JP4109097B2

JP4109097B2 - 衛星信号受信方法及びその受信装置

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Publication number: JP4109097B2
Application number: JP2002356344A
Authority: JP
Inventors: 勝男由井
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2022-12-09
Also published as: JP2004191081A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ガリレオ等の複数の衛星信号の搬送波（キャリア）位相を利用して位置決定し、ｍｍレベルの微細な位置変動を検出するための微細位置変動検出用衛星信号受信方法及びその受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、地滑り地帯や落石地帯等の微細な位置変動を検出する手段として、衛星信号の搬送波（以下、キャリア）位相を利用したスタティック測位装置が用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、従来のスタティック測位装置の衛星信号受信装置の構成を示す図であり、ここでは衛星信号としてＧＰＳ信号を使用し、地滑り地帯の位置変動を検出する場合を例として説明する。
【０００４】
図５において、衛星信号受信装置では、複数の衛星から送信されてくる高周波数の衛星信号をアンテナ１で受信し周波数変換部２に入力する。この衛星信号は、高周波数キャリア（ＧＰＳでは、約１５７５ＭＨｚ）が衛星毎に異なる衛星コードであるＰＮコード（通常、Ｃ／Ａコード；１．０２３ＭＨｚ）及び航法メッセージデータ（５０Ｈｚ）で変調されている。一方、基準発振器３の基準クロック信号（例えば、１０ＭＨｚ）を周波数変換用周波数発生器４に供給して、所定の局部発振周波数信号を周波数変換部２に入力する。周波数変換部２では、受信した衛星信号と局部発振周波数信号とを混合して、１〜数１０ＭＨｚの低周波数衛星信号にダウンコンバートし、１〜２ビットのディジタル信号に変換して出力する。したがって、このディジタル化された低周波数衛星信号は、低周波数キャリアが衛星毎に異なるＰＮコード及び航法メッセージデータで変調されているものである。
【０００５】
この低周波数衛星信号には、複数衛星の衛星信号が含まれているから、各衛星の衛星信号毎に処理するために複数Ｎ個の受信信号処理部５０１〜５０Ｎが設けられる。また、これらの受信信号処理部５０１〜５０Ｎには、基準発振器３の基準クロック信号が供給されている。
【０００６】
受信信号処理部５０１についてみると、コード位相追尾回路５１０において、目標とする衛星に固有のＰＮコードをＰＮコード発生器５１２で発生させて、混合器５１１で低周波数衛星信号と相関処理して、逆拡散する。これにより、入力される低周波数衛星信号から、その衛星の衛星信号分のみが実質的に含まれている低周波数キャリア信号を抽出する。このコード位相追尾回路５１０での相関処理は詳しくは、図示はしていないが、ＰＮコードと、そのＰＮコード位相を１／２チップずつずらした早い位相（Ｅ）と遅い位相（Ｌ）とのコード位相を用いて、それぞれ低周波数衛星信号と相関をとり、早い位相（Ｅ）との相関結果と遅い位相（Ｌ）との相関結果の差（Ｅ−Ｌ）を用いて、ＰＮコードの追尾を行う公知のディレイ・ロックド・ループ（ＤＬＬ）により行われる。
【０００７】
キャリア位相追尾回路５２０は、コスタス・ループと言われるフェーズ・ロックド・ループ（ＰＬＬ）で構成されている。コード位相追尾回路５１０で取り出された低周波数衛星信号の低周波数キャリア信号とキャリア追尾回路５２３から発生された正位相（０°）及び９０°位相のキャリア信号とを混合器５２１、５２２でミキシングする。そして、混合器５２１の出力を低域通過フィルタ（ＬＰＦ）５２４を通した正位相誤差信号Ｉと、混合器５２２の出力をＬＰＦ５２５を通した９０°位相誤差信号Ｑとから、キャリア追尾回路５２３でキャリア位相誤差を例えばａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）で求める。このキャリア位相誤差に基づいて、正位相（０°）及び９０°位相のキャリア信号の周波数、位相を調整することにより、キャリア追尾を行っている。
