JP2013053972A - 信号捕捉方法、通信信号受信方法、ｇｎｓｓ信号受信方法、信号捕捉プログラム、通信信号受信プログラム、ｇｎｓｓ信号受信プログラム、信号捕捉装置、通信信号受信装置、ｇｎｓｓ信号受信装置、および移動端末 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の方法よりも簡素な方法で素早く確実に、所望のＧＰＳ信号を捕捉できる信号捕捉方法を実現する。
【解決手段】暫定コード位相および暫定周波数で、ノンコヒーレント積算値ＮＣｉとコヒーレント積算Ｃｉとを算出する（Ｓ１０３）。ノンコヒーレント積算値ＮＣｉとコヒーレント積算Ｃｉとが共に検証用閾値より低い（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、もしくはノンコヒーレント積算値ＮＣｉが検証用閾値より高く、ノンコヒーレント積算値ＮＣｉとコヒーレント積算Ｃｉとが同程度であれば（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、暫定コード位相および暫定周波数を真のコード位相および真の周波数に設定する（Ｓ１０７）。ノンコヒーレント積算値ＮＣｉが検証用閾値より高く、ノンコヒーレント積算値ＮＣｉとコヒーレント積算Ｃｉとに所定強度以上の差があれば、コード位相を固定して再度捕捉処理を行い（Ｓ１０６）、真の周波数を検出する（Ｓ１０７）。
【選択図】 図５

Description

この発明は、受信信号から所望とする信号を捕捉する信号捕捉方法に関する。より具体的な一例としては、拡散コードでコード変調されたＧＮＳＳ測位信号の捕捉方法に関する。

現在、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の一つとして、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）がある。ＧＰＳ信号受信装置は、測位衛星からのＧＰＳ信号を受信すると、所定のコード位相及び周波数で捕捉し、追尾する。ＧＰＳ信号受信装置は、捕捉・追尾処理により得た航法メッセージ、コード位相、キャリア位相を用いて、測位演算を行う。

このようなＧＰＳ信号の捕捉において、クロスコリレーションによる誤った捕捉が問題となっている。クロスコリレーションとは、例えば、捕捉しようとしている所望のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ衛星の信号レベルが低く、他のＧＰＳ衛星からの信号レベルが高いような場合に発生する。そして、クロスコリレーションは、当該他のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信することにより、所望とするＧＰＳ信号とは異なるコード位相および周波数で相関ピークが検出されて、所望のＧＰＳ信号とは異なる他のＧＰＳ信号を捕捉してしまう現象である。

このようなクロスコリレーションに対して、例えば特許文献１の方法では、相関値の積算値の飽和タイミングまでの時間により、所望とするＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を捕捉したか、クロスコリレーションの影響を受けているかを検出している。

また、従来の一般的なＧＰＳ信号の捕捉方法について、図を参照して説明する。図１は従来の一般的なＧＰＳ信号の捕捉方法を示すフローチャートである。

従来のＧＰＳ信号の捕捉方法では、複数の相関器に対して、それぞれ異なる周波数および異なるコード位相タイミングでレプリカ信号を与える。各相関器は、ＧＰＳ信号（より具体的にはＧＰＳ信号に基づくＩＦ信号）とレプリカ信号とを相関処理する。相関値は、所定時間長（例えば１ｍｓｅｃ．）に亘り積算され、コード位相と周波数の組合せ毎に、相関積算値が算出される（Ｓ９０１）。

あるコード位相および周波数で、相関積算値が、予め設定した暫定検出用の閾値以上であることを検出すると、当該コード位相および周波数を捕捉用の暫定コード位相および暫定周波数に設定する（Ｓ９０２）。

次に、前記暫定周波数を中心周波数として、検証用の周波数範囲（例えば、４００Ｈｚ帯域）を設定する（Ｓ９０３）。

次に、暫定コード位相にコード位相を固定し、所定周波数間隔（例えば５０Ｈｚ間隔）で順次周波数を変化させて相関積算値を取得し、検証用の周波数範囲内で、最も高い相関積算値となる周波数を検出する（Ｓ９０４）。そして、当該周波数を所望のＧＰＳ信号のメインローブのピーク周波数として判断し、当該コード位相と周波数で所望のＧＰＳ信号を捕捉したと判断する。

特開２００８−１６０６４２号公報

しかしながら、特許文献１に示す方法では、クロスコリレーションの影響が有ると判断した場合、例えば１秒程度以上に亘り積算を続けなければならず、さらに、積算後に別途クロスコリレーションの判別処理を行わなければならない。したがって、捕捉処理に係る負荷が大きくなるとともに、捕捉にかかる時間が長くなってしまう。

また、上述の従来の一般的なＧＰＳ信号の捕捉方法では、図２に示すような問題を生じる可能性がある。図２は、捕捉対象のＧＰＳ信号の相関積算値が低く、他のＧＰＳ信号の相関積算値が高い場合の信号捕捉状態を示す概念図である。

