JP4905054B2 - 移動体用衛星電波受信機 - Google Patents

Description

本発明は、衛星からの電波に乗せられた擬似雑音コードに対して、内部で発生させたレプリカ擬似雑音コードを用いて相関値演算を行うことで、衛星と移動体との間の擬似距離を算出する移動体用衛星電波受信機に関する。

従来から、擬似雑音符号または擬似雑音符号により変調された変調信号から擬似雑音符号の位相を検出する際、直接波に対してマルチパスによる反射波が重畳されていても、直接波による擬似雑音符号の位相を正しく検出できるようにする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３６４２９号公報

ところで、直接波に対してマルチパスによる反射波が重畳された場合には、直接波による擬似雑音符号の位相を正しく検出することが困難であり、擬似雑音符号の位相を正しく検出できていない場合には、算出した擬似距離に誤差が生ずる。これに対して、マルチパスが発生した場合に、一時的に、算出した擬似距離を測位に用いないといった対策も考えられるが、これを実現するためには、マルチパスが発生したか否かを精度良く検出する必要がある。

そこで、本発明は、マルチパスが発生したか否かを精度良く検出することができる移動体用衛星電波受信機の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明は、衛星からの電波に乗せられた擬似雑音コードに対して、内部で発生させたレプリカ擬似雑音コードを用いて相関値演算を行ってコード同期を取ることで、衛星と移動体との間の擬似距離を算出する移動体用衛星電波受信機であって、
実測ないし推定に基づいて導出される範囲であって、マルチパスが無い状況下での相関ピーク値の取りうる範囲を、第１閾値範囲として設定すると共に、実測ないし推定に基づいて導出される範囲であって、同状況下での擬似雑音コードのコード位相に対するレプリカ擬似雑音コードのコード位相の位相ずれ量の取りうる範囲を、第２閾値範囲として設定する閾値範囲設定手段と、
受信した衛星信号に対して算出された前記相関ピーク値と前記コード位相のずれ量が、前記閾値範囲設定手段で設定された第１閾値範囲及び第２閾値範囲内にそれぞれあるか否かを判定する判定手段と、
前記算出された前記相関ピーク値と前記コード位相のずれ量の少なくともいずれかがそれぞれの閾値範囲内に無いと判定された場合に、マルチパスが発生したと判断するマルチパス検出手段と、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係る衛星電波受信機において、
前記閾値範囲設定手段において、前記第１閾値範囲及び第２閾値範囲が、過去の観測データから算出される前記相関ピーク値の分散値及び前記コード位相のずれ量の分散値に基づいて設定されることを特徴とする。これにより、実稼動時に前記第１閾値範囲及び第２閾値範囲を適合させることができる。

第３の発明は、第２の発明に係る衛星電波受信機において、
前記分散値は、過去の観測データのうち、観測可能な衛星数が所定値以上であり且つマルチパスの発生可能性が低い位置に移動体が位置するときの観測データを用いて、算出されることを特徴とする。これにより、前記第１閾値範囲及び第２閾値範囲を適切に設定することができる。

第３の発明は、第３の発明に係る衛星電波受信機において、
前記マルチパスの発生可能性が低い位置は、マルチパスの原因となりうる周辺建物が存しない開放地域を含むことを特徴とする。

本発明によれば、マルチパスが発生したか否かを精度良く検出することができる移動体用衛星電波受信機が得られる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明に係る衛星電波受信機が適用されるＧＰＳ（Global Positioning System）の全体的な構成を示すシステム構成図である。図１に示すように、ＧＰＳは、地球周りを周回するＧＰＳ衛星１０と、地球上に位置し地球上を移動しうる移動局３０とから構成される。ここでは、移動局３０は、車両であるとする。但し、移動局３０としては、自動二輪車、鉄道、船舶、航空機、ホークリフト、ロボットや、人の移動に伴い移動する携帯電話等の情報端末を含む。

ＧＰＳ衛星１０は、航法メッセージを地球に向けて常時放送する。航法メッセージには、対応するＧＰＳ衛星１０に関する衛星軌道情報（エフェメリスやアルマナク）、時計の補正値、電離層の補正係数が含まれている。航法メッセージは、Ｃ／Ａコードにより拡散されＬ１波（周波数：1575.42ＭＨz）に乗せられて、地球に向けて常時放送されている。尚、Ｌ１波は、Ｃ／Ａコードで変調されたＳｉｎ波とＰコード（Precision Code）で変調されたＣｏｓ波の合成波であり、直交変調されている。Ｃ／Ａコード及びＰコードは、擬似雑音（Pseudo Noise）符号であり、−１と１が不規則に周期的に並ぶ符号列である。

尚、現在、２４個のＧＰＳ衛星１０が高度約２０，０００ｋｍの上空で地球を一周しており、各４個のＧＰＳ衛星１０が５５度ずつ傾いた６つの地球周回軌道面に均等に配置されている。従って、天空が開けている場所であれば、地球上のどの場所にいても、常時、少なくとも５個以上のＧＰＳ衛星１０が観測可能である。

移動局３０には、衛星電波受信機としてのＧＰＳ受信機１が搭載される。ＧＰＳ受信機１は、以下で詳説する如く、ＧＰＳ衛星１０からの衛星信号に基づいて、移動局３０の位置を測位する。

