(57)【要約】 【課題】  地表を相関段内で利用可能なＮ個のチャネルの関数として、Ｎ個のエリアに分割することからなる無線周波数信号受信器（１）の定位方法を提供すること。【解決手段】  少なくとも１個の衛星が、Ｎ個のそれぞれの領域の１つ内に見いだされる。相関段内のＮ個のチャネルが、Ｎ個のエリア内の１つ内で衛星を探索する為に、スイッチ・オンされる。衛星からの無線周波数信号を受信／整形する手段（３）が、周波数変換した中間信号（ＩＦ）を相関段に提供する。あるチャネルが、Ｎ個のエリア内の１つのエリア内に衛星を検出すると、ストップ・ブロックにより、他の全てのチャネルの操作を中断させる。その後、ある他のチャネルをスイッチオンして、最初に検出された衛星近傍にある衛星を追跡／追尾する。これにより、受信器の正確な位置と時間がマイクロプロセッサ手段（１２）により検出される。少なくとも４個の衛星が直接法により追尾されると、概略位置が計算され、その後従来の繰り返し方法で正確な位置を特定する。【選択図】  図２
2006058297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変換した中間信号（ＩＦ）を生成するために、衛星からの無線周波数信号を受信／整形する手段（３）と、
前記中間信号を、探索し追尾されるべき衛星からの特定の符号レプリカとキャリア周波数レプリカとで相関させるＮ個の相関チャネル（７’）からなる相関段（７）と、
前記相関段に接続され、相関後、無線周波数信号から引き出されたデータを処理するマイクロプロセッサ手段（１２）と
を有する特にＧＰＳ型の無線周波数信号受信器（１）の定位方法において、
（Ａ）  地表を、相関段内で利用可能なＮ個のチャネルの関数として、Ｎ個の地理的領域に分割するステップと、
前記受信器内に登録されているアルマナックに従って、捕獲すべき少なくとも１個の衛星の位置が、前記地表上の各Ｎ個の領域内に投影され、
（Ｂ）  相関段のＮ個のチャネルをスイッチ・オンするステップと、
前記Ｎ個のチャネルは、Ｎ個のそれぞれの領域の１つ内に、１個の可視衛星をサーチするよう構成され、
（Ｃ）  １個のチャネルが、Ｎ個の領域内の１つの領域内に可視衛星を検出すると、他の全てのチャネルの操作を中断させるステップと、
（Ｄ）  前記マイクロプロセッサ手段内で時間と位置の計算を実行するために、検出された第１の可視衛星近傍にある可視衛星を探索し追尾するために、他のあるチャネルを構成し、スイッチ・オンするステップと
有することを特徴とする無線周波数信号受信器の定位位置を定める定位方法。
【請求項２】
少なくとも４個の衛星が、相関段の４個のチャネルによりそれぞれ検出され、追尾されると、受信器の概略位置が直接法により最初に計算され、
受信器の正確な位置が、前記概略位置に基づいて、マイクロプロセッサ手段内の繰り返し手法により決定される
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記受信器の概略位置は、海抜からの高さに対し、以下の計算式を用いて操作チャネルにより追尾されている衛星の平均の緯度ψｉと経度λｉに基づいて、計算される
ψｉ＝（１／ｎ）Σｉψｉ  および  λ＝（１／ｎ）Σｉλｉ
ここで、ｎは、追尾されている衛星の数である
ことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記（Ａ）ステップで、Ｎは４以上の整数、好ましくは１２であり、
相関段のＮ個のチャネルは、それぞれの領域の１つの領域内にある最も高い位置にある衛星を探索するため、特に各領域の中心近傍の地表上に投影している衛星を探索するため、スイッチが入れられる（スイッチ・オンされる）
ことを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
Ｎ個のスイッチ・オンされたチャネルのうちの１つのチャネルが、Ｎ個の領域内の１つに第１の可視衛星を検出すると、
中断信号（ＩＮＴ）が、第１の可視衛星を検出したチャネルにより、マイクロプロセッサ手段に送信され、
前記マイクロプロセッサ手段が、他の全てのチャネルの動作を中断させる
ことを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
相関段（７）の各チャネル（７’）は、ストップ・ブロック（１４）を有し、
前記ストップ・ブロック（１４）は、操作中のチャネル・クロック信号（ＣＬＫ、ＣＬＫ１６）を中断させ、チャネルを再度初期化し、
第１の可視衛星が、動作中のチャネルの１つにより検出されると、他の全てのチャネルの動作は、前記チャネルのストップ・ブロックにより中断され、
前記各ストップ・ブロックは、マイクロプロセッサ手段により制御される
ことを特徴とする請求項１−５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
請求項１−６のいずれかに記載の方法を実行するのに適した、特にＧＰＳ型の無線周波数信号受信器（１）において、
周波数変換された中間信号（ＩＦ）を生成するために、衛星からの無線周波数信号を受信／整形する手段（３）と、
前記中間信号を受信し、前記中間信号と探索され追尾されるべき衛星の特定の符号レプリカとキャリア周波数レプリカとの相関を取るＮ個の相関チャネル（７’）からなる相関段（７）と、
