(57)【要約】【課題】相関処理に先立って行われるコヒーレント処理に際し、外部から取得した航法メッセージを使用することなくＣ／Ａコードの極性反転を補正してＣ／Ａコードを累積加算できるＧＰＳ受信機を提供すること。【解決手段】ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ信号を累積処理した後に、内部で生成したＣ／Ａコードのレプリカを使用して相関処理を行うＧＰＳ受信機において、累積処理において、受信したＧＰＳ信号に対して、航法メッセージによるＧＰＳ信号の変調を予想して内部で生成した複数の積算用信号を積算し、この積算の結果について累積加算を行うことを特徴とする。【選択図】          図２
2006343215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ信号を累積処理した後に、内部で生成したＣ／Ａコードのレプリカを使用して相関処理を行うＧＰＳ受信機において、
前記累積処理において、受信したＧＰＳ信号に対して、航法メッセージによるＧＰＳ信号の変調を予想して内部で生成した複数の積算用信号を積算し、この積算の結果について累積加算を行うことを特徴とするＧＰＳ受信機。
【請求項２】
航法メッセージによって変調されたＧＰＳ信号を受信する受信手段と、
航法メッセージによるＧＰＳ信号の変調を予想して、ビットパターンが相互に異なる複数の積算用信号を、それぞれ所定間隔ずつ位相をずらして生成する積算用信号生成手段と、
前記受信手段で受信したＧＰＳ信号に対して、前記積算用信号をそれぞれ積算する積算手段と、
前記積算手段から出力される信号について累積加算を行う累積加算手段と、
を備えたことを特徴とするＧＰＳ受信機。
【請求項３】
前記所定間隔が、Ｃ／Ａコードの１周期以上、且つ、航法メッセージの１ビット長未満である、ことを特徴とする請求項２に記載のＧＰＳ受信機。
【請求項４】
前記累積加算手段による累積加算の区間が、航法メッセージの１ビット長以上である、ことを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載のＧＰＳ受信機。
【請求項５】
前記累積加算手段から出力される複数の信号を用いて相関処理を行うことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載のＧＰＳ受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ受信機で行われる処理に関し、特に、相関処理に先立って行われるコヒーレント処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ受信機においては、受信したＧＰＳ信号を構成するＣ／Ａ（Ｃｌｅａｒ  ａｎｄ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ、又は、Ｃｏａｒｓｅ  ａｎｄ  Ａｃｃｅｓｓ）コードに対して、ＧＰＳ受信機の内部時計に基づいて生成したＣ／Ａコードを時間をシフトしながら次々と積算し、積算の結果が最大となった場合における時間のシフト量をＧＰＳ信号の到達時間とする相関処理が行われている。しかしながら、ＧＰＳ信号の強度が微弱である場合（すなわち、Ｃ／Ａコードの強度が微弱である場合）には、上記積算の結果のうちのどれが最大であるのかを判断できないこととなる。このため、高感度のＧＰＳ受信機においては、ＧＰＳ信号の強度が微弱である場合でも上記積算の結果のうちのどれが最大であるのかを判断できるようにすべく、相関処理に先立って、Ｃ／Ａコードを累積加算して大きくするコヒーレント処理が行われている。
しかしながら、このコヒーレント処理の対象であるＣ／Ａコードには、アルマナックデータやエフェメリスデータなどの航法メッセージが符号化されている。そして、この航法メッセージは、Ｃ／Ａコードの２０周期分を１ビットとしている。したがって、Ｃ／Ａコードは、２０周期ごとに極性反転する可能性があり、Ｃ／Ａコードを単純に累積加算すると、この極性反転による相殺が生じ、高感度を得ることができなくなる。
そこで、従来、Ｃ／Ａコードを累積加算する前に、受信したＧＰＳ信号に変調されている航法メッセージまたは外部から取得した航法メッセージに基づいてＣ／Ａコードの極性反転を補正する発明が提案された（特許文献１、特許文献２）。
