JP3792145B2 - 相関値識別方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各送信源例えば測位衛星が、それぞれ固有のスペクトラム拡散符号を用いスペクトラム拡散した信号を送信し、受信機が、捕捉及び追尾すべき送信源に対応したスペクトラム逆拡散符号を用いて受信信号に対するコード位相同期制御を行うことによりその送信源を捕捉する無線システム例えば測位システムにて、受信機により実行される相関値識別方法に関する。その種の無線システムの一例としては、地球周回軌道上にあるＧＰＳ衛星を送信源とし、いずれかのＧＰＳ衛星を見通せる空間に存する受信機を測位対象としてその位置、速度等の測定を行うＧＰＳ（Global Positioning System）がある。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳでは、地球周回軌道上にあるＧＰＳ衛星から受信した衛星信号に基づく測位演算等により、ＧＰＳ受信機が自分の位置、速度等を検出する。ＧＰＳ受信機にて測位演算を行うには、原理上必要とされる個数以上のＧＰＳ衛星を選択し、それらのＧＰＳ衛星からの衛星信号を捕捉し、捕捉した衛星信号からデータを復調する必要がある。ＧＰＳ衛星から送信される衛星信号は、その送信時刻、詳細軌道情報、軌道暦情報等を示す５０ｂｐｓのデータにより変調され、更に衛星毎に定められたスペクトラム拡散符号によりスペクトラム拡散された信号であるため、ＧＰＳ受信機では、受信した衛星信号を、選択したＧＰＳ衛星に対応するスペクトラム逆拡散符号によりスペクトラム逆拡散し、その結果得られた信号からデータを復調する。ＧＰＳ受信機では、選択した各ＧＰＳ衛星に係る復調データや、スペクトラム逆拡散を通じ位相制御情報として得られるコード位相に基づき、測位演算を実行する。なお、ＧＰＳにて使用されるスペクトラム（逆）拡散符号にはＣ／Ａ（Coarse Acquisition）コードとＰ（Precision）コードの２種類があり、両者の間には１エポック当たりチップ数、符号速度、エポック長等に関する設計上の相違があるが、いずれも、所定個数のチップから構成される擬似雑音符号であって各チップ毎に１，０の２値をとる。例えば、Ｃ／Ａコードは、１エポック当たりチップ数＝１０２３、符号速度＝１．０２３ＭＨｚ、従って繰り返し周期（エポック長）＝１ｍｓｅｃのｇｏｌｄ符号である。
【０００３】
ＧＰＳ受信機におけるスペクトラム逆拡散は、スペクトラム逆拡散符号と衛星信号との相関値の検出、検出した相関値と所定のスレッショルドとの比較、並びにこの比較の結果に基づくスペクトラム逆拡散符号の位相制御即ちコード位相制御を、伴っている。まず、スペクトラム逆拡散符号と衛星信号との相関値は、衛星信号に係る擬似雑音符号の値とスペクトラム逆拡散符号の値との一致／不一致の度合を示す情報であり、衛星信号に係る擬似雑音符号の値とスペクトラム逆拡散符号の値とがエポック全体に亘り一致している状態、即ち衛星信号に対してスペクトラム逆拡散符号のチップ位置即ちコード位相が同期している状態では、他の状態に比べて顕著に大きくなる。そのため、ＧＰＳ受信機では、検出した相関値をそのスレッショルドと比較し、前者が後者を上回った場合は“コード位相が同期した”と判定する。なお、このスレッショルドは、予め、コード位相同期状態を他の状態から区別して検出できるよう定めておく。ＧＰＳ受信機では、コード位相同期状態になるまで即ち衛星信号を捕捉するまで、かつ１エポック全体を調べ終えるのを限度として、スペクトラム逆拡散符号のコード位相を例えば１チップずつずらしつつ、上掲の相関値検出及びスレッショルド比較を実行する。１エポックに亘りコード位相をずらして調べたが“同期”との判定が得られない場合は、衛星信号のキャリアに対して周波数同期していない可能性があるため局部発振周波数をわずかにずらして再試行する。コード位相同期状態になると、衛星信号がスペクトラム逆拡散されデータを復調することが可能になると同時に、そのときのコード位相即ち相関値がピークになるコード位相を、擬似距離導出に利用可能になる。一旦衛星信号を捕捉した後は、衛星信号に係る擬似雑音符号の位相変化に追従するようコード位相を変化させることにより、その衛星（信号）を追尾する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、受信信号（ＧＰＳの場合衛星信号）に対するスペクトラム逆拡散符号のコード位相同期を常に正しく確立するには、相関値をスレッショルドと単純に比較するという手法では、十分でない。それは、（１）スペクトラム逆拡散符号に対応した送信源（ＧＰＳの場合衛星）とは異なる送信源からの受信信号に対して発生する弱い相関値即ち偽信号相互相関値、（２）相関値がピークとなるコード位相以外の位相において発生する弱い相関値即ち偽位置自己相関値、（３）送信源との対応関係及びコード位相は正しいが相関器入力レベルが低い受信信号による弱い相関値即ち弱信号時相関値等を、単純なスレッショルド比較では識別できないためである。
