JP5368213B2 - GNSS receiver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、衛星から送信された信号を受信して、受信機の位置を測位するＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機に関する。 The present invention relates to a GNSS (Global Navigation Satellite System) receiver that receives a signal transmitted from a satellite and measures the position of the receiver.
ＧＮＳＳは衛星からの信号を受信して測位を行うシステムであり、米国のＧＰＳ、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳ、ＥＵのＧＡＬＩＬＥＯ等が存在する。ＧＮＳＳ衛星（以下、衛星ということもある）は、衛星ごとに異なる拡散コードで情報をスペクトラム拡散し、共通のキャリア周波数で変調して衛星信号として送信する。ＧＮＳＳ受信機（以下、受信機、ということもある）では、各衛星から送信された衛星信号が合成されたものを受信する。ＧＮＳＳ受信機が受信を開始する場合、地球の裏側に位置する衛星からの衛星信号は受信できないため、受信可能な可視衛星をサーチして、その結果見つかった衛星からの信号を安定して継続できるよう、追尾を行う。 GNSS is a system that receives a signal from a satellite and performs positioning, and includes GPS in the United States, GLONASS in Russia, GALILEO in EU, and the like. A GNSS satellite (hereinafter also referred to as a satellite) spreads information with a spread code different for each satellite, modulates it with a common carrier frequency, and transmits it as a satellite signal. A GNSS receiver (hereinafter sometimes referred to as a receiver) receives a combination of satellite signals transmitted from each satellite. When the GNSS receiver starts receiving, satellite signals from satellites located behind the earth cannot be received, so it is possible to search for receivable visible satellites and stably continue the signals from the found satellites. Do the tracking.
サーチは、打ち上げられている衛星からの受信信号の中から受信可能な衛星信号を探す処理である。衛星毎の拡散コードは既知であるが、衛星信号を受信する為には周波数と拡散コード位相を決定する必要がある。 The search is a process of searching for a receivable satellite signal from the received signals from the launched satellites. Although the spread code for each satellite is known, it is necessary to determine the frequency and spread code phase in order to receive the satellite signal.
キャリア周波数は既知である（ＧＰＳ Ｌ１では１５７５．４２ＭＨｚ）が、衛星と受信機の移動によるドップラー効果の影響があるから、正確に受信するための周波数は衛星毎に異なる。また、衛星毎の拡散コード系列は既知であるが、受信信号に逆拡散を実行する為には、拡散コード位相を決定する必要がある。 The carrier frequency is known (157752 MHz in GPS L1), but because of the influence of the Doppler effect due to the movement of the satellite and the receiver, the frequency for accurate reception varies from satellite to satellite. Further, although the spreading code sequence for each satellite is known, it is necessary to determine the spreading code phase in order to perform despreading on the received signal.
このことから、サーチ処理では、各衛星に対して周波数と拡散コード位相を総当りで調べ、それぞれの相関値を計算する。その結果得られたピーク相関値があらかじめ規定した閾値を超えた場合、その衛星の衛星信号は受信可能であると判断し、そのピーク相関値が得られる周波数と拡散コード位相を決定する。 For this reason, in the search process, the frequency and the spread code phase are checked for each satellite, and the respective correlation values are calculated. If the peak correlation value obtained as a result exceeds a predetermined threshold value, it is determined that the satellite signal of the satellite can be received, and the frequency and spreading code phase at which the peak correlation value is obtained are determined.
サーチ処理で受信可能と判断した衛星信号について、受信を継続する為に追尾処理を行う。衛星と受信機の位置関係は時々刻々変化するので、追尾処理では、周期的に受信周波数やコード位相などの制御を行い、安定した受信を継続する。 For satellite signals that are determined to be receivable by the search process, a tracking process is performed to continue reception. Since the positional relationship between the satellite and the receiver changes from moment to moment, in the tracking process, the reception frequency, code phase, and the like are periodically controlled to continue stable reception.
従来から一般に用いられているＧＮＳＳ受信機の概略構成を図１に示す。アンテナ１で、複数の衛星からの衛星信号を受信する。周波数変換部２は、キャリア周波数で変調された衛星信号を中間周波数（ＩＦ）に周波数変換する。Ａ／Ｄ変換部は、周波数変換された衛星信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する。 FIG. 1 shows a schematic configuration of a GNSS receiver that has been conventionally used. The antenna 1 receives satellite signals from a plurality of satellites. The frequency converter 2 converts the satellite signal modulated at the carrier frequency to an intermediate frequency (IF). The A / D converter converts the frequency-converted satellite signal from an analog signal to a digital signal.
信号処理部４は、制御部２０からの制御内容に従い、受信信号の信号処理を行う。一般にハードウェアで実装されることが多く、主に、サーチ部と複数の追尾チャネルとにより構成される。 The signal processing unit 4 performs signal processing on the received signal according to the control content from the control unit 20. Generally, it is often implemented by hardware, and is mainly composed of a search unit and a plurality of tracking channels.
サーチ部１０は、制御部２０から指定された衛星番号についてサーチ処理を行い、その衛星が受信可能か否か、及びピーク相関値が得られる周波数と拡散コード位相を決定し、結果を制御部２０に通知する。 The search unit 10 performs a search process on the satellite number designated by the control unit 20, determines whether the satellite is receivable, determines the frequency and spreading code phase at which the peak correlation value is obtained, and determines the result as the control unit 20 Notify
追尾チャネル１１〜１ｎは、制御部２０から指定される衛星番号、周波数、拡散コード位相に従い、受信信号の相関処理を行う。相関処理の結果得られた相関値を、制御部２０に通知する。 The tracking channels 11 to 1n perform received signal correlation processing according to the satellite number, frequency, and spreading code phase specified by the control unit 20. The control unit 20 is notified of the correlation value obtained as a result of the correlation processing.
