JP5342121B2

JP5342121B2 - 衛星信号受信装置

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Publication number: JP5342121B2
Application number: JP2007232937A
Authority: JP
Inventors: 大輔尾形; 弘幸木田
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2007-09-07
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2027-09-07
Also published as: JP2009063496A

Description

本発明は、互いに周波数が異なる複数の衛星信号を受信する衛星信号受信装置に関する。

測位衛星から送信された測位信号に基づいて測位を行う衛星測位装置が広く用いられている。衛星測位装置は、同一の衛星測位システムに属する複数の測位衛星からそれぞれ送信された測位信号に基づいて、各測位衛星の軌道情報を取得すると共に各測位衛星までの距離を求める。そして、各測位衛星の軌道情報および各測位衛星までの距離に基づいて測位を行う。

近年、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳといった既存の衛星測位システムに加えて、ＧＰＳの多周波数帯域化、Ｇａｌｉｌｅｏの配備が予定されている。一つの衛星測位システムにおいては、測位信号が占有する周波数帯域として複数の周波数帯域が割り当てられる。そこで、衛星測位装置は、複数種の衛星測位システムで用いることができること、および一つの衛星測位システムおいて周波数の異なる測位信号を用いることができることが好ましい。この場合、衛星測位装置には、周波数が異なる複数の測位信号を受信することが可能であることが要される。

特開２００７−２４７６６号公報特許第３８７４９１２号実開平５−２５８４５号公報

周波数が異なる複数の測位信号を受信するため、特許文献１に記載されているように、受信周波数の異なる複数の無線受信回路を衛星測位装置に設けることが考えられる。このような構成では、無線受信回路の出力信号を処理する後段の回路を共通化することにより、構成を簡単にすることができる。

また、特許文献２に記載されているように、高周波増幅器およびミキサを含む無線受信回路を共通化する構成も考えられる。この構成では、共通化された無線受信回路の出力信号を複数の測位信号に分離し、測位処理を行う。

しかし、複数の測位信号に対して回路を共通化した場合、複数の測位信号のうちいずれかの占有周波数帯域でレベルの大きい妨害波信号が受信されたときに、共通化された回路が妨害波信号によって飽和することがある。このような場合、妨害波信号の占有周波数帯域外の測位信号に基づく処理を実行することが困難となる。

回路の飽和を回避するためには、例えば、特許文献３に記載されているように、ＩＦ同調回路の出力を検波し、前段の増幅回路の利得を検波信号のレベルに基づいて調整することが考えられる。しかし、複数の測位信号に対して共通化された回路では、妨害波信号の占有周波数帯域を識別し、妨害波信号の占有周波数帯域に対してのみ利得を調整することは困難である。

本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、周波数の異なる複数の測位信号を受信する衛星信号受信装置において、妨害波耐性を高めることを目的とする。

本発明は、衛星信号を受信し、第１衛星信号として出力する第１受信部と、前記第１衛星信号の周波数とは異なる周波数の衛星信号を受信し、第２衛星信号として出力する第２受信部と、前記第１衛星信号と前記第２衛星信号とを足し合わせて出力する合波器と、前記合波器から出力された信号に基づく信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングするＡ／Ｄコンバータと、を備え、前記第１受信部および前記第２受信部のそれぞれは、衛星信号周波数帯域の信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力信号のレベルを調整するレベル調整手段と、を備え、前記Ａ／Ｄコンバータは、前記第１衛星信号の占有周波数帯域幅および前記第２衛星信号の占有周波数帯域幅の和の２倍以上の周波数を有し、かつ、前記Ａ／Ｄコンバータに入力される信号の周波数の上限の２倍を超えないサンプリング周波数であって、サンプリングされた前記第１衛星信号の占有周波数帯域と、サンプリングされた前記第２衛星信号の占有周波数帯域とが重ならないよう定められたサンプリング周波数で、前記合波器から出力された信号をサブサンプリングすることを特徴とする。

また、本発明に係る衛星信号受信装置においては、前記合波器が出力する信号に対し周波数変換処理を施し、中間周波数信号として出力する単一の周波数変換器と、前記周波数変換器が周波数変換処理を行うためのローカル信号を出力する、ローカル信号発生器と、を備え、前記周波数変換器は、前記第１衛星信号とローカル信号との積成分、および前記第２衛星信号とローカル信号との積成分を発生させることにより周波数変換処理を施し、前記ローカル信号発生器は、周波数変換処理が施された前記第１衛星信号の占有周波数帯域と、周波数変換処理が施された前記第２衛星信号の占有周波数帯域とが重ならないよう周波数が定められた単一のローカル信号を出力することが好適である。また、本発明に係る衛星信号受信装置は、望ましくは、前記第１受信部および前記第２受信部のそれぞれは、衛星信号周波数帯域の信号に対して周波数変換処理を施し、衛星信号周波数帯域の信号を中間周波数帯域の信号に変換する周波数変換器と、前記周波数変換器が周波数変換処理を行うためのローカル信号を出力する、ローカル信号発生器と、を備え、前記第１受信部および前記第２受信部は、それぞれ、中間周波数帯域の信号に変換され、占有周波数帯域が重ならない前記第１衛星信号および前記第２衛星信号を出力し、前記合波器は、中間周波数帯域の信号に変換された前記第１衛星信号と前記第２衛星信号とを足し合わせて出力する。また、本発明に係る衛星信号受信装置は、望ましくは、前記第１衛星信号および前記第２衛星信号を、それぞれ、ＧＰＳのＬ１信号およびＬ２信号とするときには、前記ローカル信号の周波数を前記Ｌ２信号の周波数よりも高く、前記Ｌ１信号の周波数よりも低い周波数とし、前記第１衛星信号および前記第２衛星信号を、それぞれ、ＧＰＳのＬ５信号およびＧａｌｉｌｅｏのＥ５ｂ信号とするときには、前記ローカル信号の周波数を前記Ｅ５ｂ信号の周波数よりも高い周波数とし、前記第１衛星信号および前記第２衛星信号を、それぞれ、ＧＰＳのＬ１信号およびＧａｌｉｌｅｏのＥ５ｂ信号とするときには、前記ローカル信号の周波数を前記Ｅ５ｂ信号の周波数よりも高く、前記Ｌ１信号の周波数よりも低い周波数とし、前記第１衛星信号および前記第２衛星信号を、それぞれ、ＧＰＳのＬ２信号およびＬ５信号とするときには、前記ローカル信号の周波数を前記Ｌ２信号の周波数よりも高い周波数とし、前記第１衛星信号および前記第２衛星信号を、それぞれ、ＧＰＳのＬ１信号およびＬ５信号とするときには、前記ローカル信号の周波数を前記Ｌ５信号の周波数よりも高く、前記Ｌ１信号の周波数よりも低い周波数とし、前記第１衛星信号および前記第２衛星信号を、それぞれ、ＧＰＳのＬ２信号およびＧａｌｉｌｅｏのＥ５ｂ信号とするときには、前記ローカル信号の周波数を前記Ｌ２信号の周波数よりも高い周波数とする。