【０００５】
まず、ＧＰＳにおけるＣ／Ａコードを例として考えると、衛星信号波形に歪が全くなく、受信した衛星信号の相関器への入力レベルが例えば−１１０ｄＢｍ程度と割合高い準理想的な状況下で、その衛星信号の送信元に対応したスペクトラム逆拡散符号が用いられかつその衛星信号に対しそのスペクトラム逆拡散符号が正確にコード位相同期しているとき、１エポック当たり一致チップ数は、１０２３個となる。一致チップ数と不一致チップ数の差の絶対値を相関値と称することとすると、この場合の相関値即ち強信号時相関値は１０２３であるといえる。しかし、実際の衛星信号波形は歪んでいるため、強信号時相関値はこの理想値より低く、例えば１０２３×４０．０％＝４０９．２程度となる。
【０００６】
次に、衛星信号受信レベルが更に２３．７ｄＢ低く−１３３．７ｄＢｍであれば、２３．７ｄＢ＝−２０×ｌｏｇ（２．６／４０．０）の式から読みとれるように、相関値即ち弱信号時相関値は１０２３×２．６％＝２６．２となる。
【０００７】
他方、衛星信号受信レベルが十分高ければ、偽信号相互相関値が、上掲の弱信号時相関値と同程度となる場合がある。即ち、ＧＰＳでは、異なるＧＰＳ衛星に係るＣ／Ａコード同士の相関値が３３まで大きくなることがあり得るため、上に掲げた強信号時と同程度の信号強度及び歪であれば、偽信号相互相関値は最大で３３×４０．０％＝２６．０となり得る。この偽信号相互相関値は、強信号時より２３．７ｄＢ低いレベルの衛星信号による弱信号時相関値即ち上掲の２６．２と、ほぼ等しい値である。
【０００８】
このように弱信号時相関値と偽信号相互相関値は近い値をとりうるし、電波環境次第では後者の方が大きいこともあり得る。そのため、確実に弱信号時相関値を“同期”と判定し偽信号相互相関値を“非同期”と判定できるようにスレッショルドを定めるのは難しい。結果として、従来は、弱信号時相関値から“コード位相＝非同期”と判定してしまうおそれや、偽信号相互相関値から“コード位相＝同期”と判定してしまうおそれを、受信機設計上内包していた。同様の問題は、弱信号時相関値と偽位置自己相関値との間でも生じる。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、送信源毎に異なるスペクトラム拡散符号によりスペクトラム拡散した信号が送信され受信機ではいずれか所定個数の送信源を選択しそれぞれに対応するスペクトラム逆拡散符号により受信信号をスペクトラム逆拡散する無線システムにおいて、受信機における相関検出値に現れる弱信号時相関値と偽信号相互相関値（及び偽位置自己相関値）とを、より確実に識別できるようにすることを、その目的の一つとしている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明に係る相関値識別方法は、複数の送信源のうち最適な送信源を捕捉するための相関値識別方法において、各送信源が、それぞれ固有のスペクトラム拡散符号を用いスペクトラム拡散した信号を送信し、受信機が、捕捉及び追尾すべき送信源に対応したスペクトラム逆拡散符号を用いて受信信号に対するコード位相同期制御を行うことによりその送信源を捕捉する無線システムにて、受信機により実行され、スペクトラム逆拡散符号の１エポック又は多数の一連のチップを繰り返しの単位として受信信号に対するスペクトラム逆拡散符号の相関値を検出し、検出した相関値が第１の基準を上回る相関を示しているときには、その受信信号が強い信号でありかつその受信信号の送信元たる送信源に対応したスペクトラム逆拡散符号を用いているものと判断する第１分離ステップと、第１分離ステップにて検出された相関値が第１の基準を下回る相関を示しているときには、同じスペクトラム逆拡散符号の１チップ又は少数の一連のチップを繰り返しの単位として受信信号に対するスペクトラム逆拡散符号の相関値を検出し、検出した相関値が第２の基準を上回る相関を示しているときには、その受信信号が強い信号でありかつその受信信号の送信元たる送信源に対応したスペクトラム逆拡散符号を用いていないものと判断し、検出した相関値が第２の基準を下回る相関を示しているときには、その受信信号の送信元たる送信源に対応したスペクトラム逆拡散符号を用いているけれどもその受信信号が弱い信号であると判断する第２分離ステップと、を有することを特徴とする。