JP2016148609A - 受信装置及び受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の衛星測位システムの衛星信号を受信する受信装置において、装置の小型化を図るとともに、消費電力の削減を図ること。
【解決手段】ＧＮＳＳ受信機１０は、受信アンテナ１００による受信信号に対する所定の信号処理を行う共通回路部２００と、利用可能な衛星測位システム別の信号処理回路部３００−１〜３００−Ｎと、を備える。また、信号処理回路部３００は、動作の実行／停止を指示する個別制御信号によって、衛星測位システム毎に間欠動作制御され、共通回路部２００は、個別制御信号から定まる共通制御信号によって、動作の実行／停止が制御される。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の衛星測位システムに係る衛星信号を受信する受信装置等に関する。

現在、ＧＰＳ（Global Positioning System）やＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite Syste）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）、ＢｅｉＤｏｕ（北斗衛星導航系統）、Ｇａｌｉｌｅｏ（ガリレオ）といった様々な種類の衛星測位システムが知られている。近年では、複数の衛星測位システムの衛星信号を受信して測位可能な受信装置である、いわゆるマルチＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems）対応受信機（以下単に「マルチ受信機」という）の開発が進められている。

衛星測位システムは、それぞれ独自の仕様で運用されており、搬送波周波数や測位用のコード等が異なる。このため、マルチ受信機では、衛星測位システムそれぞれに対応する受信回路を搭載して構成されるのが通常である。また、受信装置の小型化を図るため、受信回路の一部（具体的には、局部発振信号との合成によるＩＦ信号への変換まで）を共通とした構成も知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１２８７９１号公報

衛星測位システムは、地球上の全域や、一部の国や地域といったように、衛星測位システム毎にカバーエリアが異なる。このため、マルチ受信機では、例えば現在位置のエリア等に応じた衛星測位システムのみを使用して測位を行う。上述の特許文献１の受信装置では、測位に使用していない衛星測位システムに係る信号処理系統への電力の供給をオフとすることで、消費電力の削減を図っている。

また、衛星測位システムの衛星信号の受信機では、受信回路の動作のオン／オフを所定周期で繰り返す間欠動作が知られている。したがって、受信回路の一部を共通化したマルチ受信機において、衛星測位システムそれぞれに応じた間欠動作を行わせる場合には、共通化した回路部分への電源供給を工夫することで、更なる消費電力の削減を実現できる可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の衛星測位システムの衛星信号を受信する受信装置において、装置の小型化を図るとともに、消費電力の削減を図ることである。

上記課題を解決するための第１の形態は、受信信号に対する所定の信号処理を行う共通回路部と、前記共通回路部の出力信号に基づいて、衛星測位システム別の信号処理を行う複数の個別信号処理回路部と、全ての前記個別信号処理回路部が動作していない場合に、前記共通回路部の動作を停止させる停止制御部と、を備える受信装置である。

また、他の形態として、受信信号に対する所定の信号処理を行う共通回路部と、前記共通回路部の出力信号に基づいて、衛星測位システム別の信号処理を行う複数の個別信号処理回路部と、を備える受信装置が行う受信方法であって、全ての前記個別信号処理回路部が動作していない場合に、前記共通回路部の動作を停止させること、を含む受信方法を構成しても良い。

この第１の形態等によれば、全ての個別信号処理回路部が動作していない場合に、共通回路の動作が停止される。これにより、消費電力の低減を図ることができる。また、受信信号に対して信号処理する共通回路部を設け、その後段に測位衛星システム別の信号処理を行う個別信号処理回路部を設けることで、受信装置の小型化を図ることができる。

第２の形態として、第１の形態の受信装置であって、前記個別信号処理回路部を間欠動作させる間欠制御部、を更に備える受信装置を構成しても良い。

この第２の形態によれば、個別信号処理回路部が間欠動作される。これにより、消費電力の低減を図ることができる。

第３の形態として、第２の形態の受信装置であって、前記間欠制御部が、前記衛星測位システム別の相対的な受信信号強度に応じて、前記個別信号処理回路部それぞれの動作比率を変更する、受信装置を構成しても良い。

