JP2012159426A - マルチパス検出方法、マルチパス検出プログラム、マルチパス検出装置、およびｇｎｓｓ受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直接波信号とマルチパス波信号とのコード位相差が小さくても確実にマルチパスを検出する。
【解決手段】マルチパス検出部５４のＰｅ相関部３１には、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号に対して、１ｃｈｉｐ遅延の第１レプリカ信号と（１＋ｘ）ｃｈｉｐ遅延の第２レプリカ信号が与えられる。Ｐｅ相関部３１は、ベースバンド信号と第１レプリカ信号および第２レプリカ信号との相関処理を行い、ベースバンド信号と第１レプリカ信号との相関結果から、ベースバンド信号と第２レプリカ信号との相関結果を差分演算する。この差分演算結果は、直接波信号のみであれば理論的に零となり、マルチパス波信号が含まれると零でない所定値となる。したがって、マルチパス判定部３２は、零でない閾値Ｔｈを設定し、差分演算結果と閾値Ｔｈを比較することでマルチパスの有無の判定を行う。
【選択図】 図２

Description

この発明は、間接受信信号であるマルチパス信号の有無を検出するマルチパス検出方法、特に、ＧＮＳＳ信号におけるマルチパス信号の有無を検出する方法に関する。

ＧＰＳ信号等のＧＮＳＳ信号を受信して追尾するＧＮＳＳ受信装置では、追尾精度の劣化する要因の一つとして、マルチパスが問題となっている。マルチパスとは、受信機周囲の高層建築物等に反射してから受信機に到達するＧＮＳＳ信号であるマルチパス信号を、直接到来したＧＮＳＳ信号とともに受信することで生じる。

そして、従来から、特許文献１に示すように、マルチパスを検出する方法および装置が各種考案されている。

特開２００９−１５９２６１号公報

しかしながら、特許文献１の方法を含む従来のマルチパス検出方法では、直接波信号とマルチパス信号とのコード位相差が比較的大きくなければ、マルチパスを検出することができなかった。

したがって、本発明の目的は、直接波信号とマルチパス信号とのコード位相差が小さくても確実にマルチパスを検出することができるマルチパス検出方法およびマルチパス検出装置を提供することにある。また、このマルチパス検出方法およびマルチパス検出装置を用いたＧＮＳＳ受信装置を提供することにある。

この発明は、直接波信号とマルチパス波信号とを受信することで生じるマルチパスを検出するマルチパス検出方法に関する。このマルチパス検出方法では、相関処理工程およびマルチパス判定工程を有する。相関処理工程では、受信信号に対する相関値が最大となる基準タイミングに対して受信信号に対する相関値が略０になるタイミング分だけ位相シフトした第1タイミングの第1レプリカ信号と受信信号との相関処理を行う第１相関処理を実行する。さらに、相関処理工程では、基準タイミングから第1タイミングと同じ位相シフトの方向に第1タイミングよりも大きく位相シフトした第２タイミングの第２レプリカ信号と受信信号との相関処理を行う第２相関処理を実行する。マルチパス判定工程では、第１相関処理結果と第２相関処理結果とに基づいて、マルチパス波の有無の判定を行う。

この方法を用いることで、受信信号が直接波信号のみであれば第１タイミングおよび第２タイミングでの相関結果が零となり、マルチパス波信号を含んでいれば第１タイミングおよび第２タイミングでの相関結果が正値となる。したがって、このような相関結果の相違を検出することで、マルチパスの有無を検出できる。特に、この方法の場合、直接波信号に対する相関結果が零になる位相の近傍のタイミングをマルチパス判定用の第１タイミングおよび第２タイミングとしているので、直接波信号とマルチパス波信号とのコード位相差が大きくなくてもマルチパスの有無が検出できる。

また、この発明のマルチパス検出方法では、第１相関処理の結果と第２相関処理の結果とを差分演算する差分演算工程を有する。マルチパス判定工程は、差分演算値が所定の閾値以上である場合にマルチパス有りと判定する。

この方法では、具体的なマルチパス判定用データの生成方法を示している。上述のように、マルチパス波信号がある場合、第１レプリカ信号および第２レプリカ信号で相関結果を取得する第１タイミングおよび第２タイミングでの相関結果は異なる。したがって、これら相関結果の差分を算出すれば、零にはならない。一方、直接波信号のみの場合には第１タイミング、第２タイミングともに相関結果が零になり、差分結果も零になる。これを利用することで、マルチパスの有無を検出できる。

また、この発明のマルチパス検出方法では、差分演算値のパワー値を算出するパワー算出工程を有する。マルチパス判定工程は、差分演算値のパワー値と所定の閾値とでマルチパス判定を行う。

この方法では、差分演算値をパワー値にしてマルチパスの判定に利用する場合を示している。

また、この発明のマルチパス検出方法では、パワー値を所定区間分積算する積算工程を有する。マルチパス判定工程は、積算値と所定の閾値とでマルチパル判定を行う。

この方法では、上述のパワー値を積算することで、よりマルチパスの有無での相違が明確になる。したがって、より確実にマルチパスを検出できる。

また、この発明のマルチパス検出方法では、マルチパス判定工程は、受信信号の信号レベルに応じた閾値を設定する。

この方法では、受信信号の信号レベルに応じて閾値が変化するので、より正確にマルチパスを検出できる。

また、この発明のマルチパス検出方法では、受信信号に対する相関結果に基づいて第１レプリカ信号と第２レプリカ信号とを生成するレプリカ信号生成工程を有する。当該レプリカ信号生成工程では、基準タイミングから位相遅延したレプリカ信号を、第１レプリカ信号および第２レプリカ信号に用いる。

