(57)【要約】      （修正有）【課題】衛星からの雑音にうずもれた超微弱な信号であっても、高感度に擬似距離を検出することができ、かつ、その処理速度が極めて早い衛星測位方法を提供する。【解決手段】受信機端末が局部発振部34にて発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部から受信する。次に、外部発振部から得た外部周波数を基準に局部発振部34で発振する局部周波数を計測し、計測した局部周波数から予め与えられている局部発振周波数の誤差を検出する。そして、この局部発振周波数の誤差を含む所定の周波数領域内で正確な局部周波数誤差の候補値を複数個設定する。そして、衛星から受信した信号を衛星のドップラ効果による周波数誤差と局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正して相関計算し、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出する。そして、正確な局部周波数誤差が示された相関計算結果から遅延値を検出して、遅延値から擬似距離を求める。【選択図】  図４
2006220532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
局部発振部（34）を有する受信機端末（11）が衛星（Ａ）からの信号を受信し、受信した信号により上記受信機端末（11）が上記衛星（Ａ）との間の擬似距離を求める衛星測位方法であって、
上記受信機端末（11）が上記局部発振部（34）にて発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部（17）から受信し、外部発振部（17）から得た外部周波数を基準に局部発振部（34）で発振する局部周波数を計測し、計測した局部周波数から予め与えられている局部発振周波数の誤差を検出し、この局部発振周波数の誤差を含む所定の周波数領域内で正確な局部周波数誤差の候補値を複数個設定し、上記衛星（Ａ）から受信した信号を該衛星（Ａ）のドップラ効果による周波数誤差と上記局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正して相関計算し、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出し、正確な局部周波数誤差が示された相関計算結果から遅延値（τ）を検出して、該遅延値（τ）から上記擬似距離を求めることを特徴とする衛星測位方法。
【請求項２】
局部発振部（34）を有する受信機端末（11）が衛星（Ａ）からの信号を受信し、受信した信号により上記受信機端末（11）が上記衛星（Ａ）との間の擬似距離を求める衛星測位方法であって、
上記受信機端末（11）が上記局部発振部（34）にて発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部（17）から受信し、外部発振部（17）から得た外部周波数を基準に局部発振部（34）で発振する局部周波数を計測し、計測した局部周波数から予め与えられている局部発振周波数の誤差を検出し、この局部発振周波数の誤差に予め与えられている外部周波数の最大誤差を加算及び減算して算出した周波数を上限値及び下限値として周波数領域を特定し、特定した周波数領域内で正確な局部周波数誤差の候補値を複数個設定し、上記衛星（Ａ）から受信した信号を該衛星（Ａ）のドップラ効果による周波数誤差と上記局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正して相関計算し、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出し、正確な局部周波数誤差が示された相関計算結果から遅延値（τ）を検出して、該遅延値（τ）から上記擬似距離を求めることを特徴とする衛星測位方法。
【請求項３】
衛星（Ａ）からの衛星信号を受信機端末（11）が受信し、受信した受信信号により該受信機端末（11）が該衛星（Ａ）との間の擬似距離を求める衛星測位システムに於て、
上記受信機端末（11）が、周波数を発振させる局部発振部（34）と、該局部発振部（34）が発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部（17）から受信する受信部（12）と、上記外部発振部（17）から得た外部周波数を基準に局部発振部（34）の局部周波数を計測しかつ計測した局部周波数から予め与えられている局部発振周波数の誤差を検出する第１段検出部（６）と、この局部発振周波数の誤差を含む所定の周波数領域内で設定された正確な局部周波数誤差の複数個の候補値を入力されかつ上記衛星（Ａ）から受信した信号を該衛星（Ａ）のドップラ効果による周波数誤差と上記局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正するドップラ補正部（16）と、該ドップラ補正部（16）で処理した信号を相関計算する相関計算部（９）と、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出する第２段検出部（７）と、正確な局部周波数誤差が示された相関計算結果から遅延値（τ）を検出して該遅延値（τ）から上記擬似距離を求める擬似距離検出部（19）と、を備えることを特徴とする衛星測位システム。
【請求項４】
上記第１段検出部（６）で検出した局部発振周波数の誤差に予め与えられている外部周波数の最大誤差を加算及び減算して算出した周波数を上限値及び下限値として周波数領域を特定し、その特定した周波数領域内で正確な局部周波数誤差の複数の候補値を設定する請求項３記載の衛星測位システム。
【請求項５】
局部発振部（34）を有する受信機端末（11）が衛星（Ａ）からの信号を受信し、受信した信号により上記受信機端末（11）が上記衛星（Ａ）との間の擬似距離を求める衛星測位方法であって、
上記受信機端末（11）は中心周波数とその誤差範囲とを予め知り得る上記局部発振部（34）を有し、該局部発振部（34）が発振する局部発振周波数と上記中心周波数とから局部発振周波数の誤差を検出し、この局部発振周波数の誤差を含む上記誤差範囲内で正確な局部周波数誤差の候補値を複数個設定し、上記衛星（Ａ）から受信した信号を該衛星（Ａ）のドップラ効果による周波数誤差と上記局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正して相関計算し、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出し、正確な局部周波数誤差が示された相関計算結果から遅延値（τ）を検出して、該遅延値（τ）から上記擬似距離を求めることを特徴とする衛星測位方法。
