JP2007228237A - Carrier phase tracker and pseudo noise code signal tracker - Google Patents

Carrier phase tracker and pseudo noise code signal tracker Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carrier phase tracker and a pseudo noise code signal tracker in which the detection accuracy/sensitivity of a phase error is improved by using bit inversion timing information even with no navigation message information without complicating a circuit configuration. <P>SOLUTION: A carrier signal subjected to binary phase modulation by a bit string of convolution data is inputted, a carrier component is eliminated by a carrier signal generated in a receiver side, the I component and Q component of the carrier component are found, integrated values of the amplitude of the I and Q components for a prescribed time are calculated, the greater integrated value is adopted between an integrated value calculated while regarded as the matter that there is bit inversion by phase demodulation within a prescribed time and an integrated value calculated while regarded as that matter that there is no bit inversion, and integration is performed over a time that exceeds a time when bit inversion can occur. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、重畳すべきデータにより位相変調されたキャリア信号のキリャア位相を追尾する装置およびスペクトラム拡散のために変調する擬似雑音コード信号を追尾する装置に関するものである。   The present invention relates to an apparatus for tracking a carrier phase of a carrier signal phase-modulated by data to be superimposed and an apparatus for tracking a pseudo noise code signal modulated for spread spectrum.

近年GPS受信機は、小型化・低消費電力化が進み、携帯電話を始めとする携帯用機器に組み込まれて使用されることが多くなってきた。これらの機器は屋内で使用される機会も多く、GPS受信機は屋内でも測位できることが要求される。しかし、測位を行うためには上空2万kmの衛星から放送される、屋外でさえ微弱な電波信号を、S/N比の劣化する屋内で受信し、追尾して、ドップラ周波数や擬似距離を計測しなければならず、これまでの受信機に比べて感度の飛躍的な向上が必要となっている。また、そのような劣悪な環境でも測位結果の精度を確保するためには、測位演算のための情報となる擬似距離やドップラ周波数のいわゆる観測生データの精度を向上させる必要がある。   In recent years, GPS receivers have become smaller and have lower power consumption, and are increasingly used in portable devices such as mobile phones. These devices are often used indoors, and the GPS receiver is required to be able to perform positioning even indoors. However, in order to perform positioning, a weak radio signal broadcast from a satellite of 20,000 km above the sky is received indoors, where the S / N ratio deteriorates, and the Doppler frequency and pseudorange are measured. Measurement must be performed, and a dramatic improvement in sensitivity is required compared to conventional receivers. Further, in order to ensure the accuracy of the positioning result even in such a poor environment, it is necessary to improve the accuracy of the so-called observation raw data of the pseudo distance and the Doppler frequency that are information for the positioning calculation.

このような問題を解決する一方策として、アシストGPS(A−GPS)と呼ばれる測位方式がスナップトラック社(現クアルコム社)によって開発され、日本でもKDDI社が2001年11月からサービスを開始した。しかし、携帯電話においてA−GPS方式で測位を行うためには、測位要求ごとにセンター局と通信を行わねばならず、そのたびに通信や測位サービスの費用が発生するため、位置を計測する費用を削減できるように移動局(=携帯電話)側が単独で測位できるようにしたいという要望があり、KDDI社は2003年から携帯電話機単体で測位できるサービスも開始している。   As a measure to solve such a problem, a positioning method called assist GPS (A-GPS) was developed by Snaptrack (currently Qualcomm), and KDDI started service in Japan in November 2001. However, in order to perform positioning using the A-GPS method on a mobile phone, it is necessary to communicate with the center station for each positioning request, and communication and positioning service costs are incurred each time. There is a demand for the mobile station (= mobile phone) to be able to perform positioning independently so that KDDI can start positioning with a mobile phone alone since 2003.

前記アシストGPSではない典型的なスタンドアローンタイプのGPS受信機は、キャリア(搬送波)を追尾するキャリア追尾ループと擬似雑音コード(PRN符号)を追尾するコード追尾ループとを有している。このキャリア追尾ループはコード追尾で擬似雑音コードに対する同期が維持された状態でキャリアに対する同期を行うために実行され、衛星のドップラシフト周波数の測定を行って受信点の速度を求めるために使用される。一方、コード追尾ループは、擬似距離を測定し、受信点の位置を求めるために使用される。いずれの追尾ループも誤差検出器とループフィルタで構成されている。   A typical stand-alone GPS receiver that is not the assist GPS has a carrier tracking loop that tracks a carrier and a code tracking loop that tracks a pseudo noise code (PRN code). This carrier tracking loop is executed to perform synchronization with the carrier while maintaining synchronization with the pseudo-noise code in code tracking, and is used to determine the speed of the receiving point by measuring the Doppler shift frequency of the satellite. . On the other hand, the code tracking loop is used for measuring the pseudorange and determining the position of the reception point. Each tracking loop includes an error detector and a loop filter.

ここでキャリア追尾ループについて図1を参照して説明する。図1においてキャリアNCO11は、指定された周波数・位相でキャリア信号を発生する発振器であり、位相誤差検出器12はこのキャリアNCO11の発生したキャリア信号(推定キャリア位相)と入力信号との位相差を求める。ループフィルタ13は、キャリアNCO11が発生するキャリア信号が入力信号のキャリア位相と同期するように、位相誤差に応じてキャリアNCO11を対する適正な制御値を求める。位相誤差検出器12とループフィルタ13は実際にはソフトウェア処理により構成される。GPSの場合、キャリアには50bpsの航法メッセージがBPSK(2値位相変調)で重畳されている。そのため、データビットが0から1へ、または1から0へと変化すると、キャリア信号の位相が180°変化する。このような位相のジャンプが発生してもキャリア位相ロックを継続するために、一般にCostas誤差検出器が用いられる。   Here, the carrier tracking loop will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a carrier NCO 11 is an oscillator that generates a carrier signal at a specified frequency and phase, and a phase error detector 12 calculates a phase difference between the carrier signal (estimated carrier phase) generated by the carrier NCO 11 and an input signal. Ask. The loop filter 13 obtains an appropriate control value for the carrier NCO 11 according to the phase error so that the carrier signal generated by the carrier NCO 11 is synchronized with the carrier phase of the input signal. The phase error detector 12 and the loop filter 13 are actually configured by software processing. In the case of GPS, a 50 bps navigation message is superimposed on the carrier by BPSK (binary phase modulation). Therefore, when the data bit changes from 0 to 1 or from 1 to 0, the phase of the carrier signal changes by 180 °. In order to continue the carrier phase lock even if such a phase jump occurs, a Costas error detector is generally used.

上記位相誤差検出器12とループフィルタ13は精度と感度に大きく関係している。精度と感度を向上させるためには、位相誤差検出器12で入力誤差に対する出力のS/N比を改善し、ループフィルタ13の雑音帯域幅Bnを小さくするという設計方針が考えられる。しかし、Bnが小さいほど熱雑音の影響を小さくすることができる反面、局部発振器の短期安定度の影響が強くなり、位相雑音が増えるので、Bnの値を小さくするのにも限界がある。   The phase error detector 12 and the loop filter 13 are largely related to accuracy and sensitivity. In order to improve accuracy and sensitivity, a design policy is conceivable in which the phase error detector 12 improves the S / N ratio of the output with respect to the input error and reduces the noise bandwidth Bn of the loop filter 13. However, the effect of thermal noise can be reduced as Bn is smaller, but the effect of short-term stability of the local oscillator becomes stronger and phase noise increases, so there is a limit to reducing the value of Bn.

図2は前記Costas誤差検出器の構成を示している。このようにCostas誤差検出器は、I成分の乗算(相関)器121と、Q成分の乗算(相関)器122を備え、それぞれの乗算結果をデータ数Nで減算し、両者の積を位相誤差θerrとして求める。なおAはゲイン調整のための係数である。   FIG. 2 shows the configuration of the Costas error detector. As described above, the Costas error detector includes the I component multiplier (correlator) 121 and the Q component multiplier (correlator) 122, subtracts each multiplication result by the number of data N, and calculates the product of the two as a phase error. Obtained as θerr. A is a coefficient for gain adjustment.

前述の精度と感度を向上させるために位相誤差検出器のS/N比を改善する方法として、誤差検出に用いるデータを積算して平滑処理することが考えられる。しかし、GPSのL1帯のCAコードには航法メッセージと呼ばれる50bpsのデータがBPSKで重畳されていて、キャリア同期が維持された状態の同相信号(Iデータ)は航法メッセージのビットデータの反転(以下、単に「ビット反転」という。)によって180°位相が変化する。そのため次のような問題が生じる。   As a method for improving the S / N ratio of the phase error detector in order to improve the accuracy and sensitivity described above, it is conceivable to perform smoothing processing by accumulating data used for error detection. However, the GPS L1 band CA code is superimposed with 50 bps data called navigation message in BPSK, and the in-phase signal (I data) in a state where carrier synchronization is maintained is the inversion of bit data of the navigation message ( Hereinafter, the phase is changed by 180 ° simply by “bit inversion”. Therefore, the following problems arise.

図3は、上記Iデータについて航法メッセージのビット反転の位置と周期の例を示している。航法メッセージの1ビットは20ms持続するので、Iデータは最短周期では20msごとにその極性が反転する。そのため、たとえば5ms区間で平滑処理を行う場合、航法メッセージのビット反転が含まれる区間での積算値は極性反転した値の積算によってデータが相殺され、位相誤差検出器のS/N比が劣化するという問題が生じる。   FIG. 3 shows an example of the bit inversion position and period of the navigation message for the I data. Since one bit of the navigation message lasts 20 ms, the polarity of I data is inverted every 20 ms in the shortest cycle. For this reason, for example, when smoothing processing is performed in a 5 ms section, the integrated value in the section including the bit inversion of the navigation message is canceled by the integration of the value with the polarity inverted, and the S / N ratio of the phase error detector deteriorates. The problem arises.

また、同じ理由で、航法メッセージのデータ1ビット分に相当する時間(20ms)よりも長く積算することができず、位相誤差検出の感度向上には限界があった。   For the same reason, the integration cannot be performed longer than the time (20 ms) corresponding to one bit of data of the navigation message, and there is a limit to improving the sensitivity of phase error detection.

