JP2007116578A - 衛星信号受信装置および衛星信号受信方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】キャリア除去手段100は、衛星受信信号から、そのキャリア周波数成分を除去する。データ加算手段200は、キャリア周波数成分が除去された信号の拡散符号の周期間隔ごとの信号と、拡散符号の1周期分のメモリに記憶されている信号とについて、拡散符号の周期間隔において同相となる信号同士を加算し、その加算結果をメモリに書き戻すことを、拡散符号の複数周期分繰り返し、前記メモリに、キャリア周波数成分が除去された信号を、拡散符号の周期間隔で、拡散符号の複数周期分加算したものを蓄積する。同期位相算出手段は、データ加算手段のメモリに蓄積された信号と、受信側の拡散符号との相関計算をして、受信信号と受信側の拡散符号との相関点を検出する。
【選択図】図1
Description
拡散符号によりスペクトラム拡散された、人工衛星からの信号を受信し、受信側に用意されている拡散符号との相関点を検出して、前記人工衛星からの信号について同期捕捉を行なう衛星信号受信装置において、
前記人工衛星からの信号から、そのキャリア周波数成分を除去するキャリア除去手段と、
前記拡散符号の1周期分のメモリと加算手段とを備え、前記キャリア周波数成分が除去された信号の前記拡散符号の周期間隔ごとの信号と、前記メモリに記憶されている信号とについて、前記拡散符号の周期間隔において同相となる信号同士を前記加算手段を用いて加算し、その加算結果を前記メモリに書き戻すことを、前記拡散符号の複数周期分繰り返して、前記メモリに、前記キャリア周波数成分が除去された信号を、前記拡散符号の周期間隔で、前記拡散符号の複数周期分加算したものを蓄積するデータ加算手段と、
前記データ加算手段の前記メモリに蓄積された前記拡散符号の複数周期分が加算された前記拡散符号の1周期分の信号と、前記受信側の拡散符号との相関計算をして、前記人工衛星からの信号と前記受信側の拡散符号との相関点を検出する同期位相算出手段と、
を備える衛星信号受信装置を提供することを特徴とする。
図2は、この実施形態の衛星信号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・保持部20と、制御部30と、GPSアンテナ41と、温度補償付き水晶発振回路からなる基準発振回路42と、タイミング信号生成回路43と、水晶発振回路44とを備えて構成される。
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PN符号(拡散符号)によりスペクトラム拡散した信号(C/Aコード)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。
この実施形態では、前記特許文献1の場合と同様に、同期捕捉部と同期保持部とを全く機能的に分離して構成する。そして、以下に説明する実施形態は、当該同期捕捉・保持部20の同期捕捉部に、この発明を適用した場合であり、この実施形態の同期捕捉部は、その処理結果としての拡散符号の同期捕捉位相出力および相関値を制御部30に供給する。制御部30は、同期捕捉・保持部20の同期捕捉部の実施形態から、前記拡散符号の同期捕捉位相出力および相関値を受け取ると、同期捕捉・保持部20の同期保持部の拡散符号発生器の初期位相として、前記同期捕捉位相出力を渡して、拡散符号の同期保持を実行させるようにする。同期捕捉・保持部20の同期保持部は、また、IFキャリアの同期保持も行なう。
図1は、この実施形態における同期捕捉・保持部20の同期捕捉部の概略構成図である。すなわち、この実施形態の同期捕捉部は、IFキャリア除去部100と、データ加算処理部200と、拡散符号同期位相算出部300とを備えて構成される。
図3は、IFキャリア除去部100の構成例と、データ加算処理部200の第1の構成例(データ加算処理部200Aとする)を示すブロック図である。
図9は、拡散符号同期位相算出部の第1の構成例(拡散符号同期位相算出部300Aとする)を示すブロック図である。
CV(i)={(SA(i)2+SB(i)2)}1/2 ・・・(式1)
なる演算式により求められる。
図10は、拡散符号同期位相算出部の第1の構成例(拡散符号同期位相算出部300Bとする)を示すブロック図である。
上述の衛星信号受信装置の同期捕捉部の第1の例は、図1に示したように、拡散符号同期位相算出部300は、1個の拡散符号発生部を備える1個(1チャンネル)を備えるものであったので、複数個の人工衛星からの受信信号についての同期捕捉をするには、1個の拡散符号発生部301から発生する拡散符号を、受信しようとする人工衛星の拡散符号に対応する符号系列のものにその都度変更する必要があり、多数の衛星の全てについて、同期捕捉をしようとすると、非常に長時間を要することになる。
上述のデータ加算処理部の第1の例(データ加算処理部200A)では、データ加算処理の期間と、相関計算するために加算結果データを読み出す期間とを、別々にして、交互に繰り返すようにしたが、以下に説明する第2の例のデータ加算処理部200Bでは、データ加算処理とデータ読み出しとを同時に行なえるようにして、より処理の高速化を図るようにしている。
