JP5521284B2 - 測位方法及び測位装置 - Google Patents

Description

本発明は、測位方法及び測位装置に関する。

測位用信号を利用した測位システムとして、ＧＰＳ（Global Positioning System）が広く知られており、携帯型電話機やカーナビゲーション装置等に内蔵された測位装置に利用されている。ＧＰＳでは、自機の位置を示す３次元の座標値と、時計誤差との４つのパラメータの値を、複数のＧＰＳ衛星の位置や各ＧＰＳ衛星から自機までの擬似距離等の情報に基づいて求める測位演算を行うことで、自機の現在位置を測位する。

上述した測位システムでは、受信信号から測位用信号を抽出し、捕捉するために、拡散符号の一種であるＰＲＮコードで拡散変調された受信信号と、ＰＲＮコードのレプリカコードとの相関演算を行い、その相関値が最大となるコード位相を検出する手法が一般的に用いられている。しかし、コード位相を正しく検出することができないと、測位演算に使用する擬似距離を正確に求めることができず、測位精度を低下させる要因となる。

そこで、例えば特許文献１には、受信信号と、１チップ毎に位相が異なるＰＲＮコードの複数のレプリカコードそれぞれとの相関演算（以下、「第１の相関演算」と称す。）を行い、相関値が最大になると予想される位相探索範囲を求め、その位相探索範囲について、更に、受信信号と、０．１チップ毎に位相の異なる複数のレプリカコードとの相関演算（以下、「第２の相関演算」と称す。）を行って、コード位相を検出する技術が開示されている。
特開２０００−３１２１６３号公報

特許文献１に開示されている技術では、異なる分解能で相関演算を行うことにより、コード位相の検出精度の向上を図っている。しかし、いわゆるインドア環境のような、受信した測位用信号が弱電界の信号となる環境では、信号が微弱であるために、相関値を計算した場合にその最大値の判別が困難なものとなり、第１の相関演算において最大値であると判定された相関値が実は真の最大値ではない場合がある。

この場合、上述した技術では、真の最大値ではない相関値に基づいて設定した位相探索範囲（誤った位相探索範囲）で分解能を上げて第２の相関演算を行うため、コード位相を正しく検出することができず、測位精度が低下するという問題があった。

本発明は、上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、コード位相の検出精度を高めて、測位精度を向上させることにある。

以上の課題を解決するための第１の発明は、拡散符号で拡散変調された測位用信号の受信信号と前記拡散符号のレプリカコードとを、第１の位相探索範囲で前記レプリカコードの位相をずらしつつ相関積算する第１の相関積算処理を行うことと、前記第１の相関積算処理中の第１のタイミングにおける相関積算値に基づいて、前記第１の位相探索範囲よりも狭い第２の位相探索範囲を設定することと、前記受信信号と前記レプリカコードとを、前記第２の位相探索範囲で前記レプリカコードの位相をずらしつつ相関積算する第２の相関積算処理を行うことと、前記第１のタイミングにおける前記第１の相関積算処理の相関積算値と、前記第１のタイミングより遅い第２のタイミングにおける前記第１の相関積算処理の相関積算値とに基づいて、前記設定された第２の位相探索範囲の適否を判定することと、前記判定により適切と判定された場合に、前記第２の相関積算処理の処理結果を用いた所定の測位演算を行って測位することと、を含む測位方法である。

また、第８の発明として、拡散符号で拡散変調された測位用信号の受信信号と前記拡散符号のレプリカコードとを、第１の位相探索範囲で前記レプリカコードの位相をずらしつつ相関積算する第１の相関積算処理を実行する第１の相関積算処理部と、前記第１の相関積算処理中の第１のタイミングにおける相関積算値に基づいて、前記第１の位相探索範囲よりも狭い第２の位相探索範囲を設定する位相探索範囲設定部と、前記受信信号と前記レプリカコードとを、前記第２の位相探索範囲で前記レプリカコードの位相をずらしつつ相関積算する第２の相関積算処理を実行する第２の相関積算処理部と、前記第１のタイミングにおける前記第１の相関積算処理の相関積算値と、前記第１のタイミングより遅い第２のタイミングにおける前記第１の相関積算処理の相関積算値とに基づいて、前記設定された第２の位相探索範囲の適否を判定する判定部と、前記判定部により適切と判定された場合に、前記第２の相関積算処理の処理結果を用いた所定の測位演算を行って測位する測位部と、を備えた測位装置を構成してもよい。

この第１の発明等によれば、拡散符号で拡散変調された測位用信号の受信信号と拡散符号のレプリカコードとを、第１の位相探索範囲でレプリカコードの位相をずらしつつ相関積算する第１の相関積算処理を行い、第１の相関積算処理中の第１のタイミングにおける相関積算値に基づいて、第１の位相探索範囲よりも狭い第２の位相探索範囲を設定する。そして、受信信号とレプリカコードとを、第２の位相探索範囲でレプリカコードの位相をずらしつつ相関積算する第２の相関積算処理を行い、第１のタイミングにおける第１の相関積算処理の相関積算値と、第１のタイミングより遅い第２のタイミングにおける第１の相関積算処理の相関積算値とに基づいて、設定した第２の位相探索範囲の適否を判定する。そして、判定により適切と判定した場合に、第２の相関積算処理の処理結果を用いた所定の測位演算を行って測位する。このような処理を行うことで、現在位相の探索を行っている範囲の妥当性を適確に判定し、正確な処理結果に基づく精度の高い測位を実現することが可能となる。

また、第２の発明として、第１の発明の測位方法であって、前記第１のタイミング後、前記判定により適切と判定されるまでの間、前記第１の相関積算処理による随時の相関積算値に基づいて前記所定の測位演算を行って測位することを更に含む測位方法を構成してもよい。

この第２の発明によれば、第１のタイミング後、判定により適切と判定されるまでの間、第１の相関積算処理による随時の相関積算値に基づいて所定の測位演算を行って測位する。これにより、第２の相関積算処理の処理結果を利用できない期間も、第１の相関積算処理の処理結果を補完的に利用して、継続して測位を行うことが可能となる。

