JP2010101695A - 信号受信装置、相関処理方法、相関処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】他の装置から位相反転情報を取得することなく、受信信号の高感度化を図ることができる信号受信装置を提供することにある。
【解決手段】信号受信装置は、複数の衛星から信号を受信し、当該信号を処理しやすい周波数に変換する。信号受信装置は、相関処理手段を受信しようとしている衛星の数だけ備えている。相関処理手段は、既知の参照用信号を信号受信装置内部で発生させ、タイミングをずらしながら変換した信号に掛け合わせることによって、相関出力を取得する。また、上記の相関処理手段は、他の衛星に対応する相関処理手段が他の衛星から受信した信号の変換信号について相関処理を行った結果に基づいて特定した位相反転除去用データを用いて、相関出力を取得する。
【選択図】図４

Description

本発明は、信号を受信する技術に関する。

従来のＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信装置を含むシステムの中には、衛星からのＧＰＳ信号をＧＰＳ受信装置が受信すると共に、良好な受信状況にあり、且つ当該ＧＰＳ受信装置と通信可能である外部サーバが受信し、ＧＰＳ受信装置が上記外部サーバから取得した航法データの位相反転情報を取得し、当該位相反転情報を用いて、ＧＰＳ受信信号を長時間に亘って位相積分し、ＧＰＳ受信装置の高感度化を図るシステムがある（特許文献１参照）。

特許文献１のＧＰＳ受信装置を概念的に示した図を図１４（Ａ）に示す。図１４（Ａ）に示すように、ＧＰＳ受信装置では、アンテナが受信する信号を受信する。当該信号は、搬送波が「既知のＰＲＮ（Ｐｓｅｕｄｏ Ｒａｎｄｏｍ Ｎｏｉｓｅ）コード」と「未知の航法データ」によって変調されたものである。フロントエンドは、アンテナが受信した信号を処理しやすい周波数に変換し、相関処理部に入れる。そして、外部サーバから位相反転情報を取得し、当該位相反転情報を用いて、ＧＰＳ受信信号を長時間に亘って、位相積分する。

また、上記特許文献１に記載のＧＰＳ受信装置以外に、航法データが一定期間同じデータが繰り返されるという特性に着目し、過去に取得した航法データから特定した位相反転情報を用いて、ＧＰＳ受信信号を長時間に亘って位相積分し、ＧＰＳ受信装置の高感度化を図る方法も提案されている（特許文献２参照）。

特許文献２のＧＰＳ受信装置を概念的に示した図を図１４（Ｂ）に示す。図１４（Ｂ）に示すように、このＧＰＳ受信装置では、一周期分の航法データを取得し、当該航法データを取得する過程で特定した位相反転情報を用いて、位相積分する。

特許第３６２４８２６号 特開２００５−６４９８３号公報

特許文献１のＧＰＳ受信装置の場合、他のサーバ装置から通信媒体を介して位相反転情報を取得しており、通信状況によっては、位相反転情報をタイムリーに取得することができないため、適切にＧＰＳ受信装置の高感度化が図れない可能性があるという問題点がある。

また、特許文献２のＧＰＳ受信装置の場合、航法データが１周期分送られるまで、位相反転情報を特定することができない。ここで、航法データが送信される構成を概念的に示した図１５（Ａ）を示す。航法データは、サブフレーム１〜５から構成され、サブフレーム１〜５まで順に送信された後は、再びサブフレーム１から送信される。１つのサブフレームの長さは６秒である。各サブフレームが含む情報について、図１５（Ｂ）に示す。

サブフレーム１〜３は、繰り返し毎に、毎回同じデータが送られてくるため３０秒の繰り返し周期となる。サブフレーム４、サブフレーム５はさらにページ１〜２５で構成され、繰り返し毎にページが変化していく。ページ２５まで終了したら、またページ１から始まる。よって同じデータが繰り返される周期は、７５０秒となり、特許文献２のＧＰＳ受信装置は、早くても電源投入後７５０秒経過するまで、位相反転情報を特定することができず、サブフレーム４、５の期間において高感度化が図れないという問題点があった。

