JP2014228536A - 追跡ループのステータスを決定するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば有用な信号の電力と雑音信号の電力が両方とも小さいときＳＮＲの値が高くなるためＧＰＳ信号が強く見えるという状況において追跡ループの喪失ステータスを適宜かつ効果的に決定できないという欠点のない、追跡ループのステータスを決定するための装置と方法を提供すること
【解決手段】位置決めシステムに関連付けられた受信機を提供する。当該受信機は、追跡ループと信号強度計算モジュールを備える。当該追跡ループは、位置決め信号を追跡し、同相信号と直交信号を当該位置決め信号に基づいて生成するように構成される。当該信号強度計算モジュールは、当該同相信号と直交信号に基づいて、第１の評価値および当該位置決め信号に関連する第２の評価値をそれぞれ計算し、当該追跡ループのステータスを当該第１の評価値と当該第２の評価値のうち少なくとも１つに基づいて決定するように構成される。
【選択図】図１

Description

関連出願の記載
本願は、中華人民共和国国家知的産権局（ＳＩＰＯ）に２０１３年５月２４日に出願された特許出願番号第２０１３１０１９８８１２．７号に対する優先権を主張し、その内容を引用により本明細書に取り込む。

ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）システムからの信号は、Ｌ１（１５７５．４２ＭＨＺ）またはＬ２（１２２７．６０ＭＨｚ）の周波数でＧＰＳ衛星により送信される幅広いスペクトル信号である。民間のＧＰＳ受信機は通常、Ｌ１周波数を使用する。Ｌ１搬送波により送信される幾つかの信号には、Ｃ／Ａ（ｃｏａｒｓｅ／ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）コード、Ｐ（ｐｒｅｃｉｓｅ）コード、衛星軌道に関する詳細情報を含む測位データがある。Ｃ／Ａコードは、主に民間の測位に使用される一種のＰＲＮ（ｐｓｅｕｄｏ ｒａｎｄｏｍ ｎｏｉｓｅ）コードである。全ての衛星には、繰り返し使用される一意なＣ／Ａコードがある。Ｃ／Ａコードは、０と１から成るバイナリ列である。全ての０または１は「チップ」として扱われる。Ｃ／Ａコードは、長さが１０２３チップであり、１秒あたり１．０２３Ｍチップの速度で送信される。即ち、Ｃ／Ａコードの期間は１ｍｓだけ継続する。当業者には理解されるように、「チップ」はデータ長または時間長の単位である。測位データは、０と１から成るバイナリ列でもあり、１秒あたり５０ビットの速度で送信される。

位置決めのために、ＧＰＳ受信機は、少なくとも４つの衛星から送信された信号を捕捉し、４つのＧＰＳ信号からの測位データを復調する必要がある。様々な衛星からのＧＰＳ信号は様々なチャネルで送信される。通常は、ＧＰＳ受信機は幾つかのチャネルからのＧＰＳ信号を処理する。様々なＧＰＳ信号のＣ／Ａコードは、様々な開始時刻と様々なドップラ周波数シフトを有する。したがって、１つの特定の衛星信号を検索するために、ＧＰＳ受信機はしばしば、様々な開始時刻を有するＣ／Ａコードごとに、可能な全ての周波数で２次元探索を行う。

ＧＰＳ受信機は、アンテナ、無線周波数（ＲＦ）フロント・エンド、およびベースバンド処理ユニットを備える。ＧＰＳ衛星から送信されたＧＰＳ信号はアンテナで受信され、ＲＦフロント・エンドに送信される。ＲＦフロント・エンドは、アンテナから受信されたＲＦ信号を所望の出力周波数の信号に変換し、変換した信号を所定の標本化周波数でデジタル化する。変換されデジタル化された信号を中間周波数信号と扱うことができる。次に、中間周波数信号を、ベースバンド処理ユニットの捕捉モジュールに送信する。捕捉モジュールは、対応するアルゴリズムを中間周波数信号、局所Ｃ／Ａコードと局所搬送波で用いて、Ｃ／Ａコードの開始点、搬送波の周波数、および特にＧＰＳ信号のドップラ周波数シフトを検索してもよい。ＧＰＳ信号が捕捉されたことを捕捉モジュールが確認した場合には、例えば、搬送波の周波数誤差は１Ｈｚ以内であり、Ｃ／Ａコードの位相誤差は１／２チップ以内であり、ベースバンド処理ユニットの追跡モジュールは追跡ステータスに入る。追跡ステータスにある間は、局所Ｃ／Ａコードと局所搬送波を利用してＧＰＳ信号のＣ／Ａコードと搬送波の変動を追跡し、正確なＣ／Ａコード位相シフトとドップラ周波数シフトを取得することができる。追跡モジュールは、搬送波追跡ループとＣ／Ａコード追跡ループを備え、ＧＰＳ信号の搬送波とＣ／Ａコードをそれぞれ追跡し、ＧＰＳ信号が運搬する測位データを復調するように構成される。

様々な種類の妨害のため、アンテナから受信したＲＦ信号は有用な信号と雑音の両方を含む。有用な信号は、ＧＰＳ衛星から受信機へ送信されたＧＰＳ信号である。ＧＰＳ信号により、受信機が位置決めのような機能を実施するのを支援することができる。

追跡ループによりＧＰＳ信号を追跡するプロセスの間に、様々な要因（例えば、雑音）のために、追跡ループが欠落し、ＧＰＳ信号を追跡し続けることができなくなる場合がある。したがって、追跡ループのステータスを決定する必要がある。例えば、追跡ループが固定されたかまたは失われたと判定して、追跡ループを適宜調整する必要がある。追跡ループが固定された場合には、追跡したＧＰＳ信号を利用して、ＧＰＳ受信機の位置と速度のような情報を取得することができる。追跡ループが失われた場合には、ＧＰＳ信号を再び捕捉し追跡する必要がある。したがって、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号強度を評価し、追跡ループが失われたかどうかを判定し、ＧＰＳ信号強度の評価値に基づいて追跡ループのパラメータを調節する必要がある。