この第３の形態によれば、衛星測位システム別の相対的な受信号強度に応じて、個別信号処理回路部の動作比率が変更される。これにより、例えば、相対的な信号強度が最も強い衛星測位システムに対応する個別信号処理回路分の動作比率を最も小さくすることで、測位精度の劣化を抑制しつつ、消費電力の削減を図ることが可能となる。

第４の形態として、第２又は第３の形態の受信装置であって、前記停止制御部は、前記間欠制御部による間欠動作制御に応じて、前記共通回路部の動作を停止させる、受信装置を構成しても良い。

この第４の形態によれば、個別信号処理部に対する間欠動作制御に応じて、共通回路部の動作が停止される。例えば、全ての個別信号処理部に対して動作をオフと指示している場合に、全ての個別信号制御部が動作を停止していると判定して、共通回路部の動作を停止させることができる。

携帯型電子機器の内部構成図。 ＧＮＳＳ受信機の内部構成図。 制御信号処理部の説明図。 ベースバンド処理回路部の機能構成図。 間欠動作の説明図。 間欠動作を行った場合のＧＮＳＳ受信機の動作の説明図。

［構成］
図１は、本実施形態における携帯型電子機器１の内部構成図である。図１に示すように、携帯型電子機器１は、ＧＮＳＳ受信機１０と、メイン処理部２０と、操作部３０と、表示部３１と、音声出力部３２と、時計部３３と、通信部３４と、メイン記憶部３５と、電源部４０と、を備えて構成される。

ＧＮＳＳ受信機１０は、ＧＰＳやＱＺＳＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ等の複数の衛星測位システムによる測位が可能な、いわゆるマルチＧＮＳＳ受信機であり、受信した衛星信号に重畳されて搬送されている情報に基づいて、ＧＮＳＳ受信機１０の位置や時計誤差を算出する。

メイン処理部２０は、ＣＰＵ等のプロセッサーで構成される演算処理装置であり、メイン記憶部３５に記憶されたシステムプログラム等の各種プログラムに従って携帯型電子機器１の各部を統括的に制御する。また、ＧＮＳＳ受信機１０の測位結果に基づいて、各種の処理を実行する。例えば、表示部３１に現在位置を表示したり、時計部３３が算出する時刻を補正したり、現在位置に対応するタイムゾーンを判定して標準時からの時差を算出し、時計部３３が算出する時刻を現地に対応する時刻に補正したりすることができる。

操作部３０は、タッチパネルやボタンスイッチで構成される入力装置であり、ユーザーの操作に応じた操作信号をメイン処理部２０に出力する。表示部３１は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等で構成される表示装置であり、メイン処理部２０からの表示信号に基づく各種表示を行う。音声出力部３２は、スピーカー等で構成される音声出力装置であり、メイン処理部２０からの音信号に基づく各種音声出力を行う。

時計部３３は、内部時計であり、水晶発振器等を有する発振回路によって構成され、現在時刻や、指定されたタイミングからの経過時間を計測する。通信部３４は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信装置であり、外部装置との通信を行う。電源部４０は、二次電池等で構成される電源装置であり、携帯型電子機器１への各部への電源供給を行う。

メイン記憶部３５は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成される記憶装置であり、メイン処理部２０が携帯型電子機器１の各種機能を実現するためのプログラムやデータを記憶するとともに、メイン処理部２０の作業領域として用いられ、メイン処理部２０の演算結果や、操作部３０からの操作データ等を一時的に格納する。

図２は、ＧＮＳＳ受信機１０の内部構成図である。図２に示すように、ＧＮＳＳ受信機１０は、受信アンテナ１００と、共通回路部２００と、信号処理回路部３００と、制御信号処理部４００と、ベースバンド処理回路部５００と、を備えて構成される。なお、受信アンテナ１００以外の構成、すなわち共通回路部２００と、信号処理回路部３００と、制御信号処理部４００と、ベースバンド処理回路部５００とをＧＮＳＳ受信機とみなしてもよい。

