JP2014531790A - 相関エンジン用のパケットに基づいた入出力インターフェイス - Google Patents

Abstract

ナビゲーションシステムは、受信信号を逆拡散させるように構成された相関エンジンを含む。相関エンジンは、レプリカ信号に照らして受信信号を評価して相関結果を生成するように構成された相関器と、宛先アドレス、発信元アドレス、及び相関結果を有するパケットを生成するように構成されたパケットエンコーダと、を含む。入出力インターフェイスは、パケットをナビゲーションシステムの別のコンポーネントに供給するように構成されている。

Description

本発明は、一般に、ナビゲーションシステムに関する。更に詳しくは、本発明は、ナビゲーションシステムの相関エンジン用のパケットに基づいた入出力インターフェイスに関する。

全地球航法衛星システム（GNSS:Global Navigation Satellite System）受信機において使用されている基本的なベースバンドデジタル信号処理コンポーネントは、相関器と呼ばれている。これは、アナログ−デジタルコンバータ（ADC:Analog-to-Digital Converter）によって生成される受信ＧＮＳＳ信号のデジタル化されたサンプルを、受信されている信号の搬送波及び拡散符号成分のローカルで生成されたレプリカ（locally generated replica）と相関させる。ローカルのレプリカが受信信号の搬送波及び符号成分と十分に一致している場合、大きな相関結果が生成される。信号は、一致したローカルのレプリカから導出される信号のパラメータに従って処理することが可能であり、これにより、そのパワーレベルが熱雑音のパワーレベルを十分に下回ることができる実際の受信信号パラメータの可観測性が得られる。基本的に、これらの受信信号パラメータは、逆拡散信号の大きさと、ローカルで生成された搬送波に関する搬送波の位相とである。

本発明の一態様によれば、ナビゲーションシステムが提供される。ナビゲーションシステムは、受信信号を逆拡散させるように構成された相関エンジンを含む。相関エンジンは、レプリカ信号に対して受信信号を評価してパケット化されたインターフェイスを介して相関結果を生成するように構成される相関器と、宛先アドレス、発信元アドレス、及びペイロードを有するパケットを生成するように構成されたパケットエンコーダと、を含む。入出力インターフェイスを使用することにより、相関エンジンを構成すると共に相関結果をナビゲーションシステムの別のコンポーネントに供給する。

本発明の別の態様によれば、ナビゲーションシステムが提供される。ナビゲーションシステムは、システム制御部と、複数の受信機プラットフォームとを含み、受信機プラットフォームは、受信信号を逆拡散させるように構成された複数の相関エンジンのうちの少なくとも１つを含む。システム制御部は、宛先アドレス、発信元アドレス、及び複数の受信機プラットフォーム用の構成データを有するパケットを生成するように構成されたパケットエンコーダと、パケットを複数の受信機プラットフォームに供給するように構成された入出力インターフェイスとを含む。各相関エンジンは、レプリカ信号に対して受信信号を評価して相関結果を生成するように構成された相関器と、パケット化されたデータを送受信するように構成された入出力インターフェイスとを含む。

一実装形態においては、システム制御部は、複数のシステム制御部のうちの第１システム制御部であり、且つ、複数のシステム制御部の各々は、複数の受信機プラットフォームのうちの少なくとも１つに対するアクセスを共有している。

本発明の更に別の態様によれば、パケット化されたインターフェイスを利用する方法が提供される。レプリカ信号を規定するパラメータは、システム制御部において第１パケット内でエンコードされる。第１パケットが、受信機プラットフォームに送信される。規定されたレプリカ信号が、受信機プラットフォームにおいて生成される。レプリカ信号が、受信信号と比較されて相関結果を供給する。相関結果が、第２パケット内でエンコードされる。第２パケットが、システム制御部に送信される。

本発明の特徴、目的、及び利点については、後述する詳細な説明を添付図面との関連において参照することにより、より明らかとなろう。

本発明の一態様によるナビゲーションシステムの一例を示す。 本発明の一態様によるＧＮＳＳの一実装形態を示す。 １つのシステム制御部から１つ又は複数の受信機プラットフォームに送信することができるパケットブロックを示すテーブルである。 受信機プラットフォームからシステム制御部に送信することができるパケットブロックを示すテーブルである。 本発明の一態様によるパケット化されたインターフェイスを利用するための方法を示す。

本発明は、一般に、ナビゲーションシステムに関し、且つ、信号の逆拡散に基づいた任意の適切なナビゲーションシステムにおいて実装することができる。例示を目的として、以上の説明は、具体的には、ＧＮＳＳ受信機の実装を取り上げているが、本発明は、一般に、任意のナビゲーションシステムに対して適用可能であることを理解されたい。ＧＮＳＳ受信機において使用されている基本的なベースバンドデジタル信号処理コンポーネントは、相関エンジン、即ち、相関器と呼ばれている。相関エンジンは、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）から供給される受信ＧＮＳＳ信号のデジタル化されたサンプルを、受信されている信号の搬送波及び拡散符号成分のローカルで生成されたレプリカと相関させる。ローカルのレプリカが、受信された信号の搬送波及び符号成分と十分に一致した場合には、大きな相関結果が生成される。信号は、一致したローカルのレプリカから導出される信号のパラメータに従って処理することが可能であり、これにより、そのパワーレベルが熱雑音のパワーレベルを十分に下回る実際の受信ＧＰＳ信号パラメータの可観測性が得られる。これらの受信信号パラメータは、逆拡散された信号の大きさと、ローカルで生成された搬送波に関するその搬送波の位相とを表している。

