JP2014142229A

JP2014142229A - 衛星信号受信機

Info

Publication number: JP2014142229A
Application number: JP2013010136A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Yui; 勝男由井
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2014-08-07

Abstract

【課題】追尾状況を正確に判定する。
【解決手段】追尾部３から出力される航法データから、繰り返し出力される固定パターンデータであるタイムマークデータを検出するタイムマーク検出部５と、追尾部３から出力される衛星信号に同期した信号から、追尾衛星信号の信号レベルを測定する信号レベル検出部６と、タイムマーク検出部５による検出結果と、信号レベル検出部６で得られる信号レベルとに基づいて、タイムマークが正常に再生されている安定な追尾状態か否かを判定し、その判定結果を制御部４に入力する追尾状態判定部７と、を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、自動車等の移動体に配設して用いられ、ＧＬＯＮＡＳＳなどの航法衛星からの衛星信号を捕捉、追尾するための衛星信号受信機に関し、特に、航法衛星から送られてくるプリアンブルデータ（固定パターンデータ）を監視することにより、追尾状態を正確に判定する衛星信号受信機に関する。

近年、カーナビゲーション等のＧＰＳやＧＬＯＮＡＳＳを利用した装置が広く用いられてきている。ＧＰＳやＧＬＯＮＡＳＳ衛星からの衛星信号においては、衛星毎に定められたスペクトラム拡散符号によりスペクトラム拡散された信号上に、送信時刻や詳細軌道情報などのデータによるデータ変調（信号反転）が加えられている。このため、信号捕捉するには、搬送波と同じ周波数にて、衛星送信時刻に同期したコード位相にする必要がある。

その衛星信号を捕捉、追尾するための、衛星信号受信機の構成例を図４に示す（例えば、特許文献１照。）。

まず、ＲＦコンバータ１１は、アンテナ１２を介して入力された受信信号をデジタル処理が可能な周波数帯域の離散データに変換し、衛星捕捉を行うサーチ部２と、信号追尾を行う追尾部３とにその信号を供給する。ここで、本発明では、サーチ部２に関しては従来通りであるため、追尾部３について以下に説明する。

一方、周波数発生器３１によって、位相が９０度異なる搬送波周波数信号であるＩ（搬送波正位相）信号とＱ（搬送波９０°位相）信号とが生成され、このＩ信号およびＱ信号と、ＲＦコンバータ１１からの信号とが、乗算器３２−１、３２−２でそれぞれ乗算される。さらに、衛星信号発生器３３によって、０．５チップずつタイミングをずらした衛星のＰＮ信号である、Ｅ（Ｅａｒｌｙ）信号、Ｐ（Ｐｕｎｃｔｕａｌ）信号およびＬ（Ｌａｔｅ）信号が生成される。ここで、Ｅ信号は、追尾点であるＰ信号よりも位相が進んでいる信号で、Ｌ信号は、Ｐ信号よりも位相が遅れている信号である。そして、これらのＥ信号、Ｐ信号およびＬ信号と、乗算器３２−１、３２−２で乗算された信号とが、乗算器３２−３〜３２−８でそれぞれ乗算される。

次に、乗算器３２−３〜３２−８からの各信号が、相関演算器３４によってＮｍｓ間積算され、その結果である航法データが制御部４に送られて、衛星信号に追尾するように制御される。ここで、Ｎの代表例は１ｍｓ、１０ｍｓ、２０ｍｓである。また、このような構成は、キャリア位相制御はコスタスループとして知られ、コード制御はＤＬＬ（ＤｅｌａｙＬｏｃｋＬｏｏｐ）制御として知られている。

このようにして、正常に追尾が行われている場合には、Ｉ−Ｐ信号は、衛星から送られてくる航法データとなる。

特開２０１２−０９３１０６号公報

ところで、近年では、追尾処理も高感度化され、航法データがぎりぎり復調可能な信号レベルでも測位利用されるようになってきている。そのため、他の衛星（違う衛星システムの衛星を含む）の相互相関や、帯域内妨害波の影響を受けている不安定な信号かどうかの区別ができない場合が多くなり、位置精度劣化になるなどの欠点がある。

