JP3864807B2 - 相関検出装置及び相関検出方法並びに受信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スペクトラム拡散信号を復調する際に、スペクトラム拡散信号における拡散符号の位相を検出するために、拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する相関検出装置及び相関検出方法、並びにこれらの相関検出装置及び相関検出方法を適用した受信装置であっていわゆるＧＮＳＳ（Global Navigation Satellites System）における衛星からの信号を受信して自己の位置及び速度を算出する受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、人工衛星を利用して地上における移動体の位置を測定するＧＮＳＳシステムが普及しつつある。このＧＮＳＳシステムとしては、例えば全地球測位システム（Global Positioning System；以下、ＧＰＳという。）がある。このＧＰＳシステムにおいて、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳ受信機は、少なくとも４個以上のＧＰＳ衛星からの信号を受信して、その受信信号に基づいて当該ＧＰＳ受信機の位置を算出し、ユーザに報知することが基本機能である。
【０００３】
すなわち、ＧＰＳ受信機は、各ＧＰＳ衛星からの信号を復調して各ＧＰＳ衛星の軌道情報を取得し、各ＧＰＳ衛星の軌道及び時間情報と受信信号の遅延時間とに基づいて、当該ＧＰＳ受信機の３次元位置を連立方程式によって導出するものである。なお、ＧＰＳシステムにおいて、受信信号を得るＧＰＳ衛星が少なくとも４個必要となるのは、ＧＰＳ受信機が備える時計による内部時間とＧＰＳ衛星が備える原子時計による時間との間に誤差があり、その誤差の影響を除去した３次元位置と正確な時刻との４つの未知パラメータを算出するためには、少なくとも４個のＧＰＳ衛星からの擬似距離が必要となることによる。
【０００４】
ＧＰＳシステムにおいては、民生用のＧＰＳ受信機を用いる場合には、ＧＰＳ衛星（Navstar）からのＬ１帯、Ｃ／Ａ（Clear and Acquisition）コードと呼ばれるスペクトラム拡散信号電波を受信して、測位演算を行う。
【０００５】
このＬ１帯、Ｃ／Ａコードと呼ばれる送信信号は、送信信号速度、すなわち、チップレートが１．０２３ＭＨｚであり、例えばいわゆるＧｏｌｄ符号等の符号長が１０２３の擬似ランダムノイズ（Pseudo-random Noise；ＰＮ）系列の拡散符号で、５０ｂｐｓのデータを直接拡散した信号により、周波数が１５７５．４２ＭＨｚの搬送波（以下、キャリアという。）に対して２相位相変調方式（Binary Phase Shift Keying；以下、ＢＰＳＫ変調方式という。）に基づく変調を施した信号である。この場合、符号長が１０２３であることから、Ｃ／Ａコードは、図１２中１段目に示すように、拡散符号が１０２３チップを１周期として、すなわち、１周期＝１ミリ秒（msec）として、繰り返すものとなる。
【０００６】
このＣ／Ａコードの拡散符号は、ＧＰＳ衛星毎に異なっているが、どのＧＰＳ衛星が、どの拡散符号を用いるかは、予めＧＰＳ受信機によって検知できるようになされている。また、ＧＰＳ受信機は、後述する航法メッセージにより、どのＧＰＳ衛星からの信号をその地点及びその時点で受信することができるかが把握できるようになされている。そのため、ＧＰＳ受信機は、例えば３次元測位であれば、その地点及びその時点で取得することができる少なくとも４個以上のＧＰＳ衛星からの電波を受信してスペクトラム逆拡散を施し、測位演算を行うことにより、自己の位置を算出する。
【０００７】
また、ＧＰＳ衛星からの信号データの１ビットは、同図中２段目に示すように、拡散符号の２０周期分、すなわち、２０ミリ秒単位として伝送される。すなわち、データの伝送速度は、上述したように、５０ｂｐｓである。さらに、拡散符号の１周期分の１０２３チップは、ビットが"１"であるときと"０"であるときとでは、反転したものとなる。
【０００８】
さらに、ＧＰＳ衛星からの信号は、同図中３段目に示すように、３０ビット、すなわち、６００ミリ秒で１ワードを形成する。さらにまた、ＧＰＳ衛星からの信号は、同図中４段目に示すように、１０ワード、すなわち、６秒で１サブフレームを形成する。そして、ＧＰＳ衛星からの信号には、同図中５段目に示すように、１サブフレームの先頭のワードに、データが更新されたときであっても常に規定のビットパターンとされるプリアンブルが挿入され、このプリアンブルに後続してデータが伝送されてくる。
【０００９】
さらにまた、ＧＰＳ衛星からの信号は、５サブフレーム、すなわち、３０秒で１フレームを形成する。そして、ＧＰＳ衛星からの信号においては、上述した航法メッセージが、この１フレームのデータ単位で伝送されてくる。
【００１０】
この１フレームのデータのうちの始めの３個のサブフレームは、エフェメリス（Ephemeris）情報と呼ばれるＧＰＳ衛星固有の情報である。このエフェメリス情報には、ＧＰＳ衛星の軌道を求めるためのパラメータと、ＧＰＳ衛星からの信号の送出時刻とが含まれる。
【００１１】
全てのＧＰＳ衛星は、原子時計を備えることによって共通の時刻情報を用いており、エフェメリス情報に含まれるＧＰＳ衛星からの信号の送出時刻は、原子時計の１秒単位とされている。また、ＧＰＳ衛星の拡散符号は、原子時計に同期したものとして生成される。
【００１２】
エフェメリス情報に含まれる軌道情報は、数時間毎に更新されるが、その更新が行われるまでは同一の情報となる。そのため、ＧＰＳ受信機は、エフェメリス情報に含まれる軌道情報をメモリに保持しておくことにより、数時間は同じ軌道情報を精度よく使用することができる。なお、ＧＰＳ衛星からの信号の送出時刻は、ＴＯＷ（Time Of Week）情報として６秒毎に更新される。
【００１３】
一方、１フレームのデータのうちの残りの２個のサブフレームの航法メッセージは、アルマナック（Almanac）情報と呼ばれる全てのＧＰＳ衛星から共通に送信される情報である。このアルマナック情報は、全情報を取得するために２５フレーム分必要となるものであり、各ＧＰＳ衛星のおおよその位置情報や、どのＧＰＳ衛星が使用可能であるのかを示す情報等から構成される。このアルマナック情報は、数日毎に更新されるが、その更新が行われるまでは同一の情報となる。そのため、ＧＰＳ受信機は、アルマナック情報をメモリに保持しておくことにより、数日は同じ情報を精度よく使用することができる。しかし、ＧＰＳ受信機は、精度は多少落ちるものの、数か月の間、同じアルマナック情報を使用することもできる。
【００１４】
ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信して上述したデータを得るために、まず、キャリアを除去した後、受信しようとするＧＰＳ衛星で用いられているＣ／Ａコードと同じ拡散符号を用いて、そのＧＰＳ衛星からの信号について、Ｃ／Ａコードの位相同期をとることによってＧＰＳ衛星からの信号を捕捉し、スペクトラム逆拡散を行う。ＧＰＳ受信機は、Ｃ／Ａコードとの位相同期をとってスペクトラム逆拡散を行うと、ビットが検出され、ＧＰＳ衛星からの信号に基づいて時刻情報等を含む航法メッセージを取得することが可能となる。
【００１５】
ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星からの信号の捕捉をＣ／Ａコードの位相同期探索によって行うが、この位相同期探索として、自己が発生する拡散符号とＧＰＳ衛星からの受信信号の拡散符号との相関を検出し、例えば、その相関検出結果の相関値が予め定められた値よりも大きい場合に、両者が同期しているものと判定する。そして、ＧＰＳ受信機は、同期がとれていないものと判定した場合には、何らかの同期手法を用いて、自己が発生する拡散符号の位相を制御し、受信信号の拡散符号と同期させるようにしている。
【００１６】
ところで、ＧＰＳ衛星からの信号は、上述したように、データを拡散符号で拡散した信号によってキャリアをＢＰＳＫ変調方式に基づいて変調した信号である。したがって、ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するには、拡散符号のみならず、キャリア及びデータの同期をとる必要があるが、拡散符号とキャリアの同期を独立に行うことはできない。
【００１７】
また、ＧＰＳ受信機は、通常、受信信号のキャリア周波数を数ＭＨｚ以内の中間周波数（Intermediate Frequency；以下、ＩＦという。）に変換することによって受信信号をＩＦ信号に変換し、このＩＦ信号で上述した同期検出処理を行う。このＩＦ信号におけるキャリア（以下、ＩＦキャリアという。）には、主に、ＧＰＳ衛星の移動速度に応じたドップラシフトによる周波数誤差分と、受信信号をＩＦ信号に変換する際にＧＰＳ受信機の内部で生成する局部発振器の周波数誤差分とが含まれる。
【００１８】
したがって、ＧＰＳ受信機においては、これらの周波数誤差要因によってＩＦキャリア周波数が未知であることから、その周波数のサーチが必要となる。また、拡散符号の１周期内での同期点（同期位相）は、ＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との位置関係に依存することに起因して未知であることから、ＧＰＳ受信機においては、上述したように、何らかの同期手法が必要となる。
【００１９】
従来のＧＰＳ受信機では、キャリアについての周波数サーチと、スライディング相関器による同期捕捉、ＤＬＬ（Delay Locked Loop）及びコスタスループによる同期保持とを組み合わせた同期手法を用いている。以下、この同期手法について説明する。
【００２０】
ＧＰＳ受信機の拡散符号の発生器を駆動するクロックは、当該ＧＰＳ受信機に用意されている基準周波数発振器を分周したものが一般に用いられる。この基準周波数発振器としては、高精度の水晶発振器が用いられ、ＧＰＳ受信機は、この基準周波数発振器の出力に基づいて、ＧＰＳ衛星からの受信信号をＩＦ信号に変換するために用いる局部発振信号を生成する。
【００２１】
ここで、周波数サーチについての処理内容を図１３に示す。ＧＰＳ受信機は、拡散符号の発生器を駆動するクロック信号の周波数が、ある周波数ｆ１であるときの拡散符号についての位相同期探索を行う。すなわち、ＧＰＳ受信機は、拡散符号の位相を１チップずつ順次ずらしていくことによって各チップ位相のときのＧＰＳ衛星からの受信信号と拡散符号との相関を検出し、相関のピークを検出することにより、同期がとれる位相を検出する。また、ＧＰＳ受信機は、クロック信号の周波数がｆ１であるときにおいて、１０２３チップ分の位相探索の全てで同期する位相が存在しない場合には、例えば基準周波数発振器に対する分周比を変化させ、クロック信号の周波数を他の周波数ｆ２に変更し、同様に１０２３チップ分の位相探索を行う。ＧＰＳ受信機は、このような動作を、クロック信号の周波数をステップ的に変化させて繰り返すことによって周波数サーチを実現する。
【００２２】
そして、ＧＰＳ受信機は、このような周波数サーチを行うことによって同期可能とされるクロック信号の周波数を検出すると、そのクロック信号の周波数で最終的な拡散符号の位相同期を行う。これにより、ＧＰＳ受信機は、水晶発振器の発振周波数にずれがある場合であっても、ＧＰＳ衛星からの信号を捕捉することが可能となる。
【００２３】
しかしながら、このような従来の同期手法は、原理的には高速同期には不向きである。ＧＰＳ受信機においては、拡散符号及びＩＦキャリアの同期に時間を要すると反応が遅くなり、使用上において不便を生じる。そのため、実際のＧＰＳ受信機においては、この欠点を補うため、多チャンネル化して並列処理によって同期捕捉までの時間を短縮している。
【００２４】
一方、上述したスライディング相関を用いた手法に代わってスペクトラム拡散信号の同期捕捉を高速に行う手法としては、マッチドフィルタの利用がある。マッチドフィルタは、いわゆるトランスバーサルフィルタによってディジタル的に実現可能である。また、マッチドフィルタとしては、近年のＤＳＰ（Digital Signal Processor）に代表されるハードウェアの能力の向上により、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform；以下、ＦＦＴという。）を利用したディジタルマッチドフィルタによって拡散符号の同期を高速に行う手法が実現されている。後者は、古くから知られる相関計算の高速化手法に基づくものである。
【００２５】
ＧＰＳ受信機は、これらのマッチドフィルタを用いることにより、相関がある場合には、例えば図１４に出力波形の１周期分を示すように、相関のピークを検出する。このピークの位置は、拡散符号の先頭を示すものである。ＧＰＳ受信機は、このピークを検出することにより、同期を捕捉、すなわち、受信信号における拡散符号の位相を検出することができる。また、ＧＰＳ受信機は、例えば上述したＦＦＴを利用したディジタルマッチドフィルタを用い、ＦＦＴの周波数領域での操作を行うことにより、拡散符号の位相とともにＩＦキャリア周波数を検出することができる。そして、ＧＰＳ受信機は、拡散符号の位相を擬似距離に換算し、少なくとも４個のＧＰＳ衛星が検出された場合には当該ＧＰＳ受信機の位置を算出することができ、また、ＩＦキャリア周波数に基づいて当該ＧＰＳ受信機の速度を算出することができる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したＧＰＳ受信機においては、受信感度を向上させるために、拡散符号の同期捕捉の際に行う拡散符号との相関検出処理を数百ミリ秒から１ミリ以上の長時間にわたって行う場合がある。
【００２７】
これに対応するためには、ＧＰＳ受信機においては、ＩＦ信号を記憶するメモリの容量を増加するのが簡単である。しかしながら、ＧＰＳ受信機においては、集積回路化する際にメモリの占める規模が大きくなる。例えば、ＧＰＳ受信機においては、１６ミリ秒分のＩＦ信号を記憶することができるメモリを有する集積回路と比較すると、１秒分のＩＦ信号を記憶できるようにするためには、約６０倍もの容量を有するメモリを設ける必要がある。このことは、ＧＰＳ受信機の大型化及びコストアップを招来することになり、特に集積回路化に際しては好ましくない。
【００２８】
この問題は、ＧＰＳ受信機に限ったものではなく、ＧＰＳ信号と同様のスペクトラム拡散で直接拡散方式の変調方式を採用する移動体通信全般に共通のものである。
【００２９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、搭載するメモリの容量を削減して小型化及び低コスト化を図りつつ受信感度を向上させることができるスペクトラム拡散信号における拡散符号の相関検出装置及び相関検出方法を提供することを目的とする。また、本発明は、これらの相関検出装置及び相関検出方法を適用し、小型化及び低コスト化を図りつつ受信感度を向上させることができる受信装置を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかる相関検出装置は、入力されたスペクトラム拡散信号における拡散符号の位相を検出するために、拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する相関検出装置であって、入力されたスペクトラム拡散信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング手段によってサンプリングされた一定時間長のデータを記憶する第１の記憶手段と、この第１の記憶手段に記憶されたデータと自己が発生した拡散符号との相関値を算出する相関検出処理を行い、検出した相関値を、前回の相関検出処理によって得られた相関値に累積加算する相関検出処理手段と、この相関検出処理手段によって得られた累積相関値を記憶する第２の記憶手段と、サンプリング手段によって再度スペクトラム拡散信号をサンプリングさせて得られたデータを第１の記憶手段に記憶させることによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新させ、更新したデータに対して相関検出処理手段によって相関検出処理を行わせ、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶させる動作を所定の回数だけ繰り返し行わせる制御手段とを備えることを特徴としている。
【００３１】
このような本発明にかかる相関検出装置は、制御手段による制御のもとに、サンプリング手段によって再度スペクトラム拡散信号をサンプリングして得られたデータを第１の記憶手段に記憶することによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理手段によって相関検出処理を行い、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行う。
【００３２】
また、上述した目的を達成する本発明にかかる相関検出方法は、入力されたスペクトラム拡散信号における拡散符号の位相を検出するために、拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する相関検出方法であって、入力されたスペクトラム拡散信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングする工程と、このスペクトラム拡散信号をサンプリングする工程にてサンプリングされた一定時間長のデータを第１の記憶手段に記憶する工程と、第１の記憶手段に記憶されたデータと自己が発生した拡散符号との相関値を算出する相関検出処理を行い、検出した相関値を、前回の相関検出処理によって得られた相関値に累積加算する工程と、この相関値を累積加算する工程にて得られた累積相関値を第２の記憶手段に記憶する工程とを備え、再度スペクトラム拡散信号をサンプリングさせて得られたデータを第１の記憶手段に記憶することによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理を行い、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行うことを特徴としている。
【００３３】
このような本発明にかかる相関検出方法は、再度スペクトラム拡散信号をサンプリングして得られたデータを第１の記憶手段に記憶することによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理を行い、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行う。
【００３４】
さらに、上述した目的を達成する本発明にかかる受信装置は、衛星からの信号を受信して自己の位置及び速度を算出する受信装置であって、衛星からの信号を受信する受信手段と、この受信手段によって受信した受信信号の周波数を所定の中間周波数に変換する周波数変換手段と、この周波数変換手段によって得られた中間周波数信号における拡散符号の位相を検出する同期捕捉と中間周波数信号におけるキャリア周波数の検出とを行う同期捕捉手段と、この同期捕捉手段によって検出された拡散符号の位相及び同期捕捉手段によって検出されたキャリア周波数を、複数の衛星に対応して独立に設けられた複数のチャンネルのそれぞれに対して衛星毎に割り当てて設定し、設定した拡散符号の位相及びキャリア周波数を初期値として、拡散符号とキャリアとの同期保持を行うとともに、中間周波数信号に含まれるメッセージの復調を行う同期保持手段とを備え、スペクトラム拡散信号である中間周波数信号における拡散符号の位相を検出するために、拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する同期捕捉手段は、入力された中間周波数信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング手段によってサンプリングされた一定時間長のデータを記憶する第１の記憶手段と、この第１の記憶手段に記憶されたデータと自己が発生した拡散符号との相関値を算出する相関検出処理を行い、検出した相関値を、前回の相関検出処理によって得られた相関値に累積加算する相関検出処理手段と、この相関検出処理手段によって得られた累積相関値を記憶する第２の記憶手段と、サンプリング手段によって再度中間周波数信号をサンプリングさせて得られたデータを第１の記憶手段に記憶させることによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新させ、更新したデータに対して相関検出処理手段によって相関検出処理を行わせ、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶させる動作を所定の回数だけ繰り返し行わせる制御手段とを有することを特徴としている。
【００３５】
このような本発明にかかる受信装置は、同期捕捉手段における制御手段による制御のもとに、サンプリング手段によって再度中間周波数信号をサンプリングして得られたデータを第１の記憶手段に記憶することによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理手段によって相関検出処理を行い、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行う。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３７】
この実施の形態は、人工衛星を利用して地上における移動体の位置を測定するいわゆるＧＮＳＳ（Global Navigation Satellites System）システムの一種である全地球測位システム（Global Positioning System；以下、ＧＰＳという。）を適用したものであり、少なくとも４個以上のＧＰＳ衛星からの信号を受信して、その受信信号に基づいて自己の位置を算出するＧＰＳ受信機である。このＧＰＳ受信機は、Ｌ１帯、Ｃ／Ａ（Clear and Acquisition）コードと呼ばれるスペクトラム拡散信号電波を受信信号として受信するものであって、スペクトラム拡散信号の同期捕捉を行う際の相関検出処理に用いるメモリの容量を削減して小型化及び低コスト化を図りつつ受信感度を向上させることができるものである。
【００３８】
なお、このＧＰＳ受信機１０は、図１に示すように、受信した受信信号を復調する際に、自己が発生する擬似ランダムノイズ（Pseudo-random Noise；ＰＮ）系列の拡散符号と受信信号における拡散符号との同期を捕捉する機能と、拡散符号と搬送波（以下、キャリアという。）との同期を保持する機能とを分離することにより、小さい回路規模のもとに、同期捕捉を高速化することができるものである。
【００３９】
以下では、まず、同期捕捉の機能と同期保持の機能とを分離したＧＰＳ受信機１０の全体的な構成について説明した後、同期捕捉部２４及び同期保持部２５について詳述し、さらにその後、同期捕捉部２４の具体的な構成について詳述するものとする。
【００４０】
まず、ＧＰＳ受信機の全体的な構成について説明する。
【００４１】
ＧＰＳ受信機１０は、同図に示すように、所定の発振周波数を有する発振信号Ｄ１を生成する水晶発振器（X'tal Oscillator；以下、ＸＯという。）１１と、このＸＯ１１とは異なる所定の発振周波数ＦＯＳＣを有する発振信号Ｄ２を生成する温度補償型水晶発振器（Temperature Compensated X'tal Oscillator；以下、ＴＣＸＯという。）１２と、このＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２を逓倍（multiply）及び／又は分周（divide）する逓倍／分周器１３とを備える。
【００４２】
ＸＯ１１は、例えば３２．７６８ｋＨｚ程度の所定の発振周波数を有する発振信号Ｄ１を生成する。ＸＯ１１は、生成した発振信号Ｄ１を後述するＲＴＣ（Real Time Clock）２７に供給する。
【００４３】
ＴＣＸＯ１２は、ＸＯ１１とは異なる例えば１８．４１４ＭＨｚ程度の所定の発振周波数ＦＯＳＣを有する発振信号Ｄ２を生成する。ＴＣＸＯ１２は、生成した発振信号Ｄ２を逓倍／分周器１３、及び後述する周波数シンセサイザ１８等に供給する。
【００４４】
逓倍／分周器１３は、後述するＣＰＵ（Central Processing Unit）２６から供給される制御信号Ｄ３に基づいて、ＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２を、所定の逓倍率で逓倍し、及び／又は所定の分周比で分周する。逓倍／分周器１３は、逓倍及び／又は分周した発振信号Ｄ４を後述する同期捕捉部２４、後述する同期保持部２５、ＣＰＵ２６、後述するタイマ２８、及び後述するメモリ２９に供給する。
【００４５】
また、ＧＰＳ受信機１０は、ＧＰＳ衛星から送信されてきたＲＦ（Radio Frequency）信号を受信するアンテナ１４と、このアンテナ１４によって受信された受信ＲＦ信号Ｄ５を増幅するローノイズ・アンプ（Low Noise Amplifier；以下、ＬＮＡという。）１５と、このＬＮＡ１５によって増幅された増幅ＲＦ信号Ｄ６のうち所定の周波数帯域成分を通過させる帯域通過フィルタ（Band Pass Filter；以下、ＢＰＦという。）１６と、このＢＰＦ１６によって通過された増幅ＲＦ信号Ｄ７をさらに増幅する増幅器１７と、ＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２に基づいて所定の周波数ＦＬＯを有する局部発振信号Ｄ１０を生成する周波数シンセサイザ１８と、増幅器１７によって増幅された所定の周波数ＦＲＦを有する増幅ＲＦ信号Ｄ８に対して周波数シンセサイザ１８から供給された局部発振信号Ｄ１０を乗算するミキサ１９と、このミキサ１９によって乗算されることによってダウンコンバートされた所定の周波数ＦＩＦを有する中間周波数（Intermediate Frequency；以下、ＩＦという。）信号Ｄ１１を増幅する増幅器２０と、この増幅器２０によって増幅された増幅ＩＦ信号Ｄ１２のうち所定の周波数帯域成分を通過させる低域通過フィルタ（Low Pass Filter；以下、ＬＰＦという。）２１と、このＬＰＦ２１によって通過されたアナログ形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１３をディジタル形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１４に変換するアナログ／ディジタル変換器（Analog/Digital Converter；以下、Ａ／Ｄという。）２２とを備える。
【００４６】
アンテナ１４は、ＧＰＳ衛星から送信されてきた周波数が１５７５．４２ＭＨｚのキャリアが拡散されたＲＦ信号を受信する。このアンテナ１４によって受信された受信ＲＦ信号Ｄ５は、ＬＮＡ１５に供給される。
