(57)【要約】【課題】別途取得した航法データを用いて、追尾可否の判断を行う受信機を提供することにある。【解決手段】受信機は、例えば、ＧＰＳ受信機等に適用することができる。当該受信機は、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することにより、積算信号を出力し、基準信号生成手段が、所定周波数の基準信号を生成し、追尾判定用相関値出力手段が積算信号と基準信号との相関値である追尾判定用相関値を出力する。予測データ取得手段は、航法データの予測データを取得する。追尾判定手段は、追尾判定用相関値と予測データとを比較する比較処理を行い、比較処理の結果に基づいて追尾判定を行う。【選択図】図４
2010276355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
所定周波数の基準信号を生成する基準信号生成手段と、
前記積算信号と前記基準信号との相関値である追尾判定用相関値を出力する追尾判定用相関値出力手段と、
航法データの予測データを取得する予測データ取得手段と、
前記追尾判定用相関値と前記予測データとを比較する比較処理を行い、前記比較処理の結果に基づいて追尾判定を行う追尾判定手段と、を備えることを特徴とする受信機。
【請求項２】
前記比較処理は、所定期間である第１期間における前記予測データと、前記追尾判定用相関値との一致率に基づく結果を出力することを特徴とする請求項１に記載の受信機。
【請求項３】
前記比較処理は、前記第１期間に比して長い期間である第２期間の間に、前記第１期間内における前記一致率が、一致率の閾値である一致率閾値を超えた回数に基づいた結果を出力することを特徴とする請求項２に記載の受信機。
【請求項４】
前記第２期間は、前記第１期間中の一致率が前記一致率閾値を超えたタイミングで開始することを特徴とする請求項３に記載の受信機。
【請求項５】
前記第１期間は、キャリアループの積算期間より短いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項６】
前記第１期間が開始された後、当該第１期間が終了する前に別の第１期間を開始することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項７】
前記第２期間が開始された後、前記第２期間が終了する前に別の第２期間を開始することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、追尾状態を判定する受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から受信する衛星信号には、一般的にノイズも含まれている。受信機が衛星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、上記衛星信号にノイズが多く含まれているとき、上記受信機は、ノイズに埋もれた信号を検出するために積算期間を長くする必要がある。
【０００３】
なお、航法データの１ビットの周期は、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。
【０００４】
そこで、航法データを何らかの方法で推定しデータ反転の影響を取り除くことによって、衛星信号を長時間に亘って位相積分し、ＧＰＳ受信機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）。
【０００５】
特許文献１のスペクトラム拡散信号受信装置では、推定した航法データから特定した位相反転情報を用いて、位相積分する。これにより、特許文献１に係るスペクトラム拡散信号受信装置は、コード反転箇所を特定することができ、コード反転の影響を回避して長期間積算を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−６４９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に係るスペクトラム拡散信号受信装置は、推定した航法データを用いて、長期間積算を実現することができるが、衛星信号の信号電力が著しく低い場合、衛星信号と、スペクトラム拡散信号受信装置で発生させている信号との位相差を検出することが不可能となり、追尾することができないという問題点がある。
【０００８】
ところで、複数の衛星から取得した衛星信号について、追尾しているか否かを判断すれば、どの衛星信号を用いて測位すべきかを判断することができるので、追尾することができるか否かを判断することが望まれる。特許文献１に記載のスペクトラム拡散信号受信装置は、航法データを用いて高感度化を図ることについて記載されているが、追尾判定の可否について判断することについては、記載されていない。
