JP3956722B2 - Matched filter device, correlation detection method, and receiver - 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マッチドフィルタ装置及び相関検出方法、並びにこれらのマッチドフィルタ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18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19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20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、GPS受信機においては、上述したように、同期捕捉を行うために、FFT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ある。
【0027】
具体的には、図21に示すように、ディジタルマッチドフィルタ200は、GPS衛星から送信されてきたRF信号を受信するアンテナ301及びRF信号をIF信号に変換する周波数変換部302によって得られるIF信号を、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201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200は、サンプラ201によってサンプリングされたIF信号をバッファリングするメモリ202と、このメモリ202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203と、このFFT処理部203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204と、このメモリ204によってバッファリングされた周波数領域信号を複素共役な信号に変換するための虚数反転フィルタ205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206と、この拡散符号発生器206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207と、このFFT処理部207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208と、このメモリ208によってバッファリングされた周波数領域信号を周波数領域上でシフトするシフタ209と、虚数反転フィルタ205によって通過された周波数領域信号とシフタ209によってシフトされた周波数領域信号とを乗算する乗算器210と、この乗算器210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211と、このIFFT処理部211によってIFFT処理が施されて得られた時間領域信号である相互相関関数をバッファリングするメモリ212と、このメモリ212によってバッファリングされた相互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206によって発生した拡散符号との相関のピークを検出するピーク検出器213とを有する。
【0028】
また、ディジタルマッチドフィルタ200は、FFT処理部203,207及び/又はIFFT処理部211による演算の際に、サイン関数及び/又はコサイン関数を繰り返し用いることから、FFT処理及び/又はIFFT処理の演算高速化のために、サイン関数及び/又はコサイン関数を発生させるサイン/コサイン発生器214と、このサイン/コサイン発生器214によって発生されたサイン関数及び/又はコサイン関数を保持するメモリ215とを有し、前処理として、サイン/コサイン発生器214によって予めサイン演算及び/又はコサイン演算を行い、その結果をメモリ215に保持しておき、FFT処理部203,207及び/又はIFFT処理部211によって任意に読み出し可能に構成されている。
【0029】
このようなディジタルマッチドフィルタ200は、実際には、FFT処理部203,207、虚数反転フィルタ205、拡散符号発生器206、シフタ209、乗算器210、IFFT処理部211、ピーク検出器213、及びサイン/コサイン発生器214の各部をDSPによって実行されるソフトウェアとして実装される。
【0030】
ディジタルマッチドフィルタ200においては、説明の便宜上、例えば、周波数変換部302から供給されるIF信号のキャリアを1MHzとすると、このIF信号に対してサンプラ201によって4.096MHzのサンプリング周波数でサンプリングを行う。ここで、GPS受信機においては、拡散符号の周期が1ミリ秒であることから、ディジタルマッチドフィルタ200においては、1ミリ秒毎のデータ処理を行うものとする。この場合、ディジタルマッチドフィルタ200においては、FFT処理部203への入力が4096点となり、32ビット演算ではFFT処理部203によって得られる周波数領域信号をバッファリングするために、メモリ204の容量として、32kバイトが必要となる。
【0031】
また、ディジタルマッチドフィルタ200においては、FFT処理部203,207及び/又はIFFT処理部211による演算の際に用いる全てのサイン関数及び/又はコサイン関数を保持しておくために、メモリ215の容量としても、32kバイトが必要となる。
【0032】
さらに、ディジタルマッチドフィルタ200においては、IF信号が4.096MHzでサンプリングされていることから、このIF信号の相互相関関数を求めるための拡散符号発生器206によって発生した拡散符号も同様の分解能が必要である。したがって、ディジタルマッチドフィルタ200においては、FFT処理部207への入力も、FFT処理部203と同様に、4096点からなる1ミリ秒のデータとなり、このFFT処理部207によって得られる周波数領域信号をバッファリングするメモリ208の容量も、メモリ204と同様に、32kバイトが必要となる。
【0033】
さらにまた、ディジタルマッチドフィルタ200においては、メモリ204によってバッファリングされた周波数領域信号とメモリ208によってバッファリングされた周波数領域信号とのうち、いずれか一方を、虚数反転フィルタ205に通過させて複素共役な信号に変換するとともに、他方を、シフタ209を用いて周波数領域上でシフトさせることにより、キャリアを互いに等しくさせる。なお、同図においては、上述したように、メモリ204によってバッファリングされた周波数領域信号を虚数反転フィルタ205に通過させ、メモリ208によってバッファリングされた周波数領域信号をシフタ209によってシフトしている。ここで、IF信号に対してFFT処理を施して得られるメモリ204によってバッファリングされた周波数領域信号をシフトする場合には、1MHz分だけシフトする。ディジタルマッチドフィルタ200においては、虚数反転フィルタ205によって通過された周波数領域信号とシフタ209によってシフトされた周波数領域信号とを乗算器210によって乗算して得られた周波数領域信号に対してIFFT処理部211によってIFFT処理を施すことにより、IF信号と拡散符号との相互相関関数を求め、メモリ212に保持させる。したがって、ディジタルマッチドフィルタ200においては、このIFFT処理部211によって得られる周波数領域信号をバッファリングするメモリ212の容量も、メモリ204,208と同様に、32kバイトが必要となる。ディジタルマッチドフィルタ200においては、メモリ212によってバッファリングされた信号から、ピーク検出器213によって相関のピークを検出する。
【0034】
このように、ディジタルマッチドフィルタ200においては、メモリ204,208,212,215の容量として、それぞれ、32kバイトを必要とし、合計で128kバイトもの容量を必要とする。また、ディジタルマッチドフィルタ200においては、これらのメモリ204,208,212,215のそれぞれに対する入力信号/出力信号を処理するFFT処理部203,207、IFFT処理部211、ピーク検出器213、及びサイン/コサイン発生器214は、それぞれ、4096点もの演算を行う必要がある。
【0035】
これらの値は、1ミリ秒のデータに対する処理を行う場合の値であり、データ長が増加すれば、メモリの容量や各部の演算量も、さらに増加することになる。
【0036】
GPS受信機においては、メモリの容量が集積回路化する際のチップ面積に大きく影響を及ぼすことから、メモリの容量が大きいことは、当該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、好ましくない。
【0037】
また、DSP等のハードウェアの能力が向上した反面、扱うデータ量が大きくなれば、それにともない、演算時間も増大していく。したがって、GPS受信機においては、演算時間が長くなるほど消費電力が多くなり、また、ユーザに対して最終演算結果としての自己の位置及び速度を提示するまでの時間が長くなり、利便を損ねる事態を招来する。
【0038】
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。
【0039】
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演算時間も削減することができるマッチドフィルタ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、これらのマッチドフィルタ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演算時間も削減することができる受信装置を提供することを目的とする。
【0040】
【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マッチドフィルタ装置は、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マッチドフィルタ装置であって、スペクトラム拡散信号が所定のサンプリング周波数でサンプリングされて入力されたデータに対して高速フーリエ変換処理を施す第1の高速フーリエ変換処理手段と、この第1の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を除去する負の周波数除去手段と、この負の周波数除去手段によって負の周波数成分が除去された周波数領域信号をバッファリングする第1の記憶手段と、スペクトラム拡散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手段と、この拡散符号発生手段によって発生された拡散符号に対して高速フーリエ変換処理を施す第2の高速フーリエ変換処理手段と、少なくともこの第2の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換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第2の記憶手段とを備えることを特徴としている。
【0041】
このような本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、第1の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を負の周波数除去手段によって除去し、得られた周波数領域信号を第1の記憶手段に記憶させるとともに、少なくとも第2の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号を第2の記憶手段に記憶させる。
【0042】
また、この本発明にかかるマッチドフィルタ装置において、第2の高速フーリエ変換処理手段には、拡散符号発生手段によって発生された拡散符号が、スペクトラム拡散信号における拡散符号のチップレートの2倍の周波数でサンプリングされて入力されることを特徴としている。
【0043】
このような本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、第1の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されるスペクトラム拡散信号のデータ数の1/2のデータ数からなる拡散符号に対して、第2の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理を施す。
【0044】
さらに、この本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、第2の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を除去する他の負の周波数除去手段を備え、第2の記憶手段は、他の負の周波数除去手段によって負の周波数成分が除去された周波数領域信号をバッファリングすることを特徴としている。
【0045】
このような本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、第2の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を他の負の周波数除去手段によって除去し、得られた周波数領域信号を第2の記憶手段に記憶させる。
【0046】
さらにまた、この本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、第2の記憶手段によってバッファリングされた周波数領域信号に対して他の負の周波数除去手段によって除去された負の周波数成分を復元する補完手段を備えることを特徴としている。
【0047】
このような本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、他の負の周波数除去手段によって負の周波数成分が除去された正の周波数成分のみからなる周波数領域信号から、補完手段によって負の周波数成分を復元する。
【0048】
また、この本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、少なくとも第1の記憶手段によってバッファリングされた周波数領域信号と少なくとも第2の記憶手段によってバッファリングされた周波数領域信号とを乗算する乗算手段と、この乗算手段によって乗算された周波数領域信号に対して逆高速フーリエ変換処理を施す逆高速フーリエ変換処理手段と、この逆高速フーリエ変換処理手段によって逆高速フーリエ変換処理が施されて得られた相互相関関数をバッファリングする第3の記憶手段とを備えることを特徴としている。
【0049】
このような本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、逆高速フーリエ変換処理手段によって逆高速フーリエ変換処理が施されて得られた相互相関関数を第3の記憶手段に記憶させる。
【0050】
さらに、この本発明にかかるマッチドフィルタ装置において、逆高速フーリエ変換処理手段は、乗算手段によって得られる周波数領域信号のうち正の周波数成分のみに対して、逆高速フーリエ変換処理を施すことを特徴としている。
【0051】
このような本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、乗算手段によって得られる周波数領域信号のうち1/2のデータ数からなる周波数領域信号に対して、逆高速フーリエ変換処理手段によって逆高速フーリエ変換処理を施す。
【0052】
さらにまた、この本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、サイン関数又はコサイン関数を発生するサイン/コサイン発生手段と、このサイン/コサイン発生手段によって発生されたサイン関数又はコサイン関数を、第1の高速フーリエ変換処理手段、第2の高速フーリエ変換処理手段、及び/又は逆高速フーリエ変換処理手段のそれぞれによって読み出し可能に保持する第4の記憶手段とを備えることを特徴としている。
【0053】
また、この本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、第4の記憶手段に保持されたサイン関数又はコサイン関数に基づいて、三角関数を利用した複数のパターンからなる算出式を発生する三角関数発生手段と、この三角関数発生手段によって発生された複数のパターンからなる算出式を保持する記憶手段とを備え、サイン/コサイン発生手段は、サイン関数又はコサイン関数の一部の成分のみを発生して第4の記憶手段に保持させ、第1の高速フーリエ変換処理手段、第2の高速フーリエ変換処理手段、及び/又は逆高速フーリエ変換処理手段は、それぞれ、必要となる関数の位相に応じて、記憶手段に記憶されている複数のパターンからなる算出式を切り替えることにより、任意の位相のサイン関数及び/又はコサイン関数を利用することを特徴としている。
【0054】
このような本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、サイン/コサイン発生手段によってサイン関数又はコサイン関数の一部の成分のみを発生し、第4の記憶手段に保持させる。
【0055】
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、スペクトラム拡散信号が所定のサンプリング周波数でサンプリングされて入力されたデータに対して高速フーリエ変換処理を施す工程と、入力されたデータに対する高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を除去する工程と、負の周波数成分が除去された周波数領域信号を第1の記憶手段にバッファリングする工程と、スペクトラム拡散信号における拡散符号と同じ拡散符号を発生する工程と、発生された拡散符号に対して高速フーリエ変換処理を施す工程と、少なくとも発生された拡散符号に対する高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号を第2の記憶手段にバッファリングする工程とを備えることを特徴としている。
【0056】
このような本発明にかかる相関検出方法は、入力されたデータに対する高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を除去し、得られた周波数領域信号を第1の記憶手段に記憶させるとともに、少なくとも発生された拡散符号に対する高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号を第2の記憶手段に記憶させる。
【0057】
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、中間周波数信号が所定のサンプリング周波数でサンプリングされて入力されたデータに対して高速フーリエ変換処理を施す第1の高速フーリエ変換処理手段と、この第1の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を除去する負の周波数除去手段と、この負の周波数除去手段によって負の周波数成分が除去された周波数領域信号をバッファリングする第1の記憶手段と、中間周波数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手段と、この拡散符号発生手段によって発生された拡散符号に対して高速フーリエ変換処理を施す第2の高速フーリエ変換処理手段と、少なくともこの第2の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換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第2の記憶手段とを有するマッチドフィルタを用いて構成されることを特徴としている。
【0058】
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第1の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を負の周波数除去手段によって除去し、得られた周波数領域信号を第1の記憶手段に記憶させるとともに、少なくとも第2の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号を第2の記憶手段に記憶させる。