このため、追尾状況を判定すること、つまり、真の衛星信号を追尾しているか否かを判定できることが望まれる。そのための手法として、航法データであるＩ信号の安定度やＱ信号の安定度を監視することが挙げられるが、これは明らかな異常しか検出できない直接データ列を監視するものであり、追尾状況を正確に判定することが困難である。

そこでこの発明は、追尾状況を正確・適正に判定することが可能な衛星信号受信機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明は、衛星信号への追尾処理を行う追尾手段を備えた衛星信号受信機において、
前記追尾手段から出力される航法データから、該航法データ列の中で繰り返し出力される固定パターンデータであるプリアンブルデータを検出するプリアンブル検出手段と、
前記追尾手段から出力される衛星信号に同期した信号から、追尾衛星信号の信号レベルを測定する信号レベル測定手段と、
前記プリアンブル検出手段による検出結果と、前記信号レベル測定手段で得られる信号レベルとに基づいて、プリアンブルデータが正常に再生されている安定な追尾状態か否かを判定し、その判定結果を前記追尾手段に入力する追尾状態判定手段と、
を備えることを特徴とする。

この発明では、追尾手段から出力される航法データから、プリアンブル検出手段によってプリアンブルデータが検出され、追尾手段から出力される衛星信号に同期した信号から、信号レベル測定手段によって追尾衛星信号の信号レベルが測定される。そして、追尾状態判定手段によって、プリアンブル検出手段による検出結果（検出されたか否か）と、信号レベル測定手段で得られる信号レベルとに基づいて、安定な追尾状態か否かが判定され、その判定結果が追尾手段に入力される。

このような発明によれば、航法データ列の中で繰り返し出力される固定パターンデータであるプリアンブルデータの検出結果と、追尾衛星信号の信号レベルとに基づいて、安定な追尾状態か否かを判定するため、追尾状況を正確に判定することが可能となる。そして、このような正確な判定結果が追尾手段に入力されるため、追尾手段において、航法データが復調されている安定追尾状態であるか否かが明確になり、安定状態の信号のみで測位計算することが可能となる。この結果、従来のように複数回測位計算する必要がなく、早期に正確な測位計算を行うことが可能となる。

また、追尾状況を正確に判定可能なため、航法衛星数が少ない場合など、安定状態の信号のみでは測位できない場合には、不安定状態である信号の重みを減らしながら測位計算する、ことなどが可能となる。

この発明の実施の形態に係る衛星信号受信機を示す構成ブロック図である。この発明の実施の形態に係るタイムマーク例を示す図である。図２のタイムマークの復調データ例を示す図である。従来の衛星信号受信機を示す構成ブロック図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係る衛星信号受信機を示す構成ブロック図である。この衛星信号受信機は、航法衛星からの衛星信号を捕捉して追尾するための受信機であり、衛星信号の捕捉処理を行うサーチ部２と、衛星信号への追尾処理を行う追尾部（追尾手段）３とを備え、従来と同等の構成については、同一符号を付することでその説明を省略する。また、この実施の形態では、測位システムがＧＬＯＮＡＳＳであって、プリアンブルデータがタイムマークの場合について説明する。

この衛星信号受信機は、サーチ部２と追尾部３との他に、タイムマーク検出部（プリアンブル検出手段）５と、信号レベル検出部（信号レベル測定手段）６と、追尾状態判定部（追尾状態判定手段）７とを備えている。また、制御部４は、追尾部３の一部となっている。

タイムマーク検出部５は、追尾部３から出力される航法データから、この航法データ列の中で繰り返し出力される固定パターンデータであるタイムマークを検出するものである。すなわち、現在から所定時間（例えば、３００ｍｓ）内において、追尾部３の相関演算器３４から出力された航法データ出力（Ｉ−Ｐ信号）列と、タイムマーク（航法データ列の中で繰り返し出力される固定パターンデータ）とを比較する。そして、それらが一致した場合に、タイムマークを検出したと判定し、一致しない場合には、タイムマークを検出しないと判定して、その検出結果（タイムマーク検出情報）を追尾状態判定部７に入力する。

ここで、ＢＰＳＫ（二位相偏移変調：ＢｉｎａｒｙＰｈａｓｅ−ＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調の場合、正相（０度）と逆相（１８０度）の２点に安定点があるため、タイムマークの「０」と「１」を反転させたパターンの場合も、タイムマークとして判定する。

