JP5556332B2 - 受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System ）の人工衛星からの電波など、送信機の位置データを含む電波信号を受信する受信装置に関する。

例えば、ＧＰＳ受信装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。このＧＰＳ受信装置は、複数のＧＰＳ衛星を同時に捕捉するための複数のチャンネルを有し、捕捉したＧＰＳ衛星からの衛星位置データ（航法メッセージ）から取り出した時刻情報と、ＧＰＳ受信装置側にて計時した受信時刻とに基づいて、ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信装置との間の距離を測定する。また、航法メッセージに含まれる詳細軌道情報（エフェメリス）を取り出して衛星位置を計算し、測定した距離を加味して、ＧＰＳ受信装置の位置を算出する。

航法メッセージに含まれる詳細軌道情報は一般に４時間程度有効である。そのため、上記のＧＰＳ受信装置では、航法メッセージから取り出した詳細軌道情報を記憶しておくことで、短時間の間、電源がオフされたような場合であっても、記憶されている詳細軌道情報を用いて測位を行う、いわゆるホットスタートを実行する。これにより、ＧＰＳ受信装置は、短時間電源オフ後の再起動においては、航法メッセージから時刻情報を取り出すだけで良いため、測位開始時間を早めることができる。

但し、このホットスタートにおいて時刻情報を取り出すにも、航法メッセージに対して同期を取る必要がある。この同期確立処理を極力早期に行うべく、上記のＧＰＳ受信装置では、詳細軌道情報が記憶されている複数のＧＰＳ衛星を所定時間内に捕捉できた場合に、その複数のＧＰＳ衛星からの航法メッセージ中の、ＴＬＭ（Telemetry word）のプリアンブルなどの所定データ同士の一致を判断して航法メッセージに対するフレーム同期を確立するようにしている。

特開２０００−２９２５２１号公報

ＧＰＳ衛星からの電波信号は、Ｃ／ＡコードやＰコードなどの擬似ランダム雑音符号（ＰＲＮコード）によりスペクトラム拡散符号化されている。この擬似ランダム雑音符号は、各ＧＰＳ衛星ごとに異なっており、それぞれのＧＰＳ衛星に固有なものである。従って、特定のＧＰＳ衛星からの電波信号を受信する場合は、ＧＰＳ受信装置において、捕捉しようとするＧＰＳ衛星に固有の擬似ランダム雑音符号を発生させ、位相同期させる必要がある。この擬似ランダム雑音符号の位相同期により、ＧＰＳ衛星からの電波信号に含まれる航法メッセージを取り出すことができるようになる。

航法メッセージは、衛星の動作状態や時刻情報、詳細及び概略の衛星軌道、様々な補正データについての情報を含み、予め定められたデータフォーマットに従って構成されている。より詳細には、航法メッセージは、全メッセージが１５００ビットからなり、５つのサブフレームに分割されている。各サブフレームは1ワードあたり３０ビットの１０ワードからなり、６秒間で送信される。従って、全ての航法メッセージを受信するためには、少なくとも３０秒の時間を要する。

各サブフレームは、同期パターンといくつかの診断メッセージを含むＴＬＭで始まる。2番目のワードは、ＨＯＷ（Hand over word）と呼ばれ、サブフレームの識別子やいくつかのフラグの他に、Ｚカウントと呼ばれるＧＰＳ週内での経過時間ＴＯＷ（Time of week）を含んでいる。

ここで、上述したＧＰＳ受信装置では、ＧＰＳ衛星を捕捉した後、すなわち、ＧＰＳ衛星からの電波信号に対してＣ／Ａコードの相関処理を行って、Ｃ／Ａコードの同期が取れた後に、ＧＰＳ衛星から受信した電波信号から航法メッセージにおける同期確立用データを取得していた。この同期確立用データとして、上記のＧＰＳ受信装置では、ＴＬＭ及びＨＯＷの一部のデータを用いている。そして、これらのワードに基づいて同期が確立すると、ＨＯＷワードから衛星の時刻情報を取得することができるようになる。

上述した同期確立用ワードである、ＴＬＭ及びＨＯＷは、航法メッセージにおいて６秒ごとに繰り返されるものである。このため、Ｃ／Ａコードの同期が取れた後、それらのワードの受信開始までの待ち時間の期待値は、３秒である。さらに、それらのワードの受信には１．２秒かかる。従って、複数のＧＰＳ衛星を補足した後に、それら複数のＧＰＳ衛星の航法メッセージから、同期確立用データを取得して、同期確立を完了するためには、平均でおよそ４．２秒の時間を要する。このように、従来のＧＰＳ受信装置によれば、Ｃ／Ａコードの同期が取れた後、ＨＯＷに含まれる時刻情報を取得するまでに、少なくとも平均で４．２秒以上の時間がかかってしまう。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、送信機からのスペクトラム拡散された送信信号に対して、符号パターンの位相同期が取られた後に、その送信信号に含まれるデータをより早期に取得することが可能な受信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の受信装置は、
複数の送信機から送信されるものであって、送信機の位置データが含まれる信号を送信機ごとに異なる符号パターンによりスペクトラム拡散したスペクトラム拡散信号を受信する受信手段と、
各送信機において使用されるそれぞれの符号パターンを記憶した記憶手段と、
記憶手段に記憶された符号パターンを用いて、受信手段により受信されたスペクトラム拡散信号の符号化に用いられた符号パターンを特定するとともに、特定された符号パターンを用いて、スペクトラム拡散信号から位置データを復調する復調処理を実行する復調手段と、を備えた受信装置であって、
復調手段によって符号パターンが特定されるまでに受信手段によって受信されたスペクトラム拡散信号を保存しておく保存手段と、
スペクトラム拡散信号の符号化に用いられた符号パターンが特定された後に、復調手段は、符号パターンが特定される以前に受信され、保存手段に保存されたスペクトラム拡散信号に対して復調処理を行うとともに、復調手段が保存手段に保存されたスペクトラム拡散信号に対して復調処理を行う場合には、受信手段によって受信されたスペクトラム拡散信号に対して復調処理を行う場合に比較して、復調処理の処理速度を高速化する高速化手段と、を備えることを特徴とする。

