JP2005331369A - Ｇｐｓ受信装置およびｇｐｓ受信装置における同期保持方法 - Google Patents

Ｇｐｓ受信装置およびｇｐｓ受信装置における同期保持方法 Download PDF

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Abstract

【課題】捕捉している衛星からの電波が弱くなった場合においても、できるだけコスタスループの引き込み状態を維持することができるようにする。
【解決手段】人工衛星からの受信信号が弱信号であって、コスタスループにおける可変周波数発振器の出力信号として、中間周波数信号に同期する信号を得ることが困難であるとき、コスタスループにおける可変周波数発振器へのループ制御を停止すると共に、コスタスループの可変周波数発振器の発振周波数を、ＤＬＬの可変周波数発振器の発振周波数から計算した周波数となるように制御する。
【選択図】図７

Description

この発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信装置およびＧＰＳ受信装置における同期保持方法に関する。
人工衛星（以下、ＧＰＳ衛星という）を利用して移動体の位置を測定するＧＰＳシステムにおいて、ＧＰＳ受信装置は、４個以上のＧＰＳ衛星からの信号を受信し、その受信信号から受信装置の位置を計算し、ユーザに知らせることが基本機能である。
ＧＰＳ受信装置は、ＧＰＳ衛星からの受信信号（以下、この信号をＧＰＳ衛星信号という）を復調してＧＰＳ衛星の軌道データを獲得し、ＧＰＳ衛星の軌道および時間情報とＧＰＳ衛星信号の遅延時間から、自受信装置の３次元位置を連立方程式により導き出す。測位演算のために４個のＧＰＳ衛星からの信号が必要となるのは、ＧＰＳ受信装置内部の時間と衛星の時間とで誤差があり、その誤差の影響を除去するためである。
民生用ＧＰＳ受信装置の場合には、ＧＰＳ衛星（Ｎａｖｓｔａｒ）からのＬ１帯、Ｃ／Ａ（Ｃｌｅａｒ ａｎｄ Ａｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）コードと呼ばれる拡散符号によりスペクトラム拡散された信号電波を受信して、測位演算を行なう。
Ｃ／Ａコードは、送信信号速度（チップレート）が１．０２３ＭＨｚ、符号長が１０２３のＰＮ（ｐｓｅｕｄｏ ｒａｎｄｏｍ ｎｏｉｓｅ；擬似ランダム雑音）系列の符号、例えばＧｏｌｄ符号からなる拡散符号である。そして、ＧＰＳ衛星からの信号は、５０ｂｐｓのデータを拡散符号を用いてスペクトラム拡散した信号により、周波数が１５７５．４２ＭＨｚのキャリアをＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調した信号である。この場合、符号長が１０２３であるので、Ｃ／Ａコードは、ＰＮ系列の符号が、図９（Ａ）に示すように、１０２３チップを１周期（したがって、１周期＝１ミリ秒）として、繰り返すものとなっている。
このＣ／ＡコードのＰＮ系列の符号は、ＧＰＳ衛星ごとに異なっているが、どのＧＰＳ衛星が、どのＰＮ系列の符号を用いているかは、予めＧＰＳ受信装置で検知できるようにされている。また、後述するような航法メッセージ（軌道情報）によって、ＧＰＳ受信装置では、どのＧＰＳ衛星からの信号を、その地点およびその時点で受信できるかが判るようになっている。したがって、ＧＰＳ受信装置では、例えば３次元測位であれば、その地点およびその時点で取得できる４個以上のＧＰＳ衛星からの電波を受信して、スペクトラム逆拡散し、測位演算を行って、自分の位置を求めるようにする。
そして、図９（Ｂ）に示すように、衛星信号データ（航法メッセージデータ）の１ビットは、ＰＮ系列の符号の２０周期分、つまり、２０ミリ秒単位として伝送される。つまり、データ伝送速度は、５０ｂｐｓである。ＰＮ系列の符号の１周期分の１０２３チップは、ビットが“１”のときと、“０”のときとでは、反転したものとなる。
図９（Ｃ）に示すように、ＧＰＳでは、３０ビット（６００ミリ秒）で１ワードが形成される。そして、図９（Ｄ）に示すように、１０ワードで、１サブフレーム（６秒）が形成される。図９（Ｅ）に示すように、１サブフレームの先頭のワードには、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、このプリアンブルの後にデータが伝送されてくる。
さらに、５サブフレームで、１メインフレーム（３０秒）が形成される。そして、航法メッセージは、この１メインフレームのデータ単位で伝送されてくる。この１メイン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、エフェメリス情報と呼ばれる衛星毎に固有の軌道情報である。このエフェメリス情報は、１メインフレーム単位（３０秒）で繰り返し送られるものであり、その情報を送信してくる衛星の軌道を求めるためのパラメータと、衛星からの信号の送出時刻とを含む。
すなわち、エフェメリス情報の３個のサブフレームの２番目のワードには、ＴＯＷ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｗｅｅｋ）が含まれ、メインフレームの最初のサブフレーム１の３番目のワードには、Ｗｅｅｋ Ｎｕｍｂｅｒと呼ばれる時刻データが含まれる。Ｗｅｅｋ Ｎｕｍｂｅｒは、１９８０年１月６日（日曜日）を第０週として１週ごとにカウントアップする情報である。また、ＴＯＷは、日曜日の午前０時を０として６秒（サブフレームの周期）ごとにカウントアップする時間の情報である。
ＧＰＳ衛星のすべては、原子時計を備え、共通の時刻データを用いており、各ＧＰＳ衛星からの信号の送出時刻は、原子時計に同期したものとされている。上記の２つの時刻データを受信することにより絶対時刻を求める。６秒以下の値は、衛星の電波に同期ロックする過程で、そのＧＰＳ受信装置が備える基準発振器の精度で、衛星の時刻に同期するようにする。
また、各ＧＰＳ衛星のＰＮ系列の符号も、原子時計に同期したものとして生成される。また、このエフェメリス情報から、ＧＰＳ受信装置における測位計算の際に用いられる衛星の位置および衛星の速度が求められる。
エフェメリス情報は、地上の管制局からの制御により比較的頻繁に更新される精度の高い暦である。ＧＰＳ受信装置では、このエフェメリス情報をメモリに保持しておくことにより、当該エフェメリス情報を測位計算に使用することができる。しかし、その精度上、使用可能な寿命は、通常、２時間程度とされており、ＧＰＳ受信装置では、エフェメリス情報をメモリに記憶した時点からの時間経過を監視して、その寿命を超えたときには、メモリのエフェメリス情報を更新して書き換えるようにしている。
なお、新しいエフェメリス情報をＧＰＳ衛星から取得して、その取得したエフェメリス情報にメモリの内容を更新するには、最低１８秒（３サブフレーム分）が必要であり、サブフレームの途中からデータが取れたときには、連続３０秒が必要となる。
１メインフレームのデータの残りの２サブフレームの軌道情報は、アルマナック情報と呼ばれる全ての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、各ＧＰＳ衛星のおおよその位置情報や、どのＧＰＳ衛星が使用可能かを示す情報などからなる。
このアルマナック情報も、地上の制御局からの制御により少なくとも数日ごとに更新される。このアルマナック情報も、ＧＰＳ受信装置のメモリに保持して使用することができるが、その寿命は、数か月とされており、時間と共に衛星の位置決定精度は悪くなるが、衛星の大よその位置を知るには十分使用できる。通常、アルマナック情報のＧＰＳ受信装置を使用している際に更新するのが普通である。ＧＰＳ受信装置のメモリに、このアルマナック情報を蓄えておけば、電源投入後、どのチャンネルにどの衛星を割り当てればよいかを計算することができる。
ＧＰＳ受信装置で、ＧＰＳ衛星信号を受信して、上述のデータを得るためには、ＧＰＳ受信装置に用意される、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ＰＮ系列の符号（以下、この明細書では、ＰＮ系列の拡散符号をＰＮ符号と記す。そして、ＧＰＳ衛星のＰＮ系列の拡散符号を衛星ＰＮ符号と呼び、ＧＰＳ受信装置の対応するＰＮ系列の拡散符号をレプリカＰＮ符号と呼ぶこととする）を用いて、そのＧＰＳ衛星信号について、Ｃ／Ａコードの位相同期を取ることによりＧＰＳ衛星信号を捕捉し、スペクトラム逆拡散を行なう。Ｃ／Ａコードとの位相同期が取れて、逆拡散が行われると、ビットが検出されて、ＧＰＳ衛星信号から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になる。
ＧＰＳ衛星信号の捕捉は、Ｃ／Ａコードの位相同期検索により行われるが、この位相同期検索においては、ＧＰＳ受信装置のレプリカＰＮ符号とＧＰＳ衛星の衛星ＰＮ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た値よりも大きい時に、両者が同期していると判定する。そして、同期が取れていないと判別されたときには、何らかの同期手法を用いて、ＧＰＳ受信装置のレプリカＰＮ符号の位相を制御して、衛星ＰＮ符号と同期させるようにしている。