さらにまた、（１）各送信源が、それぞれ固有のスペクトラム拡散符号を用いスペクトラム拡散した信号を送信し、受信機が、捕捉及び追尾すべき送信源に対応したスペクトラム逆拡散符号を用いて受信信号に対するコード位相同期制御を行うことによりその送信源を捕捉する無線システムにて、受信機により実行され、（２）スペクトラム逆拡散符号の１エポック又は多数の一連のチップを繰り返しの単位として受信信号に対するスペクトラム逆拡散符号の相関値を検出し、検出した相関値が第１の基準を上回る相関を示しているときには、その受信信号が強い信号でありかつその受信信号の送信元たる送信源に対応したスペクトラム逆拡散符号を用いているものと判断して、その送信源をそのスペクトラム逆拡散符号を用いて追尾する動作を開始させる第１分離ステップと、（３）第１分離ステップにて検出された相関値が第１の基準を下回る相関を示しているときに、同じスペクトラム逆拡散符号の１チップ又は少数の一連のチップを繰り返しの単位として受信信号に対するスペクトラム逆拡散符号の相関値を検出し、検出した相関値が第２の基準を上回る相関を示しているときには、その受信信号が強い信号でありかつその受信信号の送信元たる送信源に対応したスペクトラム逆拡散符号を用いていないものと判断して、その送信源をそのスペクトラム逆拡散符号を用いて追尾する動作を禁止する一方、検出した相関値が第２の基準を下回る相関を示しているときには、その受信信号の送信元たる送信源に対応したスペクトラム逆拡散符号を用いているけれどもその受信信号が弱い信号であると判断して、その送信源をそのスペクトラム逆拡散符号を用いて追尾する動作を開始させる第２分離ステップと、を有することを特徴とする。発明に係る相関値識別方法は、或いは、（１）各送信源が、それぞれ固有のスペクトラム拡散符号を用いスペクトラム拡散した信号を送信し、受信機が、捕捉及び追尾すべき送信源に対応したスペクトラム逆拡散符号を用いて受信信号に対するコード位相同期制御を行うことによりその送信源を捕捉する無線システムにて、受信機により実行され、（２）スペクトラム逆拡散符号の１エポック又は多数の一連のチップを繰り返しの単位として受信信号に対するスペクトラム逆拡散符号の第１の相関値を検出するステップと、（３）スペクトラム逆拡散符号の１チップ又は少数の一連のチップを繰り返しの単位として受信信号に対するスペクトラム逆拡散符号の第２の相関値を検出するステップと、（４）第１の相関値に基づき第２の相関値の基準範囲を定めるステップと、（５）第２の相関値が上記基準範囲に属するか否かを判定するステップと、（６）上記判定の結果、第２の相関値が上記基準範囲内にある場合には強信号時相関又は弱信号時相関、それ以外の場合は偽信号相互相関と見なし、強信号時相関又は弱信号時相関である場合はその送信源をそのスペクトラム逆拡散符号を用いて追尾する動作を開始させ、偽信号相互相関である場合は当該追尾動作への移行を禁止するステップと、を有することを特徴とする。本発明は、例えば、送信源たる各測位衛星が、それぞれ固有のスペクトラム拡散符号を用いスペクトラム拡散した信号を送信し、受信機が、捕捉及び追尾すべき測位衛星に対応したスペクトラム逆拡散符号を用いて受信信号に対するコード位相同期制御を行うことによりその測位衛星を捕捉する測位システムにて、受信機により実行される。
【００１１】
このように、本発明においては、１エポック或いは多数チップを単位とする相関値に基づき強信号時相関を識別し、強信号時相関を認識する一方、１チップ或いは少数チップを単位とする相関値に基づき弱信号時相関かそれとも偽信号相互相関かを識別するようにしている。或いは、１エポック或いは多数チップを単位とする相関値に基づき基準範囲を決め、１チップ或いは少数チップを単位とする相関値に関してこの基準範囲に基づく判定を行って、強信号時相関及び弱信号時相関に対して偽信号相互相関を識別している。そのため、強信号時相関及び弱信号時相関の場合にのみ送信源追尾に移行し偽信号相互相関の場合には捕捉再試行等の処理を実行することができる。さらに、本発明に係る相関値識別方法を実行する受信機において、送信源にて使用され得るスペクトラム拡散符号に対応した複数通りのスペクトラム逆拡散符号のうち捕捉すべき送信源に対応するものを選び、選んだスペクトラム逆拡散符号を用いて受信信号をスペクトラム逆拡散し、偽信号相互相関がありと判断された場合に、以後、捕捉対象から除外する手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態に関し図面に基づき説明する。
