JP3231624B2

JP3231624B2 - Ｇｐｓ受信機

Info

Publication number: JP3231624B2
Application number: JP14646496A
Authority: JP
Inventors: 良文舘田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 2001-11-26
Anticipated expiration: 2016-05-17
Also published as: JPH09304503A; US5847678A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測位衛星の信号を
受信し位置を測定するＧＰＳ（Global Positioning Sy
stem）受信機に関し、特に、短時間で精度良く位置測定
ができるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】ＧＰＳ受信機は、米国が運用しているＮ
ＡＶＳＴＡＲ衛星や、ロシア共和国が運用しているＧＬ
ＯＮＡＳＳ衛星などから送信されるスペクトル拡散信号
の位相を測定し、また、衛星信号が示す時刻を測定する
ことにより、受信位置を算出する。このＧＰＳ受信機
は、近年、カーナビゲーションシステムや、船舶の航法
装置、航空機の航法装置の位置センサーとして広く利用
されている。また、この受信機は、位置の測量や距離の
測定などを行なう計測器にも利用することができ、この
明細書では、こうした各種の用途に使用されるものをも
含めて「ＧＰＳ受信機」と言うことにする。

【０００３】従来のＧＰＳ受信機は特開平４―２０８８
９号、特開平４―２６９６８２号に記載されている。Ｇ
ＰＳ衛星は搬送周波数が１．５７５４２ＧＨｚであるス
ペクトル拡散されたＧＰＳ衛星信号（Ｌ１）を送信して
いる。この信号には、衛星毎に固有のＣ／Ａコードと呼
ばれる疑似雑音符号と、５０ｂｐｓのデータとが位相変
調されて含まれている。

【０００４】ＧＰＳ受信機は、図１４に示すように、Ｇ
ＰＳ衛星１の電波を受ける無指向性アンテナ２と、周波
数１．５７５４２ＧＨｚで帯域幅が３０ＭＨｚの衛星信
号を濾波する帯域フィルタ３と、周波数１．５７５４２
ＧＨｚ帯の増幅器４と、１．６２４５２４ＧＨｚの局部
信号を発生する局部発振器５と、この出力信号と衛星信
号とを混合し中間周波信号を出力する混合器６と、混合
器６が出力する４９．１０４ＭＨｚを中心とする中間周
波信号の帯域を１０ＭＨｚに制限する帯域フィルタ７
と、第一中間周波信号を増幅する増幅器８と、第一中間
周波信号を基準電位と比較して２値のデジタル信号に変
換する比較器９と、２値化した第一中間周波信号を６
５．４７２ＭＨｚの周波数で標本化するラッチ10と、６
５．４７２ＭＨｚのタイミング信号を分周して直交した
１６．３６８ＭＨｚの局部信号を発生する局部発振器11
と、局部発振器11の出力と標本化された信号とを混合し
て基底帯域の信号を生成する混合器12と、１６．３６８
ＭＨｚで標本化された信号に標本化周波数を下げる低域
フィルタ13と、１６．３６８ＭＨｚの基準クロックを発
生する基準発振器14と、基準発振器14の出力を４逓倍す
るＰＬＬ発振器から成る逓倍器15と、複数の衛星につい
てそれぞれ固有の疑似雑音符号を発生する疑似雑音発生
器16と、複数の衛星それぞれについて、衛星信号と疑似
雑音発生器16の出力とを混合し、一定期間、時間積分し
て相関を求める相関器17と、衛星毎に時間積分した相関
器17の出力を時間順次で切り換えて出力するスイッチ18
と、衛星信号の搬送波に追尾した再生搬送波を、衛星毎
に時間順次で出力する数値制御発振器19と、各衛星につ
いて順次、相関器17の出力信号を直交周波数変換し、相
関器17の出力信号から搬送波成分を取り除く混合器20
と、混合器20の出力ＩとＱとを順次切り換えて出力する
スイッチ21と、混合器20の出力を衛星ごとに累積加算す
るための累積加算器を構成する加算器22とＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）23と、この衛星信号ごとに同相成
分と直交成分とを累積加算した結果を用いて、衛星信号
に追尾するように疑似雑音発生器16と数値制御発振器19
とを制御するマイクロプロセッサを使った制御回路24と
を備えている。

【０００５】このＧＰＳ受信機は次のように動作する。
まず、複数のＧＰＳ衛星１の電波をアンテナ２で受け
る。次に、受けた信号よりフィルタ３で不要な信号を除
き、増幅器４で増幅する。さらに、局部発振器５、混合
器６及びフィルタ７で構成する周波数変換回路により中
心周波数４９．１０４ＭＨｚを有する第一中間周波信号
に周波数変換する。

【０００６】次に、この第一中間周波信号を増幅器８で
増幅及び振幅制限した後、比較器９で２値のロジック信
号に変換する。この２値化した信号を、ラッチ10におい
て、４逓倍器15が出力する６５．４７２ＭＨｚのクロッ
ク信号で標本化する。これ以降は全ての信号を離散値と
して、ロジック回路または演算回路で信号処理すること
になる。

【０００７】この標本化において、第一中間周波信号
と、標本化周波数との干渉を利用し、１６．３６８ＭＨ
ｚを中心とする第二中間周波信号に周波数変換する。標
本化した信号は、局部発振器11が出力する１６．３６８
ＭＨｚのＩ信号と、Ｉ信号に対し９０°位相の異なるＱ
信号とによって、直交周波数変換する。この変換で基底
帯域に周波数変換した信号Ｉ，Ｑの標本化周波数を、フ
ィルタ13で１６．３６８ＭＨｚに下げる。

【０００８】この基底帯域に周波数変換した衛星信号
Ｉ，Ｑは、さらに、受信する衛星毎に独立した信号処理
が行なわれる。

【０００９】疑似雑音発生器16は、受信する衛星それぞ
れについて、前記Ｃ／Ａコードと呼ばれる疑似雑音符号
を出力する。この疑似雑音符号と前記基底帯域に周波数
変換した信号Ｉ，Ｑとを、衛星毎に相関器17によって混
合し、相関を求める。疑似雑音符号の位相は、信号処理
の基準クロックである１６．３６８ＭＨｚのタイミング
を単位として量子化され、この量子化された値が疑似雑
音発生器16に設定される。

【００１０】相関器17は、受信信号と疑似雑音符号とを
混合した後、数百ＫＨｚの標本化周波数まで時間積分に
よって平滑化し、後に詳述する信号Ａ_I、Ａ_Q、Ｂ_I、Ｂ_Q
を出力する。

【００１１】数値制御発振器19は、それぞれの衛星につ
いての再生搬送波を発振し、直交した出力信号Ｉ及びＱ
を出力する。この出力によって混合器20は平滑化した相
関器17の出力信号を直交周波数変換し、出力信号から搬
送波成分を取り除く。この周波数変換では、入力信号の
標本化周波数が低くなっているので、複数の衛星につい
て時分割で処理する。

【００１２】混合器20が出力する同相成分Ｉと直交成分
Ｑとは、スイッチ21により時間順次信号に変換される。
そして、加算器22とＲＡＭ23とで構成する累積加算器
は、衛星毎に混合器20の出力Ｉ及びＱを累積加算し、相
関結果を出力する。

【００１３】信号Ａ_I、Ａ_Qを周波数変換し累積加算した
値を相関結果Ｐ_I、Ｐ_Qとし、信号Ｂ_I、Ｂ_Qを周波数変換
し累積加算した値を相関結果Ｄ_I、Ｄ_Qとする。加算する
期間はＣ／Ａコードの始まりから終わりまでの１ｍｓｅ
ｃを１区間としてその整数倍とする。制御部24は、相関
結果Ｐ_Q成分の振幅が小さくなるように数値制御発振器1
9を制御することによって、衛星信号の搬送波を追尾す
る。さらに、相関結果Ｄ_I成分の振幅を調べ、この振幅
が小さくなるように、疑似雑音発生器16の位相を変える
ことにより、衛星信号の疑似雑音を追尾する。

【００１４】さらに制御部24は、相関結果のＰ_I成分の
正負を判別することによって、５０ｂｐｓのデータを復
調する。そして、衛星信号の疑似雑音符号の位相を、疑
似雑音発生器16に設定している位相を読み取ることによ
り測定し、データの伝送タイミングと組み合わせて、衛
星が電波を発射した時刻を求める。さらに制御部24は、
複数の衛星について受け取った軌道情報や時刻情報と測
定した時刻とを使って、受信機のアンテナ位置を演算に
より求め、外部へ出力する。

【００１５】図１５は相関器17の詳細な構成を示してい
る。この相関器17は、疑似雑音発生器16が発生する疑似
雑音符号に対し、基準クロックにおいて８個先行したタ
イミング信号を合図に計数を始め、先行する疑似雑音符
号のタイミングを発生するカウンタ25と、カウンタ25と
同様な方法で疑似雑音発生器16の疑似雑音符号と同じタ
イミングを発生するカウンタ26と、カウンタ26が出力す
るタイミング信号より計数を始め、後行する疑似雑音符
号のタイミングを発生するカウンタ27と、カウンタ25、
26、27のそれぞれから出力されるタイミングで、疑似雑
音発生器16が発生する疑似雑音符号を順次保持するＤラ
ッチ28、29、30と、ラッチ28と30との出力の差に応じた
振幅を出力する減算器31と、ラッチ29が出力する疑似雑
音符号とフィルタ13の出力とを混合する混合器32と、フ
ィルタ13の出力と減算器31の出力とを混合する混合器33
と、混合器32、33の出力をそれぞれ時間積分し、標本化
周波数が数百ＫＨｚに相当する平滑化した信号Ａ_I、
Ａ_Q、Ｂ_I、Ｂ_Qを出力する累積加算器から成るフィルタ3
4、35とを具備している。

【００１６】この相関器17は次のように動作する。ラッ
チ29から出力される疑似雑音符号が、受信している衛星
信号の疑似雑音符号と符号の種類において一致し、その
位相において略一致しているものとする。このとき受信
しているスペクトル拡散された衛星信号は、混合器32に
おいて逆拡散され、５０ｂｐｓでＢＰＳＫ(binary phas
e shift keying）変調された位相変調信号を得る事がで
きる。混合器32は、ラッチ29の出力が０の場合には入力
信号を正負反転して出力し、１の場合には入力信号をそ
のまま出力する。この出力は、さらにフィルタ34で平滑
化され、信号Ａ_I、Ａ_Qとして出力される。

【００１７】この信号Ａ_I、Ａ_Qは、その後、混合器20で
周波数変換され、加算器22で累積加算されてＰ_I、Ｐ_Qと
成る。制御器24は、得られた相関結果の直交成分Ｐ_Qを
使って、Ｐ_Qが小さくなるように数値制御発振器19を制
御し、衛星信号の搬送波を追尾する。また、同相成分Ｐ
_Iを使って、衛星からＢＰＳＫ変調で送られる５０ｂｐ
ｓのデータを復調する。