上述の従来の一般的なＧＰＳ信号の捕捉方法では、図２に示すように、所望のＧＰＳ信号が弱信号（受信時の信号レベルが低く相関値の低い信号）であれば、メインローブによる相関値が低いので、メインローブが直接検出される可能性がある。ここで、図２に示すように、強信号のクロスコリレーションが周波数範囲内に存在する場合を考える。

この場合、メインローブによる相関積算値よりもクロスコリレーションによる相関積算値の方が高くなる。したがって、クロスコリレーションのメインローブの周波数およびコード位相を、所望のＧＰＳ信号の周波数およびコード位相として誤検出してしまい、誤った捕捉を行ってしまう。

本発明の目的は、従来の方法よりも簡素な方法で素早く確実に、所望のＧＰＳ信号を捕捉できる信号捕捉方法を実現することにある。

この発明は、所定周波数の搬送波を拡散コードでコード変調してなる通信信号を捕捉する信号捕捉方法に関する。この信号捕捉方法では、次の処理を実行する各工程を有する。

（Ａ）拡散コードのレプリカコードを有するレプリカ信号と前記通信信号の受信信号とを相関処理する。

（Ｂ）相関処理の結果に基づいて、所望の通信信号を捕捉する暫定周波数を設定する。

（Ｃ）暫定周波数での相関値から、異なる演算方法で複数の相関積算値を算出する。

（Ｄ）複数の相関積算値と暫定周波数とから通信信号の周波数を設定する。

この方法では、一般的な信号捕捉（サーチ）方法を用いて、通信信号の暫定周波数が決定された後に、これらの検証が、暫定周波数による相関積算値のみを用いて実行される。

また、この発明の信号捕捉方法における相関処理を行う工程では、拡散コードのレプリカコードを有するレプリカ信号と通信信号の受信信号とを所定周波数間隔でそれぞれ相関処理する。この方法では、相関処理を行う具体的な方法について示している。

また、この発明の信号捕捉方法における複数の相関積算値を算出する異なる演算方法は、相関値としてＩ相関値とＱ相関値とを用い、次の二種類の積算方法を用いている。ノンコヒーレント積算は、Ｉ相関値とＱ相関値とから相関値パワーを算出し、当該相関値パワーを所定期間に亘り積算する処理である。コヒーレント積算は、Ｉ相関値とＱ相関値とをそれぞれ所定期間に亘り積算し、該積算値のパワーを算出する処理である。

この方法では、上述の複数の相関積算値の具体的な算出方法について示しており、同じＩ相関値およびＱ相関値を用いながら演算方法が異なる、コヒーレント積算とノンコヒーレント積算とを用いる場合を示している。

また、この発明の信号捕捉方法では、コヒーレント積算値が第１閾値以上であり、該コヒーレント積算値を基準としたノンコヒーレント積算値の比が第２の閾値以上である場合に、暫定周波数に基づく所定周波数範囲内で周波数を変化させながら、レプリカ信号と受信信号とをそれぞれ相関処理する。そして、相関処理結果に基づいて、該所定周波数範囲内における最大の相関積算値となる周波数を、所望の通信信号の周波数に設定する。

この方法では、上述のように、暫定コード位相および暫定周波数で捕捉した通信信号がサイドローブであった場合の判断基準を示している。強信号（振幅の高い通信信号）のサイドローブではノンコヒーレント積算値が高く、ノンコヒーレント積算値はコヒーレント積算値と比較して、所定強度以上低くなる。例えば、シミュレーションを行った結果では、コヒーレント積算値は、メインローブに隣接するサイドローブではメインローブに対して１３ｄＢ程度低い値となる。一方、ノンコヒーレント積算値はサイロローブでもメインローブでも殆ど変化しない。

したがって、ノンコヒーレント積算値が高く、ノンコヒーレント積算値がコヒーレント積算値と比較して所定強度以上高い場合には、暫定周波数として捕捉した周波数のタイミングは、所望とする（捕捉対象である）通信信号が強信号であって、当該通信信号のサイドローブによる相関結果に基づくものと判断できる。

そして、このようにサイドローブを捕捉したとしても、通信信号が強信号であり、捕捉したサイドローブの近傍に、より相関積算値が高いメインローブが確実に存在するので、当該暫定周波数を中心周波数として周波数範囲を決定し、再捕捉処理を行っても、クロスコリレーションに影響されることなく、確実にメインローブを捕捉することができる。

また、この発明の信号捕捉方法では、暫定周波数に基づく所定周波数範囲内で周波数間隔を、暫定周波数を設定する工程で用いる周波数間隔よりも小さくする。

この方法では、暫定周波数でサイドローブを検出した場合であっても、メインローブをサーチする周波数間隔が狭くなり、メインローブの周波数を高精度に検出することができる。

また、この発明の信号捕捉方法では、コヒーレント積算値とノンコヒーレント積算値との比が第２の閾値未満である場合に、暫定周波数を、所望の通信信号の周波数とする、信号捕捉方法。