受信アンテナ１００は、ＧＮＳＳ受信機１０が利用可能な複数の衛星測位システムそれぞれの衛星信号の搬送波周波数の信号を受信可能に構成されている。

共通回路部２００は、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）２０２と、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）２０４とを有する。

ＬＮＡ２０２は、低雑音アンプであり、受信アンテナ１００による受信信号を増幅する。ＶＣＯ２０４は、電圧制御発振器であり、入力される制御電圧に応じた周波数の発振信号を生成する。

信号処理回路部３００は、ＧＮＳＳ受信機１０が利用可能な複数の衛星測位システムそれぞれに対応するＮ個（Ｎは自然数。図２では、Ｎ＝２）の信号処理回路部３００−１〜３００−Ｎでなる。図２では、Ｎ＝２として、２つの信号処理回路部３００−１，２を図示しているが、３以上の信号処理回路部３００に対応できることは勿論である。それぞれの信号処理回路部３００は、機能的には共通の回路構成を有しており、ＰＬＬ３０２と、ミキサ３０４ａ，３０４ｂと、複素フィルター３０６と、ＶＧＡ３０８と、ＡＤＣ３１０と、を有し、共通回路部２００の出力信号に基づいて、衛星測位システム別の信号処理を行う個別信号処理回路部である。

ＰＬＬ３０２は、分周器や位相比較器、ループフィルター、移相器等を含み、ＶＣＯ２０４を用いて、互いに位相が９０度異なる二つの局部発振信号Ｌｏ１，Ｌｏ２を生成する。具体的には、位相比較器が、ＶＣＯ２０４によって生成された発振信号を分周器が分周した信号と、基準発振器３２０によって生成された基準信号ＲＥＦとの位相差を算出し、ＶＣＯ２０４が、ループフィルターを介した位相差信号の直流成分に応じた周波数の発振信号を生成する、といった動作を繰り返すことで、位相を安定させた局部発振信号Ｌｏを生成するとともに、移相器が局部発振信号Ｌｏを９０度移相することで、互いに位相が９０度異なる二つの局部発振信号Ｌｏ１，Ｌｏ２を生成する。基準発振器３２０は、例えば水晶発振器であり、所定の発振周波数を有する基準信号ＲＥＦを生成して出力する。

ミキサ３０４ａ，３０４ｂは、ＬＮＡ２０２から出力される受信信号に、ＰＬＬ３０２によって生成された局部発振信号Ｌｏ１，Ｌｏ２それぞれを乗算（合成）して、中間周波数の信号に変換（ダウンコンバート）するとともに、９０度の位相差を持つ直交信号（Ｉ，Ｑ信号）に変換する。複素フィルター３０６は、バンドパスであり、ミキサ３０４ａ，３０４ｂから出力されるＩＦ信号のイメージ信号の除去を行う。

ＶＧＡ３０８は、可変利得増幅器であり、複素フィルター３０６から出力されるＩＦ信号を増幅する。ＡＤＣ３１０は、Ａ／Ｄコンバーターであり、ＶＧＡ３０８から出力されるアナログ信号を、デジタル信号であるベースバンド信号に変換する。

共通回路部２００の各部（ＬＮＡ２０２、ＶＣＯ２０４）の動作は、制御信号処理部４００からの共通制御信号によって一括制御される。また、信号処理回路部３００の各部（ＰＬＬ３０２、ミキサ３０４ａ，３０４ｂ、複素フィルター３０６、ＶＧＡ３０８、ＡＤＣ３１０）の動作は、ベースバンド処理回路部５００からの信号処理回路部３００別の個別制御信号によって制御される。これらの制御は、動作の実行／停止の制御であり、電源部４０からの電源の供給／遮断を含む。

