JP2011164088A - Method for tracking satellite signal, method for calculating position, device for tracking satellite signal and device for calculating position - Google Patents

Method for tracking satellite signal, method for calculating position, device for tracking satellite signal and device for calculating position Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To propose a new method for setting a loop bandwidth of a loop filter for tracking a satellite signal at an appropriate value. <P>SOLUTION: In a mobile phone 1, a state of movement is detected by IMU 60. Besides, an assumed maximum detection error of the IMU 60 is calculated by host CPU 30. Then, the loop bandwidth of a loop filter part of a loop circuit for tracking a GPS satellite signal received from a GPS satellite is set by the processing part 27 of a base band processing circuit part 20, using the result of detection of the IMU 60 and the assumed maximum detection error thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、衛星信号追尾方法、位置算出方法、衛星信号追尾装置及び位置算出装置に関する。   The present invention relates to a satellite signal tracking method, a position calculation method, a satellite signal tracking device, and a position calculation device.

測位用信号を利用した測位システムとしては、GPS(Global Positioning System)が広く知られており、携帯型電話機やカーナビゲーション装置等に内蔵された位置算出装置に利用されている。GPSでは、複数のGPS衛星の位置や各GPS衛星から位置算出装置までの擬似距離等の情報に基づいて位置算出装置の位置座標と時計誤差とを求める位置算出計算を行う。   A GPS (Global Positioning System) is widely known as a positioning system using positioning signals, and is used in a position calculation device built in a mobile phone or a car navigation device. In the GPS, position calculation calculation for obtaining position coordinates and clock error of the position calculation device is performed based on information such as positions of a plurality of GPS satellites and pseudo distances from each GPS satellite to the position calculation device.

GPS衛星から送出されるGPS衛星信号は、CA(Coarse and Acquisition)コードと呼ばれるGPS衛星毎に異なる拡散符号で変調されている。位置算出装置は、微弱な受信信号の中からGPS衛星信号を捕捉するために、受信信号と、CAコードのレプリカであるレプリカコードとの相関演算を行い、その相関値に基づいてGPS衛星信号を捕捉する。そして、GPS衛星信号の捕捉に一旦成功すると、捕捉したGPS衛星信号を追尾(トラッキング)する。   A GPS satellite signal transmitted from a GPS satellite is modulated with a spreading code different for each GPS satellite called a CA (Coarse and Acquisition) code. In order to capture a GPS satellite signal from a weak received signal, the position calculation device performs a correlation operation between the received signal and a replica code that is a replica of the CA code, and calculates the GPS satellite signal based on the correlation value. To capture. Once the GPS satellite signal is successfully captured, the captured GPS satellite signal is tracked.

GPS衛星信号の追尾は、搬送波(キャリア)を追尾するためのキャリア追尾ループ回路や、CAコードの位相を追尾するためのコード追尾ループ回路等で行われる(例えば特許文献1)。   Tracking of GPS satellite signals is performed by a carrier tracking loop circuit for tracking a carrier wave (carrier), a code tracking loop circuit for tracking the phase of a CA code, or the like (for example, Patent Document 1).

特開2008−232761号公報JP 2008-232761 A

ループ回路では、種々の要因により信号にノイズ成分が混在することが知られている。このノイズ成分を除去するため、ループ回路には、ローパスフィルターなどのループフィルターが設けられることが一般的である。   In a loop circuit, it is known that noise components are mixed in a signal due to various factors. In order to remove this noise component, the loop circuit is generally provided with a loop filter such as a low-pass filter.

特に、ジッター(信号の時間軸方向のずれ、位相揺らぎや周波数揺らぎ)に対する耐性はループフィルターによってほぼ決定付けられる。ループフィルターのループバンド幅を狭くすれば、ジッターに対する耐性は上がるが、信号成分の一部もカットしてしまうおそれが出てくるために、信号の追従性が悪くなり、極端な場合には捕捉していたGPS衛星信号を見失うロック外れが起こりやすくなるという問題がある。かといって、ループバンド幅を広くすると、ジッターに対する耐性が下がるため、極端な場合にはロック(GPS衛星信号を追尾すること)できない状態に陥る場合がある。   In particular, the resistance to jitter (shift in the time axis direction of the signal, phase fluctuation, and frequency fluctuation) is almost determined by the loop filter. If the loop bandwidth of the loop filter is narrowed, the tolerance to jitter will increase, but part of the signal component may be cut, resulting in poor signal tracking and capture in extreme cases. There is a problem that the GPS satellite signal that has been lost is easily lost. However, when the loop bandwidth is widened, the tolerance to jitter is lowered, and in an extreme case, the lock (tracking of the GPS satellite signal) may not be possible.

従来は、ループフィルターの設計時に、上記のバランスを考慮してループバンド幅の値を固定的に決定し、ループフィルターを構成していた。しかし、混入するジッターは、サーマルノイズ(熱雑音)やダイナミックストレス(動的応力)といったノイズ成分により変動し得る。特に、ダイナミックストレスは、位置算出装置の移動状況に応じて大きく変動し得る。そのため、固定的なループバンド幅を用いた場合には、GPS衛星信号を追尾する追従性が低下する等の問題が生じる場合があった。   Conventionally, when designing a loop filter, the loop bandwidth value is fixedly determined in consideration of the above-described balance, and the loop filter is configured. However, the jitter to be mixed may vary due to noise components such as thermal noise (thermal noise) and dynamic stress (dynamic stress). In particular, the dynamic stress can vary greatly depending on the movement status of the position calculation device. For this reason, when a fixed loop bandwidth is used, there may be a problem that the follow-up performance for tracking a GPS satellite signal is lowered.

本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、衛星信号追尾用のループフィルターのループバンド幅を適切な値に設定するための新たな手法を提案することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and its object is to propose a new technique for setting the loop bandwidth of a loop filter for tracking satellite signals to an appropriate value. It is in.

以上の課題を解決するための第1の形態は、移動状況を検出することと、前記検出の誤差を算出することと、前記検出結果及び前記誤差を用いて、測位用衛星から受信した衛星信号の追尾に用いられ、且つループバンド幅の変更が可能な追尾用フィルターの前記ループバンド幅を設定することと、を含む衛星信号追尾方法である。   A first mode for solving the above problems is to detect a moving state, calculate an error of the detection, and a satellite signal received from a positioning satellite using the detection result and the error. And setting the loop bandwidth of a tracking filter that can be used for tracking and capable of changing the loop bandwidth.

また、他の形態として、移動状況を検出する検出部と、前記検出部の検出結果及び前記検出部の検出誤差を用いて、測位用衛星から受信した衛星信号の追尾に用いられ、且つループバンド幅の変更が可能な追尾用フィルターの前記ループバンド幅を設定する設定部と、を備えた衛星信号追尾装置を構成してもよい。   Further, as another form, a detection unit that detects a movement state, a detection result of the detection unit, and a detection error of the detection unit are used for tracking a satellite signal received from a positioning satellite, and a loop band You may comprise the satellite signal tracking apparatus provided with the setting part which sets the said loop bandwidth of the filter for tracking which can change a width | variety.

この第1の形態等によれば、移動状況を検出する。また、移動状況の検出の誤差を算出する。そして、移動状況の検出結果及び検出誤差を用いて、測位用衛星から受信した衛星信号の追尾に用いられ、且つループバンド幅の変更が可能な追尾用フィルターのループバンド幅を設定する。   According to the first form and the like, the movement state is detected. In addition, an error in detecting the movement state is calculated. Then, using the detection result and detection error of the movement status, the loop bandwidth of the tracking filter that is used for tracking the satellite signal received from the positioning satellite and that can change the loop bandwidth is set.

上述したように、ループ回路のジッターは、移動状況に応じて大きく変動し得る。そのため、移動状況の検出結果を用いて追尾用フィルターのループバンド幅を設定することが適切である。しかし、移動状況の検出結果には当然誤差が含まれ得る。そのため、移動状況の検出結果の他に、移動状況の検出誤差も考慮してループバンド幅を設定することで、ループバンド幅を適切な値に設定することができる。   As described above, the jitter of the loop circuit can vary greatly depending on the movement situation. Therefore, it is appropriate to set the loop bandwidth of the tracking filter using the detection result of the movement state. However, naturally the error may be included in the detection result of the movement state. Therefore, the loop bandwidth can be set to an appropriate value by setting the loop bandwidth in consideration of the detection error of the movement situation in addition to the detection result of the movement situation.

また、第2の形態として、第1の形態の衛星信号追尾方法であって、前記移動状況を検出することは、加速度センサー、速度センサー及びジャイロセンサーの少なくとも何れかのセンサーを用いて、所与のタイミングで前記何れかのセンサーの出力に対するキャリブレーション処理を実行することを含み、前記誤差を算出することは、前記キャリブレーション処理を実行してからの経過時間を用いて、前記誤差を算出することを含む、衛星信号追尾方法を構成してもよい。   Further, as a second mode, in the satellite signal tracking method according to the first mode, the movement state may be detected by using at least one of an acceleration sensor, a speed sensor, and a gyro sensor. Performing the calibration process on the output of any one of the sensors at the timing of calculating the error using the elapsed time from the execution of the calibration process. In addition, a satellite signal tracking method may be configured.

この第2の形態によれば、加速度センサー、速度センサー及びジャイロセンサーの少なくとも何れかのセンサーを用いて、所与のタイミングで何れかのセンサーの出力に対するキャリブレーション処理を実行する。そして、キャリブレーション処理を実行してからの経過時間を用いて、移動状況の検出の誤差を算出する。キャリブレーション処理を実行することで、移動状況の検出誤差をリセットすることができる。また、キャリブレーション処理を実行してからの経過時間を利用することで、移動状況の検出誤差を簡易に求めることができ、ひいてはループバンド幅の適切な設定に資する。   According to the second embodiment, the calibration process for the output of any sensor is executed at a given timing using at least one of an acceleration sensor, a speed sensor, and a gyro sensor. Then, using the elapsed time since the execution of the calibration process, an error in detecting the movement state is calculated. By executing the calibration process, the movement state detection error can be reset. Further, by using the elapsed time since the execution of the calibration process, it is possible to easily determine the movement state detection error, which contributes to the appropriate setting of the loop bandwidth.

また、第3の形態として、第1又は第2の形態の衛星信号追尾方法であって、前記ループバンド幅を設定することは、前記衛星信号の受信環境を用いて前記ループバンド幅を設定することを含む、衛星信号追尾方法を構成してもよい。   Further, as a third mode, in the satellite signal tracking method according to the first or second mode, setting the loop bandwidth sets the loop bandwidth using a reception environment of the satellite signal. In addition, a satellite signal tracking method may be configured.

この第3の形態によれば、衛星信号の受信環境に応じた適切なループバンド幅を設定することができる。   According to the third embodiment, an appropriate loop bandwidth can be set according to the satellite signal reception environment.

また、第4の形態として、第1〜第3の何れかの形態の衛星信号追尾方法であって、前記ループバンド幅を設定することは、前記追尾用フィルターのフィルター次数を用いて前記ループバンド幅を設定することを含む、衛星信号追尾方法を構成してもよい。   According to a fourth aspect, in the satellite signal tracking method according to any one of the first to third aspects, the loop band width is set by using the filter order of the tracking filter. A satellite signal tracking method including setting the width may be configured.

この第4の形態によれば、追尾用フィルターのフィルター次数に応じた適切なループバンド幅を設定することができる。   According to the fourth embodiment, an appropriate loop bandwidth can be set according to the filter order of the tracking filter.

また、第5の形態として、第1〜第4の何れかの形態の衛星信号追尾方法を行って、前記衛星信号を追尾することと、前記追尾された衛星信号を用いて位置を算出することと、を含む位置算出方法を構成してもよい。   Further, as a fifth mode, the satellite signal tracking method according to any one of the first to fourth modes is performed to track the satellite signal and to calculate a position using the tracked satellite signal. And a position calculation method including:

この第5の形態によれば、上述した衛星信号追尾方法により追尾された衛星信号を用いて位置を算出することで、位置算出の正確性を向上させることができる。   According to the fifth embodiment, the position calculation accuracy can be improved by calculating the position using the satellite signal tracked by the satellite signal tracking method described above.

また、第7の形態として、加速度センサー、速度センサー及びジャイロセンサーのうちの少なくとも1つのセンサーと、前記少なくとも1つのセンサーの出力を用いて移動状況を検出する移動状況検出部と、測位用衛星からの衛星信号を追尾に用いられ、且つループバンド幅の変更が可能な追尾用フィルターと、前記移動状況検出部の検出結果及び前記移動状況検出部の検出誤差を用いて、前記追尾用フィルターの前記ループバンド幅を設定する設定部と、前記追尾用フィルターにより追尾された衛星信号を用いて位置を算出する位置算出部と、を備えた位置算出装置を構成してもよい。   Further, as a seventh form, from at least one of an acceleration sensor, a speed sensor, and a gyro sensor, a movement state detection unit that detects a movement state using an output of the at least one sensor, and a positioning satellite Of the tracking filter using the tracking filter that can be used to track the satellite signal and capable of changing the loop bandwidth, the detection result of the movement status detection unit, and the detection error of the movement status detection unit. You may comprise the position calculation apparatus provided with the setting part which sets a loop bandwidth, and the position calculation part which calculates a position using the satellite signal tracked by the said filter for tracking.

この第7の形態によれば、加速度センサー、速度センサー及びジャイロセンサーのうちの少なくとも1つのセンサーの出力を用いて、移動状況検出部により移動状況が検出される。そして、測位用衛星からの衛星信号を追尾に用いられ、且つループバンド幅の変更が可能な追尾用フィルターのループバンド幅が、移動状況検出部の検出結果及び移動状況検出部の検出誤差を用いて設定部により設定される。そして、追尾用フィルターにより追尾された衛星信号を用いて、位置算出部により位置が算出される。このような作用により、上述した形態と同様の効果が発揮される。   According to the seventh aspect, the movement state is detected by the movement state detection unit using the output of at least one of the acceleration sensor, the speed sensor, and the gyro sensor. The loop bandwidth of the tracking filter that can be used to track the satellite signal from the positioning satellite and that can change the loop bandwidth uses the detection result of the movement status detection unit and the detection error of the movement status detection unit. Is set by the setting unit. Then, the position is calculated by the position calculation unit using the satellite signal tracked by the tracking filter. By such an action, the same effect as the above-described embodiment is exhibited.

携帯型電話機の機能構成の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of a function structure of a portable telephone. ベースバンド処理回路部の回路構成の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of the circuit structure of a baseband process circuit part. ループフィルター部の次数と、ダイナミックストレス算出用物理量との対応関係を示す図。The figure which shows the correspondence of the order of a loop filter part, and the physical quantity for dynamic stress calculation. サーマルノイズ、ダイナミックストレス及びトータルジッターのループバンド幅特性の一例を示す図。The figure which shows an example of the loop bandwidth characteristic of a thermal noise, a dynamic stress, and a total jitter. メイン処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of a main process. ベースバンド処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of a baseband process. キャリア位相追尾ループバンド幅設定処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of a carrier phase tracking loop bandwidth setting process. 信号強度判定用テーブルのテーブル構成の一例を示す図。The figure which shows an example of the table structure of the table for signal strength determination.

