JP2009014451A - 自立型高感度衛星信号受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】衛星信号が非常に弱い環境下において、測位位置計算に必要なエッジ位置及び追尾周波数を自ら決定できる自立型高感度衛星信号受信機を提供すること
【解決手段】１ｍｓ間のＩ相関信号Ｉ０とＱ相関信号Ｑ０に対してそれぞれ異なるＪ個の周波数候補に周波数変換し、それらを複数Ｋのエッジ位置候補位置に対応するそれぞれの加算区間でのコヒーレント加算Ｊ＊Ｋを行い、それらを所定期間にわたってノンコヒーレント加算を行う。そのＪ＊Ｋ個の加算結果からエッジ位置Ｅ０及び追尾周波数ＦＳを同時に決定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯電話機や車などの移動体に設置され、ＧＰＳなどの航法衛星からの衛星信号が屋内や高架下など非常に弱い環境の場合でも、測位位置計算に必要なエッジ位置（航法データの切り替わりタイミング）及び追尾周波数を自ら決定できる自立型高感度衛星信号受信機に関する。

地球を周回する航法衛星（人工衛星）までの距離及び当該航法衛星の軌道に関する情報を利用し、地球上の物体の位置、速度等を求めるシステムである米国のGlobal Positioning System(ＧＰＳ)等のGlobal Navigation Satellite System(ＧＮＳＳ)の衛星信号受信機において、受信する衛星信号の状況としては、種々の状況がある。以下、ＧＰＳを例に採って説明する。

１ｍｓ間のＩ，Ｑ相関信号のＳ／Ｎ比が良い状況の場合（状況１）は、通常感度での衛星受信機で対応可能である。通常感度の自立型衛星信号受信機では、まず、ＰＮコード検出及び周波数引き込み、キャリア位相引き込みを行い、次いで、１ｍｓ毎のＩ相関信号の反転でエッジ位置の検出を行うことが出来る（特許文献１）。

１ｍｓ間のＩ，Ｑ相関信号のＳ／Ｎ比は低く雑音に埋もれているが、正しく周波数推定がされた状態での２０ｍｓ間のコヒーレント結果のＳ／Ｎ比は良い状況の場合（状況２）では、各２０ｍｓ間でエッジ位置の推定と、航法データの反転の推定が可能である（特許文献２）。

この特許文献２では、（１）各２０ｍｓ間におけるエッジ位置は、１ｍｓずつ加算タイミングをずらした２０候補の中から最大パワーとなったものを選択する（特許文献２の図２Ｃの例でＳｕｍ１を用いる。）、（２）各２０ｍｓブロック間の航法データ遷移は、連続する２０ｍｓブロックの航法データの反転も考慮して、全体で信号パワーが最大となるものを選ぶ、ことにより、２０ｍｓを超えたコヒーレント加算で信号アクイジションを行っている。

但し、特許文献２の方法では、前述のように、各２０ｍｓ間で判定しているため、正しく周波数推定された状態での２０ｍｓ間のコヒーレント結果のＳ／Ｎ比も悪い場合には適用することが出来ない。

また、特許文献２の方法では、信号アクイジションを目的としているため、各２０ｍｓ間で独立に推定したエッジ位置が多少異なっていても問題とはならない。すなわち、信号アクイジションにおいては、２０ｍｓ加算した場合、真のエッジ位置であれば１ｍｓ加算値＊２０となるが、例え１ｍｓエッジ位置が誤ったとしても１ｍｓ加算値＊１８の十分大きい信号パワーが得られるので、信号アクイジション段階ではエッジ位置は、真のエッジ位置に概略合っていれば問題はない。しかし、本発明では、正確にエッジ位置を求める必要があるので、特許文献２の方式はエッジ検出方式としては、使用できない。

１ｍｓ間のＩ，Ｑ相関信号のＳ／Ｎ比は低く雑音に埋もれており、正しく周波数推定がされた状態での２０ｍｓ間のコヒーレント結果のＳ／Ｎ比も悪い状況の場合（状況３）には、１ｍｓ間のＩ，Ｑ相関信号のコヒーレント加算と、そのコヒーレント加算の加算結果をノンコヒーレント加算するノンコヒーレント加算とを併用することで、加算時間を長くすることによりＳ／Ｎ比を改善した衛星信号追尾装置が、本発明者により提案されている（特願２００６−２９３４４０号；以下、先願発明、という）。