本発明が解決しようとする課題としては、上記のようなものが例として挙げられる。本発明の目的は、他の装置から位相反転情報を取得することなく、ＧＰＳ受信装置の電源投入後短時間で、受信信号の高感度化を図ることができる信号受信装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、信号受信装置であって、複数の衛星から信号を受信する受信手段と、前記複数の衛星に対応する複数の相関処理手段と、相関処理手段による相関処理結果に基づいて位相反転除去用データを生成する位相反転除去用データ生成手段と、を備え、前記相関処理手段の各々は、参照用信号を発生する参照用信号発生手段と、対応する衛星から受信した信号を変換して変換信号を生成する変換信号生成手段と、前記参照用信号と前記変換信号との相関を検出して相関検出結果を生成する相関検出手段と、を備え、前記相関検出手段は、他の相関処理手段が生成した相関処理結果に基づいた位相反転除去用データを用いて、前記相関検出結果を生成することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、相関処理方法であって、複数の衛星から信号を受信する受信工程と、前記衛星に対応する相関処理を行う相関処理工程と、相関処理工程で出力した相関処理結果に基づいて位相反転除去用データを生成する位相反転除去用データ生成工程と、を備え、前記相関処理工程では、参照用信号を発生する参照用信号発生工程と、対応する衛星から受信した信号を変換して変換信号を生成する変換信号生成工程と、前記参照用信号と前記変換信号との相関を検出して相関検出結果を生成する相関検出工程と、を備え、前記相関検出工程は、他の衛星に対応する相関処理工程で生成した相関処理結果に基づいた位相反転除去用データを用いて、前記相関検出結果を生成することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、コンピュータを備える装置によって実行される相関処理プログラムであって、複数の衛星から信号を受信する受信手段、前記複数の衛星に対応する複数の相関処理手段、相関処理手段による相関処理結果に基づいて位相反転除去用データを生成する位相反転除去用データ生成手段、として前記コンピュータを機能させ、前記相関処理手段の各々は、参照用信号を発生する参照用信号発生手段、対応する衛星から受信した信号を変換して変換信号を生成する変換信号生成手段、前記参照用信号と前記変換信号との相関を検出して相関検出結果を生成する相関検出手段、として機能し、前記相関検出手段は、他の相関処理手段が生成した相関処理結果に基づいた位相反転除去用データを用いて、前記相関検出結果を生成することを特徴とする。

本発明の好適な実施形態では、複数の衛星から信号を受信する受信手段と、前記複数の衛星に対応する複数の相関処理手段と、相関処理手段による相関処理結果に基づいて位相反転除去用データを生成する位相反転除去用データ生成手段と、を備え、前記相関処理手段の各々は、参照用信号を発生する参照用信号発生手段と、対応する衛星から受信した信号を変換して変換信号を生成する変換信号生成手段と、前記参照用信号と前記変換信号との相関を検出して相関検出結果を生成する相関検出手段と、を備え、前記相関検出手段は、他の相関処理手段が生成した相関処理結果に基づいた位相反転除去用データを用いて、前記相関検出結果を生成する。

上記信号受信装置は、具体的には、ＧＰＳ装置等に適用できる。上記の信号受信装置は、複数の衛星から信号を受信し、当該信号を処理しやすい周波数に変換する。また、信号受信装置は、相関処理手段を受信しようとしている衛星の数だけ備えている。

相関処理手段は、既知の参照用信号を信号受信装置内部で発生させ、タイミングをずらしながら変換した信号に掛け合わせることによって、相関出力を取得する。上記参照用信号の具体例として、ＰＲＮ（Ｐｓｅｕｄｏ Ｒａｎｄｏｍ Ｎｏｉｓｅ）コードがある。

また、上記の相関処理手段は、他の衛星に対応する相関処理手段が他の衛星から受信した信号の変換信号について相関処理を行った結果に基づいて特定した位相反転除去用データを用いて、相関出力を取得する。

各衛星から同じ航法データが送信されている場合、位相反転除去用データを用いて受信した変換信号に含まれる航法データにおける切り替わりを特定することができ、参照用信号を、変換信号に掛け合わせる期間（積算期間）を長くすることが可能となるため、ノイズの影響が相対的に低くなり、弱い信号でも正しく相関度合いを得ることが可能となる。つまり、信号受信装置は、高感度化を実現することができる。例えばＧＰＳにおいては、各衛星のサブフレーム４，５のデータは同じものが送信される傾向にあることが知られている。

なお、本実施例では、相関値のピーク値や、当該相関値のピーク値のタイミング情報を相関検出結果という。

上記の信号受信装置の一態様では、自己の相関処理手段が変換信号に含まれる航法データと同じ航法データの信号を取得している他の相関処理手段を特定し、特定した相関処理手段の相関処理に基づいて生成された航法データビットを用いて相関処理を行うことを決定する位相反転除去用データ決定手段を前記相関処理手段として含み、前記相関検出手段は、前記位相反転除去用データ決定手段が決定した位相反転除去用データを用いて、前記相関検出結果を生成する。この場合、信号受信装置は、自己の相関処理手段に対応する衛星から取得している信号に含まれている航法データと同一の航法データを取得している他の衛星に対応する相関処理手段が行った相関処理に基づいて生成された位相反転除去用データを利用して、相関処理を行うので、より確実に適切な相関出力結果を出力することができる。

上記の信号受信装置の他の一態様では、前記相関処理手段は、自己の相関処理手段に対応する衛星から受信した信号と、他の相関処理手段に対応する衛星から受信した信号との受信タイミングの差異に合わせて、相関検出結果を出力する。この場合、信号受信装置は、各衛星までの距離の差に基づいて信号を受信するタイミングを特定し、タイミングの違いに応じて、相関処理を行うので、信号を受信するタイミングが異なっても適切に相関出力結果を出力することができる。

