JPWO2010113302A1

JPWO2010113302A1 - 受信装置

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Publication number: JPWO2010113302A1
Application number: JP2011506919A
Authority: JP
Inventors: 研太長川
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2012-10-04
Also published as: WO2010113302A1

Abstract

受信装置は、衛星から衛星信号を受信し、上記衛星信号を中間周波数に変換し、参照用信号と上記変換信号とを積算し、所定周波数の第１基準信号と、上記第１基準信号の位相を９０度ずらした第２基準信号とを生成し、上記積算信号と上記第１基準信号との誤差を示す第１誤差信号を生成し、上記積算信号と上記第２基準信号との誤差を示す第２誤差信号を生成し、上記衛星信号の航法メッセージのデータビット値を予測した情報である予測情報と予測情報の確からしさを示す信頼度情報とを取得する。そして、受信装置は、第１誤差信号と予測情報とをそれぞれ信頼度情報に基づいて重み付けし、重み付けされた第１誤差信号と予測情報とを加算した加算信号を生成し、上記加算信号と上記第２誤差信号とに基づいて、第１基準信号と変換信号との誤差を生成し、基準信号誤差生成手段によって生成された誤差を用いて上記第１基準信号と第２基準信号とを再生成する。

Description

本発明は、航法メッセージの予測情報を用いて追尾する受信装置に関する。

ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）衛星から受信する受信信号には、ノイズも含まれている。受信機が受信信号を変換して得た変換信号と、受信機自身で発信したＰＲＮコードとの積算を行う場合において、上記受信信号にノイズが多く含まれているとき、上記受信機は、積算期間を長くする必要がある。

ところで、ＧＰＳ信号には、未知の航法データが含まれている。受信機が、上記の変換信号とＰＲＮコードとの積算を行っている途中に航法データによるコードの反転があると、図１１に示すように、タイミングｔ０において、相関値が相殺されて小さくなってしまい、高感度化を実現することができない。

なお、航法データの１ビットは、ＰＲＮコード１周期（１ｍｓｅｃ）の２０倍の２０ｍｓｅｃである。そのため、受信機は、航法データによるコード反転の影響を避けるために、２０ｍｓｅｃ以内で積分を行わなければならず、十分な高感度化を実現することができない。

そうすると、受信装置は、変換信号とＰＲＮコードとの相関結果を用いて、適切に追尾処理を行うことができないという問題が生じる。ここで、追尾処理とは、受信信号の周波数とＰＲＮコードの周波数とを合わせる処理等をいう。

そこで、航法データの一定期間同じデータが繰り返されるという特性に着目し、過去に取得した航法データから特定した位相反転情報を用いて、受信信号を長時間に亘って位相積分し、ＧＰＳ受信装置の高感度化を図る方法も提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１のＧＰＳ受信装置では、一周期分の航法データを取得し、当該航法データを取得する過程で特定した位相反転情報を用いて、位相積分する。

特開２００５−６４９８３号公報

しかしながら、特許文献１のＧＰＳ受信装置の場合、航法データが１周期分送られるまで、位相反転情報を特定することができない。航法データ（以下、「航法メッセージ」とも呼ぶ）は、サブフレーム１〜５から構成され、サブフレーム１〜５まで順に送信された後は、再びサブフレーム１から繰り返し送信される。１つのサブフレームの長さは６秒である。サブフレーム１〜３は、繰り返し毎に毎回同じデータが送られてくるため、３０秒の繰り返し周期となる。サブフレーム４、サブフレーム５はさらにページ１〜２５で構成され、繰り返し毎にページが変化していく。ページ２５まで終了したら、またページ１から始まる。よって同じデータが繰り返される周期は、７５０秒となる。特許文献１のＧＰＳ受信装置は、電源投入後３０秒経過するまで過去のサブフレーム１〜３のデータを収集することができないため、サブフレーム１〜３のデータに基づいて位相反転情報を特定することができない。また、特許文献１のＧＰＳ受信装置は、電源投入後７５０秒経過するまで過去のサブフレーム４及び５のデータを収集できないため、サブフレーム４及び５のデータに基づいて位相反転情報を特定することができない。このため、特許文献１のＧＰＳ受信装置は、サブフレーム１〜３のデータに基づいて位相反転情報を特定する場合、電源投入してからしばらく高感度化を図ることができず、サブフレーム４及び５のデータに基づいて位相反転情報を特定する場合、電源投入してから長期間高感度化が図れないという問題点を有する。サブフレーム４及び５のデータの場合、上記問題点がより顕著に現れる。また、特許文献１のＧＰＳ受信装置は、取得した航法メッセージに誤りがある場合にも高感度化が図れないという問題点も有している。

