の一般的な構成に、ＧＰＳのＬ_１搬送波とＣ／Ａ信号７０を具体的に適用した測位信号が示されている。Ｌ_１搬送波の周波数は１５７５．４２ＭＨｚで、Ｃ／Ａ信号７０の周波数は１．０２３ＭＨｚである。Ｃ／Ａ信号７０の１ビットの期間には、１５４０サイクル（＝１５７５．４２ＭＨｚ／１．０２３ＭＨｚ）の搬送波の波数が存在する。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）においては、Ｃ／Ａ信号７０の最初の２ビットは、０相、π相の順（０、１の論理値の順）に並んでいる。その２ビットの期間中の搬送波の波数は３０８０サイクルで、図４のパラメータで表わすと、αは１５４０、ｎは２となる。
【００５０】
搬送波ＰＮ符号７５は、１０次の生成多項式から生成されるＰＮ符号を想定している。搬送波ＰＮ符号７５の１符号周期、すなわち１符号長は、１０２３サイクルであり、その符号の時系列の変化を時間ｔの関数としてＸＣ（ｔ）と表している。搬送波ＰＮ符号７５の１符号周期（搬送波の１０２３サイクル）を３回繰り返し、更に搬送波が１１サイクル進んだところで、Ｃ／Ａ信号７０の２ビット分である３０８０サイクルに達するので、この時点で搬送波ＰＮ符号生成器３は制御ロジック４よりリセット信号５を受けて、内容をリセットする。図４の搬送波ＰＮ符号のパラメータの値については、ｍは３、βは１０２３、δは１１となる。なお一般に、第２の測位符号の符号の１周期の長さは、前記第１の測位符号の１チップの長さの１／２倍以上かつ１倍以下であると好適である。
【００５１】
搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号８０は、第１の測位符号（準Ｃ／Ａ信号２２）と第２の測位符号（搬送波ＰＮ符号７５）とを論理演算によって融合させることによって生成される。これから、搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号８０の性質について、それの特徴的な各部を符号セグメント８１から８５の部分に分解した上で説明する。搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号８０の第１セグメント８１は、搬送波ＰＮ符号７５の１番目の１０２３サイクルと、それに対応するＣ／Ａ信号７０の１番目の１５４０サイクルの前段部分との論理演算による出力である。第２セグメント８２は、搬送波ＰＮ符号７５の２番目の１０２３サイクルの前段部分である５１７サイクルの部分と、それに対応するＣ／Ａ信号７０の１番目の１５４０サイクルの後段部分との論理演算の出力である。第３セグメント８３は、搬送波ＰＮ符号７５の２番目の１０２３サイクルの第２セグメント８２より後段の部分である５０６サイクルと、それに対応するＣ／Ａ信号７０の部分との論理演算の出力である。第４セグメント８４は、搬送波ＰＮ符号７５の３番目の１０２３サイクルの部分と、それに対応するＣ／Ａ信号７０の部分との論理演算の出力である。第５セグメント８５は、搬送波ＰＮ符号７５の最後の１１サイクルの部分と、それに対応するＣ／Ａ信号７０の部分との論理演算の出力である。搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号８０の３０８０サイクルは、以上のセグメントから構成される。上記のα、β、δ、ｎ、ｍを式（４）に代入すると、δ／（ｍβ＋δ）は３．５７ｘ１０^−３となるから、擬似雑音特性は許容の範囲であると考えられる。
【００５２】
このように図５の例は、本発明をＧＰＳのＬ_１に適応させたときもので、搬送波の波数３０８０サイクル毎に同じ形態の信号が繰り返す測位信号を示している。図５（Ａ）及び（Ｂ）は、Ｃ／Ａ信号７０を表わし、図５（Ｃ）は搬送波ＰＮ符号７５を表わし、図５（Ｄ）は搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号８０を表わし、図５（Ｅ）は搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号８０に応答してＢＰＳＫ変調（２相位相変調）を行ったＢＰＳＫ変調測位信号の波形の例を示す。
【００５３】
図６は、本発明に係る具体的な測位信号の生成過程の一例を説明する図である。図６においては、図４に示される本発明に係る測位信号の一般的な構成に、ＧＰＳのＬ_２搬送波と、Ｃ／Ａ信号７０を具体的に適用した測位信号が示されている。Ｌ_２搬送波の周波数は１２２７．６ＭＨｚで、Ｃ／Ａ信号７０の周波数は１．０２３ＭＨｚである。Ｃ／Ａ信号７０の１ビットの期間には、１２００サイクル（＝１２２７．６ＭＨｚ／１．０２３ＭＨｚ）の搬送波の波数が存在する。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）においては、Ｃ／Ａ信号７０の最初の３ビットは、０相、π相、π相の順（０、１、１の論理値の順）、そして最後のビットはπ相（１の論理値）のように並んでいる。その６ビットの期間中の搬送波の波数は７２００サイクルで、図４のパラメータで表わすと、αは１２００、ｎは６となる。