ところで、上述したように、ＧＰＳ衛星信号は、データを衛星ＰＮ符号で拡散した信号によりキャリアをＢＰＳＫ変調した信号であるので、当該ＧＰＳ衛星信号をＧＰＳ受信装置が受信するには、ＰＮ符号のみでなく、キャリアおよびデータの同期をとる必要があるが、ＰＮ符号とキャリアの同期は独立に行なうことはできない。
そして、ＧＰＳ受信装置では、受信信号は、そのキャリア周波数を数ＭＨｚ以内の中間周波数に変換して、その中間周波数信号で、上述の同期検出処理するのが普通であるが、この中間周波数信号におけるキャリア周波数（中間周波キャリア周波数（以下、ＩＦキャリア周波数という））には、主にＧＰＳ衛星の移動速度に応じたドップラーシフトによる周波数誤差と、受信信号を中間周波数信号に変換したときに、ＧＰＳ受信装置内部で発生させる局部発振器の周波数誤差分が含まれる。この中間周波数信号に含まれる局部発振器の周波数誤差分を、以下、中間周波キャリア誤差（以下，ＩＦキャリア誤差という）という。
ここで、受信信号のＩＦキャリア周波数をｆIF、定められているＩＦキャリア周波数をＦIF、ＧＰＳ衛星のドップラーシフトをｆＤ、ＩＦキャリア誤差をΔｆIFとすると、前記ＩＦキャリア周波数ｆIFは、
ｆIF＝ＦIF＋ｆＤ＋ΔｆIF ・・・（式ａ）
で表わされる。
上記の周波数誤差要因により、中間周波数信号におけるキャリア周波数は未知であり、その周波数サーチを行なって、中間周波キャリア（以下、ＩＦキャリアという）の同期を取る必要がある。また、ＰＮ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のでこれも未知であるから、上述のように、何らかの同期手法が必要となる。
拡散符号およびＩＦキャリアの同期に時間を要すると、ＧＰＳ受信装置の反応が遅くなり、使用上において不便を生じる。
従来のＧＰＳ受信装置では、周波数サーチを伴うスライディング相関によりキャリアおよび拡散符号についての同期検出を行なうと同時に、ＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）とコスタスループとにより、同期捕捉および同期保持動作をするようにしている。しかし、スライディング相関による同期捕捉、ＤＬＬおよびコスタスループによる同期保持は、原理的に高速な同期捕捉には不向きで、実際のＧＰＳ受信装置では、多チャンネル化して並列処理により同期捕捉までの処理を短縮している。
また、特許文献１（特開２００３−２５８７６９号公報）には、同期捕捉部と同期保持部とを分け、同期捕捉部はマッチドフィルタを用いて構成し、同期保持部はＤＬＬおよびコスタスループを用いて構成することにより、同期捕捉および同期保持を高速に行なえるようにしたものも提案されている。
上記の特許文献は、次の通りである。
特開２００３−２５８７６９号公報
ＧＰＳ受信装置では捕捉した衛星の電波が弱くなった場合、キャリア周波数に追従することが難しく、ＧＰＳ受信装置の位置と速度、衛星の位置と速度、ＧＰＳ受信装置の基準発振子の周波数誤差がわかっている場合は、コスタスループのフィードバックを止め、コスタスループの可変周波数発振器の発振周波数が、計算で求めた値となるようにコスタスループの可変周波数発振器を制御することでキャリア周波数に対する追従状態を維持できる。
しかし、ＧＰＳ受信装置の位置、ＧＰＳ受信装置の速度、衛星の軌道情報、ＧＰＳ受信装置の基準発振子の周波数誤差のいずれかがわからない場合、コスタスループの可変周波数発振器の発振周波数とすべき周波数設定値を計算できない。
その場合は、通常、コスタスループの可変周波数発振器の発振周波数を、直前の値に保持する等の処理が考えられるが、保持した値が悪かったり、ＧＰＳ受信装置のふるまいが変化して、前記周波数設定値が本来設定すべき値から大きく隔たってしまったりした場合、ＤＬＬも不安定になってしまい同期保持できなくなることもある。
また、同期保持ができた場合でも、その後、信号が強くなったときに、コスタスループの引き込みに時間がかかるため、すぐに測位に使用できないことや引き込みが不十分な状態で測位計算に使用してしまうことも考えられる。
この発明は、以上の点にかんがみ、捕捉している衛星からの電波が弱くなった場合においても、できるだけコスタスループの引き込み状態を維持することができるようにしたＧＰＳ受信装置および方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、この発明のＧＰＳ受信装置は、
ＰＮ符号によりスペクトラム拡散変調されている人工衛星からの受信信号のキャリア周波数を中間周波数に変換して、中間周波数信号を出力する周波数変換手段と、
前記人工衛星からの受信信号の前記ＰＮ符号に対応する受信装置側ＰＮ符号を発生するＰＮ符号発生手段と、
第１の可変周波数発振器を備えると共に、前記中間周波数信号を前記受信装置側ＰＮ符号により逆スペクトラム拡散を行ない、前記第１の可変周波数発振器の出力信号と前記逆スペクトラム拡散された中間周波数信号とを比較し、その比較結果に基づく第１の制御信号を前記第１の可変周波数発振器に供給し、前記第１の可変周波数発振器の出力信号として、前記中間周波数信号に同期する信号を得るようにする第１のループ回路と、
前記ＰＮ符号発生手段からの前記ＰＮ符号の発生周波数および発生位相を制御するクロック信号を発生する第２の可変周波数発振器を備えると共に、前記中間周波数信号を前記受信装置側ＰＮ符号により逆スペクトラム拡散を行ない、前記第１の可変周波数発振器の出力信号と前記逆スペクトラム拡散された中間周波数信号とを比較し、その比較結果に基づく第２の制御信号を前記第２の可変周波数発振器に供給し、前記受信装置側ＰＮ符号が、前記人工衛星からの受信信号のＰＮ符号に同期するようにする第２のループ回路と、
前記人工衛星からの受信信号が弱信号であって、前記第１のループ回路において前記第１の可変周波数発振器の出力信号として、前記中間周波数信号に同期する信号を得ることが困難であるとき、前記第１のループ回路における前記第１の可変周波数発振器への前記第１の制御信号の供給を停止すると共に、前記第１の可変周波数発振器の発振周波数を、前記第２の可変周波数発振器の発振周波数から計算した周波数となるように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
上述の構成の発明においては、制御手段により、衛星からの受信信号が弱くなって、第１のループ回路における中間周波数信号についての同期を保持することが困難な状況になったときには、第１のループ回路の第１の可変周波数発振器の発信周波数を、第２のループ回路の可変周波数発振器の発振周波数に基づいて計算された周波数となるように制御して、第１のループ回路による同期保持をできるだけ継続するようにする。
この発明によれば、衛星からの受信信号（電波）が弱くなった場合でも、第１のループ回路（コスタスループ）における同期保持状態を継続することができる。また、その後、衛星からの受信信号が弱いために、その衛星からの受信信号が測位計算に使用できなくなった場合においても、第１のループ回路の第１の可変周波数発振器の発振周波数は、正しい値に近い値に制御されているので、当該衛星からの受信信号が強くなったときに、当該受信信号の捕捉引き込みが早くなり、直ぐに測位計算に利用でき、また、測位精度も低下しないという効果がある。
以下、この発明によるＧＰＳ受信装置および同期保持方法の実施形態を、図を参照しながら説明する。まず、この発明の実施形態に用いるＧＰＳ受信装置について説明する。
［ＧＰＳ受信装置の構成］
以下に説明する実施形態のＧＰＳ受信装置は、従来の周波数サーチを伴うスライディング相関と、ＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）およびコスタスループとにより、キャリアおよびＰＮ符号についての同期捕捉を行なうと同時に同期保持動作をする方法の欠点を改善した構成を備える。
すなわち、周波数サーチを伴うスライディング相関と、ＤＬＬおよびコスタスループとにより、ＩＦキャリアおよび衛星ＰＮ符号についての同期捕捉を行なうと同時に同期保持動作をするという、従来の手法では、周波数サーチを伴うスライディング相関の方法が、上述したように、原理的に高速同期には不向きであって、拡散符号（ＰＮ符号）およびキャリアの同期に時間を要するという欠点があった。そして、このようにＰＮ符号およびキャリアの同期に時間を要すると、ＧＰＳ受信装置の反応が遅くなり、使用上において不便を生ずる。
従来、実際のＧＰＳ受信装置においては、上記の欠点を改善するため、多チャンネル化してパラレルに同期点を探索する必要があり、従来方式のままで大幅なチャンネル増を行なうとＧＰＳ受信装置の構成が複雑となると共に、コスト高となり、また、多チャンネルでパラレルに同期点を検索するものであるため、消費電力も大きくなっていた。消費電力の問題は、携帯型のＧＰＳ受信装置の場合には大きな問題である。