【００１８】一方、ラッチ28から出力される先行する疑
似雑音符号と、ラッチ30から出力される後行する疑似雑
音符号とは、ラッチ29から出力される一致したタイミン
グに相当する疑似雑音符号に対して、それぞれ同じ幅Δ
だけ前及び後になるように、制御部24がカウンタ25、27
を制御する。Δが８であれば、先行と後行との疑似雑音
符号のタイミング差は基準クロック１６個となり、疑似
雑音符号１チップに相当する。減算器31は、ラッチ28及
びラッチ30の出力に応じて、表１の信号を出力する。

【００１９】この減算器31の出力とフィルタ13の出力とは、混合器33
で乗算され、フィルタ35で平滑化されて信号Ｂ_I、Ｂ_Qと
して出力され、その後、周波数変換と累積加算とが行な
われ、相関結果Ｄ_I、Ｄ_Qに成る。

【００２０】図１６（ａ）は、ラッチ29の出力信号を示
しており、図１６（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、先行及
び後行の疑似雑音符号の差Δを８及び２とした場合の減
算器31の出力を示している。

【００２１】衛星信号の疑似雑音符号と疑似雑音発生器
16が発生する疑似雑音符号との位相差に対する、相関結
果Ｐ_I、Ｄ_Iの振幅は図１７に示すような関係にある。た
だし、疑似雑音発生器16は衛星信号と同じ疑似雑音符号
を発生しており、数値制御発振器19は衛星信号の搬送波
を追尾しているとする。図１７（ａ）は相関結果Ｐ_Iの
振幅であって、位相差±１チップの範囲で位相差の増加
に伴い、振幅が減少している。図１７（ｂ）は先行と後
行との疑似雑音符号の差Δを８とした場合の相関結果Ｄ
_Iの振幅、図１７（ｃ）はΔを２とした場合の相関結果
Ｄ_Iの振幅である。図１７（ｂ）及び（ｃ）では、Ｐ_Iと
信号の正負が一致する場合を正、逆の場合を負としてい
る。制御部24は、（ａ）の相関結果Ｐ_Iの振幅が大き
く、かつ（ｂ）または（ｃ）の相関結果Ｄ_Iの振幅が小
さくなるように、疑似雑音発生器16の位相を制御する。
こうすることによって、衛星信号の疑似雑音符号の追尾
が可能となる。

【００２２】先行と後行との疑似雑音符号の差Δを８と
した場合は、図１６（ｂ）と図１７（ｂ）とに示すよう
に、受信している衛星信号に乗算する減算器31の出力が
１または−１になっている期間が長いので、大きな相関
結果が得られ、短い時間で雑音の影響を除くことができ
る。Δを２とした場合は、逆に雑音の影響を除くのに時
間がかかるが、位相が変化している領域に限定して測定
するので、位相の変化がより反映された測定結果が得ら
れ、測定時間を長くすれば精度良く衛星信号の疑似雑音
符号に追尾できる。

【００２３】そこで、従来のＧＰＳ受信機では、衛星信
号を捕らえた初期の段階では、Δを大き目にして、素早
く衛星信号の疑似雑音符号に追尾し、その後徐々にΔを
小さくして追尾精度をさらに高くすることが行なわれて
いる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来のＧ
ＰＳ受信機では、次のような問題点を有している。

【００２５】疑似雑音符号の位相測定において、先行と
後行との疑似雑音符号の差Δを時間と共に小さくしてい
るため、高精度の測定を行なうには長い時間が必要とな
る。また、疑似雑音符号の差Δは信号処理のクロック幅
で限定されるので、高精度測定のためには高速のクロッ
クで信号処理を行なわなければならず、低消費電力の設
計ができない。また、疑似雑音符号の差Δを小さくして
測定する場合には、図１７（ｃ）の相関結果の振幅特性
が崩れないように、中間周波信号の帯域幅を十分広くし
なければならず、フィルタの仕様が厳しくなる。また、
衛星信号と疑似雑音発生器の疑似雑音符号との位相差を
僅かに前後させて測定するので、マルチパス環境で測定
誤差が増大する。

【００２６】本発明は、こうした従来の問題点を解決す
るものであり、短い時間に高い精度で測定することがで
き、また、中間周波信号のフィルタ特性を厳密に管理し
なくても、衛星信号と疑似雑音発生器の疑似雑音符号と
の位相差を精度良く測定することができるＧＰＳ受信機
を提供することを目的としている。

【００２７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明のＧＰＳ
受信機では、衛星信号の搬送波に追尾する再生搬送波の
位相変化に応じて疑似雑音発生器の位相を制御すること
により、衛星信号に含まれる疑似雑音符号と疑似雑音発
生器から発生される疑似雑音符号との位相差を一定に保
ち、また、疑似雑音発生器から発生される疑似雑音符号
の立ち上がりまたは立ち下がりにタイミングを合わせ
て、その前後の衛星信号の振幅を標本化し、その振幅の
０クロスするタイミングと疑似雑音発生器の疑似雑音符
号の立ち上がりまたは立ち下がりタイミングとの差から
両者間の位相差を求めている。衛星信号に含まれる疑似
雑音符号の位相は、この位相差と疑似雑音発生器に設定
した位相とを加算して求めることができる。

【００２８】この受信機では、短い時間で位相差を測定
することができ、また、中間周波信号回路のフィルタに
対する要求も厳しくない。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、衛星信号の搬送波に追尾する再生搬送波を発生する
発振器と、衛星固有の疑似雑音符号を発生する疑似雑音
発生器とを備えるＧＰＳ受信機において、前記発振器の
位相変化に応じて疑似雑音発生器の位相を制御し、衛星
信号に含まれる疑似雑音符号と疑似雑音発生器から発生
される疑似雑音符号との位相差を一定に保つように制御
する制御手段と、疑似雑音発生器から発生される疑似雑
音符号の立ち上がりまたは立ち下がりと関連付けたタイ
ミングを発生するタイミング発生手段と、タイミング発
生手段が発生するタイミングに合わせて衛星信号の振幅
を標本化する標本化手段と、標本化手段によって標本化
された信号を累積加算する累積加算手段と、累積加算手
段の累積加算結果を使って衛星信号に含まれる疑似雑音
符号と疑似雑音発生器から発生される疑似雑音符号との
位相差を算出する算出手段とを備え、この算出手段で求
めた位相差と疑似雑音発生器に設定した位相とを加算し
て、衛星信号に含まれる疑似雑音符号の位相を測定する
ように構成したものであり、受信信号の立ち上がりまた
は立ち下がり特性を数カ所測定するだけで、衛星信号と
疑似雑音発生器の間の疑似雑音符号の位相差を測定する
ことができる。

【００３０】請求項２に記載の発明は、タイミング発生
手段が、２個の連続するタイミングを発生し、累積加算
手段が、それぞれのタイミングに応じて重み付けがされ
た標本化された信号を累積加算するように構成したもの
であり、この２個のタイミングの間にある本来のタイミ
ングにおける累積加算値を、２個のタイミングでの累積
加算値からの補間により求めている。

【００３１】請求項３に記載の発明は、タイミング発生
手段が、疑似雑音符号の立ち上がり及び立ち下がりと関
連付けたタイミングを発生し、累積加算手段が、立ち下
がりの区間では反転された標本化された信号を累積加算
するように構成したものであり、標本化された信号の累
積加算回数を２倍にすることができ、Ｓ／Ｎ比が約３ｄ
Ｂ改善する。

【００３２】請求項４に記載の発明は、累積加算手段の
累積加算結果を衛星信号から送られるデータの伝送周期
を越える期間累積加算する第２の累積加算手段と、衛星
信号から送られる前記データが負のときに第２の累積加
算手段に入力される累積加算結果の正負を反転する反転
手段とを設けたものであり、累積加算手段の累積加算結
果が、送られて来るデータによって正負反転され、打ち
消されながら第２の累積加算手段で累積加算される。従
って、長時間にわたり平均された測定結果を得ることが
でき、雑音などの影響を排除できる。

【００３３】請求項５に記載の発明は、タイミング発生
手段が、複数の連続するタイミングを発生し、累積加算
手段が、標本化の行なわれたタイミングの区別に従って
標本化された信号を累積加算するように構成したもので
あり、複数のタイミングの測定結果を一度に得ることが
でき、また、各タイミングでの測定が同じ信号に対して
行なわれているため、すべてのタイミングの測定結果が
０でないときでも、０を挟む前後のタイミングの測定結
果より、補間法で、０となる位相差を求めることができ
る。

【００３４】請求項６に記載の発明は、タイミングの区
別に従って累積加算された累積加算結果の連続する２つ
のタイミングの累積加算結果に対して関連する重み付け
行なう重み付け手段を設け、算出手段が、この重み付け
手段によって関連する重み付けがされた２個の累積加算
結果の加算値を使って前記位相差を算出するように構成
したものであり、隣り合う２個のタイミングの間にある
本来のタイミングにおける各累積加算値を、それらの２
個のタイミングでの累積加算値から補間して求めてい
る。

【００３５】請求項７に記載の発明は、タイミングの区
別に従って累積加算された累積加算結果の平均値とこの
タイミングとの関係から求めた疑似雑音符号の位相差変
化に対する衛星信号の振幅特性について記憶する記憶手
段を設け、受信機位置の測定時に測定された振幅特性と
記憶手段に記憶された振幅特性とを比較できるようにし
たものであり、この記憶手段にマルチパスの影響が無い
振幅特性を保存することにより、この比較によってマル
チパスの影響の有無を簡単に評価することができる。

【００３６】請求項８に記載の発明は、重み付け手段
が、測定精度の上昇した段階で測定された疑似雑音符号
の位相差と、記憶手段に記憶された振幅特性と、振幅特
性を得るために用いた標本化のタイミングと、これから
測定を行なおうとする測定タイミングとを使って重み付
けの係数を決定するように構成したものであり、精密な
重み付けができるため、測定タイミングと標本化のタイ
ミングとに時間差があるときでも、測定誤差につながら
ない。

【００３７】請求項９に記載の発明は、タイミング発生
手段が、疑似雑音符号の立ち上がりまたは立ち下がり時
点から疑似雑音符号の位相差にして約１チップ先行した
付近における振幅特性を測定するように前記タイミング
を発生し、算出手段が、受信機位置の測定時に測定され
た振幅特性の傾きが最も急な部分における接線と、振幅
が０の横軸との交点の位相差またはその交点と一定の関
係にある位相差をそれぞれ求め、衛星信号に含まれる疑
似雑音符号と疑似雑音発生器から発生される疑似雑音符
号との位相差を算出するようにしたものであり、受信信
号の振幅特性の内でマルチパスの影響が比較的少ない部
分で位相差を測定することができる。