【0059】
【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。
【0060】
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、ディジタルマッチドフィルタを用いてスペクトラム拡散信号の同期捕捉を行う際に、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演算時間も削減し、相関のピークを正確に検出することができるものである。
【0061】
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。
【0062】
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による処理について詳述し、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。
【0063】
まず、GPS受信機の全体的な構成について説明する。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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による処理について詳述する。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。
【0090】
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、詳細は後述するが、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。このディジタルマッチドフィルタは、実際には、FFT処理やピーク検出等の処理が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。
【0091】
同期捕捉部24は、ディジタルマッチドフィルタ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4.096MHzでサンプリングし、DSPによってディジタルマッチドフィルタ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、入力したIF信号をバッファリングするためのRAMの容量が16ミリ秒分であるものとすると、DSP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、RAM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。
【0092】
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。
【0093】
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、IF信号の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、RAM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、DSP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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
なお、IFキャリア周波数は、IF信号を上述したRAM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。
【0097】
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2に示すように、複数個の独立したチャンネル回路511,512,・・・,51Nを有する。チャンネル回路511,512,・・・,51Nは、それぞれ、コントロール・レジスタ52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。
【0098】
チャンネル回路511,512,・・・,51Nは、それぞれ、図3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61と拡散符号同期用のDLL62とを組み合わせた回路と基本的には同様に構成される。
【0099】
すなわち、チャンネル回路511,512,・・・,51Nにおいては、それぞれ、同図に示すように、コスタスループ61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。)88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63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511,512,・・・,51Nにおいては、それぞれ、DLL62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。
【0100】
コスタスループ61においては、入力された信号に対して、NCO(Numeric Controlled Oscillator)64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65によって乗算される一方、NCO64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66によって乗算される。コスタスループ61においては、乗算器65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LPF67によって通過され、この信号が位相検出器70、2値化回路71及び2乗和算出回路72に供給される。一方、コスタスループ61においては、乗算器66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LPF68によって通過され、この信号が位相検出器70及び2乗和算出回路72に供給される。コスタスループ61においては、LPF67,68のそれぞれから出力された信号に基づいて位相検出器70によって検出された位相情報がループフィルタ69を介してNCO64に供給される。また、コスタスループ61においては、LPF67,68のそれぞれから出力された信号が2乗和算出回路72に供給され、この2乗和算出回路72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61においては、LPF67から出力された信号が2値化回路71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。
【0101】
一方、DLL62においては、入力されたIF信号に対して、PNG88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73によって乗算されるとともに、PNG88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74によって乗算される。DLL62においては、乗算器73によって得られた信号に対して、コスタスループ61におけるNCO64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75によって乗算されるとともに、NCO64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76によって乗算される。そして、DLL62においては、乗算器75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LPF77によって通過され、この信号が2乗和算出回路79に供給される。一方、DLL62においては、乗算器76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LPF78によって通過され、この信号が2乗和算出回路79に供給される。また、DLL62においては、乗算器74によって得られた信号に対して、コスタスループ61におけるNCO64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80によって乗算されるとともに、NCO64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81によって乗算される。そして、DLL62においては、乗算器80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LPF82によって通過され、この信号が2乗和算出回路84に供給される。一方、DLL62においては、乗算器81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LPF83によって通過され、この信号が2乗和算出回路84に供給される。
【0102】
DLL62においては、2乗和算出回路79,84のそれぞれから出力された信号が位相検出器85に供給され、これらの信号に基づいて位相検出器85によって検出された位相情報がループフィルタ86を介してNCO87に供給され、さらに、NCO87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、PNG88によって各位相E,P,Lの拡散符号が発生される。さらに、DLL62においては、2乗和算出回路79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84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。
【0103】
このように、IFキャリア同期用のコスタスループ61と拡散符号同期用のDLL62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511,512,・・・,51N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。
【0104】
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4に示すように、同期捕捉部24がIF信号をRAM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DLL62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。
【0105】
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。
【0106】
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61及びDLL62におけるループフィルタ69,86の制御を止めた状態にして、NCO64,87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69,86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、DLL62による拡散符号の位相の同期確立、及びコスタスループ61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、NCO64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、LPF67,68,77,78,82,83、及びループフィルタ69,86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。
【0107】
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、DLL62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61におけるNCO64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、DLL62とコスタスループ61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。
【0108】
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、DLL62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61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。
【0109】
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、FFTを利用したディジタルマッチドフィルタ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。
【0110】
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。
【0111】
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DLL62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、NCO64,87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。
【0112】
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。
【0113】
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。
【0114】
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5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。
【0115】
このような補正が可能な理由は、以下のとおりである。
【0116】
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。
【0117】
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×FOSC))≒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。
【0118】
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5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DLL62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。
【0119】
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。
【0120】
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。なお、以下では、説明の便宜上、周波数変換部23から供給されるIF信号のキャリアを1MHzとする。
【0121】
同期捕捉部24は、上述したように、拡散符号の同期捕捉を高速に行うために、FFTを利用したディジタルマッチドフィルタをDSP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。同期捕捉部24は、サンプリングされたIF信号に対してFFT処理を施して得られた周波数領域でのデータに対して、負の周波数成分を除去するためのフィルタを設けるとともに、自己が発生した拡散符号に対してFFT処理を施して得られた周波数領域でのデータに対して、負の周波数成分を除去するためのフィルタと、このフィルタによって除去した負の周波数成分を復元するための補完フィルタとを設ける。
【0122】
具体的には、図6に示すように、ディジタルマッチドフィルタ100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101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100は、サンプラ101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102と、このメモリ102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103と、このFFT処理部203によってFFT処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を除去する負の周波数除去フィルタ104と、この負の周波数除去フィルタ104によって通過された周波数領域信号をバッファリングするメモリ105と、このメモリ105によってバッファリングされた周波数領域信号を複素共役な信号に変換するための虚数反転フィルタ106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107と、この拡散符号発生器107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108と、このFFT処理部108によってFFT処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を除去する負の周波数除去フィルタ109と、この負の周波数除去フィルタ109によって通過された周波数領域信号をバッファリングするメモリ110と、このメモリ110によってバッファリングされた周波数領域信号に対して負の周波数除去フィルタ109によって除去された負の周波数成分を復元する補完フィルタ111と、この補完フィルタ111によって補完されて得られた周波数領域信号を周波数領域上でシフトするシフタ112と、虚数反転フィルタ106によって通過された周波数領域信号とシフタ112によってシフトされた周波数領域信号とを乗算する乗算器113と、この乗算器113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114と、このIFFT処理部114によってIFFT処理が施されて得られた時間領域信号である相互相関関数をバッファリングするメモリ115と、このメモリ115によってバッファリングされた相互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107によって発生した拡散符号との相関のピークを検出するピーク検出器116とを有する。
【0123】
また、ディジタルマッチドフィルタ100は、FFT処理部103,108及び/又はIFFT処理部114による演算の際に、サイン関数及び/又はコサイン関数を繰り返し用いることから、FFT処理及び/又はIFFT処理の演算高速化のために、サイン関数又はコサイン関数を発生させるサイン/コサイン発生器117と、このサイン/コサイン発生器117によって発生されたサイン関数又はコサイン関数を保持するメモリ118とを有し、前処理として、サイン/コサイン発生器117によって予めサイン演算又はコサイン演算を行い、その結果をメモリ118に保持しておき、FFT処理部103,108及び/又はIFFT処理部114によって任意に読み出し可能に構成されている。
【0124】
このようなディジタルマッチドフィルタ100は、実際には、FFT処理部103,108、負の周波数除去フィルタ104,109、虚数反転フィルタ106、拡散符号発生器107、補完フィルタ111、シフタ112、乗算器113、IFFT処理部114、ピーク検出器116、及びサイン/コサイン発生器117の各部をDSP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100を適用した同期捕捉部24は、例えば図7に示すように、上述したサンプラ101に相当するサンプラ121と、上述したメモリ102に相当するRAM122と、上述したメモリ105,110,115,118とDSPのプログラムエリア及びワークエリアとを含むRAM/ROM123と、上述したFFT処理部103,108、負の周波数除去フィルタ104,109、虚数反転フィルタ106、拡散符号発生器107、補完フィルタ111、シフタ112、乗算器113、IFFT処理部114、ピーク検出器116、及びサイン/コサイン発生器117の処理を実行するDSP124とから構成される。なお、このDSP124は、CPUであってもよい。