信号処理回路部３００それぞれに対する個別制御信号は、ベースバンド処理回路部５００が生成・出力しており、この個別制御信号は、制御信号処理部４００にも入力される。制御信号処理部４００は、個別制御信号をもとに、共通回路部２００の動作を制御する共通制御信号を生成し、共通回路部２００に出力する。

図３は、制御信号処理部４００の説明図である。図３（ａ）に示すように、制御信号処理部４００は、ＮＯＲ回路４０２と、ＮＯＴ回路４０４とを直列接続して構成される。つまり、制御信号処理部４００は、ＯＲ動作をする。ＮＯＲ回路４０２には、信号処理回路部３００それぞれに対する個別制御信号が入力され、ＮＯＴ回路４０４の出力信号が共通制御信号となる。但し、個別制御信号、及び、共通制御信号は、何れも、２レベル信号であり、Ｈレベルが動作実行（電源供給）を指示し、Ｌレベルが動作停止（電源遮断）を指示する。

そして、図３（ｂ）は、入力信号である二つの個別制御信号１，２のレベルと、出力信号である共通制御信号のレベルの対応関係を示している。図３（ｂ）に示すように、１つ以上の個別制御信号がＨレベルである場合には、共通制御信号はＨレベルとなり、全ての個別制御信号がＬレベルである場合には、共通制御信号はＬレベルとなる。

図４は、ベースバンド処理回路部５００の機能構成図である。図４によれば、ベースバンド処理回路部５００は、ＢＢ処理部５１０と、ＢＢ記憶部５２０と、を有する。

ＢＢ処理部５１０は、ＣＰＵやＤＳＰ（Digital Signal Processor）といったプロセッサーで実現され、ベースバンド処理回路部５００の各部を統括的に制御する。また、ＢＢ処理部５１０は、衛星捕捉部５１２と、位置算出部５１４と、間欠動作制御部５１６と、デューティ比設定部５１８と、を有する。

衛星捕捉部５１２は、信号処理回路部３００−１〜３００−Ｎそれぞれに対応するＮ個の衛星捕捉部５１２−１〜５１２〜Ｎでなる。衛星捕捉部５１２は、対応する信号処理回路部３００からの受信信号のデータに対して、キャリア（搬送波）除去や相関演算等のデジタル信号処理を行って測位用衛星（衛星信号）を捕捉し、捕捉した測位用衛星それぞれについて、衛星軌道情報５２４ｂやメジャメント情報５２４ｃを取得する。

衛星軌道情報５２４ｂは、各衛星の軌道データであり、受信した衛星信号をデコードすることで取得される。メジャメント情報５２４ｃは、捕捉した衛星信号にかかるコード位相や受信周波数、擬似距離の情報を含む。

位置算出部５１４は、捕捉された各測位用衛星の衛星軌道情報５２４ｂ及びメジャメント情報５２４ｃを用いた位置算出処理を行って、ＧＮＳＳ受信機１０の位置や時計誤差を算出する。位置算出処理に用いる衛星軌道情報５２４ｂ及びメジャメント情報５２４ｃは、衛星測位システムを問わない。位置算出処理を数学的に説明すると、メジャメント情報５２４ｃに含まれる捕捉した測位用衛星にかかる擬似距離と、衛星軌道情報５２４ｂに含まれる捕捉した測位用衛星の位置とを用いて、ＧＮＳＳ受信機１０の現在位置及び現在時刻を変数とする連立方程式を立式して位置算出演算を行う処理である。原理的に、４つ以上の測位用衛星について擬似距離及び位置が取得されていれば、ＧＮＳＳ受信機１０の位置及び時計誤差を求めることができる。位置算出処理としては、最小二乗法やカルマンフィルター等の演算手法を適用することができる。算出した位置及び時計誤差は、位置算出結果情報５２６として記憶される。

間欠動作制御部５１６は、衛星測位システム別に設定されるデューティ比に従って、信号処理回路部３００それぞれを間欠動作させるように、信号処理回路部３００に対して動作の実行／停止を指示する個別制御信号を生成する。

