JP2005265476A

JP2005265476A - 衛星航法装置

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Publication number: JP2005265476A
Application number: JP2004075084A
Authority: JP
Inventors: Koichi Washizu; 浩一鷲頭
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】ＧＰＳ信号を逆拡散するためのコード相関を求めるための処理時間は長く、また相関器の数が増加していた。また、航法データを復調するためのビット同期が面倒であった。
【解決手段】ＧＰＳ信号は短い繰り返し周期のＬ１Ｃ／Ａコードおよび長い繰り返し周期の変調コードであるＬ２ＣＭコードあるいはＬ２ＣＬコードによってスペクトル拡散される。これらの変調コードの相関ピークが探索され、いずれかの相関ピークが検出されたとき、このピーク情報を用いて他方の相関ピーク探索範囲が限定され、コード相関を容易に求めることができる。また、航法データを復調するためのビット同期を容易に行うため、Ｌ２ＣＭあるいはＬ２ＣＬコードの相関ピークを検出した時点のコード位相を用いてこの変調コードに同期した航法データが反転するタイミングを推定する。
【選択図】図８

Description

本発明はＧＰＳ衛星からの信号を受信し、現在時刻や利用者の現在位置を計算する衛星航法装置に関するものである。

米国のＧＰＳ(Global Positioning system)は現在世界中で広く利用されているが、採用されている技術はＧＰＳの開発が開始された１９７０年代のものであり、その後の技術発展を取り入れて性能を向上させる必要性が叫ばれてきた。米国政府はＧＰＳの近代化と称して、より高度な信号形式、新たな送信周波数の追加、高精度なシステム制御などの検討を続けており、２００４年以降これらの成果を盛り込んだ新形式の衛星が順次打ち上げられる計画となっている。

ＧＰＳの近代化によれば、これまで軍用のP(Y)と呼ばれるコードのみで変調されていたＬ２と呼ばれる周波数(1227.60MHz)に、Ｌ２Ｃと呼ばれる新たな民間用コードの変調が追加される。この変調はP(Y)コードと直交したBPSK(Bi-Phase Shift Keying)であり、その時系列構造を図１に示す。Ｌ２ＣコードはＬ２ＣＭとＬ２ＣＬという２種類の擬似雑音コードを時分割して構成されている。この内、Ｌ２ＣＭの部分にはさらに航法データと呼ばれる衛星の軌道情報や時刻情報がBPSK(Bi-Phase Shift Keying)によって乗ぜられている。

ＧＰＳで測位計算を行うには、ＧＰＳ信号の観測によってＧＰＳ衛星と利用者受信機間の距離を測定する必要がある。この距離は一般に、擬似雑音コードでスペクトラム拡散されたＧＰＳ信号を逆拡散して得られる擬似雑音コードの位相すなわちＧＰＳ信号の送信時刻と、利用者受信機で逆拡散した時刻すなわち受信時刻との差から求める。こうして求めた距離には、ＧＰＳシステムのマスタークロックと利用者受信機の内蔵時計との時刻差が含まれるので、一般に擬似距離と呼ばれる。測位計算では、衛星を一つ余分に用いることでこの時刻差をも求めることができるので、時刻差が含まれていても問題とはならない。

さて、以下に本発明に関する従来の技術を２種類述べる。

一つ目は、信号を逆拡散するためのコード相関に関する技術である。

前述のＬ２Ｃコードを用いて測位計算を行うには、Ｌ２Ｃコードの位相を測定する必要があるので、Ｌ２Ｃコードの逆拡散を行う。ここでＬ２ＣＭの部分に航法データが乗ぜられていないならば、Ｌ２ＣＭとＬ２ＣＬを時分割合成したＬ２Ｃコードのビット列が一義的に決まるので、この一義的なビット列を受信機で発生させてＬ２受信信号と相関を取ることにより逆拡散を行うことができる。しかし、実際にはＬ２ＣＭの部分には航法データが乗ぜられている。航法データは衛星の軌道情報や時刻情報から成り立っており、通常２時間毎に最新の値に更新されるので、航法データのビット列は不定である。従って、Ｌ２Ｃコードを逆拡散するには、時分割されたＬ２ＣＭとＬ２ＣＬの各々の部分を独立にサンプリングし、各々独立に相関を取ることになる。利用者の受信機は一般にＧＰＳのシステム時計と同期が取れていないので、逆拡散できる真のコード位相を推定することは困難であり、相関を取る際にはＬ２ＣＭ、Ｌ２ＣＬいずれもコード長の全域をスキャンして真のコード位相を探索する。

二つ目は、測位計算に必要な航法データを復調するためのビット同期に関する技術である。

航法データは従来の民生用ＧＰＳ受信機が使用していたＬ１と呼ばれる周波数(1575.42MHz)のＣ／Ａと呼ばれるコードにもBPSK(Bi-Phase Shift Keying)によって乗ぜられている。測位計算を行うには、航法データに含まれる衛星の軌道情報や時刻情報を取得する必要があるので、ＧＰＳ受信機では一般に航法データの復調を行う。復調のためには、航法データの各ビットの境界すなわちデータが反転するタイミングを検出するビット同期と呼ばれる処理が必要である。航法データのビット境界はＣ／Ａコードの開始点と同期しており、その関係を図２に示す。Ｃ／Ａコードの繰り返し周期が1msであるのに対し航法データの1ビットの長さは20msであるため、Ｃ／Ａコードの逆拡散によって現在受信しているコード位相を検出したとしても、Ｃ／Ａコードの1ms毎の開始点が把握できるだけで、航法データのビット境界は把握できない。この理由を図２を例に取って説明する。

逆拡散が成功し信号を捕捉した時のＣ／Ａコード位相が、航法データ1ビットに含まれるＣ／Ａコード２０周期の内の２周期目の701チップ目と仮定する。Ｃ／Ａコードの逆拡散で取得できる位相情報は701チップ目ということだけで、何周期目を捕捉したかということはわからない。701チップ目から逆算して0チップ目すなわちＣ／Ａコードの1ms毎の開始点のタイミングは計算で求められるが、そこが何周期目に当たるのかがわからないため、航法データのビット境界すなわちＣ／Ａコード1周期目の0チップ目がどこかを一義的に決定することができないのである。それでは従来のＧＰＳ受信機ではどのようにしてビット同期を行っていたかの一例を図３を用いて述べる。

航法データの1ビットは20msであることから、前述のＣ／Ａコードの1ms毎の開始点の内から適当な一点を選び、そこから20ms間の受信信号を同期加算する。これを同期加算区間1とする。次に今選んだ開始点の1ms隣の開始点を選び、そこから同様に20ms間の受信信号を同期加算し、これを同期加算区間２とする。このように1msずつずらした同期加算値を２０種類測定する。航法データのビット境界はＣ／Ａコードの開始点と同期しており、かつ航法データの1ビットは20msであるから、これら２０種類の同期加算区間のいずれかが航法データのビット境界と一致しているはずである。図３では、航法データの薄墨をかけたビットの部分とかけないビットの部分で航法データが反転しているので、同期加算区間１９以外の区間は、加算区間内で加算値が相殺されて加算値が小さくなる。これに対して同期加算区間１９は航法データのビット境界と一致しているので加算区間内で加算値が相殺されることがなく、加算値が最も大きくなる。この性質を利用して、加算値が最大となる同期加算区間を検出することでビット同期を行っていた。

上記の方法には次のような欠点がある。

まず一つ目の、信号を逆拡散するためのコード相関に関する欠点を述べる。一般に、擬似雑音コードのコード長が長いと逆拡散に要する相関処理の回数が多くなり、処理時間の増大を招く。処理時間の増大を嫌って相関器数を増やすと回路規模の増大を招く。従来の民生用ＧＰＳ受信機が使用していたＣ／Ａコードのコード長が1023チップであるのに対し、Ｌ２ＣＭのコード長は10230チップ、Ｌ２ＣＬのコード長は767250チップなので、Ｃ／Ａコードと比較してＬ２ＣＭは１０倍、Ｌ２ＣＬは７５０倍のコード長となっている。このため従来のＬ１Ｃ／Ａコード利用受信機に比べて、処理時間の増大を招いて使い勝手の低下を引き起こしたり、回路規模の増大を招いて価格の上昇を引き起こしたりする。