以下、図面を参照して、衛星信号追尾装置及び位置算出装置を具備した電子機器の一種である携帯型電話機に本発明を適用した場合の実施形態について説明する。なお、本発明を適用可能な実施形態が以下説明する実施形態に限定されるわけでないことは勿論である。   Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a mobile phone which is a kind of electronic apparatus including a satellite signal tracking device and a position calculation device will be described with reference to the drawings. Of course, embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the embodiments described below.

1.機能構成
図1は、本実施形態における携帯型電話機1の機能構成を示すブロック図である。携帯型電話機1は、GPSアンテナ5と、GPS受信部10と、ホストCPU(Central Processing Unit)30と、操作部40と、表示部50と、IMU(Inertial Measurement Unit)60と、携帯電話用アンテナ70と、携帯電話用無線通信回路部80と、記憶部90とを備えて構成される。
1. Functional Configuration FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of a mobile phone 1 according to this embodiment. The mobile phone 1 includes a GPS antenna 5, a GPS receiver 10, a host CPU (Central Processing Unit) 30, an operation unit 40, a display unit 50, an IMU (Inertial Measurement Unit) 60, and a mobile phone antenna. 70, a mobile phone wireless communication circuit unit 80, and a storage unit 90.

GPSアンテナ5は、測位用衛星の一種であるGPS衛星から発信されているGPS衛星信号を含むRF(Radio Frequency)信号を受信するアンテナであり、受信信号をGPS受信部10に出力する。GPS衛星信号は、拡散符号の一種であるCA(Coarse and Acquisition)コードによって、スペクトラム拡散方式として知られるCDMA(Code Division Multiple Access)方式によって変調された1.57542[GHz]の通信信号である。CAコードは、コード長1023チップを1PNフレームとする繰返し周期1msの擬似ランダム雑音符号であり、GPS衛星毎に異なるものである。   The GPS antenna 5 is an antenna that receives an RF (Radio Frequency) signal including a GPS satellite signal transmitted from a GPS satellite that is a type of positioning satellite, and outputs a received signal to the GPS receiver 10. The GPS satellite signal is a 1.57542 [GHz] communication signal modulated by a CDMA (Code Division Multiple Access) system known as a spread spectrum system by a CA (Coarse and Acquisition) code which is a kind of spreading code. The CA code is a pseudo-random noise code having a repetition period of 1 ms with a code length of 1023 chips as 1 PN frame, and is different for each GPS satellite.

GPS受信部10は、GPSアンテナ5から出力された信号に基づいて携帯型電話機1の位置を計測する位置算出回路或いは位置算出装置であり、いわゆるGPS受信装置に相当する機能ブロックである。GPS受信部10は、RF受信回路部11と、ベースバンド処理回路部20とを備えて構成される。なお、RF受信回路部11と、ベースバンド処理回路部20とは、それぞれ別のLSI(Large Scale Integration)として製造することも、1チップとして製造することも可能である。   The GPS receiving unit 10 is a position calculating circuit or a position calculating device that measures the position of the mobile phone 1 based on a signal output from the GPS antenna 5, and is a functional block corresponding to a so-called GPS receiving device. The GPS receiving unit 10 includes an RF receiving circuit unit 11 and a baseband processing circuit unit 20. The RF receiving circuit unit 11 and the baseband processing circuit unit 20 can be manufactured as separate LSIs (Large Scale Integration) or can be manufactured as one chip.

RF受信回路部11は、RF信号の受信回路である。回路構成としては、例えば、GPSアンテナ5から出力されたRF信号をA/D変換器でデジタル信号に変換し、デジタル信号を処理する受信回路を構成してもよい。また、GPSアンテナ5から出力されたRF信号をアナログ信号のまま信号処理し、最終的にA/D変換することでデジタル信号をベースバンド処理回路部20に出力する構成としてもよい。   The RF receiving circuit unit 11 is an RF signal receiving circuit. As a circuit configuration, for example, a receiving circuit that converts an RF signal output from the GPS antenna 5 into a digital signal by an A / D converter and processes the digital signal may be configured. Alternatively, the RF signal output from the GPS antenna 5 may be processed as an analog signal and finally A / D converted to output a digital signal to the baseband processing circuit unit 20.

後者の場合には、例えば、次のようにRF受信回路部11を構成することができる。すなわち、所定の発振信号を分周或いは逓倍することで、RF信号乗算用の発振信号を生成する。そして、生成した発振信号を、GPSアンテナ5から出力されたRF信号に乗算することで、RF信号を中間周波数の信号(以下、「IF(Intermediate Frequency)信号」と称す。)にダウンコンバートし、IF信号を増幅等した後、A/D変換器でデジタル信号に変換して、ベースバンド処理回路部20に出力する。   In the latter case, for example, the RF receiving circuit unit 11 can be configured as follows. That is, an oscillation signal for RF signal multiplication is generated by dividing or multiplying a predetermined oscillation signal. Then, by multiplying the generated oscillation signal by the RF signal output from the GPS antenna 5, the RF signal is down-converted to an intermediate frequency signal (hereinafter referred to as an "IF (Intermediate Frequency) signal"), After the IF signal is amplified, it is converted into a digital signal by an A / D converter and output to the baseband processing circuit unit 20.

ベースバンド処理回路部20は、RF受信回路部11から出力された受信信号に対して相関処理等を行ってGPS衛星信号を捕捉・追尾し、GPS衛星信号から取り出した衛星軌道データや時刻データ等に基づいて、所定の位置算出計算を行って携帯型電話機1の位置(位置座標)を算出する機能部である。   The baseband processing circuit unit 20 performs correlation processing or the like on the reception signal output from the RF reception circuit unit 11 to capture and track the GPS satellite signal, and satellite orbit data, time data, and the like extracted from the GPS satellite signal. Is a functional unit that calculates a position (position coordinates) of the mobile phone 1 by performing a predetermined position calculation calculation based on the above.

ベースバンド処理回路部20は、受信信号の中からGPS衛星信号を捕捉する衛星信号捕捉装置であるとともに、捕捉したGPS衛星信号を追尾(トラッキング)する衛星信号追尾装置である。また、GPS衛星信号を利用した位置/速度算出計算を行って、携帯型電話機1の位置及び速度を算出する。   The baseband processing circuit unit 20 is a satellite signal capturing device that captures GPS satellite signals from received signals, and is a satellite signal tracking device that tracks captured GPS satellite signals. Further, the position / velocity calculation calculation using the GPS satellite signal is performed to calculate the position and speed of the mobile phone 1.

図2は、ベースバンド処理回路部20の回路構成の一例を示す図であり、本実施形態に係わる回路ブロックを中心に記載している。ベースバンド処理回路部20は、キャリア除去部21と、衛星信号捕捉部23と、衛星信号追尾部25と、処理部27と、記憶部29とを備えて構成される。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the baseband processing circuit unit 20, and mainly describes circuit blocks according to the present embodiment. The baseband processing circuit unit 20 includes a carrier removal unit 21, a satellite signal acquisition unit 23, a satellite signal tracking unit 25, a processing unit 27, and a storage unit 29.

キャリア除去部21は、RF受信回路部11から出力された受信信号から搬送波(キャリア)を除去する回路部であり、例えば、乗算部211と、キャリア除去用信号発生部213とを備えて構成される。   The carrier removal unit 21 is a circuit unit that removes a carrier wave from the reception signal output from the RF reception circuit unit 11. For example, the carrier removal unit 21 includes a multiplication unit 211 and a carrier removal signal generation unit 213. The

乗算部211は、キャリア除去用信号発生部213により生成されたキャリア除去用信号を受信信号に乗算することで受信信号から搬送波を除去し、受信信号に含まれるCAコード(受信CAコード)を相関処理部231に出力する乗算器である。   Multiplier 211 multiplies the received signal by the carrier removal signal generated by carrier removal signal generator 213 to remove the carrier from the received signal, and correlates the CA code (received CA code) included in the received signal. It is a multiplier that outputs to the processing unit 231.

キャリア除去用信号発生部213は、GPS衛星信号のキャリア信号と同一の周波数の信号であるキャリア除去用信号を生成する回路である。RF受信回路部11から出力される信号がIF信号である場合には、IF周波数をキャリア周波数として信号を生成する。何れにしろ、RF受信回路部11から出力される信号の周波数と同一の周波数のキャリア除去用信号を生成するための回路である。   The carrier removal signal generator 213 is a circuit that generates a carrier removal signal that is a signal having the same frequency as the carrier signal of the GPS satellite signal. When the signal output from the RF receiving circuit unit 11 is an IF signal, the signal is generated using the IF frequency as a carrier frequency. In any case, this is a circuit for generating a carrier removal signal having the same frequency as that of the signal output from the RF receiving circuit unit 11.

以下では、RF受信回路部11から出力される信号周波数を「キャリア周波数」又は「搬送波周波数」と呼び、RF受信回路部11から出力される信号のキャリア(搬送波)成分の位相を「キャリア位相」と呼んで説明する。   Hereinafter, the signal frequency output from the RF receiving circuit unit 11 is referred to as “carrier frequency” or “carrier frequency”, and the phase of the carrier (carrier wave) component of the signal output from the RF receiving circuit unit 11 is “carrier phase”. This will be explained.

キャリア除去用信号発生部213は、キャリア位相追尾ループフィルター部254から出力されるキャリア位相指示信号、及び、キャリア周波数追尾ループフィルター部256から出力されるキャリア周波数指示信号に従って、生成する信号の位相及び周波数を調整してキャリア除去用信号を発生させて、乗算部211に出力する。   The carrier removal signal generator 213 generates the phase of the signal to be generated according to the carrier phase indication signal output from the carrier phase tracking loop filter unit 254 and the carrier frequency indication signal output from the carrier frequency tracking loop filter unit 256. The frequency is adjusted to generate a carrier removal signal, which is output to the multiplier 211.

この際、キャリア除去用信号発生部213は、ドップラー演算部275から出力されるドップラー周波数を加味してキャリア除去用信号を発生させる。GPS受信部10がGPS衛星信号を受信する際の周波数は、GPS衛星の移動や携帯型電話機1の移動により生ずるドップラーの影響等により、GPS衛星信号の規定キャリア周波数である1.57542[GHz]とは必ずしも一致しない。そのため、規定キャリア周波数にドップラー周波数を加味した周波数のキャリア除去用信号を発生させて、乗算部211に出力する。   At this time, the carrier removal signal generator 213 generates a carrier removal signal in consideration of the Doppler frequency output from the Doppler calculator 275. The frequency at which the GPS receiving unit 10 receives the GPS satellite signal is 1.57542 [GHz], which is the specified carrier frequency of the GPS satellite signal, due to the influence of Doppler caused by the movement of the GPS satellite or the movement of the mobile phone 1. Does not necessarily match. Therefore, a carrier removal signal having a frequency in which the Doppler frequency is added to the specified carrier frequency is generated and output to the multiplier 211.

衛星信号捕捉部23は、乗算部211から出力された搬送波が除去された受信信号からGPS衛星信号を捕捉する回路部であり、相関処理部231と、レプリカコード発生部233とを備えて構成される。   The satellite signal acquisition unit 23 is a circuit unit that acquires a GPS satellite signal from the reception signal from which the carrier wave output from the multiplication unit 211 is removed. The satellite signal acquisition unit 23 includes a correlation processing unit 231 and a replica code generation unit 233. The

相関処理部231は、例えば相関器(コリレーター)を有して構成され、レプリカコード発生部233により生成されたレプリカコードと、乗算部211から出力された受信CAコードとの相関処理を行う回路部である。相関処理部231は、相関積算時間決定部271から出力される相関積算時間に亘って相関値を積算し、その積算結果を処理部27に出力する。   The correlation processing unit 231 includes, for example, a correlator (correlator), and performs a correlation process between the replica code generated by the replica code generation unit 233 and the reception CA code output from the multiplication unit 211. It is. The correlation processing unit 231 integrates the correlation values over the correlation integration time output from the correlation integration time determination unit 271 and outputs the integration result to the processing unit 27.

レプリカコード発生部233は、GPS衛星信号の拡散符号であるCAコードのレプリカコード(CAコードレプリカ)を生成する回路部である。レプリカコード発生部233は、コード追尾ループフィルター部252から出力されるコード位相指示信号に従って、Early,Prompt,Lateの3種類のレプリカコードを生成する。そして、生成した3種類のレプリカコードを相関処理部231に出力する。   The replica code generating unit 233 is a circuit unit that generates a CA code replica code (CA code replica) that is a spreading code of a GPS satellite signal. The replica code generation unit 233 generates three types of replica codes, Early, Prompt, and Late, according to the code phase instruction signal output from the code tracking loop filter unit 252. Then, the generated three types of replica codes are output to the correlation processing unit 231.

本実施形態において、相関処理部231は、受信信号のIQ成分それぞれに対して、レプリカコード発生部233から入力したレプリカコードとの相関処理を行う。I成分は、受信信号の同相成分(実部)を示し、Q成分は受信信号の直交成分(虚部)を示す。レプリカコード発生部233からは、Early,Prompt,Lateの3種類のレプリカコードが出力されるため、相関処理部231は、受信信号のIQ成分それぞれについて、3種類のレプリカコードとの相関処理を行う。   In the present embodiment, the correlation processing unit 231 performs correlation processing on each IQ component of the received signal with the replica code input from the replica code generating unit 233. The I component indicates the in-phase component (real part) of the received signal, and the Q component indicates the quadrature component (imaginary part) of the received signal. Since the replica code generation unit 233 outputs three types of replica codes, Early, Prompt, and Late, the correlation processing unit 231 performs correlation processing with the three types of replica codes for each IQ component of the received signal. .

なお、受信信号のIQ成分の分離(IQ分離)を行う回路ブロックについては図示を省略するが、どのように回路ブロックを構成してもよい。例えば、RF受信回路部11において受信信号をIF信号にダウンコンバートする際に、位相が90度異なる局部発振信号を受信信号に乗算することでIQ分離を行うこととしてもよい。   In addition, although illustration is abbreviate | omitted about the circuit block which isolate | separates IQ component (IQ isolation | separation) of a received signal, you may comprise a circuit block how. For example, when the received signal is down-converted to an IF signal in the RF receiving circuit unit 11, IQ separation may be performed by multiplying the received signal by a local oscillation signal having a phase difference of 90 degrees.

衛星信号追尾部25は、衛星信号捕捉部23により捕捉されたGPS衛星信号を追尾する回路部であり、コード位相差算出部251と、コード追尾ループフィルター部252と、キャリア位相差算出部253と、キャリア位相追尾ループフィルター部254と、キャリア周波数差算出部255と、キャリア周波数追尾ループフィルター部256とを備えて構成される。   The satellite signal tracking unit 25 is a circuit unit that tracks the GPS satellite signal captured by the satellite signal capturing unit 23, and includes a code phase difference calculation unit 251, a code tracking loop filter unit 252, and a carrier phase difference calculation unit 253. The carrier phase tracking loop filter unit 254, the carrier frequency difference calculation unit 255, and the carrier frequency tracking loop filter unit 256 are configured.

コード位相差算出部251は、受信CAコードの位相と、レプリカコードの位相との位相差(以下、「コード位相差」と称す。)を算出して出力する位相比較器である。コード位相差算出部251は、相関処理部231から出力されたEarlyコードに対するIQ相関値と、Lateコードに対するIQ相関値とをそれぞれ用いて、Earlyコードに対するパワーと、Lateコードに対するパワーとを算出する。そして、算出したパワーを用いて、公知の演算手法に従ってコード位相差を算出し、算出したコード位相差に応じた信号(電圧)を生成して、コード追尾ループフィルター部252に出力する。   The code phase difference calculation unit 251 is a phase comparator that calculates and outputs a phase difference between the phase of the received CA code and the phase of the replica code (hereinafter referred to as “code phase difference”). The code phase difference calculation unit 251 calculates the power for the Early code and the power for the Late code by using the IQ correlation value for the Early code output from the correlation processing unit 231 and the IQ correlation value for the Late code, respectively. . Then, using the calculated power, a code phase difference is calculated according to a known calculation method, a signal (voltage) corresponding to the calculated code phase difference is generated, and output to the code tracking loop filter unit 252.

