JP3809432B2 - Received signal processing apparatus and satellite positioning system - Google Patents
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Description
本発明は、受信信号処理装置及び衛星測位システムに関するものである。 The present invention relates to a received signal processing apparatus and a satellite positioning system.
測位用衛星(たとえばGPS)受信機等においては、受信した衛星からの電波のコードに受信機内部で発生する同一コードを同期させて、コードを復調している。
しかし、測位用衛星は動いているために、ドップラ効果が生じ、そのため受信電波の周波数が衛星から送信したものとは異なっている。そこで、GPS受信機などにてドップラ補正を行って、この周波数を衛星から送信した時点と同一にすることを行っている。
In a positioning satellite (for example, GPS) receiver or the like, the code is demodulated by synchronizing the same code generated inside the receiver with the radio wave code from the received satellite.
However, since the positioning satellite is moving, the Doppler effect occurs, and therefore the frequency of the received radio wave is different from that transmitted from the satellite. Therefore, Doppler correction is performed by a GPS receiver or the like to make this frequency the same as when it was transmitted from the satellite.
また、受信機内の局部発振器の周波数誤差があると、周波数変換後の周波数は衛星自信のドップラ効果による周波数誤差のほかに局部発振器の誤差が重畳される。
この際に受信機自身のみでドップラ補正を行おうとすれば、周波数誤差を自力で推定して考えられる周波数領域を総当りで試みる必要があり、コード復調が出来るまで繰り返す必要が生じるため、非常に長い処理時間が必要であるという欠点があった。つまり、コード復調するまで相当の時間がかかるという致命的な欠点を持っていた。
Further, if there is a frequency error of the local oscillator in the receiver, the error after the frequency conversion is superimposed on the error of the local oscillator in addition to the frequency error due to the Doppler effect of the satellite's confidence.
At this time, if the Doppler correction is to be performed only by the receiver itself, it is necessary to try the frequency range that can be considered by estimating the frequency error by itself, and it is necessary to repeat until the code demodulation is possible. There was a drawback that a long processing time was required. That is, it has a fatal defect that it takes a considerable time to demodulate the code.
また、外部より正確な衛星の周波数誤差をもらっても、局部発振器の誤差が不明ならばドップラ補正は上記の場合と同様に、周波数誤差を自力で推定して考えられる周波数領域を総当りで試みる必要があり、コード復調が出来るまで計算を繰り返す必要が生じるという欠点があった。
局部発振器の誤差を完全に排除するためには、超高安定の発振器が要求されることになる。たとえば高価なルビジウム発振器などが必要になり、システムが高価になるという欠点があった。
In addition, even if an accurate satellite frequency error is obtained from outside, if the error of the local oscillator is unknown, Doppler correction needs to try the frequency range that can be considered by estimating the frequency error by itself as in the above case. There is a drawback that it is necessary to repeat the calculation until the code can be demodulated.
In order to completely eliminate the error of the local oscillator, an ultra-stable oscillator is required. For example, an expensive rubidium oscillator or the like is required, resulting in a disadvantage that the system becomes expensive.
また、この欠点を解決するために、外部から正確な周波数の信号を取り入れ、この信号に受信機内部の発振周波数の誤差を位相検出回路により検出することが従来から広く行われている。つまり、位相同期ループ回路により受信機内部の発振周波数を外部から正確な周波数の信号にロックさせて同一周波数にする手段(電波時計、JJY等)が、一般に広く用いられている。この手段は、一般にPLL(Phase Lock Loop )回路として広く知られている(例えば、特許文献1参照。)。
解決しようとする問題点は、外部から取り入れる信号は、周波数安定度が受信機内部の周波数安定度より十分に正確で、かつ、信号電界強度が相応の強さ以上必要であるという制約があった。また、この手段では、外部から取り入れる受信信号が外部からドップラ効果を受けていたり、雑音にうずもれた信号であるなど、外部からとりいれる受信信号を基準にし、受信機内部の発振周波数の誤差を正確に検知することは、きわめて困難であるという欠点をもっている。 The problem to be solved is that the signal taken from the outside has a restriction that the frequency stability is sufficiently accurate than the frequency stability inside the receiver and the signal electric field strength is more than the corresponding strength. . Also, with this means, the received signal received from the outside is subjected to the Doppler effect from the outside, or the signal is devoted to noise. Accurate detection has the disadvantage that it is extremely difficult.
本発明の受信信号処理装置は、PN信号を受信する高周波増幅部と、周波数信号を発振させる内部発振部と、該内部発振部と接続され上記PN信号を所定の周波数領域に変換させる周波数変換部と、該周波数変換部にて処理された信号から得られた受信PN符号をFFTする第1演算部と、内部PN符号パターンを発生させるパターン演算部と、該内部PN符号パターンをFFTする第2演算部と、該第1演算部にて得た信号の周波数成分に該第2演算部にて得た信号の周波数成分を作用させて得た成分を演算し上記内部発振部による上記周波数信号の周波数誤差を検出する第3演算部と、を備え、上記第1演算部は、FFT演算した信号を実数部と虚数部とに分離する第1分離処理部を有し、また、上記第2演算部は、FFT演算した信号を実数部と虚数部とに分離する第2分離処理部を有し、上記第3演算部は、該第1分離処理部にて得られた1周期分の信号を所定の帯域幅ごとに分割して得たデータに対し、該第2分離処理部にて得られた1周期分の信号を所定の帯域幅ごとに分割して得たデータを乗算し同期加算する演算処理部を有するものである。 The received signal processing device of the present invention includes a high frequency amplifier that receives a PN signal, an internal oscillator that oscillates a frequency signal, and a frequency converter that is connected to the internal oscillator and converts the PN signal into a predetermined frequency region. A first calculation unit that performs FFT on the received PN code obtained from the signal processed by the frequency conversion unit, a pattern calculation unit that generates an internal PN code pattern, and a second that performs FFT on the internal PN code pattern A component obtained by applying the frequency component of the signal obtained by the second computing unit to the frequency component of the signal obtained by the computing unit and the first computing unit is computed, and the frequency signal of the frequency signal by the internal oscillating unit is calculated. A third calculation unit that detects a frequency error, and the first calculation unit includes a first separation processing unit that separates an FFT-calculated signal into a real part and an imaginary part, and the second calculation Part is the FFT-calculated signal A second separation processing unit that separates the real number part and the imaginary number part; and the third calculation unit divides the signal for one period obtained by the first separation processing unit into predetermined bandwidths. to-obtained data, shall to have a processing unit for adding multiplied by data obtained by dividing one period of the signal obtained by the second separation processing unit for each predetermined bandwidth synchronization It is.
また、上記周波数変換部にて処理された信号をドップラ補正するドップラ補正部を備え、該ドップラ補正部にて補正して得た上記受信PN符号を、上記第1演算部にてFFT演算させる。
また、上記周波数変換部にて処理した信号からI信号とQ信号とを得るI信号変換部とQ信号変換部とを備え、該I信号と該Q信号とが夫々上記ドップラ補正部と上記第1演算部と上記演算処理部にて処理されて得たI成分とQ成分とを合成演算する合成処理部を、上記第3演算部が有するものである。
Also, the processed signal by the frequency converting unit with a Doppler correction unit for Doppler correction, the received PN code obtained by correcting at the doppler correction unit causes the FFT calculation by the first calculation unit .
In addition, an I signal conversion unit and a Q signal conversion unit that obtain an I signal and a Q signal from the signal processed by the frequency conversion unit, and the I signal and the Q signal are the Doppler correction unit and the first signal, respectively. The third arithmetic unit includes a synthesis processing unit that performs a synthetic operation on the I component and the Q component obtained by processing by one arithmetic unit and the arithmetic processing unit.