これらの問題を回避するために、前記A−GPS方式では、基地局サーバから移動局に対して航法メッセージを送信するようにし、移動局では航法メッセージによるビット反転の影響を除去して上記積算時間を20ms以上延長して精度および感度の向上を図ることができる。このように航法メッセージのビット反転タイミングに合わせて擬似雑音コードの極性を反転するようにしたものが特許文献1に開示されている。
特開2005−64983号公報
In order to avoid these problems, in the A-GPS system, the navigation message is transmitted from the base station server to the mobile station, and the mobile station eliminates the effect of bit inversion caused by the navigation message, and the accumulated time Can be extended by 20 ms or more to improve accuracy and sensitivity. Patent Document 1 discloses that the polarity of the pseudo noise code is inverted in accordance with the bit inversion timing of the navigation message.
JP 2005-64983 A

ところが、特許文献1に示されているスペクトラム拡散信号受信装置においては、外部から与えられる航法メッセージのビット反転タイミングに応じて擬似雑音コードの極性を反転可能なように擬似雑音コード発生回路を構成しなければならず、その回路構成が複雑になるという問題があった。   However, in the spread spectrum signal receiving apparatus disclosed in Patent Document 1, the pseudo noise code generation circuit is configured so that the polarity of the pseudo noise code can be inverted according to the bit inversion timing of the navigation message given from the outside. There is a problem that the circuit configuration becomes complicated.

また、このような高感度GPSは古典的な受信機に比べ15〜20dB低い信号の追尾が可能だが、低C/No(Carrier to Noise Ratio)時には非常に不安定で、ドップラ周波数や擬似距離は推定できるものの、測量やRTKといったキャリア位相情報を使用するアプリケーションで必要な積算デルタレンジ(ADR:Accumulated Delta Range)等のキャリア位相情報が出力できないという欠点があった。   Such high-sensitivity GPS can track a signal 15 to 20 dB lower than a classic receiver, but is very unstable at low C / No (Carrier to Noise Ratio), and the Doppler frequency and pseudorange are Although it can be estimated, carrier phase information such as accumulated delta range (ADR) required for applications using carrier phase information such as surveying and RTK cannot be output.

そこで、この発明の第1の目的は、航法メッセージ等、重畳データを復調していない状態でも、そのビット反転タイミング情報を用い、且つ回路構成を複雑にすることなく、位相誤差の検出精度・感度を向上させたキャリア位相追尾装置および擬似雑音コード信号追尾装置を提供することにある。   Accordingly, the first object of the present invention is to use the bit inversion timing information and the phase error detection accuracy and sensitivity without complicating the circuit configuration even when the superimposed data such as the navigation message is not demodulated. It is an object of the present invention to provide a carrier phase tracking device and a pseudo-noise code signal tracking device that improve the frequency.

第2の目的は、低C/No時に安定したキャリア位相追尾を行い、キャリア位相情報の測定結果を出力することにある。   The second object is to perform stable carrier phase tracking at low C / No and output the measurement result of carrier phase information.

(1)この発明のキャリア位相追尾装置は、キャリア信号を発生するキャリア信号発生手段と、重畳データのビット列により2値位相変調されたキャリア信号を入力し、前記キャリア信号発生手段によるキャリア信号に基づいて前記入力信号のキャリア成分を除去するとともに、該キャリア成分の除去された信号のI成分とQ成分を求める手段と、前記I成分とQ成分とについて、それらの振幅の所定時間分の積算値を求める手段と、前記I成分とQ成分とについて、前記所定時間内で前記位相変調によるビット反転があったものとして求めた積算値と、ビット反転がなかったものとして求めた積算値のうち、値の大きな方の積算値を有効積算値として採用する手段と、前記I成分とQ成分とについて、少なくとも、前記ビット反転が生じ得る時刻を含む時間、にわたって前記有効積算値を積算した値に基づいてキャリア位相の追尾誤差を求め、該追尾誤差が減少する方向に前記キャリア信号発生手段の発生するキャリア信号の位相を制御する手段とを備える。   (1) A carrier phase tracking device according to the present invention receives a carrier signal generating means for generating a carrier signal and a carrier signal that is binary phase modulated by a bit string of superimposed data, and is based on the carrier signal generated by the carrier signal generating means. Means for removing the carrier component of the input signal and obtaining the I component and the Q component of the signal from which the carrier component has been removed, and the integrated value of the amplitudes of the I component and the Q component for a predetermined time For the I component and the Q component, and the integrated value determined as if there was bit inversion due to the phase modulation within the predetermined time, and the integrated value determined as if there was no bit inversion, At least the bit inversion can occur for the means that adopts the larger integrated value as the effective integrated value, and the I component and the Q component. Means for determining a carrier phase tracking error based on a value obtained by integrating the effective integrated value over a time period including time, and controlling the phase of the carrier signal generated by the carrier signal generating means in a direction in which the tracking error decreases; Is provided.

(2)また、この発明のキャリア位相追尾装置は、キャリア信号を発生するキャリア信号発生手段と、重畳データのビット列により2値位相変調されたキャリア信号を入力し、前記キャリア信号発生手段によるキャリア信号に基づいて前記入力信号のキャリア成分を除去するとともに、該キャリア成分の除去された信号のI成分とQ成分を求める手段と、重畳データのビット反転タイミングを検出する手段と、前記I成分とQ成分とについて、前記キャリア信号のビット反転タイミングで符号を反転して積算する手段と、前記I成分とQ成分とについて、前記ビット反転が生じ得る時間を超える時間にわたって積算した値に基づいてキャリア位相の追尾誤差を求め、該追尾誤差が減少する方向に前記キャリア信号発生手段の発生するキャリア信号の位相を制御する手段とを備える。   (2) Further, the carrier phase tracking device of the present invention receives a carrier signal generating means for generating a carrier signal, and a carrier signal that is binary phase modulated by a bit string of superimposed data, and the carrier signal generated by the carrier signal generating means And a means for obtaining an I component and a Q component of the signal from which the carrier component has been removed, a means for detecting a bit inversion timing of superimposed data, and the I component and the Q component. Means for inverting and integrating the sign at the bit inversion timing of the carrier signal, and the carrier phase based on a value obtained by integrating the I component and the Q component over a time exceeding the time at which the bit inversion can occur. Carrier signal generated by the carrier signal generating means in a direction in which the tracking error decreases. And means for controlling the degree in phase.

(3)この発明の擬似雑音コード信号追尾装置は、擬似雑音コード信号を発生する擬似雑音コード信号発生手段と、重畳データのビット列により2値位相変調された擬似雑音コード信号を入力し、該擬似雑音コード信号と前記擬似雑音コード信号発生手段による擬似雑音コード信号との相関値を求める手段と、前記相関値の所定時間分の積算値を求める手段と、前記相関値の所定時間内での前記位相変調によるビット反転があったものとして求めた積算値と、ビット反転がなかったものとして求めた積算値のうち、値の大きな方の積算値を有効積算値として採用する手段と、少なくとも、前記ビット反転が生じ得る時刻を含む時間、にわたる前記有効積算値に基づいて擬似雑音コード信号の追尾位相誤差を求め、該追尾位相誤差が減少する方向に前記擬似雑音コード信号発生手段の発生する擬似雑音コード信号の位相を制御する手段とを備える。   (3) A pseudo-noise code signal tracking device according to the present invention receives a pseudo-noise code signal generating means for generating a pseudo-noise code signal, and a pseudo-noise code signal binary-phase-modulated by a bit string of superimposed data. Means for obtaining a correlation value between the noise code signal and the pseudo noise code signal generated by the pseudo noise code signal generating means; means for obtaining an integrated value for a predetermined time of the correlation value; and the correlation value within a predetermined time. Means for adopting the larger integrated value as the effective integrated value among the integrated values determined as if there was bit inversion due to phase modulation and the integrated values determined as if there was no bit inversion; A method in which a tracking phase error of a pseudo noise code signal is obtained based on the effective integrated value over a time including a time at which bit inversion can occur, and the tracking phase error is reduced. Wherein and means for controlling the phase of the pseudo noise code signal generated by the pseudo noise code signal generating means.

(4)この発明の擬似雑音コード信号追尾装置は、擬似雑音コード信号を発生する擬似雑音コード信号発生手段と、重畳データのビット列により2値位相変調された擬似雑音コード信号を入力し、該擬似雑音コード信号と前記擬似雑音コード信号発生手段による擬似雑音コード信号との相関値を求める手段と、重畳データのビット反転タイミングを検出する手段と、前記相関値を所定時間毎に求めるとともに、前記位相変調によるビット反転があった時間を除く他の時間での前記相関値を積算する手段と、前記相関値の前記ビット反転が生じ得る時間を超える時間にわたって前記相関値を積算した値に基づいて擬似雑音コード信号の追尾位相誤差を求め、該追尾位相誤差が減少する方向に前記擬似雑音コード信号発生手段の発生する擬似雑音コード信号の位相を制御する手段と、を備える。   (4) A pseudo-noise code signal tracking device according to the present invention receives a pseudo-noise code signal generating means for generating a pseudo-noise code signal, and a pseudo-noise code signal binary-phase-modulated by a bit string of superimposed data. Means for determining a correlation value between a noise code signal and a pseudo noise code signal generated by the pseudo noise code signal generating means; means for detecting a bit inversion timing of superposition data; and determining the correlation value at predetermined time intervals; and Means for accumulating the correlation values at other times excluding the time at which bit inversion occurred due to modulation, and simulation based on a value obtained by integrating the correlation values over a time exceeding the time at which the bit inversion of the correlation value may occur Pseudo noise generated by the pseudo noise code signal generating means in a direction in which the tracking phase error of the noise code signal is obtained and the tracking phase error decreases. And means for controlling the phase of over de signal.

