JP5068900B2 - 衛星ポジショニングシステムにおける信号処理方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）から受信した信号を利用してナビゲーション情報（例えば、位置、時間、距離、速度等）を決定するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ（グローバルポジショニング衛星）システムのようなＳＰＳ受信機は、通常、ＧＰＳ（或いはＮＡＶＳＴＡＲ）衛星のような複数の衛星から同時に送信された信号の相対的着信時間を計算することによってそれらの受信機の位置を決定する。これらの衛星は、それらの衛星データメッセージの一部として、衛星ポジショニングデータ並びにクロックタイミング、所謂「天体暦(ephemeris)」データを送信する。更に、それらの衛星は、受信者が明瞭にローカルタイムを決定出来るようにするタイム・オブ・ウィーク（ＴＯＷ）情報を送信する。（Ｃ／Ａモードにおける）各受信されたＧＰＳ信号は、一般には「チップス」と呼ばれる、１０２３個の記号の高速（１０２３ＭＨｚ）の繰り返し擬似ランダム（ＰＮ）パターンから構成される。更に、この「拡散シーケンス」パターンに５０Ｈｚ（またはボー）レートの低速データが付される。このデータは、上述のＴＯＷ情報源である。
典型的に、ＳＰＳ受信機は１以上の“擬似レンジ(pseudorange)”測定値を計算し、その各々は受信機と衛星ビークル（ＳＶ）との間のレンジを表す。“擬似レンジ”という用語は一般に、たとえば、ＳＰＳ受信機のクロックにより示される時間と、衛星のさらに正確な原子時計の参照時間に関連する参照時間との間の誤りを含む、１以上のファクターによる誤りがそのレンジ測定値に含まれている可能性があることを示すために使用される。したがって、ＳＰＳ受信機は典型的にその擬似レンジを、衛星信号中に与えられるタイミングおよび天体暦データと共に使用して、位置、時間および、またはレンジのような、さらに正確なナビゲーションデータセットを決定する。
ＳＰＳ受信機の位置のような、ナビゲーション情報の計算を完了するために、一般に複数のＳＰＳ受信機は５０ボーのデータを処理しなければならない。５０ボーのデータを処理するために、ＳＰＳ受信機により受信される衛星信号レベルは十分に強くなければならない。したがって、受信される信号レベルおよび、または信号対雑音比（ＳＮＲ）が低すぎる場合、通常の複数のＳＰＳ受信機はそれらの位置および、または時間のようなナビゲーション情報を完全には決定出来ない可能性がある。残念ながら、衛星信号の妨害がある等の、いくつかの状況においては、ＧＰＳ衛星から受信される信号レベルは低すぎるために、誤りを生じることなく衛星データ信号を復調して読み取ることができない。このような状況は、パーソナル・トラッキング(personal tracking)および、または他の移動適用において生じる可能性がある。
本発明は、雑音および、または他のファクターが信号強度、ＳＮＲ等を低下させる可能性のある移動および、または他の環境において、衛星メッセージの処理と時間や位置のようなナビゲーション情報の決定とをさらに良好に可能にするために、移動衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）受信機のような、エンティティ(entity)の感度を改良する信号処理方法および装置を提供する。
【０００３】
衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）信号を処理するための方法及び装置が提供される。一実施の形態において、ＳＰＳ受信機は、少なくとも部分的に、共通情報を表す少なくとも二つの信号サンプルを受信し、この二つの信号サンプルは、一つ又はそれより多くの衛星メッセージと関連する。この二つの信号サンプルを結合することによって、これらのサンプルに含まれるナビゲーション情報（例えば、時間、位置、速度等）が、これら二つの信号サンプルの組み合わせに基づいて決定され得る。他の実施の形態によれば、二つの信号サンプルは、差分復調され、且つ組合せを形成するように共に合計される。
【０００４】
【発明の実施の形態】
衛星ポジショニングシステムとの使用のために衛星メッセージを処理するための種々の方法と装置が以下で説明される。本発明の議論の幾つかは、米国のグローバルポジショニング衛星（ＧＰＳ）システムに焦点を当てている。しかしながら、これらの方法は、ロシアのグロナスシステムのような、類似の衛星ポジショニングシステムに等しく適用出来ることは明瞭である。更に、本発明の教示は、擬似衛星や、人工衛星と擬似衛星との組合せを利用するポジショニングシステムに等しく適用出来ることが理解される。また、ここで述べられる基地局と移動ＳＰＳ受信機のための種々のアーキテクチャーは、本発明の制限として解釈されるべきでなく、むしろ図示目的で提供されている。従って、本発明は、多くの衛星ポジショニングシステムにおいてその使用法が見つけられると共に多くの異なるデバイス及び／又はアルゴリズムアーキテクチャーにおいて実施され得ることが理解されるべきである。
【０００５】
本発明の概説
本発明の一態様に従って、衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）受信機の感度を改良する方法及び装置が提供される。一実施の形態に従って、本発明は、衛星ビークル（ＳＶ）信号内で共通の情報を結合すること（以降、「イントラ−ＳＶ」信号処理と呼ばれる）によってこのような改良された感度を提供する。本発明の他の実施の形態に従って、二つ又はそれより多くのＳＶ信号間の共通データが結合される（以降、「インター−ＳＶ」信号処理と呼ばれる）。更に他の実施の形態において、イントラ−ＳＶ及びインター−ＳＶ信号処理の組合せが実行される。このような共通の情報は、一つ又はそれより多くの衛星ビークル（ＳＶ）のメッセージの部分及び／又はこの衛星メッセージ（単数又は複数）と関連する信号（単数又は複数）の一つ又はそれより多くの特徴として送信されるデータであり得る。「共通」情報は、一般的には一つ又はそれより多くのＳＶからのメッセージの二つの部分で同一である情報である事が理解される。
【０００６】
幾つかのタイプのＳＰＳ受信機が本発明を具体化出来ることが理解されるべきである。例えば、一実施の形態において、ＳＰＳ受信機は移動ユニットであってもよい。別の実施形態においては、ＳＰＳ受信機は、通信サブシステムのような他の回路と一体化されて基地局のような他のエンティティと通信できる。このような実施の形態において、基地局は、それ自体のＳＰＳ受信機を含んでも良く、且つ単独で及び／又は移動式であってもよい他のＳＰＳ受信機と共にここで述べられる信号処理方法の幾つかを実行出来る。一実施の形態における通信サブシステムは、ＳＰＳ受信機と他のエンティティとの間のアナログ及び／又はデジタルセルラー通信を行うように構成され得る。本発明は、種々の環境下で利用され得るが、本発明によって提供され得る感度利得は、特に移動及び／又は他の環境において有用であり、その場合、ＳＮＲは、従来のＳＰＳ受信機には低すぎるため衛星信号の適切な処理を行うことができない可能性がある。
【０００７】
本発明の一実施の形態の概略
図１は、本発明の一実施の形態に従う、イントラ−ＳＶ及び／又はインター−ＳＶ信号処理を実行するための方法を示すフロー図である。図１の方法は、例えば、信号／雑音比（ＳＮＲ）が比較的低い場合における衛星ポジショニング受信機の感度向上を提供する。図１に示す方法１００において、フローは、１０２で開始し、１１２で終る。１０４で、一実施の形態において移動ＳＰＳ受信機を有するエンティティは、衛星ポジショニングシステムと関連する一セットの一つ又はそれより多くの信号を受信し、その場合、そのセットの一つ又はそれより多くの信号の各々は、図２のＡに示されるＧＰＳメッセージ２１２のような、衛星ビークルの送信メッセージの少なくとも一部分を表す。
【０００８】
１０６で、そのセットの一つ又はそれより多くの衛星信号は、事前処理される。ＧＰＳ信号がエンティティによって処理される一実施の形態において、この事前処理は、受信信号（単数又は複数）から擬似ランダム雑音（ＰＮ）を除去して（即ち、受信されたセットの一つ又はそれより多くの信号を「逆拡散すること(despreading)」）比較的狭帯域のデータ信号を得ることを含む。次に、この狭帯域のデータ信号は、そのセットの一つ又はそれより多くの受信信号の各々毎に復調される。一実施の形態において、そのセットの信号の各々毎の狭帯域のデータは、事前処理の一部として差分復調される。以下で詳細に述べられるように、差分復調は、衛星メッセージデータストリームのデータサンプル（例えば、ビット）を前の或いは遅延されたデータサンプル（或いは、受信された衛星信号のフォーマットに依存して、遅延されたデータサンプルの複素共役）と乗算することを含む。そのように、差分復調は、受信された衛星信号から一定の或いは比較的ゆっくりと変化するキャリヤ相を除去し得る。このような相を除去することによって、差分復調は、比較的高精度で衛星信号のキャリヤ相を追跡する必要性を減少する。これは、受信機キャリヤにかなりの相雑音があり得る場合の移動や他の動作環境において特に有益である。差分復調については、図３を参照して以下で更に詳細に説明される。
【０００９】
１０８で、一つのＳＶ信号（或いはその信号の部分）の少なくとも二つの部分及び／又は二つ又はそれより多くのＳＶ信号の間の少なくとも二つの部分に対する共通情報が結合される。例えば、一実施の形態において、一つのＳＶに関連する信号だけが考察される、例えば、イントラ−ＳＶ信号処理が実行される場合、後述されるように、復調された信号の互いに素な(disjoint)部分が互いに結合され得る（例えば、合計によって）。例えば、このような共通部分は、図２のＡに示されるメッセージ２１２のような、衛星メッセージに含まれるフレーム（或いは、その部分）で有り得る。このような部分が共通データ（例えば、信号の周期性に起因して）を表す場合、共通データの組合せは、本発明の一態様に従って、信号／雑音比（ＳＮＲ）の改良を提供する。一実施の形態において、共通のデータは、一般的にＧＰＳシステムにおいて３０秒毎に繰り返される衛星天体暦データを含み得る。他の実施の形態において、衛星の信号の他の共通部分が、決定されて結合されてもよい。
【００１０】
更に、本発明の他の実施の形態によれば、二つ又はそれより多くのＳＶ信号の二つ又はそれより多くの共通部分が結合され得る（即ち、インター−ＳＶ信号処理）。二つ又はそれより多くの共通部分は、例えば、時間の特定のインスタンスと関連するデータを含み得る。そのように、このデータは、任意の数の衛星ビークルメッセージに亘って共通で有り得る。一実施の形態において、共通のデータは、タイム・オブ・ウィーク（ＴＯＷ）、アルマナック(Almanac)、及び／又は一セットの衛星メッセージ間の他の共通の情報を表し得る。また、これらの共通のデータを多数の衛星信号に渡って結合する事によって、一実施の形態において、本発明は、この共通データに関連する信号対雑音比を一層改良することが出来る。例えば、７つの衛星によって送信されたデータの合計によって、８．４５ｄＢまでの感度利得を達成し得る。
【００１１】
一実施の形態において、共通データは、ＧＰＳ衛星メッセージで提供されるタイム・オブ・ウィーク（ＴＯＷ）情報を含む。このように、ＴＯＷは、約各サブフレーム（即ち、図２のＡに示されるように、６秒毎）で提供されるので、本発明の一実施の形態において、ＴＯＷ値は、上述のように多くの衛星ビークルの各々によって提供されるＴＯＷデータを合計することによって推定され、次に、「隣接する」（例えば、ｎとｎ＋１時で）ＴＯＷデータは、一貫性がチェックされる。これは、図５と共に本発明の一実施の形態を参照してより詳細に以下に説明される。
【００１２】
１１０において、一つのＳＶ信号の共通の部分及び／又は二つ又はそれより多くのＳＶ信号間の共通の部分を結合する事の効果（単数又は複数）に基づいて、エンティティはナビゲーション情報を決定する。このナビゲーション情報は、時間、エンティティの位置、速度、衛星までのレンジ、基地局までのレンジ、及び／又は他の情報の一つ又は組合せを含み得る。
【００１３】
イントラ−ＳＶ及びインター−ＳＶ処理は、上述のように、別々に或いは組合せて実行され得ることが強調されるべきである。このように、一実施の形態において、イントラ−ＳＶ信号処理のみがＳＶデータメッセージの少なくとも一部分と関連する一つのＳＶ信号に含まれる複数の共通部分を結合することによって実行される。他の実施の形態において、インター−ＳＶ処理のみが、各々がＳＶデータメッセージの少なくとも一部分と関連する、二つ又はそれより多くのＳＶ信号間の共通部分を結合することによって実行される。更に他の実施の形態において、イントラ−ＳＶ及びインター−ＳＶ処理の組合せが実行される。また他の実施の形態において、イントラ−ＳＶ又はインター−ＳＶ信号処理を使用するか及び／又はイントラ−ＳＶ及びインター−ＳＶ信号処理から得られた結果を導出するかの幾つかの条件（例えば、見えている衛星の数、ＳＮＲ等）に基づいて選択が行われる。
【００１４】
標準GPS衛星信号フォーマットの概要
本願発明を理解しやすいものにするため、典型的なGPS方式での衛星メッセージのフォーマットについて以下に述べる。図２のAは（標準ポジショニングサービスの）GPS方式衛星メッセージの構成を示している。この図２のAに描かれているのは、長さ12.5分、25フレームを含む衛星メッセージ212であり、フレーム214など25の各フレームは長さが12.5分の1/25、すなわち30秒で、５つのサブフレームより成る。さらに、サブフレーム216などの５つの各サブフレームは、長さが30秒の1/5、すなわち6秒で、10ワードより成る。そして、ワード218などの10の各ワードは、6秒の1/10、すなわち0.6秒で、30ビットより成る。
【００１５】
この30秒フレームの最初の３つのサブフレームの情報の大部分は、１つの送信衛星（すなわちメッセージを送信する衛星ビークル）の位置情報に関連するものである。30秒フレームの残りの２つのサブフレームには、他の情報に交じってアルマナックデータと呼ばれる、GPS衛星の全配置のための大まかな衛星位置情報を提供するデータが含まれている。基本的に最初の３つのサブフレームのデータは、連続するフレームにおいて（すなわち30秒毎に）繰り返されるものであるが、全アルマナックデータを送信するには標準で12.5分かかるので、最後の２つのサブフレームのデータはフレーム間で異なっている。TOWワードだけは例外であり、これはサブフレーム毎（6秒毎）に１カウントずつ増えていく。
【００１６】
一般に、GPS信号は、データが２進移相変調（BPSK）により送信される50ボーでのデータ信号とされている。各データのボーは別の高速２進拡散シーケンス中の20の繰り返しフレームにより乗算される。この拡散シーケンスの各フレームは長さが1023の２進記号（+1、-1等）で、記号（チップ）レート毎秒1.023メガ記号（Msps）である。