【００３８】請求項１０に記載の発明は、算出手段が、
記憶手段に記憶された振幅特性を基に、受信信号に含ま
れる直接波及び反射波の位相と振幅とを仮定し、直接波
及び反射波により観測されるであろう振幅特性が、実際
の測定値と近くなるように、直接波及び反射波の位相と
振幅とを求めるように構成したものであり、反射波の数
が少なければ、この方法で反射波と直接波とを識別して
測定することができる。

【００３９】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図１３を用いて説明する。

【００４０】（実施の形態１）第１の実施形態のＧＰＳ
受信機は、図１に示すように、全体的には従来の装置
（図１４）と同じ構造を備えている。

【００４１】この受信機において、複数のＧＰＳ衛星10
1から受信した信号を周波数４９．１０４ＭＨｚの第一
中間周波信号に変換し、比較器109で２値化した後、ラ
ッチ110で標本化し、フィルタ113から基底周波数帯域の
信号を出力するまでの動作は、従来の装置と変わりがな
い。

【００４２】このように周波数変換された衛星信号Ｉ，
Ｑに対して、後続する回路で、受信する衛星毎に独立し
た信号処理が行なわれる。

【００４３】疑似雑音発生器116は、受信する衛星毎の
固有の疑似雑音符号として、符号速度が１．０２３Ｍｂ
ｐｓ、符号長１０２３チップであって、周期が１ｍｓｅ
ｃの符号を出力する。この疑似雑音符号は、信号処理の
基準クロックである１６．３６８ＭＨｚのタイミング
（疑似雑音符号の１６分の１チップに相当）を単位とし
て量子化され、この量子化された値が疑似雑音発生器11
6に設定される。

【００４４】相関器117は、受信信号を疑似雑音発生器1
16が発生する疑似雑音符号で逆拡散し、その結果を標本
化周波数が数百ＫＨｚに相当するように時間積分して平
滑化した信号Ａ_I及びＡ_Qと、疑似雑音発生器116が発生
する疑似雑音符号が０から１に変化するタイミングより
δだけ先行または後行するタイミングにおいて受信信号
を標本化し、その値を標本化周波数が数百ＫＨｚに相当
する期間積分して平滑化した信号Ｂ_I及びＢ_Qとを出力す
る。

【００４５】また、数値制御発振器119は、それぞれの
衛星について再生搬送波信号を発振し、直交した出力信
号Ｉ及びＱを出力する。混合器120は、この出力信号Ｉ
及びＱを用いて相関器117の出力信号を直交周波数変換
し、相関器117の出力信号から搬送波成分を取り除く。
この周波数変換では、入力信号の標本化周波数が低くな
っているので、複数の衛星について時分割で処理する。

【００４６】混合器120が出力する同相成分Ｉ及び直交
成分Ｑは、スイッチ121で時間順次信号に変換され、加
算器122とＲＡＭ123とで構成される累積加算器で衛星毎
に累積加算される。信号Ａ_I、Ａ_Qを周波数変換し累積加
算した値は相関結果Ｐ_I、Ｐ_Qを表し、また、信号Ｂ_I、
Ｂ_Qを周波数変換し累積加算した値は、疑似雑音発生器1
16の疑似雑音符号が立ち上がる時の設定タイミングにお
ける受信信号の振幅の平均値Ｅ_I、Ｅ_Qを表している。累
積加算する期間はＣ／Ａコードの始まりから終わりまで
の１ｍｓｅｃの１区間とする。

【００４７】制御部124は、累積加算結果を受け取り、
相関結果Ｐ_Q成分の振幅が小さくなるように数値制御発
振器119を制御することによって、衛星信号の搬送波を
追尾する。また、この衛星信号の搬送波を追尾している
数値制御発振器119の位相変化に応じて疑似雑音発生器1
16に設定している疑似雑音符号の位相を制御する。

【００４８】また、制御部124は、前記δを変えて振幅
の平均値Ｅ_Iを測定し、振幅の平均値Ｅ_Iが小さくなるδ
の値を探すことによって、疑似雑音発生器116と衛星信
号との疑似雑音符号の位相差を測定する。そして、この
測定した位相差を疑似雑音発生器116に設定している位
相に加えることによって、衛星信号に含まれる疑似雑音
符号の位相を測定する。

【００４９】制御部124は、また、相関結果のＰ_I成分に
おける正負の変化より、衛星からＢＰＳＫ変調で送られ
る５０ｂｐｓのデータを復調する。そして、測定した疑
似雑音符号の位相と５０ｂｐｓのデータのタイミングに
より、衛星が電波を発射した時刻を求める。さらに制御
部124は、複数の衛星について受け取った軌道情報や時
刻情報と測定した時刻とを使って、受信機のアンテナ位
置を演算し、外部へ出力する。

【００５０】図２は図１の相関器117の詳細な構成を示
している。この相関器117は、疑似雑音発生器116から発
生される疑似雑音符号に対して基準クロック８個先行す
るタイミング信号を合図に計数を開始し、前記疑似雑音
符号のタイミングに対してδだけ先行または後行するタ
イミングを発生するカウンタ125と、疑似雑音発生器116
の疑似雑音符号と同じタイミングを発生するカウンタ12
6と、疑似雑音発生器116から発生される疑似雑音符号を
１チップの期間保持するＤラッチ127と、カウンタ126が
出力するタイミングに合わせて疑似雑音発生器116から
発生される疑似雑音符号を１チップの期間保持するＤラ
ッチ128と、疑似雑音符号の０から１への変化を表す信
号を疑似雑音符号が変化するタイミングの前後約１／２
チップ期間に渡って保持するＤラッチ129と、相関器117
に入力する疑似雑音符号が、１チップ前のタイミングで
は０、今回のタイミングでは１である場合にのみ１を出
力する論理回路130と、ラッチ128から出力される、疑似
雑音発生器116と同じタイミングの疑似雑音符号が１か
０かによってフィルタ113の出力信号の正負を反転する
混合器131と、カウンタ125が出力するタイミングを、疑
似雑音符号が０から１に変化する場合にのみフィルタ13
4へ出力するＡＮＤゲート132と、混合器131の各出力を
標本化周波数が数百ＫＨｚに相当するように時間積分し
平滑化した信号Ａ_I、Ａ_Qを出力する累積加算器機能を持
つフィルタ133と、ＡＮＤゲート132の出力タイミングに
合わせてフィルタ113の出力を標本化周波数が数百ＫＨ
ｚに相当する時間積分し平滑化した信号Ｂ_I、Ｂ_Qを出力
する累積加算器機能を持つフィルタ134とを備えてい
る。

【００５１】制御部124は、カウンタ125の計数値を変え
ることにより、カウンタ125の出力タイミングδを変更
する。先行または後行する疑似雑音符号のタイミングδ
は、基準クロックの個数によって設定することができ、
−７から７迄の整数値を取ることができる。

【００５２】このように構成された相関器117の動作に
ついて図３及び図４のタイミング図を用いて説明する。

【００５３】図３（ａ）は、ラッチ128から出力される
疑似雑音符号を表しており、これは疑似雑音発生器116
が発生する疑似雑音符号とタイミングが一致している。
混合器131は、このラッチ128の出力が０の場合に、フィ
ルタ113から受けた衛星信号の正負を反転して出力し、
１の場合に衛星信号をそのまま出力する。フィルタ133
は前記のごとく平滑化した信号Ａ_I、Ａ_Qを出力する。こ
の信号は、さらに周波数変換と累積加算とが行なわれ相
関結果Ｐ_I、Ｐ_Qとなる。

【００５４】疑似雑音発生器116の発生する疑似雑音符
号が、受信中の衛星信号の疑似雑音符号と符号の種類に
おいて一致し、その位相において略一致しているとする
と、このとき受信している衛星信号が混合器131で逆拡
散され、５０ｂｐｓでＢＰＳＫ変調された位相変調信号
が得られる。

【００５５】制御部124は、得られた相関結果の直交成
分Ｐ_Qが小さくなるように数値制御発振器119を制御して
衛星信号の搬送波を追尾し、また、相関結果の同相成分
Ｐ_Iにおける正負の変化を調べることにより、位相変調
信号を復調し、衛星信号より受取った時刻情報や軌道情
報を出力する。

【００５６】一方、疑似雑音符号の位相差の測定は、次
のように行なわれれる。

【００５７】図３（ｂ）は、ラッチ129から出力される
信号を表しており、図３（ａ）の疑似雑音符号が０から
１に変化する期間に１を示す。図３（ｃ）は、ＡＮＤゲ
ート132が出力する信号であって、カウンタ125が出力す
るタイミングの内で図３（ａ）の疑似雑音符号が０から
１に変化する期間だけを抜き取ったタイミング信号であ
る。フィルタ134は、このタイミングにおいてフィルタ1
13から受けた衛星信号を累積加算する。つまり、衛星信
号は、このタイミングで標本化され、その振幅が累積加
算される。フィルタ134が累積加算を行なう期間は、数
値制御発振器119より発生される再生搬送波の位相変化
が測定精度に影響しないようにその周期を定める必要が
あり、この実施形態では数百ＫＨｚの標本化周波数に相
当する期間に設定している。

【００５８】ここでは、疑似雑音発生器116が衛星信号
と同じ疑似雑音符号を発生し、数値制御発振器119が衛
星信号の搬送波を追尾しているとする。基準発振器114
の周波数は衛星信号に含まれる疑似雑音符号の周期の１
６倍としているが、衛星と受信機との相対運動による変
化、基準発振器の周波数誤差等により、疑似雑音発生器
116及び衛星信号における疑似雑音符号は相対的な位相
差が変化する。しかし、衛星信号における搬送波と疑似
雑音符号とのタイミングは同期しているので、数値制御
発振器119が搬送波に追尾しているときには、この発振
器の位相変化に合わせて疑似雑音発生器116の位相を制
御することにより、衛星の疑似雑音符号と受信機の疑似
雑音符号との位相関係を、衛星信号の搬送波周期の半分
以下の精度で一定に保つことができる。

【００５９】こうした制御を疑似雑音発生器116に対し
て行ないながら、衛星信号の疑似雑音符号と受信機の疑
似雑音符号との間の一定の位相差を次のように求める。
いま、疑似雑音発生器116の位相が衛星信号の疑似雑音
符号に対して３クロック進んでいる場合を例に、位相差
の求め方を説明する。

