(57)【要約】      （修正有）【課題】航法メッセージデータのビット長よりも長い相関積算時間に亘る相関処理を可能にするための新たな手法を提供する。【解決手段】第１乗算器２１１において、第１キャリア除去用信号発生部２２１より発生された第１キャリア除去用信号が受信信号に乗算されることで、受信信号が特定周波数の信号に変換される。また、第２乗算器２１２において、第２キャリア除去用信号発生部２２２より発生された第２キャリア除去用信号が受信信号に乗算されることで、受信信号が周波数ゼロの信号に変換される。そして、特定周波数の信号に対する相関演算が第１相関器２３１で行われて第１相関値が算出され、周波数ゼロの信号に対する相関演算が第２相関器２３２で行われて第２相関値が算出される。そして、第１相関値の積算結果及び第２相関値の積算結果が合算され、合算積算相関値を用いてＧＰＳ衛星信号が捕捉される。【選択図】図６
2011203234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位用衛星から受信した衛星信号である受信信号の周波数を、前記衛星信号に搬送されている航法メッセージデータのビット長に対応する特定周波数に周波数変換することと、
前記周波数変換された前記特定周波数の信号に対して第１の相関演算を行うことと、
前記ビット長よりも長い所定の時間に亘り、前記第１の相関演算の結果を積算することと、
前記積算した結果を用いて、前記衛星信号を捕捉することと、
を含む信号捕捉方法。
【請求項２】
前記受信信号の周波数を、周波数ゼロに周波数変換することと、
前記周波数変換された前記周波数ゼロの信号に対して第２の相関演算を行うことと、
前記所定の時間に亘り、前記第２の相関演算の結果を積算することと、
を更に含み、
前記衛星信号を捕捉することは、前記第１の相関演算の結果を積算した結果及び前記第２の相関演算の結果を積算した結果を合算した合算値を用いて前記衛星信号を捕捉することを含む、
請求項１に記載の信号捕捉方法。
【請求項３】
前記受信信号の周波数を、周波数ゼロに周波数変換することと、
前記周波数変換された前記周波数ゼロの信号に対して第２の相関演算を行うことと、
前記所定の時間に亘り、前記第２の相関演算の結果を積算することと、
を更に含み、
前記衛星信号を捕捉することは、前記第１の相関演算の結果を積算した結果と前記第２の相関演算の結果を積算した結果とのうち何れかの積算した結果を用いて前記衛星信号を捕捉することを含む、
請求項１に記載の信号捕捉方法。
【請求項４】
前記特定周波数は、２５Ｈｚである、
請求項１〜３の何れか一項に記載の信号捕捉方法。
【請求項５】
測位用衛星から衛星信号を受信する受信部と、
前記受信部により受信された受信信号の周波数を、前記衛星信号に搬送されている航法メッセージデータのビット長に対応する特定周波数に変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部により周波数変換された前記特定周波数の信号に対して相関演算を行う相関演算部と、
前記ビット長よりも長い所定の時間に亘り、前記相関演算の結果を積算する積算部と、
前記積算部により積算された前記相関演算の結果を用いて、前記衛星信号を捕捉する捕捉部と、
を備えた信号捕捉装置。
【請求項６】
請求項５に記載の信号捕捉装置を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号捕捉方法、信号捕捉装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
測位用信号を利用した測位システムとしては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が広く知られており、携帯型電話機やカーナビゲーション装置等に内蔵された位置算出装置に利用されている。ＧＰＳでは、複数のＧＰＳ衛星の位置や各ＧＰＳ衛星から位置算出装置までの擬似距離等の情報に基づいて位置算出装置の位置座標と時計誤差とを求める位置算出計算を行う。
【０００３】
ＧＰＳ衛星から送出されるＧＰＳ衛星信号は、ＣＡ（Coarse and Acquisition）コードと呼ばれるＧＰＳ衛星毎に異なる拡散符号で変調されている。位置算出装置は、微弱な受信信号の中からＧＰＳ衛星信号を捕捉するために、受信信号と、ＣＡコードのレプリカであるレプリカＣＡコードとの相関演算を行い、その相関値に基づいてＧＰＳ衛星信号を捕捉する。この場合、相関値のピークの検出を容易にするため、相関演算で取得された相関値を所定の積算時間に亘って積算する手法が用いられる。
【０００４】
しかし、ＧＰＳ衛星信号を拡散変調するＣＡコード自体が航法メッセージデータによって２０ミリ秒毎にＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調されているため、航法メッセージデータのビット長である２０ミリ秒毎にＣＡコードの極性が反転し得る。従って、航法メッセージデータのビット値が変化するタイミングを跨いで相関値を積算する場合には、符号の異なる相関値を積算する可能性がある。この問題を解決するための技術として、例えば特許文献１に開示されているように、航法メッセージデータのビット値が変化するタイミングについてのアシストデータを利用して相関値を積算する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３４９９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術によれば、相関積算時間を航法メッセージデータのビット長（２０ミリ秒）よりも長く設定することができる。しかし、特許文献１の技術では、航法メッセージデータのビット値が変化するタイミングについてのアシストデータを外部から取得する必要があるため、通信費や通信時間の問題など、データ取得に関する制約や問題があった。特に、ＧＰＳ衛星信号から発信されている航法メッセージデータが新たなデータに切り替わった後においては、アシストデータが更新されるのを待って、その新たなアシストデータを取得する必要が生じてしまう。
【０００７】
本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、航法メッセージデータのビット長よりも長い相関積算時間に亘る相関処理を可能にするための新たな手法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するための第１の形態は、測位用衛星から受信した衛星信号である受信信号の周波数を、前記衛星信号に搬送されている航法メッセージデータのビット長に対応する特定周波数に周波数変換することと、前記周波数変換された前記特定周波数の信号に対して第１の相関演算を行うことと、前記ビット長よりも長い所定の時間に亘り、前記第１の相関演算の結果を積算することと、前記積算した結果を用いて、前記衛星信号を捕捉することと、を含む信号捕捉方法である。
【０００９】
また、第５の形態として、測位用衛星から衛星信号を受信する受信部と、前記受信部により受信された受信信号の周波数を、前記衛星信号に搬送されている航法メッセージデータのビット長に対応する特定周波数の信号に変換する周波数変換部と、前記周波数変換部により周波数変換された前記特定周波数の信号に対して相関演算を行う相関演算部と、前記ビット長よりも長い所定の時間に亘り、前記相関演算の結果を積算する積算部と、前記積算部により積算された前記相関演算の結果を用いて、前記衛星信号を捕捉する捕捉部と、を備えた信号捕捉装置を構成してもよい。
【００１０】
この第１の形態等によれば、測位用衛星から受信した衛星信号である受信信号の周波数を、衛星信号に搬送されている航法メッセージデータのビット長に対応する特定周波数に周波数変換する。そして、周波数変換した特定周波数の信号に対して第１の相関演算を行い、航法メッセージデータのビット長よりも長い所定の時間に亘り、第１の相関演算の結果を積算する。そして、積算した結果を用いて衛星信号を捕捉する。
【００１１】