図２は、図１の移動局３０に搭載されるＧＰＳ受信機１の一実施例を示す概略的なシステム構成図である。図２には、説明の複雑化を避けるため、ＧＰＳ衛星１０_１（下付きの符号は、衛星識別番号）が１つだけ示されている。ＧＰＳ衛星１０_１からの衛星信号に関する信号処理は、他のＧＰＳ衛星１０_２，１０_３等からの衛星信号に関する信号処理と実質的に同じである。従って、以下では、特に言及しない限り、ＧＰＳ衛星１０_１に係る信号処理を想定して説明を続ける。尚、以下で説明する信号処理は、観測可能な各ＧＰＳ衛星１０_１，１０_２，１０_３等からの衛星信号に対して並列的（同時）に実行される。

本実施例のＧＰＳ受信機１は、図２に示すように、ＧＰＳアンテナ２０と、高周波回路２２と、Ａ／Ｄ(analog-to-digital)変換回路２４と、信号処理回路１００と、ＩＮＳセンサ２６と、各種センサ２８と、地図ＤＢ（データベース）２９と、演算部３２とを備える。演算部３２は、信号処理回路１００と、測位演算回路２００とを備える。

ＧＰＳアンテナ２０は、ＧＰＳ衛星１０_１から発信されている衛生信号を受信し、受信した衛星信号を電圧信号（本例では、周波数１．５ＧＨｚ）に変換する。１．５ＧＨｚの電圧信号をＲＦ(radio frequency)信号と称する。

高周波回路２２は、ＧＰＳアンテナ２０を介して供給される微弱なＲＦ信号を後段でＡ／Ｄ変換できるレベルまで増幅すると共に、ＲＦ信号の周波数を信号処理できる中間周波数（典型的には、１ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ）に変換する。尚、このようにＲＦ信号をダウンコンバートして得られる信号を、ＩＦ（Intermediate frequency）信号と称する。

Ａ／Ｄ変換回路２４は、高周波回路２２から供給されるＩＦ信号（アナログ信号）を、デジタル信号処理ができるようにデジタルＩＦ信号に変換する。

信号処理回路１００は、Ａ／Ｄ変換回路２４から供給されるデジタルＩＦ信号からＣ／Ａコード同期（後述）を行い、航法メッセージを取り出すと共に、ＧＰＳ衛星１０_１と移動局３０との間の擬似距離を算出する。擬似距離の算出方法については後に詳説する。擬似距離とは、ＧＰＳ衛星１０_１と移動局３０との間の真の距離とは異なり、時計誤差（クロックバイアス）や電波伝搬速度変化による誤差を含む。

ここで、ＧＰＳ衛星１０_１に対する擬似距離ρは、以下のように表せる。
ρ＝ｃ・τ_u＋ｂ 式（１）
ここで、ｃは光速であり、ｂは、誤差成分であり、主に、時計誤差による距離誤差に対応する。τ_uは、ＧＰＳ衛星１０_１から移動局３０（ＧＰＳアンテナ２０）までのトラベル時間を示す。

測位演算回路２００は、航法メッセージの衛星軌道情報及び現在の時間に基づいて、ＧＰＳ衛星１０_１の、ワールド座標系での現在位置（Ｘ_１、Ｙ_１、Ｚ_１）を計算する。尚、ＧＰＳ衛星１０_１は、人工衛星の１つであるので、その運動は、地球重心を含む一定面内（軌道面）に限定される。また、ＧＰＳ衛星１０_１の軌道は地球重心を１つの焦点とする楕円運動であり、ケプラーの方程式を逐次数値計算することで、軌道面上でのＧＰＳ衛星１０_１の位置が計算できる。また、ＧＰＳ衛星１０_１の位置（Ｘ_１、Ｙ_１、Ｚ_１）は、ＧＰＳ衛星１０_１の軌道面とワールド座標系の赤道面が回転関係にあることを考慮して、軌道面上でのＧＰＳ衛星１０_１の位置を３次元的な回転座標変換することで得られる。尚、ワールド座標系とは、図３に示すように、地球重心を原点として、赤道面内で互いに直交するＸ軸及びY軸、並びに、この両軸に直交するＺ軸により定義される。

測位演算回路２００は、衛星位置の算出結果と、信号処理回路１００から供給される擬似距離の算出結果に基づいて、移動体３０の位置（Ｘ_ｕ，Ｙ_ｕ，Ｚ_ｕ）を測位し、例えば図２に示すようにナビゲーションシステムに出力する。移動体３０の位置は、３つのＧＰＳ衛星１０に対して得られるそれぞれの擬似距離及び衛星位置を用いて、三角測量の原理で導出されてよい。この場合、擬似距離は上述の如く時計誤差を含むので、４つ目のＧＰＳ衛星１０に対して得られる擬似距離及び衛星位置を用いて、時計誤差成分が除去される。尚、移動体３０の位置の測位方法としては、上述のような単独測位に限られず、干渉測位（既知の点に設置された固定局での受信データを併用する方式）であってもよい。干渉測位の場合、上述の如く固定局及び移動体３０にてそれぞれ得られる擬似距離の一重位相差や２重位相差等を用いて移動体３０の位置が測位されることになる。

測位演算回路２００は、必要に応じて、移動体３０の移動態様を検出するＩＮＳ（inertial navigation system）センサ２６、車速センサ、舵角センサ、方位角計等のような各種センサ２８や、地図ＤＢ（データベース）２９からの情報を用いて、測位結果を補正してよい。ＩＮＳセンサ２６は、ジャイロセンサやＧ（加速度）センサを含んでよい。例えば、測位演算回路２００は、地図ＤＢ２９からの地図情報を用いたマップマッチングにより測位結果を補正してよく、或いは、トンネル走行中などのように衛星信号が受信できない間、ＩＮＳセンサ２６や各種センサ２８に基づいて推定される移動体３０の移動態様に基づいて、移動体３０の位置情報(慣性航法による位置情報)を生成してもよい。尚、例えば車両（移動体３０）の速度ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）は、車体を基準としたボディ座標系（図３参照）に基づいているため、測位演算回路２００は、速度ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）を、ローカル座標系を介してワールド座標系へと座標変換する。通常、座標の回転変換は、オイラー角を用いて実現できるが、ボディ座標系からローカル座標系への変換に関しては、ロール角及びピッチ角が小さいとしてヨー角ψのみで実現することとしてよい（但し、ロール角及びピッチ角を考慮することも、ヨー角を無視することも当然に可能である。）。また、ローカル座標系からワールド座標系への変換に関しては、車両位置の経度及び緯度を用いた変換で実現される。

