JP4976936B2 - 測位用信号処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、測位用衛星から送信される測位用信号を捕捉、追尾する測位用信号処理装置に関するものである。

測位用衛星から送信される測位用信号を用いて測位を行う処理として、衛星から送信された測位用信号を捕捉する信号捕捉フェーズと、捕捉した信号を追尾する信号追尾フェーズがある。

図１は、従来の測位用信号処理装置の構成を示す図である。
図1に示す測位用信号処理装置は、衛星毎に設けられたＮチャンネル（Ｎは１以上の整数）の信号処理部から構成され、信号処理部は、ＮＣＯ（Numerically Controlled Oscillator）１と、乗算器２と、コード発生器３と、乗算器４と、積算器９とからなる。

ＮＣＯ１は、測位用信号と同じ周波数のキャリアを生成する。乗算器２は、ＮＣＯ１で生成したキャリアと、入力された測位用信号とを乗算し、入力信号のキャリア除去を行う。ここで、ＮＣＯ１と乗算器２は、測位用信号からキャリア成分を除去する第１の相関器７の役割を果たす。

コード発生器３は、測位用信号に重畳されたコードと同じコードを発生する。乗算器４は、コード発生器３で発生したコードと、キャリア除去された測位用信号とを乗算し、入力信号のコード除去を行う。ここで、コード発生器３と乗算器４は、測位用信号からコード成分を除去する第２の相関器８の役割を果たす。

加算器５及びメモリ６は積算器９を構成する。積算器９は、乗算器４から出力されたデータを予め決められた積算時間、積算し、相関値を次段の回路に出力する。

信号捕捉フェーズでは、積算器９から出力される相関値を監視し、相関値が所定の閾値以下の場合には、ＮＣＯ１で生成したキャリア周波数或いはコード発生器で発生したコード位相を少しずらして再度相関処理を行う。一方で、積算器９から出力される相関値が所定の閾値レベルを超えていれば、測位用信号を捕捉できたものと判断し、信号捕捉処理を終了して信号追尾処理に移行する。

信号追尾フェーズでは、捕捉成功時のキャリア周波数及びコード位相をもとに、ＮＣＯ１で生成するキャリア周波数及びコード発生器３で発生するコード位相を調整し、常に積算器９から所定の閾値以上の相関値が得られるよう、時々刻々と変化する測位用信号を追尾する。
特許第３７２６８９７号公報

しかしながら、測位用信号処理装置において、高速且つ正確に測位用信号の捕捉・追尾を行うためには、信号捕捉フェーズ及び信号追尾フェーズのそれぞれで、各フェーズに適した効率の良い信号捕捉、信号追尾を実現する必要がある。

つまり、信号捕捉フェーズにおいては、衛星から送信された測位用信号をすばやく捕捉するために、多相関器を用いて一度に複数の相関点をサーチすることが求められている。一方で、信号追尾フェーズでは、追尾する測位用信号のコード位相やキャリア周波数が分かっていることから広範囲なサーチを行う必要がなく、一旦捕捉した信号を見失わないように、高精度な信号追尾を実現することが求められている。

この問題を解決するために、例えば特許文献１のように、信号捕捉、信号追尾にそれぞれ適した回路を設けることが考えられる。しかしながら、信号捕捉、信号追尾にそれぞれ適した回路を設けると、回路規模増大、コストアップ、消費電力増等の新たな問題が発生してしまう。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、回路規模や製造コストや消費電力の大幅な増大を招くことなく、簡易な構成で信号捕捉フェーズ、信号追尾フェーズにそれぞれ適した信号処理を実現できる測位用信号処理装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、入力された測位用信号の帯域を制限する帯域制限フィルタと、前記帯域制限フィルタに、受信した測位用信号を入力するか否かを切替える切替部と、前記帯域制限フィルタの後段に設けられ、受信した測位用信号の相関処理を行う相関処理部とを備え、前記相関処理部は、受信した測位用信号が前記帯域制限フィルタを通過した場合としない場合とで処理を変更することを特徴とする。