【請求項６】
受信機端末（11）が局部発振部（34）にて発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部（17）から受信し、外部発振部（17）から得た外部周波数を基準に局部発振部（34）で発振する局部周波数を計測し、計測した局部周波数から予め与えられている局部発振周波数の誤差を検出し、この局部発振周波数の誤差を含む所定の周波数領域内で正確な局部周波数誤差の候補値を複数個設定し、衛星（Ａ）から受信した信号を該衛星（Ａ）のドップラ効果による周波数誤差と上記局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正して相関計算し、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出することを特徴とする周波数誤差検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星測位方法とそのシステム及び周波数誤差検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測位用衛星（例えばＧＰＳ）受信機等に於ては、受信した衛星からの電波のコードに受信機内部で発生する同一コードを同期させて、コードを復調している。
しかし、測位用衛星は動いているために、ドップラ効果が生じ、そのため受信電波の周波数が衛星から送信したものとは異なっている。そこで、ＧＰＳ受信機などにてドップラ補正を行って、この周波数を衛星から送信した時点と同一にすることを行っている。
【０００３】
また、受信機内の局部発振器（内部発振器）の周波数誤差があると、周波数変換後の周波数は衛星自身のドップラ効果による周波数誤差のほかに局部発振器の誤差が重畳される。
この際に受信機自身のみでドップラ補正を行おうとすれば、周波数誤差を自力で推定して考えられる周波数領域を総当りで試みる必要があり、コード復調が出来るまで繰り返す必要が生じるため、非常に長い処理時間が必要であるという欠点があった。つまり、コード復調するまで相当の時間がかかるという致命的な欠点を持っていた。
【０００４】
また、外部より正確な衛星の周波数誤差をもらっても、局部発振器の誤差が不明ならばドップラ補正は上記の場合と同様に、周波数誤差を自力で推定して考えられる周波数領域を総当りで試みる必要があり、コード復調が出来るまで計算を繰り返す必要が生じるという欠点があった。
局部発振器の誤差を完全に排除するためには、超高安定の発振器が要求されることになる。例えば高価なルビジウム発振器などが必要になり、システムが高価になるという欠点があった。
【０００５】
また、この欠点を解決するために、外部から正確な周波数の信号を取り入れ、この信号に受信機内部の発振周波数の誤差を位相検出回路により検出することが従来から広く行われている。つまり、位相同期ループ回路により受信機内部の発振周波数を外部から正確な周波数の信号にロックさせて同一周波数にする手段（電波時計、ＪＪＹ等）が、一般に広く用いられている。この手段は、一般にＰＬＬ（Phase Lock Loop ）回路として広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−３２１６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の手段では、外部から取り入れる受信信号が外部からドップラ効果を受けていたり、雑音にうずもれた信号である場合に、外部から取り入れる受信信号を基準にして、受信機内部の発振周波数の誤差を正確に検知することは、極めて困難であるという欠点をもっている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の衛星測位方法は、局部発振部を有する受信機端末が衛星からの信号を受信し、受信した信号により上記受信機端末が上記衛星との間の擬似距離を求める衛星測位方法であって、上記受信機端末が上記局部発振部にて発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部から受信し、外部発振部から得た外部周波数を基準に局部発振部で発振する局部周波数を計測し、計測した局部周波数から予め与えられている局部発振周波数の誤差を検出し、この局部発振周波数の誤差を含む所定の周波数領域内で正確な局部周波数誤差の候補値を複数個設定し、上記衛星から受信した信号を該衛星のドップラ効果による周波数誤差と上記局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正して相関計算し、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出し、正確な局部周波数誤差が示された相関計算結果から遅延値を検出して、該遅延値から上記擬似距離を求める。
【０００８】
また、局部発振部を有する受信機端末が衛星からの信号を受信し、受信した信号により上記受信機端末が上記衛星との間の擬似距離を求める衛星測位方法であって、上記受信機端末が上記局部発振部にて発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部から受信し、外部発振部から得た外部周波数を基準に局部発振部で発振する局部周波数を計測し、計測した局部周波数から予め与えられている局部発振周波数の誤差を検出し、この局部発振周波数の誤差に予め与えられている外部周波数の最大誤差を加算及び減算して算出した周波数を上限値及び下限値として周波数領域を特定し、特定した周波数領域内で正確な局部周波数誤差の候補値を複数個設定し、上記衛星から受信した信号を該衛星のドップラ効果による周波数誤差と上記局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正して相関計算し、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出し、正確な局部周波数誤差が示された相関計算結果から遅延値を検出して、該遅延値から上記擬似距離を求める。
【０００９】