１つの追尾チャネルは１つの衛星からの衛星信号に対する相関処理を行う。ＧＮＳＳ
受信機で測位を行うためには最低４衛星からの衛星信号の受信結果が必要なので、一般に、４ｃｈ以上の追尾チャネルが実装される。
One tracking channel performs correlation processing on satellite signals from one satellite. GNSS
In order to perform positioning by the receiver, since the reception results of satellite signals from at least four satellites are necessary, generally, tracking channels of 4ch or more are mounted.
制御部２０は、一般にソフトウェアで実行される。信号処理部４でのハードウェア処理を制御し、そのハードウェア処理結果を取得し、それに基づき次のようなサーチ部の制御及び追尾チャネルの制御を行う。このように、制御部２０と信号処理部４でのハードウェアは処理のループが組まれている。 The control unit 20 is generally executed by software. The hardware processing in the signal processing unit 4 is controlled, the hardware processing result is acquired, and the following search unit control and tracking channel control are performed based on the hardware processing result. As described above, the hardware in the control unit 20 and the signal processing unit 4 has a processing loop.
サーチ部１０へ制御部２０から衛星番号を指定してサーチを実行させ、その結果の情報を取得する。そして、サーチの結果得られた情報、すなわち受信可能な衛星番号、周波数、拡散コード位相を追尾チャネル１１〜１ｎに順次設定し、処理を指示する。各追尾チャネルから取得した相関値に基づき最適な受信周波数等を算出し、周期的に当該追尾チャネルに再設定する。 The search unit 10 is caused to execute a search by designating a satellite number from the control unit 20, and information on the result is acquired. Then, information obtained as a result of the search, that is, the receivable satellite number, frequency, and spreading code phase are sequentially set in the tracking channels 11 to 1n, and processing is instructed. Based on the correlation value acquired from each tracking channel, an optimal reception frequency or the like is calculated, and is periodically reset to the tracking channel.
サーチ部１０の具体的な構成例を図２に示す。図２において、入力される受信信号が乗算器１０１でキャリアＮＣＯ１０２からの周波数とミキシングされ、コード相関器１０３に供給される。コード相関器１０３では、乗算器１０１からの信号とコード発生器１０５からのコード系列との相関が取られる。コード発生器１０５からのコード系列のコード番号とコード位相は、制御部２０からの制御によりスキャンされる。 A specific configuration example of the search unit 10 is shown in FIG. In FIG. 2, an input received signal is mixed with a frequency from a carrier NCO 102 by a multiplier 101 and supplied to a code correlator 103. In the code correlator 103, the correlation between the signal from the multiplier 101 and the code sequence from the code generator 105 is taken. The code number and code phase of the code sequence from the code generator 105 are scanned under the control of the control unit 20.
キャリア相関とコード相関が取られた信号は、積分器１０６で所定時間毎に積分され、更に電力化部１０７でＩ信号とＱ信号とから電力を求めて（Ｉ２＋Ｑ２）、バッファ及びソート部１０８へ供給する。バッファ及びソート部１０８では、コード位相毎の相関電力をソートし、最大相関電力とそのコード位相を探して、制御部２０へ供給する。制御部２０からは、キャリアＮＣＯ１０２へ周波数を設定し、また、コード発生器１０５へコード番号とコード位相を設定する。 The signal from which the carrier correlation and the code correlation have been taken is integrated every predetermined time by the integrator 106, and further, the power generation unit 107 obtains power from the I signal and the Q signal (I 2 + Q 2 ), and buffers and sorts. To the unit 108. The buffer and sort unit 108 sorts the correlation power for each code phase, finds the maximum correlation power and its code phase, and supplies the result to the control unit 20. From the control unit 20, the frequency is set in the carrier NCO 102, and the code number and code phase are set in the code generator 105.
サーチ処理では、周波数とコード位相を決定する。このために制御部２０では、既に受信している衛星信号から取得したアルマナック（概略の衛星軌道情報）を基に、サーチ対象衛星のドップラー周波数を予測する。その予測周波数周辺のいくつかの周波数でコード位相のサーチを行い、最大相関値が得られる周波数を決定する。この処理を周波数スキャンと呼ぶ。 In the search process, the frequency and code phase are determined. For this purpose, the control unit 20 predicts the Doppler frequency of the search target satellite based on the almanac (rough satellite orbit information) acquired from the already received satellite signal. The code phase is searched at several frequencies around the predicted frequency to determine the frequency at which the maximum correlation value is obtained. This process is called frequency scanning.
サーチ部１０では、制御部２０から指定された周波数とコード番号について、キャリア相関器１０１とコード相関器１０３でキャリア周波数とコード系列の相関演算を行う。コード系列のコード位相をずらしながら相関演算を行い、全コード位相に対する相関電力をそれぞれ算出する。全コード位相に対する相関電力が得られたら相関電力でソートを行い、最大相関電力が得られるコード位相とその相関電力を決定し、制御部２０へ出力する。この処理をコード位相スキャンと呼ぶ。 In the search unit 10, the carrier correlator 101 and the code correlator 103 perform a correlation calculation between the carrier frequency and the code sequence for the frequency and code number designated by the control unit 20. Correlation calculation is performed while shifting the code phase of the code sequence, and the correlation power for all code phases is calculated. When correlation powers for all code phases are obtained, sorting is performed using the correlation powers, code phases for obtaining maximum correlation powers and their correlation powers are determined, and output to the control unit 20. This process is called code phase scanning.
すなわち周波数スキャンとコード位相スキャンにより、最大相関値が得られる周波数とコード位相が決定する。 That is, the frequency and code phase at which the maximum correlation value is obtained are determined by frequency scanning and code phase scanning.