【０００９】
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、別途取得した航法データを用いて、追尾可否の判断を行う受信機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、受信機であって、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、所定周波数の基準信号を生成する基準信号生成手段と、前記積算信号と前記基準信号との相関値である追尾判定用相関値を出力する追尾判定用相関値出力手段と、航法データの予測データを取得する予測データ取得手段と、前記追尾判定用相関値と前記予測データとを比較する比較処理を行い、前記比較処理の結果に基づいて追尾判定を行う追尾判定手段と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】受信機の概念構成図である。
【図２】一般的なキャリアループのブロック図である。
【図３】先行技術文献のキャリアループのブロック図である。
【図４】本願発明にかかるキャリアループのブロック図である。
【図５】ノイズがない場合における相関値の例である。
【図６】信号電力が相対的に大きい状態における相関値の例である。
【図７】信号電力が相対的に小さい状態における相関値の例である。
【図８】信号電力が極端に小さい状態における相関値の例である。
【図９】信号電力の変化を示すグラフである。
【図１０】位相差が大きい場合の相関値の例である。
【図１１】第１期間及び第２期間の関係を示す図である。
【図１２】追尾判定方法のフローチャートである。
【図１３】第１期間及び第２期間の開始時期について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の１つの観点は、受信機であって、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、所定周波数の基準信号を生成する基準信号生成手段と、前記積算信号と前記基準信号との相関値である追尾判定用相関値を出力する追尾判定用相関値出力手段と、航法データの予測データを取得する予測データ取得手段と、前記追尾判定用相関値と前記予測データとを比較する比較処理を行い、前記比較処理の結果に基づいて追尾判定を行う追尾判定手段と、を備える。
【００１３】
上記の受信機は、例えば、ＧＰＳ受信機等に適用することができる。当該受信機は、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することにより、積算信号を出力し、基準信号生成手段が、所定周波数の基準信号を生成し、追尾判定用相関値出力手段が積算信号と基準信号との相関値である追尾判定用相関値を出力する。予測データ取得手段は、航法データの予測データを取得する。ここでいう予測データとは、航法データを予測したデータをいう。追尾判定手段は、追尾判定用相関値と予測データとを比較する比較処理を行い、比較処理の結果に基づいて追尾判定を行う。
【００１４】
一般的に、ＧＰＳ受信機では、衛星信号がフロントエンドを介した結果、出力される中間周波数信号に対して、参照用信号に対応するＰＲＮコードが掛け合わされ、コード成分が除去される。その信号に対して位相が９０度ずれた２種類の基準信号であるローカルキャリア信号をＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）で発生して掛け合わせる。これらをローパスフィルタに通した出力がＩ相関値、Ｑ相関値として得られる。
【００１５】
ＧＰＳ受信機は、上記Ｉ相関値及びＱ相関値を位相比較器に通すことによって、衛星信号と基準信号との位相差を検出し、当該位相差が一定期間小さい状態の場合、追尾していると判断する。なお、上記Ｉ相関値とＱ相関値を座標軸上にプロットした場合、プロットした点及び原点からなる直線と、Ｉ相関値の軸の直線とからなる角度が位相差になる。また、追尾しているとき、Ｉ相関値の符号は航法データビットに相当する。
【００１６】
上記衛星信号の信号電力の大小や衛星信号に含まれるノイズの影響により、実際のＩ相関値やＱ相関値に誤差が生じるため、位相差を適切に取得することはできない。ただし、位相差が小さい場合、ノイズにより実際のＩ相関値と異なるＩ相関値を算出したとしても、算出したＩ相関値の符号は、実際の航法データと同じになる。
【００１７】
また、位相差が大きく、追尾できていない場合、衛星信号に含まれるノイズの影響により、誤差を含むＩ相関値は、実際の航法データと異なる符号になる傾向にある。
【００１８】
