JP2011117830A - Ｇｎｓｓ受信装置及び測位方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチパスの影響を低減し、測位精度を向上させること。
【解決手段】GNSS衛星から送信される測位信号に基づいて測位演算を行うGNSS受信装置は、C/Aコードのレプリカ信号を生成し、該C/Aコードのレプリカ信号とGNSS衛星からの測位信号との同期をとることにより、C/Aコードの位相を求める遅延同期ループ回路と、当該GNSS受信装置により生成された搬送波のレプリカ信号と、GNSS衛星からの測位信号の搬送波とに基づいて、搬送波の位相を求める位相同期回路と、当該GNSS受信装置の移動速度に基づいて、搬送波の位相の重み付けを設定する重み付け設定部と、該重み付けと、C/Aコードの位相と、搬送波の位相に基づいて、GNSS衛星とGNSS受信装置との擬似距離を求める擬似距離演算部とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、GNSS用周回衛星からの信号を受信し、測位するGNSS受信装置及び測位方法に関する。

衛星航法(GNSS: Global Navigation Satellite System)とは、航空機から３つの航法衛星（GNSS用周回衛星)（以下、GNSS衛星と呼ぶ）を捕捉することで各GNSS衛星からの距離を得るとともに、４つ目の航法衛星からの信号で時刻合わせを行い、航空機の３次元での飛行位置を得ることができる航法システムである。衛星航法には、全地球的測位システム(GPS: Global Positioning System)、ガリレオ(GALILEO)などが含まれる。

例えば、GNSS受信装置は移動体に搭載され、該移動体の位置及び速度を測位する。例えば、GNSS受信装置は、複数のGNSS衛星からの電波を受信することによって、複数のGNSS衛星から当該GNSS受信装置までの距離（擬似距離）をそれぞれ算出し、該擬似距離に基づいて当該GNSS受信装置が搭載された移動体の測位を行う。GNSS衛星により発射された信号は、GNSS衛星とGNSS受信装置との間の距離を電波が伝搬する時間だけ遅れてGNSS受信装置に到達する。従って、複数のGNSS衛星について電波伝搬に要する時間を求めれば、測位演算によってGNSS受信装置の位置を求めることができる。例えば、複数のGNSS衛星により発射された電波は、GNSS受信装置の測拒部において、各GNSS衛星からGNSS受信装置までの距離が求められる。そして、測位演算部において、測拒部において求められた距離に基づいて、GNSS受信装置の位置が求められる。

GNSS受信装置が搭載された移動体において、正確な位置を測定するためには、最低でも4機のGNSS衛星を捕捉できればよい。例えば、郊外では、電波経路を遮蔽する物体が少ないので、移動体で4機以上のGNSS衛星を捕捉することは容易である。一方、都市部では、高層ビル等の建物が密集しており、電波経路を遮蔽する物体が多いので、移動体で4機以上のGNSS衛星を捕捉することは困難である。また、都市部では、GNSS衛星を捕捉できた場合でも、該GNSS衛星からの直接波ばかりでなく、高層ビル等の建物で反射・回折した電波も受信してしまう場合がある。GNSS衛星から送信された電波が反射・回折して、複数の伝搬経路から受信される現象は、マルチパスとも呼ばれる。マルチパスの影響により、受信アンテナとGNSS衛星との間の測距において誤差が生じる。

特開2000-266836号公報

マルチパスによる測位誤差を減少させる方法として、遅延同期ループ(DLL: Delay-lock loop)の帯域幅を狭めることが提案されている。GPS受信装置は、GPS衛星により送信された擬似雑音符号(PN(pseudo-noise) Sequence)を受信し、該擬似雑音符号とGPS受信装置により発生させた局部擬似雑音符号との相関を取ることにより同期をとる。該同期をとるために遅延同期ループが採用される。

図１は、GPS受信装置の一例を示す。図１には、主に遅延同期ループ回路が示される。

GPS受信装置は、GPS衛星により送信された高周波信号を変換し、中間周波数の信号を出力する高周波回路１と、該高周波回路1により出力される中間周波数の信号に基づいてC/Aコード位相を求める遅延同期ループ回路１０と、該遅延同期ループ回路１０により出力されるC/Aコード位相に基づいて、衛星距離を算出する距離算出部７と、該距離算出部７により出力される衛星距離に基づいて測位する測位演算部８とを有する。測位演算部８からは、現在の位置情報が出力される。

高周波回路１により入力された中間周波数の信号は、乗算器２に入力される。乗算器２では、該中間周波数の信号と、C/Aコード発生器６により入力されるC/Aコードとが乗算されることにより、中間周波数の信号からC/Aコードが除去される。C/Aコードが除去された中間周波数の信号は、積分器３に入力される。積分器３では、C/Aコードが除去された中間周波数の信号（コード残差）を積算する。残差の積算値（C/Aコード位相）は、LPF(Low-pass filter)４、及び距離算出部７に入力される。LPF４では、C/Aコード位相をフィルタリングし、位相残差を出力する。LPF４によりフィルタリングされる帯域幅は、車速に基づいて制御される。LPF４により出力される位相残差は、数値制御発振器５に入力される。数値制御発振器５では、周波数残差に、位相残差を変換し、該周波数残差を出力する。周波数残差は、C/Aコード発生器６に印加される。C/Aコード発生器６は、数値制御発振器５により印加された周波数残差に基づいて、発振周期を調整する。一方、距離算出部７は、積分器３により入力されたC/Aコード位相から擬似距離を算出する。該擬似距離は、測位演算部８に入力される。測位演算部８は、擬似距離に基づいて現在の位置を求める。

GPS衛星からの電波の反射波の変動周期（フェージング帯域幅）Bfと、DLLのループ帯域幅B1と、マルチパスによる測位誤差との間には、以下の関係が成立することが知られている。Bf/B1が大きいと測位誤差は生じず、Bf/B1が小さいと測位誤差が生じる。また、Bfは、GPS受信機の移動速度に比例する。従って、GPS受信機の移動速度が低速の時には、測位誤差が生じるので、DLLのループ帯域幅B1を狭くすることにより、測位誤差を低減できる。

