JP4859790B2

JP4859790B2 - Ｇｐｓ受信機

Info

Publication number: JP4859790B2
Application number: JP2007217889A
Authority: JP
Inventors: 卓山根; 幹男中村
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2027-08-24
Also published as: JP2009052927A

Description

本発明は、強信号の衛星信号と弱信号の衛星信号とが合成された信号を受信するＧＰＳ（Global Positioning System）受信機に関し、特に弱信号受信チャネルで誤トラッキングすることを防止するＧＰＳ受信機に関する。

ＧＰＳ衛星（以下、衛星、ということもある）は、衛星毎に異なる拡散コードで情報をスペクトラム拡散し、共通のキャリア周波数で変調して衛星信号として送信する。ＧＰＳ受信機（以下、受信機、ということもある）では、各衛星から送信された衛星信号が合成されたものを受信する。ＧＰＳ受信機が受信を開始する場合、地球の裏側に位置する衛星の衛星信号は受信できないため、受信可能な可視衛星をサーチして、その結果見つかった衛星からの信号の受信を安定して継続できるよう、トラッキングを行う。

サーチは、現在打ち上げられているＧＰＳ衛星からの受信信号の中から受信可能な衛星信号を探す処理である。衛星毎の拡散コードは既知であるが、衛星信号を受信する為には周波数と拡散コード位相を決定する必要がある。

キャリア周波数は既知である（例：ＧＰＳＬ１では１５７５．４２ＭＨｚ）が、衛星と受信機の移動によるドップラー効果の影響があるから、正確に受信する為の周波数は衛星毎に異なる。また、衛星毎の拡散コード系列は既知であるが、受信信号に逆拡散を実行する為には、拡散コード位相を決定する必要がある。

このことから、サーチ処理では、各衛星に対して拡散コード位相を総当りで振って、それぞれの相関値を計算する。その結果得られたピーク相関値があらかじめ規定した閾値を超えた場合、その衛星の衛星信号は受信可能であると判断し、そのピーク相関値が得られる周波数と拡散コード位相を決定する。なお、サーチの結果、その衛星信号が受信可能であると判断し、周波数と拡散コード位相が決定することを、アクイジションと呼ぶ。

サーチ処理で受信可能と判断した衛星信号について、受信を継続する為にトラッキング処理を行う。衛星と受信機の位置関係は時々刻々変化するから、トラッキング処理では、周期的に受信周波数やコード位相等の制御を行い、安定した受信を継続する。

従来から一般に用いられているＧＰＳ受信機の概略構成を図６に示す。アンテナ１で、複数の衛星からの衛星信号を受信する。周波数変換部２は、キャリア周波数で変調された衛星信号を中間周波数（ＩＦ）に周波数変換する。Ａ／Ｄ変換部３は、周波数変換された衛星信号をアナログ信号からディジタル信号に変換して、受信信号とする。

信号処理部４は、制御部２０からの制御内容に従い、受信信号の信号処理を行う。一般にハードウェアで実装される事が多く、主に、サーチ部と複数のトラッキングチャネルとにより構成される。

サーチ部１０は、制御部２０から指定された衛星番号についてサーチ処理を行い、その衛星が受信可能か否か、及びピーク相関値が得られる周波数と拡散コード位相を決定し、結果を制御部２０に通知する。

トラッキングチャネル１１〜１Ｎは、制御部２０から指定される衛星番号、周波数、拡散コード位相に従い、受信信号の相関処理を行う。相関処理の結果得られる相関値を、制御部２０に通知する。

1つのトラッキングチャネルは1つの衛星からの衛星信号に対する相関処理を行う。ＧＰＳ受信機で測位を行う為には最低4衛星からの衛星信号の受信結果が必要なので、一般に、４ｃｈ以上のトラッキングチャネルが実装される。

制御部２０は、一般にソフトウェアで実行される。信号処理部４でのハードウェア処理を制御し、そのハードウェア処理結果を取得し、それに基づき次のようなサーチ部の制御及びトラッキングチャネルの制御を行う。このように、制御部２０と信号処理部４でのハードウェアは処理のループが組まれている。

サーチ部１０へ制御部２０から衛星番号を指定してサーチを実行させ、その結果の情報を取得する。そして、サーチの結果得られた情報、すなわち受信可能な衛星番号、周波数、拡散コード位相をトラッキングチャネル１１〜１Ｎに順次設定し、処理を指示する。各トラッキングチャネルから取得した相関値に基づき、最適な受信周波数等を算出し、周期的に当該トラッキングチャネルに再設定する。