コヒーレント加算は、Ｉ（搬送波正位相）相関信号とＱ（搬送波９０°移相）相関信号を各々そのまま加算する加算方法であり、大きなＳ／Ｎ比の改善が行える方法である。ＧＰＳでは、２０ｍｓ毎にしかＩ，Ｑ相関信号の反転は起こらないので、２０ｍｓまではコヒーレント加算が行われる。Ｉ，Ｑ相関信号の反転が起こらない範囲では、ＦＦＴによる周波数解析も可能なので、コヒーレント加算区間内ではＦＦＴによる周波数解析が行われる場合もある。

一方、ノンコヒーレント加算は、Ｉ，Ｑ相関信号またはこれらをコヒーレント加算した信号パワーＰ（＝Ｉ²＋Ｑ²）を加算していく方法である。この方法のＳ／Ｎ比改善度はコヒーレント加算に劣るが、Ｉ，Ｑ相関信号の反転の影響を受けないため、衛星からの航法データの反転パターンが未知の場合でもＳ／Ｎ比の改善が行える利点がある。

ただ、先願発明では、衛星信号が屋内や高架下など非常に弱い環境の場合でも安定した周波数追尾を行うことを目的としており、エッジ検出をも正確に行うことには、そのままでは適用できない。

また、状況３の場合でも、エッジ検出が可能な方法として、ネットワークからのアシスト情報を利用するネットワーク型衛星信号受信機が知られている（特許文献３）。このネットワーク型の高感度衛星信号受信機では、本部サーバ側で衛星信号を受信し、ＧＰＳ航法データを算出し、それを端末側に送っている。この場合には、送られてきた航法データの反転パターンを利用し、端末側で受信した航法データの符号を変更することで、航法データによるＩ信号、Ｑ信号の符号反転がない状態にできる。その結果、航法データ繰り返し周期（ＧＰＳでは２０ｍｓ）以上のコヒーレント加算を行うことができ、エッジ位置検出の高感度化が実現されている。しかしながら、本発明ではネットワークからの航法データの情報は一切得られない、自立型高感度衛星信号受信機であるので、この特許文献３の方式も用いることはできない。
特開平１０−２４５７６８号公報 ＵＳ２００７／０００８２１７Ａ１ 特開２０００−１９３７３５号公報

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、ＧＰＳなどの航法衛星からの衛星信号が屋内や高架下など非常に弱い環境下において、測位位置計算に必要なエッジ位置（航法データの切り替わりタイミング）及び追尾周波数を自ら決定できる自立型高感度衛星信号受信機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の衛星信号受信機は、周波数制御信号を受けてキャリア周波数信号を発生するキャリア局部発振器２を含み、衛星信号を変換し入力される特定衛星信号に関する受信信号とＰＮコードとのコード相関及び前記キャリア周波数信号とのキャリア相関が採られ、１ｍｓ間のＩ相関信号Ｉ０とＱ相関信号Ｑ０とを同時に１ｍｓ毎に出力する１ｍｓ相関チャンネル回路１と、
前記Ｉ相関信号Ｉ０とＱ相関信号Ｑ０に対して、それぞれ異なる周波数候補に関してそれぞれ周波数変換された周波数変換Ｉ相関信号Ｉ０１〜Ｉ０Ｊと周波数変換Ｑ相関信号Ｑ０１〜Ｑ０Ｊを演算し出力する、複数Ｊ個の周波数変換器５１〜５Ｊと、
前記複数Ｊ個の周波数変換器５１〜５Ｊからの各周波数変換Ｉ相関信号Ｉ０１〜Ｉ０Ｊと周波数変換Ｑ相関信号Ｑ０１〜Ｑ０Ｊを、複数Ｋのエッジ位置候補位置に対応するそれぞれの加算区間でのコヒーレント加算を行い、それぞれＩコヒーレント加算値とＱコヒーレント加算値とを出力する、複数Ｊ＊Ｋ個のコヒーレント加算器７１１〜７ＪＫと、
前記複数Ｊ＊Ｋ個のコヒーレント加算器７１１〜７ＪＫからのＩコヒーレント加算値とＱコヒーレント加算値を受けて、各コヒーレント加算器７１１〜７ＪＫ毎の信号パワーを求め、少なくとも１つの所定期間Ｍ回（もしくはＬ回）に関し、その期間中のノンコヒーレント加算を行う、複数Ｊ＊Ｋ個のノンコヒーレント加算器８１１〜８ＪＫ（もしくは９１１〜９ＪＫ）と、
前記複数Ｊ＊Ｋ個のノンコヒーレント加算器の加算結果からエッジ位置Ｅ０及び追尾周波数ＦＳを同時に決定するエッジ検出回路制御器１０と、
を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の衛星信号受信機は、請求項１に記載の衛星信号受信機において、前記１ｍｓ相関チャンネル回路１と前記複数Ｊ個の周波数変換器５１〜５Ｊとの間に、エッジ位置検出用の加算区間を設定する加算開始時期選択器３を設けるとともに、その加算区間の設定を前記エッジ検出回路制御器１０からの加算区間を指示する加算開始時期指示に基づいて行うことを特徴とする。