追尾チャネル＃ｎの具体的な構成例を図３に示す。ＧＮＳＳ受信機内には図１に示すように複数の追尾チャネルが含まれるが、図３はその１つのみを示すものであり、他の複数個の追尾チャネルも同様の構成である。 A specific configuration example of the tracking channel #n is shown in FIG. The GNSS receiver includes a plurality of tracking channels as shown in FIG. 1, but FIG. 3 shows only one of them, and the other plurality of tracking channels have the same configuration.
図３において、入力される受信信号が乗算器１ｎ１で、キャリアＮＣＯ１ｎ２からの周波数との相関が取られ、コード相関器１ｎ３に供給される。キャリアＮＣＯ１ｎ２からの周波数は、制御部２０から設定されたものである。コード相関器１ｎ３では、キャリア相関器１ｎ１からの信号とコード発生器１ｎ５からのコード系列との相関が取られる。コード発生器１ｎ５からのコード系列のコード番号は、制御部２０から設定されており、コード位相は、コードＮＣＯ１ｎ４から制御されている。コードＮＣＯ１ｎ４からのコード位相は、制御部２０から設定されたものである。 In FIG. 3, the input received signal is multiplied by a multiplier 1n1, and the correlation with the frequency from the carrier NCO 1n2 is taken and supplied to the code correlator 1n3. The frequency from the carrier NCO 1 n 2 is set by the control unit 20. In the code correlator 1n3, the correlation between the signal from the carrier correlator 1n1 and the code sequence from the code generator 1n5 is taken. The code number of the code series from the code generator 1n5 is set by the control unit 20, and the code phase is controlled by the code NCO 1n4. The code phase from the code NCO 1 n 4 is set by the control unit 20.
コード相関が取られた信号は、積分器１ｎ６で所定時間毎に相関値のＩ成分、Ｑ成分毎に積分され、制御部２０へ供給する。制御部２０からは、キャリアＮＣＯ１ｎ２へ周波数を設定し、コードＮＣＯ１ｎ４へコード位相を設定し、コード生成器１ｎ５へコード番号を設定する。 The code-correlated signal is integrated by the integrator 1n6 at every predetermined time for each I component and Q component of the correlation value and supplied to the control unit 20. From the control unit 20, the frequency is set to the carrier NCO1n2, the code phase is set to the code NCO1n4, and the code number is set to the code generator 1n5.
制御部２０は、ある衛星に対するサーチ処理の結果得られた周波数、コード番号及びコード位相を、追尾チャネル＃ｎに設定する。追尾チャネル＃ｎは指定された周波数、コード番号及びコード位相で相関演算を行い、相関結果のＩ成分とＱ成分を制御部２０へ出力し、制御部２０では安定した受信を継続するように、最適な周波数とコード位相を随時算出し、追尾チャネル＃ｎへ設定する。 The control unit 20 sets the frequency, code number, and code phase obtained as a result of the search process for a certain satellite in the tracking channel #n. The tracking channel #n performs a correlation operation with the designated frequency, code number, and code phase, outputs the I component and Q component of the correlation result to the control unit 20, and the control unit 20 continues stable reception. The optimal frequency and code phase are calculated as needed and set to tracking channel #n.
４つ以上の衛星信号が追尾できたら、それらの信号の受信結果に基づいて、受信機の位置（緯度、経度、高度）を測定する。これが測位処理である。但し、追尾チャネルで衛星信号を追尾している場合であっても、受信信号レベルが低い場合、その受信結果を測位処理に利用しない場合がある。受信信号レベルが低い衛星信号の受信結果を測位処理に用いた場合、測位精度が悪化する場合があるためである。 When four or more satellite signals can be tracked, the position (latitude, longitude, altitude) of the receiver is measured based on the reception result of these signals. This is a positioning process. However, even when the satellite signal is being tracked by the tracking channel, if the received signal level is low, the reception result may not be used for the positioning process. This is because when the reception result of a satellite signal having a low reception signal level is used for the positioning process, the positioning accuracy may deteriorate.
追尾チャネルで受信した衛星信号を復調すると、航法メッセージが得られる。航法メッセージには衛星の軌道情報や、衛星状態に関する情報等が含まれている。ある衛星に何らかの異常がある場合、衛星の健康状態が「不健康」として航法メッセージで送信される。そのためＧＮＳＳ受信機では、航法メッセージを復調した結果、ある衛星が不健康であった場合は、仮にサーチ処理でその衛星を捕捉しても、その衛星に対して追尾は行わない。従って、不健康な衛星の信号を追尾したり、その受信結果が測位処理に用いられる事はない。 When the satellite signal received on the tracking channel is demodulated, a navigation message is obtained. The navigation message includes satellite orbit information, satellite state information, and the like. If there is any abnormality in a certain satellite, the health status of the satellite is transmitted in a navigation message as “unhealthy”. Therefore, in the GNSS receiver, when a certain satellite is unhealthy as a result of demodulating the navigation message, even if the satellite is captured by the search process, the satellite is not tracked. Therefore, the unhealthy satellite signal is not tracked and the reception result is not used for the positioning process.
相関演算は、受信信号にキャリア周波数とドップラー周波数を掛けてベースバンド信号に変換し、拡散コードで畳み込み演算を行うことであり、その演算結果を相関値と呼ぶ。受信対象の衛星信号に対応した周波数、拡散コード系列、拡散コード位相で相関演算を行うことが自己相関である。自己相関値は、周波数サーチ及びコード位相サーチによって、そのピークが得られる。 The correlation calculation is to convert the received signal by multiplying the carrier frequency and the Doppler frequency into a baseband signal and perform a convolution calculation with a spreading code, and the calculation result is called a correlation value. Autocorrelation is a correlation calculation performed at a frequency, spreading code sequence, and spreading code phase corresponding to a satellite signal to be received. The peak of the autocorrelation value is obtained by frequency search and code phase search.
