(57)【要約】【課題】ＳＤＲ（Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｄｅｆｉｎｅｄ  Ｒａｄｉｏ）受信機において精度の高いタイミングパルスを生成可能にすることを目的とする。【解決手段】ハードウェアで実装されたハードウェア実装部２０が、衛星から送信された信号から得られたサンプリングデータの一部を特定のパターンのデータであるタイミングヘッダに置き換えて出力データを生成する。一部の処理をソフトウェアで実現するベースバンド処理部１５が、出力データに基づき衛星測位におけるベースバンド処理を行い、出力データに含まれるタイミングヘッダと基準時刻とのずれを表すタイミング情報３４をハードウェア実装部２０に出力する。【選択図】図２
2019135470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハードウェアで実装されたハードウェア実装部であって、衛星から送信された信号から得られたサンプリングデータの一部を特定のパターンのデータであるタイミングヘッダに置き換えて出力データを生成し、前記出力データを出力するハードウェア実装部と、
前記ハードウェア実装部によって出力された前記出力データに基づき衛星測位におけるベースバンド処理を行い、少なくとも一部の処理をソフトウェアで実現するベースバンド処理部であって、前記出力データに含まれる前記タイミングヘッダと基準時刻とのずれを表すタイミング情報を前記ハードウェア実装部に出力するベースバンド処理部と
を備える衛星測位受信機。
【請求項２】
前記ハードウェア実装部は、前記サンプリングデータにおいて出現する確率が基準確率よりも低いパターンのビット列を前記タイミングヘッダとして用いる
請求項１に記載の衛星測位受信機。
【請求項３】
前記ハードウェア実装部は、前記サンプリングデータに対して一定間隔で前記タイミングヘッダを埋め込む
請求項１又は２に記載の衛星測位受信機。
【請求項４】
前記ハードウェア実装部は、前記タイミングヘッダに置き換えたデータのタイミングに対応するクロックのカウントを記録しておく
請求項１から３までのいずれか１項に記載の衛星測位受信機。
【請求項５】
前記ハードウェア実装部は、前記ベースバンド処理部によって出力された前記タイミング情報に基づき、タイミングパルスを生成する
請求項１から４までのいずれか１項に記載の衛星測位受信機。
【請求項６】
ハードウェアで実装されたハードウェア実装部が、衛星から送信された信号から得られたサンプリングデータの一部を特定のパターンのデータであるタイミングヘッダに置き換えて出力データを生成し、前記出力データを出力し、
一部の処理をソフトウェアで実現するベースバンド処理部が、前記出力データに基づき衛星測位におけるベースバンド処理を行い、前記出力データに含まれる前記タイミングヘッダと基準時刻とのずれを表すタイミング情報を前記ハードウェア実装部に出力し、
前記ハードウェア実装部が、前記タイミング情報に基づきタイミングパルスを生成するタイミングパルス生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、衛星から測位信号を受信する衛星測位受信機でタイミングパルスを生成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星測位受信機（ＧＮＳＳ受信機、Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ受信機）には、ソフトウェア無線（ＳＤＲ：Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｄｅｆｉｎｅｄ  Ｒａｄｉｏ）によって、衛星測位のベースバンド処理を実現するＳＤＲ受信機と呼ばれるタイプが存在する。
ベースバンド処理には、信号捕捉処理、信号追尾処理、航法データの取得、測位計算処理等が含まれる。測位計算処理は、位置及び速度等を計算する処理である。ベースバンド処理の結果、ユーザが必要とする位置及び速度といった情報が出力される。
【０００３】
ＳＤＲ受信機では、ベースバンド処理がほぼ全てソフトウェアで実装できるため、機能の更新を容易に実施できるというメリットがある。このメリットにより、開発期間が短縮される、製品リリース後の修正が非常に容易になるといった効果がある。