信号強度を、ＳＮＲ（ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）により測定することができる。ＳＮＲは、有用な信号の電力を雑音の電力で除したものに等しく、通常、単位はデシベル（ＤＢ）である。一般的に、ＳＮＲの値が高ければＧＰＳ信号は強い。その状況では、受信機は一般に屋外のオープンな場所に配置され、その結果、追跡ループが固定され、ドップラ周波数シフトとその変化率は比較的大きい。そうでなく、ＳＮＲの値が小さいときには、通常、ＧＰＳ信号は弱い。その状況では、受信機は一般に屋内または信号遮蔽領域に配置され、その結果、追跡ループは失われ、ドップラ周波数シフトとその変化率は比較的小さい。しかし、幾つかの状況では、ＳＮＲは実際の信号強度または追跡ループのステータスを表すことができない。例えば、有用な信号の電力と雑音信号の電力が両方とも小さいときには、ＳＮＲの値は高くなり、これによりＧＰＳ信号が強く見える。したがって、かかる状況では、追跡ループの喪失ステータスを適宜かつ効果的に決定することはできない。したがって、上述の欠点のない、追跡ループのステータスを決定するための装置と方法が必要である。

本発明に従う幾つかの実施形態では、位置決めシステムに関連付けられた受信機を提供する。当該受信機は、追跡ループと信号強度計算モジュールを備える。当該追跡ループは、位置決め信号を追跡し同相信号と直交信号を当該位置決め信号に基づいて生成するように構成される。当該信号強度計算モジュールは、第１の評価値と当該位置決め信号に関連する第２の評価値をそれぞれ同相信号と直交信号に基づいて計算し、当該追跡ループのステータスを当該第１の評価値と当該第２の評価値のうち少なくとも１つに基づいて決定するように構成される。

本発明に従う幾つかの実施形態では、位置決めシステムに関連付けられた追跡ループのステータスを決定するための、少なくとも１つのプロセッサ、記憶部、およびネットワークに接続された通信プラットフォームを有する機械で実装された方法を開示する。当該位置決めシステムに関連付けられた位置決め信号を最初に受信する。同相信号と直交信号を当該位置決め信号に基づいて生成する。次に、第１の評価値と第２の評価値を同相信号と直交信号に基づいてそれぞれ生成する。当該追跡ループのステータスを、当該第１の評価値と当該第２の評価値のうち少なくとも１つに基づいて決定する。

諸請求項の発明の要旨の諸実施形態の機能と利点は、図面を参照して下記の発明を実施するための形態を説明するにつれて明らかになろう。図面では、同じ参照番号は同じ部分を指す。

本発明に従う１実施形態の、ＧＰＳ受信機のブロック図である。 本発明に従う１実施形態の、信号強度計算モジュールのブロック図である。 本発明に従う１実施形態の、状態機械により実施され追跡ループのステータスを決定するための動作の例の流れ図である。

次に、本発明の諸実施形態を詳細に参照する。これらの諸実施形態と関連させて本発明を説明するが、当該諸実施形態が本発明をこれらの諸実施形態に限定しようするものではないことは理解される。寧ろ、本発明は代替物、修正物、および均等物を包含しようとするものであり、これらは添付の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨と範囲内に含まれる。

さらに、本発明の以下の詳細な説明では、多数の具体的な詳細を説明して本発明の徹底的な理解を与える。しかし、これらの具体的な詳細なしに本発明を実施できることは当業者には理解される。他の事例では、公知な方法、手続き、構成要素、および回路については、本発明の諸態様を不必要に不明瞭にしないために詳細には説明していない。

本発明に従う実施形態は、位置決めシステム、例えば、ＧＰＳシステムに関連付けられた追跡ループのステータスを決定するための装置（例えば、ＧＰＳ受信機）および方法に関する。１実施形態では、ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ信号を受信し、ＧＰＳ信号を中間周波数信号に変換する。ＧＰＳ受信機は追跡ループと信号強度計算モジュールを備える。追跡ループは、搬送波とＧＰＳ信号のＰＲＮコードとのリアルタイム追跡を行って局所搬送波と局所ＰＲＮコードを取得し、ＧＰＳ信号が運搬する測位データを復調してもよい。次に、追跡ループは、中間周波数信号、局所ＰＲＮコード、および局所搬送波に基づいて同相信号と直交信号を生成してもよい。信号強度計算モジュールは、同相信号と直交信号に基づいてＧＰＳ信号に関連する第１の評価値と第２の評価値を計算し、当該第１の評価値と当該第２の評価値に基づいて追跡ループのステータスを計算する。本発明の様々な実施形態によれば、信号強度計算モジュールは、ＳＮＲに基づくだけでなく、第１の評価値にも直接基づいて、追跡ループのステータスを決定する。したがって、本発明の諸実施形態に従うＧＰＳ受信機により、特にＳＮＲが実際の信号強度と追跡ループのステータスを表現できないとき、例えば、有用な信号電力と雑音電力の両方が小さくＳＮＲが大きいときに、追跡ループのステータスを決定する精度を改善することができる。

１実施形態では、ＧＰＳ受信機はＲＦフロント・エンドとベースバンド処理ユニットを備える。ＲＦフロント・エンドは、ＧＰＳ信号を所望の出力周波数の信号に変換し、変換された信号を所定の標本化周波数でデジタル化する。変換されデジタル化された信号は中間周波数信号とみなされる。次に、中間周波数信号をベースバンド処理ユニットの捕捉モジュールに送信する。捕捉モジュールは、ＧＰＳ信号のＣ／Ａコードの開始点、搬送波の周波数、および特にドップラ周波数シフトを捕捉する。ＧＰＳ信号が捕捉されたと捕捉モジュールが判定した場合には、ベースバンド処理ユニットの追跡モジュールは追跡ループを形成するために追跡モードに入る。１実施形態では、ＲＦフロント・エンドと捕捉モジュールの構造と機能は従来式のＧＰＳ受信機と同じであってもよい。簡単のため、ここでは詳細に立ち入る必要はない。