上記の信号受信装置の他の一態様では、各衛星から受信した信号の変換信号を保持するデータ保持手段をさらに備え、前記相関処理手段は、前記データ保持手段で保持している、自己の相関処理手段に対応する衛星より後に受信した他の衛星の信号の変換信号から特定した位相反転除去用データを用いて、相関検出結果を出力する。この場合、信号受信装置は、各衛星から受信した信号の変換信号を一時的に保持しておき、所定のタイミングで相関処理を行うので、自己の相関処理手段に対応する衛星より後に受信した他の衛星の信号の変換信号から抽出した位相反転除去用データを用いて、相関検出結果を出力することができる。

上記の信号受信装置の他の一態様では、前記相関処理手段は、他の相関処理手段の相関処理結果に基づいて生成された位相反転除去用データに対応する信号より後の周期における、自己の衛星から受信した信号の変換信号について、前記位相反転除去用データを用いて相関検出結果を出力する。

この場合でも、信号受信装置は、他の相関処理手段が相関処理した結果に基づいて生成された位相反転除去用データを利用して、相関検出結果を出力するので、弱い信号でも正しく相関度合いを得ることが可能となる。

上記の信号受信装置の他の一態様では、前記相関処理手段では、積算手法を制御する積算手法制御手段をさらに含み、前記積算制御手段は、最初に参照用信号と変換信号とについて相関処理を行うことを決定し、前記相関値が閾値に達していない場合に、他の衛星に対応する相関処理手段による相関処理結果に基づいて生成された位相反転除去用データを利用して、参照用信号と変換信号との相関処理を行うことを決定する。この場合、相関処理手段は、最初に参照用信号と、変換信号とを用いて相関値を特定した後に、当該相関値が閾値に達していない場合に限り、他の相関処理手段が相関処理を行った結果に基づいた位相反転除去用データを用いて、相関検出結果を出力するので、常に他の相関処理手段による相関処理結果に基づいた位相反転除去用データを使用する場合に比して、処理負荷を低減させることができる。

本発明の他の観点では、複数の衛星から信号を受信する受信工程と、前記衛星に対応する相関処理を行う相関処理工程と、相関処理工程で出力した相関処理結果に基づいて位相反転除去用データを生成する位相反転除去用データ生成工程と、を備え、前記相関処理工程では、参照用信号を発生する参照用信号発生工程と、対応する衛星から受信した信号を変換して変換信号を生成する変換信号生成工程と、前記参照用信号と前記変換信号との相関を検出して相関検出結果を生成する相関検出工程と、を備え、前記相関検出工程は、他の衛星に対応する相関処理工程で生成した相関処理結果に基づいた位相反転除去用データを用いて、前記相関検出結果を生成する。

このような、相関処理方法によっても、各衛星から同じ航法データを含んだ信号が送信される傾向にあるという点に着目して、位相反転除去用データを用いて受信した変換信号に含まれる航法データにおける切り替わりを特定し、参照用信号を、変換信号に掛け合わせる期間（積算期間）を長くすることが可能となるので、ノイズの影響が相対的に低くなり、弱い信号でも正しく相関度合いを得ることが可能となる。

本発明の他の観点では、コンピュータを備える装置によって実行される相関処理プログラムであって、複数の衛星から信号を受信する受信手段、前記複数の衛星に対応する複数の相関処理手段、相関処理手段による相関処理結果に基づいて位相反転除去用データを生成する位相反転除去用データ生成手段、として前記コンピュータを機能させ、前記相関処理手段の各々は、参照用信号を発生する参照用信号発生手段、対応する衛星から受信した信号を変換して変換信号を生成する変換信号生成手段、前記参照用信号と前記変換信号との相関を検出して相関検出結果を生成する相関検出手段、として機能し、前記相関検出手段は、他の相関処理手段が生成した相関処理結果に基づいた位相反転除去用データを用いて、前記相関検出結果を生成する。

このような相関処理プログラムを、各種装置上で実行することにより、本発明の信号受信装置を実現することができる。なお、上記相関処理プログラムは、記録媒体に記録した状態で好適に取り扱うことができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。

［信号受信に関する高感度化手法］
最初に、信号受信に関する高感度化手法について説明する。ＧＰＳ受信装置は、アンテナ、フロントエンド、及び相関処理部を備えている。アンテナが受信する信号は、搬送波が「既知のＰＲＮコード」と「未知の航法データ」とによって変調されたものである。フロントエンドは、アンテナが受信した信号を処理しやすい周波数に変換し、相関処理部に入れる。相関処理部は、受信しようとしている衛星の数だけ用意される。相関処理部は、受信したい衛星の既知のＰＲＮコードを受信機内部で発生させ（ローカル信号）、図１に示すように、タイミングをずらしながら搬送波成分を除去した受信信号に掛け合わせることによって相関出力を取得する。

