JP2014228540A - 擬似距離の誤差を推定するためのシステムおよび方法 - Google Patents

擬似距離の誤差を推定するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

【課題】擬似距離の誤差を推定するためのシステムおよび方法を提供すること。
【解決手段】人工衛星から取得した中間周波数(IF)信号のデータによって、人工衛星に対応する複数の粗捕捉(C/A)コードを生成するステップを含む。この方法は、複数のC/Aコードのそれぞれについて、IF信号のデータとの自己相関値を求めるステップと、第1のプロンプトC/Aコードの第1の時間シフトされた値および自己相関値の最大値に対応する第2のプロンプトC/Aコードの第2の時間シフトされた値を取得するステップと、第1の時間シフトされた値、第2の時間シフトされた値、および自己相関値に基づいて、擬似距離の誤差を求めるステップとを含む。これら複数のC/Aコードは、第1のプロンプトC/Aコードと、第1のプロンプトC/Aコードより先行する早期C/Aコードと、第1のプロンプトC/Aコードより遅延する遅延C/Aコードとを含んでよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、擬似距離の誤差を推定するためのシステムおよび方法に関する。
[関係出願]
本出願は、中国国家知識産権局(State Intellectual Property Office in China)に対して2013年5月24日に出願した中国特許出願第201310199808.2号の優先権を主張するものである。
ローカルGPSシステムは、全地球測位システム(GPS)の位置決め処理中に、人工衛星からローカルGPSシステムまでの近似距離を測定することができる。この近似距離は「擬似距離」と称され得る。ワイヤレス通信チャネルでは、信号波は、反射/屈折の効果による複数の別々の経路によって人工衛星からローカルGPSシステムに伝わる。これらの経路は「マルチパス」と称され得る。ローカルGPSシステムが、人工衛星からの中間周波数(IF)信号を首尾よく捕捉して追跡するとき、たとえばローカルの粗捕捉(C/A)コードがIF信号のデータと整合するとき、ローカルGPSシステムは、IF信号のデータに基づいて、人工衛星からローカルGPSシステムまでの擬似距離を計算することができる。しかし、計算された擬似距離には、マルチパスの影響に起因する誤差が含まれる。
一実施形態では、擬似距離の誤差を推定する方法は、人工衛星から取得した中間周波数(IF)信号のデータによって、人工衛星に対応する複数の粗捕捉(C/A)コードを生成するステップを含む。この方法は、複数のC/Aコードのそれぞれについて、IF信号のデータとの自己相関値を求めるステップと、第1のプロンプトC/Aコードの第1の時間シフトされた値および自己相関値の最大値に対応する第2のプロンプトC/Aコードの第2の時間シフトされた値を取得するステップと、第1の時間シフトされた値、第2の時間シフトされた値、および自己相関値に基づいて、擬似距離の誤差を求めるステップとをさらに含む。複数のC/Aコードは、第1のプロンプトC/Aコードと、第1のプロンプトC/Aコードより先行する1組の早期C/Aコードと、第1のプロンプトC/Aコードより遅延する1組の遅延C/Aコードとを含んでよい。
別の実施形態では、擬似距離の誤差推定システムは、自己相関値生成回路および誤差推定回路を含む。自己相関値生成回路は、人工衛星から取得されたIF信号のデータによって、人工衛星に対応する複数のC/Aコードを生成し、複数のC/Aコードのそれぞれについて、IF信号のデータとの自己相関値を求める。誤差推定回路は、第1のプロンプトC/Aコードの第1の時間シフトされた値および自己相関値の最大値に対応する第2のプロンプトC/Aコードの第2の時間シフトされた値を取得し、第1の時間シフトされた値、第2の時間にシフトされた値、および自己相関値に基づいて擬似距離の誤差を推定する。C/Aコードは、第1のプロンプトC/Aコードと、第1のプロンプトC/Aコードより先行する1組の早期C/Aコードと、第1のプロンプトC/Aコードより遅延する1組の遅延C/Aコードとを含んでよい。
さらに別の実施形態では、擬似距離測定デバイスは、誤差推定システムおよび擬似距離計算システムを含む。誤差推定システムは、人工衛星から取得されたIF信号のデータによって、人工衛星に対応する複数のC/Aコードを生成する。誤差推定システムは、また、複数のC/Aコードのそれぞれについて、IF信号のデータとの自己相関値を求め、自己相関値の最大値に対応する第2のプロンプトC/Aコードを取得し、第1のプロンプトC/Aコード、第2のプロンプトC/Aコード、および自己相関値によって擬似距離の誤差を求める。擬似距離計算システムは、擬似距離の大まかな値を計算し、擬似距離の大まかな値から誤差を除去して、擬似距離の較正値を取得する。C/Aコードは、第1のプロンプトC/Aコードと、第1のプロンプトC/Aコードより先行する1組の早期C/Aコードと、第1のプロンプトC/Aコードより遅延する1組の遅延C/Aコードとを含んでよい。
さらなる利点および新規の特徴が、一部は以下の記述で説明され、また一部は以下の添付図面を吟味することによって当業者には明らかになり、あるいは、開示された実施形態の製造または動作によって知ることも可能である。本実施形態の効果は、以下に示す詳細な記述で説明される、方法、手段および組合せの種々の態様を実施するかまたは使用することにより、実現されるかまたは達成され得る。
図面を参照して以下の詳細な説明が進むのにつれて、特許請求される主題の実施形態の特徴および利点が明らかになるはずであり、同様の数字は同様の部分を示す。これらの例示的実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。これらの実施形態は、限定的でない例示的実施形態であり、これらの図面のいくつかにわたり、類似の参照数字は類似の構造を表す。