相関は、ＡＤＣのサンプルレートにおいて生成され、このサンプルレートは、受信機のフロントエンドの設計された帯域幅に比例している。通常、サンプルレートは、フロントエンドの設計に応じて、４メガヘルツ〜９０メガヘルツの範囲を取り得る。このサンプルレートは、通常、相関操作を実行するための専用のデジタルハードウェア以外のものを使用するためには、過大である。ＧＮＳＳ受信機の通常動作において、受信機は、変化する動作状態に対して動的に適応するように構成され、可能な最良の距離計測値を、即ち、可能な最小の計測誤差及び雑音を有する距離計測値を、生成するという目的を有する。このプロセスの一部として、検出前積分時間（pre-detection integration time）と呼ばれる相関の実行に必要とされる合計時間が、通常は整数ミリ秒の刻みにおいて、変更される。

一実装形態においては、ＧＰＳ受信機アルゴリズムは、ハードウェアとマイクロプロセッサ上において実行されるソフトウェアとの間でパーティション化（partitioned）されている。ハードウェアにおいて相関を最大で１ミリ秒にわたって実行し、且つ、結果をソフトウェア相関器に転送し、そこで、更なる積分を実行してもよい。ソフトウェアにより、１ミリ秒のエポック（epoch）において、デジタルハードウェア内に存在しているレプリカ搬送波及び符号生成器を制御することができる。この結果、双方向通信がハードウェア相関器とソフトウェアとの間において維持され、且つ、一実装形態においては、この通信は、最大で１キロヘルツのレートにおいて継続的に発生する。

本発明の一態様によれば、信号相関レベルにおいていくつかのアンテナ素子からのナビゲーション信号を合成することにより、大きな処理利得及び安定性が実現されている。例えば、複数のアンテナ素子からの信号を合成することにより、大きなアパーチャを有する仮想アンテナを形成することができる。例えば、緊密な隊形において飛行する複数の無人航空機（UAV:unmanned aerial vehicle）により、合成アンテナを形成することができる。本発明の一態様による受信機アーキテクチャにおいて、相関リソース及び残りの受信機処理は、固定されたプラットフォームに制約されてはいない。実際に、ホストプラットフォーム及びその相関リソースは、時間と共に変化してもよい。動的なローカル及びリモードホストによる動的なローカル及びリモート相関リソースに対するこのインターフェイス処理は、パケットに基づいたインターフェイスを使用することによって解決される。

図１は、本発明の一態様によるナビゲーションシステム１０の一例を示している。ナビゲーションシステム１０は、レプリカ信号を規定する少なくとも１つのパラメータの組を受信し、レプリカ信号に対する受信信号の類似性を表す相関結果を返すように構成された相関エンジン２０を含む。相関エンジン２０は、ハードウェア、汎用プロセッサ上において実行されるソフトウェア、又はソフトウェア及びハードウェア要素の組合せとして実装することができる。一実装形態においては、相関エンジン２０は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA:Field Programmable Gate Array）などのプログラム可能な論理装置として実装されている。

本発明の一態様によれば、相関エンジン２０は、パケット化されたデータをデータ接続上において送受信するように構成された入出力（I/O:input/output）インターフェイス２２を含む。データ接続は、有線又は無線ネットワーク接続を含むパケット化されたデータを送信するための任意の適切な接続を有することができることを理解されたい。このようなネットワークは、その他の相関エンジン、ナビゲーションシステムの制御システム、又は１つ又は複数の受信機コンポーネントなどのナビゲーションシステムの様々なコンポーネント（図示せず）を含むことができよう。一実装形態においては、ネットワークにより、ナビゲーションシステムの制御システムは、レプリカ信号を規定するパラメータの組などの制御パラメータを１つ又は複数の相関エンジンに供給することができる。

Ｉ／Ｏインターフェイス２２において受信されたパケットは、受信されたパケットから少なくとも１つの関連する相関器２６用のデータを抽出するように構成されたパケットエンコーダ／デコーダ２４に供給される。例えば、任意のパケットは、その発信元、宛先、及びパケットのペイロードの関連する長さに関する情報を収容するヘッディング（heading）を含むことができる。パケットのペイロードは、相関器における分析のためのレプリカ信号を規定するパラメータの組を含む１つ又は複数の相関器システム用の命令を含むことができる。相関器２６は、パケットエンコーダ／デコーダからパラメータの組を受信し、且つ、パラメータの組に基づいてレプリカ信号を生成する。