従来の受信装置では、スペクトラム拡散信号の符号化に用いられた符号パターンを特定するまでに受信手段で受信されたスペクトラム拡散信号は、復調処理に供されることなく破棄されており、すなわち、スペクトラム拡散信号に含まれる位置データを取得するための信号として利用されていなかった。請求項１に記載の発明では、この点に着目し、符号パターンを特定するまでに受信手段で受信されたスペクトラム拡散信号を利用することで、スペクトラム拡散信号から早期に位置データを取得することを可能としたものである。

そのため、請求項１に記載の発明では、保存手段により、復調手段によって符号パターンが特定されるまでに受信手段によって受信されたスペクトラム拡散信号を保存しておく。そして、符号パターンが特定された後に、復調手段が、符号パターンが特定される以前に受信され、保存手段に保存されたスペクトラム拡散信号に対して復調処理を行う。この復調処理は、高速化手段により、復調手段が受信手段によって受信されたスペクトラム拡散信号に対して復調処理を行う場合に比較して、処理速度が高速化される。

従って、請求項１に記載の受信装置によれば、符号パターンが特定された後に、受信手段によって受信されるスペクトラム拡散信号から位置データを取得するよりも、より短い時間で位置データを取得することができるようになる。

請求項２に記載したように、受信装置は、複数の復調手段を備えて、同時に、複数の送信機からのスペクトラム拡散信号に対して復調処理を行うことが可能なものであり、一の復調手段により、受信手段により受信されたスペクトラム拡散信号の符号化に用いられた符合パターンが特定されたとき、その一の復調手段は、特定された符号パターンを用いて、受信手段により受信されたスペクトラム拡散信号に対する復調処理を行う一方、他の復調手段が、一の復調手段により特定された符号パターンを用いて、保存手段に保存されたスペクトラム拡散信号に対して復調処理を行うことが好ましい。

これにより、符号パターンが特定された後に、一の復調手段が、通常の復調処理を継続的に実施する一方で、他の復調手段により、位置データを早期に取得することができる。その結果、例えば、いわゆるホットスタートの場合に、位置データに含まれる送信時刻情報を素早く取得することができ、測位を早期に開始することが可能となる。

請求項３に記載したように、高速化手段は、復調手段が保存手段に保存されたスペクトラム拡散信号に対して復調処理を行う場合には、受信手段により受信されたスペクトラム拡散信号に対して復調処理を行う場合と比較して、復調処理に用いられる基準クロック信号を、より高い周波数のクロック信号に切り替えるものであっても良い。このように、復調処理に用いられる基準クロック信号を高周波数のクロック信号に切り替えることにより、復調手段における復調処理の処理速度を高速化することができる。

請求項４に記載したように、保存手段は、複数の復調手段に対して共有されるものであり、復調手段は、保存手段に時系列に保存されているスペクトラム拡散信号を、時系列上、逆順に取り出して、逆順の符号パターンにより位置データを復調することが好ましい。

複数の復調手段において、異なる送信機からのスペクトラム拡散信号をサーチ（すなわち、スペクトラム拡散信号の符号化に用いられた符号パターンを特定しようと）する場合、通常、送信機毎にサーチ完了タイミングは異なる。しかしながら、上記請求項４のように、時系列に保存されたスペクトラム拡散信号を、時系列上、逆順に取り出すようにすると、各復調手段において、サーチ完了タイミングを起点とする過去のスペクトラム拡散信号を簡単に得ることができる。ただし、この場合、復調処理に用いられる符号パターンも逆順とする必要がある。

請求項５に記載したように、高速化手段は、保存手段に保存されたスペクトラム拡散信号を複数の領域に分割し、他の復調手段として複数の復調手段を用いて、分割されたスペクトラム拡散信号の復調処理を複数の復調手段にて同時に実行するようにしても良い。このように、保存されたスペクトラム拡散信号の復調処理を、複数の復調手段により同時に並列処理することによっても、処理速度を高速化することができる。さらに、上述した基準クロック信号の切替と併用することにより、より一層の処理速度の高速化を図ることができる。

請求項６に記載したように、複数の復調手段は、分割されたスペクトラム拡散信号を、時系列上、正順又は逆順のいずれの順序で保存手段から取り出して、復調処理を実行しても良い。並列処理による高速化のメリットは、いずれの場合でも奏し得るためである。

本発明の実施形態によるＧＰＳ受信装置の構成を示すブロック図である。 ＧＰＳ受信装置の動作を説明するためのシーケンス図である。 蓄積された信号を再生・復調することにより、早期に時刻情報を取得できることを説明するための説明図である。

