JP2010276495A - 受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】目的衛星の相関ピーク値が相互相関の影響を受けているか否かを判断する際に行われるサーチに関わる計算量を軽減する。
【解決手段】受信機では、目的衛星の受信レベルが受信レベル閾値ＴＨＲ１以下であり（ステップＳ２０２：ＮＯ）、且つ、目的衛星のキャリア周波数と他の衛星又は可視衛星のキャリア周波数との周波数差の絶対値が周波数差閾値ＴＨＲ２未満である場合に（ステップＳ２０４、Ｓ２０５：ＹＥＳ）、目的衛星のキャリア周波数をＮｋＨｚシフトした参照周波数にて目的衛星を再度サーチし（ステップＳ２０６）、参照周波数にて目的衛星を再度サーチしたときに検出した目的衛星からの信号に対する相関ピーク値が相関閾値ＴＨＲ４よりも大きければ（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、目的衛星に対する追尾を中止する。
【選択図】図２

Description

この発明は、複数の衛星からの信号を受信し、前記各衛星中、特定の衛星を追尾対象の目的衛星としてサーチ及び追尾する受信機に関する。

ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）やＧａｌｉｌｅｏ等のＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）において、受信機は、地球周回軌道上の複数の衛星からの信号を受信し、受信した前記各信号に基づいて測位演算を行うことにより自己の位置及び速度等を検出する。この場合、前記受信機は、特定の衛星を追尾対象の目的衛星としてサーチし、サーチした前記目的衛星を追尾することで該目的衛星からの信号に含まれるデータを復調し、復調した前記データを用いて前記測位演算を行う。

ところで、前記目的衛星のサーチ及び追尾中、該目的衛星から受信した信号のレベル（受信レベル）が弱く、一方で、他の衛星の受信レベルが大きく、しかも、前記目的衛星からの信号の周波数と、前記他の衛星からの信号の周波数とが近接している場合に、前記受信機は、前記各信号の相互相関の影響によって、前記他の衛星を誤追尾するおそれがある。

そこで、特許文献１には、目的衛星からの信号に対する相関値のピーク（相関ピーク値）が規定値よりも低い場合に、当該信号の周波数（参照周波数）で全ての衛星（例えば、３２個の衛星）をサーチして、サーチした前記各衛星の相関ピーク値の最大値又は平均値を算出し、次に、前記最大値又は前記平均値が前記規定値よりも大きければ、前記目的衛星の相関ピーク値が相互相関の影響を受けているおそれが高いものと判断して、前記目的衛星の追尾を中止することが提案されている。

特開２００３−８４０５５号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、目的衛星の相関ピーク値が相互相関の影響を受けているか否かを判断するために、全ての衛星に対してサーチを行う必要があるので、受信機内でのサーチに関わる計算量が増大する。

この発明は、このような問題を考慮してなされたものであり、目的衛星の相関ピーク値が相互相関の影響を受けているか否かを判断する際に行われるサーチに関わる計算量を軽減する受信機を提供することを目的とする。

この発明に係る受信機は、複数の衛星からの信号を受信する信号処理部と、前記各衛星中、特定の衛星を追尾対象の目的衛星としてサーチ及び追尾するように前記信号処理部に指示する相互相関検出部とを有し、
前記相互相関検出部は、
前記信号処理部が受信した前記目的衛星の受信レベルが受信レベル閾値以下であり、且つ、前記目的衛星からの信号の周波数と、他の衛星からの信号の周波数との周波数差の絶対値が周波数差閾値未満である場合に、前記目的衛星からの信号の周波数を所定周波数シフトした参照周波数にて前記目的衛星をサーチするように前記信号処理部に指示し、
前記信号処理部が前記参照周波数にて前記目的衛星をサーチしたときに検出した前記目的衛星からの信号に対する相関ピーク値が相関閾値よりも大きければ、前記目的衛星に対する追尾を中止するように前記信号処理部に指示することを特徴としている。