本教示の一実施形態による擬似距離測定デバイスの一例のブロック図である。 本教示の一実施形態による擬似距離の誤差推定システムの一例のブロック図である。 時間差を計算するために、本教示の一実施形態によって自己相関関数を計算するのに用いられるIF信号のデータとC/Aコードの組合せの例を示す図である。 本教示の一実施形態による、自己相関値とチップ時間(chip time)軸上の時間値との関係図の例を示す図である。 本教示の一実施形態による誤差推定回路の一例のブロック図である。 本教示の一実施形態による擬似距離の誤差推定システムで実行される動作の例を示す流れ図である。
次に、本教示の実施形態に詳細に言及する。これらの実施形態とともに本教示を説明するが、本教示をこれらの実施形態に限定するようには意図していないことが理解されよう。それとは逆に、本教示は、添付の特許請求の範囲で定義される本教示の趣旨および範囲内に含まれ得る代替形態、修正形態および等価物を包含するように意図されている。
さらに、本教示の以下の詳細な説明では、多くの特定の詳細が説明される。しかし、本教示は、これらの特定の詳細なしで実施され得ることが当業者には理解されよう。他の例では、本発明の態様を不必要に不明瞭にしないように、周知の方法、手順、構成要素、および回路は詳細には説明されていない。
以下の詳細な説明の一部分のうちのいくつかは、手順、論理ブロック、処理、およびコンピュータメモリの内部のデータビットに対する操作の他の記号による表示に関して示される。これらの記述および表現は、データ処理技術の当業者が、業務の中味を他の当業者に最も効率的に伝えるのに一般に用いられるものである。本出願では、手順、論理ブロック、処理などは、結果をもたらす操作または命令の首尾一貫したシーケンスと考えられる。操作は、構成要素および/またはデータの量および/または質の操作を必要とするものである。通常、必ずというわけではなく、データは、コンピュータシステムで、記憶、伝達、結合、比較、および処理が可能な電気信号または磁気信号の形をとってよい。
これらの用語および類似の用語のすべてが、関連する構成要素および/またはデータに与えられた好都合な名札でしかないことに留意されたい。以下の議論から明らかなように、本出願の全体にわたって、「生成する」、「遂行する」、「取得する」、「計算する」、「求める」、「選択する」、「推定する」、「付加する」などの用語を利用する議論は、特にそれ以外の明記がない限り、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリの中で物理的(電子的)量および/または非物理量として表されたデータを処理して、コンピュータシステムのメモリまたはレジスタまたは他のそのような情報の記憶、伝送または表示のデバイスの中で物理量として同様に表される他のデータへと変換する、たとえばコンピュータシステムまたは類似の電子コンピューティングデバイスといった機械のアクションおよび処理を指すものであることが理解される。
たとえば、機械可読媒体は、記憶媒体および通信媒体を備えてよい。記憶媒体には、それだけではないが、機械可読指令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータなどの情報を記憶するための何らかの方法または技術で実施された揮発性媒体および不揮発性媒体、取外し可能媒体および固定型媒体が含まれる。記憶媒体には、それだけではないが、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読出し専用メモリ(ROM)、電気消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、フラッシュメモリもしくは他のメモリ技術、コンパクトディスクROM(CD-ROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)もしくは他の光学式記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶装置、または所望の情報を記憶するために使用することができる任意の他の媒体が含まれる。
通信媒体は、機械可読命令、データ構造、プログラムモジュールまたは他のデータを実施することができ、任意の情報配送媒体を含むことができる。たとえば、限定するものでなく、通信媒体は、有線ネットワークまたは直接の有線接続などの有線媒体と、音響、無線周波数(RF)、赤外線(IR)、および他の無線媒体などの無線媒体とを含む。上記のものの任意の組合せも、機械可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
図1は、本教示の一実施形態による擬似距離測定デバイス100の一例のブロック図を示す。一実施形態では、擬似距離測定デバイス100はローカルGPSシステムに組み込むことができる。擬似距離測定デバイス100は、誤差推定システム110と、誤差推定システム110に結合された擬似距離計算システム104とを含む。誤差推定システム110は、たとえばループトラッキングモジュールを含み、複数の人工衛星から中間周波数(IF)信号102を受け取り、IF信号102から人工衛星のIF信号のデータを取得し、IF信号のデータによって、擬似距離の誤差を示す時間差106を計算することができる。擬似距離計算システム104は、人工衛星からローカルGPSシステムまでの擬似距離を概略的に計算することができ、ベースバンドおよびトラッキングループの捕捉などの方法を用いて擬似距離の大まかな値を取得する。擬似距離計算システム104は、擬似距離の較正値108を取得するように、たとえば時間差106に信号の伝達速度を掛けることにより、時間差106によって擬似距離の誤差を推定して、擬似距離の大まかな値から擬似距離の誤差を除去することができる。信号の伝達速度は、GPS信号が人工衛星とローカルGPSシステムの間を伝達する速度であり、たとえば光速、または光速と大気圏、塵埃学、および空気湿度などの関連した要因とによって求められる速度であり得る。例として、誤差推定システム110は、自己相関値生成回路112と、自己相関値生成回路112に結合された誤差推定回路116とを含む。自己相関値生成回路112は、IF信号のデータによって、IF信号102が複数の人工衛星のうち1つの人工衛星からの信号を含むと判断し、この人工衛星に対応する1組の粗捕捉(C/A)コードを生成し、IF信号のデータに基づいて、C/Aコードに対して自己相関関数を計算して、1組の自己相関値114の計算/取得/生成を遂行する。自己相関関数の計算は、図2と組み合わせて説明されることになる。誤差推定回路116は、自己相関値114によって、擬似距離の誤差を示す時間差106をさらに計算することができる。結果として、擬似距離計算システム104は、計算された擬似距離の誤差によって概算の擬似距離を較正して、較正された擬似距離108を生成することができる。