以下、本発明の実施形態による受信装置について、図面を用いて説明する。なお、本実施形態では、本発明による受信装置を、ＧＰＳ衛星からの電波信号を受信するＧＰＳ受信装置に適用した例について説明する。また、以下に説明する実施形態では、ＧＰＳ受信装置にＧＰＳ衛星の詳細軌道情報が保存されており、短時間の電源オフや遮蔽物により一時的に電波信号を受信不能となった後に受信可能となったときに、保存されている詳細軌道情報を用いて、ＧＰＳ受信装置の測位を行う、いわゆるホットスタートにおいて、ＧＰＳ受信装置が、位置データとして、ＧＰＳ衛星からの航法メッセージに含まれる時刻情報を早期に取得する例について説明する。

図１は、本実施形態によるＧＰＳ受信装置１００の概略構成を示すブロック図である。ＧＰＳ受信装置１００は、ＧＰＳ衛星からの電波信号を受信するアンテナ１０１を有している。アンテナ１０１によって受信された電波信号は、周波数変換部１０２に入力される。周波数変換部１０２は、アンテナ１０１にて受信された電波信号を増幅するとともに、受信電波信号（例えば、Ｌ１波：１５７５．４２ＭＨｚ）より低い周波数の中間周波数信号（ＩＦ信号、例えば４．０９２ＭＨｚ）に変換するものである。ＩＦ信号は、Ａ／Ｄ変換部１０４に入力される。Ａ／Ｄ変換部１０４は、所定のサンプリング周期でＩＦ信号を取り込んで、デジタル信号に変換するものである。

ここで、ＧＰＳ衛星からの電波信号は、Ｃ／ＡコードやＰコードなどの擬似ランダム雑音符号（ＰＲＮコード）によりスペクトラム拡散符号化されている。この擬似ランダム雑音符号は、各ＧＰＳ衛星ごとに異なっている。従って、特定のＧＰＳ衛星からの電波信号を受信しようとする場合は、ＧＰＳ受信装置１００において、サーチしようとするＧＰＳ衛星に固有の擬似ランダム雑音符号を発生させ、位相同期させる必要がある。この擬似ランダム雑音符号の位相同期により、ＧＰＳ衛星からの電波信号に含まれる航法メッセージを取り出す復調処理を行うことができる。

そして、ＧＰＳ衛星からの電波信号には、衛星位置データに相当する航法メッセージが含まれている。この航法メッセージは、公知のように、全メッセージが１５００ビットからなり、３０秒周期で送信されるものである。そして、全メッセージは、５つのサブフレームに細分化されており、１サブフレーム（＝３００ビット）は１０ワードで構成されている。

各サブフレームの最初のワードはＴＬＭであり、次のワードはＨＯＷである。ＨＯＷの先頭には、ＴＯＷ（Ｚカウント）というＧＰＳ時刻情報が格納されている。なお、ＧＰＳ時刻情報は、毎週日曜日の０時から一週間単位で繰り返されるものであって、現ＧＰＳ週が始まって以降の経過時間を１．５秒の倍数で表したものである。

そして、第1サブフレームの残りのワードは、週番号データ、衛星健康状態データなどを示すためのものである。週番号データは、現在のＧＰＳ時刻情報が含まれる週を表す情報である。この週番号データは１週間単位で更新される。従って、ＧＰＳ受信装置１００において、週番号データを取得済みであり、その週番号データが有効な期間内であれば、ＨＯＷのＺカウントのみからＧＰＳ時刻情報を得ることができる。

また、第２、第３サブフレームの残りのワードは、詳細軌道情報（エフェメリス）を示すためのものであり、第４，５サブフレームの残りのワードは、概略軌道情報（オルマナック）などを示すためのものである。

信号蓄積部１０５は、Ａ／Ｄ変換部１０４によってデジタル信号に変換されたＩＦ信号を時系列に保存するものである。本実施形態では、ＧＰＳ受信装置１００に詳細軌道情報が保存されている場合には、その詳細軌道情報を利用して早期に測位を開始すべく（ホットスタート）、信号蓄積部１０５に保存したＩＦ信号を復調して時刻情報を取り出すように構成されている。この点については、以下に詳細に説明する。

上述したように、ＧＰＳ衛星からの電波信号に含まれる航法メッセージにおいて、ＧＰＳ時刻情報はＨＯＷに含まれており、このＨＯＷは６秒毎に現れる。そのため、信号蓄積部１０５は、保存したＩＦ信号に必ずＨＯＷが含まれるように、少なくとも６秒分のＩＦ信号を蓄積できるメモリ容量を有している。

また、信号蓄積部１０５は、時系列に保存したＩＦ信号を、時系列上、逆順にＩＦ信号を取り出せる、いわゆるＦＩＬＯ（First In Last Out）方式のメモリである。このように、時系列上、逆順にＩＦ信号を取り出し可能とした理由は、信号蓄積部１０５が、後述する複数チャンネルのデータ復調部１０９に対して共用されるものであるためである。複数チャンネルのデータ復調部１０９において、異なるＧＰＳ衛星からの電波信号をサーチする場合、通常、擬似ランダムコードの位相同期が完了するタイミングであるサーチ完了タイミングは、ＧＰＳ衛星毎に異なる。しかしながら、上述したように、時系列に保存されたＩＦ信号を、時系列上、逆順に取り出すようにすると、各データ復調部１０９において、サーチ完了タイミングを起点とする過去のＩＦ信号を簡単に取得することが可能となる。