【００６０】フィルタ113が出力する衛星信号には、受
信中の衛星信号、他の衛星信号、雑音信号、その他の妨
害信号等が含まれている。疑似雑音発生器116が発生す
る疑似雑音符号は、前記制御により、受信中の衛星信号
に含まれる疑似雑音符号と一定の位相関係（今の場合は
３クロック分の位相差）を保っている。ＡＮＤゲート13
2からタイミング信号が出力されるタイミングは、受信
中の衛星信号に含まれる疑似雑音符号が０から１に変化
する時期であり、衛星信号はδが３の付近で位相が反転
する。

【００６１】ＡＮＤゲート132がタイミング信号を出力
するのは、疑似雑音符号の周期１ｍｓｅｃの間に約２５
５回あり、受信中の衛星信号はこの疑似雑音符号の１周
期内では同じ変化を示す。その向きは衛星から送られて
くる５０ｂｐｓのデータによって決まり、その向きが変
化するタイミングは２０ｍｓｅｃに一度である。衛星信
号以外の信号は、疑似雑音発生器116が発生する疑似雑
音符号との相関がないので、多数の観測を繰り返し平均
すれば、受信中の衛星信号以外の信号は相殺され、受信
中の衛星信号を分離して観測できるようになる。

【００６２】図４（ａ）は疑似雑音発生器116の疑似雑
音符号発生のタイミングを基準として、カウンタ125の
タイミングδを変えた場合に得られる、振幅の平均値Ｅ
_Iに対応する受信信号の振幅変化を示している。振幅の
平均値Ｅ_Iは、数値制御発振器119の再生搬送波によって
搬送波成分が除かれているので、衛星信号の疑似雑音符
号が０から１に変化するタイミングの前後１チップの期
間は正または負のほぼ一定の振幅となる。振幅変化が傾
斜しているのは、主にフィルタ107の特性に依ってい
る。前後１チップを越える所では、ＡＮＤゲート132が
信号を出力するタイミングと、受信中の衛星信号に含ま
れる疑似雑音符号の状態との相関が無いので振幅が０に
なる。図４（ａ）の信号は衛星から送られてくるデータ
によって正と負が逆転する。

【００６３】カウンタ125のタイミングは基準クロック
を単位として変更されるので、δの値を−７から７まで
変えたときに得られる振幅の平均値Ｅ_Iは図４（ｂ）に
示す１５個の値となる。図において横軸の１チップは基
準クロック１６個分に相当する。そしてδ＝３において
振幅の平均値Ｅ_Iが０に最も近いので、制御部124は、こ
の値を疑似雑音発生器116と衛星信号との疑似雑音符号
の位相差と判定する。なお、振幅の平均値Ｅ_Iの値が正
負逆転する両側の振幅から、補間によって基準クロック
の周期より細かな単位で位相差を求めることもできる。

【００６４】以上のように、疑似雑音発生器116の位相
を制御して衛星信号の疑似雑音符号に追尾するのではな
く、数値制御発振器119により搬送波に追尾し、この発
振器の位相変化に応じて疑似雑音発生器116の位相を制
御することにより、衛星信号に含まれる疑似雑音符号と
疑似雑音発生器116の疑似雑音符号との位相差を一定の
関係に保つ。そして、疑似雑音発生器116の疑似雑音符
号と関連付けて衛星信号の振幅を測定し、受信信号の立
ち上がり特性からこの位相差を求め、疑似雑音発生器11
6に設定した位相にこの位相差を加えて、衛星信号に含
まれる疑似雑音符号の位相を測定する。

【００６５】なお、図４（ａ）において、信号が０にな
るタイミングは、フィルタ特性や他の受信回路による遅
延等によって、実際の衛星信号よりも遅れている。しか
し、同時に複数の衛星信号に対して同様の遅れがあり、
これらの位相から衛星信号の時刻を求め、位置を測定す
る場合はほとんど影響が無い。

【００６６】また、信号が０になる位置は信号の強度に
も影響されないので、精度良く位相差を測定できる。し
たがって、フィルタ107の群遅延特性や帯域特性に影響
されずに高い精度で測定できる。また、この遅れを事前
に測定し補正を加えることもできる。

【００６７】以上の説明では、衛星信号と疑似雑音発生
器116との間の疑似雑音符号の位相差は、−７から７の
δの範囲に納まっているものとしたが、衛星信号を最初
に捕らえる場合は事前の処理として、再生搬送波の周波
数と疑似雑音符号の位相とを順次変更し、相関結果
Ｐ_I、Ｐ_Qの振幅が大きくなるところを見つけ出す。ま
た、衛星信号を捕らえた初期の段階に、短い時間だけタ
ウディザー方式等により疑似雑音符号を追尾し、概略の
位相を求めた後にこの実施形態に示す疑似雑音符号の位
相測定を行なうこともできる。

【００６８】なお、衛星信号の疑似雑音符号が０から１
に変化するタイミングは、疑似雑音符号の終わりと次回
の始まりとの境にも有るが、この時は衛星から送られて
くる位相変調データによって０から１に変化しているこ
ともあり、それを取り入れて測定すると測定誤差になる
場合がある。従って、このタイミングには標本化、つま
り、ＡＮＤゲート132からのタイミング信号の出力を行
なわない方が良い。しかし、疑似雑音符号の終わりと次
回の始まりとの境であっても、衛星から送られてくるデ
ータの伝送タイミングでないことが分かっていれば標本
化し測定に利用できる。

【００６９】このように、第１の実施形態のＧＰＳ受信
機では、衛星信号の搬送波を追尾している発振器の位相
変化に応じて疑似雑音発生器の位相を制御することによ
り、衛星信号に含まれる疑似雑音符号と受信機で発生す
る疑似雑音符号との位相差を一定に保ち、この一定の位
相差を受信信号の立ち上がり特性から測定している。そ
のため、受信信号の立ち上がり特性を数カ所測定するだ
けで、衛星信号と疑似雑音発生器との間の疑似雑音符号
の位相差を得ることができ、測定時間が短くて済むとい
う効果がある。また、受信信号の立ち上がり特性を測定
するので、中間周波回路のフィルタ特性が疑似雑音符号
の位相測定の精度にあまり影響を与えない。従って、中
間周波信号の回路に安価なフィルタを使用しても、精度
良く測定できるという利点がある。

【００７０】（第２の実施の形態）第２の実施形態のＧ
ＰＳ受信機では、数値制御発振器の位相変化に伴って、
疑似雑音発生器に対し疑似雑音符号の位相制御を行なう
が、この位相制御を基準クロックの周期で量子化した値
を設定し、受信信号の立ち上がり特性を調べるための測
定時点、つまり、この疑似雑音符号の０から１への立ち
上がり時点からの時間、を正確に設定し、その測定時点
での受信信号の振幅を精密に求めている。また、この振
幅の精密な測定結果を得るために、測定時点を挟むδと
δ＋１との時点における受信信号の振幅を測定し、それ
ぞれの測定結果に測定時点からの時間差に応じた重み付
けを行なった後、それらを加算している。

【００７１】このＧＰＳ受信機の相関器117は、図５に
示すように、疑似雑音発生器116が発生する疑似雑音符
号より基準クロック８個先行したタイミング信号を合図
に計数を開始し、前記疑似雑音符号のタイミングに対し
てδだけ先行または後行するタイミングとその次のタイ
ミングδ＋１との二つのタイミング信号とそれらを識別
する信号とを出力するカウンタ201と、疑似雑音発生器1
16の疑似雑音符号が０から１に変化する場合にカウンタ
201が出力する２個のタイミング信号をフィルタ134へ出
力するＡＮＤゲート132と、カウンタ201が出力する２個
のタイミング信号のそれぞれに応じて、フィルタ113の
出力に、制御部126より受取った重みデータで重み付け
を行なう乗算器202と、ＡＮＤゲート132から出力される
タイミングで重み付けされた信号を積分し、平滑化した
信号Ｂ_I、Ｂ_Qを出力する累積加算器機能を有するフィル
タ134とを備えている。その他の構成は第１の実施形態
（図１、図２）と変わりがない。

【００７２】このＧＰＳ受信機の動作を図６を用いて説
明する。概略の動作は第１の実施形態と同様である。

【００７３】まず、制御部124は、衛星信号の搬送波を
追尾している数値制御発振器の位相変化に応じて、疑似
雑音発生器116に対して疑似雑音符号の位相を設定する
が、この場合に、基準クロックの周期の単位（１６分の
１チップ単位）で量子化した疑似雑音符号の位相におけ
る整数値だけを疑似雑音発生器116に設定し、少数点以
下の値は切り捨てる。

【００７４】また、この疑似雑音符号の立ち上がりと関
連付けて行なう衛星信号の振幅測定のタイミングに先の
量子化で切り捨てた少数点以下の位相に対応する時間を
加える。この加えた値を１６分の１チップ単位で量子化
した値をδとし、余りの部分をＲとする。そして、この
δの値をカウンタ201に設定し、一方、Ｒの値は重み付
データを決めるために用いる。

【００７５】カウンタ201は、疑似雑音発生器116が発生
する疑似雑音符号より基準クロック８個先行したタイミ
ング信号を合図に計数を開始し、前記疑似雑音符号のタ
イミングに対してδだけ先行または後行するタイミング
と、その次のタイミングδ＋１とでタイミング信号を出
力する。ＡＮＤゲート132は、疑似雑音符号の立上がり
時にカウンタ201から出力されたタイミング信号をフィ
ルタ134に出力する。

【００７６】図６はこの様子を示している。図６（ａ）
はラッチ128が出力する疑似雑音符号であって、疑似雑
音発生器116が発生する疑似雑音符号とタイミングが一
致している。図６（ｂ）はＡＮＤゲート132が出力する
タイミング信号の例であって、δ＝３の場合である。

【００７７】制御部124は、δに対応する重み付けデー
タとδ＋１に対応する重み付けデータとを重み付202に
出力する。δに対応する重み付けデータとして（1.0−
Ｒ）に比例した値を、また、δ＋１に対応する重み付け
データとしてＲに比例した値を出力する。

【００７８】重み付202は、δの時点のフィルタ113が出
力する瞬時値に、制御部126より受取った（1.0−Ｒ）に
比例する重みを乗算し、また、δ＋１の時点のフィルタ
113が出力する瞬時値に、Ｒに比例する重みを乗算し
て、それぞれフィルタ134に出力する。

【００７９】フィルタ134はそれらの出力を加え合わせ
る。フィルタ134は、同様の加算を繰り返し、標本化周
波数が数百ＫＨｚに相当する期間累積加算し、平滑化し
た信号Ｂ_I、Ｂ_Qを出力する。