【００１７】
一般に、GPS受信機は高速拡散シーケンスと同期しており、受信した衛星信号からこの拡散シーケンスを除去する。拡散シーケンスの除去により衛星信号は比較的狭い50ボーのデータシーケンスとなるが、それは復調されなければならない。これ以降では、この拡散シーケンスはすでに除去されたものと仮定する。
【００１８】
衛星メッセージの送信されたデータシーケンスの少なくとも一部は、メッセージに表されたソース情報（天体暦、時刻等）に共通ではないことを認識すべきである。送信されたデータシーケンスはむしろ、ソースデータ・情報の符号化されたソースデータ・情報を表す（以下、「送信データ・ビット」は符号化された「ソースデータ・ビット」の意味とする）。標準では、誤り検出(パリティチェック等)が可能なハミング式コードが用いられている。この目的のため、GPS衛星メッセージの送信された30ビットの各ワードは、24のデータビットと６つのパリティビットを含む。これにより、3ビット以下であれば誤りが検出できる。しかし、１つ前の（N-1番目）ワードの最後の送信ビット（すなわちパリティビット30）は、現在のワードであるN番目のワードの24の情報ビットと排他的論理和演算にかけられているので、符号化方法は実際には全送信ビットに影響する。
【００１９】
サブフレームのデータビット293、294は、このサブフレームの最後の２つのパリティビット（ビット299、300）が双方とも０になるように選択されている。従って、これらのビットは次のワードにはなんら影響を与えない。０でなければ影響を与えてしまうことになる。よって、サブフレームの最初のワードは、その前のサブフレームの最後のワードとはつながりがない。
【００２０】
図２のＢはソースデータ（例えば天体暦）を符号化するのに、一般に用いられるＧＰＳ符号化式をあらわす。図２のＢにおいて、データビットｄ 1 、ｄ 2 、... ｄ 24 はソースデータをあらわし、Ｄ 1 ，Ｄ 2 ，...Ｄ 30 はＳＶによって送信された現行の（あるいはＮ番目の）ワードの送信（又は符号化）されたビットをあらわす。ビットＤ 25 ...Ｄ 30 は計算されたパリティビットをあらわす。記号”＊”はＳＶによって送られた一つ前の、（Ｎ−１）番目のワードのビットを確認するために使われる。記号
【数１】
はモジュロ２合計または排他的論理和演算をあらわす。
【００２１】
大部分の場合、ｄ量はフレームからフレームへ繰り返される（変化しない）。しかしながら、図２のＢに表わすように、Ｄ量は一つ前のワードの最後の送信されたパリティビットと相当するｄ量の排他的論理和から作られるので、Ｄ量はフレーム間で繰り返されない場合もある。実際、最後のパリティビット（Ｄ 30 ）は通常、ワードどうし、フレーム同士で異なる。これは、所与のＤ 30 はそのＤ 29 ＊への依存性によりサブフレームのすべてのデータに依存するからである。このように所与のワードの送信されたデータシーケンスＤ 1 ，Ｄ 2 ...Ｄ 24 は、通常あるフレームから次のフレームへ繰り返されないが、一つ前のワードの最後のパリティビット（Ｄ 30 ＊）によっては、幾分ランダムに反転することもある。しかしながら、固定された同期データを含み、かつＤ 30 ＊がゼロである、サブフレームの第一ワードのような、このデータが繰り返される場合がある。
【００２２】
発明の一面の概要
差分復調
上記の通り、所与のワードの送信されたデータシーケンスＤ 1 ，Ｄ 2 ...Ｄ 24 は、通常あるフレームから次のフレームへ繰り返されない。しかしながら、本発明の一面によると、実際の移動、非移動ＧＰＳ受信機のようなエンティティの感度は、ＧＰＳ衛星メッセージ（すくなくともその一部）のなかでの繰り返しを見つけることによって改善される。本発明の一実施例では、ある衛星メッセージ（あるいはその一部）と関連付けられた衛星信号から抽出されたデータは差分復調に続いてひとつのフレームから次のフレームへと合計される。差分復調の一面によれば、所与のデータサンプルはゆっくりと変化していくシグナルフェイズの影響を除去するために一つ前のデータサンプルと掛け合わされる。その結果、基礎情報ビットは論理的に、排他的論理和（ＸＯＲ）演算によって結合される。
【００２３】
差分復調や共通データの合計は、正確な数ビットによって量子化されたサンプルデータに対して行われることが理解されるべきである。いくつかの実例において、信号の忠実度(fidelity)を保つにはこの正確さを保持するのがのぞましい。なぜならこういった信号は通常、目的の情報に加えて、雑音やその他歪みを含んでいるからである。
【００２４】
以後多レベル量子化処理データを”ソフト決定”（soft decisions）と呼ぶ。ソフト決定データの情報ビットの値（例えば、論理”１”又は”０”）について、あるものに続く（最後の場合もある）決定が為される場合、そのような決定は、以降、”ハード決定”(hard decision)データと呼ばれる。
【００２５】
図３はデータのフロー図であり、本発明の一実施例において、衛星メッセージ（又はその一部）と関係付けられた信号を差分復調することによる論理演算を表わす。図３において、一つ前の、つまり（Ｎ−１）番目のワード３２０の送信データビットは現行の、つまりＮ番目のワード３２２の送信データビットと結合される。特に、図３に示す方法によると、（Ｎ−１）番目のワード３２０の最後のパリティビットはＮ番目のワード３２２の最初の送信データビットと、排他的論理和演算によって結合されて、
【数２】
を得る。ここで、図２のＢの符号化式によれば、
【数３】
は
【数４】
と等しい。排他的論理和演算によって、Ｄ 30 *はうち消されて、
【数５】
となる。同様に、（Ｎ）番目のワード３２２の最初の送信データビットと二番目の送信データビット（それぞれ、Ｄ 1 とＤ 2 ）は、排他的論理和演算（ＸＯＲ）によって結合されて、二番目の結果、つまり、
【数６】
を生成する。
【００２６】
前述の処理を継続して、シーケンス
【数７】
を生成する。パリティビットＤ３０ ＊が含まれていないので、データのシーケンス、すなわち、
【数８】
がフレーム毎に繰り返されることが分かる。再構成されたソースデータシーケンス３２４として図３に示されているソースデータのシーケンスｄ１、ｄ２，…ｄ２４を再構成するために、前述のシーケンス
【数９】
の隣接サンプルが、図３に示すように、対のＸＯＲ演算により結合される。例えば、最初の二つの隣接サンプルｄ１と
【数１０】
とを結合して、ｄ２に等しい
【数１１】
が得られる。次に、結果ｄ２をシーケンス
【数１２】
の次の隣接サンプル、すなわち、
【数１３】
と結合して
【数１４】
が得られる。このようにして、ソースデータのシーケンスｄ１、ｄ２，…ｄ２４が得られる。
【００２７】
以下、この発明の一実施例で使用している差分復調（differential demodulation）を数学的に説明する。送信衛星信号のサンプル（またはその一部分）は次のように表される。
【００２８】
s(n) = D(n) × exp(jθ n ), n=0,1,2,…
ここで、θは未知であるが、比較的ゆっくりと変化する位相角であり（サンプルレートはデータレートに恐らく等しい）、D(n)は振幅が＋Ａまたは−Ａの衛星データメッセージ記号である（Ａは信号の強さに依存する定数である）。極性はそれぞれ論理的０または１を示す。（一実施例では、キャリヤに関するデータの同期や周波数の追跡は比較的正確であるが、位相の追跡は比較的不正確である。）量s(n)にはランダム雑音や干渉が一般に付加されるが、発明の理解にはこれらの付加に関する説明は不要である。
【００２９】
前述のように、差分復調は現在のデータサンプルを（例えば、乗算などで）以前の（または遅延した）データサンプル（またはその複素共役）と結合することと考えることができる。したがって、
【数１５】
ここで、コサイン（または「同相」）の項だけが維持され、
【数１６】
について一般に近似が維持される。キャリヤ周波数が公知であるか、キャリヤ周波数を（例えば、データレートよりも正確に）追跡しているのであれば、差分復調のこの近似は維持される。
【００３０】
所定フレームに対応するr(n)の値に後続フレームの値を加えると、先の等式のr(n)の実数部の完全に正確な数値が一般に維持される。この「完全に正確な」データは、まだ０と１の論理的な値にマッピングされていないので、しばしば「ソフト決定（soft decision）」データと呼ばれる。幾つかのフレームに対してこのような合計を行う際には、同相の項の符号が維持される。同相の項の符号はしばしば「ハード決定（hard decision）」値と呼ばれる。前述のようにデータを結合することは、この場合にはフレームの合計に相当するのであるが、データがフレーム毎に共通（例えば、少なくとも一部が同様に繰り返されるの）であれば、復調されたデータr(n)の信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善することができる。
【００３１】
別の実施例では、合計の前にr(n)値に対してハード決定が実行される（例えば、r(n)を＋１または−１に丸める）。しかしながら、その結果、ＳＰＳ受信機の感度が２ｄＢ程度悪くなる可能性がある。
【００３２】
一実施例では、衛星データメッセージのＳＮＲが一定でなく、所定の（または適応）閾値を越える程度の変動がある場合には、重み付けファクターがＳＮＲの平方根に比例するソフト決定データの重み付けされた合計が用いられる。したがって、例えば、雑音レベルが一定であり、データのフレームがエンティティにより受信されるのであれば、第一フレームが第二フレームよりも６ｄＢだけ強くなり、第一フレームのサンプルは第二フレームのサンプルの二倍と合計することができる。重み付けされた合計の符号はハード決定データになる。このようなアプローチにより、衛星信号の処理に関連する誤りの可能性が減少するだけでなく、最小化することさえできる。
【００３３】
雑音レベルを決定するためのいくつかの技術があることを評価すべきである。例えば、一実施例においては（受信）信号の振幅のジッターを観察することによって雑音レベルが推定される。他の実施例においては、他の周知の雑音検出／測定技術を用いても良い。
【００３４】
ＳＮ比が比較的小さい時に上記の差分復調が衛星ポジショニング受信機の感度を向上するのに特に役立つので、信号位相を比較的正確に追跡することは不可能で非現実的であることに注目すべきである。しかしながら、ＳＮ比が比較的大きい時はコヒーレント合計のような他の技術から比較的良い結果が生まれるだろう。例えば、パリティビットＤ ３０ ＊ の値が推定されれば、その値を次のサブフレームのデータの極性を逆にするために用いても良い。結果として、コヒーレント合計が結果のデータとその次のフレームの対応するデータとの間で行われる。
【００３５】
従って、一実施例においては衛星ポジショニング受信機が比較的大きいＳＮ比状態に一般的に都合がいい他の技術（例えば、コヒーレント変調）だけでなく、比較的小さいＳＮ比状態に一般により良く適合する差分復調を利用している。一実施例では、受信機によって計算されるようなＳＮ比に応じて、適切な信号処理技術が選択されて衛星信号を処理する。他の実施例では差分復調と少なくとも一つの他の技術の両方が実施され、所定の基準もしくは一組の基準（例えば、ＳＮ比や相対誤り）に基づいて、これらの技術の内の一つの技術の結果が選択される。
【００３６】
発明の一側面の概要
差分復調に基づく誤り検出
上記のようにソースデータビットｄ１、ｄ２、ｄ３ ．．．ｄ２４が差分復調とフレーム合計とによって決定されてもよい。いったんソースデータビットが決定されると、パリティチェックを行って誤りを検出することが望ましい。例えば、パリティチェックはソースデータビットの一次結合を形成して、この結合が一般にゼロに等しいかどうかを決定することによって実施してもよい。しかしながら、上記のように隣接する式のＸＯＲ結合が得られたので、ソースデータビットの結合は図２のＢの式には直接代入できない。従って、図２のＢの最後の６つのパリティ式（すなわち、Ｄ２５からＤ３０まで）を“破壊”してしまう。
【００３７】
更に、図２のＢの式を検討すると、最後の６つの式（すなわち、Ｄ２５からＤ３０まで）に存在するパリティビットＤ２９ ＊とＤ３０ ＊とは一般にワードによって異なる。従って、隣接／連続するサンプルが結合される差分復調によって、一般にパリティ式の次のフレーム合計を介して利得が得られない。例えば、Ｄ２５とＤ２６とのＸＯＲ結合によってファクターＤ２９ ＊とＤ３０ ＊とを含む項が生じる。これらのファクターは上記のように一般にフレームごとにランダムに異なる。従って、量Ｄ２５とＤ２６とをフレームごとに合計するとあいまいな結果が生じる。
【００３８】
本発明の一実施例によれば、非隣接／不連続（すなわち少なくとも一つのビット期間空間を間に持つ）なデータサンプルの差分復調を用いて誤りが検出される。例えば、図２のＢの式を参照すると、Ｄ２４とＤ２６とは相殺するパリティビットＤ３０ ＊を含むので、Ｄ２４とＤ２６とのＸＯＲ結合によってシーケンス
【数１７】
が生じるであろう。 従って、
【数１８】
を含むサンプルデータは連続するフレーム毎に平均を取って、明確な結果を生み出してもよい。そのようにして、
【数１９】
のソースデータ項（すなわち ｄ 項）のいづれかに一つの誤りを検出してもよい。
【００３９】
同様に、残った最後のＤ項（例えばＤ２５とＤ３０）のいくつかの集合の非連続的な対（ＸＯＲ）の組み合わせを生じる差分復調を用いることで、例えばＤ２９＊またはＤ３０＊のように、変化がややランダムな数値に依拠しない誤り制御等式を得てもいい。本発明の一実施例によれば、一つの誤りを検出する為に、一般的にいって、適切なサンプルスペーシングをもちいた差分復調が、２４のソースデータビット（i.e., d1, d2, d3 … d24）のすべてを含む項を生成するために行われる。ある実施例においては、これは
【数２０】
を生ずる、非連続的な組み合わせを生ずる差分復調を行うことによって達成される。別の実施例では、その他の組み合わせおよび、または項、あるいは入れ子の組み合わせを用いることで、２４のソースデータビット（i.e., d1, d2, d3 … d24）のすべてを生成し誤り検出をおこなっている。上記したように、ある実施例では、共通信号サンプルのフレーム合計が差分復調に続く。
【００４０】
他の実施例において、誤り検出の他の方法が実行される。特に、この他の実施例において、パリティビットＤ２９*とＤ３０*の１つを含む抽出されたデータが、ビットＤ２５とＤ３０ のセットのうちの適切な１つを含むサンプルデータで乗算される。例えば、Ｄ ２９ *を含むサンプルは、Ｄ ２５ を含むサンプルで乗算され、それはＤ ２９ *を含んでおり、一方Ｄ ３０ *を含むサンプルは、Ｄ 26 を含むものと結合され、それはＤ ３０ *を含んでいる。これら２つのケースの場合、サンプルの乗算は、対応する項（terms）の排他的論理和（ＸＯＲ）になり、それによって、それぞれ等式からＤ２９*とＤ３０*を除去する。そのような誤り検出を行うために、衛星メッセージ（または、その一部）におけるそれぞれのワードの開始および、または終了の位置が決定されねばならない。一実施例において、固定データパターンを含む各サブフレームの遠隔測定ワードは、そのようなデータ境界同期（boundary synchronization）を実行するために利用可能である。