(1)航法メッセージ等の重畳データにより2値位相変調されたキャリア信号のキャリア成分がキャリア信号発生手段により発生されたキャリア信号に基づいて除去され、入力信号のI成分とQ成分とについて所定時間内で前記重畳データの位相変調によるビット反転があったものとして求めた積算値と、ビット反転がなかったものとして求めた積算値のうち、値の大きいな方の積算値を有効積算値として採用するようにしたことにより、前記I成分とQ成分とについて重畳データのビット反転が生じる時間を超える時間に亘って積算しても積算値の相殺がなく、位相誤差検出器のS/N比が改善でき、キャリア位相追尾の精度・感度が向上する。しかもキャリア信号発生手段は発生するキャリア信号の極性を反転させる機能を備えなくてもよく、積算値を求める際の演算処理によって前記ビット反転に対する対応が可能であるので、装置を複雑化することもない。また、ビット反転によるキャリア位相の180°の位相変化の影響が除去できるので、従来GPS受信機で一般に用いられていたCostasループではなく、SimpleなPLLによる追尾が可能になる。SimpleなPLLを用いればCostasループに比べ感度を6dB向上させることができる。   (1) The carrier component of the carrier signal that has been binary phase modulated by the superimposed data such as the navigation message is removed based on the carrier signal generated by the carrier signal generating means, and the I component and the Q component of the input signal are determined for a predetermined time. Among the integrated values obtained as if there was bit inversion due to phase modulation of the superimposition data and the integrated values obtained as if there was no bit inversion, the larger integrated value is adopted as the effective integrated value. By doing so, there is no cancellation of the integrated value even if integration is performed over a time exceeding the time at which the bit inversion of the superimposed data occurs with respect to the I component and the Q component, and the S / N ratio of the phase error detector is increased. This improves the accuracy and sensitivity of carrier phase tracking. In addition, the carrier signal generating means does not have to have a function of inverting the polarity of the generated carrier signal, and it is possible to cope with the bit inversion by the arithmetic processing when obtaining the integrated value, so that the apparatus can be complicated. Absent. In addition, since the influence of the 180 ° phase change of the carrier phase due to bit inversion can be removed, tracking by a simple PLL can be performed instead of the Costas loop generally used in the conventional GPS receiver. If a simple PLL is used, the sensitivity can be improved by 6 dB compared to the Costas loop.

(2)前記I成分とQ成分とについて、キャリア信号のビット反転タイミングで符号を反転して積算することによって、前記I成分とQ成分とについて重畳データのビット反転が生じる時間を超える時間に亘って積算でき、そのことによって位相誤差検出器のS/N比が改善でき、キャリア位相追尾の精度・感度が向上する。また、キャリア位相追尾を継続できるので、キャリア位相情報である積算デルタレンジ(ADR:Accumulated Delta Range)の出力が可能になる。   (2) The I component and the Q component are inverted and integrated at the bit inversion timing of the carrier signal, so that a time exceeding the time at which the bit inversion of superimposition data occurs for the I component and the Q component. As a result, the S / N ratio of the phase error detector can be improved, and the accuracy and sensitivity of carrier phase tracking can be improved. In addition, since carrier phase tracking can be continued, an accumulated delta range (ADR) that is carrier phase information can be output.

(3)航法メッセージ等の重畳データにより2値位相変調された擬似雑音コード信号と、擬似雑音コード信号発生手段により発生された擬似雑音コードとの相関(積算)値を求め、前記相関値の所定時間分の積算値を求める手段と、相関値の所定時間内での位相変調によるビット反転があったものとして求めた積算値と、ビット反転がなかったものとして求めた積算値のうち、値の大きな方の積算値を有効積算値として採用し、ビット反転が生じ得る時間を超える時間にわたる前記有効積算値に基づいて擬似雑音コード信号の追尾位相誤差を求めることによって、擬似雑音コード信号の追尾位相誤差のS/N比が改善され、擬似雑音コード信号の追尾精度・感度を高めることができる。しかも極性を反転出力する擬似雑音コード信号発生手段を設ける必要がなく、全体の構成を簡素化できる。   (3) A correlation (integration) value between the pseudo-noise code signal binary-phase-modulated by superimposition data such as a navigation message and the pseudo-noise code generated by the pseudo-noise code signal generating means is obtained, and a predetermined correlation value is determined. Of the means for obtaining the integrated value for the time, the integrated value obtained as if there was bit inversion due to phase modulation within the predetermined time of the correlation value, and the integrated value obtained as if there was no bit inversion The larger integrated value is adopted as the effective integrated value, and the tracking phase error of the pseudo noise code signal is obtained by obtaining the tracking phase error of the pseudo noise code signal based on the effective integrated value over the time exceeding the time when bit inversion can occur. The S / N ratio of the error is improved, and the tracking accuracy and sensitivity of the pseudo noise code signal can be increased. Moreover, it is not necessary to provide a pseudo noise code signal generating means for inverting and outputting the polarity, and the entire configuration can be simplified.

(4)擬似雑音コード信号発生手段により発生した擬似雑音コード信号と入力した擬似雑音コード信号との相関値を所定時間毎に求めるとともに、重畳データのビット反転があった時間を除く他の時間で相関値を積算することによって、前記ビット反転が生じ得る時間を超える時間に亘って積算値を求めてもビット反転によるデータの相殺がなくなり、擬似雑音コード信号の位相追尾を高精度・高感度に行えるようになる。   (4) A correlation value between the pseudo-noise code signal generated by the pseudo-noise code signal generating means and the input pseudo-noise code signal is obtained every predetermined time, and at other times excluding the time when the bit inversion of the superimposed data is performed By integrating the correlation value, even if the integrated value is calculated over a time exceeding the time when the bit inversion can occur, the data is not canceled by the bit inversion, and the phase tracking of the pseudo noise code signal is made highly accurate and sensitive. You can do it.

この発明の第1の実施形態に係るキャリア位相追尾装置を備えるGPS受信装置について各図を参照して説明する。   A GPS receiving device including a carrier phase tracking device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to each drawing.

図4はGPS受信機の主要部の構成を示すブロック図である。図4においてADコンバータ31はアンテナからのIF信号をディジタルデータ列に変換する。IQ分離回路32はADコンバータ31により変換されたディジタルデータ列のうちI成分(同相成分)とQ成分(90°位相差成分)とに分離する。キャリア除去回路33は、IQ分離回路32により分離されたI信号とQ信号に対して、キャリアNCO21で発生されたキャリア信号を乗算することによってキャリア成分を除去し、I信号とQ信号の振幅信号を出力する。コードNCO37はCAコード(擬似雑音コード信号)の適正な(中央の)位相のCAコード(P)と共に、1/2チップ分早いCAコード(E)および1/2チップ分遅いCAコード(L)をそれぞれ発生する。乗算器34IE,34IP,34ILは、それぞれキャリア除去されたI信号と位相の異なる3つのCAコード(E),(P),(L)との乗算を行う。同様に乗算器34QE,34QP,34QLは、それぞれキャリア除去されたQ信号と位相の異なる3つのCAコード(E),(P),(L)との乗算を行う。   FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the main part of the GPS receiver. In FIG. 4, the AD converter 31 converts the IF signal from the antenna into a digital data string. The IQ separation circuit 32 separates the digital data sequence converted by the AD converter 31 into an I component (in-phase component) and a Q component (90 ° phase difference component). The carrier removal circuit 33 removes the carrier component by multiplying the I signal and the Q signal separated by the IQ separation circuit 32 by the carrier signal generated by the carrier NCO 21, and the amplitude signal of the I signal and the Q signal Is output. The code NCO 37 includes a CA code (P) having a proper (center) phase of the CA code (pseudo noise code signal), a CA code (E) that is 1/2 chip earlier, and a CA code (L) that is 1/2 chip late. Are generated respectively. Multipliers 34IE, 34IP, and 34IL perform multiplication of three CA codes (E), (P), and (L) having different phases from the carrier-removed I signal. Similarly, the multipliers 34QE, 34QP, and 34QL perform multiplication with three CA codes (E), (P), and (L) having different phases from the Q signal from which the carrier is removed.

積算器35は上記6つの乗算器34IE,34IP,34IL,34QE,34QP,34QLの乗算結果を例えば1msについて積算し積算値を求める。   The integrator 35 integrates the multiplication results of the six multipliers 34IE, 34IP, 34IL, 34QE, 34QP, and 34QL for, for example, 1 ms to obtain an integrated value.

コードキャリア誤差検出部36は、積算器35の値をたとえば1ms毎に読出し、数ms周期でコード追尾ループフィルタ38およびキャリア追尾ループフィルタ23に対してそれぞれ制御データを出力する。また、キャリア位相を追尾するとともにキャリア位相の積算デルタレンジ(ADR)を外部へ出力する。   The code carrier error detection unit 36 reads the value of the accumulator 35, for example, every 1 ms, and outputs control data to the code tracking loop filter 38 and the carrier tracking loop filter 23, respectively, at a period of several ms. In addition, the carrier phase is tracked and the integrated delta range (ADR) of the carrier phase is output to the outside.

キャリア追尾ループフィルタ23はキャリアNCO21に対して推定キャリア周波数のデータを与える。これにより、キャリアNCO21はその推定されたキャリア周波数でキャリア信号を発生し、キャリア除去回路33へ出力する。また、コード追尾ループフィルタ38は、推定コード位相(CAコードの位相)をコードNCO37へ与える。これにより、コードNCO37は上記推定コード位相でCAコードを発生する。   The carrier tracking loop filter 23 gives estimated carrier frequency data to the carrier NCO 21. As a result, the carrier NCO 21 generates a carrier signal at the estimated carrier frequency and outputs the carrier signal to the carrier removal circuit 33. Further, the code tracking loop filter 38 gives the estimated code phase (the phase of the CA code) to the code NCO 37. As a result, the code NCO 37 generates a CA code at the estimated code phase.

すぐ後に述べるように、コードキャリア誤差検出部36は、航法メッセージのビット反転にも対応してコード追尾ループフィルタ38およびキャリア追尾ループフィルタ23に対する制御データを求める。   As will be described later, the code carrier error detection unit 36 obtains control data for the code tracking loop filter 38 and the carrier tracking loop filter 23 in response to bit inversion of the navigation message.

図5は図4に示したコードキャリア誤差検出部36の内部で行う、航法メッセージのビット反転に伴う積算値の補正処理をブロック図として表したものである。この図5に示す例では、キャリア除去されたI信号の所定積算区間(たとえば5msの区間)のデータを入力し、その区間の中央で航法メッセージのビット反転が生じたものとした場合の補正パターンを補正パターン生成部41で生成する。レベル比較部42は、この補正パターン生成部41で生成された補正パターンと入力信号Iとについて、その区間での積算値の大小比較を行い、値の大きな方の積算値をその区間における有効な積算値として求める。   FIG. 5 is a block diagram showing the correction processing of the integrated value accompanying the bit inversion of the navigation message, which is performed inside the code carrier error detection unit 36 shown in FIG. In the example shown in FIG. 5, a correction pattern in the case where data of a predetermined integration section (for example, a section of 5 ms) of the I signal with the carrier removed is input and bit inversion of the navigation message occurs in the center of the section. Is generated by the correction pattern generation unit 41. The level comparison unit 42 compares the integrated values in the section for the correction pattern generated by the correction pattern generation unit 41 and the input signal I, and calculates the integrated value having the larger value in the section. Obtained as an integrated value.