本発明によれば、周波数の異なる複数の測位信号を受信する衛星信号受信装置において、妨害波耐性を高めることができる。

図１に本発明の第１の実施形態に係るリミッタ付き２バンド衛星測位装置の構成を示す。２バンド衛星測位装置は、アンテナ１０、第１ＲＦアンプ１２、第１ＲＦフィルタ１４、第１ＲＦ可変利得アンプ１６、第１検波器１８、第１利得制御部２０、第１ミキサ２２、第１ローカル信号発生器２４、第１ＩＦフィルタ２６、第１ＩＦアンプ２８、第２ＲＦアンプ３０、第２ＲＦフィルタ３２、第２ＲＦ可変利得アンプ３４、第２検波器３６、第２利得制御部３８、第２ミキサ４０、第２ローカル信号発生器４２、第２ＩＦフィルタ４４、第２ＩＦアンプ４６、合波器４８、Ａ／Ｄコンバータ５０、ディジタル信号処理部５２を備えて構成される。

衛星から送信された測位信号はアンテナ１０で受信される。受信された測位信号は第１ＲＦアンプ１２および第２ＲＦアンプ３０に入力される。第１ＲＦアンプ１２および第２ＲＦアンプ３０は信号を増幅し、それぞれ、第１ＲＦフィルタ１４および第２ＲＦフィルタ３２に出力する。

第１ＲＦフィルタ１４および第２ＲＦフィルタ３２は、通過周波数帯域外の周波数の信号を減衰させ、それぞれ、第１ＲＦ可変利得アンプ１６および第２ＲＦ可変利得アンプ３４に出力する。

第１ＲＦフィルタ１４の通過周波数帯域の中心周波数ｆ１は、第１の受信対象信号の周波数とし、通過周波数帯域幅ＢＷ１は第１の受信対象信号の占有周波数帯域幅Δｆ１とする。また、第２ＲＦフィルタ３２の通過周波数帯域の中心周波数ｆ２は、第２の受信対象信号の周波数とし、通過周波数帯域幅ＢＷ２は第２の受信対象信号の占有周波数帯域幅Δｆ２とする。

ここでは、例として、第１の受信対象信号をＧＰＳのＬ１信号とし、第２の受信対象信号をＧＰＳのＬ２信号とする。したがって、第１ＲＦフィルタ１４の通過周波数帯域の中心周波数ｆ１を、Ｌ１周波数帯域の中心周波数（ｆＬ１＝１５７５．４２ＭＨｚ）とし、通過周波数帯域幅ＢＷ１をＬ１信号の占有周波数帯域幅Δｆ１＝１６ＭＨｚとする。そして、第２ＲＦフィルタ３２の通過周波数帯域の中心周波数ｆ２を、Ｌ２周波数帯域の中心周波数（ｆＬ２＝１２２７．６ＭＨｚ）とし、通過周波数帯域幅ＢＷ２をＧＰＳ測位信号の占有周波数帯域幅Δｆ２＝１６ＭＨｚとする。

このような構成によれば、アンテナ１０で受信され第１ＲＦアンプ１２によって増幅されたＬ１周波数帯域のＬ１信号は、第１ＲＦフィルタ１４から第１ＲＦ可変利得アンプ１６に出力される。アンテナ１０で受信されたＬ１周波数帯域外の信号は第１ＲＦフィルタ１４によって減衰する。また、アンテナ１０で受信され第２ＲＦアンプ３０によって増幅されたＬ２周波数帯域のＬ２信号は、第２ＲＦフィルタ３２から第２ＲＦ可変利得アンプ３４に出力される。アンテナ１０で受信されたＬ２周波数帯域外の信号は第２ＲＦフィルタ３２によって減衰する。

第１ＲＦ可変利得アンプ１６は、第１ＲＦフィルタ１４から出力された信号を増幅し、第１ミキサ２２および第１検波器１８に出力する。第１ＲＦ可変利得アンプ１６の利得は、第１利得制御部２０によって制御される。第２ＲＦ可変利得アンプ３４は、第２ＲＦフィルタ３２から出力された信号を増幅し第２ミキサ４０および第２検波器３６に出力する。第２ＲＦ可変利得アンプ３４の利得は、第２利得制御部３８によって制御される。