図１は、本発明に従う１実施形態におけるＧＰＳ受信機１００のブロック図を示す。ＧＰＳ受信機１００では、ＧＰＳ信号はＲＦフロント・エンドにより中間周波数信号に変換され、追跡ループ１０１に入力される。追跡ループ１０１は、搬送波追跡ループとＣ／Ａコード追跡ループを備え、現在のチャネルにおけるＧＰＳ信号の搬送波とＣ／Ａコードに対するリアルタイム追跡をそれぞれ行って、ＧＰＳ信号に含まれる測位データを復調するように構成される。図１に示すように、Ｃ／Ａコード追跡ループは遅早（ｅａｒｌｙ−ｌａｔｅ）位相固定ループであってもよく、積分モジュール１０４、コード位相検出器１０６、コード・フィルタ１０８、コードＮＣＯ（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１１０、およびコード生成器１１２を備える。捕捉モジュールから出力されたＣ／Ａコード位相シフトに基づいて、コード生成器１１２は、所定の位相差分を有する２つの信号、例えば、早いＣ／Ａコードと遅いＣ／Ａコードを生成する。所定の位相差分を１つのチップに設定することができる。早いＣ／Ａコード、遅いＣ／Ａコード、および入力中間周波数信号を積分モジュール１０４で計算して２つの信号を出力する。２つの信号をコード位相検出器１０６とコード・フィルタ１０８により処理して、コードＮＣＯ１１０により生成されたクロック信号を正規化するための制御信号を生成する。このように、コード生成器１１２により局所Ｃ／Ａコードを生成する速度が制御され、受信された局所Ｃ／Ａコードの位相とＧＰＳ信号の位相が同一に保たれる。このケースでは、局所Ｃ／Ａコードは、搬送波追跡ループに提供された迅速なＣ／Ａコードである。

搬送波追跡ループは、ドップラ周波数シフト除去モジュール１０２、積分モジュール１０４、搬送波位相検出器１１２、搬送波フィルタ１１６、および局所搬送波生成器１１８を備える。局所搬送波生成器１１８は、捕捉モジュールから出力されたドップラ周波数シフトに基づいて局所搬送波を生成する。局所搬送波生成器１１８は、π／２離調モジュール１１９と搬送波ＮＣＯ１１７を備える。ドップラ周波数シフト除去モジュール１０２は、局所搬送波生成器１１８から出力された局所搬送波を利用して、中間周波数信号をベースバンド信号に変換し、ベースバンド信号の同相成分Ｉと直交成分Ｑを取得する。局所搬送波生成器１１８は、正弦信号と余弦信号を含む２つの局所直交搬送波信号を出力する。これらの２つの搬送波信号の１つは、搬送波ＮＣＯ１１７により生成され、第１の局所参照信号と称する。他の搬送波信号は、当該第１の局所参照信号を離調することによって生成され、第２の局所参照信号と称する。離調動作はπ／２離調モジュール１１９により実施される。同相成分Ｉと直交成分Ｑは、それぞれ、積分モジュール１０４において迅速なＣ／Ａコードで積分される。積分モジュール１０４の出力を、搬送波位相検出器１１４と搬送波フィルタ１１６により処理して、搬送波ＮＣＯ１１７の周波数を正規化するための制御信号を生成し、ＧＰＳ信号の搬送波と同期された局所搬送波を生成する。

積分モジュール１０４が搬送波追跡ループとＣ／Ａコード追跡ループにおける対応する信号に積分機能を実施することは当業者により理解される。図１の積分モジュール１０４は、１実施形態における例示の目的のためにすぎない。本発明の別の実施形態では、２つの積分モジュールを利用して、搬送波追跡ループとＣ／Ａコード追跡ループに対する積分をそれぞれ実施することができる。

ＧＰＳ受信機１００はさらに、追跡段階においてＧＳＰ信号強度を評価するように構成された信号強度計算モジュール１２０を備える。上述のように、ＧＰＳ信号は、ＲＦフロント・エンドにより中間周波数信号に変換され、次いで追跡ループ１０１に入力される。次いで、ＧＰＳ信号を、ドップラ周波数シフト除去モジュール１０２によりベースバンド信号に変換して同相成分Ｉおよび直交成分Ｑを取得する。積分モジュール１０４は、それぞれ、所定期間において迅速なＣ／Ａコードで同相成分Ｉと直交成分Ｑに対する関連計算を実施する。１実施形態では、積分モジュール１０４は、それぞれ、同相成分Ｉと直交成分Ｑに対して積分を実施し、同相信号Ｉ（Ｐ）と直交信号Ｑ（Ｐ）を信号強度計算モジュール１２０に対する入力として生成する。１実施形態では、信号強度計算モジュール１２０は、それぞれ、同相信号Ｉ（Ｐ）と直交信号Ｑ（Ｐ）に基づいて、ＧＰＳ信号に関連する第１の評価値ＳＬと第２の評価値ＮＬを計算する。したがって、ＧＰＳ信号強度と当該追跡ループのステータスを決定するためにＳＮＲが計算される。１実施形態では、信号強度計算モジュール１２０はさらに、第１の評価値ＳＬに直接基づいてＧＰＳ信号強度と追跡ループのステータスを決定する。例えば、第１の評価値ＳＬが一定期間だけ第１の所定のレベルより低く保たれるとき、これはＧＰＳ信号における有用な信号と雑音の両方が非常に弱いことを意味するが、信号強度計算モジュール１２０は、ＳＮＲの値に関わらず、追跡ループが失われたと直接判定する。信号強度計算モジュール１２０の動作を、図２と関連してさらに説明する。

