(57)【要約】【課題】少なくとも位置計算可能条件は満たしているときには、速度計算可能条件に関係なく、位置計算を可能とする衛星信号受信処理装置を提供する。【解決手段】複数の人工衛星からの拡散符号によりスペクトラム拡散された信号を受信し、その受信信号に基づいて自装置の位置および自装置の速度を算出する衛星信号受信処理装置である。複数の人工衛星の集合から、軌道情報が既知であり、かつ、拡散符号の発信時刻が既知である人工衛星の集合を、自装置の位置の算出に使用する位置算出用人工衛星の集合として決定する位置算出用衛星決定手段と、複数の人工衛星の集合から、軌道情報が既知であり、かつ、受信信号の搬送波周波数が安定していると判断された人工衛星の集合を、自装置の速度の算出に使用する速度算出用人工衛星の集合として決定する速度算出用衛星決定手段とを備える。【選択図】図１
2006038792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の人工衛星からの拡散符号によりスペクトラム拡散された信号を受信し、その受信信号に基づいて自装置の位置および自装置の速度を算出する衛星信号受信処理装置において、
複数の人工衛星の集合から、前記人工衛星の軌道情報が既知であり、かつ、前記拡散符号の発信時刻が既知である人工衛星の集合を、自装置の位置の算出に使用する位置算出用人工衛星の集合として決定する位置算出用衛星決定手段と、
前記複数の人工衛星の集合から、前記人工衛星の軌道情報が既知であり、かつ、前記受信信号の搬送波周波数が安定していると判断された人工衛星の集合を、自装置の速度の算出に使用する速度算出用人工衛星の集合として決定する速度算出用衛星決定手段と、
を備えることを特徴とする衛星信号受信処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の衛星信号受信処理装置において、
前記位置算出用衛星決定手段および前記速度算出用衛星決定手段は、前記受信信号について前記拡散符号および前記搬送波周波数の同期保持がなされている複数の人工衛星の集合から、前記位置算出用衛星の集合および前記速度算出用衛星の集合を決定する
ことを特徴とする衛星信号受信処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の衛星信号受信処理装置において、
前記位置算出用人工衛星の配置から定まる精度指標が、予め定められた位置精度指標閾値以下のときのみ前記自装置の位置の計算を行ない、
前記速度算出用人工衛星の配置から定まる精度指標が、予め前記位置精度指標閾値とは独立に定められた速度精度指標閾値以下のときのみ前記自装置の速度の計算を行なう
ことを特徴とする衛星信号受信処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の衛星信号受信処理装置において、
前記位置精度指標閾値および前記速度精度指標閾値は、ＤＯＰ（ｄｉｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；精度低下率）を用いたものである
ことを特徴とする衛星信号受信処理装置。
【請求項５】
複数の人工衛星からの拡散符号によりスペクトラム拡散された信号を受信し、その受信信号に基づいて自装置の位置および自装置の速度を算出する衛星信号受信処理装置において、
前記受信信号について前記拡散符号および前記搬送波周波数の同期保持がなされている複数の人工衛星の集合のうちの、自装置の測位計算に用いる複数個の人工衛星の配置から定まる精度指標が、予め定められた位置精度指標閾値以下である前記複数個の人工衛星からの受信信号を用いて測位計算を実行する手段と、
前記受信信号について前記拡散符号および前記搬送波周波数の同期保持がなされている複数の人工衛星の集合のうちの、自装置の速度計算に用いる複数個の人工衛星の配置から定まる精度指標が、予め前記位置精度指標閾値とは独立に定められた速度精度指標閾値以下である前記複数個の人工衛星からの受信信号を用いて前記速度計算を実行する手段と
を備える人工衛星信号受信装置。
【請求項６】
請求項５に記載の衛星信号受信処理装置において、
前記位置精度指標閾値および前記速度精度指標閾値は、ＤＯＰ（ｄｉｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；精度低下率）を用いたものである
ことを特徴とする衛星信号受信処理装置。
【請求項７】
複数の人工衛星からの拡散符号によりスペクトラム拡散された信号を受信し、その受信信号に基づいて自装置の位置および自装置の速度を算出する衛星信号受信処理方法において、
複数の人工衛星の集合から、前記人工衛星の軌道情報が既知であり、かつ、前記拡散符号の発信時刻が既知である人工衛星の集合を、自装置の位置の算出に使用する位置算出用人工衛星の集合として決定する位置算出用衛星決定工程と、
前記複数の人工衛星の集合から、前記人工衛星の軌道情報が既知であり、かつ、前記受信信号の搬送波周波数が安定していると判断された人工衛星の集合を、自装置の速度の算出に使用する速度算出用人工衛星の集合として決定する速度算出用衛星決定工程と、
を備えることを特徴とする衛星信号受信処理方法。
【請求項８】
請求項７に記載の衛星信号受信処理方法において、
前記位置算出用衛星決定工程および前記速度算出用衛星決定工程においては、前記受信信号について前記拡散符号および前記搬送波周波数の同期保持がなされている複数の人工衛星の集合から、前記位置算出用衛星の集合および前記速度算出用衛星の集合を決定する
ことを特徴とする衛星信号受信処理方法。
【請求項９】
請求項７に記載の衛星信号受信処理方法において、
前記位置算出用人工衛星の配置から定まる精度指標が、予め定められた位置精度指標閾値以下のときのみ前記自装置の位置の計算を行ない、
前記速度算出用人工衛星の配置から定まる精度指標が、予め前記位置精度指標閾値とは独立に定められた速度精度指標閾値以下のときのみ前記自装置の速度の計算を行なう
ことを特徴とする衛星信号受信処理方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の衛星信号受信処理方法において、
前記位置精度指標閾値および前記速度精度指標閾値は、ＤＯＰ（ｄｉｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；精度低下率）を用いたものである
ことを特徴とする衛星信号受信処理方法。
【請求項１１】
自装置の測位計算に用いる複数個の人工衛星の配置から定まる精度指標が、予め定められた位置精度指標閾値以下である前記複数個の人工衛星からの受信信号を用いて測位計算を実行する工程と、
自装置の速度計算に用いる複数個の人工衛星の配置から定まる精度指標が、予め前記位置精度指標閾値とは独立に定められた速度精度指標閾値以下である前記複数個の人工衛星からの受信信号を用いて前記速度計算を実行する工程と、
を備える人工衛星信号受信方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の衛星信号受信処理方法において、
前記位置精度指標閾値および前記速度精度指標閾値は、ＤＯＰ（ｄｉｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；精度低下率）を用いたものである
ことを特徴とする衛星信号受信処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）のような全地球測位システム（ＧＮＳＳ: Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ Ｓｙｓｔｅｍ）において、複数個の人工衛星からの信号電波を受信して、自装置の位置や速度を算出する衛星信号受信処理装置およびこの装置に使用する衛星信号受信処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星（以下、単に衛星という）を利用して移動体の位置を測定するＧＮＳＳシステム、例えばＧＰＳシステムにおいて、衛星信号受信処理装置としてのＧＳＰ受信機は、４個以上の衛星からの信号を受信し、その受信信号から自受信機の位置を計算し、また、自受信機の速度を計算し、ユーザに知らせることが基本機能である。
【０００３】
ＧＰＳシステムにおいては、衛星からの信号は、Ｃ／Ａ（Ｃｌｅａｒ  ａｎｄ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）コードと呼ばれる拡散符号によりスペクトラム拡散されている。Ｃ／Ａコードは、送信信号速度（チップレート）が１．０２３ＭＨｚ、符号長が１０２３のＰＮ（ｐｓｅｕｄｏ  ｒａｎｄｏｍ  ｎｏｉｓｅ；擬似ランダム雑音）系列の符号、例えばＧｏｌｄ符号からなる拡散符号である。このＣ／ＡコードのＰＮ系列の符号は、衛星ごとに異なっている。
【０００４】
そして、衛星からの信号（以下、衛星信号という）は、５０ｂｐｓのデータを、この拡散符号を用いてスペクトラム拡散した信号により、周波数が１５７５．４２ＭＨｚの搬送波（キャリア）をＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調した信号である。
【０００５】
例えば特許文献１（特開２００３−２５８７６９公報）に記載されているように、ＧＰＳ受信機は、上述のような衛星信号を受信し、その受信信号を復調して、アルマナックやエフェメリスと呼ばれる衛星の軌道情報や時刻情報を含む航法メッセージを獲得し、軌道情報等はメモリに格納して保持する。
【０００６】
そして、ＧＰＳ受信機は、衛星の軌道情報および時間情報と、衛星信号の遅延時間（受信信号の到達時刻と衛星からの発信時刻との差）とから、自受信機の３次元位置を連立方程式により導き出す。すなわち、ＧＰＳ受信機は、自受信機の位置を、４個以上の衛星についての軌道情報と、当該４個の衛星から受信する信号の拡散符号の発信時刻および到達時刻から拡散符号発信時の衛星の位置および擬似距離を計算し、ＧＰＳ受信機の３次元座標と、ＧＰＳ受信機・衛星間の時計誤差の４個を未知数とした連立方程式を立て、その連立方程式を解くことで算出することができる。
【０００７】
測位のために４個の衛星からの信号が必要となるのは、ＧＰＳ受信機内部の時間と衛星の時間とで誤差があり、その誤差の影響を除去するためである。なお、この明細書において、測位というときには、受信機位置の算出のみならず、受信機速度の算出を含むものとする。
【０００８】
前記連立方程式の各方程式は異なる未知数同士の乗算項の無い２次式で、一般には解に近い適当な初期値を与え、ニュートン法のような反復法により連立方程式を解く。ニュートン法は、与えられた方程式を解に近い点で局所的に線形近似し、最初は初期値を用いて線形連立方程式を解き、解いた結果を次の初期値として再び解を得、解が一定誤差以内に収束するまで同じ計算を反復することで最終的な解を得る方法である。
【０００９】