第１検波器１８は、第１ＲＦ可変利得アンプ１６から出力された信号の大きさを示す検波信号を生成し第１利得制御部２０に出力する。第１利得制御部２０は、検波信号が所定の閾値を超えたときは、第１ＲＦ可変利得アンプ１６の利得が小さくなるよう第１ＲＦ可変利得アンプ１６を制御する。第２検波器３６および第２利得制御部３８の構成および機能は、それぞれ、第１検波器１８および第１利得制御部２０の構成および機能と同一である。

第１ローカル信号発生器２４は、周波数ｆ１０のローカル信号を第１ミキサ２２に出力する。また第２ローカル信号発生器４２は、周波数ｆ２０のローカル信号を第２ミキサ４０に出力する。

第１ミキサ２２は、Ｌ１信号とローカル信号の積によって生じる和と差の周波数成分を第１ＩＦフィルタ２６に出力する。第２ミキサ４０は、Ｌ２信号とローカル信号の積によって生じる和と差の周波数成分を第２ＩＦフィルタ４４に出力する。

第１ＩＦフィルタ２６は、周波数｜ｆ１−ｆ１０｜を中心周波数とする周波数帯域幅Δｆ１の周波数帯域を通過周波数帯域とする。したがって、第１ＩＦフィルタ２６は、第１ミキサ２２から出力される和の周波数成分である、周波数ｆ１＋ｆ１０の周波数成分を減衰させ、差の周波数成分である周波数｜ｆ１−ｆ１０｜の中間周波数ＩＦＬ１信号を第１ＩＦアンプ２８に出力する。同様に、第２ＩＦフィルタ４４は、周波数｜ｆ２−ｆ２０｜を中心周波数帯域とする周波数帯域幅Δｆ２の周波数帯域を通過周波数帯域とする。したがって第２ＩＦフィルタ４４は、第２ミキサ４０から出力される和の周波数成分である、周波数ｆ２＋ｆ２０の周波数成分を減衰させ、差の周波数成分である周波数｜ｆ２−ｆ２０｜の中間周波数ＩＦＬ２信号を第２ＩＦアンプ４６に出力する。ＩＦＬ１信号およびＩＦＬ２信号の各占有周波数帯域幅は、それぞれ、Ｌ１信号およびＬ２信号の占有周波数帯域幅に等しい。

第１ＩＦアンプ２８および第２ＩＦアンプ４６は、信号を増幅し合波器４８に出力する。合波器４８は、第１ＩＦアンプ２８および第２ＩＦアンプ４６からそれぞれ出力されたＩＦＬ１信号およびＩＦＬ２信号を足し合わせ、Ａ／Ｄコンバータ５０に出力する。Ａ／Ｄコンバータ５０は、信号をディジタル信号に変換し、ディジタル信号処理部５２に出力する。

ディジタル信号処理部５２は、第１ディジタルフィルタ５４、第２ディジタルフィルタ５６、および測位計算部５８を備える。第１ディジタルフィルタ５４は、ディジタル信号に変換されたＩＦＬ１信号を抽出し、測位計算部５８に出力する。第２ディジタルフィルタ５６はディジタル信号に変換されたＩＦＬ２信号を抽出し、測位計算部５８に出力する。測位計算部５８は、第１ディジタルフィルタ５４および第２ディジタルフィルタ５６によって抽出された信号から測位に必要な情報を取得し、測位計算を行う。

このような構成によれば、第１ＲＦ可変利得アンプ１６から出力される信号の大きさが所定の大きさに制限される。これによって、第１ＲＦフィルタ１４の通過周波数帯域内でレベルの大きい妨害波信号が受信された場合であっても、第１ミキサ２２以降の回路が飽和状態となることを回避することができ、２つの受信対象信号に対して共通化されたＡ／Ｄコンバータ５０が飽和することを回避することができる。したがって、第１ＲＦフィルタ１４の通過周波数帯域内でレベルの大きい妨害波信号が受信された場合であっても、第２ＲＦフィルタ３２の通過周波数帯域内の測位信号によって測位を行うことができる。

第２ＲＦフィルタ３２の通過周波数帯域内の妨害波信号が受信された場合についても、第１ＲＦフィルタ１４の通過周波数帯域内の妨害波信号が受信された場合と同様の効果が得られる。すなわち、第２ＲＦフィルタ３２の通過周波数帯域内でレベルの大きい妨害波信号が受信された場合であっても、第１ＲＦフィルタ１４の通過周波数帯域内の測位信号によって測位を行うことができる。

図２に第１検波器１８および第２検波器３６の構成例を示す。抵抗Ｒ１の一端は電源端子Ｖｃｃに接続される。抵抗Ｒ１の他端はダイオードＤ１のアノード端子に接続される。ダイオードＤ１のカソード端子は接地される。抵抗Ｒ２の一端は電源端子Ｖｃｃに接続される。抵抗Ｒ２の他端は抵抗Ｒ３の一端に接続される。抵抗Ｒ３の他端はダイオードＤ２のアノード端子に接続される。ダイオードＤ２のカソード端子は接地される。コンデンサＣ１は抵抗Ｒ３に並列に接続される。オペアンプＯＰの正極入力端子は、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の接続端に接続される。オペアンプＯＰの負極入力端子は、抵抗Ｒ１とダイオードＤ１の接続端に接続される。検波器の入力端子Ｉｎは、コンデンサＣ２を介して抵抗Ｒ２、Ｒ３、およびコンデンサＣ１の接続端に接続される。