この方法では、上述のコヒーレント積算値とノンコヒーレント積算値とを用いた場合での判断基準を示している。通信信号の相関特性は、受信した通信信号の振幅が高くても低くても、積算時間が同じであればメインローブではノンコヒーレント積算値もコヒーレント積算値も同程度である。ただし、受信した通信信号の振幅が高ければ当然にこれらの積算値も高くなり、受信した通信信号の振幅が低ければ当然にこれらの積算値も低くなる。

したがって、ノンコヒーレント積算値が高く、該ノンコヒーレント積算値とコヒーレント積算値とが略同じである場合、もしくは、ノンコヒーレント積算値とコヒーレント積算値とがともに低い場合には、暫定コード位相および暫定周波数として捕捉したコード位相および周波数のタイミングは、所望とする（捕捉対象である）通信信号のメインローブによる相関結果に基づくものと判断できる。

また、この発明の通信信号受信方法では、上述の信号捕捉方法によって捕捉した通信信号を追尾する工程と、追尾した通信信号に含まれる情報を復調する工程と、を有する。

この方法では、上述の信号捕捉方法を利用した信号受信方法について示している。上述の方法を用いることで、クロスコリレーションの影響等を受けることなく、確実に通信信号を捕捉できるので、通信信号に含まれる情報を確実に復調することができる。

また、この発明のＧＮＳＳ信号受信方法では、上述の通信信号受信方法を利用する。この場合、通信信号はＧＮＳＳ信号であって、情報は航法メッセージである。そして、ＧＮＳＳ信号受信方法は、ＧＮＳＳ信号から疑似距離を算出する工程と、疑似距離と航法メッセージとを用いて測位演算を行う工程と、を有する。

この方法では、上述の信号捕捉方法を含む通信信号受信方法を用いたＧＮＳＳ信号受信方法について示している。上述の通信信号受信方法を用いていることで、ＧＮＳＳ信号を確実に捕捉・追尾し、航法メッセージおよび疑似距離を、正確に取得することができる。これにより、高精度な測位演算が可能となる。

この発明によれば、簡素な方法で素早く確実に所望のＧＰＳ信号を捕捉することができる。特に、クロスコリレーションによる誤った捕捉を防ぐことができる。

従来の一般的なＧＰＳ信号の捕捉方法を示すフローチャートである。 従来法による捕捉対象のＧＰＳ信号の相関積算値が低く、他のＧＰＳ信号の相関積算値が高い場合の信号捕捉状態を示す概念図である。 本発明の実施形態に係るＧＰＳ信号受信装置１の主要機能部を示すブロック図である。 ベースバンド処理部３０の機能ブロック図である。 ベースバンド処理部３０で実行されるＧＰＳ信号捕捉処理のフローチャートである。 強信号および弱信号のコヒーレント積算値Ｃｉおよびノンコヒーレント積算値ＮＣｉの周波数特性を示す図である。 本発明の実施形態のＧＰＳ信号受信装置１を備えた移動端末１００の主要構成を示すブロック図である。

本発明の実施形態に係る信号捕捉方法、信号捕捉プログラムについて、図を参照して説明する。また、当該信号捕捉方法を機構的に実現するための信号捕捉装置についても説明する。なお、本実施形態では、信号捕捉方法としてＧＮＳＳ信号（特にＧＰＳ信号）の捕捉方法を示すとともに、当該捕捉方法で捕捉したＧＮＳＳ信号を追尾し、航法メッセージ等を復調して測位演算を行うＧＮＳＳ信号受信方法について示す。

図３は本実施形態に係るＧＰＳ信号受信装置１の主要機能部を示すブロック図である。図３に示すように、ＧＰＳ信号受信装置１は、ＧＰＳ受信アンテナ１０、ＲＦ処理部２０、ベースバンド処理部３０、測位演算部４０を備える。

ＧＰＳ受信アンテナ１０は、ＧＰＳ衛星（図示せず）で放送されるＧＰＳ信号を受信する。ＧＰＳ信号は、所定の周波数（Ｌ１波の場合１５７５．４２ＭＨｚ）の搬送波に対して、航法メッセージが重畳され、さらに、所定の拡散コード（Ｌ１波の場合Ｃ／Ａコード）によるコード変調が行われた信号である。ＧＰＳ受信アンテナ１０による受信信号は、ＲＦ処理部２０へ出力する。この受信信号には、捕捉・追尾対象である所望のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を含み、他のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号等を含む信号である。