次に、上述の信号処理回路１００の詳細な構成について説明する。

図４は、信号処理回路１００の主要機能を概略的に表す機能ブロックを示す図である。以下では、説明の複雑化を避けるため、ある１つのＧＰＳ衛星１０_１からの衛星信号に関する信号処理（１チャンネルの信号処理）を代表して説明する。以下で説明する信号処理は、観測周期毎(例えば１ｍｓ)に、観測可能な各ＧＰＳ衛星１０_１，１０_２，１０_３等からの衛星信号に対して並列的（同時）に実行される。

信号処理回路１００は、図４に示すように、ＤＤＬ（Ｄｅｌａｙ―Ｌｏｃｋｅｄ
Ｌｏｏｐ）１１０、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）１２０、及び、フィルタ１３０を含む。また、信号処理回路１００は、相関ピーク値演算部１１９、閾値範囲設定部１４０、判定部１４２、及び、マルチパス検出部１４４を含む。閾値範囲設定部１４０、判定部１４２、及びマルチパス検出部１４４は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のような適切なプロセッサないしマイクロコンピューターにより実現されてよい。信号処理回路１００の他の部は、ＩＣで構成されたロジック回路により実現されてよい。尚、これらのハードウェア構成の分類はあくまで一例である。

ＤＤＬ１１０は、相互相関演算部１１１，１１２、位相進め部１１３、位相遅れ部１１４、位相ずれ計算部１１５、位相補正量計算部１１６、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７、及び、擬似距離算出部１１８を含む。

レプリカＣ／Ａコード生成部１１７では、レプリカＣ／Ａコードが生成される。レプリカＣ／Ａコードとは、ＧＰＳ衛星１０_１からの衛星信号に乗せられるＣ／Ａコードに対して、＋１、−１の並びが同一のコードである。

相互相関演算部１１１には、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードが、位相進め部１１３を介して入力される。即ち、相互相関演算部１１１には、Ｅａｒｌｙレプリカ符号が入力される。位相進め部１１３では、レプリカＣ／Ａコードが所定の位相だけ進められる。位相進め部１１３で進められる位相進み量をθ_１とする。

相互相関演算部１１１には、また、デジタルＩＦ信号が、図示しないミキサにより、ＰＬＬ１２０で生成されるレプリカキャリアが乗算されてから入力される。

相互相関演算部１１１では、入力されるデジタルＩＦ信号と、位相進み量θ_１のＥａｒｌｙレプリカ符号を用いて、相関値（Ｅａｒｌｙ相関値Ｅ_ＣＡ）が演算される。Ｅａｒｌｙ相関値Ｅ_ＣＡは、例えば以下の式で演算される。
Ｅａｒｌｙ相関値Ｅ_ＣＡ＝Σ｛（デジタルＩＦ）×（Ｅａｒｌｙレプリカ符号）｝
相互相関演算部１１２には、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードが、位相遅れ部１１４を介して入力される。即ち、相互相関演算部１１２には、Ｌａｔｅレプリカ符号が入力される。位相遅れ部１１４では、レプリカＣ／Ａコードが所定の位相だけ遅らされる。位相遅れ部１１４で遅らされる位相遅れ量は、位相進み量θ_１と大きさ同一で符号が異なる。

相互相関演算部１１２には、また、デジタルＩＦ信号が、図示しないミキサにより、ＰＬＬ１２０で生成されるレプリカキャリアが乗算されてから入力される。

相互相関演算部１１２では、入力されるデジタルＩＦ信号と、位相遅れ量−θ_１のＬａｔｅレプリカ符号を用いて、相関値（Ｌａｔｅ相関値Ｌ_ＣＡ）が演算される。Ｌａｔｅ相関値Ｌ_ＣＡは、例えば以下の式で演算される。
Ｌａｔｅ相関値Ｌ_ＣＡ１＝Σ｛（デジタルＩＦ）×（Ｌａｔｅレプリカ符号）｝
このようにして、相互相関演算部１１１、１１２では、コリレータ間隔ｄ_１（“スペーシング”とも称される）を２θ_１とした相関値演算が実行される。相互相関演算部１１１、１１２にてそれぞれ演算されたＥａｒｌｙ相関値Ｅ_ＣＡ及びＬａｔｅ相関値Ｌ_ＣＡは、位相ずれ計算部１１５に入力される。

位相ずれ計算部１１５では、デジタルＩＦ信号と、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードとの間に、どの程度位相のずれがあるかが算出される。即ち、位相ずれ計算部１１５では、受信したＣ／Ａコードに対するレプリカＣ／Ａコードの位相ずれ量Δφが算出（推定）される。レプリカＣ／Ａコードの位相ずれ量Δφは、例えば以下の式で演算される。
（位相ずれ量Δφ）＝（Ｅ_ＣＡ−Ｌ_ＣＡ）／２（Ｅ_ＣＡ＋Ｌ_ＣＡ）
このようにして算出された位相ずれ量Δφは、位相補正量計算部１１６、後述の閾値範囲設定部１４０及び判定部１４２に入力される。