図13のデータ加算処理部200Bの改善された構成例を、図16に示す。この図16の例は、第1の例のデータ加算処理部200Aの場合の図6の構成例に対応するものである。
これまでは、処理時間を短縮する工夫について述べてきたが、次に、感度を向上させる工夫について述べる。
上述の第3の例の拡散符号同期位相算出部300Cのように、絶対値演算部304の出力を加算した場合、衛星からの受信信号強度に応じて、自乗誤差が発生し、加算時間に応じた感度向上が期待できないことは一般的に知られている。衛星信号受信装置の第3の実施形態は、この問題点を改善した場合の例である。
図23に、拡散符号同期位相算出部の第5の例(拡散符号同期位相算出部300Eとする)の構成例を示す。この第5の例の拡散符号同期位相算出部300Eは、上述の第4の拡散符号同期位相算出部300Dの改善例であり、高感度で、かつ、処理時間を短縮することができるようにしたものである。
同期捕捉部の第3の構成例を図24に示す。この第3の構成例の同期捕捉部は、拡散符号同期位相算出部として、通常感度拡散符号同期位相算出部300Nと、高感度拡散符号同期位相算出部300Hとを設ける。そして、図24に示すように、通常感度拡散符号同期位相算出部300Nと、高感度拡散符号同期位相算出部300Hとは、それぞれ拡散符号発生部を備えるものを複数個(複数チャンネル分)設けるようにする。
上述の例では、同期捕捉・保持部20は、同期捕捉部と同期保持部とを別々に設ける構成とするように説明したが、上述した同期捕捉部の構成を備えつつ、この同期捕捉部と同期保持部とを一体化した構成であっても勿論よい。
Claims (25)
- 拡散符号によりスペクトラム拡散された、人工衛星からの信号を受信し、受信側に用意されている拡散符号との相関点を検出して、前記人工衛星からの信号について同期捕捉を行なう衛星信号受信装置において、
前記人工衛星からの信号から、そのキャリア周波数成分を除去するキャリア除去手段と、
前記拡散符号の1周期分のメモリと加算手段とを備え、前記キャリア周波数成分が除去された信号の前記拡散符号の周期間隔ごとの信号と、前記メモリに記憶されている信号とについて、前記拡散符号の周期間隔において同相となる信号同士を前記加算手段を用いて加算し、その加算結果を前記メモリに書き戻すことを、前記拡散符号の複数周期分繰り返して、前記メモリに、前記キャリア周波数成分が除去された信号を、前記拡散符号の周期間隔で、前記拡散符号の複数周期分加算したものを蓄積するデータ加算手段と、
前記データ加算手段の前記メモリに蓄積された前記拡散符号の複数周期分が加算された前記拡散符号の1周期分の信号と、前記受信側の拡散符号との相関計算をして、前記人工衛星からの信号と前記受信側の拡散符号との相関点を検出する同期位相算出手段と、
を備える衛星信号受信装置。 - 請求項1に記載の衛星信号受信装置において、
前記データ加算手段における前記メモリへのデータの蓄積は、前記キャリア除去手段からの前記キャリア周波数成分が除去された信号のサンプリングクロック周波数で行なうと共に、前記同期位相算出手段における前記メモリからの信号と、受信側の拡散符号との位相計算は、前記サンプリングクロック周波数よりも高周波数のクロックで実行する
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項1に記載の衛星信号受信装置において、
前記同期位相算出手段は、
前記受信側の拡散符号を発生する拡散符号発生手段と、
前記拡散符号発生手段からの拡散符号を、順次に位相をずらしたn個の拡散符号列であって、1周期ごとに、前記n個の拡散符号列の(最大位相差分+1)づつ初期位相をずらしたn個の拡散符号列を発生する拡散符号複数位相発生手段と、
前記n個の拡散符号列のそれぞれと、前記メモリに蓄積された前記拡散符号の複数周期分加算された前記拡散符号の1周期分の信号との相関をそれぞれ計算するn個の相関計算手段と、
を備え、前記n個の相関検出手段の検出出力に基づいて、前記人工衛星からの信号と前記受信側の拡散符号との相関点を検出する
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項1に記載の衛星信号受信装置において、
前記受信側の拡散符号を発生する拡散符号発生手段をそれぞれ備える前記同期位相算出手段の複数個を、前記データ加算手段に対して設けた
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項3に記載の衛星信号受信装置において、
前記同期位相算出手段の複数個を備える
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項1に記載の衛星信号受信装置において、
前記データ加算手段は、前記拡散符号の1周期分のメモリを2個備え、前記2個のメモリの一方に、前記キャリア周波数成分が除去された信号を、前記拡散符号の周期間隔で、前記拡散符号の複数周期分加算したものを蓄積している間に、前記メモリの他方から当該メモリに蓄積された信号を読み出して、前記同期位相算出手段に供給して、前記受信側の拡散符号との相関点を検出する処理を実行する
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項6に記載の衛星信号受信装置において、