また、本発明は、入力された測位用信号の帯域を制限する帯域制限フィルタと、受信した測位用信号を前記帯域制限フィルタに入力するか否かの切替えを行う切替部と、前記帯域制限フィルタの前段又は後段に設けられ、測位用信号からキャリア成分を除去する第１の相関器と、前記帯域制限フィルタの後段に設けられ、測位用信号からコード成分を除去する第２の相関器とを備え、前記帯域制限フィルタの後段で行われる相関処理を、受信した測位用信号が前記帯域制限フィルタを通過した場合としない場合とで変更することを特徴とする。

前記帯域制限フィルタにより受信した測位用信号の帯域を制限することにより、帯域制限フィルタ後段のデータの更新周波数を遅くすることができる。これにより、帯域制限フィルタ後段で行う相関処理の相関点を増やすことが可能になる。また、高精度な処理が要求される場合には、帯域制限によって信号劣化が生じることを避け、受信した測位用信号に帯域制限をかけず、広い帯域の信号を用いて相関処理を行う。

また、本発明は、衛星から送信された測位用信号を捕捉する信号捕捉フェーズ時に、受信した測位用信号が前記帯域制限フィルタに入力されるよう前記切替部の切替えを行うことを特徴とする。

信号捕捉フェーズでは、衛星から送信された測位用信号をすばやく捕捉できることが望ましい。そこで、本発明では、信号捕捉フェーズ時に、受信した測位用信号が前記帯域制限フィルタに入力されるよう制御し、受信した測位用信号に帯域制限をかけてデータの更新レートを落とす。これにより、時分割で複数の相関点をサーチすることができ、仮想的に多相関器を用いて一度に複数の相関点をサーチしたのと同様の効果を得ることができる。

また、本発明は、受信した測位用信号の信号電力を測定する信号測定部を備え、前記信号測定部の測定結果に基づいて前記切替部の切替えを行うことを特徴とする。

これにより、電波状況に応じて相関処理の方式を変更することが可能になる。例えば、測位用信号の信号電力が強い場合には、多少劣化した信号を用いても正確に相関処理を行うことができる。そのため、測位用信号の信号電力が強い場合には、受信した測位用信号に帯域制限をかけ、帯域制限フィルタ後段の処理を低い動作周波数で動作させる。これにより、装置の低消費電力化を実現できる。

また、本発明は、ユーザ入力を受付けるユーザインターフェイスを備え、前記ユーザ入力に基づいて前記切替部の切替えを行うことを特徴とする。これにより、ユーザは、測位の正確さ、測位のスピード、消費電力等の測位用信号処理装置の使用状況・使用目的に応じた設定をユーザの意思に基づいて自由にすることが可能になる。

また、本発明は、入力された測位用信号の帯域制限幅を変更する帯域制限フィルタと、前記帯域制限フィルタの後段に設けられ、受信した測位用信号の相関処理を行う相関処理部とを備え、前記相関処理部は、前記帯域制限フィルタによって行われた帯域制限幅に応じて処理を変更することを特徴とする。

本発明によれば、回路規模、コスト、消費電力の大幅な増加を招くことなく、簡易な構成により信号捕捉フェーズ、信号追尾フェーズにそれぞれ適した信号処理を行うことができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１による測位用信号処理装置について図面を参照しながら説明する。
図２は本発明の実施の形態１による測位用信号処理装置の構成を示す図である。
図２に示すように、本発明の測位用信号処理装置は、衛星毎に設けられたＮチャンネル（Ｎは１以上の整数）の信号処理部から構成され、該信号処理部は、スイッチ（切替部）１１と、帯域制限フィルタ１２と、相関処理部１３とからなる。

スイッチ１１は、受信した測位用信号を帯域制限フィルタ１２に入力するか否かの切替えを行うものである。スイッチ１１は、外部から入力されるモード切替信号に基づいて制御される。
帯域制限フィルタ１２は、入力された測位用信号の帯域を制限する。

相関処理部１３は、受信した測位用信号と相関処理部１３内で発生したレプリカとの相関を取り、その相関結果を出力するものである。相関処理部１３は、外部から入力されるモード切替信号に基づいて、相関処理の処理内容が変更される。