【0125】
サンプラ121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121は、DSP124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121によってサンプリングされたIF信号は、RAM122に書き込まれてバッファリングされる。
【0126】
RAM122は、サンプラ121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。このRAM122に記憶されたIF信号は、DSP124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。
【0127】
RAM/ROM123は、各種情報を記憶するものである。RAM/ROM123のうち、RAMは、検出された相関値を記憶するエリア及びDSP124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/ROM123のうち、ROMは、DSP124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/ROM123のうちのRAMは、RAM122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。
【0128】
DSP124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100と等価な演算を行うことによってRAM122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。DSP124又はこれに代わるCPUは、検出した相関値をRAM/ROM123におけるRAMの一部に記憶させる。
【0129】
このようなDSP124を有する同期捕捉部24に適用されるディジタルマッチドフィルタ100においては、IF信号に対してサンプラ101によって4.096MHzのサンプリング周波数でサンプリングを行う。また、ディジタルマッチドフィルタ100においては、拡散符号発生器107によってGPS衛星に対応する拡散符号を発生し、この拡散符号に対してFFT処理部108によってFFT処理を施す。
【0130】
ここで、ディジタルマッチドフィルタ100におけるFFT処理部108に相当する従来のディジタルマッチドフィルタにおけるFFT処理部に対して、4.096MHzのサンプリング周波数でサンプリングを行った拡散符号を入力した場合における出力としての周波数領域信号のスペクトル関数を図8に示す。なお、同図における横軸は周波数を示すものであるが、値として4096点からなるFFT演算のポイント数を示している。同図から明らかなように、自己が発生した拡散符号に対してFFT処理を施して得られる周波数領域信号は、その大半の情報が1MHzまでの帯域に集中したものとなり、2.048MHz以上の成分を"0"としたとしても、最終的な結果にはほとんど影響しない。
【0131】
そこで、ディジタルマッチドフィルタ100においては、拡散符号発生器107によって発生した拡散符号をFFT処理部108に入力する際に、4.096MHzのサンプリング周波数でサンプリングを行うのではなく、2.048MHzのサンプリング周波数でサンプリングを行うといったように、拡散符号をIF信号における拡散符号のチップレートの2倍の周波数でサンプリングする。
【0132】
これにより、ディジタルマッチドフィルタ100においては、FFT処理部108におけるFFT演算のポイント数が4096点から2048点に半減され、演算量を削減することができる。
【0133】
また、ディジタルマッチドフィルタ100においては、このFFT処理部108によって得られた周波数領域信号を負の周波数除去フィルタ109に通過させることによって正の周波数成分のみにし、メモリ110に記憶させる。
【0134】
このように、ディジタルマッチドフィルタ100においては、負の周波数除去フィルタ109を設け、負の周波数成分を除去することにより、拡散符号のサンプリング周波数を1/2にすることと相俟って、メモリ110の必要容量を32kバイトから8kバイトへと1/4に削減することができる。
【0135】
さらに、ディジタルマッチドフィルタ100においては、メモリ110にバッファリングされている負の周波数成分が除去された周波数領域信号を乗算器113に供給する前に、補完フィルタ111を適応して、負の周波数成分を復元する。
【0136】
ここで、拡散符号は、虚数成分を有しない実信号であることから、FFT処理部108による演算結果としての周波数領域信号における実数成分は偶関数となり、虚数成分は奇関数となる。データ数を"N"とした0≦k<Nの整数kを用いてFFT処理部108による演算結果をPN(k)で表すと、次式(2)が成立する。
【0137】
【数2】
【0138】
なお、上式(2)において、PNr(k)は、PN(k)の実数成分を示し、PNj(k)はPN(k)の虚数成分を示すものである。
【0139】
ディジタルマッチドフィルタ100において、補完フィルタ111は、上式(2)を用いることにより、負の周波数成分を復元することができる。
【0140】
ディジタルマッチドフィルタ100においては、このような補完フィルタ111を介して得られる周波数領域信号を、キャリアをIF信号におけるキャリアと互いに等しくさせるために、シフタ112を用いて周波数領域上で例えば1MHzだけシフトさせ、得られた周波数領域信号を乗算器113に供給する。
【0141】
一方、ディジタルマッチドフィルタ100においては、IF信号については、上述したように、サンプラ101によって4.096MHzのサンプリング周波数でサンプリングを行う。
【0142】
ここで、ディジタルマッチドフィルタ100における乗算器113に相当する従来のディジタルマッチドフィルタにおける乗算器から出力される周波数領域信号のスペクトル関数を図9に示す。なお、同図における横軸は、図8と同様に、周波数を示すものであるが、値として4096点からなるFFT演算のポイント数を示している。同図から明らかなように、このスペクトル関数は、拡散符号を1MHzだけシフトしていることから、負の周波数成分をほとんど有しないものとなっている。さらに、このスペクトル関数からなる周波数領域信号に対してIFFT処理部114に相当する従来のディジタルマッチドフィルタにおけるIFFT処理部によってIFFT処理を施して得られる時間領域信号である相互相関関数は、図10に示すようになる。
【0143】
これに対して、図11にスペクトル関数を示すように、乗算器から出力される周波数領域信号のうち負の周波数成分を"0"とした周波数領域信号に対してIFFT処理を施して得られる時間領域信号である相互相関関数は、図12に示すようになる。図10に示す相互相関関数と図12に示す相互相関関数とを比較して明らかなように、図12に示す相互相関関数の方が若干ピークの値が低くなるものの、ピークを検出するのには十分な強度を有するものであり、拡散符号の位相を示すピークの位置については全く同じものとなり、両者は、ほぼ同じ結果ということができる。
【0144】
そこで、ディジタルマッチドフィルタ100においては、FFT処理部103によって得られた周波数領域信号を負の周波数除去フィルタ104に通過させることによって正の周波数成分のみにし、メモリ105に記憶させる。
【0145】
このように、ディジタルマッチドフィルタ100においては、負の周波数除去フィルタ104を設け、負の周波数成分を除去することにより、メモリ105の必要容量を32kバイトから16kバイトへと1/2に削減することができる。
【0146】
ディジタルマッチドフィルタ100においては、このような負の周波数除去フィルタ104を介して得られる周波数領域信号を虚数反転フィルタ106に通過させて複素共役な信号に変換し、得られた周波数領域信号を乗算器113に供給する。
【0147】
なお、図6においては、メモリ105によってバッファリングされた周波数領域信号を虚数反転フィルタ106に通過させ、メモリ110によってバッファリングされた周波数領域信号を補完フィルタ111を介してシフタ112によってシフトしているが、ディジタルマッチドフィルタ100においては、メモリ105によってバッファリングされた周波数領域信号とメモリ110によってバッファリングされた周波数領域信号とのうち、いずれか一方を、虚数反転フィルタ106に通過させて複素共役な信号に変換するとともに、他方を、シフタ112を用いて周波数領域上でシフトさせればよく、虚数反転フィルタ106とシフタ112とを入れ替えても、同様の効果を得ることができる。また、ディジタルマッチドフィルタ100においては、シフタ112をIF信号側又は拡散符号側のいずれかに設けるのではなく、両方に設けてもよい。
【0148】
さらにまた、ディジタルマッチドフィルタ100においては、IFFT処理部114における演算量を削減するとともに、これにともない、このIFFT処理部114によって得られる相互相関関数をバッファリングするメモリ115の必要容量も削減することができる。
【0149】
負の周波数成分が"0"とされるデータ数Nが"16"である周波数領域信号に対してIFFT処理を施す際の信号の流れを図13に示す。同図においては、左側がFFT演算の結果を示す入力信号R(k)(0≦k<N)であり、右側が出力信号r(n)(0≦n<N)である。また、同図においては、R0(k'),R1(k')(0≦k'<N/2)は、それぞれ、IFFT演算の1段目が終了した時点での中間演算値を示す信号を表し、r0(n'),r1(n')(0≦n'<N/2)は、それぞれ、R0(k'),R1(k')に対するIFFT演算の結果を示す信号を表すものである。IFFT処理は、このようなバタフライ演算が繰り返されることによって実現される。
【0150】
ここで、負の周波数成分が"0"であることから、次式(3)が成立する。
【0151】
【数3】
【0152】
なお、上式(3)における係数Wは、虚数単位を"j"とすると、W=exp(2πj/N)で表される。すなわち、中間演算値を示す信号R1(k')は、入力信号R(k')に対して係数Wk 'が乗算されたものとされる一方で、信号R0(k')は、入力信号R(k')そのものとされる。具体的には、信号R0(0)〜R0(7)は、それぞれ、R(0)〜R(7)となり、信号R1(0)〜R1(7)は、それぞれ、R(0)W0〜R(7)W7となる。同図から、入力信号R(k)に対するIFFT演算の結果を示す出力信号r(n)のうち、偶数番目のデータをくし形フィルタによって抜き出したものと、中間演算値を示す信号R0(k')に対するIFFT演算の結果を示す信号r0(n')とは、同図中矩形Cに示すように、等価であることが明らかである。
【0153】
そこで、ディジタルマッチドフィルタ100においては、入力信号R(k)のうち正の周波数成分に相当する信号R0(k')のみに対して、IFFT処理を行うようにする。すなわち、ディジタルマッチドフィルタ100においては、乗算器113によって得られる周波数領域信号のうち正の周波数成分のみに対して、IFFT処理部114によってIFFT処理を施す。
【0154】
これにより、ディジタルマッチドフィルタ100においては、IFFT処理部114におけるIFFT演算のポイント数が4096点から2048点に半減され、演算量を削減することができる。したがって、ディジタルマッチドフィルタ100においては、メモリ115の必要容量を32kバイトから16kバイトへと1/2に削減することができる。
【0155】
ただし、ディジタルマッチドフィルタ100においては、IFFT演算のポイント数を半減することにより、得られる結果である相互相関関数の時間分解能が低下することになる。具体的には、ディジタルマッチドフィルタ100におけるIFFT処理部114に相当する従来のディジタルマッチドフィルタにおけるIFFT処理部から出力される相互相関関数の一部を図14に示すとともに、IFFT処理部114から出力される相互相関関数の一部を図15及び図16に示す。なお、同図における黒丸は、1サンプル点を示している。
【0156】
ここで、図15に示す相互相関関数は、図14に示す相互相関関数における相関のピークが偶数番目のサンプル点にある場合に、これをくし形フィルタからなるピーク検出器116によって抜き出した場合を示している。一方、図16に示す相互相関関数は、図14に示す相互相関関数における相関のピークが奇数番目のサンプル点にある場合に、これをくし形フィルタからなるピーク検出器116によって抜き出した場合を示している。
【0157】
このように、ディジタルマッチドフィルタ100においては、図14に示す相互相関関数の時間分解能に比べ、図15及び図16に示す相互相関関数の時間分解能が低下する。また、ディジタルマッチドフィルタ100においては、相関のピークが偶数番目のサンプル点にある場合には、図15に示すように、相関のピークを正確に検出することができるものの、相関のピークが奇数番目のサンプル点にある場合には、図16に示すように、ピーク値が3/4倍程度に減少してしまう。
【0158】
しかしながら、ディジタルマッチドフィルタ100においては、図16に示す例は最悪の場合であり、実際には、ピーク値と同様に、ノイズ成分も減少することになることから、S/Nが大幅に悪化することはなく、時間分解能が低下することによって何らの問題も生じない。
【0159】
また、ディジタルマッチドフィルタ100においては、サイン/コサイン発生器117における演算量を削減するとともに、これにともない、このサイン/コサイン発生器117によって発生したサイン関数又はコサイン関数を保持するメモリ118の必要容量も削減することができる。
【0160】
一般に、サイン関数は、三角関数を利用することによってコサイン関数から求めることができる。また、コサイン関数についても、その対称性を利用して、位相が0ラジアン〜π/2ラジアンまでの成分から、全ての位相について求めることができる。すなわち、サイン関数及びコサイン関数においては、次式(4)乃至次式(7)に示す関係が成立する。
【0161】
【数4】
【0162】
【数5】
【0163】
【数6】
【0164】
【数7】
【0165】
そこで、ディジタルマッチドフィルタ100においては、サイン/コサイン発生器117によって位相が0ラジアン〜π/2ラジアンまでのコサイン関数の成分のみを算出して発生し、これらをメモリ118に保持させる。そして、ディジタルマッチドフィルタ100においては、三角関数を利用する式として、メモリ118に保持されたコサイン関数に基づいて上式(4)乃至上式(7)のそれぞれを組み込んだ複数のパターンからなる算出式を図示しない所定の三角関数発生器によって発生して所定のメモリに保持させておき、FFT処理部103,108及び/又はIFFT処理部114によってメモリ118に保持されているコサイン関数を読み出す際に、位相に応じて利用する式を切り替えることにより、メモリ118に保持しているコサイン関数のみを用いて全ての位相についてのサイン関数及び/又はコサイン関数を利用することができる。
【0166】
具体的には、ディジタルマッチドフィルタ100においては、図17に示す一連の処理を経ることにより、サイン/コサイン発生器117によって発生されてメモリ118に保持されている位相が0ラジアン〜π/2ラジアンまでのコサイン関数の成分を用いて、FFT処理部103,108及び/又はIFFT処理部114によって任意の位相のサイン関数及び/又はコサイン関数を利用する。
【0167】
すなわち、ディジタルマッチドフィルタ100においては、同図に示すように、FFT処理部103,108及び/又はIFFT処理部114が信号を入力すると、ステップS1において、FFT処理部103,108及び/又はIFFT処理部114のそれぞれによって必要となる関数の位相が0ラジアン〜π/2ラジアンであるか否かを判定する。
【0168】
ここで、必要となる関数の位相が0ラジアン〜π/2ラジアンであるものと判定した場合には、ディジタルマッチドフィルタ100においては、ステップS2において、三角関数発生器によって発生してメモリに保持されている第1のパターンの式Aを用いて、FFT処理部103,108及び/又はIFFT処理部114のそれぞれによって位相が0ラジアン〜π/2ラジアンである必要なサイン関数及び/又はコサイン関数を利用する。
【0169】
一方、必要となる関数の位相が0ラジアン〜π/2ラジアンでないものと判定した場合には、ディジタルマッチドフィルタ100においては、ステップS3へと処理を移行し、FFT処理部103,108及び/又はIFFT処理部114のそれぞれによって必要となる関数の位相がπ/2ラジアン〜πラジアンであるか否かを判定する。
【0170】
ここで、必要となる関数の位相がπ/2ラジアン〜πラジアンであるものと判定した場合には、ディジタルマッチドフィルタ100においては、ステップS4において、三角関数発生器によって発生してメモリに保持されている第2のパターンの式Bを用いて、FFT処理部103,108及び/又はIFFT処理部114のそれぞれによって位相がπ/2ラジアン〜πラジアンである必要なサイン関数及び/又はコサイン関数を利用する。
【0171】
一方、必要となる関数の位相がπ/2ラジアン〜πラジアンでないものと判定した場合には、ディジタルマッチドフィルタ100においては、ステップS5へと処理を移行し、FFT処理部103,108及び/又はIFFT処理部114のそれぞれによって必要となる関数の位相がπラジアン〜3π/2ラジアンであるか否かを判定する。
【0172】
ここで、必要となる関数の位相がπラジアン〜3π/2ラジアンであるものと判定した場合には、ディジタルマッチドフィルタ100においては、ステップS6において、三角関数発生器によって発生してメモリに保持されている第3のパターンの式Cを用いて、FFT処理部103,108及び/又はIFFT処理部114のそれぞれによって位相がπラジアン〜3π/2ラジアンである必要なサイン関数及び/又はコサイン関数を利用する。
【0173】
一方、必要となる関数の位相がπラジアン〜3π/2ラジアンでないものと判定した場合には、必要となる関数の位相は3π/2ラジアン〜2πラジアンであることから、ディジタルマッチドフィルタ100においては、ステップS7へと処理を移行し、三角関数発生器によって発生してメモリに保持されている第4のパターンの式Dを用いて、FFT処理部103,108及び/又はIFFT処理部114のそれぞれによって位相が3π/2ラジアン〜2πラジアンである必要なサイン関数及び/又はコサイン関数を利用する。
【0174】
ディジタルマッチドフィルタ100においては、このような一連の処理を経ることにより、サイン/コサイン発生器117によって発生されてメモリ118に保持されている位相が0ラジアン〜π/2ラジアンまでのコサイン関数の成分を用いて、FFT処理部103,108及び/又はIFFT処理部114によって任意の位相のサイン関数及び/又はコサイン関数を利用することができる。
【0175】
これにより、ディジタルマッチドフィルタ100においては、サイン/コサイン発生器117における演算量を1/8倍に削減することができるとともに、メモリ118の必要容量を32kバイトから4kバイトへと1/8に削減することができる。
【0176】
なお、サイン/コサイン発生器117によって発生してメモリ118に保持しておく関数は、必ずしも位相が0ラジアン〜π/2ラジアンまでのコサイン関数の成分である必要はなく、ディジタルマッチドフィルタ100においては、位相が0ラジアン〜π/2ラジアン、π/2ラジアン〜πラジアン、πラジアン〜3π/2ラジアン、又は3π/2ラジアン〜2πラジアンのいかなる成分をメモリ118に保持させてもよく、コサイン関数に限らずサイン関数をメモリ118に保持させてもよく、これら全ての場合において任意の位相のサイン関数及び/又はコサイン関数を利用することができる。
【0177】