また、第３の発明として、第１又は第２の発明の測位方法であって、前記第１の相関積算処理は、第１の単位位相間隔で前記レプリカコードの位相をずらしつつ相関積算する処理であり、前記第２の相関積算処理は、第１の単位位相間隔よりも狭い第２の単位位相間隔で前記レプリカコードの位相をずらしつつ相関積算する処理である測位方法を構成してもよい。

この第３の発明によれば、第２の相関積算処理では、第１の相関積算処理と比べて狭い単位位相間隔で相関積算を行うため、分解能の高い位相探索を実現することができる。

また、第４の発明として、第１〜第３の何れかの発明の測位方法であって、前記判定により不適と判定された場合に、前記第１の相関積算処理中の相関積算値に基づいて、前記第２の位相探索範囲を新たに設定することを更に含む測位方法を構成してもよい。

この第４の発明によれば、第２の相関積算処理による処理結果が不適と判定された場合に、第１の相関積算処理中の相関積算値に基づいて、第２の位相探索範囲を新たに設定する。これにより、当初設定した第２の位相探索範囲が誤った探索範囲であったとしても、適切な探索範囲に設定し直して、位相探索をやり直すことが可能となる。

また、第５の発明として、第１〜第４の何れかの発明の測位方法であって、前記判定は、前記第１のタイミングにおける前記第１の相関積算処理の相関積算値が最大の位相と、前記第２のタイミングにおける前記第１の相関積算処理の相関積算値が最大の位相とが所定の近似条件を満たすか否かによって、前記設定された第２の位相探索範囲が適切か否かを判定することである測位方法を構成してもよい。

この第５の発明によれば、第１のタイミングにおける第１の相関積算処理の相関積算値が最大の位相と、第２のタイミングにおける第１の相関積算処理の相関積算値が最大の位相とが所定の近似条件を満たすか否かによって、設定された第２の位相探索範囲が適切か否かを判定する。

また、第６の発明として、第１〜第５の何れかの発明の測位方法であって、前記第２の位相探索範囲を設定することは、前記第１の相関積算処理の相関積算値が最大の位相を含む所定範囲を前記第２の位相探索範囲として設定することである測位方法を構成してもよい。

この第６の発明によれば、第１の相関積算処理の相関積算値が最大の位相を含む所定範囲を第２の位相探索範囲として設定する。

また、第７の発明として、第１〜第６の何れかの発明の測位方法を、測位装置に内蔵されたコンピュータに実行させるためのプログラムを構成してもよい。

以下、図面を参照して、本発明に好適な実施形態の一例を説明する。尚、以下では、測位装置を備えた電子機器として携帯型電話機を例に挙げ、測位システムとしてＧＰＳ（Global Positioning System）を用いた場合について説明するが、本発明を適用可能な実施形態がこれらに限定されるわけではない。

１．機能構成
図１は、本実施形態における携帯型電話機１の機能構成を示すブロック図である。携帯型電話機１は、ＧＰＳアンテナ５と、ＧＰＳ受信部１０と、ホストＣＰＵ（Central Processing Unit）３０と、操作部４０と、表示部５０と、携帯電話用アンテナ６０と、携帯電話用無線通信回路部７０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）８０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）９０とを備えて構成される。

ＧＰＳアンテナ５は、ＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ（Radio Frequency）信号を受信するアンテナであり、受信した信号をＧＰＳ受信部１０に出力する。尚、ＧＰＳ衛星信号は、衛星毎に異なる拡散符号の一種であるＰＲＮ（Pseudo Random Noise）コードで直接スペクトラム拡散方式により変調された１．５７５４２［ＧＨｚ］の通信信号である。ＰＲＮコードは、コード長１０２３チップを１ＰＮフレームとする繰返し周期１ｍｓの擬似ランダム雑音符号である。

ＧＰＳ受信部１０は、ＧＰＳアンテナ５から出力された信号に基づいて携帯型電話機１の現在位置を測位する測位回路であり、いわゆるＧＰＳ受信機に相当する機能ブロックである。ＧＰＳ受信部１０は、ＲＦ受信回路部１１と、ベースバンド処理回路部２０とを備えて構成される。尚、ＲＦ受信回路部１１と、ベースバンド処理回路部２０とは、それぞれ別のＬＳＩ（Large Scale Integration）として製造することも、１チップとして製造することも可能である。

ＲＦ受信回路部１１は、ＲＦ信号の処理回路ブロックであり、所定の局部発振信号を分周或いは逓倍することで、ＲＦ信号乗算用の発振信号を生成する。そして、生成した発振信号を、ＧＰＳアンテナ５から出力されたＲＦ信号に乗算することで、ＲＦ信号を中間周波数の信号（以下、「ＩＦ（Intermediate Frequency）信号」と称す。）にダウンコンバートし、ＩＦ信号を増幅等した後、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換して、ベースバンド処理回路部２０に出力する。

ベースバンド処理回路部２０は、ＲＦ受信回路部１１から出力された信号に対して相関処理等を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉・抽出し、データを復号して航法メッセージや時刻情報等を取り出して測位演算を行う回路部である。ベースバンド処理回路部２０は、プロセッサとしてのＣＰＵ２１と、メモリとしてのＲＯＭ２３及びＲＡＭ２５とを備えて構成される。

ホストＣＰＵ３０は、ＲＯＭ８０に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従って携帯型電話機１の各部を統括的に制御するプロセッサである。ホストＣＰＵ３０は、ＣＰＵ２１から入力した測位位置をプロットしたナビゲーション画面を、表示部５０に表示させる。

操作部４０は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、押下されたアイコンやボタンの信号をホストＣＰＵ３０に出力する。この操作部４０の操作により、通話要求やメールの送受信要求、ＧＰＳの起動要求等の各種指示入力がなされる。

表示部５０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、ホストＣＰＵ３０から入力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置である。表示部５０には、ナビゲーション画面や時刻情報等が表示される。

携帯電話用アンテナ６０は、携帯型電話機１の通信サービス事業者が設置した無線基地局との間で携帯電話用無線信号や各種データの送受信を行うアンテナである。

携帯電話用無線通信回路部７０は、ＲＦ変換回路、ベースバンド処理回路等によって構成される携帯電話の通信回路部であり、携帯電話用無線信号の変調・復調等を行うことで、通話やメールの送受信等を実現する。

