(57)【要約】【課題】マルチパス波を受信する場合に、受信信号レベルを実質的に増大させて安定した追尾動作を行わせるとともに、位置計測などの精度を向上させることができる衛星航法信号受信方法及び装置を提供すること。【解決手段】各受信信号チャネルに複数のフィンガーを設け、各フィンガーにマルチパス波の各パス波のコード位相を設定する。各フィンガーで得られた信号をタイミングを合わせてＲＡＫＥ合成し、その合成された出力に含まれる航法データを復調する。また、最も遅延時間の短いコード位相を算出し当該所定衛星の距離データとして、測位演算を行う。【選択図】      図１
2004271190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数Ｎの衛星から、各衛星毎に割り付けられたコードにより変調されている電波を受信して、当該電波に含まれている情報から、少なくとも受信点の位置を計測する衛星航法受信方法において、
所定衛星からのコードと同一のレプリカコードを、前記衛星からのコードとの相関をとりつつそのレプリカコードの位相を所定コードチップ単位毎に順次スライディングし、そのスライディングコード位相に応じた当該受信信号処理フィンガーのスライディング相関出力を出力し、
前記スライディング相関出力を用いて、その出力レベルとコード位相とを含む電力プロファイルを作成し、
この電力プロファイルの出力レベルがピークを示すコード位相に基づいて複数Ｍ個の各受信信号処理フィンガーのレプリカコードの位相をそれぞれ決定し、
その決定されたレプリカコードの位相に基づいて前記複数Ｍ個の各受信信号処理フィンガーで前記衛星からのコードと相関処理して相関出力を得、
各受信信号処理フィンガーで得られた相関出力を、各受信信号処理フィンガーに設定されたコード位相に基づいて遅延合成し、
その遅延合成された出力に含まれる航法データを復調し、且つ測位演算を行うことを特徴とする、衛星航法信号受信方法。
【請求項２】
前記電力プロファイルの出力レベルのピークを示すコード位相の内で最も遅延時間の短いコード位相を算出し当該所定衛星の距離データとして、測位演算を行うことを特徴とする、請求項１記載の衛星航法信号受信方法。
【請求項３】
複数Ｎの衛星から、各衛星毎に割り付けられたコードにより変調されている電波を受信して、当該電波に含まれている情報から、少なくとも受信点の位置を計測する衛星航法受信装置において、
前記電波を受信し、所定の中間周波数信号に変換して出力する高周波部、前記高周波部からの中間周波数信号が入力され、所定衛星からのコードの位相に、そのコードと同一のレプリカコードの位相が一致するように相関をとるためのコード相関処理手段、このコード相関手段の出力周波数に、ローカル搬送波の周波数及び位相が同期するように相関をとり、その相関結果を出力するための搬送波相関処理手段、を含む受信信号処理フィンガーを、１衛星受信用に複数Ｍ個設けた受信信号処理部と、
所定衛星に対する前記Ｍ個の受信信号処理フィンガーからの相関結果の出力を合成するタイミングを合わせて合成出力を得る合成手段と、
前記合成手段からの合成出力に基づいて、搬送波位相誤差を演算し、演算された位相誤差信号を前記搬送波相関処理手段に供給して前記位相誤差が少なくなるように前記ローカル搬送波の位相を制御する搬送波位相制御手段、前記合成手段からの合成出力に含まれる航法データを復調し、測位演算を行う測位演算手段とを含む演算制御部とを備え、
前記受信信号処理部の少なくとも１つの受信信号処理フィンガーは、さらに、前記レプリカコードの位相が所定コードチップ単位毎に順次スライディングされ、そのスライディングコード位相に応じて当該受信信号処理フィンガーのスライディング相関出力を出力するスライディング相関処理手段を有し、
前記演算制御部は、前記スライディング相関出力を用いて、その出力レベルとコード位相とを含む電力プロファイルを作成し、この電力プロファイルの出力レベルがピークを示すコード位相に基づいて前記複数Ｍ個の各受信信号処理フィンガーのレプリカコードの位相をそれぞれ決定し且つ前記合成手段における各受信信号処理フィンガーからの合成タイミングを調整することを特徴とする、衛星航法信号受信装置。
【請求項４】
前記演算制御部は、前記電力プロファイルの出力レベルのピークを示すコード位相の内で最も遅延時間の短いコード位相を算出し当該特定衛星の距離データとして用いることを特徴とする、請求項３記載の衛星航法信号受信装置。
【請求項５】
前記コード相関処理手段は、所定衛星からのコードとこの衛星からのコードに位相を一致させるＰコードとの相関をとるコードＰ相関器と、所定衛星からのコードと前記Ｐコードよりも所定位相だけ進んだＥコードとの相関をとるコードＥ相関器と、所定衛星からのコードと前記Ｐコードよりも所定位相だけ遅れたＬコードとの相関をとるコードＬ相関器とを含み、
前記搬送波相関処理手段は、前記Ｐコード相関器の出力と前記ローカル搬送波の同相成分との相関をとる搬送波ＰＩ相関器と、前記Ｐコード相関器の出力と前記ローカル搬送波の９０°位相成分との相関をとる搬送波ＰＱ相関器とを含み、
