JP2012173153A - Frequency tracking device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、衛星信号の搬送波周波数を追尾する周波数追尾装置に関する。 The present invention relates to a frequency tracking device that tracks the carrier frequency of a satellite signal.
例えば、GPS(Global Positioning System)やGalileoなどの衛星信号受信装置においては、衛星信号を捕捉し、車両や歩行者などの地上の受信者の位置や速度などを求めている。このようにして求めた測位結果(受信者の位置や速度)は、カーナビゲーションシステムやITS(Intelligent Transportation Systems、高度道路交通システム)などに利用されるため、高い信頼性が要求される。ところが、木々などに囲まれているような衛星の信号強度が劣化しやすい環境に受信者が位置する場合は、衛星信号の搬送波周波数を高い信頼性で追尾することが困難になる。搬送波周波数の追尾が困難になれば、測位結果の精度が劣化したり、非測位状態になったりしてしまう。このような場合であっても、衛星信号の搬送波周波数を高度に追尾するために衛星信号受信装置は周波数追尾装置を備える。 For example, satellite signal receivers such as GPS (Global Positioning System) and Galileo capture satellite signals and determine the position and speed of ground receivers such as vehicles and pedestrians. Since the positioning result (recipient's position and speed) thus obtained is used in a car navigation system, ITS (Intelligent Transportation Systems), etc., high reliability is required. However, when the receiver is located in an environment where the signal strength of the satellite is easily deteriorated as surrounded by trees, it is difficult to track the carrier frequency of the satellite signal with high reliability. If the tracking of the carrier frequency becomes difficult, the accuracy of the positioning result is deteriorated or the positioning is not performed. Even in such a case, the satellite signal receiving device includes a frequency tracking device in order to highly track the carrier frequency of the satellite signal.
周波数追尾装置は、所望衛星のローカル周波数信号(ベースバンド処理部で本装置が扱いやすい所定の周波数に変換したローカル信号)と本装置内で生成するレプリカ信号との周波数ずれ量を算出し、算出した周波数ずれ量に基づいてキャリアNCO(Numerically Controlled Oscillator)がレプリカ信号の周波数を周波数ずれ量を最小化するように補正し、補正を繰り返すことによって、所望衛星のローカル信号とレプリカ信号とを同期させ、衛星信号の搬送波周波数を追尾するものである。従来の周波数追尾装置100は、図3に示すように、フェーズローテータ101、積算器102とディスクリミネータ103とループフィルタ104とエッジ情報発生器105とキャリアNCO106とを備えることが知られている。周波数追尾装置100は、フェーズローテータ101で所望衛星のローカル信号とレプリカ信号とを複素数乗算し、複素数乗算した信号に重畳する高周波雑音を抑圧するために積算器102によって積算(フィルタリング)し、ディスクリミネータ103で所望衛星のローカル信号とレプリカ信号との周波数ずれ量を算出し、ループフィルタ104で周波数ずれ量に重畳する雑音をさらに抑圧し、雑音が抑圧された周波数ずれ量に基づいてキャリアNCO106がレプリカ信号の周波数を補正する。そして、このようにして所望衛星のローカル信号の周波数と、レプリカ信号の周波数との周波数ずれ量がゼロとなるように制御する。また、エッジ情報発生器105は、所望衛星のローカル信号に重畳している航法データやセカンダリーコードによる符合反転情報(エッジ情報)を積算器102に通知するものである。例えば、GPS L1C/Aの航法データの符合反転は、航法データのボーレートが50bpsなので20ms毎に符合反転する可能性がある箇所が現れる。積算器102は符合反転境界を跨がないように積算することで、最大利得の積算結果を得ることができる。 The frequency tracking device calculates the amount of frequency deviation between the local frequency signal of the desired satellite (the local signal converted into a predetermined frequency that can be handled easily by the baseband processing unit) and the replica signal generated in the device. The carrier NCO (Numerically Controlled Oscillator) corrects the frequency of the replica signal so as to minimize the frequency deviation based on the frequency deviation, and repeats the correction to synchronize the local signal of the desired satellite and the replica signal. It tracks the carrier frequency of satellite signals. As shown in FIG. 3, the conventional frequency tracking device 100 is known to include a phase rotator 101, an integrator 102, a discriminator 103, a loop filter 104, an edge information generator 105, and a carrier NCO 106. The frequency tracking device 100 performs complex multiplication of the local signal of the desired satellite and the replica signal by the phase rotator 101, and performs integration (filtering) by the accumulator 102 in order to suppress high frequency noise superimposed on the complex multiplied signal. The frequency shift amount between the local signal of the desired satellite and the replica signal is calculated by the nominator 103, and noise superimposed on the frequency shift amount is further suppressed by the loop filter 104. Based on the frequency shift amount in which the noise is suppressed, the carrier NCO 106 Correct the frequency of the replica signal. In this way, control is performed so that the frequency deviation between the frequency of the local signal of the desired satellite and the frequency of the replica signal becomes zero. The edge information generator 105 notifies the accumulator 102 of the navigation data superimposed on the local signal of the desired satellite and the sign inversion information (edge information) based on the secondary code. For example, the sign reversal of GPS L1C / A navigation data appears where there is a possibility of sign reversal every 20 ms because the baud rate of the navigation data is 50 bps. The accumulator 102 performs integration so as not to cross the sign inversion boundary, thereby obtaining the maximum gain integration result.