この方法では、マルチパス検出用の第１レプリカ信号および第２レプリカ信号の具体的生成方法を示している。マルチパス波信号は、通常、直接波信号よりも遅延するので、第１レプリカ信号および第２レプリカ信号を基準タイミングに対して位相遅延させることで、より確実にマルチパスを検出できる。

また、この発明は、ＧＮＳＳ信号受信方法に関し、上述のマルチパス検出方法を含み、受信信号の追尾結果とマルチパス検出結果とに基づいて、測位演算を行う測位演算工程を、有する。

この方法では、上述のマルチパス検出方法を含むＧＮＳＳ信号受信方法を示している。

また、この発明のＧＮＳＳ信号受信方法では、マルチパス検出結果に基づいて、追尾用のレプリカ信号の生成タイミングを調整する、ＧＮＳＳ信号受信方法。

この方法では、上述のマルチパス検出概念を追尾にも利用する。すなわち、追尾開始時期等では、基準タイミングで生成されるＰｒｏｍｐｔレプリカ信号と受信信号との間に、或程度のコード位相差が生じる。この場合も、上述のマルチパス検出概念と同様に、相関結果が零となるべきコード位相範囲に、零でない相関結果が現れる。これを検出することで、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号のコード位相のズレを検出することができ、これをＰｒｏｍｐｔレプリカ信号のコード位相の調整に利用することができる。

この発明によれば、直接波信号とマルチパス信号とのコード位相差が短くても、確実にマルチパスを検出することができる。

本発明のマルチパス検出概念を説明するための図である。 本発明の実施形態のＧＮＳＳ信号受信装置の主要構成図である。 本発明の実施形態のＰｅ相関部３１の具体的構成を示す構成図である。 直接波信号とマルチパス波信号との位相差と、マルチパス判定用演算値Ｐｄｃの積算値との関係を示す実験結果である。 閾値設定概念を説明するための図であり、受信信号レベルとマルチパス判定用演算値Ｐｄｃの積算値との相関図である。 マルチパス有無の判定処理フローを示すフローチャートである。 マルチパス波信号の信号レベルが直接波信号の信号レベルよりも大きな場合のマルチパスの検出概念を説明するための図である。 基準タイミングに対して位相が進んだ第１レプリカ信号ＳＲ’_Ｍ１および第２レプリカ信号ＳＲ’_Ｍ２を用いた場合のＰｅ相関部３１への各レプリカ信号の与え方を示すための構成図である。

本発明の実施形態に係るマルチパス検出方法、マルチパス検出プログラムおよびマルチパス検出装置について説明する。なお、本実施形態では、ＧＮＳＳ信号受信方法およびＧＮＳＳ信号受信装置におけるマルチパス検出方法およびマルチパス検出装置を例に示している。また、本実施形態では、ＧＮＳＳ信号としてＧＰＳ信号を用いた場合を示している。

図１は本実施形態のマルチパスの検出概念を説明するための図である。図１において太実線は直接波信号の相関特性を示し、破線はマルチパス波信号の相関特性を示し、細実線は合成波信号（受信信号）の相関特性を示す。図１（Ａ）はＰｒｏｍｐｔレプリカ信号による直接波信号、マルチパス波信号および合成波の相関特性を示す相関カーブである。図１（Ｂ）は直接波信号に対するマルチパス波信号の遅延量に応じた、第１レプリカ信号と受信信号（直接波信号＋マルチパス波信号）とのＩ相相関レベルと、第２レプリカ信号と受信信号（直接波信号＋マルチパス波信号）とのＩ相相関レベルとの差分値の変化特性を示した図である。ここで、第１レプリカ信号は、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号に対してコード位相を１［ｃｈｉｐ］分遅延させた信号である。第２レプリカ信号は、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号に対して、コード位相を１＋ｘ［ｃｈｉｐ］分遅延させた信号である。なお、ｘは、図１（Ｂ）に示すように、１．０［ｃｈｉｐ］よりも小さく、例えば、０．０５［ｃｈｉｐ］から０．１［ｃｈｉｐ］程度の値である。

直接波信号は、ＧＮＳＳ信号受信装置のアンテナで直接受信したＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を意味する。マルチパス波信号は、ＧＮＳＳ信号受信装置のアンテナで間接的に受信した、すなわちＧＰＳ衛星から放送された後に、高層ビル等に反射した後に受信したＧＰＳ信号を意味する。Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号は、既知の衛星追尾用のＤＬＬ処理で設定される目的とする追尾点のコード位相タイミングに準じて生成されるＧＰＳ信号のレプリカ信号である。