【００８０】図６（ｃ）は、図６（ｂ）の最初のタイミ
ングδ及びその次のタイミングδ＋１での受信信号の瞬
時値ｅ_Iを測定した信号ｅ_IE、ｅ_ILにおける振幅変化を
示している。点線で示す受信信号は、搬送波成分を除い
た図４の振幅特性と同様の振幅の時間変化であって、制
御部124が測定しようとしているタイミングにおいて、
受信信号の振幅が０となる場合を示している。

【００８１】図６の説明では、分かり易くするために、
受信している衛星信号が雑音成分を含まず、また、その
搬送波の周波数がフィルタ113の出力において０また位
相差も０としている。そのため、受信信号の瞬時値の直
交成分ｅ_QE及びｅ_QLが０になる。

【００８２】実際の受信信号は、フィルタ113の出力に
おいても、搬送波の周波数は０から数ＫＨｚないし数十
ＫＨｚであり、雑音も含んでいる。そこで、受信信号の
瞬時値は、フィルタ134、混合器120による周波数変換、
加算器122とＲＡＭ123とで構成する累積加算器等によ
り、疑似雑音符号の周期１ｍｓｅｃの振幅の平均値
Ｅ_I、Ｅ_Qが求められる。

【００８３】この累積加算の途中においても、制御部12
4は、衛星信号の搬送波を追尾するように数値制御発振
器119を制御する。そして、再生搬送波の位相が変化し
た場合には、この位相変化を使って、基準クロックより
も細かな精度で疑似雑音符号の位相を管理し、この疑似
雑音符号と関連付けた測定が一定のタイミング関係とな
るように、疑似雑音発生器116の位相、δ及びＲを変更
する。

【００８４】このように、第２の実施形態のＧＰＳ受信
機では、正確なタイミングで標本化すべき結果を、その
前後のタイミングにおいて標本化した結果を用いて補間
して求めているので、標本化した結果を累積加算してい
る期間に、信号処理のタイミングと、衛星信号の疑似雑
音符号が変化するタイミングとの時間関係が変化して
も、累積加算の結果に影響を及ぼさないように制御する
ことができ、結果的に衛星信号の疑似雑音符号の位相測
定にも影響が現れない。従って、基準クロックの周期と
疑似雑音符号の周期との比が整数比からかなり外れてい
ても、精度の良い位相測定が可能になる。

【００８５】また、高速のクロックで信号処理を行なわ
なくても高精度の測定ができるので低消費電力の設計が
できる。

【００８６】（第３の実施の形態）第３の実施形態のＧ
ＰＳ受信機は、受信信号の標本化を疑似雑音符号の立ち
上がり及び立ち下がりの両時期において実行する。

【００８７】このＧＰＳ受信機の相関器117は、図７に
示すように、相関器117に入力する疑似雑音符号が１か
ら０または０から１というように１チップ前のタイミン
グと今回のタイミングとで異なる場合にのみ１を出力す
る論理回路301と、ラッチ127に保持された疑似雑音符号
が１のときはフィルタ113の出力信号をそのまま出力
し、０のときはフィルタ113の出力信号の正負を反転し
て出力する混合器302とを備えている。その他の構成は
第１の実施形態（図１、図２）と変わりがない。

【００８８】このＧＰＳ受信機の動作を図８を用いて説
明する。

【００８９】まず、図８（ａ）はラッチ128が出力する
疑似雑音符号であって、疑似雑音発生器116が発生する
疑似雑音符号とタイミングが一致している。図８（ｂ）
はラッチ127が出力する、疑似雑音符号の変化が立ち上
がりか立ち下がりであるかを識別する信号である。この
信号は、疑似雑音発生器116が発生する疑似雑音符号に
対して１／２チップ先行している。

【００９０】次に、論理回路301は、疑似雑音符号が変
化する場合にのみ１を出力し、この結果をラッチ129に
保持する。そしてＡＮＤゲート132は、疑似雑音符号が
変化する場合にのみカウンタ125が出力するタイミング
をフィルタ134へ出力する。図８（ｃ）は図７のカウン
タ125をδ＝−２に相当するタイミングに設定した場合
に、ＡＮＤゲート132が出力する信号を示している。

【００９１】図８（ｄ）は図１のフィルタ113が出力す
る衛星信号である。混合器302はこの信号を、ラッチ127
の出力である図８（ｂ）が１のときはそのまま、０のと
きは正負反転して出力する。図８（ｅ）は混合器302の
出力信号である。なお、分かり易くするために、フィル
タ113の出力において、受信している衛星信号の搬送波
は、周波数が０で位相差が０とし、雑音成分も除いてい
る。フィルタ134は、図８（ｃ）のタイミングに図８
（ｅ）の信号を累積加算する。

【００９２】図から明らかなように、図８（ｃ）のタイ
ミングにおいて、図８（ｅ）の信号は立ち上がり波形の
同じ部分を測定すことになる。フィルタ113は線形素子
であり、衛星信号の立ち上がりと立ち下がりとは、ほぼ
正負反転した応答特性を示す。受信している衛星信号
の、フィルタ113の出力における搬送波周波数が０でな
い場合はフィルタ134以降の処理で搬送波が除かれる。

【００９３】フィルタ134は、この信号を累積加算す
る。加算する期間は標本化周波数が数百ＫＨｚに相当す
る期間としている。そして、図８（ｃ）のタイミング
は、疑似雑音符号の周期１ｍｓｅｃの間に約５１１回あ
る。

【００９４】このように、第３の実施形態のＧＰＳ受信
機では、受信機で発生する疑似雑音符号の立ち下がり区
間で受信信号の正負を反転し、受信機で発生する疑似雑
音符号の立ち上がり区間及び立ち下がり区間の双方に関
連づけたタイミングで衛星信号の振幅を標本化し、標本
化した値を疑似雑音符号の整数倍の期間累積加算してい
る。

【００９５】従って、第１の実施形態に比べて、標本化
した信号を累積加算する回数が２倍になり、Ｓ／Ｎ比が
約３ｄＢ改善できる。そのため、衛星信号と疑似雑音発
生器との間の疑似雑音符号の位相差を、短い時間に精度
良く測定することが可能となる。

【００９６】（第４の実施の形態）第４の実施形態のＧ
ＰＳ受信機は、衛星信号の振幅を長時間に渡って測定で
きるように構成している。

【００９７】このＧＰＳ受信機は、図９に示すように、
ＲＡＭ123の累積加算結果を、制御部124の制御により、
そのまま通過または正負反転する混合器401と、混合器4
01の出力を衛星ごとに累積加算する累積加算器として機
能する加算器402及びＲＡＭ403と、このＲＡＭ403の累
積結果を減衰させて加算器402へ戻す減衰器404とを備え
ている。この加算器402とＲＡＭ403と減衰器404との組
合せは低域通過フィルタを構成している。

【００９８】このＧＰＳ受信機は次のように動作する。
概略の動作は第１の実施形態と同様であり、違いについ
てのみ説明する。

【００９９】まず、加算器122とＲＡＭ123とから成る累
積加算器は、制御部126の制御によって、疑似雑音符号
の周期１ｍｓｃの期間づつ受信衛星ごとに、スイッチ12
1の出力を累積加算し出力する。この出力信号は、第１
の実施形態と同様に、相関結果Ｐ_I、Ｐ_Q及び平均値
Ｅ_I、Ｅ_Qである。

【０１００】制御部124は、相関結果Ｐ_Iの値が正である
場合に、同じ疑似雑音符号の周期１ｍｓｃの期間に得ら
れた平均値Ｅ_Iが、加算器402とＲＡＭ403と減衰器404と
から成る低域通過フィルタにそのまま出力されるように
混合器401を制御し、また、相関結果Ｐ_Iの値が負である
場合に、この平均値Ｅ_Iが正負を反転して前記低域通過
フィルタに出力されるように混合器401を制御する。

【０１０１】低域通過フィルタに出力された平均値Ｅ_I
は、加算器402において、減衰器404の出力する、累積加
算値を減衰した値と加算され、ＲＡＭ403に格納され
る。ＲＡＭ403に格納された値は、次に、制御部124に出
力されると共に、次回の累積加算のために減衰器404に
出力され、減衰器404は、この値を減衰させる。このよ
うに累積加算値を減衰して順次累積加算することによ
り、ＲＡＭ403の出力は、変動成分を抑えた平滑化され
た値となる。

【０１０２】この低域通過フィルタの遮断周波数を０．
００１Ｈｚなど低い周波数に設定することによって、低
域通過フィルタの出力は、衛星ごとの平均値Ｅ_Iについ
てさらに雑音の影響を受けない精度の良い測定結果を与
えることができる。

【０１０３】このように、第４の実施形態のＧＰＳ受信
機では、標本化した受信信号を疑似雑音符号の周期また
はその整数倍の期間に渡って累積加算する第一の累積加
算手段と、第一の累積加算手段の出力における正負を衛
星信号により送られるデータの正負に応じて反転し、デ
ータの伝送周期を越える期間に渡って累積加算する第二
の累積加算（低域通過フィルタ）手段とを設けている。
この第二の累積加算手段では、データが正負反転されて
打ち消されるので、長時間に渡たり平均した受信信号の
振幅を測定することができ、また、雑音の影響を除いた
測定結果を得ることができる。従って、衛星信号の疑似
雑音符号と受信機で発生する疑似雑音符号との位相差を
高い精度で測定することができる。これは見方を変えれ
ば、観測時間を同じにして比較すると、従来にない高い
精度での位相測定が可能になることを表している。

【０１０４】（第５の実施の形態）第５の実施形態のＧ
ＰＳ受信機では、受信信号の振幅の平均値を複数のタイ
ミングにおいて同時に測定している。つまり、これまで
の実施形態では、δの値を順次設定してδに対応する受
信信号の振幅を測定し、それらの測定結果から受信信号
の疑似雑音符号と受信機の発する疑似雑音符号との位相
差を求めているが、この実施形態の受信機では、δ＝−
７、δ＝−６、‥、δ＝１、δ＝２、‥、δ＝７などに
対応する複数のタイミングの受信信号の振幅を同時に連
続的に測定し、その測定結果から前記位相差を求めてい
る。また、受信信号の振幅の平均値の算出に当たって、
各２個の連続するタイミングの測定結果に重み付けを行
ない、それらを合算している。

【０１０５】このＧＰＳ受信機は、図１０に示すよう
に、複数の衛星のそれぞれについて、衛星信号と疑似雑
音発生器116の出力とを混合し、それらの相関を測定す
るとともに、疑似雑音発生器116の発生する疑似雑音符
号が０から１または１から０に変化するタイミングに近
い複数のタイミングにおいて受信信号の振幅を標本化す
る相関器501と、受信中の衛星の各々について、連続す
るタイミングで標本化した信号に対する重みデータを制
御部124より受け取り、スイッチ121の出力に対して、こ
の重みデータによる重み付けを行なう重み付乗算器502
とを備えている。その他の構成は第１の実施形態（図
１）と変わりがない。