ところで、衛星の信号強度が劣化しやすい環境において、衛星の搬送波位相(以下、「位相」と記す)が不安定になることが知られている。例えば、衛星と受信者間に葉っぱなどの障害物が突然割り込むことで衛星信号が屈折や反射し、これにより位相の突発的なオフセット変化やサイクルスリップが発生し、位相が不安定になる。ディスクリミネータ103では、位相を離散時間微分することによって周波数ずれ量を算出しているため、位相が不安定な場合には、算出する周波数ずれ量に位相不安定に起因する誤差が含まれ、このため周波数追尾が不安定になったり、誤った周波数を追尾したりするおそれがあった。 Incidentally, it is known that the satellite carrier phase (hereinafter referred to as “phase”) becomes unstable in an environment where the signal strength of the satellite is likely to deteriorate. For example, an obstacle such as a leaf suddenly interrupts between the satellite and the receiver, whereby the satellite signal is refracted and reflected, thereby causing a sudden offset change and cycle slip in the phase, and the phase becomes unstable. Since the discriminator 103 calculates the frequency shift amount by differentiating the phase in discrete time, if the phase is unstable, the calculated frequency shift amount includes an error due to phase instability, For this reason, there is a possibility that frequency tracking becomes unstable or an incorrect frequency is tracked.
信号強度やノイズに時間的な変動があっても、誤った周波数を追尾することがないようにする周波数推定装置(周波数追尾装置)として特許文献1の技術が知られている。この周波数推定装置は推定周波数(周波数ずれ量)を求めるために2つ以上の受信チャンネル(受信回路)を使用して評価用周波数を取得し、取得した2つ以上の評価用周波数から周波数ずれ量を算出するものである。受信チャンネルは、図3に示した従来の周波数追尾装置100と同等な回路で構成され、1つの衛星の周波数を追尾する場合には、2つ以上の受信チャンネルを使用するために、従来の2倍以上の回路規模や消費電流が必要になってしまうという欠点があった。また、回路規模や消費電流の増大を抑制した衛星信号追尾装置(周波数追尾装置)に関する技術として特許文献2の技術が知られている。この衛星信号追尾装置は、周波数ずれ量を信号パワー(積算パワー)比によって求めるものであるため、分子の積算パワーと分母の積算パワーとが同等な倍率になるような周波数ずれ(周波数シフト)が発生した場合、積算パワーの比の計算では周波数ずれ量を正確に検出できないという欠点があった。 The technique of Patent Document 1 is known as a frequency estimation device (frequency tracking device) that prevents an erroneous frequency from being tracked even if signal intensity or noise varies with time. This frequency estimation apparatus uses two or more reception channels (reception circuits) to obtain an estimation frequency (frequency deviation amount), obtains an evaluation frequency, and obtains a frequency deviation amount from the obtained two or more evaluation frequencies. Is calculated. The reception channel is composed of a circuit equivalent to the conventional frequency tracking device 100 shown in FIG. 3, and when tracking the frequency of one satellite, two or more reception channels are used. There was a drawback that the circuit scale and current consumption more than doubled were required. Moreover, the technique of patent document 2 is known as a technique regarding the satellite signal tracking apparatus (frequency tracking apparatus) which suppressed the increase in circuit scale and consumption current. Since this satellite signal tracking device obtains the amount of frequency deviation by the signal power (integrated power) ratio, the frequency deviation (frequency shift) is such that the integrated power of the numerator and the integrated power of the denominator are equivalent. When this occurs, there is a drawback that the amount of frequency deviation cannot be accurately detected by calculating the ratio of integrated power.
そこで本発明は、回路規模や消費電力の増加を最小限に抑え、周波数ずれ量を正確に検出するために、異なるコヒーレント加算時間で算出した積算パワーの平方根の差分によって周波数ずれ量を算出することで、高精度な周波数ずれ量を算出することができる周波数追尾装置を提供することを目的とする。 In view of this, the present invention calculates the frequency shift amount based on the difference between the square roots of the integrated powers calculated with different coherent addition times in order to minimize the increase in circuit scale and power consumption and accurately detect the frequency shift amount. An object of the present invention is to provide a frequency tracking device capable of calculating a highly accurate frequency shift amount.