前記合成手段は、前記各受信信号処理フィンガーの前記搬送波ＰＩ相関器の出力を合成するＰＩ合成器と、前記各受信信号処理フィンガーの前記搬送波ＰＱ相関器の出力を合成するＰＱ合成器と、前記各受信信号処理フィンガーの前記コードＥ相関器の出力を合成するＥ合成器と、前記各受信信号処理フィンガーの前記コードＬ相関器の出力を合成するＬ合成器とを含み、
前記搬送波位相制御手段における搬送波位相誤差は、前記ＰＩ合成器の出力と前記ＰＱ合成器の出力とに基づいて演算され、
前記コード相関処理手段におけるレプリカコードの位相は、前記Ｅ合成器の出力と前記Ｉ合成器の出力とに基づいて演算されることを特徴とする、請求項３、４記載の衛星航法信号受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）やＧＰＳと同意なロシアのＧＬＯＮＡＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）、ヨーロッパのガリレオなどの航法衛星を利用して測位などを行うための、衛星航法信号受信方法及び衛星航法信号受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＧＰＳやＧＬＯＮＡＳＳ、さらにはガリレオ等の衛星航法システムが良く知られている。以下、代表してＧＰＳについて説明する。
【０００３】
ＧＰＳシステムは、米国が開発した２４個のＧＰＳ衛星のシステムで、使用者が３−４個以上の衛星を受信する事により使用者の位置を測定出来るシステムである。衛星は、１．５７５４２ＧＨｚの搬送波信号を、衛星毎に割付けられたコードにより変調し、所謂スペクトラム拡散変調した信号を送信する。使用者の受信装置は、スペクトラム拡散された受信信号と、受信機内で発生したレプリカコードと相関を取り、送信時刻から受信時刻までの時間差を測定し、これを受信点から衛星までの距離に換算し、３−４個以上の衛星について測定し受信点の位置計算を行う。
【０００４】
図５は、従来のＧＰＳ受信装置の構成を示す図である（特許文献１参照）。図６は、コード追尾動作を説明するための図であり、図７は、信号捕捉及び追尾状態を説明するための図である。
【０００５】
図５において、高周波部１００では、アンテナ１に到来した１．５ＧＨｚ帯のＧＰＳ信号は、ＲＦアンプ２で増幅された後、ＴＣＸＯ（温度補償水晶発振器）８で発振した基準信号と、ＰＬＬ回路７で位相同期された１．５ＧＨＺ帯で発振しているＶＣＯ（電圧制御発振器）６の発振信号とが周波数変換回路３で混合されＩＦ周波数に変換される。ＩＦ信号に変換されたＧＰＳ信号は、ＩＦアンプ４にて増幅された後、デジタル処理を行うためにＡ／Ｄ変換回路５にてディジタル信号に変換される。
【０００６】
高周波部１００からのディジタル化ＩＦ信号は、受信信号処理部２００に供給される。この受信信号処理部２００は、処理すべき受信チャネル数Ｎに応じて各チャネル用受信信号処理部２１０〜２Ｎ０が設けられる。通常、Ｎは４以上である。また、演算制御部３００が設けられ、各チャネル用受信信号処理部２１０〜２Ｎ０からの情報を受けて演算したり、各チャネル用受信信号処理部２１０〜２Ｎ０を制御するための制御信号を送出したりする。
【０００７】
第１チャネルＣＨ１の受信信号処理部２１０についてみると、コードＰ相関器１１、コードＥ相関器１２、コードＬ相関器１３は、Ａ／Ｄ変換された受信信号と、夫々コード発生器で発生されたコードＰ（ｐｕｎｃｔｕａｌ）、コードＥ（ｅａｒｌｙ：Ｐに対して０．５チップの進み）、コードＬ（ｌａｔｅ：Ｐに対して０．５チップの遅れ）とが入力され、相関値を検出する。
【０００８】
搬送波ＰＩ相関器１４、搬送波ＰＱ相関器１５は、コードＰ相関器１１の相関値と搬送波ＮＣＯ２６で発生された搬送波Ｉ信号（ｉｎ−ｐｈａｓｅ）、９０°位相差を持つ搬送波Ｑ信号（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ）とが入力され夫々相関を取る。搬送波ＥＩ相関器１６、搬送波ＬＩ相関器１７は、コードＥ相関器１２、コードＬ相関器１３の相関値と搬送波ＮＣＯ２６で発生されたＩ信号（ｉｎ−ｐｈａｓｅ）とが入力され夫々相関を取る。
【０００９】
これら搬送波ＰＩ相関器１４〜搬送波ＬＩ相関器１７の相関出力は、ＰＩＬＰＦ１８、ＰＱＬＰＦ１９、ＥＩＬＰＦ２０、ＬＩＬＰＦ２１で濾波され、ＰＩレジスタ２２、ＰＱレジスタ２３、ＥＩレジスタ２４、ＬＩレジスタ２５に一旦記憶されて、それぞれ演算制御部３００に取り込まれる。また、２８は、コードＮＣＯ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）であり、演算制御部３００からの制御信号により第１コード発生器２７から発生するコード位相を制御する。なお、ＴＣＸＯ８の出力が、基準クロックとして各チャネル用受信信号処理部２１０〜２Ｎ０に供給される。
【００１０】
受信信号はスペクトラム拡散されているからその受信レベルは通常は熱雑音以下である。したがって、受信しようとする衛星のコードと同一コードをコード発生器２７で発生し、全１０２３チップを０．５チップ単位でスライディングしながらＰＩレジスタ２２及びＰＱレジスタ２３の相関を取り信号を捕捉する。