このことから、本願発明に係る受信機は、上記の傾向に基づいて衛星信号から生成した積算信号と基準信号との相関値である追尾判定用相関値の符号と、外部の装置等から取得した航法データを予測したデータである予測データとを比較した結果により、追尾しているか否かを判断しているので、適切に追尾判断を行うことが可能となる。
【００１９】
上記の受信機の一態様では、前記比較処理は、所定期間である第１期間における前記予測データと、前記追尾判定用相関値との一致率に基づく結果を出力する。このように、受信機は、第１期間内における予測データと追尾判定用相関値との一致率に基づいて追尾しているか否かを判断しているので、第１期間に比してごくわずかな期間で追尾できない状態となっている場合でも、適切に追尾している状態を検出することができる。なお、第１期間は、設計により、動的に定められることが望ましい。また、一致率の閾値も設計により動的に定められるべきであるが、５０％前後の場合、ランダムに計測した結果と変わらないため５０％以上が望ましい（例えば、７０％〜８０％等）。
【００２０】
上記の受信機の他の一態様では、前記比較処理は、前記第１期間に比して長い期間である第２期間の間に、前記第１期間内における前記一致率が、一致率の閾値である一致率閾値を超えた回数に基づいた結果を出力する。この場合、受信機は、ある第１期間内で受信した衛星信号の信号電力が低いことにより、追尾していないと判断してしまうことを回避することができ、ある第１期間の一致率のみで追尾状態を判断する場合に比して適切に追尾状態の判断をすることができる。
【００２１】
一般的に、受信する衛星信号の電力の大きさは、受信機を搭載している移動体の位置変化や、時間変化等によりダイナミックに変動する。よって、一時期の予測データと、追尾判定用相関値の符号との比較結果だけで追尾しているか否かを判断しても判断結果に誤りがある可能性が高い。
【００２２】
しかし、第１期間に比して長い期間である第２期間の間に、第１期間内における一致率が、一致率閾値を超えた回数に基づいて追尾しているか否かを判断すれば、受信機は、上述のように電力の大きさがダイナミックに変動している場合においても、適切に追尾状態の判断をすることができる。
【００２３】
上記の受信機の他の一態様では、前記第２期間は、前記第１期間中の一致率が、前記一致率閾値を超えたタイミングで開始する。この場合、受信機は、第１期間中の一致率が閾値を超えたタイミングで開始することにより、追尾している状態を検出する可能性を向上させることができる。
【００２４】
上記の受信機の他の一態様では、前記第１期間は、キャリアループの積算期間より短い。この場合、受信機は、追尾判定に時間がかかってしまうことを回避することができる。
【００２５】
上記の受信機の他の一態様では、前記第１期間が開始された後、当該第１期間が終了する前に別の第１期間を開始する。この場合、受信機は、並列に第１期間を設定することになり、追尾判定を行う回数が増えるので、追尾している状態を検出する可能性を向上させることができる。
【００２６】
上記の受信機の他の一態様では、前記第２期間が開始された後、前記第２期間が終了する前に別の第２期間を開始する。この場合、受信機は、並列に第２期間を設定することになり、追尾判定を行う回数が増えるので、追尾している状態を検出する可能性を向上させることができる。
【実施例】
【００２７】
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。
【００２８】
［本願発明の受信機の概念構成］
本願発明の受信機１００の概念構成を図１に示す。本実施例では、受信機１００は、ＧＰＳ受信機とする。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。本実施例の衛星信号は、ＧＰＳ衛星から受信した衛星信号とする。なお、キャリアループ３０やコードループ５０は、測位に必要とする衛星個数分以上あるものとする。
【００２９】
キャリアループ３０は、衛星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は衛星信号の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。
【００３０】
受信機１００内の積算器３１は、中間周波数信号である信号Ｓ１と、コードループ５０から送られてきたＰＲＮコードＣ１とを積算し、その結果信号Ｓ１からコード成分が除去された信号Ｓ２が生成される。そして信号Ｓ２は、キャリアループ３０へ入力される。
【００３１】
本願発明にかかる受信機１００は、キャリアループ３０内で追尾しているか否かの判定である追尾判定を行い、追尾判定結果を出力することを特徴とする。以下に、一般的なキャリアループの構成や先行技術文献１のスペクトラム拡散信号受信装置のキャリアループの構成について説明した後に、本願発明にかかるキャリアループ３０の構成について説明する。
【００３２】