【特許文献１】特開２０００−１９３７３５号公報
【特許文献２】特開２００１−３４９９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＧＰＳ信号から航法メッセージを取得するためには、時間がかかる。
また、例えば、第３世代移動通信方式（３Ｇ）等、ＧＰＳ受信機に外部から航法メッセージが提供されない場合がある。
そこで、本発明は、相関処理に先立って行われるコヒーレント処理に際し、外部から取得した航法メッセージを使用することなくＣ／Ａコードの極性反転を補正してＣ／Ａコードを累積加算できるＧＰＳ受信機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】
【０００４】
前記目的は、第１の発明によれば、ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ信号を累積処理した後に、内部で生成したＣ／Ａコードのレプリカを使用して相関処理を行うＧＰＳ受信機において、前記累積処理において、受信したＧＰＳ信号に対して、航法メッセージによるＧＰＳ信号の変調を予想して内部で生成した複数の積算用信号を積算し、この積算の結果について累積加算を行うことを特徴とするＧＰＳ受信機によって達成される。
第１の発明の構成によれば、前記ＧＰＳ受信機は、相関処理に先立って、受信したＧＰＳ信号に対して内部で生成した複数の積算用信号を積算することができる。上述のように、ＧＰＳ信号は航法メッセージによって変調されているのであるが、複数の前記積算用信号は航法メッセージによるＧＰＳ信号の変調を予想して生成されており、いずれか一つは変調後のＧＰＳ信号と一致するようになっている。
このため、コヒーレント処理に際して、ＧＰＳ信号の強度が微弱であっても、外部から取得した航法メッセージを使用することなく、Ｃ／Ａコードの極性反転を補正することができる。したがって、第１の発明によれば、航法メッセージが外部から提供されない場合においても、高感度なＧＰＳ受信機を提供することができる。
【０００５】
前記目的は、第２の発明によれば、航法メッセージによって変調されたＧＰＳ信号を受信する受信手段と、航法メッセージによるＧＰＳ信号の変調を予想して、ビットパターンが相互に異なる複数の積算用信号を、それぞれ所定間隔ずつ位相をずらして生成する積算用信号生成手段と、前記受信手段で受信したＧＰＳ信号に対して、前記積算用信号をそれぞれ積算する積算手段と、前記積算手段から出力される信号について累積加算を行う累積加算手段と、を備えたことを特徴とするＧＰＳ受信機によって達成される。
第２の発明の構成によれば、航法メッセージによるＧＰＳ信号の変調を予想して、ビットパターンが相互に異なる複数の積算用信号が、それぞれ所定間隔ずつ位相をずらして生成され、この生成された複数の積算用信号が受信したＧＰＳ信号に対して積算される。前記積算用信号のうち、いずれか一つは、航法メッセージによる変調後のＧＰＳ信号とビットパターンが略同一である。
したがって、第２の発明の構成によれば、受信したＧＰＳ信号に対して、これとビットパターンが略同一である信号が積算され、この場合は、受信したＧＰＳ信号を構成するＣ／Ａコードの極性反転が補正される。
このため、第２の発明によれば、積算手段から出力される複数の信号のうちのいずれかについては、それを累積加算してもＣ／Ａコードの相殺が生じない。
これにより、第２の発明の構成によれば、コヒーレント処理に際して、外部から取得した航法メッセージを使用することなく、Ｃ／Ａコードの極性反転を補正することができる。よって、第２の発明によれば、航法メッセージが外部から提供されない場合においても、高感度なＧＰＳ受信機を提供することができる。
【０００６】
第３の発明は、第２の発明の構成において、前記所定間隔が、Ｃ／Ａコードの１周期以上、且つ、航法メッセージの１ビット長未満である、ことを特徴とするＧＰＳ受信機である。