本発明の様々な実施形態によれば、信号強度計算モジュール１２０は、ＳＮＲに基づいて追跡ループのステータスを決定し、第１の評価値ＳＬに直接基づいて追跡ループのステータスを決定する。したがって、第１の評価値ＳＬが一定期間だけ第１の所定のレベルより低く保たれるとき、信号強度計算モジュール１２０は追跡ループが失われたと判定する。このように、ＧＰＳ受信機１００は、特にＳＮＲが信号強度と追跡ループのステータスを表現できないとき、例えば、有用な信号電力と雑音信号電力の両方が小さくＳＮＲが大きいときに、追跡ループのステータスを正確に決定することができる。したがって、追跡ループのステータスを決定するためのＧＰＳ受信機１００の精度が改善される。

図２は、本発明に従う１実施形態における、図１に示す信号強度計算モジュール１２０のブロック図を示す。信号強度計算モジュール１２０は、以下で示す式に基づいてＧＰＳ信号強度を評価する。

この式では、Ｍは同相信号と直交信号に対する積分時間である。第１の評価値ＳＬと第２の評価値ＮＬは非線形の関係にある。第１の評価値と第２の評価値の各々は、有用な信号と雑音の両方からの影響を抑える。

１実施形態では、信号強度計算モジュール１２０は、計算モジュール２０２、第１のフィルタ２０４、第２のフィルタ２０６、ループ・パラメータ設定モジュール２０８、およびループ・ステータス決定モジュール２１０を備える。計算モジュール２０２は、同相信号Ｉ（Ｐ）と直交信号Ｑ（Ｐ）に基づいてＧＰＳ信号に関連する第１の評価値ＳＬと第２の評価値ＮＬを計算する。第１のフィルタ２０４と第２のフィルタ２０６は、それぞれ、第１の評価値ＳＬと第２の評価値ＮＬをフィルタし、それに応じて第１の評価値Ａと第２の評価値Ｃを含むフィルタされた評価値を生成する。ループ・ステータス決定モジュール２１０は、第１の評価値Ａと第２の評価値Ｃに従って、追跡ループが固定されたかまたは失われたかどうかを判定する。さらに、ループ・パラメータ設定モジュール２０８は、第１の評価値Ａと第２の評価値Ｃに従って、追跡ループに対するパラメータ、例えば、ループ帯域幅や積分時間を設定する。

１実施形態では、計算モジュール２０２は、第１の積分ユニット２１２、二乗加算器２１４、二乗ユニット２１６、第２の積分ユニット２１８、および加算器２２０を備える。式（１）に従って、第１の積分ユニット２１２は、同相信号Ｉ（Ｐ）と直交信号Ｑ（Ｐ）を所定の期間にわたって積分する。次に、二乗加算器２１４が、第１の積分ユニット２１２から出力された同相信号Ｉ（Ｐ）と直交信号Ｑ（Ｐ）の積分結果を二乗し、二乗結果を蓄積してＧＰＳ信号に関連する第１の評価値ＳＬを生成する。

二乗ユニット２１０は、同相信号Ｉ（Ｐ）と直交信号Ｑ（Ｐ）を二乗する。次に、第２の積分ユニット２１８は、同相信号Ｉ（Ｐ）の二乗と直交信号Ｑ（Ｐ）の二乗を所定の時間長Ｍで積分する。次に、加算器２２０は、第２の積分ユニット２１８から出力された積分結果を加算して、ＧＰＳ信号に関連する第２の評価値ＮＬを生成する。

上の式（１）における積分時間Ｍを、信号強度に従って柔軟に設定することができる。信号強度が強いときには、積分時間Ｍを小さい値に設定することができ、信号強度が弱いときには、積分時間Ｍを大きい値に設定することができる。しかし、ＧＰＳ信号の測位データがビット・シンボルを２０ｍｓごとに反転できるので、積分時間が長すぎることにはならない。そうでない場合には、ビット・シンボルの反転に起因するＳＮＲ損失が存在する。積分時間は通常は２０ｍｓに設定される。ＧＰＳ信号のＧＰＳ測位データの完全なフレームには１５００ビットのデータを含み、５つのサブフレームから構成される。全てのサブフレームの大部分のビットは予測可能性が良好であり、周波数変動が小さく反復可能性が良い。したがって、図１に示すように、或る衛星から以前に受信した測位データに従って、ＧＰＳ受信機１００の測位ビット予測モジュール１４０が、将来の時点で同じ衛星から送信されたＧＰＳ信号の測位データを予測することができる。予測された測位データに中間周波数信号を乗じて、中間周波数信号に含まれる測位データを除去する。その結果、ビット・シンボル反転により生じたＳＮＲ損失が除去され、中間周波数信号に対する２０ｍｓより長い期間にわたる積分を実現することができる。したがって、測位ビット予測モジュール１４０の支援を受けて、積分時間Ｍを、適用環境に従って動的に構成することができる。Ｍの値を２０ｍｓより長く設定して、ループ検出感度を改善することができる。測位ビット予測モジュール１４０の支援がないときには、Ｍを様々なアプリケーション・システムに従って柔軟に構成することができる。例えば、ＧＰＳシステムに対する積分時間Ｍを２０ｍｓに設定することができ、ＷＡＡＳ（ｗｉｄｅ ａｒｅａ ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）に対するＭを２ｍｓに設定することができる。

ＧＰＳ受信機１００に対するコールド・ブートが存在するときには、ＧＰＳ受信機１００のビット同期モジュール１３０は、信号強度計算モジュール１２０における中間周波数信号積分の開始点を決定するために、信号強度計算モジュール１２０を開始する前に測位ビット境界を検出するように構成される。ホット・ブートのような他の開始モードに対しては、ＧＰＳ受信機１００は、ホット・ブートの前にビット境界を記録し、信号強度計算モジュール１２０を直接使用して開始ビット同期モジュール１３０なしでＧＰＳ信号強度を計算することができる。