このように、ディジタルマッチドフィルタ100においては、IF信号に対してFFT処理を施して得られる周波数領域信号を保持するメモリ105の必要容量が16kバイトとなり、拡散符号に対してFFT処理を施して得られる周波数領域信号を保持するメモリ110の必要容量が8kバイトとなり、周波数領域信号に対してIFFT処理を施して得られる相互相関関数を保持するメモリ115の必要容量が16kバイトとなり、サイン/コサイン発生器117によって発生したサイン関数又はコサイン関数を保持するメモリ118の必要容量が4kバイトとなることから、合計で44kバイトの容量のメモリがあればよく、従来の128kバイトに比べて約1/3程度にメモリの必要容量を削減することができる。
【0178】
また、ディジタルマッチドフィルタ100においては、拡散符号を周波数領域信号に変換する際のデータ数を削減することによってFFT処理部108における演算量を従来に比べ削減することができる。さらに、ディジタルマッチドフィルタ100においては、周波数領域信号に変換されたIF信号と拡散符号とのそれぞれを乗算する際のデータ数が従来に比べ1/2になることから、乗算器113における演算量も従来に比べ1/2に削減することができる。さらにまた、ディジタルマッチドフィルタ100においては、IFFT処理を施す際のIFFT演算のポイント数が従来に比べ1/2になることから、IFFT処理部114における演算量を従来に比べ1/2以下に削減することができる。また、ディジタルマッチドフィルタ100においては、サイン/コサイン発生器117における演算量を、従来に比べ1/8に削減することができる。
【0179】
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、搭載するメモリの容量を削減し、且つ、各部の演算量も削減するのにかかわらず、従来と同様の結果を得ることができ、相関のピークを正確に且つ容易に検出することができる。したがって、GPS受信機10は、特に集積回路化して構成する場合には、集積度を上げることが可能となることから、小型化及び低コスト化を図りつつ演算時間も削減することができる。
【0180】
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。
【0181】
また、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。
【0182】
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。
【0183】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、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マッチドフィルタ装置であって、スペクトラム拡散信号が所定のサンプリング周波数でサンプリングされて入力されたデータに対して高速フーリエ変換処理を施す第1の高速フーリエ変換処理手段と、この第1の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を除去する負の周波数除去手段と、この負の周波数除去手段によって負の周波数成分が除去された周波数領域信号をバッファリングする第1の記憶手段と、スペクトラム拡散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手段と、この拡散符号発生手段によって発生された拡散符号に対して高速フーリエ変換処理を施す第2の高速フーリエ変換処理手段と、少なくともこの第2の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換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第2の記憶手段とを備える。
【0184】
したがって、本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、第1の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を負の周波数除去手段によって除去し、得られた周波数領域信号を第1の記憶手段に記憶させるとともに、少なくとも第2の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号を第2の記憶手段に記憶させることにより、第1の記憶手段の容量を削減して小型化及び低コスト化を図ることができる。
【0185】
また、この本発明にかかるマッチドフィルタ装置において、第2の高速フーリエ変換処理手段には、拡散符号発生手段によって発生された拡散符号が、スペクトラム拡散信号における拡散符号のチップレートの2倍の周波数でサンプリングされて入力される。
【0186】
したがって、本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、第1の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されるスペクトラム拡散信号のデータ数の1/2のデータ数からなる拡散符号に対して、第2の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理を施すことにより、第2の高速フーリエ変換処理手段における演算量を削減し、演算時間を削減することができる。
【0187】
さらに、この本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、第2の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を除去する他の負の周波数除去手段を備え、第2の記憶手段は、他の負の周波数除去手段によって負の周波数成分が除去された周波数領域信号をバッファリングする。
【0188】
さらにまた、この本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、第2の記憶手段によってバッファリングされた周波数領域信号に対して他の負の周波数除去手段によって除去された負の周波数成分を復元する補完手段を備える。
【0189】
したがって、本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、第2の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を他の負の周波数除去手段によって除去し、得られた周波数領域信号を第2の記憶手段に記憶させ、さらに、他の負の周波数除去手段によって負の周波数成分が除去された正の周波数成分のみからなる周波数領域信号から、補完手段によって負の周波数成分を復元することにより、第2の記憶手段の容量を削減して小型化及び低コスト化を図ることができる。
【0190】
また、この本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、少なくとも第1の記憶手段によってバッファリングされた周波数領域信号と少なくとも第2の記憶手段によってバッファリングされた周波数領域信号とを乗算する乗算手段と、この乗算手段によって乗算された周波数領域信号に対して逆高速フーリエ変換処理を施す逆高速フーリエ変換処理手段と、この逆高速フーリエ変換処理手段によって逆高速フーリエ変換処理が施されて得られた相互相関関数をバッファリングする第3の記憶手段とを備える。
【0191】
さらに、この本発明にかかるマッチドフィルタ装置において、逆高速フーリエ変換処理手段は、乗算手段によって得られる周波数領域信号のうち正の周波数成分のみに対して、逆高速フーリエ変換処理を施す。
【0192】
したがって、本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、乗算手段によって得られる周波数領域信号のうち1/2のデータ数からなる周波数領域信号に対して、逆高速フーリエ変換処理手段によって逆高速フーリエ変換処理を施し、さらに、逆高速フーリエ変換処理手段によって逆高速フーリエ変換処理が施されて得られた相互相関関数を第3の記憶手段に記憶させることにより、逆高速フーリエ変換処理手段における演算量を削減し、演算時間を削減することができるとともに、第3の記憶手段の容量を削減して小型化及び低コスト化を図ることができる。
【0193】
さらにまた、この本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、サイン関数又はコサイン関数を発生するサイン/コサイン発生手段と、このサイン/コサイン発生手段によって発生されたサイン関数又はコサイン関数を、第1の高速フーリエ変換処理手段、第2の高速フーリエ変換処理手段、及び/又は逆高速フーリエ変換処理手段のそれぞれによって読み出し可能に保持する第4の記憶手段とを備える。
【0194】
また、この本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、第4の記憶手段に保持されたサイン関数又はコサイン関数に基づいて、三角関数を利用した複数のパターンからなる算出式を発生する三角関数発生手段と、この三角関数発生手段によって発生された複数のパターンからなる算出式を保持する記憶手段とを備え、サイン/コサイン発生手段は、サイン関数又はコサイン関数の一部の成分のみを発生して第4の記憶手段に保持させ、第1の高速フーリエ変換処理手段、第2の高速フーリエ変換処理手段、及び/又は逆高速フーリエ変換処理手段は、それぞれ、必要となる関数の位相に応じて、記憶手段に記憶されている複数のパターンからなる算出式を切り替えることにより、任意の位相のサイン関数及び/又はコサイン関数を利用する。
【0195】
したがって、本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、サイン/コサイン発生手段によってサイン関数又はコサイン関数の一部の成分のみを発生し、第4の記憶手段に保持させることにより、サイン/コサイン発生手段における演算量を削減し、演算時間を削減することができるとともに、第4の記憶手段の容量を削減して小型化及び低コスト化を図ることができる。
【0196】
このように、本発明にかかるマッチドフィルタ装置は、搭載する記憶手段の容量を削減して小型化及び低コスト化を図りつつ演算時間も削減することができる。
【0197】
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、スペクトラム拡散信号が所定のサンプリング周波数でサンプリングされて入力されたデータに対して高速フーリエ変換処理を施す工程と、入力されたデータに対する高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を除去する工程と、負の周波数成分が除去された周波数領域信号を第1の記憶手段にバッファリングする工程と、スペクトラム拡散信号における拡散符号と同じ拡散符号を発生する工程と、発生された拡散符号に対して高速フーリエ変換処理を施す工程と、少なくとも発生された拡散符号に対する高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号を第2の記憶手段にバッファリングする工程とを備える。
【0198】
したがって、本発明にかかる相関検出方法は、入力されたデータに対する高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を除去し、得られた周波数領域信号を第1の記憶手段に記憶させるとともに、少なくとも発生された拡散符号に対する高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号を第2の記憶手段に記憶させることにより、第1の記憶手段の容量を削減して小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。
【0199】
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、中間周波数信号が所定のサンプリング周波数でサンプリングされて入力されたデータに対して高速フーリエ変換処理を施す第1の高速フーリエ変換処理手段と、この第1の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を除去する負の周波数除去手段と、この負の周波数除去手段によって負の周波数成分が除去された周波数領域信号をバッファリングする第1の記憶手段と、中間周波数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手段と、この拡散符号発生手段によって発生された拡散符号に対して高速フーリエ変換処理を施す第2の高速フーリエ変換処理手段と、少なくともこの第2の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換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第2の記憶手段とを有するマッチドフィルタを用いて構成される。
【0200】
したがって、本発明にかかる受信装置は、同期捕捉手段における第1の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を負の周波数除去手段によって除去し、得られた周波数領域信号を第1の記憶手段に記憶させるとともに、少なくとも第2の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号を第2の記憶手段に記憶させることにより、第1の記憶手段の容量を削減して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保持部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4】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5】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6】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7】同GPS受信機が備える同期捕捉部として図6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8】従来のディジタルマッチドフィルタによって拡散符号に対してFFT処理を施して得られる周波数領域信号のスペクトル関数の例を説明する図である。
【図9】従来のディジタルマッチドフィルタにおける乗算器から出力される周波数領域信号のスペクトル関数の例を説明する図である。
【図10】従来のディジタルマッチドフィルタによって図9にスペクトル関数を示す周波数領域信号に対してIFFT処理を施して得られる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。
【図11】図6に示すディジタルマッチドフィルタにおける乗算器から出力される負の周波数成分を"0"とした周波数領域信号のスペクトル関数の例を説明する図である。
【図12】図6に示すディジタルマッチドフィルタによって図11にスペクトル関数を示す周波数領域信号に対してIFFT処理を施して得られる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。
【図13】負の周波数成分が"0"とされるデータ数Nが"16"である周波数領域信号に対してIFFT処理を施す際の信号の流れを説明する図である。
【図14】従来のディジタルマッチドフィルタによって得られる相互相関関数の一部を説明する図である。
【図15】図6に示すディジタルマッチドフィルタによって得られる相互相関関数の一部を説明する図であって、相関のピークが偶数番目のサンプル点にある場合に抜き出した相互相関関数の一部を説明する図である。
【図16】図6に示すディジタルマッチドフィルタによって得られる相互相関関数の一部を説明する図であって、相関のピークが奇数番目のサンプル点にある場合に抜き出した相互相関関数の一部を説明する図である。
【図17】図6に示すディジタルマッチドフィルタにおけるサイン/コサイン発生器によって発生されてメモリに保持されている位相が0ラジアン〜π/2ラジアンまでのコサイン関数の成分を用いて、任意の位相のサイン関数及び/又はコサイン関数を利用する際の一連の処理を説明するフローチャートである。
【図18】GPS衛星からの信号の構成を説明する図である。
【図19】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20】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。
【図21】従来のGPS受信機に適用される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。
【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、 21,67,68,77,78,82,83 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、 29,102,105,110,115,118 メモリ、 30復調回路、 51,511,512,・・・,51N チャンネル回路、 52 コントロール・レジスタ、 61 コスタスループ、 62 DLL、 63,65,66,73,74,75,76,80,81,113 乗算器、 64,87 NCO、 69,86 ループフィルタ、 70,85 位相検出器、 71 2値化回路、 72,79,84 2乗和算出回路、 88,107拡散符号発生器、 100 ディジタルマッチドフィルタ、 101,121サンプラ、 103,108 FFT処理部、 104,109 負の周波数除去フィルタ、 106 虚数反転フィルタ、 111 補完フィルタ、 112 シフタ、 114 IFFT処理部、 116 ピーク検出器、 117 サイン/コサイン発生器、 122 RAM、 123 RAM/ROM、 124 DSP[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a matched filter device and a correlation detection method for detecting a correlation between a spread code and a spread code generated by itself in order to detect the phase of the spread code in the spread spectrum signal when demodulating the spread spectrum signal, The present invention also relates to a receiving device to which these matched filter device and correlation detection method are applied, which receives a signal from a satellite in a so-called GNSS (Global Navigation Satellites System) and calculates its position and velocity.
[0002]
[Prior art]
In recent years, GNSS systems that measure the position of a moving object on the ground using an artificial satellite are becoming widespread. As this GNSS system, for example, there is a global positioning system (hereinafter referred to as GPS). In this GPS system, a GPS receiver that receives signals from GPS satellites receives signals from at least four GPS satellites, calculates the position of the GPS receiver based on the received signals, and It is a basic function to notify to.