ＲＯＭ８０は、読み取り専用の不揮発性の記憶装置であり、ホストＣＰＵ３０が携帯型電話機１を制御するためのシステムプログラムや、ナビゲーション機能を実現するための各種プログラムやデータ等を記憶している。

ＲＡＭ９０は、読み書き可能な揮発性の記憶装置であり、ホストＣＰＵ３０により実行されるシステムプログラム、各種処理プログラム、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを形成している。

２．データ構成
図２は、ベースバンド処理回路部２０のＲＯＭ２３に格納されたデータの一例を示す図である。ＲＯＭ２３には、ＣＰＵ２１により読み出され、ベースバンド処理（図７及び図８参照）として実行されるベースバンド処理プログラム２３１が記憶されている。

ベースバンド処理とは、ＣＰＵ２１が、捕捉対象とするＧＰＳ衛星（以下、「捕捉対象衛星」と称す。）それぞれについて、第１の相関積算処理及び第２の相関積算処理を行って受信信号のＰＲＮコードの位相（いわゆるコード位相）を判定して擬似距離用コード位相とし、当該擬似距離用コード位相を基に算出した擬似距離を用いて所定の測位演算を行うことで、携帯型電話機１の現在位置を測位する処理である。

具体的には、ＣＰＵ２１は、レプリカコードの発生信号の周波数、及び、レプリカコードの位相を変更しつつ、受信信号とレプリカコードとの相関演算を行って相関値を求め、その相関値を積算していく処理を行う。レプリカコードとは、擬似的に発生させた捕捉対象衛星の衛星信号に含まれるＰＲＮコードを模擬した信号である。レプリカコードの発生信号の周波数と受信信号の周波数とが一致し、且つ、レプリカコードの位相と受信信号のＰＲＮコードの位相とが一致した場合に、相関値並びに相関積算値が最大となる。以下では、周波数方向の相関演算については説明を省略し、位相方向の相関演算を中心に説明する。

ＧＰＳ衛星信号はＰＲＮコードで繰り返し変調されているため、観念的には、ＧＰＳ衛星と携帯型電話機１との間には、ＰＲＮコードが連続的に並んでいると考えることができる。しかし、ＧＰＳ衛星から携帯型電話機１までの距離がＰＲＮコードの長さの整数倍になるとは限らず、端数部分が発生する。相関積算処理では、この端数部分に相当するコード長をＰＲＮコードのコード位相として検出する。この場合、ＰＲＮコードの長さの整数倍に端数部分を加えた長さがＧＰＳ衛星と携帯型電話機１間の擬似距離となる。

図４は、本実施形態における第１の相関積算処理及び第２の相関積算処理の概略を示す図である。図４において、横軸はコード位相、縦軸は相関積算値を示している。また、図５は、本実施形態における第１の相関積算処理及び第２の相関積算処理の時系列を示す図である。図５において、上段は第１の相関積算処理、下段は第２の相関積算処理を示しており、横軸は時間を示している。また、上向きの矢印は、その矢印が付された時点における相関積算値を用いて、その時点でのコード位相（擬似距離用コード位相）が特定されて、擬似距離が算出され、測位演算がなされたことを示している。

第１の相関積算処理では、第１の位相探索範囲において、受信信号とレプリカコードとの相関演算を、レプリカコードの位相を第１の単位位相間隔でずらしながら行う。そして、その相関値を同期積算する処理を行う。より具体的に説明する。各相関演算で得られた相関値は、そのまま積算することができない。なぜならば、僅かな時間間隔ではあるが、各相関演算を時系列に行っている。そのため、それぞれの相関演算で求めた値には、信号速度（＝光速）に応じたコード位相のズレが含まれているからである。

そこで、相関演算した時刻と所定の積算基準時刻（本実施形態では最新の相関演算時刻）との差の時間に光速を乗じた距離相当値を、ＰＲＮコードにおける位相のズレに換算する。そして、計算した位相のズレ分だけ、相関演算で求めた値を補正することで、所定の積算基準時刻において相関演算したかのような値を得る。そして、この補正した値を積算していく。この一連の処理は、「同期積算」と呼ばれる。

そして、第１の相関積算処理で最初に積算を開始してからの経過時間（以下、「第１の積算時間」と称す。）が第１の閾値時間（例えば「１６秒」）に達した場合は、第１の相関積算処理を継続しつつ、第２の相関積算処理を開始する。第２の相関積算処理では、第２の位相探索範囲において、受信信号とレプリカコードとを、レプリカコードの位相を第２の単位位相間隔でずらしながら相関積算する処理を行う。

第２の位相探索範囲は、第１の積算時間が第１の閾値時間に達したタイミング（以下、「第１のタイミング」と称す。）における第１の相関積算処理の処理結果に基づいて、第１の位相探索範囲よりも狭くなるように設定する。より具体的には、第１のタイミングで相関積算値が最大である位相を含む所定範囲を、第２の位相探索範囲として設定する。また、第２の単位位相間隔は、第１の単位位相間隔よりも狭くなるように設定する。従って、第２の相関積算処理では、第１の相関積算処理よりも狭い位相探索範囲において、分解能を上げてコード位相の探索を行うことになる。

例えば、図４に示すように、ＰＲＮコードのコード長である１０２３チップ全体を第１の位相探索範囲として設定し、ＰＲＮコードをＮ個（Ｎ≧１０２３）に区切った場合の位相間隔を第１の単位位相間隔として設定する。そして、第１の位相探索範囲において第１の単位位相間隔でレプリカコードの位相をずらしながら相関積算を行う。その結果、図４では、第１のタイミングにおいて、コード位相「Ｃ_P」で相関積算値が最大となっている。

この場合は、例えばコード位相「Ｃ_P」を中心とし、下限を「Ｃ_P1（＞Ｃ_P−1）」、上限を「Ｃ_P9（＜Ｃ_P＋1）」とする位相範囲（Ｃ_P1≦Ｃ≦Ｃ_P9）を第２の位相探索範囲として設定する。また、第１の単位位相間隔より狭い第２の単位位相間隔（例えば第１の単位位相間隔の１／１０）を設定する。そして、第２の位相探索範囲において第２の単位位相間隔でレプリカコードの位相をずらしながら相関積算を行う。その結果、図４では、コード位相「Ｃ_P3」で相関積算値が最大となっており、第１の相関積算処理よりも高分解能でコード位相が検出されていることがわかる。