航法メッセージデータが搬送されている衛星信号の受信信号に対して航法メッセージデータのビット長よりも長い任意の時間に亘って相関処理を行った場合、正しい周波数に合わせて捕捉を行ったとしても、符号変化の有る相関値の時系列データとなってしまう。しかし、実験により、航法メッセージデータのビット長に対応する特定周波数の信号に対して捕捉を行うと、正しい周波数に合わせて捕捉を行う場合とは符号変化のパターンが異なる相関値の時系列データが得られることが明らかとなった。この符号変化のパターンが異なる相関値の時系列データは、受信信号の周波数を特定周波数に周波数変換し、その特定周波数の信号に対して相関演算を行うことで求められる。このようにして求めた相関値の時系列データに基づいて相関演算結果を積算し、その積算結果を用いて衛星信号を捕捉することで、航法メッセージデータのビット長よりも長い相関積算時間に亘る相関処理が可能となる。
【００１２】
また、第２の形態として、第１の形態の信号捕捉方法であって、前記受信信号の周波数を、周波数ゼロに周波数変換することと、前記周波数変換された前記周波数ゼロの信号に対して第２の相関演算を行うことと、前記所定の時間に亘り、前記第２の相関演算の結果を積算することと、を更に含み、前記衛星信号を捕捉することは、前記第１の相関演算の結果を積算した結果及び前記第２の相関演算の結果を積算した結果を合算した合算値を用いて前記衛星信号を捕捉することを含む、信号捕捉方法を構成してもよい。
【００１３】
この第２の形態によれば、受信信号の周波数を周波数ゼロに周波数変換する。そして、周波数変換された周波数ゼロの信号に対して第２の相関演算を行い、所定の時間に亘り、第２の相関演算の結果を積算する。そして、第１の相関演算の結果を積算した結果及び第２の相関演算の結果を積算した結果を合算し、その合算値を用いて衛星信号を捕捉する。特定周波数の信号に対する相関演算結果ばかりでなく、周波数ゼロの信号に対する相関演算結果も加味することで、航法メッセージデータのビット反転の影響をより低減することができ、任意の相関積算時間に亘る相関処理が可能となる。
【００１４】
また、第３の形態として、第１の形態の信号捕捉方法であって、前記受信信号の周波数を、周波数ゼロに周波数変換することと、前記周波数変換された前記周波数ゼロの信号に対して第２の相関演算を行うことと、前記所定の時間に亘り、前記第２の相関演算の結果を積算することと、を更に含み、前記衛星信号を捕捉することは、前記第１の相関演算の結果を積算した結果と前記第２の相関演算の結果を積算した結果とのうち何れかの積算した結果を用いて前記衛星信号を捕捉することを含む、信号捕捉方法を構成してもよい。
【００１５】
この第３の形態によれば、受信信号の周波数を、周波数ゼロに周波数変換する。そして、周波数変換された周波数ゼロの信号に対して第２の相関演算を行い、所定の時間に亘り、第２の相関演算の結果を積算する。そして、第１の相関演算の結果を積算した結果と第２の相関演算の結果を積算した結果とのうち何れかの積算した結果を用いて衛星信号を捕捉する。例えば、第１の相関演算の結果を積算した結果と第２の相関演算の結果を積算した結果とのうちの値が大きい方の結果を用いるといったことにより、衛星信号を適切に捕捉することができる。
【００１６】
また、第４の形態として、第１〜第３の何れかの形態の信号捕捉方法における特定周波数が２５Ｈｚである、信号捕捉方法を構成してもよい。この場合の特定周波数は、航法メッセージデータのビット長が２０ミリ秒である場合に対応する周波数である。
【００１７】
また、第６の形態として、第５の形態の信号捕捉装置を備えた電子機器を構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（Ａ）は相関値の時間変化の一例。（Ｂ）は周波数解析結果の一例。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は相関値の直流成分。（Ｃ）は相関値の特定周波数成分。
【図３】（Ａ）は航法メッセージデータのビット反転無しの場合の周波数ゼロ信号の説明図。（Ｂ）は航法メッセージデータのビット反転有りの場合の周波数ゼロ信号の説明図。
【図４】（Ａ）は航法メッセージデータのビット反転無しの場合の特定周波数信号の説明図。（Ｂ）は航法メッセージデータのビット反転有りの場合の特定周波数信号の説明図。
【図５】携帯型電話機の機能構成の一例を示すブロック図。
【図６】ベースバンド処理回路部の回路構成の一例を示すブロック図。
【図７】ベースバンド処理の流れを示すフローチャート。
【図８】相関処理の流れを示すフローチャート。
【図９】従来における位相方向及び周波数方向の相関処理結果の一例を示す図。
【図１０】従来における周波数方向の相関処理結果の一例を示す図。
【図１１】従来における位相方向の相関処理結果の一例を示す図。
【図１２】従来における位相方向及び周波数方向の相関処理結果の一例を示す図。
【図１３】従来における周波数方向の相関処理結果の一例を示す図。
【図１４】従来における位相方向の相関処理結果の一例を示す図。
【図１５】実施例における位相方向及び周波数方向の相関処理結果の一例を示す図。
【図１６】実施例における周波数方向の相関処理結果の一例を示す図。
【図１７】実施例における位相方向の相関処理結果の一例を示す図。
【図１８】実施例における位相方向及び周波数方向の相関処理結果の一例を示す図。
【図１９】実施例における周波数方向の相関処理結果の一例を示す図。
【図２０】実施例における位相方向の相関処理結果の一例を示す図。
【図２１】変形例におけるベースバンド処理回路部の回路構成を示すブロック図。
【図２２】変形例におけるベースバンド処理回路部の記憶部のデータ構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
１．原理
先ず、本実施形態における衛星信号捕捉の原理について説明する。
ＧＰＳ衛星を利用した位置算出システムにおいて、測位用衛星の一種であるＧＰＳ衛星は、アルマナックやエフェメリス等の衛星軌道データを含む航法メッセージデータを、測位用衛星信号の一種であるＧＰＳ衛星信号に乗せて発信している。
【００２０】
ＧＰＳ衛星信号は、拡散符号の一種であるＣＡ（Coarse and Acquisition）コードによって、スペクトラム拡散方式として知られるＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式によって変調された１．５７５４２［ＧＨｚ］の通信信号である。ＣＡコードは、コード長１０２３チップを１ＰＮフレームとする繰返し周期１ｍｓの擬似ランダム雑音符号であり、衛星毎に異なる。
【００２１】
ＧＰＳ衛星がＧＰＳ衛星信号を発信する際の周波数（規定搬送波周波数）は、１．５７５４２［ＧＨｚ］と予め規定されているが、ＧＰＳ衛星やＧＰＳ受信装置の移動により生ずるドップラーの影響等により、ＧＰＳ受信装置がＧＰＳ衛星信号を受信する際の周波数は、必ずしも規定搬送波周波数とは一致しない。そのため、従来のＧＰＳ受信装置は、受信信号の中からＧＰＳ衛星信号を捕捉するための周波数方向の相関演算である周波数サーチを行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉する。また、受信したＧＰＳ衛星信号（ＣＡコード）の位相を特定するため、ＧＰＳ受信装置は、位相方向の相関演算である位相サーチを行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉する。
【００２２】
しかし、特にインドア環境などの弱電界環境においては、真実の受信周波数及び真実のコード位相における相関値のレベルが低くなるため、ノイズとの見分けが難しくなる。この結果、真実の受信周波数及び真実のコード位相の検出、すなわち信号の捕捉が困難になる。そこで、このような受信環境下では、相関演算によって得られる相関値を所定の相関積算時間に亘って積算していき、積算された相関値の中からピークを検出することによって、ＧＰＳ衛星信号を捕捉する手法が用いられる。
【００２３】