【００１３】
（１）全体機能及び動作
図１に、本発明の一実施形態に係るＧＰＳ受信機の概略機能構成を示す。この図に示す受信機では、衛星信号は、アンテナ１０１により受信され、周波数変換部１０２にてダウンコンバートされ、Ａ／Ｄ変換部１０３によりサンプリングされ、相関器１０４及び１２０に入力される。相関器１０４、１２０及び信号発生器１０５は、測位演算に必要な衛星の個数、捕捉・追尾すべき衛星信号に係るスペクトラム拡散符号の１エポック当たりチップ数、更には許容される装置規模・コスト等に応じて、またＩ，Ｑ各相に対応して、複数個設け、パラレルに又はシーケンシャルに動作させる。受信制御部１０６は、位置・速度演算部１１２からの情報に応じかつ相関器１０４及び１２０の出力に基づき、信号発生器１０５の動作、特に発生させる局部発振信号の周波数、発生させるスペクトラム逆拡散コード（擬似雑音符号）の種類、発生させる各スペクトラム逆拡散コードのコード位相等を制御する。
【００１４】
相関器１０４、受信制御部１０６及び信号発生器（図中の「擬似雑音符号及び局部発振信号発生器」）１０５は、キャリア周波数及びコード位相双方に関し、衛星信号に対する同期ループを構成している。相関器１２０、受信制御部１０６及び信号発生器１０５は、この同期ループから得られる相関値情報を補強する相関値情報を提供するループを構成している。相関器１０４はエポック（スペクトラム拡散符号１周期＝Ｃ／Ａコードでは１０２３チップ）単位で、相関器１２０はチップ単位で相関値を検出する。相関器１０４は通常の捕捉・追尾動作に関する部材であり、相関器１２０は弱信号分離処理に関する部材である。後述の通り本実施形態における特徴的処理は相関器１２０を用いた弱信号分離処理にある。
【００１５】
まず、受信制御部１０６は、位置・速度演算部１１２が選択した組合せに属する衛星それぞれに対応するスペクトラム逆拡散符号を、信号発生器１０５により発生させ、そのコード位相を、相関器１０４の出力たる相関値がピーク値（相関ピーク値）となるよう制御する（「捕捉」）。この制御によって衛星信号に対するスペクトラム逆拡散符号のコード位相同期が確立され、従ってその衛星信号がスペクトラム逆拡散された状態では、データ復調部１１０にてその衛星信号からデータを復調することができる。復調されたデータ例えば送信元衛星の詳細軌道情報や送信時刻に関するデータは、位置・速度演算部１１２に供給される。受信制御部１０６は、この状態即ちコード位相同期状態が維持されるよう、逐次得られる相関値に基づき信号発生器１０５におけるコード位相を制御する（「追尾」）。このように相関器１０４を含むループがコード位相同期ループであるのに対して、相関器１２０を含むループは偽信号相互相関値と弱信号時相関値とを識別するための相関値情報を提供するループである（後述）。
【００１６】
また、相関器１０４及び１２０の入力段以前にある図示しない部材（又は周波数変換部１０２）において、信号発生器１０５から供給される局部発振信号により、衛星信号がより低い周波数に変換される。コード位相同期を確立する対象となる衛星信号は、この周波数変換後の衛星信号である。ここに、信号発生器１０５における局部発振周波数がずれていると、一旦コード位相同期を確立しても時間経過に伴いその同期は容易にはずれるため、上述のコード位相同期ループとしての動作だけでは、衛星信号を追尾することはできない。受信制御部１０６は、スペクトラム逆拡散符号の１エポックに亘りコード位相をずらして調べたがコード位相同期を確立できない場合等に、信号発生器１０５における局部発振周波数をわずかに調整する等、相関値に基づく局部発振周波数制御を行って、局部発振周波数を衛星信号のキャリア周波数に対して同期させる（キャリア周波数同期ループ）。
【００１７】