コード追尾ループフィルター部252は、例えばローパスフィルターを有して構成され、通過させる信号の周波数帯域成分を決めるパラメーターであるループバンド幅を可変に設計された、つまりループバンド幅を調整可能に設計されたフィルター回路である。コード追尾ループフィルター部252は、ループバンド幅設定部273から出力されるループバンド幅に従ってループバンド幅を設定する。つまり、ループバンド幅設定部273から出力されるループバンド幅に従ってループバンド幅が変更される。そして、コード位相差算出部251から出力されるコード位相差に応じた信号に含まれる高周波成分をカットしてレプリカコード発生部233に出力する。コード追尾ループフィルター部252のループバンド幅を、適宜「コード追尾ループバンド幅」として図示・説明する。   The code tracking loop filter unit 252 is configured to include, for example, a low-pass filter, and is designed so that the loop bandwidth, which is a parameter for determining the frequency band component of the signal to be passed, is variably set, that is, the loop bandwidth can be adjusted. Filter circuit. The code tracking loop filter unit 252 sets the loop bandwidth according to the loop bandwidth output from the loop bandwidth setting unit 273. That is, the loop bandwidth is changed according to the loop bandwidth output from the loop bandwidth setting unit 273. The high frequency component included in the signal corresponding to the code phase difference output from the code phase difference calculation unit 251 is cut and output to the replica code generation unit 233. The loop bandwidth of the code tracking loop filter unit 252 is illustrated and described as an appropriate “code tracking loop bandwidth”.

相関処理部231→コード位相差算出部251→コード追尾ループフィルター部252→レプリカコード発生部233→相関処理部231の閉回路によって、遅延ロックループ(DLL(Delay Locked Loop))として知られるコード位相を追尾するためのループ回路が形成される。   Correlation processing unit 231 → code phase difference calculation unit 251 → code tracking loop filter unit 252 → replica code generation unit 233 → code phase known as a delay locked loop (DLL (Delay Locked Loop)) by a closed circuit of correlation processing unit 231 A loop circuit for tracking is formed.

キャリア位相差算出部253は、受信信号のキャリア成分の位相と、キャリア除去用信号発生部213により生成されたキャリア除去用信号の位相との位相差(以下、「キャリア位相差」と称す。)を算出して出力する位相比較器である。キャリア位相差算出部253は、相関処理部231から出力されたEarly、Prompt、Lateそれぞれのコードに対するIQ相関値を用いて、公知の演算手法に従ってキャリア位相差を算出する。そして、算出したキャリア位相差に応じた信号(電圧)を生成して、キャリア位相追尾ループフィルター部254に出力する。   The carrier phase difference calculation unit 253 is a phase difference between the phase of the carrier component of the received signal and the phase of the carrier removal signal generated by the carrier removal signal generation unit 213 (hereinafter referred to as “carrier phase difference”). Is a phase comparator that calculates and outputs. The carrier phase difference calculation unit 253 uses the IQ correlation values for the Early, Prompt, and Late codes output from the correlation processing unit 231 to calculate the carrier phase difference according to a known calculation method. Then, a signal (voltage) corresponding to the calculated carrier phase difference is generated and output to the carrier phase tracking loop filter unit 254.

キャリア位相追尾ループフィルター部254は、ループバンド幅設定部273から出力されるキャリア位相追尾ループバンド幅に従ってループバンド幅を設定する。そして、キャリア位相追尾ループフィルター部254は、コード追尾ループフィルター部252と同様に、キャリア位相差算出部253から出力されたキャリア位相差に応じた信号に混入される高周波成分をカットしてキャリア除去用信号発生部213に出力する。キャリア位相追尾ループフィルター部254のループバンド幅を、適宜「キャリア位相追尾ループバンド幅」として図示・説明する。   The carrier phase tracking loop filter unit 254 sets the loop bandwidth according to the carrier phase tracking loop bandwidth output from the loop bandwidth setting unit 273. Then, similarly to the code tracking loop filter unit 252, the carrier phase tracking loop filter unit 254 cuts the high frequency component mixed in the signal corresponding to the carrier phase difference output from the carrier phase difference calculation unit 253 and removes the carrier. To the signal generator 213. The loop bandwidth of the carrier phase tracking loop filter unit 254 is illustrated and described as “carrier phase tracking loop bandwidth” as appropriate.

乗算部211→相関処理部231→キャリア位相差算出部253→キャリア位相追尾ループフィルター部254→キャリア除去用信号発生部213→乗算部211の閉回路によって、位相ロックループ(PLL(Phase Locked Loop))として知られるキャリア位相を追尾するためのループ回路が形成される。   Multiplier 211 → correlation processing unit 231 → carrier phase difference calculation unit 253 → carrier phase tracking loop filter unit 254 → carrier removal signal generation unit 213 → phase locked loop (PLL (Phase Locked Loop)) by closed circuit of multiplication unit 211 A loop circuit for tracking the carrier phase known as) is formed.

キャリア周波数差算出部255は、キャリア周波数と、キャリア除去用信号発生部213により生成されたキャリア除去用信号の周波数との周波数差(以下、「キャリア周波数差」と称す。)を算出して出力する周波数比較器である。キャリア周波数差算出部255は、相関処理部231から出力されたEarly、Prompt、Lateそれぞれのコードに対するIQ相関値を用いて、公知の演算手法に従ってキャリア周波数差を算出する。そして、算出したキャリア周波数差に応じた信号(電圧)を生成して、キャリア周波数追尾ループフィルター256に出力する。   The carrier frequency difference calculation unit 255 calculates and outputs the frequency difference between the carrier frequency and the frequency of the carrier removal signal generated by the carrier removal signal generation unit 213 (hereinafter referred to as “carrier frequency difference”). This is a frequency comparator. The carrier frequency difference calculation unit 255 calculates the carrier frequency difference according to a known calculation method using the IQ correlation values for the Early, Prompt, and Late codes output from the correlation processing unit 231. Then, a signal (voltage) corresponding to the calculated carrier frequency difference is generated and output to the carrier frequency tracking loop filter 256.

キャリア周波数追尾ループフィルター部256は、ループバンド幅設定部273から出力されるキャリア周波数追尾ループバンド幅に従ってループバンド幅を設定する。そして、キャリア周波数追尾ループフィルター部256は、コード追尾ループフィルター部252と同様に、キャリア周波数差算出部255から出力されたキャリア周波数差に応じた信号に含まれる高周波成分をカットしてキャリア除去用信号発生部213に出力する。キャリア周波数追尾ループフィルター部256のループバンド幅を、適宜「キャリア周波数追尾ループバンド幅」として図示・説明する。   The carrier frequency tracking loop filter unit 256 sets the loop bandwidth according to the carrier frequency tracking loop bandwidth output from the loop bandwidth setting unit 273. Then, similarly to the code tracking loop filter unit 252, the carrier frequency tracking loop filter unit 256 cuts a high frequency component included in the signal corresponding to the carrier frequency difference output from the carrier frequency difference calculation unit 255 and removes the carrier frequency. The signal is output to the signal generator 213. The loop bandwidth of the carrier frequency tracking loop filter unit 256 is illustrated and described as “carrier frequency tracking loop bandwidth” as appropriate.

乗算部211→相関処理部231→キャリア周波数差算出部255→キャリア周波数追尾ループフィルター部256→キャリア除去用信号発生部213→乗算部211の閉回路によって、周波数ロックループ(FLL(Frequency Locked Loop))として知られるキャリア周波数を追尾するためのループ回路が形成される。   Multiplier 211 → correlation processing unit 231 → carrier frequency difference calculation unit 255 → carrier frequency tracking loop filter unit 256 → carrier removal signal generation unit 213 → frequency locked loop (FLL (Frequency Locked Loop)) ) Is formed as a loop circuit for tracking the carrier frequency.

処理部27は、ベースバンド処理回路部20の各機能部を統括的に制御する制御装置であり、例えばCPU等のプロセッサーを有して構成される。処理部27は、機能部として、相関積算時間決定部271と、ループバンド幅設定部273と、ドップラー演算部275と、位置/速度算出部277とを有する。   The processing unit 27 is a control device that comprehensively controls each functional unit of the baseband processing circuit unit 20, and includes a processor such as a CPU, for example. The processing unit 27 includes a correlation integration time determination unit 271, a loop bandwidth setting unit 273, a Doppler calculation unit 275, and a position / velocity calculation unit 277 as functional units.

相関積算時間決定部271は、相関処理部231が相関値の積算処理を行う際の積算時間(相関積算時間)を決定する決定部であり、決定した相関積算時間を相関処理部231に出力する。   The correlation integration time determination unit 271 is a determination unit that determines an integration time (correlation integration time) when the correlation processing unit 231 performs correlation value integration processing, and outputs the determined correlation integration time to the correlation processing unit 231. .

ループバンド幅設定部273は、衛星信号追尾部25に含まれる各ループフィルター部のループバンド幅を個別に設定する設定部であり、設定したループバンド幅を対応するループフィルター部に出力する。   The loop bandwidth setting unit 273 is a setting unit that individually sets the loop bandwidth of each loop filter unit included in the satellite signal tracking unit 25, and outputs the set loop bandwidth to the corresponding loop filter unit.

ドップラー演算部275は、携帯型電話機1の速度とGPS衛星の速度とを用いて、GPS衛星及び携帯型電話機1の移動により生ずるドップラー周波数を演算する演算部であり、演算したドップラー周波数をキャリア除去用信号発生部213に出力する。   The Doppler calculation unit 275 is a calculation unit that calculates the Doppler frequency generated by the movement of the GPS satellite and the mobile phone 1 using the speed of the mobile phone 1 and the speed of the GPS satellite, and removes the calculated Doppler frequency as a carrier. To the signal generator 213.

位置/速度算出部277は、衛星信号捕捉部23により捕捉された、或いは、衛星信号追尾部25により追尾されているGPS衛星信号を利用して、公知の位置/速度算出計算を行って携帯型電話機1の位置及び速度を算出する算出部である。位置/速度算出部277は、算出した位置及び速度をホストCPU30に出力する。   The position / velocity calculation unit 277 performs a known position / velocity calculation calculation using a GPS satellite signal captured by the satellite signal acquisition unit 23 or tracked by the satellite signal tracking unit 25, and is portable. It is a calculation part which calculates the position and speed of the telephone 1. The position / speed calculation unit 277 outputs the calculated position and speed to the host CPU 30.

記憶部29は、ROMやフラッシュROM、RAM等の記憶装置によって構成され、ベースバンド処理回路部20のシステムプログラムや、ループバンド幅設定機能、位置/速度算出機能等を実現するための各種プログラム、データ等を記憶している。また、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。   The storage unit 29 is configured by a storage device such as a ROM, a flash ROM, or a RAM, and various programs for realizing a system program of the baseband processing circuit unit 20, a loop bandwidth setting function, a position / speed calculation function, etc. Data etc. are memorized. In addition, it has a work area for temporarily storing data being processed and results of various processes.

図1の機能ブロックに戻って、ホストCPU30は、記憶部90に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従って携帯型電話機1の各部を統括的に制御するプロセッサーである。ホストCPU30は、ベースバンド処理回路部20から出力された位置座標をもとに、表示部50に現在位置を指し示した地図を表示させたり、その位置座標を各種のアプリケーション処理に利用する。   Returning to the functional blocks in FIG. 1, the host CPU 30 is a processor that comprehensively controls each unit of the mobile phone 1 according to various programs such as a system program stored in the storage unit 90. Based on the position coordinates output from the baseband processing circuit unit 20, the host CPU 30 displays a map indicating the current position on the display unit 50, or uses the position coordinates for various application processes.

操作部40は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、押下されたキーやボタンの信号をホストCPU30に出力する。この操作部40の操作により、通話要求やメール送受信要求、位置算出要求等の各種指示入力がなされる。   The operation unit 40 is an input device configured by, for example, a touch panel, a button switch, or the like, and outputs a pressed key or button signal to the host CPU 30. By operating the operation unit 40, various instructions such as a call request, a mail transmission / reception request, and a position calculation request are input.

表示部50は、LCD(Liquid Crystal Display)等により構成され、ホストCPU30から入力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置である。表示部50には、位置表示画面や時刻情報等が表示される。   The display unit 50 is configured by an LCD (Liquid Crystal Display) or the like, and is a display device that performs various displays based on display signals input from the host CPU 30. The display unit 50 displays a position display screen, time information, and the like.

IMU60は、例えば、加速度センサー61や及びジャイロセンサー63を備え、予めセンサーに対応付けて定められたセンサー座標系の直交3軸それぞれの軸方向の加速度及び各軸の軸回りの角速度を検出可能に構成される。なお、加速度センサー61及びジャイロセンサー63は、それぞれが独立したセンサーであってもよいし、一体型のセンサーであってもよい。   The IMU 60 includes, for example, an acceleration sensor 61 and a gyro sensor 63, and can detect the acceleration in the axial direction of each of the three orthogonal axes of the sensor coordinate system determined in advance in association with the sensor and the angular velocity around each axis. Composed. The acceleration sensor 61 and the gyro sensor 63 may be independent sensors or may be integrated sensors.

携帯電話用アンテナ70は、携帯型電話機1の通信サービス事業者が設置した無線基地局との間で携帯電話用無線信号の送受信を行うアンテナである。   The cellular phone antenna 70 is an antenna that transmits and receives cellular phone radio signals to and from a radio base station installed by a communication service provider of the cellular phone 1.

携帯電話用無線通信回路部80は、RF変換回路、ベースバンド処理回路等によって構成される携帯電話の通信回路部であり、携帯電話用無線信号の変調・復調等を行うことで、通話やメールの送受信等を実現する。   The cellular phone wireless communication circuit unit 80 is a cellular phone communication circuit unit configured by an RF conversion circuit, a baseband processing circuit, and the like, and by performing modulation / demodulation of the cellular phone radio signal, the communication and mail Realize transmission / reception and so on.

記憶部90は、ホストCPU30が携帯型電話機1を制御するためのシステムプログラムや、IMU60のキャリブレーション機能等を実現するための各種プログラムやデータ等を記憶する記憶装置である。   The storage unit 90 is a storage device that stores a system program for the host CPU 30 to control the mobile phone 1, various programs and data for realizing the calibration function of the IMU 60, and the like.

2.ループバンド幅設定の原理
次に、ベースバンド処理回路部20において、処理部27のループバンド幅設定部273が実行するループバンド幅設定の原理について説明する。
2. Next, the principle of loop bandwidth setting executed by the loop bandwidth setting unit 273 of the processing unit 27 in the baseband processing circuit unit 20 will be described.

