(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星からの信号を追尾する複数の追尾チャンネルを有する衛星信号受信装置において、
前記各追尾チャンネルは、前記信号中の搬送波を追尾して該信号を追尾するための搬送波追尾周波数を求め、求めた前記搬送波追尾周波数を前記搬送波に関わる追尾情報として出力する搬送波追尾ループと、該信号中のコードを追尾するコード追尾ループとをそれぞれ備え、
前記衛星信号受信装置は、
信号レベルが比較的強い強信号を追尾する追尾チャンネルの搬送波追尾ループから出力された追尾情報と当該追尾チャンネルのコードに基づいて求めた擬似距離とを用いて前記擬似距離の変化量を求め、求めた前記擬似距離の変化量及び前記衛星のクロックドリフトに基づいて、前記衛星信号受信装置のクロックドリフト及び移動速度を推定する速度推定器と、
前記衛星信号受信装置のクロックドリフト、追尾が不安定な衛星のクロックドリフト及び前記移動速度に基づいて、信号レベルが比較的弱い弱信号の搬送波追尾周波数を受信周波数として推定し、前記弱信号を追尾する追尾チャンネルに前記推定した受信周波数を出力する周波数推定器と、
をさらに有し、
前記弱信号を追尾する追尾チャンネルの搬送波追尾ループは、前記周波数推定器が推定した前記受信周波数を用いて前記弱信号中の搬送波を追尾し、一方で、当該追尾チャンネルのコード追尾ループは、該受信周波数を用いて前記弱信号中のコードを追尾することを特徴とする衛星信号受信装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記弱信号を追尾する追尾チャンネルの搬送波追尾ループは、前記周波数推定器が推定した搬送波追尾周波数と、当該搬送波追尾ループが求めた搬送波追尾周波数とを重み付け平均し、重み付け平均後の搬送波追尾周波数を求め、求めた前記搬送波追尾周波数を用いて前記弱信号中の搬送波を追尾し、
当該追尾チャンネルのコード追尾ループは、前記重み付け平均後の搬送波追尾周波数とＩＦ中心周波数との差分周波数を前記コードのコード周波数と前記搬送波の搬送波周波数との周波数比で除算することによりコード追尾周波数を求め、求めた前記コード追尾周波数を加えて前記コードを追尾することを特徴とする衛星信号受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、衛星からの信号を追尾する複数の追尾チャンネルを有する衛星信号受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）やＧａｌｉｌｅｏ等のＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）において、衛星信号受信装置は、複数の衛星から送信される信号（衛星信号）を複数の追尾チャンネルを用いてそれぞれ追尾し、追尾により得られた衛星からの情報を用いて該衛星信号受信装置の位置（受信機位置）を求める。
【０００３】
この場合、各追尾チャンネルは、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）制御やＦＬＬ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）制御により信号中の搬送波を追尾する搬送波追尾ループと、ＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）制御により前記信号中のコードを追尾するコード追尾ループとをそれぞれ備え、追尾チャンネル毎に独立して信号中の搬送波やコードを追尾する。
【０００４】
従って、信号レベルが比較的強い強信号（雑音よりも信号レベルが強い衛星信号）を追尾する追尾チャンネルでは、該強信号に対する追尾性能を確保できるが、一方で、信号レベルが比較的弱い弱信号（雑音に埋もれてしまうような信号レベルの衛星信号）を追尾する追尾チャンネルでは、追尾性能が劣化して追尾が不安定になり、この結果、前記弱信号ではなく、前記雑音を誤追尾するおそれがある。
【０００５】
そこで、特許文献１には、強信号を追尾する追尾チャンネルから出力された該強信号に関わる追尾情報を利用することで、弱信号を追尾する追尾チャンネルの追尾処理を支援して、当該追尾チャンネルの追尾性能を改善することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１０９０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、衛星信号受信装置を移動体に搭載する場合、あるいは、衛星信号受信装置を具備する携帯端末をユーザが所持する場合に、前記移動体又は前記ユーザが移動すると、前記衛星信号受信装置も移動することになるので、衛星に対する前記衛星信号受信装置の相対位置の変化に起因したドップラーシフトによって信号の受信周波数が変化する。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の技術では、衛星信号受信装置の移動を何ら想定していないので、移動する衛星信号受信装置が弱信号を受信した際の前記弱信号に対する追尾性能の改善を図ることは困難である。
