(57)【要約】【課題】並進運動の急激な変化や回転運動などによる影響を受けることなく、航法メッセージなどの情報メッセージを正しく受信するための情報を提供し、そして、それら情報に基づいて情報メッセージを受信する。【解決手段】搬送波の追尾のために、受信した信号または相関値ベクトルを選択又は合成を行う代わりに、弁別値を選択又は合成する。さらに、搬送波の追尾方式として、周波数を追尾する周波数追尾方式（FLL: frequency lock loop）を用いる。【選択図】図２
2014001999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を受信する複数のアンテナと、
レプリカ信号と前記複数のアンテナそれぞれに対応する複数の受信信号とに基づいて複数の相関値を得る相関値演算部と、
前記複数の相関値それぞれに基づいて、搬送波の追尾のための複数の搬送波弁別値とコード追尾のための複数のコード位相弁別値とを得る弁別値演算部と、
前記複数の相関値の強度に基づいて、前記複数の搬送波弁別値から１つの搬送波弁別値を選択することによって、又は、前記複数の搬送波弁別値を合成することによって、選択合成搬送波弁別値を出力し、さらに、前記複数の相関値の強度に基づいて、前記複数のコード位相弁別値から１つのコード位相弁別値を選択することによって、又は、前記複数のコード位相弁別値を合成することによって、選択合成コード位相弁別値を出力する第１のスイッチ／合成器と、
前記選択合成搬送波弁別値及びコード位相弁別値に基づいて、前記レプリカ信号を生成するレプリカ信号生成器と、
を備える装置。
【請求項２】
前記第１のスイッチ／合成器は、前記複数の相関値の強度を比較し、強度が最も大きい相関値を特定し、特定された当該相関値に対応する搬送波弁別値を前記選択合成搬送波弁別値として出力することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のスイッチ／合成器は、前記複数の相関値の強度に基づいて、前記複数の相関値それぞれに対応する複数の搬送波弁別値を合成し、合成された搬送波弁別値を前記選択合成搬送波弁別値として出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記装置は、回転する物体に搭載されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の装置。
【請求項５】
前記複数のアンテナ間の距離が、前記信号の波長より大きく、又は、当該複数のアンテナと回転する物体の回転軸までの距離と回転周波数との積が１Ｈｚ・ｍ程度より大きいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の装置。
【請求項６】
前記第１のスイッチ／合成器は、前記複数の相関値の強度を比較し、強度が最も大きい相関値を特定し、特定された当該相関値に対応するコード位相弁別値を前記複数のコード位相弁別値から選択することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の装置。
【請求項７】
前記装置は、さらに、
前記複数の相関値に基づいて、前記複数の相関値それぞれについての発生しえる情報シンボル毎の尤度である複数の尤度を計算する尤度演算部と、
前記複数の相関値の強度を比較し、強度が最も大きい相関値についての発生しえる情報シンボル毎の尤度を前記複数の尤度から選択することによって、又は、前記複数の相関値の強度に基づいて、前記発生しえる情報シンボル毎に尤度を合成することによって、前記発生しえる情報シンボル毎の尤度を出力する第２のスイッチ／合成器と、
前記発生しえる情報シンボル毎の尤度を比較し、尤度が最も大きい情報シンボルを決定する情報シンボル決定部と、
前記決定された情報シンボルを所定の時間の間、収集することによって、情報シンボルのセットを生成し、当該情報シンボルのセットに基づいて、情報メッセージを生成するメッセージ生成部と、
を備える請求項１ないし６いずれか１つに記載の装置。
【請求項８】
前記尤度演算部は、前記選択合成搬送波弁別値が周波数弁別値である場合、前記複数の相関値に差動位相偏移（DPSK）復調を適用することによって、前記複数の相関値の追尾誤差周波数を推定する追尾誤差周波数推定部を有し、前記複数の相関値は、推定された前記周波数に基づいて補正されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記装置は、さらに、
前記選択合成搬送波弁別値が位相弁別値である場合、前記複数の相関値に位相偏移(PSK)復調することによって、情報メッセージを生成するメッセージ生成部を備える請求項１ないし７いずれか１つに記載の装置。
【請求項１０】
複数のアンテナにおいて信号を受信するステップ、
レプリカ信号と前記複数のアンテナそれぞれに対応する複数の受信信号とに基づいて複数の相関値を得るステップと、
前記複数の相関値それぞれに基づいて、搬送波の追尾のための複数の搬送波弁別値とコード追尾のための複数のコード位相弁別値とを得るステップと、
前記複数の相関値の強度に基づいて、前記複数の搬送波弁別値から１つの搬送波弁別値を選択することによって、又は、前記複数の搬送波弁別値を合成することによって、選択合成搬送波弁別値を出力し、さらに、前記複数の相関値の強度に基づいて、前記複数のコード位相弁別値から１つのコード位相弁別値を選択することによって、又は、前記複数のコード位相弁別値を合成することによって、選択合成コード位相弁別値を出力するステップと、
前記選択合成搬送波弁別値及びコード位相弁別値に基づいて、前記レプリカ信号を生成するステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
方法は、さらに、
前記複数の相関値に基づいて、前記複数の相関値それぞれについての発生しえる情報シンボル毎の尤度である複数の尤度を計算するステップと、
前記複数の相関値の強度を比較し、強度が最も大きい相関値についての発生しえる情報シンボル毎の尤度を前記複数の尤度から選択することによって、又は、前記複数の相関値の強度に基づいて、前記発生しえる情報シンボル毎に尤度を合成することによって、前記発生しえる情報シンボル毎の尤度を出力するステップと、
