JP3880458B2 - 反転タイミング検出装置および測位用信号受信装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、2値符号化信号のビットが反転するタイミングを検出する反転タイミング検出装置およびそれを備えた測位用信号受信装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
各種測定装置、各種通信装置、その他の2値符号化信号を扱う装置において、2値符号化信号のビット反転タイミングを正確に検出することが要求される。特に、GPS受信機等において、航法メッセージのビット反転タイミングは、C/Aコード等の擬似雑音コードの位相情報でもあるので、衛星から受信点までの擬似距離の測距精度を高め、高い測位精度を得る上で重要である。
【0003】
従来、このようなビット反転タイミングの検出は、2値化信号の極性が正から負または負から正に変化するタイミングを検出することにより行われていた。例えば、サンプリングしたデータ列の隣接する2点のデータに基づいて、その値の変化によって反転タイミングを検出していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、2値化信号の極性変化の検出は、結局信号レベルの変化を検出することによって行うので、信号レベルの高い信号に対しては適用可能であるが、信号レベルが低くなると、極性反転のタイミングが正確に検出できず、誤検出することになる。
【0005】
この発明の目的は、比較的信号レベルの低い場合にもビット反転のタイミングを正確に検出できるようにした反転タイミング検出装置およびそれを備えた測位用信号受信装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明のビット反転タイミング検出装置は、1ビット長が既定である2値符号化信号のビット反転タイミングを検出する装置であり、正の積算処理を行う期間と負の積算処理を行う期間とを前記1ビット長分の期間で切り替えるとともに、前記1ビット長分の時間より長い時間に亘って被検出信号の信号強度の積算値を求め、正の積算処理を行う期間と負の積算処理を行う期間との切り替えタイミングをシフトさせて得られる複数の積算結果のうち、積算値が最大となるタイミングをビット反転タイミングとして検出することを特徴としている。
【0007】
このように、例えばサンプリングしたデータ列の2点のデータのみに基づいて反転タイミングを検出するのではないので、換言すると信号の極性が反転する瞬間を検出するのではないので、信号レベルが低くてもノイズの影響を受けにくくなり、信号レベルの低い場合にも反転タイミングを正確に検出できるようになる。すなわち1ビット長に亘る積算値を基に反転タイミングを検出するので、単発的なノイズの影響を受けず、ノイズ成分が打ち消され、または平均化され、且つ実効的な信号強度が高まるので、信号レベルが低い場合にも反転タイミングを正確に検出できるようになる。
【0008】
また、この発明の反転タイミング検出装置は、上述の方法により検出した積算値の最大となるタイミングの前後の1ビット長または該1ビット長より短い所定時間での積算値での符号が一致するか否かを検出する手段を備えたことを特徴としている。
ビットの反転がなくても上記積算値が最大となるタイミングが見かけ上生じるが、この構成により、実際にビット反転があったか否かの判定ができ、反転タイミングの誤検出が防止できる。
【0009】
また、この発明の反転タイミング検出装置は、前記被検出信号を、キャリア信号が所定符号および所定データ列により位相反転変調された信号とし、前記信号強度を、キャリア信号の所定位相を基準とするI成分とQ成分から求めたパワーとしたことを特徴としている。
これにより、被検出信号にキャリア信号の成分が含まれていてもデータ列のビット反転タイミングを正確に検出できる。
【0010】
この発明の測位用信号受信装置は、前記反転タイミング検出装置における積算手段と積算値最大タイミング検出手段とを備えるとともに、キャリア信号が擬似雑音符号および航法メッセージで変調されてなる測位用信号を入力し、前記航法メッセージを前記擬似雑音符号により復調して前記被検出信号を求める復調手段を備えたことを特徴としている。
これにより、航法メッセージのビット反転タイミングの検出精度が高まり、高い測位精度で測位が行える。
【0011】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態に係るGPS受信機について、各図を参照して説明する。
図1はGPS受信機の主要部の構成を示すブロック図である。ここで9はC/Aコードのコード発生器、8はコード発生器9に対して所定周波数の周期信号を与える数値制御発振器である。1は乗算器であり、入力されるアンテナからの中間周波信号IFに対してコード発生器9の発生したC/Aコードを乗算する。10は、推定しているキャリア周波数のI信号(キャリア正位相信号)とQ信号(キャリア90°位相信号)を発生する数値制御発振器である。2,3は乗算器1からの出力信号に対してキャリアNCO10のI信号およびQ信号をそれぞれ乗算する乗算器である。積算器4,5は乗算器2,3の出力信号を一定周期で積算し、その結果をレジスタ6,7へ書き込む。