[0003]
In other words, the GPS receiver demodulates the signal from each GPS satellite to obtain the orbit information of each GPS satellite, and based on the orbit and time information of each GPS satellite and the delay time of the received signal, the GPS receiver Is derived by simultaneous equations. In the GPS system, at least four GPS satellites for obtaining received signals are required because there is an error between the internal time due to the clock provided in the GPS receiver and the time due to the atomic clock provided in the GPS satellite. This is because the pseudo distances from at least four GPS satellites are necessary to calculate the four unknown parameters of the three-dimensional position and the accurate time from which the influence of the above is removed.
[0004]
In the GPS system, when a consumer GPS receiver is used, a spread spectrum signal radio wave called a C / A (Clear and Acquisition) code is received from the GPS satellite (Navstar) and positioning calculation is performed. Do.
[0005]
The transmission signal called the L1 band and C / A code has a transmission signal speed, that is, a chip rate of 1.023 MHz, and a pseudo-random noise (PN) having a code length of 1023 such as a so-called Gold code. ) Binary phase shift keying (hereinafter referred to as BPSK modulation method) with respect to a carrier having a frequency of 1575.42 MHz (hereinafter referred to as carrier) using a signal obtained by directly spreading 50 bps data with a sequence spreading code. It is a signal that has been modulated based on. In this case, since the code length is 1023, the C / A code has a spread code of 1023 chips as one cycle, that is, one cycle = 1 millisecond (msec), as shown in the first stage in FIG. Will be repeated.
[0006]
The spreading code of this C / A code is different for each GPS satellite, but which GPS satellite uses which spreading code can be detected in advance by a GPS receiver. Further, the GPS receiver can grasp which GPS satellite can receive a signal at that point and at that point by a navigation message described later. Therefore, for example, in the case of three-dimensional positioning, a GPS receiver receives radio waves from at least four or more GPS satellites that can be acquired at that point and at that time, performs spectrum despreading, and performs positioning calculation Thus, the position of itself is calculated.
[0007]
One bit of the signal data from the GPS satellite is transmitted for 20 cycles of the spread code, that is, in units of 20 milliseconds, as shown in the second stage in the figure. That is, the data transmission rate is 50 bps as described above. Further, 1023 chips for one cycle of the spread code are inverted when the bit is “1” and when it is “0”.
[0008]
Further, the signal from the GPS satellite forms one word with 30 bits, that is, 600 milliseconds, as shown in the third row in FIG. Furthermore, the signal from the GPS satellite forms one subframe in 10 words, that is, 6 seconds, as shown in the fourth row in FIG. In the signal from the GPS satellite, as shown in the fifth row in the figure, a preamble that always has a prescribed bit pattern is added to the first word of one subframe even when data is updated. Inserted, and data is transmitted following this preamble.
[0009]
Furthermore, signals from GPS satellites form 5 subframes, ie, 1 frame in 30 seconds. And in the signal from a GPS satellite, the navigation message mentioned above is transmitted in the data unit of this 1 frame.
[0010]
The first three subframes of the data of one frame are information specific to GPS satellites called ephemeris information. The ephemeris information includes a parameter for obtaining the orbit of the GPS satellite and a transmission time of the signal from the GPS satellite.
[0011]
All GPS satellites use the common time information by providing an atomic clock, and the transmission time of the signal from the GPS satellite included in the ephemeris information is in units of one second of the atomic clock. Further, the spread codes of GPS satellites are generated in synchronization with the atomic clock.
[0012]
The trajectory information included in the ephemeris information is updated every few hours, but is the same information until the update is performed. Therefore, the GPS receiver can use the same orbit information accurately for several hours by holding the orbit information included in the ephemeris information in the memory. Note that the signal transmission time from the GPS satellite is updated every 6 seconds as TOW (Time Of Week) information.
[0013]
On the other hand, the navigation messages of the remaining two subframes in one frame of data are information transmitted in common from all GPS satellites called almanac information. This almanac information is required for 25 frames in order to acquire all information, and is composed of approximate position information of each GPS satellite, information indicating which GPS satellite can be used, and the like. This almanac information is updated every few days, but is the same information until the update is performed. Therefore, the GPS receiver can use the same information accurately for several days by holding the almanac information in the memory. However, the GPS receiver can use the same almanac information for several months, although the accuracy is somewhat reduced.
[0014]
In order to receive the signal from the GPS satellite and obtain the above-mentioned data, the GPS receiver first removes the carrier and then uses the same spreading code as the C / A code used by the GPS satellite to be received. Using the signal from the GPS satellite, the signal from the GPS satellite is captured by phase-synchronizing the C / A code and the spectrum is despread. When the GPS receiver performs spectrum despreading in phase synchronization with the C / A code, bits are detected, and a navigation message including time information and the like can be acquired based on a signal from a GPS satellite. Become.
[0015]
The GPS receiver captures a signal from a GPS satellite by a phase-locked search of a C / A code. As this phase-locked search, a correlation between a spread code generated by itself and a spread code of a received signal from a GPS satellite is performed. For example, when the correlation value of the correlation detection result is larger than a predetermined value, it is determined that the two are synchronized. If the GPS receiver determines that synchronization is not achieved, it uses some synchronization technique to control the phase of the spreading code generated by itself and synchronize it with the spreading code of the received signal. Yes.
[0016]
By the way, as described above, the signal from the GPS satellite is a signal obtained by modulating the carrier based on the BPSK modulation method with the signal obtained by spreading the data with the spreading code. Therefore, in order to receive a signal from a GPS satellite, the GPS receiver needs to synchronize not only the spreading code but also the carrier and data, but cannot synchronize the spreading code and the carrier independently.
[0017]
The GPS receiver usually converts the received signal into an IF signal by converting the carrier frequency of the received signal into an intermediate frequency (hereinafter referred to as IF) within several MHz, and the IF signal is used to convert the received signal into the IF signal. Perform the synchronization detection process. The carrier in the IF signal (hereinafter referred to as IF carrier) mainly includes a frequency error due to Doppler shift according to the moving speed of the GPS satellite, and an internal part of the GPS receiver when the received signal is converted into an IF signal. The frequency error of the local oscillator generated by
[0018]
Therefore, in the GPS receiver, since the IF carrier frequency is unknown due to these frequency error factors, it is necessary to search for the frequency. In addition, since the synchronization point (synchronization phase) within one cycle of the spread code is unknown due to dependence on the positional relationship between the GPS receiver and the GPS satellite, the GPS receiver described above Thus, some kind of synchronization method is required.
[0019]
A conventional GPS receiver uses a synchronization method that combines a frequency search for a carrier, synchronization acquisition by a sliding correlator, and synchronization maintenance by a DLL (Delay Locked Loop) and a Costas loop. Hereinafter, this synchronization method will be described.
[0020]
As a clock for driving a spread code generator of a GPS receiver, a clock obtained by dividing a reference frequency oscillator prepared in the GPS receiver is generally used. A high-precision crystal oscillator is used as the reference frequency oscillator, and the GPS receiver uses a local oscillation signal used to convert a received signal from a GPS satellite into an IF signal based on the output of the reference frequency oscillator. Generate.
[0021]
Here, FIG. 19 shows the processing contents for the frequency search. The GPS receiver performs a phase synchronization search for a spread code when the frequency of the clock signal that drives the spread code generator is a certain frequency f1. That is, the GPS receiver detects the correlation between the received signal from the GPS satellite and the spreading code at each chip phase by sequentially shifting the phase of the spreading code by one chip, and detects the correlation peak. Thus, a phase that can be synchronized is detected. In addition, when the frequency of the clock signal is f1, the GPS receiver changes the frequency division ratio with respect to the reference frequency oscillator, for example, if there is no phase that is synchronized in all the phase searches for 1023 chips. The frequency of the signal is changed to another frequency f2, and the phase search for 1023 chips is similarly performed. The GPS receiver implements a frequency search by repeating such an operation by changing the frequency of the clock signal stepwise.
[0022]
When the GPS receiver detects the frequency of the clock signal that can be synchronized by performing such a frequency search, the GPS receiver performs phase synchronization of the final spread code at the frequency of the clock signal. As a result, the GPS receiver can capture a signal from a GPS satellite even when there is a deviation in the oscillation frequency of the crystal oscillator.
[0023]
However, such a conventional synchronization method is not suitable for high-speed synchronization in principle. In the GPS receiver, if it takes time to synchronize the spread code and the IF carrier, the reaction becomes slow and inconvenience occurs in use. Therefore, in an actual GPS receiver, in order to compensate for this disadvantage, the time until synchronization acquisition is shortened by parallel processing by increasing the number of channels.
[0024]
On the other hand, as a technique for performing high-speed acquisition of a spread spectrum signal instead of the above-described technique using sliding correlation, a matched filter is used. The matched filter can be digitally realized by a so-called transversal filter. In addition, as a matched filter, a spread code is obtained by a digital matched filter using a fast Fourier transform (hereinafter referred to as FFT) due to an improvement in hardware capability represented by a recent DSP (Digital Signal Processor). A technique for performing high-speed synchronization is realized. The latter is based on a correlation calculation speed-up method that has been known for a long time.
[0025]
By using these matched filters, the GPS receiver detects a correlation peak, for example, as shown in FIG. 20 for one period of the output waveform when there is a correlation. The position of this peak indicates the beginning of the spread code. By detecting this peak, the GPS receiver can acquire synchronization, that is, detect the phase of the spread code in the received signal. Further, the GPS receiver can detect the IF carrier frequency together with the phase of the spread code by using the above-described digital matched filter using FFT and performing an operation in the frequency domain of the FFT. Then, the GPS receiver converts the phase of the spread code into a pseudorange, and can calculate the position of the GPS receiver when at least four GPS satellites are detected. Based on this, the speed of the GPS receiver can be calculated.
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the GPS receiver, as described above, a digital matched filter using FFT may be used to perform synchronization acquisition.
[0027]
Specifically, as shown in FIG. 21, the digital matched
[0028]
In addition, the digital matched
[0029]
Such a digital matched
[0030]
In the digital matched
[0031]
Further, in the digital matched
[0032]
Further, in the digital matched
[0033]
Furthermore, in the digital matched
[0034]
Thus, in the digital matched
[0035]
These values are values when processing is performed on 1 millisecond data, and as the data length increases, the capacity of the memory and the amount of computation of each unit also increase.
[0036]
In the GPS receiver, since the memory capacity greatly affects the chip area when the integrated circuit is formed, the large memory capacity leads to an increase in size and cost of the GPS receiver. It is not preferable.
[0037]
In addition, while the ability of hardware such as a DSP has been improved, as the amount of data handled increases, the computation time also increases. Therefore, in the GPS receiver, as the calculation time becomes longer, the power consumption increases, and the time until the user presents his / her position and speed as the final calculation result becomes longer, which impairs convenience. Invite you.
[0038]
This problem is not limited to the GPS receiver, but is common to all mobile communications employing a spread spectrum modulation method similar to the GPS signal.
[0039]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a matched filter device and a correlation detection method that can reduce the capacity of the memory to be mounted, reduce the size and cost, and reduce the calculation time. The purpose is to provide. It is another object of the present invention to provide a receiving apparatus that can reduce the calculation time while reducing the size and cost by applying these matched filter apparatus and correlation detection method.
[0040]
[Means for Solving the Problems]
The matched filter device according to the present invention that achieves the above-described object is a matched filter device that detects the correlation between a spread code and a spread code generated by itself in order to detect the phase of the spread code in the input spread spectrum signal. The first fast Fourier transform processing means for performing the fast Fourier transform processing on the input data obtained by sampling the spectrum spread signal at a predetermined sampling frequency, and the first fast Fourier transform processing means. Negative frequency removing means for removing negative frequency components from the frequency domain signal obtained by performing Fourier transform processing, and buffering frequency domain signals from which negative frequency components have been removed by this negative frequency removing means First storage means for performing the same spreading code as the spreading code in the spread spectrum signal Generated spreading code generating means, second fast Fourier transform processing means for performing fast Fourier transform processing on the spreading code generated by the spreading code generating means, and at least the second fast Fourier transform processing means. And a second storage means for buffering a frequency domain signal obtained by performing the Fourier transform process.
[0041]
Such a matched filter device according to the present invention removes the negative frequency component from the frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform processing by the first fast Fourier transform processing means by the negative frequency removing means. The obtained frequency domain signal is stored in the first storage means, and the frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform processing by at least the second fast Fourier transform processing means is stored in the second storage means. Let
[0042]
Further, in the matched filter device according to the present invention, the second fast Fourier transform processing means includes a spreading code generated by the spreading code generating means at a frequency twice the chip rate of the spreading code in the spread spectrum signal. It is characterized by being sampled and input.