また、本発明の衛星測位システムは、衛星からの衛星信号を受信機端末が受信し、受信したPN信号により該受信機端末が該衛星との間の疑似距離を求める衛星測位システムに於て、上記受信機端末が、PN信号を受信する高周波増幅部と、周波数信号を発振させる内部発振部と、該内部発振部と接続され上記PN信号を所定の周波数領域に変換させる周波数変換部と、該周波数変換部にて処理された信号から得られた受信PN符号をFFTする第1演算部と、内部PN符号パターンを発生させるパターン演算部と、該内部PN符号パターンをFFTする第2演算部と、該第1演算部にて得た信号の周波数成分に該第2演算部にて得た信号の周波数成分を作用させて得た成分を演算し上記内部発振部による上記周波数信号の周波数誤差を検出する第3演算部と、該周波数信号の該周波数誤差がキャンセルされた信号から上記疑似距離を求める疑似距離検出部と、を備え、上記第1演算部は、FFT演算した信号を実数部と虚数部とに分離する第1分離処理部を有し、また、上記第2演算部は、FFT演算した信号を実数部と虚数部とに分離する第2分離処理部を有し、上記第3演算部は、該第1分離処理部にて得られた1周期分の信号を所定の帯域幅ごとに分割して得たデータに対し、該第2分離処理部にて得られた1周期分の信号を所定の帯域幅ごとに分割して得たデータを乗算し同期加算する演算処理部を有するものである。 Further, the satellite positioning system of the present invention is a satellite positioning system in which a receiver terminal receives a satellite signal from a satellite, and the receiver terminal obtains a pseudorange between the satellite and the received PN signal. The receiver terminal receives a PN signal, a high-frequency amplification unit, an internal oscillation unit that oscillates a frequency signal, a frequency conversion unit that is connected to the internal oscillation unit and converts the PN signal into a predetermined frequency region, A first calculation unit that performs FFT on the received PN code obtained from the signal processed by the frequency conversion unit; a pattern calculation unit that generates an internal PN code pattern; and a second calculation unit that performs FFT on the internal PN code pattern; The component obtained by applying the frequency component of the signal obtained by the second computing unit to the frequency component of the signal obtained by the first computing unit is computed, and the frequency error of the frequency signal by the internal oscillating unit is calculated. detection A third arithmetic unit that, and a pseudo distance detection unit for determining the pseudorange from the signals the frequency error is canceled of the frequency signal, the first operation unit, the real part and imaginary FFT operation signal A second separation processing unit for separating the FFT-calculated signal into a real part and an imaginary part, and the third computation The unit obtains one cycle of data obtained by the second separation processing unit for data obtained by dividing the signal of one cycle obtained by the first separation processing unit for each predetermined bandwidth. An arithmetic processing unit that multiplies data obtained by dividing the signal into predetermined bandwidths and performs synchronous addition .
また、上記受信機端末は、上記周波数変換部にて処理された信号をドップラ補正するドップラ補正部を備え、該ドップラ補正部にて補正して得た上記受信PN符号を、上記第1演算部にてFFT演算させる。
また、上記受信機端末は、上記周波数変換部にて処理した信号からI信号とQ信号とを得るI信号変換部とQ信号変換部とを備え、該I信号と該Q信号とが夫々上記ドップラ補正部と上記第1演算部と上記演算処理部にて処理されて得たI成分とQ成分とを合成演算する合成処理部を、上記第3演算部が有するものである。
Also, the receiver terminal, the processed signal in the frequency converting unit with a Doppler correction unit for Doppler correction, the received PN code obtained by correcting at the doppler correction unit, said first arithmetic FFT calculation is performed in the unit.
The receiver terminal includes an I signal conversion unit and a Q signal conversion unit that obtain an I signal and a Q signal from the signal processed by the frequency conversion unit, and the I signal and the Q signal are respectively The third calculation unit includes a synthesis processing unit that performs a synthesis operation on the I component and the Q component obtained by processing by the Doppler correction unit, the first calculation unit, and the calculation processing unit.
本発明は、雑音にうずもれた超微弱な信号であっても、信号対雑音比を著しく向上させた状態にすると共に、内部発振部の周波数誤差を自己検出させることができ、しかも、その処理時間を短くすることができる。つまり、高精度でかつ処理速度の早いものとすることができる。 The present invention makes it possible to make the signal-to-noise ratio remarkably improved and to detect the frequency error of the internal oscillating unit even if the signal is very weak due to noise. Processing time can be shortened. That is, high accuracy and high processing speed can be achieved.
従って本発明の衛星測位システムでは、衛星からの信号を建物の中などにおいて受信した場合であっても、つまり、雑音にうずもれドップラ変動を受けた超微弱な衛星からの信号であっても、超高感度でかつ応答性よく、受信機端末が有する内部発振器の発振周波数誤差を検知することができる。
つまり、従来ではドップラ補正を正確に早く応答させるために超高精度で高価な発振器が必要であったが、本発明では、一般的によく使用される安価な発振器であっても、ドップラ補正を正確かつ迅速に行なうことができる。
Therefore, in the satellite positioning system of the present invention, even when a signal from a satellite is received in a building or the like, that is, even from a very weak satellite that has been subjected to Doppler fluctuation due to noise. Therefore, it is possible to detect an oscillation frequency error of the internal oscillator included in the receiver terminal with high sensitivity and good response.
In other words, in the past, an ultra-high precision and expensive oscillator was required in order to make Doppler correction respond quickly and accurately. However, in the present invention, Doppler correction can be performed even for an inexpensive oscillator that is commonly used. It can be done accurately and quickly.
図1は、本発明の衛星測位システムの実施の一形態の概略を示す全体ブロック図であり、A1 ,A2 ,A3 ,A4 は測位衛星を示し、1は基地局である。基地局1は、受信機端末11に各測位衛星Aのドップラ情報を送るために設けられたものである。
基地局1は、見晴らしの良い環境に設置された受信アンテナ2を備え、GPS基準信号をサーバ受信機3にて受信し、演算部4にてGPS信号からのドップラ情報を抽出する。
FIG. 1 is an overall block diagram showing an outline of an embodiment of a satellite positioning system according to the present invention. A 1 , A 2 , A 3 , and A 4 are positioning satellites, and 1 is a base station. The
The
そして、送信部(送信機)5により演算部4での情報を、受信機端末11側に送信する。Lは通信回線であり、演算部4の情報は通信回線Lにて受信機端末11に送信する。通信回線Lは、受信機端末11側に演算部4の情報を送る通信路であり、通信回線Lは、考えられる通信回線はすべて対象としており、電磁的通信手段等でもよく、例えば、地上放送、携帯電話通信、通信衛星を介して情報を垂れ流しで放送する通信、インターネット回線でも良い。
And the information in the calculating
受信機端末11は、基地局1からの演算部4の情報を放送などで受信する。演算部4の情報はGPS受信機端末11が備える受信部12にて受信される。
GPS受信機端末11は、放送などの情報(携帯電話、インターネットなど)に対して、多くの端末11が同時に受信できることを想定している。なお、図1は説明を容易とするために、受信機端末11が1台の場合を示している。
The
The
14は受信機端末11のアンテナ部である。受信機端末11(アンテナ部14)の場所は、衛星Aが直接見えるところのみならず、通常の開けた野外以外に、木の陰や、建物の中などGPS電波の強さがかなり弱い場所なども想定している。
13はGPS信号をダウンコンバートし(搬送波を除去し)たPN信号(C/Aコード)をA/D変換するGPS受信部であり、15はその信号を蓄積する部分(メモリ:RAM)である。そして、蓄積されたGPS信号のPN信号(I成分、Q成分)について、ドップラ補正部16により、基地局1からの搬送波のドップラ情報から、搬送波のドップラ補正を行なう。
この補正された信号は搬送波のドップラ補正がされているが、内部発振部(局部発振器)34の周波数誤差によるドップラ成分を含んだPN信号(I成分、Q成分)である。
このドップラ成分を含んだPN信号、すなわち内部発振部34の周波数誤差により生じているドップラ成分を含んだPN信号(I成分、Q成分)について、発振周波数誤差検出装置17にて内部発振部34の周波数誤差検出を行なう。
This corrected signal is subjected to carrier wave Doppler correction, but is a PN signal (I component, Q component) including a Doppler component due to a frequency error of the internal oscillation unit (local oscillator) 34.