前記相関段に接続され、無線周波数信号から相関後に抽出されたデータを処理するマイクロプロセッサ手段（１２）と
を有し、
前記相関段（７）の各チャネル（７’）は、ストップ・ブロック（１４）を有し、      前記ストップ・ブロック（１４）は、動作中のチャネル・クロック信号（ＣＬＫ、ＣＬＫ１６）を中断させる、前記マイクロプロセッサ手段により制御される
ことを特徴とする無線周波数信号受信器。
【請求項８】
前記各チャネル（７’）内で、デジタル信号処理アルゴリズムを含むコントローラ（９）が相関器（８）に関連付けられ、
前記チャネル（７’）がスイッチ・オンされたときに、前記マイクロプロセッサ手段（１２）とは独立に、衛星の追跡と追尾を実行するために、全ての同期タスクを自律的に実行する
ことを特徴とする請求項７記載の無線周波数信号受信器。
【請求項９】
前記受信／整形手段（３）は、第１と第２のクロック信号（ＣＬＫ、ＣＬＫ１６）を相関段の各チャネルに、各チャネルのストップ・ブロック（１４）を介して、提供するクロック信号生成器（５）を有し、
第２クロック信号（ＣＬＫ１６）は、第１クロック信号（ＣＬＫ）の周波数の１／１６である
ことを特徴とする請求項７記載の無線周波数信号受信器。
【請求項１０】
前記マイクロプロセッサ手段は、前記中断信号を受信／整形手段に送り、無線周波数信号の周波数変換操作を周期的に中断させる
ことを特徴とする請求項７記載の無線周波数信号受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最初に概略位置を知ることなしにＧＰＳ型の無線周波数信号受信器の定位（位置を特定する）方法に関する。
【０００２】
上記を実行するために、この受信器は衛星からの無線周波数信号を受信し、整形する手段を有する。この信号整形手段は中間信号を生成し、それを相関段用に周波数変調する。相関段はＮ個の相関チャネルから構成され、中間信号を探索し、追尾する衛星のキャリア周波数と特定符号のレプリカとで相関を取っている。受信器のマイクロプロセッサ手段がこの相関段に接続され、無線周波数信号から相関処理後取り出されたデータを処理し、受信器のある部分の動作を制御している。
【０００３】
本発明は、この方法を実行するのに適した無線周波数信号受信器に関する。
【背景技術】
【０００４】
概略位置とは、受信器が存在する正確な位置を計算する前、受信器が存在する地理上領域即ちエリアを予め特定した大まかな位置（概略位置）を意味する。
【０００５】
無線周波数信号受信器は、衛星航法システムで、例えばＧＬＯＮＡＳＳ型、ＧＡＬＩＬＥＯ型、ＧＰＳ型のシステムで用いられている。
【０００６】
ＧＰＳシステムの場合には、無線周波数信号は、軌道中にある衛星からの信号を受信する。受信器と見える（通信可能な）衛星との間の距離は、２０，０００ｋｍ（衛星が天頂にある時）から２６，０００ｋｍ（衛星が地表に対し接線方向すなわち水平方向にある時）の間である。
【０００７】
現在、３０個の衛星が地表から約２０，２００ｋｍの距離で、赤道に対し５５°傾斜した６個の軌道面を周回している。衛星が地表の同一点に戻ってくる、軌道を１周するのに必要な時間は、約１２時間である。軌道中に複数の衛星が分布していることにより、地上にあるＧＰＳ受信器は、少なくとも４個の可視（通信可能）衛星からＧＰＳ信号を受信し、例えばその位置と速度とローカル時間とを決定することができる。
【０００８】
民生用に、各衛星は、１．５７５４２ＧＨｚの第１キャリア周波数と、それに、１０．２３ＭＨｚのＰ−コードと、１．０２３ＭＨｚのＣ／Ａ・ＰＲＮコードが変調された無線周波数信号を送信している。これらは、５０ＨｚのＧＰＳメッセージの各衛星に固有のものである。このＧＰＳメッセージは、軌道暦（ephemerides）とアルマナック（軌道情報（almanac））データを含み、これらは、特にＸ、Ｙ、Ｚの地理上の位置と速度とローカル時間を計算するのに用いられる。
【０００９】
各衛星のＣ／Ａ・ＰＲＮコード（疑似乱数ノイズ）は、ゴールド・コード（Gold code）であり、これは各衛星に対し独自の疑似乱数コードである。その結果衛星により送信された信号は、受信器内で区別することができる。Ｃ／Ａコードは、１０２３チップからなるデジタル信号であり、これらはミリ秒毎に繰り返される。全てのゴールド・コードは、ほぼ直交する特性を有する。すなわち他のコードと相関したときには、その相関値は０に近い値となり、自己のコードと相関したときには、相関値は１に近い値となる。この特性により複数の衛星からの複数の無線周波数信号は、同一のＧＰＳ受信器の複数のチャネル内で、独立に且つ同時に処理することができる。
【００１０】
ＧＰＳ型の受信器を用いた現在の航法システムにおいては、受信器の正確な位置の計算を容易にするために、最初にその概略位置を導入する（知ること）が、時にして必要であった。従って、受信器のユーザは、自分が現在いる位置の近傍に登録された場所の座標軸を入力する必要があり、これは欠点である。
【００１１】
特許出願ＤＥ１９６３３４７７号においては、無線周波数受信器が、最初の概略位置を知ることなく、第１セットの衛星の第１サーチを行う手段を開示している。これを行うために、受信器のサーチ・チャネルが、少なくとも２個の直交すると判断できる軌道面を周回している、ある数の衛星をサーチするよう構成されており、それにより少なくとも４個の可視（通信可能な）衛星からの信号を受信器が、ピック・アップできるようになっている。