【００５４】
搬送波ＰＮ符号１０５は、１０次の生成多項式から生成されるＰＮ符号を想定している。搬送波ＰＮ符号１０５の１符号周期、すなわち１符号長１０６は、１０２３サイクルであり、その符号の時系列の変化を時間ｔの関数としてＸＣ（ｔ）と表している。搬送波ＰＮ符号１０５の１符号周期（搬送波の１０２３サイクル）を７回繰り返し、さらに搬送波が３９サイクル進んだところで、Ｃ／Ａ信号７０の６ビット分である７２００サイクルに達するので、この時点で搬送波ＰＮ符号生成器３は制御ロジック４よりリセット信号５を受けて、内容をリセットする。図４の搬送波ＰＮ符号のパラメータの値については、ｍは７、βは１０２３、δは３９となる。
【００５５】
搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号１１０は、第１の測位符号（準Ｃ／Ａ信号２２）と第２の測位符号（搬送波ＰＮ符号１０５）とを論理演算によって融合させることによって生成される。これから、搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号１１０の性質について、それの特徴的な各部を符号セグメント１１１から１１５の部分に分解した上で説明する。搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号１１０の第１セグメント１１１は、搬送波ＰＮ符号１０５の１番目の１０２３サイクルと、それに対応するＣ／Ａ信号７０の１番目の１２００サイクルの前段部分との論理演算による出力である。第２セグメント１１２は、搬送波ＰＮ符号１０５の２番目の１０２３サイクルの前段部分である１７７サイクルの部分と、それに対応するＣ／Ａ信号７０の１番目の１２００サイクルの後段部分との論理演算の出力である。第３セグメント１１３は、搬送波ＰＮ符号７５の２番目の１０２３サイクルの第２セグメント１１２より後段の部分である８４６サイクルと、それに対応するＣ／Ａ信号７０の部分との論理演算の出力である。第４セグメント１１４は、搬送波ＰＮ符号１０５の３番目の１０２３サイクルのＣ／Ａ信号７０の２番目の１２００サイクルが終了するまでの部分と、それに対応するＣ／Ａ信号７０の部分との論理演算の出力である。第５セグメント１１５は、搬送波ＰＮ符号７５の最後の３９サイクルの部分と、それに対応するＣ／Ａ信号７０の部分との論理演算の出力である。搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号１１０の７２００サイクルは、以上のセグメントから構成される。
【００５６】
上記のα、β、δ、ｍ、ｎを式４に代入すると、δ／（ｍβ＋δ）は５．４２ｘ１０^−３となるから擬似雑音特性は許容の範囲と考える。図６（Ａ）及び（Ｂ）は、Ｃ／Ａ信号７０を表わし、図６（Ｃ）は搬送波ＰＮ符号１０５を表わし、図６（Ｄ）は搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号１１０を表わし、図６（Ｅ）は搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号１１０に応答してＢＰＳＫ変調（２相位相変調）を行ったＢＰＳＫ変調測位信号の波形の例を示す。
【００５７】
本発明に係る測位信号を受信点において受信し、測位を行う時は、受信点が持つ時刻のバイアス成分を含んだ擬似距離の検出が必要である。４個の衛星からその受信点において測位信号を受信して、それぞれの測位信号から擬似距離を検出した後、受信点の測位を行う方法はＧＰＳの方法と同一である。
【００５８】
式（１）の信号形式は、以下の式（５）の形式で示すこともできる。
【数５】

式（５）では、準Ｃ／Ａ符号ＸＧ（ｔ）と搬送波ＰＮ符号ＸＣ（ｔ）を直交変調で分離した形式で表現している。この構成では振幅Ｐ_１、Ｐ_２の値は独立に選択できる。ここで、φ_１、φ_２は初期位相である。この場合、生成される信号はＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調されたものとなり、ＸＣ（ｔ）とＸＧ（ｔ）ＸＤ（ｔ）とを独立して復調することができる。
【００５９】
本発明に係る測位信号から擬似距離を検出する方法は以下の通りである。第１の測位符号に組み込まれている時刻情報の内容は、非特許文献１の７７ページ、Ｆｉｇ．１２、Ｆｉｇ．１３に示されている。即ち、管制局が持つ標準時刻に基づいて生成されている航行衛星の時刻は、テレメトリ信号ＸＤ（ｔ）２０のフレームの先頭時刻を示すＺ−ｃｏｕｎｔおよびＨＯＷによって明示されている。さらに、ＸＤ（ｔ）２０とＸＣ／Ａ（ｔ）２１の２つの信号の時刻は同期している。従って、受信点において、受信時点のＤＸ（ｔ）２０の内容からＨＯＷ、Ｚ−ｃｏｕｎｔを読みとり、ＤＸ（ｔ）２０とＸＣ／Ａ（ｔ）２１の時刻関係から擬似距離を検出できる。
【００６０】