受信されたナビゲーション信号の搬送波及び拡散符号成分を表すデジタルサンプルの組は、パケットエンコーダ／デコーダ２４又は別のデータ接続を介して供給することが可能であり、且つ、相関器２６は、受信されたナビゲーション信号をローカルで生成されたレプリカによって評価することが可能であり、且つ、ローカルのレプリカに対する受信信号の類似性を表す相関結果を供給することができる。相関結果をパケットエンコーダ／デコーダ２４に供給することにより、相関結果を表すデータを収容する新しいパケットを生成することができる。このパケットは、Ｉ／Ｏインターフェイス２２からナビゲーションシステムの１つ又は複数のその他のコンポーネントに送信することができる。例えば、相関結果は、所定の期間にわたって結果を蓄積して更なる相関エネルギー（correlation energy）を供給するソフトウェアを含むシステム制御部に対して供給することができる。この結果、信号特性の更に正確な判定が実現される。

図２は、本発明の一態様によるＧＮＳＳシステム５０の一実装形態を示している。図示の実装形態においては、複数の受信機プラットフォーム５２〜５４は、対応するシステム制御部５６によって制御されている。例えば、受信機プラットフォーム５２〜５４は、個々の有人航空機又は無人航空機を表すことができる。この目的のために、各受信機プラットフォーム５２〜５４及びシステム制御部５６は、受信機プラットフォーム５２〜５４とシステム制御部５６との間の通信を円滑に実行するべく、パケットに基づいた通信システムを集合的に形成する関連するパケット入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイス６２〜６５を含むことができる。

パケットに基づいた通信システムは、単一のバーストを使用することにより、システム制御部５６との間において多数のワード（word）を転送するように構成されている。システム制御部５６は、図示の実装形態においては１ミリ秒ごとに発生する定期的な割込みの生成により、命令を受信機プラットフォーム５２〜５４に供給するように指示される。割込み間のインターバルをエポックと呼ぶ。命令を受信機プラットフォーム５２〜５４に単一の大きなパケットとして送信することにより、多数の相関結果を判読及び処理し、エポック間のインターバルにおいて新しいコマンドを適用するための十分な時間がシステム制御部５６に対して許容される。例えば、コマンドは、搬送波及び符号数値制御発振器（NCO:Numerically Controlled Oscillator）のレート及びレプリカ符号の位相状態を規定するパラメータと、符号生成器のモードと、同相成分又は直交位相成分を出力するための半二重相関器に対する命令と、符号生成器の間隔を規定するパラメータと、符号−位相状態を即座に前進させるか又は遅延させるための命令と、レジスタＩ／Ｏコマンド及びクエリと、空間−時間適応処理（STAP:Space-Time Adaptive Processing）の重み及び遅延を動的に変化させるための命令とを含むことができる。システム制御部５６は、受信機プラットフォーム５２〜５４とは別個であるものとして示されているが、一実装形態においては、システム制御部５６は、受信機プラットフォームのうちの１つの受信機プラットフォーム上に配置することができることを理解されたい。別の実装形態においては、各受信機プラットフォーム５２〜５４は、システム制御部を実装するための適切なハードウェア及びソフトウェアを有し、且つ、制御の責任（control responsibilities）は、パケット入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイス６２〜６５を介してプラットフォーム間において転送することができる。更に別の実装形態においては、受信機プラットフォーム５２〜５４及びその関連する相関器リソースは、複数のローカルユーザインターフェイス及びリモートユーザインターフェイスによって共有することができる。この目的のために、各受信機プラットフォーム及び任意のプラットフォーム上の各相関器リソースは、関連する識別子を有して、複数のローカルユーザインターフェイス又はリモートユーザインターフェイスのうちのいずれかからアドレス指定され（addressed）、これらの複数のインターフェイスのうちのいずれかのものによってパケット化されたインターフェイスを通じて動的に再構成されて望ましい機能を実行する。

各受信機プラットフォーム５２〜５４において、受信された衛星信号をマルチ素子ＧＰＳアンテナ６６〜６８によって受信して、関連する受信機７２〜７４において使用可能な信号に変換している。例えば、受信機７２〜７４は、受信信号をベースバンドにダウンコンバージョンするマルチチャネルＲＦフロントエンドを含むことができる。様々な受信機７２〜７４のフロントエンドは、異なるチャネルについて同一のクロックを使用し、従って、チャネル間におけるクロックバイアス及びドリフトを導入しない。次いで、ダウンコンバージョンされた信号をデジタル化し、且つ、複数の相関器バンク８１〜８３、８４〜８６、及び８７〜８９に供給している。

各相関器バンク８１〜８９は、タイプ１及びタイプ２と呼ばれる２つのタイプの相関器のうちの１つとして実装することが可能であり、且つ、仮想チャネルとしてアドレス指定することができる。これらのチャネルは、１ミリ秒の持続時間にわたってバックツーバックのＧＮＳＳ信号相関を実行する。タイプ１のバンク又はタイプ２のバンクの各々の内部のバッファは、１つ又は複数のパケットとしてフォーマットされた結果を保持する。これらのパケットを順番に収集し、且つ、ホストプロセッサに対する送信の準備が整ったファーストインファーストアウト（FIFO:First-In-First-Out）バッファ内に配置する。以前のエポックにおいて有効であった結果が外部に転送されている間に、チャネルは、パケットに基づいた通信インターフェイス６２〜６４を介して受信され、保持レジスタ内に収容されている現在のエポックに対する新しいコマンドを読み込み、且つ、現在のエポックについて処理を継続する。