【００１２】
【非特許文献１】Stephan Bancroft, "An algebraic Solution of the GPS Equations", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic System, Vol. AES-21, No. 7 January 1985
【非特許文献２】"Understanding GPS Principles and Applications" at chapter 5 by Philip Ward and the editor Elliott D. Kaplan (Artech House Publishes, USA 1996) edition number ISBN 0-89006-793-7 and particularly Figures 5.8 and 5.13
【非特許文献３】"Performance Comparisos Between FLL, PLL and a Novel FLL-Assisted-PLL Carrier Tracking Loop Under RF INterference Conditions" by Philip W. Ward
【００１３】
このような無線周波数信号受信器は、例えば携帯電話あるいは腕時計に搭載することが考えられているために、正確な位置決定演算を容易に実行できなければならない。さらにまた、これらの計算を行っている間に消費される電力は、特に、受信器が小型の電池あるいはバッテリで駆動される場合には、大幅に減らさなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の主目的は、この従来技術の欠点を解決するために、正確な位置を計算するために、初期概略位置の受信器に入力することなく、無線周波数信号受信器の定位方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
それ故、本発明は、前記のＧＰＳ型の無線周波数信号受信器の定位方法に関し、その特徴は請求項１に記載した通りである。
【００１６】
本発明の方法は、従属請求項２−６で定義される。
【００１７】
本発明の無線受信器の定位方法の利点は、最初にＮ個の相関チャネルを構成し、受信器内に記憶されたアルマナックと軌道暦に従って規定されたＮ個の地理領域（即ちエリア）内の１つの中にある衛星をそれぞれが探索するよう、同時にスイッチが入れられる。このようにして、地表に出た衛星がＮ個の領域の内の１つの領域内に入ったことを検出すると、地球のどの部分にさらにまたどの領域に、受信器が位置するかを決定することができる。さらにまた、（最初に見いだした）第１衛星によりＵＴＣ（協定世界時）に関する情報を引き出すことができる。
【００１８】
本発明による受信器の定位方法の他の利点は、第１衛星を検出した後、この検出された第１衛星の近傍にある少なくとも３個の他の可視（通信可能）衛星が、相関段の他の３個のチャネルにより探索される。４個の衛星が４個のチャネルにより追尾されると、概略位置が直接法（例えばＢａｎｃｒｏｆｔ法）によりマイクロプロセッサ手段により計算できる。この方法により解決できない場合には、軌道上にある各衛星の位置を知ることにより、受信器の位置が、海面上から一定の高さにある追尾された各衛星の緯度と経度の平均値により大まかに計算できる。かくして、こうして得られた概略位置が、従来の繰り返し方法を用いて、正確な即ち詳細な位置の最終計算用に用いられる。
【００１９】
受信器が、小型のバッテリすなわち蓄電池しか具備しない腕時計に搭載される場合には、マイクロプロセッサ手段は８ビットのマイクロプロセッサを含む。このような低消費電力のマイクロプロセッサで、計算時間は、電力消費を制限するために、特に減らす必要がある。直接法による概略位置計算故に、正確な位置データに急速に収束させるために、繰り返し方法の繰り返し回数を減らすことができる。かくして、このような低消費電力のマイクロプロセッサにおいては、誤った位置決定に繋がるような繰り返しを制限する問題を回避することができる。概略位置の計算をすることなく、繰り返し方法の複数回の計算繰り返し操作は、制限された繰り返し回数の問題故に、受信器の位置決定を不正確なものにしてしまう。８ビットのマイクロプロセッサが直面する繰り返し回数を制限するこの種の問題は、例えば位置の計算の間のクロック・パルスの喪失に起因する。
【００２０】
本発明は請求項７に記載した特徴を有する発明を実施するのに適した無線周波数信号受信器に関する。
【００２１】
この受信器の好ましい実施例は、従属請求項８−１０で定義される。
【００２２】
本発明による無線周波数信号受信器の１つの利点は、相関段の各チャネルは、ストップ・ブロック（stop block）を有し、マイクロプロセッサのコマンドによりチャネルの操作を中断する。各ストップ・ブロックは、無線周波数信号受信／整形手段内のクロック信号生成器により生成されたクロック信号を受信する。通常の状態においては、各ストップ・ブロックは、クロック信号により、動作中のチャネルの１つの相関器と１つのコントローラの操作をクロックさせる。しかし、例えば第１衛星がＮ個のチャネルの１つチャネルの操作により検出されたときには、他のチャネルはストップ・ブロックにより停止させられる。このストップ・ブロックは、チャネル操作をクロックするクロック信号を切る役目をする。