一方、受信対象の衛星信号に対して、別の拡散コード系列で相関演算を行うことを相互相関と呼ぶ。相互相関による相関値は、（１）入力信号のドップラー周波数と、相関演算で使用するドップラー周波数の差分、（２）入力信号のコード系列及びコード位相、並びに、相関演算で使用するコード系列及びコード位相、によって変化する。 On the other hand, performing a correlation operation with another spreading code sequence on a satellite signal to be received is called cross-correlation. The correlation value by cross-correlation is (1) the difference between the Doppler frequency of the input signal and the Doppler frequency used in the correlation calculation, (2) the code sequence and code phase of the input signal, and the code sequence and code used in the correlation calculation. Varies with phase.
ＧＰＳ Ｃ／Ａコードの場合、相互相関の最大相関値は、自己相関値と比較して、−２１．６ｄＢ程度となる。すなわち、ある衛星（＃１とする）の信号を受信する追尾チャネルにおいて自己相関値が−１２０ｄＢｍだった場合、他の衛星信号を受信する追尾チャネルでは、衛星＃１信号の相互相関値が最大−１４２ｄＢｍの大きさで現れる。また相互相関は、２つの衛星のドップラー周波数の差がNｋＨｚの場合に大きく現れる事が知られている。ここで、Nは整数である。 In the case of the GPS C / A code, the maximum correlation value of the cross-correlation is about −21.6 dB compared with the autocorrelation value. That is, when the autocorrelation value in the tracking channel that receives the signal of a certain satellite (referred to as # 1) is −120 dBm, the cross-correlation value of the satellite # 1 signal is the maximum − Appears at a size of 142 dBm. It is known that cross-correlation appears to be significant when the difference between the Doppler frequencies of two satellites is NkHz. Here, N is an integer.
ＧＮＳＳ受信機を携帯電話に組み込む場合等、屋内利用を想定したＧＮＳＳ受信機では高感度化を図る必要がある。これは、建物の壁を通過することにより大きく減衰した弱信号を受信し、測位を可能とするためである。屋内では多くの衛星からの信号が壁に遮られて弱信号となる事が予想されるが、一方、伝搬経路が窓等の開口部である場合は、屋外受信と同等レベルの強信号として受信される可能性がある。すなわちＧＮＳＳ受信機を屋内利用する場合、強信号と弱信号のレベル差が、屋外利用の場合と比較して非常に大きくなることが考えられる。 When a GNSS receiver is assumed to be used indoors, such as when the GNSS receiver is incorporated in a mobile phone, it is necessary to increase the sensitivity. This is because a weak signal greatly attenuated by passing through a building wall is received, and positioning is possible. Indoors, it is expected that signals from many satellites will be blocked by walls and become weak signals. On the other hand, if the propagation path is an opening such as a window, it will be received as a strong signal at the same level as outdoor reception. There is a possibility that. That is, when the GNSS receiver is used indoors, it is considered that the level difference between the strong signal and the weak signal becomes very large compared to the case of outdoor use.
ここで、ＧＮＳＳ受信機が受信を継続しながら、屋外から屋内へ移動する状況を想定すると、相互相関の影響により追尾チャネルで誤追尾が発生する可能性がある。この状況について、以下に説明する。 Here, assuming a situation in which the GNSS receiver moves from the outdoor to the indoor while continuing reception, there is a possibility that erroneous tracking may occur in the tracking channel due to the influence of cross-correlation. This situation will be described below.
可視衛星が２つ存在し、衛星＃１の信号を追尾チャネル＃１で追尾し、衛星＃２の信号を追尾チャネル＃２で追尾している状態を仮定する。この時ＧＮＳＳ受信機は屋外に存在しており衛星信号に対する遮蔽物が無く、衛星信号＃１、２共に強信号で受信しているものとする。この場合、衛星信号＃１、＃２共に正常にサーチ、追尾が可能である。この時の追尾チャネル＃１の相関波形を図４に示す。図４では、追尾チャネル＃１で受信する衛星信号＃１の自己相関レベルが、衛星信号＃２による相互相関レベルよりも十分強いことを表している。衛星信号＃１と＃２の受信信号強度が同じ場合、前述の通り、追尾チャネル＃１に現れる衛星信号＃２による相互相関レベルのピーク値は、衛星信号＃１による自己相関レベルよりも２１．６ｄB程度低い。 Assume that there are two visible satellites, the signal of satellite # 1 is tracked by tracking channel # 1, and the signal of satellite # 2 is tracked by tracking channel # 2. At this time, it is assumed that the GNSS receiver is present outdoors, has no shield for satellite signals, and both satellite signals # 1 and # 2 are receiving strong signals. In this case, both satellite signals # 1 and # 2 can be normally searched and tracked. The correlation waveform of tracking channel # 1 at this time is shown in FIG. FIG. 4 shows that the autocorrelation level of the satellite signal # 1 received by the tracking channel # 1 is sufficiently stronger than the cross-correlation level of the satellite signal # 2. When the received signal strengths of the satellite signals # 1 and # 2 are the same, as described above, the peak value of the cross-correlation level due to the satellite signal # 2 appearing in the tracking channel # 1 is 21.3% higher than the autocorrelation level due to the satellite signal # 1. About 6 dB lower.
