JP2005207991A

JP2005207991A - Ｇｐｓ受信機

Info

Publication number: JP2005207991A
Application number: JP2004017037A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Ito; 敏之伊藤; Katsuhiko Muto; 勝彦武藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2005-08-04
Also published as: US7002515B2; US20050162313A1

Abstract

【課題】ソフトウェア相関によるＧＰＳ衛星の同期捕捉を行うＧＰＳ受信機において、トラッキングのための製品規模の増大を低減する
【解決手段】ＧＰＳ受信機１が、ソフトウェア相関によるＧＰＳ衛星の同期捕捉を行うＣＰＵ２０２と、ＣＰＵ２０２によって同期捕捉したＧＰＳ衛星のトラッキングのための相関処理を行う複数のハードウェア相関器から成るハードウェア相関部３０２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＧＰＳ受信機に関する。

従来、ＧＰＳ受信機において、ＧＰＳ衛星の同期捕捉に複数のハードウェア相関器を用いることで、同期捕捉の高速化を実現する技術が知られている。

このような複数個（複数チャンネル）のハードウェア相関器を用いるようなＧＰＳ受信機は、用いるハードウェア相関器の個数が多ければ多いほど同期捕捉にかかる時間が短くなる。しかし、同期捕捉の時間を短くするために、数百個、数千個のハードウェア相関器を有するような構成のＧＰＳ受信機には、ハードウェア相関器の数が多いことによるＬＳＩの規模、製造コスト等の増大等のデメリットが存在する。同期捕捉が実現した後に行われるＧＰＳ衛星のトラッキングにおいては、同期捕捉ほど多数のハードウェア相関器を必要としないので、上記のようなＧＰＳ受信機は、電源投入時に行われることが主である同期捕捉のためだけに、ＬＳＩ規模、製造コストを大きくしていることになる。

このようなデメリットを回避し、かつ同期捕捉の高速性を実現するＧＰＳ受信機として、ソフトウェア相関の技術を用いるものが提案されている。この技術は、ＧＰＳ衛星から受信した同期捕捉に必要な信号のデータを一定量メモリに記憶させておき、この記憶させたデータをＣＰＵでソフトウェア的に相関処理することで同期捕捉、トラッキングを行うようになっている。

しかし、衛星のトラッキングは、一度実行してしまえばしばらく再実行する必要のない捕捉とは異なり、例えば数ミリ秒程度のごく短い周期で繰り返し実行しなければならないリアルタイム処理である。発明者の検討によれば、このような高頻度のトラッキングを上記したソフトウェア相関による方法を用いて実現することは、現状の処理速度のＣＰＵを用いただけでは難しい。仮に実現できたとしても、極端に高性能のＣＰＵを用いなければならず、かえってＧＰＳ受信機の製造コスト、製品規模が大きくなってしまう。

本発明は上記点に鑑み、ソフトウェア相関によるＧＰＳ衛星の同期捕捉を行うＧＰＳ受信機において、トラッキングのための製品規模の増大を低減することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の第１の特徴は、ＧＰＳ受信機において、第１の相関手段（２０２）がソフトウェア相関によるＧＰＳ衛星の同期捕捉を行い、複数のハードウェアから成る第２の相関手段（３０２）がトラッキングのための相関処理を行うことである。このように、ソフトウェア相関による同期捕捉を行う第１の相関手段とは別の第２の相関手段によってトラッキングのための相関処理が実現され、さらに、第２の相関手段は複数のハードウェアから成っているので、第１の相関手段はトラッキングのようなリアルタイム処理を行う必要がなくなり、製品規模の増大が低減される。したがって、ソフトウェア相関によるＧＰＳ衛星の同期捕捉を行うＧＰＳ受信機において、トラッキングのための製品規模の増大を低減することができる。

また、本発明の第２の特徴は、第２の相関手段が複数のハードウェア相関器から成ることである。トラッキングは、同期捕捉ほどは多数のハードウェア相関器を必要としないので、第１の特徴の効果に加え、高速な同期捕捉をハードウェアで行うＧＰＳ受信機よりＬＳＩ規模、製造工程数等が低減される。

また、第１の相関手段は、同期捕捉の終了後、第２の相関手段を作動させるようになっていてもよい。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

図１に、本発明の一実施形態に係るＧＰＳ受信機１のハードウェア構成を示す。ＧＰＳ受信機１は、ＲＦダウンコンバータ１０１、ＡＤ変換器１０２、デジタル信号処理部１０３およびアンテナ１０４を有している。