図２に示すように、雑音のため、信号強度計算モジュール１２０により評価されたＧＰＳ信号の第１の評価値ＳＬと第２の評価値ＮＬに何らかのジッタが存在しうる。第１の評価値ＳＬと第２の評価値ＮＬは、それぞれ、第１のフィルタ２０４と第２のフィルタ２０６を通過して、より滑らかなフィルタ結果を得ることができる。第１の評価値ＳＬのフィルタ結果をＡと称し、第２の評価値ＮＬのフィルタ結果をＣと称する。１実施形態では、第１のフィルタ２０４と第２のフィルタ２０６の各々は、一次無限インパルス応答（ＩＩＲ）ロー・パス・フィルタ（ＬＰＦ）である。しかし、第１のフィルタ２０４と第２のフィルタ２０６が他のＬＰＦまたは平均化フィルタを利用できることは当業者には理解される。ＩＩＦ ＬＰＦの送信機能を以下に示す。

フィルタのパラメータを、様々なアプリケーション・システムに適合するようにソフトウェアにより柔軟に設定することができる。例えば、ＧＰＳシステムに対して、測位ビットに対する期間が長いので、積分時間Ｍは２０ｍｓに設定され、パラメータαは相対的に大きく、例えば０．１であってもよい。その結果、より滑らかなフィルタ結果を実現しつつ、フィルタの応答速度が可能な限り改善される。ＷＡＡＳシステムに対しては、測位ビットに対する期間は短いので、Ｍは２ｍｓに設定され、パラメータαは相対的に小さく、例えば、０．００１であってもよく、フィルタの応答速度を保証しつつフィルタ結果が可能な限り滑らかになる。

１実施形態では、ループ・ステータス決定モジュール２１０は、因子モジュール２２６と状態機械２２８を備える。第１の評価値Ａが一定期間に対する第１の閾値より短く保たれるときには、状態機械２２８は追跡ループが失われたと判定する。因子モジュール２２６は、第２の評価Ｃに因子を乗じて第３の評価値Ｂを生成する。１実施形態では、当該因子を第２の閾値ＴＨ２と等しく設定することができる。第１の評価Ａと第２の評価Ｃの比率が第２の閾値ＴＨ２より大きいとき、即ち、第１の評価値Ａが第３の評価値Ｂより大きいとき、状態機械２２８は追跡ループが固定されたと判定する。

状態機械２２８の動作を図３と関連してさらに説明する。第２の閾値ＴＨ２を第１の評価Ａと第２の評価値Ｃの比率と直接比較する方法に関して、本発明のループ・ステータス決定モジュール２１０で実装される方法はハードウェア・リソースを節約する。１実施形態では、因子（例えば、第２の閾値ＴＨ２）と積分時間Ｍを、システムの種類（例えば、ＧＰＳまたはＷＡＡＳシステム）に基づいて柔軟に構成することができる。システムの種類と積分時間Ｍを決定するとき、当該因子を定数とすることができる。

ループ・ステータス決定モジュール２１０は、第１の評価値Ａと第２の評価値Ｃに基づいてＧＰＳ信号強度と追跡ループのステータスを決定する。状態機械２２８は、第１の評価値Ａを第１の閾値ＴＨ１と比較し、さらに、第１の評価値Ａを第３の評価値Ｂと比較して、当該比較結果に基づいて追跡ループのステータスを決定する。本発明の様々な実施形態によれば、状態機械２２８は第１の評価値Ａを第１の閾値ＴＨ１と比較する。これは、第１の評価ＳＬを第１の所定のレベルと比較することと等価である。これは、有用な信号と雑音の両方が非常に弱くＳＮＲが実際の信号強度を表現できない状況で非常に有用でありうる。

１実施形態では、ループ・パラメータ設定モジュール２０８は、評価モジュール２２２と切換えモジュール２２４を備える。評価モジュール２２２は、第１の評価値Ａを第２の評価値Ｃで除して、第１の評価Ａと第２の評価値Ｃの比率を生成する。第１の評価Ａと第２の評価値Ｃの比率は、ＳＮＲと非線形の関係にある。大きい比率は、大きいＳＮＲに対応する。したがって、第１の評価Ａと第２の評価値Ｃの比率が、現在の追跡チャネルにおけるＧＰＳ信号の強度を間接的に表すことができる。切換えモジュール２２４は、現在のＧＰＳ信号強度に従って追跡ループのリアルタイムなパラメータを設定する。１実施形態では、ＧＰＳ受信機１００がさらに、事前設定のテーブルを有するデータベース・モジュールを備えてもよい。かかるテーブルでは、様々な追跡ループ・パラメータがそれに応じて様々な信号強度範囲に対して設定される。

一般に、ＧＰＳ受信機がオープンな場所に配置されているとき、信号強度は強い。ドップラ周波数シフトとその変化率が大きいときに十分に高い動的なストレスに応答するために、追跡ループの動的範囲を狭めるべきである。したがって、広いループ帯域幅と短い積分時間を設定すべきである。ＧＰＳ受信機が屋内または半遮蔽領域に配置されているときは、信号強度は弱く、ドップラ周波数シフトとその変化率は小さい。したがって、狭いループ帯域幅と長い積分時間を設定して、追跡ループの動的範囲を拡張すべきである。したがって、切換えモジュール２２４は、第１の評価値ＡとＧＰＳ信号強度を示す第３の評価値Ｃの比率に従って事前設定のテーブルから１組の対応するパラメータを選択し、追跡ループに対して当該１組のパラメータを切り替える。