【０００４】
特許文献１には、衛星測位受信機におけるタイミングパルスについての記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２４６０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳＤＲ受信機には、デメリットも存在する。具体的には、ＳＤＲ受信機では、ベースバンド処理を行うベースバンド処理部にデジタルサンプリングデータが渡された時点で、ＳＤＲ受信機の受信機時間の基準となるクロック信号と、デジタルサンプリングデータとのタイミングに関する対応関係が分からなくなる。そのため、ベースバンド処理部で測位計算を行い、衛星測位受信機の受信時時間の誤差であるいわゆるクロックバイアスを計算しても、ＳＤＲ受信機では正確なタイミングパルスを生成することができない。
この発明は、ＳＤＲ受信機において精度の高いタイミングパルスを生成可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る衛星測位受信機は、
ハードウェアで実装されたハードウェア実装部であって、衛星から送信された信号から得られたサンプリングデータの一部を特定のパターンのデータであるタイミングヘッダに置き換えて出力データを生成し、前記出力データを出力するハードウェア実装部と、
前記出力データ生成部によって出力された前記出力データに基づき衛星測位におけるベースバンド処理を行い、一部の処理をソフトウェアで実現するベースバンド処理部であって、前記出力データに含まれる前記タイミングヘッダと基準時刻（例えば毎秒正時）とのずれを表すタイミング情報を前記ハードウェア実装部に出力するベースバンド処理部と
を備える。
【発明の効果】
【０００８】
この発明では、ハードウェア実装部がサンプリングデータの一部をタイミングヘッダに置き換え、ベースバンド処理部がタイミングヘッダと基準時刻とのずれを表すタイミング情報をハードウェア実装部に出力する。ここで、基準時刻とは、例えば毎秒正時などのように、あらかじめ任意に決めた特定のタイミングを指し、ハードウェア実装部では衛星測位受信機内部のクロック信号を元に算出するものである。ハードウェア実装部は、上記タイミング情報を参照することにより、ハードウェア実装部が算出している基準時刻の誤差を知ることができる。その結果、ＳＤＲ受信機において精度の高いタイミングパルスを生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ＳＤＲ受信機タイプの衛星測位受信機９０の基本的な構成図。
【図２】実施の形態１に係る衛星測位受信機１０の構成図。
【図３】実施の形態１に係る衛星測位受信機１０の動作を示すフローチャート。
【図４】実施の形態１に係る出力データ３２の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
＊＊＊前提の説明＊＊＊
図１を参照して、ＳＤＲ受信機タイプの衛星測位受信機９０の基本的な構成を説明する。
衛星測位受信機９０は、ＲＦフロントエンド９１と、Ａ／Ｄ変換器９２と、ＦＰＧＡ９３と、シリアル通信Ｉ／Ｆ９４と、ベースバンド処理部９５とを備える。ＲＦは、Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙの略である。Ａ／Ｄは、Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌの略である。ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略である。
【００１１】
ＲＦフロントエンド９１は、衛星から受信した信号を処理してＲＦ信号を生成する。Ａ／Ｄ変換器９２は、ＲＦ信号をＡ／Ｄ変換して、サンプリングデータを生成する。ＦＰＧＡ９３は、サンプリングデータをシリアル通信に適した形にパッキングする。シリアル通信Ｉ／Ｆ９４は、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）といった通信Ｉ／Ｆであり、パッキングされたデータをベースバンド処理部９５に送信する。ＲＦフロントエンド９１と、Ａ／Ｄ変換器９２と、ＦＰＧＡ９３と、シリアル通信Ｉ／Ｆ９４とは、ハードウェアで実装されている。
