JP2020512560A - 全地球航法衛星システム(gnss)信号追跡 - Google Patents

全地球航法衛星システム(gnss)信号追跡 Download PDF

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Abstract

全地球航法衛星システムGNSS受信機によって複数の衛星から受信された複数の衛星信号を追跡するための方法および装置であり、各衛星信号はGNSS受信機の複数のチャネル(100a〜k;300a〜k)のうちの異なる1つにおいて処理される。少なくとも1つの合算ユニット(116、120;356、358、360;366)は、複数の相関値のセットのそれぞれから対応する相関値を合算して、複数の合算された相関値を決定するように構成され、各セットは複数のチャネルのうちの1つからのものであり、セット内の各相関値は、複数の受信された衛星信号のうちの対応するものから導出される信号と、GNSS受信機の既知の位置および/または速度ならびに複数の推定される受信機タイミング・パラメータのうちの1つにそれぞれ基づく複数のレプリカ信号のうちの1つとの相関を表す。仮説評価ユニット(118、122;318、322)は、複数の合算された相関値に基づいて最大の相関値を決定し、複数の受信機タイミング仮説のうちの最も可能性の高いものが、最大の相関値に対応する受信機タイミング仮説であると決定するように構成される。

Description

本発明は、全地球航法衛星システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)受信機によって受信された衛星信号を追跡するための方法および装置に関する。より詳細には、本発明は、タイミング基準を提供するためにGNSS受信機において使用するための方法および装置に関する場合がある。
典型的なGNSS受信機は、複数のGNSS衛星から信号を受信して、GNSS受信機の航法解(navigation solution)を決定するように構成される。航法解は、典型的には、3次元位置、3次元速度、受信機タイミング・オフセット、および受信機タイミング・ドリフトを含む8状態ベクトルである。他のGNSS受信機は、場合により他の用途で使用するために、正確なタイミングおよび/または周波数基準を提供するように特別に構成される。そのようなGNSS受信機は、「タイミング・モジュール」、「タイミング受信機」などと呼ばれることがある。
タイミング受信機は、既知の位置および/または速度を受け取り、その既知の位置および/または速度をコード追跡ループおよび搬送波追跡ループにおいて使用して、GNSS衛星からGNSS受信機において受信された衛星信号を追跡するように構成される場合がある。具体的には、タイミング受信機は固定位置において使用される場合があり、その場合、タイミング受信機の位置および速度は、事前にわかっており受信機内に設定される場合があり、または高精度に解決されて定数に設定されることができる。タイミング受信機は追跡されたGNSS信号から受信機タイミング解を決定するように構成され、受信機タイミング解は、受信機タイミング・オフセットおよび受信機タイミング・ドリフトを含む2状態ベクトルである。次いで、求められたタイミング解は、正確なタイミングおよび/または周波数基準を出力するために使用される。
GNSS受信機におけるコード追跡は、遅延ロック・ループ(DLL:delay lock loop)の助けを借りて実現される。DLLは、受信されたGNSS衛星信号の到来コードと、衛星信号のローカルに生成されたコード・レプリカとの位相ずれを追跡および推定する。DLLは、典型的には、受信された衛星信号から導出された搬送波除去信号と、少なくとも1つのコード生成器によって生成された、ローカルに生成されたレプリカ・コードとの相関をとる少なくとも2つのコード相関器を備える。コード生成器は、到来衛星信号のコード位相を追跡する数値制御発振器(NCO:numerically controlled oscillator)によって制御される。コード相関器の出力はノイズ性能を改善するために時間にわたって積分され、その結果の信号は、受信された衛星信号と、ローカルに生成されたレプリカ・コードとのコード遅延が最小化されるように、ローカルに生成されたレプリカ・コードのコード位相を更新するようNCOを制御するアルゴリズムにおいて使用される。例示的なDLLでは、3つ以上のコード相関器が存在する場合があり、それぞれ、進み(early)、即時(prompt)、および遅れ(late)コード相関のうちの1つを生成する。従来のGNSS受信機では、チャネルごとに個別のDLLがあり、DLLは互いに独立して動作する。
一方、搬送波追跡は、周波数ロック・ループ(FLL:frequency lock loop)、位相ロック・ループ(PLL:phase lock loop)、または両者の組み合わせ、たとえば、FLLアシストPLLを使用して実現される場合がある。FLLはDLLと同様の信号処理手順に従うが、到来衛星信号のドップラー周波数が追跡され、FLLが現在の周波数誤差を推定する点が異なる。一実装形態では、混合器は、受信された衛星信号(場合によっては中間周波数のもの)に、搬送波生成器によって提供される対応するローカルに生成された搬送波信号を乗算する。搬送波生成器は以下で論じられるようにNCOによって制御される。ここでは、ローカルに生成された搬送波信号は、衛星によって送信される実際の搬送波周波数ではなく、受信機の中間周波数(IF:intermediate frequency)に対応する周波数である場合があることに留意されたい。すなわち、ローカルに生成された搬送波信号は、衛星によって送信される周波数である必要はなく、IFまたはベースバンド信号を生成するのに適したより低い周波数である場合がある。搬送波除去信号と呼ばれることがある混合器の出力は、ノイズ性能を改善するために時間にわたって積分され、その結果の信号は、NCOを制御してローカルに生成された搬送波信号を更新させることによって、その周波数が到来GNSS信号の搬送波(またはIF)周波数に可能な限り近くなるようにするアルゴリズムにおいて使用される。従来のGNSS受信機アーキテクチャでは、通常、受信機内部においてチャネルごとに個別の搬送波追跡ループが存在する。
タイミング受信機では、タイミング受信機の位置および/または速度が既知であり、レプリカ搬送波信号の生成に使用されるので、受信された衛星信号の搬送波と、NCOにより提供されるローカルに生成された搬送波信号との間のドップラー偏移は、前のエポックで求められた現在の受信機タイミング・ドリフト解と、真の受信機タイミング・ドリフトとの差に比例する。さらに、タイミング受信機の既知の位置および/または速度が、レプリカ・コードに適用されるコード位相遅延を決定するために使用されるので、搬送波除去信号とレプリカ・コード信号との間の遅延は、前のエポックで求められた現在の受信機タイミング・オフセット解と、真の受信機タイミング・オフセットとの差に比例する。
したがって、タイミング受信機は、コード追跡ループおよび搬送波追跡ループを使用して、正確なタイミングおよび/または周波数基準を決定することができる。
GNSSタイミング受信機は、追跡ループがタイミング解の決定とは独立して動作するので、信号追跡およびタイミング解を別々に実施する場合がある。コードおよび搬送波追跡ループは、コードおよび搬送波測定値を航法エンジン(navigation engine)に提供し、航法エンジンはこれらの測定値を使用して、受信機タイミング解(すなわち、受信機タイミング・オフセットおよび受信機タイミング・ドリフト)を決定する。さらに、航法解を決定するために異なるGNSSコンステレーション(たとえば、GPS、Galileo、GLONASS、またはBeiDou)からの衛星が使用されるシナリオでは、各GNSSからの衛星信号も別々の追跡ループを必要とし、これらは別々に実施され、別々の要素および異なる構成を必要とする。
一態様における本発明によれば、全地球航法衛星システムGNSS受信機によって複数の衛星から受信された複数の衛星信号を追跡するための装置が提供され、各衛星信号はGNSS受信機の複数のチャネルのうちの異なる1つにおいて処理される。この装置は、複数の相関値のセットのそれぞれから対応する相関値を合算して、複数の合算された相関値を決定するように構成される少なくとも1つの合算ユニットであって、各セットは複数のチャネルのうちの1つからのものであり、セット内の各相関値は、複数の受信された衛星信号のうちの対応するものから導出される信号と、GNSS受信機の既知の位置および/または速度ならびに複数の推定される受信機タイミング・パラメータのうちの1つにそれぞれ基づく複数のレプリカ信号のうちの1つとの相関を表す、少なくとも1つの合算ユニットを備える。この装置は、複数の合算された相関値に基づいて最大の相関値を決定し、複数の受信機タイミング仮説のうちの最も可能性の高いものが、最大の相関値に対応する受信機タイミング仮説であると決定するように構成される仮説評価ユニットをさらに備える。
例示的な方法および装置は、衛星信号のベクトル追跡用であってもよい。いくつかの特定の例示的な方法および装置は、複数の受信機タイミング仮説を決定するように構成されてもよく、仮説評価ユニットは、それらの仮説のうちの最も可能性の高いものを決定するように構成される。
複数の受信された衛星信号から導出される信号は、所与のチャネルの搬送波除去信号、あるいは進み、即時、および/または遅れコード相関であってもよい。