請求項３に記載の衛星信号受信機は、請求項１または２に記載の衛星信号受信機において、前記エッジ検出回路制御器１０でのエッジ位置Ｅ０の決定に際して、１つの周波数候補ｋ（ｋは、１〜Ｋのいずれか）に関するコヒーレント結果のうち、第２番目に大きいコヒーレント結果に対する最大のノンコヒーレント結果の比が所定閾値以上の場合に、エッジ位置判定を行うことを特徴とする。

また、本発明は、複数Ｊ＊Ｋ個のノンコヒーレント加算器として、それぞれコヒーレント回数Ｍ回の第１のコヒーレント加算器８１１〜８ＪＫと、コヒーレント回数Ｌ回（Ｌ＞Ｍ）の第２のコヒーレント加算器９１１〜９ＪＫとを設けることがよい。これにより、１ｍｓ間のＩ，Ｑ相関信号のＳ／Ｎ比の程度（良い或いは悪い）に応じて、エッジ位置の検出時間を短くする。

また、本発明が対象とするＳ／Ｎ比が悪い場合にはエッジ検出の誤り率が高いためにエッジ位置が連続する確率が低いから、本発明は、エッジ候補１〜Ｋのうち、出現回数が一番多い候補と、出現回数が２番目に多い候補との出現回数の差が、所定閾値を超えた場合をエッジ検出完了（エッジ検出終了）とすることがよい。

本発明の衛星信号受信機によれば、ＧＰＳなどの航法衛星からの衛星信号が屋内や高架下など非常に弱い環境下において、高感度用に良く使われるネットワークからのアシスト情報を一切使わないで、測位位置計算に必要なエッジ位置（航法データの切り替わりタイミング）及び追尾周波数を、自立して決定できる。

以下、図面を参照して、ＧＰＳを例として本発明の自立型高感度衛星信号受信機の実施例について説明する。

本発明では、測位位置計算に必要なエッジ位置（航法データの切り替わりタイミング）及び追尾周波数を決定するが、それに先立つ前段処理としての信号アクイジション処理にて、ＰＮコードの検出、ＰＮコード位相引き込み、及び数１０Ｈｚ以内への周波数引き込みは、行われている。この信号アクイジション処理は、専用の信号アクイジション回路を設けて行っても良く、また、本発明の図１のエッジ検出用加算回路４１〜４Ｊを利用して行うことも可能であるが、本発明の課題とは直接には関係しないので詳しい説明は省略する。

本発明の実施例に係る衛星信号受信機の全体構成図を示す図１において、衛星からアンテナ１０１に到来した衛星信号は、ダウンコンバータ１０２で中間周波数に変換され、Ａ／Ｄ変換回路１０３にてディジタル処理のためにディジタル信号に変換され、受信信号としてキャリアＮＣＯ２を含む１ｍｓ相関チャンネル回路１に入力される。