本発明が解決しようとする課題としては、上記のようなものが例として挙げられる。本発明の目的は、別途取得した航法メッセージの予測情報と、当該予測情報の信頼度に基づいて、相関結果の値を補正して追尾処理を行う受信装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、受信装置であって、衛星信号を受信する受信手段と、前記衛星信号を中間周波数に変換する周波数変換手段と、前記周波数変換手段によって変換された信号と、衛星を特定するための参照用信号とを積算し、積算信号を生成する積算手段と、所定周波数の第１基準信号と、前記第１基準信号の位相を９０度ずらした第２基準信号とを生成する基準信号生成手段と、前記積算信号と前記第１基準信号とを積算し、前記積算信号と前記第１基準信号との誤差を示す第１誤差信号を生成する第１誤差信号生成手段と、前記積算信号と前記第２基準信号とを積算し、前記積算信号と前記第２基準信号との誤差を示す第２誤差信号を生成する第２誤差信号生成手段と、前記衛星信号の航法メッセージのデータビット値を予測した情報である予測情報と前記予測情報の確からしさを示す信頼度情報とを取得する情報取得手段と、前記第１誤差信号と前記予測情報とをそれぞれ前記信頼度情報に基づいて重み付けする重み付け手段と、前記重み付け手段によって、重み付けされたそれぞれの信号を加算した加算信号と、前記第２誤差信号とに基づいて前記第１基準信号と前記変換信号との誤差を生成する基準信号誤差生成手段と、を備え、前記基準信号生成手段は、前記基準信号誤差生成手段が生成した誤差に基づいて前記第１基準信号及び第２基準信号を再生成することを特徴とする。

衛星測位受信システムの概念図である。保存用情報のデータ構造を示す図である。方針１の対象となるデータを示す図である。受信機の概念図である。一般的なキャリアループのブロック図である。先行技術文献のキャリアループのブロック図である。本願発明に係るキャリアループのブロック図である。基準信号と変換信号の周波数の差異を示す図である。他の実施例に係るキャリアループのブロック図である。本願発明に係るＦＬＬのブロック図である。航法データの切替りの影響を示す図である。

本発明の１つの観点は、受信装置であって、衛星信号を受信する受信手段と、前記衛星信号を中間周波数に変換する周波数変換手段と、前記周波数変換手段によって変換された信号と、衛星を特定するための参照用信号とを積算し、積算信号を生成する積算手段と、所定周波数の第１基準信号と、前記第１基準信号の位相を９０度ずらした第２基準信号とを生成する基準信号生成手段と、前記積算信号と前記第１基準信号とを積算し、前記積算信号と前記第１基準信号との誤差を示す第１誤差信号を生成する第１誤差信号生成手段と、前記積算信号と前記第２基準信号とを積算し、前記積算信号と前記第２基準信号との誤差を示す第２誤差信号を生成する第２誤差信号生成手段と、前記衛星信号の航法メッセージのデータビット値を予測した情報である予測情報と前記予測情報の確からしさを示す信頼度情報とを取得する情報取得手段と、前記第１誤差信号と前記予測情報とをそれぞれ前記信頼度情報に基づいて重み付けする重み付け手段と、前記重み付け手段によって、重み付けされたそれぞれの信号を加算した加算信号と、前記第２誤差信号とに基づいて前記第１基準信号と前記変換信号との誤差を生成する基準信号誤差生成手段と、を備え、前記基準信号生成手段は、前記基準信号誤差生成手段が生成した誤差に基づいて前記第１基準信号及び第２基準信号を再生成する。

上記の受信装置は、例えばＧＰＳ受信機等に適用することができる。当該受信装置は、受信手段が衛星から衛星信号を受信し、周波数変換手段が上記衛星信号を中間周波数に変換し、積算手段が参照用信号と上記変換信号とを積算し、基準信号生成手段が、所定周波数の第１基準信号と、上記第１基準信号の位相を９０度ずらした第２基準信号とを生成し、第１誤差信号生成手段が、上記積算信号と上記第１基準信号との誤差を示す第１誤差信号を生成し、第２誤差信号生成手段が、上記積算信号と上記第２基準信号との誤差を示す第２誤差信号を生成し、情報取得手段は、上記衛星信号の航法メッセージのデータビット値を予測した情報である予測情報と予測情報の確からしさを示す信頼度情報とを取得する。ここで、航法メッセージとは、衛星から受信した信号に含まれている情報をいう。また、航法メッセージのデータビット値とは、上記航法メッセージ中の所定範囲のデータビット値をいう。

重み付け手段は、第１誤差信号と予測情報とをそれぞれ前記信頼度情報に基づいて重み付けし、加算手段は、重み付けされた第１誤差信号と予測情報とを加算した加算信号を生成し、基準信号誤差生成手段は、上記加算信号と上記第２誤差信号とに基づいて、第１基準信号と変換信号との誤差を生成し、基準信号生成手段が、基準信号誤差生成手段によって生成された誤差を用いて上記第１基準信号と第２基準信号とを再生成する。

