JP4897824B2 - 衛星ナビゲーションの方法、及び、拡散スペクトラムソフトウェア受信機 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、拡散スペクトラム信号の受信、及び処理に関する。特に、本発明は、請求項１のプリアンブル部における拡散スペクトラム受信機、及び、請求項９のプリアンブル部における方法に関するものである。本発明は、また、請求項１７にかかるコンピュータプログラムプロダクト、及び、請求項１８にかかるコンピュータ読み込み可能媒体に関するものである。

拡散スペクトル送信の解決策は、重要度を増しつつあり、例えば、全地球的航法衛星システム（GNSS）において重要になってきている。現在、全地球測位システム（GPS； 米国政府）が有力なシステムであるが、その他の代替システムも、将来、その重要性を増すと期待されている。現在のところ、全地球的航法衛星システム（GLONASS； ロシア連邦国防省）とガリレオシステム（全地球ナビゲーションシステムのためのヨーロッパの計画）がGNSSの主な代替システムである。また、特定の領域における少なくとも一つのGNSSの範囲、利用性、及び／または、質を向上させる種々のシステムが存在する。準天頂衛星システム（QZSS； 先進宇宙ビジネス法人 日本）、広域補強システム（WAAS； 米国連邦航空局及び、運輸省）、欧州静止衛星航行補強サービス（EGNOS； 欧州宇宙機関、欧州委員会、欧州航空交通安全機関 − 航空ナビゲーションのための安全性のための欧州機関の合同事業）は、GPS、そして、後者の場合においては、GPS及びGLONOSSの補強システムの例である。

残念なことに、相違するシステムにおいては、周波数帯、そして特には、信号フォーマットが相違しており、これにより、一般に、一つのシステムに適応させた信号受信機は、一般に、相違するシステムに属する信号源からの信号を受信、及び、処理することができない。よって、複数の受信機連鎖、または、一つの受信機連鎖においても、複数の信号経路を有するものについては、一つ以上のタイプのシステムから信号を受信できる必要がある。一つのデバイスに、複数の受信機連鎖を備えると、高価、かつかさばってしまい、かつ／または、重量も増えてしまう。よって、プログラム方式のソフトウェアタイプの受信機という解決策が望ましい。このようにすれば、多種の信号フォーマットの処理を、ソフトウェアベースのGNSS受信機は、一つのプロセッサー、たとえば、CPU（中央処理装置）または、DSP（ディジタル信号処理専用プロセッサ）により行うことができる。すなわち、このような設計において、信号処理原理を複数の信号フォーマットに適合させることが可能である。また、ソフトウェアベースのＧＮＳＳ受信機は、この種の受信機は、例えば、ラップトップコンピュータ、移動電話、あるいは、ＰＤＡ（携帯情報端末）において、他のタイプの信号受信機、信号処理装置、及び／または、ソフトウェアアプリケーションと効率的に共存できるという点において、有利である。

しかしながら、ソフトウェアタイプの受信機の実装においては、対応するハードウェアタイプの設計と比較して、重要な欠点がある。すなわち、汎用のマイクロプロセッサにおいて、実装されたソフトウェアを作動させた場合、例えば、ASIC（Application Specific Integrated Circuit）に代表される専用のハードウェア実装において走らせた場合よりも、一般的に、エネルギー効率が低い（出力データあたりのエネルギーまたは電力の見地から）。

上記の理由により、ソフトウェアベースの受信機を、携帯型／手持ち型のデバイスに集積することは、この集積化において、これらのデバイスには、一般的に電池容量に制限があるというさらなる課題に取りかかる必要があるが、有用なことである。それゆえ、電源の使用を最適化することは重要なことである。これらの事を念頭におき、この領域における先行技術を簡単に説明する。

米国特許 ６，７１０，５７８において、無線電話機などのハードウェアベースの携帯型通信装置における電源管理方法が開示されている。この装置は、複数の操作モードにおいて操作することができ、ユーザーが選択したモードに入る前に、利用できる電力の見積もりを計算する。そして、この選択したモードについて、リソースが十分であるかどうかを予測し、もし、このリソースが十分で無い場合は、装置の動作は、一つ以上の操作モードに限定される。しかしながら、使用されている信号源の選択はこれらの測定では影響を受けない。さらに、この解決方法は、もっぱら、ハードウェア実装に焦点をあてるものである。

米国特許 ６，７２７，８５０において、最適な衛星を選んで対象に置く方法、及び装置が記述されている。観測可能な衛星の座標を含む衛星リストが形成される。そして、大きな冗長性を示す衛星はリストから除外され、意図した数の衛星がリストに残るようにする。よって、リストを作成するのに必要な計算量は、比較的小さくなる。ここで、冗長性とは、ある衛星が、リスト上の他の衛星とオーバーラップしている程度と定義されている。しかしながら、冗長性の測定の他には、受信機が使用する衛星の選択に影響する品質関連のパラメータは無い。また、この設計は、ハードウェア実装を前提としている。

既刊行の米国特許 ２００５／０１４０５４５において、ソフトウェア実装のコリレータを有するGPS受信機が開示されており、これは、性能レベルにおける妥協無く、また、ハードウェアのカスタマイズの必要無く、複数の技術をシームレスに統合することを可能にするように適合されたものである。これによると、この設計においては、わずかなハードウェア要素と、サンプル周波数の変更機能により、電力消費を低減するものである。しかしながら、電力リソースの最適化は、どのような形においても、宇宙船（SV）選択アルゴリズムには使用されていない。
米国特許６，７１０，５７８ 米国特許６，７２７，８５０ 米国特許公開公報２００５／０１４０５４５