【０００８】
３次元位置と受信装置内部の時刻誤差を正確に求めるためには、４衛星以上のキャリア追尾情報が必要であり、４衛星未満である場合には測位位置が求められない。また、４衛星追尾できていたとしても、その時点の衛星配置によっては位置精度が悪い場合があり、正確な位置測定には６衛星以上のキャリア追尾情報を利用できることが望まれている。したがって、受信信号処理部５０１〜５０Ｎは、６以上設けられることになる。
【０００９】
制御部５０は、受信信号処理部５０１〜５０Ｎから各衛星毎のコード追尾情報、キャリア追尾情報、航法メッセージデータなど種々の情報が入力され、それらのデータに基づいて測位演算が行われる。その演算結果によって、微細な位置変動が検出される。なお、制御部５０は、その他、衛星信号受信装置に必要な演算や制御を司る他、コード追尾及びキャリア追尾のための処理の一部を分担することもある。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−３３７９３２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、衛星信号に追尾し、微細な位置変動を検出できる程度に正確な位置を求めるためには、衛星毎に異なるＰＮコードに同期するとともに、当該衛星のキャリア周波数・位相にも同期する必要がある。
【００１２】
ＧＰＳなど衛星信号を利用して、地滑り等の微細位置変動を検出する場合には、地滑り防止対策を行っている場所、例えば地滑り対策用井戸の付近に、微細位置変動検出用衛星信号受信装置を設置することが望ましい。このような地滑り防止対策を行っている場所は、一般に山岳地帯が多く、その周りが多くの樹木に囲まれている。したがって、衛星信号受信装置が設置される地点は、衛星信号の受信状況が悪い地点であることが多い。
【００１３】
衛星信号の受信状況が悪く、ノイズに埋もれるような弱信号しか受信できない衛星を追尾することは困難である。受信装置の位置がほぼ固定している場合には、ＧＰＳの衛星信号のＰＮコードの変化は少ないため、ＰＮコードの繰り返し周期（１ｍｓ）に比べて長期間観測することで、その衛星のＰＮコードを追尾することは可能である。
【００１４】
しかし、地滑りなどの微細位置変動を検出する場合、受信装置の設置位置はほぼ固定位置としてよいが、ＧＰＳは周回衛星であるためにキャリア周波数は絶えず変化しており、また受信装置内部の局部発振周波数などの変動も不規則かつ不定である。このため、従来のようなキャリア追尾回路では、弱衛星信号のキャリア信号に追尾することは、ＰＮコードの例のように長期間観測したとしても、不可能であった。
【００１５】
したがって、従来の衛星信号受信装置では、衛星信号受信状況が悪い地点では、追尾可能な衛星数が不足することになり、地滑り監視等の微細位置変動を監視できる時間が大きく制限されてしまうという問題があった。
【００１６】
そこで、本発明は、複数の衛星信号のキャリア位相を利用して位置決定する衛星信号受信方法及びその受信装置において、弱い衛星信号しか受信できない衛星のキャリア追尾を可能にして、衛星信号受信状況の悪い地点でも位置決定を行えるようにすることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の衛星信号受信方法は、複数の衛星信号の搬送波位相を利用して位置決定する衛星信号受信方法であって、
入力される衛星信号中の特定衛星の衛星の搬送波に追尾し、追尾した衛星の搬送波情報を出力し、
前記搬送波情報に基づいて、衛星信号が弱信号である弱信号衛星の搬送波周波数を推定して推定搬送波周波数を出力し、
前記推定搬送波周波数に基づいて当該弱信号衛星の推定搬送波を発生し、この推定搬送波と当該弱信号衛星の搬送波との相関をとって搬送波誤差情報を得、
前記搬送波誤差情報を積算し、前記推定搬送波の位相を補正する補正量を求め、
前記補正量に応じて前記推定搬送波の位相を補正することを特徴とする。
【００１８】
請求項２の衛星信号受信方法は、請求項１記載の衛星信号受信方法において、前記搬送波周波数の推定は、前記搬送波情報と、追尾した衛星及び当該弱信号衛星のドップラー周波数を用いて演算により行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項３の衛星信号受信方法は、請求項１または２に記載の衛星信号受信方法において、前記弱信号衛星の搬送波追尾において、前記推定搬送波周波数と共に、追尾開始時には推定した位相値も用いることを特徴とする。
