JP5393113B2

JP5393113B2 - 衛星測位装置

Info

Publication number: JP5393113B2
Application number: JP2008293493A
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: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2028-11-17
Also published as: JP2010121963A

Description

本発明は、受信した衛星信号をサンプリングし、サンプリングされた衛星信号に基づいて測位を行う衛星測位装置に関する。

衛星から送信された衛星信号を受信し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、受信した衛星信号を、その周波数より低い周波数の中間周波数信号に変換する。そして、中間周波数信号に対してサンプリング処理を施し、サンプリング処理に基づいて得られたディジタル信号を用いて測位を行う。

一般に、サンプリング周波数の半分より広い周波数帯域にわたって成分が含まれる信号に対してサンプリング処理を施すと、処理対象信号に含まれる成分の一部がノイズ成分となってサンプリング処理後の信号に重畳される。

そこで、衛星測位装置では、サンプリング周波数を中間周波数信号の占有周波数帯域幅の２倍より高い周波数とする。そして、サンプリング周波数の半分の周波数帯域幅のバンドパスフィルタを設け、フィルタ処理が施された中間周波数信号に対しサンプリング処理を施す。

特開２００６−０７４３１３

衛星測位装置に用いられるバンドパスフィルタは、通過周波数帯域の両端で急峻な特性を有することが好ましい。そのため、バンドパスフィルタには、通過周波数帯域の両端でノッチ特性を示すものが用いられることが多い。しかし、このような急峻な特性を有するフィルタは、構成部品の特性ばらつきによってフィルタ特性がばらつくという問題がある。これによって、製品ごとに受信性能がばらつくという問題が生じる。

本発明は、このような問題に対してなされたものである。すなわち、フィルタ特性を容易に調整することができ、製品ごとの性能ばらつきを容易に抑えることができる衛星測位装置を提供することを目的とする。

本発明は、衛星から送信される衛星信号を受信し、受信周波数よりも低い周波数を有する中間周波数信号に変換する無線受信部と、印加された電圧に応じて特性が定まる第１ノッチフィルタおよび第２ノッチフィルタと、サンプリングの基準周波数を有する基準信号を生成する基準信号生成部と、前記第１ノッチフィルタおよび前記第２ノッチフィルタによってフィルタ処理が施された前記中間周波数信号を、前記基準信号によってサンプリングするサンプリング部と、サンプリングされた前記中間周波数信号に基づいて測位を行う測位部と、前記基準信号の周波数を分周し、分周基準信号を生成する分周基準信号生成部と、前記分周基準信号を前記第１ノッチフィルタに入力し、そのフィルタ処理が施された前記分周基準信号のレベルに基づいて、前記第１ノッチフィルタに対する印加電圧を調整し、前記基準信号を前記第２ノッチフィルタに入力し、そのフィルタ処理が施された前記基準信号のレベルに基づいて、前記第２ノッチフィルタに対する印加電圧を調整する特性調整部と、を備え、前記基準周波数は、前記中間周波数信号の周波数帯域幅の２倍以上の周波数であり、前記中間周波数信号の周波数帯域は、前記基準周波数の半分の周波数と前記基準周波数との間にあり、前記特性調整部は、前記第１ノッチフィルタの減衰極周波数を前記分周基準信号の周波数に調整し、前記第２ノッチフィルタの減衰極周波数を前記基準周波数に調整する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る衛星測位装置においては、前記中間周波数信号の周波数帯域を通過周波数帯域とするバンドパスフィルタを備えることが好適である。

また、本発明に係る衛星測位装置においては、前記特性調整部は、前記第１ノッチフィルタによるフィルタ処理が施された前記分周基準信号のレベルが極小となるよう前記第１ノッチフィルタに対する印加電圧を調整し、前記第２ノッチフィルタによるフィルタ処理が施された前記基準信号のレベルが極小となるよう前記第２ノッチフィルタに対する印加電圧を調整することが好適である。

本発明によれば、衛星測位装置において、フィルタ特性を容易に調整することができ、製品ごとの性能ばらつきを容易に抑えることができる。

図１に本発明の実施形態に係る衛星測位装置の構成を示す。衛星測位装置は、測位衛星から送信される測位信号を受信する。そして、受信した信号にサンプリング処理を施し、サンプリング処理に基づいて得られたディジタル信号によって測位を行う。

無線受信部１２はアンテナ１０を介して測位信号を受信する。そして、測位信号を増幅し、占有周波数帯域幅を維持しつつ、その信号の周波数より低い周波数を有する中間周波数信号に変換してバンドパスフィルタ１４に出力する。バンドパスフィルタ１４は、無線受信部１２から出力された信号に含まれる通過周波数帯域外の成分を低減し、注入部１６を介して第１ノッチフィルタ１８に出力する。