本発明の衛星測位システムは、衛星からの衛星信号を受信機端末が受信し、受信した受信信号により該受信機端末が該衛星との間の擬似距離を求める衛星測位システムに於て、上記受信機端末が、周波数を発振させる局部発振部と、該局部発振部が発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部から受信する受信部と、上記外部発振部から得た外部周波数を基準に局部発振部の局部周波数を計測しかつ計測した局部周波数から予め与えられている局部発振周波数の誤差を検出する第１段検出部と、この局部発振周波数の誤差を含む所定の周波数領域内で設定された正確な局部周波数誤差の複数個の候補値を入力されかつ上記衛星から受信した信号を該衛星のドップラ効果による周波数誤差と上記局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正するドップラ補正部と、該ドップラ補正部で処理した信号を相関計算する相関計算部と、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出する第２段検出部と、正確な局部周波数誤差が示された相関計算結果から遅延値を検出して該遅延値から上記擬似距離を求める擬似距離検出部と、を備えるものである。
【００１０】
また、上記第１段検出部で検出した局部発振周波数の誤差に予め与えられている外部周波数の最大誤差を加算及び減算して算出した周波数を上限値及び下限値として周波数領域を特定し、その特定した周波数領域内で正確な局部周波数誤差の複数の候補値を設定するものである。
【００１１】
また、本発明の衛星測位方法は、局部発振部を有する受信機端末が衛星からの信号を受信し、受信した信号により上記受信機端末が上記衛星との間の擬似距離を求める衛星測位方法であって、上記受信機端末は中心周波数とその誤差範囲とを予め知り得る上記局部発振部を有し、該局部発振部が発振する局部発振周波数と上記中心周波数とから局部発振周波数の誤差を検出し、この局部発振周波数の誤差を含む上記誤差範囲内で正確な局部周波数誤差の候補値を複数個設定し、上記衛星から受信した信号を該衛星のドップラ効果による周波数誤差と上記局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正して相関計算し、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出し、正確な局部周波数誤差が示された相関計算結果から遅延値を検出して、該遅延値から上記擬似距離を求める。
【００１２】
本発明の周波数誤差検出方法は、受信機端末が局部発振部にて発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部から受信し、外部発振部から得た外部周波数を基準に局部発振部で発振する局部周波数を計測し、計測した局部周波数から予め与えられている局部発振周波数の誤差を検出し、この局部発振周波数の誤差を含む所定の周波数領域内で正確な局部周波数誤差の候補値を複数個設定し、衛星から受信した信号を該衛星のドップラ効果による周波数誤差と上記局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正して相関計算し、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、雑音にうずもれた超微弱な信号であっても、信号対雑音比を著しく向上させた状態にすると共に、局部発振部の周波数誤差を自己検出させることができ、しかも、その処理時間を短くすることができる。つまり、高感度でかつ処理速度の早いものとすることができる。また、局部発振部の周波数誤差を検出するための演算処理回路が小規模なものとなり、装置（受信機端末）の簡素化が図れる。
【００１４】
従って、従来ではドップラ補正を正確に早く応答させるために超高感度で高価な発振器が必要であったが、本発明では、一般的によく使用される安価な発振器であっても、ドップラ補正を正確かつ迅速に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、実施の形態に示す図面に基づき本発明を詳説する。
図１〜図８に示す第１の実施の形態に於て、図１は、本発明の衛星測位方法及び衛星測位システムの実施の一形態の概略を示す全体ブロック図である。
図１に於て、Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 ，Ａ4 は衛星（測位衛星）を示し、１は基地局である。基地局１は、受信機端末11に各測位衛星Ａのドップラ情報（各測位衛星Ａ自身のドップラ効果による周波数誤差）を送るために設けられたものである。
基地局１は、見晴らしの良い環境に設置された受信アンテナ２を備え、ＧＰＳ基準信号をサーバ受信機３にて受信し、演算部４にてＧＰＳ信号からの衛星Ａのドップラ効果による周波数誤差（ドップラ情報）を抽出する。
【００１６】
そして、送信部（送信機）５により演算部４での情報を、受信機端末11側に送信する。Ｌ1 は通信回線であり、演算部４の情報は通信回線Ｌ1 にて受信機端末11の受信部12に送信する。
【００１７】
17は、受信機端末11内で発振する局部周波数より正確な周波数を発振する外部発振部である。外部発振部17で発振される外部周波数は通信回線Ｌ2 にて受信機端末11の受信部12に送信される。
なお、通信回線Ｌ1 ，Ｌ2 は、考えられる通信回線はすべて対象としており、電磁的通信手段等でもよく、例えば、地上放送、携帯電話通信、通信衛星を介して情報を垂れ流しで放送する通信、インターネット回線でも良い。また、通信回線Ｌ1 ，Ｌ2 を同一の通信回線としても自由である。
【００１８】
また、受信機端末11は、放送などの情報（携帯電話、インターネットなど）に対して、多くの端末11が同時に受信できることを想定している。なお、図１は説明を容易とするために、受信機端末11が１台の場合を示している。
【００１９】
14は受信機端末11のアンテナ部である。受信機端末11（アンテナ部14）の場所は、衛星Ａが直接見えるところのみならず、通常の開けた野外以外に、木の陰や、建物の中などＧＰＳ電波の強さがかなり弱い場所なども想定している。
13は衛星ＡからのＧＰＳ信号をダウンコンバートし（搬送波を除去し）たＰＮ信号（Ｃ／Ａコード）をＡ／Ｄ変換するＧＰＳ受信部であり、ＧＰＳ受信部13は局部発振部34を有する（図２参照）。15はその信号を蓄積する部分（メモリ：ＲＡＭ）である。６は局部発振部34が発振する周波数誤差（局部発振周波数の誤差）を検出（算出）する第１段検出部である。16はＰＮ信号から周波数誤差を補正するドップラ補正部である。そして、ドップラ補正部16は、蓄積されたＧＰＳ信号のＰＮ信号（Ｉ成分、Ｑ成分）について、局部発振部34の正確な局部発振周波数誤差の候補値と基地局１からの搬送波のドップラ情報から、搬送波のドップラ補正を行なう。