クロック発振器１０３は、例えば１６．３６８ＭＨｚの周波数で発振するクロック信号を発生し、上述した周波数変換部１０２、Ａ／Ｄ変換部１０４、信号蓄積部１０５などに、動作時の基準クロック信号として供給するものである。信号蓄積部１０５は、Ａ／Ｄ変換部１０４によってデジタル化されたＩＦ信号を蓄積する際には、この基準クロック信号に従って動作する。

一方、再生クロック生成部１０６は、クロック発振器１０３によって発生されたクロックを基にして、そのクロックよりも高周波数の再生クロック信号を生成するものである。再生クロック生成部１０６によって生成された再生クロック信号は、信号蓄積部１０５などに供給される。

信号・クロック選択部１０８は、複数のデータ復調部１０９にそれぞれ対応して複数個設けられ、対応するデータ復調部１０９に供給するＩＦ信号及びクロック信号を切り替えるものである。すなわち、通常は、信号・クロック選択部１０８は、Ａ／Ｄ変換部１０４によってデジタル化されたリアルタイムのＩＦ信号と、クロック発振器１０３によって発生されたクロック信号とを対応するデータ復調部１０９に供給する。これにより、Ａ／Ｄ変換部１０４によってデジタル化されたリアルタイムのＩＦ信号が、直接、データ復調部１０９に与えられ、データ復調部１０９は、クロック発振器１０３によって発生されたクロック信号に従って、リアルタイムのＩＦ信号に対して復調処理を行う。

しかしながら、ホットスタート時には、信号・クロック選択部１０８は、データ復調部１０９に供給する信号及びクロックを、信号蓄積部１０５に保存された（過去の）ＩＦ信号及び再生クロック生成部１０６によって生成された再生クロック信号に切り替える。これにより、データ復調部１０９が、信号蓄積部１０５に蓄積されたＩＦ信号を取り出して、航法メッセージを復調する際の処理速度が、クロック発振器１０３のクロック信号に従ってＡ／Ｄ変換部１０４から直接入力されるＩＦ信号に対して復調処理を行う際の処理速度よりも高速化される。

データ復調部１０９は、例えば３２チャンネル分備えられている。これらの３２チャンネル分のデータ復調部１０９は、ホットスタート時に、同一対象のＧＰＳ衛星をサーチするためにペアとなるべき組み合わせが予め定められている。そして、ホットスタート時に、ペアとなるべき一方のデータ復調部１０９がサーチ対象のＧＰＳ衛星からの電波信号のサーチを完了すると、他方のデータ復調部１０９に擬似ランダム雑音符号（ＰＲＮコード）の同期情報（コードの位相、電波信号のキャリア周波数など）を与えるように構成されている。これにより、他方のデータ復調部１０９は、与えられた同期情報に基づいて、信号蓄積部１０５に保存されているＩＦ信号に対して復調処理を行うことが可能となる。

ＰＲＮコード生成部１０７は、各ＧＰＳ衛星からの電波信号（スペクトラム拡散信号）の拡散符号化に用いられた擬似ランダム雑音符号を生成し、各データ復調部１０９に与えるものである。

制御部１１０は、いずれも図示しないが、ＧＰＳ受信装置１００における現在時刻を算出するためのリアルタイムクロック（ＲＴＣ）や、以前ＧＰＳ受信装置１００が起動されていた時に復調された航法メッセージ（詳細軌道情報、概略軌道情報、週番号など）及び最後に測位されたＧＰＳ受信装置１００の位置などを保存しておくバックアップメモリを有している。

そして、制御部１１０は、サーチすべきＧＰＳ衛星を決定し、その決定結果に基づいて、ＰＲＮコード生成部１０７にて生成すべき擬似ランダム雑音符号をＰＲＮコード生成部１０７に指示する。すると、ＰＲＮコード生成部１０７は、指示された擬似ランダム雑音符号を生成し、各データ復調部１０９に与える。また、制御部１１０は、各データ復調部１０９から出力されるコード位相、キャリア周波数、復調された航法メッセージなどに基づいて、ＧＰＳ受信装置１００の位置を測定する。さらに、制御部１１０は、ホットスタート時に、ペアとなるデータ復調部１０９の一方から衛星サーチ完了通知を受け取ると、ペアとなるデータ復調部１０９の他方に対して、データ復調部１０９の一方から擬似ランダム雑音符号の同期情報を取得して、信号蓄積部１０５に保存されている過去のＩＦ信号に対して復調処理を実行するように指示する。これにより、制御部１１０は、データ復調部１０９の他方から、航法メッセージに含まれる時刻情報を早期に取得することが可能になる。

次に、ＧＰＳ受信装置１００の動作について、図２のシーケンス図を用いて説明する。なお、図２のシーケンス図では、ＧＰＳ受信装置１００の起動時において、ＧＰＳ受信装置１００に有効な詳細起動情報が記憶されており、その詳細軌道情報を用いて、ホットスタートを行う際の動作処理が示されている。