［一般的なキャリアループ等の構成］
最初に、一般的なキャリアループであるキャリアループ３００の構成を図２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。
【００３３】
キャリアループ３００は、積算器３２及び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（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）３８と、π／２移相器３９とを有する。
【００３４】
キャリアループ３００では、積算器３１から出力された信号Ｓ２が積算器３２及び３３へ入力される。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
上記の積算器３２の出力結果をローパスフィルタ３４で処理した結果として、信号Ｓ２と信号ＬＳ１との相関値であるＩ相関値が得られる。また、上記の積算器３３の出力結果をローパスフィルタ３５で処理した結果として、信号Ｓ２と信号ＬＳ２との相関値であるＱ相関値が得られる。そして、Ｉ相関値及びＱ相関値は、位相比較器３６へ入力される。
【００３８】
位相比較器３６は、Ｉ相関値及びＱ相関値に基づいて信号Ｓ２と信号ＬＳ１との位相差（当該位相差を以下、単に「位相差」とも呼ぶ）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。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Ｓ２に同期するようになる。Ｉ相関値及びＱ相関値を用いて位相差を検出する方法については、後述する。
【００３９】
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Ｑ相関値を０にすることであり、それは衛星信号である信号Ｓ２とローカルキャリア信号である信号ＬＳ２との位相差を０にすることに相当する。位相差がほぼ０のとき、Ｉ相関値の符号は航法データのビットに相当する。位相比較器３６で、Ｑ相関値だけでなくＩ相関値も利用している理由は、Ｉ相関値を利用して未知の航法データの影響を取り除き、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ＬＳ２と、信号Ｓ２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。
【００４０】
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であるキャリアループ４００の構成を図３に示す。図２に示した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。
【００４１】
キャリアループ４００は、Ｉ相関値を使用しない代わりに、予測した航法データ（以下、「予測航法データ」とも呼ぶ）を用いる構成となる。ここでいう予測航法データの例として、過去に取得した航法データ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、予測航法データからＩ相関値を予測し得るため、従来に比して弱い信号でも追尾することが可能となる。
【００４２】
［本願発明のキャリアループの構成］
次に、本願発明のキャリアループ３０の構成について図４に示す。図２に示す一般的なコスタスループ３００や図３に示す特許文献１のキャリアループ４００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。
【００４３】
キャリアループ３０は、上述のコスタスループ３００に判定器４０を加えており、外部サーバ等から予測航法データを取得している。
【００４４】
判定器４０は、入力されたＩ相関値の符号と予測航法データとを比較して、当該比較結果に基づいて追尾しているか否かの結果を出力する。なお、判定器４０の出力結果は、受信機１００が有する測位計算手段（図示しない）へ送信する。測位計算手段は、判定器４０が出力した結果を参照し、追尾しているのであれば、追尾しているキャリアループ３０に対応する衛星の衛星信号を用いて測位を行う。このように、判定器４０が追尾しているか否かの結果を出力することにより、受信機１００は、測位に用いる衛星信号を特定することができる。
【００４５】
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、積算器３２及びＬＰＦ３４が追尾判定用相関値出力手段として機能し、判定器４０が追尾判定手段として機能する。また、信号Ｓ１が中間周波数信号として機能し、ＰＲＮコードＣ１が参照用信号として機能し、信号Ｓ２が積算信号として機能し、信号ＬＳ１が基準信号として機能し、予測航法データが予測データとして機能し、Ｉ相関値が追尾判定用相関値として機能する。
