JP2014025744A - 衛星測位信号受信方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題を解決するための手段】周波数の異なる第1の信号と第2の信号とを送信する1以上の測位衛星を含む衛星測位システムの衛星測位受信装置であって、前記衛星測位受信装置は、前記第1の信号の受信を開始または継続的に行う際に取得する周波数及び位相情報に基づいて、前記第2の信号の周波数及び位相情報に変換処理することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
を知ることができる。また、衛星測位信号受信装置は、測位衛星からの衛星測位信号を追尾している間、測位衛星と同じ拡散符号を一致した位相で生成している。衛星測位信号は拡散符号が一定周期で繰り返されているため(例えば、L1 C/A信号の場合は1ms)、衛星測位信号と同期している拡散符号の位相
の値が、(L1 C/A信号の場合)1msよりも細かい精度での、受信の瞬間の時刻Tuにおける信号の発信時刻を意味する。
と、拡散符号の位相
とを元にして、測位衛星から衛星測位信号受信装置までの伝搬時間を知ることができる。実際には、受信装置内のオンボードクロックは、測位衛星の時計ほどの正確さはない。つまり、測位衛星と衛星測位信号信機間の差は、誤差を含んだ見かけの伝搬時間となる。しかし、全ての測位衛星に対して同一の誤差で伝搬時間が計測されるために、これは大きな問題にはならない(後述)。これ故、受信装置側で測距した距離は、通常「疑似距離」と呼ばれる。疑似距離の計算手順を、図12に示す。
とする(S1202)。なお、L1 C/A信号の場合、拡散符号の位相は、0以上1023未満の値を取り得る。
が分かっていない場合(S1203において、No)
を求めるが、メッセージの解読が既に行われていれば、メッセージに含まれる時刻情報から、衛星が信号を送信した時刻を計算することができる(S1204)。例えば、L1 C/A信号のメッセージの場合、6秒ごとに週内秒で表現した時刻情報が含まれている。そこには、そのメッセージが含まれた信号の送信開始時刻が分かる内容が、メッセージ内に記されている。従って、時刻情報が含まれたメッセージを一度でも解読していれば、継続的に受信しているL1 C/A信号が衛星から送信された時刻を知ることができ、その後も逐次更新することが可能である。この時刻を
と置く。
が分かったものとして(S1203において、Yes)、
を求めるが、最初の追尾ではなく、既に、
が設定されている場合(S1205において、Yes)は、S1207へ進むが、最初の追尾の場合(S1205において、No)は、S1206へ進み、最初に追尾した受信チャネルを基準として、受信装置内の時計
を適切な値に設定する。例えば、その方法は、最初に追尾した受信チャネルがk番受信チャネルであるとすると、
の設定は、
に対して適当な値(例えば、100ms)を加算した値とすることができ、以後、受信装置内の時計は、これを基準として動作する。なお、ここで用いる適当な値とは、各衛星と受信装置間の疑似距離を表現するための共通の誤差分に相当するので、基本的にはいかなる値でも構わない。
が求まると、光速Cに基づき、L1 C/A信号における疑似距離dk は、次式により算出することができる(S1207)。
とし、LEX信号の中間周波数を
とする。ダウンコンバートされた各信号はその後、ADC部1023a及び1023bにてそれぞれ量子化され、データ処理部1024へ送られて受信処理される。
なお、複数受信チャネルの衛星測位受信装置の場合は、これらの構成要素が1つの受信チャネルの構成要素として含まれ、場合によっては各チャネル内に「測距部」と1つの「測位演算部」とを備える構成を採用することも可能である。この場合、「測距部」及び「測位演算部」は、一般的な受信装置のデータ処理部と共通する構成を採用することができる。
L1 C/A信号の追尾処理が継続されている間、解読部において、L1 C/A信号のメッセージ解読が行われる(S307)。
(処理A)L1 C/A信号の周波数からLEX信号の周波数への変換処理
(処理B)L1 C/A信号の拡散符号の位相からLEX信号の拡散符号の位相への変換処理
但し、
である。
ここで、L1は既知の値(1575.42MHz)であり、E6は既知の値(1278.75MHz)である。fIFL1及びfIFE6は、受信装置の設計思想によって固有の既知の値を用いることができる。
fL1は、L1 C/A信号の周波数であるから、追尾にて用いられる周波数 fL1をそのまま用いればよい。
但し、kは、0、1、2、3のうちのいずれかの値をとるものとし、
である。
ここで、RL1は既知の値(1.023MCps)であり、また、TL1は既知の値(0.001sec)であり、また、RE6は、既知の値(2.5575MCps)である。φL1は、L1 C/A信号の拡散符号の位相であるから、追尾にて用いられる拡散符号の位相φL1をそのまま用いることができる。
なお、図2において、L1追尾部202からL1−E6変換処理部204を経て、E6解読部205までの信号の流れを点線で表したのは、ブロック間で引き渡されるのが、データ処理部に入力された衛星測位信号ではなく、それらに基づいて計算された周波数及び拡散符号の位相、並びに、解読部で解読されたメッセージに基づいた時刻情報であることを意味する。
なお、この場合、データ処理部5024の詳細ブロック図として例示的に図6に示したデータ処理部600に示されるように、データ処理部600には、L1 C/A信号が入力されるだけでE6信号が入力される必要はない。
電離層遅延誤差による差分は、一例として、ロバッチャーモデルのような、学術的なモデルに従って予測をすることが可能である。従って、この場合、上式(3)にて表した、L1 C/A信号の拡散符号の位相からLEX信号の拡散符号の位相への変換は、電離層遅延誤差によるL1 C/A信号の拡散符号とLEX信号の拡散符号との位相差を表す項であるψKを含めて、以下のように表現することができる。