前記所定間隔がＣ／Ａコードの１周期未満であると、受信したＧＰＳ信号に積算する信号の数が多くなるため、コヒーレント処理にかかる時間が長くなり、コヒーレント処理が非効率となる。また、前記所定間隔が、航法メッセージの１ビット以上になると、受信したＧＰＳ信号に対して、これとビットパターンが略同一である信号を生成することができないため、受信したＧＰＳ信号と生成した信号とを積算しても、受信したＧＰＳ信号におけるＣ／Ａコードの極性反転を補正することができず、時間の無駄となり、コヒーレント処理が非効率となる。第３の発明のように、前記所定間隔を、Ｃ／Ａコードの１周期以上、且つ、航法メッセージの１ビット長未満とすれば、効率的にコヒーレント処理を行うことが可能となる。
【０００７】
第４の発明は、第２の発明又は第３の発明のいずれかの構成において、前記累積加算手段による累積加算の区間が、航法メッセージの１ビット長以上である、ことを特徴とするＧＰＳ受信機である。
第４の発明の構成によれば、前記累積加算手段による累積加算の区間を航法メッセージの１ビット長以上とされるため、受信したＧＰＳ信号の強度は、微弱であっても、累積加算によって大きくなり、相関をとることが可能となる。
【０００８】
第５の発明は、第２の発明乃至第４の発明のいずれかの構成において、前記累積加算手段から出力される複数の信号を用いて相関処理を行うことを特徴とするＧＰＳ受信機である。
第５の発明の構成によれば、コヒーレント処理に際して、受信したＧＰＳ信号の強度が微弱である場合でも、外部から取得した航法メッセージを使用することなく、Ｃ／Ａコードの極性反転を補正することができる。したがって、第５の発明によれば、航法メッセージが外部から提供されない場合においても、強度が微弱なＧＰＳ信号に対して相関処理を行うことができるようになり、高感度なＧＰＳ受信機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態に係るＧＰＳ受信機の一部を示す図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係るＧＰＳ受信機は、その一部として、アンテナ１と、コヒーレント処理部２と、を備えている。アンテナ１は、受信手段の一例である。そして、コヒーレント処理部２は、積算用信号生成手段、積算手段及び累積加算手段の一例である。
図１に示すＧＰＳ受信機においては、ＧＰＳ衛星から送信されたＧＰＳ信号が、アンテナ１で受信され、直接に、または、何らかの構成を介して、コヒーレント処理部２に入力される。上述のＧＰＳ信号を構成するＣ／Ａコードは、航法メッセージによって変調されている。
コヒーレント処理部２に入力されたＧＰＳ信号は、図２で説明する所定の処理が行われた後、累積加算され、コヒーレント処理部２から出力される。コヒーレント処理部２に出力された信号に対しては、相関処理が行われる。なお、累積加算の方法の詳細については、説明を省略する。
ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ受信機の内部で生成したＣ／Ａコードのレプリカと、コヒーレント処理部２で累積加算された結果との間において、相関をとる相関処理を行うようになっている。
【００１１】
図２及び図３は、コヒーレント処理部２において、累積加算前に行われる処理を示す図である。図２及び図３は、本発明の理解を容易にするため、航法メッセージが２ビットで符号化されており、また、航法メッセージの１ビット長が２０ミリセカンドであるとする。
コヒーレント処理部２においては、累積加算前に、受信したＧＰＳ信号（以下、「受信信号」という。）に対して、図２に示す内部で生成した１６個の信号（信号１、信号２、・・・信号１６）がそれぞれ積算される。信号１乃至信号１６は、積算用信号の一例である。
そして、受信信号と信号１との積算の結果、受信信号と信号２との積算の結果、・・・、受信信号と信号１６との積算の結果、のそれぞれに対して、累積加算が行われる。
【００１２】
図２及び図３に示すように、信号１〜４、信号５〜８、信号９〜１２、および信号１３〜１６は、ビットパターンが相互に異なっている。また、図２及び図３に示すように、信号１、信号２、信号３、および信号４は、５ミリセカンドずつ位相がずれており、同様に、信号５、信号６、信号７、および信号８も、５ミリセカンドずつ位相がずれており、また、信号９、信号１０、信号１１、および信号１２も、５ミリセカンドずつ位相がずれており、信号１３、信号１４、信号１５、および信号１６も、５ミリセカンドずつ位相がずれている。