しかし、GPS受信機の移動速度が所定の速度よりも低速になった場合には、該移動速度に応じて、DLLのループ帯域幅B1を所定の限度以下にすることは困難である。具体的には、ループ帯域幅が2MHz以下となると、C/Aコードの変調帯域のナイキスト周波数以下となる。C/Aコードの変調帯域のナイキスト周波数以下では、GPS衛星からの信号をデコードできなくなる。従って、ループ帯域幅をC/Aコードの変調帯域のナイキスト周波数以下にすることは困難であるため、GPS受信機の移動速度がC/Aコードの変調帯域となる所定の速度よりも低速の場合には、DLLのループ帯域幅B1をC/Aコードの変調帯域のナイキスト周波数に設定する。

しかし、GPS受信機の移動速度がさらに低速になってもDLLのループ帯域幅B1をC/Aコードの変調帯域のナイキスト周波数に設定し続ける場合、マルチパスによる測位誤差を低減できない。

また、DLLのループ帯域幅を狭くすると、フィードバック周期が長くなるため、DLLのループ処理の時間遅延が大きくなる。DLLのループ帯域幅を狭くするのは、低速であるときであるため、DLLのループ処理の遅延は大きな問題とはならない。しかし、GPS受信機を搭載した移動体が急発進する場合など、低速から高速に短時間で移行するときは、該DLLのループ処理の遅延による影響により、DLLのループ帯域幅の制御が移動体の速度に追従できなくなる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、マルチパスの影響を低減し、測位精度を向上させることができるGNSS受信装置及び測位方法を提供することを目的とする。

本GNSS受信装置は、
GNSS衛星から送信される測位信号に基づいて測位演算を行うGNSS受信装置であって、
C/Aコードのレプリカ信号を生成し、該C/Aコードのレプリカ信号と前記GNSS衛星からの測位信号との同期をとることにより、C/Aコードの位相を求める遅延同期ループ回路と、
当該GNSS受信装置により生成された搬送波のレプリカ信号と、前記GNSS衛星からの測位信号の搬送波とに基づいて、搬送波の位相を求める位相同期回路と、
当該GNSS受信装置の移動速度に基づいて、前記搬送波の位相の重み付けを設定する重み付け設定部と、
前記重み付け設定部により設定された重み付けと、前記遅延同期ループ回路により求められたC/Aコードの位相と、前記位相同期回路により求められた搬送波の位相に基づいて、前記GNSS衛星と当該GNSS受信装置との擬似距離を求める擬似距離演算部と
を有する。

本方法は、
GNSS衛星から送信される測位信号に基づいて測位演算を行うGNSS受信装置における方法であって、
C/Aコードのレプリカ信号を生成するステップと、
該C/Aコードのレプリカ信号と前記GNSS衛星からの測位信号との同期をとることにより、C/Aコードの位相を求めるステップと、
搬送波のレプリカ信号を生成するステップと、
該搬送波のレプリカ信号と、前記GNSS衛星からの測位信号の搬送波とに基づいて、搬送波の位相を求めるステップと、
当該GNSS受信装置の移動速度に基づいて、前記搬送波の位相の重み付けを設定するステップと
前記搬送波の位相の重み付けと、前記C/Aコードの位相と、前記搬送波の位相に基づいて、前記GNSS衛星と当該GNSS受信装置との擬似距離を求めるステップと、
を有する。

開示のGNSS受信装置及び測位方法によれば、マルチパスの影響を低減し、測位精度を向上させることができる。

GNSS受信装置の機能ブロック図の一例である。 一実施例に従ったGNSS受信装置の機能ブロック図である。 一実施例に従ったGNSS受信装置におけるキャリアスムージング処理部を示す機能ブロック図である。 一実施例に従ったGNSS受信装置における重み係数の設定例を示す説明図である。 一実施例に従ったGNSS受信装置の動作を示すフロー図である。 一実施例に従ったGNSS受信装置の機能ブロック図である。 車両の速度が異なる場合の時間に対するC/Aコード位相の変動を示す説明図である。 一実施例に従ったGNSS受信装置におけるDLLのループ帯域幅の設定例を示す説明図である。 一実施例に従ったGNSS受信装置の動作を示すフロー図である。 一実施例に従ったGNSS受信装置におけるキャリアスムージング処理部を示す機能ブロック図である。 一実施例に従ったGNSS受信装置の動作を示すフロー図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例に基づき図面を参照しつつ説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。

＜第１の実施例＞
＜システム＞
本実施例に従った全世界航法衛星システム(GNSS: Global Navigation Satellite System）は、地球周りを周回するGNSS衛星と、地球上に位置し地球上を移動しうるGNSS受信装置１００とを備える。本実施例では、GNSSの一例としてGPSについて説明する。GPS以外のGNSSに適用してもよい。

GNSS衛星は、航法メッセージ（衛星信号）を地球に向けて常時放送する。航法メッセージには、対応するGNSS衛星に関する衛星軌道情報（エフェメリスやアルマナック）、時計の補正値、電離層の補正係数が含まれる。航法メッセージは、C/Aコードにより拡散され、L1帯の搬送波（周波数：1575.42MHz）に載せられて、地球に向けて常時放送されている。尚、L1帯の搬送波は、C/Aコードで変調されたSin波とPコード(Precision Code)で変調されたCos波との合成波であり、直交変調されている。C/Aコード及びPコードは、擬似雑音(Pseudo Noise)符号であり、−１と１とが不規則に周期的に並ぶ符号列である。

尚、現在、約30個のGNSS衛星が高度約20,000kmの上空で地球を一周しており、55度ずつ傾いた6つの地球周回軌道面があり、各々の軌道面に4個以上のGNSS衛星が均等に配置されている。従って、天空が開けている場所であれば、地球上のどの場所にいても、常時、少なくとも5個以上のGNSS衛星が観測可能である。

＜GNSS受信装置＞
GNSS受信装置１００は、例えば、移動体に搭載される。移動体には、車両、自動二輪車、列車、船舶、航空機、ロボットなど、また、人の移動に伴い移動する携帯端末などの情報端末などが含まれる。本実施例では、移動体の一例として、車両に搭載される場合について説明する。