【００４１】
また、他の実施例において、例えば、フレームごとに繰り返されるデータの一部における誤り検出の方法が提供される。この方法によれば、データのフレームの２つの分離した組に関する合計と差分復調の結果は、それらが共通しているかどうかの決定のために比較される。
【００４２】
また、他の実施例において、比較的高い誤り率（rate）は、ここに記述した方法のうちの１つまたは複数を組み合わせた方法により、これらのビットの値が従来知られている８ビットパターンと同じかどうか決定するために各サブフレームの開始時に生じる８同調プリアンブルビットを推定することによって決定される。
【００４３】
本発明の１実施形態の概要：衛星ビークル信号に関係する共通の情報の結合
図４は、本発明の1つの実施形態にしたがう少なくとも1つの衛星メッセージの一部を処理する方法を示すフローチャートである。図４に示した方法400を理解するために、ＰＮ追跡、データ追跡、および周波数追跡が、Ｍフレームであると仮定した少なくとも1つのＳＶ信号の衛星信号処理間隔の少なくとも一部に対して行われる。1つの実施形態では、図４を参照して記載した方法400を、追跡可能な各衛星に対して実行した。
【００４４】
図４では、フローは参照符号402から始まり、参照符号420で終了する。参照符号404では衛星信号の少なくとも一部がエンティティによって獲得される。エンティティは移動または静止衛星ポジショニング受信機である。1実施形態では、エンティティはＧＰＳ受信機である。1つの実施形態では、エンティティにはさらに他の特徴、例えばセルラーまたは他のタイプの通信またはデータ処理の特徴を与えてもよい。
【００４５】
参照符号406では、ＰＮを除去することによって獲得した信号を逆拡散(despread)し、受信した信号のデータおよび周波数を追跡する。データおよび周波数追跡における１以上の周知の技術を使用してもよい。
【００４６】
参照符号408では信号を差分復調し、差分復調に関係するソフト決定が記憶される。上述のように、衛星メッセージ（またはその一部）の（１サンプル期間に相当する期間を遅延された）差分復調は、Ｎ番目のサンプルを一つ前の、すなわち、（Ｎ−１）番目のサンプルで乗算することを含む。ソフト決定とは、信号極性（すなわち、ハード決定）ではなく、電圧を衛星信号処理方法中のこの地点で記憶することを意味する。1実施形態では、複雑な信号表現を利用し、ソフト決定は、データの同相成分だけを保持する。
【００４７】
参照符号410では、ソフト決定のデータフレーム（1実施形態では電圧に対応する）が結合される（例えば１実施形態では合計される）。衛星メッセージが図２のＡを参照して記載したＧＰＳフォーマットである場合、合計は１５００ビット期間（すなわち３０秒／フレームを５０ボーで乗算した積）だけ間隔を空けられたワードに対応する電圧を合計することを含む。したがって図５の方法の信号処理間隔がＭフレームであることが例示するために仮定されるとき、このようにＭの間隔を空けられた電圧は、1フレームに対応する各１５００ビット期間に対して合計される。
【００４８】
参照符号412では、同相成分に対するハード決定は、ソフト決定データの結合フレームの電圧の極性に基づいて決定される。
【００４９】
参照符号414では、同期が行われる。１実施形態では同期は遠隔測定ワード、すなわち一般的に各サブフレームの最初のワードとして現れるワードによって示された８ビットの同期パターンに基いてサブフレームレベル（図２のＡ参照）で実行される。同期パターンは概ね６秒ごとに現れ、したがって既に記載したように、１５００ビットフレーム期間に５回現れる。このような同期情報を使用して、各サブフレームの“位置”、とくにデータ（例えば、フレーム）の境界を定めることができる。
【００５０】
境界を決定することによって、参照符号416において衛星データメッセージを“読み取る”ことができる。しかしながら上述の合計動作（例えば参照符号410）後でも衛星データはフォーマット
【数２１】
で結合することができる。図３を参照して既に記載したように、連続する対のモジュロ２または排他的論理和結合を行って、データをデカップルし(decouple)、ソースデータのシーケンスｄ１、ｄ２、ｄ３、…ｄ２４を得てもよい。
【００５１】
別の実施形態では、後述するように多数のＳＶメッセージ間のＴＯＷの合計は同期パターンを使用して、時間（例えば時刻）および／または他の情報を推定してもよい。
【００５２】
最後に参照符号418では、既に記載したように誤り検出が行われる。
【００５３】
1つの別の実施形態では、比較的に高いＳＮＲを検出するとき、衛星信号を処理する別の方法…これは1組のＳＶにおける差分復調および／または時間データの合計の代わりにまたは関連して使用することができる方法…を使用することができる。例えば1実施形態では、ＧＰＳ衛星メッセージ（すなわち、図３のビットＤ１ないしＤ２４）のＮ番目のワードの最初の２４ビットが、先行する（Ｎ−１）番目のワードの最後のパリティビット（すなわち、図３のビットＤ３０ ＊）にしたがって逆位相にされることにより、“決定指向(decision directed)の”復調が可能になる。本発明のこの実施形態では、パリティビットの位相が推定され、この推定を利用して、位相反転を除去する。したがって到来信号の位相は（例えば、コスタス(Costas)ループ）を使用して）コヒーレントに追跡されて、パリティビットの符号を使用してこの位相を推定することができる。ｓ３０ ＊、ｓ１、ｓ２、…ｓ２４がデータＤ３０ ＊、ｄ１、ｄ２、…ｄ２４を含む信号サンプルであるとすると、この位相を判断または推定することによって、静止衛星、例えば符号（ｓ３０ ＊）×[ｓ１…ｓ２４]またはｓ３０ ＊×[ｓ１…ｓ２４]を使用して、符号の反転を除去し、連続するデータフレームを互いに合計することができる。
【００５４】
本発明の１実施形態の概要：多数のＳＶ信号における共通情報の結合
上述のように、別の方法…すなわち、多数のＳＶからの、およびそれに関連する共通情報（例えば同じ時間のインスタンスを特定することによって、例えばその同じ時間のインスタンスに関係付けられる情報）を有する信号（またはその一部）の合計は、衛星ポジショニング信号を処理するとき、別々に、または上述のフレーム合計方法と関連して使用して、衛星ポジショニング受信機のようなエンティティの感度を向上することができる。
【００５５】
図５は、本発明の１実施形態にしたがって２以上のＳＶ信号において共通の情報に基づいて衛星ポジショニング信号を処理する方法を示すフローチャートである。図５の方法500は、既に記載したように、例えばスタンドアローンＳＰＳ受信機、統合型ＳＰＳ受信機といった、通信および／または他のデータ処理機能、などを行うことができるいくつかのタイプの衛星ポジショニングデバイスによって実行することができる。図５に示した方法500では、フローは参照符号502で始まり、参照符号522で終了している。図５の参照符号504、506、および508は、ぞれぞれ図４の参照符号404、406、および408に概ね類似している。しかしながら方法500では、少なくとも2つの衛星信号が参照符号504で獲得され、一方で図４に関して記載した方法400の参照符号404では、1つ（またはそれ以上）のＳＶ信号を獲得することができる。
【００５６】
参照符号510では、サブフレームの同期が実行／獲得される。上述のように、サブフレーム同期データは、遠隔測定ワードの同期のシーケンスおよび／または他の方法を使用して得ることができる。
【００５７】
参照符号512では各サブフレームごとに、共通のデータが２以上の衛星（ＳＶｓ）から受取った1組の衛星メッセージ（またはその一部）の各々から選択される。1実施形態では、ＴＯＷ情報を備えた１７ビットを含む信号サンプルは各連続するサブフレームから選択される。
【００５８】
参照符号514では各サブフレームごとに2以上の受信衛星信号に対する共通のソフト決定データを一緒に合計することができる。例えば5つの衛星からの信号が処理されるとき、５（または約７ｄＢ）までのＳＮＲにおける利得を獲得することができる。“視界内（in view）”のＳＶ信号数をこのような合計に使用することができることを認識すべきである。
【００５９】
参照符号516では、各サブフレームの共通のデータは、合計されたビットをハードリミットする(hardlimit)（すなわち、その極性を保持する）ことによって推定される。例えば、上述のように１７ビットのＴＯＷ情報を含む時間データを共通のデータが含む一実施形態において、ハードリミット推定の結果は１７ビットになる。
【００６０】
参照符号518では、１つのサブフレーム（および／または衛星メッセージの他の部分）からの合計されたデータは一致する値を決定するために他のサブフレームの対応するデータと比較される。例えば本発明の１実施形態を参照して記載したようにＴＯＷデータを使用するとき、および推定されたＴＯＷ値に誤りがないとき、連続するＴＯＷｓは１だけ異なる。したがって１実施形態では、種々のＴＯＷ値間の一貫性に基いてＴＯＷに対する最後の値を決定するために、１時間間隔において決定される多数の推定されたＴＯＷｓが処理される。異なる閾値は一致するデータ（例えば、ＴＯＷ）値の数またはパーセンテージに対して前もって決定されることができる。例えば1実施形態において６０％が閾値であるとき、5つのＳＶ ＴＯＷｓが処理されるときは、少なくとも３つが互いに一致しなければならない（すなわち、対応するＴＯＷワードに対して同じ時間を示す）。他方で、比較的に低い誤り率を達成するために、閾値は１００％に設定されてもよく、したがって処理されたＳＶ信号の全ては処理されたデータ、例えばＴＯＷに対して互いに一致しなければならない。
【００６１】
参照符号520では、参照符号520において決定される（一致する）値が出力または記憶される。１実施形態に関連して記載したように、この値は時間に関係付けることができ、このときＴＯＷ情報が決定され、したがって例えば、衛星ポジショニング信号を処理するエンティティ（例えば、移動／静止ＧＰＳ受信機）の位置といった他の情報を決定するために使用されることができる。
【００６２】
ハードウエアの概要
本発明は、種々の実施形態において、衛星ポジショニングシステムを処理するのに使用される多数のデバイス、とくに、衛星ポジショニング信号を処理するときに、比較的に低いＳＮＲを経験する移動受信機に使用できることが分かった。
【００６３】
図６は、本発明の１以上の実施形態による衛星ポジショニング信号処理を行うことができるＳＰＳ受信機のブロック図である。図６に示すように、受信機６００は、ＳＰＳ信号を受信するためのアンテナ６０２を有している。ＳＰＳ信号は、アンテナ６０２から、ＳＰＳ信号を増幅するための増幅器６０４に供給される。増幅器６０４は、増幅した信号をミキサ６０６に供給する。このミキサ６０６にはローカル発振器６０８によって供給される。ミキサ６０６は、ダウンコンバートされたＳＰＳ信号を生成する。この信号は、中間周波数ＲＦステージ６１０によって処理され、相関器システム６１２に供給される。相関器システム６１２は、ＳＰＳナビゲーションコンピュータ６１４に結合されている。ＳＰＳナビゲーションコンピュータ６１４は、相関器システム６１２と、ことによると、ローカル発振器６０８の動作を制御する。それによりＳＰＳ信号は収集され、追跡され、衛星天体暦データ等の情報がＳＰＳ信号から読み取られる。このような情報は、受信機６００の位置、参照時間（例えば、ＧＰＳ時間）等を含む様々なナビゲーション情報を含み、および、または決定するために使われてもよい。受信機６００は、１以上のメッセージの２以上の部分の間で共通情報を結合し、時間や位置等の部分の中のナビゲーション情報を決定するために、本発明に従って使われる。このようにナビゲーションコンピュータ６１４は、上述した１以上の処理技術を実現するために、多くの機能的ユニットを有してもよい。例えば、ある実施形態では、ナビゲーションコンピュータ６１４は、衛星信号サンプルを例えば差分又はコヒーレントに復調するための復調ユニット、このようなサンプルを合計するための合計ユニットを有している。ナビゲーションコンピュータ６１４およびその中の機能ユニットは排他的に配線されてもよいし、あるいは、配線回路とマシンインプリメンテーションインストラクション（例えば、マイクロコード、機械語）との組み合わせを利用してもよい。ある実施形態では、１以上の信号／データ処理機能ユニットは、プロセッサ（例えば、汎用ディジタル処理集積回路）により実施されるかもしれない。このようなプロセッサは、本発明による衛星信号処理を行うためのデータ及び／又はルーチンを記憶することのできるメモリに接続されてもよい。
【００６４】
図７は、本発明のある実施形態によるＳＰＳ信号処理に利用される集積ＳＰＳ受信機／通信機のブロック図である。図７に示す集積移動ＳＰＳ受信機と通信システム７００は、１９９７年９月２日に発行され、“GPS Receiver and Method for Processing GPS Signals ”という名称の米国特許５，６６３，７３４に記述されているように、受信機が非常に高い感度を有するように、記憶されたＧＰＳ信号に対して特定の方式のディジタル信号処理を実行する。この米国特許はここにおいて参考文献とされている。。米国特許５，６６３，７３４の信号処理動作は、典型的には高速フーリエ変換（ＦＦＴｓ）を使って複数の中間コンボリューションを計算し、これら中間コンボリューションをディジタルメモリに記憶し、これらの中間コンボリューションを使ってナビゲーション情報を提供する（例えば、少なくとも１つの擬似レンジ）。更にシステム７００は、ナビゲーション情報を決定するために１以上の衛星信号の共通部分を結合するための上述した技術の１つまたは組み合わせを実行してもよい。さらに、システム７００は、システム７００と他のエンティティとの間の通信を行うことができる回路を有する。
【００６５】