【０１０６】また、相関器501は、図１１に示すよう
に、疑似雑音発生器116の発生する疑似雑音符号に対し
て基準クロック８個先行したタイミング信号を合図に計
数を始め、次々と基準クロック１５個のタイミング信号
をＡＮＤゲート132に出力し、加えて基準クロックをカ
ウントした値ｎ（−７から７まで）をフィルタ504へ出
力するカウンタ503と、疑似雑音符号が変化する場合に
のみカウンタ503から出力されたタイミングをフィルタ5
04へ出力するＡＮＤゲート132と、ＡＮＤゲート132から
タイミング信号を受け取った時に、カウント値ｎに応じ
て別々にフィルタ113の出力を積分し、標本化周波数が
数百ＫＨｚに相当する平滑化した信号Ｂ_In、Ｂ_Qnを出力
する累積加算器として機能するフィルタ504とを備えて
いる。その他の構成は第３の実施形態（図７）と変わり
がない。

【０１０７】この相関器501では、カウンタ503が、疑似
雑音発生器116の発生する疑似雑音符号が変化するタイ
ミングの７クロック前から、１５クロックだけタイミン
グ信号を出力する。

【０１０８】そして、この１５クロック分の各タイミン
グだけ受信信号が標本化され、フィルタ504は、この１
５個の標本化された受信信号の振幅を別々に累積加算
し、Ｂ_In、Ｂ_Qn（ｎは−７から７の整数）として出力す
る。

【０１０９】なお、疑似雑音符号が０から１に変化する
か１から０に変化するかによって、混合器302で受信信
号の正負が反転されるが、これは第３の実施形態と同様
である。

【０１１０】また、相関器501のフィルタ133は、衛星信
号と疑似雑音発生器116の出力との相関結果を累積加算
し、平滑化した信号Ａ_I、Ａ_Qを出力する。

【０１１１】相関器501から出力された信号Ａ_I、Ａ
_Qは、数値制御発振器119と混合器120とにより直交周波
数変換される。この直交周波数変換された信号は、重み
付502をそのまま通過し、加算器122とＲＡＭ123とより
成る累積加算器で累積加算され相関結果Ｐ_I、Ｐ_Qと成
る。

【０１１２】制御部124は、衛星ごとにこの相関結果Ｐ_Q
成分の振幅が小さくなるように数値制御発振器119を制
御し、それによって、衛星信号の搬送波が追尾される。
以下の説明では、受信中である衛星信号の搬送波を追尾
しているものとして、受信機の動作を説明する。

【０１１３】制御部124は、受信機で発生する疑似雑音
符号の位相を管理し、再生した搬送波の位相変化を使っ
て、基本クロックよりも細かな精度でこの疑似雑音符号
の位相の管理情報を更新する（ただし、疑似雑音発生器
116に対しては、基本クロックの単位で疑似雑音符号の
位相を設定する）。衛星信号の搬送波と疑似雑音符号と
のタイミングは関連付けられているので、この処理によ
って各衛星の疑似雑音符号と制御部124で管理している
疑似雑音符号との位相差は、時間が経過しても搬送波の
波長１９ｃｍ以下の精度で一定の値となる。

【０１１４】なお、衛星信号を最初に捕らえるため、再
生搬送波の周波数と疑似雑音符号の位相とを順次変更
し、相関結果Ｐ_I、Ｐ_Qの振幅が大きくなるところを見つ
け出す処理は既に完了しており、疑似雑音符号の位相差
は７／１６チップよりも小さくなっているとする。

【０１１５】この制御部124で管理している疑似雑音符
号の位相を、基準クロックの周期である１６分の１チッ
プ単位で量子化し、この時の商の値を疑似雑音発生器11
6の疑似雑音符号の位相を定めるために与え、それと共
に、余りＲ（０≦Ｒ＜１／１６）を算出する。

【０１１６】相関器501は、また、前述するように、疑
似雑音発生器116から発生される疑似雑音符号が０から
１及び１から０に変化する場合に、この変化するタイミ
ングとその前後の７基準クロック分のタイミングにおい
て、フィルタ113から出力される衛星信号を標本化し、
標本化周波数が数百ＫＨｚに相当する平滑化した信号Ｂ
_In、Ｂ_Qn（ｎは−７から７の整数）に累積加算して出力
する。

【０１１７】出力された信号Ｂ_In、Ｂ_Qnは、数値制御発
振器119と混合器120とで直交周波数変換され、衛星信号
の搬送波成分を除いた信号Ｃ_In、Ｃ_Qnとなる。

【０１１８】この受信機では、この内の信号Ｃ_Inを用い
て、制御部124で管理している疑似雑音符号の位相に対
し、−６／１６チップから６／１６チップまで１／１６
チップ間隔で離間している１３箇所の各位相に対応する
衛星信号の振幅の平均値Ｅ_Im（ｍは−６から６の整数）
を求める。そのために、第２の実施形態と同じように、
各箇所を挟む２個の連続するタイミングの測定結果を用
いて平均値Ｅ_Imを算出する。ただ、この受信機では、第
２の実施形態と違って、各Ｃ_Inを同時に測定することに
よって１３箇所の平均値Ｅ_Imを一気に得る。

【０１１９】重み付乗算器502は、搬送波と同相成分で
ある信号Ｃ_Inに対し、制御部124から衛星ごとに受け取
った重みデータにより重み付けを行なう。加算器122と
ＲＡＭ123とよりなる累積加算器は、これを累積加算し
て前記平均値Ｅ_Imを求める。

【０１２０】平均値Ｅ_Imは、Ｃ_Imに対して重み（１−
Ｒ）に比例した値で重み付けし、Ｃ_Im+1に対して重みＲ
に比例した値で重み付けし、これらを合算した値を累積
加算することによって求められる。これを式で表すと次
の通りである。

【０１２１】Ｅ_Im＝Σ｛（１−Ｒ）・Ｃ_Im＋Ｒ・Ｃ_Im+1｝（但し、ｍ＝−６，−５，‥，０，１，‥，６）このような方法で、受信機の疑似雑音符号の位相に対し
てだけでなく、受信している衛星の疑似雑音符号に対し
ても正確な関係を保つ複数のタイミングにおいて、受信
信号の振幅の平均値Ｅ_Imを求めることができる。

【０１２２】この複数のタイミングの測定結果より、振
幅の平均値Ｅ_Imが０となる所を見つけて、制御部124で
管理している疑似雑音符号の位相と、衛星信号の疑似雑
音符号の位相との位相差を求める。そして、この位相差
を制御部124で管理している疑似雑音符号の位相に加え
た値を、衛星信号に含まれる疑似雑音符号の位相の測定
結果とする。

【０１２３】また、平均値Ｅ_Imの値がどれも０でない場
合は、０を越えて変化する前後の振幅より、補間法によ
って、１／１６チップ以下の細かさで測定結果を得る。
従って、衛星信号を捕らえた最初の段階で、疑似雑音符
号の位相差が７／１６チップよりも小さくなっていれ
ば、非常に短い時間で精度良く、制御部124で管理して
いる疑似雑音符号の位相と、衛星信号の疑似雑音符号の
位相との差を測定することができる。

【０１２４】また、従来の受信機では、疑似雑音符号の
位相の測定に用いた古い測定結果を捨てる仕組みになっ
ている。これに対し、この実施形態の受信機では、古い
測定結果も最新の測定結果と同等に扱い、測定を重ねる
ごとに測定精度が向上する。従って、測定の無駄が無い
分だけ高い測定精度が早く得られることになる。

【０１２５】このように、第５の実施形態のＧＰＳ受信
機では、複数のタイミング信号を一斉に発生し、各タイ
ミングで衛星信号の振幅を標本化しているため、複数の
タイミングの測定結果が一度に得られるだけでなく、そ
れらの測定結果が同じ信号を測定した結果であることか
ら、測定結果のどれもが０でない場合に、０を通過する
前後の振幅より、補間法によって、測定結果が０となる
位相差を求めることができる。

【０１２６】また、複数のタイミングにおける測定を同
時に行なっているため、それぞれのタイミングにおいて
受信信号強度に変化が現れることがなく、受信信号強度
の時間的変化が観測結果の精度に影響を及ぼさない。そ
のため、衛星信号を捕らえてから、短い時間で精度良く
位置が測定できる。

【０１２７】また、測定を続けた場合に、観測過程で得
られたデータを無駄なく利用するので、時間経過と共に
効率良く測定精度が向上する。

【０１２８】（第６の実施の形態）第６の実施形態のＧ
ＰＳ受信機では、良好な環境で予め測定した特性を保持
して、受信位置測定時の測定結果と、この特性とを比較
することにより、マルチパスの影響の有無などを判別す
ることができる。

【０１２９】この受信機は、図１２に示すように、事前
の測定で得られた特性などを記憶するＲＡＭ601を備え
ており、このＲＡＭ601には、受信機が発生する疑似雑
音符号の変化のタイミングにおいて衛星信号の振幅を標
本化し累積加算して得られる受信信号の振幅の平均値Ｅ
_Imが、受信機が発生する疑似雑音符号と衛星信号の疑似
雑音符号との位相差に応じてどのように変わるかを示す
変化特性が保存される。このＲＡＭ601には、受信機の
電源を切った状態でも記憶内容が保持されるＮＶＲＡＭ
やバックアップ電源を備えたＲＡＭが適している。

【０１３０】その他の構成は第５の実施形態（図１０）
と変わりがない。

【０１３１】この受信機の制御部124は、受信している
衛星の仰角が高く、信号強度が十分であって、受信可能
な衛星の数に対し相関器501の数に余裕があるとき、第
５の実施形態と同様の手順によって、受信機で発生する
疑似雑音符号と関連付けて衛星信号の振幅を測定する。

【０１３２】このとき、第５の実施形態では、疑似雑音
符号が変化するタイミング付近で、約１チップの期間に
ついて衛星信号の振幅変化を測定したが、ここではさら
に広い２チップないしそれ以上の範囲について測定す
る。広い範囲の測定は一時に行なう方が良いが、そのた
めには図１１の相関器501の構成が複雑になるので、受
信機に備えた複数の相関器の内の特定の相関器だけが一
度に広い範囲の測定を行なえるように構成しても良い。
また、タイミングをずらして測定した結果を、受信信号
の強度変化を考慮して繋げることによって求めても良
い。