【０００９】
この発明は、このような問題を考慮してなされたものであり、移動可能な衛星信号受信装置において、弱信号に対する追尾性能を向上することが可能となる衛星信号受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る衛星信号受信装置は、衛星からの信号を追尾する複数の追尾チャンネルを有する衛星信号受信装置において、
前記各追尾チャンネルは、前記信号中の搬送波を追尾して該搬送波に関わる追尾情報を出力する搬送波追尾ループと、該信号中のコードを追尾するコード追尾ループとをそれぞれ備え、
前記衛星信号受信装置は、信号レベルが比較的強い強信号を追尾する追尾チャンネルの搬送波追尾ループから出力された追尾情報に基づいて前記衛星信号受信装置の移動速度を推定する速度推定器と、前記移動速度に基づいて信号レベルが比較的弱い弱信号の受信周波数を推定し、前記弱信号を追尾する追尾チャンネルに前記推定した受信周波数を出力する周波数推定器とをさらに有し、
前記弱信号を追尾する追尾チャンネルの搬送波追尾ループは、前記周波数推定器が推定した前記受信周波数を用いて前記弱信号中の搬送波を追尾し、一方で、当該追尾チャンネルのコード追尾ループは、該受信周波数を用いて前記弱信号中のコードを追尾することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、速度推定器が強信号の追尾情報を利用して衛星信号受信装置の移動速度を推定し、周波数推定器が前記移動速度を利用して弱信号の受信周波数を推定するので、前記弱信号を追尾する追尾チャンネルは、前記受信周波数を利用して前記弱信号（の搬送波及びコード）を確実に追尾することができる。従って、この発明では、衛星信号受信装置が移動する場合であっても、受信した弱信号に対する追尾性能を確実に向上して、該弱信号であっても安定に追尾することが可能となる。
【００１２】
すなわち、前記強信号は、雑音よりも信号レベルが強い信号であるため、該強信号に基づき得られた前記追尾情報は、信頼性の高い情報とみなすことができる。従って、信頼性の高い前記追尾情報を利用して前記移動速度を推定し、推定した前記移動速度を用いて前記弱信号の受信周波数を推定し、推定した前記受信周波数を利用して前記弱信号を追尾することにより、前記雑音の誤追尾を確実に抑制することができ、この結果、誤追尾率を改善（低減）することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この実施形態の前提となる衛星信号受信装置のブロック図である。
【図２】この実施形態に係る衛星信号受信装置のブロック図である。
【図３】図２の速度推定器及び周波数推定器の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】受信信号のパワー分布を説明するための模式的グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明に係る衛星信号受信装置の実施形態について説明するが、その説明に先立ち、本実施形態の前提となる衛星信号受信装置の構成及びその課題について、図１を参照しながら説明する。
【００１５】
なお、この項目では、一例として、衛星信号受信装置をＧＰＳに適用した実施形態について説明するが、この実施形態は、ＧＰＳに限定されることはなく、Ｇａｌｉｌｅｏ等の他のＧＮＳＳにも適用可能である。
【００１６】
本実施形態の前提となる衛星信号受信装置１０は、基本的には、特許文献１の従来技術（特許文献１の図５）に係る装置と略同様の構成を備えており、図１に示すように、複数の追尾チャンネル１２ｉ（ｉ＝０〜Ｎ）と、測位演算器１４とを有する。
【００１７】
この場合、各追尾チャンネル１２ｉは、フェーズローテータ１６、相関器１８、ディスクリミネータ２０、ループフィルタ２２及びキャリアＮＣＯ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２４から構成される搬送波追尾ループ２６と、相関器１８、ディスクリミネータ３０、ループフィルタ３２、コードＮＣＯ３４、コードジェネレータ３６、逓倍器５２及び加算器５４から構成されるコード追尾ループ３８とをそれぞれ有する。すなわち、各追尾チャンネル１２ｉは、同一の構成要素をそれぞれ有している。
【００１８】