たとえば、図6に示すように、1ms単位で相関値を求め、5msごとに積算値を求める場合、5ms区間の中央の1msで航法メッセージのビット反転が生じた場合、図6の(B),(C)に示すように、前半の2ms区間の相関値を、符号を反転して積算する。   For example, as shown in FIG. 6, when a correlation value is obtained in units of 1 ms and an integrated value is obtained every 5 ms, when a bit inversion of a navigation message occurs in 1 ms at the center of a 5 ms section, As shown in (C), the correlation values in the first half 2 ms interval are integrated with the sign inverted.

この処理を式で表せば次のようになる。   This process is expressed as follows.

Figure 2007228237
Figure 2007228237

ここでIfirstは、I信号について図6の(B)に示した5msの積算区間での初めの2ms分の積算値、Isecondはその5msの積算区間での後の3msの積算値である。同様にQfirstは、Q信号について上記5msの積算区間での初めの2ms分の積算値、Qsecondはその5msの積算区間での後の3msの積算値である。   Here, Ifirst is the integrated value for the first 2 ms in the 5 ms integration interval shown in FIG. 6B for the I signal, and Isecond is the 3 ms integration value after the 5 ms integration interval. Similarly, Qfirst is the integrated value for the first 2 ms of the Q signal in the 5 ms integration interval, and Qsecond is the 3 ms integration value after the 5 ms integration interval.

このようにして所定(5ms)の積算区間での前半と後半の同相成分の積算値IfirstおよびIsecondを求め、その加算値と減算値との大小比較を行う。   In this way, the integrated values Ifirst and Isecond of the in-phase components of the first half and the second half in a predetermined (5 ms) integration interval are obtained, and the magnitudes of the added value and the subtracted value are compared.

|Ifirst+Isecond|≧|Ifirst−Isecond|
の関係にあれば、〔数1〕に示すように、Ifirst+Isecondを5ms積算区間での同相成分の積算値Iとする。同様に、Qfirst+Qsecondを5ms積算区間での同相成分の積算値Qとする。
| Ifirst + Isecond | ≧ | Ifirst−Isecond |
As shown in [Equation 1], Ifirst + Isecond is the integrated value I of the in-phase components in the 5 ms integration interval. Similarly, Qfirst + Qsecond is set as the integrated value Q of the in-phase component in the 5 ms integration interval.

もし、|Ifirst+Isecond|<|Ifirst−Isecond|
の関係にあれば、Ifirst−Isecondの値をIとし、同様に、Qfirst−Qsecondの値をQとする。
If | Ifirst + Isecond | <| Ifirst−Isecond |
In this case, the value of Ifirst-Isecond is I, and similarly, the value of Qfirst-Qsecond is Q.

図6の(B)に示したように5msの積算区間の2ms目から3ms目にかけて航法メッセージのビット反転があれば、この積算区間の前半(2ms区間)の積算値の極性を反転して後半(3ms区間)の積算値に加算することによって航法メッセージのビットデータの反転に関わらず(反転がなかった場合と同様の)積算値が得られる。そのため、ビット反転が生じ得る時刻を超える時間にわたって積算値を求めることができ、低S/N比のもとで高感度化が図れる。   As shown in FIG. 6B, if there is a bit inversion of the navigation message from the 2 ms to the 3 ms of the 5 ms integration interval, the polarity of the integration value in the first half (2 ms interval) of the integration interval is inverted and the latter half. By adding to the integrated value of (3 ms section), an integrated value (similar to the case where there is no inversion) is obtained regardless of the inversion of the bit data of the navigation message. Therefore, the integrated value can be obtained over a time exceeding the time at which bit inversion can occur, and high sensitivity can be achieved under a low S / N ratio.

そして、このようにして求めた上記積算値I,Qの値から位相誤差Δθを次式で求める。   Then, the phase error Δθ is obtained by the following equation from the values of the integrated values I and Q thus obtained.

Figure 2007228237
Figure 2007228237

ここでsign( )は符号演算子であり、sign(I)は同相成分の積算値Iの符号(正なら“1”、負なら“−1”)である。   Here, sign () is a sign operator, and sign (I) is a sign of an integrated value I of in-phase components (“1” if positive, “−1” if negative).

キャリアの振幅Aは、Δθが十分に小さければ〔数2〕に示した
A=|I|
で求めることができる。
The carrier amplitude A is shown in [Equation 2] if Δθ is sufficiently small. A = | I |
Can be obtained.

さらに、過去の積算値を順次連続して使用すれば、航法メッセージのビット反転によるキャリア位相の180°の位相変化の影響が除去できるので、従来GPS受信機で一般に用いられていたCostasループではなく、SimpleなPLLによる追尾が可能になる。Costasループに比べ、SimpleなPLLを用いれば感度を6dB向上させることができる。   Furthermore, if past accumulated values are used successively in succession, the influence of the 180 ° phase change of the carrier phase due to the bit inversion of the navigation message can be eliminated, so this is not a Costas loop generally used in conventional GPS receivers. Tracking with a simple PLL becomes possible. Compared with the Costas loop, the sensitivity can be improved by 6 dB by using a simple PLL.

ここで、過去の積算値を順次連続して使用する例について図16を参照して説明する。
図16の(A)は入力信号(航法メッセージ)のビット反転の位置と周期の例を示している。この図に示すように、処理のタイミングは航法メッセージのビット反転が起こり得る20ms毎に行うが、処理に使用するデータは初回時のみ20ms区間とし、それ以降の処理では40ms区間とする。すなわち、2回目以降の処理では前回の処理に使用した20ms区間の積算値と今回の新たな20ms区間の積算値とに基づいて処理を行う。
Here, an example in which past integrated values are successively used will be described with reference to FIG.
FIG. 16A shows an example of the bit inversion position and period of the input signal (navigation message). As shown in this figure, the timing of the processing is performed every 20 ms when the bit inversion of the navigation message can occur, but the data used for the processing is a 20 ms interval only at the first time, and the subsequent processing is a 40 ms interval. That is, in the second and subsequent processes, processing is performed based on the integrated value of the 20 ms section used for the previous process and the integrated value of the new 20 ms section this time.

図16の(B)は上記処理タイミング、入力データ(入力信号の処理に使用するデータ)、補正データ、および補正後のデータについて示している。この図に示すように、処理タイミング1では入力信号の0〜20ms区間のデータの積算値を補正データとして採用する。また、処理タイミング2では入力信号の0〜40ms区間のうち前半の20msについては前回(処理タイミング1)で求めた補正データを用い、20〜40ms区間の積算値に前記補正データを加算した値と、20〜40ms区間の積算値の符号を反転した値に前記補正データを加算した値とを求め、そのうち値の大きな方を補正後のデータとする。   FIG. 16B shows the processing timing, input data (data used for processing the input signal), correction data, and post-correction data. As shown in this figure, at processing timing 1, an integrated value of data in the 0 to 20 ms section of the input signal is adopted as correction data. Further, at the processing timing 2, the correction data obtained in the previous time (processing timing 1) is used for the first 20 ms of the 0 to 40 ms section of the input signal, and the correction data is added to the integrated value of the 20 to 40 ms section. A value obtained by adding the correction data to a value obtained by inverting the sign of the integrated value in the 20 to 40 ms section is obtained, and the larger value is used as the corrected data.

図16(C)は上記補正後の積算値について示している。このようにして上記補正後のデータ<1>,<2>,<3>,<4>を積算していくことによって、航法メッセージのビット反転によるキャリア位相の180°の位相変化の影響が除去できる。   FIG. 16C shows the integrated value after the correction. By integrating the corrected data <1>, <2>, <3>, <4> in this way, the influence of the 180 ° phase change of the carrier phase due to the bit inversion of the navigation message is eliminated. it can.

次に、第2の実施形態に係る擬似雑音コード信号追尾装置を備えるGPS受信機について説明する。
GPS受信機全体の構成は図4に示したものと同様である。ここでは、L1帯のCAコードを追尾する場合を例にする。CAコードについてもキャリア位相の追尾の場合と同様に行う。この処理を式で表せば次のようになる。
Next, a GPS receiver including the pseudo noise code signal tracking device according to the second embodiment will be described.
The overall configuration of the GPS receiver is the same as that shown in FIG. Here, a case where the CA code of the L1 band is tracked is taken as an example. The CA code is also performed in the same manner as the carrier phase tracking. This process is expressed as follows.

Figure 2007228237
Figure 2007228237

ここで、Pfirstは、CAコードの適正な位相のCAコード(P)についての図6の(B)に示した5msの積算区間での初めの2ms分の積算分、Psecondはその5msの積算区間での後の3msの積算値である。また、(E−L)firstは、CAコードの適正な位相から1/2分チップ分早いCAコード(E)と1/2チップ分遅いCAコード(L)の差分信号(E−L)についての、上記5msの積算区間での初めの2ms分の積算値、(E−L)secondはその5msの積算区間での後の3msの積算値である。   Here, Pfirst is the accumulated portion for the first 2 ms in the 5 ms integration section shown in FIG. 6B for the CA code (P) of the appropriate phase of the CA code, and Psecond is the 5 ms integration section. This is the integrated value of 3 ms after. (E−L) first is a difference signal (E−L) between the CA code (E) that is 1/2 chip earlier than the appropriate phase of the CA code and the CA code (L) that is 1/2 chip late. The first 2 ms integration value in the 5 ms integration interval, and (E−L) second is the 3 ms integration value after the 5 ms integration interval.

このようにして所定(5ms)の積算区間での前半と後半のCAコードの適正な位相の積算値PfirstおよびPsecondを求め、その加算値と減算値との大小比較を行う。   In this way, the integrated values Pfirst and Psecond of the appropriate phases of the first and second half CA codes in the predetermined (5 ms) integration interval are obtained, and the magnitudes of the added value and the subtracted value are compared.

|Pfirst+Psecond|≧|Pfirst−Psecond|
の関係にあれば、〔数3〕に示すように、Pfirst+Psecondを5ms積算区間での適正位相の積算値Pとする。同様に、(E−L)first+(E−L)secondを5ms積算区間での差分の積算値(E−L)とする。
| Pfirst + Psecond | ≧ | Pfirst−Psecond |
As shown in [Equation 3], Pfirst + Psecond is set as the integrated value P of the appropriate phase in the 5 ms integration interval. Similarly, (E−L) first + (E−L) second is set as a difference integrated value (E−L) in the 5 ms integration section.