(1)キャリア位相追尾ループフィルター部のループバンド幅の設定
先ず、キャリア位相追尾ループフィルター部254のループバンド幅の設定の原理について説明する。キャリア位相追尾ループ回路においてキャリア位相を追尾する際に問題となるのは、追尾しようとするキャリア位相に含まれ得る誤差の存在である。このキャリア位相誤差の主要因は、サーマルノイズとダイナミックストレスと呼ばれるノイズ成分である。
(1) Setting of Loop Bandwidth of Carrier Phase Tracking Loop Filter Unit First, the principle of setting the loop bandwidth of the carrier phase tracking loop filter unit 254 will be described. The problem in tracking the carrier phase in the carrier phase tracking loop circuit is the presence of errors that can be included in the carrier phase to be tracked. The main factors of this carrier phase error are noise components called thermal noise and dynamic stress.

サーマルノイズは、熱雑音として知られるノイズ成分であり、キャリア位相追尾ループ回路内の信号に混在する全周波数帯域に分布する雑音である。また、ダイナミックストレスは、動的応力として知られる動的な信号の揺らぎであり、GPS衛星及びGPS受信装置の移動により、GPS受信装置とGPS衛星間の擬似距離が変化することに起因して生ずる位相揺らぎである。   Thermal noise is a noise component known as thermal noise, and is distributed over the entire frequency band mixed in the signal in the carrier phase tracking loop circuit. Dynamic stress is dynamic signal fluctuation known as dynamic stress, and is caused by a change in the pseudorange between the GPS receiver and the GPS satellite due to the movement of the GPS satellite and the GPS receiver. It is phase fluctuation.

具体的に説明するために、キャリア位相追尾ループ回路におけるキャリア位相揺らぎを定式化する。ここでは、角度換算(deg)でキャリア位相揺らぎを定式化する。キャリア位相追尾ループにおけるキャリア位相揺らぎの総量であるトータルジッター「σPLL」は、次式(1)で与えられる。

Figure 2011164088
In order to explain specifically, carrier phase fluctuation in the carrier phase tracking loop circuit is formulated. Here, the carrier phase fluctuation is formulated by angle conversion (deg). The total jitter “σ PLL ”, which is the total amount of carrier phase fluctuation in the carrier phase tracking loop, is given by the following equation (1).
Figure 2011164088

式(1)において、「σtPLL」はサーマルノイズを示しており、「θen」はダイナミックストレスを示している。また、「σv」、「θA」は、それぞれ振動によるキャリア位相揺らぎ、アラン分散によるキャリア位相揺らぎを示しているが、これらは無視できるほど微小な値であるため、本実施形態では考慮しないこととする。 In Equation (1), “σ tPLL ” indicates thermal noise, and “θ en ” indicates dynamic stress. Further, “σ v ” and “θ A ” indicate carrier phase fluctuation due to vibration and carrier phase fluctuation due to Allan dispersion, respectively, but these values are negligibly small and are not considered in this embodiment. I will do it.

また、サーマルノイズ「σtPLL」は、次式(2)で与えられる。

Figure 2011164088
The thermal noise “σ tPLL ” is given by the following equation (2).
Figure 2011164088

式(2)において、「BPLL」はキャリア位相追尾ループフィルター部254のループバンド幅である。また、「S」はC/N比として表される受信信号の信号強度であり、「T」は相関積算時間である。式(2)より、サーマルノイズ「σtPLL」は、キャリア位相追尾ループフィルター部254のループバンド幅「BPLL」と、受信信号の信号強度「S」と、相関積算時間「T」とに依存する値であることがわかる。 In Expression (2), “B PLL ” is the loop bandwidth of the carrier phase tracking loop filter unit 254. “S” is the signal strength of the received signal expressed as a C / N ratio, and “T” is the correlation integration time. From Equation (2), the thermal noise “σ tPLL ” depends on the loop bandwidth “B PLL ” of the carrier phase tracking loop filter unit 254, the signal strength “S” of the received signal, and the correlation integration time “T”. It turns out that it is a value to do.

また、キャリア位相追尾ループ回路におけるダイナミックストレス「θen」は、キャリア位相追尾ループフィルター部254の次数(ループフィルターの次数)に応じて異なる式で定式化される。具体的には、1次〜3次のループフィルターの次数それぞれに対して、ダイナミックストレス「θe1」〜「θe3」は、次式(3)〜(5)で与えられる。

Figure 2011164088
Figure 2011164088
Figure 2011164088
Further, the dynamic stress “θ en ” in the carrier phase tracking loop circuit is formulated by a different formula depending on the order of the carrier phase tracking loop filter unit 254 (the order of the loop filter). Specifically, the dynamic stresses “θ e1 ” to “θ e3 ” are given by the following equations (3) to (5) for the respective orders of the first to third order loop filters.
Figure 2011164088
Figure 2011164088
Figure 2011164088

式(3)〜(5)において、「R」はGPS受信装置とGPS衛星との間の擬似距離である。「dR/dt」は、GPS受信装置からGPS衛星に向かう視線方向に対するGPS受信装置の速度(真の速度)であり、「dR2/dt2」は、視線方向に対するGPS受信装置の加速度(真の加速度)であり、「dR3/dt3」は、視線方向に対するGPS受信装置の躍度(=加加速度)(真の躍度)である。また、「α」、「β」、「γ」は、フィルターの次数によって異なる定数である。 In Expressions (3) to (5), “R” is a pseudo distance between the GPS receiver and the GPS satellite. “DR / dt” is the speed (true speed) of the GPS receiver with respect to the line-of-sight direction from the GPS receiver toward the GPS satellite, and “dR 2 / dt 2 ” is the acceleration (true) of the GPS receiver with respect to the line-of-sight direction. “DR 3 / dt 3 ” is the jerk (= jerk) (true jerk) of the GPS receiver with respect to the line-of-sight direction. “Α”, “β”, and “γ” are constants that differ depending on the order of the filter.

式(3)〜(5)を見ると、ダイナミックストレス「θen」は、ループフィルターの次数に応じて、GPS受信装置の速度「dR/dt」、加速度「dR2/dt2」及び躍度「dR3/dt3」の視線方向成分にそれぞれ依存することがわかる。また、フィルターの次数に関わらず、キャリア位相追尾ループフィルター部254のループバンド幅「BPLL」にも依存することがわかる。 Looking at the equations (3) to (5), the dynamic stress “θ en ” indicates the GPS receiver speed “dR / dt”, acceleration “dR 2 / dt 2 ” and jerk according to the order of the loop filter. It can be seen that the line-of-sight direction component of “dR 3 / dt 3 ” depends on each. Further, it can be seen that, regardless of the order of the filter, it also depends on the loop bandwidth “B PLL ” of the carrier phase tracking loop filter unit 254.

処理部27のループバンド幅設定部273は、所定の設定タイミングで、キャリア位相追尾ループフィルター部254のループバンド幅を設定する。このループバンド幅の設定は、例えば、定期的なタイミング(例えば1日に1回)や、GPS衛星信号の受信環境が変化したタイミング、一定以上の温度変化(例えば5℃以上の温度変化)が生じたタイミング、などに実行することにすれば好適である。一定以上の温度変化が生じたタイミングとする場合には、温度センサーを更に備えることとする。   The loop bandwidth setting unit 273 of the processing unit 27 sets the loop bandwidth of the carrier phase tracking loop filter unit 254 at a predetermined setting timing. The loop bandwidth is set by, for example, a periodic timing (for example, once a day), a timing at which the GPS satellite signal reception environment has changed, a temperature change of a certain level (for example, a temperature change of 5 ° C. or more) It is preferable to execute it at the timing of occurrence. In the case of a timing at which a temperature change above a certain level occurs, a temperature sensor is further provided.

ループバンド幅設定部273は、キャリア位相追尾ループフィルター部254のループバンド幅の設定タイミングにおいて、衛星信号捕捉部23が捕捉しているGPS衛星信号の信号強度「S」を計測して取得するとともに、相関積算時間決定部271から相関積算時間「T」を取得する。そして、取得した信号強度「S」及び相関積算時間「T」を用いて、式(2)に従ってサーマルノイズのループバンド幅特性「σtPLL(BPLL)」を求める。ループバンド幅特性とは、ループバンド幅の変化によって、キャリア位相の揺らぎがどのように変化するかを示す特性である。 The loop bandwidth setting unit 273 measures and acquires the signal intensity “S” of the GPS satellite signal captured by the satellite signal capturing unit 23 at the loop bandwidth setting timing of the carrier phase tracking loop filter unit 254. The correlation integration time “T” is acquired from the correlation integration time determination unit 271. Then, using the acquired signal intensity “S” and correlation integration time “T”, the loop bandwidth characteristic “σ tPLL (B PLL )” of the thermal noise is obtained according to the equation (2). The loop bandwidth characteristic is a characteristic indicating how the fluctuation of the carrier phase changes due to the change of the loop bandwidth.

他方で、ループバンド幅設定部273は、当該設定タイミングにおいて、ダイナミックストレスを算出するために用いられる物理量(以下、「ダイナミックストレス算出用物理量」と称す。)のセンサー検出値と、当該ダイナミックストレス算出用物理量のセンサー検出値に含まれ得る最大の検出誤差(以下、「想定最大検出誤差」と称す。)とを、ホストCPU30から取得する。そして、これらの値を用いてダイナミックストレスのループバンド幅特性「θen(BPLL)」を求める。 On the other hand, the loop bandwidth setting unit 273 detects a sensor detected value of a physical quantity (hereinafter referred to as “dynamic quantity for dynamic stress calculation”) used for calculating dynamic stress at the setting timing, and calculates the dynamic stress. The maximum detection error (hereinafter referred to as “assumed maximum detection error”) that can be included in the sensor detection value of the physical quantity for use is acquired from the host CPU 30. Then, using these values, the dynamic stress loop bandwidth characteristic “θ en (B PLL )” is obtained.

図3は、ループフィルター部の次数と、ダイナミックストレス算出用物理量との対応関係を示す図である。ループフィルター部の次数が「1次」であれば、視線方向に対する速度(センサー出力から計算した速度)及び想定最大速度誤差を用いて、式(3)に従ってダイナミックストレスのループバンド幅特性「θe1(BPLL)」を求める。ループフィルター部の次数が「2次」であれば、視線方向に対する加速度(センサー出力から計算した加速度)及び想定最大加速度誤差を用いて、式(4)に従ってダイナミックストレスのループバンド幅特性「θe2(BPLL)」を求める。また、ループフィルター部の次数が「3次」であれば、視線方向に対する躍度(センサー出力から計算した躍度)及び想定最大躍度誤差を用いて、式(5)に従ってダイナミックストレスのループバンド幅特性「θe3(BPLL)」を求める。 FIG. 3 is a diagram illustrating a correspondence relationship between the order of the loop filter unit and the physical quantity for dynamic stress calculation. If the order of the loop filter section is “first order”, the loop bandwidth characteristic “θ e1 ” of the dynamic stress is calculated according to Equation (3) using the speed (speed calculated from the sensor output) and the assumed maximum speed error with respect to the line-of-sight direction. (B PLL ) ”. If the order of the loop filter part is “second order”, the loop bandwidth characteristic “θ e2 ” of the dynamic stress according to the equation (4) using the acceleration with respect to the line of sight (acceleration calculated from the sensor output) and the assumed maximum acceleration error. (B PLL ) ”. If the order of the loop filter section is “third order”, the dynamic stress loop band according to equation (5) using the jerk with respect to the line-of-sight direction (the jerk calculated from the sensor output) and the assumed maximum jerk error. The width characteristic “θ e3 (B PLL )” is obtained.

より具体的には、式(3)〜(5)のそれぞれにおいて、「速度のセンサー検出値の視線方向成分+想定最大速度誤差の視線方向成分」を「dR/dt」として、「加速度のセンサー検出値の視線方向成分+想定最大加速度誤差の視線方向成分」を「dR2/dt2」として、「躍度のセンサー検出値の視線方向成分+想定最大躍度誤差の視線方向成分」を「dR3/dt3」として、ダイナミックストレスのループバンド幅特性「θen(BPLL)」を求める。 More specifically, in each of the formulas (3) to (5), “the gaze direction component of the speed sensor detection value + the gaze direction component of the assumed maximum speed error” is “dR / dt”, and “acceleration sensor The line-of-sight direction component of the detected value + the line-of-sight direction component of the assumed maximum acceleration error is “dR 2 / dt 2 ”, and the line-of-sight direction component of the jerk sensor detection value + the line-of-sight direction component of the assumed maximum jerk error is “ As the dR 3 / dt 3 ”, the loop bandwidth characteristic“ θ en (B PLL ) ”of the dynamic stress is obtained.

本実施形態における大きな特徴の1つは、式(3)〜式(5)において、単純にGPS受信装置の速度、加速度及び躍度のセンサー検出値を用いてダイナミックストレスのループバンド幅特性「θen(BPLL)」を求めるのではなく、速度、加速度及び躍度のセンサー検出値の想定最大検出誤差を加味(考慮)して、ダイナミックストレスのループバンド幅特性「θen(BPLL)」を求めることにした点にある。 One of the major features of the present embodiment is that, in the equations (3) to (5), the loop bandwidth characteristic “θ of dynamic stress is simply calculated using the sensor detection values of the speed, acceleration, and jerk of the GPS receiver. en (B PLL ) ", instead of taking into account the assumed maximum detection errors of sensor detection values of speed, acceleration and jerk, the loop bandwidth characteristics of dynamic stress" θ en (B PLL ) " It is in the point which decided to ask.

式(3)〜式(5)によれば、ダイナミックストレス算出用物理量の真値を用いてダイナミックストレスのループバンド幅特性を求めるべきであるが、真値は不明である。そのため、従来は、ダイナミックストレス算出用物理量のセンサー検出値を用いてダイナミックストレスのループバンド幅特性を求める等していた。本実施形態では、さらにセンサー検出値に含まれ得る最大の検出誤差をも加味してダイナミックストレスのループバンド幅特性を求めることにした点が、従来とは異なる大きな特徴となっている。   According to the equations (3) to (5), the true bandwidth of the dynamic stress should be obtained using the true value of the physical quantity for dynamic stress calculation, but the true value is unknown. Therefore, conventionally, a loop bandwidth characteristic of dynamic stress is obtained using a sensor detection value of a physical quantity for dynamic stress calculation. The present embodiment is characterized in that the loop bandwidth characteristic of dynamic stress is obtained in consideration of the maximum detection error that can be included in the sensor detection value.

サーマルノイズのループバンド幅特性「σtPLL(BPLL)」と、ダイナミックストレスのループバンド幅特性「θen(BPLL)」とが求まれば、式(1)に従って、トータルジッターのループバンド幅特性「σPLL(BPLL)」を求めることができる。そして、このようにして求めたループバンド幅特性「σPLL(BPLL)」に基づいて、ループバンド幅「BPLL」を最適化する。 Once the thermal noise loop bandwidth characteristic “σ tPLL (B PLL )” and the dynamic stress loop bandwidth characteristic “θ en (B PLL )” are obtained, the total jitter loop bandwidth according to Equation (1) The characteristic “σ PLL (B PLL )” can be obtained. Then, the loop bandwidth “B PLL ” is optimized based on the loop bandwidth characteristic “σ PLL (B PLL )” thus obtained.

本願発明者は、サーマルノイズ、ダイナミックストレス及びトータルジッターのループバンド幅特性を調べる実験を行った。具体的には、GPS衛星信号の受信環境やGPS受信装置の移動状況を変化させながら、サーマルノイズ「σtPLL」、ダイナミックストレス「θen」及びトータルジッター「σPLL」が、ループバンド幅「BPLL」の大きさに応じてどのように変化するかを調べた。 The inventor of the present application conducted an experiment to examine the loop bandwidth characteristics of thermal noise, dynamic stress, and total jitter. Specifically, the thermal noise “σ tPLL ”, the dynamic stress “θ en ”, and the total jitter “σ PLL ” are changed to the loop bandwidth “B” while changing the reception environment of the GPS satellite signal and the movement state of the GPS receiver. It was examined how it changes according to the size of the PLL .