【００２３】
エネルギーを節約するために、期間を限って、受信／整形手段のある部分を故意に切ることもできる。受信／整形手段を一時的に切っても、符号のレプリカ生成方法は、相関段内で依然として動作している。
【実施例】
【００２４】
以下の記載において、本発明の受信器の定位方法を実現するのに適した受信器は、好ましくはＧＰＳ型受信器である。ＧＰＳ型の無線周波数信号受信器のいくつかの構成要素は、当業者には公知であり、これらについては略述する。しかし本発明の受信器は、ＧＬＯＮＡＳＳあるいはＧＡＬＩＬＥＯ航法システムあるいは他の航法システムでも用いることができる。本発明の方法により、受信器は最初の概略位置を知ることなく（cold start）、受信器の所在位置を正確に決定することができる。
【００２５】
ＧＰＳ受信器は、携帯、例えば腕時計に取り付けられ、時計の装着者に必要な現在の位置、速度、ローカル時間等のデータを提供する。時計のバッテリは小型なため、ＧＰＳ受信器が動作中に消費する電力は、できるだけ少なくなければならない。
【００２６】
当然のことながら、ＧＰＳ受信器は、例えば携帯電話のようなバッテリを具備した小型の低電力消費の携帯機器にも装着可能である。
【００２７】
本発明の方法を実行するのに適したＧＰＳ受信器１が図２に示されている。同図において、ＧＰＳ受信器１は、無線周波数信号受信／整形手段３と相関段７とを有する。無線周波数信号受信／整形手段３には、アンテナ２から無線周波数信号が提供され、４ビットの周波数変換された中間信号ＩＦが生成される。相関段７はこの中間信号ＩＦを受信する１２個の相関チャネル７’から構成される。データ伝送バス１０は各チャネルをそれぞれレジスタ１１に接続し、データバス１３が各レジスタ１１をマイクロプロセッサ１２に接続する。このマイクロプロセッサ１２が、ＧＰＳ受信器１の位置計算を実行する。
【００２８】
図１を参照すると、地表は、受信器の相関段で得られるＮ個のチャネルに応じて、Ｎ個の地理的領域（エリア）に分割される。ＧＰＳ受信器は、相関段に１２個のチャネルを有するために、地表は１２個のエリアに分割されている。これらの領域は、受信器内に記憶されたアルマナックに従って、捕獲すべき少なくとも１個の衛星が、各１２個の領域内に、地表にその姿を投影しながら配置されるよう、規定されている。以下に説明する本発明の方法により、初期の概略位置を受信器に入力せずに、ＧＰＳ受信器の位置を正確に決定することができる。
【００２９】
図１は、ある瞬間（時点）において近い将来使用されるＳＶ機能を有する３０個の衛星の地表上での投影を示す。現在のところ、２９個の衛星がＧＰＳ受信器の定位のために動作している。１２に分けられたエリアの関数として、複数の衛星が、如何なる時でも１２個の各エリアにある。図１の軌道の重なりを避けるために、６個の軌道の内の１つの軌道をＯＲとして示し、複数の衛星を地表に投影した形で示している。
【００３０】
以下の表においては、受信器内に記憶されたアルマナックにより規定された１２個のエリアの地理上のカバー領域が示されている。
緯度                    経度                    中心      
ゾーン１
（北アメリカ）９０°Ｎ−３０°Ｎ    １５０°Ｗ−６０°Ｗ    ６０°Ｎ、１０５°Ｗ
ゾーン２
（ヨーロッパ）９０°Ｎ−３０°Ｎ      ６０°Ｗ−３０°Ｅ      ６０°Ｎ、１５°Ｗ
ゾーン３
（ロシア）    ９０°Ｎ−３０°Ｎ    ３０°Ｅ−１２０°Ｅ      ６０°Ｎ、７５°Ｗ
ゾーン４
（日本）      ９０°Ｎ−３０°Ｎ  １２０°Ｅ−１５０°Ｗ    ６０°Ｎ、１６５°Ｅ
ゾーン５
（中央アメリカ）
９０°Ｎ−３０°Ｓ    １５０°Ｗ−６０°Ｗ          ０、１０５°Ｗ
ゾーン６
（アフリカ）  ９０°Ｎ−３０°Ｓ      ６０°Ｗ−３０°Ｅ            ０、１５°Ｗ
ゾーン７
（インド洋）  ３０°Ｎ−３０°Ｓ    ３０°Ｅ−１２０°Ｅ            ０、７５°Ｅ
ゾーン８
（インドネシア）
３０°Ｎ−３０°Ｓ  １２０°Ｅ−１５０°Ｗ          ０、１６５°Ｅ
ゾーン９
（南アメリカ）３０°Ｎ−９０°Ｓ    １５０°Ｗ−６０°Ｗ    ６０°Ｓ、１０５°Ｗ
ゾーン１０
（南アフリカ）３０°Ｎ−９０°Ｓ      ６０°Ｗ−３０°Ｅ      ６０°Ｓ、１５°Ｗ
ゾーン１１
（南極大陸）  ３０°Ｎ−９０°Ｓ    ３０°Ｅ−１２０°Ｅ      ６０°Ｓ、７５°Ｅ
ゾーン１２
（オーストラリア）
３０°Ｎ−９０°Ｓ  １２０°Ｅ−１５０°Ｗ    ６０°Ｓ、１６５°Ｅ
【００３１】
アルマナックが連続的に更新されない場合でも、１２のエリアのそれぞれの上方にある軌道上の各衛星の位置は大まかに決定することができる。各チャネルは、各領域にある最高高度の衛星（すなわち受信器に対し天頂あるいは各領域の中心にある衛星）を探索することができるように構成されている。
【００３２】
１２の領域が決まると、マイクロプロセッサ手段は、相関段の１２個のチャネルの入り切り（switching-on）を制御する。１２個のチャネルは、各チャネルが１２個のそれぞれのエリア内で可視（通信可能）衛星を探索するよう、構成されている。