ＧＰＳ受信装置１００が起動されると、ＧＰＳ受信装置１００において、ＧＰＳ衛星の電波信号の受信が開始される。受信された電波信号は、周波数変換部１０２にてＩＦ信号に変換され、Ａ／Ｄ変換部１０４にてデジタル化されて、信号蓄積部１０５に蓄積される（Ｓ２０１）。そして、制御部１１０において、複数のデータ復調部１０９にサーチさせるＧＰＳ衛星を決定する受信衛星の選択処理が行なわれる（Ｓ２０２）。この受信衛星の選択処理では、ＲＴＣの時刻（現在時刻）と、バックアップメモリに記憶されている概略軌道情報（オルマナック）、及び以前ＧＰＳ受信装置１００が起動されていた時に最後に測位され、バックアップメモリに記憶されている位置とから、サーチ対象とするＧＰＳ衛星を算出する。また、バックアップメモリに有効な詳細軌道情報（取得から4時間以内のもの）が記憶されている場合には、その詳細起動情報に対応するＧＰＳ衛星をサーチ対象として決定する。

このようにして、サーチ対象とするＧＰＳ衛星を決定すると、制御部１１０は、決定したＧＰＳ衛星に対応する擬似ランダム雑音符号の生成をＰＲＮコード生成部１０７に指示する（Ｓ２０３）。この指示に応じて、ＰＲＮコード生成部１０７は、該当する擬似ランダム雑音符号を生成し（Ｓ２０４）、各データ復調部１０９に供給する。このとき、制御部１１０のバックアップメモリに有効な詳細軌道情報が記憶されており、この詳細軌道情報を用いてホットスタートを行う場合には、ＰＲＮコード生成部１０７は、予め決定されているペアとなるべき一対のデータ復調部１０９♯１、１０９♯２に対して、同じ擬似ランダム雑音符号を供給する。そして、制御部１１０から各データ復調部１０９に対して、ＰＲＮコード生成部１０７によって供給された擬似ランダム雑音符号を用いて、ＧＰＳ衛星からの電波信号のサーチを開始するよう指示を行う（Ｓ２０５）。

すると、各データ復調部１０９は、対応する信号・クロック選択部１０８に対して、入力すべき信号を、Ａ／Ｄ変換部１０４によってリアルタイムにデジタル化されたＩＦ信号とし、そのＩＦ信号に対するコード位相同期を行う際に用いるクロック信号を、クロック発振器１０３からのクロック信号とするように指示する（Ｓ２０６）。この指示に応じて、信号・クロック選択部１０８は、対応するデータ復調部１０９に対して、Ａ／Ｄ変換部１０４によりリアルタイムにデジタル化されたＩＦ信号とクロック発振器１０３からのクロック信号を供給する。

これにより、各データ復調部１０９では、サーチ対象として決定されたＧＰＳ衛星からの電波信号のサーチが開始される（Ｓ２０７）。特に、ホットスタートを行う場合には、ペアとなるべき一対のデータ復調部１０９♯１、１０９♯２において、同じＧＰＳ衛星からの電波信号をサーチする処理が開始される。

このＧＰＳ衛星からの電波信号をサーチする処理においては、ＧＰＳ衛星からの電波信号の周波数の初期設定が行なわれる。これは、サーチ対象となるＧＰＳ衛星の電波信号に関して、それぞれキャリア周波数を算出するもので、通常は、ＲＴＣの時刻（現在時刻）と、バックアップメモリに記憶されている概略軌道情報（オルマナック）、及び最後に測位された位置とから算出する。ただし、ホットスタートの場合には、概略軌道情報ではなく、詳細軌道情報が用いられる。また、算出するキャリア周波数は、一対のデータ復調部１０９♯１，１０９♯２において異なるようにする。これにより、ホットスタート時の、ＧＰＳ衛星のサーチ処理をより短時間に行うことが可能となる。

こうしてキャリア周波数が設定されると、擬似ランダム雑音符号の同期位相サーチを行なう。ＧＰＳ衛星からの電波信号は、スペクトル拡散信号として送信されており、その電波信号から航法メッセージを取り出すためには、キャリアにどのような位相で擬似ランダム雑音符号が乗せられているかを検出する必要がある。このため、ＰＲＮコード生成部１０７にて生成した、サーチ対象のＧＰＳ衛星の擬似ランダム雑音符号と同じ擬似ランダム雑音符号の位相を変更しつつ、受信したスペクトル拡散信号（ＩＦ信号）との相関値を測定する。この相関値が所定値以上となった場合、スペクトラム拡散信号に対して擬似ランダム雑音符号の位相同期が取れたと判定することができる。なお、擬似ランダム雑音符号の位相を変更しても、位相同期がとれない場合、キャリア周波数を変更する。

すなわち、ＧＰＳ衛星のサーチ処理においては、各ＧＰＳ衛星の電波信号のキャリア周波数を推定し、推定した周波数において擬似ランダム雑音符号の同期位相サーチを行ない、同期が取れなければキャリア周波数を変更し、再度、擬似ランダム雑音符号の同期位相サーチを行うという手順を繰り返す。

上述した、ＧＰＳ衛星のサーチ処理により、ホットスタート時において、ペアとなるべき一対のデータ復調部１０９♯１，１０９♯２の一方（図２では、１０９♯１）にて、擬似ランダム雑音符号の位相同期が取れた場合、その一方のデータ復調部１０９♯１から制御部１１０へサーチ完了通知が出力される（Ｓ２０８）。そして、一方のデータ復調部１０９♯１は、ＰＲＮコード生成部１０７から正順にて供給されている擬似ランダム雑音符号を用いて、Ａ／Ｄ変換部１０４にてリアルタイムにデジタル化されるＩＦ信号に対する復調処理を開始する（Ｓ２０９）。そして、一方のデータ復調部１０９♯１は、その後も、キャリア周波数のドップラーシフトの影響を考慮しつつ、擬似ランダム雑音符号の位相同期が維持されるように、ＧＰＳ衛星を追跡しつつ、復調処理を行う。このようにしてＧＰＳ衛星を追跡し、復調処理を行っている間に得られた、コード位相、キャリア周波数、及び復調された航法メッセージは制御部１１０に出力される。