図３は、本発明に従う１実施形態における、状態機械により実施され追跡ループのステータスを決定する動作の例の流れ図を示す。図３を図１および図２と組み合わせて説明することができる。特定のステップを図３で開示するが、かかるステップは例である。即ち、本発明は、様々な他のステップまたは図３に示したステップの変形を実施するのに適している。

１実施形態では、状態機械２２８は第１の評価値Ａと第３の評価値Ｂを使用して追跡ループのステータスを決定する。一方で、状態機械２２８は第１の評価値Ａを使用して当該追跡ループのステータスを直接決定する。１実施形態では、状態機械２２８は３つの限界、即ち、第１の限界Ｌ１、第２の限界Ｌ２および第３の限界Ｌ３を含む。ここで、第２の限界Ｌ２は第３の限界Ｌ３より大きい。

状態機械２２８はさらに、第１のカウンタＬｏｃｋＣｎｔおよび第２のカウンタＬｏｓｔＣｎｔを含む。第１のカウンタＬｏｃｋＣｎｔは、ＧＰＳ信号強度が第２の閾値ＴＨ２より大きいときに、数をカウントするように構成される。第２のカウンタＬｏｓｔＣｎｔは、ＧＰＳ信号強度が第２の閾値ＴＨ２未満であり第１の評価値Ａが第１の閾値ＴＨ１未満であるとき、数をカウントするように構成される。１実施形態では、第１のカウンタＬｏｃｋＣｎｔと第２のカウンタＬｏｓｔＣｎｔは最初にゼロに設定される。カウンタの値が３つの限界（第１の限界Ｌ１、第２の限界Ｌ２、または第３の限界Ｌ３）のうち１つに到達すると、追跡ループが対応するステータスに入る。状態機械２２８が、追跡ループの現在のステータスを示す２つの出力信号、即ち、固定出力信号ＬｏｃｋＯｕｔと紛失出力信号ＬｏｓｔＯｕｔを、初期値をＦＡＬＳＥとして出力する。具体的には、本発明の１実施形態において諸ステップが以下のように含まれる。

ステップ３０２では、第１の評価値Ａと第３の評価値Ｂを比較して、第１の評価値Ａが第３の評価値Ｂ以上であるかどうかを判定する。第１の評価値Ａが第３の評価値Ｂ以上である場合には、当該プロセスはステップ３０４に進む。第１の評価値Ａが第３の評価値Ｂ未満である場合には、当該プロセスはステップ３１０に進む。

ステップ３０４では、第１のカウンタＬｏｃｋＣｎｔの値と第１の限界Ｌ１を比較して、第１のカウンタＬｏｃｋＣｎｔの値が第１の限界Ｌ１と等しいかどうかを判定する。第１のカウンタＬｏｃｋＣｎｔの値が第１の限界Ｌ１と等しい場合には、プロセスはステップ３０６に進む。第１のカウンタＬｏｃｋＣｎｔの値が第１の限界Ｌ１未満である場合には、プロセスはステップ３０８に進む。ステップ３０６で、固定出力信号ＬｏｃｋＯｕｔがＴＲＵＥである場合には固定されたループが示される。追跡チャネルは固定モードに入り、プロセスは終了する。ステップ３０８では、第１のカウンタＬｏｃｋＣｎｔの値を１増やし、プロセスが終了する。

ステップ３１０では、第２のカウンタＬｏｓｔＣｎｔの値を第２の限界Ｌ２と比較して、第２のカウンタＬｏｓｔＣｎｔの値が第２の限界Ｌ２と等しいかどうかを判定する。第２のカウンタＬｏｓｔＣｎｔの値が第２の限界Ｌ２と等しい場合には、プロセスはステップ３１２に進む。第２のカウンタＬｏｓｔＣｎｔの値が第２の限界Ｌ２未満である場合には、プロセスはステップ３１４に進む。ステップ３１２では、紛失出力信号ＬｏｓｔＯｕｔをＴＲＵＥに設定することにより、完全に失われたループを示す。ＧＰＳ信号を再び捕捉し追跡するために追跡チャネルを再設定する必要がある。プロセスは終了する。

ステップ３１４では、第２のカウンタＬｏｓｔＣｎｔの値を１増やし、プロセスはステップ３１６に進む。ステップ３１６では、第２のカウンタＬｏｓｔＣｎｔの値が第３の限界Ｌ３以上であるか否かを判定する。第２のカウンタＬｏｓｔＣｎｔの値が第３の限界Ｌ３以上である場合に、プロセスはステップ３１８に進む。

ステップ３１８では、固定出力信号ＬｏｃｋＯｕｔをＦＡＬＳＥとして出力することにより、追跡チャネルがステータス維持モードに入ったことを示す。チャネルを位置決めに使用し続けることはできないがチャネルを再設定する必要はない。プロセスは終了する。

１実施形態では、ステップ３０２とステップ３２０を同時に実施することができる。ステップ３２０では、第１の評価値Ａと第１の閾値ＴＨ１を比較して第１の評価値Ａが第１の閾値ＴＨ１未満であるかどうかを判定する。第１の評価値Ａが第１の閾値ＴＨ１未満である場合には、プロセスはステップ３１０に進む。ステップ３１０以降の動作については既に前述したので、その詳細に立ち入る必要はない。

別の実施形態では、３２０で第１の評価値Ａが第１の閾値ＴＨ１より小さくない場合には、プロセスはステップ３０２に進む。

本発明の様々な実施形態によれば、状態機械２２８は第１の評価値Ａを第３の評価値Ｂと比較して、ＧＰＳ信号のＳＮＲを評価する。したがって、状態機械２２８がＧＰＳ信号強度と当該追跡ループのステータスを決定する。状態機械２２８はさらに、第１の評価値Ａを第１の閾値ＴＨ１と比較して、ＧＰＳ信号強度に関連する第１の評価値ＳＬを直接検出する。第１の評価Ａが第１の閾値ＴＨ１未満であるとき、即ち、第１の評価値ＳＬが第１の所定のレベル未満であるとき、有用な信号と雑音信号の両方が非常に弱いことを示す。状態機械２２８はステップ３１０に進んで、第１の評価値ＳＬと第２の評価値ＮＬの両方が小さくＳＮＲが大きい状況で生ずる誤判定を回避する。したがって、受信機により追跡ループのステータスを決定する精度が改善する。