[0043]
In such a matched filter device according to the present invention, a spreading code consisting of 1/2 the number of data of the spread spectrum signal subjected to the fast Fourier transform processing by the first fast Fourier transform processing means, Fast Fourier transform processing is performed by the second fast Fourier transform processing means.
[0044]
Further, the matched filter device according to the present invention removes the negative frequency component from the frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform processing by the second fast Fourier transform processing means. And the second storage means buffers the frequency domain signal from which the negative frequency component has been removed by another negative frequency removal means.
[0045]
In such a matched filter device according to the present invention, the negative frequency component of the frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform processing by the second fast Fourier transform processing means is removed by other negative frequency removing means. The frequency domain signal obtained by the removal is stored in the second storage means.
[0046]
Furthermore, the matched filter device according to the present invention includes a complementary means for restoring the negative frequency component removed by the other negative frequency removing means for the frequency domain signal buffered by the second storage means. It is characterized by providing.
[0047]
Such a matched filter device according to the present invention restores the negative frequency component by the complementing means from the frequency domain signal consisting only of the positive frequency component from which the negative frequency component has been removed by the other negative frequency removing means. .
[0048]
Further, the matched filter device according to the present invention includes a multiplying unit that multiplies at least the frequency domain signal buffered by the first storage unit and the frequency domain signal buffered by the second storage unit, Inverse fast Fourier transform processing means for performing inverse fast Fourier transform processing on the frequency domain signal multiplied by the multiplication means, and a cross-correlation function obtained by applying inverse fast Fourier transform processing by the inverse fast Fourier transform processing means And a third storage means for buffering.
[0049]
Such a matched filter device according to the present invention stores the cross-correlation function obtained by the inverse fast Fourier transform processing by the inverse fast Fourier transform processing means in the third storage means.
[0050]
Further, in the matched filter device according to the present invention, the inverse fast Fourier transform processing means performs an inverse fast Fourier transform process only on a positive frequency component of the frequency domain signal obtained by the multiplication means. Yes.
[0051]
Such a matched filter device according to the present invention performs inverse fast Fourier transform processing by the inverse fast Fourier transform processing means on the frequency domain signal consisting of half the number of data among the frequency domain signals obtained by the multiplication means. Apply.
[0052]
Furthermore, the matched filter device according to the present invention includes a sine / cosine generating means for generating a sine function or a cosine function, and a sine function or cosine function generated by the sine / cosine generating means. And a fourth storage means that is held so as to be readable by each of the transform processing means, the second fast Fourier transform processing means, and / or the inverse fast Fourier transform processing means.
[0053]
In addition, the matched filter device according to the present invention includes a trigonometric function generation unit that generates a calculation formula including a plurality of patterns using a trigonometric function based on the sine function or the cosine function held in the fourth storage unit. Storage means for holding a calculation formula composed of a plurality of patterns generated by the trigonometric function generating means, wherein the sine / cosine generating means generates only a part of the components of the sine function or cosine function to generate a fourth component. The first fast Fourier transform processing means, the second fast Fourier transform processing means, and / or the inverse fast Fourier transform processing means are respectively stored in the storage means according to the phase of the required function. Use the sine function and / or cosine function of any phase by switching the calculation formula consisting of multiple patterns stored in It is characterized.
[0054]
In such a matched filter device according to the present invention, only the sine function or the partial component of the cosine function is generated by the sine / cosine generation means and is stored in the fourth storage means.
[0055]
In addition, the correlation detection method according to the present invention that achieves the above-described object is a correlation that detects the correlation between a spread code and a spread code generated by itself in order to detect the phase of the spread code in the input spread spectrum signal. A detection method obtained by performing a fast Fourier transform process on input data obtained by sampling a spread spectrum signal at a predetermined sampling frequency, and performing a fast Fourier transform process on the input data. Removing the negative frequency component from the frequency domain signal; buffering the frequency domain signal from which the negative frequency component has been removed to the first storage means; and the same spreading code as the spreading code in the spread spectrum signal. And a step of performing a fast Fourier transform process on the generated spreading code, and at least generated And a step of buffering the frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform process on the spread code in the second storage means.
[0056]
Such a correlation detection method according to the present invention removes negative frequency components from the frequency domain signal obtained by performing fast Fourier transform processing on the input data, and obtains the obtained frequency domain signal as the first frequency domain signal. And at least a frequency domain signal obtained by performing fast Fourier transform processing on the generated spreading code is stored in the second storage unit.
[0057]
Furthermore, a receiving apparatus according to the present invention that achieves the above-described object is a receiving apparatus that receives a signal from a satellite and calculates its position and velocity, and a receiving means for receiving the signal from the satellite, Frequency conversion means for converting the frequency of the received signal received by the reception means to a predetermined intermediate frequency, and synchronization acquisition for detecting the phase of the spread code in the intermediate frequency signal obtained by the frequency conversion means, and carrier frequency in the intermediate frequency signal Synchronization acquisition means for detecting the signal, and the phase of the spread code detected by the synchronization acquisition means and the carrier frequency detected by the synchronization acquisition means for a plurality of channels provided independently for a plurality of satellites. Each satellite is assigned and set for each, and the spread code phase and carrier frequency are set as initial values. A synchronization holding means for demodulating a message included in the intermediate frequency signal and detecting a phase of the spreading code in the intermediate frequency signal that is a spread spectrum signal. The synchronization acquisition means for detecting the correlation with the spreading code generated by itself is a first fast Fourier transform processing means for performing fast Fourier transform processing on data inputted by sampling the intermediate frequency signal at a predetermined sampling frequency. A negative frequency removing means for removing a negative frequency component from the frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform processing by the first fast Fourier transform processing means, and a negative frequency removing means by the negative frequency removing means. First storage means for buffering the frequency domain signal from which the frequency component is removed, and the intermediate frequency signal Spreading code generating means for generating the same spreading code as the spreading code, second fast Fourier transform processing means for performing fast Fourier transform processing on the spreading code generated by the spreading code generating means, and at least the second And a second storage means for buffering a frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform processing by the fast Fourier transform processing means.
[0058]
Such a receiving apparatus according to the present invention includes a negative frequency component that removes a negative frequency component from the frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform process by the first fast Fourier transform process unit in the synchronization acquisition unit. And the obtained frequency domain signal is stored in the first storage means and at least the frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform processing by the second fast Fourier transform processing means is stored in the second storage. Memorize in means.
[0059]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
[0060]
In this embodiment, a global positioning system (hereinafter referred to as GPS), which is a kind of GNSS (Global Navigation Satellites System) system that measures the position of a moving body on the ground using an artificial satellite. This is a GPS receiver that receives signals from at least four GPS satellites and calculates its position based on the received signals. This GPS receiver receives a spread spectrum signal radio wave called a C1 / A (Clear and Acquisition) code as an L1 band as a reception signal, and performs synchronization acquisition of the spread spectrum signal using a digital matched filter. In addition, it is possible to reduce the calculation time while reducing the capacity of the mounted memory to reduce the size and cost, and to accurately detect the correlation peak.
[0061]
As shown in FIG. 1, the
[0062]
In the following, first, the overall configuration of the
[0063]
First, the overall configuration of the GPS receiver will be described.
[0064]
As shown in the figure, the
[0065]
The
[0066]
The
[0067]
The multiplier /
[0068]
The
[0069]
The
[0070]
The
[0071]
The
[0072]
The
[0073]
The
[0074]
The
[0075]
The
[0076]
The
[0077]
The A / D 22 converts the analog amplified IF signal D13 passed by the
[0078]
In the
[0079]
Further, the
[0080]
Although the details will be described later, the
[0081]
Although the details will be described later, the
[0082]
The
[0083]
The
[0084]
The
[0085]
The
[0086]
In the
[0087]
In the
[0088]
The
[0089]
In the following, processing by the
[0090]
The
[0091]
The
[0092]
The
[0093]
However, in the
[0094]
Therefore, in the
[0095]
The
[0096]
Note that the IF carrier frequency includes an error of the
[0097]
Since the
[0098]
[0099]
That is, the
[0100]
In the
[0101]
On the other hand, the
[0102]
In the
[0103]
Thus, a
[0104]
Such a
[0105]
Here, in the circuit combining the conventional Costas loop and the DLL, since the phase of the spreading code in the received signal is unknown, the IF carrier frequency generated by the DLL and the period of the spreading code are slightly shifted, and the IF signal In the process of sliding the phase with respect to the spread code, a phase having a significant intensity correlation was detected. Therefore, in the conventional circuit, in the worst case, the detection is performed for the carrier frequency in the range of several kHz and all the phases in the spreading code having a code length of 1023. It took quite a while to establish.
[0106]
On the other hand, in the
[0107]
In the
[0108]
As described above, in the
[0109]
As described above, the
[0110]
In the
[0111]
These two examples are values that are relatively close to reality. In the
[0112]
Thus, in the past, correlation detection was performed using a DLL and a Costas loop while changing the IF carrier frequency in the range of the error of the oscillator and the amount of Doppler shift. In contrast, in the
[0113]
As described above, the
[0114]
In general, in a GPS receiver, a common crystal oscillator is used as a source oscillator that generates a clock for signal processing in a local oscillator and a baseband processing unit in a frequency conversion unit. As previously shown in FIG. 1, the source oscillator of the local oscillator in the
[0115]
The reason why such correction is possible is as follows.
[0116]
In the
FIF+ ΔFIF= FRF+ ΔFD-FLO= FRF+ ΔFD-N × (FOSC+ ΔFOSC)
It becomes. Therefore, in the
FIF+ ΔFIF, ΔFIF= ΔFD-N × ΔFOSC
It becomes. What is important here is that what the
[0117]
Here, if the timer counts 1 millisecond, which is one cycle length of the spread code, at the nominal oscillation frequency by the
(1-ΔFD/ FRF) / (1-ΔFOSC/ FOSC) ≒ 1-ΔFD/ FRF+ ΔFOSC/ FOSC
It becomes. Furthermore, if the right side of this equation is transformed,
1-ΔFIF/ FRF+ (ΔFOSC/ FOSC) X (FIF/ (N × FOSC)) ≒ 1-ΔFIF/ FRF
It becomes. As described above, in the
[0118]
As a result, in the
[0119]
Information necessary for such a method of correcting the phase of the spread code is only the IF carrier frequency detected by the
[0120]
Now, a specific configuration of the above-described
[0121]
As described above, the
[0122]
Specifically, as shown in FIG. 6, the digital matched
[0123]
Further, since the digital matched
[0124]
Such a digital matched
[0125]
The
[0126]
The
[0127]
The RAM /
[0128]
The
[0129]
In the digital matched
[0130]
Here, a frequency as an output when a spread code sampled at a sampling frequency of 4.096 MHz is input to an FFT processing unit in a conventional digital matched filter corresponding to the
[0131]
Therefore, in the digital matched
[0132]
Thereby, in the digital matched
[0133]
Further, in the digital matched
[0134]
As described above, in the digital matched
[0135]
Further, in the digital matched
[0136]
Here, since the spreading code is a real signal having no imaginary number component, the real number component in the frequency domain signal as a calculation result by the
[0137]
[Expression 2]
[0138]
In the above equation (2), PNr(K) indicates the real component of PN (k), and PNj(K) indicates an imaginary component of PN (k).
[0139]
In the digital matched
[0140]
In the digital matched
[0141]
On the other hand, in the digital matched
[0142]
Here, FIG. 9 shows a spectral function of the frequency domain signal output from the multiplier in the conventional digital matched filter corresponding to the multiplier 113 in the digital matched
[0143]
On the other hand, as shown in FIG. 11, the time obtained by performing IFFT processing on the frequency domain signal in which the negative frequency component is set to “0” in the frequency domain signal output from the multiplier. The cross-correlation function that is the region signal is as shown in FIG. As is clear from comparison between the cross-correlation function shown in FIG. 10 and the cross-correlation function shown in FIG. 12, the cross-correlation function shown in FIG. 12 has a slightly lower peak value, but the peak is detected. Has a sufficient intensity, and the positions of the peaks indicating the phase of the spread code are exactly the same, and it can be said that both have almost the same result.
[0144]
Therefore, in the digital matched
[0145]
As described above, in the digital matched
[0146]
In the digital matched
[0147]
In FIG. 6, the frequency domain signal buffered by the
[0148]
Furthermore, in the digital matched
[0149]
FIG. 13 shows a signal flow when IFFT processing is performed on a frequency domain signal whose negative frequency component is “0” and the number of data N is “16”. In the figure, the left side is an input signal R (k) (0 ≦ k <N) indicating the result of the FFT operation, and the right side is an output signal r (n) (0 ≦ n <N). In the figure, R0 (k ′) and R1 (k ′) (0 ≦ k ′ <N / 2) are signals indicating intermediate operation values at the time when the first stage of IFFT operation is completed, respectively. R0 (n ′) and r1 (n ′) (0 ≦ n ′ <N / 2) represent signals indicating the results of IFFT operations on R0 (k ′) and R1 (k ′), respectively. It is. The IFFT process is realized by repeating such a butterfly operation.