制御部１１０は、一対のデータ復調部１０９♯１，１０９♯２の一方からサーチ完了通知を受け取ると、他方（図２では１０９♯２）に対して、その一方のデータ復調部１０９♯１から擬似ランダム雑音符号の同期情報（コード位相、キャリア周波数）を取得して、信号蓄積部１０５に保存されている過去のＩＦ信号に対して復調処理を実行するように指示する（Ｓ２１０）。すると、他方のデータ復調部１０９♯２は、一方のデータ復調部１０９♯１に対して、擬似ランダム雑音符号の同期情報の提供を要求する（Ｓ２１１）。この要求に応じて、一方のデータ復調部１０９♯１から他方のデータ復調部１０９♯２へ、擬似ランダム雑音符号の同期情報が提供される（Ｓ２１２）。なお、擬似ランダム雑音符号の同期情報は、制御部１１０から他方のデータ復調部１０９♯２に提供しても良い。

他方のデータ復調部１０９♯２は、擬似ランダム雑音符号の同期情報を取得すると、対応する信号・クロック選択部１０８♯２に対して、信号及びクロックの切替を指示する（Ｓ２１３）。これにより、信号選択部１０８♯２を介して、他方のデータ復調部１０９♯２に供給される信号は、信号蓄積部１０５に保存されているＩＦ信号に切り替えられ、クロック信号は、再生クロック生成部１０６によって生成された再生クロック信号に切り替えられる。

また、他方のデータ復調部１０９♯２は、信号蓄積部１０５に対して、保存しているＩＦ信号の再生を指示する（Ｓ２１４）。この場合、信号蓄積部１０５は、再生クロック生成部１０６が生成した再生クロック信号に従って、時系列に保存しているＩＦ信号を、時系列上、逆順に出力することによりＩＦ信号を再生する（Ｓ２１５）。従って、このＩＦ信号の再生処理も高速に行われる。

さらに、他方のデータ復調部１０９♯２は、ＰＲＮコード生成部１０７に対して、擬似ランダム雑音符号を逆順で出力するように要求する（Ｓ２１６）。この要求に従って、ＰＲＮコード生成部１０７からは、他方のデータ復調部１０９♯２に対して、逆順の擬似ランダム雑音符号が提供される（Ｓ２１７）。そして、他方のデータ復調部１０９♯２では、一方のデータ復調部１０９♯１から提供された同期情報に基づき、信号再生部１０５から逆順で再生されるＩＦ信号に対して逆順の擬似ランダム雑音符号を適用して、復調処理を開始する（Ｓ２１８）。この復調されたデータビットは、制御部１１０に出力される。このように、他方のデータ復調部１０９♯２が、信号蓄積部１０５に時系列に保存されているＩＦ信号を、時系列上、逆順に取り出すことにより、一方の復調部１０９♯１によるＧＰＳ衛星のサーチ完了タイミングを起点とする直前のＩＦ信号を簡単に得ることができる。

ここで、上述したように、再生クロック生成部１０６が生成する再生クロック信号は、クロック発振器１０３が発生するクロック信号よりも周波数が高められている。例えば、再生クロック信号の周波数を、クロック発振器１０３が発生するクロック信号の周波数の５倍に高めた場合、信号蓄積部１０５に保存された６秒分のＩＦ信号を、１．２秒にて再生して復調処理することが可能となる。

ただし、ホットスタートの場合、ＨＯＷに含まれる時刻情報（ＴＯＷ）が取得できれば良い。従って、図３に示すように、ＧＰＳ衛星のサーチ完了時点（ｔ１）から、信号蓄積部１０５に保存されているＩＦ信号の再生及び復調処理が開始されたとき、復調されたデータビットから、制御部１１０がＴＬＭ及びＨＯＷを見つけた時点（ｔ２）で、時刻情報を取得することができる（Ｓ２１９）。このように、１．２秒は、時刻情報の取得までの最大時間であり、平均取得時間は、０．６秒となる。なお、このとき判明した時刻情報に基づき測位を行う場合には、その時刻情報は、過去に受信したものであるため、その時刻情報に関して、実際に取得した時点からの経過時間を補正する必要がある。

それに対して、従来のＧＰＳ受信装置のように、ＧＰＳ衛星のサーチ完了後に、Ａ／Ｄ変換部１０４によってデジタル化されたリアルタイムのＩＦ信号に対して、復調処理を施した場合には、次のＴＬＭ及びＨＯＷを見つけた時点（図３のｔ３）でしか、時刻情報を取得することができない。このように、本実施形態のＧＰＳ受信装置によれば、従来よりも早期に、時刻情報を取得することができる。