【００２０】
また、受信機端末11は、ドップラ補正部16で処理した信号を相関計算する相関計算部９と、相関計算結果から正確な局部周波数誤差を検出する第２段検出部７と、を備えている。そして、19は正確な局部周波数誤差が示された相関計算結果から擬似距離を求める擬似距離検出部であり、20はここで得られた擬似距離の情報等により受信機端末11の自己位置を検出する位置計算部である。
【００２１】
図３は、衛星Ａの受信信号と外部発振部17の外部周波数とを受信機端末11が受信して擬似距離を求めるまでのフローチャート図である。
図１と図３に於て、本発明の衛星測位方法について説明する。
まず、第１段検出部６で、（図２に示す）局部発振部34が発振する局部周波数をこの局部周波数より正確な外部周波数を基準に計測し、計測した局部周波数から予め与えられている局部発振周波数の誤差を検出する。次に、この局部発振周波数の誤差を含む所定の周波数領域内で正確な局部周波数誤差（局部発振周波数の誤差）の候補値を複数個設定し、各候補値をドップラ補正部16に入力する。そして、ドップラ補正部16にて、アンテナ部14で受信した衛星信号を衛星Ａのドップラ効果による周波数誤差と局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正する。周波数誤差がキャンセルされた衛星信号を相関計算部９で相関計算し、第２段検出部７にて相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出する。そして、擬似距離検出部19で、正確な局部周波数誤差が示された相関計算結果から遅延値τを検出して遅延値τから擬似距離を求める。ここで得られた擬似距離と、受信部12からの基地局位置、各衛星位置、基地局１と各衛星Ａとの擬似距離の情報により位置計算部20で受信機端末11の自己位置を知ることができる。
【００２２】
以下、各処理ブロックに於ける動作を詳細に説明する。図２と図４は、受信機端末11の構成を示すブロック図である。また、図４に於て、第１段検出部６は、例えば、図４（ａ）又は図４（ｂ）に示すような実施の形態があり、まず、図４（ａ）の実施形態の場合について説明する。
第１段検出部６は、カウンタ23を具備している。カウンタ23は局部周波数をカウントするものである。また、外部周波数は局部周波数より正確な周波数である。
局部発振部34は、局部発振器（周波数シンセサイザ）であり、一般に使用される安価な水晶発振器を用いることができる。なお、局部発振部34は周波数誤差を持っている。
【００２３】
局部発振部34で発振した局部周波数と受信部12で受信した外部周波数とを第１段検出部６に入力する。そして、外部基準クロックを基準として、カウンタ23で局部周波数のカウントを開始する。外部基準クロックのカウントする所定時間は、例えば１sec である。
カウンタ23によって計測された局部周波数から局部周波数誤差（局部発振周波数の誤差）を算出する。誤差＝（局部発振周波数の測定値）−（設計周波数）となる。この局部周波数誤差には、外部周波数が有する僅かな誤差も含まれている。
【００２４】
また、局部発振部34が、図示省略のＰＬＬ（Phase Lock Loop ）回路である場合は、その回路を構成する分周器にて周波数をＮ分の１（Ｎは所定数）に縮小されるため、第１段検出部６で検出された局部周波数誤差はＮ倍される。なお、この時の分周器の個数や縮小度Ｎの値等は、設計変更自在である。
【００２５】
また、図４（ｂ）に示すように、第１段検出部６は、局部周波数と外部周波数の周波数をダウンコンバートする周波数変換部18と、周波数カウンタとしてのフーリエ変換部25とを有していてもよい。
【００２６】
第１段検出部６で算出された局部周波数誤差は、受信機端末11内の候補値設定部51に送信され（図２参照）、この局部周波数誤差に予め与えられている外部周波数の最大誤差を加算及び減算して算出した周波数を上限値及び下限値として周波数領域を特定する。さらに、候補値設定部51では、特定した周波数領域内で正確な局部周波数誤差の候補値を複数個設定する。
【００２７】
この候補値の設定の仕方を具体的に説明すると、例えば、第１段検出部６で局部周波数誤差が2000Ｈｚと算出され、予め与えられている外部周波数の最大誤差が 100Ｈｚである場合、正確な局部周波数誤差は、局部周波数誤差2000Ｈｚから外部周波数の最大誤差 100Ｈｚを加算及び減算した2100Ｈｚと1900Ｈｚの間の周波数領域（1900Ｈｚ〜2100Ｈｚ）内に存在することになる。そして、特定した周波数領域（1900Ｈｚ〜2100Ｈｚ）内で、最大誤差 100Ｈｚを（例えば）2000Ｈｚを中心に10Ｈｚ毎にとった周波数を正確な局部周波数誤差の複数の候補値として設定する。この場合、候補値は、1900Ｈｚ、1910Ｈｚ、1920Ｈｚ、…2080Ｈｚ、2090Ｈｚ、2100Ｈｚとなる。
また、最大誤差 100Ｈｚを2000Ｈｚを中心に10Ｈｚ毎に候補値を設定したが、候補値の設定の仕方は、受信機端末11の性能等に応じて設定すればよく、例えば、後述するドップラ補正部16の個数に対応して設定してもよい。
【００２８】
設定された複数の候補値は、ドップラ補正部16に入力される。なお、ドップラ補正部16は、複数個備えられており、上記の例では、21個備えている（図５参照）。
また、ドップラ補正部16には、Ｉ信号変換部35とＱ信号変換部36とにより得られた信号も入力される（図６参照）。
【００２９】
次に、衛星信号を受信しＩ信号変換部35とＱ信号変換部36で処理されてドップラ補正部16に入力されるまでの工程について説明する。
図２於て、ＧＰＳ受信部13は、受信アンテナ部14によるＰＮ信号を受信する高周波増幅部32と、周波数をダウンコンバートする周波数変換部33と、Ｉ信号変換部35（Ｉ信号変換搬送波除去部）と、Ｑ信号変換部36（Ｑ信号変換搬送波除去部）と、90度移相器37と、Ａ／Ｄコンバータ部38，39と、信号を一時記憶するためのメモリ部15（ＲＡＭ）と、を備えている。
【００３０】
また、図６は、周波数変換部33にて処理した信号からＩ信号とＱ信号とを得るＩ信号変換（搬送波除去）部35とＱ信号変換（搬送波除去）部36に於ける動作概要を示す図である。47と48は乗算器であり、49と50は低域フィルタである。
