(57)【要約】【課題】ＧＰＳ微弱信号を実環境で計測する装置を実現する。【解決手段】ＧＰＳ信号強度計測装置１００は、信号強度の強い屋外に設置されたＡアンテナ１で受信されたＧＰＳ信号から得られるコード遅延、搬送波ドップラー、航法メッセージの情報を利用することで、微弱信号環境に設置されたＢアンテナ２で受信されるＧＰＳ信号の「複数ビット長ＧＰＳレプリカ信号１６」を生成する。ＧＰＳ信号強度計測装置１００では、Ｂ相関器１７が「複数ビット長ＧＰＳレプリカ信号１６」とＢアンテナ２で受信されるＧＰＳ信号との相関処理を実行し、相関処理により得られた相関値により信号強度検出部１９がＧＰＳ微弱信号の信号強度２０を算出する。【選択図】図２
2008224414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からＣ／Ａコードと航法データとを含むＧＰＳ信号を受信する第１アンテナと、
前記第１アンテナで受信されたＧＰＳ信号を所定の基準クロックを用いて周波数変換するとともにＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換する第１受信部と、
前記第１受信部でＡ／Ｄ変換された第１変換信号を入力し、入力した第１変換信号からこの第１変換信号に含まれるＣ／Ａコードの遅延を検出するとともに第１変換信号に基づき前記第１アンテナで受信されたＧＰＳ信号の搬送波ドップラーを検出し、検出したＣ／Ａコードの遅延と搬送波ドップラーとに基づいて、前記第１アンテナで受信されたＧＰＳ信号に含まれる航法データを復号し、復号した航法データと、検出したＣ／Ａコードの遅延と、検出した搬送波ドップラーとに基づいて、前記第１アンテナで受信されたＧＰＳ信号のレプリカであるレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成部と、
受信ユニットであって、ＧＰＳ衛星からＣ／Ａコードと航法データとを含むＧＰＳ信号を受信する第２アンテナと、前記第２アンテナで受信されたＧＰＳ信号を前記第１受信部が用いる基準クロックで周波数変換するとともにＡ／Ｄ変換する第２受信部と、前記レプリカ信号生成部が生成したレプリカ信号と前記第２受信部でＡ／Ｄ変換された第２変換信号との相関処理を行うことにより相関値を生成する相関値生成部とを有する受信ユニットと、
前記受信ユニットの前記相関値生成部で生成された相関値から前記第２アンテナで受信されたＧＰＳ信号の信号強度を演算する信号強度演算部と
を備えたことを特徴とするＧＰＳ信号強度計測装置。
【請求項２】
前記ＧＰＳ信号強度計測装置は、
複数の前記受信ユニットを備え、
それぞれの受信ユニットは、
自身の前記相関値生成部が前記レプリカ信号生成部の生成したレプリカ信号と自身の前記第２受信部でＡ／Ｄ変換された第２変換信号との相関処理を行うことにより相関値を生成し、
前記信号強度演算部は、
それぞれの前記受信ユニットの前記相関値生成部で生成された相関値からそれぞれの前記第２アンテナで受信されたＧＰＳ信号の信号強度を演算することを特徴とする請求項１記載のＧＰＳ信号強度計測装置。
【請求項３】
前記レプリカ信号生成部は、
複数ビットに亘る航法データを含むレプリカ信号を生成することを特徴とする請求項１または２いずれかに記載のＧＰＳ信号強度計測装置。
【請求項４】
前記第１アンテナは、
前記第２アンテナよりも信号強度の高いＧＰＳ信号を受信することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＧＰＳ信号強度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、微弱なＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）信号を実環境において測定可能とするＧＰＳ信号強度計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
日本版Ｅ９１１により、２００７年より日本国内の全ての携帯電話への高感度ＧＰＳ受信機の搭載が義務化される。多くの高感度ＧＰＳ受信機モジュールが市販されており、製品により受信感度も様々である。