【００１１】
その捕捉動作を以下信号の流れに従って説明する。Ａ／Ｄ変換された受信信号は、コードＰ相関器１１、コードＥ相関器１２、コードＬ相関器１３にて夫々コード発生器で発生されたコードＰ、コードＰに対して０．５チップの進みのコードＥ、コードＰに対して０．５チップの遅れのコードＬと相関値を検出する。このときの自己相関特性が図６に示されている。ここで、コードＰのみを信号検出の判定に使用する。
【００１２】
受信信号の内、コードＰ相関器１１の出力は、搬送波ＰＩ相関器１４にて、搬送波ＮＣＯ２６で発生した搬送波Ｉ信号（ｉｎ−ｐｈａｓｅ）と、また搬送波ＰＱ相関器１５にて搬送波ＮＣＯ２６で発生したＱ信号（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ）と夫々相関を取る。搬送波ＰＩ相関器１４の出力はＰＩＬＰＦ１８に、搬送波ＰＱ相関器１５の出力はＰＱＬＰＦ１９に入力され、各々のＬＰＦにてノイズ成分が低減された相関値が抽出される。
【００１３】
また、受信信号の内コードＥ相関器１２の出力は、搬送波ＥＩ相関器１６にて、搬送波ＮＣＯ２６で発生した搬送波Ｉ信号と相関を取る。コードＬ相関器１３の出力は、搬送波ＬＩ相関器１７にて、搬送波ＮＣＯ２６で発生した搬送波Ｉ信号と、相関を取る。搬送波ＥＩ相関器１６の出力はＥＩＬＰＦ２０に、搬送波ＬＩ相関器１７の出力はＬＩＬＰＦ２１に入力され、各々のＬＰＦにてノイズ成分が低減された相関値が抽出される。
【００１４】
ＰＩＬＰＦ１８〜ＬＩＬＰＦ２１の出力は、演算制御部３００への入力タイミングを整えるため、一旦ＰＩレジスタレジスタ２２〜ＬＩレジスタ２５に蓄えられ、演算制御部３００に入力される。演算制御部３００では、ＰＩレジスタ２２の出力値ｐｉ、及びＰＱレジスタ２３出力値ｐｑとを用いて、受信電力Ｐｓを算出し、予め設定している閾値ＴＨと比較し信号捕捉の有無を判定する。
【００１５】
図６のコードＰにおいて、０．５チップサーチ時には相関値は▲１▼→▲２▼→▲３▼→▲４▼の順に変化し、▲２▼▲３▼相関値で閾値ＴＨを十分に越えた事を認識出来，相関値が最大値を示すコード位相▲２▼（もしくは▲３▼）を捕捉し、信号捕捉動作を終える。即ち、演算制御部３００では、ＰＩレジスタ２２の出力値をｐｉ、及びＰＱレジスタ２３の出力値をｐｑとすると、図７に示されるように、信号電力Ｐｓを次式にて算出し、予め設定している閾値ＴＨと比較し信号捕捉の有無を判定する。
Ｐｓ＝（ｐｉ２＋ｐｑ２）１／２あるいは簡易的にＰｓ＝｜ｐｉ｜＋｜ｐｑ｜
【００１６】
次に、信号追尾は、コードＰが信号レベル最大値で受信されるように、かつ衛星及び使用者の移動に伴い信号が大きく変化したり、コード位相が変化することに追従するために、コードＥとコードＬは、受信信号に追尾する必要がある。このコードＥとコードＬは、所謂遅延ロックル・一プ（ＤＬＬ）を構成しコード位相の追尾に用いられ、コードＰが受信信号レベル最大値で受信されるように制御される。
【００１７】
受信信号は、コードＥ相関器１２ではコード発生器で発生したコード位相が０．５チップ進んだＥコードと、またコードＬ相関器１３ではコード発生器で発生したコード位相が０．５チップ遅れたＬコードと夫々相関が取られた後、搬送波Ｅ相関器１６、搬送波Ｌ相関器１７にて搬送波ＮＣＯで発生したＩ信号と相関が取られる。さらに受信信号は、Ｐ信号と同様ＥＩＬＰＦ２０、ＬＩＬＰＦ２１、ＥＩレジスタ２４，ＬＩレジスタ２５を経由し演算制御部３００に入力される。この時、ＥＩレジスタ２４の出力ｅｉをＥ、ＬＩレジスタ２５の出力ｌｉをＬとすると、図６に示されるように、演算制御部３００はＥ−Ｌの値が零、即ちコードＰが最大相関値を保持するようにコードＮＣＯ２８を制御する。
【００１８】
一方、受信信号の内、コードＰ相関器１１の出力は、搬送波に追尾するため搬送波ＰＩ相関器１４にて搬送波ＮＣＯ２６で発生したＩ信号（０°）と、また搬送波ＰＱ相関器１５にて搬送波ＮＣＯ２６で発生したＱ信号（９０°）と夫々相関が取られる。これらは、搬送波信号に追尾するため所謂コスタスル一プを構成し、搬送波位相同期の動作をする。
【００１９】
演算制御部３００では、前述した受信信号のサーチと捕捉、コード位相追尾、搬送波位相追尾、航法データの復調、測位計算等を主に行う。第一は、信号のサーチと信号捕捉である。第二は、コード位相追尾である。第三は、搬送波位相追尾であるが、演算制御部３００は、ＰＩレジスタ２２及びＰＱレジスタ２３の信号を受けて、搬送波信号に追尾するために夫々の値を基に位相誤差を算出し、搬送波ＮＣＯ２６を制御し、搬送波位相誤差を補正する。
【００２０】
即ちＰＩレジスタの値をｐｉ、ＰＱレジスタの値をｐｑ、位相誤差をθとすると次式が成り立ちθ値を零にするべく搬送波ＮＣＯを制御する。
ｐｉ＝ｃｏｓθ
Ｐｑ＝ｓｉｎθより
θ＝ａｒｃｔａｎ（ｐｑ／ｐｉ）あるいは簡易的に
＝ｐｑＳＧＮ（ｐｉ）  ＳＧＮ（ｐｉ）はｐｉの符号を表す。
搬送波位相に追尾出来た後、ＰＩレジスタ２２には５０ｂｐｓのデータ信号土Ｄが含まれており、演算制御部３００で復調される。