もし、|Pfirst+Psecond|<|Pfirst−Psecond|
の関係にあれば、Pfirst−Psecondの値をPとし、同様に、(E−L)first−(E−L)secondの値を(E−L)とする。
If | Pfirst + Psecond | <| Pfirst−Psecond |
In this case, the value of Pfirst−Psecond is P, and similarly, the value of (E−L) first− (E−L) second is (E−L).

そして、このようにして求めた上記積算値P,(E−L)の値からCAコード位相差Δτを次式で求める。   Then, the CA code phase difference Δτ is obtained by the following equation from the integrated values P and (E−L) thus obtained.

Figure 2007228237
Figure 2007228237

ここでsign( )は符号演算子であり、sign(P)は適正位相の積算値Pの符号(正なら“1”、負なら“−1”)である。また、Aは前述のキャリアの振幅である。   Here, sign () is a sign operator, and sign (P) is the sign of the integrated value P of the appropriate phase (“1” if positive, “−1” if negative). A is the carrier amplitude.

このようにして、CAコードについてもビット反転によるCAコードの180°の位相変化の影響が除去できる
次に、第3の実施形態に係るキャリア位相追尾装置を備えるGPS受信機について説明する。
第1・第2の実施形態はビット反転タイミングが既知である場合に適用するものであったが、この第3の実施形態では、ビット反転タイミングを検出する手段を備え、そのタイミングに応じて積算処理を行うものである。
In this manner, the influence of the 180 ° phase change of the CA code due to bit inversion can be removed also for the CA code. Next, a GPS receiver including the carrier phase tracking device according to the third embodiment will be described.
The first and second embodiments are applied when the bit inversion timing is known. However, in the third embodiment, a means for detecting the bit inversion timing is provided, and integration is performed according to the timing. The processing is performed.

図7は、図4に示したGPS受信機のキャリア位相追尾に関するループの構成を示すブロック図である。図7において位相誤差検出器22はキャリアNCO21が発生したキャリア信号と、追尾すべきキャリア信号である入力信号との位相誤差を検出する。ループフィルタ23は、その位相誤差が減少する方向にキャリアNCO21が制御されるように推定キャリア周波数のデータをキャリアNCO21へ与える。   FIG. 7 is a block diagram showing a loop configuration relating to carrier phase tracking of the GPS receiver shown in FIG. In FIG. 7, a phase error detector 22 detects a phase error between a carrier signal generated by the carrier NCO 21 and an input signal which is a carrier signal to be tracked. The loop filter 23 gives the estimated carrier frequency data to the carrier NCO 21 so that the carrier NCO 21 is controlled in a direction in which the phase error decreases.

図1に示した従来のキャリア追尾ループと異なるのは、位相誤差検出器22が航法メッセージのビット反転タイミング情報を受けて、後述する処理によって位相誤差を求める点である。   The difference from the conventional carrier tracking loop shown in FIG. 1 is that the phase error detector 22 receives the bit inversion timing information of the navigation message and obtains the phase error by the process described later.

航法メッセージが解読できていなくても、このようにビット反転タイミングが既知であれば、キャリア信号のI成分とQ成分とについて、ビット反転タイミングで、その符号を反転して積算する。この符号を反転して加算する様子は図6に示したとおりである。   Even if the navigation message cannot be decoded, if the bit inversion timing is known in this way, the signs of the I and Q components of the carrier signal are inverted and integrated at the bit inversion timing. The manner in which the signs are inverted and added is as shown in FIG.

図8および図9は、上記航法メッセージのビット反転タイミングを検出するためのフローチャートおよびタイミングを示す図である。   8 and 9 are flowcharts and timings for detecting the bit inversion timing of the navigation message.

ここでは、図4に示した回路構成で、1ビットのビット長が20[ms]である航法メッセージのビット反転タイミングを検出する場合について示す。まず、パワーの最大値を求めるための変数Pmaxに初期値0を代入する(n1)。また、積算開始タイミングを初期化する(n2)。その後、1[ms]毎に、積算器35に求められるI成分の相関値とQ成分の相関値とを40[ms]にわたってサンプリングし、蓄積し、I成分の相関値の積算値Isumと、Q成分の相関値の積算値Qsumを求める。(n2→n3)。   Here, the case where the bit inversion timing of the navigation message in which the bit length of one bit is 20 [ms] is detected in the circuit configuration shown in FIG. First, an initial value 0 is substituted into a variable Pmax for obtaining the maximum power value (n1). Also, the integration start timing is initialized (n2). Thereafter, for each 1 [ms], the correlation value of the I component and the correlation value of the Q component obtained by the integrator 35 are sampled and accumulated over 40 [ms], and the integrated value Isum of the correlation value of the I component An integrated value Qsum of correlation values of Q components is obtained. (N2 → n3).

図9において、ハッチング区間は、40[ms]分の相関値のうち正の積算を行う区間を示している。残りの区間は負の積算を行う区間を示している。図9の(A)に示した例では、先頭から20[ms]分について正の積算を行い、残る20[ms]分について負の積算を行うことによってIsum,Qsumを求める。   In FIG. 9, hatching sections indicate sections in which positive integration is performed among the correlation values for 40 [ms]. The remaining section shows a section where negative integration is performed. In the example shown in FIG. 9A, Isum and Qsum are obtained by performing positive integration for 20 [ms] from the beginning and negative integration for the remaining 20 [ms].

その後、Isumの二乗とQsumの二乗との和をパワーPとして求める(n4)。このパワーPがそれまでに求めているパワーの最大値Pmaxより大きければ、今回求めたパワーPをPmaxとして更新し、また今回の開始タイミングを記憶する(n5→n6→n7)。
その後、積算開始タイミングを変更し、以降同様の処理を繰り返す(n7→n8→n9→n3→・・・)。
Thereafter, the sum of the square of Isum and the square of Qsum is obtained as power P (n4). If this power P is larger than the maximum power value Pmax determined so far, the power P determined this time is updated as Pmax, and the current start timing is stored (n5 → n6 → n7).
Thereafter, the integration start timing is changed, and thereafter the same processing is repeated (n7 → n8 → n9 → n3 →...).

このように、図9の(b)・・・(c)・・・(d),(e)のように、正の積算を行う区間と、負の積算を行う区間とを順次シフトして行き、パワーPが最大となる開始タイミングをビット反転タイミングとして検出する。   In this way, as shown in FIGS. 9B to 9C, the interval for performing positive integration and the interval for performing negative integration are sequentially shifted. The start timing at which the power P is maximized is detected as the bit inversion timing.

図10は、航法メッセージのビット反転タイミングと、それに対して20[ms]の積算区間を変化させたときのパワーPの変化の例を示している。このように航法メッセージのビット反転タイミングから次の反転タイミングまでの20[ms]を正の積算または負の積算をした時にパワーPは最大となる。また、ビット反転タイミングから次のビット反転タイミングまでの丁度中間点から前後の20[ms]分について積算した場合にパワーPは最低となる。   FIG. 10 shows an example of the bit inversion timing of the navigation message and the change in the power P when the integration interval of 20 [ms] is changed. As described above, when 20 [ms] from the bit inversion timing of the navigation message to the next inversion timing is positively integrated or negatively integrated, the power P becomes maximum. In addition, the power P is lowest when integration is performed for 20 [ms] before and after the intermediate point from the bit inversion timing to the next bit inversion timing.

このようにして、1ビット長が既定である重畳データで2値位相変調されたキャリア信号のI成分とQ成分についての信号強度を、積算開始タイミングを異ならせ且つ積算開始タイミングから1ビット長分の時間に亘って積算するようにし、積算値が最大となる積算開始タイミングをビット反転タイミングとして検出できる。   In this way, the signal intensity for the I and Q components of the carrier signal binary-phase-modulated with the superimposition data having a predetermined 1-bit length is set to a 1-bit length from the integration start timing with different integration start timings. The integration start timing at which the integrated value becomes the maximum can be detected as the bit inversion timing.

次に、第4の実施形態に係る擬似雑音コード信号追尾装置を備えるGPS受信機について説明する。
この第4の実施形態は、ビット反転タイミングが未知である場合に、そのビット反転タイミングの情報を用いてCAコードを追尾する場合の例である。
Next, a GPS receiver including the pseudo noise code signal tracking device according to the fourth embodiment will be described.
In the fourth embodiment, when the bit inversion timing is unknown, the CA code is tracked using the information of the bit inversion timing.

CAコード信号を追尾する場合、〔数3〕に示した積算値Pと(E−L)を求めるが、このPと(E−L)の値求める際、ビット反転があった時間を除く他の時間での相関値を積算することによって求める。図11はその様子を示している。この例では、1ms単位で相関値を求め、5msごとに積算値を求める。この5ms区間の中央(破線のタイミング)でビット反転が生じた場合、(A)に示すように、その中央の1ms区間の相関値はP,(E−L)いずれも0となる。そこで、このようなビット反転のあった区間を除く他の区間については、図11の(B)に示すように、ビット反転が生じた以降の相関値を、符号を反転して積算する。このようにして積算値P,(E−L)を求め、〔数4〕に示した演算によってCAコード位相差Δτを次式で求めればよい。   When the CA code signal is tracked, the integrated value P and (E−L) shown in [Equation 3] are obtained, but when the value of P and (E−L) is obtained, the time other than the bit inversion time is excluded. It is obtained by accumulating the correlation values at the time. FIG. 11 shows this state. In this example, the correlation value is obtained every 1 ms, and the integrated value is obtained every 5 ms. When bit inversion occurs in the center of this 5 ms section (dashed line timing), as shown in (A), the correlation value in the center 1 ms section is 0 for both P and (E−L). Therefore, in other sections excluding such a section where bit inversion occurred, as shown in FIG. 11B, the correlation values after the occurrence of bit inversion are integrated with the sign inverted. In this way, the integrated value P, (E−L) is obtained, and the CA code phase difference Δτ can be obtained by the following equation by the calculation shown in [Equation 4].

このようにして、ビット反転が生じた区間の相関値の影響を受けることなく、且つその他の区間での相関値を用いて積算値を求めることによって、高感度化が図れる。   In this way, high sensitivity can be achieved by obtaining the integrated value without using the correlation value in the section where the bit inversion occurs and using the correlation value in the other section.