図７に示すように、システム７００は、ＳＰＳアンテナ７０２と通信アンテナ７１４との２つのアンテナを有する。ＳＰＳアンテナ７０２は、フィルタ７０４に、１以上のＳＰＳ信号を供給する。フィルタ７０４は、受信ＳＰＳ信号をろ波し、信号を非常に低い（又はゼロＩＦの）キャリヤ周波数に周波数変換するＲＦ／ベースバンド変換器７０５にそれを供給する。このＲＦ／ベースバンド変換器７０５は、この信号をアナログディジタル（Ａ／Ｄ）変換器７０６に供給する。Ａ／Ｄ変換器７０６は、受信したＳＰＳ信号をディジタルの状態でプロセッサ７０８に供給する。プロセッサ７０８は、汎用プログラマブルディジタル信号処理（ＤＳＰ）集積回路（ＩＣ）、汎用プロセッサまたはマイクロコントローラ、または専用データ処理回路により実現されてもよい。通常、プロセッサ７０８は、メモリ７１０と連携して動作し、１以上の上述した技術に従ってＳＰＳ信号を処理する。プロセッサ７０８により、例えば、１以上の信号の一部が差分復調され、結合され、それによりナビゲーション情報が決定される。このようなナビゲーション情報は、メモリ７１０に記憶され、入出力（Ｉ／Ｏ）ユニット７１２に供給され、及び／又は、通信サブシステム７１６と通信アンテナ７１４を経由して他のエンティティに送信されることができ、それは、例えば、セルラー及び／又は衛星通信ネットワークを介してディジタル及び／又はアナログ通信を行うことができる。ある実施形態では、システム７００は、上述した方法の１つまたは組み合わせに従うＧＰＳ信号を処理する移動ユニットである。
【００６６】
図８は、本発明のある実施形態によるシステムを示している。そのシステムは、ＳＰＳ受信機、セルラー電話サイト、基地局、インターネット、クライアントコンピュータシステムを有する。図８に示すシステム８００は、一実施形態においては、次のように動作する。クライアントコンピュータシステム８１２は、インターネット８１０のようなネットワークを通してメッセージを基地局８０８に送信する。例えば、メッセージは、アシスタントを要求するものである。ネットワーク又はインターネット８１０内には、特定の移動ＳＰＳ受信機の位置の要求を転送するルータ又はコンピュータシステムが介在することもある。基地局８０８は、セルラー電話サイト８０４に有線電話リンク８０６等のリンクを介してメッセージを送信する。このセルラー電話サイト８０４は、結合された移動ＳＰＳ受信機及び通信システム８１６にアンテナ８０２を使いてコマンドを送信する。それに応答して、システム８１６は、擬似レンジ、擬似レンジに関連する時間、緯度経度、及び／又は他の情報のような情報を返送する。このような情報は、セルラー電話サイト８０４で受信され、リンク８０６を介して基地局に返信される。
【００６７】
基地局は、ＳＰＳ受信機の時間及び／又は位置のようなナビゲーション情報を決定及び、又は改良し、このナビゲーション情報をＳＰＳ受信機に返送し及び、又はそれ自身マッピングソフトウェアを装備してもよいクライアントコンピュータシステム８１２に、インターネット８１０のようなネットワークを介して伝達し、このシステムのユーザは移動ＳＰＳシステム８１６の正確な位置を地図上で確認することができる。
【００６８】
変形例
上述した衛星メッセージを部分的に合成する技術は、他のタイプのＳＰＳ受信アーキテクチャにも適用可能である。例えば、これらの技術は、１９９７年２月１１日に出願された米国出願６０／０３７，９０４、１９９７年６月２５日に出願された米国出願６０／０５０，６４７、１９９８年２月１１日に出願された米国出願０９／０２１，８５４に記述されたようなアーキテクチャを備えるＳＰＳ受信機に適用可能である。
【００６９】
本発明はいくつかの実施形態により説明されているが、上述した実施形態に限定されるものではないことを当業者は認識するであろう。したがって、本発明の方法および装置は、添付された請求項の技術的範囲を逸脱することなく種々変形して実施することが可能であることを認識すべきである。それ故、その説明は本発明を制限するものではなく、例示とみなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に従う衛星ポジショニング情報の処理方法を示すフロー図である。
【図２】 Ａは、（標準ポジショニングサービス）ＧＰＳシステム衛星メッセージの構造を示す。
Ｂは、衛星によって送信するためにソースデータ（例えば、天体暦）を符号化するために一般に使用されるＧＰＳ符号化式を示す。
【図３】 本発明の一実施の形態に従う衛星メッセージ（或いはその部分）を異分復調することに関連するＸＯＲ演算を示すデータフロー図である。
【図４】 本発明の一実施の形態に従う、少なくとも一つの衛星メッセージの部分を処理するための方法を示すフロー図である。
【図５】 本発明の一実施の形態に従う、二つ又はそれより多くのＳＶ信号にまたがる共通情報に基づいて衛星ポジショニング信号を処理するための方法を示すフロー図である。
【図６】 本発明の一つ又はそれより多くの実施の形態に従う衛星ポジショニング信号処理を行うＳＰＳ受信機のブロック図である。
【図７】 本発明の一実施の形態に従う、ＳＰＳ信号を処理するために使用出来る集積ＳＰＳ受信機／通信機のブロック図である。
【図８】 ＳＰＳ受信機、セルラー電話サイト、基地局、インターネット、及びクライアントコンピュータシステムを含む、本発明の一実施の形態に従うシステムを示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）から受信した信号を利用してナビゲーション情報（例えば、位置、時間、距離、速度等）を決定するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ（グローバルポジショニング衛星）システムのようなＳＰＳ受信機は、通常、ＧＰＳ（或いはＮＡＶＳＴＡＲ）衛星のような複数の衛星から同時に送信された信号の相対的着信時間を計算することによってそれらの受信機の位置を決定する。これらの衛星は、それらの衛星データメッセージの一部として、衛星ポジショニングデータ並びにクロックタイミング、所謂「天体暦(ephemeris)」データを送信する。更に、それらの衛星は、受信者が明瞭にローカルタイムを決定出来るようにするタイム・オブ・ウィーク（ＴＯＷ）情報を送信する。（Ｃ／Ａモードにおける）各受信されたＧＰＳ信号は、一般には「チップス」と呼ばれる、１０２３個の記号の高速（１０２３ＭＨｚ）の繰り返し擬似ランダム（ＰＮ）パターンから構成される。更に、この「拡散シーケンス」パターンに５０Ｈｚ（またはボー）レートの低速データが付される。このデータは、上述のＴＯＷ情報源である。
典型的に、ＳＰＳ受信機は１以上の“擬似レンジ(pseudorange)”測定値を計算し、その各々は受信機と衛星ビークル（ＳＶ）との間のレンジを表す。“擬似レンジ”という用語は一般に、たとえば、ＳＰＳ受信機のクロックにより示される時間と、衛星のさらに正確な原子時計の参照時間に関連する参照時間との間の誤りを含む、１以上のファクターによる誤りがそのレンジ測定値に含まれている可能性があることを示すために使用される。したがって、ＳＰＳ受信機は典型的にその擬似レンジを、衛星信号中に与えられるタイミングおよび天体暦データと共に使用して、位置、時間および、またはレンジのような、さらに正確なナビゲーションデータセットを決定する。
ＳＰＳ受信機の位置のような、ナビゲーション情報の計算を完了するために、一般に複数のＳＰＳ受信機は５０ボーのデータを処理しなければならない。５０ボーのデータを処理するために、ＳＰＳ受信機により受信される衛星信号レベルは十分に強くなければならない。したがって、受信される信号レベルおよび、または信号対雑音比（ＳＮＲ）が低すぎる場合、通常の複数のＳＰＳ受信機はそれらの位置および、または時間のようなナビゲーション情報を完全には決定出来ない可能性がある。残念ながら、衛星信号の妨害がある等の、いくつかの状況においては、ＧＰＳ衛星から受信される信号レベルは低すぎるために、誤りを生じることなく衛星データ信号を復調して読み取ることができない。このような状況は、パーソナル・トラッキング(personal tracking)および、または他の移動適用において生じる可能性がある。
本発明は、雑音および、または他のファクターが信号強度、ＳＮＲ等を低下させる可能性のある移動および、または他の環境において、衛星メッセージの処理と時間や位置のようなナビゲーション情報の決定とをさらに良好に可能にするために、移動衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）受信機のような、エンティティ(entity)の感度を改良する信号処理方法および装置を提供する。
【０００３】
衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）信号を処理するための方法及び装置が提供される。一実施の形態において、ＳＰＳ受信機は、少なくとも部分的に、共通情報を表す少なくとも二つの信号サンプルを受信し、この二つの信号サンプルは、一つ又はそれより多くの衛星メッセージと関連する。この二つの信号サンプルを結合することによって、これらのサンプルに含まれるナビゲーション情報（例えば、時間、位置、速度等）が、これら二つの信号サンプルの組み合わせに基づいて決定され得る。他の実施の形態によれば、二つの信号サンプルは、差分復調され、且つ組合せを形成するように共に合計される。
【０００４】
【発明の実施の形態】
衛星ポジショニングシステムとの使用のために衛星メッセージを処理するための種々の方法と装置が以下で説明される。本発明の議論の幾つかは、米国のグローバルポジショニング衛星（ＧＰＳ）システムに焦点を当てている。しかしながら、これらの方法は、ロシアのグロナスシステムのような、類似の衛星ポジショニングシステムに等しく適用出来ることは明瞭である。更に、本発明の教示は、擬似衛星や、人工衛星と擬似衛星との組合せを利用するポジショニングシステムに等しく適用出来ることが理解される。また、ここで述べられる基地局と移動ＳＰＳ受信機のための種々のアーキテクチャーは、本発明の制限として解釈されるべきでなく、むしろ図示目的で提供されている。従って、本発明は、多くの衛星ポジショニングシステムにおいてその使用法が見つけられると共に多くの異なるデバイス及び／又はアルゴリズムアーキテクチャーにおいて実施され得ることが理解されるべきである。
【０００５】
本発明の概説
本発明の一態様に従って、衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）受信機の感度を改良する方法及び装置が提供される。一実施の形態に従って、本発明は、衛星ビークル（ＳＶ）信号内で共通の情報を結合すること（以降、「イントラ−ＳＶ」信号処理と呼ばれる）によってこのような改良された感度を提供する。本発明の他の実施の形態に従って、二つ又はそれより多くのＳＶ信号間の共通データが結合される（以降、「インター−ＳＶ」信号処理と呼ばれる）。更に他の実施の形態において、イントラ−ＳＶ及びインター−ＳＶ信号処理の組合せが実行される。このような共通の情報は、一つ又はそれより多くの衛星ビークル（ＳＶ）のメッセージの部分及び／又はこの衛星メッセージ（単数又は複数）と関連する信号（単数又は複数）の一つ又はそれより多くの特徴として送信されるデータであり得る。「共通」情報は、一般的には一つ又はそれより多くのＳＶからのメッセージの二つの部分で同一である情報である事が理解される。
【０００６】
幾つかのタイプのＳＰＳ受信機が本発明を具体化出来ることが理解されるべきである。例えば、一実施の形態において、ＳＰＳ受信機は移動ユニットであってもよい。別の実施形態においては、ＳＰＳ受信機は、通信サブシステムのような他の回路と一体化されて基地局のような他のエンティティと通信できる。このような実施の形態において、基地局は、それ自体のＳＰＳ受信機を含んでも良く、且つ単独で及び／又は移動式であってもよい他のＳＰＳ受信機と共にここで述べられる信号処理方法の幾つかを実行出来る。一実施の形態における通信サブシステムは、ＳＰＳ受信機と他のエンティティとの間のアナログ及び／又はデジタルセルラー通信を行うように構成され得る。本発明は、種々の環境下で利用され得るが、本発明によって提供され得る感度利得は、特に移動及び／又は他の環境において有用であり、その場合、ＳＮＲは、従来のＳＰＳ受信機には低すぎるため衛星信号の適切な処理を行うことができない可能性がある。
【０００７】
本発明の一実施の形態の概略
図１は、本発明の一実施の形態に従う、イントラ−ＳＶ及び／又はインター−ＳＶ信号処理を実行するための方法を示すフロー図である。図１の方法は、例えば、信号／雑音比（ＳＮＲ）が比較的低い場合における衛星ポジショニング受信機の感度向上を提供する。図１に示す方法１００において、フローは、１０２で開始し、１１２で終る。１０４で、一実施の形態において移動ＳＰＳ受信機を有するエンティティは、衛星ポジショニングシステムと関連する一セットの一つ又はそれより多くの信号を受信し、その場合、そのセットの一つ又はそれより多くの信号の各々は、図２のＡに示されるＧＰＳメッセージ２１２のような、衛星ビークルの送信メッセージの少なくとも一部分を表す。
【０００８】
１０６で、そのセットの一つ又はそれより多くの衛星信号は、事前処理される。ＧＰＳ信号がエンティティによって処理される一実施の形態において、この事前処理は、受信信号（単数又は複数）から擬似ランダム雑音（ＰＮ）を除去して（即ち、受信されたセットの一つ又はそれより多くの信号を「逆拡散すること(despreading)」）比較的狭帯域のデータ信号を得ることを含む。次に、この狭帯域のデータ信号は、そのセットの一つ又はそれより多くの受信信号の各々毎に復調される。一実施の形態において、そのセットの信号の各々毎の狭帯域のデータは、事前処理の一部として差分復調される。以下で詳細に述べられるように、差分復調は、衛星メッセージデータストリームのデータサンプル（例えば、ビット）を前の或いは遅延されたデータサンプル（或いは、受信された衛星信号のフォーマットに依存して、遅延されたデータサンプルの複素共役）と乗算することを含む。そのように、差分復調は、受信された衛星信号から一定の或いは比較的ゆっくりと変化するキャリヤ相を除去し得る。このような相を除去することによって、差分復調は、比較的高精度で衛星信号のキャリヤ相を追跡する必要性を減少する。これは、受信機キャリヤにかなりの相雑音があり得る場合の移動や他の動作環境において特に有益である。差分復調については、図３を参照して以下で更に詳細に説明される。
【０００９】
１０８で、一つのＳＶ信号（或いはその信号の部分）の少なくとも二つの部分及び／又は二つ又はそれより多くのＳＶ信号の間の少なくとも二つの部分に対する共通情報が結合される。例えば、一実施の形態において、一つのＳＶに関連する信号だけが考察される、例えば、イントラ−ＳＶ信号処理が実行される場合、後述されるように、復調された信号の互いに素な(disjoint)部分が互いに結合され得る（例えば、合計によって）。例えば、このような共通部分は、図２のＡに示されるメッセージ２１２のような、衛星メッセージに含まれるフレーム（或いは、その部分）で有り得る。このような部分が共通データ（例えば、信号の周期性に起因して）を表す場合、共通データの組合せは、本発明の一態様に従って、信号／雑音比（ＳＮＲ）の改良を提供する。一実施の形態において、共通のデータは、一般的にＧＰＳシステムにおいて３０秒毎に繰り返される衛星天体暦データを含み得る。他の実施の形態において、衛星の信号の他の共通部分が、決定されて結合されてもよい。
【００１０】