【００２１】
第四は、測位計算である。これは、コード位相同期が出来た後、コード位相の制御量から衛星までの擬似距離を算出し、各チャネルＣＨ１〜ＣＨｎにて受信した複数の衛星からの航法データ及び算出した擬似距離より測位計算をする。
【００２２】
【特許文献１】
特開平７−２７８４５号公報
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
現在のオートノーマス（自律）型ＧＰＳ受信機の受信感度は、約−１３２ｄＢｍ程度である。衛星からの信号が充分なレベルで到達し、受信レベルの高い環境下にある舶用や車載用ＧＰＳ受信装置では、この受信感度は問題にならない。しかし、携帯電話などの携帯端末搭載型のＧＰＳ受信装置においては、屋内等の使用環境下では衛星からの信号が大きく減衰し、−１３２ｄＢｍ以下になることが多いため、従来の受信装置の感度では安定して追尾することが困難である。
【００２４】
また、屋内では、衛星からの信号が建物や、壁、その他の構造物に反射し、多重反射波（以下、マルチパス波）として受信される場合が殆どである。従来は、マルチパス波の内最も強い信号のパス波を受信していた為、多くの場合に、電波伝搬時間に大きな誤差を持つ。その結果、車載用、船舶用ＧＰＳ受信装置に比較して、精度が大幅に劣化することになる。
【００２５】
今後、ＧＰＳ受信装置はますます携帯端末に搭載されることが多くなることが予測され、屋内での使用に応えられるように、感度や精度の向上が要求される。
【００２６】
そこで、本発明は、ＧＰＳ等の衛星航法信号受信装置を屋内で使用する場合に、マルチパス波を受信することを逆に利用して、受信信号レベルを実質的に増大させて安定した追尾動作を行わせるとともに、位置計測などの精度を向上させることができる衛星航法信号受信方法及び衛星航法信号受信装置を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の衛星航法信号受信方法は、複数Ｎの衛星から、各衛星毎に割り付けられたコードにより変調されている電波を受信して、当該電波に含まれている情報から、少なくとも受信点の位置を計測する衛星航法受信方法において、
所定衛星からのコードと同一のレプリカコードを、前記衛星からのコードとの相関をとりつつそのレプリカコードの位相を所定コードチップ単位毎に順次スライディングし、そのスライディングコード位相に応じた当該受信信号処理フィンガーのスライディング相関出力を出力し、
前記スライディング相関出力を用いて、その出力レベルとコード位相とを含む電力プロファイルを作成し、
この電力プロファイルの出力レベルがピークを示すコード位相に基づいて複数Ｍ個の各受信信号処理フィンガーのレプリカコードの位相をそれぞれ決定し、
その決定されたレプリカコードの位相に基づいて前記複数Ｍ個の各受信信号処理フィンガーで前記衛星からのコードと相関処理して相関出力を得、
各受信信号処理フィンガーで得られた相関出力を、各受信信号処理フィンガーに設定されたコード位相に基づいて遅延合成し、
その遅延合成された出力に含まれる航法データを復調し、且つ測位演算を行うことを特徴とする。
【００２８】
請求項２の衛星航法信号受信方法は、請求項１記載の衛星航法信号受信方法において、前記電力プロファイルの出力レベルのピークを示すコード位相の内で最も遅延時間の短いコード位相を算出し当該所定衛星の距離データとして、測位演算を行うことを特徴とする。
【００２９】
請求項３の衛星航法信号受信装置は、複数Ｎの衛星から、各衛星毎に割り付けられたコードにより変調されている電波を受信して、当該電波に含まれている情報から、少なくとも受信点の位置を計測する衛星航法受信装置において、
前記電波を受信し、所定の中間周波数信号に変換して出力する高周波部、前記高周波部からの中間周波数信号が入力され、所定衛星からのコードの位相に、そのコードと同一のレプリカコードの位相が一致するように相関をとるためのコード相関処理手段、このコード相関手段の出力周波数に、ローカル搬送波の周波数及び位相が同期するように相関をとり、その相関結果を出力するための搬送波相関処理手段、を含む受信信号処理フィンガーを、１衛星受信用に複数Ｍ個設けた受信信号処理部と、
所定衛星に対する前記Ｍ個の受信信号処理フィンガーからの相関結果の出力を合成するタイミングを合わせて合成出力を得る合成手段と、
前記合成手段からの合成出力に基づいて、搬送波位相誤差を演算し、演算された位相誤差信号を前記搬送波相関処理手段に供給して前記位相誤差が少なくなるように前記ローカル搬送波の位相を制御する搬送波位相制御手段、前記合成手段からの合成出力に含まれる航法データを復調し、測位演算を行う測位演算手段とを含む演算制御部とを備え、
前記受信信号処理部の少なくとも１つの受信信号処理フィンガーは、さらに、前記レプリカコードの位相が所定コードチップ単位毎に順次スライディングされ、そのスライディングコード位相に応じて当該受信信号処理フィンガーのスライディング相関出力を出力するスライディング相関処理手段を有し、