前記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、所望の衛星信号とキャリアNCOからのレプリカ信号とをフェーズローテータによって複素数乗算し、前記複素数乗算値に基づき積算器によって信号を積算した後に、周波数ずれ量を算出し、前記周波数ずれ量をフィードバックすることにより、前記衛星信号の搬送波周波数と前記レプリカ信号の周波数の周波数ずれ量がゼロとなるように制御する周波数追尾装置であって、前記所望の衛星信号を第1の所定加算時間でコヒーレント加算し、第1の所定回数のノンコヒーレント加算をして、第1の積算パワーを算出する第1の積算器と、前記所望の衛星信号を第1の所定加算時間と異なる第2の所定加算時間でコヒーレント加算し、第2の所定回数のノンコヒーレント加算をして、第2の積算パワーを算出する第2の積算器と、前記第1の積算パワーの平方根と前記第2の積算パワーの平方根との差分から、周波数ずれ量を算出する周波数ずれ演算器と、を備え、前記周波数ずれ演算器で算出された周波数ずれ量に基づいて、所望の衛星信号を追尾する、ことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is characterized in that a desired satellite signal and a replica signal from a carrier NCO are multiplied by a complex number by a phase rotator, and the signal is accumulated by an accumulator based on the complex number multiplication value. A frequency tracking device that calculates a frequency shift amount and feeds back the frequency shift amount so that a frequency shift amount between the carrier frequency of the satellite signal and the frequency of the replica signal becomes zero. A first integrator for coherently adding the desired satellite signal for a first predetermined addition time and performing a first predetermined number of noncoherent additions to calculate a first integrated power; and the desired satellite The signals are coherently added at a second predetermined addition time different from the first predetermined addition time, and a second predetermined number of non-coherent additions are performed. A second integrator that calculates the integrated power of the first integrated power, and a frequency shift calculator that calculates a frequency shift amount from the difference between the square root of the first integrated power and the square root of the second integrated power, A desired satellite signal is tracked based on the frequency shift amount calculated by the frequency shift calculator.
本発明によれば、第1の積算器によって算出される第1の積算パワーの平方根と、第2の積算器によって算出される第2の積算パワーの平方根との差分から、周波数ずれ量が算出される。 According to the present invention, the amount of frequency deviation is calculated from the difference between the square root of the first integrated power calculated by the first integrator and the square root of the second integrated power calculated by the second integrator. Is done.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の周波数追尾装置において、前記所望の衛星信号の位相ずれ量を離散時間微分することによって周波数ずれ量を算出するディスクリミネータと、前記周波数ずれ演算器で算出された周波数ずれ量と、前記ディスクリミネータで算出された周波数ずれ量とに基づいて最適な周波数ずれ量を算出する加重平均器と、を備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the frequency tracking device according to the first aspect, a discriminator that calculates a frequency shift amount by performing a discrete time differentiation of a phase shift amount of the desired satellite signal, and the frequency shift And a weighted averager that calculates an optimal frequency shift amount based on the frequency shift amount calculated by the arithmetic unit and the frequency shift amount calculated by the discriminator.
請求項1に記載の発明によれば、周波数ずれ量を、第1の所定加算時間でコヒーレント加算した第1の積算パワーの平方根と、第1の所定加算時間と異なる第2の所定加算時間でコヒーレント加算した第2の積算パワーの平方根との差分から算出するので、算出する周波数ずれ量にオフセットが加わることはない。つまり、第1の所定加算時間と第2の所定加算時間とが異なっているので、第1の積算パワーの平方根と第2の積算パワーの平方根との差分から必ず周波数ずれ量を算出できる。算出された周波数ずれ量は、従来のディスクリミネータのように位相ずれ量を離散時間微分するという演算を用いていないので、位相の突発的なオフセット変化やサイクルスリップが多発する場合であっても、周波数ずれ量を精度よく求められる。 According to the first aspect of the present invention, the frequency deviation amount is calculated by calculating the square root of the first integrated power obtained by coherent addition in the first predetermined addition time and the second predetermined addition time different from the first predetermined addition time. Since the calculation is performed from the difference from the square root of the second integrated power obtained by coherent addition, an offset is not added to the calculated frequency shift amount. That is, since the first predetermined addition time and the second predetermined addition time are different, the frequency deviation amount can always be calculated from the difference between the square root of the first integrated power and the square root of the second integrated power. Since the calculated frequency deviation amount does not use a calculation for differentiating the phase deviation amount in discrete time as in the case of a conventional discriminator, even if sudden phase change and cycle slip occur frequently. The amount of frequency deviation can be obtained with high accuracy.
請求項2に記載の発明によれば、前記周波数ずれ演算器で算出した周波数ずれ量と、前記ディスクリミネータで算出した周波数ずれ量とに基づいて、加重平均器で、衛星信号の受信状態などに応じて適正な周波数ずれ量を算出することができる。 According to the second aspect of the present invention, the weighted averager can determine the reception state of the satellite signal based on the frequency shift amount calculated by the frequency shift calculator and the frequency shift amount calculated by the discriminator. Accordingly, an appropriate frequency shift amount can be calculated.
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。 The present invention will be described below based on the illustrated embodiments.
図1および図2は、この発明の実施の形態を示している。 1 and 2 show an embodiment of the present invention.
