JPH1062515A - スペクトラム拡散信号の受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 捕捉時間を短縮できると共に、複数の衛星か
らの信号を効率的に捕捉できるスペクトラム拡散信号の
受信装置を提供する。 【解決手段】 スペクトラム拡散されて送られてくる信
号を逆拡散するための複数のチャンネルユニットＣＨ１
〜ＣＨ１６を設ける。各チャンネルユニットＣＨ１〜Ｃ
Ｈ６には、個々に、符号と位相とを設定できるようにす
る。これにより、符号の周期を複数の位相範囲に分割
し、複数のチャンネルで夫々の位相範囲でサーチを行な
うことにより、捕捉時間を短縮できる。そして、空いて
いるチャンネルユニットで次の衛星をサーチを行なうこ
とにより、複数の衛星からの信号を効率的に捕捉でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、地球を周回する
衛星からの信号を受信して現在値を測位するＧＰＳ（Gl
obal Positioning System ）システムの受信機に用いて
好適な衛星信号の受信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】地球を周回する複数の衛星からの信号を
受信して移動体の位置を測位するＧＰＳシステムが知ら
れている。このようなＧＰＳシステムでは、地球を周回
する複数の衛星から時刻情報や位置情報等のデータが衛
星固有のＰＮ符号によりスペクトラム拡散されて送信さ
れる。移動体に配置されたＧＰＳ受信機で、この衛星か
らの信号が受信され、時刻情報や衛星の位置情報がデコ
ードされる。この衛星から受信された時刻情報や位置情
報とＧＰＳ受信機にローカルに配置されたＧＰＳ時計と
の時刻差から電波の到来時間が計測され、これに基づい
て移動体の位置が測位される。

【０００３】図５は、このようなＧＰＳシステムに用い
られる従来のＧＰＳ受信機の一例である。図５におい
て、アンテナ５１で地球を周回する複数のＧＰＳ用の衛
星からの信号が受信される。ＧＰＳ用の衛星からは、エ
フェリスと呼ばれる軌道情報や、アルマナックと呼ばれ
る衛星の暦の情報が衛星固有のＰＮ（Pseudorandom Noi
se）符号によりスペクトラム拡散されて送信される。Ｐ
Ｎ符号の長さは例えば１０２３チップであり、搬送波周
波数は例えば１．５ＧＨｚ帯（１５７５．４２ＭＨｚ）
である。

【０００４】アンテナ５１の受信信号は高周波回路５２
に供給される。高周波回路５２は、受信信号を中間周波
信号にダウンコンバートするものである。高周波回路５
２に対する局部発振信号は、基準水晶発振回路５４から
のシステムクロックに基づいて形成される。

【０００５】すなわち、基準水晶発振回路５４は、基準
となるシステムクロックを発生している。システムクロ
ックの周波数は、例えば、周波数１８．４１４ＭＨｚで
ある。このシステムクロックが分周回路５５を介して、
ＰＬＬ（Phase Locked Loop）５３に供給される。ＰＬ
Ｌ５３で、基準水晶発振回路５４の出力の出力に基づい
て、局部発振信号が形成される。このＰＬＬ５３で形成
された局部発振信号が高周波回路５２に供給される。高
周波回路５２で受信が中間周波信号にダウンコンバート
される。

【０００６】高周波回路５２の出力は、乗算回路５６に
供給される。乗算回路５６は、ＰＮ系列を逆拡散するも
のである。つまり、ＰＮ符号発生器５７には、ＰＮ系列
発生用のＮＣＯ（ＰＮＮＣＯ）５８の出力が供給され
る。ＰＮＮＣＯ５８は、ＣＰＵ（Central Processing U
nit ）６０により制御される。ＰＮ符号発生器５７から
発生される符号の位相は、ＣＰＵ６０の制御の基に、Ｐ
ＮＮＣＯ５８の出力によりシフトされる。ＰＮ符号発生
器５７の出力が乗算回路５６に供給される。乗算器５６
で、高周波回路５２からの受信符号と、ＰＮ符号発生器
５７から発生された符号とが乗算される。このとき、Ｐ
Ｎ符号発生器５７からの符号と受信符号とが一致し、且
つ、その位相が一致していると、受信されたＰＮ符号が
逆拡散される。