【００３３】
動作中のチャネルの１つが可視衛星を検出すると、他の全てのチャネルの操作は、マイクロプロセッサ手段により中断される。この他のチャネルが中断する時点は、マイクロプロセッサ手段が、最初（第１）の衛星を検出したチャネルから、最初の中断信号を受信した時である。これに関しては図２を参照してさらに以下説明する。１つのチャネルにより追尾されている第１の衛星で、ＵＴＣを見いだすことができ、受信器が位置するエリアを特定することができる。
【００３４】
第１衛星が相関段の１つのチャネルにより追尾されると、マイクロプロセッサ手段はバッファ・レジスタを介してデータを供給し、所定数の他のチャネルを構成する。相関段に少なくとも３個の他のチャネルが構成され、マイクロプロセッサ手段によりスイッチが入り、動作中の第１チャネルにより追尾されている第１衛星近傍の可視衛星を探索する。このようにして、これらの衛星から送信された無線周波数信号は、受信器までのそれらのパスで障害物にあたる確率が減少し、正確な位置計算ができる。
【００３５】
当然のことながら、５個以上のチャネルをスイッチオンして、５個以上の可視衛星をピック・アップすることもできる。しかし、エネルギーを節約するために、受信器の位置を正確に計算するためには、４個の可視衛星を追尾するだけで十分である。
【００３６】
受信器の位置を正確に計算するために、少なくとも４個の衛星が少なくとも４個の相関段チャネルにより追尾された後、直接計算法を最初に用いて受信器の大まかな位置を予測する。この方法により、異なる位置の計算式をその後線形化することができる。
【００３７】
概略位置が予測された後、正確な（詳細な）位置探索計算が、従来の繰り返し方法により行われる。この繰り返し回数は、直接法により先の受信器の概略位置が既知である為、大幅に低減することができる。これにより回数を制限することに伴う不正確さの問題を回避できる。
【００３８】
概略位置計算を行うためのこの計算方法は、特許文献１に開示されている。この方法は観測した疑似距離から第２レベルの代数式を構成する。この代数式の解が、受信器の位置について２つの解を与える。その１つは異常解で破棄する。しかし、適正な計算結果がＢａｎｃｒｏｆｔ法により得られない場合には、ほぼ海抜ゼロにあるさまざまな追尾された衛星の緯度ψｉと経度λｉの平均を計算する。軌道上にある各衛星の位置は、ＥＣＥＦシステム（Earth Centred Earth Fixed Cartesian Coordinates）に従って地球の中心に対し公知であるので、各衛星の位置を、緯度と経度と海抜高さに容易に変換できる。
【００３９】
この直接法による概略位置は、以下の式を用いてチャネルにより追尾されている衛星の緯度ψｉと経度λｉの平均を見いだすことにより、得られる。
ψｉ＝（１／ｎ）Σｉψｉ  および  λ＝（１／ｎ）Σｉλｉ
ここで、ｎは追尾されている衛星の数で、例えば上記の例では４である。
【００４０】
上記した方法を実行するために、ＧＰＳ受信器１を構成する全ての要素を図２を参照して詳述する。
【００４１】
上記したように、無線周波数信号受信／整形手段３は、４ビットの中間信号ＩＦを生成するが、このＩＦは複素形式（complex form）が好ましい。これらの中間信号ＩＦは、同相（in-phase）信号成分Ｉと、四分の一相（quater-phase）信号成分Ｑとからなり、その周波数は４００ＫＨｚ以下である。この複素中間信号ＩＦは、図２では太いラインで示され、４ビットを表す斜線が交差している。
【００４２】
本発明の好ましい実施例においては、ＧＰＳ受信器１内で利用可能な相関チャネル７’の数Ｎは、地球の如何なる点でも可視衛星の最大数より大きくなければならない。従って、相関段７は、並列に動作可能な１２個のチャネル７’から構成される。
【００４３】
従来、無線周波数信号受信／整形手段３内では、ＲＦ／ＩＦ電子回路４は、無線周波数信号を、周波数１．５７５４２ＧＨｚから例えば２４．６ＭＨｚに変換する。ＲＦ／ＩＦ電子回路４が、ＧＰＳ信号を４００ＫＨｚ以下の周波数に変換するが、これは４．０３ＭＨｚのサンプリングにより行う。サンプリングされ、４００ＫＨｚ以下の周波数で量子化された複合中間信号ＩＦは、相関段７のチャネル７’に与えられる。
【００４４】
周波数変換操作を行うために、クロック信号生成器５が無線周波数信号受信／整形手段３の一部を形成する。このクロック信号生成器５は、１６．２ＭＨｚの周波数で校正された水晶振動子（図示せず）を具備する。２つのクロック信号ＣＬＫとＣＬＫ１６が、相関段７とマイクロプロセッサ１２に与えられ、これらの要素の全ての操作をクロック制御する。第１クロック周波数ＣＬＫは、４．０３ＭＨｚの値を有し、第２クロック周波数ＣＬＫ１６は、それの１／１６である。すなわち２５２．４ＫＨｚで固定され、相関段の大部分に使用され、エネルギーを節約する。
【００４５】
クロック信号ＣＬＫ１６は、無線周波数信号受信／整形手段３内のクロック信号生成器５からではなく、相関段７内に配置された周波数分割器を用いて得ることもできる。
【００４６】
ＲＦ／ＩＦ電子回路４により与えられる信号は、全てのケースの半分の場合において、異なるパリティ（＋１と−１）の信号を与える。このパリティは、受信器内のＧＰＳ信号の復調操作用に考慮されたものである。変形例として、ＲＦ／ＩＦ電子回路４は、同相成分と四分の一相成分に対し、４個の出力ビットに分散した信号を与えることもできる。