衛星信号に対するキャリア周波数同期及びコード位相同期が共に確立されている状態、即ち相関器１０４を介してスペクトラム逆拡散された衛星信号が得られる状態では、受信制御部１０６は、相関器１０４にてスペクトラム逆拡散された衛星信号をデータ復調部１１０に供給し詳細軌道情報等のデータを復調させる一方で、同期制御を通じて得られる情報のうち信号発生器１０５におけるコード位相を擬似距離測定部１０９及び擬似速度測定部１０８に与え、信号発生器１０５における局部発振信号周波数をドップラー周波数測定部１１１に与える。擬似距離測定部１０９は、コード位相に基づき衛星信号の送信元に対する擬似距離、即ちコード擬似距離を求める。擬似速度測定部１０８は、コード位相の時間変化を検出して衛星信号の送信元に対する受信機の移動速度、即ち擬似速度を求める。ドップラー周波数測定部１１１は、局部発振周波数の変化から、衛星信号キャリア周波数のドップラー変移、ひいては送信元に対する受信機の移動速度即ちドップラー速度を求める。
【００１８】
位置・速度演算部１１２は、データ復調部１１０により復調されたデータに加え、擬似距離測定部１０９により求められたコード擬似距離等を用いて、受信機の位置を演算する。また、位置・速度演算部１１２は、擬似速度測定部１０８により求められた擬似速度や、ドップラー周波数測定部１１１における測定結果に基づき、地球表面又は中心に対する受信機の移動速度を演算する。位置・速度演算部１１２は、図示しない表示装置、音声出力装置、通信回線等を介して、演算結果等を使用者に知らせる。位置・速度演算部１１２は、更に、データ復調部１１０によって復調された情報、過去に取得・演算し蓄積しておいた情報等に基づき、測位に使用する衛星の組合せを選択して、選択したＧＰＳ衛星からの衛星信号を受信（捕捉・追尾）するよう受信制御部１０６に指示する。
【００１９】
（２）偽信号相互相関への対策
図２に、本実施形態にて受信制御部１０６により実行される手順のうち、偽信号相互相関と弱信号時相関とを区別・分離認識するための弱信号分離手順の流れを示す。この図に示すように、受信制御部１０６は、まず相関器１０４から相関値を入力し（２０１）、入力した相関値を弱信号最小スレッショルドと比較する（２０２）。弱信号最小スレッショルドは十分小さい値に設定されており、相関値が弱信号最小スレッショルドを下回っているなら、現在のコード位相(codechip)では受信信号に対するスペクトラム逆拡散符号のコード位相同期を確立できないと見なせる。そのため、ステップ２０２にてそのような結果が得られた場合は、受信制御部１０６は、信号発生器１０５におけるスペクトラム逆拡散符号のコード位相を適宜変化させて、ステップ２０１に戻り処理を継続する。
【００２０】
ステップ２０２にて相関値が弱信号最小スレッショルド以上であるとの結果が得られた場合は、その相関値は、弱信号時相関、強信号時相互相関或いは偽信号相互相関による相関ピーク値である可能性がある。受信制御部１０６は、そのような結果がステップ２０２で得られたときは、まずその相関値を弱信号最大スレッショルドと比較する（２０３）。弱信号最大スレッショルドは、弱信号時相関や偽信号相互相関で得られる最大の相関値より大きく設定されており、相関値が弱信号最大スレッショルドを上回っていればその相関値は強信号時相関値であると見なすことができる。受信制御部１０６は、ステップ２０３における比較により相関値が弱信号最大スレッショルドを上回っているとの結果が得られた場合には、その相関値が強信号時相関値であると判断し、その相関値に係る衛星を追尾すべく図示しない追尾のための手順に移行する。
【００２１】
受信制御部１０６は、相関器１０４から１エポック単位の相関値を得るのと並行して、相関器１２０から１チップ単位の相関値を得て、例えば１０２３チップに亘りそれを記憶している。図示しないが、そのための記憶回路は受信制御部１０６の内部に設けてもよいし、位置・速度演算部１１２等に提供できるよう外部に設けてもよい。また、１０２３チップ即ち１エポックに亘って記憶する必要はなく、１０２３チップに対して有意な割合を占めるチップ数分、記憶できればよい。このようにして記憶されている１チップ単位の相関値は、ステップ２０３にて相関値が弱信号最大スレッショルド以下であるとの結果が得られた場合に、受信制御部１０６により取り出される（２０４）。
【００２２】