次にＧＮＳＳ受信機が屋内へ移動し、衛星＃１の受信信号レベルが建物の壁の影響で徐々に低下するが、衛星＃２の信号は窓を通過して受信するために受信レベルがほとんど低下しない場合を考える。衛星＃１の受信信号レベルが低下するに従って衛星信号＃１の自己相関レベルは徐々に低下する。一方衛星＃２の受信信号レベルは低下しないので、衛星信号＃２による相互相関レベルはそのまま維持される。そして衛星＃１の受信信号レベルが屋外で受信していた時よりも２１．６ｄB以上低下した時点で、衛星信号＃１の自己相関レベルは、衛星信号＃２の相互相関レベルのピーク値よりも低くなる。この時、もし衛星信号＃１による自己相関ピークと衛星信号＃２による相互相関ピークのコード位相が近い場合は、自己相関から相互相関ピークに追尾が乗り移り、誤追尾状態となる恐れがある。この時の相関レベルの様子を図５に示す。 Next, the GNSS receiver moves indoors, and the received signal level of satellite # 1 gradually decreases due to the influence of the wall of the building, but the signal of satellite # 2 is received through the window, so the reception level is almost Consider the case where it does not drop. As the received signal level of satellite # 1 decreases, the autocorrelation level of satellite signal # 1 gradually decreases. On the other hand, since the received signal level of satellite # 2 does not decrease, the cross-correlation level of satellite signal # 2 is maintained as it is. Then, when the received signal level of satellite # 1 has decreased by 21.6 dB or more than when received outdoors, the autocorrelation level of satellite signal # 1 is higher than the peak value of the cross-correlation level of satellite signal # 2. Lower. At this time, if the code phases of the autocorrelation peak due to satellite signal # 1 and the cross-correlation peak due to satellite signal # 2 are close, tracking may shift from the autocorrelation to the crosscorrelation peak, resulting in an erroneous tracking state. The state of the correlation level at this time is shown in FIG.
追尾チャネル＃１が誤追尾状態のまま追尾動作を続けると、誤って衛星信号＃２の相互相関のコード位相とドップラー周波数に追従してしまうため、測位誤りや位置飛びの原因となる。従って、誤追尾が発生した場合はそれを速やかに検出し、該当する追尾チャネルの追尾処理を中断する必要がある。 If the tracking operation is continued while the tracking channel # 1 is in an erroneous tracking state, the tracking phase # 1 erroneously follows the code phase and Doppler frequency of the satellite signal # 2, which causes positioning errors and position skips. Therefore, when an erroneous tracking occurs, it is necessary to detect it quickly and interrupt the tracking process of the corresponding tracking channel.
ＧＮＳＳ受信機における相互相関の影響を排除する方法について、これまでに様々な方法が提案されている。特許文献１では、信号を捕捉（サーチ）する際に、偽信号による相互相関を検出する方法を提案している。特許文献２では、受信していないＰＮコードでの相関器を設け、その相関出力の上昇をもってジャミングによる偽相関を検出する方法を提案している。特許文献３では、ロックした信号に対して通常の相関処理と並列に第２のデータパスを設けることにより、自己相関と相互相関とを区別することを提案している。 Various methods have been proposed so far for eliminating the influence of cross-correlation in the GNSS receiver. Patent Document 1 proposes a method for detecting a cross-correlation caused by a false signal when a signal is captured (searched). Patent Document 2 proposes a method of providing a correlator using a PN code that has not been received, and detecting a false correlation due to jamming with an increase in the correlation output. Patent Document 3 proposes to distinguish autocorrelation and cross-correlation by providing a second data path in parallel with normal correlation processing for a locked signal.
特許文献４では、強い衛星信号の相互相関による干渉信号を生成し、それを弱信号相関値から減算して、相互相関の影響を無くす方法を提案している。特許文献５では、ＧＰＳ測位結果が不完全であるかどうかを判断し、不完全の原因となっている衛星を選定することを提案している。特許文献６では、過去の測位結果と衛星の起動情報（エフェメリス）に基づいて衛星のドップラー周波数とコード位相を予測し、それと実測結果とを比較することにより、相互相関による偽相関を排除することを提案している。 Patent Document 4 proposes a method of eliminating the influence of cross-correlation by generating an interference signal by cross-correlation of strong satellite signals and subtracting it from the weak signal correlation value. Patent Document 5 proposes to determine whether or not the GPS positioning result is incomplete and to select the satellite causing the incompleteness. According to Patent Document 6, a satellite Doppler frequency and code phase are predicted based on past positioning results and satellite activation information (ephemeris), and false correlations due to cross-correlation are eliminated by comparing them with actual measurement results. Has proposed.
しかし特許文献１の方法では、一旦正常に追尾された信号が、相互相関により誤追尾状態となる場合への対処は示されていない。特許文献２の方法では、受信していない衛星との相互相関を検出する場合、相互相関の対象となる衛星は複数存在するため、偽相関検出用の相関器は複数個必要であり、回路規模の増加を招く。特許文献３の方法では、ロックしている信号毎に第２のデータパスが必要であり、回路規模の増加を招く。特許文献４の方法では、干渉信号の生成、及び減算回路を追加する必要があり、回路規模の増加を招く。 However, the method of Patent Document 1 does not show how to deal with a case where a signal that has been normally tracked is in an erroneous tracking state due to cross-correlation. In the method of Patent Document 2, when detecting a cross-correlation with a satellite that has not been received, there are a plurality of satellites that are subject to cross-correlation. Increase. In the method of Patent Document 3, a second data path is required for each locked signal, resulting in an increase in circuit scale. In the method of Patent Document 4, it is necessary to add an interference signal generation and subtraction circuit, which causes an increase in circuit scale.
特許文献５の方法では、衛星の受信信号レベルが低い時や、衛星が不健康である時はその相関結果が測位演算に用いられない場合があるので、相互相関の影響を検出できない可能性がある。特許文献６の方法では、衛星の追尾開始直後や受信信号レベルが低い状態が続いた時は受信データの復調ができず、エフェメリスを用いることができないので、ドップラー周波数とコード位相の予測が出来ない場合がある。 In the method of Patent Document 5, when the received signal level of the satellite is low or when the satellite is unhealthy, the correlation result may not be used for the positioning calculation, so there is a possibility that the influence of the cross correlation cannot be detected. . In the method of Patent Document 6, the received data cannot be demodulated immediately after the start of tracking of the satellite or when the reception signal level is low, and the ephemeris cannot be used, so that the Doppler frequency and code phase cannot be predicted. There is a case.