但し、
である。
従って、L1 C/A信号の拡散符号の位相からLEX信号の拡散符号の位相への変換に際し、2つの周波数の間で生じる誤差分を考慮すると更に好適である。
但し、
LEX信号は、拡散符号生成器701より生成され、4ms長の8bit(=256通り)メッセージによりCSK変調器702でCSKコード変調された「ショートコード」と呼ばれる2.5575Mcpsの拡散符号と、拡散符号生成器701より生成され、方形波生成器703から生成される方形波に重畳された、410ms長であって2.5575Mcpsの「ロングコード」と呼ばれる拡散符号とを、5.115Mcpsの間隔で交互に選択するようクロック制御され、搬送波生成器705で生成された1278.75MHzの搬送波周波数に重畳されて送信される。
なお、CSK変調とは、コードシフトキーイングの略であり、データの値によって拡散符号の位相を変化させる変調方式の一つである。
本発明に関連して、本明細書と同時に出願されたかその前に出願され、公に自由に入手できるすべての論文および文書の内容は、参照によって本明細書の記載内容として組み込まれる。
本明細書(請求項、実施例、要約、及び図面を含む)に記載された構成要件の全て及び/又は開示された全ての方法又は処理の全てのステップについては、これらの特徴が相互に排他的である組合せを除き、任意の組合せで組み合わせることができる。
本明細書(請求項、実施例、要約、及び図面を含む)に記載された特徴の各々は、明示的に否定されない限り、同一の目的、同等の目的、または類似する目的のために働く代替の特徴に置換することができる。したがって、明示的に否定されない限り、開示された特徴の各々は、包括的な一連の同一又は均等となる特徴の一例にすぎない。
101a〜101d 測位衛星
102 測位測位受信装置
1021 受信アンテナ部
1022 フロントエンド部
1023a、1023b ADC部
1024 データ処理部
Claims (14)
- 周波数の異なる第1の信号と第2の信号とを送信する1以上の測位衛星を含む衛星測位システムの衛星測位受信装置であって、前記衛星測位受信装置は、前記第1の信号の受信を開始または継続的に行う際に取得する周波数及び位相情報に基づいて、前記第2の信号の周波数及び位相情報に変換処理することを特徴とする衛星測位受信装置。
- 変換された前記第2の信号の周波数及び位相情報に基づいて、前記第2の信号に含まれるメッセージ情報を解読することを特徴とする請求項1に記載の衛星測位受信装置。
- 変換された前記第2の信号の周波数及び位相情報に基づいて、前記第2の信号の追尾を継続的に行うことを特徴とする請求項1に記載の衛星測位受信装置。
- 前記第1の信号の周波数及び位相情報、又は変換された前記第2の信号の周波数及び位相情報に基づいて、前記測位衛星と前記衛星測位受信装置との間の距離を測定することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の衛星測位受信装置。
- 前記第1の信号がL1周波数帯(1575.42MHz帯)のC/A信号であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の衛星測位受信装置。
- 前記第2の信号がE6周波数帯(1278.75MHz帯)のLEX信号であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の衛星測位受信装置。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の衛星測位受信装置であって、前記第2の信号の周波数及び位相情報の変換処理に際し、前記第1の信号の周波数と前記第2の信号の周波数との差分によって生じる電離層遅延誤差成分に基づいて、前記変換処理を行うことを特徴とする衛星測位受信装置。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の衛星測位受信装置であって、前記第2の信号の周波数及び位相情報の変換処理に際し、前記第1の信号の位相情報及び前記第2の信号の位相情報に含まれる誤差に基づき、前記第2の信号の位相情報に複数の候補を設定した上で、前記変換処理を行うことを特徴とする衛星測位受信装置。
- 周波数の異なる第1の信号及び第2の信号を送信する測位衛星と衛星測位受信装置とを含む衛星測位システムにおける衛星測位信号受信方法であって、前記衛星測位受信装置は、前記第1の信号の受信を開始又は継続的に行う際に取得する周波数及び位相情報に基づいて、前記第2の信号の周波数及び位相情報に変換することを特徴とする衛星測位信号受信方法。
- 変換された前記第2の信号の周波数及び位相情報に基づいて、前記第2の信号に含まれるメッセージ情報を解読することを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 変換された前記第2の信号の周波数及び位相情報に基づいて、前記第2の信号の受信を継続的に行うことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記第1の信号の周波数及び位相情報、又は変換された前記第2の信号の周波数及び位相情報に基づいて、前記測位衛星と前記衛星測位受信装置との間の距離を測定することを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の信号がL1周波数帯(1575.42MHz帯)のC/A信号であることを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第2の信号がE6周波数帯(1278.75MHz帯)のLEX信号であることを特徴とする請求項7〜11のいずれか1項に記載の方法。
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