はっきりと相関出力のピークが検出できた場合、そのときのタイミングから衛星との距離が求まり、これを元にＧＰＳ受信装置の位置を計算することができる。また、同時に未知の航法データを得ることができる。

相関処理部がローカル信号を受信信号に掛け合わせる期間（積算期間）は、一般的にＰＲＮコード長の倍数が使用される。この期間が長ければ長いほど、ノイズの影響が相対的に低くなり弱い信号でも正しく相関度合いを得ることができる。つまり、高感度化を実現することができる。

長時間の積算方法として、コヒーレント積算と、インコヒーレント積算とがある。コヒーレント積算とは、単純に長い期間のコードを発生させ、積算する方法をいう。コヒーレント積算を用いれば、高感度化を図ることができる。しかし、受信信号は、未知の航法データにより、ＰＲＮコードそのものが反転してしまっている可能性があるため、積算期間は航法データビットの切り替わりを跨ぐことができない。図２に示すように、切り替わりを跨ぐと相関出力が打ち消しあい、ピークを検出することができなくなる。従って、ＧＰＳ受信装置は、積算期間を、航法データビットの切替り期間以下となる２０ｍｓｅｃ以下に設定する必要があった。

インコヒーレント積算とは、コヒーレント積算した結果の二乗をとり、それを足し合わせていく方法をいう。インコヒーレント積算は、コヒーレント積算と比べてあまり高感度化を図ることはできない。

よって、より高感度化を達成するためには、より長い積分期間を設定し、コヒーレント積算を行う必要がある。そのためには何らかの方法で、未知の航法データを知り、ローカル信号にも航法データによる反転の影響を取り除いた上で長時間のコヒーレント積算を行うことが必要となる。

長時間のコヒーレント積算を行う手法を用いてＧＰＳ受信装置として、特許文献１や特許文献２のＧＰＳ受信装置があるが、上述した問題点を有する。以下に、本発明に係る信号受信装置を示す。

［信号受信装置］
図３に、本発明の信号受信装置１００の概要図を示す。信号受信装置１００は、未知の航法データを取得するために、他の衛星から取得した航法データを利用することを特徴とする。これは、各衛星から同じ航法データを含んだ信号が送信される傾向にあることに着目したものである。

他の衛星が全く同じ航法データを送信している場合、その衛星の信号から復調した航法データをもって航法データの影響を取り除くことが可能となる。

図４に信号受信装置１００の機能構成を示す。信号受信装置１００は、実体的には、ＧＰＳ受信装置として機能する。信号受信装置１００は、アンテナ１０と、フロントエンド２０と、相関処理部３０と、記憶部４０と、航法データ生成部５０と、距離算出部６０とを備える。また、相関処理部３０は、ＰＲＮコード発生部３１と、搬送波成分除去部３２と、ＰＲＮコード積算部３３と、相関検出部３４と、積算手法制御部３５と、航法データビット決定部３６と、航法データビット取得部３７とを備える。上記の相関処理部３０、記憶部４０、及び距離算出部６０は、受信衛星数分存在する。以下、任意の１つの相関処理部について、単に相関処理部３０と記載する。

アンテナ１０は、衛星から送信された信号を受信する。フロントエンド２０は、アンテナ１０が受信した信号に周波数変換及び信号増幅処理を施して中間周波数に変換し、さらに、当該中間周波数をデジタル信号に変換する。

相関処理部３０は、フロントエンド２０から取得した信号情報と、相関処理部３０自身が発生させるＰＲＮコードとの相関処理を行う。

ＰＲＮコード発生部３１は、ＰＲＮコードを発生させる。本実施例では、当該ＰＲＮコードが参照用信号として機能する。搬送波成分除去部３２は、図５に示すように、フロントエンド２０から取得した信号である入力信号の周波数と同じ正弦波（ｓｉｎ波）を掛け合わせることによって、ＰＲＮコード＋航法データの成分のみを取り出す。

ＰＲＮコード積算部３３は、搬送波成分除去部３２が搬送波成分を除去した信号に対して、ＰＲＮコード発生部３１が発生させたＰＲＮコードを掛け合わせる。

相関検出部３４は、ＰＲＮコード積算部３３が掛け合わせた結果に基づいて、相関値がピークとなるタイミングを特定したり、相関値のピーク値を特定したりする。ここでいう相関値のピーク値や、相関値がピークとなるタイミングは、相関検出結果として機能する。

積算手法制御部３５は、他の相関処理部３０が特定した航法データビットを用いて、相関値を特定するか否かを決定する。

航法データビット決定部３６は、ＧＰＳ信号の受信状態が良い時に、自己の相関処理部３０が特定した相関値等に基づいて生成された航法データと、他の相関処理部３０が特定した相関値等に基づいて生成された航法データとを比較し（以下、当該比較処理を、「カップリング」ともいう）、自己の相関処理部３０が変換信号から抽出した航法データと同じ航法データの信号を取得している相関処理部３０を特定し、相関処理を行う際に利用する航法データビットを決定する。航法データビット決定部３６が位相反転除去用データ決定手段として機能する。