そこで本発明は、ＧＮＳＳ受信機において、衛星信号を追尾開始した後にその衛星信号の受信レベルが低下した時に、相互相関の影響により誤追尾状態となる事を検出する装置を提供する。この装置は、回路規模の増加を最小に抑え、かつ、不健康な衛星の強信号による相互相関にも対応する為に他の追尾チャネル情報や測位結果情報は用いないで実現する。 Therefore, the present invention provides an apparatus for detecting in the GNSS receiver that a tracking error occurs due to the influence of cross-correlation when the reception level of the satellite signal decreases after tracking of the satellite signal is started. This device can be realized without using other tracking channel information and positioning result information in order to minimize the increase in circuit scale and to cope with cross-correlation due to strong signals from unhealthy satellites.
前記課題を解決するために、本発明は次のような手段をとる。つまり、衛星から送信された信号を受信して受信機の位置を測位するＧＮＳＳ受信機において、制御部が、ある追尾チャネルの追尾信号電力が弱く相互相関の影響による誤追尾の恐れがあると判断した場合に、信号処理部が、可視衛星を対象に、追尾チャネルの追尾周波数±ＮｋＨｚ（Ｎは整数）付近の周波数にてサーチ回路でサーチ処理を行い、前記追尾チャネルに相互相関の影響を与えうる強信号衛星を検出することを特徴とする
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is, in a GNSS receiver that receives a signal transmitted from a satellite and measures the position of the receiver, the control unit determines that the tracking signal power of a certain tracking channel is weak and there is a risk of erroneous tracking due to the influence of cross-correlation. In this case, the signal processing unit performs a search process with a search circuit at a frequency near the tracking frequency ± N kHz (N is an integer) of the tracking channel for visible satellites, and affects the tracking channel with cross-correlation. Detecting strong signal satellites
前記目的は、本願発明によれば、サーチ回路の処理結果を用いて、追尾チャネルの誤追尾を検出することを特徴とするＧＮＳＳ受信機によって達成される。サーチ回路は通常のＧＮＳＳ受信機には既存の回路であるため、回路規模の増加を抑えることができる。また本発明によれば、サーチ回路で全ての可視衛星を対象として相互相関の影響を与える強信号衛星を探すので、相互相関の影響を与える強信号衛星が追尾中か否かに依存せず検出できる、という利点がある。また一般には、２つの衛星信号の周波数差がＮｋHｚ（Nは整数）である場合に相互相関が強く発生することが知られている。本願発明によると、追尾チャネルの周波数±ＮｋHｚの周波数付近でサーチを行うことにより、迅速に相互相関の影響を与える強信号衛星を検出する事ができる。
According to the present invention , the above object is achieved by a GNSS receiver that detects a tracking channel error tracking using a processing result of a search circuit. Since the search circuit is an existing circuit in a normal GNSS receiver, an increase in circuit scale can be suppressed. In addition, according to the present invention, the search circuit searches for all the strong-satellite signals that affect the cross-correlation for all visible satellites. There is an advantage that you can. In general, it is known that a strong cross-correlation occurs when the frequency difference between two satellite signals is N kHz (N is an integer). According to the present invention, by performing a search near the frequency of the tracking channel frequency ± N kHz, it is possible to quickly detect a strong signal satellite that affects the cross-correlation.
本発明の好適な実施例について、図を参照して説明する。 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
受信機回路構成は、図１に示す従来から一般に用いられる構成と同様である。この既存回路を用いて処理する手順を図６のフローチャートに示す。 The receiver circuit configuration is the same as that generally used in the prior art shown in FIG. The procedure for processing using this existing circuit is shown in the flowchart of FIG.
最初に従来と同じ手順で、ある衛星に対してサーチを行い、サーチ検出に成功したら追尾チャネルで追尾を開始する（ステップＳ１０１〜Ｓ１０４）。ここでは、追尾チャネル＃１で衛星＃１の追尾を開始したと仮定する。制御部２０では周期的に追尾チャネル＃１から相関値を取得し、衛星＃１の追尾信号電力を評価する（ステップＳ１０５）。 First, a search is performed for a certain satellite in the same procedure as in the prior art, and if the search is successfully detected, tracking is started on the tracking channel (steps S101 to S104). Here, it is assumed that tracking of satellite # 1 has started on tracking channel # 1. The control unit 20 periodically acquires a correlation value from the tracking channel # 1, and evaluates the tracking signal power of the satellite # 1 (step S105).
制御部２０では、評価した衛星＃１の追尾信号電力と閾値１を比較する（ステップＳ１０６）。追尾信号電力が閾値１よりも高い場合は相互相関の影響を受ける恐れが無いと判断して追尾を継続する（ステップＳ１１１）。一方追尾信号電力が閾値１より低い場合は相互相関の影響を受ける恐れがあると判断し、ステップＳ１０７へ進む。 The control unit 20 compares the evaluated tracking signal power of the satellite # 1 with the threshold 1 (step S106). If the tracking signal power is higher than the threshold 1, it is determined that there is no possibility of being affected by cross-correlation, and the tracking is continued (step S111). On the other hand, if the tracking signal power is lower than the threshold value 1, it is determined that there is a risk of being affected by cross-correlation, and the process proceeds to step S107.
ステップＳ１０６における閾値１は限定しないが、一例を示す。ＧＰＳ衛星の信号の受信電力は、強信号の場合で約−１２０ｄＢｍであると仮定する。相互相関はこれよりも約２１．６ｄＢ低いレベルで現れるため、約−１４２ｄＢｍとなる。このため、追尾チャネルで受信している信号の電力が−１４２ｄＢｍよりも低くなった場合は、相互相関の影響を受ける可能性があると判断できる。従って、この場合はステップＳ１０６における閾値１を−１４２ｄＢｍとする。 Although the threshold value 1 in step S106 is not limited, an example is shown. The received power of the GPS satellite signal is assumed to be about -120 dBm in the case of a strong signal. Since the cross-correlation appears at a level about 21.6 dB lower than this, it is about -142 dBm. For this reason, when the power of the signal received by the tracking channel becomes lower than −142 dBm, it can be determined that there is a possibility of being affected by the cross-correlation. Therefore, in this case, the threshold value 1 in step S106 is set to -142 dBm.