図１（Ａ）に示すように、直接波信号の場合（図１（Ａ）の太実線参照）、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号とコード位相差が０．０［ｃｈｉｐ］のタイミングで、相関値は最大値（理論上１．０）となる。直接波信号とＰｒｏｍｐｔレプリカ信号とのコード位相差が０．０［ｃｈｉｐ］から±１．０［ｃｈｉｐ］へ離れるにしたがって徐々に相関値は低下する。直接波信号とＰｒｏｍｐｔレプリカ信号とのコード位相差が＋１．０［ｃｈｉｐ］以上もしくは−１．０［ｃｈｉｐ］以下では、相関値は常に０．０となる。これは、ＧＰＳ信号のコードが１．０［ｃｈｉｐ］以上のコード位相ズレで自己相関しても相関値が０になるように、設定されているからである。

マルチパス波信号は、通常、直接波信号に対してコード位相が遅延し、振幅が小さい信号である。したがって、マルチパス波信号（図１（Ａ）の太波線参照）は、直接波信号に対する遅延時間分だけコード位相が遅延したコード位相ｙ［ｃｈｉｐ］タイミングで、相関値が最大値となる。マルチパス波信号は、このコード位相ｙ［ｃｈｉｐ］を中心として、直接波信号とＰｒｏｍｐｔレプリカ信号とのコード位相差がｙ±１．０［ｃｈｉｐ］まで離れる間は、徐々に相関値が低下する。マルチパス波信号とＰｒｏｍｐｔレプリカ信号とのコード位相差がｙ＋１．０［ｃｈｉｐ］以上もしくはｙ−１．０［ｃｈｉｐ］以下では、相関値は常に０．０となる。

このため、直接波信号とマルチパス波信号による合成波の相関特性は、図１（Ａ）の細実線に示すように、コード位相の進む側と遅れる側とでスロープ形状が異なり、遅れる側では、＋１．０［ｃｈｉｐ］以上であっても、０でない相関値が得られる。

この特性を利用し、＋１．０［ｃｈｉｐ］のコード位相での相関値と、＋１．０＋ｘ（ｘ＜ｙ＜１．０）［ｃｈｉｐ］のコード位相での相関値とに着目する。直接波信号の場合、＋１．０［ｃｈｉｐ］のコード位相でも＋１．０＋ｘ［ｃｈｉｐ］のコード位相でも相関値は０である。したがって、これらの差分値も０となる。マルチパス波信号が存在する場合、＋１．０［ｃｈｉｐ］のコード位相と＋１．０＋ｘ［ｃｈｉｐ］のコード位相で、それぞれに、ともに０でなく、異なる相関値となる。この際、＋１．０［ｃｈｉｐ］のコード位相の相関値が＋１．０＋ｘ［ｃｈｉｐ］のコード位相の相関値よりも大きくなる。したがって、＋１．０［ｃｈｉｐ］のコード位相の相関値から＋１．０＋ｘ［ｃｈｉｐ］のコード位相の相関値を差分すると、０でない正値となる。

このような＋１．０［ｃｈｉｐ］のコード位相の相関値から＋１．０＋ｘ［ｃｈｉｐ］のコード位相の相関値を差分した差分値は、直接波信号に対するマルチパス波信号の遅延量に応じて、図１（Ｂ）に示すように変化する。なお、図１（Ｂ）はＩ相相関値間の差分値である。このように、マルチパス波信号が存在すれば、その遅延量が２．０＋ｘ［ｃｈｉｐ］以下の範囲内（正確には、１．０＋ｘ／２［ｃｈｉｐ］を除く）で、相関値が０でなくなる。したがって、このように相関値が０でないことを検出すれば、遅延量が例えば０．０５等と少なくても、マルチパスを確実に検出することができる。なお、特異点である１．０＋ｘ／２［ｃｈｉｐ］では、相関値が０になってしまうが、連続的に相関値を算出し続ければ、外部環境の影響を受けやすいマルチパス波信号は長時間一定のコード位相で受信することは殆ど無いため、マルチパスを検出することができる。特に移動体にＧＮＳＳ信号受信装置を搭載した場合には、マルチパス波信号のコード位相は変化しやすいので、より確実にマルチパスを検出できる。

次に、上述のマルチパス検出方法を実現するＧＮＳＳ信号受信装置の構成について説明する。図２は本実施形態のＧＮＳＳ信号受信装置１の主要構成図である。

ＧＮＳＳ信号受信装置１は、アンテナ５０、ＲＦ処理部５１、ベースバンド変換部５２、キャリア相関部５３、コード追尾部５４、および測位演算部５６を備える。

アンテナ５０は、各ＧＰＳ衛星から放送されたＧＰＳ信号を受信して、受信信号をＲＦ処理部５１へ出力する。ＲＦ処理部５１は、受信したＧＰＳ信号をダウンコンバートして、中間周波数信号（ＩＦ信号）を生成し、ベースバンド変換部５２およびキャリア相関部５３へ出力する。

キャリア相関部５３は、ＩＦ信号とキャリア周波数信号とを乗算して、キャリア位相差を算出する。出力されたキャリア位相差は、所定時定数のループフィルタを介してキャリアＮＣＯへフィードバックされる。キャリアＮＣＯは、フィードバックされたキャリア位相に基づいてキャリア周波数信号を生成する。なお、検出したキャリア位相差は、測位演算部５６へも出力される。