前記発生しえる情報シンボル毎の尤度を比較し、尤度が最も大きい情報シンボルを決定するステップと、
前記決定された情報シンボルを所定の時間の間、収集することによって、情報シンボルのセットを生成し、当該情報シンボルのセットに基づいて、情報メッセージを生成するステップと、
を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
一又は二以上の人工衛星と、
信号を受信する複数のアンテナと、
レプリカ信号と前記複数のアンテナそれぞれに対応する複数の受信信号とに基づいて複数の相関値を得る相関値演算部と、
前記複数の相関値それぞれに基づいて、搬送波の追尾のための複数の搬送波弁別値とコード追尾のための複数のコード位相弁別値とを得る弁別値演算部と、
前記複数の相関値の強度に基づいて、前記複数の搬送波弁別値から１つの搬送波弁別値を選択することによって、又は、前記複数の搬送波弁別値を合成することによって、選択合成搬送波弁別値を出力し、さらに、前記複数の相関値の強度に基づいて、前記複数のコード位相弁別値から１つのコード位相弁別値を選択することによって、又は、前記複数のコード位相弁別値を合成することによって、選択合成コード位相弁別値を出力する第１のスイッチ／合成器と、
前記選択合成搬送波弁別値及びコード位相弁別値に基づいて、前記レプリカ信号を生成するレプリカ信号生成器と、
を備えるシステム。
【請求項１３】
前記システムは、さらに、
前記複数の相関値に基づいて、前記複数の相関値それぞれについての発生しえる情報シンボル毎の尤度である複数の尤度を計算する尤度演算部と、
前記複数の相関値の強度を比較し、強度が最も大きい相関値についての発生しえる情報シンボル毎の尤度を前記複数の尤度から選択することによって、又は、前記複数の相関値の強度に基づいて、前記発生しえる情報シンボル毎に尤度を合成することによって、前記発生しえる情報シンボル毎の尤度を出力する第２のスイッチ／合成器と、
前記発生しえる情報シンボル毎の尤度を比較し、尤度が最も大きい情報シンボルを決定する情報シンボル決定部と、
前記決定された情報シンボルを所定の時間の間、収集することによって、情報シンボルのセットを生成し、当該情報シンボルのセットに基づいて、情報メッセージを生成するメッセージ生成部と、
を備える請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数アンテナからの信号を用いてメッセージを受信するための装置、その方法、及び、その装置を有するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
グローバルナビゲーションサテライトシステム（ＧＮＳＳ）において、大型の高速飛翔体に搭載される電波測位装置は、視野が全方向に確保されている必要がある。したがって、そのような電波測位装置は、飛翔体の機体形状の要請から複数のアンテナを搭載する。複数のアンテナを有する従来の電波測位装置は、受信した複数の信号を用いるために以下の方法を用いている。
(1)複数アンテナからの受信信号を単純に加え合わせる合成法
(2)受信信号の強いアンテナを選択する方法
(3)各アンテナの受信信号の強度と位相を推定し、強度による重み付けした平均の位相になるようにそれぞれの受信信号に位相角の回転を与えた後に信号合成を行なう方法。
【０００３】
(1)単純な信号合成法
測位装置において、アンテナは、ロケットなどの回転運動を伴う物体の側面に配置される。しかしながら、一つのアンテナでは人工衛星からの可視性が低いことから、人工衛星の方向に依存して測位信号を受信できない時間が発生する。この場合、測位が行えない可能性がある。複数のアンテナを有するマルチアンテナ測位受信機は、この問題を解決するために用いられる。測位を行う物体の表面上に複数のアンテナを配置し、各アンテナで受信された測位信号を単純に合成して測位計算を行うマルチアンテナ測位受信機がある（非特許文献１及び非特許文献２）。
【０００４】
このような複数のアンテナにおいて、あるアンテナとその隣のアンテナとの距離であるアンテナ間距離が測位信号の波長に対して充分に小さい場合、受信した複数の測位信号の位相差が問題となる可能性は低い。この場合、複数のアンテナで受信した測位信号は、複数の測位信号の位相差の影響を受けることなく、合成される。しかし、大型ロケットなどのようにアンテナ間距離が大きい場合、受信した複数の測位信号の位相差が問題となり、合成後の信号強度が極端に低下するNullと呼ばれる領域が生じてしまう。Nullとは、２つのアンテナにおいて受信される測位信号の経路差が半波長であるとき、それらの測位信号が逆位相で加算されるために打ち消し合い、合成後の信号強度が低下する現象である。そのため、Nullの生じた方向に存在する人工衛星からの測位信号が受信できないため、測位が行えなくなるという問題が発生する。
【０００５】
(2)アンテナを選択する法
複数のアンテナが受信した同一の測位信号から、品質のよい信号を優先的に用いる技術、受信した信号を合成して測位信号の品質を高める技術などが用いられている。それら技術は、一般にダイバーシティと呼ばれる。ダイバーシティには様々な種類の技術があるが、その中でも複数のアンテナを用意し、信号強度の強いアンテナからの測位信号のみを利用するアンテナ選択方式を利用したグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）受信機がある（特許文献１）。
【０００６】
しかしながら、アンテナ選択法では、物体が高速に回転する場合、アンテナを選択する時に急激で不連続な信号強度と位相の変化が周期的に発生するため受信が不安定になる。急激で不連続な位相の変化は、特に、位相変調された航法メッセージの復調に誤りを生じさせる。
【０００７】
(3)位相回転を伴う信号合成法