次に二つ目の、測位計算に必要な航法データを復調するためのビット同期に関する欠点を述べる。Ｌ１Ｃ／Ａコードに乗ぜられている航法データの復調のためにビット同期を行う際には、1msずつずらした同期加算値を２０種類測定するのであるが、受信信号の信号強度が弱い場合にはＳ／Ｎを向上させるために同期加算の回数を増やすので、ビット同期にかかる時間が長くなる。またこの方法は同期加算中に航法データのビットが反転しないと機能しないので、航法データの値がたまたまゼロばかり長く続くような時には1の値が出現するまでビット境界が検出できず、ビット同期にかかる時間が長くなる。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、一つ目の、信号を逆拡散するためのコード相関に関する欠点に対しては、Ｌ２Ｃコードを利用する場合の相関処理の増大を抑え、処理時間の増大を抑えて使い勝手の低下を防ぎ、回路規模の増大を抑えて価格の上昇を防ぐこと、二つ目の、測位計算に必要な航法データを復調するためのビット同期に関する欠点に対しては、Ｌ１Ｃ／Ａコードに乗ぜられている航法データの復調のためのビット同期時間を短縮することを目的としている。

本発明は上記欠点を除去するため、一つ目の、信号を逆拡散するためのコード相関に関する欠点に対しては、Ｃ／Ａコードの相関ピークを検出した時点のＣ／Ａコード位相を用いてＬ２ＣＭコードの相関ピーク探索範囲を限定する手段、あるいはＬ２ＣＭコードの相関ピークを検出した時点のＬ２ＣＭコード位相を用いてＣ／Ａコードの相関ピーク探索範囲を限定する手段、あるいはＣ／Ａコードの相関ピークを検出した時点のＬ１搬送波周波数を用いてＬ２ＣＭコードの相関ピーク探索におけるＬ２周波数の探索範囲を限定する手段、あるいはＬ２ＣＭコードの相関ピークを検出した時点のＬ２搬送波周波数を用いてＣ／Ａコードの相関ピーク探索におけるＬ１周波数の探索範囲を限定する手段を備える。
また、Ｃ／Ａコードの相関ピークとＬ２ＣＭコードの相関ピークの探索を並行して行い、いずれか先に相関ピークを検出した方のピーク情報を用いて他方の相関ピーク探索範囲を限定する手段、あるいはＣ／Ａコードの相関ピークを検出した時点のＣ／Ａコード位相を用いてＬ２ＣＬコードの相関ピーク探索範囲を限定する手段、あるいはＬ２ＣＬコードの相関ピークを検出した時点のＬ２ＣＬコード位相を用いてＣ／Ａコードの相関ピーク探索範囲を限定する手段を備える。

また、Ｃ／Ａコードの相関ピークを検出した時点のＬ１搬送波周波数を用いてＬ２ＣＬコードの相関ピーク探索におけるＬ２周波数の探索範囲を限定する手段、あるいはＬ２ＣＬコードの相関ピークを検出した時点のＬ２搬送波周波数を用いてＣ／Ａコードの相関ピーク探索におけるＬ１周波数の探索範囲を限定する手段を備える。

また、Ｃ／Ａコードの相関ピークとＬ２ＣＬコードの相関ピークの探索を並行して行い、いずれか先に相関ピークを検出した方のピーク情報を用いて他方の相関ピーク探索範囲を限定する手段、あるいはＬ２ＣＭコードの相関ピークを検出した時点のＬ２ＣＭコード位相を用いてＬ２ＣＬコードの相関ピーク探索範囲を限定する手段、あるいはＬ２ＣＬコードの相関ピークを検出した時点のＬ２ＣＬコード位相を用いてＬ２ＣＭコードの相関ピーク探索範囲を限定する手段を備える。

また、Ｌ２ＣＭコードの相関ピークとＬ２ＣＬコードの相関ピークの探索を並行して行い、いずれか先に相関ピークを検出した方のピーク情報を用いて他方の相関ピーク探索範囲を限定する手段、あるいはＣ／Ａコードの相関ピークを検出した時点のＣ／Ａコード位相と、航法データのデータが反転するタイミングとを用いてＬ２ＣＭコードの相関ピーク探索範囲を限定する手段、あるいはＣ／Ａコードの相関ピークを検出した時点のＣ／Ａコード位相と、航法データのデータが反転するタイミングとを用いてＬ２ＣＬコードの相関ピーク探索範囲を限定する手段を備えたことを特徴とする。

二つ目の、測位計算に必要な航法データを復調するためのビット同期に関する欠点に対しては、Ｌ２ＣＭコードの相関ピークを検出した時点のＬ２ＣＭコード位相を用いてＣ／Ａコードに乗ぜられている航法データのデータが反転するタイミングを推定する手段、あるいはＬ２ＣＬコードの相関ピークを検出した時点のＬ２ＣＬコード位相を用いてＣ／Ａコードに乗ぜられている航法データのデータが反転するタイミングを推定する手段、を備えたことを特徴とする。

従来は、Ｌ２Ｃコードを探索する際、Ｃ／Ａコードと比較してＬ２ＣＭは１０倍、Ｌ２ＣＬは７５０倍のコード長となっているため、従来のＬ１Ｃ／Ａコード利用受信機に比べて、処理時間の増大を招いて使い勝手の低下を引き起こしたり、回路規模の増大を招いて価格の上昇を引き起こしたりするという問題があった。

しかしながら、本発明では、Ｃ／ＡコードあるいはＬ２ＣＭコードのいずれか相関ピークを検出した方のピーク情報を用いて他方の相関ピーク探索範囲を限定すること、あるいはＣ／ＡコードあるいはＬ２ＣＬコードのいずれか相関ピークを検出した方のピーク情報を用いて他方の相関ピーク探索範囲を限定すること、あるいはＬ２ＣＭコードあるいはＬ２ＣＬコードのいずれか相関ピークを検出した方のピーク情報を用いて他方の相関ピーク探索範囲を限定することにより、Ｌ２Ｃコードを利用する場合の相関処理の増大を抑え、処理時間の増大を抑えて使い勝手の低下を防ぎ、回路規模の増大を抑えて価格の上昇を防ぐという優れた効果がある。

また、従来は、Ｌ１Ｃ／Ａコードに乗ぜられている航法データの復調のためにビット同期を行う際には、1msずつずらした20ms間の同期加算値を２０種類測定しており、受信信号の信号強度が弱い場合にはＳ／Ｎを向上させるために同期加算の回数を増やすので、ビット同期にかかる時間が長くなり、またこの方法は同期加算中に航法データのビットが反転しないと機能しないので、航法データの値がたまたまゼロばかり長く続くような時には1の値が出現するまでビット境界が検出できず、ビット同期にかかる時間が長くなるという問題があった。

しかしながら、本発明では、Ｌ２ＣＭあるいはＬ２ＣＬコードの相関ピークを検出した時点の各々のコード位相を用いてＬ１Ｃ／Ａコードに乗ぜられている航法データのデータが反転するタイミングを推定することにより、Ｌ１Ｃ／Ａコードに乗ぜられている航法データの復調のためのビット同期時間を短縮するという優れた効果がある。

以下本発明を示す実施形態について説明する。

まず一つ目の欠点である、信号を逆拡散するためのコード相関を改善する実施形態を述べる。

図４に、Ｌ１とＬ２との間で互いに他方の捕捉情報を用いてＧＰＳ受信信号の逆拡散の処理速度を上げる装置の一実施形態を示す。最初に、Ｌ１Ｃ／Ａの捕捉情報を用いてＬ２ＣＭの逆拡散の処理速度を上げる方法を述べる。Ｌ１Ｃ／Ａコードのビットレートは1.023Mbps、コード長は1023チップなので繰り返し周期は1msである。これに対し、Ｌ２ＣＭコードのビットレートは511.5kbps、コード長は10230チップなので繰り返し周期は20msである。Ｌ１Ｃ／ＡコードとＬ２ＣＭコードの送信位相は同期しているので、Ｌ２ＣＭコードが１周期送信される間にＬ１Ｃ／Ａコードはちょうど２０周期送信される。図５にこの関係を示す。

図５において、Ｌ２ＣＭの相関が最大となる真のコード位相をp₃とし、この点がＬ２ＣＭコードの先頭から(2+a)[ms]に位置すると仮定すると、Ｌ１Ｃ／ＡコードとＬ２ＣＭコードは同期しているので、Ｌ１Ｃ／Ａは、コードの先頭からa[ms]の点において相関が最大となり、この点で捕捉される。Ｌ１Ｃ／Ａを先に捕捉し、次にＬ２ＣＭを捕捉しようとする場合、Ｌ２ＣＭの真のコード位相はＬ２ＣＭコードの先頭から(N+a)[ms] (N=0,1,2,・・・,19)の２０ヶ所の候補p₁〜p₂₀のいずれかの点にあることは明らかである。従って、Ｌ２ＣＭの10230チップ全域を探索しなくても、これら２０ヶ所のごく近傍のみを探索すればＬ２ＣＭの真のコード位相が捕捉できる。