図4は、その実験結果の一例を示す図である。キャリア位相追尾ループフィルター部254の次数を「2次」として、受信信号の信号強度を23[dB−Hz]、想定最大加速度誤差を±0.1[m/s2]、相関積算時間を20[ms]として実験を行った。図4において、横軸はキャリア位相追尾ループバンド幅「BPLL」、縦軸はサーマルノイズ「σtPLL」、ダイナミックストレス「θe2」及びトータルジッター「σPLL」を示している。サーマルノイズ「σtPLL」を点線で示し、ダイナミックストレス「θe2」を一点鎖線で示し、トータルジッター「σPLL」を実線で示している。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the experimental result. The order of the carrier phase tracking loop filter unit 254 is “second order”, the signal strength of the received signal is 23 [dB-Hz], the assumed maximum acceleration error is ± 0.1 [m / s 2 ], and the correlation integration time is 20 The experiment was conducted as [ms]. In FIG. 4, the horizontal axis represents the carrier phase tracking loop bandwidth “B PLL ”, and the vertical axis represents the thermal noise “σ tPLL ”, the dynamic stress “θ e2 ”, and the total jitter “σ PLL ”. Thermal noise “σ tPLL ” is indicated by a dotted line, dynamic stress “θ e2 ” is indicated by a one-dot chain line, and total jitter “σ PLL ” is indicated by a solid line.

この図を見ると、サーマルノイズ「σtPLL」は、キャリア位相追尾ループバンド幅「BPLL」が大きくなるにつれて増加する傾向がある。一方、ダイナミックストレス「θe2」は、キャリア位相追尾ループバンド幅「BPLL」が大きくなるにつれて減少する傾向がある。そして、これらを合算することで得られるトータルジッター「σPLL」は、あるループバンド幅「BPLL」において最小となり、当該ループバンド幅「BPLL」から離れるにつれて増加する傾向がある。 Looking at this figure, the thermal noise “σ tPLL ” tends to increase as the carrier phase tracking loop bandwidth “B PLL ” increases. On the other hand, the dynamic stress “θ e2 ” tends to decrease as the carrier phase tracking loop bandwidth “B PLL ” increases. The total jitter “σ PLL ” obtained by adding these values becomes the minimum in a certain loop bandwidth “B PLL ”, and tends to increase as the distance from the loop bandwidth “B PLL ” increases.

トータルジッター「σPLL」は、コード位相追尾ループ回路におけるキャリア位相の揺らぎの大きさを表しているため、トータルジッター「σPLL」は小さい方がよい。従って、本実施形態では、トータルジッター「σPLL」を最小とするようにループバンド幅「BPLL」を最適化することにする。 Since the total jitter “σ PLL ” represents the magnitude of the carrier phase fluctuation in the code phase tracking loop circuit, the total jitter “σ PLL ” should be smaller. Therefore, in this embodiment, the loop bandwidth “B PLL ” is optimized so as to minimize the total jitter “σ PLL ”.

式(1)より、トータルジッター「σPLL」は、主として、サーマルノイズ「σtPLL」とダイナミックストレス「θen」との和で表されるが、キャリア位相追尾ループ回路においてキャリア位相の追尾が適切に行われるようにするためには、トータルジッター「σPLL」を所定の閾値(例えば15[deg])以下とする必要がある。 From equation (1), the total jitter “σ PLL ” is mainly expressed as the sum of the thermal noise “σ tPLL ” and the dynamic stress “θ en ”, but the carrier phase tracking is appropriate in the carrier phase tracking loop circuit. Therefore, the total jitter “σ PLL ” needs to be set to a predetermined threshold value (for example, 15 [deg]) or less.

上述したように、ダイナミックストレス「θen」のループバンド幅特性は、ループフィルターの次数に応じて、速度、加速度及び躍度の想定最大検出誤差をそれぞれ加味して求められる。想定最大検出誤差は、ある期間において想定されるダイナミックストレス算出用物理量の最大の検出誤差である。当該期間において実際に検出されるダイナミックストレス算出用物理量の検出誤差は、想定最大検出誤差よりも小さな値となることが期待される。そうであるのに、実際の検出誤差を用いるのではなく、想定最大検出誤差を用いてダイナミックストレスのループバンド幅特性を求めることにしたのは、ダイナミックストレスを大きめに見積もっておくことで、サーマルノイズ「σtPLL」がある程度増加してもよいように余裕を持たせるためである。 As described above, the loop bandwidth characteristic of the dynamic stress “θ en ” is obtained in consideration of the assumed maximum detection errors of speed, acceleration, and jerk according to the order of the loop filter. The assumed maximum detection error is the maximum detection error of the physical quantity for dynamic stress calculation assumed in a certain period. It is expected that the detection error of the physical quantity for dynamic stress calculation actually detected during the period is smaller than the assumed maximum detection error. Even so, instead of using the actual detection error, we decided to obtain the loop bandwidth characteristics of the dynamic stress using the assumed maximum detection error. This is to provide a margin so that the noise “σ tPLL ” may increase to some extent.

より具体的には、キャリア位相追尾ループバンド幅「BPLL」を固定した場合には、想定最大検出誤差を用いて求められるダイナミックストレス「θen」は、実際の検出誤差を用いて求められるダイナミックストレス「θen」よりも大きくなる。図4では、想定最大検出誤差を用いて求めたダイナミックストレスを一点鎖線で示しているが、実際の検出誤差は想定最大検出誤差よりも小さくなることが期待されるため、ダイナミックストレスを示す一点鎖線は左方向にシフトすることが予想される。 More specifically, when the carrier phase tracking loop bandwidth “B PLL ” is fixed, the dynamic stress “θ en ” obtained using the assumed maximum detection error is the dynamic stress obtained using the actual detection error. It becomes larger than the stress “θ en ”. In FIG. 4, the dynamic stress obtained using the assumed maximum detection error is indicated by a one-dot chain line. However, since the actual detection error is expected to be smaller than the assumed maximum detection error, the one-dot chain line indicating the dynamic stress. Is expected to shift to the left.

上述したように、トータルジッターが所定の閾値以下であれば問題はない。従って、ダイナミックストレスが小さくなるということは、同一のループバンド幅に対して、より大きなサーマルノイズが許容されるということである。すなわち、図4において、ダイナミックストレスを示す一点鎖線が左方向にシフトすると、サーマルノイズを示す点線は上方向にシフトすることが許容されることになる。   As described above, there is no problem if the total jitter is equal to or less than a predetermined threshold. Therefore, the smaller dynamic stress means that larger thermal noise is allowed for the same loop bandwidth. That is, in FIG. 4, when the alternate long and short dash line indicating dynamic stress shifts to the left, the dotted line indicating thermal noise is allowed to shift upward.

式(2)によれば、受信信号の信号強度が小さいほど(信号が弱いほど)、サーマルノイズは大きくなる。従って、図4において、サーマルノイズの点線が上方向にシフトすることが許容されるということは、同一のループバンド幅に対して、受信信号の信号強度が小さくなることが許容されることを意味する。   According to the equation (2), the smaller the signal strength of the received signal (the weaker the signal), the greater the thermal noise. Therefore, in FIG. 4, the fact that the dotted line of thermal noise is allowed to shift upward means that the signal strength of the received signal is allowed to be small for the same loop bandwidth. To do.

このように、想定最大検出誤差を用いてループバンド幅を最適化し、サーマルノイズの増加にある程度の余裕を持たせたことで、GPS衛星信号の追尾中に受信環境がインドア環境などの弱電界環境に変化したような場合であっても、ロック外れの発生を起こりにくくし、追尾の継続性を向上させることができる。   In this way, by optimizing the loop bandwidth using the assumed maximum detection error and providing a certain margin for the increase in thermal noise, the reception environment is a weak electric field environment such as an indoor environment while tracking GPS satellite signals. Even in such a case, the occurrence of unlocking is less likely to occur, and the continuity of tracking can be improved.

なお、上述したように、トータルジッター「σPLL」が所定の閾値(例えば15[deg])以下であれば、キャリア位相の追尾が適切に行われることがわかっている。そのため、本実施形態のようにトータルジッター「σPLL」を最小とするようにループバンド幅「BPLL」を設定することに限らず、トータルジッター「σPLL」を閾値以下の所定値(例えば、最小値よりも少し大きな値)とするようにループバンド幅「BPLL」を設定することとしてもよい。 As described above, it is known that tracking of the carrier phase is appropriately performed if the total jitter “σ PLL ” is equal to or less than a predetermined threshold (for example, 15 [deg]). Therefore, the loop bandwidth is not limited to setting the "B PLL" total jitter "sigma PLL" threshold below a predetermined value so as to minimize the total jitter "sigma PLL" as in this embodiment (e.g., The loop bandwidth “B PLL ” may be set to be a value slightly larger than the minimum value.

(2)キャリア周波数追尾ループフィルター部のループバンド幅の設定
キャリア周波数追尾ループにおいてキャリア周波数を追尾する際に問題となるのは、追尾しようとするキャリア周波数に含まれ得る誤差の存在である。このキャリア周波数誤差の主要因は、やはりサーマルノイズ及びダイナミックストレスである。
(2) Setting of the loop bandwidth of the carrier frequency tracking loop filter unit When tracking the carrier frequency in the carrier frequency tracking loop, there is an error that can be included in the carrier frequency to be tracked. The main factors of this carrier frequency error are still thermal noise and dynamic stress.

具体的に説明するために、キャリア周波数追尾ループ回路におけるキャリア周波数揺らぎを定式化する。ここでは、周波数換算(Hz)でキャリア周波数揺らぎを定式化する。キャリア周波数追尾ループにおけるサーマルノイズ「σtFLL」は、次式(6)で与えられる。

Figure 2011164088
In order to explain specifically, the carrier frequency fluctuation in the carrier frequency tracking loop circuit is formulated. Here, the carrier frequency fluctuation is formulated in terms of frequency (Hz). The thermal noise “σ tFLL ” in the carrier frequency tracking loop is given by the following equation (6).
Figure 2011164088

式(6)において、「BFLL」はキャリア周波数追尾ループフィルター部256のループバンド幅であり、「F」は定数である。式(6)より、キャリア周波数追尾ループにおけるサーマルノイズ「σtFLL」も、キャリア周波数追尾ループフィルター部256のループバンド幅「BFLL」と、受信信号の信号強度「S」と、相関積算時間「T」とに依存することがわかる。 In Expression (6), “B FLL ” is the loop bandwidth of the carrier frequency tracking loop filter unit 256, and “F” is a constant. From the equation (6), the thermal noise “σ tFLL ” in the carrier frequency tracking loop is also the loop bandwidth “B FLL ” of the carrier frequency tracking loop filter unit 256, the signal strength “S” of the received signal, and the correlation integration time “ It turns out that it depends on "T".

また、キャリア周波数追尾ループにおけるダイナミックストレス「fe」は、キャリア周波数追尾ループフィルター部256の次数に応じて異なる式で定式化される。具体的には、n次のキャリア周波数追尾ループフィルター部256について、ダイナミックストレス「fen」は、次式(7)で与えられる。

Figure 2011164088
但し、「λ」は定数であり、「R」は擬似距離である。 Further, the dynamic stress “f e ” in the carrier frequency tracking loop is formulated by a different formula depending on the order of the carrier frequency tracking loop filter unit 256. Specifically, the dynamic stress “f en ” for the nth-order carrier frequency tracking loop filter unit 256 is given by the following equation (7).
Figure 2011164088
However, “λ” is a constant, and “R” is a pseudorange.

そして、キャリア周波数追尾ループにおけるトータルジッター「σFLL」は、次式(8)で与えられる。

Figure 2011164088
The total jitter “σ FLL ” in the carrier frequency tracking loop is given by the following equation (8).
Figure 2011164088

キャリア周波数追尾ループフィルター部256のループバンド幅の設定も、キャリア位相追尾ループフィルター部254の場合と同様に考えることができる。すなわち、式(6)から求められるサーマルノイズのループバンド幅特性「σtFLL(BFLL)」と、式(7)から求められるダイナミックストレスのループバンド幅特性「fen(BFLL)」とを用いて、式(8)に従ってトータルジッターのループバンド幅特性「σFLL(BFLL)」を求める。そして、トータルジッター「σFLL」が最小となるように、キャリア周波数追尾ループフィルター部256のループバンド幅「BFLL」を最適化する。 The setting of the loop bandwidth of the carrier frequency tracking loop filter unit 256 can also be considered in the same manner as in the case of the carrier phase tracking loop filter unit 254. That is, the loop bandwidth characteristic “σ tFLL (B FLL )” of the thermal noise obtained from Expression (6) and the loop bandwidth characteristic “f en (B FLL )” of the dynamic stress obtained from Expression (7) Using this, the loop bandwidth characteristic “σ FLL (B FLL )” of the total jitter is obtained according to the equation (8). Then, the loop bandwidth “B FLL ” of the carrier frequency tracking loop filter unit 256 is optimized so that the total jitter “σ FLL ” is minimized.

(3)コード追尾ループフィルター部のループバンド幅の設定
コード追尾ループ回路においてコード位相を追尾する際に問題となるのは、追尾しようとするコード位相に含まれ得る誤差の存在である。このコード位相誤差の主要因は、やはりサーマルノイズとダイナミックストレスである。
(3) Setting the loop bandwidth of the code tracking loop filter unit When tracking the code phase in the code tracking loop circuit, there is an error that can be included in the code phase to be tracked. The main causes of this code phase error are still thermal noise and dynamic stress.

具体的に説明するために、コード追尾ループ回路におけるコード位相揺らぎを定式化する。ここでは、CAコードのチップ換算(chips)換算でコード位相揺らぎを定式化する。コード追尾ループ回路におけるサーマルノイズ「σtDLL」は、次式(9)で与えられる。

Figure 2011164088
For concrete explanation, the code phase fluctuation in the code tracking loop circuit is formulated. Here, the code phase fluctuation is formulated by converting the CA code into chips (chips). The thermal noise “σ tDLL ” in the code tracking loop circuit is given by the following equation (9).
Figure 2011164088

式(9)において、「BDLL」はコード追尾ループバンド幅であり、「F1」,「F2」は相関係数である。また、「d」はEarlyコード,Promptコード,Lateコードの位相差(スペーシング)である。式(9)より、コード追尾ループにおけるサーマルノイズ「σtDLL」も、コード追尾ループバンド幅「BDLL」と、受信信号の信号強度「S」と、相関積算時間「T」とに依存することがわかる。 In Expression (9), “B DLL ” is a code tracking loop bandwidth, and “F 1 ” and “F 2 ” are correlation coefficients. “D” is the phase difference (spacing) of the Early code, Prompt code, and Late code. From equation (9), the thermal noise “σ tDLL ” in the code tracking loop also depends on the code tracking loop bandwidth “B DLL ”, the received signal strength “S”, and the correlation integration time “T”. I understand.