よって、本発明の目的は、上記の問題を軽減し、拡散スペクトラム信号を受信、及び処理するための、出力効率が高いソフトウェアベースの解決策を提供することである。

本発明によると、前記目的は、最初に説明したように、受信機により達成される。この受信機において、処理部は、利用可能性がある信号源のグループのうちの信号源からなる、ある数の候補サブセットの各々に基づいて、位置／時間関連データを生成するのに必要な処理要求量を、それぞれ見積もるように適合されている。ここで、各候補サブセットは、少なくとも、所望の品質の位置／時間関連データを生成するのに必要な、最小の数の信号源を含む。また、この処理部は、受信機の後続の動作期間における処理要求量の見積もりのうち、最小のものと関連づけられた候補サブセットに基づいて、好ましい信号源のセットを選定するように適合されている。

この設計の一つの重要な利点は、指定された位置／時間関連データの品質を維持しつつ、受信機のエネルギー消費を極めて低くすることができることである。さらに、受信機は、もし、追加の処理容量が利用できるようになった場合、ある量だけ、処理要求量を増やすように構成することが可能である。これにより、位置／時間関連データの品質を向上させることができる。当然のことではあるが、候補サブセットは、全ての理論上可能な信号源の一群を含む必要は無い。例えば、一見して、大変不利なサブセットや、役立たない組み合わせは、ただちに廃棄される。

本発明の一つの好ましい実施例によると、利用可能性がある信号源のグループのうちの少なくとも２つの信号源が、お互い違った方式の信号を発信すると仮定されるよって、前記処理部は、前記信号方式のそれぞれにおける信号処理の演算複雑性を考慮することにより、前記処理要求量を見積もるように適合されている。よって、各方式（例えば、GPS方式、ガリレオ方式）の信号を処理するのに必要な標準的な演算度数は、処理要求量の見積もりに考慮されてもよい。

本発明の別の好ましい実施例によると、前記処理部は、利用可能性がある信号源のグループの各信号の信号品質を見積もることにより、前記処理要求量を見積もるように適合されており。ここで、この信号品質は、信号電力パラメータ見積もり、ノイズ密度パラメータ見積もり、偽距離エラーパラメータ見積もり、検出された干渉を示すパラメータ、具体的な信号源が現在、使用可能かどうかを示す信号源の健全度／状態のうち、一つ以上に反映されている。信号電力パラメータ見積もり、及び、ノイズ密度パラメータ見積もりは、また、信号／ノイズ率の見積もりの計算に利用されてもよい。偽距離エラーパラメータ見積もりは、また、複数経路歪みパラメータの見積もり、推定された大気中での遅れ（電離層による、及び／あるいは、対流圏による）を現わすパラメータ、及び／または、衛星に起因する信号歪み（すなわち、衛星自身の問題に起因する理想的な軌道からのずれ）を示すパラメータを含むかもしれない。検出された干渉は、狭周波数帯干渉、広周波数帯干渉、妨害、及び／または偽装に分類される。これらの試験と見積もりの結果は、組み合わせて、可能性の判定、及び、特定の信号を取得、あるいは追跡するのに必要とされる処理度数の見積もりを与える。よって、処理要求量を評価するための信頼できる基礎が確立される。

本発明のさらに別の好ましい実施例によると、前記処理部は、少なくとも一つの幾何パラメータを考慮することにより、処理要求量を見積もるように適合されている。この幾何パラメータは、利用可能性がある信号源のグループのうちの信号源のそれぞれの、信号受信機の現在の位置／時間に対する空間位置を反映する。たとえば、いわゆる、精度の劣化（DOP）の概念は、これらの幾何パラメータをカプセル化するのに利用できる。これらの幾何パラメータ（個々の範囲の信号源に関する、測定された、または、仮定されたエラーのセットを組み合わせたもの）により、位置決定の精度の見積もりを行うことができる。

本発明のさらに別の好ましい実施例によると、前記処理部は、後続の動作期間における受信機の未来の動作モードが、受信機の現在の動作モードと同一であることが予想できるかどうかを考慮することにより、処理要求量を見積もるように適合されている。もし、違うモードが予測される場合、例えば、相違する量の処理容量が利用可能な場合、前記処理部は、利用可能性がある信号源のグループのうちの信号源からなる、ある数の候補サブセットの各々に基づいて、このモードにおける位置／時間関連データを生成するための、処理要求量を見積もるように適合されている。ここで、各候補サブセットは、少なくとも、上記のモードにおいて、所望する品質の位置／時間関連データを提供するのに必要な最小の数の信号源を含む。よって、処理要求量の正確な見積もりを行うことができる。

本発明のさらに別の好ましい実施例によると、各信号源は、少なくとも一つのグローバルナビゲーション衛星システムのうちのある特定の衛星で現されるものである。この利用可能性がある信号源のグループは、受信機の現在の位置／時間から観測可能である、少なくとも一つのグローバルナビゲーション衛星システムの全ての衛星を現すものである。例えば、利用可能性がある信号源は、衛星の経時的な移動を記述する、いわゆる暦関数 及び／または、天体暦関数から決定してもよい。さらに、種々の型の補助GNSS解決策により、等価の、あるいは、追加補助の情報を提供してもよい。

本発明のさらに別の好ましい実施例によると、前記処理部は、位置／時間関連データの点に関するデータ品質レベルの関数としての、プロセス度数を表現するコスト関数を最適化することにより、後続の期間における最も低い推定処理要求量に関連づけられる候補サブセットを決定するように適合されている。それゆえ、最適な候補セットが、例えば、線形プログラミングの手段により、効率良く決定される。