ステップＳ１０７では、追尾チャネルにて相互相関の影響を受けている可能性があるため、相互相関の影響を与えている強信号衛星を検出するために、全可視衛星に対してサーチを実行する。この時、不健康衛星も強信号を送信している可能性があるため、サーチ対象に含める。また相互相関のレベルには周波数依存性があるので、サーチ周波数を数百Ｈｚステップで変化させ、サーチを実行するのが望ましい。 In step S107, since there is a possibility of being affected by cross-correlation in the tracking channel, a search is executed for all visible satellites in order to detect a strong signal satellite that is affected by cross-correlation. At this time, since unhealthy satellites may also transmit strong signals, they are included in the search target. Further, since the level of cross-correlation has frequency dependence, it is desirable to execute the search by changing the search frequency in steps of several hundred Hz.
しかるに前記のような相互相関は、一般に、２つの衛星信号の周波数差がＮｋＨｚ（Ｎは整数）の時に相関値が大きくなることが知られているため、サーチ周波数を追尾チャネルの周波数±ＮｋＨｚ付近に限定する手段を取ることによって、より効率的にサーチを実現することも可能である。 However, the cross-correlation as described above is generally known to have a large correlation value when the frequency difference between two satellite signals is N kHz (N is an integer), and therefore the search frequency is around the frequency ± N kHz of the tracking channel. It is also possible to realize a search more efficiently by taking a means limited to.
つまり、この場合、サーチ周波数を数百Ｈｚステップで変化させる場合と比較して、周波数サーチの時間を短縮することができる。 That is, in this case, the frequency search time can be shortened as compared with the case where the search frequency is changed in steps of several hundred Hz.
ステップＳ１０８では、サーチ結果のピーク電力から追尾信号電力を減算した結果と、閾値２とを比較する。減算結果が閾値２より大きい場合は、サーチで検出した強信号衛星が追尾信号に相互相関の影響を与えている可能性があるため、ステップＳ１０９へ進む。減算結果が閾値２以下の場合は、追尾信号に相互相関の影響を与える強信号衛星をサーチで検出しなかったことを表すため、ステップＳ１１１へ進んで追尾を継続する。 In step S108, the threshold 2 is compared with the result obtained by subtracting the tracking signal power from the peak power of the search result. If the subtraction result is larger than the threshold value 2, the strong signal satellite detected by the search may have an influence of cross-correlation on the tracking signal, and the process proceeds to step S109. If the subtraction result is less than or equal to the threshold value 2, it indicates that a strong signal satellite that has an influence of cross-correlation on the tracking signal has not been detected by the search, and thus the process proceeds to step S111 and the tracking is continued.
ステップＳ１０８における閾値２は限定しないが、一例を示す。相互相関は自己相関電力よりも約２１．６ｄＢ低いレベルで現れるため、ステップＳ１０８における閾値２は−２１．６ｄＢとすることができる。 Although the threshold value 2 in step S108 is not limited, an example is shown. Since the cross-correlation appears at a level approximately 21.6 dB lower than the autocorrelation power, the threshold 2 in step S108 can be set to -21.6 dB.
ステップＳ１０９では、サーチ結果ピーク電力が現れる周波数が、追尾チャネルでの追尾周波数±ＮｋＨｚとほぼ等しいか否かを判断する。両者は厳密に等しいとは限らず、その範囲は限定しない。両者がほぼ等しい場合は、サーチ結果で得られた強信号衛星からの信号と追尾チャネルで受信している弱信号衛星からの信号との相互相関が、強いレベルで現れている可能性が高いことを示すため、ステップＳ１１０へ進んで追尾を中止する。両者が等しくない場合は相互相関の影響を受けている可能性が低いため、ステップＳ１１１へ進んで追尾を継続する。 In step S109, it is determined whether the frequency at which the search result peak power appears is substantially equal to the tracking frequency ± N kHz in the tracking channel. Both are not necessarily equal and the range is not limited. If they are almost equal, the cross-correlation between the signal from the strong signal satellite obtained in the search result and the signal from the weak signal satellite received on the tracking channel is likely to appear at a strong level. In step S110, the tracking is stopped. If they are not equal, it is unlikely that they are affected by cross-correlation, so the process proceeds to step S111 and tracking is continued.
図６のフローチャートでは、ステップＳ１０７で全可視衛星にサーチを行ってからステップＳ１０８とＳ１０９の判断処理へ移行しているが、サーチ処理と判断処理をある１つの可視衛星に対して行い、その一連の処理を全可視衛星に対して行うようにループすることもできる。この例を、図７のフローチャートに示す。 In the flowchart of FIG. 6, after all the visible satellites are searched in step S107, the process proceeds to the determination process in steps S108 and S109. It is also possible to loop so that the above process is performed for all visible satellites. This example is shown in the flowchart of FIG.
最初に従来と同じ手順で、ある衛星に対してサーチを行い、サーチ検出に成功したら追尾チャネルで追尾を開始する（ステップＳ２０１〜Ｓ２０４）。ここでは、追尾チャネル＃１で衛星＃１の追尾を開始したと仮定する。制御部２０では周期的に追尾チャネル＃１から相関値を取得し、衛星＃１の追尾信号電力を評価する（ステップＳ２０５）。 First, a search is performed for a certain satellite in the same procedure as in the prior art, and if the search is successfully detected, tracking is started on the tracking channel (steps S201 to S204). Here, it is assumed that tracking of satellite # 1 has started on tracking channel # 1. The control unit 20 periodically acquires a correlation value from the tracking channel # 1, and evaluates the tracking signal power of the satellite # 1 (step S205).