ＲＦ処理部２０は、受信信号に対してダウンサンプリングを行うことで中間周波数信号（ＩＦ信号）を生成し、ベースバンド処理部３０へ出力する。

ベースバンド処理部３０は、本願の信号捕捉装置に相当する機能部であり、詳細な構成及び処理については後述する。ベースバンド処理部３０は、所望とするＧＰＳ信号の拡散コードを有するレプリカ信号とＩＦ信号とを相関処理した結果に基づいて、所望とするＧＰＳ信号の捕捉・追尾処理を行う。ベースバンド処理部３０は、航法メッセージの元となる追尾時の相関処理結果を測位演算部４０へ出力する。ベースバンド処理部３０は、追尾処理用のコード位相差に基づいて疑似距離を算出し、測位演算部４０へ出力する。

測位演算部４０は、ベースバンド処理部３０から得られる追尾時の相関処理結果に基づいて航法メッセージを復調する。測位演算部４０は、復調した航法メッセージと、ベースバンド処理部３０からの疑似距離を用いて測位演算を行い、自装置位置を算出する。

次に、ベースバンド処理部３０で実行される詳細なＧＰＳ信号捕捉処理について説明する。図４はベースバンド処理部３０の機能ブロック図である。

ベースバンド処理部３０は、演算部３００、コード生成部３１０、所定数の相関部３２０を備える。演算部３００は、ＧＰＳ信号の捕捉処理とともに、捕捉したＧＰＳ信号の追尾処理、および疑似距離算出処理を実行する。演算部３００は、これらの処理を実行するための処理プログラムが記憶された記憶部と、これら処理プログラムを読み出し実行するＣＰＵ等の演算素子とを備える。

コード生成部３１０は、演算部３００から設定されたコード位相および周波数に基づいて、所定のコード位相および所定の周波数からなり、所望とするＧＰＳ信号の拡散コードを含むレプリカ信号を生成する。コード生成部３１０は、コード位相が異なる複数のレプリカ信号を各相関部３２０へ出力する。この際、コード生成部３１０は、レプリカ信号として複素信号における実数部であるＩ相レプリカ信号と虚数部であるＱ相レプリカ信号とを組にして、各相関部３２０へ出力する。

各相関部３２０は、Ｉ相レプリカ信号とＩＦ信号とを相関処理してＩ相関値を出力するとともに、Ｑ相レプリカ信号とＩＦ信号とを相関処理してＱ相関値を出力する。なお、相関部３２０の数は、同時に相関処理を行うコード位相数および周波数の数に基づいて決定される。例えば、１０２３ｃｈｉｐを一単位とするＣ／Ａコードに対して１ｃｈｉｐのコード位相間隔で、コード全体を一周波数で同時に相関処理する場合、相関部３２０を１０２４個用意すればよい。

このような構成のベースバンド処理部３０は、信号の捕捉時に図５に示すような処理を実行する。図５はベースバンド処理部３０で実行されるＧＰＳ信号捕捉処理のフローチャートである。

まず、ベースバンド処理部３０の相関部３２０は、所定コード位相間隔および所定周波数間隔のレプリカ信号とＩＦ信号とを相関処理する（Ｓ１０１）。具体的には、例えば、１０２３ｃｈｉｐのＣ／Ａコードに対して１ｃｈｉｐ間隔でコード全体に亘り、且つ、１５７５．４２ＭＨｚを基準周波数として８０００Ｈｚの周波数幅に対して１ｋＨｚ間隔で、相関処理を行い、それぞれにＩ相関値およびＱ相関値を算出する。

このようなコード位相軸および周波数軸の二次元における相関処理を、上述のような同時に１コード分の各コード位相での相関処理が可能な構成で実行する。この場合、図示しないバッファメモリ等により一次記憶しておいたＩＦ信号に対して、周波数を所定間隔で変化させることで可能になる。

ベースバンド処理部３０の演算部３００は、各相関部３２０から出力された相関値を、暫定捕捉用の積算時間だけ、コヒーレント積算し、暫定捕捉用のコヒーレント積算値を算出する。具体的には、暫定捕捉用の積算時間は、例えば１ｍｓｅｃ．である。また、暫定捕捉用のコヒーレント積算値は、Ｉ相関値とＱ相関値をそれぞれ暫定捕捉用の積算時間分（この場合、１ｍｓｅｃ．）、積算した後に、パワー算出する処理で得られる。そして、このパワー算出とは、Ｉ相関値の積算値の二乗とＱ相関値の二乗とを加算し、加算値の平方根を算出する処理である。

演算処理部３００は、コード位相軸と周波数軸の二次元で得られた暫定捕捉用コヒーレント積算値を、コード位相軸方向および周波数軸方向に掃引しながら、順次、捕捉用閾値以上であるかどうかを判断する。ここで、具体的なコード位相軸方向および周波数軸方向の掃引方法としては、まず一周波数（例えば、最低周波数）において、コード位相軸方向に沿って、暫定捕捉用コヒーレント積算値と暫定捕捉用閾値とを比較していく。ここで、暫定捕捉用閾値以上の暫定捕捉用コヒーレント積算値が無ければ、周波数を変化させて（例えば周波数を、上記周波数間隔分だけ高く設定し）、同様の比較処理を行っていく。なお、暫定捕捉用閾値は、予め対象とするＧＰＳ信号の仕様や受信装置の受信感度等に応じて捕捉の実験及びシミュレーション等を行っておくことで、適宜設定されている。