複数の衛星から送信される信号（衛星信号）は、例えば、Ｌ１帯（１５７５．４２［ＭＨｚ］）の搬送波（キャリア）を、衛星毎に異なる衛星コードのＣ／Ａコード（１．０２３［ＭＨｚ］）及び航法メッセージデータ（５０［Ｈｚ］）によって変調した高周波信号である。そのため、衛星信号受信装置１０は、各衛星からの衛星信号を図示しないアンテナで受信し、受信した各衛星信号を含む信号（ＧＰＳ信号）をダウンコンバータにより前記高周波信号（１５７５．４２［ＭＨｚ］の搬送波周波数を受信周波数とする信号）から中間周波数（ＩＦ周波数）の信号にダウンコンバートし、ダウンコンバート後のＧＰＳ信号をＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換した後に各追尾チャンネル１２ｉに出力する。
【００１９】
従って、図１のフェーズローテータ１６に入力されるＧＰＳ信号は、受信周波数が搬送波周波数からＩＦ周波数に変換され、且つ、複数の衛星信号の搬送波、Ｃ／Ａコード及び航法メッセージデータが含まれる低周波のデジタル信号である。
【００２０】
各追尾チャンネル１２ｉは、ＧＰＳ信号中の搬送波及びＣ／Ａコードを衛星毎に追尾しており、従って、互いに独立して衛星を追尾している。前述のように、各追尾チャンネル１２ｉは同じ構成要素を有しているので、ここでは、各追尾チャンネル１２ｉのうち、１つの追尾チャンネル１２０の構成について説明する。
【００２１】
追尾チャンネル１２０において、キャリアＮＣＯ２４は、ＧＰＳ信号のＩＦ周波数と同一周波数（搬送波追尾周波数）のローカル信号を生成してフェーズローテータ１６に出力する。フェーズローテータ１６は、ＧＰＳ信号とローカル信号とを複素数乗算することにより、前記ＧＰＳ信号からＩＦ周波数成分（搬送波）が除去されたベースバンド信号を生成し、生成したベースバンド信号を相関器１８に出力する。ここで、追尾チャンネル１２ｉ内の信号は、複素数として取り扱われる。
【００２２】
コードＮＣＯ３４は、所定周波数のクロック信号を生成してコードジェネレータ３６に出力する。コードジェネレータ３６は、前記クロック信号に基づいて、追尾チャンネル１２０が追尾すべき衛星のＣ／Ａコードと同じコード（レプリカコード）を生成し、生成したレプリカコードを相関器１８に出力する。相関器１８は、ベースバンド信号とレプリカコードとの相関を取り、相関結果をディスクリミネータ２０、３０に出力する。
【００２３】
搬送波追尾ループ２６は、ＰＬＬ制御又はＦＬＬ制御によりＧＰＳ信号中の搬送波を追尾し、一方で、コード追尾ループ３８は、ＤＬＬ制御によりＧＰＳ信号中のＣ／Ａコードを追尾する。
【００２４】
この場合、搬送波追尾ループ２６は、ＧＰＳ信号を初めて捕捉するとき（初期捕捉）には、ＦＬＬ制御による周波数引き込みを行って搬送波をローカル信号の周波数（搬送波追尾周波数）にロックし、その後、前記搬送波が前記ローカル信号の周波数にロックできた時点でＰＬＬ制御に切り替えて、ＰＬＬ制御による位相引き込みを行い、前記搬送波の位相をローカル信号の位相にロックする。また、ＰＬＬ制御により搬送波の位相がロックされている状態において、衛星信号（ＧＰＳ信号）の信号レベルが比較的弱い弱信号になった場合に、搬送波追尾ループ２６は、弱信号により位相雑音が大きくなってＰＬＬ制御ができなくなるものと判断して、ＰＬＬ制御からＦＬＬ制御に切り替える。
【００２５】
具体的に、搬送波追尾ループ２６がＦＬＬ制御により搬送波を追尾する場合、ディスクリミネータ２０は、相関値の複素数成分に基づいて、ＩＦ周波数とローカル信号の周波数（搬送波追尾周波数）との周波数ずれ量を算出し、算出した周波数ずれ量を追尾情報としてループフィルタ２２に出力する。
【００２６】
ループフィルタ２２は、追尾情報中の高周波成分を除去してキャリアＮＣＯ２４及び逓倍器５２に出力するためのローパスフィルタとして機能する。これにより、キャリアＮＣＯ２４は、前記追尾情報に基づいて、搬送波とローカル信号とが周波数同期するように、前記ＩＦ周波数と同一周波数のローカル信号を生成する。これにより、フェーズローテータ１６においてＧＰＳ信号とローカル信号とを複素数乗算することにより、ＧＰＳ信号中の搬送波をローカル信号の周波数に引き込んでロックすることができる。
【００２７】
また、搬送波追尾ループ２６がＰＬＬ制御により搬送波を追尾する場合、ディスクリミネータ２０は、相関値の複素数成分に基づいて、搬送波の位相とローカル信号の位相との位相ずれ量を算出し、算出した位相ずれ量を追尾情報としてループフィルタ２２に出力する。
【００２８】
この場合も、ループフィルタ２２は、追尾情報中の高周波成分を除去してキャリアＮＣＯ２４及び逓倍器５２に出力するので、キャリアＮＣＯ２４は、前記追尾情報に基づいて、搬送波とローカル信号とが位相同期するように、搬送波と同一周波数のローカル信号を生成する。これにより、フェーズローテータ１６においてＧＰＳ信号とローカル信号とを複素数乗算することにより、搬送波をローカル信号の位相に引き込んでロックすることができる。