この発明によれば、相互相関検出部は、目的衛星の受信レベルが受信レベル閾値以下、並びに、前記目的衛星からの信号の周波数及び他の衛星からの信号の周波数の周波数差の絶対値が周波数差閾値未満と判定した場合にのみ、参照周波数にて前記目的衛星をサーチするように前記信号処理部に指示する。

従って、特許文献１の技術と比較して、この発明では、前記参照周波数にてサーチを行う衛星の数を著しく少なくすることが可能となる。すなわち、特許文献１の技術では３２個の衛星をサーチする必要があるが、これに対して、この発明では、前記目的衛星のみサーチすればよい。

これにより、この発明では、サーチに関わる受信機内での計算量を大幅に軽減することができる。また、前記計算量が大幅に軽減されることで、前記目的衛星の相関ピーク値が、特許文献１の規定値に対応する相関閾値よりも大きいか否かの判定処理や、前記目的衛星に対する追尾の中止等の指示を速やかに行うことも可能となる。

さらに、前記参照周波数は、前記受信機にて現在追尾中の前記目的衛星の周波数を所定周波数シフトして得られる周波数であるため、サーチ後の情報を利用して相互相関の有無を判定する特許文献１と比較して、相互相関の判定に関わる周波数誤差を小さくすることができる。

この実施形態に係る受信機のブロック図である。 図１の相互相関検出部の動作を説明するためのフローチャートである。

この発明に係る受信機の実施形態について、図１及び図２を参照しながら説明する。

この実施形態に係る受信機１０は、ＧＰＳやＧａｌｉｌｅｏ等のＧＮＳＳにおける衛星からの信号（以下、受信信号ともいう。）を受信するための受信機に適用され、図１に示すように、アンテナ１２、周波数変換部１４、Ａ／Ｄ変換部１６、相関器１８、信号発生器２０、受信制御部２２、擬似速度測定部２４、擬似距離測定部２６、データ復調部２８、ドップラ周波数測定部３０、位置・速度演算部３２、リアルタイムクロック３４及び相互相関検出部３６を有する。また、受信制御部２２は、サーチトラッキングタスク２２ａを備え、位置・速度演算部３２は、測位演算タスク３２ａ及び衛星選択タスク３２ｂを備えている。

なお、周波数変換部１４、Ａ／Ｄ変換部１６、相関器１８、信号発生器２０及び受信制御部２２は、図示しない複数の衛星からの信号を受信し、一方で、特定の衛星を追尾対象の目的衛星としてサーチし、サーチした目的衛星を追尾する信号処理部として構成され、相互相関検出部３６は、位置・速度演算部３２からの情報に基づいて、前記目的衛星をサーチ及び追尾するように前記信号処理部に指示する。

また、アンテナ１２、周波数変換部１４、Ａ／Ｄ変換部１６、相関器１８、信号発生器２０、受信制御部２２、擬似速度測定部２４、擬似距離測定部２６、データ復調部２８、ドップラ周波数測定部３０及び位置・速度演算部３２の構成は、特許文献１に開示されているので、この明細書では、これらの構成の詳細な説明を省略する。

次に、この受信機１０の基本的な動作について説明する。

アンテナ１２が衛星からの信号を受信すると、周波数変換部１４は、受信した前記信号（受信信号）をダウンコンバートし、Ａ／Ｄ変換部１６は、ダウンコンバート後の前記受信信号をサンプリングして相関器１８に出力する。

相関器１８及び信号発生器２０は、位置・速度演算部３２での測位演算に必要な衛星の個数や、サーチ及び追尾すべき受信信号中のスペクトラム拡散符号の１エポック当たりのチップ数や、許容される装置規模・コストや、Ｉ相及びＱ相に対応して複数個設けられ、パラレル又はシーケンシャルに動作する。また、受信制御部２２は、位置・速度演算部３２からの情報及び相関器１８の出力（受信信号に対する相関値）に基づいて、信号発生器２０が生成する局部発振信号の周波数（局部発振周波数）やスペクトラム逆拡散コード（ＰＮコード等の擬似雑音符号）、該スペクトラム逆拡散コードのコード位相等を制御する。