ところが、ＧＰＳ衛星信号は、ＣＡコードによって拡散変調されているとともに、航法メッセージデータのビット値に応じてＣＡコード自体がＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調されている。この航法メッセージデータのビット長は２０ミリ秒であるため、２０ミリ秒毎にビット値が変化（反転）する可能性がある。可能性があるというのは、ビット値が変化しない場合もあることを意味する。本実施形態では、航法メッセージデータのビット値が実際に変化するタイミングのことを「ビット反転タイミング」と称する。
【００２４】
航法メッセージデータのビット値が変化することは、ＣＡコードの極性が反転することを意味する。そのため、受信したＣＡコードと、レプリカコードとの相関演算を行うと、航法メッセージデータのビット長である２０ミリ秒毎に符号の異なる相関値が算出され得る。そのため、航法メッセージデータのビット反転タイミングを跨いで相関値を積算してしまうと、符号の異なる相関値が相殺し合うことにより、相関値が微小な値（極端な場合は０）となってしまう問題がある。この問題を解決するため、本願発明者は、航法メッセージデータのビット長に対応する特定周波数に着目して、相関値の符号変化の影響を無効化して相関値を積算する新しい手法を考案した。
【００２５】
図１及び図２は、特定周波数を説明するための図である。図１（Ａ）に、相関値の時系列変化の一例を示す。説明を分かりやすくするため、相関値を「＋１」と「−１」の正負の２値で表現している。また、ここでは、受信周波数の真値が既知であり、受信ＣＡコードと位相がぴったり一致したレプリカコードを用いて相関演算を行って相関値を求めた場合について説明する。
【００２６】
航法メッセージデータのビット値が「１」である場合のＣＡコードの極性を「正」とすると、受信ＣＡコードにレプリカコードを乗算することで、相関値「＋１」が得られる。一方、航法メッセージデータのビット値が「０」である場合のＣＡコードの極性を「負」とすると、受信ＣＡコードにレプリカコードを乗算することで、相関値「−１」が得られる。
【００２７】
図１（Ａ）を見ると、航法メッセージデータのビット反転タイミングで、相関値の符号が入れ替わっていることがわかる。ビット値に応じて、前回のビット反転タイミングから２０ミリ秒後にビット反転タイミングが到来した場合には、当該２０ミリ秒後の時点で相関値の符号が逆転する。また、４０ミリ秒後にビット反転タイミングが到来した場合には、当該４０ミリ秒後の時点で相関値の符号が逆転する。
【００２８】
図１（Ａ）に示した時系列の相関値をビット長よりも長い所定時間に亘って蓄積し、周波数解析を行うと、例えば図１（Ｂ）に示すようなパワースペクトルが得られる。図１（Ｂ）において、横軸は周波数、縦軸はパワー値を示しており、説明を分かり易くするため、ホワイトノイズについては図示を省略している。
【００２９】
図１（Ｂ）に示すように、周波数ゼロ（０Ｈｚ）にパワー値のピークが現れる。これは、時系列の相関値の直流成分を示している。すなわち、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、時系列の相関値のうちの符号変化の無い部分に相当する周波数成分（直流成分）が、０Ｈｚにパワー値のピークとして現れるのである。
【００３０】
しかし、図１（Ｂ）に示すように、２５Ｈｚの周波数にもパワー値の大きなピークが現れる。これは、航法メッセージデータのビット長が２０ミリ秒であることに起因している。すなわち、図２（Ｃ）に示すように、航法メッセージデータのビット値が２０ミリ秒毎に変化した場合、例えば最初の２０ミリ秒が「１」、次の２０ミリ秒が「−１」、その次の２０ミリ秒が「１」といったように相関値が変化するため、相関値の周期は４０ミリ秒になる。
【００３１】
この４０ミリ秒という期間は、航法メッセージデータのビット長の２倍に相当する期間である。周期４０ミリ秒を周波数に換算すると、「ｆ＝１／Ｔ＝１／（４０×１０-3）＝２５Ｈｚ」である。時系列の相関値に含まれるこの２５Ｈｚの周波数成分がパワー値のピークとして現れるのである。本実施形態では、この２５Ｈｚの周波数のことを「特定周波数」と定義する。
【００３２】
また、図１（Ｂ）を見ると、７５Ｈｚや１２５Ｈｚ、１７５Ｈｚといった高次の周波数にも、特定周波数（２５Ｈｚ）ほど大きなピークではないものの、微小のピークが現れていることがわかる。相関値の波形が対称波形であることにより、基本周波数である特定周波数の奇数倍の周波数、すなわち奇数次高調波周波数にパワー値のピークが現れるのである。
【００３３】
これらのパワー値のピークは、そもそも航法メッセージデータのビット反転タイミングにおいてＣＡコードの極性が反転すること、ひいては相関値の符号が変化すること、に起因している。例えば、ビット反転タイミングを跨がないように、相関値の積算時間をビット長の２０ミリ秒以下にして周波数解析を行った場合には、周波数ゼロのみにピークが生じ、他の周波数にピークは生じない。すなわち、相関値の符号変化が無ければ、周波数ゼロ以外にパワー値のピークが生じないのである。
【００３４】
本願発明者は、上記のように航法メッセージデータのビット長よりも長い任意の時間に亘って相関処理を行った場合に、周波数ゼロ（０Ｈｚ）及び特定周波数（２５Ｈｚ）にパワー値のピークが現れることに着目した。その上で、ＧＰＳ衛星信号の受信信号の周波数を、周波数ゼロ相当（この周波数の受信信号を「周波数ゼロの信号」と称す。）及び特定周波数相当（この周波数の受信信号を「特定周波数の信号」と称す。）それぞれに周波数変換し、それぞれの信号に対する相関演算を行った結果を用いて、ＧＰＳ衛星信号を捕捉することを考えた。
【００３５】
なお、本実施形態では、説明を分かり易くするため、正の周波数にのみ着目して考えることとし、負の周波数については考慮しないこととする。
【００３６】
具体的に説明する。ＧＰＳ受信装置が時刻「ｔ」において受信するＧＰＳ衛星信号の受信信号「ｒ（ｔ）」は、次式（１）のように表すことができる。
【００３７】
【数１】
2011203234.tif 000003
【００３８】
式（１）において、「Ｉ（ｔ）」と「Ｑ（ｔ）」はそれぞれ受信信号「ｒ（ｔ）」のＩＱ成分である。Ｉ成分は、受信信号の同相成分（実部）を示し、Ｑ成分は受信信号の直交成分（虚部）を示す。また、「ＣＡ（ｔ）」は受信したＧＰＳ衛星信号のＣＡコード（以下、「受信ＣＡコード」と称す。）であり、「＋１」又は「−１」の値である。また、「ｅｘｐ（ｉωｔ）」はＧＰＳ衛星信号を搬送する搬送波（キャリア）である。
【００３９】
また、式（１）において、「ω」はＧＰＳ衛星信号を受信した受信周波数であり、次式（２）で表される。
【００４０】
【数２】
2011203234.tif 000004
但し、「ωc」はＧＰＳ衛星信号の搬送波周波数であり、「ωd」はドップラー周波数である。
【００４１】
ＧＰＳ衛星信号の受信信号「ｒ（ｔ）」に対して、搬送波「ｅｘｐ（ｉωｔ）」の周波数「ω」と周波数が「Δω」だけ異なる信号を乗算すると、受信信号は信号「ｒ（ｔ，Δω）＝ＣＡ（ｔ）・ｅｘｐ（ｉΔωｔ）」に変換される。本実施形態では、「Δω」のことを「周波数ずれ」と定義する。
【００４２】
周波数ずれが無ければ（Δω＝０）、受信信号の周波数は周波数ゼロ「ｒ（ｔ，０）＝ＣＡ（ｔ）」に変換される。すなわち復調されたことを意味し、受信ＣＡコードそのものとなる。一方、周波数ずれが特定周波数「ωs」と等しければ（Δω＝ωs）、受信信号の周波数は特定周波数「ｒ（ｔ，ωs）＝ＣＡ（ｔ）・ｅｘｐ（ｉωsｔ）」に変換される。
【００４３】
図３は、周波数ゼロの信号「ｒ（ｔ，０）」の説明図である。図３において横軸は時間を表している。ここでは、航法メッセージデータのビット長２つ分（４０ミリ秒分）の期間に着目し、受信ＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」を一点鎖線で、周波数ゼロの搬送波を表す項「ｅｘｐ（ｉΔωｔ）」を点線で、周波数ゼロの信号「ｒ（ｔ，０）」を実線でそれぞれ示している。なお、図３及び図４において、線が重なると線の識別ができなくなるため、それぞれの線を若干ずらして図示している。
【００４４】