例えば、ＧＰＳのサブフレーム４，５でこの技術を使う場合、図６に示すように、衛星ｂの受信状態が良い場合に、航法データビット決定部３６は、衛星ｂから受信した信号を処理する相関処理部３０が特定した相関値を用いて生成した航法データのサブフレーム４、５と、他の衛星である衛星ａや衛星ｃから受信した信号に基づいて生成した航法データのサブフレーム４、５とを比較する。なお、信号受信装置１００は、受信状態の良否を、受信した信号から航法データを適切に取得できたか否かにより判断する。

衛星ｂから受信した信号に関する相関検出結果を出力する相関処理部３０の航法データビット決定部３６は、衛星ｂの航法データのサブフレーム４及び５と、衛星ａの航法データのサブフレーム４及び５とが一致し、衛星ｂの航法データのサブフレーム４及び５と、衛星ｃの航法データのサブフレーム４及び５とが一致していない場合、積算期間を長く設定して相関処理を行う際に、衛星ａの航法データビットを用いることを決定する。

このように、信号受信装置１００は、自己の相関処理部３０に対応する衛星から取得している信号に含まれている航法データと同一の航法データを取得している他の衛星に対応する相関処理部３０が行った相関処理に基づいて生成された位相反転除去用データ（航法データビット）を利用して、相関処理を行うので、より確実に適切な相関出力結果を出力することができる。

航法データビット決定部３６が、取得対象を特定する処理手順を図７のフローチャートを用いて説明する。

航法データビット決定部３６は、上述のように他の衛星から取得している信号の航法データが、自己の相関処理部３０で取得している信号の航法データと一致しているか判断し、一致している場合には（ステップＳ３１；Ｙｅｓ）、他の衛星からの受信状態が良いか否かを判断し、受信状態が良ければ（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、積算期間を長く設定してＰＲＮコードと、変換した信号とを掛け合わせる際に、当該衛星から取得している信号の航法データビットを用いることを決定し（ステップＳ３３）、処理を終了する。

サブフレーム４、５においてどの衛星同士の航法データが一致しているかは分からない。従って、航法データビット決定部３６は、取得対象を特定する処理を行う場合は、全ての衛星のデータを試してみるようにしても良いし、その代わりに、受信状況の良い間にそれぞれ受信した航法データを比較して、カップリングしておいて一致していると考えられる衛星のデータを試しても良い。

航法データビット取得部３７は、上記航法データビット決定部３６が特定した相関処理部３０に対応する航法データビットを取得する。ここでいう航法データビットは、位相反転除去用データとして機能する。記憶部４０は、各種信号情報等、種々の情報を保持するメモリである。

航法データ生成部５０は、相関検出部３４が検出した相関値がピークとなるタイミングや相関値を用いて航法データビット列を抽出し、当該航法データビット列を航法データのフォーマットに従い、航法データを復元する。航法データ生成部５０は、位相反転除去用データ生成手段として機能する。距離算出部６０は、相関値がピークとなるタイミングに基づいて衛星と信号受信装置１００との距離を算出する。

［相関処理方法］
次に、本実施例による相関処理方法について説明する。本実施例における相関処理方法とは、ある相関処理部３０がフロントエンド２０で生成したデジタル信号についてＰＲＮコードで積算した結果に基づいて相関値を特定し、当該相関値が閾値に達していない場合に、別の相関処理部３０が特定した相関値に基づいて生成した航法データビットを用いて積算期間を長く設定し、再度ＰＲＮコードで積算し、適切な相関値を特定する方法をいう。なお、積算手法制御部３５は、最初に積算手法を「短時間積算」に設定しているものとする。本実施例では、「短時間積算」とは、積算期間を２０ｍｓｅｃ以内で設定し、ＰＲＮコードとデジタル信号とを掛け合わせて相関検出結果を出力することをいい、「長時間積算」とは、積算期間を２０ｍｓｅｃより長く設定し、他の相関処理部３０が出力した相関検出結果に基づいて生成された航法データビットを用いて、ＰＲＮコードとデジタル信号とを掛け合わせて相関検出結果を出力することをいう。

まず、相関処理部３０では、フロントエンド２０が衛星から取得した信号を変換したデジタル信号を相関処理部３０へ入力した後に、ＰＲＮコード発生部３１がＰＲＮコードを発生させる。

そして、搬送波成分除去部３２が、デジタル信号から搬送波成分を除去し、ＰＲＮコード積算部３３は、積算期間を２０ｍｓｅｃ以内で設定し、当該積算期間で、上記デジタル信号とＰＲＮコードとを掛け合わせる。