また、ＧＰＳ受信機は、上述のように自身の３次元位置と時刻を求めると共に、４個の衛星信号の搬送波のドップラー周波数を求めることにより、速度（３次元速度）を算出する。Ｃ／Ａコードにもドップラー効果は現れるが、得たい速度精度を満足するために、一般には、衛星信号の搬送波のドップラー周波数が用いられる。
【００１０】
すなわち、ＧＰＳ受信機は、４個以上の衛星について軌道情報と拡散符号の発信時刻から、衛星の位置および衛星の速度を計算し、また、上述の説明のようにして求まった自受信機の位置と、自受信機の同期保持部から得られる、安定していると判断された衛星のキャリア周波数を用いて、自受信機の３次元速度と、中間周波キャリア誤差を未知数とした線形連立方程式を立て、その線形連立方程式を解くことで得ることができる。
【００１１】
通常、ＧＰＳ受信機においては、自身の位置算出や速度算出に当たっては、先ず、可視衛星を見つける。軌道情報が受信機に記憶されていないときには、全ての衛星からの電波をサーチして、電波を受信可能として可視衛星を見つける。軌道情報が受信機に記憶されているときには、当該軌道情報から計算により地平線より上にあるとされる可視衛星を見つける。
【００１２】
次に、ＧＰＳ受信機は、可視衛星の受信信号について、拡散符号および搬送波の同期保持を行なうようにする。そして、ＧＰＳ受信機では、同期保持できた衛星からの受信信号を用いて自身の位置算出および速度算出を行なうが、同期保持できた衛星からの受信信号の全てを用いて、自身の位置算出および速度算出を行なうわけではなく、予め定めた所定の精度以上で、位置、速度が算出できる衛星からの受信信号のみを用いるようにする。
【００１３】
すなわち、ＧＰＳ受信機は、従来は、
（ａ）軌道情報が既知であること
（ｂ）拡散符号の発信時刻が既知であること
（ｃ）キャリア周波数が安定して既知であること
という、３つの条件をすべて満足する複数の衛星の集合を、ＧＰＳ受信機自身の位置および速度を算出することができる位置および速度算出用衛星の集合として見つけ出す。
【００１４】
次に、位置および速度算出用衛星の集合の中から、算出される位置および速度の精度が所定閾値を満足するであろう４個以上の衛星の組み合わせを見つけ出す。一般には、このために、衛星の配置による精度への影響を示す精度指標として、ＤＯＰ（ｄｉｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；精度低下率）を用いている。
【００１５】
すなわち、ＧＰＳ受信機は、自身の位置および速度の算出を行なおうとしている衛星の組み合わせについて、ＤＯＰ値を求め、求めたＤＯＰ値が、予め定められた閾値以下である場合に、位置および速度の算出を実行し、求めたＤＯＰ値が、前記閾値よりも大きく、精度が悪くなるときには、位置および速度の算出はしないようにしている。この場合に、ＤＯＰ値の閾値は、位置算出用および速度算出用として共通の１つである。
【００１６】
なお、上記のＧＰＳ受信機の位置算出および速度算出のいずれの場合においても、５個以上の衛星について解を得ることができる場合は、線形連立方程式から２乗誤差が最小となるような解が求まることが一般に知られている。つまり、計算に使用する衛星の個数は多いほうが一般には精度が良くなる。
【００１７】
上記の特許文献および非特許文献は、次の通りである。
【特許文献１】特開２００３−２５８７６９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
以上のように、従来は、ＧＰＳ受信機の自身の位置および速度を算出する場合において、当該算出対象衛星の集合は、上記（ａ）〜（ｃ）の条件を全て満足するものとして求めるようにしている。そして、従来のＧＳＰ受信機は、上記の（ａ）〜（ｃ）の条件の全てを満足している衛星のうちから、ＤＯＰ値を用いた精度指標の閾値条件を満足する、精度の高い算出結果が得られるであろう衛星の群をサーチし、当該衛星群が見つかれば測位演算を実行してその結果を出力するようにしていた。
【００１９】
ところで、実際上は、ＧＰＳ受信機が、自身の位置を算出する衛星の集合を決定するための条件としては、上記の（ａ）〜（ｃ）の条件の全てを満足する必要はなく、
（ａ）軌道情報が既知であること
（ｂ）拡散符号の発信時刻が既知であること
の２条件を満たせばよい。以下、この２条件を位置計算可能条件と呼ぶ。
【００２０】
また、ＧＰＳ受信機の速度算出に使用する衛星の集合を決定するための条件としては、
（ａ）軌道情報が既知であること
（ｃ）キャリア周波数が安定に既知であること
の２条件を満たす必要がある。以下、この２条件を速度計算可能条件と呼ぶ。  
したがって、ＧＰＳ受信機の位置と速度の両方を求める場合に、上記の位置計算可能条件を満たし、かつ、上記の速度計算可能条件を満たす衛星であれば、これらの衛星について同期保持部からの情報を元に位置計算も速度計算も行なうことができる。
【００２１】
従来のＧＰＳ受信機では、上記のように、自身の位置および速度を算出する場合において、当該算出対象衛星の集合は、（ａ）〜（ｃ）の条件の全てを満足するものとして決定しているので、上記の位置計算可能条件を満たし、かつ、上記の速度計算可能条件を満たしている。
【００２２】
従来、位置計算可能条件を満たす衛星の集合と、速度計算可能条件を満たす衛星の集合とを別々に求めなかったのは、従来のＧＰＳ受信機では、衛星からの信号を捕捉して保持するときの感度が低かったので、上記位置計算可能条件を満たすときには、上記速度計算可能条件をも満たしていたからである。
【００２３】
すなわち、従来は、ＧＰＳ受信機の衛星信号の同期感度が低いために、図１（Ａ）に示すように、位置計算可能条件を満たす衛星の集合（以下、Ｐと表記する）と、速度計算可能条件を満たす衛星の集合（以下、Ｖと表記する）は等しく、Ｐ＝Ｖとなる。この場合は、Ｐ∩Ｖ＝Ｐ＝Ｖ、つまり、｜Ｐ∩Ｖ｜=｜Ｐ｜＝｜Ｖ｜ となり、位置計算および速度計算は、使用可能な衛星を最大限用いて行なうことができる。なお、｜Ａ｜は有限集合Ａの要素の数を表すものとする。
【００２４】
しかし、上記の条件を満足することができるのは、海上や郊外などのようなＧＰＳ衛星からの電波を遮蔽する要因の少ない場所で用いる場合である。ビルや高架建造物など衛星からの電波を遮蔽する要因の多い場所などでは、わずかな電波の遮断の間にキャリア周波数の追従が遅れたりすると、「キャリア周波数が既知である」という速度計算可能条件の一方が満たされなくなり、位置計算可能条件を満たす衛星の集合と速度計算可能条件を満たす衛星の集合Ｐ，Ｖが異なる状態、図１（Ｂ）に示すように、Ｖ⊂Ｐとなることが起こり得る。
【００２５】
従来のＧＰＳ受信機のように、集合Ｐ∩Ｖに含まれる衛星、すなわち、位置計算可能条件と速度計算可能条件の両方を満たす集合の衛星からの情報で位置計算と速度計算を行なう場合、｜Ｐ∩Ｖ｜≦｜Ｐ｜となり、本来、位置計算可能条件は満たしているのにもかかわらず、速度計算可能条件を満たしていないために、位置計算に用いられない衛星が発生する可能性がある。
【００２６】
特に、｜Ｐ｜＝４の場合は、｜Ｐ∩Ｖ｜≦４となり、条件によっては測位に使用できる衛星の個数が３個以下となってしまい、精度の良い測位計算ができない、もしくは、測位に使用できる衛星の個数が２個以下となってしまい、測位計算そのものができない、ということも起こる可能性があるという問題がある。
【００２７】
また、最近のＧＰＳ受信機は感度が高くなってきており、このため、図１（Ｂ）または（Ｃ）に示すように、位置計算可能条件を満たす衛星の集合Ｐと、速度計算可能条件を満たす衛星の集合Ｖは一致しない状況が生じてきている。
【００２８】
すなわち、位置計算可能条件のうちの「（ｂ）拡散符号の発信時刻が既知」であるためには、速度計算可能条件のうちの「（ｃ）キャリア周波数が安定に既知」を厳密に満たす必要はない。なぜなら、衛星からの受信信号におけるキャリア周波数の変動に対して、拡散符号の周波数の変動は、約１／１０００以下だからである。つまり、拡散符号チップレート／ＲＦキャリア周波数＝１．０２３ＭＨｚ／１５７５．４２ＭＨｚ＝１／１５４０であるからである。
【００２９】
このため、ＧＰＳ受信機の感度が上がれば、位置計算可能条件を満たす衛星の集合Ｐと、速度計算可能条件を満たす衛星の集合Ｖは、図１（Ｂ）または（Ｃ）に示すような関係となることが生じる。
【００３０】
すると、前述した受信条件が悪い環境の場合と同様の状況が発生し、位置計算可能条件は満たしているのにもかかわらず、速度計算可能条件を満たしていないために、位置計算に用いられない衛星が発生したり、測位に使用できる衛星の個数が減ってしまって、精度の良い測位計算ができない、もしくは、測位計算そのものができない、ということが起こる可能性があるという問題がある。
【００３１】
この発明は、以上のような状況にかんがみ、少なくとも位置計算可能条件は満たしているときには、速度計算可能条件に関係なく、位置計算を可能とすることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明による衛星信号受信処理装置は、
複数の人工衛星からの拡散符号によりスペクトラム拡散された信号を受信し、その受信信号に基づいて自装置の位置および自装置の速度を算出する衛星信号受信処理装置において、
複数の人工衛星の集合から、前記人工衛星の軌道情報が既知であり、かつ、前記拡散符号の発信時刻が既知である人工衛星の集合を、自装置の位置の算出に使用する位置算出用人工衛星の集合として決定する位置算出用衛星決定手段と、
前記複数の人工衛星の集合から、前記人工衛星の軌道情報が既知であり、かつ、前記受信信号の搬送波周波数が安定していると判断された人工衛星の集合を、自装置の速度の算出に使用する速度算出用人工衛星の集合として決定する速度算出用衛星決定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００３３】
この請求項１の発明によれば、位置計算可能条件を満たす衛星の集合Ｐに含まれる全ての衛星を受信機位置算出に用いるので、仮に速度計算可能条件を満たす衛星の集合Ｖが、｜Ｖ｜＜３であっても、少なくとも受信機位置を算出することが可能となる。つまり、従来であれば位置計算ができないような状況でも位置計算が可能となる場合があり、位置測位率の向上に寄与する。また、従来よりも位置計算に使用する衛星数が増える可能性があるので（｜Ｐ｜≧｜Ｐ∩Ｖ｜）、位置精度の向上にも寄与する。
【００３４】
また、請求項５の発明は、
複数の人工衛星からの拡散符号によりスペクトラム拡散された信号を受信し、その受信信号に基づいて自装置の位置および自装置の速度を算出する衛星信号受信処理装置において、
前記受信信号について前記拡散符号および前記搬送波周波数の同期保持がなされている複数の人工衛星の集合のうちの、自装置の測位計算に用いる複数個の人工衛星の配置から定まる精度指標が、予め定められた位置精度指標閾値以下である前記複数個の人工衛星からの受信信号を用いて測位計算を実行する手段と、
前記受信信号について前記拡散符号および前記搬送波周波数の同期保持がなされている複数の人工衛星の集合のうちの、自装置の速度計算に用いる複数個の人工衛星の配置から定まる精度指標が、予め前記位置精度指標閾値とは独立に定められた速度精度指標閾値以下である前記複数個の人工衛星からの受信信号を用いて前記速度計算を実行する手段と