With respect to the PN signal including the Doppler component, that is, the PN signal including the Doppler component generated by the frequency error of the internal oscillation unit 34 (I component and Q component), the oscillation frequency
そして、この局部周波数誤差が求まれば、検出された周波数誤差から、容易にPN信号のドップラ補正を行なうことが出来る。このPN信号のドップラ補正を行なう部分が、補正部18である。
そして、内部発振部34の周波数誤差がキャンセルされた信号により、疑似距離検出部19にて、受信機端末11と衛星Aとの疑似距離を求める。なお、疑似距離検出部19は、周波数信号の周波数誤差がキャンセルされた信号から疑似距離を求めるものであり、通常行なわれている手段が利用でき、説明を省略する。
つまり、本発明に係る衛星測位システムは、衛星Aからの衛星信号を受信機端末11が受信し、受信したPN信号により受信機端末11が衛星Aとの間の疑似距離を求めるものである。
If the local frequency error is obtained, the Doppler correction of the PN signal can be easily performed from the detected frequency error. A portion that performs Doppler correction of the PN signal is a
Then, the
That is, in the satellite positioning system according to the present invention, the
以下、各処理ブロックにおける動作を詳細に説明する。図2は、受信機端末11の構成を示すブロック図である。
14は受信アンテナ部であり、32は受信アンテナ部14によるPN信号を受信する高周波増幅部であり、33は周波数をダウンコンバートする周波数変換部である。
内部発振部34は、局部発振部(周波数シンセサイザ)等であり、35はI信号変換部(I信号変換搬送波除去部)、36はQ信号変換部(Q信号変換搬送波除去部)、37は90度移相器、38と39はA/Dコンバータ部、15は信号を一時記憶するためのメモリ部(RAM)、41はDSP部、42はCPU部、22はパターン演算部、44はDSP部41用のROM、45はRAM、46はCPU部42と接続されたROMである。
また、12は図1の基地局1からの情報を、放送等の通信回線Lを通じて得るための受信部である。
なお図1のドップラ補正部16と発振周波数誤差検出装置17と補正部18は、図2の信号処理部21に対応する。
Hereinafter, the operation in each processing block will be described in detail. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
14 is a reception antenna unit, 32 is a high frequency amplification unit that receives a PN signal from the
The internal
The
図3は、周波数変換部33にて処理した信号からI信号とQ信号とを得るI信号変換(搬送波除去)部35とQ信号変換(搬送波除去)部36におけるの動作概要を示す図である。図3において、47と48は乗算器であり、49と50は低域フィルタである。
FIG. 3 is a diagram showing an outline of operations in an I signal conversion (carrier wave removal)
図2と図3とにより、動作について説明すると、受信アンテナ部14からPN信号でスペクトラム拡散変調された1.5GHz帯のGPS信号を高周波増幅部32にて受信する。内部発振部(周波数シンセサイザ)34と周波数変換部33によりPN信号がダウンコンバートされ、たとえば70MHz帯の周波数領域に変換する。
これに内部発振部34と90度移相器37にて互いに90度位相の異なる70MHzの搬送波で掛け算する部分───すなわちI信号変換部35、Q信号変換部36の部分───で互いに搬送波70MHzが除去され互い直交するI成分とQ成分のPN符号(C/Aコード符号)が夫々取り出される。
内部発振部34は、局部発振器(周波数シンセサイザ)であり、一般に使用される安価な水晶発振器を用いることができる。なお、内部発振部34は周波数誤差を持っている。
The operation will be described with reference to FIG. 2 and FIG. 3. A 1.5 GHz band GPS signal subjected to spread spectrum modulation with a PN signal is received by the
The
The
搬送波を除去する動作を図3にて説明すると、70MHz帯にダウンコンバートされたGPS信号はPN.cos((W+ΔW)t+Φ) で表される。ΔW はドップラ周波数であり、ΔW はアンテナ部14で捕らえられる衛星信号のドップラ周波数変動分と内部発振部34(周波数シンセサイザ)の周波数変動分とが合成されたものである。ここで衛星信号のドップラ周波数変動分をΔ WC とし、内部発振部34の周波数変動分をΔ WL とすると、ΔW=Δ WC + Δ WL となる。
The operation for removing the carrier wave will be described with reference to FIG. 3. The GPS signal down-converted to the 70 MHz band is represented by PN.cos ((W + ΔW) t + Φ). ΔW is the Doppler frequency, and ΔW is a combination of the Doppler frequency fluctuation of the satellite signal captured by the
そして、図2の内部発振部34からの信号および90度移相器37にて、90度位相の異なる信号が、互いに直交する搬送波cos(Wt) とsin(Wt) として表される。これら直交する信号と周波数変換部33からの信号PN.cos((W+ΔW)t+Φ) とを乗算器47,48にて乗算し、低域フィルタ49,50を通すと、PN.cos (ΔWt+ Φ) ,−PN.sin (Δwt+ Φ) が得られる。これらの変換はI,Q変換器として汎用的に使われているものである。
図3では、I,Q信号変換部35,36それぞれにおいて、入力信号PN.cos((W+ΔW)t+Φ) に対して、互いに直交する搬送波cos(Wt) ,sin(Wt) を乗算することで、搬送波周波数W が両者とも同一であるため、両者とも搬送波成分が除去されている。
Then, the signal from the internal oscillating
In FIG. 3, in each of the I and Q
次に、これら搬送波成分が除去された互いに直交する信号(アナログ信号)は、それぞれA/Dコンバータ部38,39にてアナログ信号からデジタル化された離散化信号に変換される。そして、これら2つの信号を一定時間、メモリ部(RAM)15に蓄積する。
以上述べた高周波増幅部32、周波数変換部33、内部発振部34、I信号変換部35、Q信号変換部36、90度移相器37、A/Dコンバータ部38,39は、汎用的な部分であり一般に広く使われているものであり、具体的構成の説明は省略する。
また、本発明の実施例においては、PN信号を搬送波成分が除去されたPN信号として説明しているが、PN信号を搬送波成分が含まれたPN信号として構成してもよい。
つまり、図2においてI信号変換部35、Q信号変換部36で、搬送波を除去しない回路として構成してもよい。
さらにこの場合、図3におけるI信号変換部35の中の低域フィルタ49,Q信号変換部36の中の低域フィルタ50はバンドパスフィルタ(BPF)でも構成できる。
Next, the signals (analog signals) orthogonal to each other from which the carrier wave components are removed are converted from analog signals into digitized discretized signals by the A /
The high
In the embodiments of the present invention, the PN signal is described as a PN signal from which a carrier wave component is removed. However, the PN signal may be configured as a PN signal including a carrier wave component.
That is, in FIG. 2, the I
Further, in this case, the low-
図2において、デジタル信号処理部21は、受信部12を介して得られるデータを処理するために受信部12に接続されたCPU部42、CPU部42と接続されたRAM(メモリ)45とROM(メモリ)46、またメモリ部(RAM)15に接続されたDSP部41、DSP部41に接続されたROM(メモリ)44、そしてパターン演算部22から構成されている。
パターン演算部22は、内部PN符号パターンを発生させ、予め記憶する演算記憶部分である。また、CPU部42とDSP部41は互いに接続され、CPU部42、RAM45、ROM46とでマイクロプロセッサとして動作する。
また、パターン演算部22は、あらかじめ作成しておいた内部PN符号パターンをメモリに蓄積した部分で構成してもよい。
In FIG. 2, a digital
The
Further, the
なお、内部PN符号パターン(レプリカPN信号)について簡単に説明する。
一般に測位用衛星(たとえばGPS)は地球上を複数個回っており、各衛星からは、搬送波(GPSの場合1575.42MHz)を、それぞれ個別の衛星に対応したPN信号(C/Aコードとも呼ばれる)でスペクトラム拡散変調がなされ、地球上に送信している。
たとえば、1575.42MHzを衛星A1 はPN信号aで、衛星A2 はPN信号bでスペクトラム拡散変調して送信しているとする。衛星A1 の信号を受信機端末11にて取り出す(復調させる)ためには、受信機端末11であらかじめPN信号aと同一のPN信号a′を記憶させておき、このPN信号a′により衛星A1 はPN信号aを受信機端末11にて復調させる。
そして衛星A2 からのPN信号bを受信するためには、あらかじめ受信機端末11に、PN信号bと同じPN信号b′を記憶しておかなければならない。
したがって、受信機端末11にはあらかじめ各衛星Aから送信される各衛星Aに対応するすべてのPN信号を持っていなければ各衛星Aの信号を受信できない。
そして、本発明においてこのあらかじめ用意されているPN信号を内部PN符号パターン(レプリカPN信号)としている。
The internal PN code pattern (replica PN signal) will be briefly described.