本発明の実施の形態１では、信号捕捉フェーズと信号追尾フェーズとで処理を切替える場合を例にあげ、各構成要素の動作を図３、図４を用いてさらに詳細に説明する。
図３は信号捕捉フェーズにおける測位用信号処理装置の処理を説明するための図、図４は信号追尾フェーズにおける測位用信号処理装置の処理を説明するための図である。

図３及び図４において、本発明の測位用信号処理装置は、衛星毎に設けられたＮチャンネル（Ｎは１以上の整数）の信号処理部から構成され、該信号処理部は、ＮＣＯ（Numerically Controlled Oscillator）１と、乗算器２と、スイッチ（切替部）１１と、帯域制限フィルタ１２と、コード発生器３と、乗算器４と、加算器５と、メモリ６とからなる。

ＮＣＯ１は、測位用信号と同じ周波数のキャリアを生成する。乗算器２は、ＮＣＯ１で生成したキャリアと入力された測位用信号とを乗算し、入力信号のキャリア除去を行う。ここで、ＮＣＯ１と乗算器２は、測位用信号からキャリア成分を除去する第１の相関器７の役割を果たす。図３、図４に示すように、本発明の実施の形態１では、この第１の相関器７から出力されたキャリア成分が除去された測位用信号に対して、信号捕捉フェーズと信号追尾フェーズとで処理を切替える。

スイッチ１１は、受信した測位用信号を前記帯域制限フィルタに入力するか否かの切替えを行う。スイッチ１１の切替えは外部からの制御信号であるモード切替信号に基づいて行われ、信号捕捉フェーズの処理と信号追尾フェーズの処理とが切替えられる。信号捕捉フェーズでは、受信した測位用信号が帯域制限フィルタ１２を通過する経路を通るようにスイッチ１１が制御され、信号追尾フェーズでは、受信した測位用信号が帯域制限フィルタ１２を通過しない経路を通るようにスイッチ１１が制御される。

帯域制限フィルタ１２は、入力された測位用信号の帯域を制限する。図５は、帯域制限をかける幅と信号劣化の関係を説明するための図である。横軸は周波数を表す。縦軸は、０以上の数値範囲でＬ１Ｃ／Ａ信号の信号電力の大きさを真値で表し、０より小さい数値範囲で帯域制限による信号劣化の大きさをｄＢ表記で表す。なお、信号劣化の大きさを算出するための演算式は式（１）の通りである。

図５に示すように、帯域制限幅が小さくなるほど、信号劣化は大きくなるが、例えば、０．５ＭＨｚの帯域制限（両側で１ＭＨｚ）をかけたときには、信号劣化は約１ｄＢ程度である。

信号捕捉フェーズでは、図３に示すように第１の相関器７から出力された測位用信号が帯域制限フィルタ１２に入力され、測位用信号の帯域が帯域制限フィルタ１２により制限される。これにより、帯域制限フィルタ１２により帯域制限をかけない場合に比べて若干の信号劣化を招くがデータ更新周波数を遅く（データ更新周期を速く）することができ、帯域制限フィルタ１２の後段で相関処理を行う際に、多くの相関点をとることが可能になる。

一方で信号追尾フェーズでは、追尾する測位用信号のコード位相やキャリア周波数が分かっていることから広範囲なサーチを行う必要がない。そこで、高い追尾精度を維持するため、図４に示すように受信した測位用信号が帯域制限フィルタ１２を通過しないようにし、できるだけ広い帯域の信号を用いて相関処理を行うようにする。

コード発生器３は、測位用信号に重畳されたコードと同じコードを発生する。乗算器４は、コード発生器３で発生したコードとキャリア除去された測位用信号とを乗算し、入力信号のコード除去を行う。ここで、コード発生器３と乗算器４は、測位用信号からコード成分を除去する第２の相関器８の役割を果たす。信号捕捉フェーズでは、帯域制限フィルタ１２により信号の帯域が制限されているため、データの更新周波数が遅い。そこで、図３に示すように、コード発生器３が複数のコードを一度に発生し、乗算器４で複数の相関点での相関処理を行うようにする。なお、コード発生器４により複数のコードを発生する場合、発生するコード分のコード発生器４を設けてもよいが、１つのコード発生器４で発生したコードをレジスタ等の遅延回路により順次遅延させてもよい。後者によれば、回路規模、消費電力等の大幅な増大を招くことなく簡易な構成により複数のコードを時分割で一度に発生させることができる。