【００２０】
請求項４の衛星信号受信装置は、複数の衛星信号の搬送波位相を利用して位置決定する衛星信号受信装置であって、
入力される衛星信号中の特定衛星の衛星コードを追尾する衛星コード追尾手段と、当該衛星の搬送波に追尾し、追尾した衛星の搬送波情報を出力する搬送波追尾手段とを、含む複数Ｎの受信信号処理部と、
前記搬送波情報に基づいて、衛星信号が弱信号である弱信号衛星の搬送波周波数を推定し、推定搬送波周波数を出力する、少なくとも１つの弱信号搬送波周波数推定部と、
入力される衛星信号中の前記弱信号衛星の衛星コードを追尾する衛星コード追尾手段と、前記推定搬送波周波数に基づいて当該弱信号衛星の推定搬送波を発生する推定搬送波信号発生器、前記推定搬送波と当該弱信号衛星の搬送波との相関をとって搬送波誤差情報を得、この搬送波誤差情報を積算し、前記推定搬送波の位相を補正する補正量を求める長期搬送波追尾調整回路を持つ弱信号搬送波追尾手段とを含む、少なくとも１つの弱信号受信用受信信号処理部とを有することを特徴とする。
【００２１】
請求項５の衛星信号受信装置は、複数の衛星信号の搬送波位相を利用して位置決定する衛星信号受信装置であって、
入力される衛星信号中の特定衛星の衛星コードを追尾する衛星コード追尾手段、当該衛星の搬送波に追尾するための搬送波追尾手段を含む複数Ｎの受信信号処理部と、追尾した衛星の搬送波情報に基づいて衛星信号が弱信号である弱信号衛星の搬送波周波数を推定し、推定搬送波周波数を出力する、少なくとも１つの弱信号搬送波周波数推定部と、を有し、
前記搬送波追尾手段は、
入力される衛星信号中の特定衛星の搬送波を発生すると共に、前記特定衛星に追尾できたときにその衛星の搬送波情報を前記弱信号搬送波周波数推定部に出力する一方、前記特定衛星が弱信号衛星であるときに前記弱信号搬送波周波数推定部からその衛星の前記推定搬送波周波数が入力される搬送波信号発生器と、
前記搬送波信号発生器からの搬送波と当該衛星の搬送波との相関により得られた搬送波誤差情報から当該衛星が弱信号衛星であるか否かを判定し、前記弱信号搬送波周波数推定部にその判定結果を出力する信号強度判定器と、
前記搬送波誤差情報及び前記判定結果が入力され、その判定結果に応じて前記搬送波誤差情報に基づいた通常追尾における周波数指令値及び位相補正値を前記搬送波信号発生器に供給するか、あるいは、前記搬送波誤差情報を積算し、前記推定搬送波の位相を補正する位相補正値を前記搬送波信号発生器に供給するかを決定する通常／長期搬送波追尾調整回路とを持つことを特徴とする。
【００２２】
請求項６の衛星信号受信装置は、請求項５記載の衛星信号受信装置において、通常／長期搬送波追尾調整回路は、前記搬送波誤差情報が入力され、通常追尾における周波数指令値及び位相補正値を出力する通常搬送波追尾調整回路と、前記搬送波誤差情報が入力され、前記搬送波誤差情報を積算し、前記推定搬送波の位相を補正する位相補正値を出力する長期搬送波追尾調整回路と、前記判定結果が入力され、その判定結果に応じて前記通常搬送波追尾調整回路の出力と前記長期搬送波追尾調整回路の出力とを選択して前記搬送波信号発生器に供給する信号選択器とを含むことを特徴とする。
【００２３】
請求項７の衛星信号受信装置は、請求項４〜６のいずれかに記載の衛星信号受信装置において、前記弱信号搬送波周波数推定部は、前記搬送波周波数の推定を、前記搬送波情報と、追尾した衛星及び当該弱信号衛星のドップラー周波数を用いた演算により行うことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態を、ＧＰＳ信号を使用し、地滑り地帯の位置変動を検出するスタティック測位の衛星信号受信装置を例として説明する。
【００２５】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る衛星信号受信装置の構成を示す図であり、図２はキャリア追尾における初期周波数決定用のフローチャートである。
【００２６】
