JP6556042B2

JP6556042B2 - 受信装置

Info

Publication number: JP6556042B2
Application number: JP2015240268A
Authority: JP
Inventors: 庄司　直樹; 直樹庄司; 藤岡　孝芳; 孝芳藤岡; 原田　諭; 諭原田
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2019-08-07
Anticipated expiration: 2035-12-09
Also published as: JP2017106803A

Description

本発明は、受信装置に関する。

本技術分野の背景として、特開２０１３−２４６０１７号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、「衛星信号を利用した測位システムとしては、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）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受信装置に利用されている。ＧＰＳでは、複数のＧＰＳ衛星の位置や各ＧＰＳ衛星から受信装置までの擬似距離等の情報に基づいて受信装置の位置座標と時計誤差とを求める位置計算を行う。」と記載されている。

ＧＰＳ衛星から送信される衛星信号は、拡散符号の一種であるＰＲＮ（ＰｓｅｕｄｏＲａｎｄｏｍＮｏｉｓｅ）コードを用いたＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）方式でスペクトラム拡散されている。また、ＧＰＳ衛星の位置を計算するために必要な軌跡情報などを含む航法メッセージは、ＰＲＮコードでＢＰＳＫ（ＢｉｎａｒｙＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調することで搬送されている。そして、航法メッセージは、衛星信号と同形式のレプリカ信号を発生させ、レプリカ信号の位相を変化させながら、衛星信号を含む受信信号との相関値を測定することで得られる。

非特許文献１には、相関値の虚部と、相関値の実部とに基づき、衛星信号とレプリカ信号との位相差を算出する技術が記載されている。

また、ＧＰＳ衛星信号から送信される衛星信号は、微弱であるため、相関演算を行うことで得られる相関値が微小となり、相関値のピークの検出が困難になる場合がある。そのため、相関演算を行うことで得られた相関値を所定時間に亘って積算する手法が用いられる。

特開２０１３−２４６０１７号公報

ＲｉｓｈｉｊａＭｉｓｒａ、"ＣｏｄｅａｎｄＣａｒｒｉｅｒＴｒａｃｋｉｎｇＬｏｏｐｓｆｏｒＧＰＳＣ／ＡＣｏｄｅ″、[online]、２００１年６月１日、[平成２７年１０月２０日検索]、インターネット<URL：http://ijopaasat.in/yahoo_site_admin/assets/docs/1_IJPAST-73-V6N1.57215201.pdf>

特許文献１と、非特許文献１とに記載されている技術では、例えば、半周期を超えて衛星信号とレプリカ信号との位相差が生じた場合であっても、半周期の範囲内でレプリカ信号を衛星信号へと追従させる。そのため、半周期を超えて衛星信号とレプリカ信号との位相差が生じた場合に、レプリカ信号の位相を、追従させるべき方向とは逆の方向に変化させてしまう。そして、フィードバックによりかけるバイアスが本来かけるべき方向とは反対にかかることで、レプリカ信号の衛星信号への追従性が低下する可能性があった。

本発明の目的は、レプリカ信号の衛星信号への追従性を向上可能にする技術を提供することである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。

本発明の一実施の形態の受信装置は、測位衛星から送信される衛星信号に基づいて測位演算を行う受信装置であって、前記衛星信号とレプリカ信号との位相差を算出する位相誤差算出部を有する。また、前記位相差とオフセット値とに基づき、前記レプリカ信号を前記衛星信号に追従させるためのフィードバック量を算出するフィードバック量演算処理部を有する。また、前記フィードバック量に基づき、前回生成した前記レプリカ信号に対して位相をずらした前記レプリカ信号を生成する位相同期処理部を有する。また、前記位相同期処理部が生成した前記レプリカ信号に基づき、前記測位衛星までの距離を算出する測位演算処理部を有する。また、前回算出された前記位相差から直近に算出された前記位相差への変化量が、所定値以上または所定値以下である場合は、前記オフセット値を補正する、位相差変化量検出部を有する。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