【００２９】
なお、上記の説明では、搬送波追尾ループ２６がＦＬＬ制御又はＰＬＬ制御のいずれかの制御により搬送波を追尾する場合について説明したが、ＦＬＬ制御及びＰＬＬ制御を同時に行ってもよい。
【００３０】
一方、コード追尾ループ３８のディスクリミネータ３０は、コードジェネレータ３６で生成されるレプリカコードに対して＋１／２チップずらしたＥ（Ｅａｒｌｙ）位相のコード、及び、−１／２チップずらしたＬ（Ｌａｔｅ）位相のコードと、ベースバンド信号中のＣ／Ａコードとの相関を取る。次に、ディスクリミネータ３０は、Ｅ位相のコードとベースバンド信号中のＣ／Ａコードとの相関結果と、Ｌ位相のコードとベースバンド信号中のＣ／Ａコードとの相関結果との差に基づいて、ベースバンド信号中のＣ／Ａコードと、コードジェネレータ３６が生成したレプリカコードとのコード位相ずれ量を算出し、算出したコード位相ずれ量を追尾情報としてループフィルタ３２に出力する。
【００３１】
ループフィルタ３２は、追尾情報中の高周波成分を除去して加算器５４に出力するためのローパスフィルタとして機能する。
【００３２】
追尾チャンネル１２ｉの逓倍器５２は、搬送波周波数（１５７５．４２［ＭＨｚ］）とＣ／Ａコード（１．０２３［ＭＨｚ］）との周波数比１／１５４０（＝１．０２３／１５７５．４２）を搬送波追尾周波数とＩＦ中心周波数との差分周波数に乗算し、乗算結果を加算器５４に出力する。すなわち、逓倍器５２は、差分周波数に１／１５４０を乗ずることで、搬送波に関わる追尾情報をＣ／Ａコードに関わる追尾情報に変換する。
【００３３】
さらに、追尾チャンネル１２ｉの加算器５４は、ディスクリミネータ３０からループフィルタ３２を介して入力される追尾情報と、逓倍器５２において変換された追尾情報との双方の情報を加算して、コードＮＣＯ３４及びコードジェネレータ３６に出力する。
【００３４】
これにより、コードＮＣＯ３４は、加算器５４が出力する追尾情報に基づいてクロック信号を生成する。コードジェネレータ３６は、前記クロック信号及び加算器５４が出力する追尾情報に基づいて、Ｃ／Ａコードとレプリカコードとが位相同期するように、Ｃ／Ａコードと同一のレプリカコードを生成する。この結果、相関器１８においてベースバンド信号中のＣ／Ａコードとレプリカコードとの相関を取ることにより、該Ｃ／Ａコードを追尾することが可能となる。
【００３５】
また、各追尾チャンネル１２ｉのコードＮＣＯ３４及びコードジェネレータ３６は、設定された情報（追尾情報や設定値）を測位演算器１４に出力し、測位演算器１４は、各追尾チャンネル１２ｉからの情報と、ベースバンド信号に対するＰＬＬ制御により得られた位相情報を復調することにより得られる航法データと、時刻情報とに基づいて、衛星信号受信装置１０と追尾対象の衛星との間の擬似距離を求め、求めた擬似距離と、衛星の位置と、衛星信号受信装置１０の概略位置とから衛星信号受信装置１０の位置（受信機位置）を算出する。なお、測位演算器１４での測位演算の衛星位置計算に使用される航法データは、通常、４時間程度の有効期間があるため、測位演算器１４は、過去に取得した航法データを用いて算出してもよい。
【００３６】
次に、このようにして構成される衛星信号受信装置１０の課題について説明する。
【００３７】
衛星信号受信装置１０を自動車等の移動体に搭載する場合、あるいは、衛星信号受信装置１０を具備する携帯端末をユーザが所持する場合に、前記移動体又は前記ユーザが移動すると、衛星信号受信装置１０も移動することになるので、衛星に対する衛星信号受信装置１０の相対位置の変化に起因したドップラーシフトによってＧＰＳ信号の受信周波数（搬送波周波数）が変化する。
【００３８】
しかしながら、衛星信号受信装置１０では、各追尾チャンネル１２ｉがそれぞれ独立してＧＰＳ信号（の搬送波及びＣ／Ａコード）を追尾しており、弱信号を追尾している追尾チャンネル１２ｉでは、雑音に埋もれて信号と雑音との区別が付きにくいような状態で前記弱信号を追尾するので、雑音を追尾する確率が高くなることで追尾が不安定になり、該弱信号ではなく雑音を誤追尾するおそれがある。
【００３９】
以上が、本実施形態の前提となる衛星信号受信装置１０の課題である。
【００４０】
次に、上記の課題を解決するための本実施形態に係る衛星信号受信装置４０について、図２を参照しながら説明する。
【００４１】
なお、この衛星信号受信装置４０を説明する際に、衛星信号受信装置１０（図１参照）と同じ構成要素については、同一の参照符号を付けて、その詳細な動作説明を省略する。
【００４２】