更に、本発明の他の実施の形態によれば、二つ又はそれより多くのＳＶ信号の二つ又はそれより多くの共通部分が結合され得る（即ち、インター−ＳＶ信号処理）。二つ又はそれより多くの共通部分は、例えば、時間の特定のインスタンスと関連するデータを含み得る。そのように、このデータは、任意の数の衛星ビークルメッセージに亘って共通で有り得る。一実施の形態において、共通のデータは、タイム・オブ・ウィーク（ＴＯＷ）、アルマナック(Almanac)、及び／又は一セットの衛星メッセージ間の他の共通の情報を表し得る。また、これらの共通のデータを多数の衛星信号に渡って結合する事によって、一実施の形態において、本発明は、この共通データに関連する信号対雑音比を一層改良することが出来る。例えば、７つの衛星によって送信されたデータの合計によって、８．４５ｄＢまでの感度利得を達成し得る。
【００１１】
一実施の形態において、共通データは、ＧＰＳ衛星メッセージで提供されるタイム・オブ・ウィーク（ＴＯＷ）情報を含む。このように、ＴＯＷは、約各サブフレーム（即ち、図２のＡに示されるように、６秒毎）で提供されるので、本発明の一実施の形態において、ＴＯＷ値は、上述のように多くの衛星ビークルの各々によって提供されるＴＯＷデータを合計することによって推定され、次に、「隣接する」（例えば、ｎとｎ＋１時で）ＴＯＷデータは、一貫性がチェックされる。これは、図５と共に本発明の一実施の形態を参照してより詳細に以下に説明される。
【００１２】
１１０において、一つのＳＶ信号の共通の部分及び／又は二つ又はそれより多くのＳＶ信号間の共通の部分を結合する事の効果（単数又は複数）に基づいて、エンティティはナビゲーション情報を決定する。このナビゲーション情報は、時間、エンティティの位置、速度、衛星までのレンジ、基地局までのレンジ、及び／又は他の情報の一つ又は組合せを含み得る。
【００１３】
イントラ−ＳＶ及びインター−ＳＶ処理は、上述のように、別々に或いは組合せて実行され得ることが強調されるべきである。このように、一実施の形態において、イントラ−ＳＶ信号処理のみがＳＶデータメッセージの少なくとも一部分と関連する一つのＳＶ信号に含まれる複数の共通部分を結合することによって実行される。他の実施の形態において、インター−ＳＶ処理のみが、各々がＳＶデータメッセージの少なくとも一部分と関連する、二つ又はそれより多くのＳＶ信号間の共通部分を結合することによって実行される。更に他の実施の形態において、イントラ−ＳＶ及びインター−ＳＶ処理の組合せが実行される。また他の実施の形態において、イントラ−ＳＶ又はインター−ＳＶ信号処理を使用するか及び／又はイントラ−ＳＶ及びインター−ＳＶ信号処理から得られた結果を導出するかの幾つかの条件（例えば、見えている衛星の数、ＳＮＲ等）に基づいて選択が行われる。
【００１４】
標準GPS衛星信号フォーマットの概要
本願発明を理解しやすいものにするため、典型的なGPS方式での衛星メッセージのフォーマットについて以下に述べる。図２のAは（標準ポジショニングサービスの）GPS方式衛星メッセージの構成を示している。この図２のAに描かれているのは、長さ12.5分、25フレームを含む衛星メッセージ212であり、フレーム214など25の各フレームは長さが12.5分の1/25、すなわち30秒で、５つのサブフレームより成る。さらに、サブフレーム216などの５つの各サブフレームは、長さが30秒の1/5、すなわち6秒で、10ワードより成る。そして、ワード218などの10の各ワードは、6秒の1/10、すなわち0.6秒で、30ビットより成る。
【００１５】
この30秒フレームの最初の３つのサブフレームの情報の大部分は、１つの送信衛星（すなわちメッセージを送信する衛星ビークル）の位置情報に関連するものである。30秒フレームの残りの２つのサブフレームには、他の情報に交じってアルマナックデータと呼ばれる、GPS衛星の全配置のための大まかな衛星位置情報を提供するデータが含まれている。基本的に最初の３つのサブフレームのデータは、連続するフレームにおいて（すなわち30秒毎に）繰り返されるものであるが、全アルマナックデータを送信するには標準で12.5分かかるので、最後の２つのサブフレームのデータはフレーム間で異なっている。TOWワードだけは例外であり、これはサブフレーム毎（6秒毎）に１カウントずつ増えていく。
【００１６】
一般に、GPS信号は、データが２進移相変調（BPSK）により送信される50ボーでのデータ信号とされている。各データのボーは別の高速２進拡散シーケンス中の20の繰り返しフレームにより乗算される。この拡散シーケンスの各フレームは長さが1023の２進記号（+1、-1等）で、記号（チップ）レート毎秒1.023メガ記号（Msps）である。
【００１７】
一般に、GPS受信機は高速拡散シーケンスと同期しており、受信した衛星信号からこの拡散シーケンスを除去する。拡散シーケンスの除去により衛星信号は比較的狭い50ボーのデータシーケンスとなるが、それは復調されなければならない。これ以降では、この拡散シーケンスはすでに除去されたものと仮定する。
【００１８】
衛星メッセージの送信されたデータシーケンスの少なくとも一部は、メッセージに表されたソース情報（天体暦、時刻等）に共通ではないことを認識すべきである。送信されたデータシーケンスはむしろ、ソースデータ・情報の符号化されたソースデータ・情報を表す（以下、「送信データ・ビット」は符号化された「ソースデータ・ビット」の意味とする）。標準では、誤り検出(パリティチェック等)が可能なハミング式コードが用いられている。この目的のため、GPS衛星メッセージの送信された30ビットの各ワードは、24のデータビットと６つのパリティビットを含む。これにより、3ビット以下であれば誤りが検出できる。しかし、１つ前の（N-1番目）ワードの最後の送信ビット（すなわちパリティビット30）は、現在のワードであるN番目のワードの24の情報ビットと排他的論理和演算にかけられているので、符号化方法は実際には全送信ビットに影響する。
【００１９】
サブフレームのデータビット293、294は、このサブフレームの最後の２つのパリティビット（ビット299、300）が双方とも０になるように選択されている。従って、これらのビットは次のワードにはなんら影響を与えない。０でなければ影響を与えてしまうことになる。よって、サブフレームの最初のワードは、その前のサブフレームの最後のワードとはつながりがない。
【００２０】
図２のＢはソースデータ（例えば天体暦）を符号化するのに、一般に用いられるＧＰＳ符号化式をあらわす。図２のＢにおいて、データビットｄ 1 、ｄ 2 、... ｄ 24 はソースデータをあらわし、Ｄ 1 ，Ｄ 2 ，...Ｄ 30 はＳＶによって送信された現行の（あるいはＮ番目の）ワードの送信（又は符号化）されたビットをあらわす。ビットＤ 25 ...Ｄ 30 は計算されたパリティビットをあらわす。記号”＊”はＳＶによって送られた一つ前の、（Ｎ−１）番目のワードのビットを確認するために使われる。記号
【数１】
【００２１】
大部分の場合、ｄ量はフレームからフレームへ繰り返される（変化しない）。しかしながら、図２のＢに表わすように、Ｄ量は一つ前のワードの最後の送信されたパリティビットと相当するｄ量の排他的論理和から作られるので、Ｄ量はフレーム間で繰り返されない場合もある。実際、最後のパリティビット（Ｄ 30 ）は通常、ワードどうし、フレーム同士で異なる。これは、所与のＤ 30 はそのＤ 29 ＊への依存性によりサブフレームのすべてのデータに依存するからである。このように所与のワードの送信されたデータシーケンスＤ 1 ，Ｄ 2 ...Ｄ 24 は、通常あるフレームから次のフレームへ繰り返されないが、一つ前のワードの最後のパリティビット（Ｄ 30 ＊）によっては、幾分ランダムに反転することもある。しかしながら、固定された同期データを含み、かつＤ 30 ＊がゼロである、サブフレームの第一ワードのような、このデータが繰り返される場合がある。
【００２２】
発明の一面の概要
差分復調
上記の通り、所与のワードの送信されたデータシーケンスＤ 1 ，Ｄ 2 ...Ｄ 24 は、通常あるフレームから次のフレームへ繰り返されない。しかしながら、本発明の一面によると、実際の移動、非移動ＧＰＳ受信機のようなエンティティの感度は、ＧＰＳ衛星メッセージ（すくなくともその一部）のなかでの繰り返しを見つけることによって改善される。本発明の一実施例では、ある衛星メッセージ（あるいはその一部）と関連付けられた衛星信号から抽出されたデータは差分復調に続いてひとつのフレームから次のフレームへと合計される。差分復調の一面によれば、所与のデータサンプルはゆっくりと変化していくシグナルフェイズの影響を除去するために一つ前のデータサンプルと掛け合わされる。その結果、基礎情報ビットは論理的に、排他的論理和（ＸＯＲ）演算によって結合される。
【００２３】
差分復調や共通データの合計は、正確な数ビットによって量子化されたサンプルデータに対して行われることが理解されるべきである。いくつかの実例において、信号の忠実度(fidelity)を保つにはこの正確さを保持するのがのぞましい。なぜならこういった信号は通常、目的の情報に加えて、雑音やその他歪みを含んでいるからである。
【００２４】
以後多レベル量子化処理データを”ソフト決定”（soft decisions）と呼ぶ。ソフト決定データの情報ビットの値（例えば、論理”１”又は”０”）について、あるものに続く（最後の場合もある）決定が為される場合、そのような決定は、以降、”ハード決定”(hard decision)データと呼ばれる。
【００２５】
図３はデータのフロー図であり、本発明の一実施例において、衛星メッセージ（又はその一部）と関係付けられた信号を差分復調することによる論理演算を表わす。図３において、一つ前の、つまり（Ｎ−１）番目のワード３２０の送信データビットは現行の、つまりＮ番目のワード３２２の送信データビットと結合される。特に、図３に示す方法によると、（Ｎ−１）番目のワード３２０の最後のパリティビットはＮ番目のワード３２２の最初の送信データビットと、排他的論理和演算によって結合されて、
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【数６】
【００２６】
前述の処理を継続して、シーケンス
【数７】
【数８】
【数９】
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【数１３】
【数１４】
【００２７】
以下、この発明の一実施例で使用している差分復調（differential demodulation）を数学的に説明する。送信衛星信号のサンプル（またはその一部分）は次のように表される。
【００２８】
s(n) = D(n) × exp(jθ n ), n=0,1,2,…
ここで、θは未知であるが、比較的ゆっくりと変化する位相角であり（サンプルレートはデータレートに恐らく等しい）、D(n)は振幅が＋Ａまたは−Ａの衛星データメッセージ記号である（Ａは信号の強さに依存する定数である）。極性はそれぞれ論理的０または１を示す。（一実施例では、キャリヤに関するデータの同期や周波数の追跡は比較的正確であるが、位相の追跡は比較的不正確である。）量s(n)にはランダム雑音や干渉が一般に付加されるが、発明の理解にはこれらの付加に関する説明は不要である。
【００２９】
前述のように、差分復調は現在のデータサンプルを（例えば、乗算などで）以前の（または遅延した）データサンプル（またはその複素共役）と結合することと考えることができる。したがって、
【数１５】
【数１６】
【００３０】
所定フレームに対応するr(n)の値に後続フレームの値を加えると、先の等式のr(n)の実数部の完全に正確な数値が一般に維持される。この「完全に正確な」データは、まだ０と１の論理的な値にマッピングされていないので、しばしば「ソフト決定（soft decision）」データと呼ばれる。幾つかのフレームに対してこのような合計を行う際には、同相の項の符号が維持される。同相の項の符号はしばしば「ハード決定（hard decision）」値と呼ばれる。前述のようにデータを結合することは、この場合にはフレームの合計に相当するのであるが、データがフレーム毎に共通（例えば、少なくとも一部が同様に繰り返されるの）であれば、復調されたデータr(n)の信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善することができる。
【００３１】
別の実施例では、合計の前にr(n)値に対してハード決定が実行される（例えば、r(n)を＋１または−１に丸める）。しかしながら、その結果、ＳＰＳ受信機の感度が２ｄＢ程度悪くなる可能性がある。
【００３２】
一実施例では、衛星データメッセージのＳＮＲが一定でなく、所定の（または適応）閾値を越える程度の変動がある場合には、重み付けファクターがＳＮＲの平方根に比例するソフト決定データの重み付けされた合計が用いられる。したがって、例えば、雑音レベルが一定であり、データのフレームがエンティティにより受信されるのであれば、第一フレームが第二フレームよりも６ｄＢだけ強くなり、第一フレームのサンプルは第二フレームのサンプルの二倍と合計することができる。重み付けされた合計の符号はハード決定データになる。このようなアプローチにより、衛星信号の処理に関連する誤りの可能性が減少するだけでなく、最小化することさえできる。
【００３３】
雑音レベルを決定するためのいくつかの技術があることを評価すべきである。例えば、一実施例においては（受信）信号の振幅のジッターを観察することによって雑音レベルが推定される。他の実施例においては、他の周知の雑音検出／測定技術を用いても良い。
【００３４】
ＳＮ比が比較的小さい時に上記の差分復調が衛星ポジショニング受信機の感度を向上するのに特に役立つので、信号位相を比較的正確に追跡することは不可能で非現実的であることに注目すべきである。しかしながら、ＳＮ比が比較的大きい時はコヒーレント合計のような他の技術から比較的良い結果が生まれるだろう。例えば、パリティビットＤ ３０ ＊ の値が推定されれば、その値を次のサブフレームのデータの極性を逆にするために用いても良い。結果として、コヒーレント合計が結果のデータとその次のフレームの対応するデータとの間で行われる。
【００３５】
従って、一実施例においては衛星ポジショニング受信機が比較的大きいＳＮ比状態に一般的に都合がいい他の技術（例えば、コヒーレント変調）だけでなく、比較的小さいＳＮ比状態に一般により良く適合する差分復調を利用している。一実施例では、受信機によって計算されるようなＳＮ比に応じて、適切な信号処理技術が選択されて衛星信号を処理する。他の実施例では差分復調と少なくとも一つの他の技術の両方が実施され、所定の基準もしくは一組の基準（例えば、ＳＮ比や相対誤り）に基づいて、これらの技術の内の一つの技術の結果が選択される。
【００３６】
発明の一側面の概要
差分復調に基づく誤り検出