【０００３】
しかし、高感度ＧＰＳ受信機の感度は、カタログスペックかＧＰＳ擬似信号生成装置によるシミュレーションで評価されたデータであり、実際の微弱信号環境において信号強度を計測できる装置が存在しなかった。単なる木陰から鉄筋コンクリートに囲まれた屋内まで、微弱信号環境は多様である。そのような実環境における高感度受信機の受信感度を評価するためにも、微弱なＧＰＳ信号強度を計測できる装置が望まれる。
【０００４】
一般的なＧＰＳ受信機では、受信したＧＰＳ信号系列（Ｃ／Ａコード）を任意の航法データビット位置から１ビット分の相関演算を行い、雑音レベルに対する相関値の大きさから信号強度を算出する。しかし、ＧＰＳ微弱信号の受信では、相関値が雑音レベルより低く、信号そのものを検出することができない。相関演算において、累積加算時間を延長することで相関値を大きくすることができるが、ＧＰＳ信号の相関演算では航法データのビット反転によるＣ／Ａコードの極性変化により、航法データ１ビット以上の累積加算演算が困難である。したがって、ＧＰＳ微弱信号の受信および信号強度の計測においては、何らかの手段で航法データビットを事前に検出し、極性の変化に合わせて長時間の累積加算を行う必要がある。（以下、この演算操作をコヒーレント積分と呼ぶ。）
【特許文献１】特開２００５−３２１３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、実環境におけるＧＰＳ微弱信号の信号強度を計測する装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のＧＰＳ信号強度計測装置は、
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からＣ／Ａコードと航法データとを含むＧＰＳ信号を受信する第１アンテナと、
前記第１アンテナで受信されたＧＰＳ信号を所定の基準クロックを用いて周波数変換するとともにＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換する第１受信部と、
前記第１受信部でＡ／Ｄ変換された第１変換信号を入力し、入力した第１変換信号からこの第１変換信号に含まれるＣ／Ａコードの遅延を検出するとともに第１変換信号に基づき前記第１アンテナで受信されたＧＰＳ信号の搬送波ドップラーを検出し、検出したＣ／Ａコードの遅延と搬送波ドップラーとに基づいて、前記第１アンテナで受信されたＧＰＳ信号に含まれる航法データを復号し、復号した航法データと、検出したＣ／Ａコードの遅延と、検出した搬送波ドップラーとに基づいて、前記第１アンテナで受信されたＧＰＳ信号のレプリカであるレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成部と、
受信ユニットであって、ＧＰＳ衛星からＣ／Ａコードと航法データとを含むＧＰＳ信号を受信する第２アンテナと、前記第２アンテナで受信されたＧＰＳ信号を前記第１受信部が用いる基準クロックで周波数変換するとともにＡ／Ｄ変換する第２受信部と、前記レプリカ信号生成部が生成したレプリカ信号と前記第２受信部でＡ／Ｄ変換された第２変換信号との相関処理を行うことにより相関値を生成する相関値生成部とを有する受信ユニットと、
前記受信ユニットの前記相関値生成部で生成された相関値から前記第２アンテナで受信されたＧＰＳ信号の信号強度を演算する信号強度演算部と
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明により、実環境におけるＧＰＳ微弱信号の信号強度を計測する装置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】
【０００８】
実施の形態１．