１ｍｓ相関チャンネル回路１は、前段のアクイジション処理で得られたキャリア周波数制御信号を受けてキャリア周波数信号を発生するキャリア局部発振器２を含み、衛星信号を変換し入力される特定衛星信号に関する受信信号とＰＮコードとのコード相関及び前記キャリア周波数信号とのキャリア相関が採られ、１ｍｓ間のＩ相関信号Ｉ０とＱ相関信号Ｑ０とを同時に１ｍｓ毎に出力する。この１ｍｓ相関チャンネル回路１は、従来のＧＰＳ受信装置で使用されているものと同様のものでよい。

加算開始時期選択器３は、１ｍｓ相関チャンネル回路１からの１ｍｓ間のＩ相関信号Ｉ０とＱ相関信号Ｑ０を、そのまま次段のエッジ検出用加算回路４１〜４Ｊに供給するか、或いは、加算開始スタート時点のみ、ある時間分のデータＩ０，Ｑ０を捨てて、つまり、エッジ検出用加算回路４１〜４Ｊに送らずに、その時間後のデータＩ０，Ｑ０をエッジ検出用加算回路４１〜４Ｊに供給することを、エッジ検出回路制御器１０からの加算開始時期指示に応じて、選択するものである。エッジ検出の開始時点では、１ｍｓ間のＩ相関信号Ｉ０とＱ相関信号Ｑ０を、そのまま次段のエッジ検出用加算回路４１〜４Ｊに供給する。その後の処理の状況に応じて、加算開始時期指示が与えられることになる。

エッジ検出用加算回路４１〜４Ｊは、周波数候補Ｊ個に応じてＪ個設けられ、それぞれ１ｍｓ間のＩ相関信号Ｉ０とＱ相関信号Ｑ０が供給され、加算結果を出力する。それぞれのエッジ検出用加算回路４ｊ（但し、ｊ＝１〜Ｊのいずれか）は、周波数候補ｊへの周波数変換器５ｊ、及びＫ個のエッジ候補用加算回路６ｊｋ（但し、ｋ＝１〜Ｋのいずれか、Ｋは例えば２０で良い）を備えている。

周波数変換器５ｊでは、１ｍｓ間のＩ相関信号Ｉ０とＱ相関信号Ｑ０に関し、先願発明と同様の周波数回転手法により、周波数候補ｊの周波数に相当する、周波数変換Ｉ相関信号Ｉ０ｊ、周波数変換Ｑ相関信号Ｑ０ｊを求めて出力する。

この周波数変換装置５ｊにおける周波数変換は、先願発明と同様に、Ｉ相関信号Ｉ０及びＱ相関信号Ｑ０に、乗部（ｃｏｓωＮＴ−ｊｓｉｎωＮＴ）を乗じて、その実数部を周波数変換Ｉ相関信号とし、その虚数部を周波数変換Ｑ相関信号とする。この回転角ωＮＴは、各候補周波数に合わせてそれぞれ数値制御発振器からディジタルワードで与えられ、そのｃｏｓωＮＴ，ｓｉｎωＮＴの値はＲＯＭのテーブルを利用することができる。

この周波数変換装置５ｊにおける周波数変換の処理は、対象とするＩ，Ｑ相関信号Ｉ０，Ｑ０が１ｍｓ毎と非常に遅い周期で行えば良く、また、各候補周波数について１つの変換回路で順次時分割的に処理すれば良いので、極めて小さい回路で実行できるし、消費電流も極めて少なくできる。このことは、局部発振器（キャリアＮＣＯ）を利用して複数の候補周波数に関して周波数変換を行う場合と比較すると、その優位さは明らかである。

ここで、前段の信号アクイジション処理により得られる周波数制御信号Ｆ０は±３０Ｈｚの誤差を有する状態とし、本発明でエッジ検出回路制御器１０で得るべき周波数ＦＳを、図示しない追尾回路にて周波数引き込みが行える１０Ｈｚ以内までにすれば良いものとすると、各周波数変換器５ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）から得られる周波数候補は、Ｆ０＋３０［Ｈｚ］、Ｆ０＋２０［Ｈｚ］、Ｆ０＋１０［Ｈｚ］、Ｆ０［Ｈｚ］、Ｆ０−１０［Ｈｚ］、Ｆ０−２０［Ｈｚ］、Ｆ０−３０［Ｈｚ］、の７つになる。この場合、Ｊ＝７である。