タイプ１のチャネルは、３つの全複素相関器から構成された独立した相関チャネルである。図示の実装形態においては、タイプ１の仮想相関器チャネルは、入力データストリームセレクタと、レプリカ搬送波数値制御発振器（ＮＣＯ）と、レプリカ符号ＮＣＯと、レプリカ符号生成器と、プログラム可能な符号遅延部と、関連する結果保持レジスタを有する６つの乗算−蓄積ユニットとから構成されている。搬送波ＮＣＯの場合には、３２ビットのステアステップ関数（stair-step function）が、２ビットで表されたサイン及びコサインレプリカ内にマッピングされる（即ち、−１、０、及び１という値）。これらの値は、搬送波のワイプオフ操作を実行するべく蓄積プロセスにおいて使用される。チャネルは、サンプルごとのＮＣＯ位相増分のプログラミングと３２ビットの位相状態レジスタをサポートしている。後者は、ソフトウェアを介したチャネルのクローニング及びチャネルリソース管理機能をサポートするためのレプリカ搬送波の即座の初期化をサポートしている。

符号ＮＣＯは、オーバーフローが発生した際に符号生成器が１チップだけ増分するように、位相レジスタのオーバーフローを使用して符号生成器のチップ増分（chip increments）を検知していることを除いて、搬送波ＮＣＯと機能的に同一である。更には、ＮＣＯ位相状態のサブセットをプログラム可能なルックアップテーブル（LUT:LookUp Table）に送信することにより、バイナリオフセット搬送波（BOC:Binary Offset Carrier）変調方式用の方形波サブ搬送波を実装している。

符号生成器は、最終的なレプリカの疑似雑音（PRN:Pseudo Random Noise）符号シーケンスを形成するべく１つにＸＯＲ処理されるいくつかのプログラム可能なリニア−フィードバックシフトレジスタ（LFSR:Linear-Feedback Shift Register）から構成されている。各ＬＦＳＲのステージからデータが取得され、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）に入力されている。ＬＵＴは、任意の拡散符号について拡散シーケンスの多項式を形成するように、実行時においてプログラム可能である。使用されていないＬＦＳＲは、すべてゼロをレジスタにプログラムすることにより、ディスエーブルすることが可能であり、この結果、特異状態がもたらされる。ＬＦＳＲは、その初期化レジスタに書き込むことにより、パケット入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイス６２〜６４を介してプログラムされる。この値は、次のエポックの第１サンプルの開始時点においてＬＦＳＲに適用される。これにより、ソフトウェアは、任意のサポートされているＧＮＳＳ符号タイプ、その符号タイプのＰＲＮ数、及び符号の開始全体チップ位相をプログラムすることができる。

所与のＬＦＳＲレジスタのプログラムのために割り当てられた３２ビットのワードの最上位の２ビットは、ＬＦＳＲレジスタの様々なモードを制御する。これにより、ソフトウェアは、最少量のホストメモリ及び処理を使用することにより、極めて長いシーケンスについて任意の状態に符号生成器をプログラムすることができる。設定モードにおいては、受信パケット内に収容されている状態がＬＦＳＲに読み込まれる。ターボモードにおいては、ＬＦＳＲレジスタは、受信パケット内に提供されている特定数のサイクルにおいてコアクロックサイクル（約３００ＭＨｚ）ごとに増分し、これにより、既知のＬＦＳＲから特定のＬＦＳＲ状態への迅速な遷移を許容するが、この特定のＬＦＳＲ状態は、その初期化状態がホストメモリ内に保存するには大き過ぎる非常に長いシーケンスについて特定の符号位相状態にジャンプするために使用される。保持モードにおいては、ＬＦＳＲ状態は、その他のＬＦＳＲ状態との関係においてスキューすることができるように、停止される。実行モードにおいては、ＬＦＳＲレジスタは、各ＮＣＯのオーバーフローの発生ごとに、一回ずつ、進行する。ＸＯＲゲートの出力は、ＢＯＣ符号に必要な方形波サブ搬送波を適用するために使用される１ビット乗算器に対して送信される。搬送波ＮＣＯに類似したルックアップテーブルを使用することにより、複数のプログラム可能なレートの方形波及びその他のマルチレベルの周期的なサブ搬送波が符号ＮＣＯ位相レジスタから導出される。

符号生成器の出力は、２つのプログラム可能な遅延ステージに送信される。符号の直接出力と２つの遅延された出力は、協働し、符号追跡用の符号位相弁別子（code phase discriminator）のための対応する相関を形成することになる符号の「Ｅａｒｌｙ」、「Ｐｒｏｍｐｔ」、及び「Ｌａｔｅ」バージョンを形成する。プログラム可能な遅延部により、ソフトウェアは、それぞれのチャネルごとに独立的にＥａｒｌｙ−ｍｉｎｕｓ−Ｌａｔｅ相関の間隔を制御することができる。更には、遅延部は、エポックごとにプログラムすることが可能であり、その結果、ホストソフトウェアアルゴリズムは、実行時においてプロンプト相関器を「盗み見る（peek around）」ことができる。この機能は、「bump jumping」ＢＯＣ符号、信号の変形監視、マルチパス推定、及びスプーファ検出などの多数の革新的な用途について使用することができる。