また、上述の従来の場合には、ＰＮ符号およびキャリアの同期捕捉と同期保持とは、周波数サーチを伴うスライディング相関と、ＤＬＬおよびコスタスループとにより、一体的に行っているので、例えばＧＰＳ衛星からの信号が途切れたときには、同期捕捉および同期保持を、再度、一体的に行なう必要があり、再同期捕捉および同期保持までの時間が長くなってしまうという問題もあった。
さらに、上述の従来の場合には、ＰＮ符号およびキャリアの同期捕捉と同期保持とは、周波数サーチを伴うスライディング相関と、ＤＬＬおよびコスタスループとにより、一体的に行っているので、ＧＰＳ受信装置の感度を上げようとすると、原理的に同期捕捉および同期保持のための処理時間がかなり長くなってしまうことから、ＧＰＳ受信装置の感度を上げることが容易ではないという問題もあった。
この実施形態で用いるＧＰＳ受信装置は、以上の問題点を解消できるように構成したもので、基本的な構成は、前記特許文献１に記載されたものと同様である。
［実施形態のＧＰＳ受信装置の全体構成］
図１は、この実施形態のＧＰＳ受信装置の構成例を示すブロック図であり、周波数変換部１０と、同期捕捉部２０と、同期保持部３０と、制御部４０と、ＧＰＳアンテナ１と、温度補償付き水晶発振回路からなる基準発振回路２と、タイミング信号生成回路３と、水晶発振回路４とを備えて構成される。
制御部４０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４１に対して、プログラムＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４２と、ワークエリア用のＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４３と、実時間（ＲＴＣ（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ））を計測するための時計回路４４と、タイマ４５と、不揮発性メモリ４６とが接続されて構成されている。
タイマ４５は、各部の動作に必要な各種タイミング信号の生成および時間参照に使用される。不揮発性メモリ４６には、ＧＰＳ衛星信号から抽出したアルマナック情報およびエフェメリス情報からなる軌道情報が記憶されると共に、電源オフ操作前の電源オン時に得られていたＧＰＳ受信装置の位置情報およびＩＦキャリア誤差ΔｆＩＦが記憶される。不揮発性メモリ４６に対して、エフェメリス情報は、後述するように、例えば２時間毎に更新され、また、アルマナック情報は、ＧＰＳ受信装置を更新している際、例えば数日毎に更新される。なお、不揮発性メモリ４６は、電池バックアップされたＲＡＭでもよい。
基準発振回路２からの基準クロック信号は、逓倍／分周回路３に供給されると共に、後述するように、周波数変換部１０の周波数変換用の局部発振回路１５に供給される。逓倍／分周回路３は、基準クロック信号を逓倍して、また、分周して、同期捕捉部２０、同期保持部３０および制御部４０などに供給するクロック信号を生成する。逓倍／分周回路３は、制御部４０のＣＰＵ４１により逓倍比や分周比が制御される。
なお、水晶発振回路４からのクロック信号は、制御部４０の時計回路４４用のものとされている。制御部４０の時計回路４４以外の部位のクロック信号は、逓倍／分周回路３からのクロック信号とされる。
［周波数変換部１０の構成］
ＧＰＳ衛星信号は、前述もしたように、各ＧＰＳ衛星から送信される信号であり、５０ｂｐｓの送信データを、送信信号速度が１．０２３ＭＨｚで、符号長が１０２３であって、ＧＰＳ衛星ごとに決められているパターンの衛星ＰＮ符号（Ｃ／Ａコード）によりスペクトラム拡散した信号により、周波数が１５７５．４２ＭＨｚのキャリア（搬送波）をＢＰＳＫ変調したものである。
アンテナ１にて受信された１５７５．４２ＭＨｚのＧＰＳ衛星信号は、周波数変換部１０に供給される。周波数変換部１０では、アンテナ１にて受信されたＧＰＳ衛星信号が、低雑音増幅回路１１にて増幅された後、バンドパスフィルタ１２に供給されて、不要帯域成分が除去される。バンドパスフィルタ１２からの信号は、高周波増幅回路１３を通じて中間周波変換回路１４に供給される。
また、基準発振回路２の出力が、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）シンセサイザ方式の局部発振回路１５に供給され、この局部発振回路１５より基準発振器２の出力周波数に対して周波数比が固定された局部発振出力が得られる。そして、この局部発振出力が中間周波変換回路１４に供給されて、ＧＰＳ衛星信号のキャリア周波数が、信号処理し易い中間周波数、例えば１．０２３ＭＨｚに低域変換されて、中間周波変換回路１４からは中間周波信号が得られる。以下、この中間周波信号のキャリア、すなわち、中間周波キャリアをＩＦキャリアと称する。
中間周波変換回路１４からの中間周波信号は、増幅回路１６で増幅され、ローパスフィルタ１７で帯域制限された後、Ａ／Ｄ変換器１８で１ビットのデジタル信号（以下、この信号をＩＦデータという）に変換される。このＩＦデータは、同期捕捉部２０および同期保持部３０に供給される。
すなわち、この実施形態では、ＩＦデータは、従来のスライディング相関およびコスタスループ＋ＤＬＬのような同期捕捉・同期保持一体化回路に供給されるのではなく、機能的に分離された同期捕捉部２０と、同期保持部３０に供給される。
この実施形態において、同期捕捉部２０は、ＧＰＳ衛星信号についての同期捕捉、つまり、ＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号の位相検出およびＩＦキャリアの周波数の検出を行なう。このＩＦキャリア周波数を以下、ＩＦキャリア周波数という。同期保持部３０は、同期捕捉部２０で捕捉したＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号とＩＦキャリアの同期保持を行なう。
［同期捕捉部２０と同期保持部３０の構成］
この実施形態では、後述するように、同期捕捉部２０では、周波数変換部１０からのＩＦデータの所定時間分をメモリに取り込み、このメモリに取り込んだＩＦデータについて、ＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号と、個々のＧＰＳ衛星の衛星ＰＮ符号に対応するＧＰＳ受信装置が持つレプリカＰＮ符号との相関演算を行って、拡散符号の位相同期捕捉を行なう。
拡散符号の位相同期捕捉に関しては、上述のようなスライディング相関の手法を用いることなく、スペクトラム拡散信号の同期捕捉を高速に行なう方法として、マッチドフィルタを用いる方法がある。
マッチドフィルタは、トランスバーサルフィルタにより、デジタル的に実現可能である。また、近年は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）に代表されるハードウエアの能力の向上によって、高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）という）処理を用いたデジタルマッチドフィルタにより、拡散符号の同期を高速に行なう手法が実現している。ただし、デジタルマッチドフィルタそのものは、拡散符号の同期を保持する機能を有しない。
後者のＦＦＴ処理を用いる方法は、古くから知られる相関計算の高速化方法に基づいており、受信装置側のレプリカＰＮ符号と、衛星ＰＮ符号との間に相関がある場合には、相関のピークが検出され、ピークの位置が衛星ＰＮ符号の先頭の位相である。したがって、この相関のピークを検出することで、衛星ＰＮ符号の同期を捕捉、すなわち、ＧＰＳ衛星の受信信号における衛星ＰＮ符号の位相を検出することができる。
ＧＰＳ衛星からの受信信号のキャリア（中間周波数）は、ＦＦＴを利用した方法で、ＦＦＴの周波数領域での操作により、衛星ＰＮ符号の位相とともに検出することができる。衛星ＰＮ符号の位相は、疑似距離に換算され、４個以上の衛星について検出されれば、ＧＰＳ受信装置の位置を計算することができる。また、キャリア周波数が検出されると、ドップラーシフト量が判り、これにより、ＧＰＳ受信装置の速度が計算できる。
以上のことから、この実施形態では、高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）という）処理を用いたデジタルマッチドフィルタによりＰＮ符号についての相関計算を行い、その相関計算に基づいて同期捕捉処理を高速に行なう。
アンテナ１で受信されるＧＰＳ衛星信号には、複数のＧＰＳ衛星からの信号が含まれているが、同期捕捉部２０では、すべてのＧＰＳ衛星についてのレプリカＰＮ符号の情報を用意しており、その用意されているレプリカＰＮ符号の情報を用いて、その時点でＧＰＳ受信装置が利用可能な複数個のＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号との相関を計算することにより、それらの複数個のＧＰＳ衛星信号の同期捕捉をすることが可能である。