本GNSS受信装置１００は、DLL回路により算出されたC/Aコード位相と、搬送波により求めた搬送波位相とを用いて、キャリアスムージング処理を行う。搬送波位相はキャリア位相とも呼ばれる。該キャリアスムージング処理では、１エポック前に得られた擬似距離に今回得られた搬送波と１エポック前に得られた搬送波との差分を加えたものと、今回得られた擬似距離とに対して重み付けを行う。該重み付けは、車両の速度が遅いほど、搬送波位相の配分（重み付け）が大きくなるように設定される。

また、車両の速度が所定の速度より低速となった場合には、搬送波位相のみを用いてキャリアスムージング処理を行う。例えば、搬送波位相のみを用いてキャリアスムージング処理が行われるように重み付けが設定される。例えば、該所定の速度は、C/Aコードの変調帯域となる速度であってもよい。以下、該所定の速度を「速度Ａ」と呼ぶ。車両の速度が速度Ａより低速となった場合に搬送波位相のみを用いてキャリアスムージング処理を行うことにより、車両の速度が速度Ａより低速となった場合においてもマルチパスの影響を低減して、衛星擬似距離を求めることができる。また、車両が低速から高速に短時間で移行した場合でも、追従することができる。搬送波位相は、車両が低速から高速に短時間で移行した場合でも追従できるためである。

図２は、本実施例に従ったGNSS受信装置の一例を示す。

本GNSS受信装置１００は、高周波回路１０２を有する。高周波回路１０２は、アンテナにより受信されたGNSS衛星からの電波をベースバンド信号に変換する。該ベースバンド信号は、乗算器１０４に入力される。

本GNSS受信装置１００は、乗算器１０４を有する。該乗算器１０４は、高周波回路１０２と接続される。乗算器１０４は、高周波回路１０２により入力されたベースバンド信号と搬送波のレプリカ信号とを乗算し、搬送波を除去する。搬送波が除去されたベースバンド信号は、遅延同期ループ回路１０６に入力される。

本GNSS受信装置１００は、遅延同期ループ回路１０６を有する。該遅延同期ループ回路１０６は、乗算器１０４と接続される。遅延同期ループ回路１０６は、乗算器１０４により入力された信号から、C/Aコードを除去する。遅延同期ループ回路１０６は、L1帯のC/Aコードに対して、C/Aコードのレプリカ信号の位相をずらすことによりC/Aコード同期を行う。C/Aコード同期とは、受信したC/Aコードの位相に対して、C/Aコードのレプリカ信号の位相を同期させることである。C/Aコードのレプリカ信号とは、GNSS衛星からの衛星信号に乗せられるC/Aコードに対して、＋１、−１の並びが同一のコードである。C/Aコードは、１ビットの長さが１μsであり、１ビットに相当する長さが約300mである。遅延同期ループ１０６に入力された信号から、C/Aコードを除去することによりC/Aコード位相と、航法メッセージとが得られる。遅延同期ループ１０６は、C/Aコード位相をキャリアスムージング処理部１０８に入力する。

＜遅延同期ループ回路＞
遅延同期ループ回路１０６について詳細に説明する。

遅延同期ループ回路１０６は、乗算器１０６２と、積分器１０６４と、LPF１０６６と、数値制御発振器１０６８と、C/Aコード発生器１０７０とを有する。乗算器１０６２と、積分器１０６４と、LPF１０６６と、数値制御発振器１０６８と、C/Aコード発生器１０７０においては、EARLY、LATE、PROMPTに対して処理が行われる。EARLY、LATE、PROMPTのうち２つに対して処理が行われるようにしてもよいし、４以上に対して処理が行われるようにしてもよい。

乗算器１０６２は、乗算器１０４と接続される。乗算器１０６２は、乗算器１０４により入力された信号と、C/Aコード発生器１０７０により入力されるC/Aコードのレプリカ信号とを乗算し、C/Aコードを除去する。乗算器１０６２によりC/Aコードが除去された信号は、積分器１０６４に入力される。

積分器１０６４は、乗算器１０６２と接続される。積分器１０６４は、乗算器１０６２によりC/Aコードが除去された信号（コード残差）を積算する。積分器１０６４は、LPF(Low-pass filter)１０６６、及びキャリアスムージング処理部１０８に、残差の積算値（C/Aコード位相）を入力する。

LPF１０６６は、積分器１０６４と接続される。LPF１０６６は、積分器１０６４により入力されたC/Aコード位相をフィルタリングし、位相残差を出力する。LPF１０６６により出力される位相残差は、数値制御発振器１０６８に入力される。

数値制御発振器１０６８は、LPF１０６６と接続される。数値制御発振器１０６８は、LPF１０６６により入力された位相残差を、周波数残差に変換する。数値制御発振器１０６８は、C/Aコード発生器１０７０に、周波数残差を入力する。換言すれば、周波数残差は、C/Aコード発生器１０７０に印加される。

C/Aコード発生器１０７０は、数値制御発振器１０６８と接続される。C/Aコード発生器１０７０は、数値制御発振器１０６８により印加された周波数残差に基づいて、発振周期を調整し、C/Aコードのレプリカ信号を発生する。C/Aコード発生器１０７０は、C/Aコードのレプリカ信号を乗算器１０６２に入力する。

本GNSS受信装置１００は、キャリアスムージング処理部１０８を有する。キャリアスムージング処理部１０８は、積分器１０６４と接続される。キャリアスムージング処理部１０８は、遅延同期ループ回路１０６により入力されたC/Aコード位相に対して搬送波位相を利用してフィルタリングを行う。

＜キャリアスムージング処理部＞
図３は、キャリアスムージング処理部１０８の詳細を示す。

キャリアスムージング処理部１０８は、重み係数設定部１０８２と、搬送波位相距離差分値演算部１０８４と、衛星擬似距離演算部１０８８とを有する。搬送波位相距離差分値演算部１０８４は、メモリ１０８６を有する。衛星擬似距離演算部１０８８は、メモリ１０９０を有する。