【００４７】
ＬＮＡ１５は、アンテナ１４によって受信された受信ＲＦ信号Ｄ５を増幅する。ＬＮＡ１５は、増幅した増幅ＲＦ信号Ｄ６をＢＰＦ１６に供給する。
【００４８】
ＢＰＦ１６は、いわゆるＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルタからなり、ＬＮＡ１５によって増幅された増幅ＲＦ信号Ｄ６のうち所定の周波数帯域成分を通過させる。このＢＰＦ１６によって通過された増幅ＲＦ信号Ｄ７は、増幅器１７に供給される。
【００４９】
増幅器１７は、ＢＰＦ１６によって通過された増幅ＲＦ信号Ｄ７をさらに増幅する。増幅器１７は、増幅した所定の周波数ＦＲＦ、すなわち、１５７５．４２ＭＨｚの増幅ＲＦ信号Ｄ８をミキサ１９に供給する。
【００５０】
周波数シンセサイザ１８は、ＣＰＵ２６から供給される制御信号Ｄ９による制御のもとに、ＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２に基づいて所定の周波数ＦＬＯを有する局部発振信号Ｄ１０を生成する。周波数シンセサイザ１８は、生成した局部発振信号Ｄ１０をミキサ１９に供給する。
【００５１】
ミキサ１９は、増幅器１７によって増幅された所定の周波数ＦＲＦを有する増幅ＲＦ信号Ｄ８に対して周波数シンセサイザ１８から供給された局部発振信号Ｄ１０を乗算することによって増幅ＲＦ信号Ｄ８をダウンコンバートし、例えば１．０２３ＭＨｚ程度の所定の周波数ＦＩＦを有するＩＦ信号Ｄ１１を生成する。このミキサ１９によって生成されたＩＦ信号Ｄ１１は、増幅器２０に供給される。
【００５２】
増幅器２０は、ミキサ１９によってダウンコンバートされたＩＦ信号Ｄ１１を増幅する。増幅器２０は、増幅した増幅ＩＦ信号Ｄ１２をＬＰＦ２１に供給する。
【００５３】
ＬＰＦ２１は、増幅器２０によって増幅された増幅ＩＦ信号Ｄ１２のうち所定の周波数よりも低域成分を通過させる。このＬＰＦ２１によって通過された増幅ＩＦ信号Ｄ１３は、Ａ／Ｄ２２に供給される。
【００５４】
Ａ／Ｄ２２は、ＬＰＦ２１によって通過されたアナログ形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１３をディジタル形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１４に変換する。このＡ／Ｄ２２によって変換された増幅ＩＦ信号Ｄ１４は、同期捕捉部２４及び同期保持部２５に供給される。
【００５５】
なお、ＧＰＳ受信機１０においては、これらの各部のうち、ＬＮＡ１５、ＢＰＦ１６、増幅器１７，２０、周波数シンセサイザ１８、ミキサ１９、ＬＰＦ２１、及びＡ／Ｄ２２は、アンテナ１４によって受信された１５７５．４２ＭＨｚの高い周波数を有する受信ＲＦ信号Ｄ５を、ディジタル信号処理が施しやすいように、例えば１．０２３ＭＨｚ程度の低い周波数ＦＩＦを有する増幅ＩＦ信号Ｄ１４にダウンコンバートする周波数変換部２３として構成される。
【００５６】
さらに、ＧＰＳ受信機１０は、自己が発生する拡散符号とＡ／Ｄ２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４における拡散符号との同期捕捉及び増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるキャリア周波数の検出を行う同期捕捉部２４と、Ａ／Ｄ２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４における拡散符号とキャリアとの同期保持及びメッセージの復調を行う同期保持部２５と、各部を統括的に制御して各種演算処理を行うＣＰＵ２６と、ＸＯ１１から供給される発振信号Ｄ１に基づいて時間を計測するＲＴＣ２７と、ＣＰＵ２６の内部時計としてのタイマ２８と、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等からなるメモリ２９とを備える。
【００５７】
同期捕捉部２４は、詳細は後述するが、ＣＰＵ２６の制御のもとに、逓倍／分周器１３から供給される逓倍及び／又は分周された発振信号Ｄ４に基づいて、Ａ／Ｄ２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４における拡散符号の同期捕捉を行うとともに、増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるキャリア周波数の検出を行う。このとき、同期捕捉部２４は、後述するように、粗い精度での同期捕捉を行う。同期捕捉部２４は、検出したＧＰＳ衛星を識別するための衛星番号、拡散符号の位相、及びキャリア周波数を同期保持部２５及びＣＰＵ２６に供給する。
【００５８】
同期保持部２５は、詳細は後述するが、ＣＰＵ２６の制御のもとに、逓倍／分周器１３から供給される逓倍及び／又は分周された発振信号Ｄ４に基づいて、Ａ／Ｄ２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４における拡散符号とキャリアとの同期保持を行うとともに、増幅ＩＦ信号Ｄ１４に含まれる航法メッセージの復調を行う。このとき、同期保持部２５は、後述するように、同期捕捉部２４から供給される衛星番号、拡散符号の位相、及びキャリア周波数を初期値として動作を開始する。同期保持部２５は、複数のＧＰＳ衛星からの増幅ＩＦ信号Ｄ１４についての同期保持を並列的に行い、検出した拡散符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセージをＣＰＵ２６に供給する。
【００５９】
ＣＰＵ２６は、同期保持部２５から供給される拡散符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセージを取得し、これらの各種情報に基づいて、当該ＧＰＳ受信機１０の位置及び速度を算出するとともに、航法メッセージから得られるＧＰＳ衛星の正確な時間情報に基づいて、当該ＧＰＳ受信機１０の時間情報を補正するといったＧＰＳに関する各種演算処理を行う。また、ＣＰＵ２６は、当該ＧＰＳ受信機１０の各部及び各種ペリフェラル、並びに外部との入出力（Input/Output）に関する制御を統括的に行う。
【００６０】
ＲＴＣ２７は、ＸＯ１１から供給される発振信号Ｄ１に基づいて、時間を計測する。このＲＴＣ２７によって計測される時間情報は、ＧＰＳ衛星の正確な時間情報が得られるまでの間に代用されるものであって、ＧＰＳ衛星の正確な時間情報を得たＣＰＵ２６がＸＯ１１を制御することによって適宜補正される。
【００６１】
タイマ２８は、ＣＰＵ２６の内部時計として機能するものであり、各部の動作に必要となる各種タイミング信号の生成及び時間参照に用いられる。例えば、ＧＰＳ受信機１０においては、同期捕捉部２４が同期捕捉した拡散符号の位相に合わせて同期保持部２５が後述する拡散符号発生器の動作を開始させるタイミングを、このタイマ２８によって参照する。
【００６２】
メモリ２９は、ＲＡＭやＲＯＭ等からなる。メモリ２９においては、ＣＰＵ２６等による各種処理を行う際のワークエリアとしてＲＡＭが用いられるとともに、入力した各種データをバッファリングする際や、演算過程で生成される中間データ及び演算結果データを保持する際にもＲＡＭが用いられる。また、メモリ２９においては、各種プログラムや固定データ等を記憶する手段としてＲＯＭが用いられる。
【００６３】
なお、ＧＰＳ受信機１０においては、これらの同期捕捉部２４、同期保持部２５、ＣＰＵ２６、ＲＴＣ２７、タイマ２８、メモリ２９は、ベースバンド処理部として構成される。
【００６４】
このような各部を備えるＧＰＳ受信機１０においては、少なくとも、ＸＯ１１、ＴＣＸＯ１２、アンテナ１４、ＬＮＡ１５、及びＢＰＦ１６を除く各部を、集積回路化した１チップからなる復調回路３０として構成することができる。
【００６５】
ＧＰＳ受信機１０は、少なくとも４個以上のＧＰＳ衛星からのＲＦ信号を受信して、このＲＦ信号を周波数変換部２３によってＩＦ信号に変換した後、同期捕捉部２４によって拡散符号の同期捕捉及びキャリア周波数の検出を行い、同期保持部２５によって拡散符号とキャリアとの同期保持及び航法メッセージの復調を行う。そして、ＧＰＳ受信機１０は、拡散符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセージに基づいて、ＣＰＵ２６によって当該ＧＰＳ受信機１０の位置及び速度を算出する。
【００６６】
さて、以下では、このようなＧＰＳ受信機１０における同期捕捉部２４及び同期保持部２５について詳述する。ＧＰＳ受信機１０は、上述したように、同期捕捉の機能と同期保持の機能とを、同期捕捉部２４及び同期保持部２５に分離したものである。ここでは、このように機能を分離した理由についても併せて説明する。
【００６７】
同期捕捉部２４は、上述したように、ＩＦ信号における拡散符号の同期捕捉及びキャリア周波数の検出を高速に行う。同期捕捉部２４は、拡散符号の同期捕捉を高速に行うためにマッチドフィルタを利用する。具体的には、同期捕捉部２４は、マッチドフィルタとして、例えば図２に示すように、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform；以下、ＦＦＴという。）を利用したディジタルマッチドフィルタを用いることができる。
【００６８】
具体的には、ディジタルマッチドフィルタ５０は、同図に示すように、上述したアンテナ１４及び周波数変換部２３によって得られる増幅ＩＦ信号Ｄ１４に対応するＩＦ信号を、上述したＴＣＸＯ１２によって生成される発振信号Ｄ２に基づく所定のサンプリング周波数で入力信号をサンプリングするサンプラ５１によってサンプリングした上で入力する。ディジタルマッチドフィルタ５０は、サンプラ５１によってサンプリングされた一定時間長のＩＦ信号をバッファリングするメモリ５２と、このメモリ５２によってバッファリングされたＩＦ信号を読み出してＦＦＴ処理を施すＦＦＴ処理部５３と、このＦＦＴ処理部５３によってＦＦＴ処理が施されて得られた周波数領域信号をバッファリングするメモリ５４と、ＧＰＳ衛星からのＲＦ信号における拡散符号と同じ拡散符号を発生する拡散符号発生器５５と、この拡散符号発生器５５によって発生された拡散符号に対してＦＦＴ処理を施すＦＦＴ処理部５６と、このＦＦＴ処理部５６によってＦＦＴ処理が施されて得られた周波数領域信号をバッファリングするメモリ５７と、メモリ５４にバッファリングされている周波数領域信号とメモリ５７にバッファリングされている周波数領域信号とのうちいずれか一方の複素共役と他方とを乗算する乗算器５８と、この乗算器５８によって乗算された周波数領域信号に対して逆ＦＦＴ（Inversed Fast Fourier Transform；以下、ＩＦＦＴという。）処理を施すＩＦＦＴ処理部５９と、このＩＦＦＴ処理部５９によってＩＦＦＴ処理が施されて得られた相関関数に基づいてＧＰＳ衛星からのＲＦ信号における拡散符号と拡散符号発生器５５によって発生された拡散符号との相関のピークを検出するピーク検出器６０とを有する。
【００６９】
このようなディジタルマッチドフィルタ５０は、実際には、ＦＦＴ処理部５３，５６、拡散符号発生器５５、乗算器５８、ＩＦＦＴ処理部５９、及びピーク検出器６０の各部をＤＳＰ（Digital Signal Processor）によって実行されるソフトウェアとして実装される。すなわち、ディジタルマッチドフィルタ５０を適用した同期捕捉部２４は、詳細は後述するが、例えば図３に示すように、上述したサンプラ５１に相当するサンプラ７１と、上述したメモリ５２に相当するＲＡＭ７２と、上述したメモリ５４，５７とＤＳＰのプログラムエリア及びワークエリアとを含むＲＡＭ／ＲＯＭ７３と、上述したＦＦＴ処理部５３，５６、拡散符号発生器５５、乗算器５８、ＩＦＦＴ処理部５９、及びピーク検出器６０の処理を実行するＤＳＰ７４とから構成される。なお、このＤＳＰ７４は、ＣＰＵであってもよい。
【００７０】
同期捕捉部２４は、このようなディジタルマッチドフィルタ５０として構成することにより、拡散符号と同期した位相において相関のピークを検出し、拡散符号の同期点を判別する。同期捕捉部２４は、例えば、１．０２３ＭＨｚのＩＦ信号をサンプラ７１によって４．０９６ＭＨｚでサンプリングし、ＤＳＰ７４によってディジタルマッチドフィルタ５０と等価な演算を行うことにより、拡散符号の同期捕捉、すなわち、ＩＦ信号における拡散符号の位相検出を１／４チップの精度で行うことができる。また、この同期捕捉部２４は、ＲＡＭ７２の容量が１６ミリ秒分であるものとすると、ＤＳＰ７４によってＦＦＴの周波数領域での操作を行うことにより、１／１６ｋＨｚ（±１／３２ｋＨｚ）の精度で、ＩＦ信号におけるキャリア（以下、ＩＦキャリアという。）周波数を検出することができる。同期捕捉部２４は、ＲＡＭ７２に記憶したＩＦ信号には複数のＧＰＳ衛星からの信号が含まれていることから、各ＧＰＳ衛星の拡散符号との相関を算出することにより、複数のＧＰＳ衛星を検出することができる。
【００７１】
ＧＰＳ受信機１０は、この同期捕捉部２４によって検出した少なくとも４個以上のＧＰＳ衛星に対する拡散符号の位相とキャリア周波数とに基づいて、当該ＧＰＳ受信機１０の位置と速度とを算出することができる。
【００７２】
ただし、ＧＰＳ受信機１０においては、拡散符号の位相検出精度としての上述した１／４チップ、及びキャリア周波数の検出精度としての１／１６ｋＨｚのもとに得られる当該ＧＰＳ受信機１０の位置及び速度の算出結果は十分な精度とは言い難いものである。ＧＰＳ受信機１０においては、精度を向上させるためには、サンプラ７１によるサンプリング周波数を高くする、ＩＦ信号を記憶する時間長を長くする、といった処理が必要となるが、これにともない、ＲＡＭ７２等のメモリの容量が増大し、且つ、拡散符号の位相及びキャリア周波数を検出するまでの処理時間が長くなる事態が想定される。また、ＧＰＳ受信機１０においては、同期捕捉部２４が外部から航法メッセージを受け取らないものとすると、少なくとも４個以上のＧＰＳ衛星からの航法メッセージを２０ミリ秒毎に復調する必要があることから、ＤＳＰ７４は、常に、同期の検出と航法メッセージの復調とを極めて高速に行う必要がある。これらの問題は、ハードウェアのサイズの膨大化によるコストアップと消費電力の増大化を招来する。
【００７３】
そこで、ＧＰＳ受信機１０においては、粗い精度での同期捕捉を同期捕捉部２４によって行い、複数のＧＰＳ衛星の同期保持及び航法メッセージの復調を同期保持部２５によって行う。
【００７４】
同期捕捉部２４は、検出したＧＰＳ衛星の衛星番号、その拡散符号の位相、及びキャリア周波数を同期保持部２５に供給する。一方、同期保持部２５は、同期捕捉部２４から供給されるこれらの各種情報を初期値として動作を開始する。同期保持部２５は、拡散符号の位相に基づいて、後述するＤＬＬ（Delay Locked Loop）の回路で生成する拡散符号の開始タイミングを合わせる。なお、ＧＰＳ受信機１０は、生成する拡散符号として、検出したＧＰＳ衛星の衛星番号に対応するものを設定する。このとき、ＧＰＳ受信機１０においては、ドップラシフト、及びＴＣＸＯ１２等の発振器によって生成される発振信号の発振周波数の誤差の影響を受けるが、基本的に拡散符号は１ミリ秒の周期で繰り返されるものであることから、ＤＬＬの回路で生成する拡散符号の開始タイミングは、１ミリ秒の整数倍ずらしても構わない。
【００７５】
なお、ＩＦキャリア周波数は、ＩＦ信号を上述したＲＡＭ７２等のメモリに取り込むためのサンプリングクロックを生成しているＴＣＸＯ１２の誤差を含むことから、上述した分解能の問題を除去したとしても、正確な値、すなわち、キャリア周波数とドップラシフト量との和ではない。しかしながら、ＧＰＳ受信機１０においては、同期捕捉部２４と同期保持部２５とが同じ発振器、すなわち、ＴＣＸＯ１２を発振源とするクロックで動作している場合には、両者で全く同じ周波数誤差を有することから、同期保持部２５が同期捕捉部２４によって検出されたＩＦキャリア周波数を初期値として動作を開始することには何らの問題がない。
【００７６】
同期保持部２５は、複数のＧＰＳ衛星の同期保持を並列的に行うことから、例えば図４に示すように、複数個の独立したチャンネル回路８１１，８１２，・・・，８１Ｎを有する。チャンネル回路８１１，８１２，・・・，８１Ｎは、それぞれ、コントロール・レジスタ８２の設定によって同期捕捉部２４による個々の検出結果に対して割り当てられる。
【００７７】
チャンネル回路８１１，８１２，・・・，８１Ｎは、それぞれ、図５に示すように、従来のＧＰＳ受信機における同期捕捉及び同期保持の双方を実現するＩＦキャリア同期用のコスタスループ１０１と拡散符号同期用のＤＬＬ１０２とを組み合わせた回路と基本的には同様に構成される。
【００７８】
すなわち、チャンネル回路８１１，８１２，・・・，８１Ｎにおいては、それぞれ、同図に示すように、コスタスループ１０１には、上述したアンテナ１４及び周波数変換部２３によって得られる増幅ＩＦ信号Ｄ１４に対応するＩＦ信号に対して、後述する拡散符号発生器（PN Generator；以下、ＰＮＧという。）１２８によって発生された位相がＰ（Prompt）とされる拡散符号が乗算器１０３によって乗算された信号が入力される。一方、チャンネル回路８１１，８１２，・・・，８１Ｎにおいては、それぞれ、ＤＬＬ１０２には、上述したアンテナ１４及び周波数変換部２３によって得られる増幅ＩＦ信号Ｄ１４に対応するＩＦ信号が入力される。
【００７９】
コスタスループ１０１においては、入力された信号に対して、ＮＣＯ（Numeric Controlled Oscillator）１０４によって生成された再生キャリアのうちのサイン成分（同相成分）が乗算器１０５によって乗算される一方、ＮＣＯ１０４によって生成された再生キャリアのうちのコサイン成分（直交成分）が乗算器１０６によって乗算される。コスタスループ１０１においては、乗算器１０５によって得られた同相成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がＬＰＦ１０７によって通過され、この信号が位相検出器１１０、２値化回路１１１及び２乗和算出回路１１２に供給される。一方、コスタスループ１０１においては、乗算器１０６によって得られた直交成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がＬＰＦ１０８によって通過され、この信号が位相検出器１１０及び２乗和算出回路１１２に供給される。コスタスループ１０１においては、ＬＰＦ１０７，１０８のそれぞれから出力された信号に基づいて位相検出器１１０によって検出された位相情報がループフィルタ１０９を介してＮＣＯ１０４に供給される。また、コスタスループ１０１においては、ＬＰＦ１０７，１０８のそれぞれから出力された信号が２乗和算出回路１１２に供給され、この２乗和算出回路１１２によって算出された２乗和（Ｉ２＋Ｑ２）が、位相がＰとされる拡散符号についての相関値（Ｐ）として出力される。さらに、コスタスループ１０１においては、ＬＰＦ１０７から出力された信号が２値化回路１１１に供給され、２値化されて得られた情報が航法メッセージとして出力される。
【００８０】
一方、ＤＬＬ１０２においては、入力されたＩＦ信号に対して、ＰＮＧ１２８によって発生された位相がＰよりも進んだＥ（Early）とされる拡散符号が乗算器１１３によって乗算されるとともに、ＰＮＧ１２８によって発生された位相がＰよりも遅れたＬ（Late）とされる拡散符号が乗算器１１４によって乗算される。ＤＬＬ１０２においては、乗算器１１３によって得られた信号に対して、コスタスループ１０１におけるＮＣＯ１０４によって生成された再生キャリアのうちのサイン成分が乗算器１１５によって乗算されるとともに、ＮＣＯ１０４によって生成された再生キャリアのうちのコサイン成分が乗算器１１６によって乗算される。そして、ＤＬＬ１０２においては、乗算器１１５によって得られた同相成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がＬＰＦ１１７によって通過され、この信号が２乗和算出回路１１９に供給される。一方、ＤＬＬ１０２においては、乗算器１１６によって得られた直交成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がＬＰＦ１１８によって通過され、この信号が２乗和算出回路１１９に供給される。また、ＤＬＬ１０２においては、乗算器１１４によって得られた信号に対して、コスタスループ１０１におけるＮＣＯ１０４によって生成された再生キャリアのうちのサイン成分が乗算器１２０によって乗算されるとともに、ＮＣＯ１０４によって生成された再生キャリアのうちのコサイン成分が乗算器１２１によって乗算される。そして、ＤＬＬ１０２においては、乗算器１２０によって得られた同相成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がＬＰＦ１２２によって通過され、この信号が２乗和算出回路１２４に供給される。一方、ＤＬＬ１０２においては、乗算器１２１によって得られた直交成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がＬＰＦ１２３によって通過され、この信号が２乗和算出回路１２４に供給される。
【００８１】
ＤＬＬ１０２においては、２乗和算出回路１１９，１２４のそれぞれから出力された信号が位相検出器１２５に供給され、これらの信号に基づいて位相検出器１２５によって検出された位相情報がループフィルタ１２６を介してＮＣＯ１２７に供給され、さらに、ＮＣＯ１２７によって生成された所定の周波数を有する信号に基づいて、ＰＮＧ１２８によって各位相Ｅ，Ｐ，Ｌの拡散符号が発生される。さらに、ＤＬＬ１０２においては、２乗和算出回路１１９によって算出された２乗和（Ｉ２＋Ｑ２）が、位相がＥとされる拡散符号についての相関値（Ｅ）として出力される一方、２乗和算出回路１２４によって算出された２乗和（Ｉ２＋Ｑ２）が、位相がＬとされる拡散符号についての相関値（Ｌ）として出力される。
【００８２】
このように、ＩＦキャリア同期用のコスタスループ１０１と拡散符号同期用のＤＬＬ１０２とを組み合わせた回路と同様に構成されるチャンネル回路８１１，８１２，・・・，８１Ｎを有する同期保持部２５においては、動作開始前に、ＧＰＳ衛星の衛星番号、拡散符号の位相、及びキャリア周波数が初期値として設定される。この初期値の設定は、同期捕捉部２４との間で直接的に通信を行うか、又は、同期捕捉部２４及び当該同期保持部２５を制御するＣＰＵ２６を介して行うことによってなされる。
【００８３】
このような同期保持部２５は、以下のようにして拡散符号と同期を合わせる。すなわち、図６に示すように、同期捕捉部２４がＩＦ信号をＲＡＭ７２等のメモリに取り込むタイミングでタイマを開始させ、同期捕捉部２４がメモリに記憶しているＩＦ信号に対して拡散符号の位相ｈを検出すると、同期保持部２５は、この位相ｈの値を受け取った後、同じタイマによって１ミリ秒の整数倍からｈだけずらした時点においてＤＬＬ１０２によって発生する拡散符号を開始させることにより、受信信号の拡散符号に位相を合わせる。なお、同図における"ＰＮ"は、ＰＮ系列の符号、すなわち、拡散符号を示している。
【００８４】
ここで、従来のコスタスループとＤＬＬとを組み合わせた回路においては、受信信号における拡散符号の位相が未知であることから、ＤＬＬによって発生するＩＦキャリア周波数と拡散符号の周期とを少しずらし、ＩＦ信号の拡散符号に対して位相をスライドしていく過程で、有意な強度の相関がある位相を検出していた。そのため、従来の回路においては、位相を検出するのに、最悪の場合、数ｋＨｚの範囲のキャリア周波数と符号長が１０２３の拡散符号における全ての位相とに対して検出を行うことから、同期を確立するまでにかなりの時間を要していた。
【００８５】
これに対して、ＧＰＳ受信機１０においては、同期保持部２５が従来の回路と基本的には同様の構成でありながら、同期保持部２５が受け取った拡散符号の位相とＩＦキャリア周波数との初期値は真値から僅かにしかずれていないことから、有意な強度の相関がある位相は、誤差を含めても初期値の近辺に必ず存在する。したがって、同期保持部２５は、従来の回路と同様に、まずコスタスループ１０１及びＤＬＬ１０２におけるループフィルタ１０９，１２６の制御を止めた状態にして、ＮＣＯ１０４，１２７のそれぞれによって生成する信号を初期値の近辺で変化させながら有意な強度の相関を探索し、相関を検出した後には、ループフィルタ１０９，１２６のそれぞれからの制御に切り替える。これにより、同期保持部２５は、ＤＬＬ１０２による拡散符号の位相の同期確立、及びコスタスループ１０１によるキャリアの位相の同期確立を極めて短時間に行うことができ、以降、同期を保持し続けることができる。同期保持部２５においては、ＩＦキャリア周波数に対して、ＮＣＯ１０４によって生成する再生キャリアの周波数を数十Ｈｚの誤差範囲で初期値を設定できることから、ＬＰＦ１０７，１０８，１１７，１１８，１２２，１２３、及びループフィルタ１０９，１２６の帯域幅を当初から狭くすることができ、Ｓ／Ｎ（Signal to Noise ratio）が高い状態で同期を確立することができる。
【００８６】
ＧＰＳ受信機１０においては、同期保持部２５を例えば１．０２３ＭＨｚ×１６＝１６．３６８ＭＨｚのクロックで動作させ、ＤＬＬ１０２において拡散符号の位相を１／１６．３６８ＭＨｚの時間分解能で検出すれば、１／１６チップの精度で拡散符号の位相からＧＰＳ衛星までの擬似距離を算出することができ、また、コスタスループ１０１におけるＮＣＯ１０４を１Ｈｚ単位で制御できる構成にすれば、ＩＦキャリア周波数の分解能は１Ｈｚとなり、ＤＬＬ１０２とコスタスループ１０１とによってこれらの精度で同期を保持することができる。
【００８７】
以上のように、ＧＰＳ受信機１０においては、同期保持部２５によって同期保持が行われると、ＤＬＬ１０２によって発生する拡散符号の位相に基づいて、当該ＧＰＳ受信機１０の位置を連続的に算出して出力することができるとともに、コスタスループ１０１によって得られるＩＦキャリア周波数に基づいて、当該ＧＰＳ受信機１０の速度を連続的に算出して出力することができる。
【００８８】
同期保持部２５は、上述したように、同期捕捉部２４から受け渡された拡散符号の位相及びＩＦキャリア周波数を初期値とすることにより、これらの初期値の近辺で有意な強度の相関が得られる位相を探索する。これは、ＧＰＳ受信機１０に搭載されているクロック源の発振器、すなわち、ＴＣＸＯ１２が公称周波数に対して誤差を有することが１つの理由である。ＧＰＳ受信機１０においては、先に図２に示したＦＦＴを利用したディジタルマッチドフィルタ５０を用いて同期捕捉部２４を構成した場合には、ＩＦ信号をメモリに記憶した後、ＤＳＰの処理時間分遅れて同期保持部２５に検出結果が供給されることから、発振器の公称周波数ＦＯＳＣとの誤差をΔＦＯＳＣとし、ＤＳＰの処理時間をＴ秒とすると、同期保持部２５に検出結果が供給される時点では、Ｔ×ΔＦＯＳＣ／ＦＯＳＣの誤差が生じる。例えば、ＧＰＳ受信機１０においては、Ｔ＝３秒とし、ΔＦＯＳＣ／ＦＯＳＣが±３ｐｐｍの範囲内とすると、±９マイクロ秒＝約±９チップ以内の誤差が生じる。このように、ＧＰＳ受信機１０においては、ＤＳＰの処理時間が長くなると、その分誤差が大きくなる。