In general, a plurality of positioning satellites (eg, GPS) travel around the earth, and from each satellite, a carrier wave (1575.42 MHz in the case of GPS) and a PN signal (also called a C / A code) corresponding to each individual satellite. Is spread spectrum modulated and transmitted to the earth.
For example, suppose that 1575.42 MHz is transmitted by spectrum spread modulation with satellite A 1 using PN signal a and satellite A 2 using PN signal b. In order to take out (demodulate) the signal of the satellite A 1 at the
In order to receive the PN signal b from the satellite A 2 , the same PN signal b ′ as the PN signal b must be stored in the
Therefore, if the
In the present invention, the PN signal prepared in advance is used as an internal PN code pattern (replica PN signal).
ROM46は、主にデジタル信号処理の実行プログラムを記憶している部分であり、デジタル信号処理部21のハードウェア部が、DSP部41、CPU部42、RAM45、ROM46、ROM44の構成であり、また、これら構成は、従来からCPU、DSPとメモリ(RAMとROM)を使った汎用的なデジタル信号処理構成として広く一般に使われたものであり、説明を省略する。
The
そして、デジタル信号処理部21のハードウェア部により、図1のドップラ補正部16と検出装置17と補正部18との機能ブロックを実行させる。この機能ブロックをソフトウェアによるデジタル信号処理にて実行する場合ついて説明する
I信号変換部35とQ信号変換部36とにより得られた信号は、ドップラ成分を含んでいる。このドップラ周波数ΔW は基地局(サーバ)1からの情報であり、受信機端末11の受信部12より情報を得る。
Then, the hardware unit of the digital
つまり、受信機端末11は、周波数変換部33にて処理された信号をドップラ補正するドップラ補正部16を備え、ドップラ補正部16にて補正して得た受信PN符号を、後述する第1演算部7にてFFT演算させることとなる。
なお、ドップラ補正部16にて行なう補正は、外部ドップラ情報により、若しくは、内部処理により行なうことができる。つまり、受信機端末11が基地局1から外部ドップラ情報を受信して行なってもよく、又は、受信機端末11が有する図示省略の演算部にて受信PN信号から演算を行なってドップラ補正を行なってもよい。
That is, the
The correction performed by the
そして、図4では外部からのドップラ補正情報によりドップラ補正を行う動作を示す。 図4において、26,27,28,29は乗算器、30は加算器、31は減算器を示す。ここでの入力信号はそれぞれメモリ部15に蓄積された離散化されたデータである。また、tは離散化された値を示すものとする。
図4の入力信号I信号、Q信号のデータはそれぞれPN.cos( ΔWt +Φ) 、―PN.sin( ΔWt +Φ) で表される。
FIG. 4 shows an operation for performing Doppler correction based on external Doppler correction information. In FIG. 4, 26, 27, 28 and 29 are multipliers, 30 is an adder, and 31 is a subtractor. The input signals here are discretized data stored in the
The data of the input signal I signal and the Q signal in FIG. 4 are expressed by PN.cos (ΔWt + Φ) and −PN.sin (ΔWt + Φ), respectively.
これらの信号に対して、受信部12より得られた衛星信号のドップラ周波数変動成分ΔWcより得られる信号cos(ΔWct)、sin(ΔWct)を、図4に示すように、乗算器26,27,28,29にて乗算し、加算器30と減算器31を通すと、―PN.sin (Δ WL t+Φ) と、PN.cos (Δ WL t+Φ) が得られる。これらの信号は離散化されたデジタル信号である。なお、この出力されたPN符号は内部発振部34の周波数誤差によるドップラがかかっている。
そして、このPN符号を図1に示す発振周波数誤差検出装置17への入力信号とする。
For these signals, the signals cos (ΔWct) and sin (ΔWct) obtained from the Doppler frequency fluctuation component ΔWc of the satellite signal obtained from the receiving
This PN code is used as an input signal to the oscillation frequency
以上のように、受信機端末11は、PN信号の補正等の処理を行なう受信信号処理部(装置)と、この受信信号処理部にて補正されたPN信号から疑似距離を求める疑似距離検出部19と、を備えたものである。
受信信号処理装置部は、PN信号を受信する高周波増幅部32と、周波数信号を発振させる内部発振部34と、内部発振部34と接続されPN信号を所定の周波数領域に変換させる周波数変換部33と、を備えている。
As described above, the
The received signal processing device unit includes a high
さらに、受信信号処理装置部は、(後に詳述するが)周波数変換部33にて処理された信号から得られた受信PN符号をFFTする第1演算部7と、内部PN符号パターンを発生させるパターン演算部22と、内部PN符号パターンをFFTする第2演算部8と、第1演算部7にて得た信号の周波数成分に第2演算部8にて得た信号の周波数成分を作用させて得た成分を演算し内部発振部34による周波数信号の周波数誤差を検出する第3演算部9と、を備えている。
Further, the received signal processing unit generates a first PN code pattern that FFT (receives PN code) obtained from the signal processed by the frequency converter 33 (described in detail later) and an internal PN code pattern. The
そして、図5は、第1演算部7と第2演算部8と第3演算部9とを備える発振周波数誤差検出装置17を説明する動作説明図であり、発振周波数誤差検出アルゴリズム実行ブロックを示す。
B1 ,B2 ,B3 は、入力信号(受信PN符号)およびレプリカ信号(内部PN符号パターン)に対してフーリエ変換(FFT)を行う機能を有するFFTブロックである。
つまり、第1演算部7が入力信号を演算するFFTブロックB1 ,B3 に対応し、第2演算部8がレプリカ信号を演算するFFTブロックB2 に対応する。
FIG. 5 is an operation explanatory diagram for explaining the oscillation frequency
B 1 , B 2 and B 3 are FFT blocks having a function of performing Fourier transform (FFT) on the input signal (reception PN code) and the replica signal (internal PN code pattern).
That is, the first calculation unit 7 corresponds to the FFT blocks B 1 and B 3 for calculating the input signal, and the second calculation unit 8 corresponds to the FFT block B 2 for calculating the replica signal.
B4 ,B5 ,B6 は, 各FFT演算結果に対して実数部と虚数部に分離する機能を有する分離処理ブロックである。また、B9 ,B10はFFTを実行したレプリカ信号を実数部と虚数部とに分離した後、所定の周波数(KHz)ごとに生じるピーク値の極性を符号化する(+1又は−1の大きさに変換する)機能を有する演算ブロックである。
つまり、第1演算部7が、FFT演算した信号を実数部と虚数部とに分離する第1分離処理部23を有し、この第1分離処理部23が分離処理ブロックB4 ,B6 に対応する。
また、第2演算部8は、FFT演算した信号を実数部と虚数部とに分離する第2分離処理部24を有し、第2分離処理部24が分離処理ブロックB5 に対応する。
B 4 , B 5 , and B 6 are separation processing blocks having a function of separating each FFT operation result into a real part and an imaginary part. B 9 and B 10 encode the polarity of the peak value generated at each predetermined frequency (KHz) after separating the replica signal that has been subjected to FFT into a real part and an imaginary part (large values of +1 or −1). This is an arithmetic block having a function of converting to
That is, the first calculation unit 7 includes a first
The second calculation unit 8 includes a
図5において、M1 ,M2 ,M3 ,M4 ,M5 ,M6 は、入力信号にFFTを行い実数部と虚数部に分離した結果を、(整数)×1000(Hz)を中心周波数としたときに、所定の帯域幅で分割した数値を保存するメモリ部(RAM)である。
メモリ部M1 とメモリ部M2 とは、I信号成分にFFTを行った結果の実数部と虚数部とを保存し、メモリ部M3 とメモリ部M4 とは、レプリカ信号にFFTを行った結果の実数部と虚数部とを保存し、メモリ部M5 とメモリ部M6 とは、Q信号成分にFFTを行った結果の実数部と虚数部を保存する。
In FIG. 5, M 1 , M 2 , M 3 , M 4 , M 5 , and M 6 are obtained by performing FFT on the input signal and separating the result into a real part and an imaginary part, with (integer) × 1000 (Hz) as the center. A memory unit (RAM) that stores numerical values divided by a predetermined bandwidth when the frequency is used.