ＲＦダウンコンバータ１０１は、アンテナ１０４が受けたＧＰＳ衛星からのＲＦ帯域の信号をＩＦ帯域の信号にダウンコンバートし、それをＡＤ変換器１０２に出力する。

ＡＤ変換器１０２は、ＲＦダウンコンバータ１０１から入力されたＩＦ信号をデジタルデータに変換してデジタル信号処理部１０３に出力する。

デジタル信号処理部１０３は、ハードウェアロジック部２０１、ＣＰＵ２０２、ＲＯＭとＲＡＭから成るメモリ２０３、およびハードウェアロジック部２０１、ＣＰＵ２０２、メモリ２０３間のデータのやりとりを媒介するデータバス２０４を有している。

ハードウェアロジック部２０１は、ダウンコンバータ３０１、ハードウェア相関部３０２、オンオフスイッチ３０３を有している。

ダウンコンバータ３０１は、ＡＤ変換器１０２がデジタル信号処理部１０３に出力したＩＦ帯域のデジタル信号をベースバンド信号にダウンコンバートし、そのベースバンド信号をハードウェア相関部３０２およびオンオフスイッチ３０３に出力する。

ハードウェア相関部３０２は、ＧＰＳ衛星のトラッキングのために相関処理を行う複数（例えば１２個）のハードウェア相関器を有しており、ダウンコンバータ３０１から受けたベースバンド信号に対して各ハードウェア相関器がそれぞれ位相の異なるＣ／Ａコードによる相関値を並列でデータバス２０４に出力する。

オンオフスイッチ３０３は、ＣＰＵ２０２の制御によってオン・オフ制御され、オン時にはダウンコンバータ３０１から出力されたデータをデータバス２０４に出力し、オフの時は出力しない。

ＣＰＵ２０２は、メモリ２０３中のＲＯＭから読み出したプログラムを読み出して実行し、その実行の際、必要に応じてデータバス２０４に出力されたデータを取得し、データバス２０４を介してメモリ２０３に対してデータの読み出し、書き込みの処理を行い、オンオフスイッチ３０３のオン・オフを制御し、またハードウェア相関部３０２の作動・非作動、Ｃ／Ａコードの位相等についての制御を行う。

以下に、ＣＰＵ２０２が実行するプログラムのフローチャートを示す。ＣＰＵ２０２は、電力が供給されているときは常にこのプログラムを実行することにより、ソフトウェア相関器としてＧＰＳ衛星の同期捕捉を行うことができる。

まずステップ２１０では、動作モードをＧＰＳ衛星捕捉とするため、ハードウェア相関部３０２が作動している場合、その作動を停止させる。

次にステップ２２０では、ソフトウェア相関器による疑似距離算出を行う。すなわち、ソフトウェア相関によるＧＰＳ衛星の同期捕捉（可視衛星サーチ、周波数／位相サーチ）を行う。具体的には、オンオフスイッチ３０３をオンとし、ダウンコンバータ３０１から出力されたベースバンド信号をメモリ２０３に一定時間分（例えば１秒分）保存させる。そして、このメモリに保存されたベースバンド信号のデータに対する複数の位相のＣ／Ａコードの相関値を算出し、そのピークの位相を選び出し、疑似距離を算出する。

次にステップ２３０では、トラッキング動作が可能か否かを判定する。トラッキング動作が可能とは、例えばステップ２２０で得られた相関値のピーク値が所定の値以上であるか否かで判定する。これによって、例えばＧＰＳ受信機１がトンネル内等のＧＰＳ衛星からのデータを受信できない位置にあれば、トラッキング動作は不能であると判定される。

トラッキング動作が可能である場合、ＣＰＵ２０２の動作モードをＧＰＳ衛星トラッキングにするために、続いてステップ２４０の処理を実行する。トラッキング動作が不可能である場合、再びステップ２１０の実行に戻ることで動作モードをＧＰＳ衛星捕捉のままにする。

ステップ２４０では、ソフトウェア相関器による疑似距離算出を停止することで、同期捕捉を終了する。具体的には、オンオフスイッチ３０３をオフとする。

同期捕捉の終了後、ステップ２５０では、ハードウェア相関部３０２による疑似距離算出を開始する。すなわち、ステップ２２０によって同期捕捉したＧＰＳ衛星のトラッキングのための相関処理を複数のハードウェア相関器に行わせるよう、ハードウェア相関部３０２を制御する。

次にステップ２６０では、位置情報算出等を行う。具体的には、ステップ２５０の処理の結果ハードウェア相関部３０２からデータバス２０４に出力された相関値を用いて、トラッキング、疑似距離算出、現在位置情報の算出を行う。

次にステップ２７０では、トラッキングが維持可能であるか否かを判定する。具体的には、ハードウェア相関部３０２から出力された相関値のピークが所定値以上であるか否かを判定する。トラッキングが維持できる場合、動作モードをＧＰＳ衛星捕捉にするためにステップ２１０の実行に戻り、トラッキング維持可能の場合は、ステップ２６０の処理を続ける。