【００４６】
以下に、キャリアループ３００等で行うＩ相関値及びＱ相関値を用いて位相差を検出する方法を説明した後に、本願発明の特徴部分について説明する。
【００４７】
［相関値を用いて位相差を検出する方法］
キャリアループ３００等が行う、Ｉ相関値及びＱ相関値を用いて位相差を検出する方法を説明する。ノイズのない純粋な衛星信号を受信している場合、Ｉ相関値及びＱ相関値を座標軸上にプロットすると図５のようになる。図５のグラフは、横軸をＩ相関値の軸（以下、「Ｉ軸」とも呼ぶ）とし、縦軸をＱ相関値の軸（以下、「Ｑ軸」とも呼ぶ）としている。プロットした点（点Ｐ１又は点Ｐ２）と原点とからなる直線と、Ｉ相関値の軸とからなる角度（角度Ａｎｇ１又は角度Ａｎｇ２）は、信号Ｓ２と信号ＬＳ１との位相差に相当する。すなわち、Ｉ相関値及びＱ相関値が分かれば位相差が分かる。位相比較器３６はこれを利用して位相差を検出している。また点Ｐ１と原点との距離である距離Ｄ１、点Ｐ２と原点との距離である距離Ｄ２は、信号電力によって決まり、信号電力が大きくなるほど距離Ｄ１、Ｄ２は長くなる。
【００４８】
Ｉ軸のプラスとマイナスの両方に点がプロットされている理由は、掛け合わされている未知の航法データによるためである。航法データが１のときはＩ＞０、−１のときはＩ＜０となる。追尾できている状態では、Ｉ相関値の符号を見ることにより航法データを検出することが可能となる。
【００４９】
以下、図５のようなノイズのない衛星信号によるＩ＞０の相関値を「正の真値」、Ｉ＜０の相関値を「負の真値」と表現する。
【００５０】
実際には処理する信号にはノイズが載っているため、図６に示すように、相関値は真値の周りに分布することになる（例えば、点Ｐ１０や点Ｐ１１等）。この分布の広がりの大きさはノイズ電力によって決まるものであり、受信機の系とＬＰＦの設計によって決まると考えてよい。ノイズ電力が大きいほど分布の広がりは大きくなる。
【００５１】
前述したように真値と原点との距離は信号電力によって決まるため、ノイズ電力と信号電力の相対的な関係から、Ｉ、Ｑ相関値分布の特徴を大きく次の３つの状態に分けて考えることができる。
【００５２】
（状態Ａ）信号電力が相対的に大きい状態
（状態Ｂ）信号電力が相対的に小さい状態
（状態Ｃ）信号電力が極端に小さい状態
状態Ａの場合、図６に示すように、相関値が分布する。このような状態では、キャリアループ３００を搭載した一般的なＧＰＳ受信機は、Ｉ相関値を参照すれば、そのプロットが正の真値、負の真値のどちらに対応したものであるか判断できるため、分布の中心から位相差を検出することが可能である。
【００５３】
状態Ｂの場合、相関値は図７のように分布する。正の真値に対応した相関値も、Ｉ＜０のエリアに分布してしまっている（例えば、点Ｐ１２等）。その逆も同様である。こうした状況では、Ｉ相関値を見ても正の真値、負の真値どちらに対応したものなのかが判断できないため、上記の一般的なＧＰＳ受信機は、位相差を検出することが困難となる。
【００５４】
しかし、ＧＰＳ受信機が、各プロットの対応する真値の正負についての情報を取得すれば、状態Ｂでも分布の中心を検出できるため、位相差を検出することが可能となる。
【００５５】
対応する真値の正負を知る方法として、航法データを何らかの方法で予測し、プロットの正負をＩ相関値から判定するのではなく、予測した航法データビットから判定することが、特許文献１で提案されている。予測する方法としては、航法データの繰り返しを利用した予測、外部サーバからの取得による予測等が提案されている。これにより、特許文献１に記載のスペクトラム拡散信号受信装置は、高感度化を図っている。
【００５６】
状態Ｃでは、相関値は、図８のように分布する。このような状態では、たとえ対応する真値の正負が分かったとしても、信号電力が極端に弱いことより、点Ｐ１又は点Ｐ２が原点に極端に近い位置にプロットされることとなる。従って、図５に示した角度Ａｎｇ１又は角度Ａｎｇ２を適切に算出することが困難となり、一般的なＧＰＳ受信機や特許文献１に記載のスペクトラム拡散信号受信装置は、分布の中心から位相差を正しく検出することは、困難となる。
【００５７】
カーナビゲーションシステムに搭載されるＧＰＳ受信機を考えた場合、衛星信号の強度は、上記カーナビゲーションシステムを搭載する車の走行による周囲の環境変化（例えば、時間経過や位置変更等）によってダイナミックに変化する。図９に時間経過や位置変更等の環境変化によって、信号電力がダイナミックに変化する例を示す。縦軸は信号電力の強度を示し、横軸は、環境変化を示す。
【００５８】
このような信号電力の変化の中で、従来の一般的なＧＰＳ受信機では、状態Ａの時の衛星信号を利用して追尾を行ったり、特許文献１に記載のスペクトラム拡散信号受信装置では、状態Ａ又は状態Ｂの時の衛星信号を利用して追尾を行ったりする。