このように、受信装置は、信頼度情報に基づいて第１誤差信号及び予測情報を重み付けして当該重み付けした第１誤差信号と予測情報とを加算していることにより、受信した衛星信号が弱いために第１誤差信号の精度が低い場合でも、取得した信頼度情報と予測情報とで補完し、適切に第１基準信号と変換信号との誤差を生成することができる。よって、受信装置は、第１基準信号と変換信号との誤差を適切に生成することにより、当該誤差に基づいて第１基準信号の周波数を衛星信号の周波数に追随させることができ、適切に追尾処理を実行することができる。

上記の受信装置の一態様では、前記重み付け手段は、前記予測情報にゲインを掛け合わせた信号に前記信頼度の値を重み付ける。この場合、受信装置は、予測情報に対して、第１誤差信号の振幅に合わせたゲインを掛け合わせることにより、適切に第１誤差信号と予測情報との加算信号を生成することができる。

上記の受信装置の他の一態様では、前記ゲインを、前記第１誤差信号及び前記第２誤差信号に基づく関数値とする。この場合、受信装置は、第１誤差信号と第２誤差信号とを比較してゲインを設定することができる。ゲインの設定方法の例として、第１誤差信号が第２誤差信号に比して強すぎる場合、ゲインを小さくするなどがある。

上記の受信装置の他の一態様では、前記基準信号誤差生成手段は、位相比較器又は、周波数比較器である。このように、基準信号誤差生成手段を位相比較器としたり、周波数比較器としたりすることにより、コスタスループで実装したり、ＦＬＬ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）で実装したりすることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。

［衛星測位受信システムの概要］
最初に、本発明による予測情報提供装置を含む衛星測位受信システム１について、図１を用いて説明する。本実施例では、衛星測位受信システム１は、具体的には、ＧＰＳ受信機である。

ＧＰＳ衛星から出力されるＧＰＳ信号は、搬送波が「既知のＰＲＮコード」と「未知の航法データ」によって変調されたものである。衛星測位受信システム１はこの信号を受信し、各衛星との距離を知ることによって受信機の位置を計算する。

衛星測位受信システム１は、受信機１００と予測情報提供装置２００とを備える。受信機１００は、衛星からの電波の受信状態が良い場合、衛星から信号を取得し、当該信号から航法メッセージを抽出する。

そして、受信機１００は、抽出した航法メッセージのデータビット値を予測情報提供装置２００へ登録するために、受信機１００から予測情報提供装置２００へ上記抽出した航法メッセージのデータビット値及び当該航法メッセージのデータビット値に対応するアドレスを送信すると共に登録要求する。なお、本実施例でいう航法メッセージのデータビット値は、1ビット分のデータビット値だけでなく、航法メッセージのワード・サブフレーム単位等、ある程度まとまった複数ビット分のデータビット値も意味する。

また、アドレスとは、特定の航法メッセージのデータビット値の場所を指し示す情報や、航法メッセージを送信した衛星を識別し得る情報をいう。予測情報提供装置２００は、受信機１００から取得した航法メッセージのデータビット値を内部に登録する。

所定のタイミングで、受信機１００は、予測情報提供装置２００へ航法メッセージのデータビット値を予測した情報（以下、当該予測した情報を「予測情報」とも呼ぶ）の送信要求を行うと共に上記予測情報に対応するアドレス（以下、予測対象のアドレスとも呼ぶ）を送信する。そして、予測情報提供装置２００は、送信要求対象の予測情報を生成し、当該予測情報の信頼度を算出し、当該予測情報及び当該予測情報の信頼度を受信機１００へ送信する。この場合、受信機１００は、予測情報提供装置２００から取得した予測情報及び信頼度を用いて、航法メッセージにおける位相反転箇所を特定し、長区間コヒーレント積算を適切に行うことができるため、高感度化を実現することができる。予測情報提供装置２００は、保存用情報ＤＢ２１０を保持している。なお、上記信頼度とは、予測情報の確からしさを示す情報をいう。

なお、図１の例では受信機１００と予測情報提供装置２００とが分離しているが、受信機１００と予測情報提供装置２００とが装置全体としては一体となり、機能的に分離するようにしても良い。

［航法メッセージのデータ構造］
ＧＰＳ衛星から送られてくるデータは、航法メッセージと呼ばれる。航法メッセージは、サブフレーム１〜５から構成され、サブフレーム１〜５まで順に送信された後は、再びサブフレーム１から送信される。各サブフレームは、複数のワードを有し、各ワードは、データ及びパリティを有する。なお、各衛星は、上記のデータ構造に基づいた航法メッセージを保存している。