次に、第5実施形態に係るキャリア位相追尾装置および擬似雑音コード信号追尾装置を備えるGPS受信機について説明する。
第1の実施形態では、擬似雑音コードとしてL1帯のCAコードを例に挙げたが、CMコードとCLコードとを時分割多重してなるL2C信号についても同様に適用できる。この第2の実施形態は、そのL2C信号の追尾装置を備えるGPS受信機に関するものである。
Next, a GPS receiver including the carrier phase tracking device and the pseudo noise code signal tracking device according to the fifth embodiment will be described.
In the first embodiment, the L1 band CA code is exemplified as the pseudo-noise code. However, the present invention can be similarly applied to an L2C signal obtained by time-division multiplexing a CM code and a CL code. This 2nd Embodiment is related with the GPS receiver provided with the tracking device of the L2C signal.

図14は、L2C信号のコード構成を示す概念図である。
図14に示すように、L2C信号は、CMコードとCLコードとをチップバイチップで多重化する構造であり、CMコードとCLコードとが時系列で交互に現れる構造となっている。すなわち、L2C信号は時分割多重コード信号である。
図15はCMコードに対応するCM(t)とCLコードに対応するCL(t)を示す波形図である。
FIG. 14 is a conceptual diagram showing a code configuration of the L2C signal.
As shown in FIG. 14, the L2C signal has a structure in which a CM code and a CL code are multiplexed on a chip-by-chip basis, and the CM code and the CL code appear alternately in time series. That is, the L2C signal is a time division multiplex code signal.
FIG. 15 is a waveform diagram showing CM (t) corresponding to the CM code and CL (t) corresponding to the CL code.

図12は、L2C信号追尾装置のキャリア位相追尾回路を示すブロック図である。
このキャリア位相追尾回路は、キャリア位相誤差演算部1、キャリアNCO2、キャリアループフィルタ3、CMコード発生器10a、CLコード発生器10bを備える。キャリア位相誤差演算部1は、キャリアNCO2から入力されたキャリア位相と、CMコード発生器10aから入力されたCMコード信号と、CLコード発生器10bから入力されたCLコード信号とに基づき、キャリア位相誤差をキャリアループフィルタ3に出力する。キャリアループフィルタ3は、このキャリア位相誤差に付随する不要成分を除去してキャリアNCO2に出力する。キャリアNCO2は、このキャリア位相誤差に基づきキャリア位相を演算してキャリア位相誤差演算部1に出力する。このように、キャリア位相誤差演算部1、キャリアループフィルタ3、キャリアNCO2からなるループ回路で、キャリア位相誤差およびキャリア位相を順次演算し続けることにより、キャリア位相を追尾する。
FIG. 12 is a block diagram showing a carrier phase tracking circuit of the L2C signal tracking device.
This carrier phase tracking circuit includes a carrier phase error calculation unit 1, a carrier NCO2, a carrier loop filter 3, a CM code generator 10a, and a CL code generator 10b. The carrier phase error calculation unit 1 is based on the carrier phase input from the carrier NCO2, the CM code signal input from the CM code generator 10a, and the CL code signal input from the CL code generator 10b. The error is output to the carrier loop filter 3. The carrier loop filter 3 removes unnecessary components accompanying the carrier phase error and outputs the result to the carrier NCO2. The carrier NCO 2 calculates the carrier phase based on the carrier phase error and outputs it to the carrier phase error calculation unit 1. In this way, the carrier phase is tracked by continuously calculating the carrier phase error and the carrier phase in the loop circuit including the carrier phase error calculation unit 1, the carrier loop filter 3, and the carrier NCO2.

キャリア位相誤差演算部1は、フェーズローテータ(キャリア除去回路)11と、3つの相関器12a〜12cと、信号変換回路15と、乗加算器14とを備える。   The carrier phase error calculation unit 1 includes a phase rotator (carrier removal circuit) 11, three correlators 12 a to 12 c, a signal conversion circuit 15, and a multiplier / adder 14.

フェーズローテータ11には、前段の高周波処理部から中間周波数のL2C信号の同相成分(中間I信号)と直交成分(中間Q信号)とが入力されるとともに、キャリアNCO2からキャリア位相が入力される。フェーズローテータ11は、中間I信号と中間Q信号とキャリア位相とをアドレスにするLUT(Look-Up-Table)で実現され、このLUTに従い、ベースバンドの同相成分(I信号)と直交成分(Q信号)とを出力する。これにより、フェーズローテータ11は、実質的に中間周波数のL2C信号に含まれる周波数オフセットとドップラ周波数成分とを除去して、ベースバンドのL2C信号を出力する。   The phase rotator 11 receives the in-phase component (intermediate I signal) and the quadrature component (intermediate Q signal) of the intermediate frequency L2C signal from the preceding high-frequency processing unit, and also receives the carrier phase from the carrier NCO2. The phase rotator 11 is realized by an LUT (Look-Up-Table) that uses an intermediate I signal, an intermediate Q signal, and a carrier phase as addresses, and in accordance with this LUT, the baseband in-phase component (I signal) and quadrature component (Q Signal). Accordingly, the phase rotator 11 substantially removes the frequency offset and the Doppler frequency component included in the intermediate frequency L2C signal, and outputs a baseband L2C signal.

フェーズローテータ11から出力されたI信号は相関器12aに入力され、Q信号は相関器12b,12cに入力される。   The I signal output from the phase rotator 11 is input to the correlator 12a, and the Q signal is input to the correlators 12b and 12c.

相関器12aはミキサ121aと積算器122aとからなる。ミキサ121aは、フェーズローテータ11から入力されたI信号とCMコード発生器10aから出力された正確なタイミングのCMコード信号(図11に示すCM(t))とをミキシングして、CMコード同相信号を積算器122aに出力する。積算器122aは、前記高周波処理部から中間I信号および中間Q信号とともに入力されたサンプリングクロックに基づく周期に応じて、入力されるCMコード同相信号を積算することで相関処理を行い、CMコード同相相関信号を信号変換回路15に出力する。   The correlator 12a includes a mixer 121a and an integrator 122a. The mixer 121a mixes the I signal input from the phase rotator 11 and the CM code signal (CM (t) shown in FIG. 11) of the correct timing output from the CM code generator 10a, and the CM code in-phase. The signal is output to the integrator 122a. The accumulator 122a performs correlation processing by accumulating the input CM code in-phase signal according to the period based on the sampling clock input together with the intermediate I signal and the intermediate Q signal from the high frequency processing unit, and performs CM processing. The in-phase correlation signal is output to the signal conversion circuit 15.

相関器12bはミキサ121bと積算器122bとからなる。ミキサ121bは、フェーズローテータ11から入力されたQ信号とCMコード発生器10aから出力された正確なタイミングのCMコード信号(図11に示すCM(t))とをミキシングして、CMコード直交信号を積算器122bに出力する。積算器122bは、前記サンプリングクロックに基づく周期に応じて、入力されるCMコード直交信号を積算することで相関処理を行い、CMコード直交相関信号を乗加算器14に出力する。   The correlator 12b includes a mixer 121b and an integrator 122b. The mixer 121b mixes the Q signal input from the phase rotator 11 and the CM code signal (CM (t) shown in FIG. 11) of the correct timing output from the CM code generator 10a to obtain a CM code orthogonal signal. Is output to the integrator 122b. The accumulator 122b performs correlation processing by accumulating the input CM code orthogonal signal according to the period based on the sampling clock, and outputs the CM code orthogonal correlation signal to the multiplier / adder.

相関器12cはミキサ121cと積算器122cとからなる。ミキサ121cは、フェーズローテータ11から入力されたQ信号とCLコード発生器10bから出力された正確なタイミングのCLコード信号(図11に示すCL(t))とをミキシングして、CLコード直交信号を積算器122cに出力する。積算器122cは、前記サンプリングクロックに基づく周期に応じて、入力されるCLコード直交信号を積算することで相関処理を行い、CLコード直交相関信号を乗加算器14に出力する。   The correlator 12c includes a mixer 121c and an integrator 122c. The mixer 121c mixes the Q signal inputted from the phase rotator 11 and the CL code signal (CL (t) shown in FIG. 11) outputted from the CL code generator 10b to obtain a CL code orthogonal signal. Is output to the integrator 122c. The accumulator 122c performs correlation processing by accumulating the input CL code orthogonal signals according to the period based on the sampling clock, and outputs the CL code orthogonal correlation signals to the multiplier / adder 14.

信号変換回路15はシグモイド関数演算器150からなる。このシグモイド関数とは符号関数であり、「−1」または「+1」の値のみをとる。   The signal conversion circuit 15 includes a sigmoid function calculator 150. This sigmoid function is a sign function and takes only a value of “−1” or “+1”.

乗加算器14は、ミキサ(乗算器)141と加算器142とからなる。ミキサ141は、信号変換回路15から入力されるシグモイド関数の出力信号と、相関器12bから入力されるCMコード直交相関信号とをミキシング(乗算)してCMコード相関信号を加算器142に出力する。加算器142は、ミキサ141から入力されるCMコード相関信号と、相関器12cから入力されるCLコード直交相関信号とを加算して出力する。この出力信号はCMコード相関信号とCLコード直交相関信号との加算信号であるので、実質的にL2C信号のキャリア位相誤差に相当する。   The multiplier / adder 14 includes a mixer (multiplier) 141 and an adder 142. The mixer 141 mixes (multiplies) the output signal of the sigmoid function input from the signal conversion circuit 15 and the CM code orthogonal correlation signal input from the correlator 12 b and outputs the CM code correlation signal to the adder 142. . The adder 142 adds the CM code correlation signal input from the mixer 141 and the CL code orthogonal correlation signal input from the correlator 12c and outputs the result. Since this output signal is an addition signal of the CM code correlation signal and the CL code orthogonal correlation signal, it substantially corresponds to the carrier phase error of the L2C signal.

すなわち、このような構成のキャリア位相誤差演算部1を用いることにより、CMコードとCLコードとを統合してキャリア位相誤差を推定演算することができる。   That is, by using the carrier phase error calculation unit 1 having such a configuration, the carrier phase error can be estimated and calculated by integrating the CM code and the CL code.

そして、このキャリア位相誤差演算部1と、キャリアNCO2およびキャリアループフィルタ3とでループ回路を形成することにより、CMコードとCLコードとを統合してキャリア位相誤差を継続的に推定演算して、キャリア位相を追尾することができる。   Then, by forming a loop circuit with the carrier phase error calculation unit 1, the carrier NCO2 and the carrier loop filter 3, the CM code and the CL code are integrated and the carrier phase error is continuously estimated and calculated. The carrier phase can be tracked.