そして、演算部３００は、最初に捕捉用閾値以上となる暫定捕捉用コヒーレント積算値を検出すると、当該暫定捕捉用コヒーレント積算値に対応するコード位相および周波数を、暫定コード位相および暫定周波数に設定する（Ｓ１０２）。

演算部３００は、暫定コード位相および暫定周波数での相関値を、暫定捕捉用の積算時間よりも長い検証用の積算時間分、順次取得し、検証用のコヒーレント積算値Ｃｉおよびノンコヒーレント積算ＮＣｉを算出する（Ｓ１０３）。具体的には、検証用の積算時間は、例えば１０ｍｓｅｃ．である。

ここで、検証用のコヒーレント積算値Ｃｉは、Ｉ相関値とＱ相関値をそれぞれ暫定捕捉用の積算時間分（この場合、１０ｍｓｅｃ．）、積算した後に、パワー算出することで得られる。そして、このパワー算出とは、Ｉ相関値の積算値の二乗とＱ相関値の二乗とを加算し、加算値の平方根を算出する処理である。

検証用のノンコヒーレント積算値ＮＣｉは、Ｉ相関値とＱ相関値とからパワー算出を行い、パワーを検証用の積算時間分（この場合、１０ｍｓｅｃ．）、積算する処理で得られる。したがって、ノンコヒーレント積算で算出するパワーは、コヒーレント積算と異なり、Ｉ相関値の二乗とＱ相関値の二乗とを加算し、加算値の平方根を算出する処理となる。

このように算出されるコヒーレント積算値Ｃｉとノンコヒーレント積算値ＮＣｉは、図６に示すような周波数特性を有する。図６は強信号および弱信号のコヒーレント積算値Ｃｉおよびノンコヒーレント積算値ＮＣｉの周波数特性を示す図であり、図６（Ａ）が強信号の場合、図６（Ｂ）が弱信号の場合を示す。また、図６において、実線がコヒーレント積算値Ｃｉの特性であり、破線がノンコヒーレント積算値ＮＣｉの特性である。ここで、強信号とは受信時の信号強度が高い信号であり、例えば受信環境が良好な場合に得られる信号である。また、弱信号とは受信時の信号強度が低い信号であり、例えば受信環境が比較的良くない場合に得られる信号である。

図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、メインローブに対するコヒーレント積算値Ｃｉおよびノンコヒーレント積算値ＮＣｉは、信号の強弱に限らず、略一致した値となる。

弱信号の場合には、図６（Ｂ）に示すように、これらコヒーレント積算値Ｃｉおよびノンコヒーレント積算値ＮＣｉは共に低くなる。したがって、検証用のコヒーレント積算値Ｃｉおよびノンコヒーレント積算値ＮＣｉが共に低ければ、暫定コード位相および暫定周波数は、弱信号である所望のＧＰＳ信号のメインローブから得られたものと判断できる。

強信号の場合には、図６（Ａ）に示すように、これらコヒーレント積算値Ｃｉおよびノンコヒーレント積算値ＮＣｉは共に高くなる。したがって、検証用のコヒーレント積算値Ｃｉおよびノンコヒーレント積算値ＮＣｉが共に高ければ、暫定コード位相および暫定周波数は、強信号である所望のＧＰＳ信号のメインローブから得られたものと判断できる。

この特性を利用して、検証用閾値（第１閾値に相当する。）を設定し、コヒーレント積算値Ｃｉおよびノンコヒーレント積算値ＮＣｉが共に検証用閾値よりも低ければ、所望のＧＰＳ信号は弱信号であるものの、暫定捕捉で所望のＧＰＳ信号を捕捉できたものする。そして、暫定コード位相および暫定周波数を、捕捉処理による正式なコード位相および周波数に設定する。なお、検証用閾値は、上述の暫定捕捉用閾値に基づいて、積算時間の差等を加味して設定されている。

また、前記検証用閾値に対してコヒーレント積算値Ｃｉが高く、コヒーレント積算値Ｃｉとノンコヒーレント積算ＮＣｉとが略一致すれば（所定の比率内であれば）、所望のＧＰＳ信号は強信号であり、暫定捕捉で所望のＧＰＳ信号を捕捉できたものとする。そして、暫定コード位相および暫定周波数を、捕捉処理による正式なコード位相および周波数に設定する。

ここで、強信号の場合に、コヒーレント積算値Ｃｉとノンコヒーレント積算値ＮＣｉとが共に検証用閾値以上の場合に、単純にメインローブによる相関と判定しないのは、次の理由による。