周波数追尾装置1は、GPSやGalileoなどの衛星信号受信装置(図示略)に複数が備えられている。つまり、周波数追尾装置1は、衛星信号受信装置が受信する複数の衛星信号毎に備えられ、それぞれの周波数追尾装置1はそれぞれ異なる所望の衛星信号yの搬送波周波数F1を追尾する。また、衛星信号yは、衛星信号受信装置のアンテナ(図示略)で受信され、周波数追尾装置1に伝達される。周波数追尾装置1は当該衛星信号yのレプリカ信号を生成することで当該衛星信号yを追尾対象とする。この周波数追尾装置1は、図1に示すように、主として、フェーズローテータ11、キャリアNCO12、エッジ情報発生器13、積算器14、17、18、19、ディスクリミネータ(周波数弁別器)15、ループフィルタ16、周波数ずれ演算器20、加重平均器31とを備える。この周波数追尾装置1は、所望の衛星信号y(ロカール信号)とキャリアNCO12からのレプリカ信号とをフェーズローテータ11によって複素数乗算し、積算器14、17、18、19によって複素数乗算値を積算し、ディスクリミネータ15及び周波数ずれ演算器20によって積算値から周波数ずれ量Δf1とΔf2とを算出し、加重平均器31によって周波数ずれ量Δf3を算出してキャリアNCO12にフィードバックすることにより、衛星信号yの搬送波周波数F1とレプリカ信号の周波数F2の周波数ずれ量がゼロとなるように制御するものである。ここで、周波数追尾装置1に入力される衛星信号yは、雑音を無視すると、周波数ずれ量Δf、コード誤差Δτによって次式で表せる。 A plurality of frequency tracking devices 1 are provided in satellite signal receiving devices (not shown) such as GPS and Galileo. That is, the frequency tracking device 1 is provided for each of a plurality of satellite signals received by the satellite signal receiving device, and each frequency tracking device 1 tracks a carrier frequency F 1 of a different desired satellite signal y. The satellite signal y is received by the antenna (not shown) of the satellite signal receiving device and transmitted to the frequency tracking device 1. The frequency tracking device 1 generates a replica signal of the satellite signal y, thereby targeting the satellite signal y. As shown in FIG. 1, the frequency tracking device 1 mainly includes a phase rotator 11, a carrier NCO 12, an edge information generator 13, integrators 14, 17, 18, 19, a discriminator (frequency discriminator) 15, a loop. A filter 16, a frequency shift calculator 20, and a weighted averager 31 are provided. This frequency tracking device 1 multiplies a desired satellite signal y (local signal) and a replica signal from a carrier NCO 12 by a complex number by a phase rotator 11 and accumulates a complex number multiplication value by accumulators 14, 17, 18, and 19, The frequency shift amounts Δf 1 and Δf 2 are calculated from the integrated values by the discriminator 15 and the frequency shift calculator 20, and the frequency shift amount Δf 3 is calculated by the weighted averager 31 and fed back to the carrier NCO 12. frequency shift amount of the frequency F 2 of the carrier frequencies F 1 and the replica signal of the signal y are used to control so as to zero. Here, the satellite signal y input to the frequency tracking device 1 can be expressed by the following equation using a frequency shift amount Δf and a code error Δτ, if noise is ignored.
数1式において、衛星信号yの捕捉後は、コード誤差Δτがほぼ0となるので、コード相関関数R(Δτ)=1とし、航法データDを無視すると、衛星信号yは次式で表せる。 In equation (1), the code error Δτ becomes almost 0 after the satellite signal y is captured. Therefore, if the code correlation function R (Δτ) = 1 and the navigation data D is ignored, the satellite signal y can be expressed by the following equation.
フェーズローテータ11は、衛星信号yの搬送波とレプリカ信号とを複素数乗算することにより生成されるI、Q信号(Inphase、Quadrature信号)IQを積算器14、17、18、19に出力する。 The phase rotator 11 outputs I and Q signals (Inphase and Quadrature signals) IQ generated by complex multiplication of the carrier wave of the satellite signal y and the replica signal to the integrators 14, 17, 18 and 19.
キャリアNCO12は、後述する周波数ずれ量Δf3に基づいて所望の衛星信号yの搬送波の周波数F1とほぼ同一な周波数F2のレプリカ信号を生成し、フェーズローテータ11に出力する。 The carrier NCO 12 generates a replica signal having a frequency F 2 that is substantially the same as the carrier frequency F 1 of the desired satellite signal y based on a frequency deviation amount Δf 3 described later, and outputs the replica signal to the phase rotator 11.
エッジ情報発生器13は、衛星信号yをコヒーレント加算する際に最大利得を得るためのエッジ情報Eを発生させ、発生させたエッジ情報Eを積算器14、17、18に出力する。ここで、エッジ情報Eとは、航法データやセカンダリーコードによる符合反転タイミングを示すもので、積算器14、17、18はこのエッジ情報Eを使用して符合反転タイミングを含まないようにコヒーレント加算することによって、最大利得を得ることができるようになる。エッジ情報Eは、一度、データビットのビット境界である符合反転タイミングを検出すれば既知情報となり、以後は符合反転タイミングを検出する必要はない。符合反転タイミングは、衛星の軌道を求めるためのパラメータ(エフェメリス)が取得済みで測位していれば、エフェメリス及び測位情報から算出することも可能である。Galileoの場合には、E1−B/C信号はチップ周期とセカンダリーコードのデータビット同期が同一で、同期しているので、信号を捕捉していれば、捕捉したチップからセカンダリーコードの符合反転タイミングを算出できる。 The edge information generator 13 generates edge information E for obtaining a maximum gain when coherently adding the satellite signal y, and outputs the generated edge information E to the integrators 14, 17, and 18. Here, the edge information E indicates the sign inversion timing based on the navigation data or the secondary code, and the integrators 14, 17 and 18 use this edge information E to perform coherent addition so as not to include the code inversion timing. As a result, the maximum gain can be obtained. The edge information E becomes known information once the sign inversion timing which is the bit boundary of the data bits is detected, and thereafter it is not necessary to detect the sign inversion timing. The sign inversion timing can also be calculated from the ephemeris and positioning information if the parameters (ephemeris) for obtaining the orbit of the satellite have been acquired and positioning has been performed. In the case of Galileo, since the E1-B / C signal has the same chip cycle and the same data bit synchronization of the secondary code, and is synchronized, if the signal is captured, the sign inversion timing of the secondary code from the captured chip. Can be calculated.