サーチ部１０の具体的な構成例を図７に示す。図７において、入力される受信信号がミキサ１０１でキャリアＮＣＯ１０２からの周波数とのミキシングにより位相回転され、コード相関器１０３に供給される。コード相関器１０３では、ミキサ１０１からの信号とコードＧＥＮ（コード発生器）１０５からの拡散コードとの相関が取られる。コードＧＥＮ１０５からの拡散コードのコード位相は、コードＮＣＯ１０４からの制御によりスキャンされる。

位相回転されてコード相関が採られた信号は、積分器１０６で所定時間毎に積分され、更に電力化部１０７でＩ信号とＱ信号とから電力を求めて（Ｉ²＋Ｑ²）、バッファ及びソート部１０８へ供給する。バッファ及びソート部１０８では、コード位相毎の相関電力をソートし、最大相関電力とそのコード位相を探して、制御部２０へ供給する。制御部２０からは、キャリアＮＣＯ１０２へ周波数を設定し、また、コードＧＥＮへコード番号を設定する。

サーチ部１０では、制御部２０から指定されたコード番号について、コード相関器１０３でコードの相関演算を行う。コード位相をずらしながら相関演算を行い、全コード位相に対する相関電力をそれぞれ算出する。全コードに対する相関電力が得られたら相関電力でソートを行い、最大相関電力が得られるコード位相とその相関電力を決定し、制御部２０へ出力する。この処理をコード位相スキャンと呼ぶ。

サーチ処理では、周波数も決定する。この為に制御部２０では、既に受信している衛星信号から取得したアルマナック（概略の衛星軌道情報）を元に、サーチ対象衛星のドップラー（ｄｏｐｐｌｅｒ）周波数を予測する。その予測周波数周辺のいくつかの周波数でコード位相のスキャンを行い、最大相関値が得られる周波数を決定する。この処理を周波数スキャンと呼ぶ。

すなわち周波数スキャンとコード位相スキャンにより、最大相関値が得られる周波数とコード位相が決定する。

トラッキングチャネル＃ｎの具体的な構成例を図８に示す。ＧＰＳ受信機内には図６に示すように複数のトラッキングチャネルが含まれるが、図８はその１つのみを示すものであり、他の複数個のトラッキングチャネルも同様の構成である。

図８において、入力される受信信号がミキサ１ｎ１で、キャリアＮＣＯ１ｎ２からの周波数（制御部２０から設定された）とのミキシングにより位相回転され、コード相関器１ｎ３に供給される。コード相関器１ｎ３では、ミキサ１ｎ１からの信号とコードＧＥＮ（コード発生器）１ｎ５からの拡散コードとの相関が取られる。コードＧＥＮ１ｎ５からの拡散コードのコード位相は、コードＮＣＯ１ｎ４からのコード位相（制御部２０から設定された）により制御されている。

位相回転されてコード相関が取られた信号は、積分器１ｎ６で所定時間毎に相関値のＩ成分、Ｑ成分毎に積分され、制御部２０へ供給する。制御部２０からは、キャリアＮＣＯ１ｎ２へ周波数を設定し、また、コードＧＥＮへコード番号を設定する。

制御部２０は、ある衛星に対するサーチ処理の結果得られた周波数、コード番号及びコード位相を、トラッキングチャネル＃ｎに設定する。トラッキングチャネル＃ｎは指定された周波数、コード番号及びコード位相で相関演算を行い、相関結果のＩ成分、Ｑ成分を制御部２０へ出力し、制御部２０では安定した受信を継続するように、最適な周波数とコード位相を随時算出し、トラッキングチャネル＃ｎへ設定する。

相関演算は、受信信号にキャリア周波数とドップラー周波数をかけてベースバンドに変換した信号に対して、拡散コードで畳み込み演算を行う事であり、その演算結果を相関値と呼ぶ。受信対象の衛星信号に対応した周波数、拡散コード系列、拡散コード位相で相関演算を行う事が自己相関である。自己相関値は、周波数スキャン及びコード位相スキャンによって、そのピークが得られる。

一方、受信対象の衛星信号に対して、別の拡散コード系列で相関演算を行う事を相互相関と呼ぶ。相互相関による相関値は、（１）入力信号のドップラー周波数と、相関演算で使用するドップラー周波数の差分、（２）入力信号のコード系列、コード位相と、相関演算で使用するコード系列、コード位相、によって変化する。