図1の例では、誤差推定回路116が、擬似距離計算システム104に対して計算された時間差106を供給し、次いで、擬似距離計算システム104が、時間差106によって擬似距離の誤差を計算して、概算の擬似距離から誤差を除去する。しかし、本教示は、そのように限定されるものではない。別の実施形態では、誤差推定回路116は、計算された時間差106に前述の信号の伝達速度を掛けることにより、擬似距離の誤差を計算/推定して、擬似距離計算システム104に対して擬似距離の誤差を供給する。したがって、擬似距離計算システム104は、擬似距離の誤差によって、概算の擬似距離を較正する。
図2は、本教示の一実施形態による誤差推定システム110の一例のブロック図を示す。図2は、図1、図3および図4と組み合わせて説明される。一実施形態では、自己相関値生成回路112は、図2に示された構造を有するループトラッキングモジュールであり得る。しかし、別の実施形態では、自己相関値生成回路112は種々の構造を有することができる。図2に示されるように、自己相関値生成回路112は、たとえば信号のループトラッキングモジュールであり、乗算器238、乗算器240、コヒーレント積分およびダンプ(integrate-and-dump)の回路220、ビット同期復調および信号対雑音比評価の回路222、位相同期ループおよび周波数同期ループの回路224、モジュロ回路226、1ビット周期(one bit period)アキュムレータ228、スタティックランダムアクセスメモリ230、非コヒーレント積分およびダンプの回路232、マルチプレクサ234、および遅延同期ループ(DLL)回路236を含んでいる。
一実施形態では、自己相関値生成回路112は、たとえばループトラッキングモジュールであり、IF信号102を受け取り、IF信号102から、たとえばナビゲーションビット周期といったデータの一部分を抽出して、IF信号のデータを記憶する。自己相関値生成回路112は、記憶されたIF信号のデータと、DLL回路236が生成した1組のシフトされたC/Aコードとに基づいて、自己相関関数を計算する。例として、自己相関値生成回路112は、記憶されたIF信号のデータに局部搬送波信号242(サイン信号とコサイン信号の2つの直交信号を含んでいる)を掛けて乗算結果を生成し、乗算結果とDLL回路236からのシフトされたC/Aコードのそれぞれとの内積(またはドット積)を遂行して、同相成分Iおよび直交成分Qを含んでいる内積結果を生成する。例えば、コヒーレント積分およびダンプの回路220は、同相成分Iおよび直交成分Qを含んでいる内積結果を生成し、同相成分Iおよび直交成分Qをモジュロ回路226に供給する。モジュロ回路226は、同相成分Iと直交成分Qに対してモジュロ演算を遂行して、たとえば次式で与えられる自己相関値114を生成する。
Figure 2014228540
前述のように、DLL回路236は、IF信号のデータとともに自己相関関数を計算するのに用いられる1組のシフトされたC/Aコードを生成することができる。シフトされたC/Aコードは、第1のプロンプトC/AコードP、第1のプロンプトC/AコードPより先行する複数の早期C/AコードE1、E2、…、EN1、および第1のプロンプトC/AコードPより遅延する複数の遅延C/AコードL1、L2、…、LN2を含み、N1およびN2は正整数である。一実施形態では、自己相関値生成回路112は、たとえばループトラッキングモジュールであり、IF信号102のデータを追跡することによってIF信号のデータと整合されたC/Aコードを求め、このC/Aコードは「第1のプロンプトC/AコードP」と称され得る。一実施形態では、隣接したC/Aコードである、早期C/AコードE1、E2、…、EN1、第1のプロンプトC/AコードP、および遅延C/AコードL1、L2、…、LN2の間の時間スパンは1つまたは複数のローカルクロック周期を含む。ローカルクロック周期は、IF信号のデータがサンプリングされるサンプリングクロック周期であり得る。自己相関値生成回路112は、早期C/AコードE1、E2、…、EN1、第1のプロンプトC/AコードP、および遅延C/AコードL1、L2、…、LN2のそれぞれに対して、IF信号のデータとの自己相関関数を計算して、1組の自己相関値114の計算/取得/生成を遂行する。
図3は、疑似距離の誤差を示す時間差106を計算するために、本教示の一実施形態によって自己相関関数を計算するのに用いられるIF信号のデータとC/AコードP、E1、E2、…、E16、L1、L2、…、L16の組合せの例を示す図である。図3は、図2および図4と組み合わせて説明される。
図3の例では、C/Aコードは1023個のチップC1、C2、…、C1023を含む。一実施形態では、1つのチップの周期(以下、チップ時間ユニット)は衛星信号送信器によって決定される。例えば、チップ時間ユニットは、おおよそ1×10-6/1.23秒であり得る。各チップのサンプリングポイント数は、たとえばデータビットの数であり、ローカルクロックのサンプリング周波数によって決定される。たとえば、ローカルクロックのサンプリング周波数は、必ずしもそうと決まったわけではないが、16.3676MHzであり、したがって、各チップはローカルクロックの約16個のサンプリングポイントを含んでいる。