【００３１】
図２と図６とにより、動作について説明すると、受信アンテナ部14からＰＮ信号でスペクトラム拡散変調された 1.5ＧＨｚ帯のＧＰＳ信号を高周波増幅部32にて受信する。局部発振部（周波数シンセサイザ）34と周波数変換部33によりＰＮ信号がダウンコンバートされ、例えば70ＭＨｚ帯の周波数領域に変換する。
これに局部発振部34と90度移相器37にて互いに90度位相の異なる70ＭＨｚの搬送波で掛け算する部分───すなわちＩ信号変換部35、Ｑ信号変換部36の部分───で互いに搬送波70ＭＨｚが除去され互いに直交するＩ成分とＱ成分のＰＮ符号（Ｃ／Ａコード符号）がそれぞれ取り出される。
【００３２】
搬送波を除去する動作を図６にて説明すると、70ＭＨｚ帯にダウンコンバートされたＧＰＳ信号はPN.cos((W+ΔW)ｔ＋Φ) で表される。ΔW はドップラ周波数であり、ΔW はアンテナ部14で捕らえられる衛星信号のドップラ周波数変動分と局部発振部34（周波数シンセサイザ）の周波数変動分とが合成されたものである。ここで衛星信号のドップラ周波数変動分（衛星Ａのドップラ周波数誤差）をΔ WC とし、局部発振部34の周波数変動分（局部周波数誤差）をΔ WL とすると、ΔW=Δ WC + Δ WL となる。
【００３３】
そして、図２の局部発振部34からの信号および90度移相器37にて、90度位相の異なる信号が、互いに直交する搬送波cos(Wt) とsin(Wt) として表される。これら直交する信号と周波数変換部33からの信号PN.cos((W+ΔW)ｔ＋Φ) とを乗算器47，48にて乗算し、低域フィルタ49，50を通すと、PN.cos (ΔWt+ Φ) ，−PN.sin (Δwt+ Φ) が得られる。これらの変換はＩ，Ｑ変換器として汎用的に使われているものである。
図６では、Ｉ，Ｑ信号変換部35，36それぞれに於て、入力信号PN.cos((W+ΔW)ｔ＋Φ) に対して、互いに直交する搬送波cos(Wt) ，sin(Wt) を乗算することで、搬送波周波数W が両者とも同一であるため、両者とも搬送波成分が除去されている。
【００３４】
次に、これら搬送波成分が除去された互いに直交する信号（アナログ信号）は、それぞれＡ／Ｄコンバータ部38，39にてアナログ信号からデジタル化された離散化信号に変換される。そして、これら２つの信号を一定時間、メモリ部（ＲＡＭ）15に蓄積され、Ｉ信号とＱ信号とのデータが、メモリ部15からドップラ補正部16へ送信される。
【００３５】
以上述べた高周波増幅部32、周波数変換部33、局部発振部34、Ｉ信号変換部35、Ｑ信号変換部36、90度移相器37、Ａ／Ｄコンバータ部38，39は、汎用的な部分であり一般に広く使われているものであり、具体的構成の説明は省略する。
また、本発明の実施例に於ては、ＰＮ信号を搬送波成分が除去されたＰＮ信号として説明しているが、ＰＮ信号を搬送波成分が含まれたＰＮ信号として構成してもよい。
つまり、図２に於てＩ信号変換部35、Ｑ信号変換部36で、搬送波を除去しない回路として構成してもよい。
さらにこの場合、図６に於けるＩ信号変換部35の中の低域フィルタ49，Ｑ信号変換部36の中の低域フィルタ50はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）でも構成できる。
【００３６】
そして、図５に於て、正確な局部周波数誤差の複数の候補値Δ WL ′と基地局１からの搬送波のドップラ情報（衛星Ａのドップラ効果による周波数誤差）Δ WC と合成して入力信号Ｆx として、ドップラ補正部16に入力する。また、図７に於て、入力信号Ｆx はcos(ΔWt′) 又はsin(ΔWt′) と表し、ΔWt′＝Δ WC ＋Δ WL ′である。
また、入力信号Ｆx は、候補値の個数と同じ個数存在し、迅速に演算処理を行うにはそれぞれのドップラ補正部16につき入力信号Ｆx を１個ずつ入力することが望ましい。
【００３７】
図７では、蓄積されたＧＰＳ信号のＰＮ信号（Ｉ成分、Ｑ成分）について、局部発振部34の正確な周波数誤差の候補値と基地局１からの搬送波のドップラ情報から、搬送波のドップラ補正を行う動作を示す。
26，27，28，29は乗算器、30は加算器、31は減算器を示す。ここでの入力信号はそれぞれメモリ部15に蓄積された離散化されたデータである。また、ｔは離散化された値を示すものとする。
ドップラ補正部16に入力される入力信号Ｉ信号、Ｑ信号のデータはそれぞれPN.cos( ΔWt +Φ) 、―PN.sin( ΔWt +Φ) で表される。
【００３８】
これらの信号に対して、入力信号cos(ΔWt′) 及びsin(ΔWt′) を、乗算器26，27，28，29にて乗算し、加算器30と減算器31を通すと、―PN.sin (ΔWxt + Φ) と、PN.cos (ΔWxt + Φ) が得られる。これらの信号は離散化されたデジタル信号である。ここで、ΔWxt は、正確な局部周波数誤差Δ WL に対する候補値Δ WL ′の誤差（ずれ）であり、これは、候補値が外部周波数の僅かな周波数誤差を含んでいることから生じるものである。従って、ΔWxt が０に近くなるような候補値を検出すれば、正確な局部周波数の誤差を検出することになり、この検出工程について以下に説明する。
【００３９】
ドップラ補正部16で処理されたそれぞれの信号を相関計算部９に送信する（図４参照）。相関計算部９では、受信したそれぞれの信号を受信機端末11が予め有している（後述する）レプリカＰＮ符号（Ｃ／Ａコード信号）と相関計算してピーク値を算出する（図５参照）。
相関計算は広く知られた内容であるが、以下簡単に説明する。
【００４０】
一般にＧＰＳ衛星Ａは地球上を複数個回っており、各衛星Ａからは、1575.42 MHz の搬送波を、それぞれ個別の衛星Ａに対応したＰＮ信号信号でスペクトラム拡散変調がなされ地球上に送信している。例えば1575.42 MHz を、衛星Ａ1 はＰＮ信号ａで、衛星Ａ2 はＰＮ信号ｂで、スペクトラム拡散変調して送信しているとする。衛星Ａ1 の信号を受信機端末11にて取り出す（復調させる）ためには受信機端末11側で予めＰＮ信号ａと同一のＰＮ信号ａ′を記憶させておき、このＰＮ信号ａ′により衛星Ａ1 はＰＮ信号ａを受信機端末11にて復調させる。
【００４１】
そして、衛星Ａ2 を受信するためには、予め受信機端末11側にＰＮ信号ｂと同じＰＮ信号ｂ′を記憶しておかなければならない。したがって受信機端末11側には、予め各衛星Ａから発射される各衛星Ａに対応するすべてのＰＮ信号をもっていなければ、各衛星Ａの信号を受信できない。そして本発明において、この予め用意されているＰＮ信号をレプリカＰＮ符号としている。