この場合、相関器１８、受信制御部２２及び信号発生器２０は、受信信号のキャリア周波数及びコード位相に対する同期ループを構成する。

すなわち、受信制御部２２のサーチトラッキングタスク２２ａは、位置・速度演算部３２の衛星選択タスク３２ｂが選択した衛星（目的衛星）に対応するスペクトラム逆拡散符号を信号発生器２０に生成させ、一方で、相関値がピーク（相関ピーク値）となるように該スペクトラム逆拡散符号のコード位相を制御する（サーチ）。これにより、受信信号に対するスペクトラム逆拡散符号のコード位相同期が確立され、該受信信号がスペクトラム逆拡散された状態で、データ復調部２８は、受信信号中のデータを復調することができる。

復調されたデータ、例えば、送信元の衛星（目的衛星）の詳細軌道情報や送信時刻に関するデータは、位置・速度演算部３２に供給される。また、受信制御部２２のサーチトラッキングタスク２２ａは、上述のコード位相同期状態が維持されるように、相関器１８から逐次入力される相関値に基づいて、信号発生器２０におけるコード位相を制御する（追尾）。

また、相関器１８の前段側の周波数変換部１４又は図示しない構成要素において、受信信号は、信号発生器２０から供給される局部発振信号によって、より低い周波数に変換される。従って、コード位相同期状態を確立する対象となる受信信号は、周波数変換後の受信信号である。この場合、信号発生器２０で生成される局部発振周波数がずれていると、コード位相同期状態を一旦確立しても、時間経過に伴って、同期が容易に外れるおそれがある。そこで、受信制御部２２は、スペクトラム逆拡散符号の１エポックにわたり、コード位相をずらしてサーチしてもコード位相同期を確立できない場合には、信号発生器２０が生成する局部発振周波数をわずかに調整する等、相関値に基づいた局部発振周波数の制御を行って、該局部発振周波数を受信信号のキャリア周波数に同期させる（キャリア周波数同期ループ）。

このように、受信信号に対するキャリア周波数同期及びコード位相同期が共に確立されている状態、すなわち、相関器１８を介してスペクトラム逆拡散された受信信号が得られる状態において、受信制御部２２は、相関器１８でスペクトラム逆拡散された受信信号をデータ復調部２８に出力して、データ復調部２８に詳細軌道情報等のデータを復調させ、一方で、同期制御を通じて得られる情報のうち、コード位相同期が取れたときのコード位相を擬似速度測定部２４及び擬似距離測定部２６に出力すると共に、信号発生器２０が生成した局部発振信号周波数をドップラ周波数測定部３０に出力する。

擬似速度測定部２４は、コード位相の時間変化を検出して目的衛星に対する受信機１０の移動速度（擬似速度）を求める。擬似距離測定部２６は、コード位相に基づいて、受信機１０と目的衛星との間の擬似距離（コード擬似距離）を求める。ドップラ周波数測定部３０は、局部発振周波数の変化に基づいて、受信信号のキャリア周波数のドップラ変移、さらには、目的衛星に対する受信機１０の移動速度（ドップラ速度）を求める。

位置・速度演算部３２の測位演算タスク３２ａは、データ復調部２８により復調されたデータに加え、擬似距離測定部２６により求められたコード擬似距離等を用いて受信機１０の位置を演算する。また、測位演算タスク３２ａは、擬似速度測定部２４により求められた擬似速度や、ドップラ周波数測定部３０における測定結果に基づいて、地球表面又は中心に対する受信機１０の移動速度を演算する。さらに、位置・速度演算部３２の衛星選択タスク３２ｂは、データ復調部２８によって復調された情報、過去に取得・演算し蓄積しておいた情報、及び、リアルタイムクロック３４で測定した時刻に基づいて、測位に使用する衛星の組合せを選択し、選択した衛星（目的衛星）からの受信信号を受信（サーチ・追尾）するように受信制御部２２に指示する。