本発明の別の局面によると、上記目的は、最初に説明された方法により、達成できる。前記方法は、利用可能性がある信号源のグループのうちの信号源からなる、ある数の候補サブセットの各々に基づいて、位置／時間関連データを生成するのに必要な処理要求量を、それぞれ見積る工程を要し、この場合、各候補サブセットは、少なくとも、所望の品質の位置／時間関連データを生成するのに必要な、最小の数の信号源を含み、さらに、受信機の後続の動作期間における処理要求量の見積もりのうち、最小のものと関連づけられた候補サブセットに基づいて、好ましい信号源のセットを選定する工程を要する。

この方法の利点は、上記の好ましい実施例を同様、提案された受信機を参照して、上で議論したことから明らかである。

本発明のさらに別の局面によると、前記目的は、コンピュータプログラムプロダクトにより達成する。前記コンピュータプログラムプロダクトは、コンピュータのメモリに直接、装填可能なプログラムであり、前記プログラムは、コンピュータ上で動作している時、上記提案された方法を制御するソフトウェアを含むものである。

本発明のさらに別の局面によると、前記目的は、コンピュータ読み取り可能な媒体により達成する。前記媒体は、この媒体上に記録されたプログラムを有し、このプログラムは、コンピュータを制御して、上記提案された方法を実行する。

本発明のさらなる利点、有利な特徴及び応用は、以下の記述と従属請求項により、明らかになるであろう。

図１は、本発明における一実施例にかかる拡散スペクトラム受信機１００のブロック図を示す。受信機１００は、無線フロントエンド部１１０、インターフェース部１２０、無線信号処理部１３５を含む。また、受信機１００は、好ましくは、メモリバッファのようなコンピュータ読み取り可能な媒体１４０を含み、これは、処理部１３５を制御して、提案された原理に従った動作をするように適合されたプログラムを格納するものである。

一方、無線フロントエンド部１１０は、複数の信号源、例えば、少なくとも一つのGNSSに属する衛星の一群から無線信号Ｓ_ＨＦを受信するように適合されたアンテナ手段を有する。よって、このアンテナ手段は、少なくとも一つの周波数帯、例えば、L1、L2、かつ／またはL5帯域、すなわち、１５６３MHzから１５８７MHz、１２１５MHzから１２４０MHz、１１５５MHzから１１９７MHzの範囲の無線周波数信号を受信できるものである。特に、無線フロントエンド部１１０は、受信した無線信号Ｓ_ＨＦをサンプリング及びデジタル化し、また、その結果得られるデジタル表現Ｓ_ＢＰを形成するように適合されている。このデジタル表現に基づいて、無線信号処理部１３５は、関連するさらなる信号処理を行い、位置／時間関連データＤ_ＰＴを形成することができる。例えば、無線フロントエンド部１１０は、無線信号Ｓ_ＨＦのある帯域バージョンを直接サンプリングしてもよく、また、無線フロントエンド部１１０は、Ｉ／Ｑ帯域サンプリングを行っても良く、よって、受信信号Ｓ_ＨＦを周波数ダウンコンバートしてベース帯に落としてもよい。

インターフェース部１２０は、無線フロントエンド部１１０からのデジタル表現Ｓ_ＢＰを、無線信号処理部１３５に適したデータフォーマットｄに変換することにより、無線フロントエンド部１１０と無線信号処理部１３５を相互に連結するように適合されている。

無線信号処理部１３５は、少なくとも一部を、プロセッサ１３０上で走るソフトウェア１３５ｓで実装されている。また、無線信号処理部１３５は、その全てが、ソフトウェア１３５ｓで実装されていることが望ましい。しかしながら、一つ以上の別々のユニット、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）の設計、または、ＡＳＩＣにより実現されるユニットが、無線信号処理部１３５の少なくとも１つの機能を実行するように適合されることが実現可能なものであろう。

本発明によると、無線信号処理部１３５は、好ましい信号源のセットを選択するように適合されており、この信号源のセットから、拡散スペクトラム信号Ｓ_ＨＦが受信され、位置／時間関連データＤ_ＰＴの基礎が形成される。この目的のため、無線信号処理部１３５は、利用可能性がある信号源の一群のうちの信号源からなる、ある数からなる信号源の候補サブセットのそれぞれに基づいて、データＤ_ＰＴを作成するために必要な処理要求量を見積もるように適合されている。候補サブセットは、各サブセットが、少なくとも、望ましい品質の位置／時間関連データＤ_ＰＴを作成するための最小限の数の信号データ源を含むように定義されている。当然のことではあるが、候補サブセットは、利用可能性がある信号源の一群について、理論上あり得る全てを含む必要は無い。特に都合の悪い組み合わせや、うまく働かないであろうことが、ただちに推論できるようなサブセットは、直接、除外するのが好ましい（すなわち、信号源からの信号に基づいて、実際に、位置／時間関連データを作成する処理要求を見積もることなく）。無線信号処理部１３５は、候補サブセットに基づいて、好ましい信号源のセットを選択するように適合されており、これは、その後の受信機１００の動作期間における見積もり処理要求が最も低いものと関連づけられているものである。言い換えると、好ましい信号源のセットは、望ましい品質のＤ_ＰＴデータを生成するための処理量の見積もりが最も小さいもの、と定義される。図３及び図４を参照して、提案された信号源の選択について、以下に、さらに詳しい説明を行う。

本発明の１つの好ましい実施例において、利用可能性がある信号源のグループの中で、少なくとも２つの信号源が違いに違った信号フォーマットで信号を発しているとしよう。例えば、ある数の信号源は、ガリレオ衛星に相当し、また、少なくとも一つの信号源は、非ガリレオ衛星に相当するかもしれず、そのため、GPS、または、QZSS衛星、または、EGNOS衛星のタイプの静止衛星信号源かもしれない。