そして、各ＧＰＳ衛星Ａに対応する（衛星受信信号を復調させる）各レプリカＰＮ符号は、予めＧＰＳ受信機端末11が備える信号処理部21のＲＯＭ46に記憶させている。
【００４２】
また、一般にデータＸをx(n)（ただし n＝0:N ）、データＹをh(n)（ただし n＝0:N ）、ｋを整数として０≦ｋ≦Ｎとしたとき、数１の式のように表現する。
【００４３】
【数１】
2006220532.tif 000003
【００４４】
そして、ｙ(1),ｙ(2),ｙ(3) …ｙ(N) を計算する。ここでｙ (ｋ) の計算においてデータの加算回数はＮ個である。従って、このとき信号に重畳している雑音が統計的性質に合うガウス性のものとすると、Ｎ回の加算により雑音の成分は１／√Ｎに減少することが知られている。このためこの計算による雑音低減は１／√Ｎである。そして、この計算を相関計算という。（等価な相関計算は高速演算としてＦＦＴを用いて一般によく知られて用いられる方法があるが、ここでは原理説明のために一般的な計算法を示した。）
【００４５】
周波数誤差検出方法としては、例えば、相関計算部９で相関計算した結果の中から、第２段検出部７で最大のピーク値を示す相関計算結果を選び、最大のピーク値を示す結果となった候補値を正確な局部周波数誤差として検出する。又は、図８のように、これらのピーク値（Ｐ1 〜Ｐn ）を使って近似カーブ（曲線Ｚ）を推定し、（曲線Ｚの極値Ｙから）正確な局部発振周波数の誤差を検出できる。
【００４６】
そして、この正確な局部発振周波数の誤差が示された相関計算結果から擬似距離検出部19で遅延値τを検出し、擬似距離検出部19で遅延値τから受信機端末11と衛星Ａとの擬似距離と求める。
なお、擬似距離検出部19は、周波数の周波数誤差がキャンセルされた信号から擬似距離を求めるものであり、通常行なわれている手段が利用でき、説明を省略する。
その後、図１の位置計算部20のブロックにて、基地局１からの基地局位置、各衛星位置、各衛星と基地局間の擬似距離の情報を受信機端末11の受信部12で取得して自己位置が決定される。なお、位置計算部20もここで求めた擬似距離と、基地局位置、各衛星位置、各衛星と基地局間の擬似距離から自己位置を決定する方法は一般に広く知られており容易に実現できる。
【００４７】
なお、図２に於て、デジタル信号処理部21は、受信部12を介して得られるデータを処理するために受信部12に接続されたＣＰＵ部42、ＣＰＵ部42と接続されたＲＡＭ（メモリ）45とＲＯＭ（メモリ）46、またメモリ部（ＲＡＭ）15に接続されたＤＳＰ部41、ＤＳＰ部41に接続されたＲＯＭ（メモリ）44、そしてパターン演算部22から構成されている。
パターン演算部22は、内部ＰＮ符号パターンを発生させ、予め記憶する演算記憶部分である。また、ＣＰＵ部42とＤＳＰ部41は互いに接続され、ＣＰＵ部42、ＲＡＭ45、ＲＯＭ46とでマイクロプロセッサとして動作する。
また、パターン演算部22は、予め作成しておいた内部ＰＮ符号パターンをメモリに蓄積した部分で構成してもよい。
【００４８】
なお、内部ＰＮ符号パターン（レプリカＰＮ信号）について簡単に説明する。
一般に測位用衛星（例えばＧＰＳ）は地球上を複数個回っており、各衛星からは、搬送波（ＧＰＳの場合1575.42 ＭＨｚ）を、それぞれ個別の衛星に対応したＰＮ信号（Ｃ／Ａコードとも呼ばれる）でスペクトラム拡散変調がなされ、地球上に送信している。
例えば、1575.42 ＭＨｚを衛星Ａ1 はＰＮ信号ａで、衛星Ａ2 はＰＮ信号ｂでスペクトラム拡散変調して送信しているとする。衛星Ａ1 の信号を受信機端末11にて取り出す（復調させる）ためには、受信機端末11で予めＰＮ信号ａと同一のＰＮ信号ａ′を記憶させておき、このＰＮ信号ａ′により衛星Ａ1 はＰＮ信号ａを受信機端末11にて復調させる。
そして衛星Ａ2 からのＰＮ信号ｂを受信するためには、予め受信機端末11に、ＰＮ信号ｂと同じＰＮ信号ｂ′を記憶しておかなければならない。
したがって、受信機端末11には予め各衛星Ａから送信される各衛星Ａに対応するすべてのＰＮ信号を持っていなければ各衛星Ａの信号を受信できない。
そして、本発明に於てこの予め用意されているＰＮ信号を内部ＰＮ符号パターン（レプリカＰＮ信号）としている。
【００４９】
ＲＯＭ46は、主にデジタル信号処理の実行プログラムを記憶している部分であり、デジタル信号処理部21のハードウェア部が、ＤＳＰ部41、ＣＰＵ部42、ＲＡＭ45、ＲＯＭ46、ＲＯＭ44の構成であり、また、これらの構成は、従来からＣＰＵ、ＤＳＰとメモリ（ＲＡＭとＲＯＭ）を使った汎用的なデジタル信号処理構成として広く一般に使われたものであり、説明を省略する。
【００５０】
図９に示す第２の実施の形態に於て、図９は、受信機端末11の構成を示すブロック図である。受信機端末11は局部発振部34を有し、中心周波数とその誤差範囲の情報が、デジタル信号処理部21内のＣＰＵ部42に入力されている。そして、局部発振部34は中心周波数と誤差範囲とを予め知り得るようになっている。また、外部発振部17と、外部発振部17から外部周波数を得て局部周波数の誤差を検出する第１段検出部６と、は備えていない。
【００５１】
各処理ブロックに於ける動作を説明する。
まず、局部発振部34が発振する局部発振周波数と中心周波数とから局部発振周波数の誤差を検出する。次に、候補値設定部51にて、検出した局部発振周波数誤差を含む（ＣＰＵ部42から得られる）誤差範囲内で正確な局部周波数誤差の候補値を複数個設定する。そして、ドップラ補正部16にて、衛星Ａから受信した信号を衛星Ａのドップラ効果による周波数誤差と局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正する。ドップラ補正部16で処理した信号を相関計算部９で相関計算を行い、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出する。そして、この正確な局部発振周波数の誤差が示された相関計算結果から擬似距離検出部19で遅延値τを検出し、擬似距離検出部19で遅延値τから受信機端末11と衛星Ａとの擬似距離と求める。
なお、図９に於て、図２と同一の符号は、図２と同様の構成であるので説明を省略する。
【００５２】