上述したようにして、時刻情報が取得されると、制御部１１０では、保存されている詳細軌道情報と、取得した時刻情報とに基づいて、ＧＰＳ衛星の位置及びそのＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信装置１００との距離を算出する。そして、他のチャンネルのデータ復調部１０９においても、異なるＧＰＳ衛星の位置及びそのＧＰＳ衛生とＧＰＳ受信装置１００との距離が算出され、その算出数が３以上（望ましくは４以上）になると、ＧＰＳ受信装置１００の位置（緯度、軽度、高度）を算出することができる。

そして、制御部１１０は、別のサーチ対象衛星を決定し（Ｓ２２０）、ＰＲＮコード生成部１０７に決定したサーチ対象衛星の擬似ランダム雑音符号を生成するように指示する（Ｓ２２１）。すると、ＰＲＮコード生成部１０７は、該当するＰＲＮコードを生成し（Ｓ２２２）、他方のデータ復調部１０９♯２に与える。さらに、制御部１１０は、他方のデータ復調部１０９♯２に対して、決定したＧＰＳ衛星のサーチを指示する（Ｓ２２３）。この指示に基づき、他方のデータ復調部１０９♯２では、通常のＧＰＳ衛星のサーチ処理が行われる（Ｓ２２４，Ｓ２２５）。

上述したように、本実施形態によるＧＰＳ受信装置１００によれば、ＧＰＳ衛星のサーチ処理が完了するまでに受信されていた電波信号に基づくＩＦ信号を信号蓄積部１０５に保存しておき、サーチ処理が完了した時点で、保存しているＩＦ信号を高速に再生・復調しているので、時刻情報を極短時間のうちに取得することができる。従って、ホットスタート時の測位開始時間を従来のＧＰＳ受信装置１００よりも早めることができる。

また、上述した実施形態によるＧＰＳ受信装置１００では、ホットスタート時に、ペアとなるべき一対のデータ復調部１０９♯１，１０９♯２を予め決定している。そして、いずれか一方のデータ復調部１０９♯１，１０９♯２において擬似ランダム雑音符号の同期位相が判明すると、その一方のデータ復調部１０９♯１では、通常の復調処理を継続的に実施する一方で、他方のデータ復調部１０９♯２において、判明した同期位相に基づいて、記憶されたＩＦ信号の再生・復調処理を実行するようにしている。その結果、ホットスタートの場合に、他方のデータ復調部１０９♯２による復調処理により早期に時刻情報を取得でき、さらに、一方のデータ復調部１０９♯１において、受信されている電波信号のリアルタイムな復調処理も継続して実施することができる。

また、上述した実施形態では、信号蓄積部１０５がＦＩＬＯメモリとして構成され、時系列に保存されているＩＦ信号を、時系列上、逆順に取り出すことが可能となっている。これにより、各データ復調部１０９において、各ＧＰＳ衛星のサーチ完了タイミングが異なっていても、図３に示すように、それぞれのサーチ完了タイミングを起点とする過去のＩＦ信号を簡単に得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

例えば、上述した実施形態においては、クロック信号の周波数を変更することにより、信号蓄積部１０５に保存されたＩＦ信号の再生・復調処理を高速化する例について説明した。しかしながら、保存されたＩＦ信号の再生・復調処理の高速化する手法は、これに限られるものではない。例えば、信号蓄積部１０５に保存されているＩＦ信号を複数の領域に分割し、これらの分割された部分的なＩＦ信号を複数のデータ復調部１０９にて同時に実行するようにしても良い。

すなわち、複数のデータ復調部１０９が、それぞれ、分割された領域の一端から他端に向かって、信号蓄積部１０５から複数領域のＩＦ信号を同時期に取り出す。また、ＩＦ信号の分割された領域に対応する部分的な擬似ランダム拡散符号をＰＲＮコード生成部１０７に生成させる。そして、複数のデータ復調部１０９において、部分的な擬似ランダム拡散符号を用いて、信号蓄積部１０５から取り出した部分的なＩＦ信号に対しての復調処理を同時に実行する。このように、保存されたＩＦ信号の復調処理を、複数のデータ復調部１０９により同時に並列処理することによっても、処理速度を高速化することができる。さらに、このような同時並列処理を、上述したクロック信号の切替と併用することにより、より一層の処理速度の高速化を図ることができる。

また、複数のデータ復調部１０９は、複数の領域に分割したＩＦ信号を、信号蓄積部１０５から、それぞれの領域において、時系列上、正順に取り出しても、逆順に取り出しても良い。並列処理による高速化のメリットは、ＩＦ信号を正順に取り出した場合でも、逆順に取り出した場合でも奏し得るためである。

また、上述した実施形態では、ＴＬＭを同期パターンとして、ＴＬＭ及びＨＯＷを見つけた時点で、ＨＯＷから時刻情報を取得するものであった。しかしながら、誤同期を防止するために、従来のＧＰＳ受信装置と同様に、ＴＬＭ及びＨＯＷの一部のデータを同期パターンとし、複数のＧＰＳ衛星から得られた航法メッセージにおける同期パターン同士の同一性を確認するようにしても良い。また、信号蓄積部１０５のメモリ容量を２つのサブフレームが保存できるように増やし、その２つのサブフレームにおいてＴＬＭを確認することにより同期が確立したと判断するようにしても良い。いずれの場合であっても、信号蓄積部１０５に保存されたＩＦ信号を対象として再生・復調処理を行うことにより、従来よりも早期にＩＦ信号に含まれる航法メッセージ中の時刻情報を取得することができる。