ここで、処理部１３５は、上記のフォーマット、すなわち、上の例においては、GPSフォーマットと、それに関連するその他のフォーマットである、ガリレオフォーマット、GLONASSフォーマット 及び／またはQZSSフォーマットのそれぞれの信号を処理するための演算複雑性を考慮することにより、処理要求を見積もるように適合されている。GPS及びガリレオフォーマットの仕様は、物理的環境が同一であれば、位置／時間関連データを導くのに要求する処理パワーは、GPSの方が幾分少ない。しかしながら、実際には、このデータを形成するのに必要な処理要求の見積もりにおいては、その他の膨大な数の要因より影響を受ける。この要因としては、例えば、偽距離エラーパラメータ見積もり、検出された干渉を示すパラメータ、信号源の健全状態（特定の信号源が現在、使用可能であるかどうかを指し示すデータ）、及び、種々の幾何ファクターがあり、これらは、DOPで記述得されてもよい。

図２は、地球２００の周りを公転する衛星S1〜S21として用意される、ある数の信号源の概略を示す。これらの衛星は、全てGNSS系に属しても良く、また、２つ以上の違った系に属しても良い。例えば、衛星S1、S4、S7、S10、S13、S16、及びS19は、GPS衛星であっても良く、一方、衛星S2、S5、S8、S11、S14、S17、及びS20は、ガリレオ衛星であっても良く、また、衛星S3、S6、S9、S12、S15、S18、及びS21は、GLONASS衛星であっても良い。しかしながら、GPS衛星、GLONASS衛星、及びガリレオ衛星の総計は、図２に示した衛星の数よりも、著しく多いと考えられるので、図２は、典型的なものではない、ということに留意すべきである。

図３は、図２に示す衛星のうちの利用可能性がある信号源S1〜S9のグループを示すものであり、これらは、ある特定の位置及び時点、すなわち、ある位置/時間 PT_R において、見えている衛星を示している。ここで、可視限界H（PT_R）を、位置／時間 PT_Rにおいての水平線である、と大まかに定義する。しかしながら、実際は、受信機は、多くの複数経路のエラーを避けるために、仰角マスク（例えば、水平線よりも５°仰角することに相当）を用いることが望ましい。

上に述べたように、受信機においては、暦機能により、利用可能性がある信号源のグループを仮に抽出することが好ましい。この暦機能は、時間に対する衛星の運動を記述するものである。あるいは、または、この暦機能を補足するものとして、上記のグループは、配信された天体暦データから、及び／または、受信機が利用可能な補助GNSSサービスから抽出する。普通は、天体暦データは、天体暦データの発行パラメータ（IODE)と関連づけられており、これにより、この情報がどれくらい古いものか、ということが示される。受信機の位置及び／または、時間の参照についての最も最近の更新からの時間のスパンにもよるが、予想される、仮のグループの構成、及び、上記のグループの各メンバーの予想される位置は、不完全なものであったり、または、正しくない可能性がある。

一般に、ガリレオ信号に基づいて位置／時間関連データを抽出するのに必要な処理パワーは、GPS信号に基づく場合よりも、幾分多くの処理パワーを要する。しかしながら、もし、IODEが、ガリレオ衛星の場合において、GPS衛星の場合よりも、もっと最近の更新を示すとすると、好ましい信号源のセットの選択について、ガリレオ衛星に集中するというのは、良いアイデアである。なぜなら、この場合、仮のグループに関する知識は、より正確なものであることが期待できるからである。もちろん、信号を、全ての実際に利用できる信号源から記録するという、完全な信号取得処理を行えば、それが、利用可能性がある信号源S1〜S9からなるグループに対するもっとも正確な特性把握となり、また、原理上、どのサブセットと使えば、望ましい品質の位置／時間データがもたらされるか、ということを確認するのに使えるであろう。すなわち、一つ以上の信号源が不良かもしれないし、及び／あるいは、受信機が、一つ以上の信号源に対して、電波が届かない影にあたる場所に位置しているかもしれない。

以上のようなわけではあるが、上記のGNSSの例においては、利用可能性がある信号源S1〜S9は、３個のGPS衛星S1、S4、及びS7、３個のガリレオ衛星S2、S5、及びS8、及び３個のGLONASS衛星 S3、S6、及びS9を含む。その結果、これらの使用可能な信号源S1〜S９のグループにおける信号源は、それぞれ違った信号フォーマットの信号を発する。

本発明によると、処理部１３５は、利用可能性がある信号源S1〜S9からなるグループのうち、ある数の信号源候補サブセットの各サブセットに基づいて、それぞれ、望ましい品質の位置／時間関連データＤ_ＰＴを形成するのに必要な処理の要求量を見積もるように適合されている。利用可能性がある信号源S1〜S9のグループにおいて、信号源の信号フォーマットが、相違するかもしれない、ということに起因して、本発明の好ましい一つの実施例においては、処理部１３５は、それぞれの利用可能性がある信号フォーマットの信号を処理する場合の演算複雑性を考慮して、処理要求量を見積もるように適合されている。

図４は、比較的少ない数の候補サブセットCSS_１〜CSS_ｊ を示したものであり、これらの候補サブセットは、観測可能な信号源S1〜S9のグループから定義してもよい。この例において、説明を明確にするため、候補サブセットCSS_１、CSS_２、CSS_３、CSS_４、及びCSS_ｊは、比較的少数の信号源（４個または５個）の信号源を含む。具体的には、候補サブセットCSS₁は、信号源S1、S2、S3、S4、及びS5を含む。候補サブセットCSS₂は、S2、S3、及びS4を含む。候補サブセットCSS_３は、S４、S５、S６、及びS７を含む。候補サブセットCSS_４は、S５、S６、S７、S８、及びS９を含む。候補サブセットCSS_ｊは、S６、S７、S８、及びS９を含む。一般には、４つの信号源からなる１セットは、位置の見積もりを行うために必要な最小限の数の信号源である。さらに、ここで、説明を明確にするため、各セットが、比較的、お互いが近い信号源からなるグループを含むように、候補サブセットCSS_１〜CSS_ｊ は、定義されている。実際の場合においては、もし、信号源が、受信機からの可視限界H（PT_R）内にあるとすると、これらの信号源と受信機の、いずれの幾何学的関係においても、利用見込みがある。さらに、本発明によると、各候補サブセットCSS_１〜CSS_ｊは、少なくとも、ある最小数の信号源を含んでいて、これは、望ましい品質の位置／時間関連データＤ_ＰＴを作成するのに必要なものである。これは、あるタイプの時間測定において、一つの信号源で十分である一方、高度に正確な位置測定においては、８個、または１２個、あるいは、さらに多い信号源が必要かもしれない、ということを意味する。とりわけ、このような場合においては、一個より大きな数のGNSSの衛星信号を利用するのが有利である。