図１、図２を用いて実施の形態１を説明する。図１は、実施の形態１におけるコンピュータであるＧＰＳ信号強度計測装置１００のハードウェア構成の一例を示す図である。図１において、ＧＰＳ信号強度計測装置１００は、プログラムを実行するＣＰＵ８１０（中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）を備えている。ＣＰＵ８１０は、バス８３０を介してＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）８１１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）８１２、表示装置８１３、操作キー８１４、第１アンテナ８１５を有する第１受信部８１６、第２アンテナ８１７を有する第２受信部８１８、信号処理回路８１９、磁気ディスク装置８２０と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。磁気ディスク装置８２０の代わりに、フラッシュメモリなどの記憶装置でもよい。ＲＡＭ８１２、ＲＯＭ８１１、磁気ディスク装置８２０等の記憶媒体は、記憶装置あるいは記憶部、格納部の一例である。
【０００９】
磁気ディスク装置８２０には、オペレーティングシステム８２１（ＯＳ）、プログラム群８２３、ファイル群８２４が記憶されている。プログラム群８２３のプログラムは、ＣＰＵ８１０、オペレーティングシステム８２１により実行される。
【００１０】
上記プログラム群８２３には、以下に述べる実施の形態の説明において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵ８１０により読み出され実行される。
【００１１】
ファイル群８２４には、以下に述べる実施の形態の説明において、「〜の算出結果」、「〜の生成結果」、「〜の処理結果」として説明する情報や、データや信号値や変数値やパラメータなどが、「〜ファイル」や「〜データベース」の各項目として記憶されている。「〜ファイル」や「〜データベース」は、ディスクやメモリなどの記録媒体に記憶される。ディスクやメモリなどの記憶媒体に記憶された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵ８１０によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・表示などのＣＰＵの動作に用いられる。抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・表示などのＣＰＵの動作の間、情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、メインメモリやキャッシュメモリやバッファメモリに一時的に記憶される。
【００１２】
また、以下に述べる実施の形態の説明において「〜部」として説明するものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」、「手段」であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明するものは、ＲＯＭ８１１に記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェアのみ、或いは、素子・デバイス・基板・配線などのハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、磁気ディスク、ＲＯＭ８１１等の記録媒体に記憶される。プログラムはＣＰＵ８１０により読み出され、ＣＰＵ８１０により実行される。すなわち、プログラムは、以下に述べる「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、以下に述べる「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。
【００１３】
図２は、ＧＰＳ信号強度計測装置１００のブロック図である。図２のＧＰＳ信号強度計測装置１００は、信号強度の強い屋外に設置されたＡアンテナ１で受信されたＧＰＳ信号から得られるコード遅延、搬送波ドップラー、航法メッセージの情報を利用することで、微弱信号環境に設置されたＢアンテナ２で受信されるＧＰＳ信号の「複数ビット長ＧＰＳレプリカ信号１６」を生成する。ＧＰＳ信号強度計測装置１００は、Ｂ相関器１７によって「複数ビット長ＧＰＳレプリカ信号１６」とＢアンテナ２で受信されるＧＰＳ信号との相関処理を実行し、信号強度検出部１９にてＧＰＳ微弱信号の信号強度２０を算出する。