［保存用情報ＤＢのデータ構造］
次に、保存用情報ＤＢ２１０で管理する保存用情報のデータ構造について説明する。図２に示すように、保存用情報１７０は、アドレス１６１、データビット値１６２、登録時期１６３、及び変更フラグ１６４を有する。アドレス１６１は、特定の航法メッセージの情報の場所を指し示す情報であり、具体的には、衛星のＩＤや登録対象の航法メッセージのデータビット値のサブフレーム、ワード、ビットの場所を示す情報である。

データビット値１６２は、上記アドレス１６１に対応する航法メッセージのデータビット値である。登録時期１６３は、上記データビット値１６２が登録された時間情報である。変更フラグ１６４は、データビット値１６２が変更されたか否かを示す情報である。

［保存用情報ＤＢへのデータ登録］
次に、保存用情報１７０の登録方法について説明する。まず、受信機１００が、予測情報提供装置２００に対して登録対象のアドレス及び、当該アドレスの航法メッセージのデータビット値を予測情報提供装置２００へ送信すると共に、登録要求を行う。

予測情報提供装置２００は、登録対象のアドレス及び当該航法メッセージのデータビット値を取得すると共に、登録要求を受け付ける。

予測情報提供装置２００は、受信機１００から取得した登録対象のアドレス及び航法メッセージのデータビット値を含めた保存用情報１７０を保存用情報ＤＢ２１０に登録する。具体的に、予測情報提供装置２００は、タイマ等から時刻情報を取得し、登録対象のアドレスに対応する保存用情報１７０が未だ保存用情報ＤＢ２１０に登録されていない場合は、アドレス１６１を登録対象のアドレスとし、データビット値１６２を取得した航法メッセージのデータビット値とし、登録時期１６３をタイマ等から取得した時刻情報とし、変更フラグ１６４を「０」等更新していないことを示す値とした保存用情報１７０を生成し、当該保存用情報１７０を保存用情報ＤＢ２１０へ登録する。

［情報提供方法］
次に、情報提供方法について、説明する。情報提供方法とは、受信機１００から予測情報の送信要求があった場合に、予測情報提供装置２００が、予め定められている方針に基づき、要求のあった予測情報及び、当該予測情報の信頼度を受信機１００に提供する方法をいう。

所定の状況下において、受信機１００は、予測対象のアドレスを予測情報提供装置２００へ送信すると共に、上記アドレスに対応する航法メッセージのデータビット値についての予測情報の送信要求を行う。

予測情報提供装置２００は、受信機１００から予測情報の送信要求を受け付けると共に、予測対象のアドレスを取得する。そして、予測情報提供装置２００は、以下の方針に基づいて、予測情報を特定する。

（方針１）予測対象のアドレスに対応する航法メッセージのデータビット値が、ＧＰＳフォーマットの仕様で値が決められている場合、予測情報提供装置２００は、仕様で決められた値を予測情報とする。

（方針２）上記（方針１）に該当しない場合、予測情報提供装置２００は、受信機１００から取得したアドレスをアドレス１６１に有する保存用情報１７０のデータビット値１６２をそのまま予測情報とする。

方針１に基づいて、予測情報提供装置２００が予測するデータビット値を図３に示す。図３に示すように、予測情報提供装置２００は、全サブフレームのプリアンブルやサブフレームＩＤについては方針１で予測する。

なお、予測情報提供装置２００は、上記方針１や方針２以外の方針により予測情報を生成するようにしても良い。

予測情報提供装置２００は、予測情報を生成した方針に応じて、信頼度を算出する。本実施例では、信頼度の最大値を１とし、最小値を０とする。本実施例において、予測情報提供装置２００が方針１で予測情報を生成した場合、航法メッセージの仕様に基づいて算出していることにより、信頼度が高いと判断できるので、予測情報提供装置２００は、信頼度を１．０とする。

予測情報提供装置２００が方針２で予測情報を生成した場合、予測情報の基となった保存用情報１７０が登録された後に、実際の航法メッセージのデータビット値が更新されてしまっていることを考慮すると、方針１に比して予測情報の信頼度が低いと判断して、予測情報提供装置２００は、方針１に比して低い信頼度（例えば、０．９）を設定する。

このように、予測情報提供装置２００は、信頼度が高いと推定できる手法で予測している場合には、高い信頼度を設定し、信頼度が低いと推定できる手法で予測している場合には、低い信頼度を設定することにより、予測情報の信頼度合いを適切に判断し得る信頼度を算出している。

そして、予測情報提供装置２００は、送信要求対象の予測情報と共に当該予測情報の信頼度を受信機１００へ送信する。

上述のように、予測情報提供装置２００は、方針１に従い、ＧＰＳのフォーマットを用いて予測情報を生成し、当該予測情報を提供していることから、過去の航法メッセージのデータビット値を保持していなくても、ある程度信頼性のある航法メッセージのデータビット値の予測情報を提供することができる。また、予測情報提供装置２００は、上記予測情報の信頼度も提供しているので、提供先の装置である受信機１００に対して、予測情報の信頼性を判断させることが可能となり、予測情報をどのように利用するか判断させることが可能となる。