図３（Ａ）は、航法メッセージデータのビット値が２０ミリ秒で反転しない場合の説明図である。最初の２０ミリ秒における受信ＣＡコードを正の極性とした場合、２０ミリ秒が経過したタイミングで航法メッセージデータのビット値が変化しなければ、受信ＣＡコードの極性も正のまま変化しない。また、周波数ずれが「０Ｈｚ」であるため、搬送波は除去され「ｅｘｐ（ｉ・０・ｔ）＝１」である。そのため、周波数ゼロの信号「ｒ（ｔ，０）」の極性は４０ミリ秒を通じて正となる。正の極性のレプリカコードを周波数ゼロの信号「ｒ（ｔ，０）」に乗算すると、４０ミリ秒の期間を通じて正の相関値が得られる。
【００４５】
図３（Ｂ）は、航法メッセージデータのビット値が２０ミリ秒で反転する場合の説明図である。２０ミリ秒が経過したタイミングで航法メッセージデータのビット値が変化すると、受信ＣＡコードの極性も変化して、負の極性となる。そのため、周波数ゼロの信号「ｒ（ｔ，０）」の極性は、最初の２０ミリ秒は正、次の２０ミリ秒は負となる。正の極性のレプリカコードを周波数ゼロの信号「ｒ（ｔ，０）」に乗算すると、最初の２０ミリ秒は正の相関値、次の２０ミリ秒は負の相関値が得られる。
【００４６】
図４は、特定周波数の信号「ｒ（ｔ，ωs）」の説明図である。図の見方は図３と同じであり、受信ＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」を一点鎖線で、特定周波数の搬送波を表す項「ｅｘｐ（ｉωｔ）」を点線で、特定周波数の信号「ｒ（ｔ，ωs）」を実線でそれぞれ示している。
【００４７】
図４（Ａ）は、航法メッセージデータのビット値が２０ミリ秒で反転しない場合の説明図である。図３（Ａ）と同様に、２０ミリ秒が経過したタイミングで受信ＣＡコードの極性は変化せず、４０ミリ秒の期間を通じて正の極性となる。また、周波数ずれが特定周波数である「２５Ｈｚ」であるため、搬送波を表す項は周波数２５Ｈｚの正弦波（ｓｉｎ波）で表される。そのため、特定周波数の信号「ｒ（ｔ，ωs）」の極性は、最初の２０ミリ秒は正、次の２０ミリ秒は負となる。正の極性のレプリカコードを特定周波数の信号「ｒ（ｔ，ωs）」に乗算すると、最初の２０ミリ秒は正の相関値、次の２０ミリ秒は負の相関値が得られる。
【００４８】
図４（Ｂ）は、航法メッセージデータのビット値が２０ミリ秒で反転する場合の説明図である。図３（Ｂ）と同様に、２０ミリ秒が経過したタイミングで受信ＣＡコードの極性が正から負へと変化する。また、搬送波を表す項は周波数２５Ｈｚの正弦波（ｓｉｎ波）で表される。そのため、特定周波数の信号「ｒ（ｔ，ωs）」の極性は、最初の２０ミリ秒は正、次の２０ミリ秒も正となる。正の極性のレプリカコードを特定周波数の信号「ｒ（ｔ，ωs）」に乗算すると、４０ミリ秒の期間を通じて正の相関値が得られる。
【００４９】
以上より、特定周波数の信号に対する相関演算（第１の相関演算）結果と、周波数ゼロの信号に対する相関演算（第２の相関演算）結果とは、航法メッセージデータのビット反転の影響に関して、相反する性質を示すことがわかる。換言すれば、特定周波数の信号についての相関値の時系列データと、周波数ゼロの信号に対する相関値の時系列データとは、航法メッセージデータのビット反転の有無による符号変化の仕方（符号変化のパターン）が逆転したデータであると言える。
【００５０】
この性質に着目し、本実施形態では、特定周波数の信号に対する相関演算結果を積算した結果と、周波数ゼロの信号に対する相関演算結果を積算した結果とを合算し、その結果として得られる合算積算相関値に基づいてＧＰＳ衛星信号を捕捉することとする。すなわち、レプリカコードの位相を変化させながら合算積算相関値を算出する処理を行い、合算積算相関値が最大となったレプリカコードの位相を検出することで、ＧＰＳ衛星信号を捕捉する。
【００５１】
この場合、符号変化のパターンが逆転した相関値の時系列データを重ね合わせることになるため、航法メッセージデータのビット反転の影響を無効化できる。なぜなら、航法メッセージデータのビット反転が有ろうが無かろうが、何れか一方の相関値の時系列データは符号の揃ったデータとなるため、相関値を積算すると値が大きくなる。そのため、他方の相関値の時系列データの符号が揃っておらず、相関値を積算した場合に値が小さくなったとしても、合算積算相関値全体としては値が大きくなるためである。以上の原理により、航法メッセージデータのビット長よりも長い相関積算時間に亘って相関値を積算することが可能となる。
【００５２】
２．実施例
次に、衛星信号捕捉装置（信号捕捉装置）及び位置算出装置を備えた電子機器の一種である携帯型電話機に本発明を適用した場合の実施例について説明する。なお、本発明を適用可能な実施例が以下説明する実施例に限定されるわけではないことは勿論である。
【００５３】
２−１．機能構成
図５は、本実施例における携帯型電話機１の機能構成の一例を示すブロック図である。携帯型電話機１は、ＧＰＳアンテナ５と、ＧＰＳ受信部１０と、ホストＣＰＵ（Central Processing Unit）３０と、操作部４０と、表示部５０と、携帯電話用アンテナ６０と、携帯電話用無線通信回路部７０と、記憶部８０とを備えて構成される。
【００５４】
ＧＰＳアンテナ５は、ＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ（Radio Frequency）信号を受信するアンテナであり、受信信号をＧＰＳ受信部１０に出力する。
【００５５】
ＧＰＳ受信部１０は、ＧＰＳアンテナ５から出力された信号に基づいて携帯型電話機１の位置を計測する位置算出回路或いは位置算出装置であり、いわゆるＧＰＳ受信装置に相当する機能ブロックである。ＧＰＳ受信部１０は、ＲＦ受信回路部１１と、ベースバンド処理回路部２０とを備えて構成される。なお、ＲＦ受信回路部１１と、ベースバンド処理回路部２０とは、それぞれ別のＬＳＩ（Large Scale Integration）として製造することも、１チップとして製造することも可能である。
【００５６】
ＲＦ受信回路部１１は、ＲＦ信号の受信回路である。回路構成としては、例えば、ＧＰＳアンテナ５から出力されたＲＦ信号をＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換し、デジタル信号を処理する受信回路を構成してもよい。また、ＧＰＳアンテナ５から出力されたＲＦ信号をアナログ信号のまま信号処理し、最終的にＡ／Ｄ変換することでデジタル信号をベースバンド処理回路部２０に出力する構成としてもよい。
【００５７】
後者の場合には、例えば、次のようにＲＦ受信回路部１１を構成することができる。すなわち、所定の発振信号を分周或いは逓倍することで、ＲＦ信号乗算用の発振信号を生成する。そして、生成した発振信号を、ＧＰＳアンテナ５から出力されたＲＦ信号に乗算することで、ＲＦ信号を中間周波数の信号（以下、「ＩＦ（Intermediate Frequency）信号」と称す。）にダウンコンバートし、ＩＦ信号を増幅等した後、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換して、ベースバンド処理回路部２０に出力する。
【００５８】
ベースバンド処理回路部２０は、ＲＦ受信回路部１１から出力された受信信号に対して相関処理等を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉し、ＧＰＳ衛星信号から取り出した衛星軌道データや時刻データ等に基づいて、所定の位置算出計算を行って携帯型電話機１の位置（位置座標）を算出する処理回路ブロックである。ベースバンド処理回路部２０は、受信信号の中からＧＰＳ衛星信号を捕捉する衛星信号捕捉装置として機能する。
【００５９】
図６は、ベースバンド処理回路部２０の回路構成の一例を示す図であり、本実施例に係わる回路ブロックを中心に記載した図である。ベースバンド処理回路部２０は、例えば、第１乗算器２１１及び第２乗算器２１２を有する乗算部２１と、第１キャリア除去用信号発生部２２１及び第２キャリア除去用信号発生部２２２を有するキャリア除去用信号発生部２２と、第１相関器２３１及び第２相関器２３２を有する相関部２３と、レプリカコード発生部２４と、処理部２５と、記憶部２７とを備えて構成される。
【００６０】