The memory part M 1 and the memory part M 2 store the real part and the imaginary part as a result of performing the FFT on the I signal component, and the memory part M 3 and the memory part M 4 perform the FFT on the replica signal. The real part and imaginary part of the result are saved, and the memory part M 5 and the memory part M 6 save the real part and imaginary part of the result of performing FFT on the Q signal component.
また、第3演算部9は、第1分離処理部23にて得られた1周期分の信号を所定の帯域幅ごとに分割して得たデータに対し、第2分離処理部24にて得られた1周期分の信号を所定の帯域幅ごとに分割して得たデータを乗算し同期加算する演算処理部25を有する。
つまり、I信号演算ブロックB7 とQ信号演算ブロックB8 は、乗算および同期加算機能を有する演算部であり、このI信号演算ブロックB7 とQ信号演算ブロックB8 が演算処理部25に対応する。
つまり、受信した信号をFFTして得た周波数成分に、内部PN符号パターンをFFTして得た周波数成分の極性を作用(乗算)させて得た成分を、多数回、同期加算するものである。これにより、受信PN信号が雑音にうずもれた信号であっても受信機端末11内部の発振周波数誤差を正確に検知することができる。
Further, the
That is, the I signal calculation block B 7 and the Q signal calculation block B 8 are calculation units having multiplication and synchronous addition functions, and the I signal calculation block B 7 and the Q signal calculation block B 8 correspond to the
That is, a component obtained by applying (multiplying) the polarity of the frequency component obtained by FFT of the internal PN code pattern to the frequency component obtained by FFT of the received signal is synchronously added many times. . Thereby, even if the received PN signal is a signal strayed by noise, the oscillation frequency error inside the
そして、演算結果データS1 は、メモリ部M1 に保存されているそれぞれの数値に対して、メモリ部M3 に保存されかつメモリ部M1 に保存されている数値に対応するデータの極性(±)を乗じて同期加算を行った出力である。
演算結果データS2 は、メモリ部M1 に保存されているそれぞれの数値に対して、メモリ部M4 に保存されかつメモリ部M1 に保存されている数値に対応するデータの極性(±)を乗じて同期加算を行った出力である。
演算結果データS3 は、メモリ部M2 に保存されているそれぞれの数値に対して、メモリ部M4 に保存されかつメモリ部M2 に保存されている数値に対応するデータの極性(±)を乗じて同期加算を行った出力である。
演算結果データS4 は、メモリ部M2 に保存されているそれぞれの数値に対して、メモリ部M3 に保存されかつメモリ部M2 に保存されている数値に対応するデータの極性(±)を乗じて同期加算を行った出力である。
Then, the operation result data S 1, to the value of each digit stored in the memory unit M 1, the data corresponding to the numerical value stored is stored in the memory unit M 3 and the memory unit M 1 polarity ( This is the output obtained by multiplying ±) and performing synchronous addition.
Operation result data S 2, relative to each of the numerical values stored in the memory unit M 1, the data corresponding to the numerical value stored is stored in the memory unit M 4 and the memory unit M 1 polarity (±) Is the output of synchronous addition by multiplying by.
Operation result data S 3, relative to each of the numbers stored in the memory unit M 2, the data corresponding to the numerical value stored is stored in the memory unit M 4 and the memory unit M 2 polarity (±) Is the output of synchronous addition by multiplying by.
Operation result data S 4 are for each of the numerical values stored in the memory unit M 2, the data corresponding to the numerical value stored is stored in the memory unit M 3 and the memory unit M 2 polarity (±) Is the output of synchronous addition by multiplying by.
また、演算結果データS5 は、メモリ部M5 に保存されているそれぞれの数値に対して、メモリ部M3 に保存されかつメモリ部M5 に保存されている数値に対応するデータの極性(±)を乗じて同期加算を行った出力である。
演算結果データS6 は、メモリ部M5 に保存されているそれぞれの数値に対して、メモリ部M4 に保存されかつメモリ部M5 に保存されている数値に対応するデータの極性(±)を乗じて同期加算を行った出力である。
演算結果データS7 は、メモリ部M6 に保存されているそれぞれの数値に対して、メモリ部M4 に保存されかつメモリ部M6 に保存されている数値に対応するデータの極性(±)を乗じて同期加算を行った出力である。
演算結果データS8 は、メモリ部M6 に保存されているそれぞれの数値に対して、メモリ部M3 に保存されかつメモリ部M6 に保存されている数値に対応するデータの極性(±)を乗じて同期加算を行った出力である。
The calculation result data S 5, relative to each of the numerical values stored in the memory unit M 5, the data corresponding to the numerical value stored is stored in the memory unit M 3 and the memory unit M 5 polar ( This is the output obtained by multiplying ±) and performing synchronous addition.
Operation result data S 6 are for each of the numerical values stored in the memory unit M 5, the data corresponding to the numerical value stored is stored in the memory unit M 4 and the memory unit M 5 polarities (±) Is the output of synchronous addition by multiplying by.
Operation result data S 7 are for each of the numerical values stored in the memory unit M 6, the data corresponding to the numerical value stored is stored in the memory unit M 4 and the memory unit M 6 polarity (±) Is the output of synchronous addition by multiplying by.
Operation result data S 8 are for each of the numerical values stored in the memory unit M 6, the data corresponding to the numerical value stored is stored in the memory unit M 3 and the memory unit M 6 polarity (±) Is the output of synchronous addition by multiplying by.
また、Sa9 ,Sa10,Sa11,Sa12,Sa13,Sa14,Sa15は、加算(加減算)機能を有する演算ブロックである。演算ブロックSa9 では演算結果データS1 とS3 の和(S1 +S3 )を演算し、演算ブロックSa10では演算結果データS2 とS4 の差(S2 ―S4 )を演算し、演算ブロックSa11では演算結果データS5 とS7 の和(S5 +S7 )を演算し、演算ブロックSa12では演算結果データS8 とS6 の差(―S6 +S8 )を演算する。
演算ブロックSa13では演算結果データS9 とS12を加算し(S9 +S12)、そして演算ブロックSa14では演算結果データS10とS11を加算し(S10+S11)、最後に演算ブロックSa15で演算結果データS13の二乗(演算ブロックPa17による結果)と演算結果データS14の二乗(演算ブロックPa18による結果)を加算し(S13 2 +S14 2 )、これにより、内部発振部34の周波数変動成分Δ WL を推定するための値が得られる。
Sa 9 , Sa 10 , Sa 11 , Sa 12 , Sa 13 , Sa 14 , Sa 15 are arithmetic blocks having an addition (addition / subtraction) function. The operation block Sa 9 calculates the sum (S 1 + S 3 ) of the operation result data S 1 and S 3 , and the operation block Sa 10 calculates the difference (S 2 −S 4 ) between the operation result data S 2 and S 4. The operation block Sa 11 calculates the sum (S 5 + S 7 ) of the operation result data S 5 and S 7 , and the operation block Sa 12 calculates the difference (−S 6 + S 8 ) between the operation result data S 8 and S 6. To do.