前記演算制御部は、前記スライディング相関出力を用いて、その出力レベルとコード位相とを含む電力プロファイルを作成し、この電力プロファイルの出力レベルがピークを示すコード位相に基づいて前記複数Ｍ個の各受信信号処理フィンガーのレプリカコードの位相をそれぞれ決定し且つ前記合成手段における各受信信号処理フィンガーからの合成タイミングを調整することを特徴とする。
【００３０】
請求項４の衛星航法信号受信装置は、請求項３記載の衛星航法信号受信装置において、前記演算制御部は、前記電力プロファイルの出力レベルのピークを示すコード位相の内で最も遅延時間の短いコード位相を算出し当該特定衛星の距離データとして用いることを特徴とする。
【００３１】
請求項５の衛星航法信号受信装置は、請求項３、４記載の衛星航法信号受信装置において、前記コード相関処理手段は、所定衛星からのコードとこの衛星からのコードに位相を一致させるＰコードとの相関をとるコードＰ相関器と、所定衛星からのコードと前記Ｐコードよりも所定位相だけ進んだＥコードとの相関をとるコードＥ相関器と、所定衛星からのコードと前記Ｐコードよりも所定位相だけ遅れたＬコードとの相関をとるコードＬ相関器とを含み、
前記搬送波相関処理手段は、前記Ｐコード相関器の出力と前記ローカル搬送波の同相成分との相関をとる搬送波ＰＩ相関器と、前記Ｐコード相関器の出力と前記ローカル搬送波の９０°位相成分との相関をとる搬送波ＰＱ相関器とを含み、
前記合成手段は、前記各受信信号処理フィンガーの前記搬送波ＰＩ相関器の出力を合成するＰＩ合成器と、前記各受信信号処理フィンガーの前記搬送波ＰＱ相関器の出力を合成するＰＱ合成器と、前記各受信信号処理フィンガーの前記コードＥ相関器の出力を合成するＥ合成器と、前記各受信信号処理フィンガーの前記コードＬ相関器の出力を合成するＬ合成器とを含み、
前記搬送波位相制御手段における搬送波位相誤差は、前記ＰＩ合成器の出力と前記ＰＱ合成器の出力とに基づいて演算され、
前記コード相関処理手段におけるレプリカコードの位相は、前記Ｅ合成器の出力と前記Ｉ合成器の出力とに基づいて演算されることを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明では、マルチパス波の環境下において、マルチパス波を有効利用するために、マルチパス波を構成する複数のパス波（直接波も含まれ得る）を、各パス波を同一タイミングになるように時間調整を行って重ね合わせて受信（ＲＡＫＥ合成）し、信号レベルを増大させ実質的に受信感度を向上する。例えば同一レベルのマルチパス波を３波受信合成した場合、最大約５ｄＢの改善が可能となる。また、マルチパス波の内、信号レベルが最も強いパス波ではなく、到達時刻の最も早いパス波（即ち、遅延時間の最も短いパス波）信号を測位計算に用いて、位置精度を向上する。
【００３３】
以下、本発明の衛星航法信号受信方法及び衛星航法信号受信装置を、ＧＰＳに適用した場合の実施の形態を図を参照して説明する。図１は、本発明のＧＰＳ受信装置の構成を示す図であり、図２、図３は、電力プロファイル及びＲＡＫＥ合成を説明する図である。また、図４は、本発明の動作フローを説明する図である。
【００３４】
図１において、受信信号処理部２００Ａは、各チャネル用受信信号処理部２１０Ａ〜２Ｎ０Ａからなり、１つの衛星信号受信チャネルとして複数Ｍ個の受信信号処理フィンガーを設けている。なお、衛星信号受信チャネル数をＮとすると、全体での受信信号処理フィンガーはＭ×Ｎ個となる。この実施の形態ではＭ＝３の例で説明する。
【００３５】
第１チャネルＣＨ１の受信信号処理部２１０Ａは、第１〜第３受信信号処理フィンガー（ＣＨ１−Ｆ１〜ＣＨ１−Ｆ３）２１１〜２１３からなり、第１の受信信号処理フィンガー（ＣＨ１−Ｆ１）２１１の構成が図１に示されている。また、第２及び第３の受信信号処理フィンガー２１２、２１３の構成は、図１には示されていないが、図５の受信信号処理部２１０と同じ構成である。
【００３６】
第１の受信信号処理フィンガー２１１においては、第２及び第３の受信信号処理フィンガー２１２、２１３の構成と同じ構成（図５の受信信号処理部２１０の構成）を有するほか、次の構成を付加している。即ち、
【００３７】
マルチパス波の電力プロファイル作成等のために、受信信号処理フィンガー２１１にはさらに、コードＰ相関器３１、搬送波ＰＩ相関器３２、搬送波ＰＱ相関器３３、ＰＩＬＰＦ３４、ＰＱＬＰＦ３５、ＰＩレジスタ３６、ＰＱレジスタ３７、第２コード発生器３８、コード位相設定回路３９を設けている。
【００３８】
演算制御部３００Ａには、各受信信号処理フィンガー２１１〜２Ｎ３にて受信したマルチパス波の各パス波の信号を各チャネルＣＨ１〜ＣＨｎ分毎に合成するためのＲＡＫＥ合成回路４１〜４４を設けている。これらのＲＡＫＥ合成回路４１〜４４は、図１では、独立しているように表現されているが、演算制御部３００Ａの中に設けられている。なお、ＲＡＫＥ合成回路４１〜４４を、各受信信号処理フィンガー２１１〜２Ｎ３のいずれかに設けるようにしてもよい。
【００３９】