図５は、間欠動作の概要を示す図である。図５に示すように、間欠動作は、位置算出の出力時間間隔（例えば、１秒）を単位期間として、信号処理回路部３００が動作を実行しているＯＮ状態の期間（ＯＮ期間）と、信号処理回路部３００が動作を停止しているＯＦＦ状態の期間（ＯＦＦ期間）と、を所定周期で繰り返す動作である。単位期間に対するＯＮ期間の比率を、デューティ比（動作比率）と呼ぶ。衛星測位システム毎（すなわち信号処理回路部３００毎）に、異なるデューティ比で間欠動作を制御することができる。

また、単位期間において、ＯＮ期間は、中央時刻が単位期間の中央時刻に一致するように設定される。これにより、デューティ比に関わらず、単位期間でメジャメント情報を積算平均したときに、積算平均したメジャメント時刻が単位期間の中央時刻となる。従って、デューティ比を何れに設定しようとも、メジャメント時刻を規定とすることができ、測位演算を簡略化できる。

間欠動作制御部５１６は、衛星測位システム毎に、デューティ比によって定まるＯＮ期間をＨレベル、ＯＦＦ期間をＬレベルとして、対応する信号処理回路部３００に対する個別制御信号を生成する。

デューティ比設定部５１８は、ＧＮＳＳ受信機１０が利用可能な複数の衛星測位システムそれぞれについて、間欠動作のデューティ比を設定する。具体的には、衛星測位システム別の相対的な受信信号強度に応じて設定する。例えば、予め、１０％、２０％、・・、８０％といったように、衛星測位システムの数（Ｎ）に等しい数のデューティ比を定めておき、受信信号強度が強い順にデューティ比が小さくなるように、衛星測位システムそれぞれのデューティ比を設定する。或いは、受信信号強度とデューティ比との対応関係を定めておき、各衛星測位システムに係る受信信号強度に応じたデューティ比を設定する。勿論、この場合も、受信信号強度が強いほど、デューティ比が小さくなるように対応関係を定めておくと好適である。設定した衛星測位システム毎のデューティ比は、設定デューティ比情報５２８として記憶される。

ＢＢ記憶部５２０は、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置で実現され、ＢＢ処理部５１０がベースバンド処理回路部５００を統括的に制御するためのシステムプログラムや、各種機能を実現するためのプログラムやデータ等を記憶するとともに、ＢＢ処理部５１０の作業領域として用いられ、ＢＢ処理部５１０の演算結果等を一時的に格納する。ＢＢ記憶部５２０には、ベースバンドプログラム５２２と、測位情報５２４と、位置算出結果情報５２６と、設定デューティ比情報５２８とが記憶される。

測位情報５２４は、ＧＮＳＳ受信機１０において行われた測位に関する情報であり、衛星測位システム毎に、衛星測位システムの識別情報となるシステム名５２４ａと、捕捉した測位用衛星毎の衛星軌道情報５２４ｂ、及び、メジャメント情報５２４ｃと、を含んでいる。

［動作］
図６は、間欠動作を行った場合のＧＮＳＳ受信機１０の動作を説明する図である。図６（ａ）では、横方向を時刻として、上から順に、２つの信号処理回路部３００それぞれに対する二つの個別制御信号（１），（２）と、共通回路部２００に対する共通制御信号と、を示している。なお、間欠動作制御として、信号処理回路部３００それぞれに対するデューティ比は異なり得る。図６（ａ）では、「８０％」と「５０％」の場合を示している。

１回の位置算出の出力期間（１秒）は、個別制御信号（１）、（２）のレベル（Ｈレベル（動作）、Ｌレベル（停止））の組み合わせが異なる３つの状態１〜３に分けて考えることができる。共通制御信号は、個別制御信号（１），（２）がともにＬレベル（停止）となる状態１においてＬレベル（停止）となり、個別制御信号（１），（２）の少なくとも一方がＨレベル（動作）となる状態２，３においてＨレベル（動作）となる。すなわち、全ての信号処理回路部３００が動作していない場合に共通回路部２００の動作を停止させることができる。図６（ｂ）は、図６（ａ）の制御信号による信号処理回路部３００、及び、共通回路部２００の動作を示している。