ベースバンド変換部５２は、ＩＦ信号にキャリア周波数信号を乗算することで、ベースバンド信号Ｓ_Ｂを生成する。ベースバンド信号Ｓ_Ｂはコード追尾部５４へ出力される。

コード追尾部５４は、ベースバンド信号Ｓ_Ｂの追尾処理を行うとともに、マルチパス有無の判定を行う。コード追尾部５４の詳細は後述するが、コード追尾部５４は、Ｐ相関部１１によるＰｒｏｍｐｔ相関値、ループフィルタ１５によるＥ−Ｌ相関値の積算値、マルチパス検出結果を、測位演算部５６へ出力する。

測位演算部５６は、Ｐｒｏｍｐｔ相関値から航法メッセージを解読する。測位演算部５６は、Ｅ−Ｌ相関値の積算値から疑似距離を算出する。測位演算部５６は、航法メッセージと疑似距離とを用いて、既知の方法で測位演算を行う。この際、測位演算部５６は、キャリア位相を用いることで、より高精度な測位演算を行うこともできる。また、測位演算部５６は、マルチパス検出結果に基づいて、航法方程式のパラメータを適宜設定することで、より確実且つ正確に測位演算を行うことができる。

次に、コード追尾部５４の具体的構成および処理について説明する。コード追尾部５４は、Ｐ相関部１１、Ｅ相関部１２、Ｌ相関部１３、加減算器１４、ループフィルタ１５、コードＮＣＯ２１、シフトレジスタ２２、Ｐｅ相関部３１、マルチパス判定部３２を備える。このコードＮＣＯ２１、シフトレジスタ２２、Ｐｅ相関部３１、マルチパス判定部３２によりマルチパス検出部５５が構成される。コード追尾部５４は、所謂Ｅａｒｌｙ−Ｌａｔｅ相関を行うことで、コード追尾を行う相関部である。

ベースバンド信号Ｓ_Ｂは、Ｐ相関部１１、Ｅ相関部１２、Ｌ相関部１３、Ｐｅ相関部３１へ入力される。

Ｐ相関部１１は、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号ＳＲ_Ｐとベースバンド信号Ｓ_Ｂとを乗算してＰｒｏｍｐｔ相関値を出力する。Ｐｒｏｍｐｔ相関値は測位演算部５６へ入力される。

Ｅ相関部１２は、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号ＳＲ_Ｐに対してコード位相が１／２ｃｈｉｐ分進むＥａｒｌｙレプリカ信号ＳＲ_Ｅとベースバンド信号Ｓ_Ｂとを乗算してＥａｒｌｙ相関値を出力する。Ｌ相関器１３は、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号ＳＲ_Ｐに対してコード位相が１／２ｃｈｉｐ分遅れるＬａｔｅレプリカ信号ＳＲ_Ｌとベースバンド信号Ｓ_Ｂとを乗算してＬａｔｅ相関値を出力する。なお、本実施形態では、Ｅａｒｌｙ，Ｐｒｏｍｐｔ，Ｌａｔｅの各位相差を１／２ｃｈｉｐとしているが、位相差（所謂スペーシング）は状況に応じて適宜設定すればよい。また、本実施形態では、単に各レプリカ信号とベースバンド信号Ｓ_Ｂとを相関処理するように記載したが、実際には、Ｉ相レプリカ信号とＱ相レプリカ信号とによりベースバンド信号Ｓ_Ｂとの相関処理を行い、各相関値を算出している。

加減算器１４は、Ｅａｒｌｙ相関値からＬａｔｅ相関値を差分することで、Ｅ−Ｌ相関値を生成する。Ｅ−Ｌ相関値は、ループフィルタ１５を介してコードＮＣＯ２１へフィードバックされるとともに測位演算部５６へも出力される。

コードＮＣＯ２１は、Ｅ−Ｌ相関値に基づいてレプリカ信号を生成し、シフトレジスタ２２へ出力する。

シフトレジスタ２２は、コードＮＣＯ２１からのレプリカ信号に基づいて、互いにコード位相が１／２［ｃｈｉｐ］分ずつ異なるＥａｒｌｙレプリカ信号ＳＲ_Ｅ、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号ＳＲ_Ｐ、およびＬａｔｅレプリカ信号ＳＲ_Ｌを生成する。Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号はＰ相関部１１へ、Ｅａｒｌｙレプリカ信号はＥ相関部１２へ、Ｌａｔｅレプリカ信号はＬ相関部１３へ同期して出力される。

以上のようなフィードバックループの構成および処理により、コード追尾処理が行われる。

本実施形態のＧＮＳＳ信号受信装置１では、さらに次の構成および処理により、マルチパスの検出が行われる。

シフトレジスタ２２は、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号に対してコード位相が１．０［ｃｈｉｐ］遅延した第１タイミングでマルチパス検出用の第１レプリカ信号ＳＲ_Ｍ１を生成する。シフトレジスタ２２は、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号に対してコード位相が１．０＋ｘ［ｃｈｉｐ］遅延した第２タイミングでマルチパス検出用の第２レプリカ信号ＳＲ_Ｍ２を生成する。なお、ここで、ｘは、１．０よりも小さい所定値であり、例えば０．０５［ｃｈｉｐ］から０．１［ｃｈｉｐ］程度を選択するとよい。