以上のように、本発明の衛星測位方法によれば、局部発振部34を有する受信機端末11が衛星Ａからの信号を受信し、受信した信号により受信機端末11が衛星Ａとの間の擬似距離を求める衛星測位方法であって、受信機端末11が局部発振部34にて発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部17から受信し、外部発振部17から得た外部周波数を基準に局部発振部34で発振する局部周波数を計測し、計測した局部周波数から予め与えられている局部発振周波数の誤差を検出し、この局部発振周波数の誤差を含む所定の周波数領域内で正確な局部周波数誤差の候補値を複数個設定し、衛星Ａから受信した信号を衛星Ａのドップラ効果による周波数誤差と局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正して相関計算し、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出し、正確な局部周波数誤差が示された相関計算結果から遅延値τを検出して、遅延値τから擬似距離を求めるので、衛星Ａからの信号を建物の中などにおいて受信した場合であっても、つまり、雑音にうずもれたドップラ変動を受けた超微弱な衛星Ａからの信号であっても、超高感度でかつ応答性よく、受信機端末11が有する局部発振部34の発振周波数誤差を自己検知することができる。
つまり、従来ではドップラ補正を正確に早く応答させるために超高感度で高価な発振器が必要であったが、本発明では、一般的によく使用される安価な発振器であっても、ドップラ補正を正確かつ迅速に行なうことができる。
さらに、受信機端末11が局部発振部34にて発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部17から受信するので、局部発振部34の周波数誤差の検出の処理時間を短くすることができる。また、局部発振部34の周波数誤差を検出するための演算処理回路が小規模なものとなり、装置（受信機端末11）の簡素化が図れる。
さらに、局部発振部34の周波数誤差の中に含まれる外部周波数の誤差を除去することができ、局部発振部34の正確な周波数誤差を検出することができる。このことにより、擬似距離の検出を一層高感度に行うことができる。
【００５３】
また、局部発振部34を有する受信機端末11が衛星Ａからの信号を受信し、受信した信号により受信機端末11が衛星Ａとの間の擬似距離を求める衛星測位方法であって、受信機端末11が局部発振部34にて発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部17から受信し、外部発振部17から得た外部周波数を基準に局部発振部34で発振する局部周波数を計測し、計測した局部周波数から予め与えられている局部発振周波数の誤差を検出し、この局部発振周波数の誤差に予め与えられている外部周波数の最大誤差を加算及び減算して算出した周波数を上限値及び下限値として周波数領域を特定し、特定した周波数領域内で正確な局部周波数誤差の候補値を複数個設定し、衛星Ａから受信した信号を衛星Ａのドップラ効果による周波数誤差と局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正して相関計算し、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出し、正確な局部周波数誤差が示された相関計算結果から遅延値τを検出して、遅延値τから擬似距離を求めるので、衛星Ａからの信号を建物の中などにおいて受信した場合であっても、つまり、雑音にうずもれたドップラ変動を受けた超微弱な衛星Ａからの信号であっても、超高感度でかつ応答性よく、受信機端末11が有する局部発振部34の発振周波数誤差を自己検知することができる。
つまり、従来ではドップラ補正を正確に早く応答させるために超高感度で高価な発振器が必要であったが、本発明では、一般的によく使用される安価な発振器であっても、ドップラ補正を正確かつ迅速に行なうことができる。
さらに、受信機端末11が局部発振部34にて発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部17から受信するので、局部発振部34の周波数誤差の検出の処理時間を短くすることができる。また、局部発振部34の周波数誤差を検出するための演算処理回路が小規模なものとなり、装置（受信機端末11）の簡素化が図れる。
さらに、局部発振部34の周波数誤差の中に含まれる外部周波数の誤差を除去することができ、局部発振部34の正確な周波数誤差を検出することができる。このことにより、擬似距離の検出を一層高感度に行うことができる。
また、局部周波数誤差の概算値に予め与えられている外部周波数の最大誤差を加算及び減算して算出した周波数を上限値及び下限値として周波数領域を特定するので、正確な局部周波数誤差の候補値を限定した範囲の中から設定でき、正確な局部周波数誤差を効率良く検出することができる。
【００５４】
また、本発明の衛星測位システムは、衛星Ａからの衛星信号を受信機端末11が受信し、受信した受信信号により受信機端末11が衛星Ａとの間の擬似距離を求める衛星測位システムに於て、受信機端末11が、周波数を発振させる局部発振部34と、局部発振部34が発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部17から受信する受信部12と、外部発振部17から得た外部周波数を基準に局部発振部34の局部周波数を計測しかつ計測した局部周波数から予め与えられている局部発振周波数の誤差を検出する第１段検出部６と、この局部発振周波数の誤差を含む所定の周波数領域内で設定された正確な局部周波数誤差の複数個の候補値を入力されかつ衛星Ａから受信した信号を衛星Ａのドップラ効果による周波数誤差と局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正するドップラ補正部16と、ドップラ補正部16で処理した信号を相関計算する相関計算部９と、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出する第２段検出部７と、正確な局部周波数誤差が示された相関計算結果から遅延値τを検出して遅延値τから擬似距離を求める擬似距離検出部19と、を備えるので、衛星Ａからの信号を建物の中などにおいて受信した場合であっても、つまり、雑音にうずもれたドップラ変動を受けた超微弱な衛星Ａからの信号であっても、超高感度でかつ応答性よく、受信機端末11が有する局部発振部34の発振周波数誤差を自己検知することができる。