また、演算制御部３００Ａには、受信信号のスレッショルド判定を行うスレッショルド判定手段５１、マルチパス波の電力プロファイル作成のための電力プロファイル作成手段５２、マルチパス波の電力プロファイル中の最小遅延時間を検出する最小遅延時間検出手段５３、及び電力プロファイルを作成する際にコード位相を細かいチップ分（例、数十分の１チップ分）ずつずらせていく高分解能コードチップスライディング手段５４を設けている。
【００４０】
また、演算制御部３００Ａには、さらに搬送波位相誤差演算手段６１、航法データ復調手段６２、コード位相誤差φを零にするためのコード位相誤差演算手段６３、測位演算手段６４、搬送波位相誤差θを零にするための搬送波位相制御手段６５、コード位相制御手段６６も、それぞれ設けている。
【００４１】
さて、図１のＧＰＳ信号受信装置の動作を、図２及び図３の電力プロファイル及びＲＡＫＥ合成の作用を説明する図、及び図４の動作フローチャートをも参照して、説明する。
【００４２】
本ＧＰＳ信号受信装置の電源が投入されると、初期設定（ステップＳ１０１）が行われる。この初期設定では、例えば測位までの時間短縮などのために、現在時刻や現在の推定位置などを設定する。
【００４３】
次に、現在時刻及び推定現在位置からその時点での可視衛星を複数個選択する（ステップＳ１０２）。
【００４４】
次に、チャネルＣＨ１〜ＣＨｎの各受信信号処理部２１０Ａ〜２Ｎ０Ａに、個々の可視衛星を割り付ける（ステップＳ１０３）。そして、ノイズフロアを考慮してそれぞれ閾値ＴＨを設定する（ステップＳ１０４）。
【００４５】
次に、各チャネルＣＨ１〜ＣＨｎにおいて、受信信号処理フィンガー２１１にて搬送波周波数のサーチと高分解能コードチップスライディングサーチを行い（ステップＳ１０５）、マルチパス波の受信信号の電力プロファイルを作成する（ステップＳ１０６）。
【００４６】
電力プロファイルは、高分解能コードチップスライディング手段５４の動作と連携し作成される。
【００４７】
まず、レプリカコードのコード位相をある値（遅延時間に相当する）に設定する。
【００４８】
受信信号処理フィンガー２１１のコードＰ相関器３１において、Ａ／Ｄ変換された受信信号と、第２コード発生器３８で発生された受信信号と同一のレプリカコードとの相関が取られる。搬送波ＰＩ相関器３２と搬送波ＰＱ相関器３３において、搬送波ＮＣＯ２６で発生させた搬送波Ｉ信号及びこのＩ信号に対して９０°位相のずれた搬送波Ｑ信号とが各々入力され、コードＰ相関器３１の出力との相関が取られて、その相関値が検出される。その後、ＰＩＬＰＦ３４及びＰＱＬＰＦ３５にて高域周波数成分ノイズが低減され、相関値がＰＩレジスタ３６とＰＱレジスタ３７を経由し演算制御部３００Ａに入力される。演算制御部３００Ａでは、受信電力がスレッショルド判定手段５１により設定されたスレッショルドレベルＴＨを越えた場合、電力プロファイル作成手段５２により、その受信電力と同時にコード位相（遅延時間）も記憶される。
【００４９】
ここで、受信信号の電力は次式で表される。搬送波の位相誤差をθとすると、信号レベル＝ｃｏｓ２θ＋ｓｉｎ２θ＝（ｐｉ）２＋（ｐｑ）２＞ＴＨ
の場合に、受信電力と遅延時間が記録される。
【００５０】
次に、演算制御部３００Ａは、高分解能コードチップスラディング手段５４により、コード位相設定回路３９を用いて第２コード発生器３８のコード位相を数十分の１チップ移動させる。
【００５１】
前述の動作と同様に受信信号との相関値がスレツシヨルドＴＨを越えた場合、受信電力と遅延時間を電力プロファイルのためにメモリ内に記憶する。これをコード位相が一巡するまで繰り返し行って、演算制御部３００Ａは、電力プロファイルを作成する。
【００５２】
この電力プロファイルの例が、図２と図３にそれぞれ示されている。図２の例では、最も遅延時間の少ない第１パス波Ｓτ１、その次の第２パス波Ｓτ２、及び３つの中で最も遅い第３パス波Ｓτ３が、それらの間隔が２チップ以内に存在している。この場合、電力プロファイルである合成相関値Ｓτｔは連続した特性となって観測される。この合成相関値Ｓτｔの特性の各ピーク点或いは屈曲点が、第１パス波Ｓτ１、第２パス波Ｓτ２、及び第３パス波Ｓτ３のそれぞれのピーク値の存在点を示している。
【００５３】
また、図３の例では、最も遅延時間の少ない第１パス波Ｓτ１、その次の第２パス波Ｓτ２、及び３つの中で最も遅い第３パス波Ｓτ３が、それらの間隔が２チップ以上離れて存在しているから、電力プロファイルである合成相関値Ｓτｔは各パス波Ｓτ１、Ｓτ２、Ｓτ３として観測されている。
【００５４】
演算制御部３００Ａは、電力プロファイルと遅延時間をもとにスレツシヨルドＴＨを越えた信号電力の大きいものから順に各受信信号処理フィンガー２１１〜２１３の第１コード発生器２７に、第１パス波Ｓτ１、第２パス波Ｓτ２、及び第３パス波Ｓτ３に対応したコード位相を設定する（ステップＳ１０７）。
【００５５】
各受信信号処理フィンガー２１１〜２１３において、第１コード発生器２７は、設定されたコード位相でコードＰ、及びコードＰからコード位相が０．５チップ進んだコードＥ、及びコードＰからコード位相が０．５チップ遅れたコードＬを出力し、各々コードＰ相関器１１、コードＥ相関器１２、コードＬ相関器１３に入力する。