前記データ加算手段における前記2個のメモリへのデータの蓄積は、前記キャリア除去手段からの前記キャリア周波数成分が除去された信号のサンプリングクロック周波数で行なうと共に、前記2個のメモリからの信号の読み出しおよび前記同期位相算出手段における前記受信側の拡散符号との相関点の検出処理は、前記サンプリングクロック周波数よりも高周波数のクロックで実行する
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項6に記載の衛星信号受信装置において、
前記同期位相算出手段は、
前記受信側の拡散符号を発生する拡散符号発生手段と、
前記拡散符号発生手段からの拡散符号を、順次に位相をずらしたn個の拡散符号列であって、1周期ごとに、前記n個の拡散符号列の(最大位相差分+1)づつ初期位相をずらしたn個の拡散符号列を発生する拡散符号複数位相発生手段と、
前記n個の拡散符号列のそれぞれと、前記メモリに蓄積された前記拡散符号の複数周期分加算された前記拡散符号の1周期分の信号との相関をそれぞれ計算するn個の相関計算手段と、
を備え、前記n個の相関検出手段の検出出力に基づいて、前記人工衛星からの信号と前記受信側の拡散符号との相関点を検出する
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項7に記載の衛星信号受信装置において、
前記同期位相算出手段は、
前記受信側の拡散符号を発生する拡散符号発生手段と、
前記拡散符号発生手段からの拡散符号を、順次に位相をずらしたn個の拡散符号列であって、1周期ごとに、前記n個の拡散符号列の(最大位相差分+1)づつ初期位相をずらしたn個の拡散符号列を発生する拡散符号複数位相発生手段と、
前記n個の拡散符号列のそれぞれと、前記メモリに蓄積された前記拡散符号の複数周期分加算された前記拡散符号の1周期分の信号との相関をそれぞれ計算するn個の相関計算手段と、
を備え、前記n個の相関検出手段の検出出力に基づいて、前記人工衛星からの信号と前記受信側の拡散符号との相関点を検出する
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項6に記載の衛星信号受信装置において、
前記受信側の拡散符号を発生する拡散符号発生手段をそれぞれ備える前記同期位相算出手段の複数個を、前記データ加算手段に対して設けた
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項7に記載の衛星信号受信装置において、
前記受信側の拡散符号を発生する拡散符号発生手段をそれぞれ備える前記同期位相算出手段の複数個を、前記データ加算手段に対して設けた
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項8に記載の衛星信号受信装置において、
前記受信側の拡散符号を発生する拡散符号発生手段をそれぞれ備える前記同期位相算出手段の複数個を、前記データ加算手段に対して設けた
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項9に記載の衛星信号受信装置において、
前記受信側の拡散符号を発生する拡散符号発生手段をそれぞれ備える前記同期位相算出手段の複数個を、前記データ加算手段に対して設けた
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項1に記載の衛星信号受信装置において、
前記同期位相算出手段は、
前記受信側の拡散符号を発生する拡散符号発生手段と、
前記拡散符号発生手段からの前記受信側の拡散符号と前記メモリに蓄積された前記拡散符号の複数周期分加算された前記拡散符号の1周期分の信号との相関を計算する相関計算手段と、
前記相関検出手段の計算結果を、複数回分、加算する相関結果加算手段と、
前記相関結果加算手段の加算結果に基づいて、前記人工衛星からの信号と前記受信側の拡散符号との相関点を検出する手段と、
を備えることを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項1に記載の衛星信号受信装置において、
前記同期位相算出手段は、
前記受信側の拡散符号を発生する拡散符号発生手段と、
前記拡散符号発生手段からの拡散符号を、順次に位相をずらしたn個の拡散符号列であって、1周期ごとに、前記n個の拡散符号列の(最大位相差分+1)づつ初期位相をずらしたn個の拡散符号列を発生する拡散符号複数位相発生手段と、
前記n個の拡散符号列のそれぞれと、前記メモリに蓄積された前記拡散符号の複数周期分加算された前記拡散符号の1周期分の信号との相関をそれぞれ計算するn個の相関計算手段と、
前記n個の相関計算手段のそれぞれの計算結果を、それぞれ複数回分、加算する前記拡散符号の1周期分個の相関結果加算手段と、
前記拡散符号の1周期分個の相関結果加算手段の前記拡散符号の1周期分個の加算結果のそれぞれについて、前記人工衛星からの信号と前記受信側の拡散符号との相関点を検出する手段と、
を備えることを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項14に記載の衛星信号受信装置において、
前記同期位相算出手段の複数個を備える