ＧＰＳでＣ／Ａコードの場合、相互相関の最大相関値は、自己相関値と比較して、−２１．６ｄＢ程度となる。すなわち、ある衛星ＳＶ＃１の信号を受信するトラッキングチャネルにおいて自己相関値が−１２０ｄＢｍだった場合、他の衛星信号を受信するトラッキングチャネルでは、衛星ＳＶ＃１の信号の相互相関値が最大−１４１ｄＢｍの大きさで現れる。

そして、４つ以上の衛星からのＧＰＳ信号の受信結果に基づいて、受信機の位置（緯度、経度、高度）を測定する（測位処理）。

ところで、ＧＰＳ受信機を携帯電話に組み込む場合等、屋内利用を想定したＧＰＳ受信機では高感度化を図る必要がある。これは、建物の壁を通過することにより大きく減衰した弱信号を受信し、測位を可能とするためである。屋内では多くの衛星からの信号が壁に遮られて弱信号となることが予想されるが、一方、伝搬経路が窓等の開口部である場合は、屋外受信と同等レベルの強信号として受信される可能性がある。すなわちＧＰＳ受信機を屋内利用する場合、強信号と弱信号のレベル差が、屋外利用の場合と比較して非常に大きくなる事が考えられる。このような環境で弱信号の受信を行う場合、以下のような理由により誤トラッキングの恐れがある。

２つの衛星を受信する環境を仮定し、一方を強信号、もう一方を弱信号とする。すなわち、受信信号＝強信号＋弱信号である。強信号衛星のサーチは、その信号レベルが高いので、従来の方法で問題なく行われる。

弱信号衛星のサーチについて考えると、受信信号を弱信号衛星の拡散コードで逆拡散するので、その結果は以下の2つの和である。
・強信号を弱信号コードで逆拡散した、強信号相互相関
・弱信号を弱信号コードで逆拡散した、弱信号自己相関

強信号と弱信号のレベル差があまり大きくない場合と大きい場合に分けて、弱信号のサーチ結果がどのようになるかを以下に示す。

強信号と弱信号のレベル差があまり大きくない場合は、図９のコード位相−相関レベルの特性図に示すように、強信号相互相関のレベルよりも、弱信号自己相関ピークレベルの方が強くなる。この為、弱信号サーチの結果、弱信号自己相関のピークレベルを捕まえて、弱信号の正常なトラッキングが可能である。なお、強信号相互相関のレベルは、異なるコード位相にて、複数発生する（図９の例では、３つを例示している）。

強信号と弱信号のレベル差が大きい場合は、図１０のコード位相−相関レベルの特性図に示すように、弱信号の自己相関ピークレベル（図１０の（Ａ））よりも強信号相互相関ピークレベル（図１０の（Ｂ））の方が強くなる可能性がある。

この強信号と弱信号のレベル差が大きい場合は、強信号相互相関ピークのコード位相（図１０の（Ｂ））でアクイジションし、トラッキングを開始してしまう。この状態が誤トラッキングである。

誤トラッキングを起こしたチャネルの相関結果は、弱信号の自己相関演算結果とは明らかに異なる為、その情報を測位に使用すると位置飛びの原因となってしまう。

そこで、弱信号チャネル（以下、ｃｈ、と略称することがある）の出力相関値から、強信号相互相関値を減算することにより、弱信号自己相関値を残すようにする方法が提案されている（特許文献１，２）。
ＵＳ７，０６４，７０７Ｂ２ＵＳ６，２８２，２３１Ｂ１

しかし、この特許文献１，２の方法によって弱信号チャネルの出力相関値から強信号相互相関値を減算して弱信号自己相関値を得るためには、電力化する前のＩＱ相関値の状態で減算を行わなければならない。ＩＱ相関値の状態で正しく減算を行うためには、位相情報も含めた強信号相互相関値を求める必要があるが、このためにはデータ復調を行う必要があるので、回路規模と処理時間が増加する。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、強信号の衛星信号と弱信号の衛星信号とが合成された信号を受信する環境下において、強信号相互相関値電力を測定し、弱信号ｃｈの出力相関値から強信号相互相関値を減算することなく、２つの相関電力の比較処理によって、誤トラッキング発生の有無を判定し、その影響を排除できるＧＰＳ受信機を提供することを目的とする。