ベースバンド処理部９５は、送信されたデータに基づきベースバンド処理を行う。ベースバンド処理部９５は、ソフトウェアで実装されている。ベースバンド処理とは、衛星測位受信機がＲＦ信号を受信しデジタルサンプリングした後の、デジタル処理及び測位演算処理全般を指す。
【００１２】
ＳＤＲ受信機は、衛星測位受信機９０のように、ベースバンド処理の全部又は一部をソフトウェアで実装されたベースバンド処理部９５で行うタイプの衛星測位受信機を意味する。
ＳＤＲ受信機は、図１に示すクロック９６のタイミング情報をベースバンド処理部に受け渡せておらず、測位結果に基づく正確なタイミングパルスを生成できない。つまり、図１に示すように、ハードウェアで実装された部分と、ソフトウェアで実装されたベースバンド処理部９５との間で、タイミングに関する情報の断絶が起きることが原因となり、ＳＤＲ受信機は、測位結果に基づく正確なタイミングパルスを生成できない。なお、ＳＤＲ受信機ではない衛星測位受信機は、単一の集積回路又はＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ  Ｏｎ  Ｃｈｉｐ）でベースバンド処理まで行うため、タイミングに関する情報の断絶が起きない。そのため、タイミングパルスの生成が可能である。
【００１３】
ＳＤＲ受信機においてタイミングパルスを生成できない問題を解決するためには、タイミングに関する情報のやりとりを実現する方法が必要となる。
単純な方法として、図１のＦＰＧＡ９３がシリアルＩ／Ｆ９４を介してベースバンド処理部９５にサンプリングデータを送信する際に、タイムタグを付与して送付する方法が考えられる。しかし、この方法では、受信側の処理が煩雑になる上、データサイズが大きくなってしまうというデメリットがある。
【００１４】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図２を参照して、実施の形態１に係る衛星測位受信機１０の構成を説明する。
衛星測位受信機１０は、ＳＤＲ受信機である。衛星測位受信機１０は、ＲＦフロントエンド１１と、Ａ／Ｄ変換器１２と、ロジックデバイス１３と、シリアル通信Ｉ／Ｆ１４と、ベースバンド処理部１５とを備える。
【００１５】
ＲＦフロントエンド１１と、Ａ／Ｄ変換器１２と、シリアル通信Ｉ／Ｆ１４とは、図１に示すＲＦフロントエンド９１と、Ａ／Ｄ変換器９２と、シリアル通信Ｉ／Ｆ９４と同じである。ロジックデバイス１３は、具体例としては、ＦＰＧＡである。ＲＦフロントエンド１１と、Ａ／Ｄ変換器１２と、ロジックデバイス１３と、シリアル通信Ｉ／Ｆ１４とは、ハードウェアで実装されるため、総称してハードウェア実装部２０と呼ぶ。
ベースバンド処理部１５は、ベースバンド処理を行う。衛星測位受信機１０はＳＤＲ受信機であるため、ベースバンド処理部１５は少なくとも一部の処理をソフトウェアで実現する。ベースバンド処理部１５は、パーソナルコンピュータ、又は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）あるいはＳｏＣあるいはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等を搭載した計算機である。
なお、図２では、シリアル通信Ｉ／Ｆ１４を介して、ロジックデバイス１３からベースバンド処理部１５にデータが渡されている。しかし、ロジックデバイス１３から、直接複数の信号線を介してベースバンド処理部１５にデータが渡されてもよい。
【００１６】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図３及び図４を参照して、実施の形態１に係る衛星測位受信機１０の動作を説明する。
実施の形態１に係る衛星測位受信機１０の動作は、実施の形態１に係る衛星測位受信方法に相当する。
【００１７】
（図３のステップＳ１：データ出力処理）
ハードウェア実装部２０は、衛星から送信された信号から得られたサンプリングデータ３１の一部を特定のパターンのデータであるタイミングヘッダ３３に置き換えて出力データ３２を生成し、出力データ３２をベースバンド処理部１５に出力する。