本技術は、複数のアンテナが受信した測位信号の振幅と位相角とを推定し、各信号にその振幅に基づいた重みを乗じ、さらに、各信号の位相が一致するように回転させて信号合成を行う方法である。本技術において、上記の重みを各信号の振幅に比例した値とする方法は最大比合成法として知られ、合成後の信号対雑音電力比が最大になるという特質を持っている。このため、複数のアンテナで受信された電波の信号強度を改善する手段として広く用いられている方法である。本技術において、前記回転後の位相を各アンテナの受信信号強度に基づいて重み付けした平均の位相にすることによってNullの領域をなくした複数アンテナを利用した測位システムがある（特許文献２）。
【０００８】
しかしながら、そのような信号合成方式において、信号追尾は正しく行うことができるが、測位に必要な航法メッセージの復調には困難が残る。
【０００９】
従来の位相回転を伴う信号合成方式は、各アンテナからの信号間の位相差を推定し、それを位相回転して位相差の補償を行う。位相差の推定を行う時間は、情報１ビットの信号持続時間より十分長く、運動の特徴的な時間よりも十分短いことが必要である。地上の通信システムにおける通信ビットレートは高く、さらに、地上の通信システムにおける移動体の上記の運動に特徴的な時間は位相差の推定を行う時間より長いことから、地上の通信システムは、従来の位相回転を伴う信号合成方式によって、位相差の推定を行うことができる。
【００１０】
一方、ＧＰＳにおける航法メッセージは、搬送波に毎秒５０bitと低速度で位相変調されており、１ビットの信号持続時間は２０msecである。３Hzでスピンしている大型ロケットでは、３個のアンテナが胴体側面に１２０°おきに搭載されているとすると、ある人工衛星を主に受信するアンテナが１１１msec毎に切り替わる。これにより、上記の運動の特徴的な時間はその半値(56msec)程度となる。これは２〜３ビットの信号持続時間に相当する。したがって、受信信号の位相差は、上記運動の特徴的な時間内に、正確にかつ運動に追随して推定されなければならない。受信信号間の位相差を短時間の間に推定するために、受信追尾ループの周波数帯域は、広帯域としなければならない。これは、熱雑音の寄与が大きくなることを意味する。半径が1m以上でスピンによる回転が１Hz 以上の場合、このような受信信号の高速な推定において、信号電力と熱雑音電力の比の点から、受信信号の位相差の推定に大きな誤差が生じるため、位相回転を伴う信号合成は正しく行えない。
【００１１】
また、たとえ上記合成が正しく行えた場合でも、隣接するアンテナからの受信信号が同程度の振幅であり、位相差がπラジアン程度ある場合には、合成後の信号の位相がπラジアン程度、瞬時に変化する可能性が残る。
【００１２】
したがって、(1)の単純な信号合成法では、Nullの問題があり、(2)のアンテナ選択法及び(3)の位相回転を伴う信号合成法では、安定な受信ができにくいばかりでなく、切り替えや合成による位相が瞬間的にπラジィアン程度変化することがおこる。この位相変化は、航法メッセージ情報の位相変化と区別がつかないため、情報ビットの復調誤りを発生させる。このため、数Hzでスピンする大型ロケットにおいて、上記の方式を用いた場合、航法メッセージの復調誤り率が大きいため、測位機能の信頼性と確実性に問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０００−２７５３１６号公報
【特許文献２】特願２０１０−１３９４３９号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Markgraf, M., et al., “A low cost GPS system for real-time tracking of sounding rockets”, 15th ESA Symposium of European Rocket and Balloon Programmes and Related Research, ESA SP-471, ISBN 92-9092-725-9, 2001, pp. 495-502
【非特許文献２】Endrle, W., et al., “A Simple and Low Cost Two-Antennas Concept for the Tracking of a Sounding Rocket Trajectory using GPS”, Proceedings of ION GPS 2000, pp. 376-383.
【非特許文献３】播磨健、斎藤宏文、 “ロケット搭載GPS受信機における周波数推定をともなう航法メッセージ復調のシミュレーション” SANE2010-119, 信学技報, vol. 110, no. 308, pp.13-18, Nov 2010
【非特許文献４】Elliott D Kaplan, Christopher Hegarty, Understanding CPS: Principles And Applications Artech House Mobile Communications ARTECH HOUSE, LONDON, 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来技術では、搬送波及びコードの追尾のために、受信した信号を選択又は合成を行っていたのに対し、本発明の実施例は、搬送波及びコードの弁別値を選択又は合成する。これにより、相関値ベクトルの合成を行う時に発生する可能性がある信号強度の急激な変化や位相の変化の影響が排除される。したがって、本発明に実施例は、並進運動の急激な変化や回転運動などによる影響を受けることなく、航法メッセージなどの情報メッセージを正しく受信するための情報を提供し、そして、それら情報に基づいて情報メッセージを受信することができる。
【００１６】