位相補正量計算部１１６では、位相ずれ量Δφを無くすべく、適切な位相補正量が算出される。適切な位相補正量が、例えば以下の演算式に従って、算出される。
（位相補正量）＝（Ｐゲイン）×（位相ずれ量Δφ）＋（Ｉゲイン）×Σ（位相ずれ量Δφ）
この式は、ＰＩ制御を利用したフィードバック制御を表す式であり、Ｐゲイン及びＩゲインは、それぞれバラツキと応答性の兼ね合いから実験的に決定される。このようにして算出された位相補正量は、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７に入力される。

レプリカＣ／Ａコード生成部１１７では、生成されるレプリカＣ／Ａコードの位相が、位相補正量計算部１１６により算出された位相補正量だけ補正される。即ち、レプリカＣ／Ａコードの追尾点が補正される。かくして生成されたレプリカＣ／Ａコードは、上述の如く位相進め部１１３及び位相遅れ部１１４を介して相互相関演算部１１１、１１２に入力されると共に、擬似距離算出部１１８及び相関ピーク値演算部１１９に入力される。尚、相互相関演算部１１１、１１２では、このようにして生成されたレプリカＣ／Ａコードは、次回の観測周期で入力されるＩＦデジタル信号に対する相関値演算に用いられることになる。

擬似距離算出部１１８では、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードに基づいて、擬似距離ρ’_ＣＡが、例えば以下の式により演算される。尚、符号の意味として、擬似距離ρ_ＣＡに付された「’」は、後述のフィルタ処理が実行されていないことを示し、「_ＣＡ」は、Ｃ／Ａコードに基づいて算出された擬似距離ρであることを示す。
ρ’_ＣＡ＝Ｎ_ＣＡ×３００
ここで、Ｎ_ＣＡは、ＧＰＳ衛星１０_１と移動局３０との間のＣ／Ａコードのビット数に相当し、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードの位相及び受信機１内部の受信機時計に基づいて算出される。尚、数値３００は、Ｃ／Ａコードが、１ビットの長さが１μｓであり、１ビットに相当する長さが約３００ｍ（１μｓ×光速）であることに由来する。このようにして算出された擬似距離ρ’_ＣＡを表す信号は、ＤＤＬ１１０からフィルタ１３０に入力される。

ＰＬＬ１２０では、内部で発生させたキャリアレプリカ信号を用いて、ドップラーシフトした受信搬送波（受信キャリア）のドップラー周波数変化量Δｆ_Ｌ１が測定される。ドップラー周波数変化量Δｆ_Ｌ１の測定方法は、内部で発生させたレプリカキャリアを用いた相関値演算により実現されてよい。尚、ＰＬＬ１２に入力されるデジタルＩＦ信号は、図示しないミキサにより、ＤＤＬ１１０から供給されるレプリカＣ／Ａコードが乗算されたものである。ＰＬＬ１２０からのドップラー周波数変化量Δｆ_Ｌを表す信号は、フィルタ１３０に入力される。

フィルタ１３０では、ドップラー周波数変化量Δｆ_Ｌを用いて、擬似距離ρ’_ＣＡのフィルタ処理が実行される。フィルタ処理は、本分野で知られているキャリアスムージングと呼ばれる処理であってよく、ハッチフィルタやカルマンフィルタを用いても実現可能である。フィルタ処理後の擬似距離ρ_ＣＡを表す信号は、測位演算回路２００（図２参照）に供給され、移動体３０の位置の測位演算に用いられることになる。

相関ピーク値演算部１１９には、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードが入力される。即ち、相関ピーク値演算部１１９には、Ｐｒｏｍｐｔレプリカ符号が入力される。また、相関ピーク値演算部１１９には、デジタルＩＦ信号が、図示しないミキサにより、ＰＬＬ１２０で生成されるレプリカキャリアが乗算されてから入力される。

相関ピーク値演算部１１９では、入力されるデジタルＩＦ信号と、位相遅れ量０のＰｒｏｍｐｔレプリカ符号を用いて、相関ピーク値が演算される。相関ピーク値Ｐ_ＣＡは、例えば以下の式で演算される。
相関ピーク値Ｐ_ＣＡ＝Σ｛（デジタルＩＦ）×（Ｐｒｏｍｐｔレプリカ符号）｝
尚、相関ピーク値Ｐ_ＣＡは、上記式からも明らかなように、あくまでＣ／Ａコードの追尾が正確にできているとの仮定の下で算出される値であり、実際の相関値のピーク値と異なる場合もありうる。相関ピーク値演算部１１９からの相関ピーク値Ｐ_ＣＡを表す信号は、閾値範囲設定部１４０及び判定部１４２に入力される。

閾値範囲設定部１４０では、マルチパスが無い状況下での相関ピーク値Ｐ_ＣＡの取りうる範囲が、第１閾値範囲として設定される。また、閾値範囲設定部１４０では、マルチパスが無い状況下での位相ずれ量Δφの取りうる範囲が、第２閾値範囲として設定される。