図２は、タイムマークメッセージ（ＴＭ）となる固定パターンを示し（この図では、最初の２ビットを除く３０ビットがタイムマークメッセージ）、図３に示すように、タイムマークメッセージ（ＴＭ）は一定周期（例えば、２秒）毎に繰り返される。また、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星の場合には、タイムマークメッセージ以外はミアンダ変調がかけられており、データ部分にはタイムマークメッセージと同じパターンは存在しない。ここで、ミアンダ変調とは、データ変更周期毎（ＧＬＯＮＡＳＳでは１０ｍｓ毎）に、単純にデータ反転の変調を加えることであり、この変調を行うことで、データが２０ｍｓ毎には必ず反転するため、データ反転タイミングを見つけることが容易になる。そして、タイムマークのみ、このミアンダ変調を止めれば、タイムマークと同じパターンはデータ部分には現れないので、タイムマーク検出が容易になるものである。

このため、ＧＬＯＮＡＳＳのようにタイムマークメッセージが、一定周期内で一意であることが保証されている場合は、その周期時間内で単純に検知、監視すればよい。これに対して、ＧＰＳの場合は、タイムマークメッセージと同じパターンが、データ部分にも存在し得る。この場合には、一旦データ復調すれば、タイムマークメッセージのある場所（時間）が確定するので、その場所で検知、監視すれば良い。ここで、データ復調は制御部４で実施されるが、実施手法は従来と同等であるため、説明を省略する。

信号レベル検出部６は、追尾部３から出力される衛星信号に同期した信号から、追尾衛星信号の信号レベルを測定するものである。すなわち、追尾部３から出力される衛星ＰＮ信号に同期した信号（Ｉ−Ｐ信号およびＩ−Ｑ信号）の２乗和から、追尾衛星信号の信号レベルを測定する。具体的には、例えば特開２００８−１９１０６８号公報に記載されている手法によって、信号レベルを測定する。

追尾状態判定部７は、タイムマーク検出部５による検出結果と、信号レベル検出部６で得られる信号レベルとに基づいて、タイムマークが正常に再生されている安定な追尾状態か否かを判定し、その判定結果を制御部４（追尾部３）に入力するものである。すなわち、所定期間内にタイムマークが検出されたか否かを確認し、検出された場合は追尾が安定しており、検出されない場合には、追尾が不安定であると判定する、ことを基本とする。さらに、追尾衛星信号の信号レベルが低い場合には、一時的に追尾が不安定になり得るため、信号レベルにも基づいて安定な追尾状態か否かを判定するものである。

従って、信号レベルが低い状態では、タイムマーク検出部５による複数回の検出結果に基づいて、安定な追尾状態か否かを判定する。さらに、信号レベルが所定の閾値以下では、もともと正しい復調データ列が得られないため、この場合は状態判定を行わない。また、信号レベルが所定の閾値以下の場合には、従来と同様に、制御部４において基本的に測位利用しないようになっている。

制御部４では、追尾状態判定部７から判定結果が入力され、航法データが適正に復調されている安定追尾状態であるか否かが正しく判定されるため、安定な追尾状態である信号のみを用いて測位計算するようになっている。さらに、追尾状況を正確に判定可能なため、航法衛星数が少ない場合など、安定な追尾状態の信号のみでは測位できない場合には、不安定状態である信号の重みを減らしながら測位計算するようになっている。

次に、このような構成の衛星信号受信機の作用などについて説明する。ここで、衛星信号の捕捉処理（サーチ部２）に関しては従来と同様であるため、衛星信号への追尾処理（追尾部３等）について、主として以下に説明する。

まず、アンテナ１２を介して入力された受信信号が、ＲＦコンバータ１１によって、デジタル処理が可能な周波数帯域の離散データに変換され、サーチ部２と追尾部３とにその信号が供給される。

一方、周波数発生器３１によって、位相が９０度異なる搬送波周波数信号であるＩ信号とＱ信号とが生成され、このＩ信号およびＱ信号と、ＲＦコンバータ１１からの信号とが、乗算器３２−１、３２−２でそれぞれ乗算される。さらに、衛星信号発生器３３によって、０．５チップずつタイミングをずらした衛星のＰＮ信号である、Ｅ信号、Ｐ信号およびＬ信号が生成される。そして、これらのＥ信号、Ｐ信号およびＬ信号と、乗算器３２−１、３２−２で乗算された信号とが、乗算器３２−３〜３２−８でそれぞれ乗算される。