第１レプリカ信号ＳＲ_Ｍ１および第２レプリカ信号ＳＲ_Ｍ２は、Ｐｅ相関部３１へ入力される。図３はＰｅ相関部３１の具体的構成を示す構成図である。

Ｐｅ相関部３１は、位相反転器３１０Ａ，３１０Ｂ、Ｉ１相関器３１１、Ｉ２相関器３１２、Ｑ１相関器３１３、Ｑ２相関器３１４、加減算器３１５Ａ，３１５Ｂ，３１７、パワー算出部３１６Ａ，３１６Ｂ、積算部３１８を備える。

位相反転器３１０Ａは、第１レプリカ信号ＳＲ_Ｍ１を位相反転して第１Ｑ相レプリカ信号を生成する。位相反転器３１０Ｂは、第２レプリカ信号ＳＲ_Ｍ２を位相反転して第２Ｑ相レプリカ信号を生成する。

Ｉ１相関器３１１は、第１レプリカ信号ＳＲ_Ｍ１すなわち第１Ｉ相レプリカ信号と、ベースバンド信号とを乗算して第１Ｉ相相関値Ｌ１ｉを出力する。これにより、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号のコード位相基準タイミングから１［ｃｈｉｐ］遅延したコード位相でのＩ相相関値が得られる。

Ｉ２相関器３１２は、第２レプリカ信号ＳＲ_Ｍ２すなわち第２Ｉ相レプリカ信号と、ベースバンド信号とを乗算して第２Ｉ相相関値Ｌ１ｉｘを出力する。これにより、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号のコード位相基準タイミングから１＋ｘ［ｃｈｉｐ］遅延したコード位相でのＩ相相関値が得られる。

加減算器３１５Ａは、第１Ｉ相相関値Ｌ１ｉから第２Ｉ相相関値Ｌ１ｉｘを差分し、すなわち、（Ｌ１ｉ−Ｌ１ｉｘ）の演算を行い、Ｉ相差分値を算出する。パワー算出部３１６Ａは、Ｉ相差分値を二乗し、すなわち（Ｌ１ｉ−Ｌ１ｉｘ）^２の演算を行い、Ｉ相差分値のパワー値ＰＩを算出する。

Ｑ１相関器３１３は、第１Ｑ相レプリカ信号とベースバンド信号とを乗算して第１Ｑ相相関値Ｌ１ｑを出力する。これにより、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号のコード位相基準タイミングから１［ｃｈｉｐ］遅延したコード位相でのＱ相相関値が得られる。

Ｑ２相関器３１２は、第２Ｑ相レプリカ信号と、ベースバンド信号とを乗算して第２Ｑ相相関値Ｌ１ｑｘを出力する。これにより、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号のコード位相基準タイミングから１＋ｘ［ｃｈｉｐ］遅延したコード位相でのＱ相相関値が得られる。

加減算器３１５Ｂは、第１Ｑ相相関値Ｌ１ｑから第２Ｑ相相関値Ｌ１ｑｘを差分し、すなわち、（Ｌ１ｑ−Ｌ１ｑｘ）の演算を行い、Ｑ相差分値を算出する。パワー算出部３１６Ｂは、Ｑ相差分値を二乗し、すなわち（Ｌ１ｑ−Ｌ１ｑｘ）^２の演算を行い、Ｑ相差分値のパワー値ＰＱを算出する。

加減算器３１７は、Ｉ相差分値のパワー値ＰＩとＱ相差分値のパワー値ＰＱとを加算してマルチパス判定用演算値Ｐｄｃを生成する。したがって、マルチパス判定用演算値Ｐｄｃは次式で表される。

Ｐｄｃ＝（Ｌ１ｉ−Ｌ１ｉｘ）^２＋（Ｌ１ｑ−Ｌ１ｑｘ）^２ −（式１）
このマルチパス判定用演算値Ｐｄｃは、式１からもわかるように、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号に対してコード位相が１．０［ｃｈｉｐ］遅延したタイミングの相関値と、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号に対してコード位相が１．０＋ｘ［ｃｈｉｐ］遅延したタイミングの相関値との差分値に依存する。したがって、上述の発明概念に示したように、マルチパスが存在しなければ理論的に０となり、マルチパスが存在すれば０でない所定値となる。そして、特にパワー値に変換することで、その差を、より大きくすることができる。

積算部３１８は、マルチパス判定用演算値Ｐｄｃを所定時間長に亘り積算する。例えば、積算部３１８は、マルチパス判定用演算値Ｐｄｃは、ＧＰＳ信号のコードチップ長に応じて２０ｍｓｅｃ．の期間でコヒーレント積算する。積算部３１８は、マルチパス判定用演算値Ｐｄｃの積算値をマルチパス判定部３２へ出力する。

マルチパス判定部３２は、積算値を予め設定した「０」でない閾値Ｔｈと比較して、マルチパスの有無を判定する。具体的には、マルチパス判定部３２は、積算値が閾値Ｔｈよりも大きければマルチパス有りと判定し、積算値が閾値Ｔｈ以下であればマルチパス無しと判定する。マルチパスの有無の判定結果（マルチパス検出結果）は、測位演算部５６へ出力される。