第3の積算器としての積算器14は、フェーズローテータ11から出力されたI、Q信号IQと所望の衛星信号yとの位相ずれ量の離散時間微分を算出し、ディスクリミネータ15に出力する。 The integrator 14 as the third integrator calculates a discrete time derivative of the phase shift amount between the I and Q signals IQ output from the phase rotator 11 and the desired satellite signal y, and outputs it to the discriminator 15. .
ディスクリミネータ15は、所望の衛星信号yとI、Q信号IQとから周波数ずれ量、位相ずれ量を算出し、算出した各種ずれ量をループフィルタ16に出力する。 The discriminator 15 calculates the frequency shift amount and the phase shift amount from the desired satellite signals y and I and the Q signal IQ, and outputs the calculated various shift amounts to the loop filter 16.
ループフィルタ(ローパスフィルタ)16は、ディスクリミネータ15から出力された周波数ずれ量に重畳する雑音をフィルタリングして、周波数ずれ量Δf1を加重平均器31へ出力する。また、ディスクリミネータ15の各種ずれ量から周波数ずれ量Δf1の補正方向(符号情報)Cを算出し、演算器26に出力する。 The loop filter (low-pass filter) 16 filters noise superimposed on the frequency deviation amount output from the discriminator 15 and outputs the frequency deviation amount Δf 1 to the weighted averager 31. Further, the correction direction (sign information) C of the frequency shift amount Δf 1 is calculated from the various shift amounts of the discriminator 15 and output to the calculator 26.
第1の積算器としての積算器17は、所望の衛星信号yをコヒーレント加算時間(第1の所定加算時間)MAでコヒーレント加算し、ノンコヒーレント加算回数(第1の所定回数)NAのノンコヒーレント加算をして、第1の積算パワーを算出するものである。つまり、この積算器17は、エッジ情報発生器13から出力されたエッジ情報Eと、衛星信号yの1ms相関値であるI、Q相関値とに基づいてコヒーレント加算時間MAでコヒーレント加算し、ノンコヒーレント加算回数NAだけノンコヒーレント加算し、積算パワー(第1の積算パワー)|yA|2を算出する。積算器17は、算出した積算パワー|yA|2を平方根演算器21へ出力する。ここで、コヒーレント加算は、I、Q信号IQをそのまま加算するものである。ノンコヒーレント加算は、I、Q信号IQの絶対値またはこれらをコヒーレント加算した信号の信号パワー(I2+Q2、(I2+Q2)1/2)を加算するものである。 Integrator 17 as the first integrator, coherent addition time of the desired satellite signal y (first predetermined addition time) coherently summed with M A, non-coherent summation number of (first predetermined number) N A Non-coherent addition is performed to calculate the first integrated power. That is, the integrator 17, and coherent addition in a coherent addition time M A on the basis of the edge information E output from the edge information generator 13, the I, Q correlation value and a 1ms correlation value of the satellite signal y, Non-coherent addition is performed for the number N A of non-coherent additions, and integrated power (first integrated power) | y A | 2 is calculated. The integrator 17 outputs the calculated integrated power | y A | 2 to the square root calculator 21. Here, coherent addition is to add the I and Q signals IQ as they are. The non-coherent addition is to add the absolute values of the I and Q signals IQ or the signal power (I 2 + Q 2 , (I 2 + Q 2 ) 1/2 ) of a signal obtained by coherent addition of these.
第2の積算器としての積算器18は、所望の衛星信号yをコヒーレント加算時間MAと異なるコヒーレント加算時間(第2の所定加算時間)MBでコヒーレント加算し、ノンコヒーレント加算回数(第2の所定回数)NBのノンコヒーレント加算をして、積算パワー(第2の積算パワー)|yB|2を算出する。つまり、この積算器18は、エッジ情報発生器13から出力されたエッジ情報Eと、衛星信号yの1ms相関値であるI、Q相関値とに基づいてコヒーレント加算時間MBでコヒーレント加算し、ノンコヒーレント加算回数NBだけノンコヒーレント加算し、積算パワー|yB|2を算出する。積算器18は、算出した積算パワー|yB|2を平方根演算器22へ出力する。 Accumulator as the second integrator 18, coherent addition time of the desired satellite signal y M A different coherent addition time (second predetermined addition time) and coherent addition in M B, non-coherent addition count (second N B non-coherent addition is performed to calculate integrated power (second integrated power) | y B | 2 . That is, the integrator 18, and coherent addition in a coherent addition time M B based and edge information E output from the edge information generator 13, the I, Q correlation value and a 1ms correlation value of the satellite signal y, non coherently summed by non-coherent accumulation count N B, the integrated power | calculating a 2 | y B. The accumulator 18 outputs the calculated accumulated power | y B | 2 to the square root calculator 22.