請求項１に記載のＧＰＳ受信機は、受信信号が入力されそれぞれ異なる衛星信号に対応したトラッキング周波数及び拡散コードの種別・位相でトラッキングすべき複数のトラッキングチャネルと、
前記複数のトラッキングチャネルのうちの１つの強信号チャネルの拡散コードの種別・位相を持つ第１信号が入力され、その第１信号と、前記複数のトラッキングチャネルのうちの弱信号チャネルの可能性がある１つの被判定チャネルのドップラー周波数から前記１つの強信号チャネルの強信号ドップラー周波数を減算した周波数及び前記１つの被判定チャネルの拡散コードの種別・位相とで、相互相関を行い、第２信号である相互相関チャネル相関電力を出力する、１つの相互相関チャネルを備え、
前記１つの被判定チャネルの強信号相互相関電力を次式により求め、
強信号相互相関電力＝
ｋ１×１つの強信号チャネルの自己相関電力×相互相関チャネル相関電力
但し、ｋ１；第１調整係数
前記１つの被判定チャネルの出力相関レベルと、前記強信号相互相関電力とを比較して、前記１つの被判定チャネルがトラッキングを正常に行っているか、あるいは、誤トラッキングしているかを、判定することを特徴とする。

請求項２に記載のＧＰＳ受信機は、請求項１に記載のＧＰＳ受信機において、前記１つの被判定チャネルの出力相関レベルと前記強信号相互相関電力との比較及び判定を、
被判定チャネルの出力相関レベル×ｋ２＞前記強信号相互相関電力の場合に（但し、ｋ２は第２の調整係数）、正常にトラッキングしていると判定し、
被判定チャネルの出力相関レベル×ｋ２≦前記強信号相互相関電力の場合に、誤トラッキングしていると判定することを特徴とする。

請求項３に記載のＧＰＳ受信機は、請求項１に記載のＧＰＳ受信機において、前記相互相関チャネルへの第１信号は、前記複数のトラッキングチャネルのうちの１つのチャネルの拡散コードの種別・位相が、制御信号により選択して入力されることを特徴とする。

本発明のＧＰＳ受信機によれば、強信号の衛星信号と弱信号の衛星信号とが合成された信号を受信する環境下において、単純な比較演算処理により効率的な誤トラッキングの判定と除去を行うことが出来る。また、これに伴い、測位位置の位置飛びの発生を抑えることが出来る。また、強信号相互相関電力の測定では、位相情報を再現する必要が無いので、回路規模と処理時間の増加を抑えることが出来る。

また、複数のトラッキングチャネルに対して相互相関チャネルを１つだけ実装することで、全トラッキングチャネルの判定を行うことが出来るから、ハードウエアの増加は少なくすることができる。

また、一般に高感度化を図る場合に、サーチで検出する信号レベルがより低くなる結果、相互相関による誤トラッキングが発生し易くなるが、本発明のＧＰＳ受信機によれば誤トラッキングを的確に検出できるので、有効に利用できる。

以下、図面を参照して、本発明のＧＰＳ受信機の実施例について説明する。

図１は、本発明のＧＰＳ受信機の一般化したハードウエア構成を示す図である。このＧＰＳ受信機は、受信信号が入力されそれぞれ異なる衛星信号に対応したトラッキング周波数及び拡散コードの種別・位相でトラッキングすべき複数のトラッキングチャネル１１〜１Ｎと、それら複数のトラッキングチャネル１１〜１Ｎのうちの１つの強信号チャネルの拡散コードの種別・位相を持つ第１信号が入力され、その第１信号と、複数のトラッキングチャネルのうちの弱信号チャネルの可能性がある１つの被判定チャネル（以下、単に弱信号チャネル、ということもある）のドップラー周波数から１つの強信号チャネルの強信号ドップラー周波数を減算した周波数及び１つの被判定チャネルの拡散コードの種別・位相とで、相互相関を行い、第２信号である相互相関チャネル相関電力を出力する、１つの相互相関チャネル３０とを備える。また、相互相関チャネルへの第１信号を、複数のトラッキングチャネルのうちの１つのチャネルの拡散コードの種別・位相から選択するためのセレクタ４０が設けられ、制御部２０からの制御信号により拡散コードの種別・位相の１つが選択して相互相関チャネル３０へ入力される。

一般には複数のトラッキングチャネルが存在するから、どのチャネルで受信している衛星信号が強信号として相互相関の影響を与えているかは不明であっても、どのトラッキングチャネルも強信号として扱えるよう、全トラッキングチャネルから拡散コードを出力できるようにしている。

その１つの被判定チャネルの強信号相互相関電力を、強信号相互相関電力＝ｋ１（ｋ１；第１調整係数）×１つの強信号チャネルの自己相関電力×相互相関チャネル相関電力、により求め、
１つの被判定チャネルの出力相関レベルと、強信号相互相関電力とを比較して、１つの被判定チャネルがトラッキングを正常に行っているか、あるいは、誤トラッキングしているかを、判定する。