抵抗Ｒ１は、ダイオードＤ１に流れるバイアス電流を決定する。抵抗Ｒ２およびＲ３は、ダイオードＤ２に流れるバイアス電流を決定する。ダイオードＤ１およびＤ２は、それぞれ、バイアス電流に基づいて定まる基準電圧Ｖ１およびＶ２に端子間電圧を維持する。コンデンサＣ２は、入力信号に対して短絡状態となる。コンデンサＣ２は、ダイオードＤ２のバイアス電流が入力端子Ｉｎの直流電圧の影響を受けないよう、抵抗Ｒ２およびＲ３の接続端と入力端子Ｉｎとの間を直流電流に対して絶縁する。コンデンサＣ１は、入力信号に対しては短絡状態となる。コンデンサＣ１は入力信号電圧による電流が抵抗Ｒ３に流れることを回避し、入力信号の振れによる検波電圧の振れ幅を抵抗Ｒ３とは無関係とする。

次に、検波器の動作について説明する。入力端子Ｉｎに信号が入力されると、オペアンプＯＰの正極入力端子と接地導体との間にはダイオードＤ２によって検波された検波電圧が印加される。オペアンプＯＰは、検波電圧から基準電圧Ｖ１を減じた電圧を増幅し、検波信号として出力端子Ｏｕｔに出力する。

このような構成によれば、検波器からは入力信号の大きさを示す検波信号が出力される。入力信号の大きさと、検波信号の大きさとの関係は、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値を変化させることで調整することができる。

第１利得制御部２０および第２利得制御部３８としては、検波電圧が所定の閾値を超えたときに、それぞれ、第１ＲＦ可変利得アンプ１６の利得および第２ＲＦ可変利得アンプ３４の利得を低下させる回路を用いることができる。この閾値は、第１ミキサ２２や第２ミキサ４０以降の回路が飽和に至る検波電圧を、評価実験、シミュレーション等に基づいて求めることで決定することができる。第１ＲＦ可変利得アンプ１６および第２ＲＦ可変利得アンプ３４の各利得が検波信号によって制御可能である場合には、第１利得制御部２０および第２利得制御部３８を省略することができる。

なお、周波数｜ｆ１−ｆ１０｜と周波数｜ｆ２−ｆ２０｜とが同一となるよう、ローカル周波数ｆ１０およびローカル周波数ｆ２０を設定した場合、１つのディジタルフィルタによる構成とすることができる。この場合、占有周波数帯域が同一のＩＦＬ１信号およびＩＦＬ２信号が、単一のディジタルフィルタから測位計算部５８に出力される。

ＧＰＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＧＬＯＮＡＳＳ等の衛星測位システムの測位信号には、各測位信号ごとに割り当てられた拡散符号によって拡散処理が施される。したがって、ＩＦＬ１信号の占有周波数帯域とＩＦＬ２信号の占有周波数帯域とが重なっていたとしても、各信号に割り当てられた拡散符号によって逆拡散処理を行うことにより、各信号に含まれる情報を取得することができる。

また、ここでは、Ａ／Ｄコンバータ５０以降の回路を共通化した構成について説明した。このような構成の他、第１ＩＦフィルタ２６の出力信号および第２ＩＦフィルタ４４の出力信号を合波器で足し合わせ、第１ＩＦアンプ２８および第２ＩＦアンプ４６を１つのＩＦアンプで共通化した構成とすることができる。さらに、周波数｜ｆ１−ｆ１０｜と周波数｜ｆ２−ｆ２０｜とが同一となるよう、ローカル周波数ｆ１０およびローカル周波数ｆ２０を設定した場合には、第１ミキサ２２の出力信号および第２ミキサ４０の出力信号を合波器で足し合わせ、第１ＩＦフィルタ２６および第２ＩＦフィルタ４４を１つのＩＦフィルタで共通化し、第１ＩＦアンプ２８および第２ＩＦアンプ４６を１つのＩＦアンプで共通化した構成とすることができる。

上記では、ＧＰＳのＬ１信号およびＬ２信号を受信する場合について説明した。本実施形態に係るリミッタ付き２バンド衛星測位装置では、ＧＰＳのＬ１信号、Ｌ２信号、Ｌ５信号、ＧａｌｉｌｅｏのＥ５ａ信号、Ｅ５ｂ信号、ＧＬＯＮＡＳＳの測位信号等、衛星測位システムで用いられる信号のうちいずれか２つを受信することができる。この場合、第１ＲＦフィルタ１４の通過周波数ｆ１、第２ＲＦフィルタ３２の通過周波数ｆ２、ローカル周波数ｆ１０、ｆ２０等を、受信する測位信号の周波数に応じて設定すればよい。

図１のリミッタ付き２バンド衛星測位装置では、２つのローカル信号発生器を用いて周波数の異なる２つの受信対象信号を受信する。ローカル周波数ｆ１０およびローカル周波数ｆ２０を異なる周波数とした場合には、各構成要素回路に電磁気的に誘起されたローカル信号が互いに干渉し、相互変調成分が発生することがある。この場合、受信性能が劣化し、正確な測位計算の妨げとなるという問題が生じる。そこで、本発明の第２の実施形態では、ミキサを共通化し、単一のローカル信号を用いる構成を採用する。

図３に本発明の第２の実施形態に係るリミッタ付き２バンド衛星測位装置の構成を示す。図１のリミッタ付き２バンド衛星測位装置と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。また、ここでは例として、ＧＰＳのＬ１信号およびＬ２信号を受信するものとする。

合波器４８は、第１ＲＦ可変利得アンプ１６および第２可変利得アンプ３４からそれぞれ出力されたＬ１信号およびＬ２信号を足し合わせミキサ６０に出力する。図４に合波器４８から出力される信号の周波数スペクトラムを示す。横軸は周波数を、縦軸は信号の大きさを示す。