【００５６】
演算制御部３００Ａでは、ステップＳ１０８で、各受信信号処理フィンガー２１１〜２１３からの受信信号をＲＡＫＥ合成して受信し、且つその受信信号の追尾動作を、以下のように行う。
【００５７】
即ち、受信信号はコードＰ相関器１１においてコードＰ信号と相関が取られ、さらに搬送波ＮＣＯ２６で発生したＩ信号が搬送波ＰＩ相関器１４と、搬送波ＮＣＯ２６で発生したＩ信号に対して９０°位相のずれたＱ信号と搬送波ＰＱ相関器１５にて夫々相関が取られる。搬送波ＰＩ相関器１４の出力はＰＩＬＰＦ１８に、搬送波ＰＱ相関器１５の出力はＰＱＬＰＦ１９に、搬送波ＥＩ相関器１６の出力はＥＩＬＰＦ２０に、搬送波ＬＩ相関器１７の出力はＬＩＬＰＦ２１に入力され、各々のＬＰＦにてノイズ成分が低減された相関値が抽出される。
【００５８】
ＰＩＬＰＦ１８の出力は、一旦ＰＩレジスタ２２に蓄えられ、他の受信信号処理フィンガーからの異なったパスの出力とともにＲＡＫＥ合成回路４１に入力され、合成されて、演算制御部３００Ａに入力される。ＱＩＬＰＦ１９の出力は、一旦ＰＱレジスタ２３に蓄えられ、他の受信信号処理フィンガーからの異なったパスの出力とともにＲＡＫＥ合成回路４２に入力され、合成されて、演算制御部３００Ａに入力される。
【００５９】
この時、全受信信号処理フィンガー２１１〜２１３の中で、最も遅延時間の大きいパス波Ｓτ３を受信している受信信号処理フィンガー（例、２１３）からの信号にタイミングを重ね合わせるべくその他の受信信号処理フィンガー（例、２１１、２１２）のＰＩレジスタ２２、ＰＱレジスタ２３をそれぞれ所定に時間だけ遅延させる。この状態が図２、図３に示されており、第１パス波Ｓτ１、第２パス波Ｓτ２、及び第３パス波Ｓτ３が遅延されて合成されたＲＡＫＥ合成波Ｓｔは、第３パス波Ｓτ３と同じコード位相（遅延時間）でその相関値が加算されている。
【００６０】
ここで各受信信号処理フィンガーの相関値をｐｉ（ｊ）、ｐｑ（ｊ）  ｊ＝１，２…、トータルの信号相関値（ＲＡＫＥ合成波；受信電力）Ｓｔとすれば、
Ｓｔ＝Σ｛（ｐｉ（ｊ））２＋（ｐｑ（ｉ）２｝  と表せる。
【００６１】
今、受信信号処理フィンガーを３個で考えた場合で、各パス波の受信電力が同一であった場合、従来技術での信号相関値をＳｃ、雑音電力をＮｃ、本発明の方法による信号相関値をＳｔ，雑音電力をＮｔとするとＳ／Ｎの改善度は、以下の関係が成り立つから、４．８ｄＢとなる。
Ｓ／Ｎ改善度＝２０ｌｏｇ（Ｓｔ／Ｎｔ）−２０ｌｏｇ（Ｓｃ／Ｎｃ）
ここで、Ｓｔ＝３ＳＣ、Ｎｔ＝（３ＮＣ）１／２であるから
Ｓ／Ｎ改善度＝２０ｌｏｇ｛３Ｓｃ・Ｎｃ／（Ｓｃ・（３Ｎｃ）１／２）｝    ＝４．８ｄＢ
【００６２】
また、演算制御部３００Ａでは、ＲＡＫＥ合成されたＰＩ相関値ｐｉ、ＰＱ相関値ｐｑを基に、搬送波位相誤差演算手段６１で搬送波位相誤差θ（図７を参照）を次式から算出し、この搬送波位相誤差θを零にするべく搬送波位相制御手段６５により搬送波ＮＣＯ２６を制御し受信搬送波に追尾する。所謂コスタスループを構成している。即ち、位相誤差θは、
θ＝ａｒｃｔａｎ（ｐｑ／ｐｉ）あるいは簡易的に
＝ｐｑ・ＳＧＮ（ｐｉ）、である。なお、ＳＧＮ（ｐｉ）はｐｉの符号を表す。
【００６３】
また、衛星からの受信信号に含まれる、５０ｂｐｓの航法データは、ＰＩ相関値に含まれており、搬送波位相同期後はＲＡＫＥ合成回路４１で合成された信号相関値（ＲＡＫＥ合成波）Ｓｔに基づいて、航法データ復調手段６２により航法データが安定して復調される（ステップＳ１１０）。航法データＤは、ＢＰＳＫ（Ｂｉ‐Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ：二相変調）変調されているため、ＲＡＫＥ合成回路４１の信号相関値Ｓｔ、即ちＰＩ相関値ｐｉを用いて、復調が出来る。
【００６４】
一方、コードＥに基づく搬送波ＥＩ相関器１６からの相関値ＥＩ及びコードＬに基づく搬送波ＬＩ相関器１７からの相関値ＬＩは、コードＰに基づく搬送波ＰＩ相関器１４からの相関値ＰＩと同じように、夫々ＥＩレジスタ２４、ＬＩレジスタ２５から出力される。そして、他の各受信信号処理フィンガー（例、２１２、２１３）からの相関値とともにＲＡＫＥ合成回路４３、ＲＡＫＥ合成回路４４において、それぞれタイミングが合うように遅延してＲＡＫＥ合成され演算制御部３００Ａのコード位相誤差演算手段６３に入力される。
【００６５】
コード位相誤差演算手段６３では、ＲＡＫＥ合成回路４３及びＲＡＫＥ合成回路４４でそれぞれＲＡＫＥ合成された２つの相関値によって、受信信号と発生したレプリカコードの位相のずれを算出する。即ち、ＲＡＫＥ合成回路４３から得られるコードＥの相関値をｅｉとし、ＲＡＫＥ合成回路４４から得られるコードＬの相関値をｌｉとすると、コード位相誤差φは次式で表わされる（図６も参照）。
φ＝ｅｉ−ｌｉ
【００６６】
コード位相制御手段６６は、コード位相誤差演算手段６３で算出されたコード位相誤差φを零にするべくコードＮＣＯ２８を制御し、コード位相追尾を行う。所謂従来技術である遅延ロックループを構成する。
【００６７】