【００１４】
図２を参照して、ＧＰＳ信号強度計測装置１００の構成を説明する。図２に示すように、ＧＰＳ信号強度計測装置１００は、Ａアンテナ１（第１アンテナ）、Ａ受信部３（第１受信部）、レプリカ信号生成部１１０、基準クロック５、受信ユニット、信号強度検出部１９（信号強度演算部）、及び表示部２１を備える。
【００１５】
１１０レプリカ信号生成部は、Ａ相関器６、コード遅延推定部８、搬送波ドップラー推定部９、コードレプリカ生成部１０、搬送波レプリカ生成部１１、Ａ乗算部１２、航法データ検出部１４、Ｂ乗算部１５を備える。
【００１６】
また、受信ユニットは、Ｂアンテナ２（第２アンテナ）、Ｂ受信部４（第２受信部）、Ｂ相関器１７（相関値生成部）を備える。
【００１７】
図２において、Ａアンテナ１はＡ受信部３に接続され、Ｂアンテナ２はＢ受信部４に接続されている。以下の説明では、Ａアンテナ１は高強度のＧＰＳ信号を受信し、Ｂアンテナは障害物などにより強度の弱められた微弱なＧＰＳ信号を受信することを想定する。
【００１８】
Ａ受信部３およびＢ受信部４は、それぞれ受信したＧＰＳ信号を増幅し、増幅されたアナログ信号をデジタルデータに変換する。また、Ａ受信部３とＢ受信部４には、同一の基準クロック５が接続されている。つまり、Ａアンテナ１とＢアンテナ２で受信されたＧＰＳ信号は、同一の基準クロックで処理される。
【００１９】
微弱信号の計測では、Ａアンテナ１を充分な信号強度のＧＰＳ信号が得られる屋外に設置し、Ｂアンテナ２を屋内等の微弱信号環境に設置する。このとき、微弱信号環境に設置されたＢアンテナ２で受信されるＧＰＳ信号は、例えば障害物２３によって弱められているものとする。さらに、Ａアンテナ１とＢアンテナ２では、同じＧＰＳ衛星２２からの信号を受信しているものとする。
【００２０】
（Ａアンテナ１で受信される高強度ＧＰＳ信号の処理）
Ａアンテナ１で受信された充分に信号強度の高い高強度のＧＰＳ信号は、Ａ受信部３によって、基準クロック５で周波数変換された後にデジタル化された信号（第１変換信号）に変換され、Ａ相関器６において航法データ１ビット分の長さの「１ビット長ＧＰＳレプリカ信号１３」と相関演算が行われる。その結果、Ａ相関器６からは同位相成分と直交成分から成る「Ａ相関値ベクトル７」が出力される。
【００２１】
コード遅延推定部８（例えば、遅延ロックループ）は、この「Ａ相関値ベクトル７」から、Ａアンテナ１によって受信された高強度のＧＰＳ信号のＣ／Ａコード遅延を検出する。同様に、搬送波ドップラー推定部９（例えば、位相ロックループ）は、受信信号の搬送波ドップラーを検出する。
【００２２】
コードレプリカ生成部１０は、Ｃ／Ａコード遅延を基に、遅延したＣ／Ａコードレプリカの生成を行う。また、搬送波レプリカ生成部１１は、搬送波ドップラーによる周波数オフセットを加えた搬送波レプリカを生成する。コードレプリカ生成部１０と搬送波レプリカ生成部１１とからの出力は、Ａ乗算部１２で合成され、「１ビット長ＧＰＳレプリカ信号１３」が生成される。
【００２３】
コード遅延推定部８と搬送波ドップラー推定部９の推定誤差が共にゼロと成るよう、コードレプリカ生成部１０および搬送波レプリカ生成部１１を制御することにより、Ａアンテナ１で受信した高強度のＧＰＳ信号の追尾を行う。
【００２４】
Ａ相関器６において高強度ＧＰＳ信号が追尾できているとき、航法データ検出部１４（例えば、位相弁別器）は、航法データの極性を検出することが可能となる。航法データ検出部１４により検出された「航法データ」は、Ｂ乗算部１５によって、コードレプリカ生成部１０によって生成されたコードレプリカおよび搬送波レプリカ生成部１１によって生成された搬送波レプリカと合成され、「ＧＰＳレプリカ信号」（レプリカ信号）が生成される。「ＧＰＳレプリカ信号」では、航法データの極性が既知であるため、「複数ビット長ＧＰＳレプリカ信号１６」を生成することができる。
【００２５】
（Ｂアンテナ２が受信する微弱ＧＰＳ信号の処理）