【００５９】
特許文献１に記載のスペクトラム拡散信号受信装置のような高感度受信機であったとしても、状態Ｃの割合が多くなるような環境では、位相差を算出することが困難であるため、適切に追尾することができない。また予測方法によっては、予測した航法データ自体が間違っていることも考えられ、そのような場合も、特許文献１に記載のスペクトラム拡散信号受信装置は、追尾することはできない。このことを考慮すると、いずれのＧＰＳ受信機であっても、追尾できているか否かを判定することが重要となる。
【００６０】
状態Ａの場合、ＧＰＳ受信機は、Ｉ、Ｑ相関値の関係を参照することにより、追尾しているか否かの判定が比較的簡単に行える。すなわちＱ相関値に対してＩ相関値の絶対値が十分に大きい状態が続いたら追尾していると判断することができる。
【００６１】
しかし、予測した航法データを利用して状態Ｂの状況下で、ＧＰＳ受信機が衛星信号も追尾しようとしているときには、ノイズの影響を受けているためＩ、Ｑ相関値の関係だけで追尾を判定することは困難であり、これまで具体的な追尾判定方法の提案はされていなかった。また、図９のようにダイナミックに信号電力が変化する状況での判定方法についても具体的な提案はされていなかった。
【００６２】
［本願発明の特徴］
本願の発明の特徴を第１の特徴と第２の特徴とに分けて以下に記載する。
【００６３】
（第１の特徴）
本願発明に係る受信機１００は、予測航法データを利用して追尾を行っている間に、予測航法データとＩ相関値の符号との一致率に基づいて追尾判定を行う。前述したようにノイズがない状態でのＩ相関値の符号が航法データに相当することを利用して、受信機１００は、追尾判定を行う。
【００６４】
図７から分かるように、状態Ｂに該当する信号電力であっても位相差が小さい場合には、正の真値に対応する相関値はＩ＞０のエリアに、負の真値に対応する相関値はＩ＜０のエリアに分布する確率が高い。つまり予測航法データが正しければ、予測航法データとＩ相関値の符号とが一致する可能性が高い。
【００６５】
それに対し、状態Ｂの信号電力で位相差が大きい場合には、相関値の分布は図１０のようになる。図１０に示すように、位相差が大きいことによりＱ軸付近に点Ｐ１又は点Ｐ２がプロットされるため、衛星信号に載っているノイズの影響を受けると正の真値に対応する相関値がＩ＞０のエリアに分布する確率が低くなってしまう。その逆も同様である。つまり、予測航法データとＩ相関値の符号が一致する可能性が低くなる。
【００６６】
また、位相差が小さい場合でも、予測航法データ自体が間違っている場合には、予測航法データと、Ｉ相関値の符号とが一致する可能性は低くなる。このような状況では、誤った予測航法データを用いて追尾しようとしても位相差が大きくなってしまうことから、追尾できていないと判断して良いと考えられる。
【００６７】
従って、以下の（１）及び（２）を導くことができる。
【００６８】
（１）「位相差が小さく、かつ予測航法データが正しい」場合は、予測航法データとＩ相関値の符号とが一致する可能性が高い。
【００６９】
（２）「位相差が大きい、又は予測航法データが間違っている」場合は、予測航法データとＩ相関値の符号とが一致する可能性が低い。
【００７０】
以上のことから、ある一定期間での予測航法データとＩ相関値の符号との一致率が一致率の閾値である一致率閾値よりも高い場合に、受信機１００は、「その期間で連続して位相差が小さい」、つまり「追尾できている」と判定する。以下、この期間を「第１期間」と定義する。第１期間を長くすれば、長くするほど、また、一致率閾値を高くすれば高くするほど、実際には、追尾できていないのに追尾判定ＯＫとしてしまう「誤判定」の可能性は、少なくなる。しかし、逆に追尾できているのになかなか追尾判定ＯＫとできないことになるため、第１期間の長さや一致率閾値は適切に設計する必要がある。本実施例では、第１期間を１００ｍｓｅｃ〜１５０ｍｓｅｃ程度とする。一致率閾値も設計により適切に定められるべきであるが、５０％前後の場合、ランダムに計測した結果と変わらないため５０％以上が望ましい（例えば、７０％〜８０％等）。
【００７１】
上述のように、本願発明の受信機１００の判定器４０は、上記の第１期間内における予測航法データとＩ相関値の符号とを比較し、比較結果に基づいて追尾判定を行う。この場合、受信機１００は、追尾しているときの航法データとＩ相関値の符号との関連性に基づいて、追尾判定を行うので、適切に追尾しているか否かを判断することが可能となる。
【００７２】
また、受信機１００は、第１期間内における予測航法データとＩ相関値の符号との一致率に基づいて追尾しているか否かを判断しているので、第１期間に比してごくわずかな期間で状態Ｃとなっている場合でも、適切に追尾している状態を検出することができる。