図3および図4を参照して、早期C/AコードE1は、第1のプロンプトC/AコードPに対して(-1/16)Cの時間値だけシフトされ、たとえばチップ時間ユニットの16分の1だけ進められ、または1データビットだけ進められ、Cはチップ時間ユニットを表す。図4のグラフ404において、「E1」とラベルが付いたドットは、早期C/AコードE1およびIF信号のデータの自己相関値を表す。早期C/AコードE2は、第1のプロンプトC/AコードPに対して(-2/16)Cの時間値だけシフトされ、たとえばチップ時間ユニットの16分の2だけ進められ、または2データビットだけ進められ、グラフ404で「E2」とラベルの付いたドットは、早期C/AコードE2およびIF信号のデータの自己相関値を表す。残りの早期C/AコードE3、…、E16が類似のやり方でシフトされ、それらの対応する自己相関値が、グラフ404において、それぞれ「E3」、…、「E16」とラベルの付いたドットで表されている。同様に、遅延C/AコードL1は、第1のプロンプトC/AコードPに対して(1/16)Cの時間値だけシフトされ、たとえばチップ時間ユニットの16分の1だけ、または1データビットだけ遅らされ、グラフ404において「L1」とラベルの付いたドットは、遅延C/AコードL1およびIF信号のデータの自己相関値を表す。遅延C/AコードL2は、第1のプロンプトC/AコードPに対して(2/16)Cの時間値だけシフトされ、たとえばチップ時間ユニットの16分の2だけ、または2データビットだけ遅らされ、グラフ404において「L2」とラベルの付いたドットは、遅延C/AコードL2およびIF信号のデータの自己相関値を表す。残りの遅延C/AコードL3、…、L16が類似のやり方でシフトされ、それらの対応する自己相関値が、グラフ404において、それぞれ「L3」、…、「L16」とラベルの付いたドットで表されている。自己相関値生成回路112は、第1のプロンプトC/AコードP、早期C/AコードE1、E2、…、EN1、および遅延C/AコードL1、L2、…、LN2に対して、たとえば自己相関値生成回路112に記憶されているIF信号の同じ部分のデータを用いて自己相関関数をそれぞれ計算して、1組の自己相関値114の計算/取得/生成を遂行する。
このように、誤差推定回路116は、自己相関値114を受け取って曲線当てはめを遂行することができ、自己相関値114と、C/Aコードの時間シフトされた値と間の関係を表す関係曲線を生成する。誤差推定回路116は、関係曲線によって、擬似距離の誤差を表す時間差106をさらに計算することができる。たとえばループトラッキングモジュールといった自己相関値生成回路112の構造を、時間差106を計算するために変更する必要はなく、このことによって、誤差推定システム110の構造が簡単になり、そのコストが低減される。曲線当てはめ処理は、図4を図2および図3と組み合わせて参照することによって説明される。
図4は、本教示の一実施形態による、自己相関値とチップ時間軸上の時間シフトされた値114との関係図の例を示す図である。図4は、図2および図3と組み合わせて説明される。図4では、グラフ402、404および406における水平軸はチップ時間軸であり、チップ時間軸上の時間値は、対応するC/Aコードの時間シフトされた値を表す。グラフ402、404および406の垂直軸は自己相関関数(ACF)軸であり、ACF軸の値は、対応するC/AコードおよびIF信号のデータの自己相関値を表す。グラフ402は、自己相関値とチップ時間軸の時間値の関係曲線の一例を示しており、たとえば理想状態では、ローカルGPSシステムが信号を探索しているときマルチパス干渉はない。グラフ402に示されるように、理想状態では、第1のプロンプトC/AコードPおよびIF信号のデータの自己相関値は、すべての自己相関値の中で最大値であり、チップ時間軸の第1のプロンプトC/AコードPの時間シフトされた値は0Cである。グラフ404は、自己相関値とチップ時間軸の時間値の関係曲線の一例を示しており、たとえば実際的な状況では、ローカルGPSシステムが信号を探索しているときマルチパス干渉がある。グラフ404に示されるように、マルチパス干渉の影響のために、たとえば(-2/16)Cにおける第1のプロンプトC/AコードPと、たとえば0CにおけるC/Aコードの間に時間ずれがある。グラフ406は、たとえば放物線関数といった曲線状関数を表し、自己相関値114とチップ時間軸の時間値の間の関係を示しており、誤差推定回路116によって遂行された当てはめ方法で取得されるものである。他の曲線状関数も企図される。
一実施形態では、DLL回路236は、チップ時間軸上で第1のプロンプトC/AコードPより先行する早期C/AコードE1、E2、…、E16を生成し、かつチップ時間軸上で第1のプロンプトC/AコードPより遅延する遅延C/AコードL1、L2、…、L16を生成する。自己相関値生成回路112は、IF信号102のIF信号のデータに対して、それぞれC/AコードP、E1、E2、…、E16、L1、L2、…、L16を用いて自己相関関数を計算し、対応する自己相関値を生成する。これらの自己相関値は、グラフ404においてそれぞれ「P」、「E1」、「E2」、…、「E16」、「L1」、「L2」、…、「L16」とラベルの付いたドットで表すことができる。
誤差推定回路116は、第1のプロンプトC/AコードPの第1の時間シフトされた値を求めることができる。グラフ404の例では、第1のプロンプトC/AコードPの第1の時間シフトされた値は、チップ時間軸上の(-2/16)Cの時間値に対応するか、またはこの値によって表される。誤差推定回路116は、生成された自己相関値の中で最大の自己相関値を見いだし、最大の自己相関値に対応するシフトされたC/Aコードの第2の時間シフトされた値を取得することができる。最大の自己相関値に対応するシフトされたC/Aコードは「第2のプロンプトC/Aコード」と称され得る。グラフ404の例では、第2のプロンプトC/Aコードは遅延C/AコードL2であり、その第2の時間シフトされた値は、チップ時間軸上で0Cの時間値に対応するか、またはこの値によって表される。誤差推定回路116は、第1の時間シフトされた値、第2の時間シフトされた値、および自己相関値によって、たとえば人工衛星からローカルGPSシステムへの概算の擬似距離における擬似距離の誤差といった、C/AコードP、E1、E2、…、E16、L1、L2、…、L16に対応する人工衛星の擬似距離の誤差を計算することができる。