【００８９】
また、ＧＰＳ受信機１０においては、ＧＰＳ衛星と当該ＧＰＳ受信機１０との移動によって生じるキャリア周波数のドップラシフトも誤差を生じる要因となる。ＧＰＳ受信機１０においては、キャリアの周波数、すなわち、１５７５．４２ＭＨｚをＦＲＦとし、受信信号のドップラシフトをΔＦＤとすると、ドップラシフトによって拡散符号の周期、すなわち、１ミリ秒は、ほぼ（１−ΔＦＤ／ＦＲＦ）倍となり、例えば、＋５〜−５ｋＨｚの範囲のドップラシフトが生じている場合には、３秒間で約−９．５〜９．５マイクロ秒＝約−９．５〜９．５チップの誤差が生じる。
【００９０】
これらの２つの例は、比較的現実に近い値であり、ＧＰＳ受信機１０においては、発振器の誤差とドップラシフトとの両者の要因を併せると、±２０チップ程度の範囲内で誤差が生じることから、この範囲だけを探索して相関を検出すればよい。例えば、同期保持部２５は、同期捕捉部２４から供給される拡散符号の位相よりも２０チップ分だけ早くＤＬＬ１０２によって発生する拡散符号を開始させ、そのときの拡散符号の周期として、ＮＣＯ１０４，１２７の周波数設定を（１＋５／１５７５．４２０）ミリ秒よりも長めに設定しておけば、ＩＦ信号に含まれるＧＰＳ衛星からの信号の拡散符号に対するスライドが＋２０チップだけずれた時点から開始され、適当な時間の間、拡散符号同士の位相がスライドしている状態で相関の有無を探索することができる。
【００９１】
このように、従来においては、ＤＬＬとコスタスループとを用いて１０２３チップの範囲で、且つ、ＩＦキャリア周波数についても発振器の誤差とドップラシフト量との範囲で変化させながら、相関検出を行っていたのに比較して、ＧＰＳ受信機１０においては、初期値のキャリア周波数が僅かな誤差しか有さず、相関を検出する範囲も数十分の１程度で済むことから、同期保持部２５による同期確立に要する時間を極めて短時間とすることができる。
【００９２】
以上のように、ＧＰＳ受信機１０は、同期捕捉の機能と同期保持の機能とを分離して構成することにより、同期捕捉部２４によってＩＦ信号に含まれるＧＰＳ衛星からの信号の拡散符号の位相及びＩＦキャリア周波数を高速に検出することができ、この検出結果に基づいて同期保持部２５が速やかに同期保持動作に移行することができる。しかしながら、ＧＰＳ受信機１０においては、ＩＦ信号に含まれる微弱なＧＰＳ衛星の信号を検出するために処理シーケンスが増える場合、また、電力消費を抑制するために同期捕捉部２４を低速のクロックで動作させている場合等には、同期捕捉部２４での処理時間が長くなり、これにともない、同期保持部２５による同期確立までに探索する範囲が広くなり、好ましくない。
【００９３】
一般に、ＧＰＳ受信機においては、周波数変換部における局部発振器とベースバンド処理部における信号処理のクロックを生成する源発振器として、共通の水晶発振器を用いるが、ＧＰＳ受信機１０においては、これと同様に、先に図１に示したように、周波数変換部２３における局部発振器の源発振器と同期捕捉部２４及び同期保持部２５の動作クロックの源発振器とを、ＴＣＸＯ１２に共通化する。そして、同期保持部２５は、同期捕捉部２４によって検出したＩＦキャリア周波数とＴＣＸＯ１２の公称値に基づく例えば１．０２３ＭＨｚの中間周波数ＦＩＦとの差分をΔＦＩＦとし、１５７５．４２ＭＨｚであるＧＰＳ衛星からの信号のキャリア周波数をＦＲＦとし、同期捕捉部２４がＩＦ信号をメモリに取り込んでから同期捕捉処理に要した時間をＴ秒とし、拡散符号の位相をｈとすると、図７に示すように、拡散符号の位相ｈをｈ＋Δｈ（Δｈ＝−Ｔ×ΔＦＩＦ／ＦＲＦ）のように補正する。例えば、ΔＦＩＦ＝＋３ｋＨｚ、Ｔ＝１０秒の場合には、Δｈ＝−１９マイクロ秒＝約−１９チップとなる。同期保持部２５は、このような補正を行うことにより、ＴＣＸＯ１２の発振周波数ＦＯＳＣの誤差とドップラシフトとによって生じる拡散符号の位相のずれを極めて正確に補正することができ、同期捕捉部２４による同期捕捉処理に時間を数十秒要した場合であっても、ほぼ１チップ程度の範囲での探索で同期を確立することができる。
【００９４】
このような補正が可能な理由は、以下のとおりである。
【００９５】
ＧＰＳ受信機１０においては、周波数変換部２３によってＧＰＳ衛星からの信号の既知であるキャリア周波数ＦＲＦを既知である中間周波数ＦＩＦに変換するために、公称発振周波数ＦＯＳＣのＴＣＸＯ１２に基づいて周波数シンセサイザ１８によって局部発振周波数ＦＬＯ＝Ｎ×ＦＯＳＣ（Ｎは定数数、Ｎ＞＞１）を生成し、ＦＩＦ＝ＦＲＦ−ＦＬＯとなるようにする。ここで、実際に受信するＧＰＳ衛星からの信号には、中間周波数ＦＩＦに対してＴＣＸＯ１２の発振周波数ＦＯＳＣの誤差とドップラシフトとによって生じる誤差ΔＦＩＦが加わったものである。すなわち、ＧＰＳ受信機１０においては、ドップラシフト量をΔＦＤとし、ＴＣＸＯ１２による公称発振周波数との誤差をΔＦＯＳＣとすると、
ＦＩＦ＋ΔＦＩＦ＝ＦＲＦ＋ΔＦＤ−ＦＬＯ＝ＦＲＦ＋ΔＦＤ−Ｎ×（ＦＯＳＣ＋ΔＦＯＳＣ）
となる。したがって、ＧＰＳ受信機１０においては、同期捕捉部２４が検出するＩＦキャリア周波数は、
ＦＩＦ＋ΔＦＩＦ、ΔＦＩＦ＝ΔＦＤ−Ｎ×ΔＦＯＳＣ
となる。ここで重要なことは、同期捕捉部２４が検出することができるものはΔＦＩＦのみであり、ΔＦＤ，ΔＦＯＳＣは最初の同期捕捉の段階では未知であるということである。
【００９６】
ここで、ＴＣＸＯ１２によって拡散符号の１周期長である１ミリ秒を公称発振周波数でタイマがカウントした場合には、誤差ΔＦＯＳＣがあるために、実際には、１ミリ秒×ＦＯＳＣ／（ＦＯＳＣ＋ΔＦＯＳＣ）≒（１−ΔＦＯＳＣ／ＦＯＳＣ）ミリ秒となる。一方、受信信号における拡散符号の１周期長さは、ドップラシフト量ΔＦＤにより、１ミリ秒×ＦＲＦ／（ＦＲＦ＋ΔＦＤ）≒（１−ΔＦＤ／ＦＲＦ）ミリ秒となる。したがって、受信信号における拡散符号の１周期長とＴＣＸＯ１２による公称発振周波数でカウントした１ミリ秒との比は、
（１−ΔＦＤ／ＦＲＦ）／（１−ΔＦＯＳＣ／ＦＯＳＣ）≒１−ΔＦＤ／ＦＲＦ＋ΔＦＯＳＣ／ＦＯＳＣ
となる。さらに、この式における右辺は、変形すると、
１−ΔＦＩＦ／ＦＲＦ＋（ΔＦＯＳＣ／ＦＯＳＣ）×（ＦＩＦ／（Ｎ×ＦＯＳ Ｃ））≒１−ΔＦＩＦ／ＦＲＦ
となる。このように、ＧＰＳ受信機１０においては、同期捕捉部２４にとって未知のパラメータであるΔＦＤ，ΔＦＯＳＣを含まない形でかなり良好な近似をすることができる。
【００９７】
この結果により、ＧＰＳ受信機１０においては、同期捕捉部２４がＩＦ信号をメモリに取り込んだ時点から同期捕捉処理を行い、検出した拡散符号の位相ｈが同期保持部２５に供給されるまでの時間にＴ秒要した場合には、このＴ秒の間に同期捕捉部２４が検出した拡散符号の位相から−Ｔ×ΔＦＩＦ／ＦＲＦだけずれることになる。したがって、同期保持部２５は、図７に示したように、同期捕捉部２４から供給された拡散符号の位相ｈに補正値Δｈ＝−Ｔ×ΔＦＩＦ／ＦＲＦを加えたｈ＋ΔｈによってＤＬＬ１０２によって発生する拡散符号の開始タイミングを合わせることにより、同期捕捉処理時間に生じた拡散符号の位相のずれを補正することができ、これによってほぼ１チップ程度の範囲内において相関を検出することができ、極めて短時間に同期を確立することができる。ＧＰＳ受信機１０においては、補正値を例えばＣＰＵ２６によって算出し、その算出結果を同期保持部２５に供給し、同期保持部２５によって位相を補正した後に、同期捕捉部２４による同期捕捉処理を開始すればよい。
【００９８】
このような拡散符号の位相を補正する手法において必要となる情報は、同期捕捉部２４が検出したＩＦキャリア周波数のみであり、ＧＰＳ受信機１０においては、ＴＣＸＯ１２の発振周波数ＦＯＳＣの誤差もドップラシフト量も、情報として不要である。また、ＧＰＳ受信機１０においては、ＩＦキャリア周波数に依存せず、ＦＩＦ＝ＦＲＯ−ＦＬＯとなるように局部発振周波数ＦＬＯを設定する場合であっても、ΔＦＩＦの符号を変更するのみで済む。
【００９９】
さて、以下では、以上のような同期捕捉部２４の具体的な構成について説明する。
【０１００】
ＧＰＳ衛星からの信号は、キャリアを除くと、データの伝送速度が５０ｂｐｓである航法メッセージを、上述したように、チップレートが１．０２３ＭＨｚ、周期が１０２３の拡散符号で拡散された信号である。１ビットの航法メッセージは、その時間長が２０ミリ秒であり、１ミリ秒周期の拡散符号が２０周期分含まれているものである。このようなＧＰＳ衛星からの信号は、信号成分に比べてノイズ成分の方がはるかに大きいものであるが、多周期にわたってＧＰＳ受信機１０の内部で発生させる拡散符号との相関検出処理を同期捕捉部２４によって行うことにより、受信感度を向上させることができる。これは、ノイズ成分を生じる主な原因である熱雑音がランダムな非周期信号であるのに対して、ＧＰＳ衛星からの信号は周期信号であることを利用するものである。
【０１０１】
ＧＰＳ衛星からの信号は、部分的には周期信号ではあるが航法メッセージが含まれる。そのため、ＧＰＳ受信機においては、未知であるところの航法メッセージの成分が除去できない以上は、多周期にわたって拡散符号との相関をとったとしても、航法メッセージの正負の信号が相殺しあう場合には、ピークで現される相関を検出することができない。
【０１０２】
これを回避するために、拡散符号の１周期毎の相関の絶対値和又は２乗和を多周期にわたって加算していく手法がある。ＧＰＳ受信機においては、この手法を用いることにより、航法メッセージに依存することはなくなるが、Ｃ／Ｎ（Carrier to Noise ratio）が小さいほど、２乗操作による損失が大きく、受信感度の改善度は低くなる。これを解決する手法としては、本件出願人が先に出願している特願２００１−１９０６５８号に記載したものがある。この手法は、同じく本件出願人が先に出願している特願２００２−３２５０１号に記載した上述した同期捕捉部２４に適用することができ、また、本件出願人が先に出願している特願２００２−３５６９９号に記載した上述した同期保持部２５にも適用することができる。
【０１０３】
ＧＰＳ受信機１０においては、上述したように、先に図２に示したＦＦＴを利用したディジタルマッチドフィルタ５０を同期捕捉部２４に適用し、このディジタルマッチドフィルタ５０によって多周期にわたって当該ＧＰＳ受信機１０の内部で発生させる拡散符号との相関検出処理を行う。この手法としては、処理を行う周期長分のＩＦ信号をメモリに記憶する方式のものがあるが、ＧＰＳ受信機１０においては、基本的にはこの方式を採用する。
【０１０４】
同期捕捉部２４は、上述したように、ディジタルマッチドフィルタ５０を先に図３に示したＤＳＰ７４又はＣＰＵによって実行されるソフトウェアとして実装することによって構成される。
【０１０５】
サンプラ７１は、上述したＴＣＸＯ１２によって生成される発振信号Ｄ２に基づく所定のサンプリング周波数で入力されたＩＦ信号をサンプリングする。このとき、サンプラ７１は、ＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ、又は上述したメインのＣＰＵ２６によるサンプリング開始の命令に応じて、ＩＦ信号のサンプリングを開始する。このサンプラ７１によってサンプリングされたＩＦ信号は、ＲＡＭ７２に書き込まれてバッファリングされる。
【０１０６】
ＲＡＭ７２は、サンプラ７１によってサンプリングされて書き込まれた一定時間長のＩＦ信号を記憶する。なお、同期捕捉部２４においては、このＲＡＭ７２の容量の削減を図るものである。このＲＡＭ７２に記憶されたＩＦ信号は、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって読み出され、拡散符号との相関検出処理に用いられる。
【０１０７】
ＲＡＭ／ＲＯＭ７３は、各種情報を記憶するものである。ＲＡＭ／ＲＯＭ７３のうち、ＲＡＭは、検出された相関値を記憶するエリア及びＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵのワークエリアとして用いられる。また、ＲＡＭ／ＲＯＭ７３のうち、ＲＯＭは、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって実行されるプログラムエリア及び必要なデータを記憶するエリアとして用いられる。なお、ＲＡＭ／ＲＯＭ７３のうちのＲＡＭは、ＲＡＭ７２と物理的に共用してもよく、同図においては、論理的に異なる記憶素子として図示しているにすぎないものである。
【０１０８】
ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵは、ＣＰＵ２６によって指示されたＧＰＳ衛星に対応する拡散符号を発生させ、ディジタルマッチドフィルタ５０と等価な演算を行うことによってＲＡＭ７２に記憶しているＩＦ信号に対する拡散符号の各位相についての相関値を検出する。ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵは、検出した相関値をＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶させる。
【０１０９】
このような同期捕捉部２４を備えるＧＰＳ受信機１０においては、ＲＡＭ７２の容量を大きくし、例えば、数百ミリ秒以上のＩＦ信号を記憶可能な構成とした場合には、同期捕捉時における受信感度を極めて向上させることができるが、ここでは、ＲＡＭ７２の容量の削減を図る。
【０１１０】
例えば、ＧＰＳ受信機１０においては、ＦＦＴ処理を行いやすく、且つ、１回の相関検出処理によってある程度受信感度を得ることができる１６ミリ秒分を相関検出処理の単位とし、ＲＡＭ７２の容量を、この１６ミリ秒分のＩＦ信号からなるデータを記憶することができる容量とする。この場合、ＧＰＳ受信機１０においては、周波数変換部２３におけるＡ／Ｄ２２の分解能を１ビットとし、サンプラ７１によるサンプリング周波数を４．０９６ＭＨｚとすると、ＲＡＭ７２の容量は、８．１９２バイトとなる。また、ＧＰＳ受信機１０においては、拡散符号の周期を相関検出処理の単位としてもよく、この場合には、ＲＡＭ７２の容量として、最小で１ミリ秒分である５１２バイトまで削減することができる。しかしながら、ＧＰＳ受信機１０においては、このような短いデータのみを用いた相関検出処理によって得られる受信感度は不十分である場合がある。
【０１１１】
そこで、ＧＰＳ受信機１０においては、"ｎ"を拡散符号の位相とした場合に、小容量のＲＡＭ７２に記憶されたデータに対する相関検出処理によって得られた相関値ｆ（ｎ）を、ＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶されている初期値が"０"とされる累積相関値Ｆ（ｎ）に加算し、その後、サンプラ７１によって新たにサンプリングを行い、ＲＡＭ７２に記憶させるデータを更新する。そして、ＧＰＳ受信機１０においては、更新したデータに対して再度相関検出処理を行い、得られた相関値ｆ（ｎ）を、ＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶されている累積相関値Ｆ（ｎ）＝０に加算する。さらに、ＧＰＳ受信機１０においては、サンプラ７１によって再度サンプリングを行い、ＲＡＭ７２を入力されたＩＦ信号を記憶するバッファとして用いながら、同様に相関検出処理を行って得られた相関値ｆ（ｎ）を、ＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶されている累積相関値Ｆ（ｎ）に加算する。ＧＰＳ受信機１０においては、このような処理を、例えば合計で数百ミリ秒以上まで所定の回数だけ繰り返す。
【０１１２】
具体的には、ＧＰＳ受信機１０においては、同期捕捉部２４によって図８に示す一連の処理を行うことにより、相関検出処理を行う。
【０１１３】
まず、ＧＰＳ受信機１０は、同図に示すように、ステップＳ１において、ＣＰＵ２６により、相関検出処理の最大繰り返し回数を示すサンプリング回数Ｍ、発生させる拡散符号を特定するためのＧＰＳ衛星の衛星番号、及びドップラシフト量等を設定する。
【０１１４】
続いて、ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ２において、ＣＰＵ２６により、ＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶する相関値Ｆ（ｎ）の初期値として"０"を設定するとともに、繰り返し回数ｍの初期値として"０"を設定する。
【０１１５】
続いて、ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ３において、同期捕捉部２４におけるサンプラ７１によってＩＦ信号のサンプリングを行い、サンプリングして得られたデータをＲＡＭ７２に記憶させる。
【０１１６】
続いて、ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ４において、ＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６の制御のもとに、ＲＡＭ７２に記憶したデータをＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるワークエリアとしてのＲＡＭの一部に転送する。
【０１１７】
そして、ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ５において、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによってＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶されたデータに対する相関検出処理を行い、相関値ｆ（ｎ）を算出する。
【０１１８】
続いて、ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ６において、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵにより、相関値ｆ（ｎ）を、ＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶されている累積相関値Ｆ（ｎ）に加算し、これを新たな累積相関値Ｆ（ｎ）としてＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶させる。
【０１１９】
続いて、ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ７において、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって繰り返し回数ｍを"１"だけインクリメントし、ステップＳ８において、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵにより、新たな繰り返し回数ｍがステップＳ１にて設定したサンプリング回数Ｍよりも少ないか否かを判定する。
【０１２０】
ここで、新たな繰り返し回数ｍがステップＳ１にて設定したサンプリング回数Ｍよりも少ないものと判定した場合には、ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ３からの処理を繰り返す。一方、新たな繰り返し回数ｍがステップＳ１にて設定したサンプリング回数Ｍに達したものと判定した場合には、ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ９へと処理を移行する。
【０１２１】
ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ９において、ＲＡＭ／ＲＯＭ７３に記憶されている累積相関値Ｆ（ｎ）を最終的に出力すべき相関値、すなわち、拡散符号の位相ｎｐとして検出し、次の相関検出処理へと移行する。
【０１２２】
ＧＰＳ受信機１０は、このような一連の処理を経ることにより、拡散符号の位相ｎｐを検出することができる。ＧＰＳ受信機１０は、このように相関検出処理を繰り返し行い、相関値ｆ（ｎ）を累積加算することにより、小容量のＲＡＭ７２を用いながらも大容量のメモリを用いた場合と同様の効果を得ることができる。例えば、ＧＰＳ受信機１０においては、１回の相関検出処理を行った時点では、図９（Ａ）に示すように、拡散符号の位相ｎｐを示す累積相関値Ｆ（ｎ）の関数は、Ｓ／Ｎが極めて低い状態であるのに対して、所定の繰り返し回数ｍだけ相関検出処理を繰り返して求めた累積相関値Ｆ（ｎ）の関数は、相関値ｆ（ｎ）を累積加算していくことにより、同図（Ｂ）に示すように、Ｓ／Ｎが向上したものとなる。そして、ＧＰＳ受信機１０においては、同図（Ｃ）に示すように、最終的に得られる累積相関値Ｆ（ｎ）の関数は、Ｓ／Ｎが極めて高いものとなり、弱い信号の場合であっても拡散符号の位相ｎｐを容易に検出することが可能となる。
【０１２３】
このように、ＧＰＳ受信機１０においては、相関検出処理を複数回行い、得られた相関値ｆ（ｎ）を累積加算していくことにより、ＲＡＭ７２の容量を大きくすることなく、同期捕捉時の受信感度を向上させることができる。
【０１２４】
ところで、ＧＰＳ受信機１０においては、先に図８に示した一連の相関検出処理を行う際に、サンプラ７１によってサンプリングを開始するタイミングを任意に行った場合には、サンプリングされるデータについての拡散符号の位相が毎回異なることになる。そのため、相関のピーク位置は、毎回異なるものとなることから、相関値ｆ（ｎ）を累積加算する効果が生じないおそれがある。
【０１２５】
そこで、ＧＰＳ受信機１０においては、所定のタイミング信号生成手段によって拡散符号と略一致する時間間隔のタイミング信号を生成し、このタイミング信号に同期してサンプラ７１によるサンプリング開始のタイミングを合わせる。これにより、相関のピークは、毎回ほぼ同じ位置に存在することになり、相関値ｆ（ｎ）の累積加算によってＳ／Ｎを向上させることができる。
【０１２６】
ここで、ＧＰＳ衛星からの信号における拡散符号であるＣ／Ａコードは、ＧＰＳ衛星の内部では正確に１ミリ秒の周期で発生されるが、ＧＰＳ受信機１０に到達した段階では、ＧＰＳ衛星と受信側との相対速度の変化によって生じる約３ｐｐｍ程度のドップラシフト量が加わったものとなる。ＧＰＳ受信機１０においては、一般に、ＴＣＸＯ１２の発振周波数ＦＯＳＣの誤差は約３ｐｐｍであり、ＴＣＸＯ１２によって１ミリ秒の周期信号を生成するものとすると、生成した周期信号と受信した信号におけるＣ／Ａコードの周期とは最大で約６ｐｐｍ程度ずれることになり、すなわち、チップレートが１秒につき１．０２３ＭＨｚ、符号長が１０２３のＣ／Ａコードが最大で６符号長分だけずれることになる。しかしながら、仰角の高いＧＰＳ衛星はドップラシフト量が小さく、また、ＴＣＸＯ１２の発振周波数ＦＯＳＣは受信を重ねるうちにある程度誤差が補正できることから、このずれは、実際には６ｐｐｍよりも小さくなる。したがって、ＧＰＳ受信機１０においては、例えばＴＣＸＯ１２等に基づいて容易に生成することができる１ミリ秒周期のタイミング信号に同期してサンプラ７１によるサンプリングを開始するようにするのみでも十分な効果を得ることができる。
【０１２７】
なお、ＧＰＳ受信機１０においては、１ミリ秒周期のタイミング信号を生成する手法として、例えばＴＣＸＯ１２によって生成される発振信号Ｄ２を分周し、１ミリ秒周期の分周器出力をタイミング信号として出力することによってハードウェア上でサンプラ７１のサンプリングを制御する手法、又はＴＣＸＯ１２によって生成される発振信号Ｄ２を入力とするタイマによって時間情報を取得し、この時間情報に基づいてタイミング信号を出力することによってソフトウェア上でサンプラ７１のサンプリングを制御する手法が考えられる。
【０１２８】
また、ＧＰＳ受信機１０においては、毎回のサンプリングにおける拡散符号の位相を一致させるために、拡散符号と略一致する時間間隔のタイミング信号を生成して制御するのではなく、サンプリング開始のタイミング情報を所定の書き込み手段によってタイミング記憶用のレジスタ等に記憶させ、そのレジスタ値を相関検出処理にてＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって参照するようにしてもよい。すなわち、ＧＰＳ受信機１０においては、このタイミングをＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって参照することにより、最初のサンプリングのタイミングに対して拡散符号の周期がずれた量を把握することができる。そのため、ＧＰＳ受信機１０においては、先に図８に示したステップＳ６において、把握したずれの分を巡回シフトして、検出した相関値ｆ（ｎ）を前回の累積相関値Ｆ（ｎ）に加算していくようにしてもよい。
【０１２９】
以上、ＲＡＭ７２を入力したＩＦ信号を記憶するバッファとして用い、サンプラ７１によるサンプリング処理、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによる相関検出処理及び相関値ｆ（ｎ）の累積加算処理を繰り返し行うことによって受信感度を向上させる手法について説明したが、ＧＰＳ受信機１０においては、サンプリング処理と相関検出処理とは並列的に行うことができる。
【０１３０】
具体的には、ＧＰＳ受信機１０においては、例えば１回のサンプリング時間長よりも相関検出処理に要する時間が短い場合には、図１０に示すように、サンプラ７１によるサンプリング終了直後にＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６による要求に応じて、ＲＡＭ７２に記憶されているデータをＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるワークエリアとしてのＲＡＭの一部に転送する。なお、ＧＰＳ受信機１０においては、データの転送期間内では、サンプラ７１は待機状態とされる。
【０１３１】
続いて、ＧＰＳ受信機１０においては、データの転送終了後、ＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６によって即座にサンプラ７１に対してサンプリング開始の命令を与える。なお、ＧＰＳ受信機１０においては、上述したタイミング信号に同期してサンプラ７１によってサンプリング処理を開始する場合には、ＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６によって最初のサンプリング開始の命令が与えられた後、タイミング信号を生成し、サンプラ７１によってサンプリング処理を開始する。
【０１３２】