【００４７】
各チャネルのレジスタ１１は、マイクロプロセッサ手段から、構築データ（configulation data）あるいはパラメータを受信できる。各チャネルは、レジスタを介して、ＧＰＳメッセージに関連するデータと、ＰＲＮコードの状態と、ドプラー効果に関する周波数増分情報と、疑似距離と、特定の衛星に対する相関／固定処理後の他のデータとを送信できる。
【００４８】
レジスタ１１は、数種類のレジスタから構成される。例えば、制御／状態レジスタと、チャネルＮＣＯ（数値制御発振器）レジスタと、疑似距離レジスタと、キャリア／符号シフト／増分レジスタと、テストレジスタである。これらのレジスタは、相関操作の間データを記憶し、このデータを衛星捕獲／追尾プロセスの間、データをマイクロプロセッサ手段に必ずしも自動的に送信せずに、用いる。
【００４９】
変形例として、レジスタ１１の１個のブロックを相関段の全てのチャネル７’用に構成することもできるが、これはレジスタブロック内にあるデータが、各チャネルに共通な場合に限られる。
【００５０】
相関段７のチャネル７’は、相関器８とコントローラ９とを有し、専用の機器を介して信号処理アルゴリズムを実行して、チャネルにより検出された衛星信号の獲得と衛星の追尾を開始する。各チャネル７’は、ストップ／リセット・ブロック１４を有し、このストップ／リセット・ブロック１４が、クロック信号生成器５からクロック信号ＣＬＫとＣＬＫ１６を受信し、相関器８とコントローラ９のさまざまな操作のクロック制御を行う。このストップ／リセット・ブロック１４は、マイクロプロセッサ手段がそれに向けたクロック信号を切るような指示を受けると、相関器８とコントローラ９の操作を中断する。
【００５１】
ＧＰＳ受信器１に最初にスイッチが入ると、相関段７の全てのチャネル７’が、１２個のエリアの１つにある衛星をそれぞれ探索するよう、マイクロプロセッサ１２により構成される。各チャネルは、探索され追尾されるべき特定の衛星のキャリア周波数とＰＮＲ符号に関連したさまざまなパラメータをそこに入力することにより、構築される。
【００５２】
前述したように、受信器の正確な位置を決定する本発明の方法においては、１個のチャネルが第１の可視衛星を検出すると、他の全てのチャネルの操作は中断しなければならない。これを行うために、チャネル７’は、中断信号ＩＮＴ１からＩＮＴ１２をマイクロプロセッサ１２に送り、マイクロプロセッサ１２に対して抽出できたデータを通知する。
【００５３】
中断信号を受信すると、マイクロプロセッサは、どのチャネルから抽出できたデータが来たのかを見いだすために、全てのチャネルを走査する。このデータは、例えば構築パラメータ（configulation parameter）、ＧＰＳメッセージ、ＰＲＮ符号の状態、ドプラー効果による周波数増分、疑似距離、受信手段の停止モード、カウンター積分器の状態、他の情報に関連している。
【００５４】
この実施例の場合、第１衛星を検出したチャネル７’は、中断信号ＩＮＴをマイクロプロセッサに送り、他のチャネルの操作を中止する旨のコマンドが他のチャネルのストップ／リセット・ブロック１４に送信される。かくして、他のチャネルのＣＬＫとＣＬＫ１６は、一時的に切られる。
【００５５】
少なくとも３個の他のチャネル７’は、マイクロプロセッサ手段によりスイッチが入れられ、最初に検出された衛星に近い可視衛星を探索する。その結果、４個のチャネルが、受信器の位置を計算するために必要な４個の可視衛星の１つをそれぞれ追尾するよう動作する。このような場合、複数個の中断信号ＩＮＴ１からＩＮＴ１２が、同時に発生し、マイクロプロセッサ１２に送信されることがある。マイクロプロセッサ１２は、動作中のチャネル７’用に優先デコーダ（図示せず）を有する。かくして、マイクロプロセッサは、所定の優先順位に従って、中断信号を送信する優先チャネルに直接アクセスする。
【００５６】
他の実施例（図示せず）においては、優先デコーダは相関段内に組み込まれている。
【００５７】
各チャネルのコントローラ９は、特に、メモリ装置と、計算装置と、データビット同期装置と、相関器制御装置と、中断装置とを有する（これらは図２には図示せず）。メモリ装置は、メモリデータを記憶するＲＡＭメモリから構成される。このＲＡＭメモリは、通常あるいは特殊の構造形態で分散配置されている。計算装置は、加算操作、減算操作、乗算操作、累積操作、シフト操作を実行する。
【００５８】
検出した衛星の捕獲と追尾操作の全ては、並列ビット・アーキテクチャで、相関段のそれぞれのチャネル内で自律的に実行される。数ビットの計算が１回のクロック・パルスの間に行われる。デジタル信号は、１ＫＨｚのレートである。これにより、低周波数レートで、前記キャリア周波数とＰＲＮ符号スレーブ・ループ信号の自律的処理ができる。１つのチャネルが衛星にロックされた時には、回路は、ＧＰＳデータのフロー（流れ）を同期化して、後続の計算に備える。
【００５９】
かくして、マイクロプロセッサ１２によるデータの転送は、全ての相関段の計算の間は発生しない。相関段７のチャネル７’の相関結果のみが、特に５０Ｈｚの周波数のＧＰＳメッセージが、マイクロプロセッサに転送される。これは電力消費を大幅に減らす効果がある。
【００６０】