さらに、一般的に、位相変調された信号では、搬送波の追尾方式には、位相追尾方式（PLL: phase lock loop）が用いられるが、本発明の実施例は、搬送波の追尾方式として、周波数を追尾する周波数追尾方式（FLL: frequency lock loop）を用いる。これにより、本発明の実施例は、並進運動の急激な変化（加速度の変化であるジャーク）によって発生するドップラー周波数の変化などによる影響を受けることなく、航法メッセージなどの情報メッセージを正しく生成するための情報を提供し、そして、それら情報に基づいて情報メッセージを生成する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の実施例による、装置は、信号を受信する複数のアンテナと、レプリカ信号と複数のアンテナそれぞれに対応する複数の受信信号とに基づいて複数の相関値を得る相関値演算部と、複数の相関値それぞれに基づいて、搬送波の追尾のための複数の搬送波弁別値とコード追尾のための複数のコード位相弁別値とを得る弁別値演算部と、複数の相関値の強度に基づいて、複数の搬送波弁別値から１つの搬送波弁別値を選択することによって、又は、複数の搬送波弁別値を合成することによって、選択合成搬送波弁別値を出力し、さらに、複数の相関値の強度に基づいて、複数のコード位相弁別値から１つのコード位相弁別値を選択することによって、又は、複数のコード位相弁別値を合成することによって、選択合成コード位相弁別値を出力する第１のスイッチ／合成器と、選択合成搬送波弁別値及びコード位相弁別値に基づいて、レプリカ信号を生成するレプリカ信号生成器とを備えることができる。
【００１８】
本発明の実施例による、装置は、さらに、複数の相関値を復調することによって、複数の相関値それぞれについての発生しえる情報シンボル毎の尤度である複数の尤度を計算する尤度演算部と、複数の相関値の強度を比較し、強度が最も大きい相関値についての発生しえる情報シンボル毎の尤度を複数の尤度から選択することによって、又は、複数の相関値の強度に基づいて、発生しえる情報シンボル毎に尤度を合成することによって、発生しえる情報シンボル毎の尤度を出力する第２のスイッチ／合成器と、発生しえる情報シンボル毎の尤度を比較し、尤度が最も大きい情報シンボルを決定する情報シンボル決定部と、決定された情報シンボルを所定の時間の間、収集することによって、情報シンボルのセットを生成し、情報シンボルのセットに基づいて、情報メッセージを生成するメッセージ生成部とを備えることができる。
【００１９】
本発明の実施例による、方法は、複数のアンテナにおいて信号を受信するステップ、レプリカ信号と複数のアンテナそれぞれに対応する複数の受信信号とに基づいて複数の相関値を得るステップと、複数の相関値それぞれに基づいて、搬送波の追尾のための複数の搬送波弁別値とコード追尾のための複数のコード位相弁別値とを得るステップと、複数の相関値の強度に基づいて、複数の搬送波弁別値から１つの搬送波弁別値を選択することによって、又は、複数の搬送波弁別値を合成することによって、選択合成搬送波弁別値を出力し、さらに、複数の相関値の強度に基づいて、複数のコード位相弁別値から１つのコード位相弁別値を選択することによって、又は、複数のコード位相弁別値を合成することによって、選択合成コード位相弁別値を出力するステップと、選択合成搬送波弁別値及びコード位相弁別値に基づいて、レプリカ信号を生成するステップとを含むことができる。
【００２０】
本発明の実施例による、方法は、さらに、複数の相関値を復調することによって、複数の相関値それぞれについての発生しえる情報シンボル毎の尤度である複数の尤度を計算するステップと、複数の相関値の強度を比較し、強度が最も大きい相関値についての発生しえる情報シンボル毎の尤度を複数の尤度から選択することによって、又は、複数の相関値の強度に基づいて、発生しえる情報シンボル毎に尤度を合成することによって、発生しえる情報シンボル毎の尤度を出力するステップと、発生しえる情報シンボル毎の尤度を比較し、尤度が最も大きい情報シンボルを決定するステップと、決定された情報シンボルを所定の時間の間、収集することによって、情報シンボルのセットを生成し、情報シンボルのセットに基づいて、情報メッセージを生成するステップとを含むことができる。
【００２１】
本発明の実施例による、システムは、一又は二以上の人工衛星と、信号を受信する複数のアンテナと、レプリカ信号と複数のアンテナそれぞれに対応する複数の受信信号とに基づいて複数の相関値を得る相関値演算部と、複数の相関値それぞれに基づいて、搬送波の追尾のための複数の搬送波弁別値とコード追尾のための複数のコード位相弁別値とを得る弁別値演算部と、複数の相関値の強度に基づいて、複数の搬送波弁別値から１つの搬送波弁別値を選択することによって、又は、複数の搬送波弁別値を合成することによって、選択合成搬送波弁別値を出力し、さらに、複数の相関値の強度に基づいて、複数のコード位相弁別値から１つのコード位相弁別値を選択することによって、又は、複数のコード位相弁別値を合成することによって、選択合成コード位相弁別値を出力する第１のスイッチ／合成器と、選択合成搬送波弁別値及びコード位相弁別値に基づいて、レプリカ信号を生成するレプリカ信号生成器とを備えることができる。
【００２２】
本発明の実施例による、システムは、さらに、複数の相関値を復調することによって、複数の相関値それぞれについての発生しえる情報シンボル毎の尤度である複数の尤度を計算する尤度演算部と、複数の相関値の強度を比較し、強度が最も大きい相関値についての発生しえる情報シンボル毎の尤度を複数の尤度から選択することによって、又は、複数の相関値の強度に基づいて、発生しえる情報シンボル毎に尤度を合成することによって、発生しえる情報シンボル毎の尤度を出力する第２のスイッチ／合成器と、発生しえる情報シンボル毎の尤度を比較し、尤度が最も大きい情報シンボルを決定する情報シンボル決定部と、決定された情報シンボルを所定の時間の間、収集することによって、情報シンボルのセットを生成し、情報シンボルのセットに基づいて、情報メッセージを生成するメッセージ生成部とを備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】本発明の実施例に係るグローバルナビゲーションサテライトシステム（ＧＮＳＳ）の全体を示した図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示されている矢印の方向から見た回転体を示した図である。
【図２】測位装置を示した図である。