図２（ａ）にバンドパスフィルタ１４の特性を示す。横軸は周波数を示し縦軸は減衰量を示す。ただし、縦軸はデシベルスケールであり、下方に向かうほど減衰量が増加することを示す。通過周波数帯域は、減衰量がＡｃ［ｄＢ］以下となる周波数範囲として定義される。すなわち、図２（ａ）に示す特性では、低域端周波数ｆＬ以上、高域端周波数ｆＨ以下の周波数範囲が通過周波数帯域となる。通過周波数帯域の中心周波数は、中間周波数信号に変換された測位信号の中心周波数ｆ０と同一とし、通過周波数帯域幅は、測位信号の占有周波数帯域幅とほぼ同一か、やや広い幅とする。

衛星測位装置は、測位衛星から送信される測位信号を受信して測位を行う測位モードとは別に、第１ノッチフィルタ１８および第２ノッチフィルタ２０の特性を調整する特性調整モードで動作する。注入部１６は、特性調整モードで動作するときには、信号選択スイッチ３０から出力される信号を第１ノッチフィルタ１８に注入する。一方、測位モードで動作するときには、信号選択スイッチ３０からの信号注入は行わない。

注入部１６は、バンドパスフィルタ１４から第１ノッチフィルタ１８に出力される信号に与える影響ができる限り小さくなるよう構成する。例えば、バンドパスフィルタ１４と第１ノッチフィルタ１８とを接続する信号線に、キャパシタの一端を接続し、そのキャパシタの他端を信号選択スイッチ３０に接続する構成とする。信号選択スイッチ３０側を見たインピーダンスの大きさが、バンドパスフィルタ１４と第１ノッチフィルタ１８とを接続する信号線のインピーダンスの大きさより十分大きくなるよう設計することにより、信号選択スイッチ３０側の回路が信号線に伝送される信号に与える影響を小さくすることができる。

第１ノッチフィルタ１８は、入力された信号に含まれる第１減衰極周波数ｆ１の成分を低減し、第２ノッチフィルタ２０に出力する。第１減衰極周波数ｆ１は、バンドパスフィルタ１４の低域端周波数ｆＬよりも低い周波数とする。図２（ｂ）に第１ノッチフィルタ１８の特性を示す。第１ノッチフィルタ１８は、第１減衰極周波数ｆ１で減衰量が極大となる。第１減衰極周波数ｆ１は、後述のように、特性調整部３４から出力される第１制御電圧Ｖ１に応じて調整される。

第２ノッチフィルタ２０は、第１ノッチフィルタ１８から出力された信号に含まれる第２減衰極周波数ｆ２の成分を低減し、Ａ／Ｄコンバータ２２および検波部３２に出力する。ここで、第２減衰極周波数ｆ２は、バンドパスフィルタ１４の高域端周波数ｆＨよりも高い周波数とする。図２（ｃ）に第２ノッチフィルタ２０の特性を示す。第２ノッチフィルタ２０は、第２減衰極周波数ｆ２で減衰量が極大となる。第２減衰極周波数ｆ２は、後述のように、特性調整部３４から出力される第２制御電圧Ｖ２に応じて調整される。

このような構成によれば、無線受信部１２から出力された信号が、バンドパスフィルタ１４、第１ノッチフィルタ１８、および第２ノッチフィルタ２０を介して、Ａ／Ｄコンバータ２２に至るまでのフィルタ特性は、図２（ｄ）のようになる。このフィルタ特性は、バンドパスフィルタ１４の特性が、第１ノッチフィルタ１８および第２ノッチフィルタ２０によって急峻化された特性となる。

基準信号生成部２６は、サンプリング周波数ｆｓを有する基準信号をＡ／Ｄコンバータ２２に出力する。サンプリング周波数ｆｓは、測位信号の占有周波数帯域幅が示す周波数の２倍とする。

Ａ／Ｄコンバータ２２は、基準信号の周波数をサンプリング周波数ｆｓとして、第２ノッチフィルタ２０から出力された信号に対しサンプリング処理を施し、ディジタル信号に変換して測位部２４に出力する。

測位部２４は、Ａ／Ｄコンバータ２２から出力されたディジタル信号に基づいて、衛星測位装置の位置を求める。

一般に、サンプリング周波数の半分より広い周波数帯域にわたって成分が含まれる信号に対してサンプリング処理を施すと、処理対象信号に含まれる成分の一部がノイズ成分となってサンプリング処理後の信号に重畳される。すなわち、Ａ／Ｄコンバータに入力される信号が、処理対象信号の中心周波数からｆｓ／４を超えて離れた周波数のノイズを含む場合には、ディジタル信号に変換された処理対象信号にそのノイズが重畳される。