なお、図１において、図示していないが、図６で説明したものと同様に、サーチ部１０、制御部２０、アンテナ１、周波数変換部２、Ａ／Ｄ変換部３等は、設けられることになる。

以下、本発明の動作原理について説明する。従来の説明と同様に、２つの衛星からの信号を受信し、一方が強信号、もう一方が弱信号である環境を想定する。ここで、強信号チャネルは、サーチにおいて検出された電力が十分に大きいチャネルや、トラッキングチャネルの判定処理において検出された電力が十分に大きいチャネルを、充てることでよい。また、弱信号チャネルは、衛星信号が弱いチャネルを指すが、トラッキング判定の段階では強信号チャネルと判定されていない未判定チャネルを想定することでよい。

弱信号をトラッキングするチャネルを弱信号ｃｈ、強信号をトラッキングするチャネルを強信号ｃｈとする。受信機への入力信号は、強信号と弱信号の和である。弱信号ｃｈでは弱信号に対応した周波数とコードで相関演算を行う為、図２に示されるように、弱信号ｃｈの出力相関値は以下のようになる。なお、図２では、１つのトラッキングｃｈ＃ｎの構成とそれへの入力側の構成を示している。
弱信号ｃｈ出力相関値＝弱信号自己相関＋強信号相互相関

弱信号ｃｈが弱信号に正常にトラッキングをしている場合に、弱信号ｃｈ出力相関値は、弱信号自己相関が強信号相互相関よりも強い。一方、弱信号ｃｈが強信号に誤トラッキングをしている場合に、弱信号ｃｈが出力する相関値は、弱信号自己相関よりも強信号相互相関が強い。この為、弱信号チャネルが、弱信号に正常にトラッキングしているか、あるいは、強信号に誤トラッキングしているかの判定処理を以下のように行う。

まず、弱信号ｃｈ出力に含まれる強信号相互相関のレベルを実測する。次に、弱信号ｃｈ出力相関レベルと、強信号相互相関レベルの実測結果を比較し、以下のように判定する。

弱信号ｃｈ出力相関レベル×ｋ２＞強信号相互相関レベルの場合には、弱信号トラッキングOKと判断し、トラッキングを継続する
弱信号ｃｈ出力相関レベル×ｋ２ ≦ 強信号相互相関レベルの場合には、誤トラッキングと判断し、トラッキングを中断する。

ｋ２は、誤トラッキング判定の基準を調整する係数である。ｋ２を小さくすると、誤トラッキングと判定する確率が上がる。逆に、ｋ２を大きくすると、誤トラッキングと判定する確率が下がることになる。

本発明のＧＰＳ受信機では、減算処理を行わず、２つの値の比較処理だけで、誤トラッキングを判定し、位置飛びの原因を排除するが、そのためには「強信号相互相関レベル」を実測することが必要である。

図３は、強信号相互相関レベルを得るための構成を示す図である。図３では、強信号相互相関レベルを実測する為に、ハードウェアのトラッキングチャネルでは強信号相互相関の実測を専門に行う、相互相関チャネル３０を追加する。

強信号ｃｈ１１は、通常のトラッキングチャネルのうちの１つであり、強信号を受信している。強信号チャネルは通常複数あるが、ここでは説明のために１つだけが示されている。強信号ｃｈ１１は、図８で説明したトラッキングチャネルと同様な構成（１１１〜１１７）を有しており、電力化部１１７から「強信号自己相関電力＋弱信号相互相関電力」の信号３を出力している。但し、強信号自己相関電力≫弱信号相互相関電力の関係にあるので、実際上の扱いとしては、電力化部１１７からの出力は「強信号自己相関電力」として良い。

キャリアＮＣＯ１１２からは、ＩＦ周波数＋その強信号ドップラー周波数がミキサ１１１に供給され、コードＮＣＯ１１４とコードＧＥＮ１１５からは、その強信号に位相同期が取れている強信号コード位相がコード相関器１１３に供給されている。なお、電力化部１１７での電力化処理（Ｉ²＋Ｑ²の計算）は、ハードウェアとソフトウェアのどちらで実行しても構わない。他の電力化部も同様。