一方、Ｂアンテナ２で受信された微弱なＧＰＳ信号は、Ｂ受信部４によって、基準クロック５で周波数変換された後にデジタル化された信号（第２変換信号）に変換され、Ｂ相関器１７によって「複数ビット長ＧＰＳレプリカ信号１６」と長時間のコヒーレント積分が行われ、「Ｂ相関値ベクトル１８」（相関値の一例）が生成される。その結果、信号雑音比が改善され、微弱信号であってもＢ相関器１７からの出力である「Ｂ相関値ベクトル１８」の振幅は雑音レベルより大きくなり、信号強度検出部１９によって検出可能となる。Ｂ相関器１７では、Ａ相関器６のようなＧＰＳ信号追尾が行われず、Ａ相関器６で得られたＧＰＳ信号レプリカを基に相関演算が施される。このような信号検出部は、一般にオープンループと呼ばれる。
【００２６】
信号強度検出部１９では、Ａ相関器６でＧＰＳ信号を検出できていない状態とＧＰＳ信号が追尾されている状態での「Ｂ相関値ベクトル１８」の振幅比を取ることで、Ｂアンテナ２から受信された微弱なＧＰＳ信号の信号強度２０を算出する。算出された信号強度２０は、表示部２１によって表示される。表示部２１は、例えば液晶パネルなどであるが、外部記憶装置や他の信号処理装置、演算装置などへの出力であっても良い。
【００２７】
以上の実施の形態１のＧＰＳ信号強度計測装置１００により、実環境下において微弱なＧＰＳ信号の強度を測定することが可能となる。
【００２８】
実施の形態２．
図３を参照して実施の形態２を説明する。図３は、実施の形態２のＧＰＳ信号強度計測装置１００のブロック図である。図３は、図２に対して、第１受信ユニット１０１と第２受信ユニット１０２との２つの受信ユニットを備えた点が異なる。
【００２９】
すなわち、図３に示すように実施の形態２のＧＰＳ信号強度計測装置１００は、２つの第１受信ユニット１０１と第２受信ユニット１０２を備えている。そして、それぞれの受信ユニットは、自身のＢ相関器（相関値生成部）がレプリカ信号生成部１１０の生成した「複数ビット長ＧＰＳレプリカ信号１６」（レプリカ信号）と自身のＢ受信部で周波数が変換された信号との相関処理を行うことにより相関値を生成する。信号強度検出部１９は、それぞれの受信ユニットのＢ相関器（相関値生成部）で生成された相関値からそれぞれの受信ユニットのＢアンテナで受信されたＧＰＳ信号の信号強度を演算する。
【００３０】
このように実施の形態１では微弱信号環境に設置した受信ユニットは一つであったが、実施の形態２では、複数の受信ユニットを備える。これにより、例えば、ビル内の２階と３階とで受信する微弱なＧＰＳ信号の強度を１台の計測装置で同時に計測することが可能になるので、より広範囲の微弱信号計測を１台の計測装置により同時に行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施の形態１におけるＧＰＳ信号強度計測装置１００のハードウェア構成の例。
【図２】実施の形態１におけるＧＰＳ信号強度計測装置１００のブロック図。
【図３】実施の形態２におけるＧＰＳ信号強度計測装置１００のブロック図。
【符号の説明】
【００３２】
１  Ａアンテナ、２，２−１，２−２  Ｂアンテナ、３  Ａ受信部、４，４−１，４−２  Ｂ受信部、５  基準クロック、６  Ａ相関器、７  Ａ相関値ベクトル、８  コード遅延推定部、９  搬送波ドップラー推定部、１０  コードレプリカ生成部、１１  搬送波レプリカ生成部、１２  Ａ乗算部、１３  １ビット長ＧＰＳレプリカ信号、１４  航法データ検出部、１５  Ｂ乗算部、１６  複数ビット長ＧＰＳレプリカ信号、１７，１７−１，１７−２  Ｂ相関器、１８  Ｂ相関値ベクトル、１９  信号強度検出部、２０  信号強度、２１  表示部、２２  ＧＰＳ衛星、２３，２３ａ，２３ｂ  障害物、１００  ＧＰＳ信号強度計測装置、１０１  第１受信ユニット、１０２  第２受信ユニット、１１０  レプリカ信号生成部、８１０  ＣＰＵ、８１１  ＲＯＭ、８１２  ＲＡＭ、８１３  表示装置、８１４  操作キー、８１５  第１アンテナ、８１６  第１受信部、８１７  第２アンテナ、８１８  第２受信部、８１９  信号処理回路、８２０  磁気ディスク装置、８２１  ＯＳ、８２３  プログラム群、８２４  ファイル群、８３０  バス。
【図１】
2008224414.tif 000003
【図２】
2008224414.tif 000004
【図３】
2008224414.tif 000005