タイプ２のチャネルは、半複素相関器の大きなバンクから構成された独立した相関チャネルである。タイプ２の仮想相関器チャネルは、入力データストリームセレクタと、レプリカ搬送波ＮＣＯと、レプリカ符号ＮＣＯと、レプリカ符号生成器と、一連のプログラム可能な遅延部と、関連する結果保持保存要素を有する乗算−蓄積ユニットの大きなバンクとから構成される。乗算器−蓄積ユニットの大きなバンク、対応するプログラム可能な遅延要素、及び搬送波レプリカの同相又は直交位相を選択するマルチプレクサを除いて、タイプ２の相関器のその他の機能は、タイプ１の相関器と実質的に同一である。

搬送波ＮＣＯの実装は、タイプ１の相関器のものと同一である。但し、同相又は直交位相搬送波レプリカ成分は、一次元の相関器バンクに切り替えることができる。この結果、タイプ２の相関器のハードウェアリソースが低減され、これにより、タイプ２の多数の仮想相関器チャネルの実装が可能となる。この結果得られる実装形態を「半複素」相関器と呼ぶ。半複素相関器は、エポックごとにローカル搬送波レプリカの同相成分又は直交位相成分と相関するように実行時に切り替えることができる。この結果、タイプ２チャネルは、ときどき直交位相成分を「盗み見る」ことによって残留位相誤差の推定値を得ることにより、位相アライメントされた追跡を実行することができる。或いは、この代わりに、２つのタイプの２チャネルを組み合わせることにより、全複素大規模バンク相関器を実装することもできる。

タイプ２のチャネルにおいては、符号生成器の出力は、プログラム可能な遅延ステージのバンクに送信される。従って、大規模バンク相関器の１０２４ポイントの間のチップ間隔は、ソフトウェア制御を介した相関空間のズームアウトビュー及びズームインビューが可能となるように、実行時において構成することができる。更には、符号生成器の全体チップ位相を前進させることによってズームインビューを時間に伴って又は仮想チャネルに跨って拡張することにより、信号品質監視及びスプーファ検出などの相関空間状況認識アプリケーションの極めて高分解能の相関空間能力をサポートすることもできる。レプリカ符号及び搬送波、遅延、半複素及び全複素動作モードの間における選択を決定するパラメータのうちのいずれかをパケットＩ／Ｏインターフェイス６２〜６５によって形成されたパケット化されたインターフェイスを介して変更することにより、相関器ハードウェアを相応して再構成することができることを理解されたい。

システム制御部５６は、バースト転送を介して結果を取得し、且つ、仮想チャネル内においてレプリカ信号を生成する数値制御発振器（ＮＣＯ）及び符号生成器をプログラムするために使用される新しいコマンドをアップロードする。受信するパケットは、現在のエポックの前半のいずれかの時点において受信されるものと予想される。新しいデータが入力ＦＩＦＯ内において利用可能となった際に、受信機プラットフォーム５２〜５４と関連するパケットデコーダが、システム制御部からの新しいコマンドを解析し、新しいコマンドを適切なチャネルにルーティングし、そこで、それらのコマンドは、次のエポックにおいて適用される時点まで保持される。従って、所与のコマンドの組と関連する相関結果は、コマンドが発行されてから２エポックの後に、システム制御部５６において受信される。

本発明の一態様によれば、システム制御部５６は、複数の受信機プラットフォーム５２〜５４からの相関結果を利用して信号位置検出の効率及び精度を増大させることができる。個々のアンテナ素子の出力は、事実上、放射源の空間的取消（spatial cancellation of emitters）を可能にするべく、デジタルビームフォーミングのために合成される。ビームフォーミングのアルゴリズムは、最小分散（MV:Minimum Variance）、最小分散無歪応答（MVDR:Minimum Variance Distortion-less Response）、及びバイアス制約を伴う適合型フィルタリングなどの空間アレイ重みの演算のための様々な最適化基準を利用することができる。デジタルビームフォーミングの重み付けの演算のためのアルゴリズムは、いずれも、放射信号環境の特徴判定を必要としている。従来においては、放射源（emitter）は、相関前のステップにおいて演算されるマルチ要素信号共分散行列によって特徴判定されている。

異なるアレイ要素の間における信号共分散は、時間フィルタの出力におけるダウンサンプリングされたＧＰＳ信号に基づいて演算される。放射源が存在しない場合には、この行列は、対角形を有する。放射源の存在により、非ゼロ非対角形の項が導入される。信号共分散の推定値は、重み付け演算手順に直接的に導入される。相関前の放射源の特徴判定に加えて、再構成可能な受信機アーキテクチャを使用することにより、放射信号の特徴を判定するその他の方法を利用することも可能になる。具体的には、相関前の特徴判定は、例えば、スプーフィング及びミーコニング信号などのノイズフロアを下回る恐れ（threat）の識別を許容しない。