【０００７】乗算回路５６の出力は、乗算回路６１及び
６２に供給される。乗算回路６１、６２、コスタスＮＣ
Ｏ６３、９０度移相回路６４は、受信信号の搬送波周波
数の変動に追従させるためのものである。コスタスＮＣ
Ｏ６３の周波数は、ＣＰＵ６０により制御される。コス
タスＮＣＯ６３の出力が乗算回路６１に供給されると共
に、９０度移相回路６４を介して、乗算回路６２に供給
される。乗算回路６１及び６２の出力がフィルタ６５及
び６６を夫々介してＣＰＵ６０に供給される。

【０００８】ＣＰＵ６０で、受信信号からエフェリスと
呼ばれる軌道情報や、アルマナックと呼ばれる衛星の暦
の情報がデコードされる。これらの情報とＧＰＳ受信機
にローカルに配置されたＧＰＳ時計７３との時刻差から
電波の到来時間が計測され、これに基づいて、測位デー
タが得られる。この測位データが出力端子７０から出力
される。

【０００９】このように、ＧＰＳ受信機には、受信符号
のＰＮ符号の位相と、ＰＮ符号発生器５７からのＰＮ符
号の位相とを合わせ、ＰＮ符号を復調するための位相制
御ループが設けられている。

【００１０】つまり、ＰＮ符号発生器５７には、受信す
る衛星と同一のＰＮ符号が設定される。乗算回路５６
で、ＰＮ符号発生器５７からのＰＮ符号と、受信したＰ
Ｎ符号とが乗算される。受信信号を捕捉する場合には、
ＣＰＵ６０の制御に基づいてＰＮＮＣＯ５８が動かさ
れ、ＰＮ符号発生器５７からのＰＮ符号の位相が順次シ
フトされる。受信信号のＰＮ系列と、ＰＮ符号発生器５
７からのＰＮ符号系列との位相が一致すると、乗算回路
５６からは逆拡散信号が現れる。したがって、フィルタ
６５及び６６の出力レベルから、ＰＮ符号発生器５７か
らのＰＮ符号と受信したＰＮ符号との同期がとれたかど
うかが判断される。ＰＮ符号発生器５７からのＰＮ符号
と受信したＰＮ符号との同期がとれたら、以後、同期が
外れないように、フィルタ６５及び６６の出力レベルに
基づいて、ＰＮ符号発生器５７からのＰＮ符号の位相が
制御される。

【００１１】また、ＧＰＳシステムで用いられる衛星は
地球を高速で周回しているため、衛星からの受信信号の
搬送波周波数は、ドップラ効果の影響を受けて変動す
る。コスタスＮＣＯ６３の発振周波数は、このドップラ
効果により生じる変動分に追従して、周波数が変化され
る。このため、ＧＰＳ受信機には、受信信号の周波数変
動に追従させるための周波数制御ループが設けられてい
る。

【００１２】つまり、コスタスＮＣＯ６３の発振周波数
は、所定の中心周波数を中心として、上下に周波数が可
変できる。サーチ開始時には、コスタスＮＣＯ６３の発
振周波数が中心周波数に設定される。それから、ＣＰＵ
６０の制御により、コスタスＮＣＯ６３の発振周波数が
順次上下に変動される。コスタスＮＣＯ６３の発振周波
数が受信信号の周波数にロックしたかどうかは、フィル
タ６５及び６６の出力レベルにより判断できる。コスタ
スＮＣＯ６３の発振周波数が受信信号の周波数にロック
したら、以後、ロックが外れないように、フィルタ６５
及び６６の出力レベルに応じて、コスタスＮＣＯ６３の
発振周波数が制御される。これにより、コスタスＮＣＯ
６３の発振周波数が受信信号の周波数変動に追従して変
化する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このように、ＧＰＳシ
ステムに用いられる受信機においては、受信符号のＰＮ
符号の位相と、ＰＮ符号発生器５７からのＰＮ符号の位
相とを合わせ、ＰＮ符号を逆拡散するためのループが設
けられている。そして、捕捉時には、ＰＮ符号発生器５
７からの符号の位相をシフトさせながら、衛星から送ら
れてきた信号のＰＮ符号の位相とＰＮ符号発生器５７か
らのＰＮ符号の位相とが乗算され、フィルタ６５及び６
６の出力レベルから、乗算回路５６から逆拡散信号が現
れたかどうかが判断される。