また、本実施形態で特徴的であるのは、第２の相関積算処理を行っている間も、第１の相関積算処理を継続する点にある。そして、設定した第２の位相探索範囲が適切であるかを定期的に判定し、適切ではないと判定した場合は、第２の位相探索範囲を新たに設定し直して、第２の相関積算処理を最初からやり直す。

具体的には、第１のタイミングにおいて、相関積算値が最大であるコード位相を「当初コード位相」として取得して保存する。そして、測位を行う各タイミング（以下、このタイミングを「第２のタイミング」と称す。）毎に、当該第２のタイミングにおいて第１の相関積算処理で相関積算値が最大であるコード位相を「確認用コード位相」として取得し、当初コード位相と確認用コード位相とが一致するか否かを判定する。そして、一致すると判定した場合は、設定した第２の位相探索範囲は適切であると判定する。一方、当初コード位相と確認用コード位相とが一致しない場合は、設定した第２の位相探索範囲は不適であると判定し、確認用コード位相に基づいて第２の位相探索範囲を新たに設定する。

これは、当初コード位相と確認用コード位相とが一致していれば、第２の位相探索範囲には相関積算値の真の最大値が含まれている可能性が高いため、第２の位相探索範囲は適切であると判定することにしたものである。一方、当初コード位相と確認用コード位相とが一致しない場合は、第２の位相探索範囲には相関積算値の真の最大値が含まれていない可能性があるため、第２の位相探索範囲は不適であると判定した上で、第２の位相探索範囲を設定し直すことにしている。

このような処理により、第１の相関積算処理の処理結果に基づいて、第２の位相探索範囲の適否（妥当性）を判断することが可能となり、第２の相関積算処理において誤ったコード位相が検出されることを防止することができる。特に、いわゆるインドア環境のような、受信した測位用信号が弱電界の信号となる環境（以下、「弱電界環境」と称す。）では、短時間の相関積算では相関積算値の最大値が判別し難いため、本実施形態の手法は効果的である。

第１のタイミング後、第２の相関積算処理で最初に積算を開始してからの経過時間（以下、「第２の積算時間」と称す。）が第２の閾値時間（例えば「１６秒」：第１の相関積算処理を開始してから「３２秒」）に達するまでは、第１の相関積算処理において相関積算値が最大であるコード位相を擬似距離用コード位相として随時検出し、当該擬似距離用コード位相から算出した擬似距離を用いて測位演算を行う。また、第２の積算時間が第２の閾値時間に達した場合は、第２の相関積算処理において相関積算値が最大であるコード位相を擬似距離用コード位相として検出して、測位演算に使用する。その後は、第２の積算時間が第２の閾値時間に達する毎に、第２の相関積算処理の処理結果を用いて測位演算を実行する。尚、第１の閾値時間と第２の閾値時間とは同一であってもよいし、異なっていてもよい。

図５を用いて説明すると、時刻「Ｔ１」において、第１の相関積算処理を開始する。そして、時刻「Ｔ２」において、第１の相関積算処理を継続しつつ、第２の相関積算処理を開始する。時刻「Ｔ２」から時刻「Ｔ３」の前までは、第１の相関積算処理の処理結果から得られる擬似距離用コード位相を用いて測位演算を実行するが、時刻「Ｔ３」では、第２の相関積算処理の処理結果から得られる擬似距離用コード位相を用いて測位演算を実行する。そして、時刻「Ｔ３」の後、時刻「Ｔ４」の前までは、第１の相関積算処理の処理結果から得られる擬似距離用コード位相を用いて測位演算を実行し、時刻「Ｔ４」では、第２の相関積算処理から得られる擬似距離用コード位相を用いて測位演算を実行する。後は同様の処理を繰り返す。

本実施形態では、第２の積算時間が第２の閾値時間に達するまでの間は、第１の相関積算処理の処理結果から擬似距離用コード位相を検出することにしている。その理由は、弱電界環境では、積算時間が短過ぎると相関積算値のピークとノイズとの判別が困難となり、コード位相が正しく検出されない可能性があるためである。

図３は、ベースバンド処理回路部２０のＲＡＭ２５に格納されるデータの一例を示す図である。ＲＡＭ２５には、相関積算値データベース２５１と、擬似距離データ２５３と、測位データ２５５とが記憶される。

図６は、相関積算値データベース２５１のデータ構成の一例を示す図である。相関積算値データベース２５１は、各捕捉対象衛星２５１１それぞれについて、第１の相関積算処理用データ２５１２と、第２の相関積算処理用データ２５１３と、処理状況２５１４と、適否判定用コード位相２５１５と、擬似距離用コード位相２５１６とが対応付けて記憶されたデータであり、ベースバンド処理においてＣＰＵ２１により更新される。

第１の相関積算処理用データ２５１２は、第１の相関積算処理に用いるデータであり、第１の相関積算値データテーブルと、第１の積算基準時刻と、第１の積算時間とがこれに含まれる。同様に、第２の相関積算処理用データ２５１２は、第２の相関積算処理に用いるデータであり、第２の相関積算値データテーブルと、第２の積算基準時刻と、第２の積算時間とがこれに含まれる。

各データにおける相関積算値データテーブルは、相関積算で求めた各位相それぞれにおける相関積算値が記憶されたデータテーブルであり、相関値が積算される毎に同期積算処理が行われて随時更新される。積算基準時刻は、同期積算処理を行う際に基準とする時刻であり、最新の相関演算時刻で更新される。従って、時々刻々と相関積算が行われるが、常時、最新の相関演算時刻に同期が取られた積算値になる。また、積算時間は、最初に相関積算を開始してから現在までの経過時間である。

処理状況２５１４は、現在実行している処理の状況を示しており、第１の相関積算処理及び第２の相関積算処理の何れも実行していない場合は「未実行」、第１の相関積算処理のみを実行している場合は「第１の処理中」、第１の相関積算処理及び第２の相関積算処理の両方を実行している場合は「第１＆第２の処理中」が記憶される。