ローカル信号発生器６２は、ローカル信号をミキサ６０に出力する。ここでは、ローカル信号の周波数ｆ０を、通過周波数ｆ１と通過周波数ｆ２との間の周波数とし、通過周波数ｆ１と通過周波数ｆ２の中点周波数（ｆ１＋ｆ２）／２からＧＰＳ測位信号の占有周波数帯域幅の半分より大きい周波数だけ離れた周波数とする。さらに、ローカル周波数ｆ０と通過周波数ｆ１との差異、およびローカル周波数ｆ０と通過周波数ｆ２との差異は、ＧＰＳ測位信号の占有周波数帯域幅の半分より大きいものとする。ここでは、ローカル周波数ｆ０を、中点周波数（ｆ１＋ｆ２）／２よりも低域側の１３７５．９２ＭＨｚとする。

なお、ローカル周波数ｆ０は、通過周波数ｆ１もしくは通過周波数ｆ２のうち低い方から少なくともＢＷ１／２もしくはＢＷ２／２を減じた周波数より低域側の周波数、または、通過周波数ｆ１もしくは通過周波数ｆ２のうち高い方から少なくともＢＷ１／２もしくはＢＷ２／２を加えた周波数より高域側の周波数としてもよい。

ミキサ６０は、Ｌ１信号とローカル信号の積によって生じる和と差の周波数成分、およびＬ２信号とローカル信号の積によって生じる和と差の周波数成分をＩＦフィルタ６４に出力する。ＩＦフィルタ６４は、周波数｜ｆ１−ｆ０｜を中心周波数とする周波数帯域幅Δｆ１の周波数帯域、および周波数｜ｆ２−ｆ０｜を中心周波数とする周波数帯域幅Δｆ２の周波数帯域を通過周波数帯域とする。したがって、ＩＦフィルタ６４は、ミキサ６０から出力される和の周波数成分である、周波数ｆ１＋ｆ０の周波数成分および周波数ｆ２＋ｆ０の周波数成分を減衰させ、差の周波数成分である周波数｜ｆ１−ｆ０｜の中間周波数ＩＦＬ１信号、および差の周波数成分である周波数｜ｆ２−ｆ０｜の中間周波数ＩＦＬ２信号をＩＦアンプ６６に出力する。ＩＦＬ１信号およびＩＦＬ２信号の各占有周波数帯域幅は、それぞれ、Ｌ１信号およびＬ２信号の占有周波数帯域幅に等しい。

図５にＩＦフィルタ６４から出力される信号の周波数スペクトラムの例を示す。横軸は周波数を、縦軸は信号の大きさを示す。ＩＦＬ１信号は、周波数がｆＩＦ１＝１９９．５ＭＨｚ、占有周波数帯域幅がΔｆ１＝１６ＭＨｚの信号である。ＩＦＬ２信号は、周波数がｆＩＦ２＝１４８．３２ＭＨｚ、占有周波数帯域幅がΔｆ２＝１６ＭＨｚの信号である。上記のようにローカル周波数ｆ０を定めることによって、ＩＦＬ１信号およびＩＦＬ２信号の各周波数スペクトラムは、互いに重なることがなく、かつ、ゼロ周波数で折り返すことがない。したがって、ＩＦＬ１信号およびＩＦＬ２信号のそれぞれのＳ／Ｎが劣化することはない。

ＩＦアンプ６６は信号を増幅しＡ／Ｄコンバータ５０に出力する。Ａ／Ｄコンバータ５０は、信号をサンプリング周波数ｆｓでサンプリングし、ディジタル信号に変換する。そして、ディジタル信号に変換した信号をディジタル信号処理部５２に出力する。

Ａ／Ｄコンバータ５０におけるサンプリング周波数ｆｓは、サブサンプリングの原理に基づいて決定することができる。ここで、サブサンプリングの原理とは、処理対象信号の占有周波数帯域幅の２倍以上の周波数でサンプリングを行えば、処理対象信号が有する情報が失われないというものである。上述の例では、第１の処理対象信号の占有周波数帯域幅Δｆ１と第２の処理対象信号の占有周波数帯域幅Δｆ２の和の２倍以上、すなわち（Δｆ１＋Δｆ２）×２以上の周波数をサンプリング周波数ｆｓとして決定することができる。第１の処理対象信号をＩＦＬ１信号とし、第２の処理対象信号をＩＦＬ２信号とする場合、（Δｆ１＋Δｆ２）×２＝６４ＭＨｚ以上の周波数をサンプリング周波数とすればよい。この場合、サンプリング周波数ｆｓは、例えばｆｓ＝１０５．８４ＭＨｚとすればよい。このようにサンプリング周波数ｆｓを決定することにより、ＩＦＬ１信号およびＩＦＬ２信号に含まれる情報を失うことなくサンプリングを行うことができる。

サンプリングを施す処理対象信号の周波数をｆａとすると、サンプリング周波数ｆｓでサンプリングが施された後の信号周波数成分のうち、０周波数に最も近い周波数成分の周波数ｆＡＤＣは、次の（数１）のように表される。
（数１）ｆＡＤＣ＝｜ｆａ−［ｆａ／ｆｓ＋０．５］・ｆｓ｜
ここで［］はガウスの記号であり、［ｘ］はｘを超えない最大の整数を表す。サンプリング周波数ｆｓをｆｓ＝１０５．８４ＭＨｚとした場合、周波数ｆＩＦ１＝１９９．５ＭＨｚのＩＦＬ１信号は、サンプリングが施されることにより周波数ｆＡＤＣ１＝１２．１８ＭＨｚの信号となる。また、周波数ｆＩＦ２＝１４８．３２ＭＨｚのＩＦＬ２信号は、サンプリングが施されることにより周波数ｆＡＤＣ２＝４２．４８ＭＨｚの信号となる。したがって、Ｌ１信号およびＬ２信号を受信する場合には、Ａ／Ｄコンバータ５０からは、周波数ｆＡＤＣ１＝１２．１８ＭＨｚのＡＤＣＬ１信号、および周波数ｆＡＤＣ２＝４２．４８ＭＨｚのＡＤＣＬ２信号が出力される。なお、ＡＤＣＬ１信号の占有周波数帯域幅およびＡＤＣＬ２信号の占有周波数帯域幅は、それぞれ、ＩＦＬ１信号の占有周波数帯域幅Δｆ１およびＩＦＬ２信号の占有周波数帯域幅Δｆ２と等しくなる。図６にＡ／Ｄコンバータ５０から出力される信号の周波数スペクトラムの例を示す。横軸は周波数を、縦軸は信号の大きさを示す。