候補サブセットCSS_１〜CSS_ｊに基づいて、好ましい信号源からなる１セットが選定されるが、この選定において、選ばれたセット、例えば、CSS_３は、望ましい品質の位置／時間関連データＤ_ＰＴを作成するための処理要求量が最も小さいものに関連づけられている候補サブセットである。この見積もりは、受信機の、後続の動作期間中、有効であると仮定される。この後続の動作期間は、未来における任意の期間であり、例えば、プロセッサーによる、ある数のクロックサイクルにより現される。いずれにせよ、後続の動作期間は、任意の受信機動作を含んでも良く、例えば、データ取得、追跡、または、発振器同調を含んでも良い。

高精度見積もりを達成するために、すなわち、高度に正確に処理要求量をみつもるために、本発明の１つの好ましい実施例においては、処理部１３５は、利用可能性がある信号源S1〜S9のグループにおける各信号の信号品質を決定することにかかわる手順により、処理要求量を見積もるように適合されている。信号品質は、信号パワー見積もり、及び、ノイズ密度見積もりに反映され、また、受信した信号／ノイズ率を見積もるのに使っても良い。

あるいは、または、これを補足するものとして、信号品質は、偽距離エラーパラメータ見積もりに反映されるかもしれない。また、この偽距離エラーパラメータ見積もりは、複数経路歪みを示すパラメータの見積もり、推定された大気中での遅れ（すなわち、電離層による、及び／あるいは、対流圏での遅れ）を現わすパラメータ、及び／または、衛星に起因する信号歪み（すなわち、衛星自身の問題に起因する理想的なものからのずれ）を表すパラメータを含んでもよい。

あるいは、さらなる別の補足として、信号品質は、干渉の検出を現わすパラメータに反映されるかもしれない。例えば、狭周波数帯干渉が検出されるかもしれない（これは、典型的には、望ましくない正弦波状のエネルギーである）、また、広周波数帯干渉が検出されるかもしれない（これは、典型的には、ホワイトノイズ、あるいは、着色ノイズである）、また、妨害信号が検出されるかもしれず、あるいは／または、偽装信号が検出されるかもしれず、すなわち、故意に発信された信号が、受信機に擾乱を起こしたり、惑わしたりする。本発明の一つの好ましい実施例によると、この干渉パラメータは、好ましいセットの信号源の選択に影響を及ぼす。ある特定の周波数帯において、狭周波数帯干渉、または妨害が見いだされた場合は、もし、可能であれば、代わりの周波数帯から信号源を選択する。既存の処理度の制約内において、利用できる信号源を用いて、位置／時間データ品質の必要条件を満たすことが可能かどうかの判断を行うことができる。一方、広周波数帯干渉または妨害が検知された場合は、どのくらいの加算平均が、所望の品質の範囲を得るのに必要かどうかを計算する、あるいは、加算平均の達成可能な値が十分なのか不十分なのか、を計算することが、前記の手順において必要となる。この必要処理要求量の見積もりは、適宜改訂される。

あるいは、または、これを補足するものとして、信号品質は、ある特定の信号源が現在、使用できるかどうかを現わす信号源健全度／状態データに反映されるかもしれない。このようなデータは、典型的には、信号源から繰り返し発信されるメッセージの中に含まれる。同様に、上記大気パラメータは、信号源から発する類似のメッセージ中に含まれる所謂、Ｋｌｏｂｕｃｈａｒパラメータにより現される。

本発明の別の好ましい実施例によると、処理部１３５は、少なくとも一つの幾何パラメータ（これは、受信機の現在の位置／時間 PT_Rに対する、利用可能性がある信号源Ｓ１〜Ｓ９のグループの各信号源の空間位置を反映したもの）を考慮して処理要求量を見積もるように適合されている。種々の形のＤＯＰ測定は、このような幾何パラメータの例、例えば、ＧＤＯＰ（幾何ＤＯＰ）、ＰＤＯＰ（位置ＤＯＰ）、ＶＤＯＰ（垂直ＤＯＰ）、ＨＤＯＰ（水平ＤＯＰ）、ＴＤＯＰ（時間ＤＯＰ）を構成する。ＤＯＰは、衛星と受信機の具体的な幾何関係に依存するので、それゆえ、時間により変動するので、一番良い条件のＤＯＰを呈し、また、他のファクターは同じである衛星から信号を受信するのが望ましい。言い換えると、ＤＯＰ値をできる限り最も小さくなるように、衛星の選択を最適化する。当然のことであるが、しがしながら、この最適化は、ＤＯＰ計測それのみに関するものである。実際の場合では、ＤＯＰ以外の種々の要因が位置／時間関連データＤ_ＰＴの品質に影響し、よって、このデータを特定の品質で生成するための処理要求量もまた、これに影響を受ける。