重み係数設定部１０８２は、キャリアスムージング処理を行う際に、重み係数Mを設定する。該重み係数は、衛星捕捉直後は零とし、時間と共に徐々に増加し、ある値に達すると固定する。該重み係数の最大値は、車両の速度によって変化させる。該重み係数は、搬送波位相に対するものであってもよい。搬送波位相に対する重み付けが設定されれば、C/Aコード位相に対する重み付けも一意に設定されるためである。

図４は、重み係数設定部１０８２により設定される重み係数Mの最大値の一例を示す。重み係数設定部１０８２は、低速になるほど搬送波位相の重み係数の最大値を大きな値とする。重み係数設定部１０８２は、車両の速度が速度Ａ以下となった場合には、重み係数の最大値は無限大とする。

搬送波位相距離差分値演算部１０８４には、搬送波位相積算値情報が入力される。搬送波位相積算値は、例えば１エポック毎に入力される。搬送波位相距離差分値演算部１０８４は、搬送波位相積算値をメモリ１０８６に一時的に記憶する。搬送波位相積算値をメモリ１０８６に記憶した後に、次の搬送波位相積算値が入力された場合、搬送波位相距離差分値演算部１０８４は、該次の搬送波位相積算値と、メモリ１０８６に記憶されている搬送波位相積算値との差分を求める。搬送波位相距離差分値演算部１０８４は、擬似距離に、該差分を変換する。該擬似距離を搬送波位相距離差分値と呼ぶ。搬送波位相距離差分値演算部１０８４は、搬送波位相距離差分値を衛星擬似距離演算部１０８８に入力する。

また、搬送波位相距離差分値演算部１０８４は、擬似距離に、搬送波位相積算値を変換し、該擬似距離をメモリ１０８６に一時的に記憶するようにしてもよい。擬似距離をメモリ１０８６に記憶した後に、次の搬送波位相積算値が入力された場合、搬送波位相距離差分値演算部１０８４は、擬似距離に、該次の搬送波位相積算値を変換し、該擬似距離と、メモリ１０８６に記憶されている擬似距離との差分を求めるようにしてもよい。該搬送波位相積算値は、１エポック毎のドップラー周波数により算出してもよい。例えば、ドップラー周波数を積算する。

衛星擬似距離演算部１０８８は、重み係数設定部１０８２と、搬送波位相距離差分値演算部１０８４と接続される。衛星擬似距離演算部１０８８には、遅延同期ループ回路１０６からC/Aコード位相が入力され、重み係数設定部１０８２により重み係数Mが入力され、搬送波位相距離差分値演算部１０８４により搬送波位相距離差分値が入力される。

衛星擬似距離演算部１０８８は、入力されたC/Aコード位相に基づいて、擬似距離を求める。該擬似距離をC/Aコード位相距離と呼ぶ。該C/Aコード位相距離は、メモリ１０９０に記憶される。擬似距離ρは、GNSS衛星でC/Aコードが０ビット目であるとしてC/AコードのNビット目が受信されている場合には、ρ=N×300として求めることができる。すなわち、受信したC/AコードのGNSS衛星のコード位相時刻とGNSS受信装置の時刻との差を測定することにより、擬似距離ρを算出できる。

衛星擬似距離演算部１０８８は、次のエポックにおいて入力されたC/Aコード位相距離、重み係数M、１エポック前に求めた擬似距離、及び搬送波位相距離差分値に基づいて、衛星擬似距離を求める。衛星擬似距離演算部１０８８は、求めた衛星擬似距離をメモリ１０９０に記憶する。例えば、衛星擬似距離演算部１０８８は、式（１）により衛星擬似距離を求める。

衛星擬似距離演算部１０８８は、衛星擬似距離を測位演算部１１０に入力すると共に、メモリ１０９０に記憶する。

本GNSS受信装置１００は、測位演算部１１０を有する。測位演算部１１０は、キャリアスムージング処理部１０８と接続される。測位演算部１１０は、航法メッセージに含まれる衛星軌道情報に基づいて、GNSS衛星のワールド座標系での現在位置を計算する。尚、GNSS衛星は、人工衛星の１つであるので、その運動は、地球重心を含む一定面内（軌道面）に限定される。また、GNSS衛星の軌道は地球重心を１つの焦点とする楕円運動であり、ケプラーの方程式を逐次数値計算することで、軌道面上でのGNSS衛星の位置を計算できる。また、GNSS衛星の位置は、GNSS衛星の軌道面とワールド座標系の赤道面が回転関係にあることを考慮して、軌道面上でのGNSS衛星の位置を３次元的な回転座標変換することで得られる。尚、ワールド座標系とは、地球重心を原点として、赤道面内で互いに直交するＸ軸及びＹ軸、並びに、この両軸に直交するＺ軸により定義される。

測位演算部１１０は、衛星位置の算出結果と、キャリアスムージング処理部１０８により入力された衛星擬似距離の演算結果に基づいて、当該GNSS受信装置１００の位置を測位する。当該GNSS受信装置１００の位置は、３つのGNSS衛星１００に対して得られるそれぞれの衛星擬似距離及び衛星位置を用いて、三角測量の原理で導出されてよい。この場合、衛星擬似距離は時計誤差を含むので、４つ目のGNSS衛星に対して得られる衛星擬似距離及び衛星位置を用いて、時計誤差成分が除去される。測位演算部１１０は、現在位置を出力する。

尚、GNSS衛星の位置の測位方法としては、このような単独測位に限られず、干渉測位（既知の点に設置された固定局での受信データを併用する方式）であってもよい。干渉測位の場合、固定局及び当該GNSS受信装置１００にてそれぞれ得られる擬似距離の１重位相差や２重位相差等を用いて当該GNSS受信装置１００の位置が測位される。

本GNSS受信装置１００は、位相同期回路(PLL: Phase Locked Loop)１１２を有する。位相同期回路１１２は、高周波回路１０２と、キャリアスムージング処理部１０８と接続される。PLL１１２は、高周波回路１０２により入力されたベースバンド信号と、レプリカキャリア信号とを比較して、位相差を求める。PLL１１２は、該位相差を積算し、搬送波位相積算値情報として、キャリアスムージング処理部１０８に入力する。