第１乗算器２１１は、第１キャリア除去用信号発生部２２１により生成・発生された第１キャリア除去用信号を受信信号に乗算することで、受信信号を特定周波数の信号である第１受信信号（特定周波数信号）にダウンコンバージョンして第１相関器２３１に出力する。第１乗算器２１１は、受信信号の周波数を、航法メッセージデータのビット長に対応する特定周波数に周波数変換する周波数変換部（第１変換部）であると言える。
【００６１】
第１キャリア除去用信号発生部２２１は、ＧＰＳ衛星信号のキャリア信号の周波数から特定周波数だけ周波数がずれた第１キャリア除去用信号を生成する回路であり、例えばキャリアＮＣＯ（Numerical Controlled Oscillator）等の発振器を有して構成される。なお、ＲＦ受信回路部１１から出力される信号がＩＦ信号である場合には、ＩＦ周波数から特定周波数だけずれた信号を生成すればよい。このように、ＲＦ受信回路部１１が受信信号をＩＦ信号にダウンコンバージョンする場合も、本実施形態は実質的に同一に適用可能である。
【００６２】
第２乗算器２１２は、第２キャリア除去用信号発生部２２２により生成・発生された第２キャリア除去用信号を受信信号に乗算することで、受信信号を周波数ゼロの信号である第２受信信号（周波数ゼロ信号）にダウンコンバージョンして第２相関器２３２に出力する。第２乗算器２１２は、受信信号の周波数を周波数ゼロに周波数変換する周波数変換部（第２変換部）であると言える。
【００６３】
第２キャリア除去用信号発生部２２２は、ＧＰＳ衛星信号のキャリア信号の周波数と同一の周波数の第２キャリア除去用信号を生成する回路であり、例えばキャリアＮＣＯ等の発振器を有して構成される。なお、ＲＦ受信回路部１１から出力される信号がＩＦ信号である場合には、ＩＦ周波数の信号を生成すればよい。
【００６４】
第１相関器２３１は、第１乗算器２１１から出力された第１受信信号と、レプリカコード発生部２４により生成されたレプリカコードとの相関演算を行い、特定周波数の相関値である第１相関値（特定周波数相関値）を処理部２５に出力する相関演算部（第１相関演算部）である。
【００６５】
第２相関器２３２は、第２乗算器２１２から出力された第２受信信号と、レプリカコード発生部２４により生成されたレプリカコードとの相関演算を行い、周波数ゼロの相関値である第２相関値（周波数ゼロ相関値）を処理部２５に出力する相関演算部（第２相関演算部）である。
【００６６】
レプリカコード発生部２４は、ＧＰＳ衛星信号の拡散符号であるＣＡコードを模擬したレプリカコード（レプリカＣＡコード）を生成する回路部であり、例えばコードＮＣＯ等の発振器を有して構成される。レプリカコード発生部２４は、処理部２５から指示されたＰＲＮ番号（衛星番号）に応じたレプリカコードを、指示された位相に応じて出力位相（時間）を調整して生成し、相関部２３に出力する。
【００６７】
相関部２３（第１相関器２３１及び第２相関器２３２）は、受信信号のＩＱ成分それぞれに対して、レプリカコード発生部２４から入力したレプリカコードとの相関演算を行う。なお、受信信号のＩＱ成分の分離（ＩＱ分離）を行う回路ブロックについては図示を省略するが、どのように回路ブロックを構成してもよい。例えば、ＲＦ受信回路部１１において受信信号をＩＦ信号にダウンコンバージョンする際に、位相が９０度異なる局部発振信号を受信信号に乗算することでＩＱ分離を行うこととしてもよい。
【００６８】
処理部２５は、ベースバンド処理回路部２０の各機能部を統括的に制御する制御装置であり、例えばＣＰＵ等のプロセッサーを有して構成される。処理部２５は、相関部２３から出力された相関演算結果を積算する積算部や、積算した相関演算結果を用いてＧＰＳ衛星信号を捕捉する捕捉部として機能する。主要な機能部として、処理部２５は、衛星信号捕捉部２５１と、位置算出部２５３とを有する。
【００６９】
衛星信号捕捉部２５１は、第１相関器２３１から出力される第１相関値及び第２相関器２３２から出力される第２相関値を、それぞれ所定の相関積算時間分積算し、それらを合算した合算積算相関値に基づいてＧＰＳ衛星信号を捕捉する。
【００７０】
位置算出部２５３は、衛星信号捕捉部２５１により捕捉されたＧＰＳ衛星信号を利用して、公知の位置算出計算を行って携帯型電話機１の位置を算出する算出部であり、算出した位置をホストＣＰＵ３０に出力する。
【００７１】
記憶部２７は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置（メモリー）によって構成され、ベースバンド処理回路部２０のシステムプログラムや、衛星信号捕捉機能、位置算出機能等の各種機能を実現するための各種プログラム、データ等を記憶している。また、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。
【００７２】
記憶部２７には、例えば図６に示すように、プログラムとして、処理部２５により読み出され、ベースバンド処理（図７参照）として実行されるベースバンド処理プログラム２７１が記憶されている。ベースバンド処理プログラム２７１は、相関処理（図８参照）として実行される相関処理プログラム２７１１をサブルーチンとして有している。
【００７３】
また、一時的な格納データとして、例えば、衛星軌道データ２７２と、相関積算時間２７３と、蓄積時間２７４と、相関値データ２７５と、積算相関値データ２７６と、合算積算相関値データ２７７とが記憶部２７に記憶される。
【００７４】
ベースバンド処理とは、処理部２５が、捕捉対象とするＧＰＳ衛星（以下、「捕捉対象衛星」と称す。）それぞれについて、相関処理を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉する処理を行い、捕捉したＧＰＳ衛星信号を利用した位置算出計算を行って携帯型電話機１の位置を算出する処理である。ベースバンド処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。
【００７５】
衛星軌道データ２７２は、全てのＧＰＳ衛星の概略の衛星軌道情報を記憶したアルマナックや、各ＧＰＳ衛星それぞれについて詳細な衛星軌道情報を記憶したエフェメリス等のデータである。衛星軌道データ２７２は、ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ衛星信号をデコードすることで取得する他、例えば携帯型電話機１の基地局やアシストサーバーからアシストデータとして取得する。
【００７６】
相関積算時間２７３は、ＧＰＳ衛星信号の捕捉に利用する積算相関値を求めるために相関値を積算する時間であり、例えば受信信号の信号強度や受信環境等の情報に基づいて可変に設定される。相関積算時間２７３の設定方法の詳細については後述するが、航法メッセージデータのビット長（２０ミリ秒）よりも長い相関積算時間を設定することができる点が本実施形態の大きな特徴である。
【００７７】
蓄積時間２７４は、相関部２３から出力された第１相関値及び第２相関値を一時的に積算するための単位時間である。蓄積時間２７４は、相関積算時間２７３よりも短い時間であればよく、例えば相関積算時間２７３の１／ｍ倍（ｍ＞１）の時間が設定される。
【００７８】
相関値データ２７５は、第１相関器２３１から出力された第１相関値と、第２相関器２３２から出力された第２相関値とが、それぞれ蓄積時間２７４分蓄積されたデータである。当然ではあるが、レプリカコードの位相別に相関値のデータが記憶される。
【００７９】
積算相関値データ２７６は、蓄積時間２７４分蓄積された第１相関値が積算された第１積算相関値と、蓄積時間２７４分蓄積された第２相関値が積算された第２積算相関値とがそれぞれ記憶されたデータである。当然ではあるが、レプリカコードの位相別に積算相関値のデータが記憶される。
【００８０】
合算積算相関値データ２７７は、ＧＰＳ衛星信号の捕捉に用いられる合算積算相関値のデータである。以下の説明では、蓄積時間２７４単位で第１積算相関値及び第２積算相関値を合算することで算出される合算積算相関値を「短時間合算積算相関値」と定義する。一方で、各蓄積時間２７４それぞれについて算出された短時間合算積算相関値を相関積算時間２７３分集めて積算することで得られる合算積算相関値を「長時間合算積算相関値」と定義する。当然ではあるが、レプリカコードの位相別に合算積算相関値のデータが記憶される。