なお、ここでは、サンプリング周波数ｆｓを、サブサンプリングの原理に基づいて決定する場合について説明したが、オーバーサンプリングを行う周波数としてサンプリング周波数ｆｓを決定してもよい。すなわち、Ａ／Ｄコンバータ５０に入力される信号の占有周波数帯域上限の２倍を超える周波数をサンプリング周波数ｆｓとして決定してもよい。

ディジタル信号処理部５２は、第１ディジタルフィルタ５４、第２ディジタルフィルタ５６、および測位計算部５８を備える。第１ディジタルフィルタ５４はＡＤＣＬ１信号を抽出し、測位計算部５８に出力する。第２ディジタルフィルタ５６はＡＤＣＬ２信号を抽出し、測位計算部５８に出力する。測位計算部５８は、第１ディジタルフィルタ５４および第２ディジタルフィルタ５６によって抽出された信号から測位に必要な情報を取得し、測位計算を行う。

このような構成によれば、周波数の異なる２つの測位信号を受信するために要されるローカル信号を１つとすることができる。これによって、相互変調成分が発生することを回避することができ、測位信号を良好に受信し正確な測位計算を行うことが可能となる。

さらに、第１ＲＦフィルタ１４または第２ＲＦフィルタ３２の通過周波数帯域内でレベルの大きい妨害波信号が受信された場合であっても、ミキサ６０以降の回路が飽和状態となることを回避することができる。したがって、第１ＲＦフィルタ１４の通過周波数帯域内でレベルの大きい妨害波信号が受信された場合であっても、第２ＲＦフィルタ３２の通過周波数帯域内の測位信号によって測位を行うことができる。同様に、第２ＲＦフィルタ３２の通過周波数帯域内でレベルの大きい妨害波信号が受信された場合であっても、第１ＲＦフィルタ１４の通過周波数帯域内の測位信号によって測位を行うことができる。

ここでは、ＩＦＬ１信号の周波数スペクトラムとＩＦＬ２信号の周波数スペクトラムが重ならないよう、ローカル周波数ｆ０を設定した場合について説明した。本実施形態は、このような周波数設定に限定されるものではなく、これらの信号の周波数スペクトラムが重なるよう、ローカル周波数ｆ０を決定してもよい。しかし、ＩＦＬ１信号の周波数スペクトラムとＩＦＬ２の周波数スペクトラムとが重ならないようローカル周波数ｆ０を設定することにより、次のような効果を得ることができる。

上記のように、衛星測位システムの測位信号には、各測位信号ごとに割り当てられた拡散符号によって拡散処理が施される。したがって、ＩＦＬ１信号の周波数スペクトラムとＩＦＬ２信号の周波数スペクトラムとが重なっていたとしても、各信号に割り当てられた拡散符号によって逆拡散処理を行うことにより、各信号に含まれる情報を取得することができる。しかし、周波数スペクトラムの重なりがあると、一方の信号の占有周波数帯域内の雑音が他方の信号の占有周波数帯域内に含まれることとなり、各信号のＳ／Ｎが劣化するという問題が生ずる。例えば、ＩＦＬ１信号およびＩＦＬ２信号の周波数スペクトラムが完全に重なり合った場合には、重なりがない場合に比して、ＩＦＬ１信号およびＩＦＬ２信号の各Ｓ／Ｎは３ｄＢ劣化する。

そこで、ＩＦＬ１信号の周波数スペクトラムとＩＦＬ２信号の周波数スペクトラムが重ならないようローカル周波数ｆ０を設定することにより、各信号に対するＳ／Ｎの劣化がなく、正確な測位計算を行うことが可能となる。

上記では、ＧＰＳのＬ１信号およびＬ２信号を受信する場合について説明した。本実施形態に係るリミッタ付き２バンド衛星測位装置では、ＧＰＳのＬ１信号、Ｌ２信号、Ｌ５信号、ＧａｌｉｌｅｏのＥ５ａ信号、Ｅ５ｂ信号等、衛星測位システムで用いられる信号のうちいずれか２つを受信することができる。表１にこれらの信号のうち２つの組み合わせ、各信号の周波数に対応する通過周波数、ローカル周波数、およびサンプリング周波数を対応付けた例を示す。

また、ＧＬＯＮＡＳＳでは、１６０２．５６２５ＭＨｚ〜１６０８．７５ＭＨｚの範囲で０．５６２５ＭＨｚ間隔で各衛星に測位信号の周波数が割り当てられており、測位信号の占有周波数帯域幅は１．０２２ＭＨｚである。ＧＬＯＮＡＳＳを用いる場合にも、ＧＰＳまたはＧａｌｉｌｅｏを用いる場合と同様にしてＲＦフィルタの通過周波数帯域、ローカル周波数、サンプリング周波数を設定することができる。