【００１４】このようにして目的とする衛星からの信号
を捕捉する場合、ＰＮ符号の長さが１０２３チップであ
るとすると、位相量を最大１０２３チップだけシフトす
る必要があるため、捕捉に時間が長くかかる。そこで、
位相シフト量を大きくすることが考えられるが、位相シ
フト量を大きくすると、受信機のＳ／Ｎ比が悪化する。

【００１５】また、ＧＰＳでは、複数の衛星を用いて測
位が行なわれる。このため、１つの衛星を捕捉したら、
次の衛星を捕捉する必要がある。

【００１６】したがって、この発明の目的は、捕捉時間
を短縮できるスペクトラム拡散信号の受信装置を提供す
ることにある。

【００１７】この発明の他の目的は、複数の衛星からの
信号を効率的に捕捉できるスペクトラム拡散信号の受信
装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明は、データがス
ペクトラム拡散されて送られてきた信号を受信するスペ
クトラム拡散信号の受信装置において、スペクトラム拡
散されて送られてくる信号を逆拡散するための複数のチ
ャンネルユニットを有し、各チャンネルユニットは、Ｐ
Ｎ符号を発生するＰＮ符号発生手段と、ＰＮ符号発生手
段から発生されるＰＮ符号の位相を制御する位相制御手
段と、ＰＮ符号発生手段から出力される符号を設定する
ための符号設定手段と、受信されたらのＰＮ符号とＰＮ
符号発生手段から発生されたＰＮ符号とを乗算してＰＮ
符号を逆拡散する手段とを備えるようにしたスペクトラ
ム拡散信号の受信装置である。

【００１９】スペクトラム拡散されて送られてくる信号
を逆拡散するための複数のチャンネルユニットを有し、
各チャンネルには、個々に、符号と位相とを設定でき
る。これにより、符号の周期を複数の位相範囲に分割
し、複数のチャンネルで夫々の位相範囲でサーチを行な
うことにより、捕捉時間を短縮できる。そして、空いて
いるチャンネルユニットで次の衛星のサーチを行なうこ
とにより、複数の衛星からの信号を効率的に捕捉でき
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図１は、この発明が適用
されたＧＰＳ受信機の一例である。図１において、アン
テナ１で地球を周回する複数のＧＰＳ用の衛星からの信
号が受信される。ＧＰＳ用の衛星からは、エフェリスと
呼ばれる軌道情報や、アルマナックと呼ばれる衛星の暦
の情報が衛星固有のＰＮ符号によりスペクトラム拡散さ
れて送信される。ＰＮ符号の長さは例えば１０２３チッ
プであり、搬送波周波数は例えば１．５ＧＨｚ帯（１５
７５．４２ＭＨｚ）である。アンテナ１の受信信号が高
周波回路２に供給される。

【００２１】高周波回路２は、受信信号を中間周波信号
にダウンコンバートするものである。基準水晶発振回路
４により基準となるシステムクロックが発生され、この
システムクロックが分周回路５を介して、ＰＬＬ３に供
給される。ＰＬＬ３で、基準水晶発振回路４の出力に基
づいて、局部発振信号が形成される。このＰＬＬ３で形
成された局部発振信号が高周波回路２に供給される。高
周波回路２で受信がダウンコンバートされる。

【００２２】高周波回路２の出力は、１６チャンネル分
のチャンネルユニットＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、・・・
ＣＨ１６に供給される。各チャンネルユニットＣＨ１〜
ＣＨ１６は、同様に構成されている。各チャンネルユニ
ットＣＨ１〜ＣＨ１６により、目的とする衛星からの信
号が捕捉され、そのＰＮ符号が逆拡散される。各チャン
ネルユニットＣＨ１〜ＣＨ１６の出力がＣＰＵ１０に供
給される。