上記のようにソースデータビットｄ１、ｄ２、ｄ３ ．．．ｄ２４が差分復調とフレーム合計とによって決定されてもよい。いったんソースデータビットが決定されると、パリティチェックを行って誤りを検出することが望ましい。例えば、パリティチェックはソースデータビットの一次結合を形成して、この結合が一般にゼロに等しいかどうかを決定することによって実施してもよい。しかしながら、上記のように隣接する式のＸＯＲ結合が得られたので、ソースデータビットの結合は図２のＢの式には直接代入できない。従って、図２のＢの最後の６つのパリティ式（すなわち、Ｄ２５からＤ３０まで）を“破壊”してしまう。
【００３７】
更に、図２のＢの式を検討すると、最後の６つの式（すなわち、Ｄ２５からＤ３０まで）に存在するパリティビットＤ２９ ＊とＤ３０ ＊とは一般にワードによって異なる。従って、隣接／連続するサンプルが結合される差分復調によって、一般にパリティ式の次のフレーム合計を介して利得が得られない。例えば、Ｄ２５とＤ２６とのＸＯＲ結合によってファクターＤ２９ ＊とＤ３０ ＊とを含む項が生じる。これらのファクターは上記のように一般にフレームごとにランダムに異なる。従って、量Ｄ２５とＤ２６とをフレームごとに合計するとあいまいな結果が生じる。
【００３８】
本発明の一実施例によれば、非隣接／不連続（すなわち少なくとも一つのビット期間空間を間に持つ）なデータサンプルの差分復調を用いて誤りが検出される。例えば、図２のＢの式を参照すると、Ｄ２４とＤ２６とは相殺するパリティビットＤ３０ ＊を含むので、Ｄ２４とＤ２６とのＸＯＲ結合によってシーケンス
【数１７】
【数１８】
【数１９】
【００３９】
同様に、残った最後のＤ項（例えばＤ２５とＤ３０）のいくつかの集合の非連続的な対（ＸＯＲ）の組み合わせを生じる差分復調を用いることで、例えばＤ２９＊またはＤ３０＊のように、変化がややランダムな数値に依拠しない誤り制御等式を得てもいい。本発明の一実施例によれば、一つの誤りを検出する為に、一般的にいって、適切なサンプルスペーシングをもちいた差分復調が、２４のソースデータビット（i.e., d1, d2, d3 … d24）のすべてを含む項を生成するために行われる。ある実施例においては、これは
【数２０】
【００４０】
他の実施例において、誤り検出の他の方法が実行される。特に、この他の実施例において、パリティビットＤ２９*とＤ３０*の１つを含む抽出されたデータが、ビットＤ２５とＤ３０ のセットのうちの適切な１つを含むサンプルデータで乗算される。例えば、Ｄ ２９ *を含むサンプルは、Ｄ ２５ を含むサンプルで乗算され、それはＤ ２９ *を含んでおり、一方Ｄ ３０ *を含むサンプルは、Ｄ 26 を含むものと結合され、それはＤ ３０ *を含んでいる。これら２つのケースの場合、サンプルの乗算は、対応する項（terms）の排他的論理和（ＸＯＲ）になり、それによって、それぞれ等式からＤ２９*とＤ３０*を除去する。そのような誤り検出を行うために、衛星メッセージ（または、その一部）におけるそれぞれのワードの開始および、または終了の位置が決定されねばならない。一実施例において、固定データパターンを含む各サブフレームの遠隔測定ワードは、そのようなデータ境界同期（boundary synchronization）を実行するために利用可能である。
【００４１】
また、他の実施例において、例えば、フレームごとに繰り返されるデータの一部における誤り検出の方法が提供される。この方法によれば、データのフレームの２つの分離した組に関する合計と差分復調の結果は、それらが共通しているかどうかの決定のために比較される。
【００４２】
また、他の実施例において、比較的高い誤り率（rate）は、ここに記述した方法のうちの１つまたは複数を組み合わせた方法により、これらのビットの値が従来知られている８ビットパターンと同じかどうか決定するために各サブフレームの開始時に生じる８同調プリアンブルビットを推定することによって決定される。
【００４３】
本発明の１実施形態の概要：衛星ビークル信号に関係する共通の情報の結合
図４は、本発明の1つの実施形態にしたがう少なくとも1つの衛星メッセージの一部を処理する方法を示すフローチャートである。図４に示した方法400を理解するために、ＰＮ追跡、データ追跡、および周波数追跡が、Ｍフレームであると仮定した少なくとも1つのＳＶ信号の衛星信号処理間隔の少なくとも一部に対して行われる。1つの実施形態では、図４を参照して記載した方法400を、追跡可能な各衛星に対して実行した。
【００４４】
図４では、フローは参照符号402から始まり、参照符号420で終了する。参照符号404では衛星信号の少なくとも一部がエンティティによって獲得される。エンティティは移動または静止衛星ポジショニング受信機である。1実施形態では、エンティティはＧＰＳ受信機である。1つの実施形態では、エンティティにはさらに他の特徴、例えばセルラーまたは他のタイプの通信またはデータ処理の特徴を与えてもよい。
【００４５】
参照符号406では、ＰＮを除去することによって獲得した信号を逆拡散(despread)し、受信した信号のデータおよび周波数を追跡する。データおよび周波数追跡における１以上の周知の技術を使用してもよい。
【００４６】
参照符号408では信号を差分復調し、差分復調に関係するソフト決定が記憶される。上述のように、衛星メッセージ（またはその一部）の（１サンプル期間に相当する期間を遅延された）差分復調は、Ｎ番目のサンプルを一つ前の、すなわち、（Ｎ−１）番目のサンプルで乗算することを含む。ソフト決定とは、信号極性（すなわち、ハード決定）ではなく、電圧を衛星信号処理方法中のこの地点で記憶することを意味する。1実施形態では、複雑な信号表現を利用し、ソフト決定は、データの同相成分だけを保持する。
【００４７】
参照符号410では、ソフト決定のデータフレーム（1実施形態では電圧に対応する）が結合される（例えば１実施形態では合計される）。衛星メッセージが図２のＡを参照して記載したＧＰＳフォーマットである場合、合計は１５００ビット期間（すなわち３０秒／フレームを５０ボーで乗算した積）だけ間隔を空けられたワードに対応する電圧を合計することを含む。したがって図５の方法の信号処理間隔がＭフレームであることが例示するために仮定されるとき、このようにＭの間隔を空けられた電圧は、1フレームに対応する各１５００ビット期間に対して合計される。
【００４８】
参照符号412では、同相成分に対するハード決定は、ソフト決定データの結合フレームの電圧の極性に基づいて決定される。
【００４９】
参照符号414では、同期が行われる。１実施形態では同期は遠隔測定ワード、すなわち一般的に各サブフレームの最初のワードとして現れるワードによって示された８ビットの同期パターンに基いてサブフレームレベル（図２のＡ参照）で実行される。同期パターンは概ね６秒ごとに現れ、したがって既に記載したように、１５００ビットフレーム期間に５回現れる。このような同期情報を使用して、各サブフレームの“位置”、とくにデータ（例えば、フレーム）の境界を定めることができる。
【００５０】
境界を決定することによって、参照符号416において衛星データメッセージを“読み取る”ことができる。しかしながら上述の合計動作（例えば参照符号410）後でも衛星データはフォーマット
【数２１】
【００５１】
別の実施形態では、後述するように多数のＳＶメッセージ間のＴＯＷの合計は同期パターンを使用して、時間（例えば時刻）および／または他の情報を推定してもよい。
【００５２】
最後に参照符号418では、既に記載したように誤り検出が行われる。
【００５３】
1つの別の実施形態では、比較的に高いＳＮＲを検出するとき、衛星信号を処理する別の方法…これは1組のＳＶにおける差分復調および／または時間データの合計の代わりにまたは関連して使用することができる方法…を使用することができる。例えば1実施形態では、ＧＰＳ衛星メッセージ（すなわち、図３のビットＤ１ないしＤ２４）のＮ番目のワードの最初の２４ビットが、先行する（Ｎ−１）番目のワードの最後のパリティビット（すなわち、図３のビットＤ３０ ＊）にしたがって逆位相にされることにより、“決定指向(decision directed)の”復調が可能になる。本発明のこの実施形態では、パリティビットの位相が推定され、この推定を利用して、位相反転を除去する。したがって到来信号の位相は（例えば、コスタス(Costas)ループ）を使用して）コヒーレントに追跡されて、パリティビットの符号を使用してこの位相を推定することができる。ｓ３０ ＊、ｓ１、ｓ２、…ｓ２４がデータＤ３０ ＊、ｄ１、ｄ２、…ｄ２４を含む信号サンプルであるとすると、この位相を判断または推定することによって、静止衛星、例えば符号（ｓ３０ ＊）×[ｓ１…ｓ２４]またはｓ３０ ＊×[ｓ１…ｓ２４]を使用して、符号の反転を除去し、連続するデータフレームを互いに合計することができる。
【００５４】
本発明の１実施形態の概要：多数のＳＶ信号における共通情報の結合
上述のように、別の方法…すなわち、多数のＳＶからの、およびそれに関連する共通情報（例えば同じ時間のインスタンスを特定することによって、例えばその同じ時間のインスタンスに関係付けられる情報）を有する信号（またはその一部）の合計は、衛星ポジショニング信号を処理するとき、別々に、または上述のフレーム合計方法と関連して使用して、衛星ポジショニング受信機のようなエンティティの感度を向上することができる。
【００５５】
図５は、本発明の１実施形態にしたがって２以上のＳＶ信号において共通の情報に基づいて衛星ポジショニング信号を処理する方法を示すフローチャートである。図５の方法500は、既に記載したように、例えばスタンドアローンＳＰＳ受信機、統合型ＳＰＳ受信機といった、通信および／または他のデータ処理機能、などを行うことができるいくつかのタイプの衛星ポジショニングデバイスによって実行することができる。図５に示した方法500では、フローは参照符号502で始まり、参照符号522で終了している。図５の参照符号504、506、および508は、ぞれぞれ図４の参照符号404、406、および408に概ね類似している。しかしながら方法500では、少なくとも2つの衛星信号が参照符号504で獲得され、一方で図４に関して記載した方法400の参照符号404では、1つ（またはそれ以上）のＳＶ信号を獲得することができる。
【００５６】
参照符号510では、サブフレームの同期が実行／獲得される。上述のように、サブフレーム同期データは、遠隔測定ワードの同期のシーケンスおよび／または他の方法を使用して得ることができる。
【００５７】
参照符号512では各サブフレームごとに、共通のデータが２以上の衛星（ＳＶｓ）から受取った1組の衛星メッセージ（またはその一部）の各々から選択される。1実施形態では、ＴＯＷ情報を備えた１７ビットを含む信号サンプルは各連続するサブフレームから選択される。
【００５８】
参照符号514では各サブフレームごとに2以上の受信衛星信号に対する共通のソフト決定データを一緒に合計することができる。例えば5つの衛星からの信号が処理されるとき、５（または約７ｄＢ）までのＳＮＲにおける利得を獲得することができる。“視界内（in view）”のＳＶ信号数をこのような合計に使用することができることを認識すべきである。
【００５９】
参照符号516では、各サブフレームの共通のデータは、合計されたビットをハードリミットする(hardlimit)（すなわち、その極性を保持する）ことによって推定される。例えば、上述のように１７ビットのＴＯＷ情報を含む時間データを共通のデータが含む一実施形態において、ハードリミット推定の結果は１７ビットになる。
【００６０】
参照符号518では、１つのサブフレーム（および／または衛星メッセージの他の部分）からの合計されたデータは一致する値を決定するために他のサブフレームの対応するデータと比較される。例えば本発明の１実施形態を参照して記載したようにＴＯＷデータを使用するとき、および推定されたＴＯＷ値に誤りがないとき、連続するＴＯＷｓは１だけ異なる。したがって１実施形態では、種々のＴＯＷ値間の一貫性に基いてＴＯＷに対する最後の値を決定するために、１時間間隔において決定される多数の推定されたＴＯＷｓが処理される。異なる閾値は一致するデータ（例えば、ＴＯＷ）値の数またはパーセンテージに対して前もって決定されることができる。例えば1実施形態において６０％が閾値であるとき、5つのＳＶ ＴＯＷｓが処理されるときは、少なくとも３つが互いに一致しなければならない（すなわち、対応するＴＯＷワードに対して同じ時間を示す）。他方で、比較的に低い誤り率を達成するために、閾値は１００％に設定されてもよく、したがって処理されたＳＶ信号の全ては処理されたデータ、例えばＴＯＷに対して互いに一致しなければならない。
【００６１】
参照符号520では、参照符号520において決定される（一致する）値が出力または記憶される。１実施形態に関連して記載したように、この値は時間に関係付けることができ、このときＴＯＷ情報が決定され、したがって例えば、衛星ポジショニング信号を処理するエンティティ（例えば、移動／静止ＧＰＳ受信機）の位置といった他の情報を決定するために使用されることができる。
【００６２】
ハードウエアの概要
本発明は、種々の実施形態において、衛星ポジショニングシステムを処理するのに使用される多数のデバイス、とくに、衛星ポジショニング信号を処理するときに、比較的に低いＳＮＲを経験する移動受信機に使用できることが分かった。
【００６３】
図６は、本発明の１以上の実施形態による衛星ポジショニング信号処理を行うことができるＳＰＳ受信機のブロック図である。図６に示すように、受信機６００は、ＳＰＳ信号を受信するためのアンテナ６０２を有している。ＳＰＳ信号は、アンテナ６０２から、ＳＰＳ信号を増幅するための増幅器６０４に供給される。増幅器６０４は、増幅した信号をミキサ６０６に供給する。このミキサ６０６にはローカル発振器６０８によって供給される。ミキサ６０６は、ダウンコンバートされたＳＰＳ信号を生成する。この信号は、中間周波数ＲＦステージ６１０によって処理され、相関器システム６１２に供給される。相関器システム６１２は、ＳＰＳナビゲーションコンピュータ６１４に結合されている。ＳＰＳナビゲーションコンピュータ６１４は、相関器システム６１２と、ことによると、ローカル発振器６０８の動作を制御する。それによりＳＰＳ信号は収集され、追跡され、衛星天体暦データ等の情報がＳＰＳ信号から読み取られる。このような情報は、受信機６００の位置、参照時間（例えば、ＧＰＳ時間）等を含む様々なナビゲーション情報を含み、および、または決定するために使われてもよい。受信機６００は、１以上のメッセージの２以上の部分の間で共通情報を結合し、時間や位置等の部分の中のナビゲーション情報を決定するために、本発明に従って使われる。このようにナビゲーションコンピュータ６１４は、上述した１以上の処理技術を実現するために、多くの機能的ユニットを有してもよい。例えば、ある実施形態では、ナビゲーションコンピュータ６１４は、衛星信号サンプルを例えば差分又はコヒーレントに復調するための復調ユニット、このようなサンプルを合計するための合計ユニットを有している。ナビゲーションコンピュータ６１４およびその中の機能ユニットは排他的に配線されてもよいし、あるいは、配線回路とマシンインプリメンテーションインストラクション（例えば、マイクロコード、機械語）との組み合わせを利用してもよい。ある実施形態では、１以上の信号／データ処理機能ユニットは、プロセッサ（例えば、汎用ディジタル処理集積回路）により実施されるかもしれない。このようなプロセッサは、本発明による衛星信号処理を行うためのデータ及び／又はルーチンを記憶することのできるメモリに接続されてもよい。