弱信号チャネル１２は、通常のトラッキングチャネルのうちの１つであり、弱信号を受信している。弱信号ｃｈ１２は、やはり図８で説明したトラッキングチャネルと同様な構成（１２１〜１２７）を有しており、電力化部１２７から「弱信号自己相関電力＋強信号相互相関電力」の信号を出力している。キャリアＮＣＯ１２２からは、ＩＦ周波数＋その弱信号ドップラー周波数がミキサ１２１に供給され、コードＮＣＯ１２４とコードＧＥＮ１２５からは、その弱信号コードがコード相関器１２３に供給されている。その弱信号コード位相が、その弱信号に正常にトラッキングされているときは位相同期が取れている。

相互相関チャネル３０は、強信号相互相関の実測を専門に行うもので、図８で説明したトラッキングチャネルと同様な構成（３０１〜３０７）を有しているが、その入力される信号として、強信号チャネル１１のコードＧＥＮ１１５からの強信号コード位相の信号１が供給されている。また、キャリアＮＣＯ３０２からは、その弱信号ドップラー周波数から強信号ドップラー周波数を差し引いた周波数がミキサ３０１に供給され、コードＮＣＯ３０４とコードＧＥＮ３０５からは、その弱信号コードがコード相関器３０３に供給されている。そして、電力化部３０７から「相互相関ｃｈ相関電力」である信号２が出力される。なお、この相互相関ｃｈ相関電力は、未だ信号強度は考慮されていない。

強信号ｃｈ１１は受信レベルが強いので、予定されている強信号に正しくトラッキングできていると仮定する。すなわち、強信号ｃｈ１１において、受信信号の強信号コードと、コード発生器１１５が生成するコード（信号１）は、位相同期している。

強信号ｃｈコード発生器１１５から出力されるコード（信号１）の位相は、強信号ｃｈ１１と弱信号ｃｈ１２へ共通に入力される入力データに含まれる強信号コードの位相と等しい。但し、信号１の振幅は信号強度を反映していない、信号１にはドップラー周波数が含まれていない、点で差分がある。

信号１を、相互相関ｃｈ３０への入力データとし、相互相関ｃｈ３０では入力データに対して、弱信号ｃｈ１２で行っているのと同様の相関演算を行う。

弱信号ｃｈ１２における強信号の位相回転を再現する為、相互相関ｃｈ３０のキャリアＮＣＯ３０２には「弱信号ドップラー周波数−強信号ドップラー周波数」を設定する。

相互相関ｃｈ３０の出力である相互相関ｃｈ相関電力（信号２）は、入力される強信号（信号１）を弱信号コードで相関演算を行った結果なので、強信号相互相関に係わるものではある。但し、相互相関ｃｈ３０の出力（信号２）には、強信号の信号強度が全く考慮されていないので、信号強度を含めた最終的な強信号相互相関レベルはソフトウェアで計算する。

相互相関ｃｈ相関電力（信号２）には強信号の信号強度が考慮されていない。その為ソフトウェアは、強信号ｃｈ１１からの強信号自己相関電力（信号３）を利用して信号強度を求め、強信号相互相関電力実測値を決定する。信号強度を考慮した強信号相互相関電力の実測値は以下のように求まる。
強信号相互相関電力実測値＝強信号自己相関電力×相互相関ｃｈ相関電力×ｋ１
但し、ｋ１は第１調整係数であり、ｋ１＝サンプリング周波数Ｆｓ×コヒーレント加算時間Ｎ、で表される。

この強信号相互相関電力実測値の算出方法を参考のために数式で導出する。強信号と弱信号の２衛星を受信している環境を前提として、以下の記号を定義する。

衛星１：弱信号
A₁：弱信号の振幅
code₁：弱信号の拡散コード系列
τ₁：弱信号のコード遅延時間
ω₁：弱信号のキャリア周波数（ドップラー込み）
衛星２：強信号
A₂：強信号の振幅
code₂：強信号の拡散コード系列
τ₂：強信号のコード遅延時間
ω₂：強信号のキャリア周波数（ドップラー込み）

弱信号ｃｈ相関値（Ｉｗ、Ｑｗ）は、以下の式で表される。但し弱信号ｃｈへの入力は強信号＋弱信号とし、ガウスノイズは無視する。またキャリア位相も無視する。以下はＩ側のみ記述しているが、Ｑ側も同様である。

上式の第一項（式１）は弱信号自己相関のＩ、第二項（式２）は強信号相互相関のＩである。式２を変形すると、以下のようになる。但し、ｃｏｓ(ω₁+ω₂)ｔの項は周波数が十分高いので無視している。

次に、相互相関ｃｈ相関値（Ｉｃ、Ｑｃ）を考える。相互相関ｃｈへの入力は強信号コードである。キャリアＮＣＯには（弱信号ドップラー−強信号ドップラー）を設定し、コードＮＣＯには弱信号コード位相を設定する。その為、相互相関ｃｈ相関値は以下の式５で表される。