【００２３】ＣＰＵ１０で、受信信号からエフェリスと
呼ばれる軌道情報や、アルマナックと呼ばれる衛星の暦
の情報がデコードされる。これらの情報とＧＰＳ受信機
にローカルに配置されたＧＰＳ時計２０との時刻差から
電波の到来時間が計測され、これに基づいて、測位デー
タが得られる。この測位データが出力端子２１から出力
される。

【００２４】各チャンネルユニットＣＨ１〜ＣＨ１６
は、乗算回路６、１１、１２、ＰＮ符号発生器７、ＮＣ
Ｏ８、１３、９０度移相回路１４、フィルタ１５、１
６、レジスタ１７とを有しいる。高周波回路２の出力
は、各チャンネルユニットＣＨ１〜ＣＨ１６の乗算回路
６に供給される。乗算回路６、ＰＮ符号発生器７、ＰＮ
ＮＣＯ８は、受信符号のＰＮ系列の位相と、ＰＮ符号発
生器７からのＰＮ符号の位相とを合致させ、ＰＮ系列を
逆拡散するためのものである。

【００２５】ＰＮ符号発生器７は、レジスタ１７の設定
値に基づいて、所望の衛星と同一のＰＮ符号を発生す
る。レジスタ１７の符号は、ＣＰＵ１０により設定可能
とされる。ＰＮ符号発生器７には、ＰＮＮＣＯ８の出力
が供給される。ＰＮＮＣＯ８は、ＣＰＵ１０により制御
される。ＰＮ符号発生器７から発生される符号の位相
は、ＣＰＵ１０の制御の基に、ＰＮＮＣＯ８の出力によ
りシフトされる。ＰＮ符号発生器７の出力が乗算回路６
に供給される。乗算器６で、高周波回路２からの受信符
号と、ＰＮ符号発生器７から発生された符号とが乗算さ
れる。

【００２６】乗算回路６の出力は、乗算回路１１及び１
２に供給される。乗算回路１１、１２、コスタスＮＣＯ
１３、９０度移相回路１４は、受信信号の搬送波周波数
の変動に追従させるためのものである。コスタスＮＣＯ
１３の周波数は、ＣＰＵ１０により制御される。コスタ
スＮＣＯ１３の出力が乗算回路１１に供給されると共
に、９０度移相回路１４を介して、乗算回路１２に供給
される。乗算回路１１及び１２の出力がフィルタ１５及
び１６を夫々介してＣＰＵ１０に供給される。

【００２７】このように、この発明が適用されたＧＰＳ
受信機では、例えば１６チャンネルのチャンネルユニッ
トＣＨ１〜ＣＨ１６が設けられており、各チャンネルユ
ニットＣＨ１〜ＣＨ１６のＰＮ符号発生器７は、レジス
タ１７の設定値に基づいて、任意のＰＮ符号を発生させ
ることができる。これにより、捕捉時間を短縮させるこ
とができると共に、複数の衛星からの信号を効率的に捕
捉することができる。

【００２８】例えば、この発明が適用されたＧＰＳ受信
機では、これら１６チャンネル分のチャンネルユニット
ＣＨ１〜ＣＨ１６が４チャンネル毎の組とされる。各組
の４チャンネルのチャンネルユニットで、同一の衛星が
捕捉される。このとき、各組の４チャンネルユニットの
ＰＮ符号の位相は、互いに異なるように設定される。こ
れにより、１つのチャンネルで捕捉するのに比べて、１
／４の捕捉時間で、所望の衛星からの信号を捕捉するこ
とができる。

【００２９】図２及び図３は、このときの処理をフロー
チャートを示すものである。前述したように、各チャン
ネルユニットＣＨ１〜ＣＨ１６は、４チャンネル毎の組
とされる。ここでは、例えば、チャンネルユニットＣＨ
１〜ＣＨ４を同一の組とする。なお、他の組について
は、同様な処理が行なわれる。