＜GNSS受信装置の動作＞
図５は、本GNSS受信装置１００の動作を示すフローチャートである。

本GNSS受信装置１００は、C/Aコードのレプリカ信号を生成する（ステップＳ５０２）。例えば、遅延同期ループ回路１０６のC/Aコード発生器１０７０は、C/Aコードのレプリカ信号を生成する。

本GNSS受信装置１００は、GNSS衛星からの測位信号と、C/Aコードのレプリカ信号との同期をとる（ステップＳ５０４）。例えば、遅延同期ループ回路１０６の積分器１０６４は、C/Aコードが除去された中間周波数の信号（コード残差）を積算し、残差の積算値（C/Aコード位相）を得ることにより、GNSS衛星からの測位信号と、C/Aコードのレプリカ信号との同期をとる。

本GNSS受信装置１００は、搬送波の位相を求める（ステップＳ５０６）。例えば、PLL１１２は、高周波回路１０２により入力されたベースバンド信号と、搬送波のレプリカ信号とを比較して、位相差を求めることにより搬送波の位相を求める。

本GNSS受信装置１００は、車両の速度に基づいて、搬送波の位相に対する重み係数を設定する（ステップＳ５０８）。例えば、重み係数設定部１０８２は、車両の速度に基づいて、搬送波の位相に対する重み係数を設定する。

本GNSS受信装置１００は、GNSS衛星とGNSS受信装置１００との擬似距離を求める（ステップＳ５１０）。例えば、衛星擬似距離演算部１０８８は、ステップＳ５０８により設定された搬送波の位相に対する重み係数に基づいて、擬似距離を求める。具体的には、１エポック前の擬似距離に搬送波の差分を加えたものと、今回のエポックで得られた擬似距離との間で重み付けが車速に応じて制御される。

本実施例によれば、キャリアスムージング処理において、１エポック前に得られた擬似距離に搬送波の差分を加えたものと、今回得られた擬似距離とに対して重み付けを行う。該重み付けは、車両の速度が遅いほど、キャリア位相の配分（重み付け）を大きくする。該重み付けによりマルチパスの影響を低減できる。また、車両の速度が所定の速度より低速となった場合には、キャリア位相のみを用いてキャリアスムージング処理を行う。キャリア位相のみを用いてキャリアスムージング処理を行うことにより、車両の速度が所定の速度より低速となった場合においてもマルチパスの影響を低減して、衛星距離を求めることができる。また、車両が低速から高速に短時間で移行した場合でも、追従することができる。

＜第２の実施例＞
＜システム＞
本実施例に従ったGNSSは、第１の実施例と同様である。

＜GNSS受信装置＞
図６は、本実施例に従ったGNSS受信装置１００を示す。第１の実施例において示したGNSS受信装置１００と、ループ帯域幅設定部１１４を有する点で異なる。

ループ帯域幅設定部１１４は、LPF１０６６と接続される。ループ帯域幅設定部１１４には、車速情報が入力される。

図７は、積分器１０６４により出力されるC/Aコード位相の特性を示す。

車速が速い場合には、時間に対して、C/Aコード位相の変動の周期が短くなる。車速が遅い場合には、車速が速い場合とは逆に、時間に対して、C/Aコード位相の変動の周期が長くなる。

従って、C/Aコード位相の変動を除去するためには、車両の速度が速い場合にはDLL１０６におけるループ帯域幅を大きな値に設定し、車両の速度が遅い場合にはDLL１０６におけるループ帯域幅を小さな値に設定するのが好ましい。

ループ帯域幅設定部１１４は、車速情報に基づいて、DLLのループ帯域幅を変化させる。

図８は、DLLのループ帯域幅の設定例を示す。図８に示されるように、例えば、車両の速度が低速となるに従って、DLLのループ帯域幅を狭くする。DLLのループ帯域幅を狭くすることにより、測位誤差を低減できる。

また、ループ帯域幅設定部１１４は、車両の速度が所定の速度Ａよりも低速の場合には、DLLのループ帯域幅をC/Aコードの変調帯域のナイキスト周波数とする。該所定の速度Ａは、GPS受信機の移動速度がC/Aコードの変調帯域となる速度に設定されるのが好ましい。DLLのループ帯域幅をC/Aコードの変調帯域のナイキスト周波数とすることによりGPS衛星からの信号をデコードできなくなることを防止できる。

ループ帯域幅設定部１１４は、DLLのループ帯域幅の設定値をLPF１０６６に入力する。
LPF１０６６は、ループ帯域幅設定部１１４により設定されたループ帯域幅により、C/Aコード位相をフィルタリングし、位相残差を出力する。

＜GNSS受信装置の動作＞
図９は、本GNSS受信装置１００の動作を示すフローチャートである。図９には、図５を参照して説明したフローチャートにおけるステップＳ５０４に含まれる処理が示される。

GNSS受信装置１００は、車両の速度に基づいて、ループ帯域幅を設定する（ステップＳ
９０２）。例えば、ループ帯域幅設定部１１４は、車速情報に基づいて、ループ帯域幅を設定する。例えば、ループ帯域幅設定部１１４は、車両の速度が低速となるに従って、DLLのループ帯域幅を狭くする。また、ループ帯域幅設定部１１４は、車両の速度がGPS受信機の移動速度がC/Aコードの変調帯域のナイキスト周波数となる速度よりも低速の場合には、DLLのループ帯域幅をC/Aコードの変調帯域のナイキスト周波数とする。該ループ帯域幅は、LPF１０６６に入力される。

GNSS受信装置１００は、ステップ９０２により設定されたループ帯域幅により、C/Aコード位相をフィルタリングする（ステップＳ９０４）。例えば、LPF１０６６は、ループ帯域幅設定部１１４により設定されたループ帯域幅で、C/Aコード位相をフィルタリングする。