具体的には、ＲＦフロントエンド１１は、衛星から受信した信号を処理してＲＦ信を生成する。Ａ／Ｄ変換器１２は、ＲＦ信号をＡ／Ｄ変換して、サンプリングデータ３１を生成する。ロジックデバイス１３は、サンプリングデータ３１をシリアル通信に適した形にパッキングして出力データ３２を生成する。この際、ロジックデバイス１３は、図４に示すように、サンプリングデータ３１の一部のデータをタイミングヘッダ３３に置き換えて出力データ３２を生成する。また、ロジックデバイス１３は、タイミングヘッダ３３に置き換えたサンプリングデータ３１のデータのタイミングが、どのクロック１６のカウントに対応するかを記録しておく。この記録を、クロックカウンタ記録と呼ぶ。シリアル通信Ｉ／Ｆ９４は、出力データ３２をベースバンド処理部１５に送信する。
【００１８】
Ａ／Ｄ変換器のビット数が少ない場合と、タイミングヘッダ３３の長さが短い場合とには、タイミングヘッダ３３が偶然、もともとのサンプリングデータの中に発見される場合がある。
ハードウェア実装部２０は、このような確率を低くするために、サンプリングデータ３１において出現する確率が基準確率よりも低いパターンのビット列をタイミングヘッダ３３として用いる。望ましくは、ハードウェア実装部２０は、サンプリングデータ３１において出現する確率が最も低いパターンのビット列をタイミングヘッダ３３として用いる。
【００１９】
また、ハードウェア実装部２０は、サンプリングデータ３１に対してタイミングヘッダ３３を埋め込む。具体例としては、ハードウェア実装部２０は、クロック１６を基準として得られる受信機時間で１秒分のサンプリングデータ３１に対して、その先頭に毎回タイミングヘッダ３３を埋め込む。同０．５秒分のサンプリングデータ３１に対して、その先頭にタイミングヘッダ３３を埋め込んでもよく、タイミングヘッダを埋め込む頻度やタイミングは任意である。また、一定の間隔でタイミングヘッダを埋め込む場合には、その時間間隔ごとにタイミングヘッダ３３がベースバンド処理部１５によって繰り返し検出されるため、タイミングヘッダ３３の誤検出を減らすことができる。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換器１２から出力されるサンプリングデータ３１は、様々なパターンがある。サンプリングデータ３１は、Ａ／Ｄのビット数によっても異なるし、ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）出力か、Ｉ：Ｉｎ−ｐｈａｓｅと、Ｑ：  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−Ｐｈａｓｅとの２系統の信号を出力するベースバンド出力かによっても異なる。図４では、２ビットＡ／Ｄでベースバンド出力される場合の例を示しているが、これ以外のパターンであっても本質的には変わらない。
【００２１】
（図３のステップＳ２：ベースバンド処理）
ベースバンド処理部１５は、ステップＳ１でハードウェア実装部によって出力された出力データ３２に基づき衛星測位におけるベースバンド処理を行う。
この際、ベースバンド処理部１５は、ベースバンド処理に含まれる衛星測位計算を行うことにより、クロックバイアスを計算する。クロックバイアスは、衛星測位受信機１０のクロック１６に基づいて設定した時刻（いわゆる、受信機時刻）が、衛星から送信された信号から計算される受信機時刻に対してどの程度の誤差を含んでいるかを示す情報である。
【００２２】
ベースバンド処理部１５は、クロックバイアスと、ステップＳ１でロジックデバイス１３が記録したクロックカウンタ記録とを紐づけるためのタイミング情報３４をハードウェア実装部２０のロジックデバイス１３に出力する。
具体的には、タイミング情報３４は、出力データ３２に含まれるタイミングヘッダ３３の位置に対応する基準時刻と、衛星から送信された信号から計算されるその瞬間の受信機時刻とのずれを表す。ここでは、タイミング情報３４は、タイミングヘッダ３３の特定の位置のサンプルに一致するタイミングから何サンプル後（または、何サンプル前）が基準時刻に該当するかを示すサンプル数である。タイミングヘッダ３３の特定の位置は、例えば、タイミングヘッダ３３の先頭である。また、基準時刻は、例えば、毎秒正時、つまり毎秒きっかりの時刻である。サンプル数は、クロック１６のクロック数と一致する。