【図３】情報メッセージのビットパターン、生成した情報シンボルのセットを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［実施例１］
図１Ａは、本発明の実施例に係るグローバルナビゲーションサテライトシステム（ＧＮＳＳ）の全体１００を示した図である。ＧＮＳＳ１００は、少なくとも一つの人工衛星１０５と回転する物体１１０とを有する。物体１１０は、第１のアンテナ１１５及び第２のアンテナ１２０を有する。アンテナ１１５及び１２０は、人工衛星１０５から測位信号１３０を受信する。物体１１０は、ロケット、人工衛星、航空機などとすることができる。
【００２５】
本実施例において、測位信号を送信する人工衛星１０５は一つのみが示されているが、２以上の人工衛星を有するシステムにおいても本実施例を用いることができる。物体１１０は、円柱として示されているが、角柱、立方体、円錐など他の形状であってもよい。
【００２６】
以下、本発明の実施例をＧＮＳＳのうちの一つであるグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）を用いて説明する。しかしながら、これは、本発明の実施例をＧＮＳＳ又はＧＰＳのみに用いることを意図するものではない。例えば、地上における地上局から物体にコマンド等のメッセージを送るシステム、地上における地上局と物体との間でレーダを用いて位置探査を行う２次レーダーシステムなどの他の同様なシステムにも、本発明の実施例を用いることができることは、当業者によって理解可能であろう。
【００２７】
さらに、二つの物体からなるシステムにおいて、運動する物体にコマンド等のメッセージを送るとき、又は、２次レーダシステムにおいて、運動する物体の位置同定を行うとき、本発明の実施例を用いることができることは、当業者によって理解可能であろう。
【００２８】
図１Ｂは、図１Ａに示されている矢印１５０の方向から見た物体１１０を示した図である。アンテナ１１５及び１２０は、物体１１０に搭載されている。また、図１Ｂにおいて、第１のアンテナ１１５と第２のアンテナ１２０は対向しているが、各アンテナは対向していなくてもよい、さらに、各アンテナは、高さ方向において異なる高さで搭載されていてもよい。
【００２９】
図２は、測位装置２００を示した図である。測位装置２００は、少なくとも、第１のアンテナ１１５、第２のアンテナ１２０、第１の相関値演算部２０５、第２の相関値演算部２１０、第１の尤度演算部２１５、第２の尤度演算部２２０、第１の弁別値演算部２２５、第２の弁別値演算部２３０、第１のスイッチ／合成器２３５、レプリカ信号生成器２４０、第２のスイッチ／合成器２４５、情報シンボル決定部２４７、メッセージ生成部２５０を備える。
【００３０】
第１のアンテナ１１５及び第２のアンテナ１２０は、人工衛星１０５が送信した測位信号１３０を受信信号として受信する。第１の相関値演算部２０５は、ベクトルで表される相関値を計算する。第１の相関値演算部２０５は、アンテナ１１５が受信した測位信号及びレプリカ信号のうちの一方の時間をシフトさせる。そして、第１の相関値演算部２０５は、シフトさせた信号と他方の信号との積を計算し、所定の時間、この積を加算することによって、相関値を得る。
【００３１】
第２の相関値演算部２１０は、第１の相関値演算部２０５と同様に、アンテナ１２０が受信した測位信号とレプリカ信号とに基づいて、ベクトルで表される第２の相関値を生成する。第１の相関値演算部２０５及び第２の相関値演算部２１０は、共通のレプリカ信号を用いる。
【００３２】
第１の弁別値演算部２２５及び第２の弁別値演算部２３０は、搬送波の追尾方式として周波数追尾方式を用いて、搬送波についての周波数弁別値である搬送波周波数弁別値を計算する。第１の弁別値演算部２２５は、第１の相関値に基づいて、第１の搬送波周波数弁別値を計算する。第２の弁別値演算部２３０は、第１の弁別値演算部２２５と同様に、第２の相関値に基づいて、第２の搬送波周波数弁別値を計算する。
【００３３】
他の実施例において、第１の弁別値演算部２２５及び第２の弁別値演算部２３０は、搬送波の追尾方式として位相追尾方式を用いて、搬送波についての位相弁別値である搬送波位相弁別値を計算する。第１の弁別値演算部２２５は、第１の相関値に基づいて、第１の搬送波位相弁別値を計算する。第２の弁別値演算部２３０は、第１の弁別値演算部２２５と同様に、第２の相関値に基づいて、第２の搬送波位相弁別値を計算する。
【００３４】
以下の説明において、搬送波弁別値は、搬送波周波数弁別値及び／又は搬送波位相弁別値を含む。
【００３５】
第１弁別値演算部２２５及び第２の弁別値演算部２３０は、コードの追尾方式として位相追尾方式を用いて、コードについての位相弁別値であるコード位相弁別値を計算する。第１の弁別値演算部２２５は、第１の相関値に基づいて、第１のコード位相弁別値を計算する。第２の弁別値演算部２３０は、第１の弁別値演算部２２５と同様に、第２の相関値に基づいて、第２のコード位相弁別値を計算する。
【００３６】
第１のスイッチ／合成器２３５は、合成器の機能を有している。合成器は、第１の相関値の絶対値（第１の相関値の強度）と第２の相関値の絶対値（第２の相関値の強度）とに基づいて、第１の相関値に対応する第１の搬送波弁別値と第２の相関値に対応する第２の搬送波弁別値とを重み付けして合成する。第１のスイッチ／合成器２３５は、合成した搬送波弁別値を出力する。なお、合成の方法は、最大比合成方式、等利得合成法など他の既知の方式とすることができる。
【００３７】
他の実施例において、第１のスイッチ／合成器２３５は、スイッチの機能を有している。スイッチは、第１の相関値の強度と第２の相関値の強度とを比較し、強度が大きい相関値を特定する。第１のスイッチ／合成器２３５は、その特定された相関値に対応する搬送波弁別値を出力する。他の実施例において、アンテナが３つ以上ある場合、第１のスイッチ／合成器２３５は、強度が最も大きい相関値を特定する。
【００３８】
第１のスイッチ／合成器２３５は、第１及び第２のコード位相弁別値を、搬送波弁別値と同様に選択又は合成する。
【００３９】