適否判定用コード位相２５１５は、現在設定されている第２の位相探索範囲の適否を判定するためのコード位相であり、上述した当初コード位相と、確認用コード位相とがこれに含まれる。

擬似距離用コード位相２５１６は、上述したように擬似距離を算出するために用いるコード位相である。図５において矢印が付された時点での、当該矢印が付されている第１又は第２の相関積算処理の相関積算値を用いてコード位相が算出される。

擬似距離データ２５３は、各捕捉衛星について算出された擬似距離のデータであり、ベースバンド処理においてＣＰＵ２１により更新される。

測位データ２５５は、測位演算によって求められた測位位置についてのデータであり、ベースバンド処理においてＣＰＵ２１により更新される。

３．処理の流れ
図７及び図８は、ＣＰＵ２１によりＲＯＭ２３に記憶されているベースバンド処理プログラム２３１が読み出されて実行されることで、携帯型電話機１において実行されるベースバンド処理の流れを示すフローチャートである。

ベースバンド処理は、ＲＦ受信回路部１１によるＧＰＳ衛星信号の受信と併せて、ＣＰＵ２１が、操作部４０に測位開始指示の操作がなされたことを検出した場合に実行を開始する処理であり、各種アプリケーションの実行といった各種の処理と並行して行われる処理である。尚、携帯型電話機１の電源のＯＮ／ＯＦＦとＧＰＳの起動／停止とを連動させ、携帯型電話機１の電源投入操作を検出した場合にベースバンド処理の実行を開始させることにしてもよい。

先ず、ＣＰＵ２１は、最新のアルマナックデータ等に基づいて、捕捉対象衛星を判定する（ステップＡ１）。より詳細には、不図示の時計部で計時されている現在時刻において、所与の仮の現在位置の天空に位置するＧＰＳ衛星をアルマナックやエフェメリスのデータから判定する。仮の現在位置は、例えば携帯電話の通信基地局の位置や、前回の測位位置として与えられる。

そして、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２５の相関積算値データベース２５１を更新する（ステップＡ３）。具体的には、前回の更新時には捕捉対象衛星と判定されたが今回は捕捉対象衛星と判定されなかった捕捉対象衛星のデータを相関積算値データベース２５１から削除するとともに、前回の更新時には捕捉対象衛星と判定されなかったが今回は捕捉対象衛星と判定された捕捉対象衛星のデータを相関積算値データベース２５１に新たに追加する。そして、ＣＰＵ２１は、各捕捉対象衛星について、ループＡの処理を実行する（ステップＡ５〜Ａ５５）。

ループＡでは、ＣＰＵ２１は、相関積算値データベース２５１に記憶されている当該捕捉対象衛星の処理状況２５１４を判定する（ステップＡ７）。そして、処理状況２５１４が「未実行」であると判定した場合は（ステップＡ７；未実行）、当該捕捉対象衛星の処理状況２５１４を「第１の処理中」に変更する（ステップＡ９）。

次いで、ＣＰＵ２１は、第１の位相探索範囲を設定する（ステップＡ１１）。第１の位相探索範囲は、例えばＰＲＮコードのコード長である１０２３チップ全体として設定することができる。また、ＣＰＵ２１は、所定の位相間隔を第１の単位位相間隔として設定する（ステップＡ１３）。第１の単位位相間隔は、１チップ以下の間隔であり、例えば０．８チップである。

次いで、ＣＰＵ２１は、第１の相関積算処理を行って、相関積算値データベース２５１の第１の相関積算処理用データ２５１２を更新する（ステップＡ１５）。具体的には、第１の位相探索範囲において第１の単位位相間隔で当該捕捉対象衛星のレプリカコードの位相をずらしながら、ＲＦ受信回路部１１から出力された受信信号との相関演算を行い、求めた相関値を同期積算する処理を行う。

この際、相関演算を行う毎に、その最新の相関演算を行った時刻で第１の積算基準時刻を更新し、この第１の積算基準時刻に基づいて同期積算処理を行う。勿論、同期積算処理の結果である相関積算値に基づいて第１の相関積算値データテーブルを更新する。第１の相関積算値データテーブルには、第１の単位位相間隔での各位相それぞれに対する相関積算値が格納される（尚、より正確には、説明の簡明化のために各位相の各周波数ごとに相関演算を行う旨の説明を省略しているため、実際には、各位相の各周波数それぞれに対する相関積算値が相関積算値データテーブルに格納される。）。また、第１の相関積算処理を最初に開始してからの経過時間で第１の積算時間を更新する。その後、ＣＰＵ２１は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。

一方、ステップＡ７において当該捕捉対象衛星の処理状況２５１４が「第１の処理中」であると判定した場合は（ステップＡ７；第１の処理中）、ＣＰＵ２１は、第１の積算時間が第１の閾値時間に達したか否かを判定し（ステップＡ１７）、まだ達していないと判定した場合は（ステップＡ１７；Ｎｏ）、ステップＡ１５へと処理を移行する。

また、ステップＡ１７において、第１の積算時間が第１の閾値時間に達したと判定した場合は（ステップＡ１７；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１は、相関積算値データベース２５１に記憶されている当該捕捉対象衛星の処理状況２５１４を「第１＆第２の処理中」に変更する（ステップＡ１９）。

次いで、ＣＰＵ２１は、第１の相関積算処理用データ２５１２の第１の相関積算値データテーブルから当初コード位相を判定する（ステップＡ２１）。具体的には、第１の相関積算値データテーブルを参照し、現時点において相関積算値が最大である位相を当初コード位相と判定する。そして、判定した当初コード位相を、当該捕捉対象衛星の適否判定用コード位相２５１５として相関積算値データベース２５１に記憶させる。

その後、ＣＰＵ２１は、ステップＡ２１で判定した当初コード位相に基づいて第２の位相探索範囲を設定する（ステップＡ２３）。具体的には、例えば当初コード位相を中心として、±０．３２チップの範囲を第２の位相探索範囲として設定する。また、ＣＰＵ２１は、第２の単位位相間隔を設定する（ステップＡ２５）。第２の単位位相間隔は、第１の単位位相間隔よりも狭い間隔であり、例えば０．０８チップである。