以上のようなプログラムを実行することで、ＣＰＵ２０２は、トラッキングが可能か否かを判定し（ステップ２３０、ステップ２７０：判定手段に相当する）、トラッキング可能でないと判定した場合、ソフトウェア相関によるＧＰＳ衛星の同期捕捉を行い（ステップ２１０、ステップ２２０：同期捕捉手段に相当する）、トラッキング可能であると判定した場合、ハードウェア相関部３０２を作動させる（ステップ２５０：制御手段に相当する）。

以上のような作動により、ＧＰＳ受信機１において、ＣＰＵ２０２がソフトウェア相関によるＧＰＳ衛星の同期捕捉を行い、複数のハードウェア相関器から成るハードウェア相関部３０２がトラッキングのための相関処理を行う。このように、ソフトウェア相関による同期捕捉を行うＣＰＵ２０２とは別のハードウェアによってトラッキングのための相関処理が実現され、さらに、ハードウェア相関部３０２は複数のハードウェアから成っているので、ＣＰＵ２０２はトラッキングのようなリアルタイム処理を行う必要がなくなり、製品規模の増大が低減される。したがって、ソフトウェア相関によるＧＰＳ衛星の同期捕捉を行うＧＰＳ受信機において、トラッキングのための製品規模の増大を低減することができる。

また、トラッキングは、同期捕捉ほどは多数のハードウェア相関器を必要としないので、本実施形態と同程度の高速な同期捕捉をハードウェアで行うＧＰＳ受信機と比較した場合、ＬＳＩ規模、製造工程数等が低減される。

また、例えばＧＰＳ受信機１がカーナビゲーション機能を有している場合等、ＣＰＵ２０２において捕捉、トラッキング、位置情報算出以外のアプリケーションプログラムが実行されるような場合、本実施形態においてはＣＰＵ２０２ではトラッキングのための相関値の算出のための処理が行われないので、ＣＰＵ２０２で実行される他のプログラムとトラッキングの処理とが競合し、それによって他のアプリケーションの動作が遅延する等の問題が発生するおそれが低減される。

また、捕捉はソフトウェア的に行われているので、捕捉用のプログラムを書き換えることで、捕捉の機能を容易に修正、改良することができる。

なお、本明細書においてハードウェア相関部３０２を作動させるとは、ハードウェア相関部３０２がＧＰＳ衛星のトラッキングに用いられるように作動させることをいうのであって、たとえハードウェア相関部３０２がダウンコンバータ３０１からの信号に対する相関値を出力していたとしても、ＣＰＵ２０２がその出力された信号を用いていなければ、ハードウェア相関部３０２が作動しているとは言えない。

また、上記した実施形態においては、トラッキングのための相関処理を行うのはハードウェア相関器であるが、必ずしもハードウェア相関器でなくともよく、例えば上記した実施形態におけるＣＰＵとは別の複数のＣＰＵのそれぞれが、ソフトウェア相関によってトラッキングを行うようになっていてもよい。すなわち、トラッキングのための相関処理を行うのは、複数のハードウェアであればよい。

本発明の実施形態に係るＧＰＳ受信機１のハードウェア構成を示す図である。本実施形態に係るＣＰＵ２０２が実行するプログラムのフローチャートである。

符号の説明

１…ＧＰＳ受信機、１０１…ＲＦダウンコンバータ、１０２…ＡＤ変換器、
１０３…デジタル信号処理部、１０４…アンテナ、２０１…ハードウェアロジック部、
２０２…ＣＰＵ、２０３…メモリ、２０４…データバス、３０１…ダウンコンバータ、
３０２…ハードウェア相関部、３０３…オンオフスイッチ。

Claims

ソフトウェア相関によるＧＰＳ衛星の同期捕捉を行う第１の相関手段（２０２）と、
前記第１の相関手段によって同期捕捉したＧＰＳ衛星のトラッキングのための相関処理を行う複数のハードウェアから成る第２の相関手段（３０２）と、を備えたことを特徴とするＧＰＳ受信機。
前記第２の相関手段は、複数のハードウェア相関器から成ることを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ受信機。
前記第１の相関手段は、前記同期捕捉の終了後、前記第２の相関手段を作動させることを特徴とする請求項１または２に記載のＧＰＳ受信機。
前記第１の相関手段は、トラッキングが可能か否かを判定する判定手段と、
前記判定手段がトラッキング可能でないと判定したことに基づいて、ソフトウェア相関によるＧＰＳ衛星の同期捕捉を行う同期捕捉手段と、
前記判定手段がトラッキング可能であると判定したことに基づいて、前記第２の相関手段を作動させる制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のＧＰＳ受信機。