加算器５及びメモリ６は積算器９を構成する。積算器９は、乗算器４から出力されたデータを予め決められた積算時間、積算し、相関値を次段の回路に出力する。なお、信号捕捉フェーズで複数の相関点の相関処理を時分割で行った場合には、図３に示すように、相関点分のメモリ６を設けて積算処理を行えばよい。

図６は、１つの相関器で処理可能な相関回数とデータ更新周波数との関係を説明するための図である。

データ更新周波数が１６ＭＨｚの場合に、第２の相関器８及び積算器９を１６ＭＨｚで動作させると、図５に示すようにサーチできる相関点は１点となる。２点の相関点をサーチするためには、コード発生器３が時分割で２つのコードを発生し、第２の相関器８及び積算器９を３２ＭＨｚで動作させる必要がある。

一方で、データ更新周波数が２ＭＨｚの場合には、第２の相関器８及び積算器９を１６ＭＨｚで動作させると、８点の相関点で相関処理を行うことができ、第２の相関器８及び積算器９を８ＭＨｚで動作させた場合には４点、３２ＭＨｚで動作させた場合には１６点の相関点のサーチが可能になる。

つまり、第２の相関器８及び積算器９を同じ動作周波数で動作させた場合には、相関処理を行う測位用信号のデータ更新周波数が遅いほど、より多くの相関点をサーチすることができる。

次に本発明の実施の形態１による測位用信号処理装置の動作について説明する。
第１の相関器７でキャリア成分を除去された信号はスイッチ１１に入力される。

信号補足フェーズでは、第１の相関器７から出力された測位用信号が帯域制限フィルタ１２を通過するようにスイッチ１１を切替える。帯域制限フィルタ１２は、入力された測位用信号に対して１ＭＨｚの帯域制限をかけデータ更新周波数を２ＭＨｚにおとす。これにより、帯域制限フィルタ１２から出力される測位用信号のデータ更新周波数が２ＭＨｚとなる。第２の相関器８では、コード発生器３で一度に８個のコードを発生させ、乗算器４により帯域制限後の測位用信号とコード発生器３で発生させた８個のコードとを時分割で乗算する。第２の相関器８からは、複数の相関点の相関値が時分割に出力され、積算器９により、相関点毎の積算結果が算出される。

この時の乗算器４及び積算器９の動作周波数は、（データ更新周波数）×（コード発生器１５で発生したコード数）で決定され、ここでは１６ＭＨｚの動作周波数で動作する。

一方で、信号追尾フェーズでは、第１の相関器７から出力された測位用信号が帯域制限フィルタ１４を通過しない経路を通るようにスイッチ１１を切替える。これにより、広い帯域の測位用信号を用いて相関処理を行うことができる。第２の相関器８では、コード発生器３で１つのコードを発生し、発生したコードと信号捕捉フェーズよりも広い帯域の測位用信号とを乗算器４で乗算する。第２の相関器８から出力される相関値は、積算器９により積算処理され、１点の相関点における積算結果が算出される。

この時の乗算器４及び積算器９の動作周波数は、第１の相関器７から出力された測位用信号のデータ更新周波数と同じ周波数であり、ここでは、１６ＭＨｚの動作周波数で動作する。

このように、本発明は、信号捕捉フェーズでは測位用信号の帯域を制限してデータの更新周波数を落とし、１ｃｈ（信号処理回路を数えるときの単位）あたりの相関の最大数を増やす。一方で、信号追尾フェーズでは、帯域制限をかけていない広い帯域の信号を用いて相関処理を行うことにより、高い追従精度を実現する。これにより、別モジュールとして信号捕捉専用回路を用意することなく信号捕捉フェーズ、信号追尾フェーズにそれぞれ適した信号処理を行うことが可能になる。

（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２による測位用信号処理装置について説明する。
本発明の実施の形態２による測位用信号処理装置は、信号追尾フェーズにおいて、受信している測位用信号の状態が良好な場合、つまり受信した測位用信号の信号電力が強い場合に、帯域制限フィルタ１２により受信した測位用信号の帯域を絞り、その後の相関処理を低い動作周波数で行って電力消費量を低減するものである。