具体的には、閾値範囲設定部１４０では、マルチパスが無いと想定される状況下で得られたＮ数の観測データに基づいて、相関ピーク値Ｐ_ＣＡの平均値及び分散σ_Ｐが算出される。そして、第１閾値範囲は、平均値±３σ_Ｐとして設定される。同様に、閾値範囲設定部１４０では、マルチパスが無いと想定される状況下で得られたＮ数の観測データに基づいて、位相ずれ量Δφの平均値及び分散σ_Δφが算出される。そして、第２閾値範囲は、平均値±３σ_Δφとして設定される。閾値範囲設定部１４０では、第１閾値範囲及び第２閾値範囲は、実稼動時に得られる観測データに基づいて定期的に変化される。これは、天候条件、ハードウェア構成の特性差(例えばＧＰＳアンテナ２０や、高周波回路２２の個体の相違による特性差)、ハードウェア構成の経時的劣化等の影響を受けて、適切な閾値範囲が変化するからである。尚、閾値範囲設定部１４０における閾値範囲の変化タイミングや、マルチパスが無いと想定される状況での観測データの取得方法については、後述する。

判定部１４２では、閾値範囲設定部１４０で設定された第１閾値範囲を用いて、今回の観測周期で得られる相関ピーク値Ｐ_ＣＡが第１閾値範囲内にあるか否かが判定される。この判定結果は、マルチパス検出部１４４に出力される。また、判定部１４２では、閾値範囲設定部１４０で設定された第２閾値範囲を用いて、今回の観測周期で得られる位相ずれ量Δφが第２閾値範囲内にあるか否かが判定される。この判定結果は、マルチパス検出部１４４に出力される。

マルチパス検出部１４４では、判定部１４２からの上述の２種類の判定結果に基づいて、マルチパスが発生したか否かが判定される。具体的には、マルチパス検出部１４４では、今回の観測周期で得られる相関ピーク値Ｐ_ＣＡが第１閾値範囲内に無いとの判定、及び、今回の観測周期で得られる位相ずれ量Δφが第２閾値範囲内に無いとの判定の少なくともいずれかが判定部１４２から供給された場合に、マルチパスが発生したと判断される。尚、今回の観測周期で得られる相関ピーク値Ｐ_ＣＡが第１閾値範囲内に無いとの判定、及び、今回の観測周期で得られる位相ずれ量Δφが第２閾値範囲内に無いとの判定の少なくともいずれかが、所定数の処理周期で連続して、判定部１４２から供給された場合に、マルチパスが発生したと判断してもよい。

マルチパスが発生したと判断された場合、マルチパス検出部１４４では、その旨を表す信号(以下、マルチパス検出信号という)が生成される。マルチパス検出信号は、例えば測位演算回路２００（図２参照）に供給され、移動体３０の位置の測位演算に用いられてよい。この場合、測位演算回路２００では、マルチパスが検出されたＧＰＳ衛星１０_１に対する擬似距離ρ_ＣＡを用いずに、測位演算が実行されてよい。或いは、測位演算回路２００では、マルチパスが検出されたＧＰＳ衛星１０_１に対する擬似距離ρ_ＣＡを用いずに、マルチパス検出前の測位演算回路２００の測位結果とＩＮＳセンサ２６からの情報に基づいて推定される擬似距離（慣性航法により導出された擬似距離）を用いて、測位演算が実行されてよい。或いは、マルチパス検出部１４４でマルチパスの発生可能性が評価される場合、マルチパスの発生可能性に応じた重み付け係数を付与して、測位演算が実行されてよい。この場合、マルチパスの発生可能性が低い場合には、重み付け係数を例えば０．８とし、マルチパスの発生が確実である場合には、重み付け係数を例えば０．２としてもよい。マルチパスの発生可能性は、相関ピーク値Ｐ_ＣＡ及び位相ずれ量Δφがそれぞれの閾値範囲に対してどの程度近似又は乖離しているかに基づいて評価されてもよい。

図５は、上述のマルチパス検出方法を説明するための概念図である。図５では、横軸にＣＡコードのコード位相が示され、縦軸に相関値が示されている。図５には、第１閾値範囲及び第２閾値範囲により画成される２次元の閾値領域が、ハッチングにより示されている。

マルチバスが発生していない状況では、ＧＰＳ衛星１０_１から直接波だけが受信されることになるので、図５にて直接波の直線で示すように、相関ピーク値を中心とした左右対称の相関値特性を示す。一方、マルチバスが発生した場合には、図５にて反射波の直線で示すように、直接波に係る相関ピーク値のコード位相からずれたコード位相で相関ピーク値を有する反射波が受信される。従って、マルチバスが発生した場合には、図５にて受信波の直線で示すような直接波と反射波の合成波が受信される。尚、図５に示す例では、反射波は上に凸の相関値特性を有しているが、下に凸の相関値特性を有する場合もある。いずれにしても、マルチバスが発生した場合には、受信波の相関値特性において、直接波に係る相関ピークが明瞭に現れなくなるので、相関ピーク値Ｐ_ＣＡを取るコード位相を検出し難くなる。この結果、位相ずれ量Δφが大きく変化しうる。また、マルチバスが発生した場合には、受信波の相関ピーク値は、マルチバスが発生していない状況での相関ピーク値に対して大きく変化する。

本実施例では、今回の観測周期でマルチバスが発生した場合には、今回の観測周期の相関ピーク値Ｐ_ＣＡ及び位相ずれ量Δφが前回の観測周期に比べて大きく変化することに着目して、図５に示すように、相関ピーク値Ｐ_ＣＡ及び位相ずれ量Δφにより画成される２次元の閾値領域（第１閾値範囲及び第２閾値範囲により画成される２次元の閾値領域）を設定し、今回の観測周期の相関ピーク値Ｐ_ＣＡ及び位相ずれ量Δφが当該閾値領域から逸脱した場合に、マルチバスが発生したと判定している。これにより、マルチバスの有無を精度良く判定することができる。