そして、相関検出部３４は、ＰＲＮコード積算部３３が掛け合わせた結果に基づいて、相関値がピークとなるタイミングを特定したり、相関値のピーク値を特定したりする。

ここで、相関検出部３４が検出した相関値のピーク値が閾値に達していた場合、当該相関値がピークとなるタイミングや相関値のピーク値に基づいて、航法データ生成部５０が航法データを生成したり、距離算出部６０が衛星と信号受信装置１００との距離を算出したりする。

一方、相関検出部３４が検出した相関値のピーク値が閾値に達していない場合、積算手法制御部３５は、長時間積算で積算する旨決定する。長時間積算する場合、ＰＲＮコード発生部３１がＰＲＮコードを発生させ、搬送波成分除去部３２が搬送波成分を除去する。そして、航法データビット取得部３７は、航法データビット決定部３６が決定した航法データビットを取得する。

ＰＲＮコード積算部３３は、積算期間を２０ｍｓｅｃ以上に設定し、当該積算期間で、上記航法データビットを用いてＰＲＮコードを掛け合わせる。相関検出部３４は、ＰＲＮコード積算部３３が掛け合わせた結果に基づいて、相関値がピークとなるタイミングを特定したり、相関値を特定したりする。

そして、相関検出部３４が検出した相関値が閾値に達していた場合、当該相関値がピークとなるタイミングや相関値のピーク値に基づいて、航法データ生成部５０が航法データを生成したり、距離算出部６０が衛星と信号受信装置１００との距離を算出したりする。

上述のように、信号受信装置１００では、他の相関処理部３０が取得した航法データビットを用いて、相関値がピークとなるタイミングや、当該相関値を特定したりしているので、リアルタイムで高感度化を実現することができる。すなわち、信号の強い衛星が割り当てられた相関処理部３０で行った相関処理に基づいて生成された航法データビットをリアルタイムで利用して、航法データにおける切り替わりを特定することが可能となる。

ＧＰＳでは、複数の衛星が同じデータを送信している可能性があるサブフレーム４、５について、上記相関処理方法を適用することができるため、本願発明における信号受信装置１００は特許文献２のＧＰＳ受信装置において問題となっていたサブフレーム４、５の繰り返し周期の長さを解決することができる。

各衛星からは同じタイミングで航法データが送信されている。しかし、衛星と信号受信装置１００との距離は、衛星によって異なるため、同じタイミングで送信された航法データを信号受信装置１００が受信するタイミングは、数ｍｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃ異なる。そこで、信号受信装置１００の相関処理部３０は、衛星との距離に基づいて到達時刻誤差があるか否かを計算し、到達時刻の誤差がある場合、誤差を考慮して他の相関処理部３０が行った相関処理の結果により生成された航法データビットを用いて、相関処理を行う。

図８は、衛星ａから取得した航法データビットを利用して衛星ｂの反転の影響を除去している様子である。同じ時刻に送信されたビットを利用して反転を除去している。

この場合、信号受信装置１００は、各衛星までの距離の差に基づいて信号を受信するタイミングを特定し、タイミングの違いに応じて、相関処理を行うので、信号を受信するタイミングが異なっても適切に相関出力結果を出力することができる。

［相関処理手順］
次に、上記相関処理方法の手順について、図９及び図１０のフローチャートを用いて説明する。図９のフローチャートは、「短時間積算処理」のフローチャートであり、図１０のフローチャートは、「長時間積算処理」のフローチャートである。

（１）短時間積算処理
まず、ＰＲＮコード発生部３１は、ＰＲＮコードを発生させる（ステップＳ１）。搬送波成分除去部３２は、搬送波成分を除去する（ステップＳ２）。ＰＲＮコード積算部３３は、積算期間を２０ｍｓｅｃ以内で設定し（ステップＳ３）、当該積算期間でＰＲＮコードを掛け合わせる（ステップＳ４）。

ＰＲＮコード積算部３３は、タイミングをずらしながらサーチ範囲分について搬送波成分を除去した信号と、上記ＰＲＮコードとを掛け合わせる（ステップＳ４〜ステップＳ６）。サーチ範囲分終了後（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、相関検出部３４は、相関値のピーク値及び相関値ピークタイミングを特定する（ステップＳ７）。

積算手法制御部３５は、相関検出部３４が特定した相関値のピーク値が、所定の閾値未満である場合（ステップＳ８；Ｎｏ）、長時間積算へ切り換えて（ステップＳ１１）、短時間積算処理を終了する。

また、相関検出部３４が特定した相関値のピーク値が、所定の閾値以上である場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、距離算出部６０は、相関検出部３４が特定した相関値のピーク値及び相関値ピークタイミングを用いて衛星との距離を算出する（ステップＳ９）。そして、航法データ生成部５０は、相関値のピーク値及び相関値ピークタイミングを用いて、航法データを生成し、記憶部４０へ当該航法データを登録する。なお、航法データ生成部５０は、航法データビットも登録し（ステップＳ１０）、短時間積算処理を終了する。