図１において、衛星信号受信装置は、アンテナ１、周波数変換部２、基準発振器３、周波数変換用周波数発生器４からなる従来のものと同様の高周波部と、各衛星の衛星信号毎に処理するために複数Ｎ個（Ｎは、例えば６）の受信信号処理部１０１〜１０Ｎと、弱信号衛星信号のキャリア周波数を推定するキャリア周波数推定部２０、弱信号衛星の衛星信号を処理するための複数Ｍ個（Ｍ＜Ｎ）の弱信号受信用受信信号処理部２０１〜２０Ｍと、受信信号処理部１０１〜１０Ｎや弱信号受信用受信信号処理部２０１〜２０Ｍと結合され、それらの制御に必要な制御信号を供給するとともに、それらからの各衛星毎のコード追尾情報、キャリア追尾情報、航法メッセージデータなど種々の情報が入力され、それらのデータに基づいて測位演算が行われる制御部１０とから構成される。この制御部１０は、その他、衛星信号受信装置に必要な演算や制御を司る他、コード追尾及びキャリア追尾のための処理の一部を分担することもある。
【００２７】
周波数変換用周波数発生器４から出力される低周波数衛星信号には、複数衛星の衛星信号が含まれており、これらの衛星信号には、通常にキャリア追尾できる強信号レベルの衛星信号と、受信状況が悪く、ノイズに埋もれるような弱信号レベルの衛星信号がある。
【００２８】
強信号レベルの衛星信号へのＰＮコード追尾及びキャリア追尾は、受信信号処理部１０１〜１０Ｎで行われる。強信号レベルのある特定の衛星の追尾が、例えば受信信号処理部１０１で行われる。
【００２９】
この場合についてみると、コード位相追尾回路１１０において、強信号レベルの目標とする衛星に固有のＰＮコードをＰＮコード発生器１１２で発生させて、混合器１１１で低周波数衛星信号と相関処理して、逆拡散する。これにより、入力される低周波数衛星信号から、その衛星の衛星信号分のみが実質的に含まれている低周波数キャリア信号を抽出する。このコード位相追尾回路１１０での相関処理は詳しくは、従来の図５と同様に、公知のディレイ・ロックド・ループ（ＤＬＬ）により行われる。
【００３０】
キャリア位相追尾回路１２０は、コスタス・ループと言われるフェーズ・ロックド・ループ（ＰＬＬ）で構成されている。コード位相追尾回路１１０で取り出された低周波数衛星信号の低周波数キャリア信号とキャリア追尾回路１２３から発生された正位相（０°）及び９０°位相のキャリア信号とを混合器１２１、１２２でミキシングする。そして、混合器１２１の出力をＬＰＦ１２４を通した正位相誤差信号Ｉと、混合器１２２の出力をＬＰＦ１２５を通した９０°位相誤差信号Ｑとがキャリア追尾回路１２３に供給される。
【００３１】
キャリア追尾回路１２３から発生されるキャリア信号の初期周波数は、予め収集されているその衛星の衛星軌道情報に基づいて、最初に制御部１０から供給される。その供給される周波数の制御は、図２のフローチャートに示されるように、スタートすると、まず、その衛星の衛星軌道情報に基づいてドップラー成分も含めてある周波数を設定する（ステップＳ１０１）。そして、その衛星のＰＮコードの全コードチップに対して相関値（Ｉ^２＋Ｑ^２）を計算する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０３で、相関値が予め定めた規定値より大きいかどうかを比較する（相関値＞規定値）。その比較結果が、相関値が小さければ、周波数を所定幅（例えば、１ｋＨｚ）ずらし、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３を繰り返す。ステップＳ１０３で、相関値が大きくなれば、ステップＳ１０４に移り、周波数をより小さい所定幅（例えば、５０Ｈｚ）ずつ振って、相関値が最大のレベルとなる周波数を検出する。この検出された周波数が、キャリア追尾回路１２３に初期周波数として与えられる。
【００３２】
このようにして与えられた周波数からキャリア追尾を開始し、キャリア追尾回路１２３のキャリア信号が、正位相誤差信号Ｉと９０°位相誤差信号Ｑとから求められるキャリア位相誤差ａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）によって、その周波数及び位相が制御されて、低周波数キャリア信号に同期するように引き込まれる。その後は、この同期状態が継続するように追尾が行われる。
【００３３】
この通常のキャリア追尾が、強信号レベルの各衛星信号について、受信信号処理部１０１〜１０Ｎで行われる。
【００３４】