恐れは、相関後の方式を使用することにより、効率的に識別することが可能であり、この場合には、１ミリ秒の相関出力を使用することにより、アレイビームを複数の方向において操向（steer）する。衛星のもの以外の角度方向におけるローカルエネルギーの最大値によって放射信号が識別される。次いで、信号追跡の品質に対するこれらの追加的に観察される干渉源の影響を抑圧するために制約をゼロ化することにより、デジタルビームフォーミングのアルゴリズムを増強することができる。安定した信号追跡のために、フェーズドアレイの出力を拡張された期間（２０ｍｓ以上）にわたってコヒーレントに蓄積する。このシステムアーキテクチャは、空間的に多様な受信機プラットフォーム５２〜５４からの出力が本発明の一態様によるパケットに基づいた通信システムによってリンクされた状態において、１秒などの非常に長いコヒーレント蓄積インターバルにわたって慣性ナビゲーションによる深い積分（deep integration）をサポートしている。深い積分は、（例えば、広帯域ノイズによって減衰された信号などの）そのパワーが３０デシベルだけオープンスカイ信号状態を下回る弱いＧＰＳ信号の符号及び搬送波位相追跡を可能にするべく、実装される。

図示のシステムにおいては、信号蓄積結果は、従来の追跡ループを伴うことなしに、信号パラメータを直接的に推定するために適用されている。オープンループ追跡により、ＧＰＳ相関空間から信号パラメータが直接的に推定されており、これは、符号位相に対する複素相関出力と、１ミリ秒の相関エンジンによって実装された符号及び搬送波サーチ空間からのドップラーシフトと、として表される。オープンループ追跡の使用は、劣化した信号環境における安定した性能のために特に有益であり、その理由は、一般的には１又は２秒である追跡ループプルイン時間（tracking loop pull-in time）を必要とすることなしに時間損失の後の信号追跡状態の即座の回復が実現されるからである。最後に、制御システムは、符号及び搬送波位相などのオープンループ信号推定結果を位置、速度、及びタイミングの解決策を演算するために適用することができる。

図３は、システム制御部から１つ又は複数の受信機プラットフォームに送信されるパケットブロックの一例を示すテーブル１００である。パケットブロック１００は、ホストシーケンスパケット（HSP:Host Sequence Packet）１０２と、タイプ１の複数の相関器バンクに対するタイプ１のチャネルコマンドパケット１０４と、タイプ２の複数の相関器バンクに対するタイプ２のチャネルコマンドパケット１０６と、任意選択により、受信機プラットフォームにおいてレジスタを構成すると共にそれらに問い合せるためのジャンボデータパケット１０８及び複数のレジスタＩ／Ｏパケット１１０とを含む。パケットブロック内のそれぞれのパケットは、データペイロードと、ヘッダとを有することが可能であり、ヘッダは、パケットのプリアンブルとして使用されるバージョン番号、ヘッダ長、合計パケット長、発信元アドレス、及び宛先アドレスを含む。

ホストシーケンスパケット（ＨＳＰ）は、システム制御部と受信機プラットフォームの間の通信の完全な監視のために使用される。動作の際に、設定フラグがアサートされた際に、受信機の内部シーケンスカウンタは、ホストシーケンスパケットによって供給されたホストシーケンス番号に設定され、且つ、送出クライアントシーケンスパケットのエラーフィールド内に出現しているであろう任意のエラーフラグがクリアされる。後のエポックにおいて、ホストは、１の増分を有するシーケンスパケットを送信しなければならない。増分が次のエポックにおいて受信されない場合には、相関器は、クライアントシーケンスパケットのエラーフラグをアサートしてシーケンスの不整合について通知する。２４ビットのシーケンス番号は、最大値に到達した際に、ゼロにロールバックすることになる。

更新がデコードされて内部相関器に適用された際に、ホストシーケンス番号は、相関器内の時間レジスタにコピーされる。この値は、その後、相関器出力が収集されて相関器によってパケット化される際に同一のエポックにおいて送出クライアントシーケンスパケットにコピーされる。従って、ホストは、相関結果をそれらの処理のために使用されたＮＣＯ更新と関連付けるために、シーケンス番号を使用することもできる。

コマンドパケット１０４及び１０６は、それぞれの個々の相関器システムの動作を決定するパラメータを収容している。それぞれのコマンドパケットのペイロードは、レプリカ符号の搬送波及び符号ＮＣＯレート及び位相状態を規定するパラメータと、符号生成器モードと、同相成分又は直交位相成分を出力するための半二重相関器に対する命令と、符号生成器の間隔を規定するパラメータと、符号−位相状態を即座に前進又は遅延させるための命令と、レジスタＩ／Ｏコマンド及びクエリと、空間−時間適合処理（ＳＴＡＰ）の重み及び遅延を動的に変更するための命令とを含むことができる。最初の３つのパケットタイプ１０２、１０４、及び１０６は、これらのパケットを取り扱うためにホストソフトウェアメモリ領域を割り当て一度だけロックすることができるように、初期チャネルセットアップの後に、固定長を有する。ジャンボパケット１０８は、固定長であってもよく、或いは、そうでなくてもよい。レジスタＩ／Ｏパケット１１０のタイプ及び数は、ホストソフトウェアが相関器を制御し、相関器に対して問い合せる方式に応じて、全般的に変化することになる。従って、これらのパケットタイプは、ソフトウェア内におけるパケットのエンコーディングが最小値に維持されるように、最後に規定される。即ち、固定長パケットが規定されたら、ソフトウェアは、ペイロードを変更することにより、全体的なパケット構造を完全な状態に残すだけでよい。