以上が受信機１０の基本的動作についての説明であり、次に、この受信機１０の特徴的な動作、すなわち、相互相関検出部３６の機能について、図１及び図２を参照しながら説明する。

受信機１０が複数の衛星中、特定の衛星を追尾対象の目的衛星としてサーチ及び追尾する場合において、目的衛星から受信した信号のレベル（受信レベル）が弱く、且つ、目的衛星からの信号のキャリア周波数と、他の衛星からの信号のキャリア周波数とが近接していれば、該受信機１０は、前記各信号の相互相関の影響によって、目的衛星ではなく、他の衛星を誤追尾するおそれがある。

そこで、相互相関検出部３６は、図２のフローチャートに従って、受信機１０が相互相関の影響によって他の衛星を誤追尾するおそれがあるか否かを判定し、誤追尾するおそれが高いと判断した場合には、追尾自体を中止するように受信制御部２２に指示する。

具体的に、図２のフローチャートのステップＳ２０１において、相互相関検出部３６は、受信制御部２２のサーチトラッキングタスク２２ａから目的衛星のキャリア周波数と受信レベルとを受け取り、次のステップＳ２０２において、該受信レベルが受信レベル閾値ＴＨＲ１よりも大きいか否かを判定する。

ステップＳ２０２において、受信レベルが受信レベル閾値ＴＨＲ１よりも大きい場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、相互相関検出部３６は、目的衛星の受信レベルが大きいので、他の衛星を誤追尾するおそれがないものと判断し、現在追尾している衛星（目的衛星）を引き続き追尾するようにサーチトラッキングタスク２２ａに指示する。

一方、ステップＳ２０２において、受信レベルが受信レベル閾値ＴＨＲ１以下である場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、相互相関検出部３６は、ループ１（ステップＳ２０３、Ｓ２０４）の処理を実行する。

ループ１の処理は、受信機１０にて追尾中の他の衛星からの信号に対してそれぞれ行う処理である。なお、前記他の衛星は、不健康衛星も含む。

この場合、ステップＳ２０３において、相互相関検出部３６は、他の衛星からの信号のキャリア周波数及び受信レベルをサーチトラッキングタスク２２ａより受け取り、次のステップＳ２０４において、目的衛星のキャリア周波数と他の衛星のキャリア周波数との周波数差の絶対値が周波数閾値ＴＨＲ２未満であり（｜（目的衛星のキャリア周波数）−（他の衛星のキャリア周波数）｜＜ＴＨＲ２）、且つ、他の衛星の受信レベルと目的衛星の受信レベルとのレベル差がレベル差閾値ＴＨＲ３よりも大きい（｛（他の衛星の受信レベル）−（目的衛星の受信レベル）｝＞ＴＨＲ３）か否かを判定する。

ステップＳ２０４において、前記周波数差の絶対値が周波数差閾値ＴＨＲ２未満であり、且つ、前記レベル差がレベル差閾値ＴＨＲ３よりも大きければ（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、相互相関検出部３６は、目的衛星のキャリア周波数と他の衛星のキャリア周波数とが近接し、且つ、目的衛星の受信レベルが小さいので、他の衛星を誤追尾する可能性が生じているのではないかと判定する。

そして、次のステップＳ２０６において、相互相関検出部３６は、サーチするときの周波数（参照周波数）を、目的衛星のキャリア周波数から所定周波数（ＮｋＨｚ（Ｎ：整数）であり、図２では、一例として１ｋＨｚを示す）だけシフトさせた新たな参照周波数に設定し、設定した新たな参照周波数で目的衛星を再度サーチするようにサーチトラッキングタスク２２ａに指示する。

これにより、サーチトラッキングタスク２２ａは、信号発生器２０及び相関器１８と協働して前記新たな参照周波数にて目的衛星を再度サーチし、再度のサーチによって相関器１８から出力された相関ピーク値を相互相関検出部３６に出力する。