本実施例によれば、車両の速度に基づいて、DLLのループ帯域幅を変化させることにより、測位誤差を低減できる。該DLLのループ帯域幅は、車両の速度が低速となるほど狭くする。また、移動速度がC/Aコードの変調帯域となる所定の速度よりも低速の場合には、DLLのループ帯域幅をC/Aコードの変調帯域のナイキスト周波数とする。DLLのループ帯域幅をC/Aコードの変調帯域のナイキスト周波数とすることにより、GPS衛星からの信号をデコードできなくなるのを防止できる。

さらに、キャリアスムージング処理において、１エポック前に得られた擬似距離に搬送波の差分を加えたものと、今回得られた擬似距離とに対して重み付けを行う。該重み付けは、車両の速度が遅いほど、キャリア位相の配分（重み付け）を大きくする。該重み付けによりマルチパスの影響を低減できる。また、車両の速度が所定の速度より低速となった場合には、キャリア位相のみを用いてキャリアスムージング処理を行う。キャリア位相のみを用いてキャリアスムージング処理を行うことにより、車両の速度が所定の速度より低速となった場合においてもマルチパスの影響を低減して、衛星距離を求めることができる。また、車両が低速から高速に短時間で移行した場合でも、追従することができる。

＜第３の実施例＞
＜システム＞
本実施例に従ったGNSSは、第１の実施例と同様である。

＜GNSS受信装置＞
本実施例に従ったGNSS受信装置１００は、第１及び第２の実施例において示したGNSS受信装置１００と同様の機能ブロック図により説明される。本実施例に従ったGNSS受信装置１００は、第１及び第２の実施例において示したGNSS受信装置１００と、重み係数設定部における処理が異なる。

＜スムージング処理部＞
図１０は、本GNSS受信装置１００のスムージング処理部１０８を示す機能ブロック図である。

重み係数設定部１０９２には、電波状態情報が入力される。該電波状態情報には、GNSS衛星により送信される電波が、当該GNSS受信装置１００において遮断されたかどうかを示す情報が含まれる。GNSS衛星により送信される電波が遮断されたかどうかを示す情報が含まれてもよい。また、該電波状態情報には、GNSS衛星により送信される電波の、当該GNSS受信装置１００における信号強度が低下したかどうかを示す情報が含まれる。

重み係数設定部１０９２は、衛星擬似距離演算部１０８８と接続される。重み係数設定部１０９２は、当該GNSS受信装置１００がGNSS衛星を捕捉した直後の重み係数Mの初期値を１とする。重み係数設定部１０９２は、車速情報に基づいて、重み係数の目標値となる重み係数目標値Nを設定する。例えば、図４の重み係数の設定例を利用して、重み係数目標値Nに、車速に対応する重み係数を設定するようにしてもよい。重み係数設定部１０９２は、重み係数目標値Nに、重み係数Mを徐々に近づける。重み係数設定部１０９２は、電波状態情報が入力され、該電波状態情報がGNSS衛星により送信される電波が、当該GNSS受信装置１００において遮断されたことを示す情報である場合、及び／又は当該GNSS受信装置１００における信号強度が低下したことを示す情報である場合、重み係数目標値N、及び重み係数Mの値を１とする。その結果、衛星擬似距離演算部１０８８では、C/Aコード位相に基づいて、擬似距離が求められる。衛星擬似距離演算部１０８８では、上述した式（１）により衛星擬似距離が求められ、該式（１）においてM=1の場合の衛星擬似距離は、C/Aコードの位相距離であるためである。

重み係数目標値N、及び重み係数Mの値を１に設定した後に、電波状態が回復したときには以下の処理を行う。

重み係数設定部１０９２には、電波状態情報が入力される。該電波状態情報は、GNSS衛星により送信される電波が、当該GNSS受信装置１００において遮断されたことを示す情報でない、及び／又は当該GNSS受信装置１００における信号強度が低下したことを示す情報でないこととなる。重み係数設定部１０９２は、重み係数Mの初期値を１に再設定する。重み係数設定部１０９２は、車速情報に基づいて、重み係数の目標値となる重み係数目標値Nを再設定する。重み係数設定部１０９２は、重み係数目標値Nに、重み係数Mを徐々に近づける。

第１及び第２の実施例では、低速域でも、搬送波位相に基づいて擬似距離が求められるため、マルチパス誤差を低減できる。しかし、搬送波位相に基づいて擬似距離が求められる場合、GNSS衛星からの電波が、当該GNSS受信装置１００において遮断された場合、当該GNSS受信装置１００における信号強度が低下した場合などにおいて、キャリア位相が一周期単位でずれる現象が発生する場合がある。該キャリア位相が一周期単位でずれる現象は、サイクルスリップとも呼ばれる。サイクルスリップが発生するとGNSS衛星の位置が大きくずれるため、測位誤差が大きくなる。

本実施例では、GNSS衛星からの電波が、当該GNSS受信装置１００において遮断された場合、当該GNSS受信装置１００における信号強度が低下した場合などにおいては、C/Aコード位相に基づいて、擬似距離を求めることにより、サイクルスリップによる測位誤差、マルチパスによる測位誤差を低減できる。

＜GNSS受信装置の動作＞
図１１は、本GNSS受信装置１００の動作を示すフローチャートである。図１１には、図５を参照して説明したステップＳ５０８における処理が主に示される。

本GNSS受信装置１００は、重み係数Mを１に初期化する（ステップＳ１１０２）。例えば、重み係数設定部１０９２は、当該GNSS受信装置１００がGNSS衛星を捕捉した直後の重み係数Mの初期値を１とする。

本GNSS受信装置１００は、車速情報に基づいて、重み係数の目標値となる重み係数目標値Nを設定する（ステップＳ１１０４）。例えば、重み係数設定部１０９２は、車速情報に基づいて、重み係数目標値Nを設定する。

本GNSS受信装置１００は、車速情報に基づいて、該車速が車速Ａ以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１１０４）。例えば、重み係数設定部１０９２は、車速情報に基づいて、該車速が車速Ａ以下であるかどうかを判定する。該車速Ａは、C/Aコードの変調帯域となる速度であるのが好ましい。