エッジ候補用加算回路６ｊｋは、各周波数変換Ｉ相関信号Ｉ０ｊと周波数変換Ｑ相関信号Ｑ０ｊを、該当するエッジ位置候補位置（周波数候補ｊのエッジ候補ｋ）に対応するそれぞれの加算区間でのコヒーレント加算を行い、それぞれＩコヒーレント加算値とＱコヒーレント加算値とを出力するＮｍｓコヒーレント加算器７ｊｋと、このコヒーレント加算器７ｊｋからのＩコヒーレント加算値とＱコヒーレント加算値を受けて、各コヒーレント加算器ｊｋ毎の信号パワーを求め、所定期間Ｍ回の期間中のノンコヒーレント加算を行うＭ回ノンコヒーレント加算器８ｊｋと、同じく各コヒーレント加算器ｊｋ毎の信号パワーを求め、所定期間Ｌ回（但し、Ｌ＞Ｍ）の期間中のノンコヒーレント加算を行うＬ回ノンコヒーレント加算器９ｊｋとを設ける。Ｍ回（第１の）コヒーレント加算器８ｊｋとＬ回（第２の）コヒーレント加算器９ｊｋとを設けることは、これにより１ｍｓ間のＩ，Ｑ相関信号のＳ／Ｎ比の程度（良い或いは悪い）に応じて、エッジ位置の検出時間を短くするためである。

エッジ検出回路制御器１０では、Ｊ＊Ｋ個の全てのエッジ候補用加算回路６ｊｋからの加算結果を元に、エッジ位置Ｅ０，周波数ＦＳを決定し出力する。このエッジ位置Ｅ０は、疑似距離計算や２０ｍｓの起点の確認に用いられる。また、周波数ＦＳは、キャリア周波数追尾に用いられる。また、エッジ検出回路制御器１０では、エッジ位置Ｅ０，周波数ＦＳの決定に先立って、必要な場合には加算開始時期指示を加算開始時期選択器３へ供給する。以下、それらの決定方法などについて説明する。

まず、エッジ検出用加算回路４ｊにおけるエッジ候補ｋのコヒーレント、ノンコヒーレント結果について見る。図５は、加算区間境界部分での雑音寄与の違いを説明するための図である。ＧＰＳの場合に、エッジスタート位置としては図５に１ｍｓずつ加算区間を変えた、スタート位置００〜１９までの合計２０通りの候補がある。

ここで、例として、
（１）真のエッジ位置は、スタート位置６
（２）周波数候補ｊの周波数の周波数が追尾すべき真の周波数に一致し、図５の各１ｍｓ区間での加算値の絶対値は全て「１」
（３）図５の各１ｍｓ区間での加算値は、００〜０５の区間で「−１」、０６〜２５の区間で「＋１」
の場合を想定し、図５の前半部分でのコヒーレント結果について説明する。

この場合、例えば、スタート位置００のエッジ候補の２０ｍｓ間のコヒーレント結果は、００〜０５が「−１」、０６〜１９が「＋１」だから、−６＋１４＝＋８になる。一方、真のエッジ位置である、スタート位置０６のエッジ候補の２０ｍｓ間のコヒーレント結果は、０６〜２５が全て「＋１」だから、＋２０になる。

これを全スタート位置（エッジ候補番号）に関して求めると、エッジ反転とコヒーレント結果との対応を示す図２のエッジ反転がある場合の図２（ａ）のように真のエッジ位置で最大のコヒーレント結果（第１ピーク）になるので、最大のコヒーレント値が得られたエッジ候補を真エッジ位置とすればよいことになる。

しかし、航法データは反転しない場合もある。上記例において、００〜０５の区間も「＋１」であった場合には、スタート位置００のエッジ候補の２０ｍｓ間のコヒーレント結果も＋２０となる。つまり、航法データの反転が含まれない場合には、図２（ｂ）のようにコヒーレント結果はどのエッジ位置でもほとんど変わらない結果となり、エッジ値の判定は出来ない。