これより、式４の積分の項は相互相関ｃｈ相関値そのものである事が分かる。また、Ｑ側も同様に求まり、相関電力（Ｉ２＋Ｑ２）で考えると、以下の式６のようになる。

これより、振幅成分A₂／2が定まれば、強信号相互相関電力が求まる。
なお、この式の導出では、キャリア位相を無視している事に注意が必要である。すなわち一般的には、弱信号ｃｈに含まれる強信号相互相関と、相互相関ｃｈで算出する強信号相互相関のＩ，Ｑベクトルは、位相は異なっている。しかし、以下に述べる振幅成分を考慮することにより、相関電力は正しく算出できるので、キャリア位相は無視してよい。

式６の振幅成分A₂／2は、強信号ｃｈ出力より算出する。強信号ｃｈ相関値（Ｉｓ、Ｑｓ）は、以下の式で表される（Ｉ側のみ記述しているが、Ｑ側も同様である）。

ここで、弱信号と強信号コードの相互相関は、強信号自己相関と比較して十分低いので無視する。すなわち、

但し、ｃｏｓ(２ω₂ｔ)の項は周波数が十分高い為、無視している。Ｑ側も同様に求まるため、相関電力（Ｉ²＋Ｑ²）で表すと式７は以下のようになる。

この式８の右辺の積分は、強信号コード同士の自己相関である。データのサンプリング周波数をＦｓ、各ｃｈのコヒーレント加算時間をＮとすると、以下のように表される。

式９を式８に代入してまとめると、以下の式１０のようになる。

この式１０を式６に代入すると、式１１が得られる。すなわち、強信号ｃｈと相互相関ｃｈの相関値を用いて、強信号相互相関電力を算出する事ができる。

なお、Ｉｗを求める式１において、トラッキングするコード位相をｃｏｄｅ１（ｔ＋τ１）、周波数をｃｏｓ（ω１ｔ）としているが、これを一般形とするために、ｃｏｄｅ１（ｔ＋τ３）、周波数をｃｏｓ（ω３ｔ）と置き直しても良い。この場合でも、同様の演算結果が得られる。

次に、本発明のＧＰＳ受信機における相互相関対策のフローを、図４、図５のフローチャートを参照して、説明する。

図４は、例えば電源投入後、最初に受信を開始する際、即ちトラッキングを一切実行していない状態で行う強信号衛星のサーチ処理のフローチャートである。ステップＳ１０１でスタートすると、ステップＳ１０２においてサーチ対象を最初の衛星に設定する。ステップＳ１０３で受信しようとする衛星信号についてサーチ部１０でサーチ処理を行う。そのサーチ処理において得られた最大相関電力を強い閾値と比較する。この強い閾値は相互相関による誤トラッキングが発生しない十分強い値である。比較の結果、最大相関電力が強い閾値よりも大きくない場合には、ステップＳ１０８へ進んで、サーチ対象を次の衛星に設定する。

比較の結果、最大相関電力が強い閾値よりも大きい場合には、ステップＳ１０５でその衛星を１つのトラッキングチャネルに強信号チャネル（例えば、１１）として割り当て、トラッキングを開始する。ステップＳ１０６で全衛星のサーチ処理が完了したか否かを判定し、未サーチの衛星がある場合にはステップＳ１０８へ進んで、サーチ対象を次の衛星に設定する。このようなサーチ処理を繰り返し行って、全衛星のサーチが完了すると、強信号衛星のサーチが完了となる（ステップＳ１０７）。

図５は、相互相関対策において、強信号衛星サーチが完了した後に、他の衛星信号についてサーチ処理及び相互相関の実測・判定処理を行うフローチャートである。強信号衛星のサーチ完了（Ｓ２０１）を受けて、ステップＳ２０２で未だトラッキングしていない衛星をサーチ対象に設定する。ステップＳ２０３においてサーチ対象となった衛星信号についてサーチ部１０でサーチ処理を行う。そのサーチ処理において得られた最大相関電力を弱い閾値と比較する。この弱い閾値は値が小さいため、相互相関による誤トラッキングが発生する可能性がある。比較の結果、最大相関電力が弱い閾値よりも大きくない場合には、ステップＳ２１０へ進んで、サーチ対象をトラッキングしていない次の衛星に設定する。