同期捕捉部２０では、いずれのＧＰＳ衛星用のレプリカＰＮ符号の情報を用いて同期捕捉したかにより、いずれのＧＰＳ衛星からの信号の同期捕捉をしたかを検知する。当該同期捕捉したＧＰＳ衛星の識別子としては、例えばＧＰＳ衛星番号が用いられる。
そして、同期捕捉部２０は、同期捕捉したＧＰＳ衛星の衛星番号の情報と、同期捕捉により検出した衛星ＰＮ符号の位相の情報と、ＩＦキャリア周波数の情報と、また、必要に応じて、相関の度合いを示す相関検出信号からなる信号強度の情報を、同期保持部３０に渡すようにする。
同期捕捉部２０で検出した衛星番号、衛星ＰＮ符号の位相、ＩＦキャリア周波数、信号強度の情報を、同期保持部３０へ渡す方法としては、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２０から同期保持部３０へ直接渡す方法と、制御部４０を介して渡す方法とがある。
前者の場合には、同期捕捉部２０で、同期保持部３０に渡す情報を生成する。あるいは、同期保持部３０に、例えばＤＳＰで構成される制御部を設け、その制御部で、同期捕捉部２０からの情報に基づいて、同期保持部３０で必要な情報を生成する構成とする。
また、後者の場合には、制御部４０のＣＰＵ４１が制御し、ＣＰＵ４１を介して情報の受け渡し、またＣＰＵ４１から同期捕捉部２０および同期保持部３０の制御を行なうことができるので、後述する衛星ＰＮ符号についての位相補正や、同期捕捉部２０と同期保持部３０の状況に応じた多様な同期手順を設定しやすくなる。
そこで、以下に説明する実施形態では、同期捕捉部２０から、衛星番号、衛星ＰＮ符号の位相、ＩＦキャリア周波数、信号強度の情報を、同期保持部３０へ渡す方法としては、制御部４０を介して渡す方法を採用している。
同期捕捉部２０の構成は、前記特許文献１に詳細に説明されているので、この明細書ではその説明を省略する。
同期捕捉部２０で４個以上のＧＰＳ衛星からの信号の同期捕捉ができれば、ＧＰＳ受信装置としては、それらのＰＮ符号の位相とＩＦキャリア周波数とからＧＰＳ受信装置の位置と速度を計算することが可能である。つまり、同期保持部３０を設けなくても測位演算を行なうことは可能である。
しかし、ＧＰＳ受信装置として十分な高精度の測位および速度計算を行なうためには、高精度でＰＮ符号の位相とＩＦキャリア周波数を検出する必要があり、そのためには、ＦＦＴ演算を行なう場合のサンプリング回路におけるサンプリング周波数を高くする、ＦＦＴ処理の単位としてバッファメモリに取り込むＩＦデータの時間長を長くするといったことが必要になる。
さらに、同期捕捉部２０にデジタルマッチドフィルタを用いた構成とした場合には、デジタルマッチドフィルタ自身は、同期保持機能を有しないことをも考慮しなければならない。
以上のように、同期捕捉部２０のみにより、ＧＰＳ受信装置の位置計算および速度計算を十分な精度で行なおうとすると、ハードウエアのサイズ増によるコストアップと消費電力増となり、ＧＰＳ受信装置を実際に製造する際の大きな問題となってしまう。
そこで、この実施形態では、粗い精度での同期捕捉を専用の同期捕捉部２０で行い、複数のＧＰＳ衛星信号の同期保持および航法メッセージの復調は同期保持部３０で行なうものとしている。そして、同期捕捉部２０は、検出したＧＰＳ衛星番号と、その衛星ＰＮ符号の位相と、ＩＦキャリア周波数と、相関検出信号からなる信号強度の情報を、制御部４０を通じて同期保持部３０にデータとして渡し、後述するように、同期保持部３０は、そのデータを初期値として動作を開始するようにする。
［同期保持部３０の構成］
複数のＧＰＳ衛星信号の同期保持を並列して行なうために、同期保持部３０は、１つずつのＧＰＳ衛星信号を１チャンネルとして、複数チャンネル分を備える構成とされる。
図２は、この実施形態における同期保持部３０の構成例を示す。この同期保持部３０は、ｎチャンネル分のチャンネル同期保持部３０ＣＨ１、３０ＣＨ２、・・・、３０ＣＨｎと、コントロールレジスタ３３とからなる。チャンネル同期保持部３０ＣＨ１、３０ＣＨ２、・・・、３０ＣＨｎのそれぞれは、コスタスループ３１とＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）３２とを備える。
コントロールレジスタ３３は、制御部４０のＣＰＵ４１に接続され、後述するように、コスタスループ３１やＤＬＬ３２のループフィルタのパラメータや、フィルタ特性を定めるためのデータを受け取り、ＣＰＵ４１により指示されるチャンネルの、ＣＰＵ４１により指示される部位に、そのデータを設定するようにする。また、コントロールレジスタ３３は、コスタスループ３１やＤＬＬ３２のループフィルタからの相関値情報や周波数情報を受け取り、ＣＰＵ４１からのアクセスに応じてそれらの情報をＣＰＵ４１に渡すようにする。
〔コスタスループ３１と、ＤＬＬ３２の構成〕
図３はコスタスループ３１の構成例を示すブロック図であり、また、図４は、ＤＬＬ３２の構成例を示すブロック図である。
コスタスループ３１は、ＩＦキャリア周波数の同期保持、送信データである航法メッセージの抽出を行なう部分であり、ＤＬＬ３２は、ＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号の位相同期保持を行なう部分である。そして、コスタスループ３１とＤＬＬ３２とが協働し、ＧＰＳ衛星信号についてスペクトラム逆拡散を行って、スペクトラム拡散前の信号を得るとともに、このスペクトラム拡散前の信号を復調して航法メッセージを得て、制御部４０のＣＰＵ４１に供給する。以下、コスタスループ３１およびＤＬＬ３２の構成および動作について具体的に説明する。
〔コスタスループ３１について〕
周波数変換部１０からのＩＦデータは、乗算器２０１に供給される。この乗算器２０１には、図４に示すＤＬＬ３２のＰＮ符号発生器２２０からのレプリカＰＮ符号が供給される。
ＤＬＬ３２のＰＮ符号発生部２２０からは、一致（プロンプト）ＰＮ符号Ｐ、進み（アーリ）ＰＮ符号Ｅ、遅れ（レート）ＰＮ符号Ｌの、３つの位相のレプリカＰＮ符号が発生する。ＤＬＬ３２では、後述するように、進みＰＮ符号Ｅおよび遅れＰＮ符号Ｌと、ＩＦデータとの相関を計算し、それぞれの相関値が等しくなるように、ＰＮ符号発生器２２０からのレプリカＰＮ符号の発生位相を制御し、これにより、一致ＰＮ符号Ｐの位相が、ＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号の位相と一致するようにする。
コスタスループ３１の逆拡散用の乗算器１０１には、ＰＮ符号発生器２２０からの一致ＰＮ符号Ｐが供給されて、逆拡散される。この乗算器１０１からの逆拡散されたＩＦデータは、乗算器１０２および１０３に供給される。
コスタスループ３１は、図３に示すように、乗算器１０２および１０３と、ローパスフィルタ１０４，１０５と、位相検出器１０６と、ループフィルタ１０７と、可変周波数発振器の例としてのＮＣＯ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；数値制御型発振器）１０８と、相関検出器１０９と、２値化回路１１０と、ＰＮ符号ロック判定部１１１と、スイッチ回路１１２と、ＩＦキャリアロック判定部１１３とからなっている。
スイッチ回路１１２は、コスタスループ３１のループを開閉制御するためのもので、ＣＰＵ４１からの切り換え制御信号によりオンオフされる。同期保持動作がスタートする前の初期的な状態では、スイッチ回路１１２はオフとされて、ループ開の状態とされ、後述するように、同期保持動作がスタートして、コスタスループの相関検出器１０９の相関出力が有意な相関レベル以上となったときに、このスイッチ回路１１２がオンとされて、ループ閉とされるようにされる。
また、同期保持動作中であっても、同期捕捉および同期保持していた衛星からの電波が弱くなって、コスタスループ３１でのキャリア周波数に対する追従が困難となったときには、相関検出器１０９の相関出力が有意な相関レベルよりも小さくなるので、このスイッチ回路１１２はオフとなってループ開とされる。
ローパスフィルタ１０４，１０５のカットオフ周波数情報と、ループフィルタ１０７のフィルタ特性を定めるパラメータと、ＮＣＯ１０８の発振中心周波数を定めるための周波数情報とは、後述するように、同期捕捉部２０での同期捕捉結果に基づいて、ＣＰＵ４１からコントロールレジスタ３３を通じて設定される。
また、同期捕捉および同期保持していた衛星からの電波が弱くなって、コスタスループ３１でのキャリア周波数に対する追従が困難となったときには、前述したように、ＣＰＵ４１からの切り換え制御信号により、スイッチ回路１１２がオフとされてループ開とされると共に、ＣＰＵ４１からコントロールレジスタ３３を通じてＮＣＯ１０８の発振中心周波数が設定される。
乗算器１０１において逆拡散された信号は、乗算器１０２、１０３に供給される。これら乗算器１０２，１０３には、制御部４０のＣＰＵ４１からの周波数情報により、ほぼＩＦキャリア周波数にされたＮＣＯ１０８からの、直交位相のＩ（Ｃｏｓｉｎｅ）信号と、Ｑ（Ｓｉｎｅ）信号とが供給される。ここで、Ｉ信号が供給される乗算器１０２の系をＩアームと称し、Ｑ信号が供給される乗算器１０３の系をＱアームと称する。後述するＤＬＬ３２においても同様である。