また、Ｌ１信号の周波数は15７５.42MHz、Ｌ２信号の周波数は1227.60MHzであり、７７：６０の比となっている。一般にＧＰＳ受信信号はＧＰＳ衛星の運動によってドップラー偏位を受けるが、このドップラー偏位もＬ１とＬ２とでは７７：６０の比となる。このように周波数比がわかっているので、Ｌ１Ｃ／Ａを捕捉した際のＬ１周波数を測定すればＬ２が捕捉されるであろう周波数を計算することができ、Ｌ２探索の際の周波数探索範囲を絞ることができる。

以下にこれらの手順の詳細を図４に従って述べる。まず１の受信アンテナでＧＰＳ信号を受信する。２のＬ１受信部は、1575.42MHzのＧＰＳＬ１信号を数MHzの中間周波数に変換するダウンコンバータであり、ここに設けられたフィルタによって1227.60MHzのＧＰＳＬ２信号は除去され、ＧＰＳＬ１信号だけが取り出される。次に３のＬ１Ｃ／Ａサンプリング部にて前記中間周波数よりも充分高いサンプリング周波数でサンプリングし、デジタル信号に変換する。４のＬ１キャリア相関器は、サンプリングされた受信信号と５のＬ１局部発振器で発生された搬送波(キャリア)との相関を取り、受信信号をベースバンド周波数に落とす。一般にＧＰＳ受信信号はＧＰＳ衛星の運動によってドップラー偏位を受けているので、Ｌ１周波数を例に取ると1575.42MHz±数kHzの範囲で周波数がオフセットしている。そのため５のＬ１局部発振器では、発生させる周波数を前記中間周波数±数kHzの範囲でスキャンさせる。６のＬ１Ｃ／Ａコード相関器は、ベースバンド周波数に落とされた受信信号と７のＬ１Ｃ／Ａコード発生器で発生されたＬ１Ｃ／Ａコードとの相関を取る。７のＬ１Ｃ／Ａコード発生器では、コード相関のピークを探索するため、発生させるＬ１Ｃ／Ａコードの位相をＬ１Ｃ／Ａコードのコード長 1023チップの範囲でスキャンさせる。６のＬ１Ｃ／Ａコード相関器から出力される相関値は８のＬ１Ｃ／Ａ相関ピーク検出部にて測定される。この相関値は、受信信号の周波数と５のＬ１局部発振器で発生されたキャリアの周波数が一致し、かつ受信信号のＬ１Ｃ／Ａコードの位相と７のＬ１Ｃ／Ａコード発生器で発生されたＬ１Ｃ／Ａコードの位相が一致した時、すなわち逆拡散が成功した時に最大となる。この最大値を検出するため、８のＬ１Ｃ／Ａ相関ピーク検出部は、５のＬ１局部発振器と７のＬ１Ｃ／Ａコード発生器が周波数とＬ１Ｃ／Ａコード位相をスキャンしている間に増減する相関値を測定し、スキャン実施中の相関値の最大値が更新されるたびにＬ１Ｃ／Ａ捕捉情報を出力し、相関が最大となった周波数とＬ１Ｃ／Ａコード位相とを９のＬ２探索周波数計算部と１０のＬ２ＣＭ探索位相計算部に記憶させる。規定の範囲のスキャンが終了した際に９のＬ２探索周波数計算部に記憶されている周波数と１０のＬ２ＣＭ探索位相計算部に記憶されているＬ１Ｃ／Ａコード位相とが、相関が最大値を取る状態ということになる。なお、相関の最大値の検出は次の方法によってもよい。Ｌ１Ｃ／Ａコードの自己相関はおよそ−21dBであるので、相関の最大ピークとその他の小さなピークとの間にしきい値を設定して最大ピークを識別することは容易である。そこで、８のＬ１Ｃ／Ａ相関ピーク検出部にて、前記スキャンの間に相関値を測定し、相関値が前記しきい値を越えたらＬ１Ｃ／Ａ捕捉情報を出力し、その時の周波数とＬ１Ｃ／Ａコード位相とを９のＬ２探索周波数計算部と１０のＬ２ＣＭ探索位相計算部に記憶させる。この方法によれば、規定の範囲のスキャンが終了するのを待たなくても相関の最大値を検出することができる。

次に、９のＬ２探索周波数計算部にて、記憶している相関最大の際のＬ１周波数から、前記７７：６０の比を利用してＬ２の探索周波数を計算する。また、１０のＬ２ＣＭ探索位相計算部にて、記憶している相関最大の際のＬ１Ｃ／Ａコード位相から、Ｌ２ＣＭコードの前記探索候補２０ヶ所のコード位相を計算する。

一方、１の受信アンテナで受信したＧＰＳ信号は１１のＬ２受信部にも入力される。１１のＬ２受信部は、1227.60MHzのＧＰＳＬ２信号を数MHzの中間周波数に変換するダウンコンバータであり、ここに設けられたフィルタによって1575.42MHzのＧＰＳＬ１信号は除去され、ＧＰＳＬ２信号だけが取り出される。次に１２のＬ２ＣＭサンプリング部にて前記中間周波数よりも充分高いサンプリング周波数でサンプリングし、デジタル信号に変換する。１３のＬ２キャリア相関器は、サンプリングされた受信信号と１４のＬ２局部発振器で発生された搬送波(キャリア)との相関を取り、受信信号をベースバンド周波数に落とす。１４のＬ２局部発振器では、９のＬ２探索周波数計算部にて求められたＬ２探索周波数を発生する。Ｌ１Ｃ／Ａを捕捉した際の５のＬ１局部発振器の発生周波数は、周波数スキャン分解能の分だけ真の周波数とは異なっているため、Ｌ２探索においては前記Ｌ２探索周波数の周辺でこの誤差をカバーできる範囲をスキャンさせる。１５のＬ２ＣＭコード相関器は、ベースバンド周波数に落とされた受信信号と１６のＬ２ＣＭコード発生器で発生されたＬ２ＣＭコードとの相関を取る。１６のＬ２ＣＭコード発生器では、１０のＬ２ＣＭ探索位相計算部にて求められたＬ２ＣＭコードの前記探索候補２０ヶ所のコード位相にてＬ２ＣＭコードを発生させる。探索の際にはＬ１Ｃ／Ａコード捕捉時からＬ２ＣＭコード探索時までの間に進むコード位相の推定を行うが、この推定誤差などが発生するため、前記探索候補２０ヶ所のコード位相のごく近傍でこの誤差をカバーできる範囲をスキャンさせる。１５のＬ２ＣＭコード相関器から出力される相関値は１７のＬ２ＣＭ相関ピーク検出部にて測定される。相関の最大値の検出方法は、８のＬ１Ｃ／Ａ相関ピーク検出部で述べた方法と同様である。

以上のようにＬ１Ｃ／Ａの捕捉情報を用いてＬ２ＣＭの探索周波数範囲と探索コード位相範囲を限定することで、Ｌ２周波数で予想されるドップラー偏位の範囲全域ならびにＬ２ＣＭコードの全域をスキャンして探索する場合に比べて著しく探索速度を上げることができる。

このように、繰り返し周期の短いコードを捕捉した後、繰り返し周期の長いコードの探索範囲を限定する技術としては、ＧＰＳのＬ１Ｃ／Ａコードを捕捉した後、P(Y)コードの探索範囲を限定する技術が従来から知られている。これは、Ｌ１Ｃ／Ａコードを捕捉した後、Ｌ１Ｃ／Ａコードに乗ぜられている航法データを復調し、航法データの内の"Handover"というP(Y)コードの真のコード位相の場所を示す情報を取得してその付近を探索するというものである。この方法は"Handover"情報の取得を必要とし、ＧＰＳ衛星からの"Handover"情報の放送間隔が６秒毎であることから、Ｌ１Ｃ／Ａコード捕捉後、最大で６秒程度の時間を必要とする。これに対し本発明の方法は、"Handover"情報のような支援情報の必要もなく、Ｌ２ＣＭコードの候補２０ヶ所のごく近傍を探索するだけの処理で実現できるので、きわめて短時間でＬ２ＣＭコードを探索できるという優れた特長がある。

また、図８に示すように、Ｌ２ＣＭコードの繰り返し周期はＬ１Ｃ／Ａに乗ぜられている航法データの1ビットと長さも位相も同期しているので、従来の技術の項で述べたビット同期を行って航法データのビット境界を検出すれば、ビット境界がそのままＬ２ＣＭコードの先頭に対応するので、ビット境界と、捕捉したＬ１Ｃ／Ａコード位相との相対位相からＬ２ＣＭのコード位相を容易に一義的に決定することができる。この方法によっても、Ｌ２ＣＭコードの探索速度を著しく上げることができる。