図４は、受信機プラットフォームからシステム制御部に送信されるパケットブロックの一例を示すテーブル１５０である。パケットブロック１５０は、クライアントシーケンスパケット（CSP:client sequence packet）１５２と、タイプ１の複数の相関器バンクに対するタイプ１のチャネル出力１５４と、タイプ２の複数の相関器バンクに対するタイプ２のチャネル出力１５６と、任意選択により、以前のエポックにおいて発行されたクエリに対する回答を表すレジスタＩ／Ｏパケット１５８とを含む。クライアントシーケンスパケット１５２は、ホストシーケンスパケットとの組合せにおいて、上述のように、通信の完全な維持を支援する。チャネル出力１５４及び１５６は、様々な相関器バンクからの相関結果を表している。

以上における上述の構造的且つ機能的特徴に鑑み、例示用の方法については、図５を参照することにより、更に十分に理解することができよう。説明を簡潔にするために、図５の方法は、逐次的に稼働するものとして図示及び説明されているが、その他の例においては、いくつかの動作は、本明細書に図示及び記述されているものとは異なる順序において実行することも可能であり、或いは、同時に実行することも可能であることから、本発明は、図示の順番に限定されるものではないことを理解及び認識されたい。

図５は、本発明の一態様によるパケット化されたインターフェイスを利用する方法２００を示している。２０２において、レプリカ信号を規定するパラメータをシステム制御部において第１パケット内においてエンコードしている。一実装形態においては、エンコードされたパラメータは、ホストシーケンス値を含むことができる。２０４において、第１パケットを受信機プラットフォームに送信している。一実装形態においては、第１パケットは、新しい構成パラメータを受信機プラットフォームに供給するべく、１ミリ秒ごとに送信されている。２０６において、規定されたレプリカ信号を受信機プラットフォームにおいて生成し、且つ、２０８において、受信信号と比較して相関結果を供給している。２１０において、相関結果を第２パケット内においてエンコードしており、且つ、２１２において、第２パケットをシステム制御部に送信している。

一実装形態においては、所定の期間にわたって複数の受信機プラットフォームから送信された個々の第２パケットからの相関結果を合成することにより、受信信号の少なくとも１つの特徴を判定することができる。ホストシーケンス値が存在する実装形態においては、システム制御部は、ホストシーケンス値を使用して第１パケット内のレプリカ信号を第２パケット内の相関結果に対してマッチングしている。別の実装形態においては、相関結果を複数の受信機プラットフォームに跨って組み合わせることにより、受信信号の特徴を判定している。例えば、受信機プラットフォームが移動可能である場合には、複数の受信機プラットフォームからの相関結果を組み合わせて大きなアパーチャの合成アンテナを形成するように、それらの受信機プラットフォームを緊密な隊形において維持することができる。

以上、本発明について例示によって開示した。従って、本開示の全体を通じて利用されている用語は、限定を目的としたものではなく、例示を目的としたものとして解釈することを要する。当業者には本発明の小規模な変更が想起されるであろうが、本発明が寄与する当技術分野の進歩の範囲に合理的に含まれるすべての実施形態が、本発明に付与される特許の範囲に含まれるものと解釈され、且つ、この範囲は、添付の請求項及びその均等物に鑑みた場合を除いて、限定されないことを理解されたい。

Claims (20)