［作用効果］
このように、本実施形態のＧＮＳＳ受信機１０は、受信信号に対する所定の信号処理を行う共通回路部２００と、利用可能な衛星測位システム別の信号処理回路部３００−１〜３００−Ｎと、を備えて構成される。信号処理回路部３００は、共通回路部２００の出力信号に基づいて、対応する衛星測位システムに応じた信号処理を行う。このように、複数の衛星測位システムそれぞれの受信回路の一部を共通化した共通回路部２００を設けることによって、ＧＮＳＳ受信機１０の小型化を図ることができる。

また、ＧＮＳＳ受信機１０では、衛星測位システム毎に間欠動作が行われる。すなわち、信号処理回路部３００は、動作の実行／停止を指示する個別制御信号によって、衛星測位システム毎に間欠動作が制御され、共通回路部２００は、個別制御信号から定まる共通制御信号によって、動作の実行／停止が制御される。全ての信号処理回路部３００の動作が停止している場合に共通回路部２００の動作が停止されるため、消費電力の削減を図ることができる。

［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

本発明を適用可能な携帯型電子機器１としては、例えば、ランナーズウォッチ、携帯型ナビゲーション装置、パソコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、携帯電話、腕時計、スマートグラスといった種々の電子機器について適用することが可能である。

１ 携帯型電子機器、１０ ＧＮＳＳ受信機、１００ 受信アンテナ、２００ 共通回路部、２０２ ＬＮＡ、２０４ ＶＣＯ、３００（３００−１〜３００−Ｎ） 信号処理回路部、３０２ ＰＬＬ、３０４ａ，３０４ｂ ミキサ、３０６ 複素フィルター、３０８ ＶＧＡ、３１０ ＡＤＣ、３２０ 基準発振器、４００ 制御信号処理部、５００ ベースバンド処理回路部、５１０ ＢＢ処理部、５１２（５１２−１〜５１２〜Ｎ） 衛星捕捉部、５１４ 位置算出部、５１６ 間欠動作制御部、５１８ デューティ比設定部、５２０ ＢＢ記憶部、５２２ ベースバンドプログラム、５２４ 測位情報、５２６ 位置算出結果情報、５２８ 設定デューティ比情報、２０ メイン処理部、３０ 操作部、３１ 表示部、３２ 音出力部、３３ 時計部、３４ 通信部、３５ メイン記憶部、４０ 電源部

Claims (5)

1. 受信信号に対する所定の信号処理を行う共通回路部と、
   前記共通回路部の出力信号に基づいて、衛星測位システム別の信号処理を行う複数の個別信号処理回路部と、
   全ての前記個別信号処理回路部が動作していない場合に、前記共通回路部の動作を停止させる停止制御部と、
   を備える受信装置。
2. 前記個別信号処理回路部を間欠動作させる間欠制御部、
   を更に備える請求項１に記載の受信装置。
3. 前記間欠制御部は、
   前記衛星測位システム別の相対的な受信信号強度に応じて、前記個別信号処理回路部それぞれの動作比率を変更する、
   請求項２に記載の受信装置。
4. 前記停止制御部は、前記間欠制御部による間欠動作制御に応じて、前記共通回路部の動作を停止させる、
   請求項２又は３に記載の受信装置。
5. 受信信号に対する所定の信号処理を行う共通回路部と、前記共通回路部の出力信号に基づいて、衛星測位システム別の信号処理を行う複数の個別信号処理回路部と、を備える受信装置が行う受信方法であって、
   全ての前記個別信号処理回路部が動作していない場合に、前記共通回路部の動作を停止させること、
   を含む受信方法。

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