制御部２０では、評価した衛星＃１の追尾信号電力と閾値１を比較する（ステップＳ２０６）。追尾信号電力が閾値１よりも高い場合は相互相関の影響を受ける恐れが無いと判断し、追尾を継続する（ステップＳ２１１）。一方追尾信号電力が閾値１より低い場合は相互相関の影響を受ける恐れがあると判断し、ある可視衛星に対してサーチを実施する（Ｓ２０７）。 The control unit 20 compares the evaluated tracking signal power of the satellite # 1 with the threshold 1 (step S206). If the tracking signal power is higher than the threshold value 1, it is determined that there is no risk of being affected by cross-correlation, and tracking is continued (step S211). On the other hand, if the tracking signal power is lower than the threshold 1, it is determined that there is a risk of being affected by cross-correlation, and a search is performed for a certain visible satellite (S207).
ステップＳ２０６における閾値１は限定しないが、図６について説明した一例と同様である。 The threshold value 1 in step S206 is not limited, but is the same as the example described with reference to FIG.
ステップＳ２０８では、サーチ結果のピーク電力から追尾信号電力を減算した結果と、閾値２とを比較する。減算結果が閾値２より大きい場合は、サーチで検出した強信号衛星が追尾信号に相互相関の影響を与えている可能性があるため、ステップＳ２０９へ進む。減算結果が閾値２以下の場合は、サーチ対象衛星の相互相関が追尾信号に影響を与えないと判断し、Ｓ２１２へ進む。全可視衛星についてサーチが完了したら（ステップＳ２１２）、追尾信号に相互相関の影響を与える強信号衛星をサーチで検出しなかったことを表すため、ステップＳ２１１へ進んで追尾を継続する。 In step S208, the result obtained by subtracting the tracking signal power from the peak power of the search result is compared with the threshold value 2. When the subtraction result is larger than the threshold value 2, the strong signal satellite detected by the search may have an influence of cross-correlation on the tracking signal, and the process proceeds to step S209. If the subtraction result is less than or equal to the threshold value 2, it is determined that the cross-correlation of the search target satellite does not affect the tracking signal, and the process proceeds to S212. When the search is completed for all visible satellites (step S212), the process proceeds to step S211 to continue tracking in order to indicate that a strong signal satellite that has a cross correlation effect on the tracking signal has not been detected.
ステップＳ２０８における閾値２は限定しないが、図６で説明した一例と同様である。 The threshold value 2 in step S208 is not limited, but is the same as the example described in FIG.
ステップＳ２０９では、サーチ結果ピーク電力が現れる周波数が、追尾チャネルでの追尾周波数±ＮｋＨｚとほぼ等しいか否かを判断する。両者は厳密に等しいとは限らず、その範囲は限定しない。両者がほぼ等しい場合は、サーチ結果で得られた強信号衛星からの信号と追尾チャネルで受信している弱信号衛星からの信号との相互相関が、強いレベルで現れている可能性が高いことを示すため、ステップＳ２１０へ進んで追尾を中止する。両者が等しくない場合は相互相関の影響を受けている可能性が低いため、ステップＳ２１２へ進み、全可視衛星に対してサーチが完了していたら、ステップＳ２１１へ進んで追尾を継続する。 In step S209, it is determined whether the frequency at which the search result peak power appears is substantially equal to the tracking frequency ± N kHz in the tracking channel. Both are not necessarily equal and the range is not limited. If they are almost equal, the cross-correlation between the signal from the strong signal satellite obtained in the search result and the signal from the weak signal satellite received on the tracking channel is likely to appear at a strong level. In step S210, the tracking is stopped. If they are not equal, it is unlikely that they are affected by cross-correlation, so the process proceeds to step S212. If the search is completed for all visible satellites, the process proceeds to step S211 and tracking is continued.
なお、ステップＳ２１２において、全可視衛星に対してサーチが完了していなければ、サーチ対象可視衛星を変更して（ステップＳ２１３）、その衛星に対してサーチを実施する（ステップＳ２０７）。 In step S212, if the search is not completed for all visible satellites, the search target visible satellite is changed (step S213), and the search is performed for the satellite (step S207).
１…アンテナ、 ２…周波数変換部、
３…Ａ／Ｄ変換部、 ４…信号処理部、
１０…サーチ部、 １１，１２〜１ｎ…追尾チャネル（ｎは追尾チャネル数）、
１０１〜１ｎ１…乗算器、 １０２〜１ｎ２…キャリアＮＣＯ、
１０３〜１ｎ３…コード相関器、 １ｎ４…コードＮＣＯ、
１０５〜１ｎ５…コード発生器、 １０６〜１ｎ６…積分器、
１０７…電力化部、 １０８…バッファ及びソート部、
２０…制御部。
1 ... antenna, 2 ... frequency converter,
3 ... A / D converter, 4 ... signal processor,
10 ... search unit, 11, 12 to 1n ... tracking channel (n is the number of tracking channels),
101-1n1 ... multiplier, 102-1n2 ... carrier NCO,
103 to 1n3 ... code correlator, 1n4 ... code NCO,
105-1n5 ... code generator, 106-1n6 ... integrator,
107: Power generation unit, 108: Buffer and sorting unit,
20: Control unit.
Claims (1)
In the GNSS receiver that receives the signal transmitted from the satellite and measures the position of the receiver, when the control unit determines that the tracking signal power of a certain tracking channel is weak and there is a risk of erroneous tracking due to the influence of cross-correlation In addition, the signal processing unit performs a search process with a search circuit at a frequency near the tracking frequency ± N kHz (N is an integer) of the tracking channel for visible satellites, and the tracking channel may have an influence of cross-correlation. A GNSS receiver for detecting a signal satellite.
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