を備えることを特徴とする。
【００３５】
請求項５の発明においては、精度指標閾値は、位置精度指標閾値と速度精度指標閾値とが独立に設定される。そして、同期保持がなされている衛星の中から、位置精度指標閾値以下である複数個の人工衛星からの受信信号が検出できれば測位計算を実行し、また、同期保持がなされている衛星の中から、速度精度指標閾値以下である複数個の人工衛星からの受信信号が検出できれば速度計算を実行するようにする。
【００３６】
したがって、請求項５の発明においては、位置精度指標閾値と速度精度指標閾値とが独立に設定され、速度計算ができないときであっても、測位計算ができるようにすることができる。
【発明の効果】
【００３７】
この発明によれば、少なくとも位置計算可能条件は満たしているときには、速度計算可能条件に関係なく、位置計算を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、この発明による衛星信号受信処理装置および方法の実施形態を、図を参照しながら説明する。以下では、全地球測位システム（ＧＮＳＳ: Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ Ｓｙｓｔｅｍ）を構成する少なくとも４個の衛星から送出された信号を受信して、その受信信号に基づいて自己の位置を算出する受信処理装置に、この発明を適用した場合について説明する。なお、本例においては、全地球測位システムとして、日本国で広く利用されているＧＰＳを想定し、このＧＰＳに対応した衛星信号受信処理装置であるＧＰＳ受信機について説明する。
【００３９】
以下に説明する例のＧＰＳ受信機は、図２に示すように、衛星から受信した受信信号を復調する際に、自己が発生する擬似ランダムノイズ系列、つまりＰＮ系列の拡散符号と受信信号における拡散符号との同期を捕捉する機能と、拡散符号と搬送波（以下、キャリアという）との同期を保持する機能とを分離することにより、小さい回路規模のもとに、同期捕捉を高速化するように構成されたものである。
【００４０】
ただし、この発明は、このようなＧＰＳ受信機への適用に限定されるものではなく、全地球測位システムを構成する複数の衛星から送出された信号を受信して自己の位置を算出する受信装置および位置算出方法に広く適用可能であることは勿論である。
【００４１】
［ＧＰＳ受信機の構成］
図２は、この実施形態のＧＰＳ受信機１０の構成例を示すブロック図である。この例のＧＰＳ受信機１０は、同図に示すように、所定の発信周波数を有する発信信号Ｄ１を生成する水晶発振器 （以下、ＸＯという）１１と、このＸＯ１１とは異なる所定の発振周波数ＦＯＳＣを有する発振信号Ｄ２を生成する温度補償型水晶発振器（以下、ＴＣＸＯという）１２と、このＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２を逓倍及び／又は分周する逓倍／分周器１３とを備える。
【００４２】
ＸＯ１１は、例えば３２．７６８ｋＨｚ程度の所定の発振周波数を有する発振信号Ｄ１を生成する。ＸＯ１１は、生成した発振信号Ｄ１を後述するＲＴＣ（Ｒｅａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｃｌｏｃｋ）回路２７に供給する。
【００４３】
ＴＣＸＯ１２は、ＸＯ１１とは異なる例えば１８．４１４ＭＨｚ程度の所定の発振周波数ＦＯＳＣを有する発振信号Ｄ２を生成する。ＴＣＸＯ１２は、生成した発振信号Ｄ２を逓倍／分周器１３、および後述する周波数シンセサイザ１８等に供給する。
【００４４】
逓倍／分周器１３は、後述するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａ１  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２６から供給される制御信号Ｄ３に基づいて、ＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２を、所定の逓倍率で逓倍し、および／または、所定の分周比で分周する。逓倍／分周器１３は、逓倍および／または分周した発振信号Ｄ４を、後述する同期捕捉部２４、後述する同期保持部２５、ＣＰＵ２６、後述するタイマ２８および後述するメモリ２９に供給する。
【００４５】
また、ＧＰＳ受信機１０は、ＧＰＳ衛星から送信されてきたＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を受信するアンテナ１４と、このアンテナ１４によって受信された受信ＲＦ信号Ｄ５を増幅するローノイズ・アンプ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ;以下、ＬＮＡという）１５と、このＬＮＡ１５によって増幅された増幅ＲＦ信号Ｄ６のうち、所定の周波数帯域成分を通過させる帯域通過フィルタ（Ｂａｎｄ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ;以下、ＢＰＦという）１６と、このＢＰＦ１６を通過した増幅ＲＦ信号Ｄ７をさらに増幅する増幅器１７と、ＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２に基づいて所定の周波数ＦＬＯを有する局部発振信号Ｄ１０を生成する周波数シンセサイザ回路１８と、増幅器１７によって増幅された所定の周波数ＦＲＦを有する増幅ＲＦ信号Ｄ８に対して周波数シンセサイザ回路１８から供給された局部発振信号Ｄ１０を乗算する乗算器１９と、この乗算器１９によって乗算されることによってダウンコンバートされた所定の周波数ＦＩＦを有する中間周波数（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ; 以下、ＩＦという） 信号Ｄｌｌを増幅する増幅器２０と、この増幅器２０によって増幅された増幅ＩＦ信号Ｄ１２のうち所定の周波数帯域成分を通過させる低域通過フィルタ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ; 以下、ＬＰＦという）２１と、このＬＰＦ２１を通過したアナログ形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１３をデジタル形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１４に変換するアナログ／デジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ;以下、Ａ／Ｄ変換器という）２２とを備える。
【００４６】
アンテナ１４は、ＧＰＳ衛星から送信されてきた、周波数が１５７５．４２ＭＨｚのキャリアが拡散されたＲＦ信号を受信する。このアンテナ１４によって受信された受信ＲＦ信号Ｄ５は、ＬＮＡ１５に供給される。
【００４７】
ＬＮＡ１５は、アンテナ１４によって受信された受信ＲＦ信号Ｄ５を増幅する。ＬＮＡ１５は、増幅した増幅ＲＦ信号Ｄ６をＢＰＦ１６に供給する。
【００４８】
ＢＰＦ１６は、いわゆるＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）フィルタからなり、ＬＮＡ１５によって増幅された増幅ＲＦ信号Ｄ６のうち所定の周波数帯域成分を通過させる。このＢＰＦ１６を通過した増幅ＲＦ信号Ｄ７は、増幅器１７に供給される。
【００４９】
増幅器１７は、ＢＰＦ１６を通過した増幅ＲＦ信号Ｄ７をさらに増幅する。増幅器１７は、増幅した所定の周波数ＦＲＦ、すなわち、１５７５．４２ＭＨｚの増幅ＲＦ信号Ｄ８を乗算器１９に供給する。
【００５０】
周波数シンセサイザ回路１８は、ＣＰＵ２６から供給される制御信号Ｄ９による制御のもとに、ＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２に基づいて所定の周波数ＦＬＯを有する局部発振信号Ｄ１０を生成する。周波数シンセサイザ回路１８は、生成した局部発振信号Ｄ１０を乗算器１９に供給する。
【００５１】
乗算器１９は、増幅器１７によって増幅された所定の周波数ＦＲＦを有する増幅ＲＦ信号Ｄ８に対して周波数シンセサイザ回路１８から供給された局部発振信号Ｄ１０を乗算することによって増幅ＲＦ信号Ｄ８をダウンコンバートし、例えば１．０２３ＭＨｚ程度の所定の周波数ＦＩＦを有するＩＦ信号Ｄｌｌを生成する。このＩＦ信号Ｄｌｌは、増幅器２０に供給される。
【００５２】
増幅器２０は、乗算器１９によってダウンコンバートされたＩＦ信号Ｄｌｌを増幅する。増幅器２０は、増幅した増幅ＩＦ信号Ｄ１２をＬＰＦ２１に供給する。ＬＰＦ２１は、増幅器２０によって増幅された増幅ＩＦ信号Ｄ１２のうち所定の周波数よりも低帯域成分を通過させる。このＬＰＦ２１を通過した増幅ＩＦ信号Ｄ１３は、Ａ／Ｄ変換器２２に供給される。
【００５３】
Ａ／Ｄ変換器２２は、ＬＰＦ２１を通過したアナログ形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１３をデジタル形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１４に変換する。このＡ／Ｄ変換器２２によって変換された増幅ＩＦ信号Ｄ１４は、１ビットずつ同期捕捉部２４および同期保持部２５に供給される。
【００５４】
なお、ＧＰＳ受信機１０においては、上述の各部のうち、ＬＮＡ１５,１７,２０,ＢＰＦ１６、周波数シンセサイザ回路１８、乗算器１９、ＬＰＦ２１およびＡ／Ｄ変換器２２は、アンテナ１４によって受信された１５７５．４２ＭＨｚの高い周波数を有する受信ＲＦ信号Ｄ５を、デジタル信号処理しやすいように、例えば１．０２３ＭＨｚ程度の低い周波数ＦＩＦを有する増幅ＩＦ信号Ｄ14にダウンコンバートする周波数変換部２３として構成される。
【００５５】
さらに、ＧＰＳ受信機１０は、自己が発生する拡散符号とＡ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４における拡散符号との同期捕捉および増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるキャリア周波数の検出を行なう同期捕捉部２４と、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４における拡散符号とキャリアとの同期保持およびメッセージの復調を行なう同期保持部２５と、各部を統括的に制御して各種演算処理を行なうＣＰＵ２６と、ＸＯ１１から供給される発振信号Ｄ１に基づいて時間を計測するＲＴＣ回路２７と、ＣＰＵ２６の内部時計としてのタイマ２８と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ） やＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等からなるメモリ２９とを備える。
【００５６】