ここで、積算器17、18から出力される積算パワー|yA|2、|yB|2は、次式で算出される。 Here, the integrated powers | y A | 2 and | y B | 2 output from the integrators 17 and 18 are calculated by the following equations.
積算器19は、衛星信号の1ms相関値であるI、Q相関値をN回ノンコヒーレント加算し、平方根演算器24へ出力する。 The accumulator 19 performs non-coherent addition of I and Q correlation values, which are 1 ms correlation values of the satellite signal, N times and outputs the result to the square root calculator 24.
周波数ずれ演算器20は、積算器17、18から出力された積算パワーの平方根|yA|、|yB|の差分(劣化度)と、積算器19から出力された情報Pcと、ループフィルタ16から出力された周波数ずれの符号情報Cとから周波数ずれ量を算出する。この周波数ずれ演算器20は、主として、平方根演算器21、22、24、加算器23、ローパスフィルタ25、演算器26とを備える。 The frequency shift calculator 20 includes a difference (degradation degree) between the square roots | y A | and | y B | of the integrated power output from the integrators 17 and 18, the information Pc output from the integrator 19, and a loop filter. The frequency shift amount is calculated from the frequency shift code information C output from 16. The frequency shift calculator 20 mainly includes square root calculators 21, 22, 24, an adder 23, a low-pass filter 25, and a calculator 26.
平方根演算器21は、衛星信号のノルムyAを算出し、加算器23に出力する。数3式と数4式からノルムyAは次式で表される。 The square root calculator 21 calculates the norm y A of the satellite signal and outputs it to the adder 23. From equation 3 and equation 4, norm y A is expressed by the following equation.
平方根演算器22は、衛星信号のノルムyBを算出し、加算器23に出力する。数3式と数5式からノルムyBは次式で表される。 The square root calculator 22 calculates the norm y B of the satellite signal and outputs it to the adder 23. From equation 3 and equation 5, norm y B is expressed by the following equation.
加算器23は、平方根演算器21、22で算出された積算パワー|yA|2のノルム(平方根)と積算パワー|yB|2のノルムの差分を算出し、演算器26に出力する。つまり、加算器23が算出するのは、数6式、数7式においてコヒーレント加算時間TA、TBは異なる値であるので、図2に示すように、積算器17、18が出力するsinc関数の波形の差分(積算パワーの平方根の劣化度、|yA|−|yB|)である。ここで、図2に示すように、例えば、積算パワーの平方根の劣化度が約3.6dB(=−1.4−(−5))の場合は、周波数ずれ量は約28Hzまたは約−28Hzのいずれかとなり、周波数ずれ量の符号情報は不明である。このため、加算器23は周波数ずれ量の絶対値を演算器26に出力する。 The adder 23 calculates the difference between the norm (square root) of the integrated power | y A | 2 calculated by the square root calculators 21 and 22 and the norm of the integrated power | y B | 2 , and outputs the difference to the calculator 26. That is, the adder 23 calculates the coherent addition times T A and T B in the equations 6 and 7, so that the sincs output from the integrators 17 and 18 are output as shown in FIG. It is the difference in the waveform of the function (the degree of deterioration of the square root of the integrated power, | y A | − | y B |). Here, as shown in FIG. 2, for example, when the degree of deterioration of the square root of the integrated power is about 3.6 dB (= −1.4 − (− 5)), the frequency shift amount is about 28 Hz or about −28 Hz. The code information of the frequency shift amount is unknown. For this reason, the adder 23 outputs the absolute value of the frequency shift amount to the calculator 26.
平方根演算器24は、積算器19から出力される情報Pcのノルムを算出し、ローパスフィルタ25に出力する。ローパスフィルタ25が出力する正規化情報Sを次式で表す。 The square root calculator 24 calculates the norm of the information Pc output from the accumulator 19 and outputs it to the low pass filter 25. Normalization information S output from the low-pass filter 25 is expressed by the following equation.
ローパスフィルタ25は、平方根演算器24で出力された正規化情報Sの雑音をフィルタリングして、演算器26へ出力する。 The low-pass filter 25 filters the noise of the normalized information S output from the square root calculator 24 and outputs the filtered noise to the calculator 26.
演算器26は、加算器23から出力された積算パワーの平方根の劣化度P1、ローパスフィルタ25から出力された正規化情報S、ループフィルタ16から出力された符号情報Cから、周波数ずれ量Δf2を算出する。まず、数6式、数7式、数8式から劣化度P1(|yA|−|yB|)は次式で表せる。 The computing unit 26 calculates a frequency deviation amount Δf from the deterioration P 1 of the square root of the integrated power output from the adder 23, the normalized information S output from the low-pass filter 25, and the code information C output from the loop filter 16. 2 is calculated. First, the deterioration degree P 1 (| y A | − | y B |) can be expressed by the following equation from Equation 6, Equation 7, and Equation 8.