また、ＧＰＳ受信機１０においては、ＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６によってサンプリング開始の命令を与えると、ＲＡＭ７２から転送されてＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶されているデータに対する相関検出処理をＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって行う。ＧＰＳ受信機１０においては、サンプラ７１によるサンプリング処理が行われている間に相関検出処理が終了することから、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵは相関検出処理を終了すると待機状態とされる。
【０１３３】
そして、ＧＰＳ受信機１０においては、サンプラ７１によるサンプリング処理が終了すると、即座にＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６による要求に応じて、ＲＡＭ７２に記憶されているデータをＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるワークエリアとしてのＲＡＭの一部に転送し、同様の動作を繰り返し行う。
【０１３４】
ＧＰＳ受信機１０においては、１回のサンプリング時間長よりも相関検出処理に要する時間が短い場合には、このようなサンプリング処理と相関検出処理との並列的動作を繰り返し行うことにより、略リアルタイムの相関検出処理を行うことができ、全体の処理時間を短縮することができる。
【０１３５】
一方、ＧＰＳ受信機１０においては、１回のサンプリング時間長よりも相関検出処理に要する時間が長い場合であっても、サンプリング処理と相関検出処理とを並列的に行うことによって処理時間の短縮化を図ることができる。
【０１３６】
すなわち、ＧＰＳ受信機１０においては、図１１に示すように、サンプラ７１によるサンプリング終了直後にＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６による要求に応じて、ＲＡＭ７２に記憶されているデータをＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるワークエリアとしてのＲＡＭの一部に転送する。なお、ＧＰＳ受信機１０においては、データの転送期間内では、サンプラ７１は待機状態とされる。
【０１３７】
続いて、ＧＰＳ受信機１０においては、データの転送終了後、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって所定のタイマを動作開始させた後、ＲＡＭ７２から転送されてＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶されているデータに対する相関検出処理をＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって開始する。また、ＧＰＳ受信機１０においては、タイマによって時間を計測し、例えば相関検出処理に要する時間とサンプリング時間長との差分時間が経過した後、タイマからＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵに対して割り込みをかける。ＧＰＳ受信機１０においては、タイマからの割り込みを検出すると、ＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６によって即座にサンプラ７１に対してサンプリング開始の命令を与える。なお、ＧＰＳ受信機１０においては、上述したタイミング信号に同期してサンプラ７１によってサンプリング処理を開始する場合には、ＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６によって最初のサンプリング開始の命令が与えられた後、タイミング信号を生成し、サンプラ７１によってサンプリング処理を開始する。
【０１３８】
ここで、ＧＰＳ受信機１０においては、相関検出処理に要する時間とサンプリング時間長との差分時間が経過した後、タイマによって割り込みをかける場合には、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによる相関検出処理とサンプラ７１によるサンプリング処理とが同じ時間に終了することになる。ＧＰＳ受信機１０においては、ＤＳＰ７４又はこれに代わる相関検出処理が終了すると、即座にＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６による要求に応じて、ＲＡＭ７２に記憶されているデータをＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるワークエリアとしてのＲＡＭの一部に転送し、同様の動作を繰り返し行う。
【０１３９】
ＧＰＳ受信機１０においては、１回のサンプリング時間長よりも相関検出処理に要する時間が長い場合には、このようなサンプリング処理と相関検出処理との並列的動作を繰り返し行うことにより、相関検出処理の終了後、即座に次のサンプリングしたデータの相関検出処理へと移行することができることから、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵのアイドル時間をなくすことができ、全体の処理時間を短縮することができる。
【０１４０】
ところで、ＧＰＳ受信機１０においては、ドップラシフトの影響によって拡散符号の周期にずれが生じるが、上述したように、１ミリ秒周期のタイミング信号を生成して、このタイミング信号に同期してサンプラ７１によるサンプリングを開始することによって十分な効果を得ることができる。しかしながら、ＧＰＳ受信機１０においては、受信するＧＰＳ衛星の数を増やすために、通常では位置算出に用いることが少ないドップラシフト量が大きい低仰角のＧＰＳ衛星を利用したり、受信感度を向上させるために、相関検出処理の時間を例えば１秒程度まで長くしたりした場合には、ドップラシフトの影響によってＣ／Ａコードが最大で３符号長分だけずれることになり、これにＴＣＸＯ１２の発振周波数ＦＯＳＣの誤差を含めると、上述したように、Ｃ／Ａコードが最大で６符号長分だけずれることになる。
【０１４１】
ただし、ドップラシフトによるＣ／Ａコードの周期の変化量は、ＧＰＳ衛星の軌道情報とＧＰＳ受信機１０のおおよその位置とがわかっている場合には、ほぼ正確な値で算出することができる。
【０１４２】
したがって、ＧＰＳ受信機１０においては、例えばＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによってＧＰＳ衛星の軌道情報と当該ＧＰＳ受信機１０のおおよその位置とに基づいて、ドップラシフトによる拡散符号の周期を算出し、算出した周期に基づいて、拡散符号の周期とサンプラ７１によるサンプリングタイミングとのずれを補正しながら相関値を累積加算する。例えば、ＧＰＳ受信機１０においては、ドップラシフトによるずれが＋２ｐｐｍと算出された場合には、１秒で＋約２符号長、１２５ミリ秒で約＋１／４符号長だけずれることになることから、サンプラ７１によるサンプリング周波数が４．０９６ＭＨｚである場合には、相関値の加算を行う際に、１２５ミリ秒毎に１つシフトして加算する、すなわち、１２５ミリ秒毎にほぼ１／４符号長だけシフトして加算する。これにより、ＧＰＳ受信機１０においては、ドップラシフトによって相関のピーク位置がずれていくことによる影響を抑制することができる。
【０１４３】
なお、ＧＰＳ受信機１０においては、ＧＰＳ衛星の軌道情報と当該ＧＰＳ受信機１０のおおよその位置とがわからず、したがってドップラシフト量もわかっていない場合であっても、先に図７に示したように、同期保持部２５によって拡散符号の位相ｈをｈ＋Δｈ（Δｈ＝−Ｔ×ΔＦＩＦ／ＦＲＦ）のように補正するのと同様に、相関のピーク位置がずれていくことによる影響を抑制することが可能である。すなわち、この補正式ｈ＋Δｈ（Δｈ＝−Ｔ×ΔＦＩＦ／ＦＲＦ）において、"Ｔ"を最初のサンプリング開始点からの経過時間とし、"ΔＦＩＦ"を相関検出に際して設定するＩＦキャリア周波数と中間周波数ＦＩＦとからのシフト量とすれば、Δｈ＝−Ｔ×ΔＦＩＦ／ＦＲＦが最初のサンプリング開始点からの相関のピーク位置のずれを表すものとなる。したがって、ＧＰＳ受信機１０においては、サンプリングを行う毎に、経過時間からΔｈを算出し、図８中ステップＳ６において、相関値ｆ（ｎ）を累積相関値Ｆ（ｎ）に加算する際に、相関値ｆ（ｎ）をΔｈだけずらして累積相関値Ｆ（ｎ）に加算する。これにより、ＧＰＳ受信機１０においては、ＧＰＳ衛星の軌道情報と当該ＧＰＳ受信機１０のおおよその位置とがわからず、したがってドップラシフト量もわかっていない場合であっても、相関のピーク位置がずれていくことによる影響を抑制することができる。なお、この補正方法は、ＧＰＳ衛星の軌道情報と当該ＧＰＳ受信機１０のおおよその位置とがわかっている場合にも有効である。
【０１４４】
以上説明したように、ＧＰＳ受信機１０は、同期捕捉部２４によって拡散符号の位相を探索するための相関値を検出する際に、ＩＦ信号を一度に大量に記憶することなく、少ないメモリで受信感度を向上させることができる。したがって、ＧＰＳ受信機１０は、メモリの容量を削減することができることから、集積回路化して構成することが容易となり、メモリの占める面積が削減されることから、小型化及び低コスト化を図ることができる。
【０１４５】
また、ＧＰＳ受信機１０は、メモリの容量は少ないながらも、繰り返し演算を行うことによって相関検出処理の時間長に制限がないことから、限界近傍まで高感度化を期待することができる。
【０１４６】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、ＧＰＳ受信機１０を用いて説明したが、本発明は、スペクトラム拡散信号を受信して復調する受信機であれば、いかなるものでも適用することができる。
【０１４７】
また、上述した実施の形態では、同期捕捉部２４として、ＦＦＴを利用したディジタルマッチドフィルタ５０を適用し、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって実行するものとして説明したが、本発明は、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵの代わりに、例えばいわゆるトランスバーサルフィルタからなるハードウェア相関器を適用してもよい。
【０１４８】
さらに、上述した実施の形態では、ＧＰＳ受信機１０を用いて説明したが、本発明は、衛星を利用した測位システム、すなわち、ＧＮＳＳシステムを適用した受信機の機能が組み込まれた電子機器であれば、いかなるものであっても適用することができる。ＧＮＳＳシステムとしては、米国における上述したＧＰＳシステムの他、旧ソ連邦におけるＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellites System）や、欧州を中心として開発が進められているＧＡＬＩＬＥＯ等があるが、本発明は、これら全てのＧＮＳＳシステムを適用することができるものである。
【０１４９】
このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【０１５０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかる相関検出装置は、入力されたスペクトラム拡散信号における拡散符号の位相を検出するために、拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する相関検出装置であって、入力されたスペクトラム拡散信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング手段によってサンプリングされた一定時間長のデータを記憶する第１の記憶手段と、この第１の記憶手段に記憶されたデータと自己が発生した拡散符号との相関値を算出する相関検出処理を行い、検出した相関値を、前回の相関検出処理によって得られた相関値に累積加算する相関検出処理手段と、この相関検出処理手段によって得られた累積相関値を記憶する第２の記憶手段と、サンプリング手段によって再度スペクトラム拡散信号をサンプリングさせて得られたデータを第１の記憶手段に記憶させることによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新させ、更新したデータに対して相関検出処理手段によって相関検出処理を行わせ、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶させる動作を所定の回数だけ繰り返し行わせる制御手段とを備える。
【０１５１】
そのため、本発明にかかる相関検出装置は、制御手段による制御のもとに、サンプリング手段によって再度スペクトラム拡散信号をサンプリングして得られたデータを第１の記憶手段に記憶することによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理手段によって相関検出処理を行い、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行うことにより、スペクトラム拡散信号を第１の記憶手段に一度に大量に記憶することなく、少ない容量で受信感度を向上させることができる。したがって、本発明にかかる相関検出装置は、第１の記憶手段の容量を削減することができることから、第１の記憶手段の占める面積を削減することができ、小型化及び低コスト化を図ることができる。
【０１５２】
また、本発明にかかる相関検出方法は、入力されたスペクトラム拡散信号における拡散符号の位相を検出するために、拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する相関検出方法であって、入力されたスペクトラム拡散信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングする工程と、このスペクトラム拡散信号をサンプリングする工程にてサンプリングされた一定時間長のデータを第１の記憶手段に記憶する工程と、第１の記憶手段に記憶されたデータと自己が発生した拡散符号との相関値を算出する相関検出処理を行い、検出した相関値を、前回の相関検出処理によって得られた相関値に累積加算する工程と、この相関値を累積加算する工程にて得られた累積相関値を第２の記憶手段に記憶する工程とを備え、再度スペクトラム拡散信号をサンプリングさせて得られたデータを第１の記憶手段に記憶することによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理を行い、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行う。
【０１５３】
そのため、本発明にかかる相関検出方法は、再度スペクトラム拡散信号をサンプリングして得られたデータを第１の記憶手段に記憶することによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理を行い、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行うことにより、スペクトラム拡散信号を第１の記憶手段に一度に大量に記憶することなく、少ない容量で受信感度を向上させることが可能となる。したがって、本発明にかかる相関検出方法は、第１の記憶手段の容量を削減することによって第１の記憶手段の占める面積を削減することが可能となり、小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。
【０１５４】
さらに、本発明にかかる受信装置は、衛星からの信号を受信して自己の位置及び速度を算出する受信装置であって、衛星からの信号を受信する受信手段と、この受信手段によって受信した受信信号の周波数を所定の中間周波数に変換する周波数変換手段と、この周波数変換手段によって得られた中間周波数信号における拡散符号の位相を検出する同期捕捉と中間周波数信号におけるキャリア周波数の検出とを行う同期捕捉手段と、この同期捕捉手段によって検出された拡散符号の位相及び同期捕捉手段によって検出されたキャリア周波数を、複数の衛星に対応して独立に設けられた複数のチャンネルのそれぞれに対して衛星毎に割り当てて設定し、設定した拡散符号の位相及びキャリア周波数を初期値として、拡散符号とキャリアとの同期保持を行うとともに、中間周波数信号に含まれるメッセージの復調を行う同期保持手段とを備え、スペクトラム拡散信号である中間周波数信号における拡散符号の位相を検出するために、拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する同期捕捉手段は、入力された中間周波数信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング手段によってサンプリングされた一定時間長のデータを記憶する第１の記憶手段と、この第１の記憶手段に記憶されたデータと自己が発生した拡散符号との相関値を算出する相関検出処理を行い、検出した相関値を、前回の相関検出処理によって得られた相関値に累積加算する相関検出処理手段と、この相関検出処理手段によって得られた累積相関値を記憶する第２の記憶手段と、サンプリング手段によって再度中間周波数信号をサンプリングさせて得られたデータを第１の記憶手段に記憶させることによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新させ、更新したデータに対して相関検出処理手段によって相関検出処理を行わせ、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶させる動作を所定の回数だけ繰り返し行わせる制御手段とを有する。
【０１５５】
そのため、本発明にかかる受信装置は、同期捕捉手段における制御手段による制御のもとに、サンプリング手段によって再度中間周波数信号をサンプリングして得られたデータを第１の記憶手段に記憶することによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理手段によって相関検出処理を行い、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行うことにより、中間周波数信号を第１の記憶手段に一度に大量に記憶することなく、少ない容量で受信感度を向上させることができる。したがって、本発明にかかる受信装置は、第１の記憶手段の容量を削減することができることから、第１の記憶手段の占める面積を削減することができ、小型化及び低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態として示すＧＰＳ受信機の構成を説明するブロック図である。
【図２】同ＧＰＳ受信機が備える同期捕捉部として適用することができるＦＦＴを利用したディジタルマッチドフィルタの構成を説明するブロック図である。
【図３】同ＧＰＳ受信機が備える同期捕捉部として図２に示すディジタルマッチドフィルタを適用した場合における実際の実装例を説明するブロック図である。
【図４】同ＧＰＳ受信機が備える同期保持部の構成を説明するブロック図である。
【図５】同ＧＰＳ受信機が備える同期保持部が有するチャンネル回路の構成を説明するブロック図である。
【図６】同ＧＰＳ受信機が備える同期保持部における拡散符号の位相合わせについて説明するための図である。
【図７】同ＧＰＳ受信機が備える同期保持部における拡散符号の位相補正について説明するための図である。
【図８】同ＧＰＳ受信機が備える同期捕捉部における相関検出処理を行う際の一連の処理を説明するフローチャートである。
【図９】同ＧＰＳ受信機が備える同期捕捉部によって検出した相関値の時間変化を示す出力波形の例を説明する図であって、（Ａ）は、１回の相関検出処理を行った場合の出力波形の例を示し、（Ｂ）は、所定の繰り返し回数だけ相関検出処理を繰り返し行った場合の出力波形の例を示し、（Ｃ）は、最終的に得られる出力波形の例を示す図である。
【図１０】同ＧＰＳ受信機が備える同期捕捉部によってサンプリング処理と相関検出処理とを並列的に行う様子を説明する図であって、サンプリング時間長よりも相関検出処理に要する時間が短い場合における処理の内容を説明する図である。
【図１１】同ＧＰＳ受信機が備える同期捕捉部によってサンプリング処理と相関検出処理とを並列的に行う様子を説明する図であって、サンプリング時間長よりも相関検出処理に要する時間が長い場合における処理の内容を説明する図である。
【図１２】ＧＰＳ衛星からの信号の構成を説明する図である。
【図１３】従来の拡散符号及びキャリアの同期処理を説明するための図であって、周波数サーチを説明するための図である。
【図１４】ディジタルマッチドフィルタを用いて検出した相関値の時間変化を示す出力波形の例を説明する図である。
【符号の説明】
１０ ＧＰＳ受信機、 １１ ＸＯ、 １２ ＴＣＸＯ、 １３ 逓倍／分周器、 １４ アンテナ、 １５ ＬＮＡ、 １６ ＢＰＦ、 １７，２０ 増幅器、 １８ 周波数シンセサイザ、 １９ ミキサ、 ２１，１０７，１０８，１１７，１１８，１２２，１２３ ＬＰＦ、 ２２ Ａ／Ｄ、 ２３ 周波数変換部、 ２４ 同期捕捉部、 ２５ 同期保持部、 ２６ ＣＰＵ、 ２７ ＲＴＣ、 ２８ タイマ、 ２９，５２，５４，５７ メモリ、 ３０ 復調回路、 ５０ ディジタルマッチドフィルタ、 ５１，７１ サンプラ、 ５３，５６ ＦＦＴ処理部、 ５５，１２８ 拡散符号発生器、 ５８，１０３，１０５，１０６，１１３，１１４，１１５，１１６，１２０，１２１ 乗算器、 ５９ＩＦＦＴ処理部、 ６０ ピーク検出器、 ７２ ＲＡＭ、 ７３ ＲＡＭ／ＲＯＭ、 ７４ ＤＳＰ、 ８１，８１１，８１２，・・・，８１Ｎ チャンネル回路、 ８２ コントロール・レジスタ、 １０１ コスタスループ、 １０２ ＤＬＬ、 １０４，１２７ ＮＣＯ、 １０９，１２６ ループフィルタ、１１０，１２５ 位相検出器、 １１１ ２値化回路、 １１２，１１９，１２４ ２乗和算出回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、スペクトラム拡散信号を復調する際に、スペクトラム拡散信号における拡散符号の位相を検出するために、拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する相関検出装置及び相関検出方法、並びにこれらの相関検出装置及び相関検出方法を適用した受信装置であっていわゆるＧＮＳＳ（Global Navigation Satellites System）における衛星からの信号を受信して自己の位置及び速度を算出する受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、人工衛星を利用して地上における移動体の位置を測定するＧＮＳＳシステムが普及しつつある。このＧＮＳＳシステムとしては、例えば全地球測位システム（Global Positioning System；以下、ＧＰＳという。）がある。このＧＰＳシステムにおいて、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳ受信機は、少なくとも４個以上のＧＰＳ衛星からの信号を受信して、その受信信号に基づいて当該ＧＰＳ受信機の位置を算出し、ユーザに報知することが基本機能である。
【０００３】
すなわち、ＧＰＳ受信機は、各ＧＰＳ衛星からの信号を復調して各ＧＰＳ衛星の軌道情報を取得し、各ＧＰＳ衛星の軌道及び時間情報と受信信号の遅延時間とに基づいて、当該ＧＰＳ受信機の３次元位置を連立方程式によって導出するものである。なお、ＧＰＳシステムにおいて、受信信号を得るＧＰＳ衛星が少なくとも４個必要となるのは、ＧＰＳ受信機が備える時計による内部時間とＧＰＳ衛星が備える原子時計による時間との間に誤差があり、その誤差の影響を除去した３次元位置と正確な時刻との４つの未知パラメータを算出するためには、少なくとも４個のＧＰＳ衛星からの擬似距離が必要となることによる。
【０００４】
ＧＰＳシステムにおいては、民生用のＧＰＳ受信機を用いる場合には、ＧＰＳ衛星（Navstar）からのＬ１帯、Ｃ／Ａ（Clear and Acquisition）コードと呼ばれるスペクトラム拡散信号電波を受信して、測位演算を行う。
【０００５】
このＬ１帯、Ｃ／Ａコードと呼ばれる送信信号は、送信信号速度、すなわち、チップレートが１．０２３ＭＨｚであり、例えばいわゆるＧｏｌｄ符号等の符号長が１０２３の擬似ランダムノイズ（Pseudo-random Noise；ＰＮ）系列の拡散符号で、５０ｂｐｓのデータを直接拡散した信号により、周波数が１５７５．４２ＭＨｚの搬送波（以下、キャリアという。）に対して２相位相変調方式（Binary Phase Shift Keying；以下、ＢＰＳＫ変調方式という。）に基づく変調を施した信号である。この場合、符号長が１０２３であることから、Ｃ／Ａコードは、図１２中１段目に示すように、拡散符号が１０２３チップを１周期として、すなわち、１周期＝１ミリ秒（msec）として、繰り返すものとなる。
【０００６】
このＣ／Ａコードの拡散符号は、ＧＰＳ衛星毎に異なっているが、どのＧＰＳ衛星が、どの拡散符号を用いるかは、予めＧＰＳ受信機によって検知できるようになされている。また、ＧＰＳ受信機は、後述する航法メッセージにより、どのＧＰＳ衛星からの信号をその地点及びその時点で受信することができるかが把握できるようになされている。そのため、ＧＰＳ受信機は、例えば３次元測位であれば、その地点及びその時点で取得することができる少なくとも４個以上のＧＰＳ衛星からの電波を受信してスペクトラム逆拡散を施し、測位演算を行うことにより、自己の位置を算出する。
【０００７】
また、ＧＰＳ衛星からの信号データの１ビットは、同図中２段目に示すように、拡散符号の２０周期分、すなわち、２０ミリ秒単位として伝送される。すなわち、データの伝送速度は、上述したように、５０ｂｐｓである。さらに、拡散符号の１周期分の１０２３チップは、ビットが"１"であるときと"０"であるときとでは、反転したものとなる。
【０００８】
さらに、ＧＰＳ衛星からの信号は、同図中３段目に示すように、３０ビット、すなわち、６００ミリ秒で１ワードを形成する。さらにまた、ＧＰＳ衛星からの信号は、同図中４段目に示すように、１０ワード、すなわち、６秒で１サブフレームを形成する。そして、ＧＰＳ衛星からの信号には、同図中５段目に示すように、１サブフレームの先頭のワードに、データが更新されたときであっても常に規定のビットパターンとされるプリアンブルが挿入され、このプリアンブルに後続してデータが伝送されてくる。
【０００９】
さらにまた、ＧＰＳ衛星からの信号は、５サブフレーム、すなわち、３０秒で１フレームを形成する。そして、ＧＰＳ衛星からの信号においては、上述した航法メッセージが、この１フレームのデータ単位で伝送されてくる。