そこで、本発明では、特許文献２とは異なり、エッジ位置Ｅ０の決定に際して、１つの周波数候補ｋ（ｋは、１〜Ｋのいずれか）に関するコヒーレント結果のうち、図２に示した第２番目に大きいコヒーレント結果である第２ピークに対する最大のノンコヒーレント結果である第１ピークの比（第１ピーク値／第２ピーク値）が所定閾値以上の場合に、エッジ位置判定を行うことにより、正確にエッジ検出が行えるようにしている。

なお、以上の説明では、説明を分かりやすくするために１回のコヒーレント結果で説明したが、実際にはＳ／Ｎ比が低い場合でもエッジ検出を行うために、コヒーレント結果が反映された、複数回のノンコヒーレント結果によって、以上のエッジ位置Ｅ０の判定を行う。

また、周波数変換器５ｊからの周波数の違いによるノンコヒーレント結果の差は、図３に示すように、ノンコヒーレント時間と共に顕著になるので、その差（或いは比）が閾値以上になった時点で、真の周波数を決定する。前段の信号アクイジション処理によって、周波数制御信号Ｆ０は数１０Ｈｚまで引き込まれているので、例えば周波数候補は１０Ｈｚ間隔とすれば良い。

真の周波数の決定に際しては、各周波数候補１〜Ｊ内に複数のエッジ位置候補があるが、全てのエッジ候補用加算回路６１１〜６ＪＫの中から単純にノンコヒーレント結果を比較して最大のノンコヒーレント結果が得られた候補から、エッジ位置決定時期と独立に真の周波数を決定しても良いし、また、各周波数候補１〜Ｊ内でエッジ候補がほぼ確定した後に、そのエッジ候補に関してのノンコヒーレント結果から真の周波数を決定しても良い。

このように本発明では、限られた数種類の周波数候補だけに限定でき、効率的であるので、省エネルギー化も図ることができる。なお、特許文献２のようにＦＦＴによる場合には、コヒーレント加算区間しか使用することができないし、本発明のように狭い周波数範囲を調べれば良い場合でも、最終段に至るまでの間は全周波数候補範囲の計算をしなければならず、非効率的である。

さて、以上に説明したような方法でエッジ位置Ｅ０及び追尾周波数ＦＳを決めることが出来るが、エッジ検出で１ｍｓ間違うと測位位置は３００ｋｍ以上と大きく間違ってしまうため、最終のエッジ検出誤り率Ａは十分小さい値とする必要がある。本発明が対象とする「状況３」；１ｍｓ間のＩ，Ｑ相関信号のＳ／Ｎ比は低く雑音に埋もれており、正しく周波数推定がされた状態での２０ｍｓ間のコヒーレント結果のＳ／Ｎ比も悪い状況の場合では、検出したエッジ位置にある確率で検出誤りが発生することは避けられない。そこで、そのエッジ検出において、最終のエッジ位置検出誤り率Ａをユーザーの要求に応えるように、十分に小さい値とする必要がある。

１回のノンコヒーレント結果のエッジ位置検出誤り率Ｂのみでは、最終のエッジ検出誤り率Ａを満足できない。Ｓ／Ｎ比が良い場合には、数回以上同じエッジ位置が連続して検出された場合に、エッジ位置検出完了とすることができる。しかしながら、本発明が対象とするＳ／Ｎ比が悪い場合には、エッジ位置検出誤り率が高いために、同じエッジ位置が連続して検出される確率は低いため、数回以上同じエッジ位置が連続して検出されることが通常期待できない。したがって、本発明では、状況３におけるエッジ位置検出において、検出回数（出現回数）が一番多いエッジ位置候補と２番目に多いエッジ位置候補の検出回数（出現回数）の差が所定の閾値を超えた場合をエッジ位置検出完了（エッジ位置検出終了）とするのが良い。