図６（Ａ）に示すように、強信号の場合、メインローブに隣接する（本実施形態の捕捉処理では、±１５０Ｈｚ離間した位置の）サイドローブであっても、ノンコヒーレント積算値ＮＣｉとコヒーレント積算Ｃｉとが高くなる。したがって、単に、ノンコヒーレント積算値ＮＣｉとコヒーレント積算Ｃｉとが共に検証用閾値以上に設定すると、サイドローブの周波数を、捕捉の周波数に誤設定してしまうことになる。

ここで、図６（Ａ）に示すように、サイドローブの場合、ノンコヒーレント積算値ＮＣｉはメインローブ同様に高くなるが、コヒーレント積算値Ｃｉは低くなる。具体的には、実験的に得られた結果では、５０ｄＢの強度を有するメインローブを有する強信号の場合、ノンコヒーレント積算値ＮＣｉに対して、コヒーレント積算値Ｃｉが１３ｄＢ程度低くなる。この特性を利用し、コヒーレント積算値Ｃｉを基準としたノンコヒーレント積算値ＮＣｉの比を算出する。そして、この比がサイドローブ検出用の閾値（第２閾値に相当する。）以上であれば、暫定捕捉により、サイドローブを捕捉したもの判断する。なお、このサイドローブ検出用の閾値は、別処理により得られる信号強度に関連する値（例えばＣ／Ｎｏ等）から適宜設定すればよい。

このような概念を利用し、演算部３００は、コヒーレント積算値Ｃｉが前記検出用閾値に相当する第１閾値よりも低ければ（Ｓ１０４：Ｎｏ）、暫定コード位相および暫定周波数を、捕捉の正式なコード位相および周波数に設定し、当該コード位相および周波数を初期値とする追尾処理へ移行する（Ｓ１０７）。

演算部３００は、コヒーレント積算値ＮＣｉが第１閾値以上であり（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、コヒーレント積算値Ｃｉを基準としたノンコヒーレント積算値ＮＣｉの比（ＮＣｉ／Ｃｉ）が第２閾値未満であれば（Ｓ１０５：Ｎｏ）、暫定コード位相および暫定周波数を、捕捉の正式なコード位相および周波数に設定し、当該コード位相および周波数を初期値とする追尾処理へ移行する（Ｓ１０７）。ここで、第２閾値は、例えば３〜４程度に設定すればよい。言い換えれば、コヒーレント積算値Ｃｉに対してノンコヒーレント積算値ＮＣｉが３倍〜４倍未満であることを目安とすればよい。なお、ここでは、比を用いているが、コヒーレント積算値Ｃｉとノンコヒーレント積算値ＮＣｉとの差分値を用いてもよい。

このような処理を行うことで、所望のＧＰＳ信号のメインローブを暫定捕捉で直接捕捉した場合に、当該所望とするＧＰＳ信号の捕捉周波数および捕捉コード位相を確実に取得することができる。特に弱信号の場合、従来技術に示すようなクロスコリレーションを誤って捕捉することを防止できる。

なお、本実施形態の説明では、Ｓ１０４の処理後にＳ１０５の処理を実行する例を示したが、Ｓ１０５の処理後にＳ１０４の処理を実行してもよい。

演算部３００は、コヒーレント積算値ＮＣｉが第１閾値以上であり（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、コヒーレント積算値Ｃｉを基準としたノンコヒーレント積算値ＮＣｉの比（ＮＣｉ／Ｃｉ）が第２閾値以上であれば（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、暫定コード位相を固定し、コード位相を固定した状態で、暫定周波数を中心周波数として、再捕捉用の周波数範囲を設定する。例えば、具体的には、この再捕捉用の周波数範囲を±５００Ｈｚに設定し、５０Ｈｚの周波数間隔に設定する。このように周波数範囲を広げて再捕捉を行っても、ノンコヒーレント積算値ＮＣｉが高いので、所望のＧＰＳ信号は強信号であり、クロスコリレーションの影響を受けないので問題とはならない。また、周波数間隔を小さくすることで、より高精度に周波数を捕捉することが可能になる。

演算部３００は、当該周波数範囲において、従来技術に示したように、所定の周波数間隔で相関処理を行い、コヒーレント積算値を算出する。そして、演算部３００は、コヒーレント積算値が最大値となる周波数を、捕捉の周波数に設定する（Ｓ１０６）。このような処理を行うことで、所望のＧＰＳ信号が強信号であり、サイドローブを暫定捕捉しても、確実にメインローブを捕捉しなおすことができる。演算部３００は、このように再取得した周波数と固定したコード位相を初期値として、追尾処理へ移行する（Ｓ１０７）。

以上のように、本実施形態の構成及び処理を用いることで、信号強度やクロスコリレーションの影響を受けることなく、所望のＧＰＳ信号を正確且つ確実に捕捉することができる。この際、従来のような煩雑な処理を行うことなく、所望のＧＰＳ信号を捕捉できるので、簡素且つ高速な捕捉処理が可能になる。