同期捕捉部２４は、ＣＰＵ２６の制御のもとに、逓倍／分周器１３から供給される発振信号Ｄ４に基づいて、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４における拡散符号の同期捕捉を行なうとともに、増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるキャリア周波数の検出を行なう。このとき、同期捕捉部２４は、粗い精度での同期捕捉を行なう。同期捕捉部２４は、検出したＧＰＳ衛星を識別するための衛星番号、拡散符号の位相およびキャリア周波数を同期保持部２５およびＣＰＵ２６に供給する。
【００５７】
同期保持部２５は、ＣＰＵ２６の制御のもとに、逓倍／分周器１３から供給される発振信号Ｄ４に基づいて、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４における拡散符号とキャリアとの同期保持を行なうとともに、増幅ＩＦ信号Ｄ１４に含まれる航法メッセージの復調を行なう。このとき、同期保持部２５は、同期捕捉部２４から供給される衛星番号、拡散符号の位相およびキャリア周波数を初期値として動作を開始する。
【００５８】
同期保持部２５は、複数のＧＰＳ衛星からの増幅ＩＦ信号Ｄ１４についての同期保持を並列的に行い、検出した拡散符号の位相、キャリア周波数および航法メッセージをＣＰＵ２６に供給する。
【００５９】
ＣＰＵ２６は、同期保持部２５から供給される拡散符号の位相、キャリア周波数および航法メッセージを取得し、これらの各種情報に基づいて、自己の３次元位置の算出処理および３次元速度の算出処理や、当該ＧＰＳ受信機１０の時間情報を補正する処理などの各種演算処理を行なう。また、ＣＰＵ２６は、当該ＧＰＳ受信機１０の各部および各種ぺリフェラル（周辺機器）、並びに外部との入出力に関する制御を統括的に行なう。
【００６０】
ＲＴＣ回路２７は、ＸＯ１１から供給される発振信号Ｄ１に基づいて、時間を計測する。このＲＴＣ回路２７によって計測される時間情報は、ＧＰＳ衛星の正確な時間情報が得られるまでの間に代用されるものであって、ＧＰＳ衛星の正確な時間情報を得たＣＰＵ２６がＸＯ１１を制御することによって適宜補正される。
【００６１】
タイマ２８は、ＣＰＵ２６の内部時計として機能するものであり、各部の動作に必要となる各種タイミング信号の生成および時間参照に用いられる。例えば、ＧＰＳ受信機１０においては、同期捕捉部２４が同期捕捉した拡散符号の位相に合わせて同期保持部２５が内部に持つ拡散符号発生器の動作を開始させるタイミングを、このタイマ２８によって参照する。
【００６２】
ＲＡＭやＲＯＭ等からなるメモリ２９においては、ＣＰＵ２６等による各種処理を行なう際のワークエリアとしてＲＡＭが用いられる。入力した各種データをバッファリングする際や、同期保持部２５より得られた衛星の軌道情報であるエフェメリスおよびアルマナック、演算過程で生成される中間データおよび演算結果データを保持する際にも、このメモリ２９のＲＡＭが用いられる。
【００６３】
また、メモリ２９においては、各種プログラムや固定データ等を記憶する手段としてＲＯＭが用いられる。また、メモリ２９においては、ＧＰＳ受信機１０の電源が切られている間であっても、衛星の軌道情報であるエフェメリスおよびアルマナックおよび測位結果の位置情報、ＴＣＸＯ１２の誤差量などを記憶する手段として不揮発メモリが用いられる場合がある。
【００６４】
なお、ＧＰＳ受信機１０においては、これらの同期捕捉部２４、同期保持部２５、ＣＰＵ２６、ＲＴＣ回路２７、タイマ２８、メモリ２９は、ベースバンド処理部として構成される。
【００６５】
このような各部を備えるＧＰＳ受信器１０においては、少なくとも、ＸＯ１１、ＴＣＸＯ１２、アンテナ１４、ＬＮＡ１５、およびＢＰＦ１６を除く各部を、集積回路化した１チップからなる復調回路３０として構成することができる。
【００６６】
［同期捕捉部２４と同期保持部２５の構成］
この実施形態では、後述するように、同期捕捉部２４では、周波数変換部２３からのＩＦデータの所定時間分をメモリに取り込み、このメモリに取り込んだＩＦデータについて、ＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号と、個々のＧＰＳ衛星の衛星ＰＮ符号に対応するＧＰＳ受信機が持つレプリカＰＮ符号との相関演算を行って、拡散符号の位相同期捕捉を行なう。
【００６７】
拡散符号の位相同期捕捉に関しては、上述のようなスライディング相関の手法を用いることなく、スペクトラム拡散信号の同期捕捉を高速に行なう方法として、マッチドフィルタを用いる方法がある。
【００６８】
マッチドフィルタは、トランスバーサルフィルタにより、デジタル的に実現可能である。また、近年は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）に代表されるハードウエアの能力の向上によって、高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）という）処理を用いたデジタルマッチドフィルタにより、拡散符号の同期を高速に行なう手法が実現している。ただし、デジタルマッチドフィルタそのものは、拡散符号の同期を保持する機能を有しない。
【００６９】
後者のＦＦＴ処理を用いる方法は、古くから知られる相関計算の高速化方法に基づいており、受信機側のレプリカＰＮ符号と、衛星ＰＮ符号との間に相関がある場合には、後述する図５に示すような相関のピークが検出され、ピークの位置が衛星ＰＮ符号の先頭の位相である。したがって、この相関のピークを検出することで、衛星ＰＮ符号の同期を捕捉、すなわち、ＧＰＳ衛星の受信信号における衛星ＰＮ符号の位相を検出することができる。
【００７０】
ＧＰＳ衛星からの受信信号のキャリア（中間周波数）は、ＦＦＴを利用した方法で、ＦＦＴの周波数領域での操作により、衛星ＰＮ符号の位相とともに検出することができる。衛星ＰＮ符号の位相は、疑似距離に換算され、４個以上の衛星について検出されれば、ＧＰＳ受信機の位置を計算することができる。また、キャリア周波数が検出されると、ドップラーシフト量が判り、これにより、ＧＰＳ受信機の速度が計算できる。
【００７１】
以上のことから、この実施形態では、高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）という）処理を用いたデジタルマッチドフィルタによりＰＮ符号についての相関計算を行い、その相関計算に基づいて同期捕捉処理を高速に行なう。
【００７２】
アンテナ１４で受信されるＧＰＳ衛星信号には、複数のＧＰＳ衛星からの信号が含まれているが、同期捕捉部２４では、すべてのＧＰＳ衛星についてのレプリカＰＮ符号の情報を用意しており、その用意されているレプリカＰＮ符号の情報を用いて、その時点でＧＰＳ受信機が利用可能な複数個のＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号との相関を計算することにより、それらの複数個のＧＰＳ衛星信号の同期捕捉をすることが可能である。
【００７３】
同期捕捉部２４では、いずれのＧＰＳ衛星用のレプリカＰＮ符号の情報を用いて同期捕捉したかにより、いずれのＧＰＳ衛星からの信号の同期捕捉をしたかを検知する。当該同期捕捉したＧＰＳ衛星の識別子としては、例えばＧＰＳ衛星番号が用いられる。
【００７４】
そして、同期捕捉部２４は、同期捕捉したＧＰＳ衛星の衛星番号の情報と、同期捕捉により検出した衛星ＰＮ符号の位相の情報と、ＩＦキャリア周波数の情報と、また、必要に応じて、相関の度合いを示す相関検出信号からなる信号強度の情報を、同期保持部２５に渡すようにする。
【００７５】
同期捕捉部２４で検出した衛星番号、衛星ＰＮ符号の位相、ＩＦキャリア周波数、信号強度の情報を、同期保持部２５へ渡す方法としては、データのフォーマット、割り込みの方法等を決めた上で、同期捕捉部２４から同期保持部２５へ直接渡す方法と、ＣＰＵ２６を介して渡す方法とがある。
【００７６】
前者の場合には、同期捕捉部２４のＤＳＰで、同期保持部２５に渡す情報を生成する。あるいは、同期保持部２５に、例えばＤＳＰで構成される制御部を設け、その制御部で、同期捕捉部２４からの情報に基づいて、同期保持部２５で必要な情報を生成する構成とする。
【００７７】
また、後者の場合には、ＣＰＵ２６が制御し、ＣＰＵ２６を介して情報の受け渡し、またＣＰＵ２６から同期捕捉部２４および同期保持部２５の制御を行なうことができるので、後述する衛星ＰＮ符号についての位相補正や、同期捕捉部２４と同期保持部２５の状況に応じた多様な同期手順を設定しやすくなる。
【００７８】
そこで、以下に説明する実施形態では、同期捕捉部２４から、衛星番号、衛星ＰＮ符号の位相、ＩＦキャリア周波数、信号強度の情報を、同期保持部２５へ渡す方法としては、ＣＰＵ２６を介して渡す方法を採用している。
【００７９】
［同期捕捉部２４の構成］
図３は、同期捕捉部２４の構成例を示すものであって、この例では、サンプリング回路２４１と、データバッファ用のＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）２４２と、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２４３と、プログラムＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、ワークエリア用のＲＡＭとからなるＤＳＰ２４３用のメモリ部２４４とを備えて構成される。ＤＳＰ２４３およびＤＳＰ用のメモリ部２４４とは、ＣＰＵ２６に接続されている。
【００８０】
サンプリング回路２４１では、周波数変換部２３からの１．０２３ＭＨｚのＩＦデータを、その２倍以上の所定の周波数でサンプリングし、各サンプリング値をＲＡＭ２４２に書き込む。ＲＡＭ２４２は、所定時間長分のＩＦデータを記憶する容量を有する。ＤＳＰ２４３では、このＲＡＭ２４２の容量分の時間長のＩＦデータ単位に同期捕捉処理を行なう。
【００８１】
すなわち、この例では、ＤＳＰ２４３は、ＲＡＭ２４２に取り込んだＩＦデータについて、高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）という）処理を用いたデジタルマッチドフィルタにより、衛星ＰＮ符号の同期捕捉を高速に行なう。そして、ＤＳＰ２４３は、その同期捕捉の結果として、同期捕捉したＧＰＳ衛星番号と、同期捕捉したＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号の位相およびそのＩＦキャリア周波数とを検出する。
【００８２】
サンプリング回路２４１におけるサンプリング周波数により、衛星ＰＮ符号の位相の検出精度が決まる。このサンプリング周波数は、サンプリング定理からＩＦ信号に含まれる最大周波数の２倍以上である必要があり、ＩＦキャリア周波数の整数倍の周波数が望ましい。
【００８３】
また、ＲＡＭ２４２の容量により決まるＤＳＰ２４３での処理単位の時間長により、ＩＦキャリア周波数の検出精度が決まる。このＤＳＰ２４３での処理単位の時間長は、ＰＮ符号の１周期の整数倍、後述のように、特に２のべき乗倍が望ましい。