マイクロプロセッサ１２は、好ましくはスイスのＥＭ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｒｉｎ  ＳＡから市販されている８ビットのＣｏｏｌＲＩＳＣ−８１６マイクロプロセッサを含む。このマイクロプロセッサは、４．０３ＭＨｚのクロック信号でクロック処理されている。マイクロプロセッサ１２は、記憶手段（図示せず）を有し、そこに、可視衛星の位置に関する情報、ゴールド符号、地上のＧＰＳ受信器が通信可能な情報が記憶されている。
【００６１】
本発明の方法により、概略位置を直説法により最初に計算するために、８ビットマイクロプロセッサで、正確な位置を計算するサイクルを制限する問題が回避できる。正確な位置を計算するための繰り返し方法の繰り返し回数を、減らすことができる。
【００６２】
相関段内のソフトウェア・タスクを分散させることで電力消費を低減することに加えて、さらなる電力消費の低減は、ある期間、無線周波数信号受信／整形手段３のある部品を能動的に惰性で進ませる−故意に切ることにより達成できる。このような一時的な無線周波数信号受信／整形手段３の停止にも関わらず、相関段内で符号レプリカを生成するプロセスは、依然として動作している。
【００６３】
図３に、ＰＲＮ符号スレーブ・ループ用の部品と、キャリア周波数スレーブ・ループ用の部品を具備する相関器が示されている。この相関器は、各相関段のチャネル内のものと同一であるが、各チャネル内では異なって構成することもできる。相関器のさまざまな構成要素に関するより詳細な技術は、非特許文献２に記載されている。
【００６４】
図３を参照すると、中間信号ＩＦは、４ビットを意味する斜線が引かれた太字のラインで表されている。この中間信号は、同相成分Ｉと四分の一相成分Ｑからなる複合信号（Ｉ＋Ｑ）である。中間信号ＩＦは、サンプリングされ量子化され、第１ミキサー２０を通過する。ミキサー２０を構成する乗算器２１は、中間信号ＩＦに、内部で生成されたキャリア・レプリカの（Ｃｏｓ−ｉＳｉｎ）を乗算し、複合信号から同相信号Ｉを抽出する。、一方乗算器２２は、内部で生成されたキャリア・レプリカの（−Ｓｉｎ−ｉＣｏｓ）を乗算して複合信号から四分の一相信号Ｑを抽出する。
【００６５】
これらのｓｉｎ信号とｃｏｓ信号は、レプリカ信号のＣＯＳ／ＳＩＮ表（ＣＯＳ／ＳＩＮテーブル４５）から生成される。第１ミキサー２０の第１ステップの目的は、ＧＰＳメッセージを搬送する信号からキャリア周波数を抽出することである。
【００６６】
この操作の後、捕獲すべき衛星からの信号のＰＲＮ符号は、スイッチ・オンされたチャネル内で見いだされ、前記チャネル内で生成されたＰＲＮ符号は、所望の衛星に対応する。これを行うために、同相信号と四分の一相信号は、第２ミキサー２３を通過させ、信号ＩとＱを、ＰＲＮ符号のearlyレプリカとpromptレプリカとlateレプリカと相関をとって、６個の相関関係にある信号を得る。
【００６７】
当然のことながら、earlyレプリカとlateレプリカのみを相関段の各チャネル内に保持して（promptレプリカを使用しないで）、相関段の構成要素の数を少なくすることができる。しかし、符号制御ループからprompt構成要素を取り除くことにより、２．５ｄＢの信号対ノイズ比の損失が観測される。
【００６８】
乗算器２４は、乗算器２１から信号Ｉと、３ビット・レジスタ４０からearlyレプリカ信号Ｅとを受領し、early同相相関信号を提供する。乗算器２５は、信号Ｉとpromptレプリカ信号Ｐを受領し、prompt同相相関信号を提供する。乗算器２６は、信号Ｉとlateレプリカ信号Ｌを受領し、late同相相関信号を提供する。
【００６９】
乗算器２７は、乗算器２２から信号Ｑと、３ビット・レジスタ４０からearlyレプリカ信号Ｅとを受領し、early四分の一相相関信号を提供する。乗算器２８は、信号Ｑとpromptレプリカ信号Ｐを受領し、prompt四分の一相相関信号を提供する。乗算器２９は、信号Ｑとlateレプリカ信号Ｌを受領し、late四分の一相相関信号を提供する。
【００７０】
earlyレプリカＥとlateレプリカＬとの間のギャップは、本発明の実施例では１／２チップである。このことは、真ん中のpromptレプリカＰとのギャップは１／４チップであることを意味する。乗算器は、例えばＸＯＲ論理ゲートを用いた単純形式で実現できる。
【００７１】
６個の相関信号が、それぞれ予測要素であるカウンタ積分器３０−３５の１つに入力され、その２進出力ワードＩＥＳ、ＩＰＳ、ＩＬＳ、ＱＥＳ、ＱＰＳ、ＱＬＳは、１４ビットで一般的に表される。カウンター積分器の２進出力ワードのビット数が、受信器の受信ダイナミック特性を規定する。カウンターは、１０２３までカウントすることが可能であり、これはＰＲＮ符号のチップ数に等しい。サーチの開始時に、マイクロプロセッサ手段により選択されたチャネルの各カウンタ積分器３０−３５は、ミリ秒毎に２進ワードＩＥＳ、ＩＰＳ、ＩＬＳ、ＱＥＳ、ＱＰＳ、ＱＬＳの完全なセットを提供する。しかし、復調すべき有効信号からノイズ部分を除去するために、８７個のの上位ビット（heavy bit）のみがデジタル信号処理チェーンの残りの部分で使用される。
【００７２】
２進出力ワードＩＥＳ、ＩＰＳ、ＩＬＳ、ＱＥＳ、ＱＰＳ、ＱＬＳは、図３では８ビットを表す斜線で交差した太字のラインで示されており、この２進出力ワードは、符号ループ弁別器３６に、そしてさらに符号ループフィルター３７に入る。符号ループ弁別器３６は、信号ＩＥＳ、ＩＰＳ、ＩＬＳ、ＱＥＳ、ＱＰＳ、ＱＬＳに対するエネルギー計算操作を実行する。ある繰り返し回数Ｍ、例えば１０回のサイクルの間、値の累積は、符号ループ弁別器３６内で行われる