［本願発明の受信機について］
本願発明の受信機１００の概念構成を図４に示す。受信機１００は、アンテナ１０、フロントエンド２０、キャリアループ３０、及びコードループ５０を有する。アンテナ１０が受信した衛星信号は、フロントエンド２０で処理しやすい周波数に変換され、キャリアループ３０とコードループ５０に入力される。以下、フロントエンド２０で変換された信号を「中間周波数信号」ともいう。

キャリアループ３０は、受信信号のキャリアの位相を追尾するためのものである。一方、コードループ５０は受信信号のＰＲＮコードの位相を追尾するためのものである。両者は同時に動作し、キャリアループ３０にはコードループ５０の出力が接続され、余計なコード成分が除去される。

［一般的なキャリアループ等について］
本発明は、受信機１００内のキャリアループ３０に関するものである。ここで、一般的なキャリアループ３００を図５に示す。なお、キャリアループ３００は、コスタスループで実装されている。

キャリアループ３００は、積算器３１〜３３と、ローパスフィルタ３４及び３５と、位相比較器３６と、ループフィルタ３７と、ＶＣＯ（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）３８と、π／２移相器３９とを有する。

キャリアループ３００では、積算器３１に中間周波数信号である信号Ｓ１及びコードループ５０から送られてきたＰＲＮコードＰ１が入力される。そして、積算器３１では、上記信号Ｓ１に上記ＰＲＮコードＰ１が掛け合わされて、信号Ｓ１からコード成分が除去される。当該除去された信号である信号Ｓ２は、積算器３２及び３３へ入力される。

上記積算器３２には、ＶＣＯ３８で発生したローカルキャリア信号である信号ＬＳ１が入力される。また、ＶＣＯ３８で発生した信号ＬＳ１がπ／２移相器３９でπ／２遅延され、当該遅延されたローカルキャリア信号である信号ＬＳ２が積算器３３へ入力される。

積算器３２では、信号Ｓ２と信号ＬＳ１とが積算される。また、積算器３３においてπ／２移相器３９で遅延された信号ＬＳ２と、信号Ｓ２とが積算される。

上記の積算器３２の出力結果がローパスフィルタ３４を介して出力された信号ＩＳと、上記の積算器３３の出力結果がローパスフィルタ３５を介して出力された信号ＱＳとが、位相比較器３６へ入力される。

位相比較器３６は、信号ＩＳと信号ＱＳとに基づいて信号Ｓ１と信号ＬＳ１との位相差を検出し、この位相誤差をループフィルタ３７を介してＶＣＯ３８へ供給する。

これにより、ＶＣＯ３８が制御されてＶＣＯ３８からの出力される信号ＬＳ１の位相が信号Ｓ１に同期するようになる。

キャリアループの目的はローカルキャリアの位相を制御して信号ＱＳを０にすることであり、それは受信信号である信号Ｓ１とローカルキャリア信号である信号ＬＳ１の位相差を０にすることに相当する。位相差がほぼ０のとき、信号ＩＳの符号は航法メッセージのビットに相当する。位相比較器３６で信号ＱＳだけでなく信号ＩＳも利用している理由は、信号ＩＳを利用して未知の航法メッセージの影響を取り除き、単純な正弦（ｓｉｎ）波同士の積算に置き換えるためである。ＶＣＯ３８から出力される信号ＬＳ１と、信号Ｓ１との位相差が一定期間に渡って十分小さい状態を、「追尾」していると言う。

次に、特許文献１のスペクトラム拡散信号受信装置内のキャリアループ４００を図６に示す。図５に示す一般的なキャリアループ３００と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

キャリアループ４００は、信号ＩＳを使用しない代わりに、予測情報を用いる構成となる。ここでいう予測情報の例として、過去に取得した航法メッセージを所定の正規化処理した信号等がある。この場合、キャリアループ４００では、信号ＩＳを生成する際の積算処理時に信号Ｓ１が弱いことにより位相反転箇所を誤ってしまうことを回避し、予測情報に基づいて位相反転箇所を特定するので、信号Ｓ１が弱い場合でも適切に信号ＬＳ１と信号Ｓ１との位相差を検出することができるので、当該位相差を軽減させることができる。すなわち、高感度化を実現できる。

しかし、上記のキャリアループ４００の構成の場合、予測情報が得られない場合や間違っていた場合には正しく動作できず、高感度化が達成できないという問題点がある。

［本願発明のキャリアループについて］
次に、本願発明のキャリアループ３０について図７に示す。図５に示す一般的なコスタスループ３００と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