衛星測位装置においては、無線受信部１２からは、中間周波数信号に変換された測位信号の他、周波数変換に伴う不要信号が出力される。そこで、衛星測位装置では、バンドパスフィルタ１４、第１ノッチフィルタ１８、および第２ノッチフィルタ２０を設けることにより、不要信号を低減する。

Ａ／Ｄコンバータ２２によって得られるディジタル信号に含まれるノイズを低減するためには、中間周波数信号の中心周波数ｆ０からｆｓ／４以上離れた周波数成分を減衰させることが好ましい。したがって、第１減衰極周波数ｆ１および第２減衰極周波数ｆ２を、それぞれ、中心周波数ｆ０からサンプリング周波数ｆｓの４分の１の周波数を減じた周波数、および中心周波数ｆ０にサンプリング周波数ｆｓの４分の１の周波数を加算した周波数と一致させることが好ましい。

ところが、第１ノッチフィルタ１８および第２ノッチフィルタ２０を構成する部品に、製品ごとのばらつきがあると、製品ごとに第１減衰極周波数ｆ１および第２減衰極周波数ｆ２にばらつきが生じる。

そこで、本実施形態に係る衛星測位装置では、第１ノッチフィルタ１８および第２ノッチフィルタ２０を、それぞれ、第１減衰極周波数ｆ１および第２減衰極周波数ｆ２が調整可能な構成とする。そして、中間周波数信号の中心周波数ｆ０をサンプリング周波数の４分の３、すなわち、ｆ０＝３ｆｓ／４とする。これによって、中心周波数ｆ０からサンプリング周波数ｆｓの４分の１の周波数を減じた周波数はサンプリング周波数ｆｓの半分となり、中心周波数ｆ０にサンプリング周波数ｆｓの４分の１の周波数を加算した周波数はサンプリング周波数ｆｓと等しくなる。これによって、第１減衰極周波数ｆ１および第２減衰極周波数ｆ２を、それぞれ、ｆ０−ｆｓ／４およびｆ０＋ｆｓ／４に一致させる調整は、第１減衰極周波数ｆ１および第２減衰極周波数ｆ２を、それぞれ、ｆｓ／２およびｆｓに一致させる調整となる。したがって、この調整を基準信号生成部２６から出力された基準信号を用いて行うことができる。

第１ノッチフィルタ１８および第２ノッチフィルタ２０には、同一の回路構成を採用することができる。図３にその回路構成を示す。入力キャパシタ３８の一端は、信号入力端子３６に接続される。入力キャパシタ３８の他端は、制御端子４０、同調インダクタ４２の一端、および可変容量ダイオード４４のカソード端子に接続される。可変容量ダイオード４４のアノード端子は、同調キャパシタ４６の一端に接続される。同調インダクタ４２の他端は同調キャパシタ４６の他端および出力キャパシタ４８の一端に接続される。出力キャパシタ４８の他端は、信号出力端子５０に接続される。可変容量ダイオード４４のアノード端子と接地導体との間には抵抗５２が接続される。

制御端子４０と接地導体との間には、特性調整部３４によって、制御端子４０を正とする制御電圧が印加される。これによって、可変容量ダイオード４４のカソード端子とアノード端子との間には、抵抗５２を介して、カソード端子の側を正とした直流電圧が印加される。可変容量ダイオード４４の静電容量は、印加電圧に応じて変化する。したがって、制御端子４０と接地導体との間の制御電圧を変化させことで、可変容量ダイオード４４の静電容量を変化させることができる。

入力キャパシタ３８は、制御端子４０と接地導体との間に印加された直流電圧に基づいて信号入力端子３６に流れようとする直流電流を遮断する。出力キャパシタ４８は、同調キャパシタ４６および出力キャパシタ４８の接続点と接地導体との間に、同調インダクタ４２を介して印加される直流電圧に基づいて信号出力端子５０に流れようとする直流電流を遮断する。また、同調キャパシタ４６は、抵抗５２に流れようとする直流電流を遮断する。

次に、信号入力端子３６から入力される信号に対する動作について説明する。入力キャパシタ３８および出力キャパシタ４８の静電容量は、入力信号の周波数におけるインピーダンスが十分小さくなるよう決定される。