比較の結果、最大相関電力が弱い閾値よりも大きい場合には、その衛星信号について未使用のトラッキングチャネル（例えば、１２）として割り当てて、トラッキングを開始する（Ｓ２０５）。この衛星信号については、強信号であるか、弱信号であるかを問わず、弱信号の衛星信号であることとして処理を進めることでよい。

そのトラッキングチャネル１２では、図３において説明したような方法にて、ステップＳ２０６で相互相関の実測、判定を行う。

ステップＳ２０７では、ステップＳ２０６での相互相関の実測、判定に基づいて、「弱信号ｃｈ出力相関レベル×ｋ２＞強信号相互相関レベル」の場合には、弱信号トラッキングＯＫと判断し、ステップＳ２０８へ進んで、トラッキングを継続し、相関結果を測位演算に使用開始する。また、「弱信号ｃｈ出力相関レベル×ｋ２ ≦ 強信号相互相関レベル」の場合には、誤トラッキングと判断し、ステップＳ２０９へ進んで、その衛星信号に対するトラッキングを中断する。ステップＳ２０８，Ｓ２０９の後は、ステップＳ２１０へ進んで、サーチ対象をトラッキングしていない次の衛星に設定する。ステップＳ２０２でサーチ対象に設定された全ての衛星に対してサーチが行われた時点で、図５の処理が完了する。

このような一連のステップを、複数の衛星信号に対して行うことにより、正常にトラッキングされたチャネルで得た信号のみを用いて、測位計算を実行する。

本発明のＧＰＳ受信機の一般化したハードウエア構成を示す図相互相関対策の概要を示す図強信号相互相関レベルを得るための構成を示す図相互相関対策における、強信号衛星のサーチ処理のフローチャート相互相関対策における、相互相関の実測・判定処理を行うフローチャート従来から一般に用いられているＧＰＳ受信機の概略構成を示す図サーチ部の具体的な構成例を示す図トラッキングチャネルの具体的な構成例を示す図強信号と弱信号のレベル差が小さい場合のコード位相−相関レベルの特性図強信号と弱信号のレベル差が大きい場合のコード位相−相関レベルの特性図

符号の説明

１：アンテナ、２：周波数変換部、３：Ａ／Ｄ変換部、４：信号処理部、１０：サーチ部
１１〜１Ｎ：トラッキングｃｈ、１０１〜１ｎ１：ミキサ
１０２〜１ｎ２：キャリアＮＣＯ、１０３〜１ｎ３：コード相関器
１０４〜１ｎ４：コードＮＣＯ、１０５〜１ｎ５：コード発生器
１０６〜１ｎ６：積分器、１０７〜１ｎ７：電力化部、１０８：バッファ及びソート部
２０：制御部

Claims

受信信号が入力されそれぞれ異なる衛星信号に対応したトラッキング周波数及び拡散コードの種別・位相でトラッキングすべき複数のトラッキングチャネルと、
前記複数のトラッキングチャネルのうちの１つの強信号チャネルの拡散コードの種別・位相を持つ第１信号が入力され、その第１信号と、前記複数のトラッキングチャネルのうちの弱信号チャネルの可能性がある１つの被判定チャネルのドップラー周波数から前記１つの強信号チャネルの強信号ドップラー周波数を減算した周波数及び前記１つの被判定チャネルの拡散コードの種別・位相とで、相互相関を行い、第２信号である相互相関チャネル相関電力を出力する、１つの相互相関チャネルを備え、
前記１つの被判定チャネルの強信号相互相関電力を次式により求め、
強信号相互相関電力＝
ｋ１×１つの強信号チャネルの自己相関電力×相互相関チャネル相関電力
但し、ｋ１；第１調整係数
前記１つの被判定チャネルの出力相関レベルと、前記強信号相互相関電力とを比較して、前記１つの被判定チャネルがトラッキングを正常に行っているか、あるいは、誤トラッキングしているかを、判定することを特徴とする、ＧＰＳ受信機。
前記１つの被判定チャネルの出力相関レベルと前記強信号相互相関電力との比較及び判定を、
被判定チャネルの出力相関レベル×ｋ２＞前記強信号相互相関電力の場合に（但し、ｋ２は第２の調整係数）、正常にトラッキングしていると判定し、
被判定チャネルの出力相関レベル×ｋ２≦前記強信号相互相関電力の場合に、誤トラッキングしていると判定することを特徴とする、請求項１に記載のＧＰＳ受信機。
前記相互相関チャネルへの第１信号は、前記複数のトラッキングチャネルのうちの１つのチャネルの拡散コードの種別・位相が、制御信号により選択して入力されることを特徴とする、請求項１に記載のＧＰＳ受信機。