第１の測位符号と第２の測位符号の時刻関係は同期している。搬送波ＰＮ符号ＸＣ（ｔ）２３は搬送波をクロックとして、ＰＮ符号を生成する搬送波ＰＮ符号生成器３に含まれる生成多項式の次数によって定められた符号長βサイクルを持つ。そのβサイクルのうち、ある時点における符号長の中の特定の１チップに注目したとき、そのチップの生成時点と、生成多項式即ち、それに対応するシフトレジスターのその時刻における内容は一対一の対応をなす。さらに、ＸＣ（ｔ）２３は、βサイクルの符号長をｎ回繰り返し、さらにＸＣ（ｔ）２３をδサイクル経過した後、符号の初期状態に強制的に戻される。そして、その戻された時点と第１の測位信号の準ＸＣ／Ａ（ｔ）２１のＰＮ符号を構成する１チップの内の搬送波の開始時点は一致している。従って、受信点において受信点が持つ時計の時刻における搬送波ＰＮ符号生成器３の生成多項式の内容、即ちシフトレジスターの内容を読みとり、さらにその読みとった時点とＸＣ（ｔ）２３のδサイクルが終了する時点までの時間を特定することにより、第１の測位信符号の準Ｃ／Ａ信号のＰＮ符号の開始時点と関係を搬送波の一波長の細かさで特定することができるので、それに該当する擬似距離を第２の測位符号の細かさで検出できる。
【００６１】
ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳは１．２〜１．５ＧＨｚ近辺のＬバンド帯を使用している。Ｇａｌｉｌｅｏも同様である。従って、上記の実施の形態では、Ｌバンド帯への適応例について記述した。さらに、Ｇａｌｉｌｅｏや、将来計画として、４〜５ＧＨｚ近辺のＣバンド帯を利用する検討が議論され始めている。そこで、本発明のＣバンド帯についての適用例を以下に記述する。Ｃバンド帯としては４２００〜４４００、５０００〜５２５０ＭＨｚを対象として扱った。この配分は一次業務で、一部を除き、共同使用のないものである。使用が具体的に成るとき国際的に提案され、審議されることになる。
【００６２】
表２にＧＰＳのＬバンド帯と前記対象としているＣバンド帯との周波数の値の比較を示す。対象としている範囲内で、比率の最小は２．６７倍、最大は４．４６倍である。搬送波周波数を高くした場合、単位時間当たりの波数が増加する訳であるから、同じ割合で準Ｃ／Ａ符号の繰り返し周期を大きくできれば、図５、６で示したものと同様な信号の構成が可能である。ただし、搬送波周波数には配分の制限があり、準Ｃ／Ａ符号は時間の単位との整数関係が望ましいなどの制限がある。これらの制限を考慮した上で、搬送波周波数と、準Ｃ／Ａ信号の選択がなされるべきである。
【００６３】
【表２】

【００６４】
ここではＣバンド帯に拡張した場合として、一番比率の大きい場合を想定して、Ｃバンドへの適応例を検討する。Ｃバンド搬送波が使われ、Ｌバンドに比較して周波数が一番高い４．４６倍を想定する。その時のα、β、δについて以下に検討する。αは準Ｃ／Ａ符号の周波数から搬送波を生成するときの逓倍数であるから、準Ｃ／Ａ符号の周波数の選び方で信号の骨格が定まる。準Ｃ／Ａ符号の周波数として表３のケース１を使った場合、逓倍数αはＬバンドに比較して４倍程度高くなり、４０００〜５０００近辺になる。このとき搬送波ＰＮ符号の符号長βは、αの数に近い１２次の生成多項式から４０９５ビットの符号長のＸＣ（ｔ）を選ぶと、図５、６と同様な構成ができる。δ、ｎ、ｍは周波数が確定したときに決めるとよい。
【００６５】
【表３】

【００６６】
次に準Ｃ／Ａ符号の周波数を表３のケース２を採用した場合、αは２０００近辺になるので、搬送波ＰＮ符号長のβとしては１１次の生成多項式の２０４７ビットが適していて、δ、ｎ、ｍは最終的に定められる。
さらに、準Ｃ／Ａ符号の周波数を表３のケース３を採用した場合、αは１０００近辺になるので、搬送波ＰＮ符号長のβとしては１０次の生成多項式の１０２３ビットが適していて、δ、ｎ、ｍは最終的に定められる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によると、搬送波の１波長の単位で計測することができるような測位信号を構成することができ、極めて高精度の測位を行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成システム２００のブロック図である。
【図２】準Ｃ／Ａ信号２２の生成過程を説明する図である。
【図３】従来の測位信号の生成過程の一例を説明する図である。
【図４】本発明に係る測位信号の生成過程の一例を説明する図である。
【図５】本発明に係る具体的な測位信号の生成過程の一例を説明する図である。
【図６】本発明に係る具体的な測位信号の生成過程の一例を説明する図である。
【図７】図７は、測位信号の基本構成を説明する図である。
【図８】ＧＰＳの全体の構成を説明する図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成システム２００の動作フロー図である。
【符号の説明】
１ 搬送波クロック
２ 時刻ユニット
３ 搬送波ＰＮ符号生成器
４ 制御ロジック
５ リセット信号
６ 準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号生成器