[0150]
Here, since the negative frequency component is “0”, the following expression (3) is established.
[0151]
[Equation 3]
[0152]
Note that the coefficient W in the above equation (3) is represented by W = exp (2πj / N), where the imaginary unit is “j”. That is, the signal R1 (k ′) indicating the intermediate operation value is equal to the coefficient W with respect to the input signal R (k ′).k 'While the signal R0 (k ′) is the input signal R (k ′) itself. Specifically, the signals R0 (0) to R0 (7) are R (0) to R (7), respectively, and the signals R1 (0) to R1 (7) are respectively R (0) W.0~ R (7) W7It becomes. From the figure, out of the output signal r (n) indicating the result of the IFFT operation on the input signal R (k), the even-numbered data extracted by the comb filter and the signal R0 (k ′) indicating the intermediate operation value It is clear that the signal r0 (n ′) indicating the result of the IFFT operation on () is equivalent as indicated by a rectangle C in FIG.
[0153]
Therefore, in the digital matched
[0154]
Thereby, in the digital matched
[0155]
However, in the digital matched
[0156]
Here, the cross-correlation function shown in FIG. 15 is a case where the correlation peak in the cross-correlation function shown in FIG. 14 is extracted at the even-numbered sample point by the
[0157]
Thus, in the digital matched
[0158]
However, in the digital matched
[0159]
Further, in the digital matched
[0160]
In general, a sine function can be obtained from a cosine function by using a trigonometric function. Also, the cosine function can be obtained for all phases from components with phases ranging from 0 radians to π / 2 radians by utilizing the symmetry. That is, in the sine function and cosine function, the relationships shown in the following equations (4) to (7) are established.
[0161]
[Expression 4]
[0162]
[Equation 5]
[0163]
[Formula 6]
[0164]
[Expression 7]
[0165]
Therefore, in the digital matched
[0166]
Specifically, in the digital matched
[0167]
That is, in the digital matched
[0168]
Here, when it is determined that the phase of the required function is 0 radians to π / 2 radians, in the digital matched
[0169]
On the other hand, if it is determined that the phase of the required function is not 0 radians to π / 2 radians, the digital matched
[0170]
Here, when it is determined that the phase of the required function is π / 2 radians to π radians, in the digital matched
[0171]
On the other hand, if it is determined that the phase of the required function is not π / 2 radians to π radians, the digital matched
[0172]
Here, if it is determined that the phase of the required function is π radians to 3π / 2 radians, in the digital matched
[0173]
On the other hand, if it is determined that the required function phase is not π radians to 3π / 2 radians, the required function phase is 3π / 2 radians to 2π radians. , The process proceeds to step S7, and each of the
[0174]
In the digital matched
[0175]
Thereby, in the digital matched
[0176]
Note that the function generated by the sine /
[0177]
Thus, in the digital matched
[0178]
Further, in the digital matched
[0179]
As described above, when the
[0180]
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in the above-described embodiment, the
[0181]
In the above-described embodiment, the
[0182]
Thus, it goes without saying that the present invention can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
[0183]
【The invention's effect】
As described above in detail, the matched filter device according to the present invention detects a correlation between a spread code and a spread code generated by itself in order to detect the phase of the spread code in the input spread spectrum signal. A first fast Fourier transform processing means for performing a fast Fourier transform process on data inputted by sampling a spectrum spread signal at a predetermined sampling frequency, and the first fast Fourier transform processing means. The negative frequency removing means for removing the negative frequency component from the frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform processing by the, and the frequency domain signal from which the negative frequency component has been removed by the negative frequency removing means First storage means for buffering, and the same spreading code as the spreading code in the spread spectrum signal A spreading code generating means for generating a signal, a second fast Fourier transform processing means for applying a fast Fourier transform to the spreading code generated by the spreading code generating means, and at least the second fast Fourier transform processing means. Second storage means for buffering a frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform process.
[0184]
Therefore, the matched filter device according to the present invention removes the negative frequency component from the frequency domain signal obtained by the fast Fourier transform processing by the first fast Fourier transform processing means by the negative frequency removing means, The obtained frequency domain signal is stored in the first storage means, and at least the frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform processing by the second fast Fourier transform processing means is stored in the second storage means. As a result, the capacity of the first storage means can be reduced to reduce the size and cost.
[0185]
Further, in the matched filter device according to the present invention, the second fast Fourier transform processing means includes a spreading code generated by the spreading code generating means at a frequency twice the chip rate of the spreading code in the spread spectrum signal. Sampled and input.
[0186]
Therefore, the matched filter device according to the present invention applies the first to the spreading code composed of 1/2 the number of data of the spread spectrum signal subjected to the fast Fourier transform processing by the first fast Fourier transform processing means. By performing the fast Fourier transform processing by the two fast Fourier transform processing means, the amount of computation in the second fast Fourier transform processing means can be reduced, and the computation time can be reduced.
[0187]
Further, the matched filter device according to the present invention removes the negative frequency component from the frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform processing by the second fast Fourier transform processing means. The second storage means buffers the frequency domain signal from which the negative frequency component has been removed by the other negative frequency removal means.
[0188]
Furthermore, the matched filter device according to the present invention includes a complementary means for restoring the negative frequency component removed by the other negative frequency removing means for the frequency domain signal buffered by the second storage means. Prepare.
[0189]
Therefore, the matched filter device according to the present invention removes the negative frequency component of the frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform processing by the second fast Fourier transform processing means by using another negative frequency removing means. Then, the obtained frequency domain signal is stored in the second storage means, and further complemented from the frequency domain signal consisting only of the positive frequency component from which the negative frequency component has been removed by the other negative frequency elimination means. Thus, by restoring the negative frequency component, the capacity of the second storage means can be reduced, and the size and cost can be reduced.
[0190]
Further, the matched filter device according to the present invention includes a multiplying unit that multiplies at least the frequency domain signal buffered by the first storage unit and the frequency domain signal buffered by the second storage unit, Inverse fast Fourier transform processing means for performing inverse fast Fourier transform processing on the frequency domain signal multiplied by the multiplication means, and a cross-correlation function obtained by applying inverse fast Fourier transform processing by the inverse fast Fourier transform processing means And third storage means for buffering.
[0191]
Furthermore, in the matched filter device according to the present invention, the inverse fast Fourier transform processing means performs inverse fast Fourier transform processing only on the positive frequency component of the frequency domain signal obtained by the multiplication means.
[0192]
Therefore, the matched filter device according to the present invention performs the inverse fast Fourier transform processing by the inverse fast Fourier transform processing means on the frequency domain signal composed of ½ of the number of data in the frequency domain signal obtained by the multiplication means. Furthermore, by storing the cross-correlation function obtained by performing the inverse fast Fourier transform processing by the inverse fast Fourier transform processing means in the third storage means, the calculation amount in the inverse fast Fourier transform processing means is reduced, The calculation time can be reduced, and the capacity of the third storage means can be reduced to reduce the size and cost.
[0193]
Furthermore, the matched filter device according to the present invention includes a sine / cosine generating means for generating a sine function or a cosine function, and a sine function or cosine function generated by the sine / cosine generating means. And a fourth storage unit that is held so as to be readable by each of the transform processing unit, the second fast Fourier transform processing unit, and / or the inverse fast Fourier transform processing unit.
[0194]
In addition, the matched filter device according to the present invention includes a trigonometric function generation unit that generates a calculation formula including a plurality of patterns using a trigonometric function based on the sine function or the cosine function held in the fourth storage unit. Storage means for holding a calculation formula composed of a plurality of patterns generated by the trigonometric function generating means, wherein the sine / cosine generating means generates only a part of the components of the sine function or cosine function to generate a fourth component. The first fast Fourier transform processing means, the second fast Fourier transform processing means, and / or the inverse fast Fourier transform processing means are respectively stored in the storage means according to the phase of the required function. The sine function and / or cosine function of an arbitrary phase is utilized by switching the calculation formulas composed of a plurality of patterns stored in.
[0195]
Therefore, the matched filter device according to the present invention generates only a partial component of the sine function or cosine function by the sine / cosine generation means and stores it in the fourth storage means, thereby calculating the sine / cosine generation means. The amount can be reduced, the calculation time can be reduced, and the capacity of the fourth storage means can be reduced to reduce the size and cost.
[0196]
As described above, the matched filter device according to the present invention can reduce the capacity of the storage means to be mounted, thereby reducing the size and cost, and reducing the calculation time.
[0197]
A correlation detection method according to the present invention is a correlation detection method for detecting a correlation between a spread code and a spread code generated by itself in order to detect the phase of the spread code in the input spread spectrum signal, A process of performing a fast Fourier transform process on input data obtained by sampling a spread spectrum signal at a predetermined sampling frequency, and a negative frequency domain signal obtained by performing a fast Fourier transform process on the input data. A step of removing the frequency component of the signal, a step of buffering the frequency domain signal from which the negative frequency component has been removed in the first storage means, a step of generating the same spreading code as the spreading code in the spread spectrum signal, and Performing a fast Fourier transform process on the generated spreading code and at least a high speed for the generated spreading code And buffering the frequency domain signal obtained by performing the Fourier transform process in the second storage means.
[0198]
Therefore, the correlation detection method according to the present invention removes the negative frequency component from the frequency domain signal obtained by performing fast Fourier transform processing on the input data, and uses the obtained frequency domain signal as the first frequency domain signal. The capacity of the first storage means is reduced by storing in the storage means and storing in the second storage means a frequency domain signal obtained by performing fast Fourier transform processing on at least the generated spreading code. This makes it possible to reduce the size and cost.
[0199]
Furthermore, a receiving apparatus according to the present invention is a receiving apparatus that receives a signal from a satellite and calculates its own position and velocity, a receiving means for receiving a signal from the satellite, and a reception received by the receiving means. Frequency conversion means for converting the frequency of the signal to a predetermined intermediate frequency, and synchronization acquisition for detecting the phase of the spread code in the intermediate frequency signal obtained by the frequency conversion means and detecting the carrier frequency in the intermediate frequency signal The acquisition means, the phase of the spread code detected by the synchronization acquisition means, and the carrier frequency detected by the synchronization acquisition means for each of a plurality of channels provided independently corresponding to the plurality of satellites. The phase and carrier frequency of the set spreading code are set as initial values, and synchronization between the spreading code and the carrier is maintained. And a synchronization maintaining means for demodulating a message included in the intermediate frequency signal, and for detecting the phase of the spread code in the intermediate frequency signal, which is a spread spectrum signal, The synchronization acquisition means for detecting the correlation with the first fast Fourier transform processing means for performing fast Fourier transform processing on the input data obtained by sampling the intermediate frequency signal at a predetermined sampling frequency, and the first fast Fourier transform processing means The negative frequency component is removed from the frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform processing by the fast Fourier transform processing unit, and the negative frequency component is removed by the negative frequency removing unit. First storage means for buffering the frequency domain signal, and the same as the spreading code in the intermediate frequency signal A spread code generating means for generating a spread code; a second fast Fourier transform processing means for performing a fast Fourier transform process on the spread code generated by the spread code generating means; and at least a second fast Fourier transform process. A matched filter having second storage means for buffering a frequency domain signal obtained by performing fast Fourier transform processing by the means.
[0200]
Therefore, the receiving apparatus according to the present invention removes the negative frequency component of the frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform processing by the first fast Fourier transform processing means in the synchronization acquisition means by the negative frequency removing means. The frequency domain signal obtained by the removal is stored in the first storage means, and the frequency domain signal obtained by performing fast Fourier transform processing by at least the second fast Fourier transform processing means is stored in the second storage means. Thus, the capacity of the first storage means can be reduced to reduce the size and cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a GPS receiver shown as an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a synchronization holding unit included in the GPS receiver.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a channel circuit included in a synchronization holding unit included in the GPS receiver.
FIG. 4 is a diagram for explaining phase alignment of spread codes in a synchronization holding unit provided in the GPS receiver.
FIG. 5 is a diagram for explaining spread code phase correction in a synchronization holding unit included in the GPS receiver;
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of a digital matched filter using FFT that can be applied as a synchronization acquisition unit included in the GPS receiver.
7 is a block diagram for explaining an actual implementation example when the digital matched filter shown in FIG. 6 is applied as a synchronization acquisition unit provided in the GPS receiver. FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a spectrum function of a frequency domain signal obtained by performing FFT processing on a spread code using a conventional digital matched filter.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a spectrum function of a frequency domain signal output from a multiplier in a conventional digital matched filter.
10 is a diagram for explaining an example of an output waveform showing a temporal change in a correlation value obtained by performing IFFT processing on a frequency domain signal whose spectrum function is shown in FIG. 9 by a conventional digital matched filter.