【０１３３】図１３（ａ）は保存する振幅特性の例であ
る。振幅の変化は、相関器等が線形であり、マルチパス
等の影響が無く、フィルタ107の帯域幅が２ＭＨｚより
十分広い等の条件が揃えば、位相差−１付近の立ち下が
り特性と位相差１付近の立ち下がり特性は概略同じ形と
なり、また、位相差０付近の立ち上がり特性は、この立
ち下がり特性と正負が逆で振幅が２倍になる。そして、
相関器等の線形性、フィルタ107の帯域幅が十分であれ
ば、この立ち上がり特性と、位置測定時の測定結果の立
ち上がり特性との一致度合いを見ることによって、位置
測定時のマルチパスの影響を評価することができる。図
１３（ｂ）は、マルチパスの影響がある場合の位相差変
化に対応する振幅特性であり、破線が直接波と反射波と
を示し、実線はそれらが合成された測定結果の振幅を示
している。図１３（ａ）の特性とは明らかに異なる。

【０１３４】この事前の測定で得られた衛星信号の位相
差変化に対する振幅特性が、マルチパスの影響が少な
く、十分な精度で測定できたと判断されたときは、振幅
が０になるタイミングが中心に来るように、また、振幅
も処理が容易になるように校正して、ＲＡＭ601に一時
的に保存する。さらに、制御部124で管理している疑似
雑音符号の位相と、衛星信号の疑似雑音符号の位相との
差の値を第一の位相差測定値として保存する。

【０１３５】次に、第５の実施形態で説明した、Ｃ_Im及
びＣ_Im+1に対する重み付けにおいて、（1.0−Ｒ）及び
Ｒに変えて、ＲＡＭ601に保存した位相差変化に対する
振幅特性と第一の位相差測定値とを用いて、補間法によ
って重みデータを決め、再度疑似雑音符号が変化するタ
イミング付近で、２チップないしそれ以上の期間につい
て衛星信号の振幅変化の測定をやり直す。

【０１３６】この測定は、最初の測定よりも重み付けの
精度が高いので、位相差変化に対する振幅特性と位相差
とをより高い精度で測定することができる。そして、こ
の測定結果についてマルチパスや精度を評価し、良好で
あればタイミングと振幅とを校正してＲＡＭ601に保存
する。

【０１３７】さて、位置を測定する際には、第５の実施
形態と同様の方法で、衛星信号の疑似雑音符号の位相を
測定するが、このとき、この測定で得られた位相差変化
に対する振幅特性の測定結果を、ＲＡＭ601に保存して
いる位相差変化に対する振幅特性と比較し、マルチパス
の影響が多くないかどうかを評価する。

【０１３８】マルチパスの影響が少ない場合は、制御部
124で管理している疑似雑音符号の位相と、衛星信号の
疑似雑音符号の位相との位相差を精度良く測定できたと
して、この位相差を保存する。良好な測定ができた後
は、この位相差に制御部124で管理している疑似雑音符
号の位相を加算し、衛星信号に含まれる疑似雑音符号の
位相の測定結果として随時測位に利用する。

【０１３９】一方、マルチパスの影響が多い場合は、こ
の測定結果に係わる累積加算値を初期化する。さらに、
以前に測定した精度の良い位相差がある場合は、この値
を継続して疑似雑音符号位相の測定に使用し、以前に測
定した位相差が無い場合は、この位相差を疑似雑音符号
位相の測定に使用するが、誤差が多い結果であること
を、位置決定に反映させるようにする。

【０１４０】また、位置測定時における衛星信号の疑似
雑音符号の位相測定において、制御部124で管理してい
る疑似雑音符号の位相と、衛星信号の疑似雑音符号の位
相との位相差の測定精度が１／２５６チップ以下となっ
たときには、この値を継続して疑似雑音符号の位相測定
に使用するとともに、この測定結果に係わる累積加算値
を一旦初期化する。そして、それ以降の測定において
は、この位相差を第一の位相差測定値として用いる。

【０１４１】つまり、ＲＡＭ601に保存する特性の測定
で説明したように、重み付けデータ（1.0−Ｒ）及びＲ
に変えて、ＲＡＭ601に保存した位相差変化に対する振
幅特性と、この第一の位相差測定値とを使用して、補間
法によって重みデータを決め、これを用いて、制御部12
4で管理している疑似雑音符号の位相と、衛星信号の疑
似雑音符号の位相との位相差を測定する。

【０１４２】この測定は、最初の測定よりも重み付けの
精度が高いので、位相差に対する振幅特性や、制御部12
4で管理している疑似雑音符号と衛星信号の疑似雑音符
号との間の位相差について、より高い精度で測定するこ
とができる。

【０１４３】また、測定時間が２０秒程度経過し、測定
精度が十分あり、マルチパスの影響が少なければ、新し
く測定した位相差を第一の位相差測定値に置き換えるよ
うにしてもよい。そして、この場合も重みデータを再設
定し、それを用いて測定を実行する。この測定は、最初
の測定よりも重み付けの精度が高いので、位相差をより
高い精度で測定することができ、位置の測定精度をさら
に向上させることができる。

【０１４４】図１３（ｂ）は、マルチパスの影響がある
場合に、受信機が発生する疑似雑音符号と関連づけて測
定した位相差変化に対する振幅特性である。破線で示す
直接波と反射波との内、直接波の方が反射波よりも位相
が進んでおり、また、通常は直接波の方が強い。図にお
いて横軸は位相差を示しているが、標本化時間の遅いタ
イミングが右になるような表示としている。

【０１４５】図１３（ｂ）から明らかなように、位相差
変化に対する振幅特性が横軸を横切る所の位相差は、直
接波のそれとずれている。マルチパスの影響をできるだ
け受けずに位相差を測定するために、制御部124は、位
相差変化に対する振幅特性の測定を、疑似雑音符号の位
相差が０の付近で行なうのが通常であるが、このように
マルチパスの影響があって受信信号の振幅が大きいとき
には、むしろ、疑似雑音符号の位相差が−１付近におい
て測定を行なった方が良い。

【０１４６】この場合、振幅変化特性の傾きが最も急な
部分に接線を引き、振幅が０の横軸との交点を求める。
図１３（ｃ）は図１３（ｂ）の振幅特性にこの接線を示
した図である。図１３（ｂ）より、この接線と横軸との
交点の位置は、マルチパスの影響を受けにくいことが分
かる。また、ＲＡＭ601に保存した特性からも、このよ
うな接線と振幅が０の横軸との交点の位相差を求める。
そして、この測定した接線と横軸との交点の位相から、
保存している交点の位相を差し引いた値を、制御部124
で管理している疑似雑音符号の位相と、衛星信号の疑似
雑音符号の位相との位相差の測定値とする。

【０１４７】さらに、別の測定方法では、図１３（ｂ）
の破線で示す直接波及び反射波について、それぞれ、位
相と振幅とを仮定する。この仮定した位相と振幅とを基
に、ＲＡＭ601に保存した振幅特性を使って、観測され
るであろう振幅特性を求める。この観測されるであろう
振幅特性と、位相差を測定している信号の振幅特性とが
出来るだけ近くなるように、仮定した位相と振幅とを修
正することによって、直接波及び反射波の位相と振幅と
を測定することもできる。

【０１４８】このように、第６の実施形態のＧＰＳ受信
機では、予め、受信信号の振幅の平均値を疑似雑音符号
と関連付けた複数のタイミングで同時に観測し、得られ
た振幅の特性をＲＡＭに保存している。そのため、受信
機の位置を測定するときには、同様に受信信号の振幅の
平均値を複数のタイミングで観測し、観測結果とＲＡＭ
に保存した振幅特性とを比較することにより、マルチパ
スの影響を容易に評価することができる。そして、マル
チパスの影響の存在が判明したときには、マルチパスに
よる精度劣化に対する対処をしたり、測定精度が劣化し
ていることを認識することができる。

【０１４９】また、この実施形態のＧＰＳ受信機では、
保存した受信信号の振幅特性と、測定した疑似雑音符号
の位相差とを使って、重み付の係数を再決定することが
でき、この機能を使用して、高精度の位置測定が可能と
なる。

【０１５０】この位置測定では、衛星信号の位相を測定
する最初の段階においては、保存した受信信号の振幅特
性を使わずに、受信機で管理する疑似雑音符号と衛星信
号の疑似雑音符号との位相差を測定し、得られた位相差
の測定精度が信号処理のタイミング間隔の半分以下とな
った後、保存している受信信号の振幅特性と、測定で得
られた位相差の測定値と、測定タイミング及び標本化し
たタイミングの時間差とを使って、補間法によって重み
付けの値を算出し、この重み付けの値を用いて、受信機
で管理する疑似雑音符号と衛星信号の疑似雑音符号との
位相差を測定する。この方法では、精密な重み付けを行
なうので、測定タイミングと標本化したタイミングとの
時間差が測定誤差に繋がらないという作用があり、疑似
雑音符号の位相差に対する受信信号の振幅特性がより高
い精度で測定でき、短い時間に高い精度で位置を測定す
ることができる。

【０１５１】また、衛星信号の疑似雑音符号が変化する
タイミングに対して疑似雑音符号の位相差にして約１チ
ップ先行した付近では、マルチパスの影響が比較的少な
い。この実施形態のＧＰＳ受信機では、これを利用し、
マルチパスの影響が比較的少ないその付近の特性を測定
することにより、マルチパスによる精度劣化が少ない測
定結果を得ている。

【０１５２】従来の測定では、図１６の（ｂ）または
（ｃ）の位相差０付近で振幅が０になる点だけを見てい
るので、マルチパスの影響がある事を判断できないだけ
でなく、マルチパスの影響を軽減するのも困難であっ
た。

【０１５３】また、この実施形態のＧＰＳ受信機では、
直接波及び反射波の位相と振幅とを仮定する方法によ
り、マルチパスの信号に影響されない直接波を求めるこ
とができる。

【０１５４】なお、以上の説明では、受信機で発生する
疑似雑音符号が変化しないとき、受信信号の標本化や累
積加算のタイミング信号を抑えるゲート手段を設けたＧ
ＰＳ受信機を例に説明したが、その他のゲート手段をも
つ受信機であっても、同様に実施可能である。

【０１５５】また、累積加算器、相関器、発信器など
は、個別の回路として説明したが、マイクロプロセッサ
等による数値計算で同様の機能を実現してもよい。

【０１５６】また、これまでは米国が運用しているＮＡ
ＶＳＴＡＲ衛星の信号を受信する疑似雑音符号と関連付
けて信号の振幅を測定するＧＰＳ受信機を例に説明した
が、その他のロシア共和国が運用しているＧＬＯＮＡＳ
Ｓ衛星など、スペクトル拡散信号の位相を測定し、衛星
信号が示す時刻を測定して位置を求める受信機について
も同様に実施可能である。