【００６４】
図７は、本発明のある実施形態によるＳＰＳ信号処理に利用される集積ＳＰＳ受信機／通信機のブロック図である。図７に示す集積移動ＳＰＳ受信機と通信システム７００は、１９９７年９月２日に発行され、“GPS Receiver and Method for Processing GPS Signals ”という名称の米国特許５，６６３，７３４に記述されているように、受信機が非常に高い感度を有するように、記憶されたＧＰＳ信号に対して特定の方式のディジタル信号処理を実行する。この米国特許はここにおいて参考文献とされている。。米国特許５，６６３，７３４の信号処理動作は、典型的には高速フーリエ変換（ＦＦＴｓ）を使って複数の中間コンボリューションを計算し、これら中間コンボリューションをディジタルメモリに記憶し、これらの中間コンボリューションを使ってナビゲーション情報を提供する（例えば、少なくとも１つの擬似レンジ）。更にシステム７００は、ナビゲーション情報を決定するために１以上の衛星信号の共通部分を結合するための上述した技術の１つまたは組み合わせを実行してもよい。さらに、システム７００は、システム７００と他のエンティティとの間の通信を行うことができる回路を有する。
【００６５】
図７に示すように、システム７００は、ＳＰＳアンテナ７０２と通信アンテナ７１４との２つのアンテナを有する。ＳＰＳアンテナ７０２は、フィルタ７０４に、１以上のＳＰＳ信号を供給する。フィルタ７０４は、受信ＳＰＳ信号をろ波し、信号を非常に低い（又はゼロＩＦの）キャリヤ周波数に周波数変換するＲＦ／ベースバンド変換器７０５にそれを供給する。このＲＦ／ベースバンド変換器７０５は、この信号をアナログディジタル（Ａ／Ｄ）変換器７０６に供給する。Ａ／Ｄ変換器７０６は、受信したＳＰＳ信号をディジタルの状態でプロセッサ７０８に供給する。プロセッサ７０８は、汎用プログラマブルディジタル信号処理（ＤＳＰ）集積回路（ＩＣ）、汎用プロセッサまたはマイクロコントローラ、または専用データ処理回路により実現されてもよい。通常、プロセッサ７０８は、メモリ７１０と連携して動作し、１以上の上述した技術に従ってＳＰＳ信号を処理する。プロセッサ７０８により、例えば、１以上の信号の一部が差分復調され、結合され、それによりナビゲーション情報が決定される。このようなナビゲーション情報は、メモリ７１０に記憶され、入出力（Ｉ／Ｏ）ユニット７１２に供給され、及び／又は、通信サブシステム７１６と通信アンテナ７１４を経由して他のエンティティに送信されることができ、それは、例えば、セルラー及び／又は衛星通信ネットワークを介してディジタル及び／又はアナログ通信を行うことができる。ある実施形態では、システム７００は、上述した方法の１つまたは組み合わせに従うＧＰＳ信号を処理する移動ユニットである。
【００６６】
図８は、本発明のある実施形態によるシステムを示している。そのシステムは、ＳＰＳ受信機、セルラー電話サイト、基地局、インターネット、クライアントコンピュータシステムを有する。図８に示すシステム８００は、一実施形態においては、次のように動作する。クライアントコンピュータシステム８１２は、インターネット８１０のようなネットワークを通してメッセージを基地局８０８に送信する。例えば、メッセージは、アシスタントを要求するものである。ネットワーク又はインターネット８１０内には、特定の移動ＳＰＳ受信機の位置の要求を転送するルータ又はコンピュータシステムが介在することもある。基地局８０８は、セルラー電話サイト８０４に有線電話リンク８０６等のリンクを介してメッセージを送信する。このセルラー電話サイト８０４は、結合された移動ＳＰＳ受信機及び通信システム８１６にアンテナ８０２を使いてコマンドを送信する。それに応答して、システム８１６は、擬似レンジ、擬似レンジに関連する時間、緯度経度、及び／又は他の情報のような情報を返送する。このような情報は、セルラー電話サイト８０４で受信され、リンク８０６を介して基地局に返信される。
【００６７】
基地局は、ＳＰＳ受信機の時間及び／又は位置のようなナビゲーション情報を決定及び、又は改良し、このナビゲーション情報をＳＰＳ受信機に返送し及び、又はそれ自身マッピングソフトウェアを装備してもよいクライアントコンピュータシステム８１２に、インターネット８１０のようなネットワークを介して伝達し、このシステムのユーザは移動ＳＰＳシステム８１６の正確な位置を地図上で確認することができる。
【００６８】
変形例
上述した衛星メッセージを部分的に合成する技術は、他のタイプのＳＰＳ受信アーキテクチャにも適用可能である。例えば、これらの技術は、１９９７年２月１１日に出願された米国出願６０／０３７，９０４、１９９７年６月２５日に出願された米国出願６０／０５０，６４７、１９９８年２月１１日に出願された米国出願０９／０２１，８５４に記述されたようなアーキテクチャを備えるＳＰＳ受信機に適用可能である。
【００６９】
本発明はいくつかの実施形態により説明されているが、上述した実施形態に限定されるものではないことを当業者は認識するであろう。したがって、本発明の方法および装置は、添付された請求項の技術的範囲を逸脱することなく種々変形して実施することが可能であることを認識すべきである。それ故、その説明は本発明を制限するものではなく、例示とみなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に従う衛星ポジショニング情報の処理方法を示すフロー図である。
【図２】 Ａは、（標準ポジショニングサービス）ＧＰＳシステム衛星メッセージの構造を示す。
Ｂは、衛星によって送信するためにソースデータ（例えば、天体暦）を符号化するために一般に使用されるＧＰＳ符号化式を示す。
【図３】 本発明の一実施の形態に従う衛星メッセージ（或いはその部分）を異分復調することに関連するＸＯＲ演算を示すデータフロー図である。
【図４】 本発明の一実施の形態に従う、少なくとも一つの衛星メッセージの部分を処理するための方法を示すフロー図である。
【図５】 本発明の一実施の形態に従う、二つ又はそれより多くのＳＶ信号にまたがる共通情報に基づいて衛星ポジショニング信号を処理するための方法を示すフロー図である。
【図６】 本発明の一つ又はそれより多くの実施の形態に従う衛星ポジショニング信号処理を行うＳＰＳ受信機のブロック図である。
【図７】 本発明の一実施の形態に従う、ＳＰＳ信号を処理するために使用出来る集積ＳＰＳ受信機／通信機のブロック図である。
【図８】 ＳＰＳ受信機、セルラー電話サイト、基地局、インターネット、及びクライアントコンピュータシステムを含む、本発明の一実施の形態に従うシステムを示す。
Claims (83)
- 衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）受信機において、一又はそれ以上の衛星ポジショニングシステム信号を受信することと、ここにおいて、前記一又はそれ以上の衛星ポジショニングシステム信号の各々は擬似ランダムノイズ符号と衛星メッセージデータとを具備し、
狭帯域信号の第１の部分および狭帯域信号の第２の部分を提供するために、前記一又はそれ以上の衛星ポジショニングシステム信号から擬似ランダムノイズを除去することと、
狭帯域信号の第１の部分および狭帯域信号の第２の部分を復調することと、
衛星ポジショニングシステム受信機の感度を改良するために、前記復調された第１の部分と前記復調された第２の部分中の共通する情報とを結合することと、
ここにおいて、前記共通する情報は、その同じ受信された衛星ポジショニングシステム信号内で時間的に繰り返されるか、あるいはその受信された衛星ポジショニングシステム信号の２以上のものの中に同時に含まれるか、のいずれかである衛星メッセージデータを有し、
ここにおいて、前記結合することは、前記第１の部分と前記第２の部分中の共通する情報とを合計ユニットにより合計することである、
を具備する、
衛星ポジショニングシステム信号処理方法。 - 前記第１の部分と前記第２の部分とを結合することは、前記一又はそれ以上の衛星ポジショニングシステム信号の差分復調に後続する請求項１に記載の方法。
- 前記第１の部分と前記第２の部分とを結合することは、前記差分復調に続いて前記第１の部分と前記第２の部分を合計することを有する請求項２に記載の方法。
- 前記差分復調は、前記一又はそれ以上の衛星ポジショニングシステム信号に含まれるデータのビット周期の倍数によって、互いに時間的に区分された前記一又はそれ以上の衛星ポジショニングシステム信号と含まれている複数の信号サンプルの複数の対を結合する請求項２に記載の方法。
- さらに、前記結合することにより前記第１の部分と前記第２の部分の中のひとつに埋め込まれた衛星メッセージの一部分を表すデータビットを決定すること、 前記衛星メッセージの前記一部分に基づいてナビゲーション情報を決定すること、
を含む請求項１に記載の方法。 - 前記ナビゲーション情報は衛星天体暦情報を有し、
前記共通情報は前記第１の部分と第２の部分とにおいて同一の情報を有する、請求項５に記載の方法。 - 前記ナビゲーション情報は、誤り訂正情報を有する請求項５に記載の方法。
- 前記ナビゲーション情報は、前記衛星ポジショニングシステム受信機の位置を有する請求項５に記載の方法。
- 前記ナビゲーション情報は、衛星位置情報を有する請求項５に記載の方法。
- 前記衛星ポジショニングシステム受信機は、グローバルポジショニング衛星（ＧＰＳ）受信機を有する請求項１に記載の方法。
- 前記移動グローバルポジショニング衛星（ＧＰＳ）受信機は、通信回路を有する請求項１０に記載の方法。
- 前記第１の部分及び前記第２の部分は、衛星ポジショニングシステムメッセージのフレーム周期の倍数に等しい継続時間によって、時間的に区分されている請求項１に記載の方法。
- 前記第１の部分は第１の衛星ビークルメッセージに関連し、前記第２の部分は第２の衛星ビークルメッセージに関連する、請求項１に記載の方法。
- 前記第１の部分及び前記第２の部分は、正確に一つの衛星ビークルメッセージに関連する請求項１に記載の方法。
- 前記共通する情報は、１つの衛星ポジショニングシステム衛星からの衛星メッセージの一部分の繰返しを含んでいる請求項１に記載の方法。
- 衛星ビークルに関連する衛星メッセージを含む第１の衛星ポジショニングシステム信号を、衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）受信機にて受信することと、
衛星ビークルに関連する前記衛星メッセージを含む第２の衛星ポジショニングシステム信号を、前記衛星ポジショニングシステム受信機にて受信することと、ここにおいて、前記第１の及び第２の衛星ポジショニングシステム信号の各々は擬似ランダムノイズ符号と衛星メッセージデータとを具備し、
狭帯域信号の信号サンプルの第１のセットおよび狭帯域信号の信号サンプルの第２のセットを提供するために、前記第１および第２の衛星ポジショニングシステム信号から擬似ランダムノイズを除去することと、
衛星ポジショニングシステム受信機の感度を改良するために、信号サンプルの前記第１のセットと前記第２のセット中の共通する情報を結合することと、ここにおいて前記第１のセットおよび前記第２のセットは復調されており、前記結合することは前記復調された第１のセットと前記復調された第２のセット中の共通する情報を合計ユニットにより合計することを具備し、
ここにおいて、前記共通する情報は、その同じ受信された衛星ポジショニングシステム信号内で時間的に繰り返されるか、あるいはその受信された衛星ポジショニングシステム信号の２以上のものの中に同時に含まれるか、のいずれかである衛星メッセージデータを有する、
を具備する
衛星ポジショニングシステムに関連する信号処理方法。 - 信号サンプルの前記第１のセットと前記第２のセットとを結合することは、前記第１および第２の衛星ポジショニングシステム信号の差分復調に後続する請求項１６に記載の方法。
- 信号サンプルの前記第１のセットと前記第２のセットとを結合することは、前記差分復調に続いて、信号サンプルの前記第１のセットと前記第２のセットを合計することを有する請求項１７に記載の方法。
- 前記差分復調は、前記第１および第２の衛星ポジショニングシステム信号に含まれるデータのビット周期の倍数によって、互いに時間的に区分された前記第１および第２の衛星ポジショニングシステム信号の複数の対を結合する請求項１７に記載の方法。
- さらに、前記結合することにより前記第１のセットと第２のセットの中のひとつに埋め込まれた衛星メッセージの一部分を表すデータビットを決定すること、
前記衛星メッセージの前記一部分に基づいてナビゲーション情報を決定すること、
を含む請求項１６に記載の方法。 - 前記ナビゲーション情報は衛星天体暦情報を有する請求項２０に記載の方法。
- 前記ナビゲーション情報は、誤り訂正情報を有する請求項２０に記載の方法。
- 前記ナビゲーション情報は、前記衛星ポジショニングシステム受信機の位置を有する請求項２０に記載の方法。
- 前記ナビゲーション情報は、衛星位置情報を有する請求項２０に記載の方法。
- 前記衛星ポジショニングシステム受信機は、グローバルポジショニング衛星（ＧＰＳ）受信機を有する請求項２０に記載の方法。
- 前記移動グローバルポジショニング衛星（ＧＰＳ）受信機は、通信回路を有する請求項２０に記載の方法。
- 信号サンプルの前記第１のセットと前記第２のセットは、前記衛星メッセージのフレームの継続時間の倍数によって、時間的に区分されている請求項１６に記載の方法。
- 前記共通する情報は、前記衛星メッセージの一部分の繰返しを含んでいる請求項１６に記載の方法。
- 第１の衛星ビークルに関連する第１の衛星メッセージを含む第１の衛星ポジショニングシステム信号を、衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）受信機にて受信することと、
第２の衛星ビークルに関連する第２の衛星メッセージを含む第２の衛星ポジショニングシステム信号を、前記衛星ポジショニングシステム受信機にて受信することと、ここにおいて、前記第１の及び第２の衛星ポジショニングシステム信号の各々は擬似ランダムノイズ符号と衛星メッセージデータとを具備し、
狭帯域信号の信号サンプルの第１のセットおよび狭帯域信号の信号サンプルの第２のセットを提供するために前記第１および第２の衛星ポジショニングシステム信号から擬似ランダムノイズを除去することと、