上述のように、追跡ループに対する３つのモード、即ち、固定モード、欠落再捕捉モード、およびステータス維持モードが、ＧＰＳ信号強度に基づいて状態機械２２８により定義される。追跡ループが固定モードであるときには、追跡チャネルを測位出力動作に含めることができる。追跡ループが欠落再捕捉モードにあるときには、追跡チャネルが失われたと示し、再捕捉のための再設定が必要である。追跡ループがステータス維持モードにあるときは、追跡チャネルを測位出力動作に含めることはできないが、再設定は必要ではない。このステータス維持モードには、システムの迅速回復に関する利点がある。例えば、ＧＰＳ受信機を具備した車がトンネルを通過するとき、ＧＰＳ信号は弱くなり、追跡ループは一時的にＧＰＳ信号を追跡することができない。追跡チャネルはステータス維持モードで動作することができ、信号強度計算モジュール１２０は継続的にＧＰＳ信号強度を検出する。信号強度が回復したとき、例えば、車がトンネルを出たとき、当該追跡チャネルを再び利用してＧＰＳ信号を追跡することができる。したがって、再捕捉と追跡の時間が節約される。これは、システムの迅速な復帰に有利である。

状態機械２２８を特定のハードウェアによりまたはソフトウェアにより実現することができる。ソフトウェアにより実現するときは、ハードウェアの複雑度が減り、大幅な柔軟性がもたらされる。例えば、状態機械２２８のパラメータＬ１、Ｌ２およびＬ３を、特定のアプリケーションに従って柔軟に構成して、ステータス検出に必要な時間をできる限り削減し、ステータス検出の確実な検出可能性を維持することができる。状態機械２２８の更新時間を積分時間Ｍ（例えば、２０ｍｓ）ごとに更新することができ、または、Ｎ＊Ｍ（Ｎは整数）ごとに標本化により更新することができる。かかる標本化を使用することにより、システムの動作速度を効果的に削減することができる。ここで更新時間とは、信号強度計算モジュール１２０がＧＰＳ信号強度を継続的に計算するときでも、状態機械２２８が追跡ループのステータスを決定する前に、状態機械２２８が必要とする時間、例えば、積分時間ＭまたはＭにＮを乗じたものをさす。

以上の説明と図面は本発明の諸実施形態を提供するが、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の原理の趣旨と範囲から逸脱しない様々な追加、修正、および置換えを行ってもよいことは理解される。形態、構造、配置、比率、材料、要素、および構成要素を多数修正して本発明を使用してもよく、そうでなければ、本開示の実施において本発明を使用してもよく、本開示は本発明の原理から逸脱しない特定の環境および動作要件に特に適合されていることは当業者には理解される。ここで開示した実施形態はしたがって、全ての点において例示的であって限定的ではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲とその法的均等物により示され以上の説明には限定されないと考えるべきである。

１０２ ドップラ周波数シフト除去モジュール
１０４ 積分モジュール
１０６ コード位相検出器
１０８ コード・フィルタ
１１０ コードＮＣＯ
１１２ コード生成器
１１４ 搬送波位相検出器
１１６ 搬送波フィルタ
１１７ 搬送波ＮＣＯ
１１９ π／２離調モジュール
１２０ 信号強度計算モジュール
１３０ ビット同期モジュール
１４０ 測位ビット予測モジュール

Claims (23)