【００１０】
この１フレームのデータのうちの始めの３個のサブフレームは、エフェメリス（Ephemeris）情報と呼ばれるＧＰＳ衛星固有の情報である。このエフェメリス情報には、ＧＰＳ衛星の軌道を求めるためのパラメータと、ＧＰＳ衛星からの信号の送出時刻とが含まれる。
【００１１】
全てのＧＰＳ衛星は、原子時計を備えることによって共通の時刻情報を用いており、エフェメリス情報に含まれるＧＰＳ衛星からの信号の送出時刻は、原子時計の１秒単位とされている。また、ＧＰＳ衛星の拡散符号は、原子時計に同期したものとして生成される。
【００１２】
エフェメリス情報に含まれる軌道情報は、数時間毎に更新されるが、その更新が行われるまでは同一の情報となる。そのため、ＧＰＳ受信機は、エフェメリス情報に含まれる軌道情報をメモリに保持しておくことにより、数時間は同じ軌道情報を精度よく使用することができる。なお、ＧＰＳ衛星からの信号の送出時刻は、ＴＯＷ（Time Of Week）情報として６秒毎に更新される。
【００１３】
一方、１フレームのデータのうちの残りの２個のサブフレームの航法メッセージは、アルマナック（Almanac）情報と呼ばれる全てのＧＰＳ衛星から共通に送信される情報である。このアルマナック情報は、全情報を取得するために２５フレーム分必要となるものであり、各ＧＰＳ衛星のおおよその位置情報や、どのＧＰＳ衛星が使用可能であるのかを示す情報等から構成される。このアルマナック情報は、数日毎に更新されるが、その更新が行われるまでは同一の情報となる。そのため、ＧＰＳ受信機は、アルマナック情報をメモリに保持しておくことにより、数日は同じ情報を精度よく使用することができる。しかし、ＧＰＳ受信機は、精度は多少落ちるものの、数か月の間、同じアルマナック情報を使用することもできる。
【００１４】
ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信して上述したデータを得るために、まず、キャリアを除去した後、受信しようとするＧＰＳ衛星で用いられているＣ／Ａコードと同じ拡散符号を用いて、そのＧＰＳ衛星からの信号について、Ｃ／Ａコードの位相同期をとることによってＧＰＳ衛星からの信号を捕捉し、スペクトラム逆拡散を行う。ＧＰＳ受信機は、Ｃ／Ａコードとの位相同期をとってスペクトラム逆拡散を行うと、ビットが検出され、ＧＰＳ衛星からの信号に基づいて時刻情報等を含む航法メッセージを取得することが可能となる。
【００１５】
ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星からの信号の捕捉をＣ／Ａコードの位相同期探索によって行うが、この位相同期探索として、自己が発生する拡散符号とＧＰＳ衛星からの受信信号の拡散符号との相関を検出し、例えば、その相関検出結果の相関値が予め定められた値よりも大きい場合に、両者が同期しているものと判定する。そして、ＧＰＳ受信機は、同期がとれていないものと判定した場合には、何らかの同期手法を用いて、自己が発生する拡散符号の位相を制御し、受信信号の拡散符号と同期させるようにしている。
【００１６】
ところで、ＧＰＳ衛星からの信号は、上述したように、データを拡散符号で拡散した信号によってキャリアをＢＰＳＫ変調方式に基づいて変調した信号である。したがって、ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するには、拡散符号のみならず、キャリア及びデータの同期をとる必要があるが、拡散符号とキャリアの同期を独立に行うことはできない。
【００１７】
また、ＧＰＳ受信機は、通常、受信信号のキャリア周波数を数ＭＨｚ以内の中間周波数（Intermediate Frequency；以下、ＩＦという。）に変換することによって受信信号をＩＦ信号に変換し、このＩＦ信号で上述した同期検出処理を行う。このＩＦ信号におけるキャリア（以下、ＩＦキャリアという。）には、主に、ＧＰＳ衛星の移動速度に応じたドップラシフトによる周波数誤差分と、受信信号をＩＦ信号に変換する際にＧＰＳ受信機の内部で生成する局部発振器の周波数誤差分とが含まれる。
【００１８】
したがって、ＧＰＳ受信機においては、これらの周波数誤差要因によってＩＦキャリア周波数が未知であることから、その周波数のサーチが必要となる。また、拡散符号の１周期内での同期点（同期位相）は、ＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との位置関係に依存することに起因して未知であることから、ＧＰＳ受信機においては、上述したように、何らかの同期手法が必要となる。
【００１９】
従来のＧＰＳ受信機では、キャリアについての周波数サーチと、スライディング相関器による同期捕捉、ＤＬＬ（Delay Locked Loop）及びコスタスループによる同期保持とを組み合わせた同期手法を用いている。以下、この同期手法について説明する。
【００２０】
ＧＰＳ受信機の拡散符号の発生器を駆動するクロックは、当該ＧＰＳ受信機に用意されている基準周波数発振器を分周したものが一般に用いられる。この基準周波数発振器としては、高精度の水晶発振器が用いられ、ＧＰＳ受信機は、この基準周波数発振器の出力に基づいて、ＧＰＳ衛星からの受信信号をＩＦ信号に変換するために用いる局部発振信号を生成する。
【００２１】
ここで、周波数サーチについての処理内容を図１３に示す。ＧＰＳ受信機は、拡散符号の発生器を駆動するクロック信号の周波数が、ある周波数ｆ１であるときの拡散符号についての位相同期探索を行う。すなわち、ＧＰＳ受信機は、拡散符号の位相を１チップずつ順次ずらしていくことによって各チップ位相のときのＧＰＳ衛星からの受信信号と拡散符号との相関を検出し、相関のピークを検出することにより、同期がとれる位相を検出する。また、ＧＰＳ受信機は、クロック信号の周波数がｆ１であるときにおいて、１０２３チップ分の位相探索の全てで同期する位相が存在しない場合には、例えば基準周波数発振器に対する分周比を変化させ、クロック信号の周波数を他の周波数ｆ２に変更し、同様に１０２３チップ分の位相探索を行う。ＧＰＳ受信機は、このような動作を、クロック信号の周波数をステップ的に変化させて繰り返すことによって周波数サーチを実現する。
【００２２】
そして、ＧＰＳ受信機は、このような周波数サーチを行うことによって同期可能とされるクロック信号の周波数を検出すると、そのクロック信号の周波数で最終的な拡散符号の位相同期を行う。これにより、ＧＰＳ受信機は、水晶発振器の発振周波数にずれがある場合であっても、ＧＰＳ衛星からの信号を捕捉することが可能となる。
【００２３】
しかしながら、このような従来の同期手法は、原理的には高速同期には不向きである。ＧＰＳ受信機においては、拡散符号及びＩＦキャリアの同期に時間を要すると反応が遅くなり、使用上において不便を生じる。そのため、実際のＧＰＳ受信機においては、この欠点を補うため、多チャンネル化して並列処理によって同期捕捉までの時間を短縮している。
【００２４】
一方、上述したスライディング相関を用いた手法に代わってスペクトラム拡散信号の同期捕捉を高速に行う手法としては、マッチドフィルタの利用がある。マッチドフィルタは、いわゆるトランスバーサルフィルタによってディジタル的に実現可能である。また、マッチドフィルタとしては、近年のＤＳＰ（Digital Signal Processor）に代表されるハードウェアの能力の向上により、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform；以下、ＦＦＴという。）を利用したディジタルマッチドフィルタによって拡散符号の同期を高速に行う手法が実現されている。後者は、古くから知られる相関計算の高速化手法に基づくものである。
【００２５】
ＧＰＳ受信機は、これらのマッチドフィルタを用いることにより、相関がある場合には、例えば図１４に出力波形の１周期分を示すように、相関のピークを検出する。このピークの位置は、拡散符号の先頭を示すものである。ＧＰＳ受信機は、このピークを検出することにより、同期を捕捉、すなわち、受信信号における拡散符号の位相を検出することができる。また、ＧＰＳ受信機は、例えば上述したＦＦＴを利用したディジタルマッチドフィルタを用い、ＦＦＴの周波数領域での操作を行うことにより、拡散符号の位相とともにＩＦキャリア周波数を検出することができる。そして、ＧＰＳ受信機は、拡散符号の位相を擬似距離に換算し、少なくとも４個のＧＰＳ衛星が検出された場合には当該ＧＰＳ受信機の位置を算出することができ、また、ＩＦキャリア周波数に基づいて当該ＧＰＳ受信機の速度を算出することができる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したＧＰＳ受信機においては、受信感度を向上させるために、拡散符号の同期捕捉の際に行う拡散符号との相関検出処理を数百ミリ秒から１ミリ以上の長時間にわたって行う場合がある。
【００２７】
これに対応するためには、ＧＰＳ受信機においては、ＩＦ信号を記憶するメモリの容量を増加するのが簡単である。しかしながら、ＧＰＳ受信機においては、集積回路化する際にメモリの占める規模が大きくなる。例えば、ＧＰＳ受信機においては、１６ミリ秒分のＩＦ信号を記憶することができるメモリを有する集積回路と比較すると、１秒分のＩＦ信号を記憶できるようにするためには、約６０倍もの容量を有するメモリを設ける必要がある。このことは、ＧＰＳ受信機の大型化及びコストアップを招来することになり、特に集積回路化に際しては好ましくない。
【００２８】
この問題は、ＧＰＳ受信機に限ったものではなく、ＧＰＳ信号と同様のスペクトラム拡散で直接拡散方式の変調方式を採用する移動体通信全般に共通のものである。
【００２９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、搭載するメモリの容量を削減して小型化及び低コスト化を図りつつ受信感度を向上させることができるスペクトラム拡散信号における拡散符号の相関検出装置及び相関検出方法を提供することを目的とする。また、本発明は、これらの相関検出装置及び相関検出方法を適用し、小型化及び低コスト化を図りつつ受信感度を向上させることができる受信装置を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかる相関検出装置は、入力されたスペクトラム拡散信号における拡散符号の位相を検出するために、拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する相関検出装置であって、入力されたスペクトラム拡散信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング手段によってサンプリングされた一定時間長のデータを記憶する第１の記憶手段と、この第１の記憶手段に記憶されたデータと自己が発生した拡散符号との相関値を算出する相関検出処理を行い、検出した相関値を、前回の相関検出処理によって得られた相関値に累積加算する相関検出処理手段と、この相関検出処理手段によって得られた累積相関値を記憶する第２の記憶手段と、サンプリング手段によって再度スペクトラム拡散信号をサンプリングさせて得られたデータを第１の記憶手段に記憶させることによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新させ、更新したデータに対して相関検出処理手段によって相関検出処理を行わせ、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶させる動作を所定の回数だけ繰り返し行わせる制御手段とを備えることを特徴としている。
【００３１】
このような本発明にかかる相関検出装置は、制御手段による制御のもとに、サンプリング手段によって再度スペクトラム拡散信号をサンプリングして得られたデータを第１の記憶手段に記憶することによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理手段によって相関検出処理を行い、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行う。
【００３２】
また、上述した目的を達成する本発明にかかる相関検出方法は、入力されたスペクトラム拡散信号における拡散符号の位相を検出するために、拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する相関検出方法であって、入力されたスペクトラム拡散信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングする工程と、このスペクトラム拡散信号をサンプリングする工程にてサンプリングされた一定時間長のデータを第１の記憶手段に記憶する工程と、第１の記憶手段に記憶されたデータと自己が発生した拡散符号との相関値を算出する相関検出処理を行い、検出した相関値を、前回の相関検出処理によって得られた相関値に累積加算する工程と、この相関値を累積加算する工程にて得られた累積相関値を第２の記憶手段に記憶する工程とを備え、再度スペクトラム拡散信号をサンプリングさせて得られたデータを第１の記憶手段に記憶することによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理を行い、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行うことを特徴としている。
【００３３】
このような本発明にかかる相関検出方法は、再度スペクトラム拡散信号をサンプリングして得られたデータを第１の記憶手段に記憶することによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理を行い、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行う。
【００３４】
さらに、上述した目的を達成する本発明にかかる受信装置は、衛星からの信号を受信して自己の位置及び速度を算出する受信装置であって、衛星からの信号を受信する受信手段と、この受信手段によって受信した受信信号の周波数を所定の中間周波数に変換する周波数変換手段と、この周波数変換手段によって得られた中間周波数信号における拡散符号の位相を検出する同期捕捉と中間周波数信号におけるキャリア周波数の検出とを行う同期捕捉手段と、この同期捕捉手段によって検出された拡散符号の位相及び同期捕捉手段によって検出されたキャリア周波数を、複数の衛星に対応して独立に設けられた複数のチャンネルのそれぞれに対して衛星毎に割り当てて設定し、設定した拡散符号の位相及びキャリア周波数を初期値として、拡散符号とキャリアとの同期保持を行うとともに、中間周波数信号に含まれるメッセージの復調を行う同期保持手段とを備え、スペクトラム拡散信号である中間周波数信号における拡散符号の位相を検出するために、拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する同期捕捉手段は、入力された中間周波数信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング手段によってサンプリングされた一定時間長のデータを記憶する第１の記憶手段と、この第１の記憶手段に記憶されたデータと自己が発生した拡散符号との相関値を算出する相関検出処理を行い、検出した相関値を、前回の相関検出処理によって得られた相関値に累積加算する相関検出処理手段と、この相関検出処理手段によって得られた累積相関値を記憶する第２の記憶手段と、サンプリング手段によって再度中間周波数信号をサンプリングさせて得られたデータを第１の記憶手段に記憶させることによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新させ、更新したデータに対して相関検出処理手段によって相関検出処理を行わせ、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶させる動作を所定の回数だけ繰り返し行わせる制御手段とを有することを特徴としている。
【００３５】
このような本発明にかかる受信装置は、同期捕捉手段における制御手段による制御のもとに、サンプリング手段によって再度中間周波数信号をサンプリングして得られたデータを第１の記憶手段に記憶することによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理手段によって相関検出処理を行い、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行う。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３７】
この実施の形態は、人工衛星を利用して地上における移動体の位置を測定するいわゆるＧＮＳＳ（Global Navigation Satellites System）システムの一種である全地球測位システム（Global Positioning System；以下、ＧＰＳという。）を適用したものであり、少なくとも４個以上のＧＰＳ衛星からの信号を受信して、その受信信号に基づいて自己の位置を算出するＧＰＳ受信機である。このＧＰＳ受信機は、Ｌ１帯、Ｃ／Ａ（Clear and Acquisition）コードと呼ばれるスペクトラム拡散信号電波を受信信号として受信するものであって、スペクトラム拡散信号の同期捕捉を行う際の相関検出処理に用いるメモリの容量を削減して小型化及び低コスト化を図りつつ受信感度を向上させることができるものである。
【００３８】
なお、このＧＰＳ受信機１０は、図１に示すように、受信した受信信号を復調する際に、自己が発生する擬似ランダムノイズ（Pseudo-random Noise；ＰＮ）系列の拡散符号と受信信号における拡散符号との同期を捕捉する機能と、拡散符号と搬送波（以下、キャリアという。）との同期を保持する機能とを分離することにより、小さい回路規模のもとに、同期捕捉を高速化することができるものである。
【００３９】
以下では、まず、同期捕捉の機能と同期保持の機能とを分離したＧＰＳ受信機１０の全体的な構成について説明した後、同期捕捉部２４及び同期保持部２５について詳述し、さらにその後、同期捕捉部２４の具体的な構成について詳述するものとする。
【００４０】
まず、ＧＰＳ受信機の全体的な構成について説明する。
【００４１】
ＧＰＳ受信機１０は、同図に示すように、所定の発振周波数を有する発振信号Ｄ１を生成する水晶発振器（X'tal Oscillator；以下、ＸＯという。）１１と、このＸＯ１１とは異なる所定の発振周波数ＦＯＳＣを有する発振信号Ｄ２を生成する温度補償型水晶発振器（Temperature Compensated X'tal Oscillator；以下、ＴＣＸＯという。）１２と、このＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２を逓倍（multiply）及び／又は分周（divide）する逓倍／分周器１３とを備える。
【００４２】
ＸＯ１１は、例えば３２．７６８ｋＨｚ程度の所定の発振周波数を有する発振信号Ｄ１を生成する。ＸＯ１１は、生成した発振信号Ｄ１を後述するＲＴＣ（Real Time Clock）２７に供給する。
【００４３】
ＴＣＸＯ１２は、ＸＯ１１とは異なる例えば１８．４１４ＭＨｚ程度の所定の発振周波数ＦＯＳＣを有する発振信号Ｄ２を生成する。ＴＣＸＯ１２は、生成した発振信号Ｄ２を逓倍／分周器１３、及び後述する周波数シンセサイザ１８等に供給する。
【００４４】
逓倍／分周器１３は、後述するＣＰＵ（Central Processing Unit）２６から供給される制御信号Ｄ３に基づいて、ＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２を、所定の逓倍率で逓倍し、及び／又は所定の分周比で分周する。逓倍／分周器１３は、逓倍及び／又は分周した発振信号Ｄ４を後述する同期捕捉部２４、後述する同期保持部２５、ＣＰＵ２６、後述するタイマ２８、及び後述するメモリ２９に供給する。
【００４５】
また、ＧＰＳ受信機１０は、ＧＰＳ衛星から送信されてきたＲＦ（Radio Frequency）信号を受信するアンテナ１４と、このアンテナ１４によって受信された受信ＲＦ信号Ｄ５を増幅するローノイズ・アンプ（Low Noise Amplifier；以下、ＬＮＡという。）１５と、このＬＮＡ１５によって増幅された増幅ＲＦ信号Ｄ６のうち所定の周波数帯域成分を通過させる帯域通過フィルタ（Band Pass Filter；以下、ＢＰＦという。）１６と、このＢＰＦ１６によって通過された増幅ＲＦ信号Ｄ７をさらに増幅する増幅器１７と、ＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２に基づいて所定の周波数ＦＬＯを有する局部発振信号Ｄ１０を生成する周波数シンセサイザ１８と、増幅器１７によって増幅された所定の周波数ＦＲＦを有する増幅ＲＦ信号Ｄ８に対して周波数シンセサイザ１８から供給された局部発振信号Ｄ１０を乗算するミキサ１９と、このミキサ１９によって乗算されることによってダウンコンバートされた所定の周波数ＦＩＦを有する中間周波数（Intermediate Frequency；以下、ＩＦという。）信号Ｄ１１を増幅する増幅器２０と、この増幅器２０によって増幅された増幅ＩＦ信号Ｄ１２のうち所定の周波数帯域成分を通過させる低域通過フィルタ（Low Pass Filter；以下、ＬＰＦという。）２１と、このＬＰＦ２１によって通過されたアナログ形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１３をディジタル形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１４に変換するアナログ／ディジタル変換器（Analog/Digital Converter；以下、Ａ／Ｄという。）２２とを備える。
【００４６】
アンテナ１４は、ＧＰＳ衛星から送信されてきた周波数が１５７５．４２ＭＨｚのキャリアが拡散されたＲＦ信号を受信する。このアンテナ１４によって受信された受信ＲＦ信号Ｄ５は、ＬＮＡ１５に供給される。
【００４７】
ＬＮＡ１５は、アンテナ１４によって受信された受信ＲＦ信号Ｄ５を増幅する。ＬＮＡ１５は、増幅した増幅ＲＦ信号Ｄ６をＢＰＦ１６に供給する。
【００４８】
ＢＰＦ１６は、いわゆるＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルタからなり、ＬＮＡ１５によって増幅された増幅ＲＦ信号Ｄ６のうち所定の周波数帯域成分を通過させる。このＢＰＦ１６によって通過された増幅ＲＦ信号Ｄ７は、増幅器１７に供給される。
【００４９】
増幅器１７は、ＢＰＦ１６によって通過された増幅ＲＦ信号Ｄ７をさらに増幅する。増幅器１７は、増幅した所定の周波数ＦＲＦ、すなわち、１５７５．４２ＭＨｚの増幅ＲＦ信号Ｄ８をミキサ１９に供給する。
【００５０】
周波数シンセサイザ１８は、ＣＰＵ２６から供給される制御信号Ｄ９による制御のもとに、ＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２に基づいて所定の周波数ＦＬＯを有する局部発振信号Ｄ１０を生成する。周波数シンセサイザ１８は、生成した局部発振信号Ｄ１０をミキサ１９に供給する。
【００５１】
ミキサ１９は、増幅器１７によって増幅された所定の周波数ＦＲＦを有する増幅ＲＦ信号Ｄ８に対して周波数シンセサイザ１８から供給された局部発振信号Ｄ１０を乗算することによって増幅ＲＦ信号Ｄ８をダウンコンバートし、例えば１．０２３ＭＨｚ程度の所定の周波数ＦＩＦを有するＩＦ信号Ｄ１１を生成する。このミキサ１９によって生成されたＩＦ信号Ｄ１１は、増幅器２０に供給される。
【００５２】
増幅器２０は、ミキサ１９によってダウンコンバートされたＩＦ信号Ｄ１１を増幅する。増幅器２０は、増幅した増幅ＩＦ信号Ｄ１２をＬＰＦ２１に供給する。
【００５３】
ＬＰＦ２１は、増幅器２０によって増幅された増幅ＩＦ信号Ｄ１２のうち所定の周波数よりも低域成分を通過させる。このＬＰＦ２１によって通過された増幅ＩＦ信号Ｄ１３は、Ａ／Ｄ２２に供給される。
【００５４】
Ａ／Ｄ２２は、ＬＰＦ２１によって通過されたアナログ形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１３をディジタル形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１４に変換する。このＡ／Ｄ２２によって変換された増幅ＩＦ信号Ｄ１４は、同期捕捉部２４及び同期保持部２５に供給される。
【００５５】
なお、ＧＰＳ受信機１０においては、これらの各部のうち、ＬＮＡ１５、ＢＰＦ１６、増幅器１７，２０、周波数シンセサイザ１８、ミキサ１９、ＬＰＦ２１、及びＡ／Ｄ２２は、アンテナ１４によって受信された１５７５．４２ＭＨｚの高い周波数を有する受信ＲＦ信号Ｄ５を、ディジタル信号処理が施しやすいように、例えば１．０２３ＭＨｚ程度の低い周波数ＦＩＦを有する増幅ＩＦ信号Ｄ１４にダウンコンバートする周波数変換部２３として構成される。
【００５６】
さらに、ＧＰＳ受信機１０は、自己が発生する拡散符号とＡ／Ｄ２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４における拡散符号との同期捕捉及び増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるキャリア周波数の検出を行う同期捕捉部２４と、Ａ／Ｄ２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４における拡散符号とキャリアとの同期保持及びメッセージの復調を行う同期保持部２５と、各部を統括的に制御して各種演算処理を行うＣＰＵ２６と、ＸＯ１１から供給される発振信号Ｄ１に基づいて時間を計測するＲＴＣ２７と、ＣＰＵ２６の内部時計としてのタイマ２８と、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等からなるメモリ２９とを備える。
【００５７】
同期捕捉部２４は、詳細は後述するが、ＣＰＵ２６の制御のもとに、逓倍／分周器１３から供給される逓倍及び／又は分周された発振信号Ｄ４に基づいて、Ａ／Ｄ２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４における拡散符号の同期捕捉を行うとともに、増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるキャリア周波数の検出を行う。このとき、同期捕捉部２４は、後述するように、粗い精度での同期捕捉を行う。同期捕捉部２４は、検出したＧＰＳ衛星を識別するための衛星番号、拡散符号の位相、及びキャリア周波数を同期保持部２５及びＣＰＵ２６に供給する。
【００５８】