図７は、本発明の実施の形態２による測位用信号処理装置の信号追尾フェーズにおける低消費電力モードを説明するための図である。なお、図３、４を用いて説明した本発明の実施の形態１による測位用信号処理装置と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略する。

受信した測位用信号の信号電力が強い場合には、受信した測位用信号の帯域を絞って多少の信号劣化が発生したとしても、正確に信号の追尾を行うことは可能である。

そこで、信号追尾フェーズで、且つ受信した測位用信号の信号電力が高い場合には、図７に示すように、受信した測位用信号が帯域制限フィルタ１２を通るようにスイッチ１１を切替える。これにより、帯域制限フィルタ１２から出力された測位用信号のデータ更新周波数をおとすことができ、第２の相関器８及び積算器９の動作周波数を遅くして相関処理を行うことが可能になる。

受信した測位用信号の信号電力は、受信した測位用信号の信号電力を測定する信号測定部２１を設ければよい。また、低消費電力モードに切替えるか否かは、信号測定部２１で測定した信号電力が所定の閾値を超えるか否かにより判断することができる。この判断結果をモード切替信号としてスイッチ１１、第２の相関器８、及び積算器９に供給することにより、モード切替えを行うことが可能になる。

なお、本発明の実施形態２では、受信した測位用信号の信号電力に応じてモード切替えを行うものについて説明したが、ユーザ入力を受付けるユーザインターフェイス２２を設け、

ユーザ入力に基づいてモード切替えを行うようにしてもよい。

（実施の形態３）
以下に、本発明の実施の形態３による測位用信号処理装置について説明する。
本発明の実施の形態３による測位用信号処理装置は、帯域制限フィルタ１２の後段に第１の相関器７及び第２の相関器を設けた点において、前述した本発明の実施の形態１及び２による測位用信号処理装置と相違する。

図８は信号捕捉フェーズにおける測位用信号処理装置の処理を説明するための図であり、図９、図１０は信号追尾フェーズにおける測位用信号処理装置の処理を説明するための図である。図９は高精度追尾モード、図１０は低消費電力モードの説明図である。各構成要素の処理内容については、前述した実施の形態１及び２による測位用信号処理装置と同様であるためここでは同一の符号を付し、説明を省略する。

本発明の実施の形態３による測位用信号処理装置は、図８、図９、及び図１０に示すように、帯域制限フィルタ１２の後段に第１の相関器７と第２の相関器とを設けたことにより、第１の相関器７、第２の相関器８、及び積算器９に入力される信号のデータ更新周波数をスイッチ１１及び帯域制限フィルタ１２により制御することが可能になる。

これにより、コード軸方向だけでなく、周波数軸方向の相関処理においても、前述した実施の形態１及び２で説明したものと同様の処理を行うことができ、信号捕捉時と信号追尾時、或いは受信信号の信号強度などの状況に応じて、最適な相関処理を選択して行うことが可能になる。

なお、本発明の各実施形態では、１種類の帯域制限フィルタ１２を設けた場合について説明したが、予め複数種類の帯域制限フィルタ１２を設けておき、目的に応じて帯域制限幅を変更するようにしても良い。

また、帯域制限フィルタ１２を、例えば、帯域幅を自由に変更できるデジタルフィルタで構成した場合にはスイッチ１１が不要となる。この場合、帯域制限フィルタ１２に入力されるモード切替信号に基づいて帯域制限幅を変更し、前記帯域制限フィルタ１２の後段で行われる相関処理を、帯域制限フィルタ１２によって行われた帯域制限幅に応じて変更するようにすればよい。