受信制御部１０６は、１エポック単位での相関値が弱信号最大スレッショルド以下であることがステップ２０３で判明した衛星に関し、その１チップ単位での相関値を例えば１０２３チップ分その記憶回路から読み出し、読み出した相関値中の代表値（例えば、平均値、上位３／４値、最大値等）を有するものを、弱信号最大スレッショルドと比較する（２０５）。なお、ステップ２０５における弱信号最大スレッショルドも、弱信号時相関や偽信号相互相関で得られる最大の相関値より大きく設定されたスレッショルドであるが、ステップ２０２における比較対象が１エポック単位での相関値であるのに対しステップ２０５における比較対象は１チップ単位での相関値であり、スケール（サンプリング点数）が異なっているため、ステップ２０２及び２０５における弱信号最大スレッショルドの値は互いに異なっている。
【００２３】
ステップ２０５における比較の結果、ステップ２０４で取り出された相関値の代表値が弱信号最大スレッショルド以下であることが判明した場合は、受信制御部１０６は、ステップ２０１で相関器１０４から入力した相関値は弱信号時相関によるものであると見なし、その相関値に係る衛星を追尾すべく追尾手順に移行する。逆に、弱信号最大スレッショルドを上回っていることが判明した場合は、受信制御部１０６は、ステップ２０１で相関器１０４から入力した相関値は偽信号相互相関によるものであると見なし、ステップ２０１に戻る。
【００２４】
このように、本実施形態では、相関器１０４にて得られる１エポック単位での相関値（２０１）の中から、相関ピーク値であると認めうるものであって（２０２）更に強信号時相関によるものではないと認めうるものについて（２０３）、相関器１２０にて得られる１チップ単位での相関値の代表値（２０４）に基づき、弱信号時相関によるものかそれとも偽信号相互相関によるものかを判別するようにしている（２０５）。１チップ単位での相関値の代表値により弱信号時相関と偽信号相互相関を識別できるのは、次に述べるように、弱い信号は通常はノイズに埋もれていてスペクトラム受信信号波形が崩れているのに対し、偽信号相互相関を引き起こすほど強い信号であれば受信信号波形がさほど崩れていないためである。
【００２５】
まず、ＧＰＳ衛星から送信される信号は、所定周波数のキャリアを搬送すべきデータに従い変調し、更に所定のスペクトラム拡散符号に従いスペクトラム拡散した信号であるため、変調分として、データによる変調分と、スペクトラム拡散変調分とを含んでいる。ＧＰＳ受信機による信号／衛星の捕捉は、スペクトラム拡散変調分に対するスペクトラム逆拡散符号の位相同期を通じて達成されるものであるから、信号におけるスペクトラム拡散変調分が仮に衛星からの送信時のまま“きれいに”保存されていれば、ＧＰＳ受信機は信号／衛星を正確に捕捉できるであろう。
【００２６】
しかし、実際には、ＧＰＳ衛星から送信された信号は、ＧＰＳ受信機に到達するまでに、地球周回軌道からＧＰＳ受信機までの長い無線伝搬経路をたどるため、著しく減衰する。その他、電離層その他の伝搬障害物・層による屈折・移相、ＧＰＳ衛星対ＧＰＳ受信機の相対移動に伴うドップラ変移も生じる。従って、ＧＰＳ受信機における受信信号特にそのスペクトラム拡散変調分は、送信時のままの“きれいな”変調波形を保ってはいない。一般的な傾向として、強い受信信号ほど良好な無線伝搬経路をたどっているため変調波形がきれいに保存されているのに対し、弱い受信信号は劣悪な無線伝搬経路をたどっているためノイズに埋もれ変調波形が崩れているといえる。
【００２７】
そのため、強い信号からはスペクトラム拡散変調分を“くっきり”と検出できるのに対して、弱い信号からは“ぼんやり”としか検出できないといえる。つまり、弱信号時相関程度の相関ピーク値をもたらしている受信信号から、仮にスペクトラム拡散変調分を“くっきり”と検出できたとしたら、その相関ピーク値は実は偽信号相互相関によるものであろうし、逆に、弱信号時相関程度の相関ピーク値をもたらしている受信信号から、仮にスペクトラム拡散変調分を“ぼんやり”としか検出できなかったとしたら、その相関ピーク値は確かに弱信号時相関によるものであろう。
【００２８】