任意選択で、複数の受信機タイミング仮説は、複数の受信機タイミング・オフセット仮説を含む。いくつかの構成では、複数の推定される受信機タイミング・パラメータの少なくとも一部は、複数の受信機タイミング・オフセット仮説のうちの1つにより現在の受信機タイミング・オフセット解を調整することによって決定されている。さらに、複数の受信された衛星信号のうちの対応するものから導出される信号は、デフォルトの搬送波除去信号を含んでもよく、複数のレプリカ信号は、複数のレプリカ・コードを含む。
本明細書から明らかなように、推定される受信機タイミング・パラメータは、受信機タイミング・オフセットおよび/または受信機タイミング・ドリフトを含んでもよい。さらに、複数のレプリカ・コードのそれぞれは、異なる量だけ時間的にずらされた単一の衛星PRNコードを含んでもよい。時間ずれは、受信機タイミング・オフセット仮説に対応してもよい。
いくつかの例示的な装置は、複数のレプリカ・コードを生成するように構成されるコード生成器を各チャネルにさらに備える。この装置は、デフォルトの搬送波除去信号と、複数のレプリカ・コードとの相関をとることによって、各チャネルの複数の第1の相関値を決定するように構成される少なくとも1つの相関器をさらに備えてもよく、第1の相関値は相関値のセットのうちの1つの少なくとも一部を形成する。
任意選択で、複数のレプリカ・コードは、進みレプリカ・コード、即時レプリカ・コード、および遅れレプリカ・コードを含む。この装置は、デフォルトの搬送波除去信号と、進み、即時、および遅れレプリカ・コードのそれぞれとの相関をとることによって、進み、即時、および遅れコード相関値を決定するように構成される、各チャネルの少なくとも1つの相関器と、進み、即時、および遅れコード相関値に基づいて各チャネルの第1の相関値を補間するように構成される少なくとも1つの補間器であって、第1の相関値は相関値のセットのうちの1つの少なくとも一部を形成する、少なくとも1つの補間器とをさらに備えてもよい。
補間器は、複数の受信機タイミング・オフセット仮説のうちの1つに対応する時間ずれ(または遅延)での第1の相関値を補間するように構成されてもよい。
例示的な装置では、複数の受信機タイミング仮説は、複数の受信機タイミング・ドリフト仮説を含む。さらに、複数のレプリカ信号は、複数のレプリカ搬送波信号を含んでもよい。任意選択で、複数の推定される受信機タイミング・パラメータの少なくとも一部は、複数の受信機タイミング・ドリフト仮説のうちの1つにより現在の受信機タイミング・ドリフト解を調整することによって決定されている。
いくつかの装置は、複数の受信された衛星信号のうちの対応するものから導出される信号が、中間周波数IF信号を含むという任意選択の特徴を備える。この装置は、複数のレプリカ搬送波信号を生成するように構成される、各チャネルの搬送波生成器と、IF信号に複数のレプリカ搬送波信号を乗算して、複数の搬送波除去信号を生成するための混合器と、複数の搬送波除去信号と、デフォルトのレプリカ・コードとの相関をとることによって、第2の相関値を決定するように構成される少なくとも1つの相関器であって、第2の相関値は相関値のセットのうちの1つの少なくとも一部を形成する、少なくとも1つの相関器とをさらに備えてもよい。
任意選択の装置は、GNSS受信機内で生成される進み、即時、および遅れコード相関値のうちの1つまたは複数から導出される信号のDFTを行うことによって、第2の相関値を決定するように構成される離散フーリエ変換DFTユニットをさらに備え、第2の相関値は相関値のセットのうちの1つの少なくとも一部を形成する。DFTは、複数の受信機タイミング・パラメータの少なくとも一部に対応する周波数を包含する周波数範囲に及んでもよい。第2の相関値のそれぞれは、対応するDFTビン周波数におけるDFTの振幅を示してもよい。
例示的な装置では、複数の合算された相関値のそれぞれは、複数の受信機タイミング仮説のうちの1つに対応し、仮説評価ユニットは、最大の合算された相関値を選択することによって、最大の相関値を決定するように構成される。
任意選択で、この装置は、航法エンジンをさらに備え、仮説評価ユニットは、最も可能性の高い受信機タイミング仮説に関するデータを航法エンジンに転送するようにさらに構成され、航法エンジンは、最も可能性の高い受信機タイミング仮説に関する受け取られたデータに少なくとも部分的に基づいて、後続の受信機タイミング解を決定するように構成される。
いくつかの例示的な構成では、仮説評価ユニットは、最も可能性の高い受信機タイミング仮説を航法エンジンに転送するように構成される。他の例示的な構成では、たとえば、GNSS受信機が一定かつ既知の速度で移動している場合、航法エンジンはGNSS受信機の位置を更新してもよい。
この装置は、現在および/または以前の受信機タイミング解の予測される変化に基づいて、複数の受信機タイミング仮説を生成するように構成される仮説生成器をさらに備えてもよい。予測される変化は、航法エンジンからの分散データおよび/またはGNSS受信機の速度に基づいて決定されてもよい。
一態様における本発明によれば、本明細書に開示されるいずれかによる、複数の衛星信号を追跡するための装置を備える、GNSS受信機が提供される。
一態様における本発明によれば、全地球航法衛星システムGNSS受信機によって複数の衛星から受信された複数の衛星信号を追跡するための方法が提供され、各衛星信号はGNSS受信機の複数のチャネルのうちの異なる1つにおいて処理される。この方法は、少なくとも1つの合算ユニットにより、複数の相関値のセットのそれぞれから対応する相関値を合算して、複数の合算された相関値を決定することであって、各セットは複数のチャネルのうちの1つからのものであり、セット内の各相関値は、複数の受信された衛星信号のうちの対応するものから導出される信号と、GNSS受信機の既知の位置および/または速度ならびに複数の推定される受信機タイミング・パラメータのうちの1つにそれぞれ基づく複数のレプリカ信号のうちの1つとの相関を表す、決定することと、仮説評価ユニットにより、複数の合算された相関値に基づいて最大の相関値を決定することと、仮説評価ユニットにより、複数の受信機タイミング仮説のうちの最も可能性の高いものが、最大の相関値に対応する受信機タイミング仮説であると決定することとを含む。
任意選択で、複数の受信機タイミング仮説は、複数の受信機タイミング・オフセット仮説を含む。複数の推定される受信機タイミング・パラメータの少なくとも一部は、複数の受信機タイミング・オフセット仮説のうちの1つにより現在の受信機タイミング・オフセット解を調整することによって決定されていてもよい。複数の受信された衛星信号のうちの対応するものから導出される信号は、デフォルトの搬送波除去信号を含んでもよい。任意選択で、複数のレプリカ信号は、複数のレプリカ・コードを含む。
この方法は、各チャネルのコード生成器により、複数のレプリカ・コードを生成することをさらに含んでもよい。少なくとも1つの相関器は、デフォルトの搬送波除去信号と、複数のレプリカ・コードとの相関をとることによって、各チャネルの複数の第1の相関値を求めてもよく、第1の相関値は相関値のセットのうちの1つの少なくとも一部を形成する。
いくつかの例示的な構成では、複数のレプリカ・コードは、進みレプリカ・コード、即時レプリカ・コード、および遅れレプリカ・コードを含む。この方法は、各チャネルの少なくとも1つの相関器により、デフォルトの搬送波除去信号と、進み、即時、および遅れレプリカ・コードのそれぞれとの相関をとることによって、進み、即時、および遅れコード相関値を決定することと、少なくとも1つの補間器により、進み、即時、および遅れコード相関値に基づいて各チャネルの第1の相関値を補間することであって、第1の相関値は相関値のセットのうちの1つの少なくとも一部を形成する、補間することとをさらに含んでもよい。
任意選択で、複数の受信機タイミング仮説は、複数の受信機タイミング・ドリフト仮説を含む。さらに、複数のレプリカ信号は、複数のレプリカ搬送波信号を含んでもよい。複数の推定される受信機タイミング・パラメータの少なくとも一部は、複数の受信機タイミング・ドリフト仮説のうちの1つにより現在の受信機タイミング・ドリフト解を調整することによって決定されていてもよい。
本明細書に記載されるいくつかの方法では、複数の受信された衛星信号のうちの対応するものから導出される信号は、中間周波数IF信号を含む。任意選択で、この方法は、各チャネルの搬送波生成器により、複数のレプリカ搬送波信号を生成することと、混合器により、IF信号に複数のレプリカ搬送波信号を乗算して、複数の搬送波除去信号を生成することと、少なくとも1つの相関器により、複数の搬送波除去信号と、デフォルトのレプリカ・コードとの相関をとることによって、第2の相関値を決定することであって、第2の相関値は相関値のセットのうちの1つの少なくとも一部を形成する、決定することとをさらに含んでもよい。
この方法は、離散フーリエ変換DFTユニットにより、GNSS受信機内で生成される進み、即時、および遅れコード相関値のうちの1つまたは複数から導出される信号のDFTを行うことによって、第2の相関値を決定することであって、第2の相関値は相関値のセットのうちの1つの少なくとも一部を形成する、決定することをさらに含んでもよい。DFTは、複数の受信機タイミング・パラメータの少なくとも一部に対応する周波数を包含する周波数範囲に及んでもよい。第2の相関値のそれぞれは、対応するDFTビン周波数におけるDFTの振幅を示してもよい。