より具体的には、一実施形態では、第2のプロンプトC/Aコード(たとえばL2)より先行するC/Aコードは「早期当てはめC/Aコード」と称することができ、第2のプロンプトC/Aコード(たとえばL2)より遅延するC/Aコードは「遅延当てはめC/Aコード」と称することができる。誤差推定回路116は、第2のプロンプトC/A(たとえばL2)より先行する1つまたは複数の早期当てはめC/Aコード(たとえばL1、P、E1、E2、など)を選択することができ、第2のプロンプトC/Aコード(たとえばL2)より遅延する1つまたは複数の遅延当てはめC/Aコード(たとえばL3、L4、L5、L6、など)を選択する。誤差推定回路116は、前述の第2の時間シフトされた値(たとえば0Cで表される)、第2のプロンプトC/Aコード(たとえばL2)に対応する最大の自己相関値、早期当てはめC/Aコード(たとえばL1、P、E1、E2、など)の時間シフトされた値(たとえば(-1/16)C、(-2/16)C、(-3/16)C、(-4/16)Cなどで表される)、早期当てはめC/Aコードに対応する自己相関値、遅延当てはめC/Aコード(たとえばL3、L4、L5、L6、など)の時間シフトされた値(たとえば(1/16)C、(2/16)C、(3/16)C、(4/16)Cなどで表される)および遅延当てはめC/Aコードに対応する自己相関値によって、1組のパラメータを計算することができる。これらのパラメータは、自己相関値と時間シフトされた値の間の関係を示し、曲線状関数(たとえば放物線関数)を決定する。
一実施形態では、誤差推定回路116は、1つまたは複数の早期当てはめC/Aコードおよび1つまたは複数の遅延当てはめC/Aコードを選択し、選択された早期当てはめC/Aコードと、第2のプロンプトC/Aコードと、選択された遅延当てはめC/Aコードの隣接したC/Aコードとは、必ずというわけではないが、グラフ404のチップ時間軸上で、その間に同一の期間を有することができる。選択された早期当てはめC/Aコード、第2のプロンプトC/Aコード、および選択された遅延当てはめC/Aコードの隣接したC/Aコードの間の期間は、1つまたは複数のローカルクロック周期(たとえば1つまたは複数の前述のサンプリングクロック周期)を含む。
より具体的には、グラフ406に示されるように、誤差推定回路116は、チップ時間軸の原点として第2の時間シフトされた値(たとえば0Cで表される)をとり、チップ時間軸の原点の左側で2つの早期当てはめC/Aコード(たとえばL1およびP)を選択し、チップ時間軸の原点の右側で2つの遅延当てはめC/Aコード(たとえばL3およびL4)を選択する。C/AコードP、L1、L2、L3およびL4の時間シフトされた値は、グラフ406のチップ時間軸上で、(-2/16)C、(-1/16)C、0C、(1/16)C、および(2/16)Cで表される。C/AコードP、L1、L2、L3およびL4に対応する自己相関値は、それぞれy1、y2、y3、y4およびy5で表すことができる。2次関数は次式で示すことができ、
y=ax2+bx+c (1)
変数xは時間シフトされた値を表し、変数yは自己相関値を表し、パラメータa、bおよびcは2次関数を決定することができる。
C/AコードP、L1、L2、L3およびL4に対応する時間シフトされた値xおよび自己相関値yは、式(2)の以下の組を取得するために式(1)に置換され得る。
Figure 2014228540
式(2)は次のように行列形式で書き直すことができる。
Figure 2014228540
式(3)は次のように書き直すことができる。
Figure 2014228540
2次関数(1)のパラメータa、bおよびcは、次のように与えることができる。
a=18.2857142857143(2y1-y2-2y3-y4+2y5)
b=-1.6(2y1+y2-y4-2y5)
c=-0.0285714285714286(3y1-12y2-17y3-12y4-+3y5)
したがって、示された計算方法によって、チップ時間軸の自己相関値と時間値の間の関係を示す2次関数を取得することができる。
それに加えて、誤差推定回路116は、2次関数の最大値に対応する時間シフトされた値を計算する。たとえば、-b/2aといった2次関数の最大値は、たとえば2次関数を微分して2次関数の導関数をゼロに設定することによって取得することができる。最大値に対応する時間シフトされた値は、0.7(2y1+y2-y4-2y5)/(2y1-y2-2y3-y4+2y5)と計算することができる。一例としてグラフ406をとると、2次関数の最大値に対応する計算された時間シフトされた値は-0.12Cである。さらに、誤差推定回路116は、最大値に対応する計算された時間シフトされた値(たとえば-0.12Cで表される)と第1のプロンプトC/AコードPの前述の第1の時間シフトされた値(たとえば(-2/16)Cで表される)の間の時間差106を計算する。
より具体的には、一実施形態では、誤差推定回路116は、前述の第2の時間シフトされた値(たとえばグラフ404の0Cで表される)と前述の第1の時間シフトされた値(たとえばグラフ404の(-2/16)Cで表される)の間の第1の時間差を計算する。グラフ404の例では、第1の時間差は(2/16)Cである。誤差推定回路116は、計算された時間シフトされた値(たとえばグラフ406の-0.12Cで表される)と第2の時間シフトされた値(たとえばグラフ406の0Cで表される)の間の第2の時間差も計算する。グラフ406の例では、第2の時間差は-0.12Cである。誤差推定回路116は、第1の時間差と第2の時間差を加算して時間差ΔT(たとえばΔT=(2/16)C-0.12C)を得る。前述のように、一実施形態では、チップ時間ユニットはおおよそ1×10-6/1.23秒であり得る。したがって、図4の例では、時間差ΔTは、おおよそ[((2/16)-0.12)×10-6/1.23]秒に等しい。計算された時間差ΔTは、擬似距離の誤差を表し得る。
図1の擬似距離計算システム104は、時間差ΔTにGPS信号の伝達速度を掛けて擬似距離の誤差を計算し、概算の擬似距離から、較正された擬似距離を取得して、擬似距離の誤差を除去することができる。したがって、ローカルGPSシステムのRF(無線周波数)フロントエンドが広帯域幅を有しても狭帯域幅を有しても、擬似距離測定デバイス100は、擬似距離計算の精度を向上するように擬似距離の誤差を計算することができる。さらに、擬似距離の誤差を計算するための自己相関関数の計算に用いられるC/Aコードの数は、比較的少ない(たとえば33以下)ものであり得る。したがって、誤差推定システム110は、擬似距離の誤差を比較的高速で計算して、擬似距離の計算速度を向上することができる。