同様な手法で、Ｌ１Ｃ／Ａの捕捉情報を用いてＬ２ＣＬの逆拡散の処理速度を上げることもできる。前述したようにＬ１Ｃ／Ａコードのビットレートは1.023Mbps、コード長は1023チップなので繰り返し周期は1msである。これに対し、Ｌ２ＣＬコードのビットレートは511.5kbps、コード長は767250チップなので繰り返し周期は１．５秒である。Ｌ１Ｃ／ＡコードとＬ２ＣＬコードの送信位相もまたＬ２ＣＭと同様に同期しているので、Ｌ２ＣＬコードが１周期送信される間にＬ１Ｃ／Ａコードはちょうど１５００周期送信される。Ｌ１Ｃ／Ａを先に捕捉し、次にＬ２ＣＬを捕捉しようとする場合、Ｌ２ＣＭの場合と同様に、Ｌ２ＣＬの真のコード位相はＬ２ＣＬコード内の１５００ヶ所の候補のいずれかの点にあることは明らかである。従って、Ｌ２ＣＬの767250チップ全域を探索しなくても、これら１５００ヶ所のごく近傍のみを探索すればＬ２ＣＬの真のコード位相が捕捉できる。

また、Ｌ２ＣＬコードもＬ２信号の変調の一つであるので搬送波周波数は1227.60MHzである。このためＬ１信号の周波数1575.42MHzとは、前述したように７７：６０の比となっている。よって前述したように、Ｌ１Ｃ／Ａを捕捉した際のＬ１周波数を測定すればＬ２が捕捉されるであろう周波数を計算することができ、Ｌ２探索の際の周波数探索範囲を絞ることができる。

これらＬ２ＣＬの探索速度向上の手順の詳細は、図４のＬ２ＣＭ用の構成要素をＬ２ＣＬに置き換えることにより、Ｌ２ＣＭの場合と同様に説明することができる。Ｌ２ＣＭの場合との相違点は、Ｌ２ＣＭコードの探索候補が２０ヶ所であるのに対し、Ｌ２ＣＬコードの探索候補は１５００ヶ所である点だけである。

また、図８に示すように、Ｌ２ＣＭコードの繰り返し周期はＬ１Ｃ／Ａに乗ぜられている航法データの1ビットと長さも位相も同期しているので、従来の技術の項で述べたビット同期を行って航法データのビット境界を検出すれば、ビット境界がそのままＬ２ＣＭコードの先頭に対応するので、ビット境界と、捕捉したＬ１Ｃ／Ａコード位相との相対位相からＬ２ＣＭのコード位相を容易に一義的に決定することができる。Ｌ２ＣＭコードのビットレートは511.5kbps、コード長は10230チップなので繰り返し周期は20msである。これに対し、Ｌ２ＣＬコードのビットレートは511.5kbps、コード長は767250チップなので繰り返し周期は１．５秒である。Ｌ２ＣＭコードとＬ２ＣＬコードの送信位相は同期しているので、Ｌ２ＣＬコードが１周期送信される間にＬ２ＣＭコードはちょうど７５周期送信される。図７にこの関係を示す。図７において、Ｌ２ＣＬの相関が最大となる真のコード位相をp₃とし、この点がＬ２ＣＬコードの先頭から(40+a)[ms]に位置すると仮定すると、Ｌ２ＣＭコードとＬ２ＣＬコードは同期しているので、Ｌ２ＣＭは、コードの先頭からa[ms]の点において相関が最大となり、この点で捕捉される。前述のようにＬ２ＣＭのコード位相が決定できたならば、Ｌ２ＣＬを捕捉しようとする場合、Ｌ２ＣＬの真のコード位相はＬ２ＣＬコードの先頭から(20×N+a)[ms] (N=0,1,2,・・・,74)の７５ヶ所の候補p₁〜p₇₅のいずれかの点にあることは明らかである。従って、Ｌ２ＣＬの767250チップ全域を探索しなくても、これら７５ヶ所のごく近傍のみを探索すればＬ２ＣＬの真のコード位相が捕捉できる。この方法によっても、Ｌ２ＣＬコードの探索速度を著しく上げることができる。

次に、Ｌ２ＣＭの捕捉情報を用いてＬ１Ｃ／Ａの逆拡散の処理速度を上げる方法を述べる。Ｌ２ＣＭはＬ１Ｃ／Ａよりもコード長が長いため、自己相関・相互相関ともにＬ１Ｃ／Ａよりも特性が改善されている。この性質を利用して、妨害波の多い環境下でＧＰＳ信号を探索する場合などに、まずＬ２ＣＭを探索することで捕捉の可能性を上げることができる。

前述したようにＬ１Ｃ／ＡコードとＬ２ＣＭコードの送信位相は同期しており、Ｌ１Ｃ／Ａコードの方がＬ２ＣＭコードより繰り返し周期が短いので、図５に示すように、Ｌ２ＣＭの真のコード位相がわかれば、対応するＬ１Ｃ／Ａのコード位相は一義的に定まる。ゆえにＬ２ＣＭが捕捉され真のコード位相が判明したならば、対応するＬ１Ｃ／Ａのコード位相のごく近傍のみを探索すればよい。また周波数の探索については、Ｌ１信号とＬ２信号の周波数は７７：６０の比となっているので、前述したようにＬ２を捕捉した際のＬ２周波数の情報を用いてＬ１Ｃ／Ａの周波数探索範囲を絞ることができる。

以下にこれらの手順の詳細を図４に従って述べる。

まず１の受信アンテナでＧＰＳ信号を受信する。１１のＬ２受信部は、1227.60MHzのＧＰＳＬ２信号を数MHzの中間周波数に変換するダウンコンバータであり、ここに設けられたフィルタによって1575.42MHzのＧＰＳＬ１信号は除去され、ＧＰＳＬ２信号だけが取り出される。次に１２のＬ２ＣＭサンプリング部にて前記中間周波数よりも充分高いサンプリング周波数でサンプリングし、デジタル信号に変換する。１３のＬ２キャリア相関器は、サンプリングされた受信信号と１４のＬ２局部発振器で発生された搬送波(キャリア)との相関を取り、受信信号をベースバンド周波数に落とす。一般にＧＰＳ受信信号はＧＰＳ衛星の運動によってドップラー偏位を受けているので、Ｌ２周波数を例に取ると1227.60MHz±数kHzの範囲で周波数がオフセットしている。そのため１４のＬ２局部発振器では、発生させる周波数を前記中間周波数±数kHzの範囲でスキャンさせる。１５のＬ２ＣＭコード相関器は、ベースバンド周波数に落とされた受信信号と１６のＬ２ＣＭコード発生器で発生されたＧＰＳＬ２ＣＭコードとの相関を取る。１６のＬ２ＣＭコード発生器では、コード相関のピークを探索するため、発生させるＬ２ＣＭコードの位相をＬ２ＣＭコードのコード長 10230チップの範囲でスキャンさせる。１５のＬ２ＣＭコード相関器から出力される相関値は１７のＬ２ＣＭ相関ピーク検出部にて測定される。この相関値は、受信信号の周波数と１４のＬ２局部発振器で発生されたキャリアの周波数が一致し、かつ受信信号のＬ２ＣＭコードの位相と１６のＬ２ＣＭコード発生器で発生されたＬ２ＣＭコードの位相が一致した時、すなわち逆拡散が成功した時に最大となる。この最大値を検出するため、１７のＬ２ＣＭ相関ピーク検出部は、１４のＬ２局部発振器と１６のＬ２ＣＭコード発生器が周波数とＬ２ＣＭコード位相をスキャンしている間に増減する相関値を測定し、スキャン実施中の相関値の最大値が更新されるたびにＬ２ＣＭ捕捉情報を出力し、相関が最大となった周波数とＬ２ＣＭコード位相とを１８のＬ１探索周波数計算部と１９のＬ１Ｃ／Ａ探索位相計算部に記憶させる。規定の範囲のスキャンが終了した際に１８のＬ１探索周波数計算部に記憶されている周波数と１９のＬ１Ｃ／Ａ探索位相計算部に記憶されているＬ２ＣＭコード位相とが、相関が最大値を取る状態ということになる。なお、相関の最大値の検出は次の方法によってもよい。Ｌ２ＣＭコードの自己相関はおよそ−27dBであるので、相関の最大ピークとその他の小さなピークとの間にしきい値を設定して最大ピークを識別することは容易である。そこで、１７のＬ２ＣＭ相関ピーク検出部にて、前記スキャンの間に相関値を測定し、相関値が前記しきい値を越えたらＬ２ＣＭ捕捉情報を出力し、その時の周波数とＬ２ＣＭコード位相とを１８のＬ１探索周波数計算部と１９のＬ１Ｃ／Ａ探索位相計算部に記憶させる。この方法によれば、規定の範囲のスキャンが終了するのを待たなくても相関の最大値を検出することができる。