【００８４】
ここで、サンプリング回路２４１でのサンプリング周波数を、拡散符号のチップレートのα倍、ＲＡＭ２４２に取り込むＩＦデータの時間長をＰＮ符号の１周期のβ倍（βミリ秒）とすると、ＤＳＰ２４３では、ＦＦＴの周波数領域での操作により、衛星ＰＮ符号の位相は１／αチップの精度で検出することができ、ＩＦキャリア周波数は、１／βｋＨｚ（±１／２βｋＨｚ）の精度で検出することができる。
【００８５】
次に、ＤＳＰ２４３におけるＦＦＴを用いたデジタルマッチドフィルタによる同期捕捉のいくつかの例について詳述する。
【００８６】
〔デジタルマッチドフィルタによる同期捕捉の例〕
この例においては、サンプリング回路２４１でのサンプリング周波数は、拡散符号のチップレートのほぼ４倍の４倍の４．０９６ＭＨｚとされる。そして、ＲＡＭ２４２には、ＰＮ符号の１周期分（１ミリ秒）である４０９６サンプル点のデータを記憶する。ＤＳＰ２４３は、このＲＡＭ２４２に取り込まれた１ミリ秒単位のデータについて、ＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号とＧＰＳ受信機のレプリカＰＮ符号との相関を、ＦＦＴを用いた相関演算により計算して、同期捕捉を行なう。ＰＮ符号の１周期分は、１０２３チップであるから、１／４チップの精度で衛星ＰＮ符号の位相検出が可能となる。また、ＩＦキャリア周波数の検出精度は、１ミリ秒単位のＦＦＴ処理であるので、１ｋＨｚである。
【００８７】
この例では、図４に示すように、ＤＳＰ２４３では、ＲＡＭ２４２に書き込まれた１ミリ秒単位のＩＦデータを読み出して、ＦＦＴ処理部１０１でＦＦＴ処理し、そのＦＦＴ結果をメモリ１０２に書き込む。そして、メモリ１０２から読み出した受信信号のＦＦＴ結果は、乗算部１０３に供給する。
【００８８】
一方、ＰＮ符号発生部１０４から、ＧＰＳ衛星からの受信信号に使用されているＰＮ符号と同じ系列と考えられるレプリカＰＮ符号を発生させる。実際的には、ＰＮ符号発生部１０４からは、予め用意されている複数個のＧＰＳ衛星に対するレプリカＰＮ符号が順次に切り換えられて出力されることになる。
【００８９】
このＰＮ符号発生部１０４からの１周期分（１０２３チップ）のレプリカＰＮ符号は、ＦＦＴ処理部１０５に供給されてＦＦＴ処理され、その処理結果がメモリ１０６に供給される。このメモリ１０６からは、通常の場合と同様に、ＦＦＴ結果が低い周波数から順に読み出されて乗算部１０３に供給される。
【００９０】
乗算部１０３では、メモリ１０２からの受信信号のＦＦＴ結果と、メモリ１０６からのレプリカＰＮ符号のＦＦＴ結果とが乗算され、周波数領域における受信信号の衛星ＰＮ符号とレプリカＰＮ符号との相関の度合いが演算される。ここで、乗算部１０５での乗算は、受信信号の離散フーリエ変換結果と、レプリカＰＮ符号の離散フーリエ変換結果とのどちらか一方の複素共役と他方とを乗算する演算となる。そして、その乗算結果は逆ＦＦＴ処理部１０７に供給されて、周波数領域の信号が時間領域の信号に戻される。
【００９１】
逆ＦＦＴ処理部１０７から得られる逆ＦＦＴ結果は、受信信号の衛星ＰＮ符号とレプリカＰＮ符号との時間領域における相関検出信号となっている。この相関検出信号は、相関点検出部１０８に供給される。
【００９２】
この相関検出信号は、拡散符号の１周期分の各チップ位相における相関値を示すものとなっており、所定の強度以上である受信信号中の拡散符号と、拡散符号発生部１０４からの拡散符号とが同期している位相（拡散符号の１周期分単位の位相）においては、図５に示すように、１０２３チップのうちのある一つの位相での相関値が、予め定められるスレッショールド値を超えるようなピーク値を示す相関波形が得られる。このピーク値の立つチップ位相が、相関点の位相であり、ＧＰＳ受信機側のレプリカＰＮ符号に対するＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号の１周期の先頭の位相となる。
【００９３】
一方、受信信号が所定の強度以下である場合、受信信号中の拡散符号と、拡散符号発生部１０４からの拡散符号とが同期しても、図５のようなピーク値が立つ相関波形は得られず、いずれのチップ位相においても、予め定められるスレッショールド値を超えるようなピークは立たない。
【００９４】
相関点検出部１０８は、例えば、予め定めた値を超えるピーク値が、この相関点検出部１０８に供給される相関検出信号に存在するかどうかにより、受信信号の衛星ＰＮ符号とレプリカＰＮ符号との同期が取れたかどうかを検出する。
【００９５】
相関点検出部１０８で同期が取れたことを検出した場合には、前記ピーク値の位相を相関点、つまり、ＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号の位相として検出する。そして、ＤＳＰ２４３は、そのときのＰＮ符号発生部１０４からのレプリカＰＮ符号がいずれのＧＰＳ衛星用のものであるかにより、ＧＰＳ衛星番号を認識する。
【００９６】
また、図５に示した相関検出信号は時間領域のものであるが、後述する処理により中間周波受信信号におけるキャリア成分を正しく除去した場合にのみ相関のピークが検出される。
【００９７】
そして、除去を行ったキャリア成分の周波数が、前記の予め定めた値を超えるピーク値が立つ相関点に対応する、ドップラーシフト分を含めたＩＦキャリア周波数となる。したがって、このドップラーシフト分を含めたＩＦキャリア周波数が、相関点検出の結果としてＤＳＰ２４３において、検出される。
【００９８】
以上のようにして、一つのＧＰＳ衛星についての同期捕捉が完了すると、この例では、ＰＮ符号発生部１０４から発生させるレプリカＰＮ符号を他のＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号に対応するものに変更して、上記の処理を繰り返す。また、同期が取れなかった場合にも、ＤＳＰ２４３では、ＰＮ符号発生部１０４から発生させるレプリカＰＮ符号を他のＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号に対応するものに変更して、上記の処理を繰り返す。
【００９９】
そして、ＤＳＰ２４３では、サーチすべき全ＧＰＳ衛星についての同期捕捉処理が終了したとき、あるいはＣＰＵ２６からの情報により、例えば４個以上のＧＰＳ衛星についてのＰＮ符号の同期が取れたときに、以上の同期捕捉処理を終了する。
【０１００】
ＤＳＰ２４３は、その同期捕捉の結果として検出した、同期捕捉したＧＰＳ衛星番号と、同期捕捉したＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号の位相およびそのＩＦキャリア周波数とからなる情報を、ＣＰＵ２６に供給する。また、この例では、ＤＳＰ２４３は、同期捕捉した各ＧＰＳ衛星信号についての相関点のピーク値をも、ＣＰＵ２６に供給するようにしている。
【０１０１】
以上の説明では、受信信号のキャリアの処理を考慮していないが、実際には、受信信号は、キャリアを含んでいる。そして、受信信号から、データを得るためには、ＰＮ符号とキャリアとの同期をとってキャリア成分を除去する必要がある。
【０１０２】
この実施の形態では、ＦＦＴによる周波数領域での処理のみの簡単な構成により、ＰＮ符号とキャリア（ＩＦキャリア）との同期をとってキャリア成分を除去することができるようにしている。
【０１０３】
すなわち、ＦＦＴ処理部１０１から得られるＧＰＳ衛星からの受信信号のＦＦＴ結果は、通常は、受信信号の周波数成分の周波数が低いものから順にメモリ１０２から読み出されて、乗算部１０３に供給されるが、この実施の形態では、メモリ１０２からは、読み出しアドレス制御部１０９からの制御に従って、読み出しアドレスがシフト制御されて、順次、受信信号のＦＦＴ結果が読み出される。
【０１０４】
読み出しアドレス制御部１０９には、受信信号を得たＧＰＳ衛星についてのドップラーシフト量を正確に見積もることができ、かつ、ＧＰＳ受信機内部の発振周波数および時間情報を正確に校正された状態において検出された受信信号のキャリア周波数の情報が得られれば、そのキャリア周波数（ＩＦキャリア周波数）の情報が供給される。
【０１０５】
このＩＦキャリア周波数の情報は、前述したように、４個以上のＧＰＳ衛星からの受信信号が同期保持されていて、安定的に受信機位置が測定されているときには、受信機速度の算出に伴ってほぼ正確に求められるので、当該算出されたＩＦキャリアの情報が用いられる。また、ＩＦキャリア周波数の情報は、ＧＰＳ受信機外部から取得するようにすることもできる。
【０１０６】
そして、読み出しアドレス制御部１０９は、ＧＰＳ受信機内部で生成した、あるいは外部から取得したキャリア周波数の情報に基づいて、そのキャリア周波数分だけ、読み出しアドレスをシフトして、メモリ１０２から受信信号のＦＦＴ結果を、順次、読み出し、乗算部１０３に供給するようにする。
【０１０７】
このように受信信号のＦＦＴ結果を、メモリ１０２から、受信信号のキャリア周波数分だけシフトして読み出すことにより、後述するように、キャリア成分を除去した受信信号のＦＦＴ結果と等価なＦＦＴ結果を得ることができ、そのキャリア成分を除去したＦＦＴ結果と、ＰＮ符号の１周期分のＦＦＴ結果との乗算結果を逆拡散することにより、確実に図５のように相関点でピークを生じる相関検出出力が得られる。
【０１０８】
［同期保持部２５の構成］
複数のＧＰＳ衛星信号の同期保持を並列して行なうために、同期保持部２５は、１つずつのＧＰＳ衛星信号を１チャンネルとして、複数チャンネル分を備える構成とされる。
【０１０９】
図６は、この実施形態における同期保持部２５の構成例を示す。この同期保持部２５は、ｎチャンネル分のチャンネル同期保持部４０ＣＨ１、４０ＣＨ２、・・・、４０ＣＨｎと、コントロールレジスタ４３とからなる。チャンネル同期保持部４０ＣＨ１、４０ＣＨ２、・・・、４０ＣＨｎのそれぞれは、コスタスループ４１とＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）４２とを備える。
【０１１０】
コントロールレジスタ４３は、ＣＰＵ２６に接続され、後述するように、コスタスループ４１やＤＬＬ４２のループフィルタのパラメータや、フィルタ特性を定めるためのデータを受け取り、ＣＰＵ２６により指示されるチャンネルの、ＣＰＵ２６により指示される部位に、そのデータを設定するようにする。また、コントロールレジスタ４３は、コスタスループ４１やＤＬＬ４２のループフィルタからの相関値情報や周波数情報を受け取り、ＣＰＵ２６からのアクセスに応じてそれらの情報をＣＰＵ２６に渡すようにする。
【０１１１】
〔コスタスループ４１と、ＤＬＬ４２の構成〕
図７はコスタスループ４１の構成例を示すブロック図であり、また、図８は、ＤＬＬ４２の構成例を示すブロック図である。
【０１１２】