キャリアループ３０は、上述のキャリアループ３００に積算器４１〜４３を加えている。また、キャリアループ３０は、予測情報提供装置２００から予測情報及び信頼度を取得している。キャリアループ３０は、ローパスフィルタ３４から出力された信号ＩＳに対して所定の補正処理を行い、補正処理を行った信号を位相比較器３６へ送出する。なお、本実施例では、以下、信頼度の値を「ＲＬ」で示し、信頼度ＲＬの最大値を１とし、信頼度ＲＬの最小値を０とする。

具体的には、キャリアループ３０では、ローパスフィルタ３４から出力された信号ＩＳを積算器４１へ送出し、１から信頼度ＲＬを減算した値（１−ＲＬ）も積算器４１へ送出する。

積算器４１は、１から信頼度を減算した値（１−ＲＬ）と信号ＩＳとを積算する。そして、積算器４１で積算された出力結果である信号ＩＳ２は、加算器４３へ入力される。

予測情報提供装置２００から取得した予測情報は、積算器４２へ入力され、信頼度ＲＬも積算器４２へ入力される。そして、当該積算器４２では、予測情報に所定のゲインＧが掛け合わされ、さらに信頼度ＲＬが重み付けされ、積算器４２における積算結果である信号Ｓ３が加算器４３へ出力される。ここで、ゲインＧとは、信号ＩＳの振幅に合わせた調整値をいう。このように、受信機１００は、予測情報に対して、信号ＩＳの振幅に合わせたゲインＧを掛け合わせることにより、適切に信号ＩＳと予測情報との加算信号である信号Ｓ４を生成することができる。

信号ＩＳは大きさを持ち、その変動は受信機１００によって異なる。それに対し予測情報は必ず１又は−１のどちらかをとるものである。予測情報と信号ＩＳとを足し合わせるにあたり、予測情報に受信機１００固有のゲインＧを掛け合わせる必要がある。

ゲインＧは受信機１００の特性に応じて設計する必要がある。ゲインＧを大きくすると予測情報を利用しやすくなり、小さくすると予測情報を利用しにくくなる。

ゲインＧの設計の仕方の例としては、あらかじめ通常のコスタスループで正しく予測情報が読み出せる下限の信号強度を何回か求めておく。そのときの信号ＩＳの絶対値の平均をゲインＧとすることが考えられる。例えば、信頼度ＲＬが０．５である予測情報が連続して得られている状況を考えた場合、下限の信号強度よりも大きい場合には、信号ＩＳを、小さい場合には予測情報を利用しやすくなる。

加算器４３では、積算器４１で積算した信号ＩＳ２と、積算器４２で積算した結果得られた信号Ｓ３とが加算され、加算信号Ｓ４が位相比較器３６へ送出される。

そして、位相比較器３６は、加算信号Ｓ４と信号ＱＳとに基づいて信号Ｓ１と信号ＬＳ１との位相差を検出し、この位相差をループフィルタ３７を介してＶＣＯ３８へ供給する。そして、ＶＣＯ３８は、上記位相差に基づいて信号ＬＳ１を再生成する。

これにより、ＶＣＯ３８が制御されてＶＣＯ３８から出力される信号ＬＳ１の位相が信号Ｓ１に同期することになる。

上述の実施例によれば、信頼度が高い場合、予測情報に対して高い係数が重み付けされ、信頼度が低い場合、信号ＩＳに対して高い係数が重み付けされる。従って、外部から取得した予測情報をそのまま利用する場合に比して適切な信号が位相比較器３６に入力されるので、本願発明の受信機１００は、信号ＬＳ１と、信号Ｓ１との位相差をより適切に生成することができる。

また、受信機１００は、予測情報及び信頼度ＲＬを取得している。当該予測情報は、航法メッセージのデータビット値の予測値であるので、予測情報を参照することにより、航法メッセージの位相反転箇所を予測することができる。よって、受信機１００は、航法メッセージの位相反転箇所を除去し、長期間積算することができる。また、上記予測情報の信頼度ＲＬも取得しており、受信機１００は、上記信頼度ＲＬを参照し、信頼度ＲＬの値に応じて上記予測情報を利用するか否かを判断することができるので、信頼度ＲＬが低い予測情報を用いてしまい、誤った箇所を航法メッセージの位相反転箇所と判断してしまうことを回避することもできる。

本願発明に係る受信機１００は、予測情報及び信頼度を用いて、信号ＩＳに対して演算処理を行った結果出力される信号を、信号ＩＳの代わりに用いているので、予測情報をＧＰＳフォーマット等により生成できれば、過去に適切な航法メッセージを取得していなくても信号ＩＳの代わりの信号を送出することができ、ＶＣＯ３８に対して適切な信号ＬＳ１を再生成させることができる。また、受信機１００は、予測情報を全く取得することができない場合や、信頼度が０の予測情報を取得した場合には、信号ＩＳをそのまま使用することにより、信号ＬＳ１の再生成処理を停止してしまうことを防止することもできる。