なお、本発明は、本発明の各実施の形態で説明した発明の本旨を逸しない範囲で自由に設計変更可能であり、本発明の各実施の形態で説明した内容に限定されるものではない。

従来の測位用信号処理装置の構成を示す図 本発明の測位用信号処理装置の構成を示す図 信号捕捉フェーズにおける本発明の測位用信号処理装置の処理を説明するための図 信号追尾フェーズにおける本発明の測位用信号処理装置の高精度追尾モード処理を説明するための図 帯域制限をかける幅と信号劣化の関係を説明するための図 １つの相関器で処理可能な相関回数とデータ更新周波数との関係を説明するための図 信号追尾フェーズにおける本発明の測位用信号処理装置の低消費電力モード処理を説明するための図 信号捕捉フェーズにおける本発明の測位用信号処理装置の処理を説明するための図 信号追尾フェーズにおける本発明の測位用信号処理装置の高精度追尾モード処理を説明するための図 信号追尾フェーズにおける本発明の測位用信号処理装置の低消費電力モード処理を説明するための図図９は高精度追尾モード、図１０は低消費電力モードの説明図である。

符号の説明

１ ＮＣＯ
２ 乗算器
３ コード発生器
４ 乗算器
５ 加算器
６ メモリ
７ 第１の相関器
８ 第２の相関器
９ 積算器
１１ スイッチ
１２ 帯域制限フィルタ
１３ 相関処理部
２１ 信号測定部
２２ ユーザインターフェイス

Claims (6)

1. 衛星から送信される測位用信号を用いて演算を行う測位用信号処理装置において、
   入力された測位用信号の帯域を制限する帯域制限フィルタと、
   信号捕捉フェーズか信号追尾フェーズかで切替を行うモード切替信号に基づいて、前記帯域制限フィルタに、受信した測位用信号を入力するか否かを切替える切替部と、
   前記帯域制限フィルタの後段に設けられ、受信した測位用信号の相関処理を行う相関処理部とを備え、
   前記相関処理部は、信号捕捉フェーズと信号追尾フェーズで同じ動作周波数で動作し、受信した測位用信号が前記帯域制限フィルタを通過した場合としない場合とで相関処理を行う回数を変更することを特徴とする測位用信号処理装置。
2. 衛星から送信される測位用信号を用いて演算を行う測位用信号処理装置において、
   入力された測位用信号の帯域を制限する帯域制限フィルタと、
   信号捕捉フェーズか信号追尾フェーズかで切替を行うモード切替信号に基づいて、前記帯域制限フィルタに、受信した測位用信号を入力するか否かを切替える切替部と、
   前記帯域制限フィルタの前段又は後段に設けられ、測位用信号からキャリア成分を除去する第１の相関器と、
   前記帯域制限フィルタの後段に設けられ、測位用信号からコード成分を除去する第２の相関器とを備え、
   前記帯域制限フィルタの後段で行われる相関処理を信号捕捉フェーズと信号追尾フェーズで同じ動作周波数で行い、相関処理の回数を、受信した測位用信号が前記帯域制限フィルタを通過した場合としない場合とで変更することを特徴とする測位用信号処理装置。
3. 請求項１又は２に記載の測位用信号処理装置において、
   衛星から送信された測位用信号を捕捉する信号捕捉フェーズ時に、受信した測位用信号が前記帯域制限フィルタに入力されるよう前記切替部の切替えを行うことを特徴とする測位用信号処理装置。
4. 請求項１又は２に記載の測位用信号処理装置において、
   受信した測位用信号の信号電力を測定する信号測定部を備え、
   前記信号測定部の測定結果に基づいて前記切替部の切替えを行うことを特徴とする測位用信号処理装置。
5. 請求項１又は２に記載の測位用信号処理装置において、
   ユーザ入力を受付けるユーザインターフェイスを備え、
   前記ユーザ入力に基づいて前記切替部の切替えを行うことを特徴とする測位用信号処理装置。
6. 請求項１又は２に記載の測位用信号処理装置において、
   衛星から送信される測位用信号を用いて演算を行う測位用信号処理装置において、
   信号捕捉フェーズか信号追尾フェーズかで切替を行うモード切替信号に基づいて、入力された測位用信号の帯域制限幅を変更する帯域制限フィルタと、
   前記帯域制限フィルタの後段に設けられ、受信した測位用信号の相関処理を行う相関処理部とを備え、
   前記相関処理部は、信号捕捉フェーズと信号追尾フェーズで同じ動作周波数で動作し、前記帯域制限フィルタによって行われた帯域制限幅に応じて相関処理を行う回数を変更することを特徴とする測位用信号処理装置。

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