1. 位置決めシステムに関連付けられた受信機であって、
   前記位置決めシステムに関連付けられた位置決め信号を追跡し、
   前記位置決め信号に基づいて同相信号と直交信号を生成する
   ように構成された追跡ループと、
   前記同相信号に基づいて前記位置決め信号に関連する第１の評価値を決定し、
   前記直交信号に基づいて前記位置決め信号に関連する第２の評価値を決定し、
   前記第１の評価値と前記第２の評価値のうち少なくとも１つに基づいて前記追跡ループのステータスを決定する
   ように構成された信号強度計算モジュールと、
   を備える、受信機。
2. 前記位置決めシステムは、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）システムを備え、
   前記位置決め信号はＧＰＳ信号を含む、
   請求項１に記載の受信機。
3. 前記位置決め信号を中間周波数信号に変換するように構成されたフロント・エンドをさらに備え、
   前記位置決め信号の追跡は、前記位置決め信号の搬送波とＰＲＮ（ｐｓｅｕｄｏ ｒａｎｄｏｍ ｎｏｉｓｅ）コードをリアルタイムに追跡して局所搬送波と局所ＰＲＮコードを取得することを含み、
   前記同相信号と前記直交信号は、前記中間周波数信号、前記局所搬送波、および前記局所ＰＲＮコードに基づいて生成される、
   請求項１に記載の受信機。
4. 前記第２の評価値に因子を乗じて第３の評価値を生成し、
   前記第１の評価値を前記第３の評価値と比較することによって第１の比較結果を生成し、
   前記第１の評価値を第１の閾値と比較するによって第２の比較結果を生成し、
   前記第１の比較結果と前記第２の比較結果のうち少なくとも１つに基づいて前記追跡ループのステータスを決定する
   ように構成されたループ・ステータス決定モジュールを備える、請求項１に記載の受信機。
5. 前記ループ・ステータス決定モジュールは、
   前記第１の評価値と前記第３の評価値を受信し、
   前記第１の評価値が前記第３の評価値以上である場合には、第１のカウンタの値を第１の限界と比較し、
   前記第１の評価値が前記第３の評価値より低い場合には、第２のカウンタの値を第２の限界と比較し、
   前記第１の評価値が前記第１の閾値より低い場合には、前記第２のカウンタの値を前記第２の限界と比較する．
   ように構成された状態機械を備える、請求項４に記載の受信機。
6. 前記状態機械は、
   前記第１のカウンタの値が前記第１の限界と等しい場合には、前記追跡ループが固定されていることを示す第１の出力信号を出力し、
   前記第２のカウンタの値が前記第２の限界と等しい場合には、前記追跡ループが失われていることを示す第２の出力信号を出力する
   ように構成された、請求項５に記載の受信機。
7. 前記状態機械は、前記第１のカウンタの値が前記第１の限界より小さい場合には前記第１のカウンタの値を１だけ増加させるように構成される、請求項５に記載の受信機。
8. 前記状態機械はさらに、
   前記第２のカウンタの値が前記第２の限界より小さい場合には、前記第２のカウンタの値を１だけ増加させ、
   前記第２のカウンタの値を、前記第２の限界より小さい第３の限界と比較し、
   前記第２のカウンタの値が前記第３の限界以上である場合には、前記追跡ループが維持されていることを示す第３の出力信号を出力する、
   ように構成された、請求項５に記載の受信機。
9. 前記第１のカウンタの値と前記第２のカウンタの値はゼロに事前に設定される、請求項５に記載の受信機。
10. 前記信号強度計算モジュールは、
    前記同相信号と前記直交信号を所定期間で積分するように構成された第１の積分ユニットと、
    前記第１の積分ユニットからの積分結果を二乗して第１の二乗結果を生成し、前記第１の二乗結果を加算して前記第１の評価値を生成するように構成された二乗加算器と、
    前記同相信号と前記直交信号を二乗して第２の二乗結果を生成するように構成された二乗ユニットと、
    前記第２の二乗結果を前記所定期間で積分するように構成された第２の積分ユニットと、
    前記第２の積分ユニットからの積分結果を加算して前記第２の評価値を生成するように構成された加算器と、
    を備える、請求項１に記載の受信機。
11. 前記信号強度計算モジュールは、前記第１の評価値と前記第２の評価値に従って前記追跡ループに対するパラメータを設定するように構成されたループ・パラメータ設定モジュールをさらに備える、請求項１０に記載の受信機。
12. 前記信号強度計算モジュールは、前記第１の評価値と前記第２の評価値をフィルタするように構成された第１のフィルタと第２のフィルタをさらに備える、請求項１０に記載の受信機。
13. 前記追跡ループは、局所ＰＲＮコードを生成するように構成されたＰＲＮコード追跡ループであって、前記局所ＰＲＮコードは前記位置決め信号のＰＲＮコードと同相にあるＰＲＮコード追跡ループを含む、請求項１に記載の受信機。
14. 位置決めシステムに関連付けられた追跡ループのステータスを決定するための、少なくとも１つのプロセッサと、記憶部と、ネットワークに接続された通信プラットフォームとを有する機械で実装された方法であって、
    前記位置決めシステムに関連付けられた位置決め信号を受信するステップと、
    同相信号と直交信号を前記位置決め信号に基づいて生成するステップと、
    第１の評価値を前記同相信号に基づいて生成するステップと、
    第２の評価値を前記直交信号に基づいて生成するステップと、
    前記追跡ループのステータスを前記第１の評価値と前記第２の評価値のうち少なくとも１つに基づいて決定するステップと、
    を含む、方法。
15. 前記位置決め信号を中間周波数信号に変換するステップををさらに含み、
    前記位置決めシステムはＧＰＳシステムを備え、
    前記位置決め信号はＧＰＳ信号を含み、
    前記同相信号と前記直交信号は前記中間周波数信号に基づいて生成される、
    請求項１４に記載の方法。
16. 前記第１の評価値を第１の閾値と比較するステップと、
    前記第１の評価値が前記第１の閾値より低い場合には、第２のカウンタの値を第２の限界と比較するステップと、
    前記第２の評価値に因子を乗じて第３の評価値を生成するステップと、
    前記第１の評価値と前記第３の評価値を比較するステップと、
    前記第１の評価値が前記第３の評価値以上である場合には、第１のカウンタの値を第１の限界と比較するステップと、
    前記第１の評価値が前記第３の評価値より低い場合には、第２のカウンタの値を第２の限界と比較するステップと、
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
17. 前記第１のカウンタの値が前記第１の限界と等しい場合には、前記追跡ループが固定されていることを示す第１の出力信号を出力するステップと、
    前記第１のカウンタの値が前記第１の限界より小さい場合には前記第１のカウンタの値を１だけ増加させるステップと、
    をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記第２のカウンタの値が前記第２の限界と等しい場合には、前記追跡ループが失われていることを示す第２の出力信号を出力するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記第２のカウンタの値が前記第２の限界より小さい場合には、前記第２のカウンタの値を１だけ増加させるステップと、
    前記第２のカウンタの値を前記第２の限界より小さい第３の限界と比較するステップと、
    前記第２のカウンタの値が前記第３の限界以上である場合には、前記追跡ループが維持されていることを示す第３の出力信号を出力するステップと、
    をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記第１のカウンタの値と前記第２のカウンタの値はゼロに事前に設定される、請求項１６に記載の方法。
21. 

    に従って前記第１の評価値と前記第２の評価値を決定するステップであって、ＳＬとＮＬはそれぞれ前記第１の評価値と前記第２の評価値を表し、ＩｉとＱｉはそれぞれ前記同相信号と前記直交信号を表し、Ｍは積分時間を表すステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
22. 前記第１の評価値と前記第２の評価値をフィルタするステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
23. 前記第１の評価値を前記第２の評価値で除して前記追跡ループに対するパラメータを設定するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

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