これら乗算器１０２および１０３の乗算結果は、ローパスフィルタ１０４および１０５を通じて位相検出器１０６に供給される。ローパスフィルタ１０４および１０５は、制御部４０のＣＰＵ４１からのカットオフ周波数情報の供給を受け、これに供給された信号の帯域外ノイズを除去するものである。
位相検出器１０６は、ローパスフィルタ１０４および１０５からの信号に基づいて、ＩＦキャリアとＮＣＯ１０８からの周波数信号との位相誤差を検出し、この位相誤差をループフィルタ１０７を介してＮＣＯ１０８に供給する。これによりＮＣＯ１０８が制御されて、ＮＣＯ１０８からの出力周波数信号の位相が、ＩＦキャリア成分に同期するようにされる。
なお、ループフィルタ１０７は、制御部４０のＣＰＵ４１から供給されるパラメータに応じて、位相検出器１０６からの位相誤差情報を積分して、ＮＣＯ１０８を制御するＮＣＯ制御信号を形成するものである。ＮＣＯ１０８は、ループフィルタ１０７からのＮＣＯ制御信号によって、前述したように、ＮＣＯ１０８からの出力周波数信号の位相が、ＩＦキャリア成分に同期するようにされる。
また、コスタスループ３１のローパスフィルタ１０４および１０５の出力は、相関検出器１０９に供給される。相関検出器１０９は、これに供給されるローパスフィルタ１０４および１０５の出力信号をそれぞれ自乗して加算して出力する。この相関検出器１０９の出力は、ＩＦデータとＰＮ符号発生器２２０からの一致ＰＮ符号Ｐとの相関値ＣＶ（Ｐ）示すものである。この相関値ＣＶ（Ｐ）は、コントロールレジスタ３３を通じて制御部４０のＣＰＵ４１に渡される。
そして、ローパスフィルタ１０４の出力信号は２値化回路１１０に供給されており、この２値化回路１１０より航法メッセージデータが出力される。
また、相関検出器１０９からの相関値ＣＶ（Ｐ）出力は、ＰＮ符号ロック判定部１１１に供給される。ＰＮ符号ロック判定部１１１は、相関値ＣＶ（Ｐ）出力と、予め定められているスレッショールド値とを比較し、相関値ＣＶ（Ｐ）出力がスレッショールド値よりも大きいときには、同期保持がロック状態であることを示し、相関値ＣＶ（Ｐ）出力がスレッショールド値よりも小さいときには、同期保持がアンロック状態であることを示すＰＮ符号ロック判定出力を出力する。
この実施形態では、このＰＮ符号ロック判定出力は制御部４０のＣＰＵ４１に送られ、ＣＰＵ４１は、このＰＮ符号ロック判定出力から、同期保持部３０におけるＰＮ符号のロック状態、アンロック状態を認識するようにする。ＣＰＵ４１は、このＰＮ符号ロック判定出力からは、ＰＮ符号の同期が保持されていることのみを判定する。したがって、ＣＰＵ４１は、このＰＮ符号ロック判定出力からでは、ＰＮ符号の同期は取れているが、ＩＦキャリアのロックが外れた状態の検知は行なわない。ＣＰＵ４１は、ＩＦキャリアロック判定部１１３の出力から、ＩＦキャリアの周波数ロックは外れたか否かの判定を行なう。
ＩＦキャリアロック判定部１１３には、ローパスフィルタ１０４および１０５の出力は供給される。このＩＦキャリアロック判定部１１３では、ローパスフィルタ１０４および１０５の出力の絶対値の比を求め、その比の値が予め定めたスレッショールド値以上であるときには、ＩＦキャリアの同期がロック状態であることを示し、そうでなかったときには、ＩＦキャリアの同期が外れた状態（アンロック状態）であることを示すＩＦキャリアロック判定出力を出力する。
すなわち、ＩＦキャリアロック判定出力は、ローパスフィルタ１０４の出力をＩo、ローパスフィルタ１０５の出力をＱｏとし、前記スレッショールド値をｔｈとしたとき、
｜Ｉｏ｜／｜Ｑｏ｜＞ｔｈ
であるときにはロック状態、そうでなければ、アンロック状態を示すものとなる。
この実施形態では、このＩＦキャリアロック判定出力は制御部４０のＣＰＵ４１に送られる。ＣＰＵ４１は、このＩＦキャリアロック判定出力から、ＩＦキャリアについてのロック状態、アンロック状態を認識するようにする。
〔ＤＬＬ３２について〕
図４に示すように、ＤＬＬ３２においては、周波数変換部１０からのＩＦデータは、乗算器２０１および２１１に供給される。そして、乗算器２０１には、ＰＮ符号発生器２２０からの進みＰＮ符号Ｅが供給され、また、乗算器２１１には、ＰＮ符号発生器２２０からの遅れＰＮ符号Ｌが供給される。
乗算器２０１は、ＩＦデータと進みＰＮ符号Ｅとを乗算することにより、スペクトラム逆拡散を行い、この逆拡散がなされた信号を乗算器２０２、２０３に供給する。そして、乗算器２０２には、前述のコスタスループ３１のＮＣＯ１０８からのＩ信号が供給され、乗算器２０３には、ＮＣＯ１０８からのＱ信号が供給される。
乗算器２０２は、逆拡散されたＩＦデータとＮＣＯ１０８からのＩ信号とを乗算し、その結果をローパスフィルタ２０４を通じて相関検出器２０６に供給する。同様に、乗算器２０３は、逆拡散されたＩＦデータとＮＣＯ１０８からのＱ信号とを乗算し、その結果をローパスフィルタ２０５を通じて相関検出器２０６に供給する。
なお、ローパスフィルタ２０４、２０５は、コスタスループ３１のローパスフィルタ１０４，１０５と同様に、制御部４０のＣＰＵ４１からのカットオフ周波数情報の供給を受け、これに供給された信号の帯域外ノイズを除去するものである。
相関検出器２０６は、これに供給されるローパスフィルタ２０４，２０５からの出力信号をそれぞれ自乗して加算して出力する。この相関検出器２０６からの出力は、ＩＦデータと、ＰＮ符号発生器２２０からの進みＰＮ符号Ｅとの相関値ＣＶ（Ｅ）示すものである。この相関値ＣＶ（Ｅ）は、位相検出器２２１に供給されるとともに、コントロールレジスタ３３に格納され、制御部４０のＣＰＵ４１が用いることができるようにされる。
同様に、乗算器２１１は、ＩＦデータと遅れＰＮ符号Ｌとを乗算することにより、スペクトラム逆拡散を行い、この逆拡散がなされた信号を乗算器２１２、２１３に供給する。乗算器２１２には、前述したように、ＮＣＯ１０８からのＩ信号が供給され、乗算器２１３には、ＮＣＯ１０８からのＱ信号が供給される。
乗算器２１２は、逆拡散されたＩＦデータとＮＣＯ１０８からのＩ信号とを乗算し、その結果をローパスフィルタ２１４を通じて相関検出器２１６に供給する。同様に、乗算器２１３は、逆拡散されたＩＦデータとＮＣＯ１０８からのＱ信号とを乗算し、その結果をローパスフィルタ２１５を通じて相関検出器２１６に供給する。ローパスフィルタ２１４、２１５は、前述のローパスフィルタ２０４、２０５と同様に、制御部４０のＣＰＵ４１からのカットオフ周波数情報の供給を受け、これに供給された信号の帯域外ノイズを除去するものである。
相関検出器２１６は、これに供給されるローパスフィルタ２１４，２１５からの出力信号をそれぞれ自乗して加算し、その演算結果を出力する。この相関検出器２１６からの出力は、ＩＦデータと、ＰＮ符号発生器２２０からの遅れＰＮ符号Ｌとの相関値ＣＶ（Ｌ）を示すものである。この相関値ＣＶ（Ｌ）は、位相検出器２２１に供給されるとともに、コントロールレジスタ３３に格納され、制御部４０のＣＰＵ４１が用いることができるようにされる。
位相検出器２２１は、相関検出器２０６からの相関値ＣＶ（Ｅ）と、相関検出器２１６からの相関値ＣＶ（Ｌ）との差分として、一致ＰＮ符号ＰとＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号との位相差を検出し、その位相差に応じた信号をループフィルタ２２２を介してＮＣＯ２２３の数値制御信号として供給する。
ＰＮ符号発生器２２０には、このＮＣＯ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；数値制御型発振器）２２３の出力信号が供給されており、このＮＣＯ２２３の出力周波数が制御されることにより、ＰＮ符号発生器２２０からのＰＮ符号の発生周波数および位相が制御される。
なお、ＮＣＯ２２３は、後述するように、同期捕捉部２０の同期捕捉結果に応じた制御部４０のＣＰＵ４１からの初期発振周波数を制御する周波数情報の供給を受ける。
以上のＤＬＬ３２におけるループ制御により、ＮＣＯ２２３が制御されて、ＰＮ符号発生器２２０は、相関値ＣＶ（Ｅ）と相関値ＣＶ（Ｌ）とが同じレベルとなるように、ＰＮ符号Ｐ、Ｅ，Ｌの発生位相を制御する。これにより、ＰＮ符号発生器２２０から発生する一致ＰＮ符号Ｐが、ＩＦデータをスペクトラム拡散しているＰＮ符号と位相同期するようにされ、この結果、一致ＰＮ符号ＰによりＩＦデータが正確に逆スペクトラム拡散され、コスタスループ３１において、２値化回路１１０から航法メッセージデータが復調されて出力される。
そして、その航法メッセージデータの復調出力は、図示しないデータ復調回路に供給されて制御部４０で使用可能なデータに復調された後、制御部４０に供給される。制御部４０では、航法メッセージデータは、測位計算に用いられ、また、適宜、軌道情報（アルマナック情報やエフェメリス情報）が抽出されて、不揮発性メモリ４６に格納される。