次に、閾値範囲設定部１４０による２次元の閾値領域（第１閾値範囲及び第２閾値範囲）の更新方法の好ましい具体例について説明する。

図６は、閾値範囲設定部１４０により実現される閾値領域更新方法を示すフローチャートである。以下の処理ルーチンは、所定の処理周期で実行される。

ステップ１００では、現在の移動体３０周辺地域の天候が良好であるか否かが判定される。この判定は、例えばレインセンサや日照センサ等のような移動体３０に搭載される各種センサに基づいて実現されてもよいし、外部の情報提供センターから通信を介して得られる天候情報に基づいて実現されてもよい。天候が良好である場合には、ステップ１１０に進み、それ以外の場合には、ステップ１０５に進む。

ステップ１０５では、連続観測データ数Ｍがゼロに初期化される。連続観測データ数Ｍは、以下の説明からも理解できるように、マルチバスが発生していないと推定される状況が継続しているときの処理周期数に相当する。

ステップ１１０では、現在の移動体３０の存在する位置が開放地域に属するか否かが判定される。開放地域とは、マルチパスの原因となりうる周辺建物が存しない地域をいう。例えば高層建物が周辺に存在する地域が、開放地域ではない地域の典型例である。また、周辺に高層建物が無く天空が開けている地域が、開放地域の典型例である。より具体的には、開放地域は、田畑や空き地が広がる地域や、低層住宅が散在するだけの地域、地上から高い位置にある高速道路上で周辺に大きな建物が無い地域を含む。開放地域に属するか否かは、典型的には、移動体３０の位置情報と、地図ＤＢ２９の地図情報とに基づいて判定されてよい。この場合、地図ＤＢ２９の地図情報において、建物の情報に基づいて予め開放地域が登録されていてもよい。移動体３０の位置情報は、測位演算回路２００の測位結果に基づくものであってよい。現在の移動体３０の存在する位置が開放地域に属する場合には、ステップ１２０に進み、それ以外の場合には、ステップ１０５に進む。

ステップ１２０では、現在観測可能なＧＰＳ衛星１０_１の数が所定数以上であるか否かが判定される。所定数は、例えば１０であってよい。また、観測可能なＧＰＳ衛星１０_１の数には、受信感度が良好であるＧＰＳ衛星１０_１だけが算入されることとしてよい。現在観測可能なＧＰＳ衛星１０_１の数が所定数以上ある場合には、ステップ１３０に進み、それ以外の場合には、ステップ１０５に進む。

ステップ１３０では、連続観測データ数Ｍがインクリメントされる。連続観測データ数Ｍの初期値はゼロであり、上記ステップ１００，１１０，１２０の条件が連続した処理周期で満たされる毎に、連続観測データ数Ｍが１ずつインクリメントされる。尚、連続観測データ数Ｍのカウンタは、一時的な短い周期で上記ステップ１００，１１０，１２０の条件の不成立が生じた場合にもカウンタ値を保持するフィルタを有していてもよい。

ステップ１４０では、連続観測データ数Ｍが所定値以上であるか否かが判定される。所定値は、本処理の処理周期に依存するが、例えば１００ｍｓ分（Ｎ＝１００）の観測データの相当する値であってよい。

ステップ１５０では、上記ステップ１００，１１０，１２０の条件が満たされた状況下で取得された観測データを用いて、２次元の閾値領域（第１閾値範囲及び第２閾値範囲）の更新が実行される。即ち、上述の如く、上記ステップ１００，１１０，１２０の条件が満たされた状況下で算出された相関ピーク値Ｐ_ＣＡの平均値及び分散σ_Ｐに基づいて、第１閾値範囲が更新されてよい。同様に、上記ステップ１００，１１０，１２０の条件が満たされた状況下で算出された位相ずれ量Δφの平均値及び分散σ_Δφに基づいて、第２閾値範囲が更新されてよい。

このように、図６に示す処理によれば、マルチバスが発生していない状況を精度良く推定して、実稼動時に２次元閾値領域を更新できるので、例えばハードウェア構成の経時的劣化等により相関値の特性に変化が生じた場合であっても、それに応じた適切な２次元閾値領域を設定することができる。

尚、図６に示す処理は、例えばイグニッションスイッチがオンにされてからオフにされるまでの１トリップの間、一回の閾値領域の更新処理が実現されるまで実行されてもよい。尚、この場合、場合によっては、１トリップの間に条件が満たされずに更新が一回もされない場合もありうる。或いは、図６に示す処理は、ある期間毎(例えば１週間毎や１ヶ月毎)に実行されてもよい。

以上説明した本実施例によれば、以下のような優れた効果が奏される。

上述の如く、相関ピーク値Ｐ_ＣＡ及び位相ずれ量Δφにより画成される２次元閾値領域（第１閾値範囲及び第２閾値範囲）を用いて、マルチバスの有無を検出することで、マルチバスの検出精度を高めることができる。