この追尾されている強信号レベルの衛星の追尾キャリア情報、即ちキャリア周波数の１つが、弱信号衛星信号のキャリア周波数を推定するキャリア周波数推定部２０に供給される。推定された弱信号衛星信号のキャリア周波数が、弱信号衛星の衛星信号を処理するための１つの弱信号受信用受信信号処理部２０１に供給される。
【００３５】
ここで、キャリア周波数推定部２０及び弱信号受信用受信信号処理部２０１の構成を説明する前に、弱信号レベルの衛星信号のキャリア追尾を可能にする、考え方を説明する。
【００３６】
衛星番号ＳｎのＧＰＳ衛星の追尾周波数ｆ（Ｓｎ）は、次の式（１）で表される。但し、ドップラー成分や、変動分で表現している。
ｆ（Ｓｎ）＝ｆ１（Ｓｎ）＋ｆ２＋ｆ３（Ｓｎ）（１）
ｆ１（Ｓｎ）：衛星Ｓｎのドップラー周波数
ｆ２：衛星信号受信装置の内部発振器の周波数誤差（全衛星に共通）
ｆ３（Ｓｎ）：衛星信号受信装置の移動によるドップラー周波数
【００３７】
地滑り等の監視を行うための微細位置変動を測定する場合、衛星信号受信装置の位置は概略固定値と同じであり、移動によるドップラー周波数ｆ３（Ｓｎ）は０であると見なせる。
【００３８】
衛星Ｓｎのドップラー周波数ｆ１（Ｓｎ）は、その衛星の軌道情報と現在時刻と、衛星信号受信装置の現在位置が得られれば、正確に計算で求めることができる。そのための、現在位置は、地滑り等の監視を行うための微細位置変動を測定するものでは事前にほぼ得られており、また衛星軌道情報は、現在は、弱信号であっても、一般的に過去に追尾した時点で最新情報が収集されている。特に、衛星が沈みかけで、今までは通常（従来）の方法で追尾できた衛星の衛星軌道情報はそのまま使用できる。また、別途通信手段を設けて、見晴らしの良い地点から衛星軌道情報を得ても良い。
【００３９】
ここで、１つの衛星信号に追尾することができれば、現在位置はほぼ得られているので、現在時刻を正確に求めることができる。したがって、１衛星以上追尾できれば、各衛星毎のドップラー周波数は正確に求めることができる。
【００４０】
衛星信号受信装置の内部発振器の周波数誤差ｆ２は、キャリア追尾できた衛星Ｓｎの現在追尾周波数ｆ（Ｓｎ）を利用して、ｆ２＝ｆ（Ｓｎ）−ｆ１（Ｓｎ）で、正確に求めることができる。この周波数誤差ｆ２は、全衛星に共通である。
【００４１】
したがって、衛星Ｓｎが追尾できたとき、衛星Ｓｉの追尾周波数ｆ（Ｓｉ）は、次式（２）で、正確に推定することができる。
ｆ（Ｓｉ）＝ｆ１（Ｓｉ）＋ｆ（Ｓｎ）−ｆ１（Ｓｎ）（２）
【００４２】
また、同様な考え方で、キャリア位相も推定することができる。しかし、この推定したキャリア位相には、固定値として取り扱った現在位置の誤差の影響が大きくなるので、正確な位相を求めることは困難である。ただ、この推定したキャリア位相を追尾のための初期値として用いることはできる。
【００４３】
さて、弱信号衛星Ｓｉのためのキャリア周波数推定部２０は、以上のような考え方に基づいて、キャリア追尾回路１２３からの衛星Ｓｎの現在追尾周波数ｆ（Ｓｎ）と、衛星Ｓｎのドップラー周波数ｆ１（Ｓｎ）と、衛星Ｓｉのドップラー周波数ｆ１（Ｓｉ）とにしたがって演算して、衛星Ｓｉの現在追尾周波数ｆ（Ｓｉ）を出力する。以上の演算はドップラー成分や変動分で表現したが、それらを含めた周波数そのもので演算を行っても同様に求めることができる。
【００４４】
この衛星Ｓｉの追尾周波数ｆ（Ｓｉ）は、常時変化するから、その変化に対応するように所定の周期で周波数計算が繰り返して行われ、常時更新される。なお、キャリア周波数推定部２０は、理解を易くするために独立して設けるように示されているが、これは演算手段でも構成できるので、制御部１０の１つの機能として設けても良い。
【００４５】
次に、弱信号レベルの衛星信号へのＰＮコード追尾及びキャリア追尾は、弱信号受信用受信信号処理部２０１〜２０Ｍで行われる。これらには、周波数変換用周波数発生器４から出力される低周波数衛星信号及び基準発振器３の基準クロック信号が供給されている。弱信号レベルのある特定の衛星の追尾が、例えば受信信号処理部２０１で行われる。
【００４６】
この場合についてみると、コード位相追尾回路２１０において、弱信号レベルの目標とする衛星Ｓｉに固有のＰＮコードをＰＮコード発生器２１２で発生させて、混合器２１１で低周波数衛星信号と相関処理して、逆拡散する。これにより、入力される低周波数衛星信号から、その衛星Ｓｉの衛星信号分のみが実質的に含まれている低周波数キャリア信号を抽出する。このコード位相追尾回路２１０での相関処理は詳しくは、従来の図５と同様に、公知のディレイ・ロックド・ループ（ＤＬＬ）により行われる。受信装置の位置がほぼ固定しているから、衛星信号のＰＮコードの変化は少ないため、ＰＮコードの繰り返し周期（１ｍｓ）に比べて長期間観測することで、その衛星のＰＮコードを追尾することができる。