効率的な動作のために、本発明の一つの好ましい実施例においては、処理部１３５は、コスト関数を最適化することにより、この後の期間の処理要求量に関して、最も低いものと関連づけられている候補サブセット、例えば、上記のCSS₃を推定するように適合されている。この関数は、位置／時間関連データＤ_ＰＴについて、データ品質レベルの関数としての処理度を現わすものである。例えば、線形プログラム（例えば、凸最適化）をコスト関数に適用することにより、上記候補サブセットCSS₃は、比較的素早く判定可能である。

もし、プロセッサ１３０が十分な処理リソースを持っているとするならば、好ましくは、処理部１３５は、一つ以上のチャンネルを備えていて、このチャンネルは、少なくとも一つの範囲の信号源の品質を繰り返し評価するか、もしくは、一つ以上の有効なチャンネルについて、上記の評価を時折、行うために開かれている。それゆえ、評価された信号源を含む信号源のセットについて、投入されたプロセッササイクルあたりに得られるデータが、現在選定されているサブセットよりも品質が高い場合は、信号源の選定について、一つ以上の上記評価された信号源を、全て、または、一部の、前回選定された信号源の補足として、あるいは代替として含ませるように修正できる。

本発明の一つの好ましい実施例においては、処理部１３５は、受信機１００の未来のすなわち、次の動作期間における動作モードが、現在の受信機１００の動作モードと同一かどうかを考慮して、処理要求量を見積もるように適合されている。この動作モードは、リアルタイムでのナビゲーションが提供される第1モード（このモードにおいて、技術的に可能な限り、受信機は、頻繁に位置更新をなすのが好ましい）、もっぱら、ユーザーの具体的要求に反応してＤ_ＰＴデータを形成する第2モード（いわゆる、一点固定の場合）、正確な時間のみが必要な第3モードである低消費電力モード（すなわち、データＤ_ＰＴは、時間のみしか含んでおらず、それゆえ、一個の衛星を追跡すれば十分であり、受信機の発信器の品質にもよるが、数十分から数十時間に一度信号を受信する。）、ユーザーが指定した間隔（上記第1モードでの間隔〜第3モードでの間隔を選定できる）でデータＤ_ＰＴを更新する第4モードを含んでいる。当然のことではあるが、与えられたデータ品質において、これらのモードは、単位時間あたりの平均処理要求量が、一般的には、それぞれ、違っている。それゆえ、もし、未来の動作モードに関して、現在の動作モードと異なることが予測される場合は、処理部１３５は、現在の動作モードに代わって、未来の動作モードにおける位置／時間関連データＤ_ＰＴを形成するための処理要求量を見積もるように適合されるのが好ましい。この場合、処理要求量見積もりは、やはり、上記のS1〜S9のような、利用可能性がある信号源のグループのうちの信号源からなる、ある数の信号源の候補サブセットの各々に基づいて行われる。さらに、各候補サブセットは、少なくとも、未来の動作モードにおいて、位置／時間関連データＤ_ＰＴを形成するのに必要な最小数の信号源を含んでいる。

要約するために、図５のフロー図を参照して、本発明における拡散スペクトラム信号受信機の一般的な制御方法について説明する。

最初のステップ５１０において、利用可能性がある信号源の一群からの、ある数の信号源の候補サブセットの各々に基づいて、位置／時間関連データＤ_ＰＴを形成するための処理要求量を形成するのに必要な処理要求量を見積もる。候補サブセットの各々は、少なくとも、所望の品質の位置／時間関連データＤ_ＰＴを形成するのに必要な最小数の信号源を含んでいる。それゆえ、候補サブセットの数は、標準的には、比較的大きい。しかしながら、後続の動作期間における処理要求量に関して、最も低く見積もられたものと関連づけられた候補サブセットに決定する、ということは、比較的少ない量の処理リソースを要求することになる。それゆえ、信号源の選定を最適化することにより、処理ユニットの処理リソースの全体的な使用を節約することができる。

続くステップ５２０においては、好ましい信号源のセットを選定する。すなわち、ステップ５１０において、所望の品質の位置／時間関連データを形成するための処理要求量に関して、最も低く見積もられたものと関連づけられた候補サブセットを選定する。

次に、ステップ５３０において、選定されたセットの信号源からの拡散スペクトラム信号を受信する。この受信は、上記の動作時間の間継続する。実装及び受信機の現在の動作モードによるが、この期間は、プロセッサの数クロック〜数分までの間である。さらに、上記の、所望の品質の、位置／時間関連データを形成するための処理要求量に関して、最も低く見積もられたものは、上記の動作期間の間に行う必要がある全処理量の予測量を言及したものである、ということに留意しよう。よって、最初の処理ピークは、そのピークが比較的短いものであれば、許容できるものであり、また、予測された全処理量は、後続の動作期間中、十分低くなる。

図５を参照して説明した全てのステップは、その後のステップと同様に、プログラムされたコンピュータ装置により制御される。さらに、図面を参照して説明した上記、本発明の実施例においては、コンピュータ装置とコンピュータ装置内で実行される処理により構成されるが、本発明はまた、コンピュータプログラム、特に、キャリア上、または、キャリア内において、本発明を実用化するように適合されたコンピュータプログラムへと拡張される。このプログラムは、ソースコードの形でもよく、オブジェクトコードの形でもよく、また、部分的にコンパイルされた形式のコード中間ソース及びオブジェクトコード、あるいは、本発明にかかる手順の実装に使用するのに適切な他の形式でも良い。このコンピュータプログラムは、オペレーティングシステムの一部でもよく、また、別体のアプリケーションでもよい。キャリアは、このプログラムを実行可能な、任意の実体、またはデバイスで良い。例えば、キャリアは、フラッシュメモリ、ロム（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、例えば、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ／Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）のような格納媒体、あるいは、例えば、フロッピー（登録商標）ディスクやハードディスク、のような磁気記録媒体から構成されてもよい。さらに、キャリアは、電気信号や光学信号のような、電気または光学ケーブルを介して、または、電波またはその他の手段により運ばれる伝達性キャリアであってもよい。プログラムが、ケーブル、または、その他のデバイスや手段により、直接、伝送される信号により実現される場合、キャリアは、このようなケーブル、または、その他のデバイスや手段により構成されてもよい。あるいは、キャリアは、プログラムが実現される集積回路でもよく、その場合、この集積回路は、関連する処理手順を実行する、または、その履行に利用するように適合されている。