コスタスループ４１は、ＩＦキャリア周波数の同期保持、送信データである航法メッセージの抽出を行なう部分であり、ＤＬＬ４２は、ＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号の位相同期保持を行なう部分である。そして、コスタスループ４１とＤＬＬ４２とが協働し、ＧＰＳ衛星信号についてスペクトラム逆拡散を行って、スペクトラム拡散前の信号を得るとともに、このスペクトラム拡散前の信号を復調して航法メッセージを得て、ＣＰＵ２６に供給する。以下、コスタスループ４１とＤＬＬ４２との動作について具体的に説明する。
【０１１３】
〔コスタスループ４１について〕
周波数変換部２３からのＩＦデータは、乗算器２０１に供給される。この乗算器２０１には、図８に示すＤＬＬ４２のＰＮ符号発生器３２０からのレプリカＰＮ符号が供給される。
【０１１４】
ＤＬＬ４２のＰＮ符号発生部３２０からは、一致（プロンプト）ＰＮ符号Ｐ、進み（アーリ）ＰＮ符号Ｅ、遅れ（レート）ＰＮ符号Ｌの、３つの位相のレプリカＰＮ符号が発生する。ＤＬＬ４２では、後述するように、進みＰＮ符号Ｅおよび遅れＰＮ符号Ｌと、ＩＦデータとの相関を計算し、それぞれの相関値が等しくなるように、ＰＮ符号発生器３２０からのレプリカＰＮ符号の発生位相を制御し、これにより、一致ＰＮ符号Ｐの位相が、ＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号の位相と一致するようにする。
【０１１５】
コスタスループ４１の逆拡散用の乗算器２０１には、ＰＮ符号発生器３２０からの一致ＰＮ符号Ｐが供給されて、逆拡散される。この乗算器２０１からの逆拡散されたＩＦデータは、乗算器２０２および２０３に供給される。
【０１１６】
コスタスループ４１は、図７に示すように、乗算器２０２および２０３と、ローパスフィルタ２０４，２０５と、位相検出器２０６と、ループフィルタ２０７と、ＮＣＯ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；数値制御型発振器）２０８と、相関検出器２０９と、２値化回路２１０と、ＰＮ符号ロック判定部２１１と、スイッチ回路２１２と、ＩＦキャリアロック判定部２１３とからなっている。
【０１１７】
ローパスフィルタ２０４，２０５のカットオフ周波数情報と、ループフィルタ２０７のフィルタ特性を定めるパラメータと、ＮＣＯ２０８の発振中心周波数を定めるための周波数情報とは、後述するように、同期捕捉部２４での同期捕捉結果に基づいて、ＣＰＵ２６からコントロールレジスタ４３を通じて設定される。
【０１１８】
スイッチ回路２１２は、コスタスループ４１のループを開閉制御するためのもので、ＣＰＵ２６からの切り換え制御信号によりオンオフされる。なお、同期保持動作がスタートする前の初期的な状態では、スイッチ回路２１２はオフとされ、ループ開の状態とされ、後述するように、同期保持動作がスタートして、コスタスループ４１の相関検出器２０９の相関出力が有意なレベルとなったときに、このスイッチ回路２１２がオンとされて、ループ閉とされるようにされる。
【０１１９】
乗算器２０１において逆拡散された信号は、乗算器２０２、２０３に供給される。これら乗算器２０２，２０３には、ＣＰＵ２６からの周波数情報により、ほぼＩＦキャリア周波数にされたＮＣＯ２０８からの、直交位相のＩ（Ｃｏｓｉｎｅ）信号と、Ｑ（Ｓｉｎｅ）信号とが供給される。
【０１２０】
これら乗算器２０２および２０３の乗算結果は、ローパスフィルタ２０４および２０５を通じて位相検出器２０６に供給される。ローパスフィルタ２０４および２０５は、ＣＰＵ２６からのカットオフ周波数情報の供給を受け、これに供給された信号の帯域外ノイズを除去するものである。
【０１２１】
位相検出器２０６は、ローパスフィルタ２０４および２０５からの信号に基づいて、ＩＦキャリアとＮＣＯ２０８からの周波数信号との位相誤差を検出し、この位相誤差をループフィルタ２０７を介してＮＣＯ２０８に供給する。これによりＮＣＯ２０８が制御されて、ＮＣＯ２０８からの出力周波数信号の位相が、ＩＦキャリア成分に同期するようにされる。
【０１２２】
なお、ループフィルタ２０７は、ＣＰＵ２６から供給されるパラメータに応じて、位相検出器２０６からの位相誤差情報を積分して、ＮＣＯ２０８を制御するＮＣＯ制御信号を形成するものである。ＮＣＯ２０８は、ループフィルタ２０７からのＮＣＯ制御信号によって、前述したように、ＮＣＯ２０８からの出力周波数信号の位相が、ＩＦキャリア成分に同期するようにされる。
【０１２３】
また、コスタスループ４１のローパスフィルタ２０４および２０５の出力は、相関検出器２０９に供給される。相関検出器２０９は、これに供給されるローパスフィルタ２０４および２０５の出力信号をそれぞれ自乗して加算して出力する。この相関検出器２０９の出力は、ＩＦデータとＰＮ符号発生器３２０からの一致ＰＮ符号Ｐとの相関値ＣＶ（Ｐ）示すものである。この相関値ＣＶ（Ｐ）は、コントロールレジスタ４３を通じてＣＰＵ２６に渡される。
【０１２４】
そして、ローパスフィルタ２０４の出力信号は２値化回路２１０に供給されており、この２値化回路２１０より航法メッセージデータが出力される。
【０１２５】
また、相関検出器２０９からの相関値ＣＶ（Ｐ）出力は、ＰＮ符号ロック判定部２１１に供給される。ＰＮ符号ロック判定部２１１は、相関値ＣＶ（Ｐ）出力と、予め定められているスレッショールド値とを比較し、相関値ＣＶ（Ｐ）出力がスレッショールド値よりも大きいときには、同期保持がロック状態であることを示し、相関値ＣＶ（Ｐ）出力がスレッショールド値よりも小さいときには、同期保持がアンロック状態であることを示すＰＮ符号ロック判定出力を出力する。
【０１２６】
この実施形態では、このＰＮ符号ロック判定出力はＣＰＵ２６に送られ、ＣＰＵ２６は、このＰＮ符号ロック判定出力から、同期保持部２５におけるＰＮ符号のロック状態、アンロック状態を認識するようにする。ＣＰＵ２６は、このＰＮ符号ロック判定出力からは、ＰＮ符号の同期が保持されていることのみを判定する。したがって、ＣＰＵ２６は、このＰＮ符号ロック判定出力からでは、ＰＮ符号の同期は取れているが、ＩＦキャリアのロックが外れた状態の検知は行なわない。ＣＰＵ２６は、ＩＦキャリアロック判定部２１３の出力から、ＩＦキャリアの周波数ロックは外れたか否かの判定を行なう。
【０１２７】
ＩＦキャリアロック判定部２１３には、ローパスフィルタ２０４および２０５の出力は供給される。このＩＦキャリアロック判定部２１３では、ローパスフィルタ２０４および２０５の出力の絶対値の比を求め、その比の値が予め定めたスレッショールド値以上であるときには、ＩＦキャリアの同期がロック状態であることを示し、そうでなかったときには、ＩＦキャリアの同期が外れた状態（アンロック状態）であることを示すＩＦキャリアロック判定出力を出力する。
【０１２８】
すなわち、ＩＦキャリアロック判定出力は、ローパスフィルタ２０４の出力をＩo、ローパスフィルタ２０５の出力をＱｏとし、前記スレッショールド値をｔｈとしたとき、
｜Ｉｏ｜／｜Ｑｏ｜＞ｔｈ
であるときにはロック状態、そうでなければ、アンロック状態を示すものとなる。
【０１２９】
この実施形態では、このＩＦキャリアロック判定出力はＣＰＵ２６に送られる。ＣＰＵ２６は、このＩＦキャリアロック判定出力から、ＩＦキャリアについてのロック状態、アンロック状態を認識するようにする。
【０１３０】
〔ＤＬＬ４２について〕  
図８に示すように、ＤＬＬ４２においては、周波数変換部２３からのＩＦデータは、乗算器３０１および３１１に供給される。そして、乗算器３０１には、ＰＮ符号発生器３２０からの進みＰＮ符号Ｅが供給され、また、乗算器３１１には、ＰＮ符号発生器３２０からの遅れＰＮ符号Ｌが供給される。
【０１３１】
乗算器３０１は、ＩＦデータと進みＰＮ符号Ｅとを乗算することにより、スペクトラム逆拡散を行い、この逆拡散がなされた信号を乗算器３０２、３０３に供給する。そして、乗算器３０２には、前述のコスタスループ４１のＮＣＯ２０８からのＩ信号が供給され、乗算器３０３には、ＮＣＯ２０８からのＱ信号が供給される。
【０１３２】
乗算器３０２は、逆拡散されたＩＦデータとＮＣＯ２０８からのＩ信号とを乗算し、その結果をローパスフィルタ３０４を通じて相関検出器３０６に供給する。同様に、乗算器３０３は、逆拡散されたＩＦデータとＮＣＯ２０８からのＱ信号とを乗算し、その結果をローパスフィルタ３０５を通じて相関検出器３０６に供給する。
【０１３３】
なお、ローパスフィルタ３０４、３０５は、コスタスループ４１のローパスフィルタ２０４，２０５と同様に、ＣＰＵ２６からのカットオフ周波数情報の供給を受け、これに供給された信号の帯域外ノイズを除去するものである。
【０１３４】
相関検出器３０６は、これに供給されるローパスフィルタ３０４，３０５からの出力信号をそれぞれ自乗して加算して出力する。この相関検出器３０６からの出力は、ＩＦデータと、ＰＮ符号発生器３２０からの進みＰＮ符号Ｅとの相関値ＣＶ（Ｅ）示すものである。この相関値ＣＶ（Ｅ）は、位相検出器３２１に供給されるとともに、コントロールレジスタ４３に格納され、ＣＰＵ２６が用いることができるようにされる。
【０１３５】
同様に、乗算器３１１は、ＩＦデータと遅れＰＮ符号Ｌとを乗算することにより、スペクトラム逆拡散を行い、この逆拡散がなされた信号を乗算器３１２、３１３に供給する。乗算器３１２には、前述したように、ＮＣＯ２０８からのＩ信号が供給され、乗算器３１３には、ＮＣＯ２０８からのＱ信号が供給される。
【０１３６】
乗算器３１２は、逆拡散されたＩＦデータとＮＣＯ２０８からのＩ信号とを乗算し、その結果をローパスフィルタ３１４を通じて相関検出器３１６に供給する。同様に、乗算器３１３は、逆拡散されたＩＦデータとＮＣＯ２０８からのＱ信号とを乗算し、その結果をローパスフィルタ３１５を通じて相関検出器３１６に供給する。ローパスフィルタ３１４、３１５は、前述のローパスフィルタ３０４、３０５と同様に、ＣＰＵ２６からのカットオフ周波数情報の供給を受け、これに供給された信号の帯域外ノイズを除去するものである。
【０１３７】
相関検出器３１６は、これに供給されるローパスフィルタ３１４，３１５からの出力信号をそれぞれ自乗して加算し、その演算結果を出力する。この相関検出器３１６からの出力は、ＩＦデータと、ＰＮ符号発生器３２０からの遅れＰＮ符号Ｌとの相関値ＣＶ（Ｌ）を示すものである。この相関値ＣＶ（Ｌ）は、位相検出器３２１に供給されるとともに、コントロールレジスタ４３に格納され、ＣＰＵ２６が用いることができるようにされる。
【０１３８】
位相検出器３２１は、相関検出器３０６からの相関値ＣＶ（Ｅ）と、相関検出器３１６からの相関値ＣＶ（Ｌ）との差分として、一致ＰＮ符号ＰとＧＰＳ衛星信号の衛星ＰＮ符号との位相差を検出し、その位相差に応じた信号をループフィルタ３２２を介してＮＣＯ３２３の数値制御信号として供給する。
【０１３９】
ＰＮ符号発生器３２０には、このＮＣＯ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；数値制御型発振器）３２３の出力信号が供給されており、このＮＣＯ３２３の出力周波数が制御されることにより、ＰＮ符号発生器３２０からのＰＮ符号の発生位相が制御される。
【０１４０】
なお、ＮＣＯ３２３は、後述するように、同期捕捉部２４の同期捕捉結果に応じたＣＰＵ２６からの初期発振周波数を制御する周波数情報の供給を受ける。