任意選択で、複数の合算された相関値のそれぞれは、複数の受信機タイミング仮説のうちの1つに対応する。この方法は、仮説評価ユニットが、最大の合算された相関値を選択することによって、最大の相関値を決定することをさらに含んでもよい。
いくつかの方法は、仮説評価ユニットが、最も可能性の高い受信機タイミング仮説に関するデータを航法エンジンに転送することと、航法エンジンが、最も可能性の高い受信機タイミング仮説に関する受け取られたデータに少なくとも部分的に基づいて、後続の受信機タイミング解を決定することと、をさらに含む。
この方法は、仮説生成器により、現在および/または以前の受信機タイミング解の予測される変化に基づいて、複数の受信機タイミング仮説を生成することをさらに含んでもよい。
一態様における本発明によれば、少なくとも1つのプロセッサで実行された場合に、少なくとも1つのプロセッサに、本明細書に記載のいずれかによる方法を実行させる命令を含む、コンピュータ・プログラムが提供される。
一態様における本発明によれば、上記のコンピュータ・プログラムを含むキャリアであって、電子信号、光信号、無線信号、または非一時的コンピュータ可読記憶媒体のうちの1つである、キャリアが提供される。
本発明の例示的な実施形態は、添付の図面を参照して本明細書で説明される。
衛星信号を追跡するための装置を示すブロック概略図である。 衛星信号を追跡するための方法を示すフロー図である。 衛星信号を追跡するためのさらなる装置を示すブロック概略図である。 衛星信号を追跡するためのさらなる方法を示すフロー図である。
一般に、本明細書で開示されるのは、複数のGNSS衛星からGNSS受信機によって受信された複数の衛星信号のベクトル追跡のための方法および装置である。例示的な方法および装置は、GNSSタイミング受信機において使用するためのものであり、複数の受信機タイミング仮説から最も可能性の高い受信機タイミング仮説を決定するように構成される。受信機タイミング仮説は、現在の受信機タイミング解の更新の予測を表す。受信機タイミング仮説は、現在の受信機タイミング・オフセット解の予測される更新である受信機タイミング・オフセット仮説、および/または現在の受信機タイミング・ドリフト解の予測される更新である受信機タイミング・ドリフト仮説を含んでもよい。
例示的な構成は、複数の受信機タイミング・オフセット仮説を生成し、デフォルトの搬送波除去信号と、複数のローカルに生成されたレプリカ・コード信号との相関を表す相関値に基づいて、最も可能性の高い受信機タイミング・オフセット仮説を決定する。レプリカ・コード信号は、既知の位置および/または速度と、現在の受信機タイミング・オフセット解から生成される複数の受信機タイミング・オフセット仮説とに基づいて生成されてもよい。例示的な方法および装置では、図1に示されるように、相関値は専用の装置を使用して直接求められてもよい。他の例示的な方法および装置では、図3に示されるように、相関値は、進み、即時、および遅れコード相関値から補間されてもよい。
例示的な方法および装置は、複数のタイミング・ドリフト仮説を生成し、各受信機タイミング・ドリフト仮説の精度を示す相関値を決定するように構成されてもよい。相関値は、デジタル化されたIF信号と複数のレプリカ搬送波信号との相関を表し、レプリカ搬送波信号は、既知の位置および/または速度と、複数の受信機タイミング・ドリフト仮説が現在のタイミング・ドリフト解に加算されたものとに基づいて生成される。以下でより詳細に説明されるように、相関は、図1に示されるように専用の装置を使用して生成されてもよく、または図3に示されるように既存のGNSS受信機において生成される即時信号のDFTを行うことによって導出されてもよい。
図1は、衛星信号を追跡するための例示的な装置を示す。装置は、GNSSタイミング受信機の一部を備える。以下は、図1の装置の構成の概要である。
デジタル化された中間周波数(IF)信号は、装置の複数のチャネル100a〜kのそれぞれによって受け取られる。チャネル1およびk(両方とも破線で描かれている)のみが図1に示されているが、装置には任意数のチャネルがあってもよいことは理解されよう。
デジタル化されたIF信号は、GNSS受信機の無線周波数(RF)フロント・エンドと、それに続くデジタル前処理ユニットとによって導出され、これらは両方とも図1には示されていない。典型的には、GNSS衛星RF信号はGNSS受信機アンテナによって受信され、低雑音前置増幅器によって増幅される。増幅された信号は次いで、局部発振器信号と混合することによって、RFからIFにダウン・コンバートされる。ダウン・コンバートは、各ステップで異なる局部発振器を使用して、いくつかのステップで行われてもよい。したがって、搬送波信号は、GNSSコンステレーションによって異なるRF搬送波周波数から、受信機のチャネルによって処理されることができるIFに引き下げられる。搬送波ドップラーおよび擬似ランダム・ノイズ(PRN:pseudorandom noise)コードは、IF信号に保存される。本明細書で開示される例示的な方法および装置はデジタル信号処理装置を備え、したがってIF信号は、受信機のチャネルに渡される前に、アナログ・デジタル変換器(ADC)においてデジタル化される。しかしながら、アナログ技術が使用されてもよいことは理解されよう。
装置は、複数のチャネル100a〜kを備える。ただし、明確さのために、一般チャネル100のみが以下で説明され、そのチャネルに関する特徴は数字のみで参照され、チャネルに関する添え字(a〜k)は無視される。チャネル100a〜kのそれぞれは、一般チャネル100と同じ特徴を備えるものと見なされることができる。チャネル100は、デジタル化されたIF信号を受け取るように構成されるバッファ102を備える。バッファ102は、バッファされたデジタルIFサンプルを混合器104に転送するようにさらに構成される。チャネル100はまた、レプリカ搬送波信号を生成し、混合器104に転送するように構成される搬送波生成器106を備える。搬送波生成器106は、仮説生成器108から受信機タイミング・ドリフト仮説を受け取り、デフォルト・パラメータ生成器(CPG)110から搬送波周波数データを受け取るようにさらに構成される。図1の例示的な構成では、搬送波周波数データは受信機タイミング誤差を考慮しておらず、受信機の既知の位置および/または速度と、対応する衛星に関する見通し線(LOS:line of sight)データとに基づく、デジタル化されたIF信号の予想される周波数に対応する。搬送波生成器106は、以下により詳細に説明されるように、搬送波周波数データおよび受信機ドリフト仮説に基づいてレプリカ搬送波信号を生成するように構成される。
複数のレプリカ搬送波信号は混合器104に転送され、混合器104はこれらにバッファされたデジタル化されたIF信号を乗算して、複数の搬送波除去信号を生成する。
ここでは、完全性のために、いくつかの例示的な装置において、検証中の受信機タイミング・オフセット仮説に対応するまたは近似的に対応する搬送波除去信号の中間値が利用できるようにするために、補間が使用されてもよいことに留意されたい。受信された衛星信号をサンプリングして、各チャネルのバッファ102に入力されるデジタル化されたIF信号を生成するために使用されるサンプリング・グリッドは、サンプリング周波数が典型的には非常に高い場合であっても、必要な受信機タイミング・オフセット仮説に厳密にヒットする可能性は低い。したがって、受信機タイミング・オフセット仮説に対応するまたは近似的に対応する遅延の搬送波除去信号の値を計算するために、補間器が混合器104の後に使用されてもよい。
チャネル100は、PRNコード生成器112(本明細書では「コード生成器」と呼ばれる)をさらに備える。コード生成器112は、仮説生成器108から複数の受信機タイミング・オフセット仮説を受け取り、CPG110からコード位相データを受け取るように構成される。図1の例示的な構成では、コード位相データは受信機タイミング誤差を考慮しておらず、受信機の既知の位置および/または速度と、対応する衛星に関するLOSデータとに基づく、デジタル化されたIF信号のPRNコードの予想されるコード位相に対応する。コード生成器112は、コード位相データおよび複数の受信機タイミング・オフセット仮説に基づいて複数のレプリカ・コードを生成するように構成される。
コード生成器112は複数のレプリカ・コードを相関器114に転送するように構成され、相関器114は混合器104から複数の搬送波除去信号も受け取るように構成される。
相関器114は、デフォルトの搬送波除去信号と、複数のレプリカ・コードのそれぞれとの相関をとって、第1の相関値のセットを生成するように構成される。第1の相関値のセットのそれぞれは、受信機タイミング・オフセット仮説のうちの1つが正しい可能性を表す。相関器114は、複数の搬送波除去信号のそれぞれと、デフォルトのレプリカ・コードとの相関をとって、第2の相関値のセットを生成するようにさらに構成される。第2の相関値のセットのそれぞれは、受信機タイミング・ドリフト仮説のうちの1つが正しい可能性を表す。
本明細書で使用される「デフォルト」という用語は、既知の位置および速度が与えられた場合の現在の受信機タイミング解に対応するレプリカ・コード、搬送波信号、または相関値を包含する。すなわち、前のエポックから受信機タイミング解に変化がないと仮定した、レプリカ・コード、信号、または相関値である。
例示的な装置はまた、相関サンプルを受け取り、時間にわたって積分してノイズを平均化する複数の積分ダンプ・ユニット(図1には図示されない)を備える。これは当技術分野でよく知られている。加えて、明瞭さのために、実際のGNSSを実施するために必要な場合があるさらなる特徴は図1には示されていない。これらもやはり、当技術分野でよく知られている。