他の実施例において、第１のスイッチ／合成器２３５は、第１及び第２のコード位相弁別値を合成することなく、選択のみするようにしてもよい。例えば、コードがＧＰＳにおける距測コードである場合、距測コードの生成において、コードの分解能（１チップ当たり約２９３ｍ）が複数のアンテナ間の距離に比べて十分大きいことから、位相変調された航法メッセージにおける問題は、距測コードの生成において発生する可能性が低いからである。
【００４０】
本発明の実施例において、第１のスイッチ／合成器２３５は、所定の時間の間隔で搬送波弁別値の選択又は合成を行うことができる。他の実施例において、第１のスイッチ／合成器２３５は、搬送波弁別値の選択と合成とを組み合わせることができる。
【００４１】
同様に、第１のスイッチ／合成器２３５は、所定の時間の間隔でコード位相弁別値の選択又は合成を行うことができる。他の実施例において、第１のスイッチ／合成器２３５は、コード位相弁別値の選択と合成とを組み合わせることができる。
【００４２】
したがって、本発明の実施例は、第１のスイッチ／合成器２３５を用いることによって、大きい電力を受信しているアンテナの寄与を大きくすることができる。また、従来技術は、搬送波及びコードの追尾のために、受信した信号または相関値ベクトルを選択又は合成を行っていたのに対し、本発明の実施例において、スイッチ／合成器は、弁別値を選択又は合成する。これにより、本発明の実施例は、相関値ベクトルの合成を行う時に発生する可能性がある信号強度の急激な変化（フェーディング）や位相の変化の影響を排除することができる。
【００４３】
レプリカ信号生成器２４０は、第１のスイッチ／合成器２３５から出力される搬送波弁別値及びコード位相弁別値に基づいて、レプリカ信号を出力する。したがって、レプリカ信号生成器２４０は、搬送波及びコードの追尾に関して、第１のスイッチ／合成器２３５において信号強度の急激な変化（フェーディング）や位相の変化の影響が排除された搬送波及びコードの弁別値に基づいて、レプリカ信号を生成及び出力することができる。
【００４４】
本発明の実施例において、搬送波の追尾に関して、周波数追尾が用いられた（搬送波弁別値が搬送波周波数弁別値である）場合、搬送波の位相の絶対値は、特定されていない。したがって、本発明の実施例において、位相の絶対値がゼロかπであるかによって表される情報メッセージは、第１の相関値及び／又は第２の相関値を位相偏移(PSK)復調することによって得ることはできない。そこで、本発明の実施例は、差動位相偏移（DPSK）復調を用いる。
【００４５】
本発明の実施例において、搬送波の追尾に関して、位相追尾が用いられた（搬送波弁別値が搬送波位相弁別値である）場合、第１の尤度演算部２１５及び第２の尤度演算部２２０において位相偏移(PSK)復調が用いられる。
【００４６】
第１の尤度演算部２１５は、第１の相関値を復調することによって、発生しえる情報シンボル毎に尤度を計算することができる。例えば、GPSにおける航法メッセージなどの情報メッセージは、位相の絶対値がゼロかπであるかによって表される。したがって、DPSK復調において、発生し得る情報シンボルは、位相の反転がない第１の情報シンボル及び位相の反転がある第２の情報シンボルとの２つとなる。また、PSK復調において、発生し得る情報シンボルは、０相を示す第１の情報シンボル及びπ相を示す第２のシンボルの２つとなる。
【００４７】
第１の尤度演算部２１５は、第１の相関値信号と第１の情報シンボルの複素共役波形とを混合し、第１の混合値を得る。そして、第１の尤度演算部２１５は、１つの情報シンボルの継続時間の間、第１の混合値の和を計算することによって第１の和（すなわち、第１の混合値を所定の時間、積分した値）を得る。さらに、第１の尤度演算部２１５は、第１の相関値信号と第２の情報シンボルの複素共役波形とを混合し、第２の混合値を得る。そして、第１の尤度演算部２１５は、上記情報シンボルの継続時間の間、第２の混合値の和を計算することによって第２の和を得る。第１の尤度演算部２１５は、第１の和及び第２の和に基づいて、第１の相関値についての第１の情報シンボルの尤度及び第２の情報シンボルの尤度を計算し、出力する。他の実施例において、情報シンボルが３つ以上ある場合、第１の尤度演算部２１５は、第１の相関値に基づいて、複数の情報シンボルそれぞれに対応する複数の尤度を得る。ここで、得られる尤度の数は、情報シンボルの数に対応する。
【００４８】
さらに、第２の尤度演算部２２０は、第１の尤度演算部２１５と同様に、第２の相関値信号と、第１の情報シンボルと、第２の情報シンボルとを用いて、第２の相関値についての第１の和及び第２の和を計算する。第２の尤度演算部２２０は、第１の和及び第２の和に基づいて、第２の相関値についての第１の情報シンボルの尤度及び第２の情報シンボルの尤度を計算し、出力する。第２の尤度演算部２２０で用いられる第１及び第２の情報シンボルは、それぞれ、第１の尤度演算部２１５で用いられる第１及び第２の情報シンボルと同じである。第２の尤度演算部２２０は、第１の尤度演算部２１５と同様に、第２の相関値に基づいて、複数の情報シンボルそれぞれに対応する複数の尤度を得る。
【００４９】
第２のスイッチ／合成器２４５は、尤度演算部２１５から第１の相関値についての第１の情報シンボルの尤度及び第２の情報シンボルの尤度、並びに、第２の尤度演算部２２０から第２の相関値についての第１の情報シンボルの尤度及び第２の情報シンボルの尤度を受ける。
【００５０】
第２のスイッチ／合成器２４５は、合成器の機能を有している。合成器は、第１の相関値の強度と第２の相関値の強度とに基づいて、第１の相関値についての第１の情報シンボルの尤度と第２の相関値についての第１の情報シンボルの尤度とを重み付けして合成することによって第１の情報シンボルの尤度の合成値を生成する。同様に、合成器は、当該２つの相関値の強度に基づいて、第１の相関値についての第２の情報シンボルの尤度と第２の相関値についての第２の情報シンボルの尤度とを重み付けして合成することによって第２の情報シンボルの尤度の合成値を生成する。そして、第２のスイッチ／合成器２４５は、第１の情報シンボルの尤度の合成値及び第２の情報シンボルの尤度の合成値を出力する。
【００５１】