【０１５７】第１及び第２の実施形態では、受信機で発
生する疑似雑音符号の立ち上がりと関連付けてタイミン
グを発生するように説明したが、疑似雑音符号の立ち下
がりと関連付けてタイミングを発生するようにしてもよ
い。

【０１５８】第４の実施形態では、減衰器を除き、一定
時間の積分値を求める構成にしても良い。また、符号の
反転は衛星から送られる５０ｂｐｓのデータ転送タイミ
ングに合わせて、２０ｍｓｅｃ単位でまとめて正負判定
や正負反転の処理を行なうこともできる。また、加算器
124と加算器402とは一個の加算器を時分割で使うことも
できる。

【０１５９】第５の実施形態では、受信機で発生する疑
似雑音符号の位相は、疑似雑音符号の位相差を測定した
結果によって変更しないとしたが、疑似雑音符号の位相
差を精度良く測定できるようになった後、制御部で管理
している疑似雑音符号の位相と、疑似雑音符号の位相差
測定結果とを同時に修正することもできる。また、疑似
雑音符号の位相差を精度良く測定できるようになった
後、衛星信号の振幅を標本化した信号に対して累積加算
する手段を、時定数の長いフィルタに切り換えることも
できる。

【０１６０】第６の実施形態では、マルチパスの影響が
ある場合のみ、疑似雑音符号の位相差が−１付近の測定
を行ない、振幅変化特性曲線の接線と横軸との交点を求
めるように説明したが、マルチパスの影響によらず常に
このような測定を行なっても良く、その場合は事前に測
定した交点の位相を差し引かないで、横軸との交点を測
定した位相と決めることもできる。

【０１６１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のＧＰＳ受信機は、衛星信号に含まれる疑似雑音符号の
位相を短い時間で精度良く測定することできる。

【０１６２】また、中間周波信号の回路に安価なフィル
タを使用しても、精度の良い測定が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態のＧＰＳ受信機のブロック図、

【図２】第１の実施形態のＧＰＳ受信機における相関器
のブロック図、

【図３】（ａ）第１の実施形態の疑似雑音発生器の出力
を示す図、（ｂ）相関器のラッチ129の出力を示す図、
（ｃ）相関器のＡＮＤゲートの出力であって受信信号の
標本化のタイミングを示す図、

【図４】（ａ）第１の実施形態において衛星信号の振幅
測定で得られる位相差と振幅変化との関係を示す特性
図、（ｂ）疑似雑音符号と関連付けて受信信号を標本化
したときに得られる振幅の変化を示す図、

【図５】第２の実施形態のＧＰＳ受信機における相関器
のブロック図、

【図６】（ａ）第２の実施形態における疑似雑音発生器
の出力を示す図、（ｂ）疑似雑音符号と関連付けて受信
信号を標本化するタイミングを説明する図、（ｃ）その
タイミングで得られる受信信号の振幅を示す図、

【図７】第３の実施形態のＧＰＳ受信機における相関器
のブロック図、

【図８】（ａ）第３の実施形態における疑似雑音発生器
の出力を示す図、（ｂ）相関器のラッチ127の出力を示
す図、（ｃ）相関器のＡＮＤゲートの出力であって受信
信号の標本化のタイミングを示す図、（ｄ）衛星信号の
振幅の変化を示す図、（ｅ）衛星信号の正負を反転した
混合器302の出力を示す図、

【図９】第４の実施形態のＧＰＳ受信機のブロック図、

【図１０】第５の実施形態のＧＰＳ受信機のブロック
図、

【図１１】第５の実施形態のＧＰＳ受信機における相関
器のブロック図、

【図１２】第６の実施形態のＧＰＳ受信機のブロック
図、

【図１３】（ａ）第６の実施形態において衛星信号の振
幅測定で得られる振幅変化の特性図、（ｂ）マルチパス
の影響が現れた振幅変化の特性図、（ｃ）振幅変化特性
の傾に接線を引き横軸との交点を求める方法を説明する
図、

【図１４】従来のＧＰＳ受信機のブロック図、

【図１５】従来のＧＰＳ受信機における相関器のブロッ
ク図、

【図１６】（ａ）従来の疑似雑音発生器の出力を示す
図、（ｂ）従来の１／２チップ先行した疑似雑音符号と
１／２チップ後行した疑似雑音符号との差信号を説明す
る図、（ｃ）従来の１／８チップ先行した疑似雑音符号
と１／８チップ後行した疑似雑音符号との差信号を説明
する図、

【図１７】（ａ）従来の疑似雑音発生器の出力と衛星信
号との位相差に対する相関の変化を示す図、（ｂ）従来
の１／２チップ先行及び後行した疑似雑音符号の差信号
と衛星信号との位相差変化に対する相関の変化を示す
図、（ｃ）従来の１／８チップ先行及び後行した疑似雑
音符号の差信号と衛星信号との位相差変化に対する相関
の変化を説明する図である。

【符号の説明】

２、102 アンテナ５、11、105、111 局部発振器６、12、20、32、33、106、112、120、131、302、401
混合器７、13、34、35、107、113、133、134、504 フィルタ 28〜30、110、127、128、129 ラッチ 16、116 疑似雑音発生器 17、117、501 相関器 18、118、121 スイッチ 19、119 数値制御発振器 22、122、402 加算器 23、123、403、601 ＲＡＭ 24、124 制御部 25〜27、125、126、201、503 カウンタ 31 減算器 130、301 論理回路 132 ＡＮＤゲート 202、502 重み付 404 減衰器

フロントページの続き (56)参考文献特開平４−269682（ＪＰ，Ａ) 特開平４−20889（ＪＰ，Ａ) 特開平４−232485（ＪＰ，Ａ) 特開平５−164834（ＪＰ，Ａ) 特開平６−249940（ＪＰ，Ａ) 特開平６−66912（ＪＰ，Ａ) 特開平７−35840（ＪＰ，Ａ) 特開平６−59013（ＪＰ，Ａ) 特開平３−41382（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 5/00 - 5/14 H03L 1/00 - 7/26 H04B 1/69 - 1/713 H04B 7/24 - 7/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】衛星信号の搬送波に追尾する再生搬送波
を発生する発振器と、衛星固有の疑似雑音符号を発生す
る疑似雑音発生器とを備えるＧＰＳ受信機において、前記発振器の位相変化に応じて前記疑似雑音発生器の位
相を制御し、衛星信号に含まれる疑似雑音符号と前記疑
似雑音発生器から発生される疑似雑音符号との位相差を
一定に保つように制御する制御手段と、前記疑似雑音発生器から発生される疑似雑音符号の立ち
上がりまたは立ち下がりと関連付けたタイミングを発生
するタイミング発生手段と、前記タイミング発生手段が発生するタイミングに合わせ
て衛星信号の振幅を標本化する標本化手段と、前記標本化手段によって標本化された信号を累積加算す
る累積加算手段と、前記累積加算手段の累積加算結果を使って衛星信号に含
まれる疑似雑音符号と前記疑似雑音発生器から発生され
る疑似雑音符号との位相差を算出する算出手段とを備
え、前記算出手段が求めた位相差と前記疑似雑音発生器
に設定した位相とを加算して、衛星信号に含まれる疑似
雑音符号の位相を測定することを特徴とするＧＰＳ受信
機。
【請求項２】前記タイミング発生手段が、２個の連続
するタイミングを発生し、前記累積加算手段が、それぞ
れのタイミングに応じて重み付けされた前記標本化され
た信号を累積加算することを特徴とする請求項１に記載
のＧＰＳ受信機。
【請求項３】前記タイミング発生手段が、前記疑似雑
音符号の立ち上がり及び立ち下がりと関連付けたタイミ
ングを発生し、前記累積加算手段が、前記立ち下がりの
区間では反転された前記標本化された信号を累積加算す
ることを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ受信機。
【請求項４】前記累積加算手段の累積加算結果を衛星
信号から送られるデータの伝送周期を越える期間累積加
算する第２の累積加算手段と、衛星信号から送られる前
記データが負のときに前記第２の累積加算手段に入力さ
れる前記累積加算結果の正負を反転する反転手段とを設
けたことを特徴とする請求項１乃至３に記載のＧＰＳ受
信機。
【請求項５】前記タイミング発生手段が、複数の連続
するタイミングを発生し、前記累積加算手段が、標本化
の行なわれたタイミングの区別に従って前記標本化され
た信号を累積加算することを特徴とする請求項１、３ま
たは４に記載のＧＰＳ受信機。
【請求項６】前記タイミングの区別に従って累積加算
された累積加算結果の連続する２つのタイミングの前記
累積加算結果に対して関連する重み付け行なう重み付け
手段を設け、前記算出手段が、前記重み付け手段によっ
て関連する重み付けがされた２個の累積加算結果の加算
値を使って前記位相差を算出することを特徴とする請求
項５に記載のＧＰＳ受信機。
【請求項７】前記タイミングの区別に従って累積加算
された累積加算結果の平均値と前記タイミングとの関係
から求めた疑似雑音符号の位相差変化に対する衛星信号
の振幅特性について記憶する記憶手段を設け、受信機位
置の測定時に測定された前記振幅特性と前記記憶手段に
記憶された前記振幅特性とを比較できるようにしたこと
を特徴とする請求項５または６に記載のＧＰＳ受信機。
【請求項８】前記重み付け手段が、測定精度の上昇し
た段階で測定された疑似雑音符号の位相差と、前記記憶
手段に記憶された前記振幅特性と、前記振幅特性を得る
ために用いた標本化のタイミングと、これから測定を行
なおうとする測定タイミングとを使って前記重み付けの
係数を決定することを特徴とする請求項７に記載のＧＰ
Ｓ受信機。
【請求項９】前記タイミング発生手段が、前記疑似雑
音符号の立ち上がりまたは立ち下がり時点から疑似雑音
符号の位相差にして約１チップ先行した付近における前
記振幅特性を測定するように前記タイミングを発生し、
前記算出手段が、受信機位置の測定時に測定された前記
振幅特性の傾きが最も急な部分における接線と、振幅が
０の横軸との交点の位相差または前記交点と一定の関係
にある位相差をそれぞれ求め、衛星信号に含まれる疑似
雑音符号と前記疑似雑音発生器から発生される疑似雑音
符号との位相差を算出することを特徴とする請求項５ま
たは請求項７に記載のＧＰＳ受信機。
【請求項１０】前記算出手段が、前記記憶手段に記憶
された前記振幅特性を基に、受信信号に含まれる直接波
及び反射波の位相と振幅とを仮定し、前記直接波及び反
射波により観測されるであろう振幅特性が、実際の測定
値と近くなるように、前記直接波及び反射波の位相と振
幅とを求めることを特徴とする請求項７に記載のＧＰＳ
受信機。