第1の合算ユニット116は、各チャネルから第1の相関値のセットを受け取り、合算して、第1の合算された相関値のセットを生成するように構成される。例示的な方法および装置では、第1の合算された相関値のセットのそれぞれは、受信機タイミング・オフセット仮説のうちの1つに対応する。第1の合算ユニット116は、第1の合算された相関値を第1の仮説評価ユニット118に転送するように構成され、第1の仮説評価ユニット118は、仮説生成器108から受信機タイミング・オフセット仮説も受け取るように構成される。第1の仮説評価ユニット118は、第1の合算された相関値のセットに基づいて、複数の受信機タイミング・オフセット仮説のうちの最も可能性の高いものを決定するように構成される。例示的な方法および装置では、第1の仮説評価ユニット118は、第1の合算された相関値のセットのうちの最大値に関連付けられた受信機タイミング・オフセット仮説を選択するように構成される。
第2の合算ユニット120は、各チャネルから第2の相関値のセットを受け取り、合算して、第2の合算された相関値のセットを生成するように構成される。例示的な方法および装置では、第2の合算された相関値のセットのそれぞれは、受信機タイミング・ドリフト仮説のうちの1つに対応する。第2の合算ユニット120は、第2の合算された相関値のセットを第2の仮説評価ユニット122に転送するように構成され、第2の仮説評価ユニット122は、仮説生成器108から受信機タイミング・ドリフト仮説も受け取るように構成される。第2の仮説評価ユニット122は、第2の合算された相関値のセットに基づいて、複数の受信機タイミング・ドリフト仮説のうちの最も可能性の高いものを決定するように構成される。例示的な方法および装置では、第2の仮説評価ユニット122は、第2の合算された相関値のセットのうちの最大値に関連付けられた受信機タイミング・ドリフト仮説を選択するように構成される。
例示的な方法および装置は、第1および第2の相関値のセットの合算を順次行うように構成されてもよい単一の合算ユニットと、複数の受信機タイミング・オフセットおよびドリフト仮説のうちの最も可能性の高いものを順次決定するように構成される単一の仮説評価ユニットとを備えてもよいことに留意されたい。
第1および第2の仮説評価ユニット118、122のそれぞれは、最も可能性の高い受信機タイミング・オフセットおよび/またはドリフト仮説に関するデータを航法エンジン124に転送するように構成され、航法エンジン124はそのデータを使用して更新された受信機タイミング解を決定する。最も可能性の高い受信機タイミング・オフセットおよび/またはドリフト仮説に関する転送されるデータは、最も可能性の高い受信機タイミング・オフセット仮説および/または最も可能性の高い受信機タイミング・ドリフト仮説を含んでもよい。航法エンジン124はまた、受信機の位置および速度を受け取るように構成されてもよい。これは、位置および速度が決定済みである受信機の他の部分から受け取られてもよく、またはユーザによって提供されてもよい。航法エンジン124は、受信機タイミング解データを仮説生成器108に提供する。航法エンジン124は、分散データを仮説生成器108に提供するようにさらに構成されてもよく、分散データは、受信機タイミング仮説を決定するために使用されてもよい。
図1の装置の動作の詳細な説明が、図2を参照しながら続く。
最初のステップとして、GNSS受信機の位置および/または速度が決定される200。前述のように、受信機は、固定位置で動作するGNSSタイミング受信機であってもよい。したがって、受信機の位置および速度は、ユーザによって受信機に入力され、次いで航法エンジン124に渡されてもよい。あるいは、GNSSタイミング受信機は定置されているので、その位置および速度を高精度に特定し、航法解が収束した後に確定することができる。本明細書で開示される方法および装置は、受信機の速度が一定かつ既知である場合にも動作してもよいことに留意されたい。
航法エンジン124は、エポックnにおける現在の受信機タイミング解を決定する202。
ここで、
は受信機タイミング・オフセット推定値であり、
は受信機タイミング・ドリフト推定値である。現在の受信機タイミング解は、前のエポックで決定された受信機タイミング・オフセットおよび受信機タイミング・ドリフトの推定値に基づく。現在のエポックについて、
はデフォルトの受信機タイミング・オフセット(すなわち、受信機タイミング・オフセットの現在の推定値に関するもの)と呼ばれ、
はデフォルトの受信機タイミング・ドリフト(すなわち、受信機タイミング・ドリフトの現在の推定値を指すもの)と呼ばれる。
初期化ステップとして、航法エンジン124は、衛星信号の取得およびそれに続く航法解の最小2乗推定のための古典的な技法を使用して、GNSS受信機の初期位置(first fix)と、受信機タイミング解の対応する最初の推定値とに到達してもよい。
現在の(またはデフォルトの)受信機タイミング解
は、航法エンジン124によって仮説生成器108に転送される。
CPG110は、航法エンジン124から受信機の既知の位置および/または速度と、各衛星のLOSデータとを受け取る。CPG110は、既知の位置および/または速度を各衛星のLOSベクトルにマッピングし、搬送波周波数データおよび各衛星のコード位相データを決定する204。CPG110は、搬送波周波数データを搬送波生成器106a〜kに転送し、コード位相データを各衛星に対応する各チャネル100a〜kのコード生成器112a〜kに転送する。
図1の例示的な構成では、CPG110によって決定される搬送波およびコード位相データは、受信機タイミング・オフセットまたはドリフトについて補償されず、受信機の既知の位置および速度ならびに衛星のLOSデータのみに基づく、デジタル化されたIF信号の予想されるコード位相および周波数を表す。しかしながら、代替の構成では、CPG110は、航法エンジン124からタイミング解を受け取り、タイミング解の現在の推定値を考慮するように搬送波およびコード位相データを調整するよう構成されてもよいことに留意されたい。そのような構成では、搬送波生成器106a〜kおよびコード生成器112a〜kは、それぞれデフォルトのドリフトおよびオフセット仮説を受け取る必要はない。複数のレプリカ搬送波信号およびレプリカ・コードは、現在のタイミング解の変化を仮定したドリフトおよびオフセット仮説のみを考慮して決定されてもよい。
仮説生成器108は、現在の受信機タイミング解
を受け取り、航法エンジン124から分散データも受け取る。分散データは、前のエポックにおいて航法エンジン124により決定され、エポック間の受信機タイミング解の不確定性を表す。したがって、分散データは、現在のエポックにおける受信機タイミング解の可能性のある変化の指標となる。仮説生成器108は、複数の受信機タイミング・ドリフト仮説と、複数の受信機タイミング・オフセット仮説とを生成する206。
ここで、
は複数の受信機タイミング・ドリフト仮説であり、
は複数の受信機タイミング・オフセット仮説である。上記の式から、
において、各受信機タイミング・ドリフト仮説は、デフォルトの受信機タイミング・オフセット
である、固定の受信機タイミング・オフセットについて生成されることがわかる。さらに、
において、各受信機タイミング・オフセット仮説は、デフォルトの受信機タイミング・ドリフト
である、固定の受信機タイミング・ドリフトについて生成される。
受信機タイミング・オフセット仮説
のそれぞれは、航法エンジン124によって与えられた前の受信機タイミング・オフセット解に対して予測される変化を加算または減算することによって求められる、仮定された受信機タイミング・オフセット解である。受信機タイミング・オフセット仮説
は、
に等しいために前のエポックから受信機タイミング・オフセットが変化していないと仮定する、デフォルトの受信機タイミング・オフセット仮説を含むことに留意されたい。受信機タイミング・ドリフト仮説
のそれぞれは、デフォルトの受信機タイミング・ドリフト
に対して予測される変化を加算または減算することによって求められる、仮定された受信機タイミング・ドリフト解である。同様に、受信機タイミング・ドリフト仮説
は、
に等しいために前のエポックから受信機タイミング・ドリフトが変化していないと仮定する、デフォルトの受信機タイミング・ドリフト仮説を含むことにも留意されたい。予測される変化、ひいては、生成される仮説のそれぞれの間の間隔は、航法エンジン124から受け取られる分散データに基づいてもよい。
仮説生成器108は、図1の場合はデフォルトの受信機タイミング仮説を含む、生成された受信機タイミング・オフセット仮説
をコード生成器112a〜kに転送する。仮説生成器108はまた、図1の場合はデフォルトの受信機タイミング・ドリフトを含む受信機タイミング・ドリフト仮説
を搬送波生成器106a〜kに転送する。上記のように、デフォルトの受信機タイミング・オフセットおよびドリフト仮説は、それぞれ受信機タイミング・オフセット仮説
および受信機タイミング・ドリフト仮説
の一部を形成してもよい。
受信機タイミング・ドリフト仮説
を搬送波生成器112a〜kに転送する前に、仮説生成器108はそれらを、秒/毎秒で測定される時間変化率から、ヘルツで測定されるデジタル化されたIFの対応する周波数変化に変換する。オフセットはPRNコードの対応する遅延と同様に秒単位で測定されるので、受信機タイミング・オフセット仮説
の変換は必要ない。