この衛星信号受信装置４０は、図２に示すように、速度推定器４６及び周波数推定器４８をさらに備え、各追尾チャンネル４２ｉ（ｉ＝０〜Ｎ）及び追尾チャンネル４４０が混合器５０をさらに有する点で、本実施形態の前提となる衛星信号受信装置１０（図１参照）とは異なる。また、図２において、各追尾チャンネル４２ｉは、強信号（例えば、−１４５［ｄＢｍ］程度の信号レベルよりも強い信号）のＧＰＳ信号を追尾する追尾チャンネルであり、追尾チャンネル４４０は、弱信号（例えば、−１４５［ｄＢｍ］程度の信号レベルよりも弱い信号）のＧＰＳ信号を追尾する追尾チャンネルである。
【００４３】
なお、弱信号を追尾する追尾チャンネル４４０は、図２のように１つのチャンネルに限定されることはなく、複数のチャンネルであってもよい。また、強信号を追尾する追尾チャンネル４２ｉは、未知量を求めるための後述の観測方程式を解くために４チャンネル以上必要である。すなわち、衛星の個数がｎ個であり、これに対応して衛星信号受信装置４０内にｎ個の追尾チャンネルが配置されている場合に、弱信号を追尾する追尾チャンネルが追尾チャンネル４４０となり、一方で、強信号を追尾する追尾チャンネルが追尾チャンネル４２ｉとなる。従って、衛星から送信される衛星信号の信号レベルによっては、同じ追尾チャンネルであっても、強信号を追尾する追尾チャンネル４２ｉになったり、あるいは、弱信号を追尾する追尾チャンネル４４０になる場合がある。
【００４４】
衛星信号受信装置４０において、各追尾チャンネル４２ｉ、４４０では、混合器５０が搬送波追尾ループ２６に含まれ、一方で、逓倍器５２及び加算器５４がコード追尾ループ３８に含まれる。
【００４５】
そして、強信号を追尾する追尾チャンネル４２ｉにおいて、ディスクリミネータ２０は、ＰＬＬ制御又はＦＬＬ制御のいずれの制御であっても、ループフィルタ２２を介して追尾情報を混合器５０に出力する。この場合、該ディスクリミネータ２０は、周波数ずれ量又は位相ずれ量をループフィルタ２２に出力する。該ループフィルタ２２は、現在の搬送波追尾周波数を、高周波成分を除去した周波数ずれ量又は位相ずれ量だけ補正した搬送波追尾情報として混合器５０に出力する。混合器５０は、該搬送波追尾情報をキャリアＮＣＯ２４と逓倍器５２とに出力する。
【００４６】
コードＮＣＯ３４は、加算器５４が出力する追尾情報に基づいてクロック信号を生成し、コードジェネレータ３６は、加算器５４が出力する追尾情報及び前記クロック信号に基づいてレプリカコードを生成する。
【００４７】
また、追尾チャンネル４２ｉのキャリアＮＣＯ２４は、設定された情報（追尾情報や設定値）を速度推定器４６に出力する。さらに、コードＮＣＯ３４及びコードジェネレータ３６は、設定された情報を測位演算器１４及び速度推定器４６に出力する。
【００４８】
一方、弱信号を追尾する追尾チャンネル４４０において、ディスクリミネータ２０は、ＰＬＬ制御又はＦＬＬ制御のいずれの制御であっても、ループフィルタ２２を介して追尾情報を混合器５０に出力する。この場合、混合器５０は、ループフィルタ２２からの搬送波追尾周波数ｆ1と、周波数推定器４８にて推定した搬送波追尾周波数ｆ2とを混合して、新たな搬送波追尾周波数ｆを下記の（１）式により生成し、生成した新たな搬送波追尾周波数ｆを含めた追尾情報をキャリアＮＣＯ２４に出力する。
ｆ＝（ｗ1・ｆ1＋ｗ2・ｆ2）／（ｗ1＋ｗ2）                …（１）
【００４９】
ここで、ｗ1及びｗ2は重みであり、これらの重みｗ1、ｗ2の値は、ＧＰＳ信号の信号レベルによって動的に決定される。従って、キャリアＮＣＯ２４は、搬送波追尾周波数ｆを含む前記追尾情報に基づいてローカル信号を生成する。なお、周波数推定器４８からの搬送波追尾周波数ｆ2の入力がない場合、混合器５０は、ｗ2＝０に設定する。
【００５０】
また、追尾チャンネル４４０の逓倍器５２は、搬送波追尾周波数ｆとＩＦ中心周波数との差分周波数に１／１５４０を乗算することにより、搬送波に関わる追尾情報をＣ／Ａコードに関わる追尾情報に変換する。加算器５４は、逓倍器５２からの追尾情報と、ループフィルタ３２からの追尾情報との双方の情報を加算して、コードＮＣＯ３４及びコードジェネレータ３６に出力する。従って、コードＮＣＯ３４は、加算器５４が出力する追尾情報に基づいてクロック信号を生成し、コードジェネレータ３６は、加算器５４が出力する追尾情報及び前記クロック信号に基づいてレプリカコードを生成する。
【００５１】
また、追尾チャンネル４４０のコードＮＣＯ３４及びコードジェネレータ３６は、設定された情報を測位演算器１４にのみ出力する。
【００５２】
測位演算器１４は、各追尾チャンネル４２ｉ、４４０からの情報と、航法データ及び時刻情報とに基づいて擬似距離を求め、求めた擬似距離、衛星の位置及び衛星信号受信装置４０の概略位置から受信機位置を算出し、算出した受信機位置を外部に出力すると共に、速度推定器４６にも出力する。