【００３０】図２及び図３において、同一の組とされた
チャンネルユニットＣＨ１〜ＣＨ４に同一の衛星のＰＮ
符号が設定される（ステップＳＴ１）。そして、各チャ
ンネルユニットＣＨ１〜ＣＨ４に、互いに異なる位相の
初期設定値が設定される。すなわち、ＰＮ符号の長さが
１０２３チップであるとすると、この位相が４等分さ
れ、チャンネルユニットＣＨ１に１チップ目の値が書き
込まれ（ステップＳＴ２）、チャンネルユニットＣＨ２
に２５７チップ目のの値が書き込まれ（ステップＳＴ
３）、チャンネルユニットＣＨ３に５１３チップ目の値
が書き込まれ（ステップＳＴ４）、チャンネルユニット
ＣＨ４に７６９チップ目の値が書き込まれる（ステップ
ＳＴ５）。

【００３１】次に、各チャンネルユニットＣＨ１〜ＣＨ
４の位相スライド量が設定され、各チャンネルユニット
ＣＨ１〜ＣＨ４において、各チャンネルの初期値から位
相がスライドされる。すなわち、チャンネルユニットＣ
Ｈ１のＰＮＮＣＯ８の位相スライド量が設定され（ステ
ップＳＴ６）、このチャンネルユニットＣＨ１において
ＰＮ符号発生器７からの位相が設定されたスライド量に
応じてスライドされ（ステップＳＴ７）、チャンネルユ
ニットＣＨ２のＰＮＮＣＯ８の位相スライド量が設定さ
れ（ステップＳＴ８）、このチャンネルユニットＣＨ２
においてＰＮ符号発生器７からの位相が設定されたスラ
イド量に応じてスライドされ（ステップＳＴ９）、チャ
ンネルユニットＣＨ３のＰＮＮＣＯ８の位相スライド量
が設定され（ステップＳＴ１０）、このチャンネルユニ
ットＣＨ３においてＰＮ符号発生器７からの位相が設定
されたスライド量に応じてスライドされ（ステップＳＴ
１１）、チャンネルユニットＣＨ４のＰＮＮＣＯ８の位
相スライド量が設定され（ステップＳＴ１２）、このチ
ャンネルユニットＣＨ４においてＰＮ符号発生器７から
の位相が設定されたスライド量に応じてスライドされる
（ステップＳＴ１３）。

【００３２】各チャンネルユニットＣＨ１〜ＣＨ４のＰ
Ｎ符号発生器は、ＰＮ符号の１０２３チップ中の最初の
設定値の符号を生成したときにＣＰＵ１０に対して割込
み要求フラグを発生する。ＣＰＵ１０では、各チャンネ
ルユニットＣＨ１〜ＣＨ４からの割込み要求フラグが発
生しているかどうかをチェックしている（ステップＳＴ
１４、ＳＴ１５）。割込みがなければ、ＰＮ符号の位相
のスライドが続行される（ステップＳＴ１６）。

【００３３】ステップＳＴ１５で、１チャンネルでも割
込みがあったと判断された場合には、割込みのあったチ
ャンネルユニットの割込みフラグがクリアされ（ステッ
プＳＴ１７）、衛星からのＰＮ符号と現在の符号との相
関レベルの判定が行なわれる（ステップＳＴ１８）。割
込みは全チャンネルから到来するので、全チャンネルの
相関レベルが判定され（ステップＳＴ１９）、その中で
相関レベルが所定のスレショルドレベルを越えており、
且つ、最大となるチャンネルが選択される（ステップＳ
Ｔ２０）。

【００３４】ステップＳＴ１９で、各チャンネルの相関
レベルがスレショルドレベルを越えない場合には、全チ
ャンネルからの割込み要求フラグの確認が行なわれ（ス
テップＳＴ２１）、割込み要求があるかどうかが判断さ
れる（ステップＳＴ２２）。割込み要求がなければ、ス
テップＳＴ１４に戻され、割込み要求があれば、新たな
ＰＮ符号の位相のスライド量に設定し直され（ステップ
ＳＴ２３）、ステップＳＴ１４に戻される。