したがって、図1の例示的な構成では、受信機タイミング・オフセット仮説
は、予測される受信機タイミング・オフセットのみに基づくデジタル化されたIF信号のコード位相の予測される変化を表し、変換された受信機タイミング・ドリフト仮説
は、予測される受信機タイミング・ドリフトのみに基づくデジタル化されたIF信号の周波数の予測される変化を表す。
搬送波生成器106a〜kおよびコード生成器112a〜kは、複数のレプリカ搬送波信号およびレプリカ・コードを決定する208。搬送波生成器106a〜kはそれぞれ、階段関数を決定するように構成される搬送波数値制御発振器(NCO)を備え、その周期は複製される搬送波の周期である。搬送波生成器106a〜kは、階段関数の離散振幅を正弦および余弦(IおよびQ)関数のそれぞれの振幅に変換するように構成される正弦および余弦マッピング関数をさらに含み、これらは前述の周期情報と共に、複数のレプリカ搬送波信号のそれぞれを構成する。
複数のレプリカ搬送波信号はデフォルトのレプリカ搬送波信号を含み、これは、CPG110から受け取られる搬送波周波数データがデフォルトの受信機タイミング・ドリフト仮説と組み合わせられたものに対応する。複数のレプリカ搬送波信号はまた、他の受信機タイミング・ドリフト仮説を搬送波周波数データと組み合わせることによって決定されるレプリカ搬送波信号を含む。上記のように、複数のレプリカ搬送波信号は、実際にはGNSS衛星信号が送信されたRF搬送波信号の周波数ではなく、実際にはIFに対応する周波数であってもよいことに留意されたい。
コード生成器112はそれぞれ、レプリカ・コードを決定するために使用されてもよいクロッキング・レートを生成するように構成されるコードNCOを備える。特定の位相遅延を有する生成されるレプリカ・コードは、シフト・レジスタによって生成されてもよい。
搬送波生成器106a〜kと同様に、コード生成器112によって決定される複数のレプリカ・コードは、CPG110から受け取られるコード位相データがデフォルトの受信機タイミング・オフセット仮説と組み合わせられたものに対応するデフォルトのレプリカ・コードを含む。複数のレプリカ・コードはまた、他の受信機タイミング・オフセット仮説をCPG110から受け取られるコード位相データと組み合わせることによって決定されるレプリカ・コードを含む。
複数のレプリカ搬送波信号のそれぞれは、仮説生成器108によって生成される受信機タイミング・ドリフト仮説のそれぞれに対応するドップラー偏移を含む。さらに、レプリカ・コードのそれぞれは、受信機タイミング・オフセット仮説のそれぞれに対応する位相遅延を含む。
上記のように、受信機のRFフロント・エンドによって生成されるIF信号は、デジタル化されたIF信号に変換され、サンプルは各チャネル100a〜kのバッファ102a〜kによって受け取られる。バッファ102a〜kのそれぞれは同期されており、したがって、デジタル化されたIF信号の同一のサンプルのセットをバッファする210。
混合器104a〜kは、バッファされたデジタル化されたIF信号とレプリカ搬送波信号とを乗算して212、複数の搬送波除去信号を生成する。複数の搬送波除去信号は、バッファされたデジタル化IF信号をデフォルトのレプリカ搬送波信号と混合した結果であるデフォルトの搬送波除去信号と、バッファされたデジタル化IF信号をさらなるレプリカ搬送波信号と混合した結果である複数のさらなる搬送波除去信号とを含む。
複数の搬送波除去信号は、チャネル100a〜k内の相関器114a〜kに転送され、相関器114a〜kは、受信機タイミング・オフセット仮説および受信機タイミング・ドリフト仮説にそれぞれ関する第1および第2の相関値のセットを決定するように構成される。相関器114a〜kはまた、チャネル100a〜kのうちの1つにおいて処理されているGNSS衛星信号に対応するレプリカ・コードを受け取る。
相関器114a〜kのそれぞれは、対応するデフォルトの搬送波除去信号と、複数の対応するレプリカ・コードのそれぞれとの相関をとって、チャネル100a〜kのそれぞれについての第1の相関値のセットを決定する214。各チャネルの相関器114a〜kは、第1の相関値のセットを第1の合算ユニット116に転送する。
相関器114a〜kのそれぞれは、複数の対応する搬送波除去信号のそれぞれと、対応するデフォルトのレプリカ・コードとの相関をとって、チャネル100a〜kのそれぞれについての第2の相関値のセットを決定する216。各チャネルの相関器114は、第2の相関値のセットを第2の合算ユニット120に転送する。
第1の相関値のセットの各相関値は、特定の受信機タイミング・オフセット仮説に対応する。さらに、第2の相関値のセットの各相関値は、特定の受信機タイミング・ドリフト仮説に対応する。
第1の合算ユニット116は、各チャネル100a〜kからのそれぞれの第1の相関値のセットから対応する第1の相関値を合算し、対応する第1の相関値のそれぞれは、特定の受信機タイミング・オフセット仮説に関する。これにより、第1の合算ユニット116は、合算された第1の相関値のセットを決定する218。さらに、第2の合算ユニット120は、各チャネル100a〜kからのそれぞれの第2の相関値のセットから対応する第2の相関値を合算し、対応する第2の相関値のそれぞれは、特定の受信機タイミング・ドリフト仮説に関する。したがって、第2の合算ユニット120は、合算された第2の相関値のセットを決定する220。
それぞれの相関値のセット内のそれぞれの第1および第2の相関値は、それぞれ特定の受信機タイミング・オフセットまたはドリフト仮説に対応し、受信機タイミング誤差は全てのチャネル100a〜kにわたって共通であるので、対応する第1および第2の相関値は、装置の追跡感度を向上させるために合算されることができる。
第1の合算ユニット116は、合算された第1の相関値のセットを第1の仮説評価ユニット118に転送する。第1の仮説評価ユニット118はまた、複数の受信機タイミング・オフセット仮説を受け取る。それぞれの合算された第1の相関値は、複数の受信機タイミング・オフセット仮説のうちの1つに関するので、第1の仮説評価ユニット118は、最も可能性の高い受信機タイミング・オフセット仮説が、最大の合算された第1の相関値に関するものであると決定する222。
同様に、第2の合算ユニット120は、合算された第2の相関値のセットを第2の仮説評価ユニット122に転送し、第2の仮説評価ユニット122はまた、複数の受信機タイミング・ドリフト仮説を受け取る。それぞれの合算された第2の相関値は、複数の受信機タイミング・ドリフト仮説のうちの1つに関し、これは、第2仮説評価ユニット122が、最も可能性の高い受信機タイミング・ドリフト仮説を、最大の合算された第2の相関値に関するものとして決定すること224を可能にする。
これを実現するために、合算された第1および第2の相関値はインデックスが付けられてもよく、合算された第1および第2の相関値が、対応する受信機タイミング・オフセット仮説にマッピングされることを可能にするために、インデックス・マップが仮説生成器108によって記憶されてもよい。
第1および第2の仮説評価ユニット118、122はそれぞれ、最も可能性の高い受信機タイミング・オフセットおよびドリフト仮説を航法エンジン124に転送する。航法エンジン124は、最も可能性の高い仮説と、既知の位置および速度とを使用して、カルマンフィルタなどの最適な推定アルゴリズムで、更新された受信機タイミング解
を決定する226。
図3は、衛星信号を追跡するためのさらなる例示的な装置を示す。図1と同様に、この装置はGNSSタイミング受信機の一部を備える。図3の装置は、既存の受信機技術の一部を形成する複数のチャネル300a〜kから出力される信号を使用するように構成される。より具体的には、図3の装置は、受信機チャネル300a〜kのそれぞれから出力される、進み、即時、および遅れコード相関サンプルを使用して、複数の衛星信号のベクトル追跡を提供するように構成される。
図1の装置と同様に、デジタル化されたIF信号は、RFフロント・エンド(図3には図示されない)によって導出され、チャネル300a〜kのそれぞれによって受け取られる。図3には2つのチャネルのみが示されているが、装置には任意数のチャネルがあってもよいことは理解されよう。
本明細書では、図3を参照して一般チャネル300が説明される。チャネル300a〜kのそれぞれは、一般チャネル300と同じ特徴を備えるものと見なされてもよい。チャネル300は、複数の衛星のうちの1つについて、進み、即時、および遅れコード相関サンプルを決定するように構成される。例示的なチャネル300は、デジタル化されたIF信号を受け取り、混合器304に転送する前にデジタル化されたIF信号をバッファするように構成されるバッファ302を備える。チャネル300はまた、レプリカ搬送波信号を生成し、混合器304に転送するように構成される搬送波生成器306を備える。搬送波生成器306は、CPG310から搬送波周波数データを受け取り、搬送波周波数データに基づいてレプリカ搬送波信号を生成するように構成される。
図3の構成では、搬送波周波数データは、上記で論じられたように、受信機の既知の位置および/または速度と、対応する衛星に関するLOSデータとに基づいて決定される。CPGはまた、航法エンジン324によって決定される現在の受信機タイミング誤差について搬送波周波数データを補償する。
混合器304は、バッファされたデジタル化されたIF信号およびレプリカ搬送波信号に基づいて搬送波除去信号を決定し、搬送波除去信号を3つのコード相関器:進みコード相関器350、即時コード相関器352、および遅れコード相関器354に転送するように構成される。