本明細書中で使用される用語、「構成する／構成している」は、記載した特徴、完全体、工程、または構成要素が存在していることを示す。しかしながら、この用語は、一つ以上のその他の特徴、完全体、工程、構成要素、または、そのグループの存在、または追加を排除するものではない。

本明細書における、いずれの先行技術への参照も、この参照した先行技術が、オーストラリアにおける共通かつ一般的な知識の一部であるということを承認するものでも示唆するものでもなく、また、そのように解釈すべきものではない。

本発明は、図面にて説明された実施例に限定されるものではなく、請求項の範囲内において、自由に改変できるものであってよい。

本発明は、以下に、添付した図面を参照して、例として開示される好ましい実施例により、より綿密に説明される。

本発明の一つの実施例にかかる拡散スペクトラム信号受信機のブロック図を示す。 ある数のGNSS衛星の形で提供された信号源が地球を公転している様子を示す。 ある特定の受信機位置から現在観測可能な、利用可能性がある信号源のグループを示す。 本発明の一つの実施例において、信号源の候補サブセットが、利用可能性がある信号源のグループ内で定義される様子を示す。 フロー図により、本発明における拡散スペクトラム受信器を動作する一般的な方法を示す。

Claims (18)

1. 少なくとも一部がプロセッサ（１３０）上で動作するソフトウェア（１３５ｓ）に実装される無線信号処理部（１３５）から構成され、前記処理部（１３５）は、衛星システムが少なくとも理論的に用いることが可能である全ての信号源である利用可能性がある信号源（Ｓ１〜Ｓ９）のグループから好ましい信号源のセットを選定し、拡散スペクトラム信号（Ｓ_ＨＦ）を、前記選定された信号源のセットから受信し、前記受信した信号（Ｓ_ＨＦ）に基づいて、位置／時間関連データ（Ｄ_ＰＴ）を生成するように適合されている、２つ以上の異なる衛星システムの衛星からの信号を用いることができる拡散スペクトラム信号受信機（１００）であり、
   前記処理部（１３５）は、
   前記利用可能性がある信号源（Ｓ１〜Ｓ９）のグループのうちの、ある数の信号源の候補サブセット（ＣＳＳ_１〜ＣＳＳ_ｊ）の各々に基づいて、位置／時間関連データ（Ｄ_ＰＴ）を生成するのに必要な処理要求量を、それぞれ見積もり、（この場合、各候補サブセットは、少なくとも、所望の品質の位置／時間関連データ（Ｄ_ＰＴ)を生成するのに必要な、最小の数の信号源を含み）、
   及び、
   受信機（１００）の後続の動作期間における処理要求量の見積もりのうち、最小のものと関連づけられた候補サブセット（ＣＳＳ_３）に基づいて、好ましい信号源のセットを選定する、
   ように適合されている信号受信機（１００）。
2. 前記利用可能性がある信号源（Ｓ１〜Ｓ９）のグループのうちの少なくとも２つの信号源が、お互い違った方式の信号を発信し、前記処理部（１３５）は、前記信号方式のそれぞれにおける信号処理の演算複雑性を考慮することにより、前記処理要求量を見積もるように適合されている、請求項１にかかる受信機（１００）。
3. 前記処理部（１３５）は、前記利用可能性がある信号源（Ｓ１〜Ｓ９）のグループの各信号の信号品質を判定することにより、前記処理要求量を見積もるように適合されており、この信号品質は、少なくとも、
   信号電力パラメータ見積もり
   ノイズ密度パラメータ見積もり
   偽距離エラーパラメータ見積もり
   干渉検出を示すパラメータ
   信号源の健全度／状態
   の一つに反映されている、請求項１または２にかかる受信機（１００）。
4. 前記処理部（１３５）は、前記利用可能性がある信号源（Ｓ１〜Ｓ９）のグループのうちの信号源のそれぞれの、受信機（１００）の現在の位置／時間（ＰＴ_Ｒ）に対する空間位置を反映する幾何パラメータのうち、少なくとも１つの幾何パラメータを考慮することにより、処理要求量を見積もるように適合されている、請求項１乃至３のいずれかにかかる受信機（１００）。
5. 前記処理部（１３５）は、後続の動作期間における受信機（１００）の未来の動作モードが、受信機（１００）の現在の動作モードと同一であることが予想できるかどうかを考慮することにより、処理要求量を見積もるように適合されている、請求項１乃至４のいずれかにかかる受信機（１００）。
6. 未来の動作モードが、現在の動作モードと違う場合は、前記処理部（１３５）は、前記利用可能性がある信号源（Ｓ１〜Ｓ９）のグループのうちの信号源からなる、ある数の候補サブセット（ＣＳＳ_１〜ＣＳＳ_ｊ）の各々に基づいて、未来の動作モードにおける位置／時間関連データ（Ｄ_ＰＴ）を生成するための処理要求量を、それぞれ見積もるように適合されており、各候補サブセットは、少なくとも、未来の動作モードにおいて所望の品質の位置／時間関連データ（Ｄ_ＰＴ)を生成するのに必要な最小の数の信号源を含む、請求項５にかかる受信機（１００）。
7. 各信号源（Ｓ１〜Ｓ２１）は、少なくとも一つのグローバルナビゲーション衛星システムのうちのある特定の衛星で現されるものであり、前記利用可能性がある信号源（Ｓ１〜Ｓ９）のグループは、受信機（１００）の現在の位置／時間（ＰＴ_Ｒ）から観測可能である、少なくとも一つのグローバルナビゲーション衛星システムの全ての衛星を現すものである、請求項１乃至６のいずれかにかかる受信機（１００）。