次いで、ＣＰＵ２１は、第１の相関積算処理を行う（ステップＡ２７）。そして、ＣＰＵ２１は、第１の相関積算処理用データ２５１２の第１の相関積算値データテーブルから擬似距離用コード位相を判定する（ステップＡ２９）。具体的には、第１の相関積算値データテーブルを参照し、現時点において相関積算値が最大である位相を擬似距離用コード位相と判定する。そして、判定した擬似距離用コード位相を、当該捕捉対象衛星の擬似距離用コード位相２５１６として相関積算値データベース２５１に記憶させる。

その後、ＣＰＵ２１は、第２の相関積算処理を行って、相関積算値データベース２５１の第２の相関積算処理用データ２５１３を更新する（ステップＡ３１）。具体的には、第２の位相探索範囲において第２の単位位相間隔で当該捕捉対象衛星のレプリカコードの位相をずらしながら、ＲＦ受信回路部１１から出力された受信信号と相関演算を行い、その相関値を同期積算する処理を行い、第２の相関積算値データテーブルを更新する。また、第２の相関積算処理を開始してからの経過時間で第２の積算時間を更新する。その後、ＣＰＵ２１は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。

一方、ステップＡ７において、当該捕捉対象衛星の処理状況２５１４が「第１＆第２の処理中」であると判定した場合は（ステップＡ７；第１＆第２の処理中）、ＣＰＵ２１は、第１の相関積算処理用データ２５１２の第１の相関積算値データテーブルから確認用コード位相を判定する（ステップＡ３３）。具体的には、第１の相関積算値データテーブルを参照し、現時点で相関積算値が最大である位相を確認用コード位相と判定する。そして、判定した確認用コード位相を、当該捕捉対象衛星の適否判定用コード位相２５１５として、相関積算値データベース２５１に記憶させる。

次いで、ＣＰＵ２１は、相関積算値データベース２５１の適否判定用コード位相２５１５に記憶されている当初コード位相と確認用コード位相とが一致しているか否かを判定する（ステップＡ３５）。そして、一致していると判定した場合は（ステップＡ３５；Ｙｅｓ）、第２の積算時間が第２の閾値時間に達したか否かを判定し（ステップＡ３７）、まだ達していないと判定した場合は（ステップＡ３７；Ｎｏ）、ステップＡ２７へと処理を移行する。

また、ステップＡ３７において、第２の積算時間が第２の閾値時間に達したと判定した場合は（ステップＡ３７；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１は、第２の相関積算処理用データ２５１３の第２の相関積算値データテーブルから擬似距離用コード位相を判定する（ステップＡ３９）。具体的には、第２の相関積算値データテーブルを参照し、現時点において相関積算値が最大であるコード位相を擬似距離用コード位相と判定する。そして、判定した擬似距離用コード位相を、当該捕捉対象衛星の擬似距離用コード位相２５１６として相関積算値データベース２５１に記憶させる。

その後、ＣＰＵ２１は、第２の相関積算処理用データ２５１３をクリアする（ステップＡ４１）。すなわち、第２の相関積算値データテーブルに格納されている各位相及び各周波数毎の相関積算値のデータをクリアするとともに、第２の積算基準時刻をクリアする。また、第２の積算時間をリセットする。

その後、ＣＰＵ２１は、第１の相関積算処理を行うとともに（ステップＡ４３）、第２の相関積算処理を行う（ステップＡ４５）。そして、ＣＰＵ２１は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。

また、ステップＡ３５において、当初コード位相と確認用コード位相とが一致しないと判定した場合は（ステップＡ３５；Ｎｏ）、ＣＰＵ２１は、ステップＡ３３で判定した確認用コード位相に基づいて第２の位相探索範囲を新たに設定する（ステップＡ４７）。また、ＣＰＵ２１は、第２の単位位相間隔を設定する（ステップＡ４９）。第２の位相探索範囲及び第２の単位位相間隔の設定方法は、上述した通りである。

その後、ＣＰＵ２１は、ステップＡ３３で判定した確認用コード位相で、相関積算値データベース２５１に記憶されている当該捕捉対象衛星の当初コード位相を更新する（ステップＡ５１）。そして、ＣＰＵ２１は、第２相関積算処理用データ２５１３をクリアした後（ステップＡ５３）、ステップＡ２７へと処理を移行する。

全ての捕捉対象衛星についてステップＡ７〜Ａ５３の処理を行った後、ＣＰＵ２１は、ループＡを終了する（ステップＡ５５）。ループＡを終了した後、ＣＰＵ２１は、各捕捉対象衛星について、相関積算値データベース２５１に記憶されている擬似距離用コード位相２５１６を用いて、当該捕捉対象衛星と携帯型電話機１間の擬似距離を算出し、ＲＡＭ２５の擬似距離データ２５３に記憶させる（ステップＡ５７）。

そして、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２５の擬似距離データ２５３に記憶されている擬似距離を用いて所定の測位演算を行うことで、携帯型電話機１の現在位置を測位し、その測位位置をＲＡＭ２５の測位データ２５５に記憶させる（ステップＡ５９）。尚、測位演算としては、最小二乗法を用いた測位演算やカルマンフィルタを用いた測位演算等の公知の手法を適用することができる。

その後、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２５の測位データ２５５に記憶されている測位位置をホストＣＰＵ３０に出力する（ステップＡ６１）。そして、ＣＰＵ２１は、測位を終了するか否かを判定し（ステップＡ６３）、まだ終了しないと判定した場合は（ステップＡ６３；Ｎｏ）、ステップＡ１に戻る。また、測位を終了すると判定した場合は（ステップＡ６３；Ｙｅｓ）、ベースバンド処理を終了する。

４．作用効果
本実施形態によれば、ＰＲＮコードで拡散変調されたＧＰＳ衛星信号の受信信号とＰＲＮコードのレプリカコードとを、第１の位相探索範囲でレプリカコードの位相をずらしつつ相関積算する第１の相関積算処理を行う。そして、第１の相関積算処理中の第１のタイミングにおける相関積算値に基づいて、第１の位相探索範囲よりも狭い第２の位相探索範囲を設定する。そして、受信信号とレプリカコードとを、第２の位相探索範囲でレプリカコードの位相をずらしつつ相関積算する第２の相関積算処理を行い、第１のタイミングにおける第１の相関積算処理の相関積算値と、第１のタイミングより遅い第２のタイミングにおける第１の相関積算処理の相関積算値とに基づいて、設定した第２の位相探索範囲の適否を判定する。そして、判定により適切と判定した場合に、第２の相関積算処理の処理結果を用いた所定の測位演算を行って測位する。