また、上述した実施形態では、ＧＰＳ受信装置１００の起動時に、ＧＰＳ受信装置１００にＧＰＳ衛星の詳細軌道情報が保存されており、その詳細軌道情報を利用して測位を開始する、いわゆるホットスタート時に、早期に時刻情報を取得するための例について説明した。しかしながら、本発明は、ＧＰＳ受信装置１００に、そのような詳細軌道情報が保存されていない、いわゆるコールドスタート時にも適用することが可能である。この場合には、信号蓄積部１０５において、ＧＰＳ衛星からの全航法メッセージを保存できるメモリ容量を確保しておく。そして、ＧＰＳ衛星のサーチが完了した時点で、それまでに受信され、ＩＦ信号として信号蓄積部１０５に蓄積されている信号を取り出して、高速に復調処理を行う。これにより、航法メッセージに含まれるＧＰＳ衛星の詳細軌道情報を早期に取得することが可能になる。

さらに、上述した実施形態では、本発明による受信装置を、ＧＰＳ衛星からの電波信号を受信するためのＧＰＳ受信装置１００として適用した例について説明した。しかしながら、本発明による受信装置は、例えば、特開２００７−２７８７５６号公報に示されるように、ビルなどの建造物の屋内に、複数の送信機を設置し、各送信機から、各送信機の位置データを含む信号を固有の擬似ランダム雑音符号によりスペクトラム拡散符号化して送信することにより、その屋内における位置を測位するシステムに適用することも可能である。

このような場合、受信装置による、各送信機から送信される信号の受信可能範囲が狭くなる（すなわち、送信機から離れると信号対ノイズ比が低下する）ので、受信器がある程度送信機に近づかない限り、送信機のサーチが完了しない。この場合、受信装置が高速に移動すると、必要なデータを受信して復調が完了する前に、受信可能範囲外に出てしまう可能性も生じる。それに対して、本発明の受信装置では、送信機のサーチ完了後に、すばやく、データの復調処理を行うことができるため、上述したシステムに好適に用いることができる。

１００…ＧＰＳ受信装置
１０１…アンテナ
１０２…周波数変換部
１０３…クロック発振器
１０４…Ａ／Ｄ変換部
１０５…信号蓄積部
１０６…再生クロック生成部
１０７…ＰＲＮコード生成部
１０８…信号・クロック選択部
１０９…データ復調部
１１０…制御部

Claims (6)

1. 複数の送信機から送信されるものであって、送信機の位置データを含む信号を前記送信機ごとに異なる符号パターンによりスペクトラム拡散したスペクトラム拡散信号を受信する受信手段と、
   各送信機において使用されるそれぞれの符号パターンを記憶した記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された符号パターンを用いて、前記受信手段により受信されたスペクトラム拡散信号の符号化に用いられた符号パターンを特定するとともに、特定された符号パターンを用いて、前記スペクトラム拡散信号から前記位置データを復調する復調処理を実行する復調手段と、を備えた受信装置であって、
   前記復調手段によって符号パターンが特定されるまでに前記受信手段によって受信されたスペクトラム拡散信号を保存しておく保存手段と、
   前記スペクトラム拡散信号の符号化に用いられた符号パターンが特定された後に、前記復調手段は、前記符号パターンが特定される以前に受信され、前記保存手段に保存されたスペクトラム拡散信号に対して復調処理を行うとともに、前記復調手段が前記保存手段に保存されたスペクトラム拡散信号に対して復調処理を行う場合には、前記受信手段によって受信されたスペクトラム拡散信号に対して復調処理を行う場合と比較して、復調処理の処理速度を高速化する高速化手段と、を備えることを特徴とする受信装置。
2. 前記受信装置は、複数の復調手段を備えて、同時に、複数の送信機からのスペクトラム拡散信号に対して復調処理を行うことが可能なものであり、
   一の復調手段により、前記受信手段により受信されたスペクトラム拡散信号の符号化に用いられた符合パターンが特定されたとき、その一の復調手段は、特定された符号パターンを用いて、前記受信手段により受信されたスペクトラム拡散信号に対する復調処理を行う一方、他の復調手段が、前記一の復調手段により特定された符号パターンを用いて、前記保存手段に保存されたスペクトラム拡散信号に対して復調処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記高速化手段は、前記復調手段が前記保存手段に保存されたスペクトラム拡散信号に対して復調処理を行う場合には、前記受信手段により受信されたスペクトラム拡散信号に対して復調処理を行う場合と比較して、復調処理に用いられる基準クロック信号を、より高い周波数のクロック信号に切り替えるものであることを特徴とする請求項２に記載の受信装置。
4. 前記保存手段は、前記複数の復調手段に対して共用されるものであり
   前記復調手段は、前記保存手段に時系列に保存されているスペクトラム拡散信号を、時系列上、逆順に取り出して、逆順の符号パターンにより前記位置データを復調することを特徴とする請求項３に記載の受信装置。
5. 前記高速化手段は、前記保存手段に保存されたスペクトラム拡散信号を複数に分割し、前記他の復調手段として複数の復調手段を用いて、前記分割されたスペクトラム拡散信号の復調処理を複数の復調手段にて同時に実行することを特徴とする請求項２又は３に記載の受信装置。
6. 前記複数の復調手段は、前記分割されたスペクトラム拡散信号を、時系列上、正順又は逆順のいずれかの順序で前記保存手段から取り出して、復調処理を実行することを特徴とする請求項５に記載の受信装置。

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