本発明では、図１に示したように、各コヒーレント加算器ｊｋ毎の信号パワーを求め、所定期間Ｍ回の期間中のノンコヒーレント加算を行うＭ回ノンコヒーレント加算器８ｊｋと、同じく各コヒーレント加算器ｊｋ毎の信号パワーを求め、所定期間Ｌ回（但し、Ｌ＞Ｍ）の期間中のノンコヒーレント加算を行うＬ回ノンコヒーレント加算器９ｊｋとを併用している。Ｍ回（第１の）コヒーレント加算器８ｊｋとＬ回（第２の）コヒーレント加算器９ｊｋとを設けることは、これにより１ｍｓ間のＩ，Ｑ相関信号のＳ／Ｎ比の程度（良い、或いは、悪い）に応じて、エッジ位置の検出時間を短くするためである。

１ｍｓ間のＩ，Ｑ相関信号のＳ／Ｎ比が良い場合は、ノンコヒーレント時間が短くても、エッジ誤り率は十分小さいので、図４に示すようにノンコヒーレント時間が短い場合の方がエッジ検出時間は短い。一方、信号Ｓ／Ｎ比が悪い場合は、ノンコヒーレント時間が短いとエッジ誤り率が大きく、多くの回数分チェックしなければならないので、図４に示すようにノンコヒーレント時間が長い場合の方がエッジ検出時間は短い。つまり、この両方式を同時に行い、早く終了した方を採用すれば、最短のエッジ位置検出時間を実現できる。

ところで、エッジ位置検出誤り率（エッジ誤り率）は、エッジ誤り率を説明するための図６の真のエッジ位置が加算区間境界付近でない場合を示す図６（ａ）に示すように、真のエッジ位置から、加算区間が±１ｍｓ異なる場合が、他のそれ以上異なる加算区間より十分に高い。なお、エッジ誤り率は、「真位置でない、誤った」エッジ位置となる確率であるから、真のエッジ位置におけるエッジ誤り率は定義できない。図６において、エッジ誤り率に代えて、エッジ検出の発生率で表現すると、真のエッジ位置以外でのエッジ検出の発生率はエッジ誤り率と同様に表現でき、真のエッジ位置のエッジ検出の発生率は、真のエッジ位置以外のエッジ検出の発生率より、より高い発生率で表される。

また、エッジ誤り率は、真のエッジ位置が加算区間境界付近である場合には、図６（ｂ）に示すように、加算区間が＋１ｍｓ或いは−１ｍｓ異なる場合に更に高くなる。

この理由を、真のエッジ位置が０ｍｓの場合について、図５を利用して説明する。加算区間が＋１ｍｓずれる場合は、図５において黒く塗りつぶした加算先頭と最後の１ｍｓしか、加算区間の違いはない。つまり、殆どの区間が同一である。一方、加算区間が−１ｍｓであるスタート位置＝１９の場合と比較すると、図５において斜線を施した１９ｍｓ＊２の部分が、別の時間の加算区間となる。信号レベルが低い状態では、２０ｍｓ間コヒーレント加算のみでは信号成分は雑音以下であるので、加算結果には加算区間が異なることによる雑音部分の差がそのまま反映されやすいので、エッジ誤り率は更に高くなってしまう。

そこで、本発明では、エッジ検出回路制御器１０で、エッジ位置Ｅ０，周波数ＦＳの決定に先立って、ノンコヒーレント結果から得られたエッジ決定候補を観測し、エッジ決定候補が加算区間境界付近であった場合には、加算開始時期選択器に与える加算時期を所定区間（例えば、１０ｍｓ）ずらすことが必要になる。この加算時期を所定区間ずらすために、加算開始時期指示を加算開始時期選択器３へ供給する。これにより、常に図６（ａ）のような状態でエッジ検出を行うことが可能になる。なお、加算時期の初期値は、エッジ検出用加算回路４１〜４Ｊを使用し始めた時期とする。

なお、加算区間境界の±５ｍｓ区間とそれ以外に分けて、エッジ決定候補数が加算区間境界の±５ｍｓ区間の方に多い時に、上記１０ｍｓずらす調整を行っても良い。また、上記１０ｍｓ調整前のエッジ決定候補情報を１０ｍｓずらした位置の情報として記憶し、１０ｍｓ調整後にもその情報を有効利用しても良い。