また、２次元閾値領域を実稼動時にも更新することで、例えばハードウェア構成の経時的劣化等により相関値特性に変化が生じた場合であっても、マルチバスの良好な検出精度を維持することができる。また、マルチバスが発生していない状況を精度良く推定して、実稼動時に２次元閾値領域を更新するので、２次元閾値領域を適切に変化させることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例では、相関ピーク値Ｐ_ＣＡとして、実測による相関ピーク値Ｐ_ＣＡを導出しているが、ＩＮＳセンサ２６からの情報に基づいて慣性航法により導出される擬似距離に基づいて推測により相関ピーク値Ｐ_ＣＡを導出してもよい。この場合、慣性航法により導出される擬似距離に対応するコード位相の相関値が、推測による相関ピーク値Ｐ_ＣＡとして用いられてよい。尚、慣性航法による擬似距離ρ_推測は、慣性航法により導出されるＧＰＳ衛星１０_１とＧＰＳ受信機１間の幾何学的な距離であってもよいし、例えば、以下の式のように、当該距離に、時計誤差ρ_ｅｒｒを付加したものであってもよい。
ρ_推測＝sqrt｛（Ｘ_ｕ推定（ｉ）−Ｘ_１（ｉ））^２＋（Ｙ_ｕ推定（ｉ）−Ｙ_１（ｉ））^２＋（Ｚ_ｕ推定（ｉ）−Ｚ_１（ｉ））^２｝＋ρ_ｅｒｒ
ここで、推定位置［Ｘ_ｕ推定（ｉ）、Ｙ_ｕ推定（ｉ）、Ｚ_ｕ推定（ｉ）］は、慣性航法により導出される測位結果であり、前回観測周期（ｉ−１）における測位演算回路２００の測位結果である移動局３０の位置［Ｘ_ｕ（ｉ−１）、Ｙ_ｕ（ｉ−１）、Ｚ_ｕ（ｉ−１）］と、ＩＮＳセンサ２６からの前回観測周期（ｉ−１）から今回観測周期（ｉ）までの移動局３０の移動情報とに基づいて算出される。時計誤差ρ_ｅｒｒは、例えば以下の式で算出されてよい。
ρ’_ｅｒｒ＝ρ_ＣＡ（ｉ−１）−sqrt｛（Ｘ_ｕ（ｉ−１）−Ｘ_１（ｉ−１））^２＋（Ｙ_ｕ（ｉ−１）−Ｙ_１（ｉ−１））^２＋（Ｚ_ｕ（ｉ−１）−Ｚ_１（ｉ−１））^２｝ 式（１）
ρ_ｅｒｒ＝１／ｎ×Σρ’_ｅｒｒ 式（２）
また、上述の実施例では、位相ずれ量Δφとして、実測による位相ずれ量Δφを導出しているが、ＩＮＳセンサ２６からの情報に基づいて慣性航法により導出される擬似距離に基づいて推測により位相ずれ量Δφを導出してもよい。この場合、慣性航法により導出される擬似距離に対応するコード位相と、相関ピーク値Ｐ_ＣＡを取るコード位相との差が、推測による位相ずれ量Δφとして用いられてよい。

また、上述の実施例では、位相ずれ量Δφに対して第２閾値範囲を設定しているが、それに代えて、位相ずれ量Δφに実質的に等価のパラメータに対して同様の第２閾値範囲を設定してもよい。例えば、位相ずれ量Δφに基づいて算出される上述の位相補正量に対して同様の第２閾値範囲を設定してもよい。また、位相ずれ量Δφの変化割合（単位時間当たりの位相ずれ量Δφの変化量）に対して同様の第２閾値範囲を設定してもよい。これは、位相ずれ量Δφの変化割合が、マルチバスが発生した際に大きな値となることを利用したものである。また、ドップラー周波数変化量Δｆ_Ｌ、光速ｃ及び既知の搬送波周波数ｆ_Ｌ（1575.42ＭＨz）に基づいて、ＧＰＳ衛星１０_１と移動体３０との間の相対速度ΔＶを、例えばΔｆ_Ｌ＝ΔＶ・ｆ_Ｌ／（ｃ−ΔＶ）の関係式を用いて、算出し、観測周期毎に、擬似距離ρ’_ＣＡから、観測周期間の擬似距離変化量（ＧＰＳ衛星１０_１に対する移動体３０の相対移動量であり、ΔＶの時間積分値に相当。）を差し引いて得られる擬似距離ρ”_ＣＡを導出し、観測周期毎の擬似距離ρ”_ＣＡの変化量又は変化割合（単位時間当たりの擬似距離ρ”_ＣＡの変化量）に対して、同様の第２閾値範囲を設定してもよい。この場合、擬似距離ρ”_ＣＡは、擬似距離ρ’_ＣＡに代えて、上述の慣性航法による擬似距離ρ_推測を用いて導出されてもよい。

また、上述の実施例では、相関ピーク値Ｐ_ＣＡに対して第１閾値範囲を設定しているが、相関ピーク値Ｐ_ＣＡと実質的に等価のパラメータに対して同様の第１閾値範囲を設定してもよい。例えば、相関ピーク値Ｐ_ＣＡの変化割合（単位時間当たりの位相ずれ量Δφの変化量）に対して同様の第２閾値範囲を設定してもよい。これは、相関ピーク値Ｐ_ＣＡの変化割合についても、マルチバスが発生した際に大きな値となることを利用したものである。

また、上述の実施例では、相関ピーク値Ｐ_ＣＡ及び位相ずれ量Δφに対する閾値判定によりマルチパスの有無を判断しているが、他のマルチパス検出方法と組み合わせて、マルチパス検出精度を高めることも可能である。例えば、上記の閾値判定結果に加えて、ＩＮＳセンサ２６からの情報に基づいて慣性航法により導出される車両位置(又は擬似距離)と、上述の衛星航法により導出される車両位置(又は擬似距離)との差分を評価して、差分が所定値より大きい場合に、マルチパスが検出されたと判定してもよい。これは、慣性航法により導出される車両位置は、上述の衛星航法により導出される車両位置とは異なり、マルチパスの影響を受けないことを利用したものである。