次に、１８のＬ１探索周波数計算部にて、記憶している相関最大の際のＬ２周波数から、前記７７：６０の比を利用してＬ１の探索周波数を計算する。また、１９のＬ１Ｃ／Ａ探索位相計算部にて、記憶している相関最大の際のＬ２ＣＭコード位相から一義的に定まるＬ１Ｃ／Ａの探索コード位相を計算する。

一方、１の受信アンテナで受信したＧＰＳ信号は２のＬ１受信部にも入力される。２のＬ１受信部は、1575.42MHzのＧＰＳＬ１信号を数MHzの中間周波数に変換するダウンコンバータであり、ここに設けられたフィルタによって1227.60MHzのＧＰＳＬ２信号は除去され、ＧＰＳＬ１信号だけが取り出される。次に３のＬ１Ｃ／Ａサンプリング部にて前記中間周波数よりも充分高いサンプリング周波数でサンプリングし、デジタル信号に変換する。４のＬ１キャリア相関器は、サンプリングされた受信信号と５のＬ１局部発振器で発生された搬送波(キャリア)との相関を取り、受信信号をベースバンド周波数に落とす。５のＬ１局部発振器では、１８のＬ１探索周波数計算部にて求められたＬ１探索周波数を発生する。Ｌ２ＣＭを捕捉した際の１４のＬ２局部発振器の発生周波数は、周波数スキャン分解能の分だけ真の周波数とは異なっているため、Ｌ１探索においては前記Ｌ１探索周波数の周辺でこの誤差をカバーできる範囲をスキャンさせる。６のＬ１Ｃ／Ａコード相関器は、ベースバンド周波数に落とされた受信信号と７のＬ１Ｃ／Ａコード発生器で発生されたＬ１Ｃ／Ａコードとの相関を取る。７のＬ１Ｃ／Ａコード発生器では、１９のＬ１Ｃ／Ａ探索位相計算部にて求められたＬ１Ｃ／Ａコードの前記探索コード位相にてＬ１Ｃ／Ａコードを発生させる。探索の際にはＬ２ＣＭコード捕捉時からＬ１Ｃ／Ａコード探索時までの間に進むコード位相の推定を行うが、この推定誤差などが発生するため、前記探索コード位相のごく近傍でこの誤差をカバーできる範囲をスキャンさせる。６のＬ１Ｃ／Ａコード相関器から出力される相関値は８のＬ１Ｃ／Ａ相関ピーク検出部にて測定される。相関の最大値の検出方法は、１７のＬ２ＣＭ相関ピーク検出部で述べた方法と同様である。

以上のようにＬ２ＣＭの捕捉情報を用いてＬ１Ｃ／Ａの探索周波数範囲と探索コード位相範囲を限定することで、Ｌ１周波数で予想されるドップラー偏位の範囲全域ならびにＬ１Ｃ／Ａコードの全域をスキャンして探索する場合に比べて著しく探索速度を上げることができる。

同様な手法で、Ｌ２ＣＬの捕捉情報を用いてＬ１Ｃ／Ａの逆拡散の処理速度を上げることもできる。Ｌ２ＣＬはＬ１Ｃ／Ａよりもコード長が長いため、自己相関・相互相関ともにＬ１Ｃ／Ａよりも特性が改善されている。また、Ｌ２ＣＬには航法データと呼ばれる衛星の軌道情報や時刻情報が乗ぜられていない。Ｌ１Ｃ／ＡやＬ２ＣＭにはBPSK(Bi-Phase Shift Keying)によって航法データが乗ぜられている。ＧＰＳの受信においては、Ｓ／Ｎ比を改善するため一般に同期加算を行うが、航法データのビットレートは50cpsなので、航法データが乗ぜられているＬ１Ｃ／ＡやＬ２ＣＭは20ms以上の時間に亘る同期加算を行うことができず、Ｓ／Ｎ比改善の効果は限定的なものである。しかし航法データが乗ぜられていないＬ２ＣＬは20ms以上の時間に亘る同期加算を行うことができるので、Ｓ／Ｎ比を大きく改善できる。この性質を利用して、室内などのＧＰＳ信号強度の弱い環境や妨害波の多い環境下でＧＰＳ信号を探索する場合などに、まずＬ２ＣＬを探索することで捕捉の可能性を上げることができる。前述したようにＬ１Ｃ／ＡコードとＬ２ＣＬコードの送信位相は同期しており、Ｌ１Ｃ／Ａコードの方がＬ２ＣＬコードより繰り返し周期が短いので、Ｌ２ＣＬの真のコード位相がわかれば、対応するＬ１Ｃ／Ａのコード位相は一義的に定まる。ゆえにＬ２ＣＬが捕捉され真のコード位相が判明したならば、対応するＬ１Ｃ／Ａのコード位相のごく近傍のみを探索すればよい。

また周波数の探索については、Ｌ１信号とＬ２信号の周波数は７７：６０の比となっているので、前述したようにＬ２を捕捉した際のＬ２周波数の情報を用いてＬ１Ｃ／Ａの周波数探索範囲を絞ることができる。

これらＬ２ＣＬの捕捉情報を用いてＬ１Ｃ／Ａの探索速度を向上させる手順の詳細は、図４のＬ２ＣＭ用の構成要素をＬ２ＣＬに置き換えることにより、Ｌ２ＣＭの捕捉情報を用いてＬ１Ｃ／Ａの探索速度を向上させる場合と同様に説明することができる。

以上、Ｌ１Ｃ／Ａを先に探索し、その捕捉情報を用いてＬ２ＣＭあるいはＬ２ＣＬの探索速度を上げる方法、ならびにＬ２ＣＭあるいはＬ２ＣＬを先に探索し、その捕捉情報を用いてＬ１Ｃ／Ａの探索速度を上げる方法を述べたが、図４の実施形態はＬ１の信号処理回路とＬ２の信号処理回路とを備えているので、最初からＬ１Ｃ／ＡとＬ２ＣＭを並行して探索し、どちらかを捕捉できた時点でその捕捉情報を用いてもう片方のそれ以後の探索速度を上げることもできる。同様に、最初からＬ１Ｃ／ＡとＬ２ＣＬを並行して探索し、どちらかを捕捉できた時点でその捕捉情報を用いてもう片方のそれ以後の探索速度を上げることもできる。

次に、Ｌ２ＣＭとＬ２ＣＬとの間で互いに他方の捕捉情報を用いてＧＰＳ受信信号の逆拡散の処理速度を上げる装置の一実施形態を図６に示す。

最初に、Ｌ２ＣＭの捕捉情報を用いてＬ２ＣＬの逆拡散の処理速度を上げる方法を述べる。Ｌ２ＣＭコードのビットレートは511.5kbps、コード長は10230チップなので繰り返し周期は20msである。これに対し、Ｌ２ＣＬコードのビットレートは511.5kbps、コード長は767250チップなので繰り返し周期は１．５秒である。Ｌ２ＣＭコードとＬ２ＣＬコードの送信位相は同期しているので、Ｌ２ＣＬコードが１周期送信される間にＬ２ＣＭコードはちょうど７５周期送信される。図７にこの関係を示す。図７において、Ｌ２ＣＬの相関が最大となる真のコード位相をp₃とし、この点がＬ２ＣＬコードの先頭から(40+a)[ms]に位置すると仮定すると、Ｌ２ＣＭコードとＬ２ＣＬコードは同期しているので、Ｌ２ＣＭは、コードの先頭からa[ms]の点において相関が最大となり、この点で捕捉される。Ｌ２ＣＭを先に捕捉し、次にＬ２ＣＬを捕捉しようとする場合、Ｌ２ＣＬの真のコード位相はＬ２ＣＬコードの先頭から(20×N+a)[ms] (N=0,1,2,・・・,74)の７５ヶ所の候補p₁〜p₇₅のいずれかの点にあることは明らかである。従って、Ｌ２ＣＬの767250チップ全域を探索しなくても、これら７５ヶ所のごく近傍のみを探索すればＬ２ＣＬの真のコード位相が捕捉できる。

また、Ｌ２ＣＭ、Ｌ２ＣＬいずれも搬送波周波数はＬ２信号の周波数である1227.60MHzであり、Ｌ２ＣＭを捕捉すれば同じ周波数でＬ２ＣＬも捕捉されるはずなので、Ｌ２ＣＬ探索の際の周波数探索範囲を絞ることができる。