（２）長時間積算処理
まず、ＰＲＮコード発生部３１は、ＰＲＮコードを発生させる（ステップＳ２１）。そして、搬送波成分除去部３２は、搬送波成分を除去する（ステップＳ２２）。航法データビット取得部３７が、航法データビットを取得した場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、ＰＲＮコード積算部３３は、２０ｍsec以上の積算期間を設定し（ステップＳ２４）、当該積算期間でＰＲＮコードを掛け合わせる（ステップＳ２５）。

ＰＲＮコード積算部３３は、タイミングをずらしながらサーチ範囲分について搬送波成分を除去した信号と、上記ＰＲＮコードとを掛け合わせる（ステップＳ２５〜ステップＳ２７）。サーチ範囲分終了後（ステップＳ２６；Ｙｅｓ）、相関検出部３４は、相関値のピーク値及び相関値ピークタイミングを特定する（ステップＳ２８）。

また、相関検出部３４が特定した相関値のピーク値が、所定の閾値を上回る場合（ステップＳ２９；Ｙｅｓ）、距離算出部６０は、相関検出部３４が特定した相関値のピーク値及び相関値ピークタイミングを用いて衛星との距離を算出し（ステップＳ３０）、長時間積算処理を終了する。

以上述べたように、信号受信装置１００は、複数の衛星から信号を受信する受信手段と、複数の衛星に対応する複数の相関処理手段と、相関処理手段による相関処理結果に基づいて位相反転除去用データを生成する位相反転除去用データ生成手段と、を備え、相関処理手段の各々は、参照用信号を発生する参照用信号発生手段と、対応する衛星から受信した信号を変換して変換信号を生成する変換信号生成手段と、参照用信号と変換信号との相関を検出して相関検出結果を生成する相関検出手段と、を備え、相関検出手段は、他の相関処理手段が生成した相関処理結果に基づいた位相反転除去用データを用いて、相関検出結果を生成する。

この場合、信号受信装置１００は、各衛星から同じ航法データが送信されている場合、受信した変換信号に含まれる航法データにおける切り替わりについて、位相反転除去用データを用いて特定するので、参照用信号を、変換信号に掛け合わせる期間（即ち積算期間）を長くすることが可能となる。このため、ノイズの影響が相対的に低くなり、弱い信号でも正しく相関度合いを得ることが可能となる。つまり、信号受信装置は、高感度化を実現することができる。

また、信号受信装置１００は、相関処理部３０が最初に参照用信号と変換信号とを用いて相関値を特定した後に、当該相関値が閾値に達していない場合に限り、他の相関処理部３０が相関処理を行った結果に基づいた位相反転除去用データを用いて相関検出結果を出力するので、常に他の相関処理部３０による相関処理結果に基づいた位相反転除去用データを使用する場合に比して、処理負荷を低減させることができる。

［他の実施例］
上述の実施例では、信号受信装置１００は、フロントエンド２０から送出された変換信号を、順次相関処理する場合について述べたが、本発明は、これに限られず、図１１に示すように、一定期間変換信号をバッファに貯めておき、所定のタイミングで変換信号について相関処理を行うようにしても良い。なお、本実施例では、記憶部４０を上記のバッファとして使用することができる。

複数の衛星は、同じタイミングで航法データビットを出力する。しかし信号受信装置１００と各衛星との距離は異なるため、同じタイミングで各衛星を出た信号が信号受信装置１００に到達する時刻はバラバラとなってしまう。そのためバッファがない構成では、先に到達した信号の航法データビットを利用して後に到達した信号の反転を除去することは可能でもその逆は不可能である。これに対し、バッファがあれば、図１２に示すように、同じ時刻に衛星を出た信号を各相関処理部３０が同じタイミングで処理することが可能となるため、任意の組み合わせで本手法を使用することができる。

また、図１３に示すように、過去の周期に他の相関処理部３０の相関処理結果に基づいて生成された位相反転除去用データを利用して反転除去を行っても良い。

この場合でも、信号受信装置１００は、他の相関処理部３０が相関処理した結果に基づいて生成された位相反転除去用データを利用して、相関検出結果を出力するので、弱い信号でも正しく相関度合いを得ることが可能となる。

上述の信号受信装置１００は、相関処理として、短時間処理を行った後に、長時間処理を行う場合について述べたが、本発明は、これに限られず、長時間処理のみを行うようにしてもよい。その代わりに、短時間処理及び長時間処理を同時に常に行った結果に基づいて信号レベルによってどちらの出力を使用するか決めるようにしても良い。

上述の信号受信装置１００は、ＧＰＳ受信機として適用する場合について述べたが、本発明は、これに限られず、複数の衛星が同じデータを送信するという特徴を持った他の衛星測位システムでも利用することができる。