また、上述の実施例では、好ましい実施例として、２次元閾値領域（第１閾値範囲及び第２閾値範囲）を適宜更新しているが、第１閾値範囲及び第２閾値範囲は、マルチパスが無い状況下で観測された観測データに基づいて予め決定される固定値であってもよい。この場合、閾値範囲設定部１４０は、当該記憶された固定値を読み出して設定すればよく、閾値範囲設定部１４０への各種入力（相関ピーク値Ｐ_ＣＡ及び位相ずれ量Δφ）は不要である。

また、図６に示す処理は、好ましい例として、３つの条件(上記ステップ１００，１１０，１２０の条件)が所定時間継続して満たされた場合に、その間に取得された観測データに基づいて２次元閾値領域を更新しているが、例えば上記ステップ１００、上記ステップ１１０，１２０のいずれか１つの条件又は２つの条件(組み合わせは任意)が所定時間継続して満たされた場合に、その間に取得された観測データに基づいて２次元閾値領域を更新することとしてもよい。

或いは、３つの条件(上記ステップ１００，１１０，１２０の条件)に加えて、又はこれらのいずれか１つの条件又は２つの条件に加えて、他の条件を付加してもよい。例えば、マルチバスが発生していない状況でも、実際には、熱雑音がデジタルＩＦ信号に重畳されて相関値がばらつくことを考慮して、算出される擬似距離ρ’_ＣＡ又はρ_ＣＡが収束していることを、他の条件として付加してもよい。尚、擬似距離ρ’_ＣＡ又はρ_ＣＡが収束しているか否かは、観測周期毎に、擬似距離ρ’_ＣＡから、観測周期間の擬似距離変化量を差し引いて得られる擬似距離ρ”_ＣＡを導出し、擬似距離ρ”_ＣＡが所定のバラツキ度合い内に収まっているか否かに基づいて判断されてよい。

また、上述の実施例では、ＧＰＳに本発明が適用された例を示したが、本発明は、ＧＰＳ以下の衛星システム、例えばガリレオ等の他のGNSS(Global Navigation Satellite System)にも適用可能である。

また、上述の実施例では、Ｃ／Ａコードを用いているが、本発明は、Ｌ１波のＰコード及び／又はＬ２波のＰコードに基づいて、同様に、ＧＰＳ衛星１０に対する擬似距離ρを算出する構成にも適用可能である。尚、Ｐコードの場合、Ｗコードで暗号化されているので、Ｐコード同期を行う際に、クロス相関方式を利用したＤＬＬにより、Ｐコードを取り出すこととしてよい。Ｐコードに基づく擬似距離ρ’_Ｐは、ＧＰＳ衛星１０_１でＰコードが０ビット目であるとしてＰコードのＭ_Ｐビット目が移動局３０にて受信されているかを計測することで、ρ’_Ｐ＝Ｍ_Ｐ×３０として求めることができる。

本発明に係る衛星電波受信機が適用されるＧＰＳの全体的な構成を示すシステム構成図である。 図１の移動局３０に搭載される衛星電波受信機の一実施例を示す概略的なシステム構成図である。 ワールド座標系とローカル座標系との関係、及び、ローカル座標系とボディ座標との関係を示す図である。 信号処理回路１００の主要機能を表す機能ブロックを示す図である。 マルチパス検出方法を説明するための概念図である。 閾値範囲設定部１４０により実現される閾値領域更新方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ＧＰＳ受信機
１０ ＧＰＳ衛星
２０ ＧＰＳアンテナ
２２ 高周波回路
２４ Ａ／Ｄ変換回路
２６ ＩＮＳセンサ
２８ 各種センサ
２９ 地図ＤＢ
３０ 移動体
３２ 演算部
１００ 信号処理回路
１１９ 相関ピーク値演算部
１４０ 閾値範囲設定部
１４２ 判定部
１４４ マルチパス検出部
１１０ ＤＤＬ
１２０ ＰＬＬ
１３０ フィルタ
２００ 測位演算回路

Claims (4)

1. 衛星からの電波に乗せられた擬似雑音コードに対して、内部で発生させたレプリカ擬似雑音コードを用いて相関値演算を行ってコード同期を取ることで、衛星と移動体との間の擬似距離を算出する移動体用衛星電波受信機であって、
   実測ないし推定に基づいて導出される範囲であって、マルチパスが無い状況下での相関ピーク値の取りうる範囲を、第１閾値範囲として設定すると共に、実測ないし推定に基づいて導出される範囲であって、同状況下での擬似雑音コードのコード位相に対するレプリカ擬似雑音コードのコード位相の位相ずれ量の取りうる範囲を、第２閾値範囲として設定する閾値範囲設定手段と、
   受信した衛星信号に対して算出された前記相関ピーク値と前記コード位相のずれ量が、前記閾値範囲設定手段で設定された第１閾値範囲及び第２閾値範囲内にそれぞれあるか否かを判定する判定手段と、
   前記算出された前記相関ピーク値と前記コード位相のずれ量の少なくともいずれかがそれぞれの閾値範囲内に無いと判定された場合に、マルチパスが発生したと判断するマルチパス検出手段と、を備えることを特徴とする、衛星電波受信機。
2. 前記閾値範囲設定手段において、前記第１閾値範囲及び第２閾値範囲が、過去の観測データから算出される前記相関ピーク値の分散値及び前記コード位相のずれ量の分散値に基づいて設定される、請求項１に記載の衛星電波受信機。
3. 前記分散値は、過去の観測データのうち、観測可能な衛星数が所定値以上であり且つマルチパスの発生可能性が低い位置に移動体が位置するときの観測データを用いて、算出される、請求項２に記載の衛星電波受信機。
4. 前記マルチパスの発生可能性が低い位置は、マルチパスの原因となりうる周辺建物が存しない開放地域を含む、請求項３に記載の衛星電波受信機。

Images