【００５３】
ここで、速度推定器４６及び周波数推定器４８の機能について、図３のフローチャートも参照しながら説明する。
【００５４】
速度推定器４６は、適応フィルタで構成されるか、あるいは、重み付き最小二乗法を適用して構成され、観測時刻毎に入力された、各追尾チャンネル４２ｉからの搬送波追尾周波数ｆ1（ｆd）と、測位演算器１４からの受信機位置と、航法データ及び時刻情報とに基づいて、衛星信号受信装置１０の移動速度を推定する。
【００５５】
次に、速度推定器４６における移動速度の具体的な推定処理について説明する。
【００５６】
図３のステップＳ１において、速度推定器４６は、擬似距離の時間変化量を求める。
【００５７】
すなわち、時刻ｔにおける各衛星Ｓと衛星信号受信装置４０（以下、受信機ｕともいう。）との間の擬似距離をρSu（ｔ）、受信機ｕにおける観測間隔をΔｔ、搬送波の波長をλ（＝０．１９［ｍ］≒３×１０8［ｍ／ｓ］／（１．５７５４２×１０9［Ｈｚ］））、各衛星Ｓから衛星信号を受信したときのＧＰＳ信号のＩＦ中心周波数に対する搬送波追尾周波数をｆSd、重みをα1及びα2としたときに、擬似距離ρSu（ｔ）の時間変化量ρsu´（ｔ）は、下記の（２）式〜（４）式で表わされる。
ρ1Su´（ｔ）＝ｌｉｍ｛ρSu（ｔ）−ρSu（ｔ−Δｔ）｝／Δｔ
…（２）
ρ2Su´（ｔ）＝−λ・ｆSd（ｔ）                          …（３）
ρSu´（ｔ）＝｛α1・ρ1Su´（ｔ）＋α2・ρ2Su´（ｔ）｝
／（α1＋α2）                            …（４）
【００５８】
なお、（２）式〜（４）式において、「´」は、時間微分であることを示し、（２）式中、極限を示す数学記号ｌｉｍは、Δｔ→０（Δｔを０に近づけること）を意味している。また、（２）式は、コード追尾ループ３８からの情報に基づき算出された擬似距離ρSu（ｔ）から得られる時間変化量ρ1Su´（ｔ）を示す数式であり、（３）式は、搬送波追尾ループ２６からの搬送波追尾周波数ｆSdから得られる時間変化量ρ2Su´（ｔ）を示す数式である。さらに、重みα1及びα2は、Ｃ／Ａコードの周波数と搬送波周波数との周波数比（分解能の比）と、ループフィルタ２２、３２の帯域とに基づいて決定されることが望ましいが、観測したＣ／Ａコードと搬送波との分散に基づいて決定してもよい。
【００５９】
従って、ステップＳ１では、擬似距離ρSu（ｔ）、観測間隔Δｔ、搬送波の波長λ、搬送波追尾周波数ｆSd、及び、重みα1、α2の各観測値から、時間変化量ρSu´（ｔ）を求めることになる。
【００６０】
次のステップＳ２において、速度推定器４６は、（４）式により得られた擬似距離の時間変化量ρSu´（ｔ）から、未知量である受信機ｕの速度ベクトル（衛星信号受信装置４０の移動速度）と、衛星信号受信装置４０のクロックドリフトとを求めるための観測方程式を構築する。
【００６１】
ここで、観測ベクトルをｙ、計画行列をＨ、未知量ベクトルをθ、誤差ベクトルをεとしたときに、前記観測方程式は、下記の（５）式により表わされる。
ｙ＝Ｈθ＋ε                                              …（５）
【００６２】
ここで、観測ベクトルｙ、計画行列Ｈ、未知量ベクトルθ、誤差ベクトルεは、下記の（６）式〜（９）式で表わされる。
【数１】
0005519223.tif 000002
【数２】
0005519223.tif 000003
【数３】
0005519223.tif 000004
【数４】
0005519223.tif 000005
【００６３】
なお、（６）式〜（９）式において、各記号中のＳ１〜Ｓｎは、衛星の番号を示す。また、ｒS1u0´〜ｒSnu0´は、各衛星Ｓ１〜Ｓｎと受信機ｕの概略位置（概略受信機位置）ｕ0との間の幾何学距離の変化量である。さらに、ｃは、光速（ｃ≒３×１０8［ｍ］）である。さらにまた、δｔS1´〜δｔSn´は、各衛星Ｓ１〜Ｓｎのクロックドリフトであり、各衛星Ｓ１〜Ｓｎが送信する衛星信号中の航法データから計算することができる。また、ｕ0´は、概略位置ｕ0の時間変化量（概略速度ベクトル）である。さらに、ｕ´は、受信機ｕの速度ベクトルであり、δｔu´は、受信機ｕのクロックドリフトであり、εS1u〜εSnuは、各観測量の誤差である。
【００６４】
また、（６）式及び（７）式において、ｇS1u0〜ｇSnu0は、各衛星Ｓ１〜Ｓｎの位置と受信機ｕの概略位置ｕ0とから求められる勾配ベクトルの転置であり、これらの勾配ベクトルの転置を代表的にｇSu0とし、衛星Ｓの位置をｓとすれば、勾配ベクトルの転置ｇSu0は、下記の（１０）式で表わすことができる。
【数５】
0005519223.tif 000006
【００６５】