【００８１】
図５の機能ブロックに戻って、ホストＣＰＵ３０は、記憶部８０に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従って携帯型電話機１の各部を統括的に制御するプロセッサーである。ホストＣＰＵ３０は、ベースバンド処理回路部２０から出力された位置座標をもとに、表示部５０に現在位置を指し示した地図を表示させたり、その位置座標を各種のアプリケーション処理に利用する。
【００８２】
操作部４０は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、押下されたキーやボタンの信号をホストＣＰＵ３０に出力する。この操作部４０の操作により、通話要求やメール送受信要求、位置算出要求等の各種指示入力がなされる。
【００８３】
表示部５０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、ホストＣＰＵ３０から入力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置である。表示部５０には、位置表示画面や時刻情報等が表示される。
【００８４】
携帯電話用アンテナ６０は、携帯型電話機１の通信サービス事業者が設置した無線基地局との間で携帯電話用無線信号の送受信を行うアンテナである。
【００８５】
携帯電話用無線通信回路部７０は、ＲＦ変換回路、ベースバンド処理回路等によって構成される携帯電話の通信回路部であり、携帯電話用無線信号の変調・復調等を行うことで、通話やメールの送受信等を実現する。
【００８６】
記憶部８０は、ホストＣＰＵ３０が携帯型電話機１を制御するためのシステムプログラムや、各種アプリケーション処理を実行するための各種プログラムやデータ等を記憶する記憶装置である。
【００８７】
２−２．処理の流れ
図７は、記憶部２７に記憶されているベースバンド処理プログラム２７１が処理部２５により読み出されることで、ベースバンド処理回路部２０において実行されるベースバンド処理の流れを示すフローチャートである。
【００８８】
最初に、衛星信号捕捉部２５１は、捕捉対象衛星判定処理を行う（ステップＡ１）。具体的には、不図示の時計部で計時されている現在時刻において、所与の基準位置の天空に位置するＧＰＳ衛星を、記憶部２７に記憶されたアルマナックやエフェメリス等の衛星軌道データ２７２を用いて判定して、捕捉対象衛星に決定する。基準位置は、例えば、電源投入後の初回の位置算出の場合は、いわゆるサーバーアシストによってアシストサーバーから取得した位置とし、２回目以降の位置算出の場合は、最新の算出位置とする等の方法で設定できる。
【００８９】
次いで、衛星信号捕捉部２５１は、ステップＡ１で判定した各捕捉対象衛星それぞれについて、ループＡの処理を実行する（ステップＡ３〜Ａ１７）。ループＡの処理では、衛星信号捕捉部２５１は、当該捕捉対象衛星について、相関積算時間２７３及び蓄積時間２７４を設定する（ステップＡ５）。
【００９０】
相関積算時間の設定は、種々の方法により実現することができる。例えば、当該捕捉対象衛星から受信したＧＰＳ衛星信号の信号強度に基づいて相関積算時間を設定してもよい。一般的に、信号強度が弱いほど、より長い時間に亘って相関値を積算しなければ、相関値のピークの検出が困難である。そのため、信号強度が弱くなるほど相関積算時間を長くするように相関積算時間を設定することが適切である。
【００９１】
また、ＧＰＳ衛星信号の受信環境を判定し、判定した受信環境に基づいて相関積算時間を設定してもよい。例えば、受信環境が「屋内環境（インドア環境）」である場合は、相関積算時間を長めの「１０００ミリ秒」に設定し、受信環境が「屋外環境（アウトドア環境）」である場合は、相関積算時間を少し短い「２００ミリ秒」に設定するなどが考えられる。なお、これらの相関積算時間の設定方法は一例であり、適宜設定変更可能である。
【００９２】
また、蓄積時間の設定は、相関積算時間よりも短い時間を設定するように実現する。例えば、相関積算時間が蓄積時間の整数倍の時間となるように設定することとし、相関積算時間の１／ｍ倍（ｍ＞１）の時間を蓄積時間として設定するようにする。「ｍ」の値は適宜決定することができる。例えば、相関積算時間を「１０００ミリ秒」に設定し、「ｍ＝２５」とした場合は、蓄積時間として「４０ミリ秒」を設定することとする。
【００９３】
次いで、衛星信号捕捉部２５１は、レプリカコードの初期位相を設定する（ステップＡ７）。そして、当該捕捉対象衛星のＰＲＮ番号と、レプリカコードの位相とを指示する指示信号を、レプリカコード発生部２４に出力する（ステップＡ９）。そして、衛星信号捕捉部２５１は、記憶部２７に記憶されている相関処理プログラム２７１１を読み出して実行することで、相関処理を行う（ステップＡ１１）。
【００９４】
図８は、相関処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、衛星信号捕捉部２５１は、第１相関器２３１から出力される相関値を、ステップＡ５で設定した蓄積時間２７４分蓄積記憶し、それらを積算して第１積算相関値を算出する（ステップＢ１）。また、第２相関器２３２から出力される相関値を蓄積時間２７４分蓄積記憶し、それらを積算して第２積算相関値を算出する（ステップＢ３）。
【００９５】
次いで、衛星信号捕捉部２５１は、ステップＢ１で算出した第１積算相関値と、ステップＢ３で算出した第２積算相関値とを合算することで、当該蓄積時間２７４における短時間合算積算相関値を算出する（ステップＢ５）。そして、算出した短時間合算積算相関値を最新の長時間合算積算相関値に加算して、合算積算相関値データ２７７を更新する（ステップＢ７）。
【００９６】
衛星信号捕捉部２５１は、ステップＡ５で設定した相関積算時間２７３が経過するまでステップＢ１〜Ｂ７の処理を繰り返し実行する（ステップＢ９；Ｎｏ→ステップＢ１）。そして、相関積算時間２７３が経過した時点で（ステップＢ９；Ｙｅｓ）、相関処理を終了する。
【００９７】
図７のベースバンド処理に戻って、相関処理を行った後、衛星信号捕捉部２５１は、合算積算相関値データ２７７に記憶されている長時間合算積算相関値に対するピーク検出を行い（ステップＡ１３）、ピークが検出されなかったと判定した場合は（ステップＡ１３；Ｎｏ）、レプリカコードの位相を変更して（ステップＡ１５）、ステップＡ９に戻る。
【００９８】
また、ピークが検出されたと判定した場合は（ステップＡ１３；Ｙｅｓ）、衛星信号捕捉部２５１は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。そして、全ての捕捉対象衛星についてステップＡ５〜Ａ１５の処理を行った後、ループＡの処理を終了する（ステップＡ１７）。
【００９９】
その後、位置算出部２５３は、各捕捉対象衛星について捕捉されたＧＰＳ衛星信号を利用した位置算出計算を実行する（ステップＡ１９）。位置算出計算は、携帯型電話機１と各捕捉衛星間の擬似距離を利用して、例えば最小二乗法やカルマンフィルターを用いた公知の収束演算を行うことで実現することができる。
【０１００】
擬似距離は、次のようにして算出することができる。すなわち、衛星軌道データ２７２から求められる捕捉衛星の衛星位置と、携帯型電話機１の最新の算出位置とを用いて、擬似距離の整数部分を算出する。また、ステップＡ１３で検出された合算積算相関値のピークに相当するレプリカコードの位相（コード位相）を用いて、擬似距離の端数部分を算出する。このようにして求めた整数部分と端数部分とを合算することで、擬似距離を算出することができる。
【０１０１】
次いで、位置算出部２５３は、算出した位置（位置座標）をホストＣＰＵ３０に出力する（ステップＡ２１）。そして、処理部２５は、処理を終了するか否かを判定し（ステップＡ２３）、まだ終了しないと判定した場合は（ステップＡ２３；Ｎｏ）、ステップＡ１に戻る。また、処理を終了すると判定した場合は（ステップＡ２３；Ｙｅｓ）、ベースバンド処理を終了する。
【０１０２】
２−３．実験結果