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項15に記載の衛星信号受信装置において、
前記同期位相算出手段の複数個を備える
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項14に記載の衛星信号受信装置において、
前記データ加算手段は、前記拡散符号の1周期分のメモリを2個備え、前記2個のメモリの一方に、前記キャリア周波数成分が除去された信号を、前記拡散符号の周期間隔で、前記拡散符号の複数周期分加算したものを蓄積している間に、前記メモリの他方から当該メモリに蓄積された信号を読み出して、前記同期位相算出手段に供給して、前記受信側の拡散符号との相関点を検出する処理を実行する
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項15に記載の衛星信号受信装置において、
前記データ加算手段は、前記拡散符号の1周期分のメモリを2個備え、前記2個のメモリの一方に、前記キャリア周波数成分が除去された信号を、前記拡散符号の周期間隔で、前記拡散符号の複数周期分加算したものを蓄積している間に、前記メモリの他方から当該メモリに蓄積された信号を読み出して、前記同期位相算出手段に供給して、前記受信側の拡散符号との相関点を検出する処理を実行する
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項18に記載の衛星信号受信装置において、
前記データ加算手段における前記2個のメモリへのデータの蓄積は、前記キャリア除去手段からの前記キャリア周波数成分が除去された信号のサンプリングクロック周波数で行なうと共に、前記2個のメモリからの信号の読み出しおよび前記同期位相算出手段における前記受信側の拡散符号との相関点の検出処理は、前記サンプリングクロック周波数よりも高周波数のクロックで実行する
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項19に記載の衛星信号受信装置において、
前記データ加算手段における前記2個のメモリへのデータの蓄積は、前記キャリア除去手段からの前記キャリア周波数成分が除去された信号のサンプリングクロック周波数で行なうと共に、前記2個のメモリからの信号の読み出しおよび前記同期位相算出手段における前記受信側の拡散符号との相関点の検出処理は、前記サンプリングクロック周波数よりも高周波数のクロックで実行する
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 請求項1に記載の衛星信号受信装置において、
航法データに応じて、前記人工衛星からの信号について符号反転を行なう手段を備え、
前記符号反転を行なわれた信号が、前記データ加算手段に供給される
ことを特徴とする衛星信号受信装置。 - 拡散符号によりスペクトラム拡散された、人工衛星からの信号を受信し、受信側に用意されている拡散符号との相関点を検出して、前記人工衛星からの信号について同期捕捉を行なう衛星信号受信方法において、
前記人工衛星からの信号から、そのキャリア周波数成分を除去するキャリア除去工程と、
前記キャリア周波数成分が除去された信号の前記拡散符号の周期間隔ごとの信号と、前記拡散符号の1周期分のメモリに記憶されている信号とについて、前記拡散符号の周期間隔において同相となる信号同士を加算し、その加算結果を前記メモリに書き戻すことを、前記拡散符号の複数周期分繰り返して、前記メモリに、前記キャリア周波数成分が除去された信号を、前記拡散符号の周期間隔で、前記拡散符号の複数周期分を加算したものを蓄積するデータ加算工程と、
前記メモリに蓄積された前記拡散符号の複数周期分が加算された前記拡散符号の1周期分の信号と、前記受信側の拡散符号との相関計算をして、前記人工衛星からの信号と前記受信側の拡散符号との相関点を検出する同期位相算出工程と、
を備える衛星信号受信方法。 - 請求項23に記載の衛星信号受信方法において、
前記データ加算工程における前記メモリへのデータの蓄積は、前記キャリア除去工程で前記キャリア周波数成分が除去された信号のサンプリングクロック周波数で行なうと共に、前記同期位相算出工程における前記メモリからの信号と、受信側の拡散符号との位相計算は、前記サンプリングクロック周波数よりも高周波数のクロックで実行する
ことを特徴とする衛星信号受信方法。 - 請求項23に記載の衛星信号受信方法において、
前記同期位相算出工程は、
前記受信側の拡散符号を発生する拡散符号発生手段からの拡散符号を、順次に位相をずらしたn個の拡散符号列であって、1周期ごとに、前記n個の拡散符号列の最大位相差分づつ初期位相をずらしたn個の拡散符号列を発生する拡散符号複数位相発生工程と、
前記n個の拡散符号列のそれぞれと、前記メモリに蓄積された前記拡散符号の複数周期分加算された前記拡散符号の1周期分の信号との相関をそれぞれ計算するn個の相関計算工程と、
を備え、前記n個の相関検出工程での検出出力に基づいて、前記人工衛星からの信号と前記受信側の拡散符号との相関点を検出する
ことを特徴とする衛星信号受信方法。
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