【0012】
CPU11はROM12に予め書き込まれているプログラムを実行する。RAM13はそのプログラムの実行に際してワーキングエリアとして用いる。CPU11はI/Oポート15を介して、コードNCO8およびキャリアNCO10に対して制御データを与える。またレジスタ6,7のデータを所定のタイミングで読み取る。インターフェイス14は、図外の装置との間でデータ伝送制御を行う。
【0013】
図2は受信波のC/Aコードと受信機内のC/Aコードおよび復調された航法メッセージの例を示している。受信波のC/Aコードは航法メッセージで変調されているので、受信波のC/Aコードに対して、受信機内で発生したC/Aコードすなわち図1に示したコード発生器9の発生コード、を掛け合わせることによって、2値符号化信号として航法メッセージを検出することができる。
【0014】
GPSの場合、航法メッセージの1ビットは20[ms]持続する。また、航法メッセージの立ち上がりまたは立ち下がりのタイミングが受信波のC/Aコードの位相を表すため、このC/Aコード位相によって、GPS衛星から受信点までの擬似距離を求める。
【0015】
図2に示した「復調された航法メッセージ」は、図1におけるレジスタ6,7に所定周期で求められるI成分の相関値の二乗とQ成分の相関値の二乗との和から求められる。
図3および図4は、上記航法メッセージのビット反転タイミングを検出するためのフローチャートおよびタイミングを示す図である。
ここでは、1ビットのビット長が20[ms]である航法メッセージのビット反転タイミングを検出する場合について示す。まず、パワーの最大値を求めるための変数Pmaxに初期値0を代入する(n1)。また、積算開始タイミングを初期化する(n2)。その後、1[ms]毎に、レジスタ6に求められるI成分の相関値とレジスタ7に求められるQ成分の相関値とを、40[ms]にわたってサンプリングし、蓄積し、I成分の相関値の積算値Isumと、Q成分の相関値の積算値Qsumを求める。(n2→n3)。
【0016】
図4において、ハッチング区間は、40[ms]分の相関値のうち正の積算を行う区間を示している。残りの区間は負の積算を行う区間を示している。図4の(A)に示した例では、先頭から20[ms]分について正の積算を行い、残る20[ms]分について負の積算を行うことによってIsum,Qsumを求める。
【0017】
その後、Isumの二乗とQsumの二乗との和をパワーPとして求める(n4)。このパワーPがそれまでに求めているパワーの最大値Pmaxより大きければ、今回求めたパワーPをPmaxとして更新し、また今回の開始タイミングを記憶する(n5→n6→n7)。
その後、積算開始タイミングを変更し、以降同様の処理を繰り返す(n7→n8→n9→n3→・・・)。
【0018】
このように、図4の(b)・・・(c)・・・(d),(e)のように、正の積算を行う区間と、負の積算を行う区間とを順次シフトして行き、パワーPが最大となる開始タイミングをビット反転タイミングとして検出する。
【0019】
図5は、航法メッセージのビット反転タイミングと、それに対して20[ms]の積算区間を変化させたときのパワーPの変化の例を示している。このように航法メッセージのビット反転タイミングから次の反転タイミングまでの20[ms]を正の積算または負の積算をした時にパワーPは最大となる。また、ビット反転タイミングから次のビット反転タイミングまでの丁度中間点から前後の20[ms]分について積算した場合にパワーPは最低となる。
【0020】
次に、ビット反転の有無を判定するための処理について、図6および図7を基に説明する。図6は処理手順のフローチャート、図7は積算範囲の例を示している。
ここで、kは、40[ms]分の相関値の内、ビット反転タイミングとして検出した積算開始タイミングの位置を表している。kが10以上である時、サンプル点が0番目からk−1番目までの積算値と、サンプル点がk番目からk+19番目までの積算値との積を求める(n11→n12)。また、kが10未満である時、サンプル点がk番目からk+19番目までの積算値と、サンプル点がk+20番目から39番目までの積算値との積を求める(n14)。そして、積算値の積が負であれば、ビット反転があったものと見なす(n13)。上記積が正であればビット反転が無かったものと見なす(n15)。
【0021】
図6および図7に示した例では、I信号について積算値を求めたが、Q信号について同様に行ってもよい。
【0022】