ステップＳ２０７において、相互相関検出部３６は、相関ピーク値が相関閾値ＴＨＲ４よりも大きい（相関ピーク＞ＴＨＲ４）か否かを判定し、相関ピーク＞ＴＨＲ４であれば（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、相互相関の影響によって受信機１０（のサーチトラッキングタスク２２ａ）が他の衛星を誤追尾しているか、又は、誤追尾するおそれがあるものと判断し、サーチトラッキングタスク２２ａに対して追尾を中止するように指示する。

すなわち、目的衛星のキャリア周波数と他の衛星のキャリア周波数とが近接していれば、相互相関に起因して相関ピーク値がより大きくなる（信号のピーク電力がより強くなる）ので、相互相関検出部３６は、このような特徴を利用することにより、大きな相関ピーク値が検出されたときには、相互相関による誤追尾の可能性が高いと判定する。

一方、ステップＳ２０７において、相関ピーク≦ＴＨＲ４であれば（ステップＳ２０７：ＮＯ）、相互相関検出部３６は、相互相関の影響がないか、又は、相互相関の影響が少ないものと判断し、目的衛星に対する追尾を引き続き行うようにサーチトラッキングタスク２２ａに指示する。

ループ１の処理を追尾中の他の衛星について行った後に、相互相関検出部３６は、位置・速度演算部３２の衛星選択タスク３２ｂから供給される追尾中ではない衛星（可視衛星）の情報に基づいて、該追尾中ではない可視衛星に対するループ２の処理をそれぞれ行う。なお、ループ２の処理は、複数の衛星中、追尾中ではない全ての可視衛星からの信号に対してそれぞれ行う処理である。また、衛星選択タスク３２ｂは、複数の衛星のアルマナックデータ及びエフェメリスデータに基づいて、追尾中ではない可視衛星を推定し、推定した可視衛星の情報を相互相関検出部３６に供給する。なお、前記可視衛星は、不健康衛星も含む。

ループ２のステップＳ２０５において、相互相関検出部３６は、目的衛星のキャリア周波数と、衛星選択タスク３２ｂから供給された情報に含まれる前記可視衛星のキャリア周波数との周波数差の絶対値が周波数閾値ＴＨＲ２未満であるか否かを判定する（｜（目的衛星のキャリア周波数）−（可視衛星のキャリア周波数）｜＜ＴＨＲ２）。ステップＳ２０５において、前記周波数差の絶対値が周波数差閾値ＴＨＲ２未満であれば（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、相互相関検出部３６は、目的衛星のキャリア周波数と可視衛星のキャリア周波数とが近接しているので、可視衛星を誤追尾する可能性が生ずるのではないかと判定し、ステップＳ２０６の処理を実行する。

また、ステップＳ２０５において、前記周波数差の絶対値が周波数差閾値ＴＨＲ２以上であれば（ステップＳ２０５：ＮＯ）、相互相関検出部３６は、可視衛星を誤追尾する可能性が生じないものと判定し、目的衛星に対する追尾を引き続き行うようにサーチトラッキングタスク２２ａに指示する。

以上説明したように、この実施形態に係る受信機１０によれば、相互相関検出部３６は、目的衛星の受信レベルが受信レベル閾値ＴＨＲ１以下（ステップＳ２０２：ＮＯ）、目的衛星のキャリア周波数と他の衛星のキャリア周波数の周波数差の絶対値が周波数差閾値ＴＨＲ２未満で、且つ、他の衛星の受信レベルと目的衛星の受信レベルとのレベル差がレベル差閾値ＴＨＲ３より大きい場合に（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、目的衛星のキャリア周波数をＮｋＨｚシフトさせた参照周波数にて目的衛星を再度サーチするようにサーチトラッキングタスク２２ａに指示する（ステップＳ２０６）。

従って、特許文献１の技術と比較して、この実施形態では、参照周波数にてサーチを行う衛星の数を著しく少なくすることが可能となる。すなわち、特許文献１の技術では３２個の衛星をサーチする必要があるが、これに対して、この実施形態では、目的衛星のみサーチすればよい。