【００７３】
符号ループ弁別器３６は、遅延ロック・ループ（delay lock loop (DLL)）型の非コヒーレント（non-coherent）機器である。これは、８ビットの乗算器と２０ビットの累積器で持って形成することができる。この弁別器においては、修正はキャリア・ループから行われる。その理由は信号が衛星により送信されたときには、ドプラー効果はキャリア周波数のみならず、キャリア周波数に変調されたＰＲＮ符号にも発生するからである。キャリア信号を符号ループ弁別器内に入力することは、キャリア・シフトの増分の１５４０のわり算に対応する
【００７４】
弁別器からフィルタ処理された結果に応じて、位相の増分は、３２ビットＮＣＯ発振器３８により加えられ、ＰＲＮコード生成器３９に送られる。その結果、ＰＲＮコード生成器３９は、一連のＰＲＮ符号ビットを３ビット・レジスタ４０に送り、新たな相関計算を実行する。３２ビットＮＣＯ発振器３８の周波数解像度は、（４．０３ＭＨｚのクロック周波数に対し）０．９ｍＨｚ台である。
【００７５】
さまざまなループ結果が、捕獲操作と追尾操作を調整するために、コントローラにより処理される。所望の衛星に対する同期とロックが行われると、値ＩＥＳとＩＬＳが、復調器５０内に入力される。この復調器５０は、５０Ｈｚのデータ・メッセージを、１ビットでデータ入力と出力レジスタを介して、マイクロプロセッサ手段に提供する。このメッセージに加えて、マイクロプロセッサ手段は、バッファ・レジスタ内に挿入された疑似距離に関連する情報を取り込み、Ｘ、Ｙ、Ｚ位置と速度と正確なローカル時間を計算する。
【００７６】
上記に説明した構成要素についてはこれ以上詳述しないが、当業者の一般的な知識の一部となっているからである。
【００７７】
２進ワードＩＰＳとＱＰＳが、１ＫＨｚの周波数でキャリアループ弁別器４２内に導入（エンヴェロープ検出を行う）され、信号からのエネルギーを計算し、キャリアループフィルター４３にその後出力される。キャリアループ弁別器４２とキャリアループフィルター４３により構成される回路構造は、非特許文献３に開示されている。
【００７８】
平均計算を周波数弁別器と位相弁別器で実行して、キャリア追跡ループの感受性と精度を上げることができる。弁別器内に行われた累積（accumulation）は、Ｍサイクルの間継続する、例えばＰＬＬに対しては１０サイクル、ＦＬＬに対しては５サイクルである。
【００７９】
キャリアループ弁別器４２を出力された後、さらにキャリアループフィルター４３を出力された後、２４ビットのＮＣＯキャリア発振器４４は、キャリア周波数レプリカの修正用に、周波数増分（bin）を受領する。この２４ビットのＮＣＯキャリア発振器４４は、２４０ｍＨｚ台の周波数解像度を有し、データを４ビットでＣＯＳ／ＳＩＮテーブル４５に提供する。
【００８０】
２つの符号とキャリア制御方法は追尾の間同期しているが、キャリア追尾ループは、衛星信号の存在を確認した後のみ、更新される。
【００８１】
上記の記載から本発明の方法を実行する方法および受信器のさまざまな変形例が本発明の範囲を離れることなく当業者に思い至るであろう。第１衛星の検出後、受信器の概略位置を提供するために、この第１衛星の高度を計算することも可能である。無線周波数信号受信器は、相関段に最低４個のチャネルあるいは１２超個のチャネルを有することができる。各チャネル内のストップブロックは、単一のスイッチから構成され、その後にデバイダーを追加して、チャネル内の操作をクロックするために、２個のクロック信号を生成してもよい。
【００８２】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】地球をＮ個の地理的領域（エリア）に分け、ある瞬間（時点）で本発明の方法を実行するために各領域にある軌道上の衛星の投影位置を単純化して表した平面図。
【図２】本発明の方法を実行するのに適した無線周波数信号受信器の種々の部分のブロック図。
【図３】本発明の方法を実行するのに適した受信器の相関段の１つのチャネルの相関器の構成要素のブロック図。
【符号の説明】
【００８４】
１  ＧＰＳ受信器
２  アンテナ
３  無線周波数信号受信／整形手段
４  電子回路
５  クロック信号生成器
７  相関段
７’チャネル
８  相関手段
９  コントローラ
１０  データ伝送バス
１１  レジスタ
１２  マイクロプロセッサ
１３  データバス
１４  ストップ／リセット・ブロック
２０  第１ミキサー
２３  第２ミキサー
２１、２２，２４−２６，２７−２９  乗算器
３０−３５  カウンタ積分器
３６  符号ループ弁別器
３７  符号ループフィルター
３８  ３２ビットＮＣＯ発振器
３９  ＰＲＮコード生成器
４０  ３ビット・レジスタ
４２  キャリアループ弁別器
４３  キャリアループフィルター
４４  ＮＣＯ発振器
４５  ＣＯＳ／ＳＩＮテーブル
５０  復調器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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