【００３５】ステップＳＴ２０で相関レベルが最も大き
なチャンネルが見つかったら、相関レベルが大きくなる
チャンネルは、目的の衛星にロックさせるため、ＰＮ符
号の位相のスライドの微調整が行なわれれ（ステップＳ
Ｔ２４）、衛星からの信号にロックされる。衛星からの
信号にロックしたかどうかはフィルタ１５、１６の出力
により検出される。衛星からの信号にロックされたら、
ロックが外れないように、追尾が続行される（ステップ
ＳＴ２６）。

【００３６】ここで、衛星からの信号にロックしていな
い他の３チャンネルは、別の衛星を捕捉するために割り
当てられ（ステップＳＴ２７）、割り当てられた衛星の
捕捉が行なわれる。このとき、３チャンネルは同時に同
じ衛星を捕捉するのに用いられ、各チャンネルには、１
周期を３分割した値が夫々ＰＮ符号発生器のレジスタ１
７に書き込まれる。

【００３７】このように、４つのチャンネルユニットＣ
Ｈ１〜ＣＨ４が同時に同じ衛星を捕捉し、各チャンネル
ユニットＣＨ１〜ＣＨ４のＰＮ符号は、１／４周期位相
がずらされている。このため、１つのチャンネルで捕捉
する場合に比べて、１／４の捕捉時間となる。

【００３８】すなわち、図４に示すように、１０２３チ
ップの符号長であるとすると、チャンネルユニットＣＨ
１で１〜２５６チップの範囲Ａ１がサーチされ、チャン
ネルユニットＣＨ２で２５７〜５１２チップの範囲Ａ２
がサーチされ、チャンネルユニットＣＨ３で５１３〜７
６８チップの範囲Ａ３がサーチされ、チャンネルユニッ
トＣＨ４で７６９〜１０２３チップの範囲Ａ４がサーチ
される。これら各チャンネルで（１０２３／４）チップ
分サーチされると、１周期の１０２３チップがサーチさ
れたことになる。これにより、サーチ範囲は１／４とな
る。

【００３９】

【発明の効果】この発明によれば、スペクトラム拡散さ
れて送られてくる信号を逆拡散するための複数のチャン
ネルユニットが設けられる。これにより、符号の周期を
複数の位相範囲に分割し、複数のチャンネルで夫々の位
相範囲でサーチを行なうことができ、捕捉時間を短縮で
きる。そして、空いているチャンネルユニットで次の衛
星をサーチを行なうことにより、複数の衛星からの信号
を効率的に捕捉できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明が適用されたＧＰＳ受信機の一例のブ
ロック図である。

【図２】この発明が適用されたＧＰＳ受信機の一例の説
明に用いるフローチャートである。

【図３】この発明が適用されたＧＰＳ受信機の一例の説
明に用いるフローチャートである。

【図４】この発明が適用されたＧＰＳ受信機の一例の説
明に用いる略線図である。

【図５】従来のＧＰＳ受信機の一例のブロック図であ
る。

【符号の説明】

ＣＨ１〜ＣＨ１６・・・チャンネルユニット，７・・・
ＰＮ符号発生器，８・・・ＰＮＮＣＯ，１０・・・ＣＰ
Ｕ，１７・・・レジスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 データがスペクトラム拡散されて送られ
   てきた信号を受信するスペクトラム拡散信号の受信装置
   において、 上記スペクトラム拡散されて送られてくる信号を逆拡散
   するための複数のチャンネルユニットを有し、 上記各チャンネルユニットは、 ＰＮ符号を発生するＰＮ符号発生手段と、 上記ＰＮ符号発生手段から発生されるＰＮ符号の位相を
   制御する位相制御手段と、 上記ＰＮ符号発生手段から出力される符号を設定するた
   めの符号設定手段と、 受信されたらのＰＮ符号と上記ＰＮ符号発生手段から発
   生されたＰＮ符号とを乗算してＰＮ符号を逆拡散する手
   段とを備えるようにしたスペクトラム拡散信号の受信装
   置。
2. 【請求項２】 上記各チャンネルユニットは、その位相
   とその符号が外部からの制御信号により設定可能とされ
   た請求項１記載のスペクトラム拡散信号の受信装置。