8. 前記処理部（１３５）は、位置／時間関連データ（Ｄ_ＰＴ)に関するデータ品質レベルの関数としての、プロセス度数を表現するコスト関数を最適化することにより、後続の期間における最も低い処理要求量に関連づけられる候補サブセット（ＣＳＳ_３)を見積もるように適合されている、請求項１乃至７のいずれかにかかる受信機（１００）。
9. 拡散信号受信機（１００）を動作する方法であり、前記拡散信号受信機（１００）は、少なくとも一部がプロセッサ（１３０）上で動作するソフトウェア（１３５ｓ）に実装される無線信号処理部（１３５）から構成され、
   前記方法は、衛星システムが少なくとも理論的に用いることが可能である全ての信号源である利用可能性がある信号源（Ｓ１〜Ｓ９）のグループから好ましい信号源のセットを選定する工程、
   拡散スペクトラム信号（Ｓ_ＨＦ）を、前記選定された信号源のセットから受信する工程及び、
   前記受信した信号（Ｓ_ＨＦ）に基づいて、位置／時間関連データ（Ｄ_ＰＴ）を生成する工程から構成され、
   前記方法は、さらに、前記利用可能性がある信号源（Ｓ１〜Ｓ９）のグループのうちの、ある数の信号源からなる候補サブセット（ＣＳＳ_１〜ＣＳＳ_ｊ）の各々に基づいて、位置／時間関連データ（Ｄ_ＰＴ）を生成するのに必要な処理要求量を、それぞれ見積る工程（この場合、各候補サブセットは、少なくとも、所望の品質の位置／時間関連データ（Ｄ_ＰＴ)を生成するのに必要な、最小の数の信号源を含む）と、
   受信機（１００）の後続の動作期間における処理要求量の見積もりのうち、最小のものと関連づけられた候補サブセット（ＣＳＳ_３）に基づいて、好ましい信号源のセットを選定する工程を含むことを特徴とした方法。
10. 前記利用可能性がある信号源（Ｓ１〜Ｓ９）のグループのうちの少なくとも２つの信号源が、お互い違った方式の信号を発信し、前記信号方式のそれぞれにおける信号処理の演算複雑性を考慮することを要する処理要求量の見積りを行うことに特徴づけられる、請求項９にかかる方法。
11. 前記利用可能性がある信号源（Ｓ１〜Ｓ９）における、グループの各信号の推定された信号品質を考慮することを要する処理要求量の見積りを行い、この信号品質は、少なくとも、
    信号電力パラメータ見積もり
    ノイズ密度パラメータ見積もり
    偽距離エラーパラメータ見積もり
    干渉検出を示すパラメータ
    信号源の健全度／状態
    の一つに反映されている、請求項９または１０にかかる方法。
12. 前記利用可能性がある信号源（Ｓ１〜Ｓ９）のグループのうちの信号源のそれぞれの、信号受信機（１００）の現在の位置／時間（ＰＴ_Ｒ）に対する空間位置を反映する幾何パラメータのうち、少なくとも１つの幾何パラメータを考慮して、処理要求量を見積もることに特徴づけられる、請求項９乃至１１のいずれかにかかる方法。
13. 後続の動作期間における受信機（１００）の未来の動作モードが、受信機（１００）の現在の動作モードと同一であることが期待できるかどうかを考慮することにより、処理要求量を見積もることに特徴づけられる、請求項９乃至１２のいずれかにかかる方法。
14. 未来の動作モードが、現在の動作モードと違う場合は、前記利用可能性がある信号源（Ｓ１〜Ｓ９）のグループのうちの信号源からなる、ある数の候補サブセット（ＣＳＳ_１〜ＣＳＳ_ｊ）の各々に基づいて、未来の動作モードにおける位置／時間関連データ（Ｄ_ＰＴ）を生成するための処理要求量を、それぞれ見積もるものであり、各候補サブセットは、少なくとも、未来の動作モードにおいて所望の品質の位置／時間関連データ（Ｄ_ＰＴ)を生成するのに必要な最小の数の信号源を含むことに特徴づけられる、請求項１３にかかる方法。
15. 各信号源は、少なくとも一つのグローバルナビゲーション衛星システムのうちのある特定の衛星で現されるものであり、前記利用可能性がある信号源（Ｓ１〜Ｓ９）のグループは、受信機（１００）の現在の位置／時間（ＰＴ_Ｒ）から観測可能である、少なくとも一つのグローバルナビゲーション衛星システムの全ての衛星を現すものであることに特徴づけられる、請求項９乃至１４のいずれかにかかる方法。
16. 位置／時間関連データ（Ｄ_ＰＴ）に関するデータ品質レベルの関数としての、プロセス度数を表現するコスト関数を最適化することにより、後続の期間における最も低い処理要求量に関連づけられる候補サブセット（ＣＳＳ_３)を見積もることに特徴づけられる、請求項９乃至１５のいずれかにかかる方法。
17. コンピュータのメモリに直接、装填可能なプログラムであり、前記プログラムが前記コンピュータ上で動作している時、請求項９乃至１６のいずれかの工程を前記コンピュータに制御させるソフトウェアから構成される、コンピュータプログラム。
18. プログラムを記録するためのコンピュータ読み取り可能な媒体（１４０）であり、コンピュータに請求項９乃至１６のいずれかの工程を制御させる前記プログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な媒体。

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