上記では、周波数の異なる２つの測位信号を受信する構成について説明した。このような構成の他、３つ以上の測位信号を受信する構成とすることができる。この場合、共通化されていない構成部を、受信する信号の数だけ設ける構成とする。例として、図７にリミッタ付き３バンド衛星測位装置の構成を示す。３バンド衛星測位装置は、図３のリミッタ付き２バンド衛星測位装置に、第３ＲＦアンプ６８、第３ＲＦフィルタ７０、第３ＲＦ可変利得アンプ７２、第３検波器７４、第３利得制御部７６、および第３ディジタルフィルタ７８を追加したものである。２バンド衛星測位装置と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。

第３ＲＦアンプ６８は、アンテナ１０で受信された信号を増幅し、第３ＲＦフィルタ７０に出力する。第３ＲＦフィルタ７０は、第１ＲＦフィルタ１４および第２ＲＦフィルタ３２の各通過周波数帯域とは異なる周波数帯域を通過周波数帯域とする。ここでは、第３ＲＦフィルタ７０の通過周波数帯域の中心周波数ｆ３を、第３の受信対象信号の周波数とし、通過周波数帯域幅ＢＷ３は第３の受信対象信号の占有周波数帯域幅Δｆ３とする。第３ＲＦフィルタ７０は、通過周波数帯域外の周波数の信号を減衰させ、第３可変利得アンプに出力する。第３ＲＦ可変利得アンプ７２は、第３ＲＦフィルタ７０から出力された信号を増幅し合波器４８に出力する。第３ＲＦ可変利得アンプ７２の利得は、第３利得制御部７６によって制御される。合波器４８は、第１ＲＦ可変利得アンプ１６、第２ＲＦ可変利得アンプ３４、および第３ＲＦ可変利得アンプ７２からそれぞれ出力された信号を足し合わせミキサ６０に出力する。

ローカル周波数ｆ０は、ミキサ６０から出力される複数の中間周波数信号の周波数スペクトラムが、互いに重なることがなく、かつ、ゼロ周波数で折り返すことがないよう決定する。サンプリング周波数ｆｓは、用いられる測位信号の占有周波数帯域幅の和の２倍以上とする。

第３ディジタルフィルタ７８は、アンテナ１０で受信され、第３ＲＦアンプ６８、第３ＲＦフィルタ７０、および第３ＲＦ可変利得アンプ７２を介して合波器４８に入力された後、中間周波数信号に変換されディジタル信号に変換された信号を、ディジタル信号処理部５２に入力された信号から抽出し測位計算部５８に出力する。測位計算部５８は、第３ディジタルフィルタ７８によって抽出された信号に基づいて測位計算を行う。

ＧＰＳのＬ１信号、Ｌ２信号、およびＬ５信号を受信する場合の設計例を示す。Ｌ１信号、Ｌ２信号、およびＬ５信号の周波数は、それぞれ、１５７５．４２ＭＨｚ、１２２７．６ＭＨｚ、および１１７６．４５ＭＨである。それぞれの占有周波数帯域幅は１６ＭＨｚであり共通である。したがって、第１ＲＦフィルタ１４、第２ＲＦフィルタ３２、および第３ＲＦフィルタ７０の各通過周波数は、ｆ１＝１５７５．４２ＭＨｚ、ｆ２＝１２２７．６ＭＨｚ、およびｆ３＝１１７６．４５ＭＨとし、通過周波数帯域幅ＢＷ１、ＢＷ２、およびＢＷ３は、それぞれ、Ｌ１信号の占有周波数帯域幅Δｆ１＝１６ＭＨｚ、Ｌ２信号の占有周波数帯域幅Δｆ２＝１６ＭＨｚ、およびＬ５信号の占有周波数帯域幅Δｆ３＝１６ＭＨｚとする。この場合、例えば、ローカル周波数ｆ０を通過周波数ｆ１と通過周波数ｆ２との間の周波数ｆ０＝１３９２．４８ＭＨｚとすることができる。サンプリング周波数ｆｓは、Δｆ１〜Δｆ３の和をさらに２倍した周波数９６ＭＨｚ以上の周波数として、ｆｓ＝１５４．７２ＭＨｚとすることができる。

リミッタ付き３バンド衛星測位装置では、リミッタ付き２バンド衛星測位装置と同様、衛星測位システムで用いられる種々の信号のうちいずれか３つを受信する構成とすることができる。また、ＲＦアンプ、ＲＦフィルタ、ＲＦ可変利得アンプ、ディジタルフィルタ、検波器、および利得制御部を追加し、周波数の異なる他の測位信号を受信する構成とすることも可能である。

なお、上記では、受信された衛星信号周波数帯域の信号をミキサによって中間周波数帯域の信号に変換し、中間周波数帯域で帯域制限および増幅を行った後に、Ａ／Ｄコンバータ以降の処理を施す構成について説明した。このような構成の他、受信された衛星信号周波数帯域の信号を、中間周波数帯域での処理を施さずにベースバンド信号に変換し、Ａ／Ｄコンバータ以降の処理を施す構成としてもよい。この場合、ローカル周波数を衛星信号周波数帯域の周波数とし、ミキサとしてダイレクトコンバージョン用のミキサを用いる。

本発明の実施形態に係る衛星測位装置は、各ＲＦアンプから合波器まで、あるいは、各ＲＦアンプからＩＦアンプまで等、衛星測位装置を適切な構成部分で区切り集積回路化することができる。