【００１３】
航法メッセージは２ビットで符号化されているから、受信信号のビットパターンは、（００）、（０１）、（１０）、（１１）のいずれかであるが、ＧＰＳ受信機は、受信信号をアンテナ１で受信した時点では、受信信号が、これらのビットパターンのうちのいずれのビットパターンをとっているのかを知ることができない。しかしながら、図２及び図３に示す信号１〜４、信号５〜８、信号９〜１２、および信号１３〜１６という考えられる４つのビットパターンを、受信信号に対してそれぞれ積算することとすれば、信号１〜４、信号５〜８、信号９〜１２、および信号１３〜１６のうちのいずれかについては、受信信号と同じビットパターンの信号として、受信信号に対して積算されることとなる。
すなわち、信号１乃至１６は、航法メッセージによるＧＰＳ信号の変調を予想して生成されている。
【００１４】
また、ＧＰＳ受信機は、受信信号をアンテナ１で受信した時点では、受信信号の位相を知らない。したがって、信号１〜１６は、任意のタイミングで受信信号に対して積算される。しかしながら、信号１〜４は、５ミリセカンドずつ位相がずれており、信号５〜８も、５ミリセカンドずつ位相がずれており、信号９〜１２も、５ミリセカンドずつ位相がずれており、信号１３〜１６も、５ミリセカンドずつ位相がずれている。したがって、信号１〜１６のうちのいずれかについては、受信信号と位相が略揃えられたタイミングで、受信信号に対して積算されることとなる。
【００１５】
以上説明したように、ＧＰＳ受信機は、アンテナ１で受信信号を受信した時点では、受信信号のビットパターンおよび位相を知らない。しかしながら、信号１〜１６のうちの少なくとも１つの信号は、受信信号とビットパターンが同一で、受信信号に位相が略揃えられた信号である。このため、信号１〜１６を受信信号に対してそれぞれ積算すれば、１６個の積算のうちの少なくとも１つの積算においては、受信信号とビットパターンが同一で受信信号に位相が揃えられた信号と、受信信号と、の積を計算していることになる。したがって、本発明の実施の形態によれば、１６つの積算結果のうちの少なくとも１つにおいては、Ｃ／Ａコードの極性反転が補正されていることとなる。よって、１６個の積算結果をそれぞれ累積加算した場合、そのうちの少なくとも１つについては、Ｃ／Ａコードが相殺されることなく累積加算されたこととなるため、コヒーレント処理部２から出力される累積加算後の１６個の信号のうちの少なくとも１つについては、Ｃ／Ａコードの相殺を抑制した形でコヒーレント処理されていることとなる。
【００１６】
以上のように、本実施の形態に係るＧＰＳ受信機は、相関処理に先立って、受信したＧＰＳ信号に対して内部で生成した複数の信号をそれぞれ積算し、この積算の結果について累積加算を行うことにより、受信したＧＰＳ信号に変調されている航法メッセージまたは外部から取得した航法メッセージを使用することなく、Ｃ／Ａコードの極性反転を補正する。よって、本実施の形態に係るＧＰＳ受信機によれば、航法メッセージが外部から提供されない場合においても、高感度なＧＰＳ受信機を実現できる。
【００１７】
なお、上記では、信号１〜４、信号５〜８、信号９〜１２、および信号１３〜１６という考えられる４つのビットパターンを、受信信号に対してそれぞれ積算することとした。しかしながら、信号１〜４と信号１３〜１６とは、極性が反対になっているだけである。したがって、信号１〜４と受信信号との積算結果と、信号１３〜１６と受信信号との積算結果とは、極性が反対になるだけであるから、信号１〜４と信号１３〜１６とのいずれか一方のみを用いれば、相関処理において相関をとることができる。この点は、信号５〜８と信号９〜１２とについても同様である。信号１〜４と信号５〜８とのいずれか一方および信号９〜１２と信号１３〜１６とのいずれか一方の２つのビットパターンを受信信号に積算することとすれば、信号１〜４、信号５〜８、信号９〜１２、および信号１３〜１６という４つのビットパターンを、受信信号に対してそれぞれ積算する場合と比較して、ＧＰＳ受信機における計算処理の量を少なくできるから、ＧＰＳ受信機に対する負荷を軽減することが可能となる。