また、このように所望のＧＰＳ信号を正確に捕捉することで、追尾処理を、より正確且つ高速に行うことができる。そして、追尾処理が正確になることで、高精度な疑似距離が得られるとともに、航法メッセージを正確且つ確実に復調することができる。この結果、測位演算を高精度に行うことができる。

なお、上述の説明では、ＧＮＳＳ信号の捕捉、受信方法を例に説明したが、拡散コードによりコード変調された通信信号を捕捉して利用する装置や分野であれば、当該発明の構成及び方法、プログラムを適用し、同様の作用効果を得ることができる。

また、上述の説明では、コヒーレント積算値Ｃｉの積算時間とノンコヒーレント積算値ＮＣｉの積算時間を同じに設定したが、異ならせてもよい。この場合、積算時間の差もしくは比に応じて、第２閾値を適宜設定すればよい。

また、上述の説明では、捕捉用の全てのコード位相を一括で出力して周波数を順次変化させる方法を用いたが、捕捉用の全ての周波数を一括で出力してコード位相を順次変化させる方法を用いることも可能である。

そして、このようなＧＰＳ信号受信装置１やＧＰＳ信号受信機能は、図７に示すような移動端末１００に利用される。図７は、本実施形態のＧＰＳ信号受信装置１を備えた移動端末１００の主要構成を示すブロック図である。

図７に示すような移動端末１００は、例えば携帯電話機、カーナビゲーション装置、ＰＮＤ、カメラ、時計等であり、アンテナ１０、ＲＦ処理部２０、ベースバンド処理部３０、測位演算部４０、アプリケーション処理部１３０を備える。アンテナ１０、ＲＦ処理部２０、ベースバンド処理部３０、測位演算部４０は、上述の構成のものであり、これらにより上述のようにＧＰＳ信号受信装置１が構成されている。

アプリケーション処理部１３０は、ＧＰＳ信号受信装置１から出力された測位結果に基づいて、自装置位置や自装置速度を表示したり、ナビゲーション等に利用するための処理を実行する。

このような構成において、上述の高精度な測位結果を得られることで、高精度な位置表示やナビゲーション等を実現することができる。

１：ＧＰＳ信号受信装置、１０：ＧＰＳ受信アンテナ、２０：ＲＦ処理部、３０：ベースバンド処理部、４０：測位演算部、３００：演算部、３１０：コード生成部、３２０：相関部、
１００：移動端末、１３０：アプリケーション処理部

Claims (19)