【０１４１】
以上のＤＬＬ４２におけるループ制御により、ＮＣＯ３２３が制御されて、ＰＮ符号発生器３２０は、相関値ＣＶ（Ｅ）と相関値ＣＶ（Ｌ）とが同じレベルとなるように、ＰＮ符号Ｐ、Ｅ，Ｌの発生位相を制御する。これにより、ＰＮ符号発生器３２０から発生する一致ＰＮ符号Ｐが、ＩＦデータをスペクトラム拡散しているＰＮ符号と位相同期するようにされ、この結果、一致ＰＮ符号ＰによりＩＦデータが正確に逆スペクトラム拡散され、コスタスループ４１において、２値化回路２１０から航法メッセージデータが復調されて出力される。
【０１４２】
そして、その航法メッセージデータの復調出力は、図示しないデータ復調回路に供給されてＣＰＵ２６で使用可能なデータに復調された後、ＣＰＵ２６に供給される。ＣＰＵ２６では、航法メッセージデータは、測位計算に用いられ、また、適宜、軌道情報（アルマナック情報やエフェメリス情報）が抽出されて、メモリ２９に格納される。
【０１４３】
なお、ＤＬＬ４２のループフィルタ３２２は、前述したコスタスループ４１のループフィルタ２０７と同様に、ＣＰＵ２６から供給されるパラメータに基づいて、位相検出器３２１からの位相誤差情報を積分して、ＮＣＯ３２３を制御するＮＣＯ制御信号を形成するものである。
【０１４４】
ＤＬＬ４２においても、ループフィルタ３２２と、ＮＣＯ３２３との間に、ループの開閉制御用のスイッチ回路３２４が設けられ、ＣＰＵ２６からの切り換え制御信号によりオンオフされる。
【０１４５】
なお、同期保持動作がスタートする前の初期的な状態では、スイッチ回路３２４はオフとされ、ループ開の状態とされ、後述するように、同期保持動作がスタートして、コスタスループの相関検出器２０９の相関出力が有意なレベルとなったときに、このスイッチ回路３２４がオンとされて、ループ閉とされるようにされる。
【０１４６】
［位置算出および速度算出動作］
以上のように構成されているＧＰＳ受信機１０においては、少なくとも４個のＧＰＳ衛星からのＲＦ信号を受信して、このＲＦ信号を周波数変換部２３によってＩＦ信号に変換した後、同期捕捉部２４によって拡散符号の同期捕捉およびキャリア周波数の検出を行い、同期保持部２５によって拡散符号とキャリアとの同期保持および航法メッセージの復調を行なう。
【０１４７】
そして、ＧＰＳ受信機１０は、拡散符号の位相、キャリア周波数および航法メッセージに基づいて、ＣＰＵ２６によって、自己の３次元位置および自己の３次元速度を算出する。
【０１４８】
この自受信機位置および自受信機速度の算出の実行に先立ち、ＧＰＳ受信機１０においては、自受信機位置および自受信機速度を算出するのに必要な衛星群の決定し、当該決定した衛星群の衛星からの受信信号を用いて測位計算および速度計算したときの精度誤差を求め、当該精度誤差が要求する精度誤差以下であるときに実際の測位計算および速度計算を実行するようにする。
【０１４９】
この場合に、この実施形態においては、従来と異なり、受信機位置の算出に用いる衛星の集合と、受信機速度の算出に用いる衛星の集合とは、別々に決定する。
【０１５０】
すなわち、位置算出用衛星の集合Ｐは、
・軌道情報が既知である
・拡散符号の発信時刻が既知である
という位置計算可能条件を満たすものとして決定する。
【０１５１】
また、速度算出用衛星の集合Ｖは、
・軌道情報が既知である
・キャリア周波数が安定に既知である
という速度計算可能条件を満たすものとして決定する。
【０１５２】
そして、この実施形態は、位置計算可能条件を満たす衛星の集合Ｐに含まれる全ての衛星を受信機位置算出に用いることにする。このため、この実施形態においては、仮に速度計算可能条件を満たす衛星の集合Ｖが｜Ｖ｜＜３であっても、少なくとも受信機位置を算出することが可能となる。
【０１５３】
つまり、従来であれば位置計算ができないような状況でも位置計算が可能となる場合があり、位置測位率の向上に寄与する。また、従来よりも位置計算に使用する衛星数が増える可能性があるので（｜Ｐ｜≧｜Ｐ∩Ｖ｜） 、位置精度の向上にも寄与する。
【０１５４】
ところで、実際には、ＧＰＳ受信機においては、位置計算可能条件および速度計算可能条件などを満たす衛星が４個以上あれば、常に位置計算および速度計算を行ない、その結果を出力する、というわけではない。ＧＰＳ受信機では、測位精度を悪化させないために、衛星の幾何学的配置上、計算誤差が大きくなると予想される場合には、測位計算を行なわない、という判断を内部で行なっている。この場合に、精度指標としては、ＤＯＰ（Ｄｉ１ｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）が一般に用いられている。
【０１５５】
そして、ＧＰＳ受信機では、求めたＤＯＰが、予め定められた閾値（ＤＯＰ閾値）より大きい場合は、計算誤差が大きいとみなし、測位計算を行わない。ＤＯＰの値はＧＰＳ受信機に対する衛星の配置により定まる。また、ＤＯＰの性質として衛星の個数を順次増やしていけば、ＤＯＰの値は小さくなる傾向にある。
【０１５６】
なお、ＤＯＰには、３次元位置と時刻を加味したＧＤＯＰ（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ＤＯＰ）、３次元位置のみを加味したＰＤＯＰ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ＤＯＰ）等、幾何学的な意味に対応したＤＯＰが定義されている。以下では、特に明記しない場合は、ＤＯＰはＰＤＯＰであるとしている。
【０１５７】
このＰＤＯＰの値は、例えば次のようにして求めることができる。先ず、測位計算に用いる衛星の位置座標およびＧＰＳ受信機の位置座標により図９の（式１）に示すような行列Ａを定める。
【０１５８】
次に、図９に示すように、行列Ａの転置行列と行列Ａとの積の逆行列として、行例Ｂを定め、当該行列Ｂの対角要素を、図９（式２）〜（式５）に示すように定めたとき、ＰＤＯＰを、図９の（式６）により求めるようにすることができる。
【０１５９】
この実施形態では、前述のように、位置計算に使用する衛星の集合Ｐと速度計算に使用する衛星の集合Ｖが異なることから、位置計算衛星に関するＤＯＰ (位置用ＤＯＰ) と速度計算衛星に関するＤＯＰ (速度用ＤＯＰ) の２種類のＤＯＰを算出するようにする。ここで、位置用ＤＯＰおよび速度用ＤＯＰは、前述したように、いずれも図９に示したＰＤＯＰであるが、ここでは、算出対象となる衛星の集合がＰとＶとで異なることになる。
【０１６０】
そして、前述のように、位置計算可能条件を満たす衛星の集合をＰ、速度計算可能条件を満たす衛星の集合をＶとしたとき、受信機位置算出に用いる衛星をＰ、受信機速度算出に用いる衛星をＰ∩Ｖと定めれば、｜Ｐ｜≧｜Ｐ∩Ｖ｜となるため、位置ＤＯＰをＤｐ、速度ＤＯＰをＤｖとすると、測位に用いる衛星数が位置ＤＯＰの場合の方が多いために、Ｄｐ≦Ｄｖとなる。
【０１６１】
従来は、常にＤｐ＝Ｄｖであるため、ＤＯＰ閾値は、位置用ＤＯＰと速度用ＤＯＰとで共通の閾値Ｌである。
【０１６２】
これに対して、この実施形態のように、Ｄｐ≦Ｄｖとなる状況において、Ｄｖ≦Ｌであれば、常にＤｐ＜Ｌとなり、測位精度がある程度保証された受信機位置および受信機速度を得ることができる。
【０１６３】
一方、Ｄｐ≦Ｌ＜Ｄｖのような場合は、位置の測位精度は、ある程度保証されるが、速度の測位精度は保証されない、ということを意味する。この範囲では、受信機位置のみを算出することができる。
【０１６４】
ここで、受信機位置のみを算出する精度条件を緩和すれば、受信機位置と受信機速度が共に得られる場合の測位精度を、従来の程度に保ちつつ、受信機位置のみを算出する機会を増加させることにより、従来であれば衛星配置が悪い、すなわち、位置用ＤＯＰが大きい（Ｄｐ＞Ｌ）ために、受信機位置が求まらないような状況でも、受信機の概略位置を得ることができる。
【０１６５】
受信機位置のみを算出する条件を緩和するために、この実施形態では、ＤＯＰ閾値を、位置用ＤＯＰと速度用ＤＯＰとで別々に定めることとする。すなわち、位置用ＤＯＰ閾値Ｌｐと速度用ＤＯＰ閾値Ｌｖを別々に設け、Ｌｐ≧Ｌｖ＝Ｌとする。
【０１６６】
以上により、Ｄｖ≦Ｌｖの場合は、Ｄｐ≦Ｌｖ≦Ｌｐも満たすため、受信機位置と受信機速度の測位精度を、従来と同程度に保つことができる。
【０１６７】
一方、Ｄｖ＞Ｌｖ、かつ、Ｄｐ≦Ｌｐの場合は、受信機速度の精度は悪いために当該受信機速度の算出は行なわないが、受信機位置については、測位精度が位置用ＤＯＰ閾値Ｌｐにより定まる範囲にあると予想されるため、受信機の概略位置として外部に出力する。これにより、この実施形態では、従来は速度計算ができないため非測位であるような状況であっても、ユーザに対して受信機の概略位置を通知することができる。
【０１６８】
以下に、以上説明した、自受信機位置および自受信機速度を算出するのに必要な衛星の決定から、実際に受信機位置の計算および受信機速度の計算の実行（または計算を実行しない）までの手順（測位実行判定処理手順と呼ぶ）を、図１０および図１１のフローチャートを参照しながら説明する。
【０１６９】
先ず、ＣＰＵ２６は、同期保持部２５で同期保持されている複数の衛星のうち、拡散符号の発信時刻が既知であり、かつ、軌道情報も既知である衛星の集合を求め、この集合を位置算出用衛星の集合Ｐとする（ステップＳ１）。ここで、「軌道情報が既知である」ことは、メモリ２９に、対象となる衛星の軌道情報が格納されていれば、その条件を満足することになる。
【０１７０】
次に、ＣＰＵ２６は、同期保持部２５で同期保持されている衛星のうち、同期保持部２５からキャリア周波数の情報を得ることができ（すなわち、安定にキャリア周波数の情報の情報を得ることができ）、かつ、軌道情報も既知である衛星の集合を求め、この集合を速度算出用衛星の集合Ｖとする（ステップＳ２）。
【０１７１】
次に、ＣＰＵ２６は、集合Ｐの要素数（衛星数）が４個以上であるか否か判別する（ステップＳ３）。集合Ｐの要素数が４未満であるときには、３次元位置の算出はできないので、この例では、ＣＰＵ２６は、測位失敗の旨の出力信号を出力する（ステップＳ９）。
【０１７２】
一方、ステップＳ３で、集合Ｐの要素数が４個以上であるときには、３次元位置の算出が可能であるが、実際に測位計算を実行するかどうかは、前述したように、計算誤差の指標となる位置用ＤＯＰを求め、予め定められてメモリ２９に格納されている位置用ＤＯＰ閾値Ｌｐと比較することにより判定する。
【０１７３】
ここで、位置用ＤＯＰを求めるためには、前述のように、ＧＰＳ受信機１０の概略位置と、計算に使用する全ての衛星の位置の情報が必要である。受信機１０の概略位置は、メモリ２９に格納されている、前回の測位計算により求められた位置の情報を用いることとする。
【０１７４】
そこで、ＣＰＵ２６は、前回、測位に成功し、メモリ２９に受信機１０の位置情報が格納されていて、受信機位置が既知であるか否か判別する（ステップＳ４）。このステップＳ４で、受信機位置が既知であると判別したときには、ＣＰＵ２６は、前述の図９に示した演算式を用いて、集合Ｐに関するＰＤＯＰであるＤｐを求める（ステップＳ５）。そして、求めたＤｐと、メモリ２９に格納されているＤｐに関する閾値Ｌｐとを比較し、Ｄｐ≦Ｌｐを満足するか否か判別する（ステップＳ６）。