【００４７】
弱信号キャリア位相追尾回路２２０は、コード位相追尾回路２１０で取り出された弱信号レベルの低周波数キャリア信号と推定キャリア信号発生器２２３から発生された正位相（０°）及び９０°位相のキャリア信号とを混合器２２１、２２２でミキシングする。この推定キャリア信号発生器２２３からのキャリア信号は、キャリア周波数推定部２０から供給される衛星Ｓｉの追尾周波数ｆ（Ｓｉ）であり、その周波数信号の位相が位相補正量Ｐにしたがって補正される。
【００４８】
そして、混合器２２１の出力をＬＰＦ２２４を通した正位相誤差信号Ｉと、混合器２２２の出力をＬＰＦ２２５を通した９０°位相誤差信号Ｑとが長期キャリア追尾調整回路２２６に供給される。
【００４９】
この正位相誤差信号Ｉと９０°位相誤差信号Ｑには、弱衛星信号を受信しているためかなりのノイズが含まれている。しかし、推定キャリア信号発生器２２３からのキャリア信号はその衛星Ｓｉの追尾周波数ｆ（Ｓｉ）が演算により正確に推定されている。したがって、長期キャリア追尾調整回路２２６で、正位相誤差信号Ｉと９０°位相誤差信号Ｑを長い期間、即ち、ＰＮコード繰り返し周期１ｍｓに比べて長期間積算（平均）又は近似等を行うことにより、位相補正量Ｐを得ることができる。
【００５０】
この位相補正量Ｐにより位相が補正されたキャリア信号を推定キャリア信号発生器２２３から発生して、弱信号レベルの低周波数キャリア信号に位相同期させることができる。
【００５１】
また、推定キャリア信号発生器２２３に、キャリア周波数推定部２０から供給される追尾周波数ｆ（Ｓｉ）とともに、初期位相値Ｐｓとして推定したキャリア位相を併せて用いることができる。
【００５２】
以上のように、推定キャリア信号発生器２２３は、弱信号衛星Ｓｉの弱信号レベルの低周波数キャリア信号と周波数同期しているため、その位相誤差信号Ｉ、Ｑは極めて低周期の信号となる。したがって、長期キャリア追尾調整回路２２６で、ＰＮコード繰り返し周期１ｍｓに比べて長期間（例えば、２０ｍｓ）観測することで弱信号衛星の位相誤差をも正確に観測することができる。この観測により得た位相補正量Ｐにより、推定されたキャリア信号を位相調整し、弱信号衛星に対する正確な追尾を実現する。
【００５３】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る衛星信号受信装置の構成を示す図である。この第２の実施の形態では、受信信号処理部３０１〜３０Ｎに、通常信号追尾回路と、弱信号追尾回路を両方構成し、信号レベルにより切り替えるようにしている。
【００５４】
図３において、図１と異なる点についてのみ説明する。受信信号処理部３０１〜３０ＮのＰＮコード追尾回路３１０は、図１のＰＮコード追尾回路１１０と同様である。
【００５５】
キャリア位相追尾回路３２０において、キャリア信号発生器３２３は、入力される衛星信号中の特定衛星Ｓｉの搬送波を発生すると共に、その衛星Ｓｉが強信号レベルの衛星であり、追尾できたときにその衛星Ｓｉのキャリア情報（現在追尾周波数ｆ（Ｓｉ））を弱信号搬送波周波数推定部として機能する制御部３０に出力する。また、キャリア信号発生器３２３は、特定衛星Ｓｉが弱信号衛星であるときに弱信号搬送波周波数推定部として機能する制御部３０からその衛星推定キャリア情報（推定キャリア周波数ｆ（Ｓｉ））が入力される。
【００５６】
信号強度判定器３２８は、搬送波信号発生器３２３からの搬送波と当該衛星Ｓｉの低周波数キャリア信号との相関により得られた正位相誤差信号Ｉと９０°位相誤差信号Ｑとの信号レベルから当該衛星Ｓｉが弱信号衛星であるか否かを判定し、弱信号搬送波周波数推定部として機能する制御部３０にその判定結果を出力する。
【００５７】
通常キャリア追尾調整回路３２６は、位相誤差信号Ｉ、Ｑが入力され、通常追尾における周波数指令値Ｆ及び位相補正値Ｐを出力する。また、長期キャリア追尾調整回路３２７は、位相誤差信号Ｉ、Ｑが入力され、位相誤差信号Ｉ、ＱをＰＮコードの繰り返し周期よりも長時間積算し、弱信号追尾における推定キャリアの位相を補正する位相補正値Ｐを出力する。
【００５８】