なお、以上に示した実施形態では、1ビット長の2倍の時間である40[ms]のうち、所定の積算開始タイミングから20[ms]分について正の積算を行い、残る20[ms]について負の積算を行うことによって、40[ms]全体の積算値Isum,Qsumを求めたが、片方の20[ms]分だけに基づいて処理を行ってもよい。すなわち、20[ms]分についてのみ積算し、それをIsum,Qsumとして求め、さらにパワーを求めて、パワーが最大となる開始タイミングを検出するようにしてもよい。但し、40[ms]分全体の積算値を使う方がノイズ成分の影響を受けにくくなるので、より信号レベルの低い場合にも適用できる。
【0023】
また、以上に示した実施形態ではGPS受信機に適用したが、この発明は、1ビット長が既定である2値符号化信号のビット反転タイミングを検出する装置に一般に適用できる。
【0024】
また、上述の実施形態では、推定しているキャリア周波数が実際のキャリア周波数からずれていて、キャリア成分が完全に除去できない場合でも対応できるように、I成分とQ成分を求め、その二乗和によってパワーを求めたが、キャリア成分が完全に除去されたベースバンドの矩形波信号のビット反転タイミングを検出する場合には、Q成分については求める必要はない。したがって積算値のパワーを求めずに、I成分の積算値(Isum)が最大になるタイミングをビット反転タイミングとして求めるようにしてもよい。
【0025】
【発明の効果】
この発明によれば、1ビット長が既定である2値符号化信号(被検出信号)の信号強度の積算値を、積算開始タイミングを異ならせ且つ積算開始タイミングから1ビット長分の時間に亘って積算し、積算開始タイミングを異ならせることにより変化する積算値が最大となる積算開始タイミングを検出するようにしたので、信号レベルが低くてもノイズの影響を受けにくくなり、信号レベルの低い場合にも反転タイミングを正確に検出できるようになる。
【0026】
また、この発明によれば、上述の方法により検出した積算値の最大となるタイミングの前後の1ビット長または該1ビット長より短い所定時間での積算値での符号が一致するか否かを検出するようにしたことにより、実際にビット反転があったか否かの判定ができ、反転タイミングの誤検出が防止できる。
【0027】
また、この発明によれば、キャリア信号が所定符号および所定データ列により位相反転変調された信号を被検出信号とし、被検出信号のキャリア周波数の所定位相を基準とするI成分とQ成分から求めたパワーを信号強度として求めるようにしたので、被検出信号にキャリア信号の成分が含まれていてもデータ列のビット反転タイミングを正確に検出できる。
【0028】
また、この発明によれば、前記積算手段と積算値最大タイミング検出手段とを備えるとともに、キャリア信号が擬似雑音符号および航法メッセージで変調されてなる測位用信号を入力し、航法メッセージを擬似雑音符号により復調して被検出信号を求める復調手段を備えたことにより、航法メッセージのビット反転タイミングの検出精度が高まり、高い測位精度で測位が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】GPS受信機の主要部の構成を示すブロック図
【図2】C/Aコードと航法メッセージとの関係を示す図
【図3】航法メッセージのビット反転タイミングを検出する手順を示すフローチャート
【図4】積算開始タイミングの移動の例を示す図
【図5】積算開始タイミングとパワーとの関係を示す図
【図6】ビット反転の有無を判定する処理内容を示すフローチャート
【図7】同処理で用いる積算範囲の例を示す図
【符号の発明】
1〜3−乗算器
Claims (4)
- 1ビット長が既定の2値符号化信号である被検出信号のビット反転タイミングを検出する装置において、
正の積算処理を行う期間と負の積算処理を行う期間とを前記1ビット長分の期間で切り替えるとともに、前記1ビット長分の時間より長い時間に亘って被検出信号の信号強度の積算値を求める積算手段と、
前記正の積算処理を行う期間と負の積算処理を行う期間との切り替えタイミングをシフトさせて得られる複数の積算結果のうち、積算値が最大となるタイミングを前記被検出信号の反転タイミングとして検出する積算値最大タイミング検出手段とを備えた反転タイミング検出装置。 - 前記積算値最大検出手段が検出した積算値の最大となるタイミングの前後の前記1ビット長または該1ビット長より短い所定時間での積算値の符号が一致するか否かを検出する手段を備えた請求項1に記載の反転タイミング検出装置。
- 前記被検出信号は、キャリア信号が所定符号および所定データ列により位相反転変調された信号であり、前記信号強度は、前記キャリア信号の所定位相を基準とするI成分とQ成分から求めたパワーである請求項1または2に記載の反転タイミング検出装置。
- 請求項1、2または3の反転タイミング検出装置における積算手段と積算値最大タイミング検出手段とを備えるとともに、キャリア信号が擬似雑音符号および航法メッセージで変調されてなる測位用信号を入力し、前記航法メッセージを前記擬似雑音符号により復調して前記被検出信号を求める復調手段を備えたことを特徴とする測位用信号受信装置。
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