本発明の代表的な実施の形態によれば、レプリカ信号の衛星信号への追従性が向上する。

本発明の一実施の形態における、受信装置の構成例の概要を示す図である。フィードバック量を算出する処理を実現するためのプログラムのソースコードの一例を示す図である。本発明の一実施の形態における、全体処理の概要を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

＜全体構成＞
図１は、本発明の一実施の形態における、受信装置１０の構成例の概要を示す図である。受信装置１０は、例えば、ＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）受信装置である。ＧＮＳＳ衛星は対応するＧＮＳＳ衛星に関する衛星軌道情報や時計の補正値などのＧＰＳ衛星の位置を計算するために必要な軌跡情報が含まれる航法メッセージを、ＧＮＳＳ受信装置へ送信する。また、航法メッセージは、Ｃ／Ａコードによりスペクトラム拡散され、Ｌ１帯（１５７５．４２ＭＨｚ）を利用してＧＮＳＳ受信装置へ送信される。

図１に示されるように、測位衛星から送信される衛星信号に基づいて測位演算を行う受信装置１０は、アンテナ１０１と、ＲＦ受信回路部（受信回路部）１０２と、ソフトウェア演算部１０３と、測位演算処理部１０９とを有する。

アンテナ１０１は、ＧＮＳＳアンテナなどである。

ＲＦ受信回路部１０２は、ＧＰＳ衛星から送信される衛星信号を受信する。ＲＦ受信回路部１０２は、受信した衛星信号をデジタル信号へ変換する。そして、ＲＦ受信回路部１０２は、デジタル信号に変換した後の衛星信号を、位相同期処理部１０４に入力する。

ソフトウェア演算部１０３は、位相同期処理部１０４と、基準クロック部１０５と、位相誤差算出部１０６と、位相差変化量検出部１０７と、フィードバック量演算処理部１０８とを有する。

基準クロック部１０５は、クロック信号を生成し、生成したクロック信号を位相同期処理部１０４に入力する。

位相同期処理部１０４は、基準クロック部１０５から入力されたクロック信号に基づいて、レプリカ信号を生成し、生成したレプリカ信号（衛星信号とデータの並びが同一である信号）と、衛星信号との相関値を算出する。

位相同期処理部１０４は、衛星信号のレプリカ信号の位相を衛星信号に追従させるためのフィードバック量に基づき、ずらすことによって、衛星信号の位相に対するレプリカ信号の位相を同期させる。すなわち、位相同期処理部１０４は、フィードバック量演算処理部１０８から入力されるフィードバック量に基づき、前回生成したレプリカ信号に対して位相をずらしたレプリカ信号を生成する。また、位相同期処理部１０４は、生成したレプリカ信号を測位演算処理部１０９へ入力する。

位相誤差算出部１０６は、衛星信号とレプリカ信号との位相差（位相角）を算出する。位相誤差算出部１０６は、算出した位相差を、位相差変化量検出部１０７およびフィードバック量演算処理部１０８に入力する。

位相差変化量検出部１０７は、前回算出された位相差から直近に算出された位相差への変化量を検出する。そして、位相差変化量検出部１０７は、検出した変化量が、所定値以上または所定値以下である場合は、フィードバック量を調整するためのオフセット値（初期値は「０」）を補正する。そして、位相差変化量検出部１０７は、補正した後のオフセット値を、フィードバック量演算処理部１０８に入力する。一方、検出した変化量が所定の範囲内である場合は、位相差変化量検出部１０７は、オフセット値を補正しない。例えば、位相差変化量検出部１０７は、変化量が半周期（１／２π（９０度）または−１／２π（−９０度））を超えている場合に、いわゆる周回遅れが発生していると判定し、オフセット値を補正する。例えば、変化量が１／２π（９０度）を超えている場合、位相差変化量検出部１０７は、オフセット値にπ（１８０度）を加算する。また、変化量が１／２π（９０度）未満である場合、位相差変化量検出部１０７は、オフセット値からにπ（１８０度）を減算する。