本実施形態においては、受信信号にスペクトラム拡散変調分が“くっきり”と現れているかそれとも“ぼんやり”としか現れていないかを識別するため、相関器１２０で１チップ単位での相関値を検出するようにしている。ここに、相関器１０４にて得られる１エポック単位での相関値が、１エポック（＝１０２３チップ（Ｃ／Ａコードの場合））全体に亘りサンプリングを行って得られる相関値であるのに対して、相関器１２０にて得られる１チップ単位での相関値は、１個（十分少数個であれば１個でなくてもよい）のチップのみについてサンプリングを行って得られる相関値である。１エポック単位での相関値は小さいが１チップ単位での相関値の代表値が大きい、ということは、その受信信号自体は強い信号であり送信時の変調波形を“くっきり”ととどめているが、偽信号相互相関であるために１エポック単位での相関値が小さくなっている、ということを表している。逆に、１エポック単位での相関値も１チップ単位での相関値の代表値も小さい、ということは、その受信信号自体弱い信号であり送信時の変調波形を“ぼんやり”としかとどめていないために１エポック単位での相関値が小さくなっている、ということを表している。本実施形態における弱信号分離手順、特にステップ２０４及び２０５は、このことを利用した処理である。
【００２９】
例えば、相関器１２０における１チップ当たりサンプリング点数を、“くっきり”と“ぼんやり”とを識別できるよう十分多く、例えば８点に設定されているものとする。この場合に、受信信号におけるスペクトラム拡散変調分とスペクトラム逆拡散符号値とが一致するサンプリング点数、即ち１チップ単位での相関値が、例えば
【数１】
第１チップ＝８、第２チップ＝８、第３チップ＝０、第４チップ＝８、…
という値となったとする。仮想平均を４としてこれらの値と仮想平均との差を求めその絶対値の平均値を求めると４であり、また、チップとチップとを比較すると相関値が大きく変化していることがわかる。これに対して、１チップ単位での相関値が、例えば
【数２】
第１チップ＝６、第２チップ＝６、第３チップ＝５、第４チップ＝６、…
という値となったとする。仮想平均を４としてこれらの値と仮想平均との差を求めその絶対値の平均値を求めると１．７８であり、また、チップとチップの間に相関値の大きい差はない。
【００３０】
このような性質の差、即ちチップとチップでの相関値の差の大小という相違は、１エポック単位での相関値からは知り得ない。仮に、１エポック単位での相関値を検出する際に各チップにつき多点サンプリングしたとしても、１エポック単位での相関値を求めている限りは、各チップにおける相関値の大小は知り得ない。本実施形態では、弱信号最大スレッショルドを例えば７としてステップ２０５を実行しているため、数１に示した“くっきり”の状況即ち偽信号相互相関と、数２に示した“ぼんやり”の状況即ち弱信号時相関とを、識別できる。
【００３１】
なお、上述の実施形態では、ステップ２０３で弱信号最大スレッショルド以下との判定が下されたときでなければステップ２０５に係る判定は行われないが、１エポック単位での相関値に関する処理と１チップ単位での相関値に関する処理とを、１エポック単位での相関値如何によらず常に行うようにしてもかまわない。即ち、送信元衛星に対応した正しいスペクトラム逆拡散符号を用いている場合には、１エポック単位での相関値は受信信号強度に応じて変化する。従って、１エポック単位での相関値から、その相関値が得られる受信信号強度の範囲Ｌｍｉｎ〜Ｌｍａｘを推定することができる。更に、推定により得られた受信信号強度範囲Ｌｍｉｎ〜Ｌｍａｘから、当該受信信号強度範囲Ｌｍｉｎ〜Ｌｍａｘに属する強度の信号を受信し送信元衛星に対応した正しいスペクトラム逆拡散符号を用いて相関検出を行ったときに得られる１チップ単位での相関値Ｃｍｉｎ〜Ｃｍａｘの範囲を、推定することができる。弱信号時相関及び強信号時相関であれば、１チップ単位での相関値は、１エポック単位での相関値から推定した信号強度範囲に対応する１チップ単位での相関値範囲Ｃｍｉｎ〜Ｃｍａｘに属する値となる。これに対して、送信元衛星に対応していないスペクトラム逆拡散符号を用いて相関検出を行ったときに得られる相関値、即ち偽信号相互相関値は、先に述べた原理から推察できるとおり、１チップ単位での相関値は、１エポック単位での相関値から推定した信号強度範囲に対応する範囲Ｃｍｉｎ〜Ｃｍａｘを大きく上回る値となる。そこで、本発明を実施する際には、１エポック単位での相関値検出を行って基準範囲Ｃｍｉｎ〜Ｃｍａｘを定め、１チップ単位での相関値検出を行ってその相関値をこの基準範囲Ｃｍｉｎ〜Ｃｍａｘと比較し、その結果「基準範囲内」との判定結果が得られれば強信号時相関又は弱信号時相関、「基準範囲外」との判定結果が得られれば偽信号相互相関、とする、という実施形態を採用することもできる。なお、強信号時相関と弱信号時相関とを識別するために、１エポック単位又は１チップ単位での相関値についてしきい値判別を行ってもよい。
【００３２】
（３）補遺