この結果、この実施形態では、サーチに関わる受信機１０内での計算量を大幅に軽減することができる。また、計算量が大幅に軽減されることで、目的衛星の相関ピーク値が相関閾値ＴＨＲ４よりも大きいか否かの判定処理（ステップＳ２０７）や、目的衛星に対する追尾の中止等の指示を速やかに行うことも可能となる。

さらに、参照周波数は、受信機１０にて現在追尾中の目的衛星のキャリア周波数をＮｋＨｚシフトして得られる周波数であるため、サーチ後の情報を利用して相互相関の有無を判定する特許文献１と比較して、相互相関の判定に関わる周波数誤差を小さくすることができる。

また、この実施形態では、追尾していない可視衛星についても、目的衛星のキャリア周波数と可視衛星のキャリア周波数との周波数差の絶対値が周波数差閾値ＴＨＲ２未満であれば（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、ステップＳ２０６の処理を行うので、この場合でも、上述した効果が容易に得られる。

なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、種々の構成を採り得ることは勿論である。

１０…受信機 １２…アンテナ
１４…周波数変換部 １６…Ａ／Ｄ変換部
１８…相関器 ２０…信号発生器
２２…受信制御部 ２２ａ…サーチトラッキングタスク
２４…擬似速度測定部 ２６…擬似距離測定部
２８…データ復調部 ３０…ドップラ周波数測定部
３２…位置・速度演算部 ３２ａ…測位演算タスク
３２ｂ…衛星選択タスク ３４…リアルタイムクロック
３６…相互相関検出部

Claims (3)

1. 複数の衛星からの信号を受信する信号処理部と、
   前記各衛星中、特定の衛星を追尾対象の目的衛星としてサーチ及び追尾するように前記信号処理部に指示する相互相関検出部と、
   を有し、
   前記相互相関検出部は、
   前記信号処理部が受信した前記目的衛星の受信レベルが受信レベル閾値以下であり、且つ、前記目的衛星からの信号の周波数と、他の衛星からの信号の周波数との周波数差の絶対値が周波数差閾値未満である場合に、前記目的衛星からの信号の周波数を所定周波数シフトした参照周波数にて前記目的衛星をサーチするように前記信号処理部に指示し、
   前記信号処理部が前記参照周波数にて前記目的衛星をサーチしたときに検出した前記目的衛星からの信号に対する相関ピーク値が相関閾値よりも大きければ、前記目的衛星に対する追尾を中止するように前記信号処理部に指示することを特徴とする受信機。
2. 請求項１記載の受信機において、
   前記信号処理部が前記他の衛星も追尾している場合に、
   前記相互相関検出部は、前記目的衛星の受信レベルが前記受信レベル閾値以下であり、前記目的衛星からの信号の周波数と前記他の衛星からの信号の周波数との周波数差の絶対値が前記周波数差閾値未満であり、且つ、前記他の衛星の受信レベルと前記目的衛星の受信レベルとのレベル差がレベル差閾値よりも大きければ、前記参照周波数にて前記目的衛星をサーチするように前記信号処理部に指示することを特徴とする受信機。
3. 請求項１記載の受信機において、
   前記信号処理部が、前記各衛星中、前記目的衛星及び前記他の衛星を追尾し、一方で、残りの衛星を追尾していない場合に、
   前記相互相関検出部は、
   前記目的衛星の受信レベルが前記受信レベル閾値以下であり、
   前記目的衛星からの信号の周波数と前記他の衛星からの信号の周波数との周波数差の絶対値が前記周波数差閾値以上であるか、あるいは、前記他の衛星の受信レベルと前記目的衛星の受信レベルとのレベル差がレベル差閾値以下であり、
   さらに、前記目的衛星からの信号の周波数と前記残りの衛星からの信号の周波数との周波数差の絶対値が前記周波数差閾値未満であれば、前記参照周波数にて前記目的衛星をサーチするように前記信号処理部に指示することを特徴とする受信機。

Images