一実施形態では、自己相関値生成回路112は、動作において、IF信号102を受け取り、それからIF信号のデータを抽出する。自己相関値生成回路112は、IF信号102を追跡することによって第1のプロンプトC/AコードPも取得し、第1のプロンプトC/AコードPより先行する1組の早期C/AコードE1、E2、…、EN1、および第1のプロンプトC/AコードPより遅延する1組の遅延C/AコードL1、L2、…、LN2を生成する。自己相関値生成回路112は、これらのC/AコードおよびIF信号のデータの自己相関値をさらに計算する。誤差推定回路116は、計算された自己相関値の中で最大の自己相関値に対応する第2のプロンプトC/Aコードを見いだして、第2のプロンプトC/Aコードと第1のプロンプトC/Aコードの間の第1の時間差を計算する。誤差推定回路116は、C/AコードP、E1、E2、…、EN1、L1、L2、…、LN2を用いて曲線当てはめも遂行して、自己相関値とチップ時間軸上の時間値の関係の曲線を生成し、関係曲線の最大値に対応する時間シフトされた値を計算して、計算された時間シフトされた値と第2のプロンプトC/Aコードの第2の時間シフトされた値の間の第2の時間差を計算する。誤差推定回路116は、第1の時間差と第2の時間差をさらに加算して、擬似距離の誤差を示す時間差106を取得し、時間差106を擬似距離計算システム104に供給する。擬似距離計算システム104は、時間差106によってこのように擬似距離の誤差を計算して、概算の擬似距離を較正することができる。
図5は、本教示の一実施形態による誤差推定回路116の一例のブロック図を示す。図5は、図1、図2、図3、および図4と組み合わせて説明される。図5に示されるように、誤差推定回路116は、プロセッサ550および記憶ユニット552を含む。プロセッサ550は、必ずといわけではないが、マイクロコントローラ(μC)、マイクロプロセッサ(μP)などであり得る。記憶ユニット552は、コンピュータ可読命令を記憶するのに用いられる不揮発性のコンピュータ可読記憶媒体であり得る。一実施形態では、プロセッサ550は、記憶ユニット552の中のコンピュータ可読命令を実行したとき、誤差推定回路116の前述の動作を遂行することができ、この動作は、たとえば最大の自己相関値に対応する第2のプロンプトC/Aコードを見いだすステップ、第2のプロンプトC/Aコードと第1のプロンプトC/Aコードの間の時間差を計算するステップ、曲線当てはめを遂行するステップ、擬似距離の誤差を示す時間差を計算するステップなど含む。
図6は、本教示の一実施形態による擬似距離の誤差推定システムで遂行される動作の例の流れ図600を示す。図6には特定のステップが開示されているが、そのようなステップは例である。すなわち、本教示は、様々な他のステップまたは図6に列挙されたステップの変形形態を実行するのに十分に適するものである。図6は、図1、図2、図3、図4、および図5と組み合わせて説明される。
ステップ602で、自己相関値生成回路112は、人工衛星から取得したIF信号のデータによって、複数の人工衛星のうち1つの人工衛星に対応する複数のC/Aコードを生成する。複数のC/Aコードは、第1のプロンプトC/AコードP、第1のプロンプトC/AコードPより先行する1組の早期C/AコードE1、E2、…、EN1、および第1のプロンプトC/AコードPより遅延する1組の遅延C/AコードL1、L2、…、LN2を含む。
ステップ604で、自己相関値生成回路112は、IF信号のデータとともにC/AコードP、E1、E2、…、EN1、L1、L2、…、LN2に対して自己相関関数を計算して、1組の自己相関値114を生成する。
ステップ606で、誤差推定回路116は、第1のプロンプトC/AコードPの第1の時間シフトされた値(たとえばグラフ404の(-2/16)Cで表される)と、自己相関値114の中の最大自己相関値に対応する、第2のプロンプトC/Aコード(たとえばグラフ404のL2)の第2の時間シフトされた値(たとえばグラフ404の0Cで表される)とを取得する。
ステップ608で、誤差推定回路116は、第1の時間シフトされた値、第2の時間シフトされた値、および自己相関値によって、人工衛星からローカルGPSシステムまでの擬似距離の誤差を計算する。図4のグラフ404および406を例として取り上げると、誤差推定回路116は、第2の時間シフトされた値(たとえばグラフ404の0Cで表される)と第1の時間シフトされた値(たとえばグラフ404の(-2/16)Cで表される)の間の差を計算して、たとえば(2/16)Cといった第1の時間差を取得する。誤差推定回路116は、前述の自己相関値y1、y2、y3、y4およびy5によって、2次関数の最大値に対応する時間シフトされた値を計算し、計算された時間シフトされた値(たとえばグラフ406の-0.12Cで表される)と第2の時間シフトされた値(たとえばグラフ406の0Cで表される)の間の第2の時間差を計算して、たとえば-0.12Cといった第2の時間差も取得する。したがって、誤差推定回路116は、第1の時間差と第2の時間差を加算することにより、擬似距離の誤差を示す、たとえば(2/16)C-0.12Cといった時間差を取得することができる。一実施形態では、誤差推定回路116は、この時間差に対して、たとえば光速、または光速と大気圏、塵埃学および空気の湿度などの関連する要素とによって求められた速度といった、人工衛星からローカルGPSシステムまでのGPS信号の伝達速度を掛けることにより、擬似距離の誤差をさらに計算/推定する。しかし、本教示は、そのように限定されるものではない。別の実施形態では、誤差推定回路116が、プロセッサまたはコントローラに対してこの時間差の値を供給し、プロセッサまたはコントローラが、擬似距離の誤差に関する計算/推定を遂行する。