なお、ＤＬＬ３２のループフィルタ２２２は、前述したコスタスループ３１のループフィルタ１０７と同様に、制御部４０のＣＰＵ４１から供給されるパラメータに基づいて、位相検出器２２１からの位相誤差情報を積分して、ＮＣＯ２２３を制御するＮＣＯ制御信号を形成するものである。
ＤＬＬ３２においても、ループフィルタ２２２と、ＮＣＯ２２３との間に、ループの開閉制御用のスイッチ回路２２４が設けられ、ＣＰＵ４１からの切り換え制御信号によりオンオフされる。
なお、同期保持動作がスタートする前の初期的な状態では、スイッチ回路２２４はオフとされ、ループ開の状態とされ、後述するように、同期保持動作がスタートして、コスタスループの相関検出器１０９の相関出力が有意なレベルとなったときに、このスイッチ回路２２４がオンとされて、ループ閉とされるようにされる。
［同期捕捉から同期保持への移行について］
この実施形態では、前述したように、同期捕捉部２０は、検出したＧＰＳ衛星番号と、その衛星ＰＮ符号の位相と、ＩＦキャリア周波数と、信号強度の情報とを、データとして制御部４０のＣＰＵ４１に渡す。なお、信号強度の情報は、同期保持処理への移行のための情報としては、必須のものではない。
取得したデータに基づいて制御部４０のＣＰＵ４１は、同期保持部３０に供給するデータを生成し、それを同期保持部３０に渡す。同期保持部３０はそのデータを初期値として同期保持動作を開始するようにする。
制御部４０のＣＰＵ４１から同期保持部３０に渡されるデータは、ＤＬＬ３２のＰＮ符号発生器２２０からのレプリカＰＮ符号の発生位相を制御するＮＣＯ２２３の初期発振周波数（発振中心周波数）を決定するための数値情報と、コスタスループ３１のＮＣＯ１０８の初期発振周波数（発振中心周波数）を決定するための数値情報と、ループフィルタ１０７および２２２のフィルタ特性を決定するためのパラメータと、ローパスフィルタ１０４，１０５，２０４，２０５，２１４，２１５のカットオフ周波数を決定して、その周波数帯域の広狭を決定するための係数情報である。
このとき、ＣＰＵ４１から同期保持部３０に供給される情報は、同期保持部３０で、ＰＮ符号の同期保持およびＩＦキャリアの同期保持を開始する位相や周波数、また、フィルタ特性を定めるための初期値データであるが、ＣＰＵ４１は、同期捕捉部２０で同期捕捉した結果として検出されたＰＮ符号の位相およびＩＦキャリア周波数の近傍から同期保持を開始するように、前記初期値データを生成する。
したがって、同期保持部３０では、同期捕捉部２０で検出されたＰＮ符号の位相近傍および検出されたＩＦキャリア周波数の近傍から同期保持動作を開始して、迅速に同期保持のロック状態にすることができるようになる。
ところで、ＧＰＳ受信装置が位置および速度を計算するためには、同期捕捉開始から４個以上のＧＰＳ衛星に対して同期を確立し、保持しなければならない。同期捕捉部２０と同期保持部３０および両者を制御するＣＰＵ４１とによって、４個以上のＧＰＳ衛星からの信号の同期を保持する過程（以下、この過程を同期捕捉・同期保持過程と呼ぶ）の例を次に説明する。
〔同期捕捉・同期保持過程の例〕
以下に説明する例では、同期捕捉部２０は、ＧＰＳ衛星信号の一つを同期捕捉すると、すぐに、ＣＰＵ４１に、同期保持動作開始のための割り込み指示と、同期捕捉結果としてのＧＰＳ衛星番号、その衛星ＰＮ符号の位相、ＩＦキャリア周波数、相関検出レベルを表わす信号強度を転送し、転送が終わると別のＧＰＳ衛星についての同期捕捉に移る。
ＣＰＵ４１は、同期捕捉部２０からの割り込み指示を受け取る毎に、同期保持部３０に対して独立のチャンネルの割り当てを行なうと共に、初期値の設定を行って、同期保持動作を開始させるようにする。
図５は、この同期捕捉・同期保持過程の例における同期捕捉部２０での同期捕捉処理の流れを説明するためのフローチャートである。
まず、同期捕捉のための初期設定を行なう（ステップＳ１１）。この初期設定においては、同期捕捉のためにサーチするＧＰＳ衛星およびそのサーチの順番を、ＧＰＳ受信装置が不揮発性メモリ４６に記憶している有効な軌道情報に基づいて設定する。また、その軌道情報から、ドップラーシフトを考慮したキャリア周波数を計算して、サーチするＩＦキャリア周波数の中心と範囲を設定するようにする。
また、電源投入前の過去の動作で得た大体の発振器誤差が、ＧＰＳ受信装置で判明しているのであれば、ＧＰＳ受信装置位置を電源投入時に記憶されている位置、すなわち、前回電源を切る直前の位置と仮定して、軌道情報から計算したドップラーシフトに合わせて、サーチするＩＦキャリア周波数の中心と範囲を決めるようにすると、さらに同期保持に至るまでに要する時間を短縮できる。
初期設定が終了したら、サーチの順番に従って、同期捕捉する一つのＧＰＳ衛星を設定する（ステップＳ１２）。これにより、同期捕捉対象の衛星番号が決まり、また、相関を検出しようとするＰＮ符号が決まる。
次に、同期捕捉部２０では、サンプリングしたＩＦデータの取り込みを開始し、この開始タイミングで、タイマをスタートさせる（ステップＳ１３）。ここで、このタイマとしては、制御部４０のタイマ４５を用いるようにする。このタイマ４５は、後述のように、同期保持処理スタートタイミングを設定する際にも用いられる。
次に、前述したデジタルマッチドフィルタを用いた同期捕捉処理により、ステップＳ１２で設定したＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号について相関検出処理を行なう（ステップＳ１４）。
そして、ＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号について相関が検出されたか否か、つまり、ＧＰＳ衛星信号の同期捕捉ができたか否か判別し（ステップＳ１５）、相関が検出できたときには、ＣＰＵ４１に対して割り込み指示を発生させると共に、同期捕捉の検出結果として、ＧＰＳ衛星番号、衛星ＰＮ符号の位相、ＩＦキャリア周波数、信号強度の情報をＣＰＵ４１に渡す（ステップＳ１６）。
そして、サーチすべきＧＰＳ衛星のすべてについての同期捕捉サーチが終了したか否か判別し（ステップＳ１７）、未だサーチすべきＧＰＳ衛星が残っているときには、ステップＳ８２に戻り、同期捕捉する次のＧＰＳ衛星を設定して、以上の同期捕捉処理を繰り返す。また、ステップＳ１７で、サーチすべきすべてのＧＰＳ衛星についての同期捕捉が終了したと判別したときには、同期捕捉動作を終了して、同期捕捉部２０を待機状態（スタンバイ状態）にする。
また、ステップＳ１５で相関が検出できないと判別したときには、その状態が予め定めた所定時間以上経過したか否か判別し（ステップＳ１８）、所定時間経過していなければ、ステップＳ１５に戻って、相関検出を継続する。
ステップＳ１８で、所定時間経過したと判別したときには、ステップＳ１７に進み、サーチすべきＧＰＳ衛星のすべてについての同期捕捉サーチが終了したか否か判別し、未だサーチすべきＧＰＳ衛星が残っているときには、ステップＳ１２に戻り、同期捕捉する次のＧＰＳ衛星を設定し、以上の同期捕捉処理を繰り返す。
また、ステップＳ１７で、サーチすべきすべてのＧＰＳ衛星についての同期捕捉が終了したと判別したときには、同期捕捉動作を終了して、同期捕捉部２０を待機状態（スタンバイ状態）にする。
この実施形態では、ＣＰＵ４１は、同期捕捉部２０への電源供給のオンオフ制御、または、この同期捕捉部２０に対する逓倍／分周回路３からの動作クロックの供給のオンオフ制御を行なうことができるように構成されており、上記の同期捕捉部２０のスタンバイ状態では、ＣＰＵ４１により、同期捕捉部２０への電源の供給はオフ、または、動作クロックの供給が停止されて、不要な消費電力が抑えられている。
同期捕捉部２０を、上述のように、デジタルマッチドフィルタで構成すると、ＦＦＴ計算を速くするためには高いクロックで動作させることが望ましく、したがって、動作時の消費電力が大きくなるが、同期捕捉部２０において、初期設定したすべてのＧＰＳ衛星からの信号の同期捕捉検出が終わり、同期保持部３０で４個以上の同期保持ができていれば、同期捕捉部２０の役割は終了する。
この実施形態では、上述のように、ＣＰＵ４１は、同期捕捉部２０の役割終了後は、スタンバイ状態にしているので、同期捕捉部２０における不要な消費電力が抑えられている。
なお、上記の例では、初期設定したすべてのＧＰＳ衛星についての同期捕捉が完了した後、ＣＰＵ４１は、同期捕捉部２０をスタンバイ状態に移行させるようにしたが、同期保持部３０で同期保持できたＧＰＳ衛星が４個以上になったことを確認してから、ＣＰＵ４１が同期捕捉部２０をスタンバイ状態に移行させるようにしてもよい。
なお、ＣＰＵ４１は、一旦、スタンバイ状態になった同期捕捉部２０を、再同期捕捉が必要な状態になったときに、動作状態に復帰させるようにすることができることは勿論である。
次に、同期捕捉部２０からの割り込み指示を受けたＣＰＵ４１による同期保持部３０の制御処理について、図６、図７および図８のフローチャートを参照しながら説明する。