このようにL2C信号のキャリア位相追尾を行う場合には、航法メッセージによって変調されるCMコードについて第1の実施形態に示したキャリア位相追尾の手法を適用し、〔数1〕に示した演算によってI成分とQ成分の値を求めればよい。すなわち、図12中〔1〕で示した箇所で前記〔数1〕のΣ演算を適用する。   When performing carrier phase tracking of the L2C signal in this way, the carrier phase tracking method shown in the first embodiment is applied to the CM code modulated by the navigation message, and the calculation shown in [Equation 1] is performed. What is necessary is just to obtain | require the value of I component and Q component. That is, the Σ operation of [Equation 1] is applied at the location indicated by [1] in FIG.

図13は、L2C信号追尾装置のコード位相追尾回路の構成を示すブロック図である。
このコード位相追尾回路は、コード位相誤差演算部5、コードNCO7、コードループフィルタ6、CMコード発生器10a、CLコード発生器10b、キャリアNCO2を備える。コード位相誤差演算部5は、キャリアNCO2から入力されたキャリア位相と、CMコード発生器10aから入力された正規タイミングのCMコード信号および該正規タイミングのCMコード信号を微分した微分CMコード信号と、CLコード発生器10bから入力された正規タイミングのCLコード信号を微分した微分CLコード信号とに基づき、コード位相誤差をコードループフィルタ6に出力する。コードループフィルタ6は、このコード位相誤差に付随する不要成分を除去してコードNCO7に出力する。コードNCO7は、このコード位相誤差に基づきコードイネーブルクロックを生成して、CMコード発生器10aおよびCLコード発生器10bに出力する。このように、コード位相誤差演算部5、コードループフィルタ6、コードNCO7、CMコード発生器10a、およびCLコード発生器10bからなるループ回路で、コード位相誤差およびコード位相を順次演算し続けることにより、コード位相を追尾する。すなわち、擬似距離観測を継続する。
FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the code phase tracking circuit of the L2C signal tracking device.
The code phase tracking circuit includes a code phase error calculation unit 5, a code NCO 7, a code loop filter 6, a CM code generator 10a, a CL code generator 10b, and a carrier NCO 2. The code phase error calculator 5 includes a carrier phase input from the carrier NCO2, a CM code signal at a normal timing input from the CM code generator 10a, and a differentiated CM code signal obtained by differentiating the CM code signal at the normal timing. Based on the differential CL code signal obtained by differentiating the CL code signal at the normal timing input from the CL code generator 10b, the code phase error is output to the code loop filter 6. The code loop filter 6 removes unnecessary components accompanying the code phase error and outputs the result to the code NCO 7. The code NCO 7 generates a code enable clock based on the code phase error and outputs it to the CM code generator 10a and the CL code generator 10b. In this way, by continuously calculating the code phase error and the code phase in the loop circuit including the code phase error calculation unit 5, the code loop filter 6, the code NCO 7, the CM code generator 10a, and the CL code generator 10b. Track the code phase. That is, pseudorange observation is continued.

コード位相誤差演算部5は、フェーズローテータ11から出力されるI信号が相関器12a〜12cに入力され、相関器12bにCMコード発生器10aから微分CMコード信号が入力され、相関器12cにCLコード発生器10bから微分CLコード信号が入力される。他の構成は、図12に示したキャリア位相誤差演算部1と同じである。   In the code phase error calculation unit 5, the I signal output from the phase rotator 11 is input to the correlators 12a to 12c, the differential CM code signal from the CM code generator 10a is input to the correlator 12b, and the CL is input to the correlator 12c. A differential CL code signal is input from the code generator 10b. Other configurations are the same as those of the carrier phase error calculation unit 1 shown in FIG.

CMコード発生器10aは、コードNCO7から入力されるコードイネーブル信号に基づいて、正規タイミングのCMコード信号CMp(図15に示すCM(t))と、正規タイミングのCMコード信号CMpを微分した微分CMコード信号CMelとを生成し、正規タイミングのCMコード信号CMpを相関器12aに出力し、微分CMコード信号CMelを相関器12bに出力する。また、CLコード発生器10bは、コードNCO7から入力されるコードイネーブル信号に基づいて、正規タイミングのCLコード信号を微分した微分CLコード信号Clelを生成し、相関器12cに出力する。ここで、微分CMコード信号および微分CLコード信号は、コード位相誤差演算部5においてディジタル信号で相関処理を行うことから、それぞれ差分による信号で形成されている。   Based on the code enable signal input from the code NCO 7, the CM code generator 10a differentiates the normal timing CM code signal CMp (CM (t) shown in FIG. 15) and the normal timing CM code signal CMp. CM code signal CMel is generated, CM code signal CMp at the normal timing is output to correlator 12a, and differential CM code signal CMel is output to correlator 12b. Further, the CL code generator 10b generates a differential CL code signal Clel obtained by differentiating the CL code signal at the normal timing based on the code enable signal input from the code NCO 7, and outputs the differential CL code signal Crel to the correlator 12c. Here, the differential CM code signal and the differential CL code signal are each formed by a difference signal because the code phase error calculation unit 5 performs correlation processing with a digital signal.

フェーズローテータ11にはキャリアNCO2からキャリア位相追尾処理によりロックされた状態のキャリア位相が入力され、フェーズローテータ11はこのキャリア位相によりベースバンドのI信号(およびQ信号)を出力する。すなわち、以下に説明するコード位相追尾はキャリア位相がロックされた状態(コヒーレント)での処理である。   The phase rotator 11 receives the carrier phase locked by the carrier phase tracking process from the carrier NCO 2, and the phase rotator 11 outputs a baseband I signal (and Q signal) based on this carrier phase. That is, the code phase tracking described below is processing in a state where the carrier phase is locked (coherent).

相関器12aのミキサ121aは、フェーズローテータ11から入力されたI信号とCMコード発生器10aから出力された正確なタイミングのCMコード信号CMpとをミキシングして、CMコード同相信号を積算器122aに出力する。積算器122aは、前記サンプリングクロックに基づく周期に応じて、入力されるCMコード同相信号を積算することで相関処理を行い、CMコード同相相関信号を信号変換回路15に出力する。   The mixer 121a of the correlator 12a mixes the I signal input from the phase rotator 11 and the CM code signal CMp of the correct timing output from the CM code generator 10a, and the CM code in-phase signal is integrated into the accumulator 122a. Output to. The accumulator 122 a performs correlation processing by accumulating the input CM code in-phase signal according to the period based on the sampling clock, and outputs the CM code in-phase correlation signal to the signal conversion circuit 15.

相関器12bのミキサ121bは、フェーズローテータ11から入力されたI信号とCMコード発生器10aから出力された微分CMコード信号CMelとをミキシングして、微分CMコード同相信号を積算器122bに出力する。積算器122bは、前記サンプリングクロックに基づく周期に応じて、入力される微分CMコード同相信号を積算することで相関処理を行い、微分CMコード同相相関信号を乗加算器14に出力する。   The mixer 121b of the correlator 12b mixes the I signal input from the phase rotator 11 and the differentiated CM code signal CMel output from the CM code generator 10a, and outputs the differentiated CM code in-phase signal to the accumulator 122b. To do. The accumulator 122b performs correlation processing by accumulating the input differential CM code in-phase signal according to the period based on the sampling clock, and outputs the differential CM code in-phase correlation signal to the multiplier / adder 14.

相関器12cのミキサ121cは、フェーズローテータ11から入力されたI信号とCLコード発生器10bから出力された微分CLコード信号CLelとをミキシングして、微分CLコード同相信号を積算器122cに出力する。積算器122cは、前記サンプリングクロックに基づく周期に応じて、入力される微分CLコード同相信号を積算することで相関処理を行い、微分CLコード同相相関信号を乗加算器14に出力する。
信号変換回路15はシグモイド関数演算器150からなる。
The mixer 121c of the correlator 12c mixes the I signal input from the phase rotator 11 and the differential CL code signal CLel output from the CL code generator 10b, and outputs the differential CL code in-phase signal to the accumulator 122c. To do. The accumulator 122c performs correlation processing by accumulating the input differential CL code in-phase signal according to the period based on the sampling clock, and outputs the differential CL code in-phase correlation signal to the multiplier / adder 14.
The signal conversion circuit 15 includes a sigmoid function calculator 150.

乗加算器14のミキサ141は、信号変換回路15から入力される信号と、相関器12bから入力される微分CMコード同相相関信号とをミキシング(乗算)して加算器142に出力する。加算器142は、ミキサ141から入力されるCMコード相関信号と、相関器12cから入力される微分CLコード同相相関信号とを加算して出力する。   The mixer 141 of the multiplier / adder 14 mixes (multiplies) the signal input from the signal conversion circuit 15 and the differential CM code in-phase correlation signal input from the correlator 12 b and outputs the mixed signal to the adder 142. The adder 142 adds the CM code correlation signal input from the mixer 141 and the differential CL code in-phase correlation signal input from the correlator 12c and outputs the result.

このような構成のコード位相誤差演算部5を用いることにより、CMコードとCLコードとを統合してコード位相誤差を推定演算することができる。   By using the code phase error calculation unit 5 having such a configuration, the code phase error can be estimated and calculated by integrating the CM code and the CL code.

そして、このコード位相誤差演算部5と、コードNCO7、CMコード発生器10a、CLコード発生器10b、およびコードループフィルタ6とでループ回路を形成することにより、CMコードとCLコードとを統合して、コヒーレントで継続的にコード位相誤差を推定演算して、コード位相を追尾することができる。すなわち、コヒーレントで継続的に擬似距離を観測することができる。   The code phase error calculation unit 5, the code NCO 7, the CM code generator 10a, the CL code generator 10b, and the code loop filter 6 form a loop circuit to integrate the CM code and the CL code. Thus, the code phase error can be tracked by estimating and calculating the code phase error continuously and coherently. That is, the pseudorange can be continuously observed coherently.

このようにL2C信号のコード位相追尾を行う場合には、航法メッセージによって変調されるCMコードについて第2の実施形態に示したコード位相追尾の手法を適用し、〔数1〕に示した演算によってI成分とQ成分の値を求めればよい。すなわち、図13中〔1〕で示した箇所で前記〔数1〕のΣ演算を適用する。   When performing code phase tracking of an L2C signal in this way, the code phase tracking method shown in the second embodiment is applied to the CM code modulated by the navigation message, and the calculation shown in [Equation 1] is performed. What is necessary is just to obtain | require the value of I component and Q component. That is, the Σ operation of [Equation 1] is applied at the position indicated by [1] in FIG.