この際、マルチパス判定部３２は、マルチパス判定用演算値Ｐｄｃの積算値を記憶する記憶部を備えておき、複数回（例えば、５０回）分の積算値を、ノンコヒーレント積算して、このノンコヒーレント積算値に基づいてマルチパスの有無の判定を行ってよい。そして、このようにサンプル数を増加させることで、より正確にマルチパスの有無を判定することができる。

また、閾値Ｔｈは、実験的に、マルチパスが無い状態でのマルチパス判定用演算値Ｐｄｃの積算値を複数回サンプリングしておき、当該積算値の平均値に、当該積算値の標準偏差σの４〜５倍程度（４σ〜５σ程度）を加算した値に設定している。このような値に設定することで、観測ノイズ等の影響を受けても、確実にマルチパスの有無の判定を行うようにすることができる。

このように、本実施形態の構成および処理を用いることで、マルチパスの有無を確実に検出することができる。

図４は、直接波信号とマルチパス波信号との位相差と、マルチパス判定用演算値Ｐｄｃの積算値との関係を示す実験結果である。図４（Ａ）は、ｘとして０．０５［ｃｈｉｐ］を設定した場合を示し、図４（Ｂ）は、ｘとして０．０７５［ｃｈｉｐ］を設定した場合を示す。図４に示すように、本実施形態の構成および処理を用いることで、直接波信号とマルチパス波信号との位相差が０．０３［ｃｈｉｐ］程度の近接マルチパスであっても、マルチパスの発生を確実に検出することができる。

なお、上述の説明では、閾値Ｔｈを単にマルチパスが無い条件でのマルチパス判定用演算値Ｐｄｃの積算値から設定したが、ベースバンド信号レベルすなわち受信信号レベルに応じて閾値Ｔｈを可変にしてもよい。図５は、閾値設定概念を説明するための図であり、受信信号レベルとマルチパス判定用演算値Ｐｄｃの積算値との相関図である。図中の太実線が、可変型の閾値ｆ_Ｔｈを示す。

図５に示すように、マルチパス判定用演算値Ｐｄｃおよび積算値は、受信信号レベルが高くなるとほぼ比例して高くなる。したがって、可変型の閾値ｆ_Ｔｈも受信信号レベルに応じて線形に変化させる。これにより、受信信号レベルに適した閾値に設定されるので、より正確にマルチパス有無の判定を行うことができる。

また、上述の説明では、ＧＮＳＳ信号受信装置の各回路構成部を個別のブロックで示したが、これらのブロックで行う処理をプログラム化して記憶しておき、ＣＰＵの演算処理デバイスで実行するようにしてもよい。以下では、マルチパス有無の判定に関する処理のみをプログラム化した場合の処理フローについて説明する。図６は、マルチパス有無の判定処理フローを示すフローチャートである。なお、詳細な処理の説明は、上述の説明に記載したので、ここでは処理の流れを概略的に説明する。

まず、ベースバンド信号に対して、第１Ｉ相レプリカ信号、第２Ｉ相レプリカ信号、第１Ｑ相レプリカ信号、第２Ｑ相レプリカ信号をそれぞれ乗算し、第１Ｉ相相関値Ｌ１ｉ、第２Ｉ相相関値Ｌ１ｉｘ、第１Ｑ相相関値Ｌ１ｑ、第２Ｑ相相関値Ｌ１ｑｘを取得する（Ｓ１０１）。

次に、Ｉ相差分値（Ｌ１ｉ−Ｌ１ｉｘ）およびＱ相差分値（Ｌ１ｑ−Ｌ１ｑｘ）を算出する（Ｓ１０２）。

次に、Ｉ相差分値のパワー値ＰＩを（Ｌ１ｉ−Ｌ１ｉｘ）^２の演算で算出するとともに、Ｑ相差分値のパワー値ＰＱを（Ｌ１ｑ−Ｌ１ｑｘ）^２の演算で算出する（Ｓ１０３）。

次に、マルチパス判定用演算値Ｐｄｃを、上述の（式１）の計算を用いて算出する（Ｓ１０４）。

次に、マルチパス判定演算値Ｐｄｃを積算し、積算値を得る（Ｓ１０５）。

次に、積算値と閾値Ｔｈを比較し、積算値が閾値Ｔｈよりも大きければ、マルチパス有りと判定する（Ｓ１０６：Ｙｅｓ，Ｓ１０７）。積算値が閾値Ｔｈ以下であれば、マルチパス無しと判定する（Ｓ１０６：Ｎｏ，Ｓ１０８）。

このような一連の処理を行っても、上述のようにマルチパスの発生を確実且つ正確に検出することができる。

なお、上述の説明では、第１レプリカ信号および第２レプリカ信号を、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号よりもコード位相が遅れた信号に設定したが、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号よりもコード位相が進んだ信号に設定してもよい。このように、進んだレプリカ信号を用いれば、マルチパス波信号の信号レベルが直接波信号の信号レベルよりも大きな場合でも、マルチパスの有無を判定することができる。