位相差変化量検出部１０７により検出される変化量が所定の範囲内の場合は、フィードバック量演算処理部１０８は、位相誤差算出部１０６が算出した位相差と、オフセット値とに基づき、フィードバック量を算出する。

位相差変化量検出部１０７により検出される変化量が所定値以上または所定値以下である場合は、フィードバック量演算処理部１０８は、位相誤差算出部１０６が算出した位相差と、位相差変化量検出部１０７により増加または減少されることで補正された後のオフセット値とに基づき、フィードバック量を算出する。

測位演算処理部１０９は、位相同期処理部１０４が生成したレプリカ信号に基づき、測位衛星までの距離を算出する。

図２は、フィードバック量を算出する処理を実現するためのプログラムのソースコードの一例を示す図である。

まず、相関値の実部（図２中、ｒｅａｌ）と相関値の虚部（図２中、ｉｍａｇ）とに基づき、位相差（図２中、ｔａｎＶａｌｕｅ）が算出される。

次に、前回算出した位相差（図２中、ｌａｓｔＴａｎＶａｌｕｅ）から、直近に算出された位相差を減算することで算出された変化量が、「０．２５（９０度）」を超えるか否かが判定される。変化量が、「０．２５」を超える場合、オフセット値（図２中、ｔａｎＯｆｆｓｅｔ）の値に「０．５（１８０度）」が加算される。また、変化量が、「−０．２５（−９０度）」未満である場合、オフセット値から「０．５」が減算される。これによって、オフセット値が補正される。なお、オフセット値には、初期値として、「０」が設定されている。

一方、変化量が、所定の範囲（「−０．２５」以上〜「０．２５」以下）内である場合、オフセット値は補正されない。

次に、オフセット値（補正されたオフセット値または、補正されていないオフセット値）に、直近に算出された位相差が加算されることで、フィードバック量（図２中、ｅｒｒ）が算出される。最後に、前回算出された位相差として、直近に算出された位相差が設定される。

＜全体処理＞
図３は、本発明の一実施の形態における、全体処理の概要を示す図である。

まず、Ｓ３０１にて、位相同期処理部１０４が、フィードバック量演算処理部１０８から入力されるフィードバック量に基づき、レプリカ信号を生成する。

次に、Ｓ３０２にて、位相同期処理部１０４が、受信回路部１０２から入力される衛星信号と、レプリカ信号の周波数とに基づき、相関値を算出する。位相同期処理部１０４は、算出した相関値を、位相誤差算出部１０６に入力する。

次に、Ｓ３０３にて、位相誤差算出部１０６が、レプリカ信号の位相と、衛星信号の位相との位相差を算出する。位相誤差算出部１０６は、算出した位相差を位相差変化量検出部１０７およびフィードバック量演算処理部１０８に入力する。

次に、Ｓ３０４にて、位相差変化量検出部１０７は、これまでに２回以上、位相差が入力されたか否かを判定する。位相差変化量検出部１０７が、２回以上、位相差が入力されたと判定する場合（Ｓ３０４−Ｙｅｓ）、Ｓ３０７へ進む。一方、位相差変化量検出部１０７が、２回以上、位相差が入力されていないと判定する場合（Ｓ３０４−Ｎｏ）、Ｓ３０５へ進む。

次に、Ｓ３０５にて、位相差変化量検出部１０７は、Ｓ３０３にて入力された位相差を、フィードバック量演算処理部１０８に入力する。

次に、Ｓ３０６にて、フィードバック量演算処理部１０８は、Ｓ３０５にて入力された位相差にオフセット値を加算した値をフィードバック量として算出する。また、フィードバック量演算処理部１０８は、算出したフィードバック量を位相同期処理部１０４へ入力する。Ｓ３０６の次は、Ｓ３０１へ戻る。