【０１７５】
ステップＳ６で、Ｄｐ＞Ｌｐであると判別したときには、ＣＰＵ２６は、計算誤差が大きいと予測されるために、３次元位置の算出を行わず、測位失敗の旨の出力信号を出力する（ステップＳ９）。
【０１７６】
また、ステップＳ６で、Ｄｐ≦Ｌｐを満足すると判別したときには、集合Ｐの衛星を用いてＧＰＳ受信機１０の３次元位置の算出を実行する（ステップＳ７）。また、ステップＳ４で、メモリ２９にＧＰＳ受信機の位置情報が格納されておらず、ＧＰＳ受信機１０の概略位置が不明である場合には、位置用ＤＯＰの算出ができないため、このステップＳ７に進んで、ＧＰＳ受信機１０の３次元位置の算出を行なう。
【０１７７】
そして、ＣＰＵ２６は、３次元位置の算出演算において実際に受信機位置が求まったか否か判別する（ステップＳ８）。３次元位置算出の過程で解が収束しないなどの理由で解が求まらなかった場合は、ＣＰＵ２６は、このステップＳ８で受信機位置が求まらないと判別し、３次元位置算出処理を中止して、測位失敗の旨の出力信号を出力する（ステップＳ９）。そして、ステップＳ９の後は、この測位処理ルーチンを終了する。
【０１７８】
そして、ステップＳ８で、ＧＰＳ受信機１０の３次元位置の算出に成功したと判別した場合は、ＣＰＵ２６は、ＧＰＳ受信機１０の３次元速度の算出を試みる。すなわち、ＣＰＵ２６は、集合Ｐ∩Ｖの要素数、すなわち、速度算出用衛星の集合に含まれる衛星数が４個以上であるか否か判別する（図１１のステップＳ１１）。
【０１７９】
ステップＳ１１で、集合Ｐ∩Ｖの要素数が４個未満であると判別したときには、ＣＰＵ２６は、ステップＳ７で算出した受信機位置を、ＧＰＳ受信機１０の概略位置として出力する（ステップＳ１８）。つまり、受信機速度は算出することができなかったので、ＧＰＳ受信機の概略位置の情報のみを出力する。このとき、出力される当該受信機位置情報は、概略位置であることを示すフラグなどの付加情報を合わせて出力するようにしても良い。ステップＳ１８の後には、この処理ルーチンを終了する。
【０１８０】
集合Ｐ∩Ｖの要素数が４個以上であれば、ＧＰＳ受信機１０の３次元速度の算出が可能であるが、実際に３次元速度の算出を行なうかどうかは、受信機位置算出のときと同様に、計算誤差の大きさの指標となるＤＯＰを求め、予め定められて、メモリ２９に格納された速度用ＤＯＰ閾値Ｌｖと比較することにより判定する。
【０１８１】
ここで、速度用ＤＯＰを求めるためには、前述のように、ＧＰＳ受信機１０の概略位置と、計算に使用する全ての衛星の位置の情報が必要である。受信機の概略位置は、メモリ２９に格納されている、前回の測位計算で求めた位置を用いることにする。Ｐ∩Ｖの条件より衛星位置も算出可能である。
【０１８２】
そこで、ＣＰＵ２６は、前回、測位に成功し、メモリ２９に受信機１０の位置情報が格納されていて、受信機位置が既知であるか否か判別する（ステップＳ１２）。このステップＳ１２で、受信機位置が既知であると判別したときには、ＣＰＵ２６は、前述の図９に示した演算式を用いて、集合Ｖに関するＰＤＯＰであるＤｖを求める（ステップＳ１３）。そして、求めたＤｖと、メモリ２９に格納されているＤｖに関する閾値Ｌｖとを比較し、Ｄｖ≦Ｌｖを満足するか否か判別する（ステップＳ１４）。
【０１８３】
ステップＳ６で、Ｄｖ＞Ｌｖであると判別したときには、ＣＰＵ２６は、計算誤差が大きいと予測されるために、３次元速度の算出を行わず、ステップＳ７で算出した受信機位置を、ＧＰＳ受信機１０の概略位置として出力する（ステップＳ１８）。
【０１８４】
また、ステップＳ１４で、Ｄｖ≦Ｌｖを満足すると判別したときには、集合Ｖの衛星を用いてＧＰＳ受信機１０の３次元速度の算出を実行する（ステップＳ１５）。また、ステップＳ１２で、メモリ２９にＧＰＳ受信機１０の位置情報が格納されておらず、ＧＰＳ受信機１０の概略位置が不明である場合には、速度用ＤＯＰの算出ができないため、このステップＳ１５に進んで、ＧＰＳ受信機の３次元速度の算出を行なう。
【０１８５】
そして、ＣＰＵ２６は、３次元速度の算出演算において実際に受信機速度が求まったか否か判別する（ステップＳ１６）。３次元速度算出の過程で解が収束しないなどの理由で解が求まらなかった場合は、ＣＰＵ２６は、このステップＳ１６で受信機速度が求まらないと判別し、３次元速度算出処理を中止して、ステップＳ７で算出した受信機位置を、ＧＰＳ受信機１０の概略位置として出力する（ステップＳ１８）。そして、ステップＳ１８の後は、この測位処理ルーチンを終了する。
【０１８６】
そして、ステップＳ１６で、ＧＰＳ受信機１０の３次元速度の算出に成功したと判別した場合は、ＣＰＵ２６は、ステップＳ７で求めたＧＰＳ受信機１０の３次元位置の情報と、ステップＳ１５で求めた３次元速度の情報とを出力する（ステップＳ１７）。そして、この測位処理ルーチンを終了する。
【０１８７】
以上のような、測位処理ルーチンが行なわれた処理結果としては、
（１）受信機位置も受信機速度も求まった。
【０１８８】
（２）受信機位置のみ求まった。
【０１８９】
（３）受信機位置も受信機速度も求まらなかった。
【０１９０】
という３つの場合が想定される。
【０１９１】
上記（１）の場合は、ＣＰＵ２６は、求まった受信機位置、受信機速度の情報をメモリ２９に格納すると共に、Ｉ/ Ｏを通じて外部に、それら求まった受信機位置、受信機速度の情報を、測位結果として出力する。
【０１９２】
上記（２）の場合は、ＣＰＵ２６は、求まった受信機位置の情報のみをメモリ２９に格納すると共に、当該求まった受信機位置の情報を、受信機概略位置として、Ｉ/ Ｏを通じて外部に測位結果として出力する。そして、ＧＰＳ受信機２６は、受信機速度情報については、メモリ２９には計算失敗を示す情報を記録し、外部に対しては計算失敗の旨を出力する。
【０１９３】
上記（３）の場合は、ＣＰＵ２６は、メモリ２９には受信機位置および受信機速度の計算失敗すなわち測位失敗を示す情報を記録し、測位失敗の旨をＩ/ Ｏを通じて外部に出力する。
【０１９４】
以上説明したように、この実施形態のＧＰＳ受信機１０によれば、従来においては受信機位置も受信機速度も得られない状況において、受信機位置を算出することができ、位置測位率の向上に寄与するという効果が得られる。また、受信機の電源を入れてから最初に測位が成功するまでの時間（ＴＴＦＦ;Ｔｉｍｅ Ｔｏ Ｆｉｒｓｔ Ｆｉｘ）の短縮化に寄与する。
【０１９５】
［その他の実施形態］
以上の実施形態では、同期保持した衛星について、受信機位置算出用の集合Ｐと、受信機速度算出用の集合Ｖとを求めた後、それぞれの集合について、位置用ＤＯＰおよび速度用ＤＯＰを計算するようにした。しかし、集合Ｐおよび集合Ｖを求めることなく、異ならせた位置用ＤＯＰ閾値Ｌｐと速度用ＤＯＰ閾値Ｌｖ（例えばＬｖ＜Ｌｐ）とを用いて、受信機位置の算出の実行および／または受信機速度の算出の実行をするかどうかを決定するようにしても良い。
【０１９６】
すなわち、その場合には、同期保持した衛星が４個以上である場合に、測位を行なおうとする衛星についてＤＯＰ例えばＰＤＯＰを求め、求めたＰＤＯＰに対して、互いに独立に、異なって設定された位置用ＤＯＰ閾値Ｌｐと速度用ＤＯＰ閾値Ｌｖと比較する。そして、求めたＰＤＯＰが、位置用ＤＯＰ閾値Ｌｐ以下であれば、受信機位置の測定を実行し、また、速度用ＤＯＰ閾値Ｌｖ以下であれば、受信機速度の測定を実行するようにすることができる。この場合にも、上述と同様の作用効果が得られる。
【０１９７】
また、以上の説明は、位置用ＤＯＰ閾値Ｌｐを、従来のＤＯＰ閾値Ｌよりも緩和（Ｌｐ＞Ｌ）するようにした場合であるが、速度用ＤＯＰ閾値Ｌｖを、従来のＤＯＰ閾値Ｌよりも緩和（Ｌｖ＞Ｌ）するようにしてもよい。
【０１９８】
なお、精度指標としては、上述の例では、ＤＯＰを用いるようにしたが、ＤＯＰに他の要素条件を加えた指標や、その他の指標を用いることもできる。
【０１９９】
また、以上の実施形態の説明では、同期捕捉部２４からの検出結果は、ＣＰＵ２６を介して同期保持部２５に渡すようにしたが、同期捕捉部２４から、同期保持部２５に直接的に渡すように構成することができるものである。
【０２００】
また、上述の例では、同期捕捉部２４には、デジタルマッチドフィルタを用いた例としたが、この発明では、粗い精度の同期捕捉を同期捕捉部が行い、その結果を同期保持部に渡して、同期確立までを高速化することが目的であるので、同期捕捉部２４は、デジタルマッチドフィルタを用いた例に限られるものではない。
【０２０１】
また、デジタルマッチドフィルタには、上述の例のようなＦＦＴを用いた例のみではなく、前述したように、トランスバーサルフィルタを用いた構成とすることができるものである。
【０２０２】
また、同期捕捉部や同期保持部の構成は、上述の例の構成に限られるものではなく、その機能を実現することができるものであれば、どのようなものであってもよい。
【０２０３】
また、この発明は、上述のような同期捕捉部と同期保持部とに分ける構成のＧＰＳ受信機に限られるものではなく、例えば、周波数サーチを伴うスライディング相関によりキャリアおよび拡散符号についての同期検出を行なうと同時に、ＤＬＬとコスタスループとにより、同期捕捉および同期保持動作をするようにするＧＰＳ受信機にも、この発明は適用可能である。
【０２０４】
また、この発明による衛星信号受信処理装置は、上述したＧＰＳシステム用の受信機に限られるものではなく、例えば、旧ソビエト連邦が構築したＧＬＯＮＡＳＳシステムや、欧州各国が中心となって構築が進められているＧＡＬＩＬＥＯシステム用の受信機にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２０５】
【図１】この発明による衛星信号受信処理装置における要部を説明するために用いる図である。
【図２】この発明による衛星信号受信処理装置の一実施形態としてのＧＰＳ受信機の構成例を示すブロック図である。
【図３】図２のＧＰＳ受信機の一部の構成を説明するための図である。
【図４】図２のＧＰＳ受信機の一部の構成を説明するための図である。
【図５】図２のＧＰＳ受信機における動作を説明するために用いる図である。
【図６】図２のＧＰＳ受信機の一部の構成を説明するための図である。
【図７】図２のＧＰＳ受信機の一部の構成を説明するための図である。
【図８】図２のＧＰＳ受信機の一部の構成を説明するための図である。
【図９】精度指標としてのＤＯＰを求める演算式を示す図である。
【図１０】図２のＧＰＳ受信機の要部の動作説明のためのフローチャートの一部である。
【図１１】図２のＧＰＳ受信機の要部の動作説明のためのフローチャートの一部である。
【符号の説明】
【０２０６】
１０…ＧＰＳ受信機、２３…周波数変換部、２４…同期捕捉部、２５…同期保持部、２６…ＣＰＵ、２９…メモリ
【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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