具体的には、第１の相関積算処理を開始してから第１の閾値時間が経過したタイミングを第１のタイミングとし、第１のタイミング後の任意のタイミングを第２のタイミングとする。そして、第１のタイミングにおける第１の相関積算処理の相関積算値が最大である位相（当初コード位相）と、第２のタイミングにおける第１の相関積算処理の相関積算値が最大である位相（確認用コード位相）との一致を判定し、一致すると判定した場合には、設定した第２の位相探索範囲は適切であると判定し、第２の相関積算処理の処理結果を測位演算に使用する。

一方、当初コード位相と確認用コード位相とが一致しない場合は、第１のタイミングにおける相関積算値の最大値は真の最大値ではなく、第２の位相探索範囲には、相関積算値が最大の位相が含まれていない可能性がある。従って、この場合には、設定した第２の位相探索範囲は不適であると判定し、第２の相関積算処理の処理結果を測位演算には使用しない。このような処理を行うことで、現在位相の探索を行っている範囲の妥当性を適確に判定し、正確な処理結果に基づく精度の高い測位を実現することが可能となる。

また、本実施形態では、第１のタイミング後、第２の位相探索範囲が適切と判定され、且つ、第２の積算時間が第２の閾値時間に達するまでの間は、第１の相関積算処理による随時の相関積算値に基づいてコード位相を検出し、当該コード位相を用いた測位演算を行って現在位置を測位することにしている。これにより、第２の相関積算処理の処理結果を利用できない期間も、第１の相関積算処理の処理結果を補完的に利用して、継続して測位を行うことが可能となる。

５．変形例
５−１．電子機器
上述した実施形態では、測位装置を備えた電子機器として携帯型電話機を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な電子機器はこれに限られるわけではない。例えば、測位装置を備えたノート型パソコンやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、カーナビゲーション装置等の電子機器に適用することも可能である。

５−２．衛星測位システム
また、上述した実施形態では、衛星測位システムとしてＧＰＳに本願発明を適用した例を説明したが、ＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ等の他の衛星測位システムに本願発明を適用することとしてもよい。

５−３．処理の分化
ＣＰＵ２１が行う処理の一部又は全部を、ホストＣＰＵ３０が行うことにしてもよい。例えば、ＣＰＵ２１が第１の相関積算処理及び第２の相関積算処理を行って擬似距離用コード位相を検出し、ホストＣＰＵ３０に出力する。そして、ホストＣＰＵ３０は、ＣＰＵ２１から入力した擬似距離用コード位相を基に擬似距離を算出し、この算出した擬似距離を用いて測位演算を実行する。また、第１の相関演算処理及び第２の相関演算処理も含めて全ての処理をホストＣＰＵ３０が行うことにしてもよい。

５−４．相関積算部
上述した実施形態では、ＣＰＵ２１が相関積算処理を行ってコード位相の検出をソフトウェア的に実現することとして説明したが、ベースバンド処理回路部２０に相関積算を行う回路部である相関積算部を独立して設けて、ハードウェア的に実現することとしてもよい。この場合は、第１の相関積算を行うチャンネルと、第２の相関積算を行うチャンネルとを用意して並列的に相関積算を行うことにすれば好適である。

５−５．相関積算処理
上述した実施形態では、第１の相関積算処理と第２の相関積算処理との２種類の相関積算処理によってコード位相を検出するものとして説明したが、３種類以上の相関積算処理によってコード位相を検出することにしてもよい。この場合は、相関積算処理が高次になるにつれて、位相探索範囲及び単位位相間隔を徐々に狭めていき、コード位相の探索をより精細に行うようにする。

また、高次の相関積算処理を行っている間も、低次の相関積算処理を継続して行い、低次の相関積算処理の処理結果に基づいて、高次の相関積算処理の位相探索範囲の適否を判定する。具体的には、ｎ番目の相関積算処理における位相探索範囲の適否を判定する際に、ｎ−１番目の相関積算処理で検出された当初コード位相と確認用コード位相との一致を判定し、一致すると判定した場合に、設定した位相探索範囲は適切であると判定する。

５−６．擬似距離用コード位相
上述した実施形態では、第２の積算時間が第２の閾値時間に達していない間は、第１の相関積算処理の処理結果から擬似距離用コード位相を随時検出して測位演算に使用するものとして説明した。これは、弱電界環境では、積算時間が短すぎると相関積算値のピークとノイズとの判別が困難なためである。しかし、当該期間であっても、第２の相関積算処理の処理結果から擬似距離用コード位相を随時検出して測位演算に使用することとしてもよい。すなわち、図５において、時刻「Ｔ２」から時刻「Ｔ３」の期間や、時刻「Ｔ３」から時刻「Ｔ４」までの期間において、第２の相関積算処理中の処理結果から擬似距離用コード位相を随時検出し、当該検出した擬似距離用コード位相を基に算出した擬似距離を用いて、測位演算を実行する。

また、第２の積算時間が第２の閾値時間に達した時刻（以下、「基準時刻」と称す。）における擬似距離用コード位相から、各測位時刻における擬似距離用コード位相を予想する処理（いわゆるプロパゲーション処理）を行い、当該予想した擬似距離用コード位相を用いて測位演算を行うこととしてもよい。すなわち、図５において、時刻「Ｔ３」から時刻「Ｔ４」の前までの期間は、基準時刻「Ｔ３」において第２の相関積算処理の処理結果から得られた擬似距離用コード位相を用いて各測位時刻における擬似距離用コード位相を予想し、当該予想した擬似距離用コード位相を基に算出した擬似距離を用いて、測位演算を実行する。

擬似距離用コード位相の予想は次のようにして行う。すなわち、単位時間当たりのＧＰＳ衛星信号の周波数の変化量に、基準時刻から測位時刻までの経過時間を乗算することで、当該経過時間における擬似距離用コード位相の予想変化量を求める。そして、求めた予想変化量を基準時刻における擬似距離用コード位相に加算した値を、測位時刻における擬似距離用コード位相と予想する。