チャネル300は、PRNコード生成器(本文書の残りの部分では「コード生成器」と呼ばれる)312をさらに備える。コード生成器312は、CPG310からコード位相データを受け取り、コード位相データに基づいてレプリカ・コードを生成するように構成される。コード位相データは、上記で論じられたように、受信機の既知の位置および/または速度と、対応する衛星に関するLOSデータとに基づいて、CPG310によって決定される。CPG310はまた、航法エンジン324によって決定される現在の受信機タイミング誤差を考慮する。コード位相データは、デジタル化されたIF信号のPRNコードの予想されるコード位相に対応する。
コード生成器312は、コード位相データに基づいて、進み、即時、および遅れレプリカ・コードを生成し、進み、即時、および遅れコード相関器350、352、354に転送するように構成される。当業者には理解されるように、典型的にはコード生成器312はレプリカ・コードの3つのバージョン、すなわち、進み、即時、および遅れを生成するように構成され、それぞれ、シフト・レジスタなどを介して、前者に対して所定の時間オフセットだけ遅延される。進み、即時、および遅れコード相関器350、352、354は、搬送波除去信号と、進み、即時、および遅れレプリカ・コードとの相関をとることによって、進み、即時、および遅れコード相関サンプルを決定するように構成される。
上述の特徴は、進み、即時、および遅れコード相関サンプルを生成する1つの例示的な方法を行うように構成される。進み、即時、および遅れコード相関サンプルの生成は当業者にはよく知られており、それらを生成する他の例示的な方法が使用されてもよい。進み、即時、および遅れコード相関サンプルは、多くの知られているGNSS受信機において生成され、本明細書で開示される方法および装置は、それらのコード相関サンプルに基づくGNSS衛星信号のベクトル追跡を提供する。したがって、本明細書で開示される方法および装置は、既存のGNSS受信機に組み込まれてもよい。
進み、即時、および遅れコード相関器350、352、354は、進み、即時、および遅れコード相関サンプルを、進み、即時、および遅れ合算ユニット356、358、360に転送する。進み、即時、および遅れ合算ユニット356、358、360は、複数のチャネルからの進み、即時、および遅れコード相関サンプルをそれぞれ合算し、合算されたコード相関サンプル(第1の相関値)を補間器362に提供するように構成される。
補間器362は、合算されたコード相関サンプルを、仮説生成器308からの受信機タイミング・オフセット仮説と共に受け取るように構成される。補間器362は、以下で説明されるように、各受信機タイミング・オフセット仮説に対応する遅延での合算されたコード相関の値を補間し、受信機タイミング・オフセット仮説のうちの最も可能性の高いものを決定するために、補間された合算されたコード相関値を第1の仮説評価ユニット318に提供するように構成される。第1の仮説評価ユニット318は、決定された最も可能性の高い受信機タイミング・オフセット仮説を航法エンジン324に転送するように構成される。
装置はまた、複数の離散フーリエ変換(DFT)ユニット364a〜kを備え、それぞれ、チャネル100a〜kの1つから即時コード相関サンプルを受け取るように構成される。DFTユニット364a〜kは、即時コード相関値のそれぞれに対してDFTを行い、その結果を合算ユニット366に転送するように構成される。
DFTユニット364a〜kは、受信機タイミング・ドリフト仮説に基づく、衛星信号についての予想されるドップラー偏移をカバーする周波数範囲内でDFTを行うように構成される。したがって、スペクトルのカバー範囲は、全ての受信機タイミング・ドリフト仮説をカバーするのに十分広い。
DFTは、周波数範囲に及ぶ複数の相関と見なされることができる。すなわち、所与の信号のDFTは、周波数範囲内の等間隔の周波数(周波数ビン)における、その信号と複数のさらなる信号との相関を表す。DFTの結果は、複数の周波数値(ビン)と、対応する複数の振幅(相関値を表す)とを含み、これは信号の周波数スペクトルを与えるためにプロットされてもよい。したがって、DFTが、所与の受信機タイミング・ドリフト仮説に関する予想されるドップラー偏移を包含する周波数範囲に及ぶ場合、予想されるドップラー偏移の周波数に関する振幅は、その仮説の相関値(第2の相関値)を表す。
合算ユニット366は、複数のチャネルのDFTユニット364a〜kのそれぞれからの所与のDFT周波数におけるDFT出力ベクトルの振幅部分を合算し、合算された振幅を対応する周波数ビン(インデックス)と共に第2の仮説評価ユニット322に転送するように構成される。第2の仮説評価ユニット322はまた、仮説生成器308から複数の受信機タイミング・ドリフト仮説を受け取り、最も可能性の高い受信機タイミング・ドリフト仮説を決定するように構成される。第2の仮説評価ユニット322は、決定された最も可能性の高い受信機タイミング・ドリフト仮説を航法エンジン324に転送するように構成される。
航法エンジン324は、最も可能性の高い受信機タイミング・オフセットおよびドリフト仮説と、受信機の既知の位置および速度とに基づいて、更新された受信機タイミング解を決定するように構成される。航法エンジン324は、更新された受信機タイミング解に関連する更新されたLOSデータおよび分散データを決定するようにさらに構成される。航法エンジン324はまた、更新された受信機タイミング解を仮説決定器308およびCPG310に転送し、分散データを仮説決定器308に転送し、LOSデータをCPG310に転送するように構成される。
図3の装置の動作の詳細な説明が、図4を参照しながら続く。
図2と同様に、最初のステップで、GNSS受信機の位置および/または速度が決定され400、航法エンジンは現在の受信機タイミング解を決定する402。これらのステップは、ここでは再度詳細に論じられない。
現在の(またはデフォルトの)受信機タイミング解
は、航法エンジン324によって仮説生成器308およびCPG310に転送される。
CPG310は、現在の受信機タイミング解
と、受信機の既知の位置および/または速度と、各衛星のLOSデータとを航法エンジン324から受け取る。CPG310は、既知の位置および/または速度を各衛星のLOSベクトルにマッピングし、現在の受信機タイミング解
を考慮して、搬送波周波数データおよび各衛星のコード位相データを決定する404。CPG310は、搬送波周波数データを搬送波生成器306a〜kに転送し、コード位相データを各衛星に対応するチャネル300a〜kのコード生成器312a〜kに転送する。
仮説生成器308は、現在の受信機タイミング解
を受け取り、航法エンジン324から分散データも受け取る。仮説生成器308は、複数の受信機タイミング・ドリフト仮説と、複数の受信機タイミング・オフセット仮説とを生成する406。これは図1および図2に関して上記で説明されており、ここでは再度詳細に論じられない。搬送波生成器306a〜kおよびコード生成器312a〜kは、それぞれレプリカ搬送波信号と、進み、即時、および遅れレプリカ・コードとを決定する408。搬送波生成器306a〜kは、レプリカ搬送波信号を混合器304a〜kに転送する。図1の装置と同様に、デジタル化されたIFはバッファされ410、混合器304a〜kに転送され、混合器304a〜kは、バッファされたデジタル化されたIF信号とレプリカ搬送波信号とを乗算して412、各チャネル300a〜kの搬送波除去信号を生成する。
搬送波除去信号は、チャネル300a〜kのそれぞれにおいて、進み、即時、および遅れコード相関器350a〜k、352a〜k、354a〜kに転送される。加えて、コード生成器312a〜kは、進み、即時、および遅れレプリカ・コードを、それぞれ進み、即時、および遅れコード相関器350a〜k、352a〜k、354a〜kに転送する。進み、即時、および遅れコード相関器350a〜k、352a〜k、354a〜kは、搬送波除去信号と、進み、即時、および遅れレプリカ・コードとの相関をとって、進み、即時、および遅れコード相関サンプルを決定する414。
例示的な装置はまた、進み、即時、および遅れコード相関サンプルを受け取り、時間にわたって積分してノイズを平均化する複数の積分ダンプ・ユニット(図3には図示されない)を備える。これは当技術分野でよく知られている。加えて、明瞭さのために、実際のGNSSを実施するために必要な場合があるさらなる特徴は図3には示されていない。これらもやはり、当技術分野でよく知られている。
チャネル300a〜kのそれぞれは、対応する進み、即時、および遅れコード相関サンプルをそれぞれの合算ユニット356、358、360に転送し、そこでこれらは複数のチャネル300a〜kにわたって合算されて416、合算された進み、即時、および遅れコード相関サンプルが生成される。進み合算ユニット356、即時合算ユニット358、および遅れ合算ユニット360は、全てのチャネル300a〜kからの進みコード相関、即時コード相関、および遅れコード相関の寄与をそれぞれ合算して、合算されたコード相関サンプルを形成する。
合算された進み、即時、および遅れコード相関サンプルは、補間器362に転送される。加えて、仮説生成器308は、受信機タイミング・オフセット仮説を補間器362および第1の仮説評価ユニット318に転送する。補間器362は補間アルゴリズムを動作させて、受信機タイミング・オフセット仮説にそれぞれ対応する第1の相関値のセットを決定する418。