７ 準Ｃ／Ａ信号クロック
８ リセット信号
９ ＴＬＭ生成器
１０ ＴＬＭクロック
１１ フレーム
１２ ＴＬＭ内容
２０ ＴＬＭ信号（ＸＤ（ｔ））
２１ 準Ｃ／Ａ信号ＰＮ符号（ＸＣ／Ａ（ｔ））
２２ 準Ｃ／Ａ信号
２３ 搬送波ＰＮ符号（ＸＣ（ｔ））
２４ 搬送波駆動擬似雑音符号型測位符合
２５ 搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号
４０ 搬送波ＰＮ符号
５０ 搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号
７０ Ｃ／Ａ信号
７５ 搬送波ＰＮ符号
８０ 搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号
１０５ 搬送波ＰＮ符号
１１０ 搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号
１２０ ＧＰＳ衛星群
１２１ ＧＰＳ衛星
１２３ 管制局
１２４ Ｈａｗａｉｉ局
１２５ Ｋｗａｊａｌｅｉｎ局
１２６ Ｄｉｅｇｏ Ｇａｒｃｉａ局
１２７ Ａｓｃｅｎｓｉｏｎ Ｉｓ．局
１４０ Ｃ／Ａ符号
１４５ Ｐ符号
２００ 搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成システム

Claims (15)

1. １パルスが搬送波の周波数の一周期に対応するクロックを生成するステップと、
   前記クロックに対応する周波数の搬送波を生成するステップと、
   前記クロックの第１分周数のパルスをビット単位として駆動される少なくとも時刻情報を含む二値デジタル信号であるテレメトリ信号を生成するステップと、
   前記クロックの、前記第１分周数より小さい数であって当該第１分周数の約数である第２分周数のパルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第１の擬似雑音符号を生成するステップと、
   前記テレメトリ信号と前記第１の擬似雑音符号とを当該第１の擬似雑音符号の１チップ単位で論理演算することによって第１の測位符号を生成するステップと、
   前記クロックの１パルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第２の測位符号を生成するステップと、
   前記第１の測位符号と前記第２の測位符号とを当該第２の測位符号の１チップ単位で論理演算をすることによって搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号を生成するステップと、
   前記搬送波を前記搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号で変調することによって搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成するステップと、を有することを特徴とする搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成方法。
2. 前記搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成する前記ステップは、前記搬送波を前記搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号でＢＰＳＫ変調することを特徴とする請求項１に記載の搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成方法。
3. １パルスが搬送波の周波数の一周期に対応するクロックを生成するステップと、
   前記クロックに対応する周波数の搬送波を生成するステップと、
   前記クロックの第１分周数のパルスをビット単位として駆動される少なくとも時刻情報を含む二値デジタル信号であるテレメトリ信号を生成するステップと、
   前記クロックの、前記第１分周数より小さい数であって当該第１分周数の約数である第２分周数のパルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第１の擬似雑音符号を生成するステップと、
   前記テレメトリ信号と前記第１の擬似雑音符号とを当該第１の擬似雑音符号の１チップ単位で論理演算することによって第１の測位符号を生成するステップと、
   前記クロックの１パルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第２の測位符号を生成するステップと、
   前記搬送波を前記第１の測位符号と前記第２の測位符号との組み合わせでＱＰＳＫ変調することによって搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成するステップと、を有することを特徴とする搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成方法。