可変容量ダイオード４４および同調キャパシタ４６の直列接続部分と、同調インダクタ４２との並列共振周波数においては、信号入力端子３６と信号出力端子５０との間のインピーダンスの大きさが極大となる。これによって、図３に示すノッチフィルタの特性は、並列共振周波数において減衰量が極大となる図２（ｂ）または（ｃ）のような特性となる。また、抵抗５２は、並列共振のＱ値を低下させ、減衰周波数帯域を広げると共に、信号入力端子３６および信号出力端子５０におけるインピーダンス整合素子として機能する。並列共振周波数は、制御端子４０に印加する電圧を変化させ可変容量ダイオード４４の静電容量を変化させることによって調整することができる。また、並列共振周波数の可変範囲は、同調インダクタ４２および同調キャパシタ４６の各素子定数を変化させることで変更することができる。

図３のノッチフィルタを第１ノッチフィルタ１８として用いる場合には、並列共振周波数を第１減衰極周波数ｆ１と一致させる。また、図３のノッチフィルタを第２ノッチフィルタ２０として用いる場合には、並列共振周波数を第２減衰極周波数ｆ２と一致させる。

次に、特性調整モードについて説明する。特性調整モードによる各ノッチフィルタの特性調整は、衛星測位装置の製造工程の最終段階で行うことが好ましい。これによって、製品ごとの性能ばらつきを抑えることができる。また、衛星測位装置の使用時間が所定の時間に達するごとに、電源投入時等に特性調整モードによる特性調整を行ってもよい。これによって、経年変化による特性変化を修正することができる。

各ノッチフィルタの特性調整は、基準信号生成部２６が出力する基準信号を用いて行う。そのため、基準信号生成部２６は、Ａ／Ｄコンバータ２２の他、信号選択スイッチ３０および１／２分周器２８にも基準信号を出力する。

１／２分周器２８は、基準信号生成部２６から出力される基準信号の周波数を半分に分周した１／２分周基準信号を生成し、選択スイッチに出力する。

信号選択スイッチ３０の端子Ａは基準信号生成部２６の出力端子に接続され、端子Ｂは１／２分周器２８の出力端子に接続される。また、信号選択スイッチ３０の端子Ｃは、注入部１６に接続される。

測位モードでは、信号選択スイッチ３０の端子Ｃは端子Ｏに接続される。端子Ｏは開放状態となっており、端子Ｃが端子Ｏに接続されている状態においては、信号選択スイッチ３０から注入部１６には信号が出力されない。

第１ノッチフィルタ１８の特性を調整するときは、信号選択スイッチ３０の端子Ｃを端子Ｂに接続する。これによって、注入部１６には１／２分周基準信号が出力され、第１ノッチフィルタ１８に１／２分周基準信号が入力される。

１／２分周基準信号は、第１ノッチフィルタ１８および第２ノッチフィルタ２０を介して検波部３２に出力される。検波部３２は、第２ノッチフィルタ２０から出力された１／２分周基準信号を検波し、検波レベルに応じた検波直流電圧を特性調整部３４に出力する。なお、検波部３２には、第２ノッチフィルタ２０から出力された信号を半波整流または全波整流し、整流電圧を平滑して出力する回路を用いることができる。

特性調整部３４は、検波直流電圧が極小となるよう、第１ノッチフィルタ１８の制御端子４０に印加する第１制御電圧Ｖ１を調整する。特性調整部３４は、検波直流電圧が極小となったときは、その第１制御電圧Ｖ１の出力を維持する。特性調整部３４は、測位モードで動作している間、調整された第１制御電圧Ｖ１を出力する状態を維持する。

第２ノッチフィルタ２０の特性を調整するときは、信号選択スイッチ３０の端子Ｃを端子Ａに接続する。これによって、注入部１６には基準信号が出力され、第１ノッチフィルタ１８に基準信号が入力される。

基準信号は、第１ノッチフィルタ１８および第２ノッチフィルタ２０を介して検波部３２に出力される。検波部３２は、第２ノッチフィルタ２０から出力された基準信号を検波し、検波レベルに応じた検波直流電圧を特性調整部３４に出力する。

特性調整部３４は、検波直流電圧が極小となるよう、第２ノッチフィルタ２０の制御端子４０に印加する第２制御電圧Ｖ２を調整する。特性調整部３４は、検波直流電圧が極小となったときは、その第２制御電圧Ｖ２の出力を維持する。特性調整部３４は、測位モードで動作している間、調整された第２制御電圧Ｖ２を出力する状態を維持する。