なお、第２のスイッチ／合成器２４５で用いられる合成の方法は、最大比合成方式、等利得合成法など他の既知の方式とすることができる。
【００５２】
他の実施例において、第２のスイッチ／合成器２４５は、スイッチの機能を有している。スイッチは、第１の相関値の強度と第２の相関値の強度とを比較し、強度が大きい相関値を特定する。第２のスイッチ／合成器２４５は、特定された相関値についての第１の情報シンボルの尤度と第２の情報シンボルの尤度とを選択する。第２のスイッチ／合成器２４５は、選択された第１の情報シンボルの尤度と第２の情報シンボルの尤度とをそれぞれ選択した尤度として出力する。他の実施例において、アンテナが３つ以上ある場合、第２のスイッチ／合成器２４５は、強度が最も大きい相関値を特定する。
【００５３】
従来技術では、受信した測位信号またはベクトルである相関値を選択又は合成していたのに対して、本発明の実施例は、尤度を選択又は合成する。これにより、本発明の実施例は、受信信号や相関値ベクトルの合成を行うときに発生する可能性がある急激な信号強度の変化や位相の変化の影響を排除できる。特に、情報メッセージが位相変調されている場合、急激な位相の変化を排除することによって、情報の誤り率が大幅に改善する。
【００５４】
本発明の実施例において、第２のスイッチ／合成器２４５は、所定の時間の間隔で選択又は合成を行うことができる。他の実施例において、第２のスイッチ／合成器２４５は、選択と合成とを組み合わせることができる。
【００５５】
情報シンボル決定部２４７は、第２のスイッチ／合成器２４５が出力した第１の情報シンボルの尤度及び第２の情報シンボルの尤度を比較し、より尤度が高い情報シンボルを決定する。情報シンボルが３つ以上ある場合、情報シンボル決定部２４７は、３つの情報シンボルそれぞれに対応する尤度から最も高い尤度の情報シンボルを決定する。
【００５６】
メッセージ生成部２５０は、情報シンボル決定部２４７からの出力である決定された情報シンボルを受け、その決定された情報シンボルを所定の時間の間、収集することによって情報シンボルのセットを生成する。
【００５７】
本実施例において、搬送波の追尾に関して、位相追尾が用いられた（搬送波弁別値が搬送波位相弁別値である）場合、生成された情報シンボルのセットを情報メッセージとして出力する。
【００５８】
搬送波の追尾に関して、周波数追尾が用いられた（搬送波弁別値が搬送波周波数弁別値である）場合、メッセージ生成部２５０は、生成した情報シンボルのセットと測位装置２００の記憶装置に予め保存されている情報メッセージにおける既知のビットパターンとに基づいて、情報メッセージ全体にわたりＤＰＳＫ復調の位相の絶対値を決定して、生成した情報シンボルのセットから情報メッセージを生成し、出力する。
【００５９】
上記の情報メッセージの生成を図３を用いて説明する。図３は、情報メッセージのビットパターン３０５、生成した情報シンボルのセット３１５を示した図である。図３において、情報メッセージの第１から第６ビットは既知であり、第７ビット（ｍ１）及び８ビット（ｍ２）は既知ではない。ここで、ビットパターン３０５において、情報メッセージの既知の部分である第１ビット「０」と第２ビット「０」とは同じであり、第２ビット「０」と第３ビット「１」は異なっている。生成した情報シンボル３１５では、第１シンボルは、情報メッセージの第１ビットと第２ビットとの間にビットの反転が無いことを示す「０」であり、第２シンボルは、情報メッセージの第２ビットと第３ビットとの間にビットの反転があることを示す「１」である。したがって、情報シンボル３１５の第１シンボル及び第２シンボルは、既知の部分である第１から第３ビットと整合する。以下同様に、情報メッセージの既知部分では、生成された情報シンボルに誤りがないことが確認できる。
【００６０】
メッセージ生成部２５０は、情報メッセージのビットパターン３０５の第６ビット「０」、並びに、生成した情報シンボルのセットにおける第６及び第７情報シンボル「１，０」に基づいて、既知ではない情報メッセージ部分を生成する。図３において、第６ビットが「０」であり、第６情報シンボルが「１」であるから、第７ビット（ｍ１）は、「１」となる。そして、第７ビット（ｍ１）が「１」であり、第７情報シンボルが「０」であるから、第８ビット（ｍ２）は、「１」となる。このようにして、メッセージ生成部２５０は、情報メッセージを生成することができる。
【００６１】
上記の情報メッセージは、例えば、GPSにおける航法メッセージに相当する。また、上記既知のビットパターン又は既知の情報部分は、例えば、航法メッセージにおけるプリアンブル部に相当する。
【００６２】
複数のアンテナ間の距離が搬送波の波長より大きい場合、又は、アンテナと回転する物体１１０の回転軸までの距離と回転周波数との積が１Ｈｚ・ｍ程度より大きい場合、本発明の実施例は、特に有効である。このような場合、各アンテナが受信する信号の搬送波位相がそれぞれ大きく異なるため、又は、受信ドップラー周波数がそれぞれ大きく異なるため、測位信号や相関値に基づいて、アンテナについて測位信号や相関値の選択や合成を行う従来の方法では、時間的に安定な搬送波の追尾と情報メッセージの解読とが困難になるからである。本発明の実施例は、測位信号及び相関値に基づいて、アンテナについて測位信号や相関値の選択や合成を行わないため、この困難を回避できる。
【００６３】
［実施例２］
第１の尤度演算部２１５及び第２の尤度演算部２２０は、追尾誤差周波数推定部（図示せず）を有することができる。搬送波の弁別値が周波数弁別値である場合、第１の尤度演算部２１５及び第２の尤度演算部２２０は、追尾誤差周波数推定部を用いる。搬送波を追尾するための周波数追尾が急激な搬送波の周波数変化に追随できない場合、相関値出力は追尾誤差周波数で時間変動をする。この場合、第１の尤度演算部２１５の追尾誤差周波数推定部は、第１の相関値についての第１の混合値を用いて、情報シンボルが第１の情報シンボルであると仮定された場合の追尾誤差周波数を、１つの情報シンボルの継続時間内で推定する。そして、第１の尤度演算部２１５は、第１の相関値についての第１の混合値と推定した追尾誤差周波数の符号を反転させた周波数を持つ複素表現した正弦波信号とを混合し、１つの情報シンボルの継続時間内で、この混合した値の和を計算することによって上述の第１の和を得ることができる。これにより、第１の相関値に含まれていた追尾誤差周波数の影響を補正することができる。