相関出力の波形を示す概念図である。 航法データの切替りにおける相関出力波形の変化を示す図である。 信号受信装置の概念図である。 信号受信装置のブロック図である。 搬入波成分の除去を示す概念図である。 カップリングの概念図である。 カップリングの処理のフローチャートである。 受信タイミングを合わせた反転除去を示す概念図である。 短時間処理のフローチャートである。 長時間処理のフローチャートである。 他の実施例の信号受信装置の概念図である。 後に受信したデータで先に受信した信号の反転除去を示す図である。 過去に他の衛星から取得したデータを利用した反転除去を示す図である。 従来の信号受信装置を概念的に示した図である。 航法データの構成を示した図である。

符号の説明

１０ アンテナ
２０ フロントエンド
３０ 相関処理部
３１ ＰＲＮコード発生部
３２ 搬送波成分除去部
３３ ＰＲＮコード積算部
３４ 相関検出部
３５ 積算手法制御部
３６ 航法データビット決定部
３７ 航法データビット取得部
４０ 記憶部
５０ 航法データ生成部
６０ 距離算出部
１００ 信号受信装置

Claims (9)

1. 複数の衛星から信号を受信する受信手段と、
   前記複数の衛星に対応する複数の相関処理手段と、
   相関処理手段による相関処理結果に基づいて位相反転除去用データを生成する位相反転除去用データ生成手段と、を備え、
   前記相関処理手段の各々は、
   参照用信号を発生する参照用信号発生手段と、
   対応する衛星から受信した信号を変換して変換信号を生成する変換信号生成手段と、
   前記参照用信号と前記変換信号との相関を検出して相関検出結果を生成する相関検出手段と、を備え、
   前記相関検出手段は、他の相関処理手段が生成した相関処理結果に基づいた位相反転除去用データを用いて、前記相関検出結果を生成することを特徴とする信号受信装置。
2. 自己の相関処理手段が変換信号に含まれる航法データと同じ航法データの信号を取得している他の相関処理手段を特定し、特定した相関処理手段の相関処理に基づいて生成された航法データビットを用いて相関処理を行うことを決定する位相反転除去用データ決定手段を前記相関処理手段として含み、
   前記相関検出手段は、前記位相反転除去用データ決定手段が決定した位相反転除去用データを用いて、前記相関検出結果を生成することを特徴とする請求項１に記載の信号受信装置。
3. 前記相関処理手段は、自己の相関処理手段に対応する衛星から受信した信号と、他の相関処理手段に対応する衛星から受信した信号との受信タイミングの差異に合わせて、相関検出結果を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の信号受信装置。
4. 各衛星から受信した信号の変換信号を保持するデータ保持手段をさらに備え、
   前記相関処理手段は、前記データ保持手段で保持している、自己の相関処理手段に対応する衛星より後に受信した他の衛星の信号の変換信号から特定した位相反転除去用データを用いて、相関検出結果を出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の信号受信装置。
5. 前記相関処理手段は、他の相関処理手段による相関処理に基づいて生成された位相反転除去用データに対応する信号より後の周期における、自己の衛星から受信した信号の変換信号について、前記位相反転除去用データを用いて相関検出結果を出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の信号受信装置。
6. 前記相関処理手段では、積算手法を制御する積算手法制御手段をさらに含み、
   前記積算制御手段は、最初に参照用信号と変換信号とについて相関処理を行うことを決定し、前記相関値が閾値に達していない場合に、他の衛星に対応する相関処理手段による相関処理結果に基づいて生成された位相反転除去用データを利用して、参照用信号と変換信号との相関処理を行うことを決定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の信号受信装置。
7. 複数の衛星から信号を受信する受信工程と、
   前記衛星に対応する相関処理を行う相関処理工程と、
   相関処理工程で出力した相関処理結果に基づいて位相反転除去用データを生成する位相反転除去用データ生成工程と、を備え、
   前記相関処理工程では、
   参照用信号を発生する参照用信号発生工程と、
   対応する衛星から受信した信号を変換して変換信号を生成する変換信号生成工程と、
   前記参照用信号と前記変換信号との相関を検出して相関検出結果を生成する相関検出工程と、を備え、
   前記相関検出工程は、他の衛星に対応する相関処理工程で生成した相関処理結果に基づいた位相反転除去用データを用いて、前記相関検出結果を生成することを特徴とする相関処理方法。
8. コンピュータを備える装置によって実行される相関処理プログラムであって、
   複数の衛星から信号を受信する受信手段、
   前記複数の衛星に対応する複数の相関処理手段、
   相関処理手段による相関処理結果に基づいて位相反転除去用データを生成する位相反転除去用データ生成手段、として前記コンピュータを機能させ、
   前記相関処理手段の各々は、
   参照用信号を発生する参照用信号発生手段、
   対応する衛星から受信した信号を変換して変換信号を生成する変換信号生成手段、
   前記参照用信号と前記変換信号との相関を検出して相関検出結果を生成する相関検出手段、として機能し、
   前記相関検出手段は、他の相関処理手段が生成した相関処理結果に基づいた位相反転除去用データを用いて、前記相関検出結果を生成することを特徴とする相関処理プログラム。
9. 請求項８に記載の相関処理プログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。

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