信号選択器３２９は、信号強度判定器３２８の判定結果が入力され、その判定結果に応じて通常キャリア追尾調整回路３２６の出力Ｆ、Ｐと、長期キャリア追尾調整回路３２７の出力Ｐとを選択してキャリア信号発生器３２３に供給する。
【００５９】
この第２の実施の形態によれば、通常信号のための追尾回路と弱信号のための追尾回路を１つの受信信号処理部に設け、目標とする衛星信号の信号レベルにより切り替える。したがって、図１の第１の実施の形態におけると同様の効果を得ることができるとともに、受信信号処理部の数を少なくすることができる。
【００６０】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る衛星信号受信装置の構成を示す図である。この第３の実施の形態では、図３の第２の実施の形態と同様に、受信信号処理部４０１〜４０Ｎに、通常信号追尾回路と弱信号追尾回路を両方構成し、信号レベルによりその機能を切り替えるようにしている。
【００６１】
ただ、図４の第３の実施の形態においては、受信信号処理部４０１〜４０Ｎのキャリア追尾回路４２０の構成が一部簡略化されている。即ち、通常／長期キャリア追尾調整回路４２１が、図３の通常キャリア追尾調整回路３２６、長期キャリア追尾調整回路３２７及び信号選択器３２９に代えて、用いられている。
【００６２】
この通常／長期キャリア追尾調整回路４２１は、位相誤差信号Ｉ、Ｑ及び信号レベルの判定結果が入力され、その判定結果に応じて位相誤差信号Ｉ、Ｑに基づいた通常追尾における周波数指令値Ｆ及び位相補正値Ｐをキャリア信号発生器３２３に供給するか、あるいは、位相誤差信号Ｉ、ＱをＰＮコードの繰り返し周期よりも長時間積算し、弱信号追尾における推定キャリアの位相を補正する位相補正値Ｐをキャリア信号発生器３２３に供給するかを決定する。
【００６３】
したがって、第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態におけると同様の効果を得ることができるとともに、受信信号処理部の構成を簡素化できる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、安定して追尾できている衛星の追尾キャリア情報を利用して、弱信号衛星の追尾すべきキャリア周波数を推定し、この推定キャリア周波数を用いることにより、従来は追尾することができなかった、弱信号衛星のキャリア追尾を行う。したがって、衛星信号受信状況が悪い地点においても、位置決定のために必要な数の衛星のキャリア追尾ができるから、微細位置変動の監視可能な時間を、従来に比して、大きく改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る衛星信号受信装置の構成図。
【図２】キャリア追尾における初期周波数決定用のフローチャート。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る衛星信号受信装置の構成図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る衛星信号受信装置の構成図。
【図５】従来のスタティック測位装置の衛星信号受信装置の構成図。
【符号の説明】
１アンテナ
２周波数変換部
３基準発振器
４周波数変換用周波数発生器
１０、３０、４０、５０制御部
２０キャリア周波数推定部
１０１〜１０Ｎ、２０１〜２０Ｍ、３０１〜３０Ｎ、４０１〜４０Ｎ、５０１〜５０Ｎ受信信号処理部
１１０、２１０、３１０、５１０コード位相追尾回路
１１１、２１１、３１１、５１１混合器
１１２、２１２、３１２、５１２ＰＮコード発生器
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０キャリア位相追尾回路
１２１、１２２、２２１、２２２、３２１、３２２、５２１、５２２混合器
１２３、５２３キャリア追尾回路
１２４、１２５、２２４、２２５、３２４、３２５、５２４，５２５低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
２２３推定キャリア信号発生器
２２６長期キャリア追尾調整回路
３２３キャリア信号発生器
３２６通常キャリア追尾調整回路
３２７長期キャリア追尾調整回路
３２８信号強度判定器
３２９信号選択器
４２１通常／長期キャリア追尾調整回路

Claims