具体的には、図７に示すような受信環境の場合に有効である。図７は、マルチパス波信号の信号レベルが直接波信号の信号レベルよりも大きな場合のマルチパスの検出概念を説明するための図である。図７においても、太実線は直接波信号の相関特性を示し、破線はマルチパス波信号の相関特性を示し、細実線は合成波信号（受信信号）の相関特性を示す。

図７に示すように、マルチパス波信号の信号レベルが直接波信号の信号レベルよりも高い場合、マルチパス波信号と直接波信号とが合成された合成波信号（受信信号）の相関カーブは、マルチパス波信号の相関最大の位相で最大となる。このため、レプリカ信号はマルチパス波信号に対する相関結果に基づいて基準タイミング（図７の位相０．０のタイミング）が設定されてしまう。

基準タイミングがマルチパス波信号に追随することで、直接波信号は、図７の太実線に示すように、基準タイミングから遅れた位相タイミングで相関レベルが最大になる相関特性となる。

したがって、マルチパス波信号に対する相関値は、基準タイミングから位相の進む方向へ１．０［ｃｈｉｐ］以上となるタイミング（図７の−１．０［ｃｈｉｐ］のタイミング）で０．０となる。

また、直接波信号とマルチパス波信号との位相差をｙとすると、直接波信号に対する相関値は、基準タイミングから位相の進む方向へ１．０＋ｙ［ｃｈｉｐ］以上となるタイミング（図７の−１．０−ｙ［ｃｈｉｐ］のタイミング）で０．０となる。

すなわち、基準タイミングに対して、−１．０−ｙ［ｃｈｉｐ］のタイミングから−１．０［ｃｈｉｐ］のタイミングの間は、マルチパス波信号に対する相関値が０．０で直接波信号に対する相関値が正値となる。したがって、
−１．０−ｙ［ｃｈｉｐ］＜−１．０−ｘ［ｃｈｉｐ］＜−１．０［ｃｈｉｐ］
となる、−１．０−ｘ［ｃｈｉｐ］のタイミングで、マルチパス波信号に対する相関値と直接波信号に対する相関値との差分の絶対値を取れば、必ず正値となる。

このような概念を用い、上述の第１タイミングとして−１．０［ｃｈｉｐ］のタイミングで第１レプリカ信号ＳＲ’_Ｍ１を生成し、上述の第２タイミングとして−１．０−ｘ［ｃｈｉｐ］のタイミングで第２レプリカ信号ＳＲ’_Ｍ２を生成する。そして、これら第１レプリカ信号ＳＲ’_Ｍ１および第２レプリカ信号ＳＲ’_Ｍ２を、図８に示すように、Ｐｅ相関部３１に与える。図８は基準タイミングに対して位相が進んだ第１レプリカ信号ＳＲ’_Ｍ１および第２レプリカ信号ＳＲ’_Ｍ２を用いた場合のＰｅ相関部３１への各レプリカ信号の与え方を示すための構成図である。

このように、基準タイミングに対して位相が進んだ第１レプリカ信号ＳＲ’_Ｍ１および第２レプリカ信号ＳＲ’_Ｍ２の設定を行っても、上述の基準タイミングに対して位相が遅れた第１レプリカ信号ＳＲ_Ｍ１および第２レプリカ信号ＳＲ_Ｍ２を用いる構成および処理と同様にマルチパスの有無を検出することができる。

また、さらに、位相が遅れる側と位相が進む側の両方にマルチパス検出用のレプリカ信号を設けてもよい。これにより、直接波信号とマルチパス波信号とのコード位相関係や、直接波信号とマルチパス波信号との振幅の大小関係に影響されることなく、確実にマルチパスの有無を判定することができる。

また、上述の処理を利用することで、コード追尾初期のコード追尾タイミングの調整に利用することもできる。コード追尾初期には、受信信号が直接波信号のみであったとしても、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号のコード位相が受信信号のコード位相と必ずしも完全に一致するわけではない。この場合、上述のように、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号のコード位相と受信信号のコード位相との位相差に応じて、第１レプリカ信号および第２レプリカ信号と受信信号との相関結果が零でない値になる。この現象を利用することで、コード追尾初期のＰｒｏｍｐｔレプリカ信号と受信信号とのコード位相のズレを、上述のマルチパス判定用演算値Ｐｄｃから検出することができる。さらに、上述のように、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ信号に対して位相が遅れる側と位相が進む側の両方に第１レプリカ信号、第２レプリカ信号を形成し相関処理すれば、コード位相のズレが遅れる側で生じているか進む側で生じているかも検出することができる。

また、上述の説明では、ＧＰＳ信号を用いており、１［ｃｈｉｐ］以上のコード位相差で相関値が零になる場合を示した。しかしながら、他のコード変調通信信号を用いた場合で、Ｌ［ｃｈｉｐ］以上のコード位相差で相関値が零になる場合には、Ｌ［ｃｈｉｐ］のコード位相とＬ＋ｘ［ｃｈｉｐ］のコード位相をマルチパス判定用に用いればよい。

また、上述の説明では相関値が零なるタイミングを用いたが、相関値が零となる側すなわちコード位相が離れる側であれば、相関値が零となるタイミングよりも或程度間隔を置いたタイミングを用いることもできる。