特性調整モードにおける処理によれば、第１ノッチフィルタ１８の第１減衰極周波数ｆ１を、サンプリング周波数ｆｓの半分の周波数に一致させることができる。さらに、第２ノッチフィルタ２０の第２減衰極周波数ｆ２をサンプリング周波数ｆｓに一致させることができる。これによって、Ａ／Ｄコンバータ２２に入力される中間周波数信号の中心周波数ｆ０（＝３ｆｓ／４）からｆｓ／４以上離れた周波数の成分を大きく減衰させることができる。したがって、Ａ／Ｄコンバータ２２から出力されるディジタル信号に含まれるノイズを低減することができ、測位精度を高めることができる。

なお、上記では、バンドパスフィルタ１４、第１ノッチフィルタ１８、および第２ノッチフィルタ２０の順に、これらを縦続接続する構成について説明した。これらのフィルタを設ける順序はこれに限られない。例えば、バンドパスフィルタ１４を第２ノッチフィルタ２０の後段に設ける構成としてもよい。この場合、検波部３２は、第２ノッチフィルタ２０とバンドパスフィルタ１４とを接続する信号線に接続することが好ましい。また、第１ノッチフィルタ１８と第２ノッチフィルタ２０の順序を入れ換えてもよい。

本発明の実施形態に係る衛星測位装置は、ＧＰＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＧＬＯＮＡＳＳ等の衛星測位システムに用いることができる。ＧＰＳおよびＧａｌｉｌｅｏの測位信号の周波数は、１．１ＧＨ〜１．６ＧＨｚであり、占有周波数帯域幅は１６ＭＨｚである。この場合、サンプリング周波数を３２ＭＨｚを超える周波数とすることが好適である。上述のように、中間周波数信号の中心周波数はサンプリング周波数の４分の３とする。例えば、サンプリング周波数を４２．９７ＭＨｚとし、中間周波数信号の中心周波数を３２．２３ＭＨｚとする例が考えられる。

本発明の実施形態に係る衛星測位装置の構成を示す図である。フィルタ特性を示す図である。ノッチフィルタの回路構成を示す図である。

符号の説明

１０アンテナ、１２無線受信部、１４バンドパスフィルタ、１６注入部、１８第１ノッチフィルタ、２０第２ノッチフィルタ、２２Ａ／Ｄコンバータ、２４測位部、２６基準信号生成部、２８１／２分周器、３０信号選択スイッチ、３２検波部、３４特性調整部、３６信号入力端子、３８入力キャパシタ、４０制御端子、４２同調インダクタ、４４可変容量ダイオード、４６同調キャパシタ、４８出力キャパシタ、５０信号出力端子、５２抵抗。

Claims

衛星から送信される衛星信号を受信し、受信周波数よりも低い周波数を有する中間周波数信号に変換する無線受信部と、
印加された電圧に応じて特性が定まる第１ノッチフィルタおよび第２ノッチフィルタと、
サンプリングの基準周波数を有する基準信号を生成する基準信号生成部と、
前記第１ノッチフィルタおよび前記第２ノッチフィルタによってフィルタ処理が施された前記中間周波数信号を、前記基準信号によってサンプリングするサンプリング部と、
サンプリングされた前記中間周波数信号に基づいて測位を行う測位部と、
前記基準信号の周波数を分周し、分周基準信号を生成する分周基準信号生成部と、
前記分周基準信号を前記第１ノッチフィルタに入力し、そのフィルタ処理が施された前記分周基準信号のレベルに基づいて、前記第１ノッチフィルタに対する印加電圧を調整し、前記基準信号を前記第２ノッチフィルタに入力し、そのフィルタ処理が施された前記基準信号のレベルに基づいて、前記第２ノッチフィルタに対する印加電圧を調整する特性調整部と、
を備え、
前記基準周波数は、前記中間周波数信号の周波数帯域幅の２倍以上の周波数であり、
前記中間周波数信号の周波数帯域は、前記基準周波数の半分の周波数と前記基準周波数との間にあり、
前記特性調整部は、前記第１ノッチフィルタの減衰極周波数を前記分周基準信号の周波数に調整し、前記第２ノッチフィルタの減衰極周波数を前記基準周波数に調整する、
ことを特徴とする衛星測位装置。
請求項１に記載の衛星測位装置において、
前記中間周波数信号の周波数帯域を通過周波数帯域とするバンドパスフィルタを備えることを特徴とする衛星測位装置。
請求項１または請求項２に記載の衛星測位装置において、
前記特性調整部は、
前記第１ノッチフィルタによるフィルタ処理が施された前記分周基準信号のレベルが極小となるよう前記第１ノッチフィルタに対する印加電圧を調整し、前記第２ノッチフィルタによるフィルタ処理が施された前記基準信号のレベルが極小となるよう前記第２ノッチフィルタに対する印加電圧を調整することを特徴とする衛星測位装置。