５−７．位相探索範囲
上述した実施形態では、ＰＲＮコードのチップ長全体を第１の位相探索範囲として設定するものとして説明したが、前回の位相探索においてコード位相の検出を既に行っている場合は、検出済みのコード位相を含む所定範囲（例えば当該コード位相を中心として±８チップの範囲）を第１の位相探索範囲として設定することで、当初の第１の位相探索範囲よりも位相探索範囲を狭めて第１の相関積算処理を行うこととしてもよい。

また、上述した実施形態では、当初コード位相を中心とする所定幅の範囲を第２の位相探索範囲として設定するものとして説明したが、当初コード位相を含む範囲であればよく、必ずしも当初コード位相を第２の位相探索範囲の中心とする必要はない。

５−８．近似条件
上述した実施形態では、当初コード位相と確認用コード位相とが一致する場合に、第２の位相探索範囲が適切であると判定するものとして説明したが、当初コード位相と確認用コード位相とが完全に一致しない場合であっても、近似している場合（例えば当初コード位相と確認用コード位相との差が±３チップの範囲内である場合）は、第２の位相探索範囲が適切であると判定することにしてもよい。

携帯型電話機の機能構成を示すブロック図。 ベースバンド処理回路部のＲＯＭに格納されたデータの一例を示す図。 ベースバンド処理回路部のＲＡＭに格納されるデータの一例を示す図。 第１の相関積算処理及び第２の相関積算処理の概略を示す図。 第１の相関積算処理及び第２の相関積算処理の時系列を示す図。 相関積算値データベースのデータ構成の一例を示す図。 ベースバンド処理の流れを示すフローチャート。 ベースバンド処理の流れを示すフローチャート。

符号の説明

１ 携帯型電話機、 ５ ＧＰＳアンテナ、 １０ ＧＰＳ受信部、
１１ ＲＦ受信回路部、 ２０ ベースバンド処理回路部、 ２１ ＣＰＵ、
２３ ＲＯＭ、 ２５ ＲＡＭ、 ３０ ホストＣＰＵ、 ４０ 操作部、
５０ 表示部、 ６０ 携帯電話用アンテナ、 ７０ 携帯電話用無線通信回路部、
８０ ＲＯＭ、 ９０ ＲＡＭ

Claims (7)

1. 拡散符号で拡散変調された測位用信号の受信信号と前記拡散符号のレプリカコードとを、第１の位相探索範囲で前記レプリカコードの位相を第１の単位位相間隔でずらしつつ相関積算する第１の相関積算処理を行うことと、
   前記第１の相関積算処理中の第１のタイミングにおいて当該第１の相関積算処理で算出された相関積算値が最大の位相を含む、前記第１の位相探索範囲よりも狭い第２の位相探索範囲を設定することと、
   前記受信信号と前記レプリカコードとを、前記第２の位相探索範囲で前記レプリカコードの位相を前記第１の単位位相間隔よりも狭い第２の単位位相間隔でずらしつつ相関積算する第２の相関積算処理を行うことと、
   前記第１のタイミングにおける前記第１の相関積算処理の相関積算値が最大の位相と、前記第１のタイミングより遅い第２のタイミングにおける前記第１の相関積算処理の相関積算値が最大の位相との差が、前記第２の位相探索範囲を適切と判定できる程近似しているとする条件を満たすか否かによって、前記設定された第２の位相探索範囲の適否を判定することと、
   前記第２の相関積算処理の処理結果に基づいてコード位相を求めて測位演算を行うことを、前記判定により不適と判定された場合には行わず、前記判定により適切と判定された場合に行うことと、
   を含む測位方法。
2. 前記第１のタイミング後、前記判定により適切と判定されるまでの間、前記第１の相関積算処理による随時の相関積算値に基づいてコード位相を求めて測位演算を行って測位することを更に含む請求項１に記載の測位方法。
3. 前記判定により不適と判定された場合に、前記第１の相関積算処理中の相関積算値に基づいて、前記第２の位相探索範囲を新たに設定することを更に含む請求項１又は２に記載の測位方法。
4. 前記第２の相関積算処理を行っている間、前記第１の相関積算処理を継続して行うことを更に含む請求項１〜３の何れか一項に記載の測位方法。
5. 前記第２の相関積算処理における相関積算期間は、前記第１の相関積算処理における相関積算期間よりも長いことを更に含む請求項１〜４の何れか一項に記載の測位方法。
6. 前記第２の相関積算処理の処理結果を取得後、前記第２の相関積算処理の処理結果を元に現在のコード位相を予測し、前記予測したコード位相に基づいて測位演算を行うことを更に含む請求項１〜５の何れか一項に記載の測位方法。
7. 拡散符号で拡散変調された測位用信号の受信信号と前記拡散符号のレプリカコードとを、第１の位相探索範囲で前記レプリカコードの位相を第１の単位位相間隔でずらしつつ相関積算する第１の相関積算処理を実行する第１の相関積算処理部と、
   前記第１の相関積算処理中の第１のタイミングにおいて当該第１の相関積算処理で算出された相関積算値が最大の位相を含む、前記第１の位相探索範囲よりも狭い第２の位相探索範囲を設定する位相探索範囲設定部と、
   前記受信信号と前記レプリカコードとを、前記第２の位相探索範囲で前記レプリカコードの位相を前記第１の単位位相間隔よりも狭い第２の単位位相間隔でずらしつつ相関積算する第２の相関積算処理を実行する第２の相関積算処理部と、
   前記第１のタイミングにおける前記第１の相関積算処理の相関積算値と、前記第１のタイミングより遅い第２のタイミングにおける前記第１の相関積算処理の相関積算値との比較結果に基づく前記第２の位相探索範囲を適切と判定する条件を満たすか否かに基づいて、前記設定された第２の位相探索範囲の適否を判定する判定部と、
   前記第２の相関積算処理の処理結果に基づいてコード位相を求めて測位演算を行うことを、前記判定部により不適と判定された場合には行わず、適切と判定された場合に行う測位部と、
   を備えた測位装置。

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