以下にこれらの手順の詳細を図６に従って述べる。まず４１の受信アンテナでＧＰＳ信号を受信する。４２のＬ２受信部は、1227.60MHzのＧＰＳＬ２信号を数MHzの中間周波数に変換するダウンコンバータである。次に４３のＬ２ＣＭサンプリング部にて前記中間周波数よりも充分高いサンプリング周波数でサンプリングし、デジタル信号に変換する。４４のＬ２ＣＭキャリア相関器は、サンプリングされた受信信号と４５のＬ２局部発振器で発生された搬送波(キャリア)との相関を取り、受信信号をベースバンド周波数に落とす。一般にＧＰＳ受信信号はＧＰＳ衛星の運動によってドップラー偏位を受けているので、Ｌ２周波数を例に取ると1227.60MHz±数kHzの範囲で周波数がオフセットしている。そのため４５のＬ２局部発振器では、発生させる周波数を前記中間周波数±数kHzの範囲でスキャンさせる。４６のＬ２ＣＭコード相関器は、ベースバンド周波数に落とされた受信信号と４７のＬ２ＣＭコード発生器で発生されたＬ２ＣＭコードとの相関を取る。４７のＬ２ＣＭコード発生器では、コード相関のピークを探索するため、発生させるＬ２ＣＭコードの位相をＬ２ＣＭコードのコード長 10230チップの範囲でスキャンさせる。４６のＬ２ＣＭコード相関器から出力される相関値は４８のＬ２ＣＭ相関ピーク検出部にて測定される。この相関値は、受信信号の周波数と４５のＬ２局部発振器で発生されたキャリアの周波数が一致し、かつ受信信号のＬ２ＣＭコードの位相と４７のＬ２ＣＭコード発生器で発生されたＬ２ＣＭコードの位相が一致した時、すなわち逆拡散が成功した時に最大となる。この最大値を検出するため、４８のＬ２ＣＭ相関ピーク検出部は、４５のＬ２局部発振器と４７のＬ２ＣＭコード発生器が周波数とＬ２ＣＭコード位相をスキャンしている間に増減する相関値を測定し、スキャン実施中の相関値の最大値が更新されるたびにＬ２ＣＭ捕捉情報を出力し、相関が最大となった周波数とＬ２ＣＭコード位相とを４９のＬ２周波数記憶部と５０のＬ２ＣＬ探索位相計算部に記憶させる。規定の範囲のスキャンが終了した際に４９のＬ２周波数記憶部に記憶されている周波数と５０のＬ２ＣＬ探索位相計算部に記憶されているＬ２ＣＭコード位相とが、相関が最大値を取る状態ということになる。なお、相関の最大値の検出は次の方法によってもよい。Ｌ２ＣＭコードの自己相関はおよそ−27dBであるので、相関の最大ピークとその他の小さなピークとの間にしきい値を設定して最大ピークを識別することは容易である。そこで、４８のＬ２ＣＭ相関ピーク検出部にて、前記スキャンの間に相関値を測定し、相関値が前記しきい値を越えたらＬ２ＣＭ捕捉情報を出力し、その時の周波数とＬ２ＣＭコード位相とを４９のＬ２周波数記憶部と５０のＬ２ＣＬ探索位相計算部に記憶させる。この方法によれば、規定の範囲のスキャンが終了するのを待たなくても相関の最大値を検出することができる。

次に、５０のＬ２ＣＬ探索位相計算部にて、記憶している相関最大の際のＬ２ＣＭコード位相から、Ｌ２ＣＬコードの前記探索候補７５ヶ所のコード位相を計算する。一方、４２のＬ２受信部で中間周波数に落とされたＧＰＳ信号は５１のＬ２ＣＬサンプリング部にも入力される。５１のＬ２ＣＬサンプリング部にて前記中間周波数よりも充分高いサンプリング周波数でサンプリングし、デジタル信号に変換する。５２のＬ２ＣＬキャリア相関器は、サンプリングされた受信信号と４５のＬ２局部発振器で発生された搬送波(キャリア)との相関を取り、受信信号をベースバンド周波数に落とす。次に４９のＬ２周波数記憶部に記憶されているＬ２ＣＭの相関が最大値を取った周波数がＬ２探索周波数として４５のＬ２局部発振器に出力される。４５のＬ２局部発振器では、このＬ２探索周波数を発生する。Ｌ２ＣＭを捕捉した際の４５のＬ２局部発振器の発生周波数は、周波数スキャン分解能の分だけ真の周波数とは異なっているため、Ｌ２ＣＬ探索においては前記Ｌ２探索周波数の周辺でこの誤差をカバーできる範囲をスキャンさせる。５３のＬ２ＣＬコード相関器は、ベースバンド周波数に落とされた受信信号と５４のＬ２ＣＬコード発生器で発生されたＬ２ＣＬコードとの相関を取る。５４のＬ２ＣＬコード発生器では、５０のＬ２ＣＬ探索位相計算部にて求められたＬ２ＣＬコードの前記探索候補７５ヶ所のコード位相にてＬ２ＣＬコードを発生させる。探索の際にはＬ２ＣＭコード捕捉時からＬ２ＣＬコード探索時までの間に進むコード位相の推定を行うが、この推定誤差などが発生するため、前記探索コード位相のごく近傍でこの誤差をカバーできる範囲をスキャンさせる。５３のＬ２ＣＬコード相関器から出力される相関値は５５のＬ２ＣＬ相関ピーク検出部にて測定される。相関の最大値の検出方法は、４８のＬ２ＣＭ相関ピーク検出部で述べた方法と同様である。

以上のようにＬ２ＣＭの捕捉情報を用いてＬ２ＣＬの探索周波数範囲と探索コード位相範囲を限定することで、Ｌ２周波数で予想されるドップラー偏位の範囲全域ならびにＬ２ＣＬコードの全域をスキャンして探索する場合に比べて著しく探索速度を上げることができる。

次に、Ｌ２ＣＬの捕捉情報を用いてＬ２ＣＭの逆拡散の処理速度を上げる方法を述べる。前述したようにＬ２ＣＭコードとＬ２ＣＬコードの送信位相は同期しており、Ｌ２ＣＭコードの方がＬ２ＣＬコードより繰り返し周期が短いので、Ｌ２ＣＬの真のコード位相がわかれば、対応するＬ２ＣＭのコード位相は一義的に定まる。ゆえにＬ２ＣＬが捕捉され真のコード位相が判明したならば、対応するＬ２ＣＭのコード位相のごく近傍のみを探索すればよい。また、Ｌ２ＣＭ、Ｌ２ＣＬいずれも搬送波周波数はＬ２信号の周波数である1227.60MHzであり、Ｌ２ＣＬを捕捉すれば同じ周波数でＬ２ＣＭも捕捉されるはずなので、Ｌ２ＣＭ探索の際の周波数探索範囲を絞ることができる。

以下にこれらの手順の詳細を図６に従って述べる。まず４１の受信アンテナでＧＰＳ信号を受信する。４２のＬ２受信部は、1227.60MHzのＧＰＳＬ２信号を数MHzの中間周波数に変換するダウンコンバータである。次に５１のＬ２ＣＬサンプリング部にて前記中間周波数よりも充分高いサンプリング周波数でサンプリングし、デジタル信号に変換する。５２のＬ２ＣＬキャリア相関器は、サンプリングされた受信信号と４５のＬ２局部発振器で発生された搬送波(キャリア)との相関を取り、受信信号をベースバンド周波数に落とす。一般にＧＰＳ受信信号はＧＰＳ衛星の運動によってドップラー偏位を受けているので、Ｌ２周波数を例に取ると1227.60MHz±数kHzの範囲で周波数がオフセットしている。そのため４５のＬ２局部発振器では、発生させる周波数を前記中間周波数±数kHzの範囲でスキャンさせる。５３のＬ２ＣＬコード相関器は、ベースバンド周波数に落とされた受信信号と５４のＬ２ＣＬコード発生器で発生されたＬ２ＣＬコードとの相関を取る。５４のＬ２ＣＬコード発生器では、コード相関のピークを探索するため、発生させるＬ２ＣＬコードの位相をＬ２ＣＬコードのコード長 767250チップの範囲でスキャンさせる。５３のＬ２ＣＬコード相関器から出力される相関値は５５のＬ２ＣＬ相関ピーク検出部にて測定される。この相関値は、受信信号の周波数と４５のＬ２局部発振器で発生されたキャリアの周波数が一致し、かつ受信信号のＬ２ＣＬコードの位相と５４のＬ２ＣＬコード発生器で発生されたＬ２ＣＬコードの位相が一致した時、すなわち逆拡散が成功した時に最大となる。この最大値を検出するため、５５のＬ２ＣＬ相関ピーク検出部は、４５のＬ２局部発振器と５４のＬ２ＣＬコード発生器が周波数とＬ２ＣＬコード位相をスキャンしている間に増減する相関値を測定し、スキャン実施中の相関値の最大値が更新されるたびにＬ２ＣＬ捕捉情報を出力し、相関が最大となった周波数とＬ２ＣＬコード位相とを４９のＬ２周波数記憶部と５６のＬ２ＣＭ探索位相計算部に記憶させる。規定の範囲のスキャンが終了した際に４９のＬ２周波数記憶部に記憶されている周波数と５６のＬ２ＣＭ探索位相計算部に記憶されているＬ２ＣＬコード位相とが、相関が最大値を取る状態ということになる。なお、相関の最大値の検出は次の方法によってもよい。Ｌ２ＣＬコードの自己相関はおよそ−45dBであるので、相関の最大ピークとその他の小さなピークとの間にしきい値を設定して最大ピークを識別することは容易である。そこで、５５のＬ２ＣＬ相関ピーク検出部にて、前記スキャンの間に相関値を測定し、相関値が前記しきい値を越えたらＬ２ＣＬ捕捉情報を出力し、その時の周波数とＬ２ＣＬコード位相とを４９のＬ２周波数記憶部と５６のＬ２ＣＭ探索位相計算部に記憶させる。この方法によれば、規定の範囲のスキャンが終了するのを待たなくても相関の最大値を検出することができる。