【００７３】
（第２の特徴）
本願発明の受信機１００は、「ある一定期間での予測航法データとＩ相関値の符号の一致率が一致率閾値よりも高い」という状態が、より長い対象期間の中で局所的に複数回発生することを検出して追尾できていると判定する。
【００７４】
図８に示したように状態Ｃでは、位相差の大きさによらずＩ相関値の分布が正と負をほぼランダムにとるようになる。すなわち、予測航法データが正しかったとしても、予測航法データとＩ相関値の符号との一致率は低くなる。よって、ダイナミックに信号電力が変化する環境で第１の特徴の手法を単純に使おうとすると、ある第１期間中の大部分が状態Ｃである場合に、一致率が低くなりなかなか追尾判定ＯＫとならない可能性がある。これを避けるために単純に第１期間の長さを短くすると、前述したように誤判定の可能性が高くなってしまう。
【００７５】
そこで、第１期間に比してより長い対象期間を設定し、その中で第１期間の長さで局所的に一致率が高くなる状態が既定回数（以下、当該規定回数を「回数閾値」とも呼ぶ）発生したら追尾できていると判定する。これによれば、受信機１００は、第１期間を短くして当該第１期間に状態Ｃが含まれる可能性を下げることができると共に、誤判定の可能性も低く抑えることができる。この長い対象期間を「第２期間」と表現する。第２期間も第１期間と同様、設計により動的に定められるべきである。本実施例では、第２期間を、１秒とする。
【００７６】
この手法の例を図１１に示す。この例では、「第２期間中に、一致率がｍ（一致率閾値）を超えた第１期間がｎ（回数閾値）回以上含まれたら追尾判定ＯＫとする」という条件の例を示している。本実施例では、一致率閾値を超えた第１期間が、第２期間に含まれる第１期間計測回数の半分以上に達した場合に、追尾判定ＯＫとする。
【００７７】
［追尾判定方法ついて］
次に、上記の本願発明の第１及び第２の特徴を反映した追尾判定方法について、図１２に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図１２に示すフローチャートは、第２期間の開始から終了までの処理を表している。
【００７８】
判定器４０は、最初に、カウンタを０に設定する（ステップＳ１）。このカウンタは、第２期間中の追尾判定用のカウンタである。外部サーバ等から予測航法データが入力されることにより、受信機１００は、予測航法データを取得する（ステップＳ２）。積算器３２で信号Ｓ２と信号ＬＳ１とが積算された結果をローパスフィルタ３４で処理することにより、受信機１００は、Ｉ相関値を算出する（ステップＳ３）。上記予測航法データ及びＩ相関値が判定器４０に入力され、判定器４０は、当該予測航法データとＩ相関値の符号との一致判定を行う（ステップＳ４）。
【００７９】
第１期間が終了していない場合で（ステップＳ５；Ｎｏ）、第２期間が終了していない場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）、ステップＳ２へ移動する。
【００８０】
第１期間が終了している場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、判定器４０は、第１期間における一致率を算出する（ステップＳ６）。一致率が一致率閾値を超えている場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、判定器４０は、カウンタをインクリメントする（ステップＳ８）。一致率が一致率閾値を超えていない場合（ステップＳ７；Ｎｏ）、ステップＳ１１へ移る。
【００８１】
カウンタをインクリメントした結果、カウンタが回数閾値を超えた場合（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、判定器４０は、追尾していることを意味する追尾判定ＯＫに対応する値を出力し、処理を終了する。
【００８２】
ステップＳ１１において、第２期間が終了していた場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、第２期間の間で、カウンタが回数閾値に達していないので、判定器４０は、追尾していないことを意味する追尾判定ＮＧに対応する値を出力し（ステップＳ１２）、処理を終了する。
【００８３】
以上説明したように、受信機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、所定周波数の基準信号を生成する基準信号生成手段と、前記積算信号と前記基準信号との相関値である追尾判定用相関値を出力する追尾判定用相関値出力手段と、航法データの予測データを取得する予測データ取得手段と、追尾判定用相関値と前記予測データとを比較する比較処理を行い、比較処理の結果に基づいて追尾判定を行う追尾判定手段と、を備える。