偽位置自己相関値と弱信号時相関値については、１エポックに属する全てのチップ（Ｃ／Ａコードでは１０２３個）について相関値を検出することによって、即ち、１０２３通りのコード位相全てについて相関値を調べその中で最大の相関値を示すコード位相であってその相関値が十分大きいものを選ぶことによって、両者を識別することができる。この処理は、相関値が弱信号最大スレッショルド以下であり、かつ偽信号相互相関でもない場合に行えば足りるため、図２に示す手順であれば受信処理（＝追尾処理）移行前に行う。
【００３３】
本発明はＣ／Ａコードに限定されるものではなく、原理的にはＰコードにも適用できる。本発明は、各種の補強又は修正が施されたＧＰＳ受信機、例えばＤＧＰＳ機能を有するＧＰＳ受信機等にも、適用できる。更に、ＧＰＳ受信機に限らず、複数種類のスペクトラム拡散コードを選択的に使用してスペクトラム拡散された信号を受信する受信機、特にその受信レベルが非常に低くなることがある受信機一般に、本発明を適用できる。本発明は、１エポック当たりチップ数が多いもの、偽信号相互相関値が比較的大きくなりやすいもの、送受信機間が非同期のもの等に対して適用した場合に、その効果が顕著になる。
【００３４】
また、本願出願人は、特願２０００−３４３０５６において相関値判定のためのスレッショルドを相関値判定の結果に追従して変化させる手法を、提案している。この手法によっても弱信号による支障の一部に対処できるが、迅速性・信頼性という面では本発明の方が優れている。即ち、本発明では、受信機の位置等に関する測位結果を使用することなしに偽信号相互相関値と弱信号相関値とを識別できるため、使用する測位結果が得られる以前の時点における偽信号相互相関値の影響を、防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るＧＰＳ受信機の機能構成を示すブロック図である。
【図２】 本実施形態における弱信号分離手順の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０１ アンテナ、１０４，１２０ 相関器、１０５ 擬似雑音符号及び局部発振信号発生器、１０６ 受信制御部、１１１ ドップラー周波数測定部、１１２ 位置・速度演算部。

Claims (3)

1. 複数の送信源のうち最適な送信源を捕捉するための相関値識別方法において、
   各送信源が、それぞれ固有のスペクトラム拡散符号を用いスペクトラム拡散した信号を送信し、受信機が、捕捉及び追尾すべき送信源に対応したスペクトラム逆拡散符号を用いて受信信号に対するコード位相同期制御を行うことによりその送信源を捕捉する無線システムにて、受信機により実行され、
   スペクトラム逆拡散符号の１エポック又は多数の一連のチップを繰り返しの単位として受信信号に対するスペクトラム逆拡散符号の相関値を検出し、検出した相関値が第１の基準を上回る相関を示しているときには、その受信信号が強い信号でありかつその受信信号の送信元たる送信源に対応したスペクトラム逆拡散符号を用いているものと判断する第１分離ステップと、
   第１分離ステップにて検出された相関値が第１の基準を下回る相関を示しているときには、同じスペクトラム逆拡散符号の１チップ又は少数の一連のチップを繰り返しの単位として受信信号に対するスペクトラム逆拡散符号の相関値を検出し、検出した相関値が第２の基準を上回る相関を示しているときには、その受信信号が強い信号でありかつその受信信号の送信元たる送信源に対応したスペクトラム逆拡散符号を用いていないものと判断し、検出した相関値が第２の基準を下回る相関を示しているときには、その受信信号の送信元たる送信源に対応したスペクトラム逆拡散符号を用いているけれどもその受信信号が弱い信号であると判断する第２分離ステップと、
   を有することを特徴とする相関値識別方法。
2. 請求項１に記載の相関値方法を実行する手段を有することを特徴とする受信機。
3. 請求項２に記載の受信機において、
   送信源にて使用され得るスペクトラム拡散符号に対応した複数通りのスペクトラム逆拡散符号のうち捕捉すべき送信源に対応するものを選び、選んだスペクトラム逆拡散符号を用いて受信信号をスペクトラム逆拡散し、偽信号相互相関ありと判断された場合に、以後、捕捉対象から除外する手段を備えることを特徴とする受信機。

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