図13に示したL2C信号の擬似雑音コード信号の追尾を行う際にビット反転による影響を受けないように、次式によってコード位相Δτを求める。   The code phase Δτ is obtained by the following equation so as not to be affected by bit inversion when tracking the pseudo noise code signal of the L2C signal shown in FIG.

Figure 2007228237
Figure 2007228237

ここで、PIMは、正規タイミングのCMコード信号CMpについての5msの積算区間での平均値、(E−L)IMは、正規タイミングのCMコード信号CMpを微分した微分CMコード信号CMelについての5msの積算区間での平均値である。(E−L)ILは、正規タイミングのCLコード信号CLpを微分した微分CLコード信号CLelについての5msの積算区間での平均値である。sign(PIM)は上記PIMの符号(正なら“1”、負なら“−1”)である。Aはキャリアの振幅である。 Here, P IM is the mean value of an integration interval 5ms for CM code signal CMp the normal timing, (E-L) IM is for differential CM code signal CMel obtained by differentiating the CM code signal CMp regular timing It is an average value in an integration interval of 5 ms. (E−L) IL is an average value in an integration section of 5 ms for the differential CL code signal CLel obtained by differentiating the CL code signal CLp at the normal timing. sign (P IM) is the sign of the P IM (if positive "1", it is negative "-1"). A is the carrier amplitude.

従来の一般的なキャリア追尾ループの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional general carrier tracking loop. 従来用いられていたCostas誤差検出器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the Costas error detector used conventionally. I成分のデータと航法メッセージのビット反転タイミングおよび周期の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the bit inversion timing of I component data and a navigation message, and a period. 第1の実施形態に係るGPS受信機の主要部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the principal part of the GPS receiver which concerns on 1st Embodiment. 同GPS受信機における位相誤差検出器の内部で行う航法メッセージのビット反転に伴う積算値の補正処理を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the correction process of the integrated value accompanying the bit inversion of the navigation message performed inside the phase error detector in the GPS receiver. ビット反転タイミングと積算区間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a bit inversion timing and an integration area. 同GPS受信機のキャリア位相追尾に関するループの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the loop regarding the carrier phase tracking of the GPS receiver. ビット反転タイミングを検出するための処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence for detecting bit inversion timing. ビット反転タイミングを検出するための積算開始タイミングの移動の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a movement of the integration start timing for detecting bit inversion timing. 積算開始タイミングとパワーとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between integration start timing and power. ビット反転タイミングと積算区間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a bit inversion timing and an integration area. L2C信号追尾装置のキャリア位相追尾回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the carrier phase tracking circuit of a L2C signal tracking apparatus. L2C信号追尾装置のコード位相追尾回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the code phase tracking circuit of a L2C signal tracking apparatus. L2C信号のコード構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the code structure of a L2C signal. CLコードとCL(t)との関係およびCMコードとCM(t)との関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between CL code and CL (t), and the relationship between CM code and CM (t). ビット反転タイミング、積算区間、および処理のタイミングの関係等を示す図である。It is a figure which shows the relationship etc. of a bit inversion timing, an integration area, and the timing of a process.

符号の説明Explanation of symbols

21−キャリアNCO(キャリア信号発生手段)
37−コードNCO(擬似雑音コード信号発生手段)
34−乗算器
35−積算器
32−IQ分離回路
33−キャリア除去回路
21-carrier NCO (carrier signal generating means)
37-code NCO (pseudo noise code signal generating means)
34-multiplier 35-accumulator 32-IQ separation circuit 33-carrier removal circuit

Claims (4)

キャリア信号を発生するキャリア信号発生手段と、
重畳データのビット列により2値位相変調されたキャリア信号を入力し、前記キャリア信号発生手段によるキャリア信号に基づいて前記入力信号のキャリア成分を除去するとともに、該キャリア成分の除去された信号のI成分とQ成分を求める手段と、
前記I成分とQ成分とについて、それらの振幅の所定時間分の積算値を求める手段と、
前記I成分とQ成分とについて、前記所定時間内で前記位相変調によるビット反転があったものとして求めた積算値と、ビット反転がなかったものとして求めた積算値のうち、値の大きな方の積算値を有効積算値として採用する手段と、
前記I成分とQ成分とについて、少なくとも、前記ビット反転が生じ得る時刻を含む時間、にわたって前記有効積算値を積算した値に基づいてキャリア位相の追尾誤差を求め、該追尾誤差が減少する方向に前記キャリア信号発生手段の発生するキャリア信号の位相を制御する手段と、
を備えたキャリア位相追尾装置。
Carrier signal generating means for generating a carrier signal;
A carrier signal that is binary phase modulated by a bit string of superimposition data is input, the carrier component of the input signal is removed based on the carrier signal by the carrier signal generation means, and the I component of the signal from which the carrier component has been removed And means for obtaining the Q component;
Means for obtaining an integrated value for a predetermined time of the amplitude of the I component and the Q component;
Of the I component and the Q component, the larger one of the integrated value obtained as a result of bit inversion due to the phase modulation within the predetermined time and the integrated value obtained as a result of no bit inversion. Means for adopting the integrated value as an effective integrated value;
For the I component and Q component, a tracking error of the carrier phase is obtained based on a value obtained by integrating the effective integrated value over at least the time including the time when the bit inversion can occur, and the tracking error is reduced. Means for controlling the phase of the carrier signal generated by the carrier signal generating means;
A carrier phase tracking device.
キャリア信号を発生するキャリア信号発生手段と、
重畳データのビット列により2値位相変調されたキャリア信号を入力し、前記キャリア信号発生手段によるキャリア信号に基づいて前記入力信号のキャリア成分を除去するとともに、該キャリア成分の除去された信号のI成分とQ成分を求める手段と、
重畳データのビット反転タイミングを検出する手段と、
前記I成分とQ成分とについて、前記キャリア信号のビット反転タイミングで符号を反転して積算する手段と、
前記I成分とQ成分とについて、前記ビット反転が生じ得る時間を超える時間にわたって積算した値に基づいてキャリア位相の追尾誤差を求め、該追尾誤差が減少する方向に前記キャリア信号発生手段の発生するキャリア信号の位相を制御する手段と、
を備えたキャリア位相追尾装置。
Carrier signal generating means for generating a carrier signal;
A carrier signal that is binary phase modulated by a bit string of superimposition data is input, the carrier component of the input signal is removed based on the carrier signal by the carrier signal generation means, and the I component of the signal from which the carrier component has been removed And means for obtaining the Q component;
Means for detecting the bit inversion timing of the superimposed data;
Means for inverting and integrating the sign at the bit inversion timing of the carrier signal for the I component and the Q component;
For the I component and Q component, a carrier phase tracking error is obtained based on a value accumulated over a time exceeding the time at which the bit inversion can occur, and the carrier signal generating means generates in a direction in which the tracking error decreases. Means for controlling the phase of the carrier signal;
A carrier phase tracking device.
擬似雑音コード信号を発生する擬似雑音コード信号発生手段と、
重畳データのビット列により2値位相変調された擬似雑音コード信号を入力し、該擬似雑音コード信号と前記擬似雑音コード信号発生手段による擬似雑音コード信号との相関値を求める手段と、
前記相関値の所定時間分の積算値を求める手段と、前記相関値の所定時間内での前記位相変調によるビット反転があったものとして求めた積算値と、ビット反転がなかったものとして求めた積算値のうち、値の大きな方の積算値を有効積算値として採用する手段と、
少なくとも、前記ビット反転が生じ得る時刻を含む時間、にわたる前記有効積算値に基づいて擬似雑音コード信号の追尾位相誤差を求め、該追尾位相誤差が減少する方向に前記擬似雑音コード信号発生手段の発生する擬似雑音コード信号の位相を制御する手段と、
を備えた擬似雑音コード信号追尾装置。
A pseudo noise code signal generating means for generating a pseudo noise code signal;
Means for inputting a pseudo-noise code signal binary-phase-modulated by a bit string of superposed data and obtaining a correlation value between the pseudo-noise code signal and the pseudo-noise code signal generated by the pseudo-noise code signal generating means;
A means for obtaining an integrated value for a predetermined time of the correlation value, an integrated value obtained as a result of bit inversion due to the phase modulation within a predetermined time of the correlation value, and a value obtained as if there was no bit inversion Among the integrated values, means for adopting the larger integrated value as the effective integrated value;
At least the tracking phase error of the pseudo noise code signal is obtained based on the effective integrated value over the time including the time at which the bit inversion can occur, and the pseudo noise code signal generating means is generated in a direction in which the tracking phase error decreases. Means for controlling the phase of the pseudo-noise code signal
A pseudo-noise code signal tracking device comprising:
擬似雑音コード信号を発生する擬似雑音コード信号発生手段と、
重畳データのビット列により2値位相変調された擬似雑音コード信号を入力し、該擬似雑音コード信号と前記擬似雑音コード信号発生手段による擬似雑音コード信号との相関値を求める手段と、
重畳データのビット反転タイミングを検出する手段と、
前記相関値を所定時間毎に求めるとともに、前記位相変調によるビット反転があった時間を除く他の時間での前記相関値を積算する手段と、
前記相関値の前記ビット反転が生じ得る時間を超える時間にわたって前記相関値を積算した値に基づいて擬似雑音コード信号の追尾位相誤差を求め、該追尾位相誤差が減少する方向に前記擬似雑音コード信号発生手段の発生する擬似雑音コード信号の位相を制御する手段と、
を備えた擬似雑音コード信号追尾装置。
A pseudo noise code signal generating means for generating a pseudo noise code signal;
Means for inputting a pseudo-noise code signal binary-phase-modulated by a bit string of superposed data and obtaining a correlation value between the pseudo-noise code signal and the pseudo-noise code signal generated by the pseudo-noise code signal generating means;
Means for detecting the bit inversion timing of the superimposed data;
A means for obtaining the correlation value every predetermined time, and integrating the correlation values at other times excluding the time when the bit inversion was caused by the phase modulation;
A tracking phase error of the pseudo noise code signal is obtained based on a value obtained by integrating the correlation values over a time exceeding the time at which the bit inversion of the correlation value can occur, and the pseudo noise code signal is reduced in a direction in which the tracking phase error decreases. Means for controlling the phase of the pseudo-noise code signal generated by the generating means;
A pseudo-noise code signal tracking device comprising:
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