また、上記では、同一のビットパターンをとる複数の信号を、５ミリセカンドずつ位相をずらして４つの信号としているが、このようにすると、１ミリセカンドずつずらすこととした場合と比較して、ＧＰＳ受信機において、大きな処理能力を持つＣＰＵや大きな容量を持つメモリを設けることなく、Ｃ／Ａコードの極性反転を補正することが可能となる。もっとも、この場合は、積算のタイミングが５ミリセカンドずつずれることとなり、ビットの反転が毎回発生する場合には、最大で−３ｄＢの劣化になる。しかしながら、実際には、ビットパターンが変化しない場合もあり、この確率を５０％とすると劣化は約−２ｄＢとなる。また、積算のタイミングのずれも平均でみて２．５ミリセカンドとすると、劣化は−０．９ｄＢとなり、全体としては約＋５ｄＢの効果が得られる。
【００１８】
なお、以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にする観点から説明されたものであり、本発明が、上記の実施の形態に限定されるものではないことはいうまでもない。
たとえば、上記の実施の形態においては、航法メッセージが２ビットで符号化されているものとしたが、本発明において、航法メッセージは、何ビットで符号化されていてもよい。本発明においては、航法メッセージをＮビットで符号化するとした場合、２Ｎ個のビットパターンの信号のそれぞれを、所定間隔ずつ位相をずらして、受信信号に対して積算することとなる。
【００１９】
また、たとえば、上記の実施の形態では、信号１〜４の位相をそれぞれ５ミリセカンドずつずらしたが、これは、航法メッセージの１ビット長を２０ミリセカンドとしたこと、また、Ｃ／Ａコードの相殺抑制の効果とコヒーレント処理に要する時間との調和を考慮したものであり、本発明は、信号１〜４における位相のずれを限定するものではない。信号１〜４における位相のずれは、Ｃ／Ａコードの１周期以上、且つ、航法メッセージの１ビット長未満であることが、Ｃ／Ａコードの相殺抑制の効果とコヒーレント処理に要する時間との調和の観点からは望ましいが、本発明においては、あるビットパターンの信号を位相をずらして受信信号に対して積算しているすべてのＧＰＳ受信機が含まれる。このことは、信号５〜８、信号９〜１２、および信号１３〜１６についても同様に言える。なお、たとえば、同一のビットパターンの信号を４ミリセカンドずつずらすこととすれば、２０個の信号（信号１ａ乃至２０ａと呼ぶ）が生成されることとなる。この場合、信号１ａ〜５ａは同一のビットパターンで位相が４ミリセカンドずつずれており、信号６ａ〜１０ａは同一のビットパターンで位相が４ミリセカンドずつずれており、信号１１ａ〜１５ａは同一のビットパターンで位相が４ミリセカンドずつずれており、信号１６ａ〜２０ａは同一のビットパターンで位相が４ミリセカンドずつずれている。
【００２０】
また、本発明は、累積加算の区間を何ら限定するものではないが、この区間を航法メッセージの１ビット長以上とすれば、受信したＧＰＳ信号は、その強度が微弱であっても、累積加算によって大きくなるため、相関をとることが可能となる。なお、たとえば、本実施の形態において、航法データの１ビット長が２０ミリセカンドとして、累積加算の区間を４０ミリセカンドとすれば、累積加算の区間を１０ミリセカンドとした場合と比較して、感度が６ｄＢ（４倍）向上し、インコヒーレントの時間が１６分の１になる。このように、本実施の形態においては、累積加算の単位を航法メッセージの２ビット長としても、Ｃ／Ａコードの極性反転が補正されているため、コヒーレント処理を従来よりも短時間で十分に行うことができる。このため、ＧＰＳ受信機における回路規模や、動作周波数や、メモリサイズなどを節約でき、これらと比例して、コストや消費電力などを削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係るＧＰＳ受信機の一部を示す図である。
【図２】コヒーレント処理部２において、累積加算前に行われる処理を示す図である。
【図３】コヒーレント処理部２において、累積加算前に行われる処理を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１・・・アンテナ、２・・・コヒーレント処理部
【図１】
2006343215.tif 000003
【図２】
2006343215.tif 000004
【図３】
2006343215.tif 000005