図９〜図２０を参照して、ＧＰＳ衛星信号を捕捉する実験を行った実験結果について説明する。本願発明者は種々の条件で実験を行ったが、ここでは、蓄積時間を「４０ミリ秒」、相関積算時間を「１秒（１０００ミリ秒）」として相関処理を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉する実験を行った結果を一例として説明する。
【０１０３】
図９〜図１４は、従来の相関処理手法に従ってＧＰＳ衛星信号を捕捉した実験結果の一例を示す図である。図９〜図１１は、周波数方向と位相方向とのそれぞれについて、蓄積時間分の相関値を積算した積算相関値（以下、「短時間積算相関値」として説明する。）を求めた実験結果を示す図である。また、図１２〜図１４は、それぞれの蓄積時間について求めた短時間積算相関値を相関積算時間分積算した積算相関値（以下、「長時間積算相関値」として説明する。）を求めた実験結果を示す図である。
【０１０４】
図９は、位相方向及び周波数方向の短時間積算相関値を３次元的にプロットしたグラフである。図９において、右奥行き方向が、受信ＣＡコードの位相とレプリカコードの位相との位相差を示しており、左奥行き方向が、受信信号の周波数とキャリア除去用信号の周波数との周波数差（周波数ずれ）を示している。また、縦軸が短時間積算相関値を示している。図９のグラフのうち、周波数方向の相関処理結果を抜き出したグラフが図１０であり、位相方向の相関処理結果を抜き出したグラフが図１１である。
【０１０５】
図１１の位相方向の相関処理結果を見ると、位相差「０」の部分に短時間積算相関値のピークが現れていることがわかる。しかし、図１０の周波数方向の相関処理結果を見ると、周波数差「０Ｈｚ」の部分に短時間積算相関値のピークが現れておらず、「０Ｈｚ」から左右方向それぞれに少し離れた周波数差においてピークが現れていることがわかる。このピークが現れた周波数差を調べたところ、特定周波数である「±２５Ｈｚ」に相当する周波数差であった。これは、蓄積時間である「４０ミリ秒」の期間に航法メッセージデータのビット反転が生じたことに起因して、特定周波数の周波数成分が相関値に含まれることになったためである。
【０１０６】
図１２は、位相方向及び周波数方向の長時間積算相関値を３次元的にプロットしたグラフである。図１２のグラフのうち、周波数方向の相関処理結果を抜き出したグラフが図１３であり、位相方向の相関処理結果を抜き出したグラフが図１４である。
【０１０７】
図１４の位相方向の相関処理結果を見ると、図１１の場合と同様に、位相差「０」の部分に長時間積算相関値のピークが現れていることがわかる。一方、図１３の周波数方向の相関処理結果を見ると、図１０のように「±２５Ｈｚ」に相当する部分にピークが現れることこそないものの、周波数差「０Ｈｚ」の部分ではなく、「０Ｈｚ」から右方向に少しずれた周波数差の部分にピークが現れている。周波数差「０Ｈｚ」の部分にピークが現れていないことから、従来の手法では、ＧＰＳ衛星信号の捕捉に失敗したと言える。
【０１０８】
図１５〜図２０は、本実施例の相関演算手法に従ってＧＰＳ衛星信号を捕捉した実験結果の一例を示す図である。図１５〜図１７は、周波数方向と位相方向とのそれぞれについて短時間合算積算相関値を求めた実験結果を示す図である。また、図１８〜図２０は、周波数方向と位相方向とのそれぞれについて、長時間合算積算相関値を求めた実験結果を示す図である。
【０１０９】
図１５は、位相方向及び周波数方向の短時間合算積算相関値を３次元的にプロットしたグラフであり、図１５のグラフのうち、周波数方向の相関処理結果を抜き出したグラフが図１６であり、位相方向の相関処理結果を抜き出したグラフが図１７である。グラフの見方は、図９〜図１１とそれぞれ同じである。
【０１１０】
図１７の位相方向の相関処理結果を見ると、位相差「０」の部分に短時間合算積算相関値のピークが現れていることがわかる。また、図１６の周波数方向の相関処理結果を見ると、周波数差「０Ｈｚ」の部分と、特定周波数である「±２５Ｈｚ」に相当する周波数差の部分との３箇所に短時間合算積算相関値のピークが現れていることがわかる。これは、特定周波数に相当する積算相関値（第１積算相関値）と、周波数ゼロに相当する積算相関値（第２積算相関値）とを合算する処理を行ったことによるものである。すなわち、相関値の時間変化に含まれる周波数ゼロ成分（直流成分）と特定周波数成分との２種類の周波数成分が抽出された結果、これに相当する周波数差にピークが現れたのである。
【０１１１】
図１８は、位相方向及び周波数方向の長時間合算積算相関値を３次元的にプロットしたグラフであり、図１８のグラフのうち、周波数方向の相関処理結果を抜き出したグラフが図１９であり、位相方向の相関処理結果を抜き出したグラフが図２０である。グラフの見方は、図１２〜図１４とそれぞれ同じである。
【０１１２】
図２０の位相方向の相関処理結果を見ると、図１７の場合と同様に、位相差「０」の部分に長時間合算積算相関値のピークが現れていることがわかる。また、図１９の周波数方向の相関処理結果を見ても、周波数差「０Ｈｚ」の部分に長時間合算積算相関値のピークが現れていることがわかる。位相及び周波数がぴったり一致しており、本実施例の手法では、ＧＰＳ衛星信号の捕捉に成功したと言える。特に、周波数方向の相関処理結果については、周波数差「０Ｈｚ」の部分に先鋭なピークが現れていることから、本実施例のＧＰＳ衛星信号の捕捉手法の有効性が確認できる。
【０１１３】
２−４．作用効果
ベースバンド処理回路部２０において、第１乗算器２１１において、第１キャリア除去用信号発生部２２１より生成・発生された第１キャリア除去用信号が受信信号に乗算されることで、受信信号の周波数が特定周波数に変換される。また、第２乗算器２１２において、第２キャリア除去用信号発生部２２２より生成・発生された第２キャリア除去用信号が受信信号に乗算されることで、受信信号の周波数が周波数ゼロに変換される。そして、特定周波数の信号に対する相関演算が第１相関器２３１で行われて第１相関値が算出されるとともに、周波数ゼロの信号に対する相関演算が第２相関器２３２で行われて第２相関値が算出される。そして、第１相関値の積算結果及び第２相関値の積算結果が合算され、その合算積算相関値を用いてＧＰＳ衛星信号が捕捉される。
【０１１４】
ＧＰＳ衛星信号の受信信号に対して航法メッセージデータのビット長である２０ミリ秒以上の任意の時間に亘って相関処理を行った場合、正しい周波数に合わせて捕捉を行ったとしても、符号変化の有る相関値の時系列データとなってしまう。しかし、航法メッセージデータのビット長に対応する特定周波数（２５Ｈｚ）だけ周波数をずらして捕捉を行うと、原理で説明したように、航法メッセージデータのビット反転の有無に起因する相関値の符号変化の仕方（符号変化のパターン）の異なる相関値の時系列データが得られる。
【０１１５】
そこで、受信信号の周波数を特定周波数に変換するとともに、周波数ゼロに変換する。そして、変換されたそれぞれの信号に対する相関演算を行い、各々の相関値を合算することにすれば、互いに符号変化のパターンの異なる相関値を重ね合わせることになるため、航法メッセージデータのビット反転の影響を無効化できる。すなわち、航法メッセージデータのビット反転が有ろうが無かろうが、一方の相関値が他方の相関値を補う関係となるため、相関値を積算した場合に符号の異なる相関値が相殺し合う影響を抑制することができる。従って、任意の相関積算時間に亘って相関値を積算することが可能となる。
【０１１６】
３．変形例
３−１．電子機器
上述した実施例では、電子機器の一種である携帯型電話機に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な電子機器はこれに限られるわけではない。例えば、カーナビゲーション装置や携帯型ナビゲーション装置、パソコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、腕時計といった他の電子機器についても同様に適用することが可能である。
【０１１７】
３−２．位置算出システム