この加算開始時期は、５ｍｓ区間で区別できれば十分であるため、誤り率はエッジ位置決定より少ない回数で行える。例えば、加算開始時期を決定する回数閾値が２回、エッジ位置決定ができる回数閾値が４回であったとすると、加算開始時期調整前の２回分も有効利用すれば、調整後は後２回分の待ち時間で済むことになる。

以上の説明では、加算開始時期選択器３、エッジ検出用加算回路４１〜４Ｊをハードにて構成する場合を例として説明したが、これらをソフトウェアで実現しても良い。

また、ネットワークからのアシスト情報を使わない構成で説明したが、利用可能な情報、例えば、追尾周波数、概略エッジ位置、航法データ等の情報があれば、それらを利用しても良い。

本発明の実施例に係る衛星信号受信機の全体構成図 エッジ反転とコヒーレント結果との対応を示す図 周波数差とノンコヒーレント結果との対応を示す図 ノンコヒーレント時間とエッジ検出時間との関係を示す図 加算区間境界部分での雑音寄与の違いを説明するための図 エッジ誤り率を説明するための図

符号の説明

１０１ アンテナ、１０２ ダウンコンバータ、１０３ Ａ／Ｄ変換器
１ １ｍｓ相関チャンネル回路、２ キャリアＮＣＯ、３ 加算開始時期選択器、
４１〜４Ｊ エッジ検出用加算回路、５１〜５Ｊ 周波数変換器、
６１１〜６ＪＫ Ｎｍｓコヒーレント加算器、
８１１〜８ＪＫ Ｍ回ノンコヒーレント加算器、
９１１〜９ＪＫ Ｌ回ノンコヒーレント加算器、１０ エッジ検出回路制御器

Claims (3)

1. 周波数制御信号を受けてキャリア周波数信号を発生するキャリア局部発振器を含み、衛星信号を変換し入力される特定衛星信号に関する受信信号とＰＮコードとのコード相関及び前記キャリア周波数信号とのキャリア相関が採られ、１ｍｓ間のＩ相関信号とＱ相関信号とを同時に１ｍｓ毎に出力する１ｍｓ相関チャンネル回路と、
   前記Ｉ相関信号とＱ相関信号に対して、それぞれ異なる周波数候補に関してそれぞれ周波数変換された周波数変換Ｉ相関信号と周波数変換Ｑ相関信号を演算し出力する、複数Ｊ個の周波数変換器と、
   前記複数Ｊ個の周波数変換器からの各周波数変換Ｉ相関信号と周波数変換Ｑ相関信号を、複数Ｋのエッジ位置候補位置に対応するそれぞれの加算区間でのコヒーレント加算を行い、それぞれＩコヒーレント加算値とＱコヒーレント加算値とを出力する、複数Ｊ＊Ｋ個のコヒーレント加算器と、
   前記複数Ｊ＊Ｋ個のコヒーレント加算器からのＩコヒーレント加算値とＱコヒーレント加算値を受けて、各コヒーレント加算器毎の信号パワーを求め、少なくとも１つの所定期間に関し、その期間中のノンコヒーレント加算を行う、複数Ｊ＊Ｋ個のノンコヒーレント加算器と、
   前記複数Ｊ＊Ｋ個のノンコヒーレント加算器の加算結果からエッジ位置及び追尾周波数を同時に決定するエッジ検出回路制御器と、
   を備えたことを特徴とする衛星信号受信機。
2. 前記１ｍｓ相関チャンネル回路と前記複数Ｊ個の周波数変換器との間に、エッジ位置検出用の加算区間を設定する加算開始時期選択器を設けるとともに、その加算区間の設定を前記エッジ検出回路制御器からの加算区間を指示する加算開始時期指示に基づいて行うことを特徴とする請求項１に記載の衛星信号受信機。
3. 前記エッジ検出回路制御器でのエッジ位置の決定に際して、１つの周波数候補ｋ（ｋは、１〜Ｋのいずれか）に関するコヒーレント結果のうち、第２番目に大きいコヒーレント結果に対する最大のノンコヒーレント結果の比が所定閾値以上の場合に、エッジ位置判定を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の衛星信号受信機。