次に、５６のＬ２ＣＭ探索位相計算部にて、記憶している相関最大の際のＬ２ＣＬコード位相から一義的に定まるＬ２ＣＭの探索コード位相を計算する。一方、４２のＬ２受信部で中間周波数に落とされたＧＰＳ信号は４３のＬ２ＣＭサンプリング部にも入力される。４３のＬ２ＣＭサンプリング部にて前記中間周波数よりも充分高いサンプリング周波数でサンプリングし、デジタル信号に変換する。４４のＬ２ＣＭキャリア相関器は、サンプリングされた受信信号と４５のＬ２局部発振器で発生された搬送波(キャリア)との相関を取り、受信信号をベースバンド周波数に落とす。この時、４９のＬ２周波数記憶部に記憶されているＬ２ＣＬの相関が最大値を取った周波数がＬ２探索周波数として４５のＬ２局部発振器に出力される。４５のＬ２局部発振器では、このＬ２探索周波数を発生する。Ｌ２ＣＬを捕捉した際の４５のＬ２局部発振器の発生周波数は、周波数スキャン分解能の分だけ真の周波数とは異なっているため、Ｌ２ＣＭ探索においては前記Ｌ２探索周波数の周辺でこの誤差をカバーできる範囲をスキャンさせる。４６のＬ２ＣＭコード相関器は、ベースバンド周波数に落とされた受信信号と４７のＬ２ＣＭコード発生器で発生されたＬ２ＣＭコードとの相関を取る。４７のＬ２ＣＭコード発生器では、５６のＬ２ＣＭ探索位相計算部にて求められたＬ２ＣＭコードの前記探索コード位相にてＬ２ＣＭコードを発生させる。探索の際にはＬ２ＣＬコード捕捉時からＬ２ＣＭコード探索時までの間に進むコード位相の推定を行うが、この推定誤差などが発生するため、前記探索コード位相のごく近傍でこの誤差をカバーできる範囲をスキャンさせる。４６のＬ２ＣＭコード相関器から出力される相関値は４８のＬ２ＣＭ相関ピーク検出部にて測定される。相関の最大値の検出方法は、５５のＬ２ＣＬ相関ピーク検出部で述べた方法と同様である。

以上のようにＬ２ＣＬの捕捉情報を用いてＬ２ＣＭの探索周波数範囲と探索コード位相範囲を限定することで、Ｌ２周波数で予想されるドップラー偏位の範囲全域ならびにＬ２ＣＭコードの全域をスキャンして探索する場合に比べて著しく探索速度を上げることができる。

以上、Ｌ２ＣＭを先に探索し、その捕捉情報を用いてＬ２ＣＬの探索速度を上げる方法、ならびにＬ２ＣＬを先に探索し、その捕捉情報を用いてＬ２ＣＭの探索速度を上げる方法を述べたが、図６の実施形態はＬ２ＣＭの信号処理回路とＬ２ＣＬの信号処理回路とを備えているので、最初からＬ２ＣＭとＬ２ＣＬを並行して探索し、どちらかを捕捉できた時点でその捕捉情報を用いてもう片方のそれ以後の探索速度を上げることもできる。

さらに以上の応用として、図４と図６の実施形態を組み合わせ、最初にＬ１Ｃ／Ａを探索し、その捕捉情報を用いてＬ２ＣＭの探索速度を上げ、Ｌ２ＣＭが捕捉されたらその捕捉情報を用いてＬ２ＣＬの探索速度を上げるというように処理を引き継ぐことにより、探索の効率をさらに高めることもできる。同様にたとえば弱電界における探索感度を向上させるために、航法データが乗ぜられていないため高感度化を図ることが可能なＬ２ＣＬを最初に探索し、次にＬ２ＣＭ、最後にＬ１Ｃ／Ａというように探索の順序を変えることもできる。

次に二つ目の欠点である、測位計算に必要な航法データを復調するためのビット同期を改善する実施形態を述べる。まず、Ｌ２ＣＭの捕捉情報を用いてＬ１Ｃ／Ａに乗ぜられている航法データのデータが反転するタイミングを推定する方法を述べる。前述したように、Ｌ１Ｃ／Ａコードのコード長は1023チップ、繰り返し周期は1ms、Ｌ２ＣＭコードのコード長は10230チップ、繰り返し周期は20ms、Ｌ２ＣＬコードのコード長は767250チップ、繰り返し周期は１．５秒で、すべて送信位相が同期している。また、Ｌ１Ｃ／Ａの部分にはさらに航法データと呼ばれる衛星の軌道情報や時刻情報がBPSK(Bi-Phase Shift Keying)によって乗ぜられている。この航法データの1ビットの長さは20msであり、Ｌ２ＣＭコードの繰り返し周期と同一で、なおかつ各ビットの境界すなわちデータが反転するタイミングはＬ２ＣＭコードの10230チップの開始点と同期している。図８にこの関係を示す。図８では捕捉したコード位相がＬ２ＣＭコードでは862チップ目となっている。この位相はＬ１Ｃ／Ａコードの２周期目の701チップ目に相当する。従来の技術にて述べたように、Ｌ１Ｃ／Ａコードを捕捉しただけでは、航法データのビットの境界を一義的に決定することはできない。しかし、Ｌ２ＣＭコードの繰り返し周期は航法データのビットと長さも位相も一致しているので、Ｌ２ＣＭコードの捕捉位相である862チップ目から逆算して0チップ目すなわちＬ２ＣＭコードの開始点のタイミングを計算で求めれば、そこがそのまま航法データのビット境界となる。以上のようにしてＬ２ＣＭの捕捉情報を用いることで、Ｌ１Ｃ／Ａに乗ぜられている航法データのデータが反転するタイミングの推定に要する時間を短縮すること、ならびに従来の技術にて述べたように同期加算値の最大値を検出するよりもはるかに高い信頼性で航法データが反転するタイミングの推定を行うことができる。

次に、Ｌ２ＣＬの捕捉情報を用いてＬ１Ｃ／Ａに乗ぜられている航法データのデータが反転するタイミングを推定する方法を述べる。図８に示すように、Ｌ１Ｃ／Ａコードのコード長は1023チップ、繰り返し周期は1ms、Ｌ２ＣＭコードのコード長は10230チップ、繰り返し周期は20ms、Ｌ２ＣＬコードのコード長は767250チップ、繰り返し周期は１．５秒で、すべて送信位相が同期している。図８では捕捉したコード位相がＬ２ＣＬコードでは11092チップ目となっている。この位相はＬ１Ｃ／Ａコードの２周期目の701チップ目に相当する。背景技術にて述べたように、Ｌ１Ｃ／Ａコードを捕捉しただけでは、航法データのビットの境界を一義的に決定することはできない。しかし、Ｌ２ＣＬコードの開始点は航法データのビット境界と一致しており、なおかつＬ２ＣＬコードの10230チップ毎に航法データのビット境界が位置するという関係になっているため、Ｌ２ＣＬコードの捕捉位相である11092チップ目から逆算して10230チップ単位の位相を計算で求めれば、そこがそのまま航法データのビット境界となる。以上のようにしてＬ２ＣＬの捕捉情報を用いることで、Ｌ１Ｃ／Ａに乗ぜられている航法データのデータが反転するタイミングの推定に要する時間を短縮すること、ならびに従来の技術にて述べたように同期加算値の最大値を検出するよりもはるかに高い信頼性で航法データが反転するタイミングの推定を行うことができる。