図６は、ＣＰＵ４１が、同期捕捉部２０から、割り込み指示および同期捕捉結果としての衛星ＰＮ符号の位相、ＩＦキャリア周波数、ＧＰＳ衛星番号、信号強度の情報を受け取ったときに、同期保持部３０においてチャンネル割り当てし、同期保持スタートをさせるための処理である。また、図７は、ＣＰＵ４１が、同期保持スタートさせた同期保持部３０の各１チャンネルにおいての同期保持処理制御のためのフローチャートである。さらに、図８は、図７のフローチャートの一部の処理ステップの詳細を説明するためのフローチャートである。まず、図６の同期保持スタート処理について説明する。
まず、ＧＰＳ受信装置への電源投入時などにおいて、ＣＰＵ４１は、同期保持部３０のＮＣＯ、ローパスフィルタ、ループフィルタなどへ定数の初期設定を行っておく（ステップＳ２１）。なお、このとき、コスタスループ３１およびＤＬＬ３２では、スイッチ回路１１２および２２４がオフとされて、いずれも初期状態はループ開とされる。
次に、ＣＰＵ４１は、同期捕捉部２０からの割り込み指示を監視し（ステップＳ２２）、割り込み指示を検出したときには、同期捕捉部２０から、ＧＰＳ衛星番号、衛星ＰＮ符号の位相、ＩＦキャリア周波数、信号強度の情報を受け取ると共に、同期保持部３０に対して、受け取ったＧＰＳ衛星番号に対して独立のチャンネルを割り当てるようにする設定する（ステップＳ２３）。
そして、ＣＰＵ４１は、同期捕捉部２０から受け取った衛星ＰＮ符号の位相から、同期保持スタートタイミングを計算するとともに、同期保持部３０の、割り当てられたチャンネル内の各部に供給する初期値を、同期捕捉部２０から受け取ったＩＦキャリア周波数に基づいて生成する（ステップＳ２４）。
そして、ＣＰＵ４１は、生成した初期値を、コントロールレジスタ３３を通じて同期保持部３０の、ステップＳ２３で割り当てられたチャンネル内の各部に送ると共に、同期保持部３０の、ステップＳ２３で割り当てられたチャンネル内のＰＮ符号発生器２２０からの一致ＰＮ符号Ｐの発生位相を、前記同期保持スタートタイミングとするように制御して、同期保持動作をスタートさせる（ステップＳ２５）。なお、このとき、コスタスループ３１およびＤＬＬ３２のループは開のままとする。
以上のようにして、同期捕捉されたＧＰＳ衛星信号について、同期保持のためのチャンネルが割り当てられ、同期保持スタートを行ったら、ステップＳ２２に戻り、次の割り込みを待つ。
次に、以上のようにしてスタートしたチャンネル毎の同期保持処理を、図７のフローチャートについて説明する。
ＣＰＵ４１は、まず、同期保持部３０からの相関値ＣＶ（Ｐ）が有意なレベルになったか否か判別し（ステップＳ３１）、相関値ＣＶ（Ｐ）が有意なレベルになったら、コスタスループ３１およびＤＬＬ３２のループを閉じて、同期保持動作を行なう（ステップＳ３２）。
次に、ＣＰＵ４１は、同期保持部３０のコスタスループ３１のロック判定部１１１からのロック判定出力を監視し（ステップＳ３３）、同期保持部３０のロックを確認したときには、同期保持しているＧＰＳ衛星の数を１だけインクリメントし（ステップＳ３４）、同期保持状態を継続する（ステップＳ３５）。
そして、ＣＰＵ４１は、この同期保持動作中において、同期保持部３０からの相関値ＣＶ（Ｐ）が予め定められたレベル以下になっていないかどうかをチェックすることにより、衛星からの電波が弱くなって、コスタスループ３１でのキャリア周波数に対する追従が困難となっていないかどうか判別する（ステップＳ３６）。
ステップＳ３６で、衛星からの電波が弱くなっていると判別したときには、ＣＰＵ４１は、ＤＬＬ３２は閉ループ制御状態を維持するが、コスタスループ３１のスイッチ回路１１２をオフにして、ループ開の状態にすると共に、コスタスループ３１のＮＣＯ１０８の発振周波数を、ＤＬＬ３２の発振周波数に基づいて推定し、前記ＮＣＯ１０８の発振周波数が当該推定された発振周波数となるように制御する（ステップＳ３７）。このステップＳ３７での処理については、図８を用いて後述する。
ステップＳ３７の次には、ステップＳ３８に進む。また、ステップＳ３６で、衛星からの電波が弱くなっていると判別したときには、そのままステップＳ３８に進む。
ステップＳ３８では、コスタスループ３１のロック判定部１１１からのロック判定出力を監視し、同期保持のロックを確認したときには、ステップＳ３５に戻って、同期保持状態を継続する。そして、ステップＳ３８で同期保持のロックが外れたと判別したときには、同期保持しているＧＰＳ衛星の数を１だけデクリメントし（ステップＳ３９）、同期保持が外れたときの処理を行なうようにする（ステップＳ４０）。この同期保持が外れたときの処理については、その説明は省略する。
ＣＰＵ４１は、同期保持部３０で４個以上のＧＰＳ衛星信号の同期保持ができたと判別したときには、ＧＰＳ受信装置の位置の計算および速度の計算を行なうようにする。
また、ステップＳ３１において、相関値ＣＶ（Ｐ）が有意なレベルにならないと判別したときには、その状態が予め定めた所定時間以上経過しかたどうか判別し（ステップＳ４１）、所定時間以上経過したと判別したときには、図６のステップＳ２３で割り当てた同期保持部３０のチャンネルを空きチャンネルに戻し、当該チャンネルの同期保持を停止する（ステップＳ４２）。
また、ステップＳ３３において、ロック判定出力によりロック状態が検出できなかったときには、その状態が予め定めた所定時間以上経過しかたどうか判別し（ステップＳ４３）、所定時間以上経過したと判別したときには、ステップＳ２３で割り当てた同期保持部３０のチャンネルを空きチャンネルに戻し、当該チャンネルの同期保持を停止する（ステップＳ４２）。
ステップＳ４１、ステップＳ４２およびステップＳ４３の部分は、次のような理由により設けられたものである。すなわち、同期捕捉部２０が検出した相関が有意なレベルであっても、ノイズで偶々発生した偽の同期である場合もあり得る。突発的に生じたような持続性のない偽の同期に対しては、同期保持部３０で同期が確立することはない。そこで、同期保持部３０で一定のサーチ時間内に同期が確立できない場合には、同期保持動作を停止して、割り当てられたチャンネルを、空きチャンネルの状態に戻し、次の割り込みを待つようにしたものである。
［ステップＳ３７の処理の詳細］
ＧＰＳ受信装置では、少なくとも４個または３個の衛星を捕捉し、それぞれの衛星のＰＮ符合の位相・キャリア周波数・航法メッセージを取得して測位計算するが、実際にカーナビゲーション等に使用してみると、正常に受信できていた信号が、受信装置の置かれている環境の変化で、受信電波が弱くなったり、完全に受信できなくなったりする。
受信装置の受信信号が弱くなると、コスタスループ３１およびＤＬＬ３２におけるＩアームとＱアームの値のノイズ成分が大きくなり、キャリア位相のずれが正しく検出できなくなるため、コスタスループ３１のループ制御をオフにする方がよい。しかし、このような状態でも、コスタスループ３１のＮＣＯ１０８の発振周波数を正しい値を設定することができれば、ＤＬＬ３２の同期は維持できる。
ここで、受信装置の大体の位置と正確な速度、衛星の大体の位置と正確な速度、ＮＣＯ１０８の基準発振子の周波数のずれが全てわかっていれば、視線方向のドップラー周波数を計算し、ＮＣＯ１０８に設定すべき正確な値を設定し、コスタスループ３１とＤＬＬ３２の同期状態を保持できるが、受信装置の大体の位置と正確な速度、衛星の大体の位置と正確な速度、ＮＣＯ１０８の基準発振子の周波数のずれのうちのどれかが不明の場合は、その方法を使用できない。
このような場合、ＰＮ符号のチップレートは１．０２３ＭＨｚ、搬送波の周波数は１５７５．４２ＭＨｚであることから、ＤＬＬ３２のＰＮ符号発生器２２０にクロック信号を供給するＮＣＯ２２３の周波数を、１５４０（１５７５．４２ＭＨｚ／１．０２３ＭＨｚ＝１５４０）倍した周波数値を、コスタスループ３１のＮＣＯ１０８の発振周波数として設定するようにすることで、コスタスループ３１とＤＬＬ３２の同期状態を維持できる。
前述したステップＳ３７の処理は、上記の処理を行なうものである。図８を参照しながら、ステップＳ３７での処理の詳細について説明する。
先ず、ＣＰＵ４１は、ループを開状態にしたコスタスループ３１のＮＣＯ１０８の発振周波数から、当該ＮＣＯ１０８の発振周波数がＩＦキャリアに同期しているとしたときのＩＦキャリアのドップラー周波数ｆＤを求める（ステップＳ５１）。
すなわち、受信信号のＩＦキャリア周波数をｆIF、定められているＩＦキャリア周波数をＦIF、ＧＰＳ衛星のドップラーシフトをｆＤ、ＩＦキャリア誤差をΔｆIFとすると、前述の（式ａ）から、
ｆＤ＝ｆIF−ＦIF−ΔｆIF ・・・（式ｂ）
となる。
ここで、コスタスループ３１でループ制御がなされていて同期保持されている状態では、ＮＣＯ１０８の発振周波数は、受信信号のＩＦキャリア周波数ｆIFに等しいはずであるので、ＣＰＵ４１は、このＮＣＯ１０８の周波数情報を検知し、中間周波キャリア誤差ΔｆIFは、直前に求められていたものを用いるものとして、前記ドップラー周波数ｆＤを、上記（式ｂ）から求める。なお、中間周波キャリア誤差ΔｆIFは、所定の固定値あるいは零として、ドップラー周波数ｆＤを求めるようにしてもよいが、上述の例のように、既知の値を用いるようにすれば、精度がよくなる。