要約すると、本教示による実施形態は、擬似距離の誤差を推定するためのシステムおよび方法を提供し、擬似距離測定デバイスの擬似距離の誤差を除去するものである。このシステムおよび方法により、擬似距離測定デバイスの擬似距離計算の精度を向上させ、かつ擬似距離の計算速度を増加することができる。このシステムおよび方法は、擬似距離測定デバイスの構造を簡潔にし、そのコストを低減することもできる。本教示によるシステムおよび方法は、種々のGPSシステムに関して通信および位置決めに利用することができる。
前述の説明および図面は本教示の実施形態を表しているが、添付の特許請求の範囲で定義された本教示の原理の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な追加、修正および置換がその中になされ得ることが理解されよう。本教示が、本教示の原理から逸脱することなく、特定の環境および有効な要件に特に適合された、本教示の実施で用いられる形状、構造、配置、割合、材料、要素、および構成要素、その他多くの変更形態とともに用いられ得ることを、当業者なら理解するであろう。したがって、ここで開示された実施形態は、すべての点において例示であって限定ではなく、本教示の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの法律上の等価物によって示され、前述の説明に限定されないものと見なされるべきである。
100 擬似距離測定デバイス
102 IF信号
104 擬似距離計算システム
106 擬似距離の誤差を示す時間差
108 擬似距離の較正値
110 誤差推定システム
112 自己相関値生成回路
114 自己相関値
116 誤差推定回路
220 コヒーレント積分およびダンプの回路
222 ビット同期復調および信号対雑音比評価の回路
224 位相同期ループおよび周波数同期ループの回路
226 モジュロ回路
228 1ビット周期アキュムレータ
230 スタティックランダムアクセスメモリ
232 非コヒーレント積分およびダンプの回路
234 マルチプレクサ
236 遅延同期ループ回路
238 乗算器
240 乗算器
242 局部搬送波信号
402 グラフ
404 グラフ
406 グラフ
550 プロセッサ
552 記憶ユニット

Claims (21)

  1. 擬似距離の誤差を推定する方法であって、
    人工衛星から取得した中間周波数(IF)信号のデータによって、前記人工衛星に対応する複数の粗捕捉(C/A)コードを生成するステップと、
    前記複数のC/Aコードのそれぞれについて、前記IF信号のデータとの自己相関値を求めるステップと、
    第1のプロンプトC/Aコードの第1の時間シフトされた値および前記自己相関値の最大値に対応する第2のプロンプトC/Aコードの第2の時間シフトされた値を取得するステップと、
    前記第1の時間シフトされた値、前記第2の時間シフトされた値、および前記自己相関値に基づいて擬似距離の誤差を求めるステップとを含む、擬似距離の誤差を推定する方法。
  2. ループトラッキングモジュールを使用して前記第1のプロンプトC/Aコードを求めるステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
  3. 前記複数のC/Aコードのうちの隣接したC/Aコード間の期間が、少なくとも1つのクロック周期を含む請求項1に記載の方法。
  4. 前記複数のC/Aコードが、前記第1のプロンプトC/Aコードと、前記第1のプロンプトC/Aコードより先行する1組の早期C/Aコードと、前記第1のプロンプトC/Aコードより遅延する1組の遅延C/Aコードとを含む請求項1に記載の方法。
  5. 前記擬似距離の誤差を求めるステップが、
    前記複数のC/Aコードから、前記第2のプロンプトC/Aコードより先行する少なくとも1つの早期当てはめC/Aコード、および前記第2のプロンプトC/Aコードより遅延する少なくとも1つの遅延当てはめC/Aコードを選択するステップと、
    前記第2の時間シフトされた値、前記自己相関値の最大値、前記少なくとも1つの早期当てはめC/Aコードの時間シフトされた値、前記少なくとも1つの早期当てはめC/Aコードに対応する自己相関値、前記少なくとも1つの遅延当てはめC/Aコードの時間シフトされた値、および前記少なくとも1つの遅延当てはめC/Aコードに対応する自己相関値に基づいて、自己相関値と時間シフトされた値の関係を示す複数のパラメータを取得するステップと、
    前記パラメータによって求められる曲線状関数の最大値に対応する、計算された時間シフトされた値を取得するステップと、
    前記計算された時間シフトされた値と前記第1の時間シフトされた値の間の時間差に基づいて前記擬似距離の誤差を求めるステップとを含む請求項1に記載の方法。
  6. 前記少なくとも1つの早期当てはめC/Aコード、前記第2のプロンプトC/Aコード、および前記少なくとも1つの遅延当てはめC/Aコードのうちの隣接したC/Aコード間の期間が、少なくとも1つのクロック周期を含む請求項5に記載の方法。
  7. 前記曲線状関数が放物線関数を含む請求項5に記載の方法。
  8. 前記少なくとも1つの早期当てはめC/Aコード、前記第2のプロンプトC/Aコード、および前記少なくとも1つの遅延当てはめC/Aコードのうちの隣接したC/Aコードが、その間に同一の期間を有する請求項5に記載の方法。
  9. 前記時間差が、
    前記第2の時間シフトされた値と前記第1の時間シフトされた値の間の第1の時間差を計算するステップと、
    前記計算された時間シフトされた値と前記第2の時間シフトされた値の間の第2の時間差を計算するステップと、
    前記第1の時間差と前記第2の時間差を加算して、前記擬似距離の誤差を示す時間差を取得するステップとによって求められる請求項5に記載の方法。
  10. 自己相関値生成回路と、前記自己相関値生成回路に結合された誤差推定回路とを備える擬似距離の誤差推定システムであって、
    前記自己相関値生成回路は、
    人工衛星から取得した中間周波数(IF)信号のデータによって、前記人工衛星に対応する複数の粗捕捉(C/A)コードを生成し、
    前記複数のC/Aコードのそれぞれについて、前記IF信号のデータとの自己相関値を求めるように動作可能であり、
    前記誤差推定回路は、