また、本発明の波及効果として、次のような優れた効果もある。ＧＰＳの近代化では、Ｌ２Ｃコード追加の後に、Ｌ５と呼ばれる周波数(1176.45MHz)にＬ５Ｉ５およびＬ５Ｑ５と呼ばれるコードが追加される予定である。これらのコードは図９に示すようにＬ１Ｃ／Ａコードと位相が同期している。よってＬ２Ｃコードとも同期している。Ｌ５Ｉ５およびＬ５Ｑ５コードのビットレートは10.23Mbps、コード長は10230チップなので繰り返し周期は1msである。繰り返し周期がＬ１Ｃ／Ａコードと同じなので、Ｌ１Ｃ／Ａコードのコード位相とＬ５Ｉ５およびＬ５Ｑ５コードのコード位相とは一対一に対応する。従って本発明と同じ技術によって、Ｌ１Ｃ／Ａの捕捉コード位相に対応するＬ５Ｉ５およびＬ５Ｑ５のコード位相のごく近傍のみを探索すればＬ５Ｉ５およびＬ５Ｑ５の真のコード位相を短時間に捕捉できる。逆にＬ５Ｉ５またはＬ５Ｑ５の捕捉コード位相に対応するＬ１Ｃ／Ａのコード位相のごく近傍のみを探索することでＬ１Ｃ／Ａの真のコード位相を短時間に捕捉することもできる。さらに、Ｌ２ＣＭおよびＬ２ＣＬコードとＬ５Ｉ５およびＬ５Ｑ５コードの間でも、本発明と同じ技術によって真のコード位相を短時間に捕捉することができるのは言うまでもない。

また、Ｌ１信号の周波数は1575.42MHz、Ｌ５信号の周波数は1176.45MHzであり、１５４：１１５の比となっている。このように周波数比がわかっているので、本発明と同じ技術によって、Ｌ１Ｃ／Ａを捕捉した際のＬ１周波数を測定すればＬ５が捕捉されるであろう周波数を計算してＬ５探索の際の周波数探索範囲を絞ることができる。逆にＬ５Ｉ５またはＬ５Ｑ５を捕捉した際のＬ５周波数を用いてＬ１探索の際の周波数探索範囲を絞ることもできる。さらに、Ｌ２周波数とＬ５周波数の間でも、本発明と同じ技術によって周波数探索範囲を絞ることができるのは言うまでもない。

Ｌ２Ｃコードの時系列構造を示す説明図である。Ｌ１Ｃ／Ａコードとそれに乗ぜられている航法データとの位相関係を示す説明図である。Ｌ１Ｃ／Ａコードとそれに乗ぜられている航法データならびに航法データのビット同期のための20ms同期加算区間との位相関係を示す説明図である。本発明の一実施形態を示す全体構成図である。Ｌ１Ｃ／ＡコードとＬ２ＣＭコードとの位相関係を示す説明図である。本発明の一実施形態を示す全体構成図である。Ｌ２ＣＭコードとＬ２ＣＬコードとの位相関係を示す説明図である。Ｌ１Ｃ／Ａコードとそれに乗ぜられている航法データならびにＬ２ＣＭコード、Ｌ２ＣＬコードとの位相関係を示す説明図である。Ｌ１Ｃ／ＡコードとＬ５Ｉ５コード、Ｌ５Ｑ５コードとの位相関係を示す説明図である。

符号の説明

１受信アンテナ、２Ｌ１受信部、３Ｌ１Ｃ／Ａサンプリング部、４Ｌ１キャリア相関器、５Ｌ１局部発振器、６Ｌ１Ｃ／Ａコード相関器、７Ｌ１Ｃ／Ａコード発生器、８Ｌ１Ｃ／Ａ相関ピーク検出部、９Ｌ２探索周波数計算部、１０Ｌ２ＣＭ探索位相計算部、１１Ｌ２受信部、１２Ｌ２ＣＭサンプリング部、１３Ｌ２キャリア相関器、１４Ｌ２局部発振器、１５Ｌ２ＣＭコード相関器、１６Ｌ２ＣＭコード発生器、１７Ｌ２ＣＭ相関ピーク検出部、１８Ｌ１探索周波数計算部、１９Ｌ１Ｃ／Ａ探索位相計算部、４１受信アンテナ、４２Ｌ２受信部、４３Ｌ２ＣＭサンプリング部、４４Ｌ２ＣＭキャリア相関器、４５Ｌ２局部発振器、４６Ｌ２ＣＭコード相関器、４７Ｌ２ＣＭコード発生器、４８Ｌ２ＣＭ相関ピーク検出部、４９Ｌ２周波数記憶部、５０Ｌ２ＣＬ探索位相計算部、５１Ｌ２ＣＬサンプリング部、５２Ｌ２ＣＬキャリア相関器、５３Ｌ２ＣＬコード相関器、５４Ｌ２ＣＬコード発生器、５５Ｌ２ＣＬ相関ピーク検出部、５６Ｌ２ＣＭ探索位相計算部。

Claims

互いに同期した短い繰り返し周期の変調コードと長い繰り返し周期の変調コードによってそれぞれスペクトル拡散されたＧＰＳ信号を逆拡散するために両変調コードのコード相関を求める衛星航法装置であって、
各変調コードのそれぞれの相関ピークを探索する手段を備え、いずれか相関ピークを検出した方のピーク情報を用いて他方の相関ピーク探索範囲を限定することを特徴とする衛星航法装置。
いずれか一方の変調コードの相関ピークを検出した時点の当該コード位相を用いて他方の変調コードの相関ピーク探索範囲を限定することを特徴とする請求項１記載の衛星航法装置。
短い繰り返し周期の変調コードの相関ピークと長い繰り返し周期の変調コードの相関ピークの探索を並行して行い、いずれか先に相関ピークを検出した方のピーク情報を用いて他方の相関ピーク探索範囲を限定することを特徴とする請求項１記載の衛星航法装置。
短い繰り返し周期の変調コードはＧＰＳのＣ／Ａコードであり、長い繰り返し周期の変調コードはＧＰＳのＬ２ＣＭコードであることを特徴とする請求項２または３のいずれか１記載の衛星航法装置。
短い繰り返し周期の変調コードはＧＰＳのＣ／Ａコードであり、長い繰り返し周期の変調コードはＧＰＳのＬ２ＣＬコードであることを特徴とする請求項２または３のいずれか１記載の衛星航法装置。
短い繰り返し周期の変調コードはＧＰＳのＬ２ＣＭコードであり、長い繰り返し周期の変調コードはＧＰＳのＬ２ＣＬコードであることを特徴とする請求項２または３のいずれか１記載の衛星航法装置。
いずれか一方の変調コードの相関ピークを検出した時点の当該コードの搬送波周波数を用いて他方の変調コードの相関ピーク探索における搬送波周波数の探索範囲を限定することを特徴とする請求項１記載の衛星航法装置。
短い繰り返し周期の変調コードの搬送波周波数はＧＰＳのＬ１搬送波周波数であり、長い繰り返し周期の変調コードの搬送波周波数はＧＰＳのＬ２搬送波周波数であることを特徴とする請求項８記載の衛星航法装置。
互いに同期した短い繰り返し周期の変調コードと長い繰り返し周期の変調コードによってそれぞれスペクトル拡散されたＧＰＳ信号を逆拡散するとともに、短い繰り返し周期の変調コードに同期した第３の変調コードを復調して測位計算を行う衛星航法装置であって、短い繰り返し周期の変調コードと長い繰り返し周期の変調コードのそれぞれの相関ピークを探索する手段と、第３の変調コードが反転するタイミングを検出する手段とを備え、短い繰り返し周期の変調コードの相関ピークを検出した時点の当該コード位相と、第３の変調コードが反転するタイミングとを用いて、長い繰り返し周期の変調コードの相関ピーク探索範囲を限定することを特徴とする衛星航法装置。
短い繰り返し周期の変調コードはＧＰＳのＣ／Ａコードであり、長い繰り返し周期の変調コードはＧＰＳのＬ２ＣＭコードであり、第３の変調コードはＧＰＳの航法データであることを特徴とする請求項９記載の衛星航法装置。
短い繰り返し周期の変調コードはＧＰＳのＣ／Ａコードであり、長い繰り返し周期の変調コードはＧＰＳのＬ２ＣＬコードであり、第３の変調コードはＧＰＳの航法データであることを特徴とする請求項９記載の衛星航法装置。
第１の変調コードによりスペクトル拡散されたＧＰＳ信号を逆拡散するとともに、第１の変調コードに同期し、かつ繰り返し周期が第１の変調コードと同じもしくは短い第２の変調コードを復調して測位計算を行う衛星航法装置であって、第１の変調コードの相関ピークを検出した時点の当該コード位相を用いて、第２の変調コードが反転するタイミングを推定することを特徴とする衛星航法装置。
第１の変調コードはＧＰＳのＬ２ＣＭコードであり、第２の変調コードはＧＰＳの航法データであることを特徴とする請求項１２記載の衛星航法装置。
第１の変調コードはＧＰＳのＬ２ＣＬコードであり、第２の変調コードはＧＰＳの航法データであることを特徴とする請求項１２記載の衛星航法装置。