進みおよび遅れコード相関サンプルのそれぞれは、即時コード相関サンプルに対する位相遅延(これは正または負の場合がある)に対応する。進みコード相関サンプルから遅れコード相関サンプルまでの位相遅延の範囲は、受信機タイミング・オフセット仮説に関連する遅延を包含するのに十分である。したがって、補間器362は、合算された進み、即時、および遅れコード相関サンプルに基づいて、受信機タイミング・オフセット仮説のそれぞれに対応する遅延での合算されたコード相関サンプルを補間してもよい。補間された合算されたコード相関サンプルはそれぞれ、対応する受信機タイミング・オフセット仮説が正しい可能性を表す大きさを有する。
補間された合算されたコード相関サンプルは第1の仮説評価ユニット318に転送され、第1の仮説評価ユニット318は、最高値を有する補間された合算されたコード相関値に対応する受信機タイミング・オフセット仮説を、最も可能性の高い受信機タイミング・オフセット仮説として決定する422。
加えて、チャネル300a〜kのそれぞれからの即時コード相関サンプルはそれぞれ、複数のDFTユニット364a〜kのうちの1つに転送される。DFTユニット364a〜kは、即時コード相関サンプルに対してDFTを行い424、その結果を合算ユニット366に転送する。合算ユニット366は、ステップ424で実行されたDFT演算の結果を合算し426、その結果の合算された振幅を対応する周波数ビン(インデックス)と共に第2の仮説評価ユニット322に転送する。第2の仮説評価ユニット322は、最大振幅を有する合算された振幅の周波数ビンに対応する受信機タイミング・ドリフト仮説が、最も可能性の高い受信機タイミング・ドリフト仮説であると決定する428。
最も可能性の高い受信機タイミング・オフセットおよびドリフト仮説は、更新されたタイミング解の決定430のために航法エンジン324に転送される。
コンピュータ・プログラムは、上述の方法のいずれかを提供するように構成されてもよい。コンピュータ・プログラムは、コンピュータ可読媒体上に提供されてもよい。コンピュータ・プログラムは、コンピュータ・プログラム製品であってもよい。その製品は、非一時的なコンピュータ使用可能な記憶媒体を備えてもよい。コンピュータ・プログラム製品は、本方法を実行するように構成されるコンピュータ可読プログラム・コードが、その媒体に具現化されてもよい。コンピュータ・プログラム製品は、少なくとも1つのプロセッサに本方法の一部または全部を実行させるように構成されてもよい。
様々な方法および装置は、本明細書では、コンピュータ実施方法、装置(システムおよび/またはデバイス)、ならびに/あるいはコンピュータ・プログラム製品のブロック図またはフローチャート図を参照して説明されている。ブロック図および/またはフローチャート図のブロック、ならびにブロック図および/またはフローチャート図におけるブロックの組み合わせは、1つまたは複数のコンピュータ回路によって実行されるコンピュータ・プログラム命令によって実装されることができることは理解されよう。これらのコンピュータ・プログラム命令は、汎用コンピュータ回路、専用コンピュータ回路、および/または他のプログラム可能なデータ処理回路のプロセッサ回路に提供されてマシンを生成してもよく、その結果、コンピュータおよび/または他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサを介して実行される命令は、トランジスタ、メモリ位置に記憶された値、およびそのような回路内の他のハードウェア・コンポーネントを変換および制御して、ブロック図ならびに/あるいはフローチャートの1つまたは複数のブロックにおいて指定された機能/動作を実装することによって、ブロック図および/またはフローチャートのブロックにおいて指定された機能/動作を実装するための手段(機能性)および/または構造を生成する。
コンピュータ・プログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置を特定の方法で機能させることができるコンピュータ可読媒体に記憶されてもよく、その結果、コンピュータ可読媒体に記憶された命令は、ブロック図ならびに/あるいはフローチャートの1つまたは複数のブロックにおいて指定された機能/動作を実装する命令を含む製品を生成する。
有形非一時的コンピュータ可読媒体は、電子、磁気、光学、電磁気、または半導体データ記憶システム、装置、またはデバイスを含んでもよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例は、ポータブル・コンピュータ・ディスケット、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)回路、読み取り専用メモリ(ROM)回路、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ(EPROMまたはフラッシュ・メモリ)回路、ポータブル・コンパクト・ディスク読み取り専用メモリ(CD−ROM)、およびポータブル・デジタル・ビデオ・ディスク読み取り専用メモリ(DVD/Blu−ray)を含む。
コンピュータ・プログラム命令はまた、コンピュータおよび/または他のプログラム可能なデータ処理装置にロードされて、一連の動作ステップをコンピュータおよび/または他のプログラム可能な装置上で実行させることによって、コンピュータ実施プロセスを生成してもよく、その結果、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実行された命令は、ブロック図ならびに/あるいはフローチャートの1つまたは複数のブロックにおいて指定された機能/動作を実装するためのステップを提供する。
したがって、本発明は、ハードウェアおよび/またはプロセッサ上で動作するソフトウェア(ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロ・コードなどを含む)で実施されてもよく、これらは「回路」、「モジュール」、またはこれらの変形として総称される場合がある。
また、いくつかの代替の実装形態では、ブロックに記載された機能/動作は、フローチャートに記載された順序以外で行われてもよいことに留意されたい。たとえば、関与する機能性/動作に応じて、連続して示された2つのブロックは実際には実質的に同時に実行されてもよく、またはブロックが逆の順序で実行される場合があってもよい。また、フローチャートおよび/またはブロック図の所与のブロックの機能性は、複数のブロックに分割されてもよく、ならびに/あるいはフローチャートおよび/またはブロック図の2つ以上のブロックの機能性は、少なくとも部分的に統合されてもよい。最後に、図示されたブロックの間に他のブロックが追加/挿入されてもよい。
当業者は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を想定できよう。

Claims (23)

  1. 全地球航法衛星システムGNSS受信機によって複数の衛星から受信された複数の衛星信号を追跡するための装置であって、各衛星信号は前記GNSS受信機の複数のチャネルのうちの異なる1つにおいて処理され、前記装置は、
    複数の相関値のセットのそれぞれから対応する相関値を合算して、複数の合算された相関値を決定するように構成される少なくとも1つの合算ユニットであって、各セットは前記複数のチャネルのうちの1つからのものであり、セット内の各相関値は、前記複数の受信された衛星信号のうちの対応するものから導出される信号と、前記GNSS受信機の既知の位置および/または速度ならびに複数の推定される受信機タイミング・パラメータのうちの1つにそれぞれ基づく複数のレプリカ信号のうちの1つとの相関を表す、少なくとも1つの合算ユニットと、
    前記複数の合算された相関値に基づいて最大の相関値を決定し、複数の受信機タイミング仮説のうちの最も可能性の高いものが、前記最大の相関値に対応する前記受信機タイミング仮説であると決定するように構成される仮説評価ユニットと
    を備える、装置。
  2. 前記複数の受信機タイミング仮説は、複数の受信機タイミング・オフセット仮説を含み、
    前記複数の推定される受信機タイミング・パラメータの少なくとも一部は、前記複数の受信機タイミング・オフセット仮説のうちの1つにより現在の受信機タイミング・オフセット解を調整することによって決定されており、
    前記複数の受信された衛星信号のうちの前記対応するものから導出される前記信号は、デフォルトの搬送波除去信号を含み、
    前記複数のレプリカ信号は、複数のレプリカ・コードを含む、
    請求項1に記載の装置。
  3. 前記複数のレプリカ・コードを生成するように構成されるコード生成器を各チャネルにさらに備え、
    前記デフォルトの搬送波除去信号と、前記複数のレプリカ・コードとの相関をとることによって、各チャネルの複数の第1の相関値を決定するように構成される少なくとも1つの相関器をさらに備え、前記第1の相関値は前記相関値のセットのうちの1つの少なくとも一部を形成する、
    請求項2に記載の装置。
  4. 前記複数のレプリカ・コードは、進みレプリカ・コード、即時レプリカ・コード、および遅れレプリカ・コードを含み、
    前記装置は、
    前記デフォルトの搬送波除去信号と、前記進み、即時、および遅れレプリカ・コードのそれぞれとの相関をとることによって、進み、即時、および遅れコード相関値を決定するように構成される、各チャネルの少なくとも1つの相関器と、