次に、ＣＰＵ４１は、ステップＳ５１で求めたドップラー周波数ｆＤを用いて、ＤＬＬ３２のＰＮ符号発生器２２０からのＰＮ符号の周波数（ＰＮ符号のチップレート）を、次の（式ｃ）により求める（ステップＳ５２）。
ＰＮ符号の周波数＝（ｆＤ／１５４０）
＋（位相検出器２２１で検出した位相差の周波数換算値）・・・（式ｃ）
この（式ｃ）において、ドップラー周波数ｆＤを１／１５４０にするのは、衛星からのキャリア周波数は１５７５．４２ＭＨｚであり、ＰＮ符号のチップレートは、１．０２３ＭＨｚであるので、その周波数の違いに応じた換算を行なうためである。
このステップＳ５２で求められたＰＮ符号の周波数は、ＤＬＬ３２により衛星からの受信信号に追従するようにされたものであることから、ＣＰＵ４１では、このステップＳ５２で求められたＰＮ符号の周波数を、１５４０倍することにより、衛星からのキャリアに追従するドップラー周波数ｆＤｃを求める（ステップＳ５３）。
次に、ステップＳ５３で求めたキャリアに追従するためのドップラー周波数から、コスタスループのＮＣＯ１０８の数値制御値を求め、当該数値制御値をＮＣＯ１０８に設定して、ＮＣＯ１０８の発振周波数を、当該数値制御値に応じたものに設定する（ステップＳ５４）。以上で、ステップＳ３７の処理は、終了となる。
この実施形態のＧＰＳ受信装置においては、同期保持がスタートしてから、相関値ＣＶ（Ｐ）の値が所定レベルより小さくなって、衛星からの電波が弱くなったと判断されるときであっても、ステップＳ３７の処理を実行することで、同期保持状態を、より長く継続することができる。
なお、原理的には、ステップＳ３７の処理は、ＤＬＬ３２のＰＮ符号発生器２２０の周波数情報をＣＰＵ４１が検知して、その周波数情報を１５４０倍することにより、コスタスループ３１のＮＣＯ１０８への設定周波数を算出することが可能である。しかし、上述の例の場合には、実際のコスタスループ３１のＮＣＯ１０８の発振周波数を基準にし、それに対してＤＬＬ３２での位相誤差を周波数換算したものを反映させて、ＮＣＯ１０８の設定すべき発振周波数を生成するようにしたので、衛星からの受信信号に対する追従性がよくなると期待できる。
［変形例］
なお、この発明は、上述の例のような同期捕捉部と同期保持部とに分ける構成のＧＰＳ受信装置に限られるものではなく、従来例として説明した、周波数サーチを伴うスライディング相関によりキャリアおよび拡散符号についての同期検出を行なうと同時に、ＤＬＬとコスタスループとにより、同期捕捉および同期保持動作をするようにするＧＰＳ受信装置にも、この発明は適用可能である。
この発明によるＧＰＳ受信装置の実施形態の構成例を示すブロック図である。 図１の一部である同期保持部の構成例を示すブロック図である。 図２の同期保持部の一部を構成するコスタスループの構成例を示すブロック図である。 図２の同期保持部の一部を構成するＤＬＬの構成例を示すブロック図である。 同期捕捉処理の一例の流れを説明するためのフローチャートである。 同期保持スタート処理の流れを説明するためのフローチャートである。 チャンネル毎同期保持処理の流れを説明するためのフローチャートである。 図７の一部のステップの詳細処理例を説明するためのフローチャートである。 ＧＰＳ衛星からの信号の構成を示す図である。
符号の説明
３１…コスタスループ、３２…ＤＬＬ、４０…制御部、４１…制御部４０のＣＰＵ、１０８および２２３…ＮＣＯ、１０９…相関検出器、１１２…スイッチ回路

Claims (4)

  1. ＰＮ符号によりスペクトラム拡散変調されている人工衛星からの受信信号のキャリア周波数を中間周波数に変換して、中間周波数信号を出力する周波数変換手段と、
    前記人工衛星からの受信信号の前記ＰＮ符号に対応する受信装置側ＰＮ符号を発生するＰＮ符号発生手段と、
    第１の可変周波数発振器を備えると共に、前記中間周波数信号を前記受信装置側ＰＮ符号により逆スペクトラム拡散を行ない、前記第１の可変周波数発振器の出力信号と前記逆スペクトラム拡散された中間周波数信号とを比較し、その比較結果に基づく第１の制御信号を前記第１の可変周波数発振器に供給し、前記第１の可変周波数発振器の出力信号として、前記中間周波数信号に同期する信号を得るようにする第１のループ回路と、
    前記ＰＮ符号発生手段からの前記ＰＮ符号の発生周波数および発生位相を制御するクロック信号を発生する第２の可変周波数発振器を備えると共に、前記中間周波数信号を前記受信装置側ＰＮ符号により逆スペクトラム拡散を行ない、前記第１の可変周波数発振器の出力信号と前記逆スペクトラム拡散された中間周波数信号とを比較し、その比較結果に基づく第２の制御信号を前記第２の可変周波数発振器に供給し、前記受信装置側ＰＮ符号が、前記人工衛星からの受信信号のＰＮ符号に同期するようにする第２のループ回路と、
    前記人工衛星からの受信信号が弱信号であって、前記第１のループ回路において前記第１の可変周波数発振器の出力信号として、前記中間周波数信号に同期する信号を得ることが困難であるとき、前記第１のループ回路における前記第１の可変周波数発振器への前記第１の制御信号の供給を停止すると共に、前記第１の可変周波数発振器の発振周波数を、前記第２の可変周波数発振器の発振周波数から計算した周波数となるように制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とするＧＰＳ受信装置。
  2. 請求項１に記載のＧＰＳ受信装置において、
    前記第１のループ回路の前記比較結果に基づいて前記第１の可変周波数発振器の出力信号と前記中間周波数信号との相関度合いを示す相関値を算出する相関検出手段を備え、
    前記制御手段は、前記相関検出手段からの前記相関値と、予め定められた所定の値とを比較し、当該比較結果から前記人工衛星からの受信信号が弱信号であって、前記第１のループ回路において前記第１の可変周波数発振器の出力信号として、前記中間周波数信号に同期する信号を得ることが困難であると判別する
    ことを特徴とするＧＰＳ受信装置。
  3. 請求項１に記載のＧＰＳ受信装置において、
    前記制御手段は、前記第１の可変周波数発振器の発振周波数から前記人工衛星からの受信信号のキャリア周波数についての第１のドップラー周波数を求める第１のステップと、
    前記第２の可変周波数発振器の発振周波数を、前記第１のステップで求められた前記第１のドップラー周波数と前記第２の制御信号とに基づいて求める第２のステップと、
    前記第２のステップで求められた前記第２の可変周波数発振器の発振周波数から、前記人工衛星からの受信信号のキャリア周波数に追従するための第２のドップラー周波数を求める第３のステップと、
    前記第３のステップで求められた前記第２のドップラー周波数から、前記第１の可変周波数発振器の発振周波数を制御する制御信号を生成する第４のステップと、
    を備えることを特徴とするＧＰＳ受信装置。
  4. ＰＮ符号によりスペクトラム拡散変調されている人工衛星からの受信信号のキャリア周波数を中間周波数に変換して、中間周波数信号を出力する周波数変換手段と、
    前記人工衛星からの受信信号の前記ＰＮ符号に対応する受信装置側ＰＮ符号を発生するＰＮ符号発生手段と、
    第１の可変周波数発振器を備えると共に、前記中間周波数信号を前記受信装置側ＰＮ符号により逆スペクトラム拡散を行ない、前記第１の可変周波数発振器の出力信号と前記逆スペクトラム拡散された中間周波数信号とを比較し、その比較結果に基づく第１の制御信号を前記第１の可変周波数発振器に供給し、前記第１の可変周波数発振器の出力信号として、前記中間周波数信号に同期する信号を得るようにする第１のループ回路と、
    前記ＰＮ符号発生手段からの前記ＰＮ符号の発生周波数および発生位相を制御するクロック信号を発生する第２の可変周波数発振器を備えると共に、前記中間周波数信号を前記受信装置側ＰＮ符号により逆スペクトラム拡散を行ない、前記第１の可変周波数発振器の出力信号と前記逆スペクトラム拡散された中間周波数信号とを比較し、その比較結果に基づく第２の制御信号を前記第２の可変周波数発振器に供給し、前記受信装置側ＰＮ符号が、前記人工衛星からの受信信号のＰＮ符号に同期するようにする第２のループ回路と、
    を備えるＧＰＳ受信装置における同期保持方法であって、
    前記人工衛星からの受信信号が弱信号であって、前記第１のループ回路において前記第１の可変周波数発振器の出力信号として、前記中間周波数信号に同期する信号を得ることが困難であるとき、前記第１のループ回路における前記第１の可変周波数発振器への前記第１の制御信号の供給を停止すると共に、前記第１の可変周波数発振器の発振周波数を、前記第２の可変周波数発振器の発振周波数から計算した周波数となるように制御する工程を備えることを特徴とするＧＰＳ受信装置における同期保持方法。
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