１−ＧＮＳＳ信号受信装置、５０−アンテナ、５１−ＲＦ処理部、５２−ベースバンド変換部、５３−キャリア相関部、５４−コード追尾部、５５−マルチパス検出部、５６−測位演算部、１１−Ｐ相関部、１２−Ｅ相関部、１３−Ｌ相関部、１４−加減算器、１５−ループフィルタ、２１−コードＮＣＯ、２２−シフトレジスタ、３１−Ｐｅ相関部、３２−マルチパス判定部、
３１０Ａ，３１０Ｂ−位相反転器、３１１−Ｉ１相関器、３１２−Ｉ２相関器、３１３−Ｑ１相関器、３１４−Ｑ２相関器、３１５Ａ，３１５Ｂ，３１７−加減算器、３１６Ａ，３１６Ｂ−パワー算出部、３１８−積算部

Claims (11)

1. 直接波信号とマルチパス波信号とを受信することで生じるマルチパスを検出するマルチパス検出方法であって、
   前記受信信号に対する相関値が最大となる基準タイミングに対して前記受信信号に対する相関値が略０になるタイミング分だけ位相シフトした第1タイミングの第1レプリカ信号と前記受信信号との相関処理を行う第１相関処理、および前記基準タイミングから前記第1タイミングと同じ位相シフトの方向に前記第1タイミングよりも大きく位相シフトした第２タイミングの第２レプリカ信号と前記受信信号との相関処理を行う第２相関処理を実行する相関処理工程と、
   前記第１相関処理結果と前記第２相関処理結果とに基づいて、マルチパス波の有無の判定を行うマルチパス判定工程と、を有するマルチパス検出方法。
2. 請求項１に記載のマルチパス検出方法であって、
   前記第１相関処理結果と前記第２相関処理結果とを差分演算する差分演算工程を有し、
   前記マルチパス判定工程は、
   前記差分演算値が所定の閾値以上である場合にマルチパス有りと判定する、マルチパス検出方法。
3. 請求項２に記載のマルチパス検出方法であって、
   前記差分演算値のパワー値を算出するパワー算出工程を有し、
   前記マルチパス判定工程は、
   前記差分演算値のパワー値と前記所定の閾値とでマルチパス判定を行う、マルチパス検出方法。
4. 請求項３に記載のマルチパス検出方法であって、
   前記パワー値を所定区間分積算する積算工程を有し、
   前記マルチパス判定工程は、
   前記積算値と前記所定の閾値とでマルチパル判定を行う、マルチパス検出方法。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれかに記載のマルチパス検出方法であって、
   前記マルチパス判定工程は、
   前記受信信号の信号レベルに応じた前記閾値を設定する、マルチパス検出方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のマルチパス検出方法であって、
   前記受信信号に対する相関結果に基づいて前記第１レプリカ信号と前記第２レプリカ信号とを生成するレプリカ信号生成工程を有し、
   該レプリカ信号生成工程は、
   前記基準タイミングから位相遅延したレプリカ信号を、前記第１レプリカ信号および前記第２レプリカ信号に用いる、マルチパス検出方法。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のマルチパス検出方法を含み、
   前記受信信号の追尾結果と、前記マルチパス検出結果とに基づいて、測位演算を行う測位演算工程を、有するＧＮＳＳ信号受信方法。
8. 請求項７に記載のＧＮＳＳ信号受信方法であって、
   前記マルチパス検出結果に基づいて、追尾用のレプリカ信号の生成タイミングを調整する、ＧＮＳＳ信号受信方法。
9. 直接波信号とマルチパス波信号とを受信することで生じるマルチパスを検出するためのマルチパス検出プログラムであって、
   前記受信信号に対する相関値が最大となる基準タイミングに対して前記受信信号に対する相関値が略０になるタイミング分だけ位相シフトした第1タイミングの第1レプリカ信号と前記受信信号との相関処理を行う第１相関処理、および前記基準タイミングから前記第1タイミングと同じ位相シフトの方向に前記第1タイミングよりも大きく位相シフトした第２タイミングの第２レプリカ信号と前記受信信号との相関処理を行う第２相関処理を含む相関処理と、
   前記第１相関処理結果と前記第２相関処理結果とに基づいて、マルチパス波の有無の判定を行うマルチパス判定処理と、を有するマルチパス検出プログラム。
10. 直接波信号とマルチパス波信号とを受信することで生じるマルチパスを検出するマルチパス検出装置であって、
    前記受信信号に対する相関値が最大となる基準タイミングに対して前記受信信号に対する相関値が略０になるタイミング分だけ位相シフトした第1タイミングの第1レプリカ信号と前記受信信号との相関処理を行う第１相関処理、および前記基準タイミングから前記第1タイミングと同じ位相シフトの方向に前記第1タイミングよりも大きく位相シフトした第２タイミングの第２レプリカ信号と前記受信信号との相関処理を行う第２相関処理を実行する相関処理部と、
    前記第１相関処理結果と前記第２相関処理結果とに基づいて、マルチパス波の有無の判定を行うマルチパス判定部と、を備えるマルチパス検出装置。
11. 請求項１０に記載のマルチパス検出装置を備え、
    前記受信信号の追尾結果と、前記マルチパス検出結果とに基づいて、測位演算を行う測位演算部を、備えたＧＮＳＳ信号受信装置。