同期保持部２５は、詳細は後述するが、ＣＰＵ２６の制御のもとに、逓倍／分周器１３から供給される逓倍及び／又は分周された発振信号Ｄ４に基づいて、Ａ／Ｄ２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４における拡散符号とキャリアとの同期保持を行うとともに、増幅ＩＦ信号Ｄ１４に含まれる航法メッセージの復調を行う。このとき、同期保持部２５は、後述するように、同期捕捉部２４から供給される衛星番号、拡散符号の位相、及びキャリア周波数を初期値として動作を開始する。同期保持部２５は、複数のＧＰＳ衛星からの増幅ＩＦ信号Ｄ１４についての同期保持を並列的に行い、検出した拡散符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセージをＣＰＵ２６に供給する。
【００５９】
ＣＰＵ２６は、同期保持部２５から供給される拡散符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセージを取得し、これらの各種情報に基づいて、当該ＧＰＳ受信機１０の位置及び速度を算出するとともに、航法メッセージから得られるＧＰＳ衛星の正確な時間情報に基づいて、当該ＧＰＳ受信機１０の時間情報を補正するといったＧＰＳに関する各種演算処理を行う。また、ＣＰＵ２６は、当該ＧＰＳ受信機１０の各部及び各種ペリフェラル、並びに外部との入出力（Input/Output）に関する制御を統括的に行う。
【００６０】
ＲＴＣ２７は、ＸＯ１１から供給される発振信号Ｄ１に基づいて、時間を計測する。このＲＴＣ２７によって計測される時間情報は、ＧＰＳ衛星の正確な時間情報が得られるまでの間に代用されるものであって、ＧＰＳ衛星の正確な時間情報を得たＣＰＵ２６がＸＯ１１を制御することによって適宜補正される。
【００６１】
タイマ２８は、ＣＰＵ２６の内部時計として機能するものであり、各部の動作に必要となる各種タイミング信号の生成及び時間参照に用いられる。例えば、ＧＰＳ受信機１０においては、同期捕捉部２４が同期捕捉した拡散符号の位相に合わせて同期保持部２５が後述する拡散符号発生器の動作を開始させるタイミングを、このタイマ２８によって参照する。
【００６２】
メモリ２９は、ＲＡＭやＲＯＭ等からなる。メモリ２９においては、ＣＰＵ２６等による各種処理を行う際のワークエリアとしてＲＡＭが用いられるとともに、入力した各種データをバッファリングする際や、演算過程で生成される中間データ及び演算結果データを保持する際にもＲＡＭが用いられる。また、メモリ２９においては、各種プログラムや固定データ等を記憶する手段としてＲＯＭが用いられる。
【００６３】
なお、ＧＰＳ受信機１０においては、これらの同期捕捉部２４、同期保持部２５、ＣＰＵ２６、ＲＴＣ２７、タイマ２８、メモリ２９は、ベースバンド処理部として構成される。
【００６４】
このような各部を備えるＧＰＳ受信機１０においては、少なくとも、ＸＯ１１、ＴＣＸＯ１２、アンテナ１４、ＬＮＡ１５、及びＢＰＦ１６を除く各部を、集積回路化した１チップからなる復調回路３０として構成することができる。
【００６５】
ＧＰＳ受信機１０は、少なくとも４個以上のＧＰＳ衛星からのＲＦ信号を受信して、このＲＦ信号を周波数変換部２３によってＩＦ信号に変換した後、同期捕捉部２４によって拡散符号の同期捕捉及びキャリア周波数の検出を行い、同期保持部２５によって拡散符号とキャリアとの同期保持及び航法メッセージの復調を行う。そして、ＧＰＳ受信機１０は、拡散符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセージに基づいて、ＣＰＵ２６によって当該ＧＰＳ受信機１０の位置及び速度を算出する。
【００６６】
さて、以下では、このようなＧＰＳ受信機１０における同期捕捉部２４及び同期保持部２５について詳述する。ＧＰＳ受信機１０は、上述したように、同期捕捉の機能と同期保持の機能とを、同期捕捉部２４及び同期保持部２５に分離したものである。ここでは、このように機能を分離した理由についても併せて説明する。
【００６７】
同期捕捉部２４は、上述したように、ＩＦ信号における拡散符号の同期捕捉及びキャリア周波数の検出を高速に行う。同期捕捉部２４は、拡散符号の同期捕捉を高速に行うためにマッチドフィルタを利用する。具体的には、同期捕捉部２４は、マッチドフィルタとして、例えば図２に示すように、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform；以下、ＦＦＴという。）を利用したディジタルマッチドフィルタを用いることができる。
【００６８】
具体的には、ディジタルマッチドフィルタ５０は、同図に示すように、上述したアンテナ１４及び周波数変換部２３によって得られる増幅ＩＦ信号Ｄ１４に対応するＩＦ信号を、上述したＴＣＸＯ１２によって生成される発振信号Ｄ２に基づく所定のサンプリング周波数で入力信号をサンプリングするサンプラ５１によってサンプリングした上で入力する。ディジタルマッチドフィルタ５０は、サンプラ５１によってサンプリングされた一定時間長のＩＦ信号をバッファリングするメモリ５２と、このメモリ５２によってバッファリングされたＩＦ信号を読み出してＦＦＴ処理を施すＦＦＴ処理部５３と、このＦＦＴ処理部５３によってＦＦＴ処理が施されて得られた周波数領域信号をバッファリングするメモリ５４と、ＧＰＳ衛星からのＲＦ信号における拡散符号と同じ拡散符号を発生する拡散符号発生器５５と、この拡散符号発生器５５によって発生された拡散符号に対してＦＦＴ処理を施すＦＦＴ処理部５６と、このＦＦＴ処理部５６によってＦＦＴ処理が施されて得られた周波数領域信号をバッファリングするメモリ５７と、メモリ５４にバッファリングされている周波数領域信号とメモリ５７にバッファリングされている周波数領域信号とのうちいずれか一方の複素共役と他方とを乗算する乗算器５８と、この乗算器５８によって乗算された周波数領域信号に対して逆ＦＦＴ（Inversed Fast Fourier Transform；以下、ＩＦＦＴという。）処理を施すＩＦＦＴ処理部５９と、このＩＦＦＴ処理部５９によってＩＦＦＴ処理が施されて得られた相関関数に基づいてＧＰＳ衛星からのＲＦ信号における拡散符号と拡散符号発生器５５によって発生された拡散符号との相関のピークを検出するピーク検出器６０とを有する。
【００６９】
このようなディジタルマッチドフィルタ５０は、実際には、ＦＦＴ処理部５３，５６、拡散符号発生器５５、乗算器５８、ＩＦＦＴ処理部５９、及びピーク検出器６０の各部をＤＳＰ（Digital Signal Processor）によって実行されるソフトウェアとして実装される。すなわち、ディジタルマッチドフィルタ５０を適用した同期捕捉部２４は、詳細は後述するが、例えば図３に示すように、上述したサンプラ５１に相当するサンプラ７１と、上述したメモリ５２に相当するＲＡＭ７２と、上述したメモリ５４，５７とＤＳＰのプログラムエリア及びワークエリアとを含むＲＡＭ／ＲＯＭ７３と、上述したＦＦＴ処理部５３，５６、拡散符号発生器５５、乗算器５８、ＩＦＦＴ処理部５９、及びピーク検出器６０の処理を実行するＤＳＰ７４とから構成される。なお、このＤＳＰ７４は、ＣＰＵであってもよい。
【００７０】
同期捕捉部２４は、このようなディジタルマッチドフィルタ５０として構成することにより、拡散符号と同期した位相において相関のピークを検出し、拡散符号の同期点を判別する。同期捕捉部２４は、例えば、１．０２３ＭＨｚのＩＦ信号をサンプラ７１によって４．０９６ＭＨｚでサンプリングし、ＤＳＰ７４によってディジタルマッチドフィルタ５０と等価な演算を行うことにより、拡散符号の同期捕捉、すなわち、ＩＦ信号における拡散符号の位相検出を１／４チップの精度で行うことができる。また、この同期捕捉部２４は、ＲＡＭ７２の容量が１６ミリ秒分であるものとすると、ＤＳＰ７４によってＦＦＴの周波数領域での操作を行うことにより、１／１６ｋＨｚ（±１／３２ｋＨｚ）の精度で、ＩＦ信号におけるキャリア（以下、ＩＦキャリアという。）周波数を検出することができる。同期捕捉部２４は、ＲＡＭ７２に記憶したＩＦ信号には複数のＧＰＳ衛星からの信号が含まれていることから、各ＧＰＳ衛星の拡散符号との相関を算出することにより、複数のＧＰＳ衛星を検出することができる。
【００７１】
ＧＰＳ受信機１０は、この同期捕捉部２４によって検出した少なくとも４個以上のＧＰＳ衛星に対する拡散符号の位相とキャリア周波数とに基づいて、当該ＧＰＳ受信機１０の位置と速度とを算出することができる。
【００７２】
ただし、ＧＰＳ受信機１０においては、拡散符号の位相検出精度としての上述した１／４チップ、及びキャリア周波数の検出精度としての１／１６ｋＨｚのもとに得られる当該ＧＰＳ受信機１０の位置及び速度の算出結果は十分な精度とは言い難いものである。ＧＰＳ受信機１０においては、精度を向上させるためには、サンプラ７１によるサンプリング周波数を高くする、ＩＦ信号を記憶する時間長を長くする、といった処理が必要となるが、これにともない、ＲＡＭ７２等のメモリの容量が増大し、且つ、拡散符号の位相及びキャリア周波数を検出するまでの処理時間が長くなる事態が想定される。また、ＧＰＳ受信機１０においては、同期捕捉部２４が外部から航法メッセージを受け取らないものとすると、少なくとも４個以上のＧＰＳ衛星からの航法メッセージを２０ミリ秒毎に復調する必要があることから、ＤＳＰ７４は、常に、同期の検出と航法メッセージの復調とを極めて高速に行う必要がある。これらの問題は、ハードウェアのサイズの膨大化によるコストアップと消費電力の増大化を招来する。
【００７３】
そこで、ＧＰＳ受信機１０においては、粗い精度での同期捕捉を同期捕捉部２４によって行い、複数のＧＰＳ衛星の同期保持及び航法メッセージの復調を同期保持部２５によって行う。
【００７４】
同期捕捉部２４は、検出したＧＰＳ衛星の衛星番号、その拡散符号の位相、及びキャリア周波数を同期保持部２５に供給する。一方、同期保持部２５は、同期捕捉部２４から供給されるこれらの各種情報を初期値として動作を開始する。同期保持部２５は、拡散符号の位相に基づいて、後述するＤＬＬ（Delay Locked Loop）の回路で生成する拡散符号の開始タイミングを合わせる。なお、ＧＰＳ受信機１０は、生成する拡散符号として、検出したＧＰＳ衛星の衛星番号に対応するものを設定する。このとき、ＧＰＳ受信機１０においては、ドップラシフト、及びＴＣＸＯ１２等の発振器によって生成される発振信号の発振周波数の誤差の影響を受けるが、基本的に拡散符号は１ミリ秒の周期で繰り返されるものであることから、ＤＬＬの回路で生成する拡散符号の開始タイミングは、１ミリ秒の整数倍ずらしても構わない。
【００７５】
なお、ＩＦキャリア周波数は、ＩＦ信号を上述したＲＡＭ７２等のメモリに取り込むためのサンプリングクロックを生成しているＴＣＸＯ１２の誤差を含むことから、上述した分解能の問題を除去したとしても、正確な値、すなわち、キャリア周波数とドップラシフト量との和ではない。しかしながら、ＧＰＳ受信機１０においては、同期捕捉部２４と同期保持部２５とが同じ発振器、すなわち、ＴＣＸＯ１２を発振源とするクロックで動作している場合には、両者で全く同じ周波数誤差を有することから、同期保持部２５が同期捕捉部２４によって検出されたＩＦキャリア周波数を初期値として動作を開始することには何らの問題がない。
【００７６】
同期保持部２５は、複数のＧＰＳ衛星の同期保持を並列的に行うことから、例えば図４に示すように、複数個の独立したチャンネル回路８１１，８１２，・・・，８１Ｎを有する。チャンネル回路８１１，８１２，・・・，８１Ｎは、それぞれ、コントロール・レジスタ８２の設定によって同期捕捉部２４による個々の検出結果に対して割り当てられる。
【００７７】
チャンネル回路８１１，８１２，・・・，８１Ｎは、それぞれ、図５に示すように、従来のＧＰＳ受信機における同期捕捉及び同期保持の双方を実現するＩＦキャリア同期用のコスタスループ１０１と拡散符号同期用のＤＬＬ１０２とを組み合わせた回路と基本的には同様に構成される。
【００７８】
すなわち、チャンネル回路８１１，８１２，・・・，８１Ｎにおいては、それぞれ、同図に示すように、コスタスループ１０１には、上述したアンテナ１４及び周波数変換部２３によって得られる増幅ＩＦ信号Ｄ１４に対応するＩＦ信号に対して、後述する拡散符号発生器（PN Generator；以下、ＰＮＧという。）１２８によって発生された位相がＰ（Prompt）とされる拡散符号が乗算器１０３によって乗算された信号が入力される。一方、チャンネル回路８１１，８１２，・・・，８１Ｎにおいては、それぞれ、ＤＬＬ１０２には、上述したアンテナ１４及び周波数変換部２３によって得られる増幅ＩＦ信号Ｄ１４に対応するＩＦ信号が入力される。
【００７９】
コスタスループ１０１においては、入力された信号に対して、ＮＣＯ（Numeric Controlled Oscillator）１０４によって生成された再生キャリアのうちのサイン成分（同相成分）が乗算器１０５によって乗算される一方、ＮＣＯ１０４によって生成された再生キャリアのうちのコサイン成分（直交成分）が乗算器１０６によって乗算される。コスタスループ１０１においては、乗算器１０５によって得られた同相成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がＬＰＦ１０７によって通過され、この信号が位相検出器１１０、２値化回路１１１及び２乗和算出回路１１２に供給される。一方、コスタスループ１０１においては、乗算器１０６によって得られた直交成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がＬＰＦ１０８によって通過され、この信号が位相検出器１１０及び２乗和算出回路１１２に供給される。コスタスループ１０１においては、ＬＰＦ１０７，１０８のそれぞれから出力された信号に基づいて位相検出器１１０によって検出された位相情報がループフィルタ１０９を介してＮＣＯ１０４に供給される。また、コスタスループ１０１においては、ＬＰＦ１０７，１０８のそれぞれから出力された信号が２乗和算出回路１１２に供給され、この２乗和算出回路１１２によって算出された２乗和（Ｉ２＋Ｑ２）が、位相がＰとされる拡散符号についての相関値（Ｐ）として出力される。さらに、コスタスループ１０１においては、ＬＰＦ１０７から出力された信号が２値化回路１１１に供給され、２値化されて得られた情報が航法メッセージとして出力される。
【００８０】
一方、ＤＬＬ１０２においては、入力されたＩＦ信号に対して、ＰＮＧ１２８によって発生された位相がＰよりも進んだＥ（Early）とされる拡散符号が乗算器１１３によって乗算されるとともに、ＰＮＧ１２８によって発生された位相がＰよりも遅れたＬ（Late）とされる拡散符号が乗算器１１４によって乗算される。ＤＬＬ１０２においては、乗算器１１３によって得られた信号に対して、コスタスループ１０１におけるＮＣＯ１０４によって生成された再生キャリアのうちのサイン成分が乗算器１１５によって乗算されるとともに、ＮＣＯ１０４によって生成された再生キャリアのうちのコサイン成分が乗算器１１６によって乗算される。そして、ＤＬＬ１０２においては、乗算器１１５によって得られた同相成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がＬＰＦ１１７によって通過され、この信号が２乗和算出回路１１９に供給される。一方、ＤＬＬ１０２においては、乗算器１１６によって得られた直交成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がＬＰＦ１１８によって通過され、この信号が２乗和算出回路１１９に供給される。また、ＤＬＬ１０２においては、乗算器１１４によって得られた信号に対して、コスタスループ１０１におけるＮＣＯ１０４によって生成された再生キャリアのうちのサイン成分が乗算器１２０によって乗算されるとともに、ＮＣＯ１０４によって生成された再生キャリアのうちのコサイン成分が乗算器１２１によって乗算される。そして、ＤＬＬ１０２においては、乗算器１２０によって得られた同相成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がＬＰＦ１２２によって通過され、この信号が２乗和算出回路１２４に供給される。一方、ＤＬＬ１０２においては、乗算器１２１によって得られた直交成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がＬＰＦ１２３によって通過され、この信号が２乗和算出回路１２４に供給される。
【００８１】
ＤＬＬ１０２においては、２乗和算出回路１１９，１２４のそれぞれから出力された信号が位相検出器１２５に供給され、これらの信号に基づいて位相検出器１２５によって検出された位相情報がループフィルタ１２６を介してＮＣＯ１２７に供給され、さらに、ＮＣＯ１２７によって生成された所定の周波数を有する信号に基づいて、ＰＮＧ１２８によって各位相Ｅ，Ｐ，Ｌの拡散符号が発生される。さらに、ＤＬＬ１０２においては、２乗和算出回路１１９によって算出された２乗和（Ｉ２＋Ｑ２）が、位相がＥとされる拡散符号についての相関値（Ｅ）として出力される一方、２乗和算出回路１２４によって算出された２乗和（Ｉ２＋Ｑ２）が、位相がＬとされる拡散符号についての相関値（Ｌ）として出力される。
【００８２】
このように、ＩＦキャリア同期用のコスタスループ１０１と拡散符号同期用のＤＬＬ１０２とを組み合わせた回路と同様に構成されるチャンネル回路８１１，８１２，・・・，８１Ｎを有する同期保持部２５においては、動作開始前に、ＧＰＳ衛星の衛星番号、拡散符号の位相、及びキャリア周波数が初期値として設定される。この初期値の設定は、同期捕捉部２４との間で直接的に通信を行うか、又は、同期捕捉部２４及び当該同期保持部２５を制御するＣＰＵ２６を介して行うことによってなされる。
【００８３】
このような同期保持部２５は、以下のようにして拡散符号と同期を合わせる。すなわち、図６に示すように、同期捕捉部２４がＩＦ信号をＲＡＭ７２等のメモリに取り込むタイミングでタイマを開始させ、同期捕捉部２４がメモリに記憶しているＩＦ信号に対して拡散符号の位相ｈを検出すると、同期保持部２５は、この位相ｈの値を受け取った後、同じタイマによって１ミリ秒の整数倍からｈだけずらした時点においてＤＬＬ１０２によって発生する拡散符号を開始させることにより、受信信号の拡散符号に位相を合わせる。なお、同図における"ＰＮ"は、ＰＮ系列の符号、すなわち、拡散符号を示している。
【００８４】
ここで、従来のコスタスループとＤＬＬとを組み合わせた回路においては、受信信号における拡散符号の位相が未知であることから、ＤＬＬによって発生するＩＦキャリア周波数と拡散符号の周期とを少しずらし、ＩＦ信号の拡散符号に対して位相をスライドしていく過程で、有意な強度の相関がある位相を検出していた。そのため、従来の回路においては、位相を検出するのに、最悪の場合、数ｋＨｚの範囲のキャリア周波数と符号長が１０２３の拡散符号における全ての位相とに対して検出を行うことから、同期を確立するまでにかなりの時間を要していた。
【００８５】
これに対して、ＧＰＳ受信機１０においては、同期保持部２５が従来の回路と基本的には同様の構成でありながら、同期保持部２５が受け取った拡散符号の位相とＩＦキャリア周波数との初期値は真値から僅かにしかずれていないことから、有意な強度の相関がある位相は、誤差を含めても初期値の近辺に必ず存在する。したがって、同期保持部２５は、従来の回路と同様に、まずコスタスループ１０１及びＤＬＬ１０２におけるループフィルタ１０９，１２６の制御を止めた状態にして、ＮＣＯ１０４，１２７のそれぞれによって生成する信号を初期値の近辺で変化させながら有意な強度の相関を探索し、相関を検出した後には、ループフィルタ１０９，１２６のそれぞれからの制御に切り替える。これにより、同期保持部２５は、ＤＬＬ１０２による拡散符号の位相の同期確立、及びコスタスループ１０１によるキャリアの位相の同期確立を極めて短時間に行うことができ、以降、同期を保持し続けることができる。同期保持部２５においては、ＩＦキャリア周波数に対して、ＮＣＯ１０４によって生成する再生キャリアの周波数を数十Ｈｚの誤差範囲で初期値を設定できることから、ＬＰＦ１０７，１０８，１１７，１１８，１２２，１２３、及びループフィルタ１０９，１２６の帯域幅を当初から狭くすることができ、Ｓ／Ｎ（Signal to Noise ratio）が高い状態で同期を確立することができる。
【００８６】
ＧＰＳ受信機１０においては、同期保持部２５を例えば１．０２３ＭＨｚ×１６＝１６．３６８ＭＨｚのクロックで動作させ、ＤＬＬ１０２において拡散符号の位相を１／１６．３６８ＭＨｚの時間分解能で検出すれば、１／１６チップの精度で拡散符号の位相からＧＰＳ衛星までの擬似距離を算出することができ、また、コスタスループ１０１におけるＮＣＯ１０４を１Ｈｚ単位で制御できる構成にすれば、ＩＦキャリア周波数の分解能は１Ｈｚとなり、ＤＬＬ１０２とコスタスループ１０１とによってこれらの精度で同期を保持することができる。
【００８７】
以上のように、ＧＰＳ受信機１０においては、同期保持部２５によって同期保持が行われると、ＤＬＬ１０２によって発生する拡散符号の位相に基づいて、当該ＧＰＳ受信機１０の位置を連続的に算出して出力することができるとともに、コスタスループ１０１によって得られるＩＦキャリア周波数に基づいて、当該ＧＰＳ受信機１０の速度を連続的に算出して出力することができる。
【００８８】
同期保持部２５は、上述したように、同期捕捉部２４から受け渡された拡散符号の位相及びＩＦキャリア周波数を初期値とすることにより、これらの初期値の近辺で有意な強度の相関が得られる位相を探索する。これは、ＧＰＳ受信機１０に搭載されているクロック源の発振器、すなわち、ＴＣＸＯ１２が公称周波数に対して誤差を有することが１つの理由である。ＧＰＳ受信機１０においては、先に図２に示したＦＦＴを利用したディジタルマッチドフィルタ５０を用いて同期捕捉部２４を構成した場合には、ＩＦ信号をメモリに記憶した後、ＤＳＰの処理時間分遅れて同期保持部２５に検出結果が供給されることから、発振器の公称周波数ＦＯＳＣとの誤差をΔＦＯＳＣとし、ＤＳＰの処理時間をＴ秒とすると、同期保持部２５に検出結果が供給される時点では、Ｔ×ΔＦＯＳＣ／ＦＯＳＣの誤差が生じる。例えば、ＧＰＳ受信機１０においては、Ｔ＝３秒とし、ΔＦＯＳＣ／ＦＯＳＣが±３ｐｐｍの範囲内とすると、±９マイクロ秒＝約±９チップ以内の誤差が生じる。このように、ＧＰＳ受信機１０においては、ＤＳＰの処理時間が長くなると、その分誤差が大きくなる。
【００８９】
また、ＧＰＳ受信機１０においては、ＧＰＳ衛星と当該ＧＰＳ受信機１０との移動によって生じるキャリア周波数のドップラシフトも誤差を生じる要因となる。ＧＰＳ受信機１０においては、キャリアの周波数、すなわち、１５７５．４２ＭＨｚをＦＲＦとし、受信信号のドップラシフトをΔＦＤとすると、ドップラシフトによって拡散符号の周期、すなわち、１ミリ秒は、ほぼ（１−ΔＦＤ／ＦＲＦ）倍となり、例えば、＋５〜−５ｋＨｚの範囲のドップラシフトが生じている場合には、３秒間で約−９．５〜９．５マイクロ秒＝約−９．５〜９．５チップの誤差が生じる。
【００９０】
これらの２つの例は、比較的現実に近い値であり、ＧＰＳ受信機１０においては、発振器の誤差とドップラシフトとの両者の要因を併せると、±２０チップ程度の範囲内で誤差が生じることから、この範囲だけを探索して相関を検出すればよい。例えば、同期保持部２５は、同期捕捉部２４から供給される拡散符号の位相よりも２０チップ分だけ早くＤＬＬ１０２によって発生する拡散符号を開始させ、そのときの拡散符号の周期として、ＮＣＯ１０４，１２７の周波数設定を（１＋５／１５７５．４２０）ミリ秒よりも長めに設定しておけば、ＩＦ信号に含まれるＧＰＳ衛星からの信号の拡散符号に対するスライドが＋２０チップだけずれた時点から開始され、適当な時間の間、拡散符号同士の位相がスライドしている状態で相関の有無を探索することができる。
【００９１】
このように、従来においては、ＤＬＬとコスタスループとを用いて１０２３チップの範囲で、且つ、ＩＦキャリア周波数についても発振器の誤差とドップラシフト量との範囲で変化させながら、相関検出を行っていたのに比較して、ＧＰＳ受信機１０においては、初期値のキャリア周波数が僅かな誤差しか有さず、相関を検出する範囲も数十分の１程度で済むことから、同期保持部２５による同期確立に要する時間を極めて短時間とすることができる。
【００９２】
以上のように、ＧＰＳ受信機１０は、同期捕捉の機能と同期保持の機能とを分離して構成することにより、同期捕捉部２４によってＩＦ信号に含まれるＧＰＳ衛星からの信号の拡散符号の位相及びＩＦキャリア周波数を高速に検出することができ、この検出結果に基づいて同期保持部２５が速やかに同期保持動作に移行することができる。しかしながら、ＧＰＳ受信機１０においては、ＩＦ信号に含まれる微弱なＧＰＳ衛星の信号を検出するために処理シーケンスが増える場合、また、電力消費を抑制するために同期捕捉部２４を低速のクロックで動作させている場合等には、同期捕捉部２４での処理時間が長くなり、これにともない、同期保持部２５による同期確立までに探索する範囲が広くなり、好ましくない。
【００９３】
一般に、ＧＰＳ受信機においては、周波数変換部における局部発振器とベースバンド処理部における信号処理のクロックを生成する源発振器として、共通の水晶発振器を用いるが、ＧＰＳ受信機１０においては、これと同様に、先に図１に示したように、周波数変換部２３における局部発振器の源発振器と同期捕捉部２４及び同期保持部２５の動作クロックの源発振器とを、ＴＣＸＯ１２に共通化する。そして、同期保持部２５は、同期捕捉部２４によって検出したＩＦキャリア周波数とＴＣＸＯ１２の公称値に基づく例えば１．０２３ＭＨｚの中間周波数ＦＩＦとの差分をΔＦＩＦとし、１５７５．４２ＭＨｚであるＧＰＳ衛星からの信号のキャリア周波数をＦＲＦとし、同期捕捉部２４がＩＦ信号をメモリに取り込んでから同期捕捉処理に要した時間をＴ秒とし、拡散符号の位相をｈとすると、図７に示すように、拡散符号の位相ｈをｈ＋Δｈ（Δｈ＝−Ｔ×ΔＦＩＦ／ＦＲＦ）のように補正する。例えば、ΔＦＩＦ＝＋３ｋＨｚ、Ｔ＝１０秒の場合には、Δｈ＝−１９マイクロ秒＝約−１９チップとなる。同期保持部２５は、このような補正を行うことにより、ＴＣＸＯ１２の発振周波数ＦＯＳＣの誤差とドップラシフトとによって生じる拡散符号の位相のずれを極めて正確に補正することができ、同期捕捉部２４による同期捕捉処理に時間を数十秒要した場合であっても、ほぼ１チップ程度の範囲での探索で同期を確立することができる。
【００９４】
このような補正が可能な理由は、以下のとおりである。
【００９５】
ＧＰＳ受信機１０においては、周波数変換部２３によってＧＰＳ衛星からの信号の既知であるキャリア周波数ＦＲＦを既知である中間周波数ＦＩＦに変換するために、公称発振周波数ＦＯＳＣのＴＣＸＯ１２に基づいて周波数シンセサイザ１８によって局部発振周波数ＦＬＯ＝Ｎ×ＦＯＳＣ（Ｎは定数数、Ｎ＞＞１）を生成し、ＦＩＦ＝ＦＲＦ−ＦＬＯとなるようにする。ここで、実際に受信するＧＰＳ衛星からの信号には、中間周波数ＦＩＦに対してＴＣＸＯ１２の発振周波数ＦＯＳＣの誤差とドップラシフトとによって生じる誤差ΔＦＩＦが加わったものである。すなわち、ＧＰＳ受信機１０においては、ドップラシフト量をΔＦＤとし、ＴＣＸＯ１２による公称発振周波数との誤差をΔＦＯＳＣとすると、