車速が車速Ａ以下であると判定される場合（ステップＳ１１０６：ＹＥＳ）、本GNSS受信装置１００は、重み係数目標値Nを無限大とする（ステップＳ１１０８）。例えば、重み係数設定部１０９２は、車速が車速Ａ以下であると判定される場合、重み係数目標値Nを無限大とする。重み係数設定部１０９２は、重み係数目標値Nを最大値としてもよい。

車速が車速Ａ以下であると判定される場合（ステップＳ１１０６：ＮＯ）、及びステップＳ１１０８において重み係数目標値が設定された後、本GNSS受信装置１００は、信号強度低下及び／又は電波遮断が生じたかどうかを判定する（ステップＳ１１１０）。例えば、重み係数設定部１０９２は、電波状態情報に基づいて、信号強度低下及び／又は電波遮断が生じたかどうかを判定する。

信号強度低下及び／又は電波遮断が生じたと判定される場合（ステップＳ１１１０：ＹＥＳ）、本GNSS受信装置１００は、重み係数M、及び重み係数目標値Nを１に設定する。例えば、重み係数設定部１０９２は、信号強度低下及び／又は電波遮断が生じたと判定した場合、重み係数M、及び重み係数目標値Nを１に設定する。

重み係数M、及び重み係数目標値Nを１に設定した後、ステップＳ１１０４に戻る。重み係数目標値Nが再設定される。

信号強度低下及び／又は電波遮断が生じたと判定されない場合（ステップＳ１１１０：ＮＯ）、本GNSS受信装置１００は、重み係数目標値Nに、重み係数Mを徐々に近づける（ステップＳ１１１４）。例えば、重み係数設定部１０９２は、重み係数目標値Nに、重み係数Mを徐々に近づける。

本実施例によれば、サイクルスリップによる誤差、マルチパスによる誤差を低減できる。

本実施例によれば、GNSS衛星から送信される測位信号に基づいて測位演算を行うGNSS受信装置が提供される。

該GNSS受信装置は、
C/Aコードのレプリカ信号を生成し、該C/Aコードのレプリカ信号と前記GNSS衛星からの測位信号との同期をとることにより、C/Aコードの位相を求める遅延同期ループ回路と、
当該GNSS受信装置により生成された搬送波のレプリカ信号と、前記GNSS衛星からの測位信号の搬送波とに基づいて、搬送波の位相を求める位相同期回路と、
当該GNSS受信装置の移動速度に基づいて、前記搬送波の位相の重み付けを設定する重み付け設定部と、
前記重み付け設定部により設定された重み付けと、前記遅延同期ループ回路により求められたC/Aコードの位相と、前記位相同期回路により求められた搬送波の位相に基づいて、前記GNSS衛星と当該GNSS受信装置との擬似距離を求める擬似距離演算部と
を有する。

GNSS受信装置の移動速度に基づいて、搬送波の位相の重み付けが設定される。該重み付けと、遅延同期ループ回路により求められたC/Aコードの位相と、位相同期回路により求められた搬送波の位相に基づいて、GNSS衛星と当該GNSS受信装置との擬似距離が求められる。重み付けと、C/Aコードの位相と、搬送波の位相に基づいて、GNSS衛星と当該GNSS受信装置との擬似距離が求められることにより、GNSS受信装置が低速で移動している場合でも、マルチパスの影響を低減できる。

さらに、GNSS受信装置の移動速度に基づいて、前記遅延同期ループ回路のループ帯域幅を設定するループ帯域幅設定部
を有し、
前記遅延同期ループ回路は、前記ループ帯域幅設定部により設定されたループ帯域幅に基づいて、C/Aコードの位相を求める。

GNSS受信装置の移動速度に基づいて、前記遅延同期ループ回路のループ帯域幅を設定することにより、GNSS受信装置が低速で移動している場合でも、マルチパスの影響を低減できる。

さらに、前記ループ帯域幅設定部は、当該GNSS受信装置の速度が低速になるほど、前記ループ帯域幅を狭い値に設定する。

当該GNSS受信装置の速度が低速になるほど、ループ帯域幅を狭い値に設定することにより、GNSS受信装置が低速で移動している場合でも、マルチパスの影響を低減できる。

さらに、前記ループ帯域幅設定部は、当該GNSS受信装置の速度が、前記遅延同期ループ回路におけるC/Aコードの変調帯域となる所定の速度以下となる場合、前記ループ帯域幅を該C/Aコードの変調帯域のナイキスト周波数に設定する。

当該GNSS受信装置の速度が、遅延同期ループ回路におけるC/Aコードの変調帯域となる所定の速度以下となる場合にループ帯域幅を該C/Aコードの変調帯域のナイキスト周波数に設定することにより、GPS衛星からの信号をデコードできなくなるのを防止しつつ、マルチパスの影響を低減できる。

さらに、前記重み付け設定部は、当該GNSS受信装置の速度が低速になるほど、前記重み付けを大きな値に設定する。

当該GNSS受信装置の速度が低速になるほど、前記重み付けを大きな値に設定することにより、反射波による影響を低減できるため、マルチパスの影響を低減できる。また、GNSS受信装置の移動速度が低速から急に高速となった場合でも追従できる。

さらに、前記重み付け設定部は、当該GNSS受信装置の速度が、前記遅延同期ループ回路におけるC/Aコードの変調帯域となる所定の速度以下となる場合、前記搬送波の位相の重み付けを最大値に設定する。

当該GNSS受信装置の速度が、前記遅延同期ループ回路におけるC/Aコードの変調帯域となる所定の速度以下となる場合、前記搬送波の位相の重み付けを最大値に設定することにより、C/Aコード位相の変動の影響を低減できるため、マルチパスの影響を低減できる。

さらに、前記重み付け設定部は、前記GNSS衛星からの電波の信号強度低下及び／又は遮断が検出された場合、前記C/Aコードの位相に基づいて前記擬似距離が求められるように重み付けを設定する。