このように、受信機１００は、信頼度に基づいて信号ＩＳ及び予測情報を重み付けして、当該重み付けした信号ＩＳと予測情報とを加算していることにより、受信した衛星信号が弱いために信号ＩＳの精度が低い場合でも、取得した予測情報や信頼度で当該信号ＩＳを補完し、信号Ｓ１と信号ＬＳ１との誤差を生成することができる。従って、受信機１００は、信号Ｓ１と信号ＬＳ１との誤差を適切に生成することにより、当該誤差に基づいて信号ＬＳ１の周波数を信号Ｓ１の周波数に追随させることができ、適切に追尾処理を実行することができる。

なお、本実施例では、アンテナ１０が受信手段として機能し、フロントエンド２０が周波数変換手段として機能し、ＶＣＯ３８が基準信号生成手段として機能し、積算器３１が積算手段として機能し、積算器３２及びローパスフィルタ３４が第１誤差信号生成手段として機能し、積算器３３及びローパスフィルタ３５が第２誤差信号生成手段として機能し、積算器４１及び積算器４２が重み付け手段として機能し、位相比較器３６及びループフィルタ３７が基準信号誤差生成手段として機能し、信号Ｓ１は、中間周波数に変換された信号として機能し、信号Ｓ２は、積算信号として機能し、ＰＲＮコードＰ１は、参照用信号として機能し、信号ＬＳ１は、第１基準信号として機能し、信号ＬＳ２は、第２基準信号として機能する。

ここで、図８（Ａ）〜（Ｃ）に、所定期間受信した信号に基づいて生成した信号ＬＳ１と信号Ｓ１との周波数の差異に関するシミュレーション結果を示す。なお、当該シミュレーションでは、ランダムに、間違った予測情報を取得しているものとする。

図８（Ａ）は、一般的なキャリアループにおける信号Ｓ１及び信号ＬＳ１の周波数の変化を示すグラフである。信号Ｓ１の周波数のグラフをグラフ７０Ａとして破線で示す。信号ＬＳ１の周波数のグラフをグラフ７１Ａとして実線で示す。一般的なキャリアループの場合、弱い信号が入力されると、ノイズの影響により信号ＩＳが適切な出力ではなくなり、信号Ｓ１の周波数と信号ＬＳ１の周波数との間に差異が生じていることが分かる。

図８（Ｂ）は、特許文献１のキャリアループにおける信号Ｓ１及び信号ＬＳ１の周波数の変化を示すグラフである。信号Ｓ１の周波数のグラフをグラフ７０Ｂとして破線で示す。信号ＬＳ１の周波数のグラフをグラフ７１Ｂとして実線で示す。特許文献１のキャリアループの場合、所定のタイミングで誤った予測情報が入力されており、信号Ｓ１の周波数と信号ＬＳ１の周波数とで大きな差が生じていることが分かる。

図８（Ｃ）は、本願発明のキャリアループ３０における信号Ｓ１及び信号ＬＳ１の周波数の変化を示すグラフである。信号Ｓ１の周波数のグラフをグラフ７０Ｃとして破線で示す。信号ＬＳ１の周波数のグラフをグラフ７１Ｃとして実線で示す。本願発明のキャリアループ３０では、予測情報提供装置２００から取得した予測情報や信頼度を用いて、予測情報を用いる度合いを変動させて、位相比較器３６へ入力する信号を生成しているので、キャリアループ３０における信号Ｓ１の周波数と信号ＬＳ１の周波数との差異を最小限とし、適切に追尾を実現していることが分かる。

以上説明したように、受信装置１００は、衛星信号を受信する受信手段と、衛星信号を中間周波数に変換する周波数変換手段と、周波数変換手段によって変換された信号と、衛星を特定するための参照用信号とを積算し、積算信号を生成する積算手段と、所定周波数の第１基準信号と、第１基準信号の位相を９０度ずらした第２基準信号とを生成する基準信号生成手段と、積算信号と第１基準信号とを積算し、積算信号と第１基準信号との誤差を示す第１誤差信号を生成する第１誤差信号生成手段と、積算信号と第２基準信号とを積算し、積算信号と第２基準信号との誤差を示す第２誤差信号を生成する第２誤差信号生成手段と、衛星信号の航法メッセージのデータビット値を予測した情報である予測情報と予測情報の確からしさを示す信頼度情報とを取得する情報取得手段と、第１誤差信号と予測情報とをそれぞれ信頼度情報に基づいて重み付けする重み付け手段と、重み付け手段によって、重み付けされたそれぞれの信号を加算した加算信号と、第２誤差信号とに基づいて第１基準信号と変換信号との誤差を生成する基準信号誤差生成手段と、を備え、基準信号生成手段は、基準信号誤差生成手段が生成した誤差に基づいて第１基準信号及び第２基準信号を再生成する。