加重平均器31は、周波数ずれ演算器20で算出された周波数ずれ量Δf2と、ディスクリミネータ15で算出された周波数ずれ量Δf1とに基づいて最適な周波数ずれ量を算出するもので、周波数ずれ量Δf2とΔf1との重み付き平均を計算する。そして、算出した周波数ずれ量Δf3をキャリアNCO12にフィードバックする。ここで、加重平均器31の加重は、サイクルスリップが多発している場合には、ディスクリミネータ15で算出した周波数ずれ量Δf1は精度が劣化しているため、ディスクリミネータ15の周波数ずれ量Δf1の重みを小とし、周波数ずれ演算器20で算出した周波数ずれ量Δf2の重みを大にする。また、周波数ずれ量Δf1が数Hz以下と小さく、位相が不安定になる状況でなければ、離散時間微分により、瞬間的な周波数ずれ量が求められるディスクリミネータ15を使用した方が良い場合もあるので、ディスクリミネータ15で算出した周波数ずれ量Δf1の重みを大とし、周波数ずれ演算器20で算出した周波数ずれ量Δf2の重みを小にする。 The weighted average unit 31 calculates an optimal frequency shift amount based on the frequency shift amount Δf 2 calculated by the frequency shift calculator 20 and the frequency shift amount Δf 1 calculated by the discriminator 15. A weighted average of the frequency shift amounts Δf 2 and Δf 1 is calculated. Then, the calculated frequency shift amount Δf 3 is fed back to the carrier NCO 12. Here, when the cycle slip occurs frequently, the weight of the weighted averager 31 is such that the frequency deviation amount Δf 1 calculated by the discriminator 15 has deteriorated in accuracy, so that the frequency deviation of the discriminator 15 is reduced. The weight of the amount Δf 1 is reduced, and the weight of the frequency shift amount Δf 2 calculated by the frequency shift calculator 20 is increased. If the frequency deviation Δf 1 is as small as several Hz or less and the phase does not become unstable, it is better to use the discriminator 15 for which the instantaneous frequency deviation is obtained by discrete time differentiation. Therefore, the weight of the frequency shift amount Δf 1 calculated by the discriminator 15 is increased, and the weight of the frequency shift amount Δf 2 calculated by the frequency shift calculator 20 is decreased.
このようにして、周波数追尾装置1は、追尾対象(追尾チャネル)の衛星信号を追尾する。そして、衛星信号受信装置は、このようにして追尾した各追尾チャネルの追尾情報、衛星データ、ユーザ概略位置、受信時刻に基づいてユーザ位置を算出する。 In this way, the frequency tracking device 1 tracks the satellite signal of the tracking target (tracking channel). Then, the satellite signal receiving apparatus calculates the user position based on the tracking information, satellite data, user approximate position, and reception time of each tracking channel tracked in this way.
次に、周波数追尾装置1の周波数追尾の始動の仕方について説明する。 Next, how to start frequency tracking of the frequency tracking device 1 will be described.
まず、衛星信号受信装置及び周波数追尾装置1の電源がONされ、衛星信号受信装置のアンテナで受信している衛星信号yがサーチされる。そして、サーチによって衛星信号yを捕捉すると、捕捉した衛星信号yを追尾するために、捕捉情報が追尾チャネル毎に振り分けられ、追尾チャネルに対応する周波数追尾装置1が上述の通りに周波数追尾を開始する。 First, the power of the satellite signal receiving device and the frequency tracking device 1 is turned on, and the satellite signal y received by the antenna of the satellite signal receiving device is searched. When the satellite signal y is captured by the search, the captured information is distributed for each tracking channel in order to track the captured satellite signal y, and the frequency tracking device 1 corresponding to the tracking channel starts frequency tracking as described above. To do.
以上のように、この周波数追尾装置1によれば、周波数ずれ演算器20は異なるコヒーレント加算時間MA、MBで算出した積算パワーの平方根|yA|、|yB|の差分(劣化度)から周波数ずれ量Δf2を算出するので、位相が不安定でも高精度な周波数ずれ量Δf2を算出できる。つまり、コヒーレント加算時間MA、MBが異なっているので、積算パワーの平方根|yA|、|yB|の劣化度から必ず周波数ずれ量Δf2を算出できる。このため、位相の突発的なオフセット変化やサイクルスリップが多発する場合は、ディスクリミネータ15が出力する周波数ずれ量Δf1は、位相ずれ量の離散時間微分から算出しているので精度が落ちてしまうが、周波数ずれ量Δf2は位相ずれ量を離散時間微分するという演算を用いていないので、周波数ずれ量Δf2によって周波数追尾を高精度に継続することができる。 As described above, according to the frequency tracking device 1, the frequency shift computing unit 20 uses the difference (degradation degree) of the square roots | y A | and | y B | of the integrated power calculated by the different coherent addition times M A and M B. ) since calculates the frequency shift amount Delta] f 2 from the phase can be calculated with high precision frequency shift amount Delta] f 2 even unstable. That is, since the coherent addition times M A and M B are different, the frequency shift amount Δf 2 can always be calculated from the degree of deterioration of the square roots | y A | and | y B | of the integrated power. For this reason, in the case where sudden phase offset changes and cycle slips occur frequently, the frequency deviation amount Δf 1 output from the discriminator 15 is calculated from the discrete time derivative of the phase deviation amount, so the accuracy is reduced. However, since the frequency shift amount Δf 2 does not use the calculation of differentiating the phase shift amount in discrete time, the frequency tracking can be continued with high accuracy by the frequency shift amount Δf 2 .