次に、乗算器３２−３〜３２−８からの各信号が、相関演算器３４によってＮｍｓ間積算され、その結果であるＩ−Ｅ、Ｉ−Ｐ、Ｉ−Ｌ、Ｑ−Ｅ、Ｑ−Ｐ、Ｑ−Ｌ信号が制御部４に送られて、衛星信号に追尾するようにキャリア位相制御やコード制御が行われる。また、相関演算器３４からのＩ−Ｐ信号がタイムマーク検出部５に入力され、相関演算器３４からのＩ−Ｐ信号とＱ−Ｐ信号とが信号レベル検出部６に入力される。

そして、タイムマーク検出部５によって、上記のようにして、航法データ（Ｉ−Ｐ信号）列のなかからタイムマークが検出され、その検出結果が追尾状態判定部７に入力される。一方、信号レベル検出部６によって、上記のようにして、追尾衛星信号（Ｉ−Ｐ信号およびＩ−Ｑ信号）の信号レベルが測定され、その測定結果が追尾状態判定部７に入力される。

続いて、追尾状態判定部７によって、タイムマーク検出部５からの検出結果と、信号レベル検出部６からの信号レベルとに基づいて、安定な追尾状態か否かが判定され、その判定結果が追尾部３に入力される。そして、制御部４において、追尾状態判定部７からの判定結果である、安定な追尾状態か否かに基づいて測位計算が行われる。すなわち、安定な追尾状態である信号のみを用いて測位計算され、さらに、安定な追尾状態の信号のみでは測位できない場合には、不安定状態である信号の重みを減らしながら測位計算される。そして、このような追尾処理が繰り返し行われるものである。

以上のように、この衛星信号受信機によれば、航法データ列の中で繰り返し出力される固定パターンデータであるタイムマークの検出結果と、追尾衛星信号の信号レベルとに基づいて、安定な追尾状態か否かを判定するため、追尾状況を正確に判定することが可能となる。そして、このような正確な判定結果が制御部４（追尾部３）に入力されるため、制御部４において、航法データが正しく復調されている安定追尾状態であるか否かが明確になり、安定状態の信号のみで測位計算することが可能となる。この結果、従来のように複数回測位計算する必要がなく、早期に（例えば、１周期である２秒で）正確な測位計算を行うことが可能となる。

また、追尾状況を正確に判定可能なため、上記のように、航法衛星数が少ない場合など、安定状態の信号のみでは測位できない場合には、不安定状態である信号の重みを減らしながら測位計算する、ことなどが可能となる。

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、上記の実施の形態では、追尾状態判定部７で不安定な追尾状態と判定しても、追尾を継続して測位計算を行うようにしているが、不安定な追尾状態が所定時間継続した場合には、サーチ部２によって再追尾（捕捉）を行うようにしてもよい。また、プリアンブルデータがＧＬＯＮＡＳＳのタイムマークの場合について説明したが、その他の測位システムのプリアンブルデータであってもよい。

２サーチ部
３追尾部（追尾手段）
４制御部（追尾手段）
５タイムマーク検出部（プリアンブル検出手段）
６信号レベル検出部（信号レベル測定手段）
７追尾状態判定部（追尾状態判定手段）
ＴＭタイムマークメッセージ（プリアンブルデータ）

Claims

衛星信号への追尾処理を行う追尾手段を備えた衛星信号受信機において、
前記追尾手段から出力される航法データから、該航法データ列の中で繰り返し出力される固定パターンデータであるプリアンブルデータを検出するプリアンブル検出手段と、
前記追尾手段から出力される衛星信号に同期した信号から、追尾衛星信号の信号レベルを測定する信号レベル測定手段と、
前記プリアンブル検出手段による検出結果と、前記信号レベル測定手段で得られる信号レベルとに基づいて、プリアンブルデータが正常に再生されている安定な追尾状態か否かを判定し、その判定結果を前記追尾手段に入力する追尾状態判定手段と、
を備えることを特徴とする衛星信号受信機。