また、上述した実施形態では、位置算出システムとしてＧＰＳを例に挙げて説明したが、ＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ等の他の衛星測位システムを利用した位置算出システムであってもよい。
【０１１８】
３−３．特定周波数
上述した実施形態では、特定周波数を航法メッセージデータのビット長に対応する２５Ｈｚとして処理を行うものとして説明したが、他の周波数を特定周波数として処理を行ってもよい。
【０１１９】
相関値の時系列データに対して周波数解析を行うと、図１（Ｂ）では図示を省略したが、特定周波数である２５Ｈｚよりも低い周波数にもパワー値のピークが現れ得る。これは、航法メッセージデータのビット反転タイミングが、必ずしも２０ミリ秒毎のタイミングとはならないことに起因する。すなわち、航法メッセージデータのビット反転タイミングが２０ミリ秒よりも長い期間で到来した場合は、その期間に対応する相関値の周期は４０ミリ秒とはならず、それよりも長い周期となる。周期が４０ミリ秒よりも長くなると、周波数は２５Ｈｚよりも低くなる。
【０１２０】
例えば、航法メッセージデータのビット反転タイミングが４０ミリ秒の間隔で到来した場合は、その間隔（期間）に対応する相関値の周期は８０ミリ秒となり、周波数は１２．５Ｈｚとなる。そのため、２５Ｈｚよりも低い周波数（例えば２５Ｈｚの１／ｎ倍（ｎ＞１）の周波数）を特定周波数に加えて処理を行うことにすれば、ＧＰＳ衛星信号の捕捉をより正確に行うことができる。
【０１２１】
図２１は、この場合におけるベースバンド処理回路部２０の回路構成の一例を示すブロック図である。なお、図６と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図２１のベースバンド処理回路部２０では、受信信号の周波数を第１特定周波数に変換して相関演算を行う第１信号経路と、受信信号の周波数を周波数ゼロに変換して相関演算を行う第２信号経路と、受信信号の周波数を第２特定周波数に変換して相関演算を行う第３信号経路との３つの信号経路が設けられている。この場合における特定周波数としては、例えば、第１特定周波数を２５Ｈｚとし、第２特定周波数をその半分の１２．５Ｈｚとすることができる。
【０１２２】
つまり、第１乗算器２１１は、第１キャリア除去用信号発生部２２１により生成・発生された第１キャリア除去用信号を受信信号に乗算することで、受信信号を第１特定周波数の信号である第１受信信号（第１特定周波数信号）にダウンコンバージョンして第１相関器２３１に出力する。第２乗算器２１２は、第２キャリア除去用信号発生部２２２により生成・発生された第２キャリア除去用信号を受信信号に乗算することで、受信信号を周波数ゼロの信号である第２受信信号（周波数ゼロ信号）にダウンコンバージョンして第２相関器２３２に出力する。そして、第３乗算器２１３は、第３キャリア除去用信号発生部２２３により生成・発生された第３キャリア除去用信号を受信信号に乗算することで、受信信号を第２特定周波数の信号である第３受信信号（第２特定周波数信号）にダウンコンバージョンして第３相関器２３３に出力する。
【０１２３】
このような回路構成とした場合は、処理部２５は、第１相関器２３１から出力される第１特定周波数の相関値（第１相関値）の積算結果（第１の相関演算の結果）と、第２相関器２３２から出力される周波数ゼロの相関値（第２相関値）の積算結果（第２の相関演算の結果）と、第３相関器２３３から出力される第２特定周波数の相関値（第３相関値）の積算結果（第３の相関演算の結果）とを合算し、その合算積算相関値を用いてＧＰＳ衛星信号を捕捉する。
【０１２４】
なお、第ｋ乗算器、第ｋキャリア除去用信号発生部及び第ｋ相関器（ｋ≧４）を設け、例えば２５Ｈｚの１／ｎ倍（ｎ＞２）の周波数を同様に特定周波数に加えて処理を行うようにしてもよい。
【０１２５】
また、上述した実施形態では、正の周波数に着目して処理を行ったが、負の周波数に着目して処理を行うことも可能である。この場合は、例えば図６を用いて説明した特定周波数を「−２５Ｈｚ」として処理を行うことにしてもよい。
【０１２６】
また、正の周波数及び負の周波数の両方を考慮して処理を行うことも可能である。この場合は、例えば図２１を用いて説明した第１特定周波数を「＋２５Ｈｚ」とし、第２特定周波数を「−２５Ｈｚ」とするなどして処理を行うこととしてもよい。正負の両方を考慮することにより、ＧＰＳ衛星信号の捕捉をより正確に行うことができる。勿論、１２．５Ｈｚなどの２５Ｈｚ以外の周波数を用いる場合でも同様に、負の周波数を考慮するようにしてもよい。
【０１２７】
３−４．ＧＰＳ衛星信号の捕捉
上述した実施形態では、特定周波数の信号に対する相関演算結果を積算した結果と、周波数ゼロの信号に対する相関演算結果を積算した結果とを合算し、当該合算積算相関値を用いてＧＰＳ衛星信号を捕捉するものとして説明した。しかし、合算はあくまでも一例であり、例えば、特定周波数の信号に対する相関演算結果を積算した結果と、周波数ゼロの信号に対する相関演算結果を積算した結果とのうちの値が大きい方の積算結果を用いてＧＰＳ衛星信号を捕捉することとしてもよい。
【０１２８】
図２２は、この場合においてベースバンド処理回路部２０の記憶部２７に格納されるデータの一例を示す図である。なお、図６の記憶部２７と同一のデータについては同一の符号を付して説明を省略する。図２２の記憶部２７には、蓄積時間２７４それぞれについて算出された第１相関値を相関積算時間２７３分集めて積算した第１長時間積算相関値と、蓄積時間２７４それぞれについて算出された第２相関値を相関積算時間２７３分集めて積算した第２長時間積算相関値とを記憶したデータとして、長時間積算相関値データ２７８が格納される。
【０１２９】
この場合において、衛星信号捕捉部２５１は、記憶部２７の長時間積算相関値データ２７８に記憶されたそれぞれの長時間積算相関値に対するピーク検出を行う。そして、何れか一方の長時間積算相関値についてピークを検出した場合は、検出したピークに基づいてコード位相を検出することでＧＰＳ衛星信号を捕捉する。また、両方の長時間積算相関値についてピークを検出した場合は、そのうちの値が大きい方のピークを採用してコード位相を検出することでＧＰＳ衛星信号を捕捉する。
【０１３０】
３−５．蓄積時間
上述した実施例では、蓄積時間毎に短時間合算積算相関値を算出し、それらを合算することで相関積算時間分の長時間合算積算相関値を算出するものとして説明したが、相関積算時間分の相関値から直接的に長時間合算積算相関値を算出することとしてもよい。すなわち、相関積算時間分蓄積した第１相関値及び第２相関値をそれぞれ積算して第１積算相関値及び第２積算相関値を算出し、これらを合算することで、長時間合算積算相関値を算出してもよい。
【０１３１】
３−６．受信信号の変換及び相関演算
上述した実施形態では、受信信号の周波数の特定周波数への変換や周波数ゼロへの変換を、キャリア除去用信号を受信信号に乗算する回路構成（ハードウェア）で行うものとして説明したが、デジタル信号処理によってソフトウェア的に行うこととしてもよい。また、特定周波数の信号に対する相関演算や周波数ゼロの信号に対する相関演算についても同様に、相関器を用いた回路構成によりハードウェア的に行うのではなく、デジタル信号処理によってソフトウェア的に行うこととしてもよい。
【符号の説明】
【０１３２】
１  携帯型電話機、  １０  ＧＰＳ受信部、  １１  ＲＦ受信回路部、  ２０  ベースバンド処理回路部、  ２１  乗算部、  ２２  キャリア除去用信号発生部、  ２３  相関部、  ２４  レプリカコード発生部、  ２５  処理部、  ２７  記憶部、  ３０  ホストＣＰＵ、  ４０  操作部、  ５０  表示部、  ６０  携帯電話用アンテナ、  ７０  携帯電話用無線通信回路部、  ８０  記憶部、  ２１１  第１乗算器、  ２１２  第２乗算器、  ２２１  第１キャリア除去用信号発生部、  ２２２  第２キャリア除去用信号発生部、  ２３１  第１相関器、  ２３２  第２相関器。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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