また、コード追尾ループ回路におけるダイナミックストレス「De」は、コード追尾ループフィルター部252の次数に応じて異なる式で定式化される。具体的には、n次のコード追尾ループフィルター部252について、ダイナミックストレス「Den」は、次式(10)で与えられる。

Figure 2011164088
但し、「η」は定数であり、「R」は擬似距離である。 The dynamic stress “D e ” in the code tracking loop circuit is formulated by a different formula depending on the order of the code tracking loop filter unit 252. Specifically, the dynamic stress “D en ” for the n-th code tracking loop filter unit 252 is given by the following equation (10).
Figure 2011164088
However, “η” is a constant and “R” is a pseudorange.

そして、コード追尾ループにおけるトータルジッター「σDLL」は、次式(11)で与えられる。

Figure 2011164088
The total jitter “σ DLL ” in the code tracking loop is given by the following equation (11).
Figure 2011164088

コード追尾ループフィルター部252のループバンド幅の設定も、キャリア位相追尾ループフィルター部254の場合と同様に考えることができる。すなわち、式(9)から求められるサーマルノイズのループバンド幅特性「σtDLL(BDLL)」と、式(10)から求められるダイナミックストレスのループバンド幅特性「Den(BDLL)」とを用いて、式(11)に従ってトータルジッターのループバンド幅特性「σDLL(BDLL)」を求める。そして、トータルジッター「σDLL」が最小となるように、コード追尾ループフィルター部252のループバンド幅「BDLL」を最適化する。 The setting of the loop bandwidth of the code tracking loop filter unit 252 can be considered in the same manner as in the case of the carrier phase tracking loop filter unit 254. That is, the loop bandwidth characteristic “σ tDLL (B DLL )” of thermal noise obtained from Expression (9) and the loop bandwidth characteristic “D en (B DLL ) of dynamic stress obtained from Expression (10) are obtained. Then, the loop bandwidth characteristic “σ DLL (B DLL )” of the total jitter is obtained according to the equation (11). Then, the loop bandwidth “B DLL ” of the code tracking loop filter unit 252 is optimized so that the total jitter “σ DLL ” is minimized.

3.データ構成
(1)記憶部90のデータ構成
図1に示すように、携帯型電話機1の記憶部90には、ホストCPU30により読み出され、メイン処理(図5参照)として実行されるメインプログラム911と、センサーデータ921と、キャリブレーション時刻922と、キャリブレーション時検出誤差923と、ダイナミックストレス算出用物理量925と、想定最大検出誤差927とが記憶される。また、メインプログラム911には、キャリブレーション処理として実行されるキャリブレーションプログラム912がサブルーチンとして含まれている。
3. Data Configuration (1) Data Configuration of Storage Unit 90 As shown in FIG. 1, the main program 911 read out by the host CPU 30 and executed as main processing (see FIG. 5) is stored in the storage unit 90 of the mobile phone 1. Sensor data 921, calibration time 922, calibration detection error 923, dynamic stress calculation physical quantity 925, and assumed maximum detection error 927 are stored. Further, the main program 911 includes a calibration program 912 executed as a calibration process as a subroutine.

メイン処理では、ホストCPU30は、携帯型電話機1の本来的な機能である通話機能やメール送受信機能、インターネット機能等を実現するための処理を行う。また、IMU60のキャリブレーション処理を行い、キャリブレーション処理を行ってからの経過時間に基づいて想定最大検出誤差927を算出し、ダイナミックストレス算出用物理量925と併せてベースバンド処理回路部20に出力する。メイン処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。   In the main process, the host CPU 30 performs a process for realizing a call function, a mail transmission / reception function, an Internet function, and the like, which are essential functions of the mobile phone 1. Further, the calibration processing of the IMU 60 is performed, the assumed maximum detection error 927 is calculated based on the elapsed time since the calibration processing is performed, and is output to the baseband processing circuit unit 20 together with the physical quantity 925 for dynamic stress calculation. . The main process will be described later in detail using a flowchart.

また、キャリブレーション処理とは、ホストCPU30が、例えばIMU60を構成する加速度センサー61及びジャイロセンサー63のバイアスやスケールファクターといった誤差パラメーターの値を算出し、加速度センサー61やジャイロセンサー63からのセンサー出力を、算出した誤差パラメーターの値を用いて補正する処理を行って、IMU60の較正を行う処理である。   In the calibration process, the host CPU 30 calculates error parameter values such as bias and scale factor of the acceleration sensor 61 and the gyro sensor 63 constituting the IMU 60, and outputs sensor outputs from the acceleration sensor 61 and the gyro sensor 63. In this process, the IMU 60 is calibrated by performing a correction process using the calculated error parameter value.

センサーデータ921は、IMU60を構成する加速度センサー61及びジャイロセンサー63によってそれぞれ検出された加速度及び角速度が時系列に記憶されたデータであり、IMU60から検出結果が出力される毎に随時更新される。   The sensor data 921 is data in which acceleration and angular velocity respectively detected by the acceleration sensor 61 and the gyro sensor 63 constituting the IMU 60 are stored in time series, and is updated whenever a detection result is output from the IMU 60.

キャリブレーション時刻922は、IMU60のキャリブレーション処理がホストCPU30により最後に実行された時刻である。キャリブレーション時検出誤差923は、キャリブレーション時刻922におけるダイナミックストレス算出用物理量の検出誤差である。   The calibration time 922 is the time when the calibration processing of the IMU 60 was last executed by the host CPU 30. A calibration detection error 923 is a detection error of a physical quantity for dynamic stress calculation at the calibration time 922.

ダイナミックストレス算出用物理量925は、ダイナミックストレスを算出するために用いられる物理量である。図3を用いて説明したように、衛星信号追尾部25に含まれるループフィルター部の次数が「1次」の場合は「速度」が、「2次」の場合は「加速度」が、「3次」の場合は「躍度」がそれぞれダイナミックストレス算出用物理量となる。   The physical quantity 925 for dynamic stress calculation is a physical quantity used for calculating dynamic stress. As described with reference to FIG. 3, when the order of the loop filter unit included in the satellite signal tracking unit 25 is “first order”, “speed” is “order”, and when “second order”, “acceleration” is “3”. In the case of “next”, “jump” is a physical quantity for dynamic stress calculation.

想定最大検出誤差927は、キャリブレーション時刻922からの経過時間に基づいて算出されるダイナミックストレス算出用物理量の検出誤差であって、想定される最大の検出誤差である。   The assumed maximum detection error 927 is a detection error of a physical quantity for dynamic stress calculation calculated based on the elapsed time from the calibration time 922, and is the assumed maximum detection error.

(2)記憶部29のデータ構成
図2に示すように、ベースバンド処理回路部20の記憶部29には、処理部27により読み出され、ベースバンド処理(図6参照)として実行されるベースバンド処理プログラム291と、衛星軌道データ293と、ダイナミックストレス算出用物理量295と、想定最大検出誤差297とが記憶される。
(2) Data Configuration of Storage Unit 29 As shown in FIG. 2, the storage unit 29 of the baseband processing circuit unit 20 is read by the processing unit 27 and executed as baseband processing (see FIG. 6). A band processing program 291, satellite orbit data 293, a physical quantity for dynamic stress calculation 295, and an assumed maximum detection error 297 are stored.

また、ベースバンド処理プログラム291には、コード追尾ループフィルターのループバンド幅設定処理として実行されるコード追尾ループバンド幅設定プログラム2911と、キャリア位相追尾ループフィルターのループバンド幅設定処理(図7参照)として実行されるキャリア位相追尾ループバンド幅設定プログラム2913と、キャリア周波数追尾ループフィルターのループバンド幅設定処理として実行されるキャリア周波数追尾ループバンド幅設定プログラム2915とがサブルーチンとして含まれている。   The baseband processing program 291 includes a code tracking loop bandwidth setting program 2911 executed as a loop bandwidth setting process of the code tracking loop filter, and a loop bandwidth setting process of the carrier phase tracking loop filter (see FIG. 7). The carrier phase tracking loop bandwidth setting program 2913 and the carrier frequency tracking loop bandwidth setting program 2915 executed as the loop bandwidth setting processing of the carrier frequency tracking loop filter are included as subroutines.

衛星軌道データ293は、全てのGPS衛星の概略の衛星軌道情報を記憶したアルマナックや、各GPS衛星それぞれについて詳細な衛星軌道情報を記憶したエフェメリス等のデータである。衛星軌道データ293は、GPS衛星から受信したGPS衛星信号をデコードすることで取得したり、携帯型電話機1の基地局やアシストサーバーから取得する。   The satellite orbit data 293 is data such as an almanac storing approximate satellite orbit information of all GPS satellites, and an ephemeris storing detailed satellite orbit information for each GPS satellite. The satellite orbit data 293 is obtained by decoding a GPS satellite signal received from a GPS satellite, or obtained from a base station or an assist server of the mobile phone 1.

ダイナミックストレス算出用物理量295及び想定最大検出誤差297は、記憶部90に記憶されるダイナミックストレス算出用物理量925及び想定最大検出誤差927それぞれと同一のデータである。   The dynamic stress calculation physical quantity 295 and the assumed maximum detection error 297 are the same data as the dynamic stress calculation physical quantity 925 and the assumed maximum detection error 927 stored in the storage unit 90.

4.処理の流れ
(1)ホストCPU30の処理
図5は、記憶部90に記憶されているメインプログラム911がホストCPU30により読み出されて実行されることで、携帯型電話機1において実行されるメイン処理の流れを示すフローチャートである。
4). Flow of Processing (1) Processing of Host CPU 30 FIG. 5 shows main processing executed in the mobile phone 1 by reading and executing the main program 911 stored in the storage unit 90 by the host CPU 30. It is a flowchart which shows a flow.

最初に、ホストCPU30は、操作部40を介してユーザーによりなされた指示操作を判定し(ステップA1)、指示操作が通話指示操作であると判定した場合は(ステップA1;通話指示操作)、通話処理を行う(ステップA3)。具体的には、携帯電話用無線通信回路部80に基地局との間の基地局通信を行わせ、携帯型電話機1と他機との間の通話を実現する。   First, the host CPU 30 determines an instruction operation performed by the user via the operation unit 40 (step A1), and determines that the instruction operation is a call instruction operation (step A1; call instruction operation), Processing is performed (step A3). Specifically, the mobile phone wireless communication circuit unit 80 performs base station communication with the base station, thereby realizing a call between the mobile phone 1 and another device.

また、ステップA1において指示操作がメール送受信指示操作であると判定した場合は(ステップA1;メール送受信指示操作)、ホストCPU30は、メール送受信処理を行う(ステップA5)。具体的には、携帯電話用無線通信回路部80に基地局通信を行わせ、携帯型電話機1と他機との間のメールの送受信を実現する。   If it is determined in step A1 that the instruction operation is a mail transmission / reception instruction operation (step A1; mail transmission / reception instruction operation), the host CPU 30 performs a mail transmission / reception process (step A5). Specifically, base station communication is performed by the mobile phone wireless communication circuit unit 80, and mail transmission / reception between the mobile phone 1 and another device is realized.

また、ステップA1において指示操作が位置/速度算出指示操作であると判定した場合は(ステップA1;位置/速度算出指示操作)、ホストCPU30は、記憶部90に記憶されているダイナミックストレス算出用物理量925及び想定最大検出誤差927を、ベースバンド処理回路部20の処理部27に出力する(ステップA7)。   When it is determined in step A1 that the instruction operation is a position / speed calculation instruction operation (step A1; position / speed calculation instruction operation), the host CPU 30 stores the physical quantity for dynamic stress calculation stored in the storage unit 90. 925 and the assumed maximum detection error 927 are output to the processing unit 27 of the baseband processing circuit unit 20 (step A7).

そして、ホストCPU30は、処理部27に位置/速度算出計算を実行させる位置/速度算出制御処理を行う(ステップA9)。そして、ホストCPU30は、算出された位置及び速度を処理部27から取得し、取得した位置及び速度を表示部50に出力して表示させる(ステップA11)。   Then, the host CPU 30 performs a position / speed calculation control process that causes the processing unit 27 to execute position / speed calculation calculation (step A9). Then, the host CPU 30 acquires the calculated position and speed from the processing unit 27, and outputs and displays the acquired position and speed on the display unit 50 (step A11).

ステップA3〜A11の処理の後、ホストCPU30は、キャリブレーション処理の実行タイミングであるか否かを判定する(ステップA13)。キャリブレーションの実行タイミングは、任意のタイミングを設定可能である。   After the processes of steps A3 to A11, the host CPU 30 determines whether or not it is the execution timing of the calibration process (step A13). Arbitrary timing can be set as the calibration execution timing.

例えば、携帯型電話機1の電源ONからの経過時間、或いは、キャリブレーション処理を前回実行してからの経過時間が所定時間(例えば1時間)に達したタイミングとしてもよいし、携帯型電話機1の電源ON時の温度、或いは、キャリブレーション処理を前回実行したときの温度から所定温度(例えば5℃)以上の温度変化が検出されたタイミングとしてもよい。後者の場合には温度センサーを更に備えることとする。また、ユーザーによりキャリブレーション処理の実行指示操作がなされたタイミングとしてもよい。   For example, the elapsed time from the power-on of the mobile phone 1 or the elapsed time since the last execution of the calibration process may be a timing at which a predetermined time (for example, 1 hour) has been reached. It is good also as timing when the temperature change more than predetermined temperature (for example, 5 degreeC) was detected from the temperature at the time of power-on, or the temperature when calibration processing was performed last time. In the latter case, a temperature sensor is further provided. Further, it may be the timing when the user performs an instruction to execute the calibration process.

そして、まだ実行タイミングではないと判定した場合は(ステップA13;No)、ホストCPU30は、ステップA17へと処理を移行する。また、実行タイミングであると判定した場合は(ステップA13;Yes)、記憶部90のキャリブレーションプログラム912を読み出して実行することで、キャリブレーション処理を行う(ステップA15)。   If it is determined that it is not yet the execution timing (step A13; No), the host CPU 30 shifts the processing to step A17. When it is determined that it is the execution timing (step A13; Yes), the calibration process is performed by reading and executing the calibration program 912 in the storage unit 90 (step A15).

キャリブレーション処理は、例えば公知の手法に従って、IMU60の各センサーのバイアスやスケールファクターといった誤差パラメーターの値を求めることにより行う。バイアスとは、定常的に付加される誤差値を意味し、スケールファクターとは、センサーの感度、すなわち計測すべき入力値の変化に対する出力値の変化の割合を意味する。   The calibration process is performed by obtaining values of error parameters such as bias and scale factor of each sensor of the IMU 60 according to a known method, for example. The bias means an error value that is constantly added, and the scale factor means the sensitivity of the sensor, that is, the ratio of the change in the output value to the change in the input value to be measured.

次いで、ホストCPU30は、記憶部90に記憶されているセンサーデータ921に基づいて、ダイナミックストレス算出用物理量925を算出し、記憶部90を更新する(ステップA17)。そして、記憶部90に記憶されているキャリブレーション時刻922及びキャリブレーション時検出誤差923に基づいて、想定最大検出誤差927を算出し、記憶部90を更新する(ステップA19)。   Next, the host CPU 30 calculates a dynamic stress calculating physical quantity 925 based on the sensor data 921 stored in the storage unit 90, and updates the storage unit 90 (step A17). Then, the assumed maximum detection error 927 is calculated based on the calibration time 922 and the calibration detection error 923 stored in the storage unit 90, and the storage unit 90 is updated (step A19).