また、周波数ずれ量Δf3は、周波数ずれ演算器20で算出した周波数ずれ量Δf2と、ディスクリミネータ15で算出した周波数ずれ量Δf1とに基づいて、加重平均器31で加重平均して算出するので、衛星信号yの受信状態などに応じて最適な周波数ずれ量Δf3を算出できる。つまり、制御に用いる周波数ずれ量に関し、特徴の異なる2系統の情報を用いるため、周波数追尾の性能が向上する。 The frequency shift amount Δf 3 is weighted and averaged by the weighted averager 31 based on the frequency shift amount Δf 2 calculated by the frequency shift calculator 20 and the frequency shift amount Δf 1 calculated by the discriminator 15. Since the calculation is performed, the optimum frequency deviation amount Δf 3 can be calculated according to the reception state of the satellite signal y. In other words, regarding the frequency shift amount used for control, information of two systems having different characteristics is used, so that the frequency tracking performance is improved.
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、最適な周波数ずれ量Δf3を算出するために加重平均器31ではなく、カルマンフィルタを使用して算出してもよい。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the specific configuration is not limited to the above embodiment, and even if there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention, Included in the invention. For example, the Kalman filter may be used instead of the weighted averager 31 in order to calculate the optimum frequency deviation amount Δf 3 .
1 周波数追尾装置
11 フェーズローテータ
12 キャリアNCO
13 エッジ情報発生器
14 積算器(第3の積算器)
15 ディスクリミネータ
17 積算器(第1の積算器)
18 積算器(第2の積算器)
19 積算器
20 周波数ずれ演算器
26 演算器
31 加重平均器
Δf 周波数ずれ量
F1 搬送波周波数
F2 レプリカ信号の周波数
|yA|2 第1の積算パワー
|yB|2 第2の積算パワー
S 正規化情報
MA コヒーレント加算時間(第1の所定加算時間)
MB コヒーレント加算時間(第2の所定加算時間)
NA ノンコヒーレント加算回数(第1の所定回数)
NB ノンコヒーレント加算回数(第2の所定回数)
1 Frequency tracking device 11 Phase rotator 12 Carrier NCO
13 Edge information generator 14 Accumulator (third accumulator)
15 Discriminator 17 Accumulator (first accumulator)
18 Accumulator (second accumulator)
19 accumulator 20 frequency deviation calculator 26 calculator 31 weighted averager Δf frequency deviation amount F 1 carrier frequency F 2 frequency of replica signal | y A | 2 first integrated power | y B | 2 second integrated power S normalization information M a coherent addition time (first predetermined addition time)
M B coherent addition time (second predetermined addition time)
N A non-coherent accumulation count (first predetermined number)
N B non-coherent accumulation count (second predetermined number)
Claims (2)
前記所望の衛星信号を第1の所定加算時間でコヒーレント加算し、第1の所定回数のノンコヒーレント加算をして、第1の積算パワーを算出する第1の積算器と、
前記所望の衛星信号を第1の所定加算時間と異なる第2の所定加算時間でコヒーレント加算し、第2の所定回数のノンコヒーレント加算をして、第2の積算パワーを算出する第2の積算器と、
前記第1の積算パワーの平方根と前記第2の積算パワーの平方根との差分から、周波数ずれ量を算出する周波数ずれ演算器と、を備え、
前記周波数ずれ演算器で算出された周波数ずれ量に基づいて、所望の衛星信号を追尾する、
ことを特徴とする周波数追尾装置。 Complex multiplication of a desired satellite signal and a replica signal from the carrier NCO by a phase rotator, and after integrating the signal by an accumulator based on the complex number multiplication value, calculating a frequency deviation amount and feeding back the frequency deviation amount According to the frequency tracking device for controlling the carrier frequency of the desired satellite signal and the frequency of the replica signal to be zero so that the amount of frequency deviation is zero,
A first integrator for coherently adding the desired satellite signal at a first predetermined addition time and performing a first predetermined number of non-coherent additions to calculate a first integrated power;
A second integration for calculating a second integrated power by coherently adding the desired satellite signal with a second predetermined addition time different from the first predetermined addition time and performing a second predetermined number of non-coherent additions. And
A frequency shift calculator that calculates a frequency shift amount from the difference between the square root of the first integrated power and the square root of the second integrated power;
Based on the frequency shift amount calculated by the frequency shift calculator, a desired satellite signal is tracked.
A frequency tracking device.
前記周波数ずれ演算器で算出された周波数ずれ量と、前記ディスクリミネータで算出された周波数ずれ量とに基づいて最適な周波数ずれ量を算出する加重平均器と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の周波数追尾装置。 A discriminator for calculating a frequency shift amount by differentiating a phase shift amount of the desired satellite signal in a discrete time;
A weighted averager that calculates an optimal frequency shift amount based on the frequency shift amount calculated by the frequency shift calculator and the frequency shift amount calculated by the discriminator;
The frequency tracking device according to claim 1, further comprising:
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