ベースバンド処理部１５は、タイミング情報３４をシリアル通信Ｉ／Ｆ１４を介して送信してもよいし、ベースバンド処理部１５を構成するＣＰＵあるいはＳｏＣあるいはＤＳＰ等からロジックデバイス１３のレジスタに値を直接書き込んでもよい。
【００２３】
（図３のステップＳ３：パルス計算処理）
ハードウェア実装部２０のロジックデバイス１３は、ステップＳ２で出力されたタイミング情報３４に基づき、タイミングパルス３５を生成する。
ここで、タイミングパルス３５がどのタイミングヘッダ３３についての情報であるかの対応関係が明確である必要がある。何らかの識別情報によって明確化することも考えられる。しかし、上述した、１秒毎にデータを置き換える場合、識別情報を付さなくても対応関係は自明である。
【００２４】
＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
以上のように、実施の形態１に係る衛星測位受信機１０は、ロジックデバイス１３がサンプリングデータ３１にタイミングヘッダ３３を埋め込んで出力データ３２を生成する。そして、衛星測位受信機１０は、ベースバンド処理部１５がタイミングヘッダ３３に基づきタイミング情報３４を生成してロジックデバイス１３に返す。これにより、ロジックデバイス１３は、上記クロックカウンタ記録により記録されたタイミングにおけるクロックバイアス、すなわち受信機時刻の誤差を特定することが可能となり、精度の高いタイミングパルス３５を生成することが可能である。
特に、実施の形態１に係る衛星測位受信機１０は、従来のＳＤＲ受信機に対して大がかりな改修をすることなく、僅かな改修で精度の高いタイミングパルス３５を生成することが可能である。
【００２５】
また、実施の形態１に係る衛星測位受信機１０は、ロジックデバイス１３がサンプリングデータ３１の一部のデータをタイミングヘッダ３３に置き換えて出力データ３２を生成する。そのため、出力データ３２のデータサイズは、サンプリングデータ３１と同じである。
なお、サンプリングデータ３１の一部のデータをタイミングヘッダ３３に置き換えることにより、データの劣化が起こる。しかし、実用上十分な長さである２〜５バイト程度のタイミングヘッダ３３を用いたとしても、データの劣化は無視し得る程度である。
【００２６】
＊＊＊他の構成＊＊＊
＜変形例１＞
実施の形態１では、衛星測位受信機１０は図２のような構成を想定した。しかし、ＧＮＳＳアンテナは１つでなく、複数でもよい。つまり、複数アンテナの受信信号に基づき、いわゆるビームフォーミング（Ｂｅａｍ  Ｆｏｒｍｉｎｇ）と、ヌルステアリング（Ｎｕｌｌ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）とを実施するＣＲＰＡ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ａｎｔｅｎｎａ）であってもよい。その場合は、図２におけるＲＦフロントエンド１１と、Ａ／Ｄ変換器１２とを複数備えることになる。ＣＲＰＡが構成される場合は、図２のロジックデバイス１３において、複数アンテナ信号の合成処理を行ってもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１０  衛星測位受信機、１１  ＲＦフロントエンド、１２  Ａ／Ｄ変換器、１３  ロジックデバイス、１４  シリアル通信Ｉ／Ｆ、１５  ベースバンド処理部、１６  クロック、２０  ハードウェア実装部、３１  サンプリングデータ、３２  出力データ、３３  タイミングヘッダ、３４  タイミング情報、３５  タイミングパルス、９０  衛星測位受信機、９１  ＲＦフロントエンド、９２  Ａ／Ｄ変換器、９３  ＦＰＧＡ、９４  シリアル通信Ｉ／Ｆ、９５  ベースバンド処理部、９６  クロック。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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