具体的には、キャリブレーション時検出誤差923を「EC」とした場合に、想定最大検出誤差927である「EMAX」を、例えば次式(12)に従って算出する。

Figure 2011164088
Specifically, when the detection error 923 at the time of calibration is “E C ”, “E MAX ” that is the assumed maximum detection error 927 is calculated according to the following equation (12), for example.
Figure 2011164088

式(12)において、「k」はキャリブレーション時刻からの経過時間「Δt」と正の相関を有する係数である。すなわち、経過時間「Δt」が大きいほど係数「k」は大きくなり、算出される想定最大検出誤差「EMAX」も大きくなる。なお、式(12)は想定最大検出誤差の演算式の一例であり、他の演算式を用いて想定最大検出誤差を算出することとしてもよい。キャリブレーション時刻からの経過時間「Δt」が大きくなるほど、想定最大検出誤差「EMAX」が大きくなるような演算式を定めておけばよい。 In Equation (12), “k” is a coefficient having a positive correlation with the elapsed time “Δt” from the calibration time. That is, as the elapsed time “Δt” increases, the coefficient “k” increases, and the calculated assumed maximum detection error “E MAX ” also increases. Expression (12) is an example of an arithmetic expression for an assumed maximum detection error, and the assumed maximum detection error may be calculated using another arithmetic expression. It is only necessary to determine an arithmetic expression such that the assumed maximum detection error “E MAX ” increases as the elapsed time “Δt” from the calibration time increases.

次いで、ホストCPU30は、操作部40を介してユーザーにより電源切断指示操作がなされたか否かを判定し(ステップA21)、なされなかったと判定した場合は(ステップA21;No)、ステップA1に戻る。また、なされたと判定した場合は(ステップA21;Yes)、メイン処理を終了する。   Next, the host CPU 30 determines whether or not a power-off instruction operation has been performed by the user via the operation unit 40 (step A21). On the other hand, if it is determined that it has been made (step A21; Yes), the main process is terminated.

(2)処理部27の処理
図6は、記憶部29に記憶されているベースバンド処理プログラム291が処理部27により読み出されて実行されることで、ベースバンド処理回路部20において実行されるベースバンド処理の流れを示すフローチャートである。
(2) Processing of Processing Unit 27 FIG. 6 is executed by the baseband processing circuit unit 20 by the baseband processing program 291 stored in the storage unit 29 being read and executed by the processing unit 27. It is a flowchart which shows the flow of a baseband process.

最初に、処理部27は、捕捉対象衛星判定処理を行う(ステップB1)。具体的には、不図示の時計部で計時されている現在時刻において、所与の基準位置の天空に位置するGPS衛星を、記憶部29の衛星軌道データ293を用いて判定して、捕捉対象衛星とする。基準位置は、例えば、電源投入後の初回の位置算出の場合は、いわゆるサーバーアシストによってアシストサーバーから取得した位置とし、2回目以降の位置算出の場合は、最新の算出位置とする等の方法で設定できる。   First, the processing unit 27 performs a capture target satellite determination process (step B1). Specifically, a GPS satellite located in the sky at a given reference position at the current time measured by a clock unit (not shown) is determined using the satellite orbit data 293 in the storage unit 29, and is captured. Satellite. For example, in the case of the first position calculation after power-on, the reference position is a position acquired from the assist server by so-called server assist, and in the second and subsequent position calculation, the reference position is the latest calculated position. Can be set.

次いで、処理部27は、ステップB1で判定した各捕捉対象衛星について、ループAの処理を実行する(ステップB3〜B27)。ループAの処理では、処理部27は、当該捕捉対象衛星から受信したGPS衛星信号の信号強度を計測する(ステップB5)。そして、相関積算時間決定部271は、相関処理部231が当該捕捉対象衛星から受信したGPS衛星信号に対して相関積算処理を行う際の相関積算時間を決定する(ステップB7)。   Next, the processing unit 27 performs the process of loop A for each capture target satellite determined in step B1 (steps B3 to B27). In the process of loop A, the processing unit 27 measures the signal strength of the GPS satellite signal received from the capture target satellite (step B5). Then, the correlation integration time determination unit 271 determines the correlation integration time when the correlation processing unit 231 performs the correlation integration process on the GPS satellite signal received from the capture target satellite (step B7).

相関積算時間の決定は、種々の方法により実現することができる。例えば、ステップB5で計測したGPS衛星信号の信号強度に基づいて決定することとしてもよい。信号強度が弱いほど、長い時間に亘って相関値を積算しなければ、相関値のピークの検出が困難である。そのため、信号強度が弱くなるほど相関積算時間を長くすることが好適である。例えば、信号強度が所定の低信号強度条件(例えば、信号強度≦低信号強度閾値)を満たす場合は、相関積算時間を「20ミリ秒」とし、低信号強度条件を満たさない場合には、相関積算時間を「10ミリ秒」とするなどが考えられる。   The determination of the correlation integration time can be realized by various methods. For example, it may be determined based on the signal strength of the GPS satellite signal measured in step B5. The weaker the signal strength, the more difficult it is to detect the correlation value peak unless the correlation values are integrated over a long period of time. For this reason, it is preferable to increase the correlation integration time as the signal intensity decreases. For example, when the signal strength satisfies a predetermined low signal strength condition (for example, signal strength ≦ low signal strength threshold), the correlation integration time is set to “20 milliseconds”, and when the low signal strength condition is not satisfied, the correlation For example, the accumulated time may be “10 milliseconds”.

また、GPS衛星信号の受信環境を判定し、判定した受信環境に基づいて相関積算時間を決定してもよい。例えば、受信環境が「屋内環境(インドア環境)」である場合は、相関積算時間を「20ミリ秒」とし、「屋外環境(アウトドア環境)」である場合は、相関積算時間を「10ミリ秒」とするなどが考えられる。   Further, the reception environment of the GPS satellite signal may be determined, and the correlation integration time may be determined based on the determined reception environment. For example, when the reception environment is “indoor environment (indoor environment)”, the correlation integration time is “20 milliseconds”. When the reception environment is “outdoor environment (outdoor environment)”, the correlation integration time is “10 milliseconds”. And so on.

その後、処理部27は、当該捕捉対象衛星からのGPS衛星信号を衛星信号追尾部25が追尾中であるか否かを判定し(ステップB9)、追尾中であると判定した場合は(ステップB9;Yes)、ステップB13へと処理を移行する。また、追尾中ではないと判定した場合は(ステップB9;No)、処理部27は、衛星信号捕捉処理を行い、当該捕捉対象衛星からのGPS衛星信号を衛星信号捕捉部23に捕捉させる(ステップB11)。   Thereafter, the processing unit 27 determines whether or not the satellite signal tracking unit 25 is tracking the GPS satellite signal from the capture target satellite (step B9), and when determining that the tracking is being performed (step B9) ; Yes), the process proceeds to step B13. If it is determined that tracking is not in progress (step B9; No), the processing unit 27 performs satellite signal acquisition processing, and causes the satellite signal acquisition unit 23 to acquire a GPS satellite signal from the acquisition target satellite (step S9). B11).

次いで、処理部27は、ループバンド幅設定実行条件が成立したか否かを判定し(ステップB13)、成立していないと判定した場合は(ステップB13;No)、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。また、ループバンド幅設定実行条件が成立したと判定した場合は(ステップB13;Yes)、処理部27は、記憶部29に記憶されているキャリア位相追尾ループバンド幅設定プログラム2913を読み出して実行することで、キャリア位相追尾ループバンド幅設定処理を行う(ステップB15)。   Next, the processing unit 27 determines whether or not the loop bandwidth setting execution condition is satisfied (step B13). Migrate processing. If it is determined that the loop bandwidth setting execution condition is satisfied (step B13; Yes), the processing unit 27 reads and executes the carrier phase tracking loop bandwidth setting program 2913 stored in the storage unit 29. Thus, carrier phase tracking loop bandwidth setting processing is performed (step B15).

図7は、キャリア位相追尾ループバンド幅設定処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ループバンド幅設定部273は、記憶部29に記憶されているダイナミックストレス算出用物理量295の視線方向成分を算出する(ステップC1)。また、記憶部29に記憶されている想定最大検出誤差297の視線方向成分を算出する(ステップC3)。
FIG. 7 is a flowchart showing the flow of the carrier phase tracking loop bandwidth setting process.
First, the loop bandwidth setting unit 273 calculates the line-of-sight direction component of the dynamic stress calculation physical quantity 295 stored in the storage unit 29 (step C1). Further, the line-of-sight direction component of the assumed maximum detection error 297 stored in the storage unit 29 is calculated (step C3).

視線方向は、携帯型電話機1から当該捕捉対象衛星へ向かう方向である。そのため、例えば、携帯型電話機1の最新の算出位置と、衛星軌道データ293を用いて算出した当該捕捉対象衛星の最新の衛星位置とを用いれば、視線方向を求めることができる。そして、求めた視線方向に、ダイナミックストレス算出用物理量295及び想定最大検出誤差297を投影すればよい。   The line-of-sight direction is a direction from the mobile phone 1 toward the capture target satellite. Therefore, for example, the line-of-sight direction can be obtained by using the latest calculated position of the mobile phone 1 and the latest satellite position of the capture target satellite calculated using the satellite orbit data 293. Then, the dynamic stress calculating physical quantity 295 and the assumed maximum detection error 297 may be projected in the obtained line-of-sight direction.

次いで、ループバンド幅設定部273は、ステップB5で計測した当該捕捉対象衛星の信号強度「S」と、ステップB7で決定した当該捕捉対象衛星の相関積算時間「T」とを用いて、式(2)に従ってサーマルノイズのループバンド幅特性「σtPLL(BPLL)」を求める(ステップC5)。 Next, the loop bandwidth setting unit 273 uses the signal intensity “S” of the capture target satellite measured in step B5 and the correlation integration time “T” of the capture target satellite determined in step B7 to obtain an equation ( According to 2), the loop bandwidth characteristic “σ tPLL (B PLL )” of the thermal noise is obtained (step C5).

また、ループバンド幅設定部273は、ステップC1で算出したダイナミックストレス算出用物理量295の視線方向成分と、ステップC3で算出した想定最大検出誤差297の視線方向成分とを用いて、式(3)〜(5)に従ってダイナミックストレスのループバンド幅特性「θen(BPLL)」を求める(ステップC7)。 In addition, the loop bandwidth setting unit 273 uses the gaze direction component of the dynamic stress calculation physical quantity 295 calculated in step C1 and the gaze direction component of the assumed maximum detection error 297 calculated in step C3 to obtain equation (3). The loop bandwidth characteristic “θ en (B PLL )” of the dynamic stress is obtained according to (5) (step C7).

そして、ループバンド幅設定部273は、ステップC5で求めたサーマルノイズのループバンド幅特性「σtPLL(BPLL)」と、ステップC7で求めたダイナミックストレスのループバンド幅特性「θen(BPLL)」とを用いて、式(1)に従ってトータルジッターのループバンド幅特性「σPLL(BPLL)」を求める(ステップC9)。 The loop bandwidth setting unit 273 then sets the thermal noise loop bandwidth characteristic “σ tPLL (B PLL )” obtained in step C5 and the dynamic stress loop bandwidth characteristic “θ en (B PLL ) obtained in step C7. ) ”Is used to determine the loop bandwidth characteristic“ σ PLL (B PLL ) ”of the total jitter according to the equation (1) (step C9).

次いで、ループバンド幅設定部273は、ステップC9で求めたトータルジッターのループバンド幅特性「σPLL(BPLL)」に基づいて、キャリア位相追尾ループバンド幅「BPLL」を決定する(ステップC11)。すなわち、トータルジッター「σPLL」が最小となるようにキャリア位相追尾ループバンド幅「BPLL」を最適化する。 Next, the loop bandwidth setting unit 273 determines the carrier phase tracking loop bandwidth “B PLL ” based on the loop bandwidth characteristic “σ PLL (B PLL )” of the total jitter obtained in Step C9 (Step C11). ). That is, the carrier phase tracking loop bandwidth “B PLL ” is optimized so that the total jitter “σ PLL ” is minimized.

そして、ループバンド幅設定部273は、決定したキャリア位相追尾ループバンド幅「BPLL」をキャリア位相追尾ループフィルター部254に出力して(ステップC13)、キャリア位相追尾ループバンド幅設定処理を終了する。 Then, the loop bandwidth setting unit 273 outputs the determined carrier phase tracking loop bandwidth “B PLL ” to the carrier phase tracking loop filter unit 254 (step C13), and ends the carrier phase tracking loop bandwidth setting process. .

図6のベースバンド処理に戻って、キャリア位相追尾ループバンド幅設定処理を行った後、処理部27は、記憶部29に記憶されているキャリア周波数追尾ループバンド幅設定プログラム2915を読み出して実行することで、キャリア周波数追尾ループバンド幅設定処理を行う(ステップB17)。また、処理部27は、記憶部29に記憶されているコード追尾ループバンド幅設定プログラム2911を読み出して実行することで、コード追尾ループバンド幅設定処理を行う(ステップB19)。   Returning to the baseband processing of FIG. 6, after performing the carrier phase tracking loop bandwidth setting processing, the processing unit 27 reads and executes the carrier frequency tracking loop bandwidth setting program 2915 stored in the storage unit 29. Thus, the carrier frequency tracking loop bandwidth setting process is performed (step B17). The processing unit 27 reads out and executes the code tracking loop bandwidth setting program 2911 stored in the storage unit 29, thereby performing code tracking loop bandwidth setting processing (step B19).

なお、キャリア周波数追尾ループバンド幅の設定と、コード追尾ループバンド幅の設定とは、原理で説明したようにキャリア位相追尾ループバンド幅の設定と同様に行うことができる。そのため、キャリア周波数追尾ループバンド幅設定処理及びコード追尾ループバンド幅設定処理の流れについては、フローチャートの図示及び説明を省略する。   The setting of the carrier frequency tracking loop bandwidth and the setting of the code tracking loop bandwidth can be performed in the same manner as the setting of the carrier phase tracking loop bandwidth as described in the principle. Therefore, the flow chart of the carrier frequency tracking loop bandwidth setting process and the code tracking loop bandwidth setting process is not shown and described.

各種のループフィルター部のループバンド幅設定を行った後、ドップラー演算部275は、当該捕捉対象衛星から受信したGPS衛星信号のドップラー周波数を演算する(ステップB23)。ドップラー周波数は、加速度センサー61により検出された加速度を積分することで算出される携帯型電話機1の速度と、衛星軌道データ293を用いて算出される当該捕捉対象衛星の衛星速度とを用いて算出することができる。   After setting the loop bandwidth of the various loop filter units, the Doppler calculation unit 275 calculates the Doppler frequency of the GPS satellite signal received from the capture target satellite (step B23). The Doppler frequency is calculated using the speed of the mobile phone 1 calculated by integrating the acceleration detected by the acceleration sensor 61 and the satellite speed of the capture target satellite calculated using the satellite orbit data 293. can do.

そして、ドップラー演算部275は、演算したドップラー周波数をキャリア除去用信号発生部213に出力して(ステップB25)、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。全ての捕捉対象衛星についてステップB5〜B25の処理を行った後、処理部27は、ループAの処理を終了する(ステップB27)。   Then, the Doppler calculation unit 275 outputs the calculated Doppler frequency to the carrier removal signal generation unit 213 (step B25), and shifts the processing to the next acquisition target satellite. After performing the processing of Steps B5 to B25 for all the acquisition target satellites, the processing unit 27 ends the processing of Loop A (Step B27).