1. ナビゲーションシステムであって、
   受信信号を逆拡散させるように構成された相関エンジンを有し、
   前記相関エンジンは、
   レプリカ信号に対して前記受信信号を評価して相関結果を生成するように構成された相関器と、
   宛先アドレス、発信元アドレス、及び前記相関結果を有するパケットを生成するように構成されたパケットエンコーダと、
   前記パケットを前記ナビゲーションシステムの別のコンポーネントに供給するように構成された入出力インターフェイスと、
   を備える、ナビゲーションシステム。
2. 前記別のコンポーネントは、所定の期間にわたって前記相関エンジンからの相関結果を組み合わせて前記受信信号の少なくとも１つの特徴を判定するように構成されたシステム制御部を含む、請求項１に記載のナビゲーションシステム。
3. 前記相関エンジンは、複数の相関エンジンのうちの第１相関エンジンであり、
   前記システム制御部は、前記複数の相関エンジンからの相関結果を組み合わせて前記受信信号の前記少なくとも１つの特徴を判定するように更に構成されている、請求項２に記載のナビゲーションシステム。
4. 前記システム制御部は、前記複数の相関エンジンのうちの第２相関エンジンと関連する受信機プラットフォーム上に配置されている、請求項３に記載のナビゲーションシステム。
5. 前記複数の相関エンジンの各々は、関連する無人航空機上の受信機プラットフォームの一部である、請求項３に記載のナビゲーションシステム。
6. 前記入出力インターフェイスは、前記ナビゲーションシステム内の前記別のコンポーネントから構成パケットを受信するように構成され、
   前記相関エンジンは、前記構成パケットに応答して前記相関エンジンと関連する少なくとも１つのパラメータを変更する、請求項１に記載のナビゲーションシステム。
7. 前記少なくとも１つのパラメータは、前記相関エンジンが半二重モードにおいて動作しているのか又は全二重モードにおいて動作しているのかを規定するパラメータを含む、請求項６に記載のナビゲーションシステム。
8. 前記少なくとも１つのパラメータは、半二重モードにおいて動作している際に前記相関エンジンが同相成分を供給するのか又は直交位相成分を供給するのかを規定するパラメータを含む、請求項６に記載のナビゲーションシステム。
9. 前記少なくとも１つのパラメータは、搬送波数値制御発振器及び符号数値制御発振器のうちの１つのレートを規定するパラメータを含む、請求項６に記載のナビゲーションシステム。
10. ナビゲーションシステムであって、
    複数の受信機プラットフォームであって、前記複数の受信機プラットフォームの各々は、複数の相関エンジンのうちのうちの少なくとも１つを含み、各相関エンジンは、受信信号を逆拡散させるように構成され、各相関エンジンは、
    レプリカ信号に対して前記受信信号を評価して相関結果を生成するように構成された相関器と、
    パケット化されたデータを送受信するように構成された入出力インターフェイスとを含む、前記複数の受信機プラットフォームと、
    システム制御部であって、
    宛先アドレス、発信元アドレス、及び前記複数の受信機プラットフォームに対する構成データを有するパケットを生成するように構成されたパケットエンコーダと、
    前記パケットを前記複数の受信機プラットフォームに供給するように構成された入出力インターフェイスとを含むシステム制御部とを備える、ナビゲーションシステム。
11. 前記複数の受信機プラットフォームの各々は、宛先アドレス、発信元アドレス、及び前記相関結果を有するパケットを生成するように構成されたパケットエンコーダを更に含み、
    前記システム制御部は、前記複数の相関エンジンからの相関結果を組み合わせて前記受信信号の少なくとも１つの特徴を判定するように更に構成されている、請求項１０に記載のナビゲーションシステム。
12. 前記構成データは、空間−時間適応処理の重み付けを変更するための命令を含む、請求項１０に記載のナビゲーションシステム。
13. 前記システム制御部は、前記複数の受信機プラットフォームのうちの第１受信機プラットフォーム上に配置されている、請求項１０に記載のナビゲーションシステム。
14. 前記構成データは、前記システム制御部が第１受信機プラットフォームから第２受信機プラットフォームに転送されるように、前記システム制御部をホスティングするための前記複数の受信機プラットフォームのうちの第２受信機プラットフォームに対する命令を含む、請求項１３に記載のナビゲーションシステム。
15. 前記システム制御部は、複数のシステム制御部のうちの第１システム制御部であり、
    前記複数のシステム制御部の各々は、前記複数の受信機プラットフォームのうちの少なくとも１つに対するアクセスを共有する、請求項１０に記載のナビゲーションシステム。
16. パケット化されたインターフェイスを利用する方法であって、
    システム制御部において第１パケット内においてレプリカ信号を規定するパラメータをエンコードすること、
    前記第１パケットを受信機プラットフォームに送信すること、
    前記受信機プラットフォームにおいて規定された前記レプリカ信号を生成すること、
    前記レプリカ信号を受信信号と比較して相関結果を供給すること、
    第２パケット内において前記相関結果をエンコードすること、
    前記第２パケットを前記システム制御部に送信することを備える、方法。
17. 前記第１パケットを受信機プラットフォームに送信することは、個々の第１パケットを複数の受信機プラットフォームに送信することを含み、
    前記方法は、前記複数の受信機プラットフォームから送信された個々の第２パケットからの相関結果を組み合わせて前記受信信号の少なくとも１つの特徴を判定することを更に備える、請求項１６に記載の方法。
18. 前記複数の受信機プラットフォームは、移動可能な受信機プラットフォームであり、
    前記方法は、前記複数の受信機プラットフォームからの前記相関結果を組み合わせて大きなアパーチャの合成アンテナを形成するように、前記複数の受信機プラットフォームを緊密な隊形において維持することを更に備える、請求項１７に記載の方法。
19. 前記第１パケットを受信機プラットフォームに送信することは、前記第１パケットを受信機プラットフォームにそれぞれの１ミリ秒ごとに一度ずつ送信し、その１ミリ秒について前記受信機プラットフォームと関連する相関エンジンに対する相関パラメータを供給することを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記システム制御部において第１パケット内においてレプリカ信号を規定するパラメータをエンコードすることは、前記第１パケットと共にホストシーケンス値を供給することを含み、
    前記システム制御部は、前記ホストシーケンス値を使用することにより、前記第１パケット内の前記レプリカ信号を前記第２パケット内の前記相関結果とマッチングさせる、請求項１８に記載の方法。