そして、測位演算手段６４では、航法データ復調手段６２からの復調データ、最小遅延時間検出手段５３からの最小遅延時間信号を受けて、各受信信号処理フィンガーで受信した信号の中で最も遅延時間の小さいパス波のチップ位相を用いて距離計算し、測位計算を行う（ステップＳ１１１、Ｓ１１２）。
【００６８】
これにより従来の測位に対して測位誤差を改善出来る。即ち、図２及び図３を参照すると、従来技術ではマルチパス信号の内の最も強い信号を示す第２パス波Ｓτ２によって測位計算していたのに対して、本発明ではマルチパス信号の内の最も遅延時間の少ない信号を示す第１パス波Ｓτ１によって測位計算するから、測位誤差が大きく改善される。例えば、図２の例では、誤差改善ΔＲは、３９０ｍ（＝１．３チップ×３００ｍ）になる。
【００６９】
以上のようなＲＡＫＥ受信／信号追尾動作（ステップＳ１０８）、航法データ復調（ステップＳ１１０）、最短遅延時間による距離計算（ステップＳ１１１）、測位計算（ステップＳ１１２）が繰り返して行われる。そして、受信信号への追尾状態、即ち当該衛星信号が捕捉可能かどうかをステップＳ１０９で常時モニタしており、これらステップＳ１０８、Ｓ１１０〜Ｓ１１２の処理中に捕捉ができなくなると、ステップＳ１０５に戻る。
【００７０】
そして、受信信号処理フィンガー２１１にて周波数サーチ／高分解能コードチップスライディングサーチ（ステップＳ１０５）、電力プロファイル作成（ステップＳ１０６）、各受信信号処理フィンガーへの遅延時間割付（ステップＳ１０７）を再び行う。その後、ステップＳ１０８〜ステップＳ１１２の処理を再び繰り返す。
【００７１】
受信信号処理フィンガー２１１に、マルチパス波の電力プロファイル作成等のために、コードＰ相関器３１、搬送波ＰＩ相関器３２、搬送波ＰＱ相関器３３、ＰＩＬＰＦ３４、ＰＱＬＰＦ３５、ＰＩレジスタ３６、ＰＱレジスタ３７、第２コード発生器３８、コード位相設定回路３９を設けている。このようなコードＰ相関器３１〜コード位相設定回路３９を設けた受信信号処理フィンガーは、各チャネルＣＨ１〜ＣＨｎ毎にそれぞれ設けても良いし、或いは、このような受信信号処理フィンガーのコードＰ相関器３１〜コード位相設定回路３９を複数のチャネル用に共用するようにしても良い。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、マルチパス波のみの環境下において、マルチパス波の各パス波を同一タイミングになるように時間調整を行って重ね合わせて合成受信（ＲＡＫＥ合成）するから、受信信号レベルが上昇し実質的に受信感度が上がる。したがって、受信信号レベルが低いマルチパス環境下においても、安定して衛星信号を追尾することができる。
【００７３】
また、マルチパス波に含まれる各パス波の内、最も遅延時間の短いパス波を測位基準として用いるから、測位などの測定精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＧＰＳ受信装置の構成を示す図。
【図２】電力プロファイル及びＲＡＫＥ合成を説明する図。
【図３】電力プロファイル及びＲＡＫＥ合成を説明する他の図。
【図４】本発明の動作フローを説明する図。
【図５】従来のＧＰＳ受信装置の構成を示す図。
【図６】コード追尾動作を説明するための図。
【図７】信号捕捉及び追尾状態を説明するための図。
【符号の説明】
１００  高周波部
２００、２００Ａ、２１０〜２Ｎ０、２１０Ａ〜２Ｎ０Ａ  受信信号処理部
２１１〜２Ｎ３  受信信号処理フィンガー
３００、３００Ａ  演算制御部
１１  コードＰ相関器
１２  コードＥ相関器
１３  コードＬ相関器
１４  搬送波ＰＩ相関器
１５  搬送波ＰＱ相関器
１６  搬送波ＥＩ相関器
１７  搬送波ＬＩ相関器
１８  ＰＩＬＰＦ
１９  ＰＱＬＰＦ
２０  ＥＩＬＰＦ
２１  ＬＩＬＰＦ
２２  ＰＩレジスタ
２３  ＰＱレジスタ
２４  ＥＩレジスタ
２５  ＬＩレジスタ
２６  搬送波ＮＣＯ
２７  第１コード発生器
２８  コードＮＣＯ
３１  コードＰ相関器
３２  搬送波ＰＩ相関器
３３  搬送波ＰＱ相関器
３４  ＰＩＬＰＦ
３５  ＰＱＬＰＦ
３６  ＰＩレジスタ
３７  ＰＱレジスタ
３８  第２コード発生器
３９  コード位相設定回路
４１〜４４  ＲＡＫＥ合成回路
５１  スレッショルド判定手段
５２  電力プロファイル作成手段
５３  最小遅延時間検出手段
５４  高分解能コードチップスライディング手段
６１  搬送波位相誤差演算手段
６２  航法データ復調手段
６３  コード位相誤差演算手段
６４  測位演算手段
６５  搬送波位相制御手段
６６  コード位相制御手段
【図１】
2004271190.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004271190.tif 000006
【図５】
2004271190.tif 000007
【図６】
2004271190.tif 000008
【図７】
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