11 is a diagram illustrating an example of a spectrum function of a frequency domain signal in which a negative frequency component output from a multiplier in the digital matched filter illustrated in FIG. 6 is “0”.
12 is a diagram for explaining an example of an output waveform showing a temporal change of a correlation value obtained by performing IFFT processing on a frequency domain signal whose spectrum function is shown in FIG. 11 by the digital matched filter shown in FIG. 6;
FIG. 13 is a diagram for explaining a signal flow when IFFT processing is performed on a frequency domain signal in which the negative frequency component is “0” and the number of data N is “16”.
FIG. 14 is a diagram for explaining a part of a cross-correlation function obtained by a conventional digital matched filter.
15 is a diagram for explaining a part of the cross-correlation function obtained by the digital matched filter shown in FIG. 6, and shows a part of the cross-correlation function extracted when the correlation peak is at an even-numbered sample point. It is a figure explaining.
16 is a diagram for explaining a part of the cross-correlation function obtained by the digital matched filter shown in FIG. 6, and shows a part of the cross-correlation function extracted when the correlation peak is at an odd-numbered sample point. It is a figure explaining.
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of using a cosine function component having a phase of 0 radians to π / 2 radians generated by a sine / cosine generator in the digital matched filter shown in FIG. It is a flowchart explaining a series of processes at the time of utilizing a sine function and / or a cosine function.
FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of a signal from a GPS satellite.
FIG. 19 is a diagram for explaining a conventional spreading code and carrier synchronization process and a diagram for explaining a frequency search;
FIG. 20 is a diagram illustrating an example of an output waveform showing a temporal change in a correlation value detected using a digital matched filter.
FIG. 21 is a block diagram illustrating a configuration of a digital matched filter using FFT applied to a conventional GPS receiver.
[Explanation of symbols]
10 GPS receiver, 11 XO, 12 TCXO, 13 multiplier / divider, 14 antenna, 15 LNA, 16 BPF, 17,20 amplifier, 18 frequency synthesizer, 19 mixer, 21, 67, 68, 77, 78, 82 , 83 LPF, 22 A / D, 23 frequency conversion unit, 24 synchronization acquisition unit, 25 synchronization holding unit, 26 CPU, 27 RTC, 28 timer, 29, 102, 105, 110, 115, 118 memory, 30 demodulation circuit, 51,511, 512, ..., 51N Channel circuit, 52 control register, 61 Costas loop, 62 DLL, 63, 65, 66, 73, 74, 75, 76, 80, 81, 113 multiplier, 64, 87 NCO, 69, 86 loop filter, 70, 85 phase detector, 71 binarization circuit, 72, 79, 84 square sum calculation circuit, 88, 107 spreading code generator, 100 digital matched filter, 101, 121 sampler, 103, 108 FFT processing unit, 104, 109 Negative frequency rejection filter, 106 Imaginary inversion filter, 111 Complement filter, 112 Shifter, 114 IFFT processing unit, 116 Peak detector, 117 Sine / cosine generator, 122 RAM, 123 RAM / ROM, 124 DSP
Claims (15)
上記スペクトラム拡散信号が所定のサンプリング周波数でサンプリングされて入力されたデータに対して高速フーリエ変換処理を施す第1の高速フーリエ変換処理手段と、
上記第1の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を除去する負の周波数除去手段と、
上記負の周波数除去手段によって負の周波数成分が除去された周波数領域信号をバッファリングする第1の記憶手段と、
上記スペクトラム拡散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手段と、
上記拡散符号発生手段によって発生された拡散符号に対して高速フーリエ変換処理を施す第2の高速フーリエ変換処理手段と、
少なくとも上記第2の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換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第2の記憶手段と、
上記第1の記憶手段又は上記第2の記憶手段によってバッファリングされた周波数領域信号を複素共役な信号に変換する虚数反転手段と、
上記第2の記憶手段及び/又は上記第1の記憶手段によってバッファリングされた周波数領域信号を周波数領域上でシフトするシフト手段と、
を備えることを特徴とするマッチドフィルタ装置。In order to detect a phase of a spread code in an input spread spectrum signal, a matched filter device that detects a correlation between the spread code and a spread code generated by the self,
First fast Fourier transform processing means for performing fast Fourier transform processing on data input by sampling the spectrum spread signal at a predetermined sampling frequency;
A negative frequency removing means for removing a negative frequency component from the frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform processing by the first fast Fourier transform processing means;
First storage means for buffering the frequency domain signal from which the negative frequency component has been removed by the negative frequency removal means;
Spreading code generating means for generating the same spreading code as the spreading code in the spread spectrum signal;
Second fast Fourier transform processing means for performing fast Fourier transform processing on the spreading code generated by the spreading code generating means;
Second storage means for buffering a frequency domain signal obtained by performing fast Fourier transform processing by at least the second fast Fourier transform processing means;
Imaginary inversion means for converting the frequency domain signal buffered by the first storage means or the second storage means into a complex conjugate signal;
Shift means for shifting the frequency domain signal buffered by the second storage means and / or the first storage means on the frequency domain;
A matched filter device comprising:
を特徴とする請求項3記載のマッチドフィルタ装置。The complementing means which restore | restores the negative frequency component removed by the said other negative frequency removal means with respect to the frequency domain signal buffered by the said 2nd memory | storage means is characterized by the above-mentioned. Matched filter device.
上記乗算手段によって乗算された周波数領域信号に対して逆高速フーリエ変換処理を施す逆高速フーリエ変換処理手段と、
上記逆高速フーリエ変換処理手段によって逆高速フーリエ変換処理が施されて得られた相互相関関数をバッファリングする第3の記憶手段とを備えることを特徴とする請求項1記載のマッチドフィルタ装置。Multiplication means for multiplying at least the frequency domain signal buffered by the first storage means by at least the frequency domain signal buffered by the second storage means;
Inverse fast Fourier transform processing means for performing inverse fast Fourier transform processing on the frequency domain signal multiplied by the multiplication means;
2. The matched filter device according to claim 1, further comprising third storage means for buffering a cross-correlation function obtained by performing inverse fast Fourier transform processing by the inverse fast Fourier transform processing means.
上記サイン/コサイン発生手段によって発生されたサイン関数又はコサイン関数を、上記第1の高速フーリエ変換処理手段、上記第2の高速フーリエ変換処理手段、及び/又は上記逆高速フーリエ変換処理手段のそれぞれによって読み出し可能に保持する第4の記憶手段とを備えること を特徴とする請求項7記載のマッチドフィルタ装置。A sine / cosine generating means for generating a sine function or a cosine function;
The sine function or cosine function generated by the sine / cosine generating means is converted by the first fast Fourier transform processing means, the second fast Fourier transform processing means, and / or the inverse fast Fourier transform processing means, respectively. The matched filter device according to claim 7, further comprising a fourth storage unit that holds the data in a readable manner.
上記三角関数発生手段によって発生された上記複数のパターンからなる算出式を保持する記憶手段とを備え、
上記サイン/コサイン発生手段は、サイン関数又はコサイン関数の一部の成分のみを発生して上記第4の記憶手段に保持させ、
上記第1の高速フーリエ変換処理手段、上記第2の高速フーリエ変換処理手段、及び/又は上記逆高速フーリエ変換処理手段は、それぞれ、必要となる関数の位相に応じて、上記記憶手段に記憶されている上記複数のパターンからなる算出式を切り替えることにより、任意の位相のサイン関数及び/又はコサイン関数を利用することを特徴とする請求項10記載のマッチドフィルタ装置。A trigonometric function generating means for generating a calculation formula consisting of a plurality of patterns using a trigonometric function based on the sine function or the cosine function held in the fourth storage means;
Storage means for holding a calculation formula composed of the plurality of patterns generated by the trigonometric function generation means,
The sine / cosine generating means generates only a partial component of the sine function or cosine function and stores it in the fourth storage means,
The first fast Fourier transform processing means, the second fast Fourier transform processing means, and / or the inverse fast Fourier transform processing means are each stored in the storage means in accordance with the phase of the required function. 11. The matched filter device according to claim 10, wherein a sine function and / or cosine function having an arbitrary phase is used by switching calculation formulas composed of the plurality of patterns.
上記スペクトラム拡散信号が所定のサンプリング周波数でサンプリングされて入力されたデータに対して高速フーリエ変換処理を施す工程と、
上記入力されたデータに対する高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を除去する工程と、
負の周波数成分が除去された周波数領域信号を第1の記憶手段にバッファリングする工程と、
上記スペクトラム拡散信号における拡散符号と同じ拡散符号を発生する工程と、
発生された拡散符号に対して高速フーリエ変換処理を施す工程と、
少なくとも上記発生された拡散符号に対する高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号を第2の記憶手段にバッファリングする工程と、
上記第1の記憶手段又は上記第2の記憶手段によってバッファリングされた周波数領域信号を複素共役な信号に変換する工程と、
上記第2の記憶手段及び/又は上記第1の記憶手段によってバッファリングされた周波数領域信号を周波数領域上でシフトする工程と、
を備えることを特徴とする相関検出方法。A correlation detection method for detecting a correlation between the spread code and a spread code generated by itself in order to detect a phase of the spread code in the input spread spectrum signal,
A step of performing a fast Fourier transform on the input data obtained by sampling the spread spectrum signal at a predetermined sampling frequency;
Removing a negative frequency component from a frequency domain signal obtained by performing a fast Fourier transform on the input data;
Buffering the frequency domain signal from which the negative frequency component has been removed into the first storage means;
Generating the same spreading code as the spreading code in the spread spectrum signal;
Applying a fast Fourier transform to the generated spreading code;
Buffering a frequency domain signal obtained by performing a fast Fourier transform process on at least the generated spreading code in the second storage means;
Converting the frequency domain signal buffered by the first storage means or the second storage means into a complex conjugate signal;
Shifting the frequency domain signal buffered by the second storage means and / or the first storage means on the frequency domain;
A correlation detection method comprising:
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、
上記中間周波数信号が所定のサンプリング周波数でサンプリングされて入力されたデータに対して高速フーリエ変換処理を施す第1の高速フーリエ変換処理手段と、
上記第1の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換処理が施されて得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を除去する負の周波数除去手段と、
上記負の周波数除去手段によって負の周波数成分が除去された周波数領域信号をバッファリングする第1の記憶手段と、
上記中間周波数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手段と、
上記拡散符号発生手段によって発生された拡散符号に対して高速フーリエ変換処理を施す第2の高速フーリエ変換処理手段と、
少なくとも上記第2の高速フーリエ変換処理手段によって高速フーリエ変換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第2の記憶手段と、
上記第1の記憶手段又は上記第2の記憶手段によってバッファリングされた周波数領域信号を複素共役な信号に変換する虚数反転手段と、
上記第2の記憶手段及び/又は上記第1の記憶手段によってバッファリングされた周波 数領域信号を周波数領域上でシフトするシフト手段と、
を有するマッチドフィルタを用いて構成されることを特徴とする受信装置。A receiving device that receives a signal from a satellite and calculates its position and velocity,
Receiving means for receiving a signal from the satellite;
Frequency converting means for converting the frequency of the received signal received by the receiving means to a predetermined intermediate frequency;
Synchronization acquisition means for detecting the phase of the spreading code in the intermediate frequency signal obtained by the frequency conversion means and detecting the carrier frequency in the intermediate frequency signal;
The satellite of the phase of the spreading code detected by the synchronization acquisition means and the carrier frequency detected by the synchronization acquisition means for each of a plurality of channels provided independently for the plurality of satellites. Synchronous holding that performs assignment and setting for each phase, maintains the synchronization between the spreading code and the carrier using the set phase of the spreading code and the carrier frequency as initial values, and demodulates the message included in the intermediate frequency signal Means and
In order to detect the phase of the spread code in the intermediate frequency signal that is a spread spectrum signal, the synchronization acquisition means for detecting the correlation between the spread code and the spread code generated by the self,
First fast Fourier transform processing means for performing fast Fourier transform processing on data input by sampling the intermediate frequency signal at a predetermined sampling frequency;
A negative frequency removing means for removing a negative frequency component from the frequency domain signal obtained by performing the fast Fourier transform processing by the first fast Fourier transform processing means;
First storage means for buffering the frequency domain signal from which the negative frequency component has been removed by the negative frequency removal means;
Spreading code generating means for generating the same spreading code as the spreading code in the intermediate frequency signal;
Second fast Fourier transform processing means for performing fast Fourier transform processing on the spreading code generated by the spreading code generating means;
Second storage means for buffering a frequency domain signal obtained by performing fast Fourier transform processing by at least the second fast Fourier transform processing means;
Imaginary inversion means for converting the frequency domain signal buffered by the first storage means or the second storage means into a complex conjugate signal;
A shift means for shifting the frequency-domain signal buffered in the frequency domain by the second storage means and / or the first storage means,
A receiving apparatus comprising: a matched filter having
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