4. １パルスが搬送波の周波数の一周期に対応するクロックを生成するステップと、
   前記クロックに対応する周波数の搬送波を生成するステップと、
   前記クロックの第１分周数のパルスをビット単位として駆動される少なくとも時刻情報を含む二値デジタル信号であるテレメトリ信号を生成するステップと、
   前記クロックの、前記第１分周数より小さい複数であって当該第１分周数の約数である第２分周数のパルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第１の擬似雑音符号を生成するステップと、
   前記テレメトリ信号と前記第１の擬似雑音符号とを当該第１の擬似雑音符号の１チップ単位で論理演算することによって第１の測位符号を生成するステップと、
   前記クロックの１パルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第２の測位符号を生成するステップと、
   前記搬送波を前記第２の測位符号で変調するステップと、
   前記搬送波で変調された前記第２の測位信号を前記第１の測位符号で変調することによって搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成するステップと、を有することを特徴とする搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成方法。
5. 前記搬送波を前記第２の測位符号で変調する前記ステップは、前記搬送波を前記搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号でＢＰＳＫ変調し、及び前記搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成する前記ステップは、前記搬送波で変調された前記第２の測位信号を前記第１の測位符号でＢＰＳＫ変調することを特徴とする請求項４に記載の搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成方法。
6. 前記擬似雑音符号は、ＰＮ符号であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成方法。
7. 前記論理演算は、モデューロ２演算であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成方法。
8. 前記モデューロ２演算は、排他的論理和であることを特徴とする請求項７に記載の搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成方法。
9. 前記第２の測位符号の符号の１周期の長さは、前記第１の測位符号の１チップの長さの１／２倍以上かつ１倍以下であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成方法。
10. 前記第１の測位符号の特定の１チップの開始時と前記第２の測位符号の特定の１周期の開始時とが一致しており、かつ、当該第１の測位符号の所定の複数のチップ区間が経過した直後に当該第２の測位符号の新たな符号の１周期が開始されるように、当該第２の測位符号の生成シーケンスをリセットすることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成方法。
11. １パルスが搬送波の周波数の一周期に対応するクロックを生成するクロック生成手段と、
    前記クロックに対応する周波数の搬送波を生成する搬送波生成手段と、
    前記クロックの第１分周数のパルスをビット単位として駆動される少なくとも時刻情報を含む二値デジタル信号であるテレメトリ信号を生成するテレメトリ信号生成手段と、
    前記クロックの、前記第１分周数より小さい数であって当該第１分周数の約数である第２分周数のパルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第１の擬似雑音符号を生成する第１の擬似雑音符号生成手段と、
    前記テレメトリ信号と前記第１の擬似雑音符号とを当該第１の擬似雑音符号の１チップ単位で論理演算することによって第１の測位符号を生成する第１の測位符号生成手段と、
    前記クロックの１パルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第２の測位符号を生成する第２の測位符号生成手段と、
    前記第１の測位符号と前記第２の測位符号とを当該第２の測位符号の１チップ単位で論理演算をすることによって搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号を生成する搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号生成手段と、