ＦＩＦ＋ΔＦＩＦ＝ＦＲＦ＋ΔＦＤ−ＦＬＯ＝ＦＲＦ＋ΔＦＤ−Ｎ×（ＦＯＳＣ＋ΔＦＯＳＣ）
となる。したがって、ＧＰＳ受信機１０においては、同期捕捉部２４が検出するＩＦキャリア周波数は、
ＦＩＦ＋ΔＦＩＦ、ΔＦＩＦ＝ΔＦＤ−Ｎ×ΔＦＯＳＣ
となる。ここで重要なことは、同期捕捉部２４が検出することができるものはΔＦＩＦのみであり、ΔＦＤ，ΔＦＯＳＣは最初の同期捕捉の段階では未知であるということである。
【００９６】
ここで、ＴＣＸＯ１２によって拡散符号の１周期長である１ミリ秒を公称発振周波数でタイマがカウントした場合には、誤差ΔＦＯＳＣがあるために、実際には、１ミリ秒×ＦＯＳＣ／（ＦＯＳＣ＋ΔＦＯＳＣ）≒（１−ΔＦＯＳＣ／ＦＯＳＣ）ミリ秒となる。一方、受信信号における拡散符号の１周期長さは、ドップラシフト量ΔＦＤにより、１ミリ秒×ＦＲＦ／（ＦＲＦ＋ΔＦＤ）≒（１−ΔＦＤ／ＦＲＦ）ミリ秒となる。したがって、受信信号における拡散符号の１周期長とＴＣＸＯ１２による公称発振周波数でカウントした１ミリ秒との比は、
（１−ΔＦＤ／ＦＲＦ）／（１−ΔＦＯＳＣ／ＦＯＳＣ）≒１−ΔＦＤ／ＦＲＦ＋ΔＦＯＳＣ／ＦＯＳＣ
となる。さらに、この式における右辺は、変形すると、
１−ΔＦＩＦ／ＦＲＦ＋（ΔＦＯＳＣ／ＦＯＳＣ）×（ＦＩＦ／（Ｎ×ＦＯＳ Ｃ））≒１−ΔＦＩＦ／ＦＲＦ
となる。このように、ＧＰＳ受信機１０においては、同期捕捉部２４にとって未知のパラメータであるΔＦＤ，ΔＦＯＳＣを含まない形でかなり良好な近似をすることができる。
【００９７】
この結果により、ＧＰＳ受信機１０においては、同期捕捉部２４がＩＦ信号をメモリに取り込んだ時点から同期捕捉処理を行い、検出した拡散符号の位相ｈが同期保持部２５に供給されるまでの時間にＴ秒要した場合には、このＴ秒の間に同期捕捉部２４が検出した拡散符号の位相から−Ｔ×ΔＦＩＦ／ＦＲＦだけずれることになる。したがって、同期保持部２５は、図７に示したように、同期捕捉部２４から供給された拡散符号の位相ｈに補正値Δｈ＝−Ｔ×ΔＦＩＦ／ＦＲＦを加えたｈ＋ΔｈによってＤＬＬ１０２によって発生する拡散符号の開始タイミングを合わせることにより、同期捕捉処理時間に生じた拡散符号の位相のずれを補正することができ、これによってほぼ１チップ程度の範囲内において相関を検出することができ、極めて短時間に同期を確立することができる。ＧＰＳ受信機１０においては、補正値を例えばＣＰＵ２６によって算出し、その算出結果を同期保持部２５に供給し、同期保持部２５によって位相を補正した後に、同期捕捉部２４による同期捕捉処理を開始すればよい。
【００９８】
このような拡散符号の位相を補正する手法において必要となる情報は、同期捕捉部２４が検出したＩＦキャリア周波数のみであり、ＧＰＳ受信機１０においては、ＴＣＸＯ１２の発振周波数ＦＯＳＣの誤差もドップラシフト量も、情報として不要である。また、ＧＰＳ受信機１０においては、ＩＦキャリア周波数に依存せず、ＦＩＦ＝ＦＲＯ−ＦＬＯとなるように局部発振周波数ＦＬＯを設定する場合であっても、ΔＦＩＦの符号を変更するのみで済む。
【００９９】
さて、以下では、以上のような同期捕捉部２４の具体的な構成について説明する。
【０１００】
ＧＰＳ衛星からの信号は、キャリアを除くと、データの伝送速度が５０ｂｐｓである航法メッセージを、上述したように、チップレートが１．０２３ＭＨｚ、周期が１０２３の拡散符号で拡散された信号である。１ビットの航法メッセージは、その時間長が２０ミリ秒であり、１ミリ秒周期の拡散符号が２０周期分含まれているものである。このようなＧＰＳ衛星からの信号は、信号成分に比べてノイズ成分の方がはるかに大きいものであるが、多周期にわたってＧＰＳ受信機１０の内部で発生させる拡散符号との相関検出処理を同期捕捉部２４によって行うことにより、受信感度を向上させることができる。これは、ノイズ成分を生じる主な原因である熱雑音がランダムな非周期信号であるのに対して、ＧＰＳ衛星からの信号は周期信号であることを利用するものである。
【０１０１】
ＧＰＳ衛星からの信号は、部分的には周期信号ではあるが航法メッセージが含まれる。そのため、ＧＰＳ受信機においては、未知であるところの航法メッセージの成分が除去できない以上は、多周期にわたって拡散符号との相関をとったとしても、航法メッセージの正負の信号が相殺しあう場合には、ピークで現される相関を検出することができない。
【０１０２】
これを回避するために、拡散符号の１周期毎の相関の絶対値和又は２乗和を多周期にわたって加算していく手法がある。ＧＰＳ受信機においては、この手法を用いることにより、航法メッセージに依存することはなくなるが、Ｃ／Ｎ（Carrier to Noise ratio）が小さいほど、２乗操作による損失が大きく、受信感度の改善度は低くなる。これを解決する手法としては、本件出願人が先に出願している特願２００１−１９０６５８号に記載したものがある。この手法は、同じく本件出願人が先に出願している特願２００２−３２５０１号に記載した上述した同期捕捉部２４に適用することができ、また、本件出願人が先に出願している特願２００２−３５６９９号に記載した上述した同期保持部２５にも適用することができる。
【０１０３】
ＧＰＳ受信機１０においては、上述したように、先に図２に示したＦＦＴを利用したディジタルマッチドフィルタ５０を同期捕捉部２４に適用し、このディジタルマッチドフィルタ５０によって多周期にわたって当該ＧＰＳ受信機１０の内部で発生させる拡散符号との相関検出処理を行う。この手法としては、処理を行う周期長分のＩＦ信号をメモリに記憶する方式のものがあるが、ＧＰＳ受信機１０においては、基本的にはこの方式を採用する。
【０１０４】
同期捕捉部２４は、上述したように、ディジタルマッチドフィルタ５０を先に図３に示したＤＳＰ７４又はＣＰＵによって実行されるソフトウェアとして実装することによって構成される。
【０１０５】
サンプラ７１は、上述したＴＣＸＯ１２によって生成される発振信号Ｄ２に基づく所定のサンプリング周波数で入力されたＩＦ信号をサンプリングする。このとき、サンプラ７１は、ＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ、又は上述したメインのＣＰＵ２６によるサンプリング開始の命令に応じて、ＩＦ信号のサンプリングを開始する。このサンプラ７１によってサンプリングされたＩＦ信号は、ＲＡＭ７２に書き込まれてバッファリングされる。
【０１０６】
ＲＡＭ７２は、サンプラ７１によってサンプリングされて書き込まれた一定時間長のＩＦ信号を記憶する。なお、同期捕捉部２４においては、このＲＡＭ７２の容量の削減を図るものである。このＲＡＭ７２に記憶されたＩＦ信号は、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって読み出され、拡散符号との相関検出処理に用いられる。
【０１０７】
ＲＡＭ／ＲＯＭ７３は、各種情報を記憶するものである。ＲＡＭ／ＲＯＭ７３のうち、ＲＡＭは、検出された相関値を記憶するエリア及びＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵのワークエリアとして用いられる。また、ＲＡＭ／ＲＯＭ７３のうち、ＲＯＭは、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって実行されるプログラムエリア及び必要なデータを記憶するエリアとして用いられる。なお、ＲＡＭ／ＲＯＭ７３のうちのＲＡＭは、ＲＡＭ７２と物理的に共用してもよく、同図においては、論理的に異なる記憶素子として図示しているにすぎないものである。
【０１０８】
ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵは、ＣＰＵ２６によって指示されたＧＰＳ衛星に対応する拡散符号を発生させ、ディジタルマッチドフィルタ５０と等価な演算を行うことによってＲＡＭ７２に記憶しているＩＦ信号に対する拡散符号の各位相についての相関値を検出する。ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵは、検出した相関値をＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶させる。
【０１０９】
このような同期捕捉部２４を備えるＧＰＳ受信機１０においては、ＲＡＭ７２の容量を大きくし、例えば、数百ミリ秒以上のＩＦ信号を記憶可能な構成とした場合には、同期捕捉時における受信感度を極めて向上させることができるが、ここでは、ＲＡＭ７２の容量の削減を図る。
【０１１０】
例えば、ＧＰＳ受信機１０においては、ＦＦＴ処理を行いやすく、且つ、１回の相関検出処理によってある程度受信感度を得ることができる１６ミリ秒分を相関検出処理の単位とし、ＲＡＭ７２の容量を、この１６ミリ秒分のＩＦ信号からなるデータを記憶することができる容量とする。この場合、ＧＰＳ受信機１０においては、周波数変換部２３におけるＡ／Ｄ２２の分解能を１ビットとし、サンプラ７１によるサンプリング周波数を４．０９６ＭＨｚとすると、ＲＡＭ７２の容量は、８．１９２バイトとなる。また、ＧＰＳ受信機１０においては、拡散符号の周期を相関検出処理の単位としてもよく、この場合には、ＲＡＭ７２の容量として、最小で１ミリ秒分である５１２バイトまで削減することができる。しかしながら、ＧＰＳ受信機１０においては、このような短いデータのみを用いた相関検出処理によって得られる受信感度は不十分である場合がある。
【０１１１】
そこで、ＧＰＳ受信機１０においては、"ｎ"を拡散符号の位相とした場合に、小容量のＲＡＭ７２に記憶されたデータに対する相関検出処理によって得られた相関値ｆ（ｎ）を、ＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶されている初期値が"０"とされる累積相関値Ｆ（ｎ）に加算し、その後、サンプラ７１によって新たにサンプリングを行い、ＲＡＭ７２に記憶させるデータを更新する。そして、ＧＰＳ受信機１０においては、更新したデータに対して再度相関検出処理を行い、得られた相関値ｆ（ｎ）を、ＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶されている累積相関値Ｆ（ｎ）＝０に加算する。さらに、ＧＰＳ受信機１０においては、サンプラ７１によって再度サンプリングを行い、ＲＡＭ７２を入力されたＩＦ信号を記憶するバッファとして用いながら、同様に相関検出処理を行って得られた相関値ｆ（ｎ）を、ＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶されている累積相関値Ｆ（ｎ）に加算する。ＧＰＳ受信機１０においては、このような処理を、例えば合計で数百ミリ秒以上まで所定の回数だけ繰り返す。
【０１１２】
具体的には、ＧＰＳ受信機１０においては、同期捕捉部２４によって図８に示す一連の処理を行うことにより、相関検出処理を行う。
【０１１３】
まず、ＧＰＳ受信機１０は、同図に示すように、ステップＳ１において、ＣＰＵ２６により、相関検出処理の最大繰り返し回数を示すサンプリング回数Ｍ、発生させる拡散符号を特定するためのＧＰＳ衛星の衛星番号、及びドップラシフト量等を設定する。
【０１１４】
続いて、ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ２において、ＣＰＵ２６により、ＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶する相関値Ｆ（ｎ）の初期値として"０"を設定するとともに、繰り返し回数ｍの初期値として"０"を設定する。
【０１１５】
続いて、ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ３において、同期捕捉部２４におけるサンプラ７１によってＩＦ信号のサンプリングを行い、サンプリングして得られたデータをＲＡＭ７２に記憶させる。
【０１１６】
続いて、ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ４において、ＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６の制御のもとに、ＲＡＭ７２に記憶したデータをＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるワークエリアとしてのＲＡＭの一部に転送する。
【０１１７】
そして、ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ５において、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによってＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶されたデータに対する相関検出処理を行い、相関値ｆ（ｎ）を算出する。
【０１１８】
続いて、ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ６において、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵにより、相関値ｆ（ｎ）を、ＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶されている累積相関値Ｆ（ｎ）に加算し、これを新たな累積相関値Ｆ（ｎ）としてＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶させる。
【０１１９】
続いて、ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ７において、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって繰り返し回数ｍを"１"だけインクリメントし、ステップＳ８において、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵにより、新たな繰り返し回数ｍがステップＳ１にて設定したサンプリング回数Ｍよりも少ないか否かを判定する。
【０１２０】
ここで、新たな繰り返し回数ｍがステップＳ１にて設定したサンプリング回数Ｍよりも少ないものと判定した場合には、ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ３からの処理を繰り返す。一方、新たな繰り返し回数ｍがステップＳ１にて設定したサンプリング回数Ｍに達したものと判定した場合には、ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ９へと処理を移行する。
【０１２１】
ＧＰＳ受信機１０は、ステップＳ９において、ＲＡＭ／ＲＯＭ７３に記憶されている累積相関値Ｆ（ｎ）を最終的に出力すべき相関値、すなわち、拡散符号の位相ｎｐとして検出し、次の相関検出処理へと移行する。
【０１２２】
ＧＰＳ受信機１０は、このような一連の処理を経ることにより、拡散符号の位相ｎｐを検出することができる。ＧＰＳ受信機１０は、このように相関検出処理を繰り返し行い、相関値ｆ（ｎ）を累積加算することにより、小容量のＲＡＭ７２を用いながらも大容量のメモリを用いた場合と同様の効果を得ることができる。例えば、ＧＰＳ受信機１０においては、１回の相関検出処理を行った時点では、図９（Ａ）に示すように、拡散符号の位相ｎｐを示す累積相関値Ｆ（ｎ）の関数は、Ｓ／Ｎが極めて低い状態であるのに対して、所定の繰り返し回数ｍだけ相関検出処理を繰り返して求めた累積相関値Ｆ（ｎ）の関数は、相関値ｆ（ｎ）を累積加算していくことにより、同図（Ｂ）に示すように、Ｓ／Ｎが向上したものとなる。そして、ＧＰＳ受信機１０においては、同図（Ｃ）に示すように、最終的に得られる累積相関値Ｆ（ｎ）の関数は、Ｓ／Ｎが極めて高いものとなり、弱い信号の場合であっても拡散符号の位相ｎｐを容易に検出することが可能となる。
【０１２３】
このように、ＧＰＳ受信機１０においては、相関検出処理を複数回行い、得られた相関値ｆ（ｎ）を累積加算していくことにより、ＲＡＭ７２の容量を大きくすることなく、同期捕捉時の受信感度を向上させることができる。
【０１２４】
ところで、ＧＰＳ受信機１０においては、先に図８に示した一連の相関検出処理を行う際に、サンプラ７１によってサンプリングを開始するタイミングを任意に行った場合には、サンプリングされるデータについての拡散符号の位相が毎回異なることになる。そのため、相関のピーク位置は、毎回異なるものとなることから、相関値ｆ（ｎ）を累積加算する効果が生じないおそれがある。
【０１２５】
そこで、ＧＰＳ受信機１０においては、所定のタイミング信号生成手段によって拡散符号と略一致する時間間隔のタイミング信号を生成し、このタイミング信号に同期してサンプラ７１によるサンプリング開始のタイミングを合わせる。これにより、相関のピークは、毎回ほぼ同じ位置に存在することになり、相関値ｆ（ｎ）の累積加算によってＳ／Ｎを向上させることができる。
【０１２６】
ここで、ＧＰＳ衛星からの信号における拡散符号であるＣ／Ａコードは、ＧＰＳ衛星の内部では正確に１ミリ秒の周期で発生されるが、ＧＰＳ受信機１０に到達した段階では、ＧＰＳ衛星と受信側との相対速度の変化によって生じる約３ｐｐｍ程度のドップラシフト量が加わったものとなる。ＧＰＳ受信機１０においては、一般に、ＴＣＸＯ１２の発振周波数ＦＯＳＣの誤差は約３ｐｐｍであり、ＴＣＸＯ１２によって１ミリ秒の周期信号を生成するものとすると、生成した周期信号と受信した信号におけるＣ／Ａコードの周期とは最大で約６ｐｐｍ程度ずれることになり、すなわち、チップレートが１秒につき１．０２３ＭＨｚ、符号長が１０２３のＣ／Ａコードが最大で６符号長分だけずれることになる。しかしながら、仰角の高いＧＰＳ衛星はドップラシフト量が小さく、また、ＴＣＸＯ１２の発振周波数ＦＯＳＣは受信を重ねるうちにある程度誤差が補正できることから、このずれは、実際には６ｐｐｍよりも小さくなる。したがって、ＧＰＳ受信機１０においては、例えばＴＣＸＯ１２等に基づいて容易に生成することができる１ミリ秒周期のタイミング信号に同期してサンプラ７１によるサンプリングを開始するようにするのみでも十分な効果を得ることができる。
【０１２７】
なお、ＧＰＳ受信機１０においては、１ミリ秒周期のタイミング信号を生成する手法として、例えばＴＣＸＯ１２によって生成される発振信号Ｄ２を分周し、１ミリ秒周期の分周器出力をタイミング信号として出力することによってハードウェア上でサンプラ７１のサンプリングを制御する手法、又はＴＣＸＯ１２によって生成される発振信号Ｄ２を入力とするタイマによって時間情報を取得し、この時間情報に基づいてタイミング信号を出力することによってソフトウェア上でサンプラ７１のサンプリングを制御する手法が考えられる。
【０１２８】
また、ＧＰＳ受信機１０においては、毎回のサンプリングにおける拡散符号の位相を一致させるために、拡散符号と略一致する時間間隔のタイミング信号を生成して制御するのではなく、サンプリング開始のタイミング情報を所定の書き込み手段によってタイミング記憶用のレジスタ等に記憶させ、そのレジスタ値を相関検出処理にてＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって参照するようにしてもよい。すなわち、ＧＰＳ受信機１０においては、このタイミングをＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって参照することにより、最初のサンプリングのタイミングに対して拡散符号の周期がずれた量を把握することができる。そのため、ＧＰＳ受信機１０においては、先に図８に示したステップＳ６において、把握したずれの分を巡回シフトして、検出した相関値ｆ（ｎ）を前回の累積相関値Ｆ（ｎ）に加算していくようにしてもよい。
【０１２９】
以上、ＲＡＭ７２を入力したＩＦ信号を記憶するバッファとして用い、サンプラ７１によるサンプリング処理、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによる相関検出処理及び相関値ｆ（ｎ）の累積加算処理を繰り返し行うことによって受信感度を向上させる手法について説明したが、ＧＰＳ受信機１０においては、サンプリング処理と相関検出処理とは並列的に行うことができる。
【０１３０】
具体的には、ＧＰＳ受信機１０においては、例えば１回のサンプリング時間長よりも相関検出処理に要する時間が短い場合には、図１０に示すように、サンプラ７１によるサンプリング終了直後にＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６による要求に応じて、ＲＡＭ７２に記憶されているデータをＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるワークエリアとしてのＲＡＭの一部に転送する。なお、ＧＰＳ受信機１０においては、データの転送期間内では、サンプラ７１は待機状態とされる。
【０１３１】
続いて、ＧＰＳ受信機１０においては、データの転送終了後、ＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６によって即座にサンプラ７１に対してサンプリング開始の命令を与える。なお、ＧＰＳ受信機１０においては、上述したタイミング信号に同期してサンプラ７１によってサンプリング処理を開始する場合には、ＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６によって最初のサンプリング開始の命令が与えられた後、タイミング信号を生成し、サンプラ７１によってサンプリング処理を開始する。
【０１３２】
また、ＧＰＳ受信機１０においては、ＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６によってサンプリング開始の命令を与えると、ＲＡＭ７２から転送されてＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶されているデータに対する相関検出処理をＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって行う。ＧＰＳ受信機１０においては、サンプラ７１によるサンプリング処理が行われている間に相関検出処理が終了することから、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵは相関検出処理を終了すると待機状態とされる。
【０１３３】
そして、ＧＰＳ受信機１０においては、サンプラ７１によるサンプリング処理が終了すると、即座にＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６による要求に応じて、ＲＡＭ７２に記憶されているデータをＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるワークエリアとしてのＲＡＭの一部に転送し、同様の動作を繰り返し行う。
【０１３４】
ＧＰＳ受信機１０においては、１回のサンプリング時間長よりも相関検出処理に要する時間が短い場合には、このようなサンプリング処理と相関検出処理との並列的動作を繰り返し行うことにより、略リアルタイムの相関検出処理を行うことができ、全体の処理時間を短縮することができる。
【０１３５】
一方、ＧＰＳ受信機１０においては、１回のサンプリング時間長よりも相関検出処理に要する時間が長い場合であっても、サンプリング処理と相関検出処理とを並列的に行うことによって処理時間の短縮化を図ることができる。
【０１３６】
すなわち、ＧＰＳ受信機１０においては、図１１に示すように、サンプラ７１によるサンプリング終了直後にＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６による要求に応じて、ＲＡＭ７２に記憶されているデータをＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるワークエリアとしてのＲＡＭの一部に転送する。なお、ＧＰＳ受信機１０においては、データの転送期間内では、サンプラ７１は待機状態とされる。
【０１３７】
続いて、ＧＰＳ受信機１０においては、データの転送終了後、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって所定のタイマを動作開始させた後、ＲＡＭ７２から転送されてＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるＲＡＭの一部に記憶されているデータに対する相関検出処理をＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって開始する。また、ＧＰＳ受信機１０においては、タイマによって時間を計測し、例えば相関検出処理に要する時間とサンプリング時間長との差分時間が経過した後、タイマからＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵに対して割り込みをかける。ＧＰＳ受信機１０においては、タイマからの割り込みを検出すると、ＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６によって即座にサンプラ７１に対してサンプリング開始の命令を与える。なお、ＧＰＳ受信機１０においては、上述したタイミング信号に同期してサンプラ７１によってサンプリング処理を開始する場合には、ＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６によって最初のサンプリング開始の命令が与えられた後、タイミング信号を生成し、サンプラ７１によってサンプリング処理を開始する。
【０１３８】
ここで、ＧＰＳ受信機１０においては、相関検出処理に要する時間とサンプリング時間長との差分時間が経過した後、タイマによって割り込みをかける場合には、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによる相関検出処理とサンプラ７１によるサンプリング処理とが同じ時間に終了することになる。ＧＰＳ受信機１０においては、ＤＳＰ７４又はこれに代わる相関検出処理が終了すると、即座にＤＳＰ７４若しくはこれに代わるＣＰＵ又は上位のＣＰＵ２６による要求に応じて、ＲＡＭ７２に記憶されているデータをＲＡＭ／ＲＯＭ７３におけるワークエリアとしてのＲＡＭの一部に転送し、同様の動作を繰り返し行う。
【０１３９】