    前記進み、即時、および遅れコード相関値に基づいて各チャネルの第1の相関値を補間するように構成される少なくとも1つの補間器であって、前記第1の相関値は前記相関値のセットのうちの1つの少なくとも一部を形成する、少なくとも1つの補間器と
    をさらに備える、請求項2に記載の装置。
  5. 前記複数の受信機タイミング仮説は、複数の受信機タイミング・ドリフト仮説を含み、
    前記複数のレプリカ信号は、複数のレプリカ搬送波信号を含み、
    前記複数の推定される受信機タイミング・パラメータの少なくとも一部は、前記複数の受信機タイミング・ドリフト仮説のうちの1つにより現在の受信機タイミング・ドリフト解を調整することによって決定されている、
    請求項1から4のいずれかに記載の装置。
  6. 前記複数の受信された衛星信号のうちの前記対応するものから導出される前記信号は、中間周波数IF信号を含み、
    前記装置は、
    前記複数のレプリカ搬送波信号を生成するように構成される、各チャネルの搬送波生成器と、
    前記IF信号に前記複数のレプリカ搬送波信号を乗算して、複数の搬送波除去信号を生成するための混合器と、
    前記複数の搬送波除去信号と、デフォルトのレプリカ・コードとの相関をとることによって、第2の相関値を決定するように構成される少なくとも1つの相関器であって、前記第2の相関値は前記相関値のセットのうちの1つの少なくとも一部を形成する、少なくとも1つの相関器と
    をさらに備える、請求項5に記載の装置。
  7. 前記GNSS受信機内で生成される進み、即時、および遅れコード相関値のうちの1つまたは複数から導出される信号のDFTを行うことによって、第2の相関値を決定するように構成される離散フーリエ変換DFTユニットをさらに備え、前記第2の相関値は前記相関値のセットのうちの1つの少なくとも一部を形成し、
    前記DFTは、前記複数の受信機タイミング・パラメータの少なくとも一部に対応する周波数を包含する周波数範囲に及び、
    前記第2の相関値のそれぞれは、対応するDFTビン周波数における前記DFTの振幅を示す、
    請求項5に記載の装置。
  8. 前記複数の合算された相関値のそれぞれは、前記複数の受信機タイミング仮説のうちの1つに対応し、
    前記仮説評価ユニットは、最大の合算された相関値を選択することによって、前記最大の相関値を決定するように構成される、
    請求項1から7のいずれかに記載の装置。
  9. 航法エンジンをさらに備え、
    前記仮説評価ユニットは、前記最も可能性の高い受信機タイミング仮説に関するデータを前記航法エンジンに転送するようにさらに構成され、
    前記航法エンジンは、前記最も可能性の高い受信機タイミング仮説に関する前記受け取られたデータに少なくとも部分的に基づいて、後続の受信機タイミング解を決定するように構成される、
    請求項1から8のいずれかに記載の装置。
  10. 現在および/または以前の受信機タイミング解の予測される変化に基づいて、前記複数の受信機タイミング仮説を生成するように構成される仮説生成器をさらに備える、請求項1から9のいずれかに記載の装置。
  11. 請求項1から10のいずれかに記載の装置を備える、GNSS受信機。
  12. 全地球航法衛星システムGNSS受信機によって複数の衛星から受信された複数の衛星信号を追跡するための方法であって、各衛星信号は前記GNSS受信機の複数のチャネルのうちの異なる1つにおいて処理され、前記方法は、
    少なくとも1つの合算ユニットにより、複数の相関値のセットのそれぞれから対応する相関値を合算して、複数の合算された相関値を決定することであって、各セットは前記複数のチャネルのうちの1つからのものであり、セット内の各相関値は、前記複数の受信された衛星信号のうちの対応するものから導出される信決定する号と、前記GNSS受信機の既知の位置および/または速度ならびに複数の推定される受信機タイミング・パラメータのうちの1つにそれぞれ基づく複数のレプリカ信号のうちの1つとの相関を表す、決定することと、
    仮説評価ユニットにより、前記複数の合算された相関値に基づいて最大の相関値を決定することと、
    前記仮説評価ユニットにより、複数の受信機タイミング仮説のうちの最も可能性の高いものが、前記最大の相関値に対応する前記受信機タイミング仮説であると決定することと
    を含む、方法。
  13. 前記複数の受信機タイミング仮説は、複数の受信機タイミング・オフセット仮説を含み、
    前記複数の推定される受信機タイミング・パラメータの少なくとも一部は、前記複数の受信機タイミング・オフセット仮説のうちの1つにより現在の受信機タイミング・オフセット解を調整することによって決定されており、
    前記複数の受信された衛星信号のうちの前記対応するものから導出される前記信号は、デフォルトの搬送波除去信号を含み、
    前記複数のレプリカ信号は、複数のレプリカ・コードを含む、
    請求項12に記載の方法。
  14. 各チャネルのコード生成器により、前記複数のレプリカ・コードを生成することと、
    少なくとも1つの相関器により、前記デフォルトの搬送波除去信号と、前記複数のレプリカ・コードとの相関をとることによって、各チャネルの複数の第1の相関値を決定することであって、前記第1の相関値は前記相関値のセットのうちの1つの少なくとも一部を形成する、求めることと
    をさらに含む、請求項13に記載の方法。
  15. 前記複数のレプリカ・コードは、進みレプリカ・コード、即時レプリカ・コード、および遅れレプリカ・コードを含み、
    前記方法は、
    各チャネルの少なくとも1つの相関器により、前記デフォルトの搬送波除去信号と、前記進み、即時、および遅れレプリカ・コードのそれぞれとの相関をとることによって、進み、即時、および遅れコード相関値を決定することと、
    少なくとも1つの補間器により、前記進み、即時、および遅れコード相関値に基づいて各チャネルの第1の相関値を補間することであって、前記第1の相関値は前記相関値のセットのうちの1つの少なくとも一部を形成する、補間することと
    をさらに含む、請求項13に記載の方法。
  16. 前記複数の受信機タイミング仮説は、複数の受信機タイミング・ドリフト仮説を含み、
    前記複数のレプリカ信号は、複数のレプリカ搬送波信号を含み、
    前記複数の推定される受信機タイミング・パラメータの少なくとも一部は、前記複数の受信機タイミング・ドリフト仮説のうちの1つにより現在の受信機タイミング・ドリフト解を調整することによって決定されている、
    請求項12から15のいずれかに記載の方法。
  17. 前記複数の受信された衛星信号のうちの前記対応するものから導出される前記信号は、中間周波数IF信号を含み、
    前記方法は、
    各チャネルの搬送波生成器により、前記複数のレプリカ搬送波信号を生成することと、
    混合器により、前記IF信号に前記複数のレプリカ搬送波信号を乗算して、複数の搬送波除去信号を生成することと、
    少なくとも1つの相関器により、前記複数の搬送波除去信号と、デフォルトのレプリカ・コードとの相関をとることによって、第2の相関値を決定することであって、前記第2の相関値は前記相関値のセットのうちの1つの少なくとも一部を形成する、決定することと
    をさらに含む、請求項16に記載の方法。
  18. 離散フーリエ変換DFTユニットにより、前記GNSS受信機内で生成される進み、即時、および遅れコード相関値のうちの1つまたは複数から導出される信号のDFTを行うことによって、第2の相関値を決定することであって、前記第2の相関値は前記相関値のセットのうちの1つの少なくとも一部を形成する、決定すること
    をさらに含み、
    前記DFTは、前記複数の受信機タイミング・パラメータの少なくとも一部に対応する周波数を包含する周波数範囲に及び、
    前記第2の相関値のそれぞれは、対応するDFTビン周波数における前記DFTの振幅を示す、
    請求項16に記載の方法。
  19. 前記複数の合算された相関値のそれぞれは、前記複数の受信機タイミング仮説のうちの1つに対応し、
    前記方法は、前記仮説評価ユニットが、前記最大の合算された相関値を選択することによって、前記最大の相関値を決定することをさらに含む、
    請求項12から18のいずれかに記載の方法。
  20. 前記仮説評価ユニットが、前記最も可能性の高い受信機タイミング仮説に関するデータを前記航法エンジンに転送することと、
    前記航法エンジンが、前記最も可能性の高い受信機タイミング仮説に関する前記受け取られたデータに少なくとも部分的に基づいて、後続の受信機タイミング解を決定することと、
    をさらに含む、請求項12から19のいずれかに記載の方法。
  21. 仮説生成器により、現在および/または以前の受信機タイミング解の予測される変化に基づいて、前記複数の受信機タイミング仮説を生成することをさらに含む、請求項12から20のいずれかに記載の方法。
  22. 少なくとも1つのプロセッサで実行された場合に、前記少なくとも1つのプロセッサに、請求項12から21のいずれか一項に記載の方法を実行させる命令を含む、コンピュータ・プログラム。
  23. 請求項22に記載のコンピュータ・プログラムを含むキャリアであって、電子信号、光信号、無線信号、または非一時的コンピュータ可読記憶媒体のうちの1つである、キャリア。
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