［他の実施例］
上述の実施例では、受信機１００がゲインＧを固定値とする場合について述べたが、本発明は、これに限られず、図９に示すように、信号ＩＳ及び信号ＱＳに基づく関数値をゲインＧとするようにしても良い。具体的には、図９に示すように、ゲイン設定部４７が信号ＩＳと信号ＱＳに基づいてゲインＧを設定し、積算器４２へ供給する。

この場合、受信機１００は、信号ＩＳと信号ＱＳとを比較してゲインを設定することができ、信号の強度に応じてゲインを設定することが可能となる。具体的には、信号ＩＳと比較して信号ＱＳが相対的に低い場合は、ある程度強い信号強度であると考えられるため、受信機１００は、ゲインをＧ低く設定し、信号ＩＳの影響を大きくする。逆に、信号ＩＳと比較して信号ＱＳが相対的に高い場合は、信号ＩＳがあまり信頼できないため、受信機１００は、ゲインＧを高く設定し、予測情報の影響度合いを上げる。これによれば、受信機１００は、受信した信号の強度に応じた信頼度の高い加算信号Ｓ４を生成することができる。

上述の実施例では、キャリアループ３０をコスタスループで実装する場合について述べたが、本発明は、これに限られず、キャリアループ３０をＦＬＬ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）で実装するようにしても良い。この場合、図１０に示すように、位相比較器３６を公知の周波数比較器４５へ変更すれば、実現できる。

上述の実施例では、予測情報提供装置２００が、登録時刻を計測し、当該登録時刻を保存用情報１７０に登録する場合について述べたが、本発明は、これに限られず、受信機１００が登録時刻を計測し、受信機１００が登録要求する際に、当該登録時刻を送信するようにしても良い。

上述の実施例では、予測情報提供装置２００は、受信機１００から送信要求を受信してから、予測情報や信頼度を提供する場合について述べたが、本発明は、これにかぎられず、予測情報提供装置２００が一方的に、受信機１００に対して予測情報や信頼度を提供するようにしても良い。

上述の実施例では、情報取得部６０が、予測情報提供装置２００から予測情報や信頼度を取得する場合について述べたが、本発明は、これに限られず、受信機１００が予測情報提供装置２００で管理していた保存用情報ＤＢ２１０を保持し、保持している保存用情報１７０等を用いて、受信機１００自身で予測情報や信頼度を生成し、情報取得部６０が、当該予測情報や信頼度を取得するようにしても良い。

本発明は、ＧＰＳ受信機等、衛星測位受信機に使用される。今後運用が見込まれるＧａｌｉｌｅｏやＱＺＳＳ（準天頂衛星）のような衛星測位システムにも利用できる。

１衛星測位受信システム
３０キャリアループ
１００受信機
２００予測情報提供装置
２１０保存用情報ＤＢ

Claims

衛星信号を受信する受信手段と、
前記衛星信号を中間周波数に変換する周波数変換手段と、
前記周波数変換手段によって変換された信号と、衛星を特定するための参照用信号とを積算し、積算信号を生成する積算手段と、
所定周波数の第１基準信号と、前記第１基準信号の位相を９０度ずらした第２基準信号とを生成する基準信号生成手段と、
前記積算信号と前記第１基準信号とを積算し、前記積算信号と前記第１基準信号との誤差を示す第１誤差信号を生成する第１誤差信号生成手段と、
前記積算信号と前記第２基準信号とを積算し、前記積算信号と前記第２基準信号との誤差を示す第２誤差信号を生成する第２誤差信号生成手段と、
前記衛星信号の航法メッセージのデータビット値を予測した情報である予測情報と前記予測情報の確からしさを示す信頼度情報とを取得する情報取得手段と、
前記第１誤差信号と前記予測情報とをそれぞれ前記信頼度情報に基づいて重み付けする重み付け手段と、
前記重み付け手段によって、重み付けされたそれぞれの信号を加算した加算信号と、前記第２誤差信号とに基づいて前記第１基準信号と前記変換信号との誤差を生成する基準信号誤差生成手段と、を備え、
前記基準信号生成手段は、前記基準信号誤差生成手段が生成した誤差に基づいて前記第１基準信号及び第２基準信号を再生成することを特徴とする受信装置。
前記重み付け手段は、前記予測情報にゲインを掛け合わせた信号に前記信頼度の値を重み付けることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
前記ゲインは、前記第１誤差信号及び前記第２誤差信号に基づく関数値であることを特徴とする請求項２に記載の受信装置。
前記基準信号誤差生成手段は、位相比較器又は周波数比較器であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の受信装置。