    第1のプロンプトC/Aコードの第1の時間シフトされた値および前記自己相関値の最大値に対応する第2のプロンプトC/Aコードの第2の時間シフトされた値を取得し、
    前記第1の時間シフトされた値、前記第2の時間シフトされた値、および前記自己相関値に基づいて擬似距離の誤差を求めるように動作可能である、擬似距離の誤差推定システム。
  11. 前記自己相関値生成回路が、前記複数のC/Aコードに対して同一のIF信号のデータとの自己相関関数を計算して、前記自己相関値を生成する請求項10に記載の擬似距離の誤差推定システム。
  12. 前記第1のプロンプトC/Aコードを求めるように動作可能なループトラッキングモジュールをさらに備える請求項10に記載の擬似距離の誤差推定システム。
  13. 前記複数のC/Aコードのうちの隣接したC/Aコード間の期間が、少なくとも1つのクロック周期を含む請求項10に記載の擬似距離の誤差推定システム。
  14. 前記誤差推定回路が、
    前記複数のC/Aコードから、前記第2のプロンプトC/Aコードより先行する少なくとも1つの早期当てはめC/Aコード、および前記第2のプロンプトC/Aコードより遅延する少なくとも1つの遅延当てはめC/Aコードを選択し、
    前記第2の時間シフトされた値、前記自己相関値の最大値、前記少なくとも1つの早期当てはめC/Aコードの時間シフトされた値、前記少なくとも1つの早期当てはめC/Aコードに対応する自己相関値、少なくとも1つの遅延当てはめC/Aコードの時間シフトされた値、および前記少なくとも1つの遅延当てはめC/Aコードに対応する自己相関値に基づいて、自己相関値と時間シフトされた値との関係を示す複数のパラメータを取得し、
    前記パラメータによって求められる曲線状関数の最大値に対応する、計算された時間シフトされた値を取得し、
    前記計算された時間シフトされた値と前記第1の時間シフトされた値の間の時間差に基づいて前記擬似距離の誤差を求めるようにさらに動作可能である請求項10に記載の擬似距離の誤差推定システム。
  15. 少なくとも1つの早期当てはめC/Aコード、前記第2のプロンプトC/Aコード、および前記少なくとも1つの遅延当てはめC/Aコードのうちの隣接したC/Aコード間の期間が、少なくとも1つのクロック周期を含む請求項14に記載の擬似距離の誤差推定システム。
  16. 前記曲線状関数が放物線関数を含み、前記放物線関数を求めるのに用いられる、前記少なくとも1つの早期当てはめC/Aコード、前記第2のプロンプトC/Aコード、および前記少なくとも1つの遅延当てはめC/Aコードのうちの隣接したC/Aコードが、その間に同一の期間を有する請求項14に記載の擬似距離の誤差推定システム。
  17. 前記誤差推定回路が、
    前記第2の時間シフトされた値と前記第1の時間シフトされた値の間の第1の時間差を計算し、
    前記計算された時間シフトされた値と前記第2の時間シフトされた値の間の第2の時間差を計算し、
    前記第1の時間差と前記第2の時間差を加算して、前記擬似距離の誤差を示す時間差を取得するようにさらに動作可能である請求項14に記載の擬似距離の誤差推定システム。
  18. 誤差推定システムと、前記誤差推定システムに結合された擬似距離計算システムとを備える擬似距離測定デバイスであって、
    前記誤差推定システムは、
    人工衛星から取得した中間周波数(IF)信号のデータによって、前記人工衛星に対応する第1のプロンプトC/Aコードを含んでいる複数の粗捕捉(C/A)コードを生成し、
    前記複数のC/Aコードのそれぞれについて、前記IF信号のデータとの自己相関値を求め、
    前記自己相関値の最大値に対応する第2のプロンプトC/Aコードを取得し、
    前記第1のプロンプトC/Aコード、前記第2のプロンプトC/Aコード、および前記自己相関値に基づいて擬似距離の誤差を求めるように動作可能であり、
    前記擬似距離計算システムは、
    擬似距離の大まかな値を計算し、
    前記擬似距離の前記大まかな値から前記擬似距離の誤差を除去して、前記擬似距離の較正値を取得するように動作可能である、擬似距離測定デバイス。
  19. 前記誤差推定システムが、
    前記第2のプロンプトC/Aコードより先行する少なくとも1つの早期当てはめC/Aコード、および前記第2のプロンプトC/Aコードより遅延する少なくとも1つの遅延当てはめC/Aコードを選択し、
    前記第2のプロンプトC/Aコードの第2の時間シフトされた値、前記第2のプロンプトC/Aコードに対応する前記自己相関値の最大値、前記少なくとも1つの早期当てはめC/Aコードの時間シフトされた値、前記少なくとも1つの早期当てはめC/Aコードに対応する自己相関値、少なくとも1つの遅延当てはめC/Aコードの時間シフトされた値、および前記少なくとも1つの遅延当てはめC/Aコードに対応する自己相関値に基づいて、自己相関値と時間シフトされた値の間の関係を示す複数のパラメータを取得し、
    前記パラメータによって求められる曲線状関数の最大値に対応する計算された時間シフトされた値を取得し、
    前記計算された時間シフトされた値と前記第1のプロンプトC/Aコードの第1の時間シフトされた値の間の時間差に基づいて前記擬似距離の誤差を求めるようにさらに動作可能である請求項18に記載の擬似距離測定デバイス。
  20. 前記曲線状関数が放物線関数を含み、前記放物線関数を求めるのに用いられる、前記少なくとも1つの早期当てはめC/Aコード、前記第2のプロンプトC/Aコード、および前記少なくとも1つの遅延当てはめC/Aコードのうちの隣接したC/Aコードが、その間に同一の期間を有する請求項19に記載の擬似距離測定デバイス。
  21. 前記誤差推定システムが、
    前記第2の時間シフトされた値と前記第1の時間シフトされた値の間の第1の時間差を計算し、
    前記計算された時間シフトされた値と前記第2の時間シフトされた値の間の第2の時間差を計算し、
    前記第1の時間差と前記第2の時間差を加算して、前記擬似距離の誤差を示す時間差を取得するようにさらに動作可能である請求項19に記載の擬似距離測定デバイス。
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