（５）式は、速度ベクトルｕ´と受信機ｕのクロックドリフトδｔu´（あるいはｃ・δｔu´）とを未知量とした観測方程式であり、従って、ステップＳ３において、速度推定器４６は、この観測方程式から未知量の速度ベクトルｕ´及びクロックドリフトδｔu´を推定することになる。
【００６６】
ここで、推定した未知量ベクトル（推定未知量ベクトル）θをθａとすると、推定未知量ベクトルθａは、下記の（１１）式で表わすことができる。
θａ＝（ＨTＷＨ）-1ＨTＷｙ                              …（１１）
【００６７】
なお、Ｗは、各観測量の誤差分散の逆数を要素とする重み行列である。
【００６８】
従って、未知量（ｕ´、δｔu´）は、（１１）式を用いた重み付きの最小二乗法により推定することができる。
【００６９】
なお、未知量の推定は、上記の最小二乗法以外にも、受信機ｕの動作をモデル化し（システム方程式を構築し）、拡張カルマンフィルタによって未知量を推定してもよい。この場合、受信機ｕの動作モデルは、該受信機ｕの加速度あるいは躍度（ジャーク）を一次のマルコフ過程とした運動モデルを適用し、一方で、受信機ｕのクロックドリフトの動作モデルは、ＡＲモデル（自己回帰モデル）を適用する。
【００７０】
ここで、速度推定器４６が推定した速度ベクトルｕ´をｕa´とし、推定したクロックドリフトδｔu´をδｔua´とすると、速度推定器４６は、推定した未知量（ｕa´、δｔua´）を周波数推定器４８に出力することになる。
【００７１】
図３のステップＳ４において、周波数推定器４８は、推定された速度ベクトルｕa´及びクロックドリフトδｔua´とを用いて、追尾が不安定な衛星Ｓjから送信された弱信号の受信周波数の推定値ｆdjを下記の（１２）式により推定する。
ｆdj＝−｛ｒSjua´＋ｇSjua・ｕa´＋ｃ（δｔua´−δｔSj´）｝
／λ                                          …（１２）
【００７２】
なお、ｒSjua´は、測位演算器１４によって得られる受信機ｕの推定位置（受信機位置の推定値）ｕaから計算した衛星Ｓjと受信機ｕとの間の幾何学的距離の変化量であり、ｇSjuaは、衛星Ｓjの位置と推定位置ｕaとから求められる勾配ベクトルの転置である。また、δｔSj´は、航法データから計算される衛星Ｓjのクロックドリフトである。
【００７３】
従って、周波数推定器４８は、弱信号の受信周波数の推定値ｆdjを搬送波追尾周波数ｆ2として、前記弱信号を追尾する追尾チャンネル４４０に出力する。
【００７４】
なお、上記の説明では、弱信号を追尾する追尾チャンネル４４０が１チャンネルである場合について説明したが、追尾チャンネル４４０が複数ある場合には、周波数推定器４８は、チャンネル数分の受信周波数の推定値ｆdjを推定し、推定した各推定値ｆdjを各追尾チャンネル４４０に出力する。
【００７５】
次に、この実施形態に係る衛星信号受信装置４０（受信機ｕ）の効果について説明する。
【００７６】
図４は、衛星信号受信装置４０が受信する衛星信号（受信信号）のパワー分布を説明するための模式的グラフである。
【００７７】
ここで、雑音のパワー分布はカイ二乗分布となり、一方で、受信信号のパワー分布は非心カイ二乗分布となる。この場合、受信信号の信号レベルが雑音よりも強ければ（受信信号が強信号であれば）、雑音のパワー分布の平均と受信信号のパワー分布の平均とが乖離して、雑音成分と信号成分とが明確に区別されるので、当該受信信号を安定して追尾することができる。
【００７８】
一方、雑音のパワー分布の平均と受信信号のパワー分布の平均とが近い場合（受信信号が弱信号である場合）には、受信信号が雑音に埋もれてしまい、雑音成分と信号成分とを区別することが困難になるので、雑音を誤追尾するおそれがある。また、追尾に必要な観測情報（観測値）にも雑音に起因した大きな誤差が重畳するので、当該受信信号の追尾が不安定になる。
【００７９】
これに対して、この実施形態に係る衛星信号受信装置４０では、速度推定器４６が強信号の追尾情報を利用して衛星信号受信装置４０の移動速度（速度ベクトルｕa´）を推定し、周波数推定器４８が速度ベクトルｕa´を利用して弱信号の受信周波数（推定値ｆdj）を推定するので、前記弱信号を追尾する追尾チャンネル４４０は、推定値ｆdj（搬送波追尾周波数ｆ2）を利用して弱信号の搬送波及びＣ／Ａコードを確実に追尾することができる。従って、この実施形態では、衛星信号受信装置４０が移動する場合であっても、受信した弱信号（の搬送波及びＣ／Ａコード）に対する追尾性能を確実に向上して、該弱信号であっても安定に追尾することが可能となる。
【００８０】