つまり、従来ではドップラ補正を正確に早く応答させるために超高感度で高価な発振器が必要であったが、本発明では、一般的によく使用される安価な発振器であっても、ドップラ補正を正確かつ迅速に行なうことができる。
さらに、受信機端末11が局部発振部34にて発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部17から受信するので、局部発振部34の周波数誤差の検出の処理時間を短くすることができる。また、局部発振部34の周波数誤差を検出するための演算処理回路が小規模なものとなり、装置（受信機端末11）の簡素化が図れる。
さらに、局部発振部34の周波数誤差の中に含まれる外部周波数の誤差を除去することができ、局部発振部34の正確な周波数誤差を検出することができる。このことにより、擬似距離の検出を一層高感度に行うことができる。
【００５５】
また、第１段検出部６で検出した局部発振周波数の誤差に予め与えられている外部周波数の最大誤差を加算及び減算して算出した周波数を上限値及び下限値として周波数領域を特定し、その特定した周波数領域内で正確な局部周波数誤差の複数の候補値を設定するので、正確な局部周波数誤差の候補値を限定した範囲の中から設定でき、正確な局部周波数誤差を効率良く検出することができる。
【００５６】
また、本発明の衛星測位方法は、局部発振部34を有する受信機端末11が衛星Ａからの信号を受信し、受信した信号により受信機端末11が衛星Ａとの間の擬似距離を求める衛星測位方法であって、受信機端末11は中心周波数とその誤差範囲とを予め知り得る局部発振部34を有し、局部発振部34が発振する局部発振周波数と中心周波数とから局部発振周波数の誤差を検出し、この局部発振周波数の誤差を含む誤差範囲内で正確な局部周波数誤差の候補値を複数個設定し、衛星Ａから受信した信号を衛星Ａのドップラ効果による周波数誤差と局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正して相関計算し、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出し、正確な局部周波数誤差が示された相関計算結果から遅延値τを検出して、遅延値τから擬似距離を求めるので、衛星Ａからの信号を建物の中などにおいて受信した場合であっても、つまり、雑音にうずもれたドップラ変動を受けた超微弱な衛星Ａからの信号であっても、超高感度でかつ応答性よく、受信機端末11が有する局部発振部34の発振周波数誤差を自己検知することができる。
つまり、従来ではドップラ補正を正確に早く応答させるために超高感度で高価な発振器が必要であったが、本発明では、一般的によく使用される安価な発振器であっても、ドップラ補正を正確かつ迅速に行なうことができる。このことにより、擬似距離の検出を一層高感度に行うことができる
さらに、受信機端末11が中心周波数とその誤差範囲とを予め知り得る局部発振部34を有するので、局部発振部34の周波数誤差の検出の処理時間を短くすることができる。また、局部発振部34の周波数誤差を検出するための演算処理回路が小規模なものとなり、装置（受信機端末11）の簡素化が図れる。
【００５７】
また、本発明の周波数誤差検出方法は、受信機端末11が局部発振部34にて発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部17から受信し、外部発振部17から得た外部周波数を基準に局部発振部34で発振する局部周波数を計測し、計測した局部周波数から予め与えられている局部発振周波数の誤差を検出し、この局部発振周波数の誤差を含む所定の周波数領域内で正確な局部周波数誤差の候補値を複数個設定し、衛星Ａから受信した信号を衛星Ａのドップラ効果による周波数誤差と局部周波数誤差の各候補値とによりドップラ補正して相関計算し、相関計算結果により正確な局部周波数誤差を検出するので、衛星Ａからの信号を建物の中などにおいて受信した場合であっても、つまり、雑音にうずもれたドップラ変動を受けた超微弱な衛星Ａからの信号であっても、超高感度でかつ応答性よく、受信機端末11が有する局部発振部34の発振周波数誤差を自己検知することができる。
つまり、従来ではドップラ補正を正確に早く応答させるために超高感度で高価な発振器が必要であったが、本発明では、一般的によく使用される安価な発振器であっても、ドップラ補正を正確かつ迅速に行なうことができる。
さらに、受信機端末11が局部発振部34にて発振する局部周波数より正確な周波数を外部発振部17から受信するので、局部発振部34の周波数誤差の検出の処理時間を短くすることができる。また、局部発振部34の周波数誤差を検出するための演算処理回路が小規模なものとなり、装置（受信機端末11）の簡素化が図れる。
さらに、局部発振部34の周波数誤差の中に含まれる外部周波数の誤差を除去することができ、局部発振部34の正確な周波数誤差を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略を示す全体ブロック図である。
【図２】受信機端末の構成を示すブロック図である。
【図３】衛星信号を受信してから擬似距離を得るまでのフローチャート図である。
【図４】受信機端末の動作説明図である。
【図５】正確な局部周波数誤差を検出する動作説明図である。
【図６】Ｉ信号変換部とＱ信号変換部を説明する動作説明図である。
【図７】ＩＱ信号から搬送波のドップラ補正を行うドップラ補正部を説明する動作説    明図である。
【図８】説明用のグラフ図である。
【図９】第２の実施の形態の受信機端末の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５９】
６  第１段検出部
７  第２段検出部
９  相関計算部
11  受信機端末
12  受信部
16  ドップラ補正部
17  外部発振部
19  擬似距離検出部
34  局部発振部
Ａ  衛星
τ  遅延値
【図１】
2006220532.tif 000004
【図２】
2006220532.tif 000005
【図３】
2006220532.tif 000006
【図４】
2006220532.tif 000007
【図５】
2006220532.tif 000008
【図６】
2006220532.tif 000009
【図７】
2006220532.tif 000010
【図８】
2006220532.tif 000011
【図９】
2006220532.tif 000012