In the operation block Sa 13 , the operation result data S 9 and S 12 are added (S 9 + S 12 ), and in the operation block Sa 14 , the operation result data S 10 and S 11 are added (S 10 + S 11 ). square of the operation result data S 13 in block Sa 15 adds the (operation result by the block Pa 17) and the operation result squared data S 14 (result of the calculation block Pa 18) (S 13 2 + S 14 2), thereby, A value for estimating the frequency fluctuation component ΔW L of the
つまり、これら演算ブロックSa9 〜Sa15と演算ブロックPa17と演算ブロックPa18とが、I成分とQ成分とを合成演算する合成処理部40に対応する。そして、第3演算部9は、この合成処理部40と、その前処理を行なう上記演算処理部25とを備える。
That is, these calculation blocks Sa 9 to Sa 15 , calculation block Pa 17, and calculation block Pa 18 correspond to the
この発振周波数誤差検出装置17における処理をさらに具体的に説明すると、図5に示すブロックへの入力信号は図4にて得られた出力信号であり、図4にてドップラ補正された信号で、−0.25PN(t).sin(Δ WL t +Φ) 、0.25PN(t).cos(Δ WL t +Φ) として与えられている。この信号は離散化されているということと、説明の簡単化のために、それぞれFFTブロックB1 への入力信号 gI [k] を数1に、FFTブロックB2 への入力信号 gQ [k] を数2の式にて表す。
The processing in the oscillation frequency
ここで、Tはサンプリング区間、kは図4におけるtに対するデータ番号である。ここでは、k=0,1,…,N-1,N,N+1, …mN-1の区間でデータが得られたとする。ただし、m はPN符号の周期数、N はPN符号1周期あたりのサンプル数であり、サンプルされた総データ数はmNである。
このとき、図5におけるFFTブロックB1 ,B2 ,B3 では、それぞれ次のような処理(数3、数4、数5)がなされる。
Here, T is a sampling interval, and k is a data number for t in FIG. Here, it is assumed that data is obtained in a section of k = 0, 1,..., N−1, N, N + 1,. Here, m is the number of PN code periods, N is the number of samples per PN code period, and the total number of sampled data is mN.
At this time, the following processing (
さらに、分離処理ブロックB4 ,B5 ,B6 にて、FFTブロックB1 からの出力、FFTブロックB2 からの出力、FFTブロックB3 からの出力を、夫々、実数部と虚数部に分け、分離処理ブロックB4 の出力(数6)、分離処理ブロックB5 の出力(数7)、分離処理ブロックB6 の出力(数8)が得られる。
なお、Reは実数部、Imは虚数部を示す。
Further, in the separation processing blocks B 4 , B 5 and B 6 , the output from the FFT block B 1 , the output from the FFT block B 2, and the output from the FFT block B 3 are respectively divided into a real part and an imaginary part. the output of the separation processing block B 4 (6), the output of the separation processing block B 5 (7), the output of the separation processing block B 6 (8) is obtained.
Re represents a real part and Im represents an imaginary part.
ここに、PN符号のFFT演算結果は、図6に示すように m点周期(1000Hz周期)でピーク値(非ゼロ値)が生じ、それ以外の領域ではゼロ値となるような特性を持つ。また、図6のデータRP1 にRe[PN[n]] を、データRP2 にIm[PN[n]] を示しているように PN[n]の実数部、および虚数部では、 m点周期(1000Hz周期)に生じるピーク値、極性が互いに異なる結果を示す。さらに、 m点周期(1000Hz周期)でピーク値の極性のみに注目して、図6のデータSPN1に表すように、Re[PN[n]] におけるピーク値の極性を数9、データSPN2に表すようにIm[PN[n]] におけるピーク値の極性を数10と変換する。
Here, the FFT calculation result of the PN code has a characteristic that a peak value (non-zero value) occurs at an m-point cycle (1000 Hz cycle) as shown in FIG. 6 and a zero value in other regions. In addition, as indicated by Re [PN [n]] in the data RP1 and Im [PN [n]] in the data RP2 in FIG. 6, in the real part and imaginary part of PN [n], the m-point period ( The peak value and polarity that occur in the 1000 Hz period) are different from each other. Further, paying attention only to the polarity of the peak value in the period of m point (1000 Hz period), the polarity of the peak value in Re [PN [n]] is represented in
さらに、 m点周期(1000Hz周期)に生じる各ピーク値に対応する極性を、それぞれ図6のデータVSPN1 を数11と、データVSPN2 を数12とおく。
Further, the polarities corresponding to the respective peak values generated in the m point period (1000 Hz period) are set to
このように得られた極性値(±1)であるデータVSPN1 とデータVSPN2 は、それぞれ図5のメモリ部M3 ,M4 に保存される。 The data VSPN1 and data VSPN2 which are the polarity values (± 1) obtained in this way are stored in the memory units M 3 and M 4 in FIG. 5, respectively.
ここで、改めてFFTブロックB1 からの出力、FFTブロックB3 からの出力に対し、実数部と虚数部に分けて表記しなおすと、分離処理ブロックB4 そして分離処理ブロックB6 から出力される数値は、数13と数14と数15と数16となる。
Here, if the output from the FFT block B 1 and the output from the FFT block B 3 are re-divided into a real part and an imaginary part, they are output from the separation processing block B 4 and the separation processing block B 6. The numerical values are
分離処理ブロックB4 と分離処理ブロックB6 から出力される数値は、PN符号のFFT演算値の実数部と虚数部が、周波数軸上で±fL シフトした形で得られる。図7に示すのは、分離処理ブロックB4 と分離処理ブロックB6 から出力されるFFT演算結果において初期位相ψ=0としたときのRe[GI [n]]をデータGI1 に、Im[GI [n]]をデータGI2 に、Re[GQ [n]]をデータをGQ1 に、そしてIm[GQ [n]]をデータGQ2 にプロットした例である。 The numerical values output from the separation processing block B 4 and the separation processing block B 6 are obtained in a form in which the real part and the imaginary part of the FFT operation value of the PN code are shifted ± f L on the frequency axis. FIG. 7 shows Re [G I [n]] when the initial phase ψ = 0 in the FFT operation results output from the separation processing block B 4 and the separation processing block B 6 as data GI1, and Im [ In this example, G I [n]] is plotted on data GI2, Re [G Q [n]] is plotted on GQ1, and Im [G Q [n]] is plotted on data GQ2.
この例に示す通り、図7に示すようにψ=0とした場合、Re[GI [n]]のピーク値は、データGI1 に示すようにRe[PN[n]] の極性に従い±fL シフトして同方向にピーク値が生じ、Im[GI [n]]のピーク値は、データGI2 に示すようにIm[PN[n]] の極性に従い±fL シフトして同方向にピーク値が生じている。
そして、Re[GQ [n]]のピーク値は、データGQ1 に示すようにIm[PN[n]] の極性に従い±fL シフトして、−fL 方向には対応するPN符号のピーク値とは逆方向に、+fL 方向には対応するPN符号のピーク値とは同方向にピーク値が生じ、Im[GQ [n]]のピーク値は、データGQ2 に示すようにRe[PN[n]] の極性に従い±fL シフトして、−fL 方向には対応するPN符号のピーク値とは同方向に、+fL 方向には対応するPN符号のピーク値とは逆方向にピーク値が生じている。
As shown in this example, when ψ = 0 as shown in FIG. 7, the peak value of Re [G I [n]] is ± f according to the polarity of Re [PN [n]] as shown in data GI1. A peak value is generated in the same direction by shifting L, and the peak value of Im [G I [n]] is shifted by ± f L in the same direction according to the polarity of Im [PN [n]] as shown in data GI2. A peak value has occurred.
The peak value of Re [G Q [n]] is shifted by ± f L according to the polarity of Im [PN [n]] as shown in the data GQ1, and the peak of the corresponding PN code in the −f L direction. In the + f L direction, a peak value is generated in the same direction as the peak value of the corresponding PN code. The peak value of Im [G Q [n]] is represented by Re [ Shift by ± f L according to the polarity of PN [n]], in the same direction as the peak value of the corresponding PN code in the −f L direction, and in the opposite direction to the peak value of the corresponding PN code in the + f L direction There is a peak value.
このようにして得られたRe[GI [n]]、Im[GI [n]]、Re[GQ [n]]、Im[GQ [n]]を、図8に示すように分割する。図8におけるデータRGI はRe[GI [n]]、データIGI はIm[GI [n]]、データRGQ はRe[GQ [n]]、データIGQ はIm[GQ [n]]に対応している。
Re[GI [n]]を分割した行列表記のデータはデータVRGIに数17として、Im[GI [n]]を分割した行列表記のデータはデータVIGIに数18として、Re[GQ [n]]を分割した行列表記のデータはデータVRGQに数19として、そしてIm[GQ [n]]を分割した行列表記のデータはデータVIGQに数20として保存される。
Re [G I [n]], Im [G I [n]], Re [G Q [n]], and Im [G Q [n]] obtained in this way are shown in FIG. To divide. In FIG. 8, the data RGI is Re [G I [n]], the data IGI is Im [G I [n]], the data RGQ is Re [G Q [n]], and the data IGQ is Im [G Q [n]]. It corresponds to.