複数の衛星信号の搬送波位相を利用して位置決定する衛星信号受信方法であって、
入力される衛星信号中の特定衛星の衛星の搬送波に追尾し、追尾した衛星の搬送波情報を出力し、
前記搬送波情報に基づいて、衛星信号が弱信号である弱信号衛星の搬送波周波数を推定して推定搬送波周波数を出力し、
前記推定搬送波周波数に基づいて当該弱信号衛星の推定搬送波を発生し、この推定搬送波と当該弱信号衛星の搬送波との相関をとって搬送波誤差情報を得、
前記搬送波誤差情報を積算し、前記推定搬送波の位相を補正する補正量を求め、
前記補正量に応じて前記推定搬送波の位相を補正することを特徴とする、衛星信号受信方法。
前記搬送波周波数の推定は、前記搬送波情報と、追尾した衛星及び当該弱信号衛星のドップラー周波数を用いて演算により行うことを特徴とする、請求項１記載の衛星信号受信方法。
前記弱信号衛星の搬送波追尾において、前記推定搬送波周波数と共に、追尾開始時には推定した位相値も用いることを特徴とする、請求項１または２に記載の衛星信号受信方法。
複数の衛星信号の搬送波位相を利用して位置決定する衛星信号受信装置であって、
入力される衛星信号中の特定衛星の衛星コードを追尾する衛星コード追尾手段と、当該衛星の搬送波に追尾し、追尾した衛星の搬送波情報を出力する搬送波追尾手段とを、含む複数Ｎの受信信号処理部と、
前記搬送波情報に基づいて、衛星信号が弱信号である弱信号衛星の搬送波周波数を推定し、推定搬送波周波数を出力する、少なくとも１つの弱信号搬送波周波数推定部と、
入力される衛星信号中の前記弱信号衛星の衛星コードを追尾する衛星コード追尾手段と、前記推定搬送波周波数に基づいて当該弱信号衛星の推定搬送波を発生する推定搬送波信号発生器、前記推定搬送波と当該弱信号衛星の搬送波との相関をとって搬送波誤差情報を得、この搬送波誤差情報を積算し、前記推定搬送波の位相を補正する補正量を求める長期搬送波追尾調整回路を持つ弱信号搬送波追尾手段とを含む、少なくとも１つの弱信号受信用受信信号処理部とを有することを特徴とする、衛星信号受信装置。
複数の衛星信号の搬送波位相を利用して位置決定する衛星信号受信装置であって、
入力される衛星信号中の特定衛星の衛星コードを追尾する衛星コード追尾手段、当該衛星の搬送波に追尾するための搬送波追尾手段を含む複数Ｎの受信信号処理部と、追尾した衛星の搬送波情報に基づいて衛星信号が弱信号である弱信号衛星の搬送波周波数を推定し、推定搬送波周波数を出力する、少なくとも１つの弱信号搬送波周波数推定部と、を有し、
前記搬送波追尾手段は、
入力される衛星信号中の特定衛星の搬送波を発生すると共に、前記特定衛星に追尾できたときにその衛星の搬送波情報を前記弱信号搬送波周波数推定部に出力する一方、前記特定衛星が弱信号衛星であるときに前記弱信号搬送波周波数推定部からその衛星の前記推定搬送波周波数が入力される搬送波信号発生器と、
前記搬送波信号発生器からの搬送波と当該衛星の搬送波との相関により得られた搬送波誤差情報から当該衛星が弱信号衛星であるか否かを判定し、前記弱信号搬送波周波数推定部にその判定結果を出力する信号強度判定器と、
前記搬送波誤差情報及び前記判定結果が入力され、その判定結果に応じて前記搬送波誤差情報に基づいた通常追尾における周波数指令値及び位相補正値を前記搬送波信号発生器に供給するか、あるいは、前記搬送波誤差情報を積算し、前記推定搬送波の位相を補正する位相補正値を前記搬送波信号発生器に供給するかを決定する通常／長期搬送波追尾調整回路とを持つことを特徴とする、衛星信号受信装置。
通常／長期搬送波追尾調整回路は、前記搬送波誤差情報が入力され、通常追尾における周波数指令値及び位相補正値を出力する通常搬送波追尾調整回路と、前記搬送波誤差情報が入力され、前記搬送波誤差情報を積算し、前記推定搬送波の位相を補正する位相補正値を出力する長期搬送波追尾調整回路と、前記判定結果が入力され、その判定結果に応じて前記通常搬送波追尾調整回路の出力と前記長期搬送波追尾調整回路の出力とを選択して前記搬送波信号発生器に供給する信号選択器とを含むことを特徴とする、請求項５記載の衛星信号受信装置。
前記弱信号搬送波周波数推定部は、前記搬送波周波数の推定を、前記搬送波情報と、追尾した衛星及び当該弱信号衛星のドップラー周波数を用いた演算により行うことを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載の衛星信号受信装置。