【００８４】
本願発明に係る受信機１００は、追尾している場合における、衛星信号から生成した積算信号と基準信号との相関値である追尾判定用相関値の符号と、外部の装置等から取得した航法データを予測したデータである予測データとの関連性に基づいて追尾判定を行っているので、適切に追尾判定を行うことができる。
【００８５】
［他の実施例］
上述の実施例では、判定器４０が、第１期間内における予測航法データとＩ相関値の符号との一致率に基づいて追尾しているか否かを判定する場合について述べたが、本発明は、これに限られず、単純に予測航法データとＩ相関値の符号とが一致するか否かに基づいて追尾しているか否か判定するようにしても良い。
【００８６】
上述の実施例では、判定器４０は、第２期間内で第１期間内における一致率閾値を超えた回数が、回数閾値に達した場合に追尾していると判断する場合について述べたが、本発明は、これに限られず、第１期間内における一致率閾値を超えた場合に、追尾していると判断するようにしても良い。この場合、第１期間内における予測航法データとＩ相関値の符号との一致率に基づいて、受信機１００が追尾しているか否かを判断すれば、第１期間に比して、ごくわずかな期間で状態Ｃとなっている場合でも、適切に追尾している状態を検出することができる。
【００８７】
上述の実施例では、判定器４０は、ある第１期間がスタートした後に、当該第１期間が終了するまで別の第１期間がスタートしない場合について述べたが、本発明は、これに限られず、図１３に示すように、ある第１期間がスタートしてから、当該第１期間が終了する前に、別の第１期間をスタートさせるようにしても良い。この場合、受信機１００は、並列に第１期間を設定することになり、追尾判定を行う回数が増えるので、追尾している状態を検出する可能性を向上させることができる。
【００８８】
上述の実施例では、特に述べなかったが、図１３に示すように第１期間内における一致率が一致率閾値を超えた段階から第２期間を開始するようにしても良い。この場合、受信機１００は、第１期間中の一致率が一致率閾値を超えたタイミングで開始することにより、追尾状態を検出する可能性を向上させることができる。
【００８９】
上述の実施例では、特に述べなかったが、図１３に示すように、第２期間が開始された後、第２期間が終了する前に別の第２期間を開始するようにしても良い。この場合、受信機１００は、並列に第２期間を設定することになり、追尾判定を行う回数が増えるので、追尾している状態を検出する可能性を向上させることができる。
【００９０】
上述の実施例では、特に述べなかったが、Ｉ相関値の符号と予測航法データとの一致判断の周期を、ローパスフィルタ３４の積算期間より短くする方が良い。特許文献１にかかるスペクトラム拡散信号受信装置では予測航法データを利用して積算期間を航法データの１ビットに相当する２０ｍｓｅｃよりも大きくすることが提案されている。このようにローパスフィルタ３４を利用する場合、Ｉ相関値の符号と予測航法データの一致状況を判断する周期をローパスフィルタ３４の積算期間と同じにしてしまうと追尾判定に時間がかかってしまう。
【００９１】
そこで、受信機１００は、ローパスフィルタ３４の積算途中から比較用にＩ相関値を取り出し、それを用いて本発明の手法を適用することもできる。これにより、受信機１００は、ローパスフィルタの設計に関わらず適切に追尾判定を行うことができる。具体例として、受信機１００がローパスフィルタ３４で積算期間を１００ｍｓｅｃとしている場合に、１０ｍｓｅｃ毎に比較用にＩ相関値を取り出す等がある。この場合、受信機１００は、追尾判定に時間がかかってしまうことを回避することができる。
【００９２】
上述の実施例では、予測航法データを外部サーバから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、過去に取得した航法データを予測航法データとして使うようにしても良いし、受信機１００が有する他のキャリアループ３０が出力した航法データを予測航法データとして取得するようにしても良い。
【００９３】
上述の実施例では、受信機１００を、ＧＰＳの受信機として適用する場合について述べたが、本発明は、これに限られず、例えば、Ｇａｌｉｌｅｏに代表されるＧＰＳ以外の測位衛星システムにおける受信機にも適用することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１０  アンテナ
２０  フロントエンド
３０  キャリアループ
４０  判定部
５０  コードループ
１００  受信機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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