ＧＰＳ受信機１０においては、１回のサンプリング時間長よりも相関検出処理に要する時間が長い場合には、このようなサンプリング処理と相関検出処理との並列的動作を繰り返し行うことにより、相関検出処理の終了後、即座に次のサンプリングしたデータの相関検出処理へと移行することができることから、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵのアイドル時間をなくすことができ、全体の処理時間を短縮することができる。
【０１４０】
ところで、ＧＰＳ受信機１０においては、ドップラシフトの影響によって拡散符号の周期にずれが生じるが、上述したように、１ミリ秒周期のタイミング信号を生成して、このタイミング信号に同期してサンプラ７１によるサンプリングを開始することによって十分な効果を得ることができる。しかしながら、ＧＰＳ受信機１０においては、受信するＧＰＳ衛星の数を増やすために、通常では位置算出に用いることが少ないドップラシフト量が大きい低仰角のＧＰＳ衛星を利用したり、受信感度を向上させるために、相関検出処理の時間を例えば１秒程度まで長くしたりした場合には、ドップラシフトの影響によってＣ／Ａコードが最大で３符号長分だけずれることになり、これにＴＣＸＯ１２の発振周波数ＦＯＳＣの誤差を含めると、上述したように、Ｃ／Ａコードが最大で６符号長分だけずれることになる。
【０１４１】
ただし、ドップラシフトによるＣ／Ａコードの周期の変化量は、ＧＰＳ衛星の軌道情報とＧＰＳ受信機１０のおおよその位置とがわかっている場合には、ほぼ正確な値で算出することができる。
【０１４２】
したがって、ＧＰＳ受信機１０においては、例えばＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによってＧＰＳ衛星の軌道情報と当該ＧＰＳ受信機１０のおおよその位置とに基づいて、ドップラシフトによる拡散符号の周期を算出し、算出した周期に基づいて、拡散符号の周期とサンプラ７１によるサンプリングタイミングとのずれを補正しながら相関値を累積加算する。例えば、ＧＰＳ受信機１０においては、ドップラシフトによるずれが＋２ｐｐｍと算出された場合には、１秒で＋約２符号長、１２５ミリ秒で約＋１／４符号長だけずれることになることから、サンプラ７１によるサンプリング周波数が４．０９６ＭＨｚである場合には、相関値の加算を行う際に、１２５ミリ秒毎に１つシフトして加算する、すなわち、１２５ミリ秒毎にほぼ１／４符号長だけシフトして加算する。これにより、ＧＰＳ受信機１０においては、ドップラシフトによって相関のピーク位置がずれていくことによる影響を抑制することができる。
【０１４３】
なお、ＧＰＳ受信機１０においては、ＧＰＳ衛星の軌道情報と当該ＧＰＳ受信機１０のおおよその位置とがわからず、したがってドップラシフト量もわかっていない場合であっても、先に図７に示したように、同期保持部２５によって拡散符号の位相ｈをｈ＋Δｈ（Δｈ＝−Ｔ×ΔＦＩＦ／ＦＲＦ）のように補正するのと同様に、相関のピーク位置がずれていくことによる影響を抑制することが可能である。すなわち、この補正式ｈ＋Δｈ（Δｈ＝−Ｔ×ΔＦＩＦ／ＦＲＦ）において、"Ｔ"を最初のサンプリング開始点からの経過時間とし、"ΔＦＩＦ"を相関検出に際して設定するＩＦキャリア周波数と中間周波数ＦＩＦとからのシフト量とすれば、Δｈ＝−Ｔ×ΔＦＩＦ／ＦＲＦが最初のサンプリング開始点からの相関のピーク位置のずれを表すものとなる。したがって、ＧＰＳ受信機１０においては、サンプリングを行う毎に、経過時間からΔｈを算出し、図８中ステップＳ６において、相関値ｆ（ｎ）を累積相関値Ｆ（ｎ）に加算する際に、相関値ｆ（ｎ）をΔｈだけずらして累積相関値Ｆ（ｎ）に加算する。これにより、ＧＰＳ受信機１０においては、ＧＰＳ衛星の軌道情報と当該ＧＰＳ受信機１０のおおよその位置とがわからず、したがってドップラシフト量もわかっていない場合であっても、相関のピーク位置がずれていくことによる影響を抑制することができる。なお、この補正方法は、ＧＰＳ衛星の軌道情報と当該ＧＰＳ受信機１０のおおよその位置とがわかっている場合にも有効である。
【０１４４】
以上説明したように、ＧＰＳ受信機１０は、同期捕捉部２４によって拡散符号の位相を探索するための相関値を検出する際に、ＩＦ信号を一度に大量に記憶することなく、少ないメモリで受信感度を向上させることができる。したがって、ＧＰＳ受信機１０は、メモリの容量を削減することができることから、集積回路化して構成することが容易となり、メモリの占める面積が削減されることから、小型化及び低コスト化を図ることができる。
【０１４５】
また、ＧＰＳ受信機１０は、メモリの容量は少ないながらも、繰り返し演算を行うことによって相関検出処理の時間長に制限がないことから、限界近傍まで高感度化を期待することができる。
【０１４６】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、ＧＰＳ受信機１０を用いて説明したが、本発明は、スペクトラム拡散信号を受信して復調する受信機であれば、いかなるものでも適用することができる。
【０１４７】
また、上述した実施の形態では、同期捕捉部２４として、ＦＦＴを利用したディジタルマッチドフィルタ５０を適用し、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵによって実行するものとして説明したが、本発明は、ＤＳＰ７４又はこれに代わるＣＰＵの代わりに、例えばいわゆるトランスバーサルフィルタからなるハードウェア相関器を適用してもよい。
【０１４８】
さらに、上述した実施の形態では、ＧＰＳ受信機１０を用いて説明したが、本発明は、衛星を利用した測位システム、すなわち、ＧＮＳＳシステムを適用した受信機の機能が組み込まれた電子機器であれば、いかなるものであっても適用することができる。ＧＮＳＳシステムとしては、米国における上述したＧＰＳシステムの他、旧ソ連邦におけるＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellites System）や、欧州を中心として開発が進められているＧＡＬＩＬＥＯ等があるが、本発明は、これら全てのＧＮＳＳシステムを適用することができるものである。
【０１４９】
このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【０１５０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかる相関検出装置は、入力されたスペクトラム拡散信号における拡散符号の位相を検出するために、拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する相関検出装置であって、入力されたスペクトラム拡散信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング手段によってサンプリングされた一定時間長のデータを記憶する第１の記憶手段と、この第１の記憶手段に記憶されたデータと自己が発生した拡散符号との相関値を算出する相関検出処理を行い、検出した相関値を、前回の相関検出処理によって得られた相関値に累積加算する相関検出処理手段と、この相関検出処理手段によって得られた累積相関値を記憶する第２の記憶手段と、サンプリング手段によって再度スペクトラム拡散信号をサンプリングさせて得られたデータを第１の記憶手段に記憶させることによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新させ、更新したデータに対して相関検出処理手段によって相関検出処理を行わせ、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶させる動作を所定の回数だけ繰り返し行わせる制御手段とを備える。
【０１５１】
そのため、本発明にかかる相関検出装置は、制御手段による制御のもとに、サンプリング手段によって再度スペクトラム拡散信号をサンプリングして得られたデータを第１の記憶手段に記憶することによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理手段によって相関検出処理を行い、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行うことにより、スペクトラム拡散信号を第１の記憶手段に一度に大量に記憶することなく、少ない容量で受信感度を向上させることができる。したがって、本発明にかかる相関検出装置は、第１の記憶手段の容量を削減することができることから、第１の記憶手段の占める面積を削減することができ、小型化及び低コスト化を図ることができる。
【０１５２】
また、本発明にかかる相関検出方法は、入力されたスペクトラム拡散信号における拡散符号の位相を検出するために、拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する相関検出方法であって、入力されたスペクトラム拡散信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングする工程と、このスペクトラム拡散信号をサンプリングする工程にてサンプリングされた一定時間長のデータを第１の記憶手段に記憶する工程と、第１の記憶手段に記憶されたデータと自己が発生した拡散符号との相関値を算出する相関検出処理を行い、検出した相関値を、前回の相関検出処理によって得られた相関値に累積加算する工程と、この相関値を累積加算する工程にて得られた累積相関値を第２の記憶手段に記憶する工程とを備え、再度スペクトラム拡散信号をサンプリングさせて得られたデータを第１の記憶手段に記憶することによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理を行い、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行う。
【０１５３】
そのため、本発明にかかる相関検出方法は、再度スペクトラム拡散信号をサンプリングして得られたデータを第１の記憶手段に記憶することによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理を行い、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行うことにより、スペクトラム拡散信号を第１の記憶手段に一度に大量に記憶することなく、少ない容量で受信感度を向上させることが可能となる。したがって、本発明にかかる相関検出方法は、第１の記憶手段の容量を削減することによって第１の記憶手段の占める面積を削減することが可能となり、小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。
【０１５４】
さらに、本発明にかかる受信装置は、衛星からの信号を受信して自己の位置及び速度を算出する受信装置であって、衛星からの信号を受信する受信手段と、この受信手段によって受信した受信信号の周波数を所定の中間周波数に変換する周波数変換手段と、この周波数変換手段によって得られた中間周波数信号における拡散符号の位相を検出する同期捕捉と中間周波数信号におけるキャリア周波数の検出とを行う同期捕捉手段と、この同期捕捉手段によって検出された拡散符号の位相及び同期捕捉手段によって検出されたキャリア周波数を、複数の衛星に対応して独立に設けられた複数のチャンネルのそれぞれに対して衛星毎に割り当てて設定し、設定した拡散符号の位相及びキャリア周波数を初期値として、拡散符号とキャリアとの同期保持を行うとともに、中間周波数信号に含まれるメッセージの復調を行う同期保持手段とを備え、スペクトラム拡散信号である中間周波数信号における拡散符号の位相を検出するために、拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する同期捕捉手段は、入力された中間周波数信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング手段によってサンプリングされた一定時間長のデータを記憶する第１の記憶手段と、この第１の記憶手段に記憶されたデータと自己が発生した拡散符号との相関値を算出する相関検出処理を行い、検出した相関値を、前回の相関検出処理によって得られた相関値に累積加算する相関検出処理手段と、この相関検出処理手段によって得られた累積相関値を記憶する第２の記憶手段と、サンプリング手段によって再度中間周波数信号をサンプリングさせて得られたデータを第１の記憶手段に記憶させることによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新させ、更新したデータに対して相関検出処理手段によって相関検出処理を行わせ、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶させる動作を所定の回数だけ繰り返し行わせる制御手段とを有する。
【０１５５】
そのため、本発明にかかる受信装置は、同期捕捉手段における制御手段による制御のもとに、サンプリング手段によって再度中間周波数信号をサンプリングして得られたデータを第１の記憶手段に記憶することによって第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理手段によって相関検出処理を行い、得られた相関値を第２の記憶手段に記憶されている累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行うことにより、中間周波数信号を第１の記憶手段に一度に大量に記憶することなく、少ない容量で受信感度を向上させることができる。したがって、本発明にかかる受信装置は、第１の記憶手段の容量を削減することができることから、第１の記憶手段の占める面積を削減することができ、小型化及び低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態として示すＧＰＳ受信機の構成を説明するブロック図である。
【図２】同ＧＰＳ受信機が備える同期捕捉部として適用することができるＦＦＴを利用したディジタルマッチドフィルタの構成を説明するブロック図である。
【図３】同ＧＰＳ受信機が備える同期捕捉部として図２に示すディジタルマッチドフィルタを適用した場合における実際の実装例を説明するブロック図である。
【図４】同ＧＰＳ受信機が備える同期保持部の構成を説明するブロック図である。
【図５】同ＧＰＳ受信機が備える同期保持部が有するチャンネル回路の構成を説明するブロック図である。
【図６】同ＧＰＳ受信機が備える同期保持部における拡散符号の位相合わせについて説明するための図である。
【図７】同ＧＰＳ受信機が備える同期保持部における拡散符号の位相補正について説明するための図である。
【図８】同ＧＰＳ受信機が備える同期捕捉部における相関検出処理を行う際の一連の処理を説明するフローチャートである。
【図９】同ＧＰＳ受信機が備える同期捕捉部によって検出した相関値の時間変化を示す出力波形の例を説明する図であって、（Ａ）は、１回の相関検出処理を行った場合の出力波形の例を示し、（Ｂ）は、所定の繰り返し回数だけ相関検出処理を繰り返し行った場合の出力波形の例を示し、（Ｃ）は、最終的に得られる出力波形の例を示す図である。
【図１０】同ＧＰＳ受信機が備える同期捕捉部によってサンプリング処理と相関検出処理とを並列的に行う様子を説明する図であって、サンプリング時間長よりも相関検出処理に要する時間が短い場合における処理の内容を説明する図である。
【図１１】同ＧＰＳ受信機が備える同期捕捉部によってサンプリング処理と相関検出処理とを並列的に行う様子を説明する図であって、サンプリング時間長よりも相関検出処理に要する時間が長い場合における処理の内容を説明する図である。
【図１２】ＧＰＳ衛星からの信号の構成を説明する図である。
【図１３】従来の拡散符号及びキャリアの同期処理を説明するための図であって、周波数サーチを説明するための図である。
【図１４】ディジタルマッチドフィルタを用いて検出した相関値の時間変化を示す出力波形の例を説明する図である。
【符号の説明】
１０ ＧＰＳ受信機、 １１ ＸＯ、 １２ ＴＣＸＯ、 １３ 逓倍／分周器、 １４ アンテナ、 １５ ＬＮＡ、 １６ ＢＰＦ、 １７，２０ 増幅器、 １８ 周波数シンセサイザ、 １９ ミキサ、 ２１，１０７，１０８，１１７，１１８，１２２，１２３ ＬＰＦ、 ２２ Ａ／Ｄ、 ２３ 周波数変換部、 ２４ 同期捕捉部、 ２５ 同期保持部、 ２６ ＣＰＵ、 ２７ ＲＴＣ、 ２８ タイマ、 ２９，５２，５４，５７ メモリ、 ３０ 復調回路、 ５０ ディジタルマッチドフィルタ、 ５１，７１ サンプラ、 ５３，５６ ＦＦＴ処理部、 ５５，１２８ 拡散符号発生器、 ５８，１０３，１０５，１０６，１１３，１１４，１１５，１１６，１２０，１２１ 乗算器、 ５９ＩＦＦＴ処理部、 ６０ ピーク検出器、 ７２ ＲＡＭ、 ７３ ＲＡＭ／ＲＯＭ、 ７４ ＤＳＰ、 ８１，８１１，８１２，・・・，８１Ｎ チャンネル回路、 ８２ コントロール・レジスタ、 １０１ コスタスループ、 １０２ ＤＬＬ、 １０４，１２７ ＮＣＯ、 １０９，１２６ ループフィルタ、１１０，１２５ 位相検出器、 １１１ ２値化回路、 １１２，１１９，１２４ ２乗和算出回路
Claims (13)
- 入力されたスペクトラム拡散信号における拡散符号の位相を検出するために、上記拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する相関検出装置であって、
入力された上記スペクトラム拡散信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングするサンプリング手段と、
上記サンプリング手段によってサンプリングされた一定時間長のデータを記憶する第１の記憶手段と、
上記第１の記憶手段に記憶されたデータと自己が発生した拡散符号との相関値を算出する相関検出処理を、上記サンプリング手段によるサンプリング処理と並列的に行い、検出した上記相関値を、前回の相関検出処理によって得られた相関値に累積加算する相関検出処理手段と、
上記相関検出処理手段によって得られた累積相関値を記憶する第２の記憶手段と、
上記サンプリング手段によって再度上記スペクトラム拡散信号をサンプリングさせて得られたデータを上記第１の記憶手段に記憶させることによって上記第１の記憶手段に記憶されているデータを更新させ、更新したデータに対して上記相関検出処理手段によって相関検出処理を行わせ、得られた相関値を上記第２の記憶手段に記憶されている上記累積相関値に加算して記憶させる動作を所定の回数だけ繰り返し行わせる制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記サンプリング手段によるサンプリング時間長と上記相関検出処理手段による相関検出処理に要する時間とに基づいた制御を行い、上記サンプリング手段によるサンプリング終了直後に上記第１の記憶手段に記憶されたデータを上記相関検出処理手段による作業領域としての記憶手段に転送させることを特徴とする相関検出装置。 - 上記スペクトラム拡散信号における拡散符号と略一致する時間間隔のタイミング信号を生成するタイミング信号生成手段を備え、
上記サンプリング手段は、上記タイミング信号生成手段によって生成された上記タイミング信号に同期して上記スペクトラム拡散信号のサンプリングを開始することを特徴とする請求項１記載の相関検出装置。 - 上記タイミング信号生成手段は、所定の発振器によって生成される発振信号を分周し、上記スペクトラム拡散信号における拡散符号と略一致する周期で分周して得られた信号を上記タイミング信号として出力することを特徴とする請求項２記載の相関検出装置。
- 所定の発振器によって生成される発振信号を入力として時間情報を取得する時計手段を備え、
上記タイミング信号生成手段は、上記時計手段によって上記時間情報を取得し、上記時間情報に基づいて上記タイミング信号を出力することを特徴とする請求項２記載の相関検出装置。 - 上記サンプリング手段によるサンプリング開始のタイミング情報を記憶する第３の記憶手段と、
上記タイミング情報を上記第３の記憶手段に記憶させるタイミング情報書き込み手段とを備え、
上記相関検出処理手段は、上記第３の記憶手段に記憶された上記タイミング情報を参照し、上記スペクトラム拡散信号における拡散符号の周期がずれたことを把握した場合には、把握したずれの分だけ巡回シフトして、検出した上記相関値を累積加算することを特徴とする請求項１記載の相関検出装置。 - 上記制御手段は、上記サンプリング手段によるサンプリング時間長よりも上記相関検出処理手段による相関検出処理に要する時間が短い場合には、上記サンプリング手段によるサンプリング終了直後に上記第１の記憶手段に記憶されたデータを上記相関検出処理手段による作業領域としての記憶手段に転送させ、上記相関検出処理手段による転送されたデータに対する相関検出処理を行わせる前に、上記サンプリング手段によるサンプリングを開始させることを特徴とする請求項１記載の相関検出装置。
- 上記制御手段は、上記サンプリング手段によるサンプリング時間長よりも上記相関検出処理手段による相関検出処理に要する時間が長い場合には、上記サンプリング手段によるサンプリング終了直後に上記第１の記憶手段に記憶されたデータを上記相関検出処理手段による作業領域としての記憶手段に転送させ、上記相関検出処理手段による転送されたデータに対する相関検出処理を開始させた後、所定の時間経過後に、上記サンプリング手段によるサンプリングを開始させることを特徴とする請求項１記載の相関検出装置。
- 上記所定の時間は、上記相関検出処理手段による相関検出処理に要する時間と上記サンプリング手段によるサンプリング時間長との差分時間であることを特徴とする請求項７記載の相関検出装置。
- 衛星からの信号を受信して自己の位置及び速度を算出する際に、上記スペクトラム拡散信号における拡散符号の位相を検出する同期捕捉を行うものであり、
上記相関検出処理手段は、上記衛星の軌道情報と自己のおおよその位置とに基づいて、ドップラシフトによる上記スペクトラム拡散信号における拡散符号の周期を算出し、算出した周期に基づいて、上記スペクトラム拡散信号における拡散符号の周期と上記サンプリング手段によるサンプリングタイミングとのずれを補正しながら検出した上記相関値を累積加算することを特徴とする請求項１記載の相関検出装置。 - 衛星からの信号を受信して自己の位置及び速度を算出する際に、上記スペクトラム拡散信号における拡散符号の位相を検出する同期捕捉を行うものであり、
上記相関検出処理手段は、相関検出に際して設定する上記スペクトラム拡散信号におけるキャリア周波数に基づいて、上記スペクトラム拡散信号における拡散符号の周期と上記サンプリング手段によるサンプリングタイミングとのずれを補正しながら検出した上記相関値を累積加算することを特徴とする請求項１記載の相関検出装置。 - 上記相関検出処理手段は、高速フーリエ変換を利用したディジタルマッチドフィルタと等価な演算を行うものであることを特徴とする請求項１記載の相関検出装置。
- 入力されたスペクトラム拡散信号における拡散符号の位相を検出するために、上記拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する相関検出方法であって、
入力された上記スペクトラム拡散信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングする工程と、
上記スペクトラム拡散信号をサンプリングする工程にてサンプリングされた一定時間長のデータを第１の記憶手段に記憶する工程と、
上記第１の記憶手段に記憶されたデータと自己が発生した拡散符号との相関値を算出する相関検出処理を、上記サンプリング処理と並列的に行い、検出した上記相関値を、前回の相関検出処理によって得られた相関値に累積加算する工程と、
上記相関値を累積加算する工程にて得られた累積相関値を第２の記憶手段に記憶する工程とを備え、再度上記スペクトラム拡散信号をサンプリングさせて得られたデータを上記第１の記憶手段に記憶することによって上記第１の記憶手段に記憶されているデータを更新し、更新したデータに対して相関検出処理を行い、得られた相関値を上記第２の記憶手段に記憶されている上記累積相関値に加算して記憶する動作を所定の回数だけ繰り返し行い、
上記サンプリングする工程におけるサンプリング時間長と上記相関検出処理に要する時間とに基づいた制御を行い、上記サンプリング終了直後に上記第１の記憶手段に記憶されたデータを、上記相関検出処理を行うための作業領域としての記憶手段に転送することを特徴とする相関検出方法。 - 衛星からの信号を受信して自己の位置及び速度を算出する受信装置であって、
上記衛星からの信号を受信する受信手段と、
上記受信手段によって受信した受信信号の周波数を所定の中間周波数に変換する周波数変換手段と、
上記周波数変換手段によって得られた中間周波数信号における拡散符号の位相を検出する同期捕捉と上記中間周波数信号におけるキャリア周波数の検出とを行う同期捕捉手段と、
上記同期捕捉手段によって検出された上記拡散符号の位相及び上記同期捕捉手段によって検出された上記キャリア周波数を、複数の上記衛星に対応して独立に設けられた複数のチャンネルのそれぞれに対して上記衛星毎に割り当てて設定し、設定した上記拡散符号の位相及び上記キャリア周波数を初期値として、上記拡散符号とキャリアとの同期保持を行うとともに、上記中間周波数信号に含まれるメッセージの復調を行う同期保持手段とを備え、
スペクトラム拡散信号である上記中間周波数信号における拡散符号の位相を検出するために、上記拡散符号と自己が発生する拡散符号との相関を検出する上記同期捕捉手段は、
入力された上記中間周波数信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングするサンプリング手段と、
上記サンプリング手段によってサンプリングされた一定時間長のデータを記憶する第１の記憶手段と、
上記第１の記憶手段に記憶されたデータと自己が発生した拡散符号との相関値を算出する相関検出処理を、上記サンプリング手段によるサンプリング処理と並列的に行い、検出した上記相関値を、前回の相関検出処理によって得られた相関値に累積加算する相関検出処理手段と、
上記相関検出処理手段によって得られた累積相関値を記憶する第２の記憶手段と、
上記サンプリング手段によって再度上記中間周波数信号をサンプリングさせて得られたデータを上記第１の記憶手段に記憶させることによって上記第１の記憶手段に記憶されているデータを更新させ、更新したデータに対して上記相関検出処理手段によって相関検出処理を行わせ、得られた相関値を上記第２の記憶手段に記憶されている上記累積相関値に加算して記憶させる動作を所定の回数だけ繰り返し行わせる制御手段とを有し、
上記制御手段は、上記サンプリング手段によるサンプリング時間長と上記相関検出処理手段による相関検出処理に要する時間とに基づいた制御を行い、上記サンプリング手段によるサンプリング終了直後に上記第１の記憶手段に記憶されたデータを上記相関検出処理手段による作業領域としての記憶手段に転送させることを特徴とする受信装置。
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