The matrix notation data obtained by dividing Re [G I [n]] is represented by
Re[GI [n]]、Im[GI [n]]、Re[GQ [n]]、Im[GQ [n]]を周波数軸上で分割する幅は、中心周波数を(整数)×1000(Hz)とし、±500 (Hz)の幅で分割する。これを周波数軸上のデータ番号に適合させると(整数)×m ±m/2 となる。
以上のように得られたFFT値を分割した行列形式のデータVRGI, VIGI, VRGQ, VIGQにある数値は、それぞれ図5におけるメモリ部M1 , M2 , M5 , M6 に保存される。
The width of dividing Re [G I [n]], Im [G I [n]], Re [G Q [n]], Im [G Q [n]] on the frequency axis is the center frequency (integer ) × 1000 (Hz) and divided by a width of ± 500 (Hz). When this is adapted to the data number on the frequency axis, it becomes (integer) × m ± m / 2.
Numerical values in the matrix format data VRGI, VIGI, VRGQ, and VIGQ obtained by dividing the FFT values obtained as described above are stored in the memory units M 1 , M 2 , M 5 , and M 6 in FIG.
以上のように, 図5におけるメモリ部M1 , M2 , M5 , M6 に図8にあるデータVRGI, VIGI, VRGQ, VIGQと、メモリ部M3 , M4 に保存された図6にあるデータVSPN1, VSPN2を、図5におけるI信号演算ブロックB7 およびQ信号演算部B8 への入力信号とする。 図5における演算ブロックSa1 〜Sa8 は、メモリ部M1 , M2 , M5 , M6 に保存されている数値、上記数17,数18,数19,数20(図8にあるデータVRGI, VIGI, VRGQ, VIGQに対応)の各行におけるピーク値の極性を、レプリカPN符号のFFT演算結果におけるピーク値を符号化した数値: 上記数9と数10(図6において示したデータVSPN1, VSPN2, 図5におけるメモリ部M3 ,M4 に保存したもの)を乗じることで同極性にする機能を有する。
As described above, the data VRGI, VIGI, VRGQ, and VIGQ shown in FIG. 8 are stored in the memory units M 1 , M 2 , M 5 , and M 6 in FIG. 5 and the memory units M 3 and M 4 are stored in FIG. some data VSPN1, VSPN2, the input signal to the I signal calculation block B 7 and Q signal computing unit B 8 in FIG. The arithmetic blocks Sa 1 to Sa 8 in FIG. 5 are numerical values stored in the memory units M 1 , M 2 , M 5 , M 6 , the above-mentioned
ここで得られる乗算器部の出力は、図5におけるメモリ部M1 に注目すると、用いられている乗算器はSa1 とSa2 であり、演算結果データS1 は数21に、演算結果データS2 は数22となる。
As for the output of the multiplier section obtained here, when attention is paid to the memory section M 1 in FIG. 5, the multipliers used are Sa 1 and Sa 2 , the calculation result data S 1 is expressed by
以下同様に、メモリ部M2 , M5 , M6 に保存されている数値に対して説明すると、メモリ部M2 に関しては、演算結果データS4 は数23に、演算結果データS3 は数24となり、メモリ部M5 では, 演算結果データS5 は数25に、演算結果データS6 は数26となり、そしてメモリ部M6 では、演算結果データS8 は数27となり、演算結果データS7 は数28となる。
Hereinafter, similarly, the numerical values stored in the memory units M 2 , M 5 , and M 6 will be described. With respect to the memory unit M 2 , the calculation result data S 4 is represented by
このように, メモリ部M1 , M2 , M5 , M6 に保存されているそれぞれの数値に、メモリ部M3 , M4 にある符号値の両方を乗じるのは、先に述べた図5における分離処理ブロックB4 , B6 からの出力に、PN符号のFFT値の実数部と虚数部が共に含まれているので、その両方の極性を同一化するために行っている。
以上I信号演算ブロックB7 、Q信号演算ブロックB8 での演算結果は次のようになる(数29,数30,数31,数32,数33,数34,数35,数36)。
As described above, the numerical values stored in the memory units M 1 , M 2 , M 5 , and M 6 are multiplied by both of the code values in the memory units M 3 and M 4 . Since the output from the separation processing blocks B 4 and B 6 in FIG. 5 includes both the real part and the imaginary part of the FFT value of the PN code, it is performed in order to make both polarities the same.
The calculation results in the I signal calculation block B 7 and the Q signal calculation block B 8 are as follows (
以上の図5におけるI信号演算ブロックB7 とQ信号演算ブロックB8 、及び、演算ブロックSa1 〜Sa8 までの処理の概要を図9に示す。図9に示す例は, 初期位相ψ=0としたときの図5における演算ブロックB7 の演算結果データS1 ,S2 に注目した場合を扱っている。
図9における乗算データPR1 は、図5におけるデータS1 に対応しており、上記数17の各行の数値に対応する上記数11の符号値を乗じている。
図9における乗算データPR2 は、図5におけるデータS2 に対応しており、上記数17の各行の数値に対応する上記数12の符号値を乗じている。図9に示す場合では、初期位相ψ=0とした場合であるので、上記数17において、下記数37のみが強まった状態である。ゆえに, 乗算データPR1 の結果で、得られるピーク値の極性が全て同じになり、乗算データPR2 では、各々のピーク値の極性が異なる結果となる。
そして、このようにして得られた乗算結果データPR1, PR2に対して加算を行う(周波数軸上での同期加算)。
FIG. 9 shows an outline of the processing from the I signal calculation block B 7 and the Q signal calculation block B 8 and the calculation blocks Sa 1 to Sa 8 in FIG. The example shown in FIG. 9 deals with a case where attention is paid to the calculation result data S 1 and S 2 of the calculation block B 7 in FIG. 5 when the initial phase ψ = 0.
Multiplying data PR1 in FIG. 9 corresponds to data S 1 in FIG. 5, is multiplied by the sign value of the
Multiplying data PR2 in Fig. 9 corresponds to the data S 2 in FIG. 5, is multiplied by the sign value of the
Then, addition is performed on the multiplication result data PR1 and PR2 obtained in this way (synchronous addition on the frequency axis).
図9において、乗算結果データPR1 を加算した結果がデータADD1であり、データPR2 を加算した結果がデータADD2である。データADD1の場合では、乗算結果データPR1 が全て同極性となるのでピーク値が強まる。一方、データADD2の場合では、乗算結果データPR2 がそれぞれの行で異なる極性を示すため加算してもピーク値が強まらない結果となる。
以上、図5における演算ブロックB7 のデータS1 , S2 に注目した場合に関する極性乗算、周波数軸上での同期加算の効果に関して述べたが、以下同様に、データS3 〜S8 に関しても同極性になった状態での同期加算は強め合う結果となる。
In FIG. 9, the result of adding the multiplication result data PR1 is data ADD1, and the result of adding the data PR2 is data ADD2. In the case of data ADD1, since all the multiplication result data PR1 have the same polarity, the peak value increases. On the other hand, in the case of the data ADD2, since the multiplication result data PR2 shows different polarities in each row, the peak value does not increase even if they are added.
The foregoing has described the effects of polarity multiplication and synchronous addition on the frequency axis when attention is paid to the data S 1 and S 2 of the operation block B 7 in FIG. 5. Similarly, the data S 3 to S 8 are also described below. Synchronous addition in the state of the same polarity results in strengthening.