Ｓ３０４にてＹｅｓだった場合、Ｓ３０７にて、位相差変化量検出部１０７は、前回算出された位相差から直近に算出された位相差への変化量を算出する。位相差変化量検出部１０７は、算出した変化量をフィードバック量演算処理部１０８に入力する。

次に、Ｓ３０８にて、フィードバック量演算処理部１０８は、Ｓ３０６にて入力された変化量に基づき、周回遅れが発生し、オフセット値の補正が必要か否かを判定する。詳細には、フィードバック量演算処理部１０８は、Ｓ３０７にて入力された変化量が、「０．２５」を超える場合、または「−０．２５」未満である場合に、周回遅れが発生したと判定する。Ｓ３０８にて、フィードバック量演算処理部１０８が、周回遅れが発生していないと判定する場合（Ｓ３０８−Ｎｏ）、Ｓ３１０へ進む。一方、Ｓ３０８にて、フィードバック量演算処理部１０８が、周回遅れが発生したと判定する場合（Ｓ３０８−Ｙｅｓ）、Ｓ３０９へ進む。

次に、Ｓ３０９にて、フィードバック量演算処理部１０８は、オフセット値を補正する。詳細には、変化量が「０．２５」を超える場合、フィードバック量演算処理部１０８は、オフセット値に「０．５」を加算する。また、変化量が「−０．２５」未満である場合に、フィードバック量演算処理部１０８は、オフセット値から「０．５」を減算する。

次に、Ｓ３１０にて、フィードバック量演算処理部１０８は、オフセット値に、Ｓ３０５にて入力された位相差を加算した値を、フィードバック量として算出する。そして、フィードバック量演算処理部１０８は、算出したフィードバック量を、位相同期処理部１０４に入力する。Ｓ３１０の次は、Ｓ３０１に戻る。

＜本実施の形態の効果＞
以上説明した本実施の形態における受信装置１０によれば、位相差変化量検出部１０７が、前回算出された位相差から直近に算出された位相差への変化量が、所定値以上または所定値以下である場合にオフセット値を補正することで、適切なフィードバック量を算出でき、レプリカ信号の衛星信号への追従性が向上する。そして、位相差が虚数軸を超えるような場合にも、位相を追従させることが可能となり、周波数安定性が向上する。さらに、周波数引き込み範囲が、−２５０Ｈｚ〜２５０Ｈｚまで拡大する。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

１０…受信装置、１０２…ＲＦ受信回路部、１０３…ソフトウェア演算部、１０９…測位演算処理部。

Claims

測位衛星から送信される衛星信号に基づいて測位演算を行う受信装置であって、
前記衛星信号とレプリカ信号との位相差を算出する位相誤差算出部と、
前記位相差とオフセット値とに基づき、前記レプリカ信号を前記衛星信号に追従させるためのフィードバック量を算出するフィードバック量演算処理部と、
前記フィードバック量に基づき、前回生成した前記レプリカ信号に対して位相をずらした前記レプリカ信号を生成する位相同期処理部と、
前記位相同期処理部が生成した前記レプリカ信号に基づき、前記測位衛星までの距離を算出する測位演算処理部と、
前回算出された前記位相差から直近に算出された前記位相差への変化量が、＋９０度を超えている場合は前記オフセット値に１８０度を加算し、−９０度未満である場合は前記オフセット値から１８０度を減算することで、前記オフセット値を補正する、位相差変化量検出部と、
を有する、受信装置。
請求項１に記載の受信装置において、
前記位相同期処理部にクロック信号を入力する基準クロック部をさらに有し、
前記位相同期処理部は、前記クロック信号に基づいて、前記レプリカ信号を生成し、生成した前記レプリカ信号と、前記衛星信号との相関値を算出する、
受信装置。