衛星ポジショニングシステム受信機の感度を改良するために、信号サンプルの前記第１のセットと前記第２のセット中の共通する情報を結合することと、ここにおいて前記第１のセットおよび前記第２のセットは復調されており、前記結合することは前記復調された第１のセットと前記復調された第２のセット中の共通する情報を合計ユニットにより合計することを具備し、
ここにおいて、前記共通する情報は、その同じ受信された衛星ポジショニングシステム信号内で時間的に繰り返されるか、あるいはその受信された衛星ポジショニングシステム信号の２以上のものの中に同時に含まれるか、のいずれかである衛星メッセージデータを有する、
を具備する、
衛星ポジショニングシステム信号処理方法。 - 信号サンプルの前記第１のセットと前記第２のセットとを結合することは、前記第１および第２の衛星ポジショニングシステム信号の差分復調に後続する請求項２９に記載の方法。
- 前記信号サンプルの第1と第2のセットとを結合することは、前記差分復調に続いて前記第1と第2のセットの信号サンプルを合計することを含む請求項３０に記載の方法。
- 前記信号サンプルの第1と第2のセットとを結合することは、前記信号サンプルの第1と第2のセットの重み付けされた合計を含み、前記重み付けされた合計に関連した重み付けは前記信号サンプルの第1と第2のセットの少なくとも１つの信号対雑音比（ＳＮＲ）に依存する請求項３０に記載の方法。
- 前記差分復調は、前記第１および第２の衛星ポジショニングシステム信号内に含まれるデータのビット周期の倍数によって互いに適時に分離された前記第１および第２の衛星ポジショニングシステム信号の対を結合する請求項３０に記載の方法。
- さらに、前記結合することにより衛星メッセージの一部分を表すデータビットを決定すること、
前記衛星メッセージの前記一部分に基づいてナビゲーション情報を決定すること、
を含む請求項２９に記載の方法。 - 前記ナビゲーション情報は、衛星のタイム・オブ・ウィーク（ＴＯＷ）情報を含む請求項３４に記載の方法。
- 前記ナビゲーション情報は、衛星のアルマナック情報を含む請求項３４に記載の方法。
- 前記ナビゲーション情報は、前記ＳＰＳ受信機の位置を含む請求項３４に記載の方法。
- 前記ナビゲーション情報は、衛星位置情報を含む請求項３４に記載の方法。
- 前記ＳＰＳ受信機は、移動・グローバル・ポジショニング・衛星（ＧＰＳ）受信機を含む請求項３４に記載の方法。
- 前記移動ＧＰＳ受信機は通信回路を含む請求項３９に記載の方法。
- 前記第1と第2の結果は、タイム・オブ・ウィーク（ＴＯＷ）情報を含む請求項２７に記載の方法。
- 前記第1と第2の結果を比較することは、前記第1と第2の結果によって示されるようなＴＯＷ間の差を決定することと、前記第1と第2の結果間の時間差を表す値と前記差を比較することとを含む請求項４１に記載の方法。
- 狭帯域信号の第１の部分および狭帯域信号の第２の部分を提供するために、１以上の衛星・ポジショニング・システム（ＳＰＳ）信号から擬似ランダムノイズを除去するデスプレッダと、ここにおいて、前記１以上の衛星・ポジショニング・システム信号の各々は擬似ランダムノイズ符号と衛星メッセージデータとを具備し、前記デスプレッダは前記第１の部分および前記第２の部分を復調する復調ユニットを具備し、
前記デスプレッダに結合されていて、前記第1の部分中の共通の情報を前記第2の部分と結合して、衛星ポジショニングシステム受信機の感度を改良するプロセッサ、ここにおいて前記プロセッサは、前記復調された第1の部分中の共通の情報を前記復調された第2の部分と合計する合計ユニットを具備し、
前記共通の情報は、その同じ受信された衛星ポジショニングシステム信号内で時間的に繰り返されるか、あるいはその受信された衛星ポジショニングシステム信号の２以上のものの中に同時に含まれるか、のいずれかである衛星メッセージデータを有する、を含む衛星ポジショニングシステム信号処理を行う装置。 - 前記デスプレッダは、前記第1と第2の部分を差分復調する差分復調ユニットを具備する；
前記プロセッサは、前記差分復調ユニットに結合されていて、前記第1と第2の部分を合計する合計ユニットを具備する請求項４３に記載の装置。 - 前記プロセッサは、前記第1と第2の部分を差分復調した後に前記第1と第2の部分を合計する、請求項４３に記載の装置。
- 前記プロセッサは、差分復調動作に続いて合計動作で前記第１の部分を前記第２の部分と加算し、前記合計動作は重み付けファクターを含むことを有し、前記重み付けファクターは信号対雑音比（ＳＮＲ）の関数である請求項４３に記載の装置。
- 前記装置は、移動・グローバル・ポジショニング・衛星（ＧＰＳ）受信機を含む請求項４３に記載の装置。
- 前記移動ＧＰＳ受信機は通信回路を更に含む請求項４７に記載の装置。
- 前記第１と第２の部分は、前記衛星メッセージのフレーム周期の倍数に等しい継続時間だけ時間的に分離されている請求項４３に記載の装置。
- 前記第１の部分は第１の衛星ビークルメッセージに関連していて、前記第２の部分は第２の衛星ビークルメッセージに関連している請求項４３に記載の装置。
- 前記第１と第２の部分は、正確に１つの衛星ビークルメッセージに関連している請求項４３に記載の装置。
- 基地局が、前記通信回路を介して前記移動GPS受信機によってアクセス可能である請求項４８に記載の装置。
- 前記基地局は、データ処理ネットワークとの通信リンクを含む請求項５２に記載の装置。
- 前記共通する情報は、１つの衛星ポジショニングシステム衛星からの衛星メッセージの一部分の繰返しを含んでいる請求項４３に記載の装置。
- 前記プロセッサは、前記第１の部分を前記第２の部分と結合することにより前記第１の部分と前記第２の部分の中のひとつに埋め込まれた衛星メッセージの一部分を表すデータビットを決定する、ここにおいて、前記プロセッサは前記衛星メッセージの前記一部分に基づいてナビゲーション情報を決定する、請求項４３に記載の装置。
- 前記ナビゲーション情報は衛星天体暦情報を有する、請求項５５記載の装置。
- 前記ナビゲーション情報は、誤り訂正情報を有する請求項５５に記載の装置。
- 前記ナビゲーション情報は、前記衛星ポジショニングシステム受信機の位置を有する請求項５５に記載の装置。
- 前記ナビゲーション情報は、タイム・オブ・ウィーク（ＴＯＷ）情報を含む請求項５５に記載の装置。
- 下記を具備する衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）信号処理を行うための装置：
狭帯域信号の第１の部分および狭帯域信号の第２の部分を提供するために、１以上の衛星ポジショニングシステム信号から擬似ランダムノイズを除去するための手段、ここにおいて前記１以上の衛星ポジショニングシステム信号の各々は擬似ランダムノイズ符号と衛星メッセージデータとを具備し、擬似ランダムノイズを除去するための前記手段は前記第１の部分および前記第２の部分を復調する復調ユニットを具備し；
衛星ポジショニングシステム受信機の感度を改良するために、前記第２の部分と前記第１の部分中の共通する情報を結合するための手段、ここにおいて前記結合するための手段は前記復調された第２の部分と前記復調された第１の部分中の共通する情報を合計する合計ユニットを具備し；
ここにおいて、前記共通する情報は、その同じ受信された衛星ポジショニングシステム信号内で時間的に繰り返されるか、あるいはその受信された衛星ポジショニングシステム信号の２以上のものの中に同時に含まれるか、のいずれかである衛星メッセージデータを有する。 - 擬似ランダムノイズを除去するための前記手段は、前記第1と第2の部分を差分復調する差分復調ユニットを具備し、
前記結合するための手段は、前記差分復調ユニットに結合されていて、前記第1と第2の部分を合計する合計ユニットとを具備する、請求項６０に記載の装置。 - 前記差分復調ユニットと前記合計ユニットはプロセッサ中に含まれている請求項６１に記載の装置。
- 結合するための前記手段は、差分復調動作に続いて合計動作で前記第１の部分を前記第２の部分と加算し、前記合計動作は重み付けファクターを含むことを有し、前記重み付けファクターは信号対雑音比（ＳＮＲ）の関数である請求項６０に記載の装置。
- さらに下記を具備する請求項６０記載の装置：
前記第１の部分を前記第２の部分と結合することにより前記第１の部分と前記第２の部分の中のひとつに埋め込まれた衛星メッセージの一部分を表すデータビットを決定し、前記衛星メッセージの前記一部分に基づいてナビゲーション情報を決定するための手段。 - 前記ナビゲーション情報は下記のうちの少なくとも１つを具備する請求項６４記載の装置：
（ａ）衛星天体暦情報；
（ｂ）誤り訂正情報；
（ｃ）衛星ポジショニングシステム受信機の位置；
（ｄ）衛星位置情報；
（ｅ）タイム・オブ・ウィーク（ＴＯＷ）情報；
（ｆ）衛星のアルマナック情報。 - 前記共通する情報は、１つの衛星ポジショニングシステム衛星からの衛星メッセージの一部分の繰返しを含んでいる請求項６０に記載の装置。
- １以上の衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）信号を受信する相関器、ここにおいて前記１以上の衛星ポジショニングシステム信号の各々は擬似ランダムノイズ符号と衛星メッセージデータとを具備し、
該相関器に結合されたナビゲーションコンピュータ、前記ナビゲーションコンピュータは、狭帯域信号の第１の部分および狭帯域信号の第２の部分を提供するために前記１以上の衛星ポジショニングシステム信号から擬似ランダムノイズを除去する、前記ナビゲーションコンピュータは、衛星ポジショニングシステム受信機の感度を改良するために前記第２の部分と前記第１の部分中の共通する情報を結合する、ここにおいて前記第１の部分および前記第２の部分は復調されており、前記ナビゲーションコンピュータは前記復調された第２の部分と前記復調された第１の部分中の共通する情報を合計する合計ユニットを具備し、
ここにおいて、前記共通する情報は、その同じ受信された衛星ポジショニングシステム信号内で時間的に繰り返されるか、あるいはその受信された衛星ポジショニングシステム信号の２以上のものの中に同時に含まれるか、のいずれかである衛星メッセージデータを有する、
を具備する
衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）信号処理を行うための装置。 - 前記ナビゲーションコンピュータは、前記１以上の衛星ポジショニングシステム信号の差分復調に後続して、前記第２の部分と前記第１の部分を結合する請求項６７に記載の装置。
- 前記ナビゲーションコンピュータは、前記第１および第２の部分を差分復調した後に前記第１および第２の部分を合計する請求項６７に記載の装置。
- 前記ナビゲーションコンピュータは、差分復調動作に続いて合計動作で前記第１の部分を前記第２の部分と加算し、前記合計動作は重み付けファクターを含むことを有し、前記重み付けファクターは信号対雑音比（ＳＮＲ）の関数である請求項６７に記載の装置。
- 前記ナビゲーションコンピュータは、前記第１の部分を前記第２の部分と結合することにより前記第１の部分と前記第２の部分の中のひとつに埋め込まれた衛星メッセージの一部分を表すデータビットを決定する、ここにおいて、前記ナビゲーションコンピュータは前記衛星メッセージの前記一部分に基づいてナビゲーション情報を決定する請求項６７に記載の装置。
- 前記ナビゲーション情報は下記のうちの少なくとも１つを具備する請求項７１に記載の装置：
（ａ）衛星天体暦情報；
（ｂ）誤り訂正情報；
（ｃ）衛星ポジショニングシステム受信機の位置；
（ｄ）衛星位置情報；
（ｅ）タイム・オブ・ウィーク（ＴＯＷ）情報；
（ｆ）衛星のアルマナック情報。 - 前記共通する情報は、１つの衛星ポジショニングシステム衛星からの衛星メッセージの一部分の繰返しを含んでいる請求項６７に記載の装置。
- 下記を具備する衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）信号処理を行うための装置：
１以上の衛星ポジショニングシステム信号を衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）受信機にて受信するための手段、ここにおいて前記１以上の衛星ポジショニングシステム信号の各々は擬似ランダムノイズ符号と衛星メッセージデータとを具備し、；
狭帯域信号の第１の部分および狭帯域信号の第２の部分を提供するために前記１以上の衛星ポジショニングシステム信号から擬似ランダムノイズを除去するための手段；
衛星ポジショニングシステム受信機の感度を改良するために前記第２の部分と前記第１の部分を結合するための手段；
ここにおいて、前記第１の部分と前記第２の部分は、前記１以上の衛星ポジショニングシステム信号中に共通する情報を含んでおり、ここにおいて前記第１の部分および前記第２の部分は復調されており、前記結合するための手段は、前記復調された第１の部分と前記復調された第２の部分中の共通する情報を合計する合計ユニットを具備する。 - 結合するための前記手段は、前記１以上の衛星ポジショニングシステム信号の差分復調に後続して、前記第２の部分と前記第１の部分を結合する請求項７４に記載の装置。
- 結合するための前記手段は、前記差分復調に後続して、前記第１および第２の部分を合計する請求項７５に記載の装置。
- 前記差分復調は、前記一又はそれ以上の衛星ポジショニングシステム信号に含まれるデータのビット周期の倍数によって、互いに時間的に区分された前記一又はそれ以上の衛星ポジショニングシステム信号と含まれている複数の信号サンプルの複数の対を結合する請求項７５に記載の装置。
- さらに下記を具備する請求項７４に記載の装置：
前記結合することにより前記第１の部分と前記第２の部分の中のひとつに埋め込まれた衛星メッセージの一部分を表すデータビットを決定し、前記衛星メッセージの前記一部分に基づいてナビゲーション情報を決定するための手段。 - 前記ナビゲーション情報は下記のうちの少なくとも１つを具備する請求項７８に記載の装置：
（ａ）衛星天体暦情報；
（ｂ）誤り訂正情報；
（ｃ）衛星ポジショニングシステム受信機の位置；
（ｄ）衛星位置情報；
（ｅ）タイム・オブ・ウィーク（ＴＯＷ）情報；
（ｆ）衛星のアルマナック情報。 - 前記第１の部分及び前記第２の部分は、衛星ポジショニングシステムメッセージのフレーム周期の倍数に等しい継続時間によって、時間的に区分されている請求項７４に記載の装置。
- 前記第１の部分は第１の衛星ビークルに関連し、前記第２の部分は第２の衛星ビークルに関連する、請求項７４に記載の装置。
- 前記第１の部分及び前記第２の部分は、正確に一つの衛星ビークルメッセージに関連する請求項７４に記載の装置。
- 前記共通する情報は、１つの衛星ポジショニングシステム衛星からの衛星メッセージの一部分の繰返しを含んでいる請求項７４に記載の装置。
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