すなわち、強信号は、雑音よりも信号レベルが強い信号であるため、該強信号に基づき得られた追尾情報は、信頼性の高い情報とみなすことができる。従って、信頼性の高い追尾情報を利用して速度ベクトルｕa´を推定し、推定した速度ベクトルｕa´を用いて弱信号の受信周波数の推定値ｆdjを推定し、推定した推定値ｆdjを利用して弱信号を追尾することにより、雑音の誤追尾を確実に抑制することができ、この結果、誤追尾率を改善（低減）することが可能となる。
【００８１】
また、従来より、弱信号を追尾する場合には、ループフィルタ３２の帯域を狭くして雑音をフィルタリングすることで、前記弱信号に対する追尾感度を上げることが行われている。しかしながら、追尾感度の向上に対するトレードオフとして、衛星信号受信装置１０の加速時における追尾性能が劣化するというデメリットも発生する。これに対して、この実施形態に係る衛星信号受信装置４０によれば、周波数推定器４８が推定した推定値ｆdjを追尾チャンネル４４０が利用することにより、加速時の追尾性能を劣化させることなく、ループフィルタ３２の帯域を狭くして追尾感度を向上させることが可能となる。
【００８２】
さらに、従来より、衛星信号の受信が中断したときには、中断前の追尾情報を利用して衛星信号を再捕捉するポイントを予測している。この場合、弱信号の受信が中断しても、中断前の弱信号に関わる追尾情報の誤差が大きいので、再捕捉するポイントの予測誤差も大きくなってしまう。これに対して、この実施形態に係る衛星信号受信装置４０によれば、追尾チャンネル４４０は、強信号の追尾情報を用いて得られた推定値ｆdjを利用して弱信号に対する追尾処理を行うので、前記弱信号の受信が中断しても、再捕捉ポイントを精度よく推定することができる。この結果、前記弱信号の受信の中断時刻から再捕捉するまでに要する時間を短縮化（改善）することができる。
【００８３】
また、この実施形態に係る衛星信号受信装置４０において、速度推定器４６は、強信号を追尾する追尾チャンネル４２ｉのコード追尾ループ３８が追尾したＣ／Ａコードに基づいて、擬似距離ρSu（ｔ）を算出する。すなわち、速度推定器４６は、追尾チャンネル４２ｉからの搬送波追尾周波数ｆSd及び擬似距離ρSu（ｔ）を用いて擬似距離の時間変化量ρSu´（ｔ）を求め、求めた時間変化量ρSu´（ｔ）に基づいて衛星信号受信装置４０のクロックドリフトδｔua´及び速度ベクトルｕa´を推定する。周波数推定器４８は、クロックドリフトδｔua´及び速度ベクトルｕa´に基づいて、弱信号の受信周波数の推定値ｆdjを推定する。
【００８４】
このように、強信号に関わる擬似距離ρSu（ｔ）及び搬送波追尾周波数ｆSdを用いてクロックドリフトδｔua´及び速度ベクトルｕa´が推定され、推定されたクロックドリフトδｔua´及び速度ベクトルｕa´を用いて弱信号の受信周波数の推定値ｆdjが推定されるので、弱信号を追尾する追尾チャンネル４４０は、この推定値ｆdjを用いて、精度よく前記弱信号を追尾することが可能となる。
【００８５】
さらに、追尾チャンネル４４０の搬送波追尾ループ２６を構成する混合器５０は、（１）式に基づいて搬送波追尾周波数ｆを求め、搬送波追尾ループ２６は、混合器５０が求めた搬送波追尾周波数ｆを用いて弱信号中の搬送波を追尾する。また、当該追尾チャンネル４４０のコード追尾ループ３８を構成する逓倍器５２は、混合器５０が出力する搬送波追尾周波数ｆとＩＦ中心周波数との差分周波数に１／１５４０を乗算することにより、搬送波に関わる追尾情報をコードに関わる追尾情報（コード追尾周波数）に変換し、コード追尾ループ３８は、逓倍器５２が変換した追尾情報を加えてＣ／Ａコードを追尾する。
【００８６】
これにより、弱信号の搬送波及びＣ／Ａコードに対する追尾性能をさらに向上させることが可能となる。
【００８７】
なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００８８】
１０、４０…衛星信号受信装置
１２ｉ、１２Ｎ、４２ｉ、４２Ｎ、１２０、４２０、４４０…追尾チャンネル
１４…測位演算器                        １６…フェーズローテータ
１８…相関器                            ２０、３０…ディスクリミネータ
２２、３２…ループフィルタ              ２４…キャリアＮＣＯ
２６…搬送波追尾ループ                  ３４…コードＮＣＯ
３６…コードジェネレータ                ３８…コード追尾ループ
４６…速度推定器                        ４８…周波数推定器
５０…混合器                            ５２…逓倍器
５４…加算器
【図１】
0005519223.tif 000007
【図２】
0005519223.tif 000008
【図３】
0005519223.tif 000009
【図４】
0005519223.tif 000010