つまり、第1演算部7は、受信PN信号を予め設定した時間ぶんのデータを収集し(記憶し)、そのFFTの実数部と虚数部とを求め、PN信号の1周期の周波数の整数倍を中心とした、予め定めた帯域幅ごとに分割したデータに対して、内部PN符号パターン1周期ぶんのFFTの実数部と虚数部の極性を乗算し、それらの同期加算を行い、下記の操作により内部発振器34の周波数誤差を検出する。
That is, the first calculation unit 7 collects (stores) data for a predetermined time for the received PN signal, obtains the real part and imaginary part of the FFT, and is an integer multiple of the frequency of one period of the PN signal. The data divided for each predetermined bandwidth, centered on, is multiplied by the polarity of the real part and imaginary part of the FFT for one period of the internal PN code pattern, and their synchronous addition is performed. Thus, the frequency error of the
次に、図5における演算ブロック(加算器)Sa9 〜Sa12にて行われる処理であるが、演算ブロックSa9 ではS1 +S3 、演算ブロックSa10ではS2 ―S4 、演算ブロックSa11ではS5 +S7 、演算ブロックS12では―S6 +S8 を演算する。すなわち以下の演算を行う(数38,数39,数40,数41)。
Next, a process performed in operation block (adder) Sa 9 -SA 12 in FIG. 5, the operation block Sa 9 in S 1 + S 3, operation block Sa 10 in S 2 -S 4, operation block Sa 11 calculates S 5 + S 7 , and the calculation block S 12 calculates −S 6 + S 8 . That is, the following calculation is performed (
さらに、演算ブロックSa13,Sa14において、S9 +S12, S10+S11を行う。すなわち以下の演算を行う(数42,数43)。
Further, S 9 + S 12 and S 10 + S 11 are performed in the operation blocks Sa 13 and Sa 14 . That is, the following calculation is performed (
これら図5における演算ブロックSa13,Sa14の出力を見ても分かるように、演算ブロックSa13で演算ブロックSa9 と演算ブロックSa12の結果を、演算ブロックSa14で演算ブロックSa10と演算ブロックSa11の結果を加算している。
以上、演算ブロックSa9 〜Sa14までの処理によって周波数+fL シフトしたPN符号のFFT値のみを抽出する。ただし、演算ブロックSa13,Sa14出力ともに初期位相ψの成分が残っているため、演算ブロックPa17で演算ブロックSa13における出力の二乗をとり、演算ブロックPa18で演算ブロックSa14における出力の二乗をとり、演算ブロックSa15にてその合成和を得る。
すなわち以下の処理を行う(数44)。
As can be seen from the outputs of the arithmetic blocks Sa 13 and Sa 14 in FIG. 5, the arithmetic block Sa 13 calculates the arithmetic block Sa 9 and the arithmetic block Sa 12 results, and the arithmetic block Sa 14 calculates the arithmetic block Sa 10 and arithmetic results. and adding the result of the block Sa 11.
As described above, only the FFT value of the PN code shifted by the frequency + f L is extracted by the processing from the arithmetic blocks Sa 9 to Sa 14 . However, since the components of the initial phase ψ remain in both the computation blocks Sa 13 and Sa 14 outputs, the computation block Pa 17 takes the square of the output in the computation block Sa 13 and the computation block Pa 18 outputs the output in the computation block Sa 14 . The square is taken and the resultant sum is obtained in the operation block Sa 15 .
That is, the following processing is performed (Equation 44).
これが図5に示す実行ブロックの最終的な出力: OUT である。ここに、OUT で得られる数45までの加算は、ピーク値の極性が全て揃った状態での加算となる。
一方で、数46における加算処理結果は、互いにピーク値がキャンセルされるので、無視できる。
This is the final output: OUT of the execution block shown in FIG. Here, the addition up to the
On the other hand, the addition processing result in
ゆえに、中心周波数からローカルシフト成分+fL シフトした周波数軸上に強められたピーク値が生じることになり、発信器周波数誤差成分+fL が検知できたことになる。 Therefore, an enhanced peak value is generated on the frequency axis shifted from the center frequency by the local shift component + f L , and the transmitter frequency error component + f L can be detected.
一方、図5における受信入力信号 gI [k] , gQ [k] に雑音がある場合について考える。
発信器周波数誤差成分+fL 過程で考えると、上に述べた計算処理過程で図5において、受信信号 gI [k] , gQ [k] が入力されてから、発信器周波数誤差成分+fL が検知できるまでの過程で入力同期加算回数はmN個である。
この場合入力信号に重畳している雑音(本受信機端末11における熱雑音相当)が統計的性質に合うガウス性のものとすると、mN回の同期加算により雑音の成分は1/√(mN)に比例して減少する事が知られている。
そのため本発明の発信器周波数誤差成分を求める過程で、図5における受信入力信号 gI [k] , gQ [k] に雑音があっても、mNを増大することにより雑音低減出来るため、受信電界が超微弱な信号、たとえばビルの中で衛星を受信しても、発信器周波数誤差成分を検知できる。
On the other hand, consider the case where the received input signals g I [k] and g Q [k] in FIG.
Considering the transmitter frequency error component + f L process, the received signal g I [k], g Q [k] is input in FIG. 5 in the above calculation process, and then the transmitter frequency error component + f L The number of input synchronization additions is mN in the process up to detection of.
In this case, assuming that the noise superimposed on the input signal (corresponding to the thermal noise in the receiver terminal 11) is Gaussian that matches the statistical properties, the noise component is 1 / √ (mN) by mN synchronous additions. It is known to decrease in proportion to.
Therefore, in the process of obtaining the transmitter frequency error component of the present invention, even if there is noise in the received input signals g I [k] and g Q [k] in FIG. 5, the noise can be reduced by increasing mN. Even when a signal having an extremely weak electric field, for example, a satellite is received in a building, the frequency error component of the transmitter can be detected.
以上のように、本発明の受信信号処理装置によれば、極めて微弱な受信信号であっても、信号対雑音比を著しく向上させた状態にすると共に、内部発振部34の周波数誤差を自己検出させることができ、しかも、その処理時間を短くすることができる。つまり、高精度でかつ処理速度の早いものとすることができる。
また、受信信号処理装置は、ドップラ補正部16を有することにより、内部発振部34と受信PN信号との周波数誤差を検出することができ、高精度な処理が行なえる。
As described above, according to the received signal processing apparatus of the present invention, even if the received signal is very weak, the signal-to-noise ratio is remarkably improved and the frequency error of the
In addition, since the reception signal processing apparatus has the
また、本発明の衛星測位システムによれば、衛星Aからの信号を建物の中などにおいて受信した場合であっても、つまり、雑音にうずもれたドップラ変動を受けた超微弱な衛星Aからの信号であっても、超高感度でかつ応答性よく、受信機端末11が有する内部発振部34の発振周波数誤差を自己検知することができる。
つまり、従来ではドップラ補正を正確に早く応答させるために超高精度で高価な発振器が必要であったが、本発明では、一般的によく使用される安価な発振器であっても、ドップラ補正を正確かつ迅速に行なうことができる。
Further, according to the satellite positioning system of the present invention, even when the signal from the satellite A is received in a building or the like, that is, from the very weak satellite A that has been subjected to Doppler fluctuations that have been affected by noise. Even with this signal, it is possible to self-detect the oscillation frequency error of the
In other words, in the past, an ultra-high precision and expensive oscillator was required in order to make Doppler correction respond quickly and accurately. However, in the present invention, Doppler correction can be performed even for an inexpensive oscillator that is commonly used. It can be done accurately and quickly.
また、衛星測位システムは、ドップラ補正部16を有することにより、内部発振部34と受信PN信号との周波数誤差を検出することができ、高精度な処理が行なえる。従って、微弱な信号からでも、より正確な疑似距離を受信機端末11にて得ることができる。
Further, since the satellite positioning system has the
7 第1演算部
8 第2演算部
9 第3演算部
11 受信機端末
16 ドップラ補正部
19 疑似距離検出部
22 パターン演算部
23 第1分離処理部
24 第2分離処理部
25 演算処理部
32 高周波増幅部
33 周波数変換部
34 内部発振部
35 I信号変換部
36 Q信号変換部
40 合成処理部
7 1st operation part 8
11 Receiver terminal
16 Doppler correction section
19 Pseudo distance detector
22 Pattern calculator
23 First separation processing section
24 Second separation processor
25 Arithmetic processing section
32 High frequency amplifier
33 Frequency converter
34 Internal oscillator
35 I signal converter
36 Q signal converter
40 Composition processing section
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