    前記搬送波を前記搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号で変調することによって搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成する搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成手段と、を有することを特徴とする搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成システム。
12. 前記搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成する前記搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成手段は、前記搬送波を前記搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号でＢＰＳＫ変調することを特徴とする請求項１１に記載の搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成システム。
13. １パルスが搬送波の周波数の一周期に対応するクロックを生成するクロック生成手段と、
    前記クロックに対応する周波数の搬送波を生成する搬送波生成手段と、
    前記クロックの第１分周数のパルスをビット単位として駆動される少なくとも時刻情報を含む二値デジタル信号であるテレメトリ信号を生成するステップと、
    前記クロックの、前記第１分周数より小さい数であって当該第１分周数の約数である第２分周数のパルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第１の擬似雑音符号を生成する第１の擬似雑音符号生成手段と、
    前記テレメトリ信号と前記第１の擬似雑音符号とを当該第１の擬似雑音符号の１チップ単位で論理演算することによって第１の測位符号を生成する第１の測位符号生成手段と、
    前記クロックの１パルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第２の測位符号を生成する第２の測位符号生成手段と、
    前記搬送波を前記第１の測位符号と前記第２の測位符号との組み合わせでＱＰＳＫ変調することによって搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成する搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成手段と、を有することを特徴とする搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成システム。
14. １パルスが搬送波の周波数の一周期に対応するクロックを生成するクロック生成手段と、
    前記クロックに対応する周波数の搬送波を生成する搬送波生成手段と、
    前記クロックの第１分周数のパルスをビット単位として駆動される少なくとも時刻情報を含む二値デジタル信号であるテレメトリ信号を生成するテレメトリ信号生成手段と、
    前記クロックの、前記第１分周数より小さい複数であって当該第１分周数の約数である第２分周数のパルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第１の擬似雑音符号を生成する第１の擬似雑音符号生成手段と、
    前記テレメトリ信号と前記第１の擬似雑音符号とを当該第１の擬似雑音符号の１チップ単位で論理演算することによって第１の測位符号を生成する第１の測位符号生成手段と、
    前記クロックの１パルスをチップ単位として駆動される擬似雑音符号である第２の測位符号を生成する第２の測位符号生成手段と、
    前記搬送波を前記第２の測位符号で変調する変調手段と、
    前記搬送波で変調された前記第２の測位信号を前記第１の測位符号で変調することによって搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成する搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成手段と、を有することを特徴とする搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成システム。
15. 前記搬送波を前記第２の測位符号で変調する前記変調手段は、前記搬送波を前記搬送波駆動擬似雑音符号型測位符号でＢＰＳＫ変調し、及び
    前記搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号を生成する前記搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成手段は、前記搬送波で変調された前記第２の測位信号を前記第１の測位符号でＢＰＳＫ変調することを特徴とする請求項１４に記載の搬送波駆動擬似雑音符号型測位信号生成システム。

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