その後、位置/速度算出部277は、各捕捉対象衛星について捕捉されたGPS衛星信号を利用した位置/速度算出計算を実行する(ステップB29)。位置算出計算は、例えば携帯型電話機1と各捕捉対象衛星間の擬似距離を利用して、例えば最小二乗法やカルマンフィルターを用いた公知の収束演算を行うことで実現することができる。また、速度算出計算は、例えば各捕捉対象衛星から受信したGPS衛星信号の受信周波数の時間変化を利用して、公知の手法に基づいて実現することができる。   Thereafter, the position / velocity calculation unit 277 executes position / velocity calculation calculation using the GPS satellite signals captured for each capture target satellite (step B29). The position calculation calculation can be realized by performing a known convergence calculation using, for example, a least square method or a Kalman filter using a pseudo distance between the mobile phone 1 and each capture target satellite. Further, the speed calculation calculation can be realized based on a known method using, for example, a time change of the reception frequency of the GPS satellite signal received from each capture target satellite.

次いで、処理部27は、算出した位置及び速度をホストCPU30に出力する(ステップB31)。そして、処理部27は、処理を終了するか否かを判定し(ステップB33)、まだ終了しないと判定した場合は(ステップB33;No)、ステップB1に戻る。また、処理を終了すると判定した場合は(ステップB33;Yes)、ベースバンド処理を終了する。   Next, the processing unit 27 outputs the calculated position and speed to the host CPU 30 (step B31). Then, the processing unit 27 determines whether or not to end the processing (step B33). If it is determined that the processing has not ended yet (step B33; No), the processing unit 27 returns to step B1. If it is determined that the process is to be terminated (step B33; Yes), the baseband process is terminated.

5.作用効果
携帯型電話機1において、IMU60により移動状況が検出される。また、ホストCPU30により、IMU60の想定される最大の検出誤差である想定最大検出誤差が算出される。そして、ベースバンド処理回路部20の処理部27により、IMU60の検出結果及び想定最大検出誤差を用いて、GPS衛星から受信したGPS衛星信号を追尾するための追尾用ループ回路のループフィルター部のループバンド幅が設定される。
5. Operational Effect In the mobile phone 1, the movement status is detected by the IMU 60. Further, the host CPU 30 calculates an assumed maximum detection error that is the assumed maximum detection error of the IMU 60. The loop of the loop filter unit of the tracking loop circuit for tracking the GPS satellite signal received from the GPS satellite using the detection result of the IMU 60 and the assumed maximum detection error by the processing unit 27 of the baseband processing circuit unit 20 Bandwidth is set.

GPS衛星信号の追尾用のループ回路におけるコード位相、キャリア位相及びキャリア周波数のジッターは、携帯型電話機1の移動状況に応じて大きく変動し得る。そのため、IMU60の検出結果を用いて各追尾用ループフィルター部のループバンド幅を設定することが適切である。しかし、IMU60の検出結果には当然誤差が含まれ得る。そのため、IMU60の検出結果の他に、IMU60の検出誤差も考慮してループバンド幅を設定することで、ループバンド幅を適切な値に設定することができる。   The jitter of the code phase, the carrier phase, and the carrier frequency in the loop circuit for tracking the GPS satellite signal can vary greatly depending on the movement state of the mobile phone 1. Therefore, it is appropriate to set the loop bandwidth of each tracking loop filter unit using the detection result of the IMU 60. However, the detection result of the IMU 60 can naturally include an error. Therefore, the loop bandwidth can be set to an appropriate value by setting the loop bandwidth in consideration of the detection error of the IMU 60 in addition to the detection result of the IMU 60.

特に、本実施形態では、ループフィルター部の次数に応じて、ダイナミックストレス算出用物理量に含まれ得る想定される最大の検出誤差を計算し、当該想定最大検出誤差を加味してダイナミックストレスのループバンド幅特性を求めることとした。これにより、サーマルノイズの増加にある程度の余裕を持たせることが可能となる。このことは、インドア環境などの弱電界環境においても、ロック外れを起こしにくくし、GPS衛星信号の継続的なトラッキングを実現可能とする。   In particular, in the present embodiment, the maximum expected detection error that can be included in the physical quantity for dynamic stress calculation is calculated according to the order of the loop filter unit, and the loop band of the dynamic stress is calculated in consideration of the assumed maximum detection error. The width characteristic was determined. Thereby, it becomes possible to give a certain margin to the increase in thermal noise. This makes it difficult to cause a lock release even in a weak electric field environment such as an indoor environment, and enables continuous tracking of GPS satellite signals.

6.変形例
6−1.電子機器
上述した実施例では、電子機器の一種である携帯型電話機に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な電子機器はこれに限られるわけではない。例えば、カーナビゲーション装置や携帯型ナビゲーション装置、パソコン、PDA(Personal Digital Assistant)、腕時計といった他の電子機器についても同様に適用することが可能である。
6). Modification 6-1. Electronic Device In the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to a mobile phone which is a kind of electronic device has been described as an example. However, an electronic device to which the present invention can be applied is not limited thereto. For example, the present invention can be similarly applied to other electronic devices such as a car navigation device, a portable navigation device, a personal computer, a PDA (Personal Digital Assistant), and a wristwatch.

6−2.位置算出システム
また、上述した実施形態では、位置算出システムとしてGPSを例に挙げて説明したが、WAAS(Wide Area Augmentation System)、QZSS(Quasi Zenith Satellite System)、GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)、GALILEO等の他の衛星測位システムを利用した位置算出システムであってもよい。
6-2. In the above-described embodiment, the GPS has been described as an example of the position calculation system. However, WAAS (Wide Area Augmentation System), QZSS (Quasi Zenith Satellite System), GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System), GALILEO It may be a position calculation system using other satellite positioning systems.

6−3.移動状況の検出
上述した実施形態では、IMU60の加速度センサー61により検出された加速度を用いて携帯型電話機1の移動状況を検出するものとして説明したが、IMU60のジャイロセンサー63により検出された角速度を用いて移動状況を検出してもよい。また、IMU60に換えて、或いはIMU60に加えて、携帯型電話機1の速度を検出するための速度センサーを具備させておき、速度センサーにより検出された移動速度を用いて移動状況を検出することとしてもよい。
6-3. In the embodiment described above, the movement state of the mobile phone 1 is detected using the acceleration detected by the acceleration sensor 61 of the IMU 60, but the angular velocity detected by the gyro sensor 63 of the IMU 60 is used. It may be used to detect the movement situation. Further, in place of or in addition to the IMU 60, a speed sensor for detecting the speed of the mobile phone 1 is provided, and the moving state is detected using the moving speed detected by the speed sensor. Also good.

6−4.GPS衛星信号の受信環境を用いたループバンド幅の設定
上述した実施形態では、GPS衛星信号の信号強度を計測し、計測した信号強度を用いてサーマルノイズのループバンド幅特性を求めることで、ループバンド幅を計測した信号強度に適した値に設定するものとして説明した。しかし、GPS衛星信号の信号強度は受信環境と密接に関連しているため、インドア環境やアウトドア環境といった受信環境を用いて、サーマルノイズのループバンド幅特性を求めることにしてもよい。
6-4. Setting of loop bandwidth using GPS satellite signal reception environment In the embodiment described above, the signal strength of the GPS satellite signal is measured, and the loop bandwidth characteristic of the thermal noise is obtained by using the measured signal strength. It has been described that the bandwidth is set to a value suitable for the measured signal strength. However, since the signal strength of the GPS satellite signal is closely related to the reception environment, the loop bandwidth characteristics of the thermal noise may be obtained using the reception environment such as the indoor environment or the outdoor environment.

例えば、図8に示すように、GPS衛星信号の受信環境と、GPS衛星信号の受信信号の信号強度とを対応付けたテーブルを記憶部29に記憶させておく。図8のテーブルにおいて、A,B,C,D,・・・で表される受信環境は、インドア環境やアウトドア環境、アーバンキャニオン環境、マルチパス環境といったGPS衛星信号の受信環境を表している。また、各受信環境A,B,C,D,・・・に対して、GPS衛星信号の信号強度Sa,Sb,Sc,Sd,・・・が対応付けて記憶されている。   For example, as shown in FIG. 8, a table in which the GPS satellite signal reception environment is associated with the signal strength of the GPS satellite signal reception signal is stored in the storage unit 29. In the table of FIG. 8, reception environments represented by A, B, C, D,... Represent GPS satellite signal reception environments such as an indoor environment, an outdoor environment, an urban canyon environment, and a multipath environment. Further, the signal strengths Sa, Sb, Sc, Sd,... Of GPS satellite signals are stored in association with the reception environments A, B, C, D,.

処理部27は、捕捉対象衛星からのGPS衛星信号の受信環境を判定し、判定した受信環境に対応付けられた信号強度を読み出す。そして、読み出した信号強度を用いて、式(2)に従ってサーマルノイズのループバンド幅特性を求める。そして、求めたサーマルノイズのループバンド幅特性と、ダイナミックストレスのループバンド幅特性とを用いて、ループバンド幅を判定した受信環境に適した値に設定する。   The processing unit 27 determines the reception environment of the GPS satellite signal from the capture target satellite, and reads the signal intensity associated with the determined reception environment. Then, using the read signal strength, the loop bandwidth characteristic of the thermal noise is obtained according to Equation (2). Then, using the obtained loop bandwidth characteristic of thermal noise and the loop bandwidth characteristic of dynamic stress, the loop bandwidth is set to a value suitable for the determined reception environment.

また、GPS衛星の幾何学的な天空配置を表す指標値であるPDOP(Position Dilution of Precision)値や、GPS衛星の仰角等の情報も受信環境と密接に関連しているため、これらの情報を用いてループバンド幅を設定することも可能である。PDOP値が小さいほど受信環境が良く、仰角が高いほど受信環境が良いため、この関係を利用して上記と同様にサーマルノイズのループバンド幅特性を求めればよい。   In addition, PDOP (Position Dilution of Precision) values, which are index values representing the geometrical sky arrangement of GPS satellites, and information such as the elevation angle of GPS satellites are closely related to the reception environment. It is also possible to set the loop bandwidth. Since the reception environment is better as the PDOP value is smaller and the reception environment is better as the elevation angle is higher, the loop bandwidth characteristics of thermal noise may be obtained using this relationship in the same manner as described above.

6−5.ループバンド幅の設定
上述した実施形態では、各ループフィルター部それぞれのループバンド幅を、それぞれのループ回路におけるトータルジッターを最小とするように設定するものとして説明した。しかし、原理で説明したように、トータルジッターを最小とするように設定するのではなく、トータルジッターを所定の閾値以下とするように設定してもよい。
6-5. Setting of Loop Bandwidth In the embodiment described above, the loop bandwidth of each loop filter unit has been described as being set so as to minimize the total jitter in each loop circuit. However, as described in the principle, the total jitter may be set to be equal to or less than a predetermined threshold value instead of setting the total jitter to be minimum.

1 携帯型電話機、 10 GPS受信部、 11 RF受信回路部、 20 ベースバンド処理回路部、 30 ホストCPU、 40 操作部、 50 表示部、 60 IMU、 61 加速度センサー、 63 ジャイロセンサー、 70 携帯電話用アンテナ、 80 携帯電話用無線通信回路部、 90 記憶部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Portable telephone, 10 GPS receiving part, 11 RF receiving circuit part, 20 Baseband processing circuit part, 30 Host CPU, 40 Operation part, 50 Display part, 60 IMU, 61 Acceleration sensor, 63 Gyro sensor, 70 For mobile phones Antenna, 80 wireless communication circuit unit for mobile phone, 90 storage unit

Claims (7)

移動状況を検出することと、
前記検出の誤差を算出することと、
前記検出結果及び前記誤差を用いて、測位用衛星から受信した衛星信号の追尾に用いられ、且つループバンド幅の変更が可能な追尾用フィルターの前記ループバンド幅を設定することと、
を含む衛星信号追尾方法。
Detecting movement status,
Calculating an error of the detection;
Using the detection result and the error, setting the loop bandwidth of the tracking filter that is used for tracking the satellite signal received from the positioning satellite and in which the loop bandwidth can be changed;
Including satellite signal tracking method.
前記移動状況を検出することは、加速度センサー、速度センサー及びジャイロセンサーの少なくとも何れかのセンサーを用いて、所与のタイミングで前記何れかのセンサーの出力に対するキャリブレーション処理を実行することを含み、
前記誤差を算出することは、前記キャリブレーション処理を実行してからの経過時間を用いて、前記誤差を算出することを含む、
請求項1に記載の衛星信号追尾方法。
Detecting the movement state includes performing a calibration process on an output of any one of the sensors at a given timing using at least one of an acceleration sensor, a speed sensor, and a gyro sensor,
Calculating the error includes calculating the error using an elapsed time since the execution of the calibration process;
The satellite signal tracking method according to claim 1.
前記ループバンド幅を設定することは、前記衛星信号の受信環境を用いて前記ループバンド幅を設定することを含む、
請求項1又は2に記載の衛星信号追尾方法。
Setting the loop bandwidth includes setting the loop bandwidth using a reception environment of the satellite signal.
The satellite signal tracking method according to claim 1 or 2.
前記ループバンド幅を設定することは、前記追尾用フィルターのフィルター次数を用いて前記ループバンド幅を設定することを含む、
請求項1〜3の何れか一項に記載の衛星信号追尾方法。
Setting the loop bandwidth includes setting the loop bandwidth using a filter order of the tracking filter.
The satellite signal tracking method according to any one of claims 1 to 3.
請求項1〜4の何れか一項に記載の衛星信号追尾方法を行って、前記衛星信号を追尾することと、
前記追尾された前記衛星信号を用いて位置を算出することと、
を含む位置算出方法。
Performing the satellite signal tracking method according to any one of claims 1 to 4 to track the satellite signal;
Calculating a position using the tracked satellite signal;
Position calculation method including
移動状況を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果及び前記検出部の検出誤差を用いて、測位用衛星から受信した衛星信号の追尾に用いられ、且つループバンド幅の変更が可能な追尾用フィルターの前記ループバンド幅を設定する設定部と、
を備えた衛星信号追尾装置。
A detection unit for detecting the movement status;
Using the detection result of the detection unit and the detection error of the detection unit, the loop bandwidth of the tracking filter that can be used to track the satellite signal received from the positioning satellite and that can change the loop bandwidth is set. A setting section to
Satellite signal tracking device with
加速度センサー、速度センサー及びジャイロセンサーのうちの少なくとも1つのセンサーと、
前記少なくとも1つのセンサーの出力を用いて移動状況を検出する移動状況検出部と、
測位用衛星からの衛星信号の追尾に用いられ、且つループバンド幅の変更が可能な追尾用フィルターと、
前記移動状況検出部の検出結果及び前記移動状況検出部の検出誤差を用いて、前記追尾用フィルターの前記ループバンド幅を設定する設定部と、
前記追尾用フィルターにより追尾された衛星信号を用いて位置を算出する位置算出部と、
を備えた位置算出装置。
At least one of an acceleration sensor, a speed sensor, and a gyro sensor;
A movement situation detector that detects a movement situation using an output of the at least one sensor;
A tracking filter that is used for tracking satellite signals from positioning satellites and that can change the loop bandwidth;
A setting unit that sets the loop bandwidth of the tracking filter using the detection result of the movement state detection unit and the detection error of the movement state detection unit;
A position calculation unit that calculates a position using a satellite signal tracked by the tracking filter;
A position calculation device comprising:
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