GNSS衛星からの電波の状態が悪化した場合に、C/Aコードの位相に基づいて前記擬似距離が求められるように重み付けを設定することにより、サイクルスリップによる誤差、マルチパスによる誤差を低減できる。

本実施例によれば、GNSS衛星から送信される測位信号に基づいて測位演算を行うGNSS受信装置における方法が提供される。

該方法は、
C/Aコードのレプリカ信号を生成するステップと、
該C/Aコードのレプリカ信号と前記GNSS衛星からの測位信号と同期をとることにより、C/Aコードの位相を求めるステップと、
搬送波のレプリカ信号を生成するステップと、
該搬送波のレプリカ信号と、前記GNSS衛星からの測位信号の搬送波とに基づいて、搬送波の位相を求めるステップと、
当該GNSS受信装置の移動速度に基づいて、前記C/Aコードの位相、及び前記搬送波の位相の重み付けを設定するステップと
前記C/Aコードの位相、及び前記搬送波の位相の重み付けと、前記C/Aコードの位相と、前記搬送波の位相に基づいて、前記GNSS衛星と当該GNSS受信装置との擬似距離を求めるステップと、
を有する。

以上、本発明は特定の実施例を参照しながら説明されてきたが、各実施例は単なる例示に過ぎず、当業者は様々な変形例、修正例、代替例、置換例等を理解するであろう。説明の便宜上、本発明の実施例に従った装置は機能的なブロック図を用いて説明されたが、そのような装置はハードウエアで、ソフトウエアで又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。本発明は上記実施例に限定されず、本発明の精神から逸脱することなく、様々な変形例、修正例、代替例、置換例等が包含される。

１ 高周波回路
２ 乗算器
３ 積分器
４ 低域通過フィルタ(LPF: Low-Pass Filter)
５ 数値制御発振器
６ C/Aコード発生器
７ 距離算出部
１０ 遅延同期ループ回路(DLL: Delay-Locked Loop)
１００ GNSS受信装置
１０２ 高周波回路
１０４ 乗算器
１０６ 遅延同期ループ回路
１０６２ 乗算器
１０６４ 積分器
１０６６ LPF
１０６８ 数値制御発振器
１０７０ C/Aコード発生器
１０８ キャリアスムージング処理部
１０８２ 重み係数設定部
１０８４ 搬送波位相距離差分値演算部
１０８６ メモリ
１０８８ 衛星擬似距離演算部１０８８
１０９０ メモリ
１０９２ 重み係数設定部
１１０ 測位演算部
１１２ 位相同期回路(PLL: Phase Locked Loop)
１１４ ループ帯域幅設定部

Claims (8)

1. GNSS衛星から送信される測位信号に基づいて測位演算を行うGNSS受信装置であって、
   C/Aコードのレプリカ信号を生成し、該C/Aコードのレプリカ信号と前記GNSS衛星からの測位信号との同期をとることにより、C/Aコードの位相を求める遅延同期ループ回路と、
   当該GNSS受信装置により生成された搬送波のレプリカ信号と、前記GNSS衛星からの測位信号の搬送波とに基づいて、搬送波の位相を求める位相同期回路と、
   当該GNSS受信装置の移動速度に基づいて、前記搬送波の位相の重み付けを設定する重み付け設定部と、
   前記重み付け設定部により設定された重み付けと、前記遅延同期ループ回路により求められたC/Aコードの位相と、前記位相同期回路により求められた搬送波の位相に基づいて、前記GNSS衛星と当該GNSS受信装置との擬似距離を求める擬似距離演算部と
   を有するGNSS受信装置。
2. 請求項１に記載のGNSS受信装置において、
   GNSS受信装置の移動速度に基づいて、前記遅延同期ループ回路のループ帯域幅を設定するループ帯域幅設定部
   を有し、
   前記遅延同期ループ回路は、前記ループ帯域幅設定部により設定されたループ帯域幅に基づいて、C/Aコードの位相を求めるGNSS受信装置。
3. 請求項２に記載のGNSS受信装置において、
   前記ループ帯域幅設定部は、当該GNSS受信装置の速度が低速になるほど、前記ループ帯域幅を狭い値に設定するGNSS受信装置。
4. 請求項２又は３に記載のGNSS受信装置において、
   前記ループ帯域幅設定部は、当該GNSS受信装置の速度が、前記遅延同期ループ回路におけるC/Aコードの変調帯域となる所定の速度以下となる場合、前記ループ帯域幅を該C/Aコードの変調帯域のナイキスト周波数に設定するGNSS受信装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のGNSS受信装置において、
   前記重み付け設定部は、当該GNSS受信装置の速度が低速になるほど、前記重み付けを大きな値に設定するGNSS受信装置。
6. 請求項５に記載のGNSS受信装置において、
   前記重み付け設定部は、当該GNSS受信装置の速度が、前記遅延同期ループ回路におけるC/Aコードの変調帯域となる所定の速度以下となる場合、前記搬送波の位相の重み付けを最大値に設定するGNSS受信装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のGNSS受信装置において、
   前記重み付け設定部は、前記GNSS衛星からの電波の信号強度低下及び／又は遮断が検出された場合、前記C/Aコードの位相に基づいて前記擬似距離が求められるように重み付けを設定するGNSS受信装置。
8. GNSS衛星から送信される測位信号に基づいて測位演算を行うGNSS受信装置における方法であって、
   C/Aコードのレプリカ信号を生成するステップと、
   該C/Aコードのレプリカ信号と前記GNSS衛星からの測位信号と同期をとることにより、C/Aコードの位相を求めるステップと、
   搬送波のレプリカ信号を生成するステップと、
   該搬送波のレプリカ信号と、前記GNSS衛星からの測位信号の搬送波とに基づいて、搬送波の位相を求めるステップと、
   当該GNSS受信装置の移動速度に基づいて、前記C/Aコードの位相、及び前記搬送波の位相の重み付けを設定するステップと
   前記C/Aコードの位相、及び前記搬送波の位相の重み付けと、前記C/Aコードの位相と、前記搬送波の位相に基づいて、前記GNSS衛星と当該GNSS受信装置との擬似距離を求めるステップと、
   を有する方法。

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