1. 所定周波数の搬送波を拡散コードでコード変調してなる通信信号を捕捉する信号捕捉方法であって、
   前記拡散コードのレプリカコードを有するレプリカ信号と前記通信信号の受信信号とを相関処理する工程と、
   前記相関処理の結果に基づいて、所望の通信信号を捕捉する暫定周波数を設定する工程と、
   前記暫定周波数での相関値から、複数の相関積算値をそれぞれ異なる演算方法で算出する工程と、
   前記複数の相関積算値と前記暫定周波数とから前記通信信号の周波数を設定する工程と、
   を有する信号捕捉方法。
2. 請求項１に記載の信号捕捉方法であって、
   前記相関処理する工程は、前記拡散コードのレプリカコードを有するレプリカ信号と前記通信信号の受信信号とを所定周波数間隔でそれぞれ相関処理する、信号捕捉方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の信号捕捉方法であって、
   前記複数の相関積算値を算出する異なる演算方法は、
   前記相関値としてＩ相関値とＱ相関値とを取得し、Ｉ相関値とＱ相関値とから相関値パワーを算出し、当該相関値パワーを所定期間に亘り積算してなるノンコヒーレント積算と、
   前記相関値としてＩ相関値とＱ相関値とを取得し、該Ｉ相関値とＱ相関値とをそれぞれ所定期間に亘り積算し、該積算値のパワーを算出してなるコヒーレント積算と、からなる、信号捕捉方法。
4. 請求項３に記載の信号捕捉方法であって、
   前記コヒーレント積算値が第１閾値以上であり、該コヒーレント積算値を基準とした前記ノンコヒーレント積算値の比が第２の閾値以上である場合に、
   前記暫定周波数に基づく所定周波数範囲内で周波数を変化させながら、前記レプリカ信号と前記受信信号とをそれぞれ相関処理し、
   相関処理結果に基づいて、該所定周波数範囲内における最大の相関積算値となる周波数を、前記所望の通信信号の周波数に設定する、信号捕捉方法。
5. 請求項４に記載の信号捕捉方法であって、
   前記暫定周波数に基づく所定周波数範囲内で周波数間隔を、前記暫定周波数を設定する工程で用いる周波数間隔よりも小さくする、信号捕捉方法。
6. 請求項４または請求項５に記載の信号捕捉方法であって、
   前記コヒーレント積算値と前記ノンコヒーレント積算値との比が前記第２の閾値未満である場合に、
   前記暫定周波数を、前記所望の通信信号の周波数とする、信号捕捉方法。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の信号捕捉方法によって捕捉した通信信号を追尾する工程と、
   追尾した通信信号に含まれる情報を復調する工程と、を有する通信信号受信方法。
8. 請求項７に記載の通信信号受信方法を利用し、
   前記通信信号はＧＮＳＳ信号であって、前記情報は航法メッセージであり、
   前記ＧＮＳＳ信号から疑似距離を算出する工程と、
   前記疑似距離と前記航法メッセージとを用いて、測位演算を行う工程と、を有するＧＮＳＳ信号受信方法。
9. 所定周波数の搬送波を拡散コードでコード変調してなる通信信号を捕捉する処理をコンピュータに実行させるための信号捕捉プログラムであって、
   前記拡散コードのレプリカコードを有するレプリカ信号と前記通信信号の受信信号とを相関処理する処理と、
   前記相関処理の結果に基づいて、所望の通信信号を捕捉する暫定周波数を設定する処理と、
   前記暫定周波数での相関値から、複数の相関積算値をそれぞれ異なる演算方法で算出する処理と、
   前記複数の相関積算値と前記暫定周波数とから前記通信信号の周波数を設定する処理と、
   を有する信号捕捉プログラム。
10. 請求項９に記載の信号捕捉プログラムであって、
    前記相関処理する処理では、前記拡散コードのレプリカコードを有するレプリカ信号と前記通信信号の受信信号とを所定周波数間隔でそれぞれ相関処理する、信号捕捉プログラム。
11. 請求項９または請求項１０に記載の信号捕捉プログラムであって、
    前記複数の相関積算値を算出する異なる演算処理は、
    前記相関値としてＩ相関値とＱ相関値とを取得し、Ｉ相関値とＱ相関値とから相関値パワーを算出し、当該相関値パワーを所定期間に亘り積算してなるノンコヒーレント積算処理と、
    前記相関値としてＩ相関値とＱ相関値とを取得し、該Ｉ相関値とＱ相関値とをそれぞれ所定期間に亘り積算し、該積算値のパワーを算出してなるコヒーレント積算処理と、からなる、信号捕捉プログラム。
12. 請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の信号捕捉プログラムの各処理を含み、
    捕捉した通信信号を追尾する処理と、
    追尾した通信信号に含まれる情報を復調する処理と、を有する通信信号受信プログラム。
13. 請求項１２に記載の通信信号受信プログラムの各処理を含み、
    前記通信信号としてＧＮＳＳ信号が設定され、前記情報として航法メッセージが設定され、
    前記ＧＮＳＳ信号から疑似距離を算出する処理と、
    前記疑似距離と前記航法メッセージとを用いて、測位演算を行う処理と、を有するＧＮＳＳ信号受信プログラム。
14. 所定周波数の搬送波を拡散コードでコード変調してなる通信信号を捕捉する信号捕捉装置であって、
    前記拡散コードのレプリカコードを有するレプリカ信号と前記通信信号の受信信号とを相関処理する相関部と、
    前記相関処理の結果に基づいて、所望の通信信号を捕捉する暫定周波数を設定し、前記暫定周波数での相関値から複数の相関積算値をそれぞれ異なる演算方法で算出するとともに、前記複数の相関積算値と前記暫定周波数とから前記通信信号の周波数を設定する演算部と、
    を備えた信号捕捉装置。
15. 請求項１４に記載の信号捕捉装置であって、
    前記相関部は、前記拡散コードのレプリカコードを有するレプリカ信号と前記通信信号の受信信号とを所定周波数間隔でそれぞれ相関処理する、信号捕捉装置。
16. 請求項１４または請求項１５に記載の信号捕捉装置であって、
    前記演算部は、前記複数の相関積算値を、前記相関値としてＩ相関値とＱ相関値とを取得し、Ｉ相関値とＱ相関値とから相関値パワーを算出し、当該相関値パワーを所定期間に亘り積算してなるノンコヒーレント積算と、前記相関値としてＩ相関値とＱ相関値とを取得し、該Ｉ相関値とＱ相関値とをそれぞれ所定期間に亘り積算し、該積算値のパワーを算出してなるコヒーレント積算と、から算出する、信号捕捉装置。
17. 請求項１４乃至請求項１６のいずれかに記載の信号捕捉装置を備え、
    前記演算部は、捕捉した通信信号を追尾し、該追尾した通信信号に含まれる情報を復調する、通信信号受信装置。
18. 請求項１７に記載の通信信号受信装置を備え、
    前記通信信号として航法メッセージを含むＧＮＳＳ信号を受信し、
    前記演算部は、前記ＧＮＳＳ信号の追尾結果から疑似距離を算出し、
    該疑似距離と前記航法メッセージとを用いて、測位演算を行う測位演算部を備えた、ＧＮＳＳ信号受信装置。
19. 請求項１８に記載のＧＮＳＳ信号受信装置と、
    前記測位演算部の測位演算結果を用いて所定のアプリケーションを実行するアプリケーション処理部と、を備える移動端末。

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