【００６４】
本実施例において、追尾誤差周波数を推定する時間を１つの情報シンボルの継続時間としたが、スピンがさらに高速である場合、又は、ロケットがさらに大型の場合、搬送波周波数の変化がさらに急激となる。この場合、１つの情報シンボルの継続時間内に追尾誤差周波数が大きく時間変化してしまうことから、上記の１つの情報シンボルの継続時間を用いた推定では、十分に第一の和を補正することができない。追尾誤差周波数推定部は、１つの情報シンボルの継続時間を複数の時間区間に分割してその時間区間毎に、周波数を推定し、追尾誤差周波数の影響を補正しつつ第一の和の部分和を求めて、その部分和を足し合わせることによって、１つの情報シンボルの継続時間内にわたる第１の和を得ることができる。
【００６５】
上記追尾誤差周波数推定部は、第１の相関値についての第２の混合値を用いて、第２の情報シンボルを仮定した場合、第２の相関値についての第１の混合値を用いて、第１の情報シンボルを仮定した場合、及び、第２の相関値についての第２の混合値を用いて、第２の情報シンボルを仮定した場合にも、同様に本推定手法を適用することができる。これにより、１情報シンボルの継続時間内で、追尾誤差周波数が無視できない程度に時間変化する場合であっても、より正確に情報シンボルが特定される。なお、追尾誤差周波数推定部は、推定法として、最尤（ML）法、Kay法、Quinn-Fernandes法の一部又はそれらの組み合わせ、さらには、他の適切な方法を用いることができる。なお、測位装置２００の演算能力が限られている場合、ML法より計算量を削減することができるKay法、Quinn-Fernandes法、又は、Kay法とQuinn-Fernandes法との組み合わせを用いることが望ましい。
【００６６】
［実施例３］
従来技術において、位相を追尾する位相追尾方式は、搬送波の追尾方式として用いられている。位相追尾方式は、測距精度に優れているが、並進運動などの急激な変化（加速度の変化であるジャーク）に脆弱である。
【００６７】
したがって、物体１１０のスピンが無い又は少ないとき、又は、物体１１０の並進運動が激しくないとき、測位装置２００は、搬送波の追尾方式として、周波数追尾方式に代えて、位相追尾方式を用いることができる。これにより、測位装置２００は、より高い測距精度を得ることができる。
【００６８】
上記の各実施例において、二位相偏移(BPSK)によって変調された情報メッセージについて説明したが、四位相偏移(QPSK)などの他の方法によって変調された情報メッセージを用いた技術にも、その変調の方法に対応する情報シンボルを用いることによって、本発明の実施例を用いることができることは当業者によって明らかであろう。
【００６９】
上記の各実施例において、測位装置２００の各要素は、ハードウエアとして実現されているが、それら要素の一部又は全部は、コンピュータプログラムなどのソフトウエアとして実現されていてもよい。測位装置２００は、コンピュータプログラムを測位装置２００の記憶装置に保存することができる。測位装置２００又は測位装置２００のプロセッサは、記憶装置に保存されているコンピュータプログラムをRAMなどのメモリにロードし、測位装置２００の上記の各要素をステップとして実行することができる。
【００７０】
上記の各実施例において、測位装置２００は、位相偏移変調された情報メッセージの信号を受信する装置の一例である。他の変調方式による情報メッセージの信号を受信する他の装置において、上記の各実施例が用いられていてもよい。
【００７１】
上記の各実施例において、測位信号は、システムにおいて送信される信号の一例である。上記の各実施例において、測位信号に代えて他の信号が送信されていてもよい。
【００７２】
上記の実施例において示した「第１の相関値演算部」及び「第２の相関値演算部」は、特許請求の範囲に記載した「相関値演算部」の一例である。上記の実施例において、説明をより理解しやすくするために複数の相関値演算部が示されているが、上記の実施例は、１つの相関値演算部を用いて実現することもできる。
【００７３】
上記の実施例において示した「第１の弁別値演算部」及び「第２の弁別値演算部」は、特許請求の範囲に記載した「弁別値演算部」の一例である。上記の実施例において、説明をより理解しやすくするために複数の弁別値演算部が示されているが、上記の実施例は、１つの弁別値演算部を用いて実現することもできる。
【００７４】
上記の実施例において示した「第１の尤度演算部」及び「第２の尤度演算部」は、特許請求の範囲に記載した「尤度演算部」の一例である。上記の実施例において、説明をより理解しやすくするために複数の復調器が示されているが、上記の実施例は、１つの尤度演算部を用いて実現することもできる。
【００７５】
上記の実施例において、測位装置２００は、２つのアンテナを有しているが、３つ以上のアンテナを有していてもよい。
【００７６】
以上に説明してきた各実施例は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない限り、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１００  グローバルナビゲーションサテライトシステム
１０５  人工衛星
１１０  物体
１１５  第１のアンテナ
１２０  第２のアンテナ
２０５  第１の相関値演算部
２１０  第２の相関値演算部
２１５  第１の尤度演算部
２２０  第２の尤度演算部
２２５  第１の弁別値演算部
２３０  第２の弁別値演算部
２３５  第１のスイッチ／合成器
２４０  レプリカ信号生成器
２４５  第２のスイッチ／合成器
２４７  情報シンボル決定部
２５０  メッセージ生成部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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