第１の実施形態に係るリミッタ付き２バンド衛星測位装置の構成を示す図である。検波器の構成例を示す図である。第２の実施形態に係るリミッタ付き２バンド衛星測位装置の構成を示す図である。合波器から出力される信号の周波数スペクトラムを示す図である。ＩＦフィルタから出力される信号の周波数スペクトラムを示す図である。Ａ／Ｄコンバータから出力される信号の周波数スペクトラムを示す図である。リミッタ付き３バンド衛星測位装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０アンテナ、１２第１ＲＦアンプ、１４第１ＲＦフィルタ、１６第１ＲＦ可変利得アンプ、１８第１検波器、２０第１利得制御部、２２第１ミキサ、２４第１ローカル信号発生器、２６第１ＩＦフィルタ、２８第１ＩＦアンプ、３０第２ＲＦアンプ、３２第２ＲＦフィルタ、３４第２ＲＦ可変利得アンプ、３６第２検波器、３８第２利得制御部、４０第２ミキサ、４２第２ローカル信号発生器、４４第２ＩＦフィルタ、４６第２ＩＦアンプ、４８合波器、５０Ａ／Ｄコンバータ、５２ディジタル信号処理部、５４第１ディジタルフィルタ、５６第２ディジタルフィルタ、５８測位計算部、６０ミキサ、６２ローカル信号発生器、６４ＩＦフィルタ、６６ＩＦアンプ、６８第３ＲＦアンプ、７０第３ＲＦフィルタ、７２第３ＲＦ可変利得アンプ、７４第３検波器、７６第３利得制御部、７８第３ディジタルフィルタ。

Claims

衛星信号を受信し、第１衛星信号として出力する第１受信部と、
前記第１衛星信号の周波数とは異なる周波数の衛星信号を受信し、第２衛星信号として出力する第２受信部と、
前記第１衛星信号と前記第２衛星信号とを足し合わせて出力する合波器と、
前記合波器から出力された信号に基づく信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングするＡ／Ｄコンバータと、
を備え、
前記第１受信部および前記第２受信部のそれぞれは、
衛星信号周波数帯域の信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力信号のレベルを調整するレベル調整手段と、
を備え、
前記Ａ／Ｄコンバータは、前記第１衛星信号の占有周波数帯域幅および前記第２衛星信号の占有周波数帯域幅の和の２倍以上の周波数を有し、かつ、前記Ａ／Ｄコンバータに入力される信号の周波数の上限の２倍を超えないサンプリング周波数であって、サンプリングされた前記第１衛星信号の占有周波数帯域と、サンプリングされた前記第２衛星信号の占有周波数帯域とが重ならないよう定められたサンプリング周波数で、前記合波器から出力された信号をサブサンプリングすることを特徴とする衛星信号受信装置。
請求項１に記載の衛星信号受信装置であって、
前記合波器が出力する信号に対し周波数変換処理を施し、中間周波数信号として出力する単一の周波数変換器と、
前記周波数変換器が周波数変換処理を行うためのローカル信号を出力する、ローカル信号発生器と、
を備え、
前記周波数変換器は、
前記第１衛星信号とローカル信号との積成分、および前記第２衛星信号とローカル信号との積成分を発生させることにより周波数変換処理を施し、
前記ローカル信号発生器は、
周波数変換処理が施された前記第１衛星信号の占有周波数帯域と、周波数変換処理が施された前記第２衛星信号の占有周波数帯域とが重ならないよう周波数が定められた単一のローカル信号を出力することを特徴とする衛星信号受信装置。
請求項１に記載の衛星信号受信装置において、
前記第１受信部および前記第２受信部のそれぞれは、
衛星信号周波数帯域の信号に対して周波数変換処理を施し、衛星信号周波数帯域の信号を中間周波数帯域の信号に変換する周波数変換器と、
前記周波数変換器が周波数変換処理を行うためのローカル信号を出力する、ローカル信号発生器と、
を備え、
前記第１受信部および前記第２受信部は、それぞれ、中間周波数帯域の信号に変換され、占有周波数帯域が重ならない前記第１衛星信号および前記第２衛星信号を出力し、
前記合波器は、中間周波数帯域の信号に変換された前記第１衛星信号と前記第２衛星信号とを足し合わせて出力することを特徴とする衛星信号受信装置。
請求項２または請求項３に記載の衛星信号受信装置において、
前記第１衛星信号および前記第２衛星信号を、それぞれ、ＧＰＳのＬ１信号およびＬ２信号とするときには、前記ローカル信号の周波数を前記Ｌ２信号の周波数よりも高く、前記Ｌ１信号の周波数よりも低い周波数とし、
前記第１衛星信号および前記第２衛星信号を、それぞれ、ＧＰＳのＬ５信号およびＧａｌｉｌｅｏのＥ５ｂ信号とするときには、前記ローカル信号の周波数を前記Ｅ５ｂ信号の周波数よりも高い周波数とし、
前記第１衛星信号および前記第２衛星信号を、それぞれ、ＧＰＳのＬ１信号およびＧａｌｉｌｅｏのＥ５ｂ信号とするときには、前記ローカル信号の周波数を前記Ｅ５ｂ信号の周波数よりも高く、前記Ｌ１信号の周波数よりも低い周波数とし、
前記第１衛星信号および前記第２衛星信号を、それぞれ、ＧＰＳのＬ２信号およびＬ５信号とするときには、前記ローカル信号の周波数を前記Ｌ２信号の周波数よりも高い周波数とし、
前記第１衛星信号および前記第２衛星信号を、それぞれ、ＧＰＳのＬ１信号およびＬ５信号とするときには、前記ローカル信号の周波数を前記Ｌ５信号の周波数よりも高く、前記Ｌ１信号の周波数よりも低い周波数とし、
前記第１衛星信号および前記第２衛星信号を、それぞれ、ＧＰＳのＬ２信号およびＧａｌｉｌｅｏのＥ５ｂ信号とするときには、前記ローカル信号の周波数を前記Ｌ２信号の周波数よりも高い周波数とすることを特徴とする衛星信号受信装置。