(57)【要約】【課題】被検出信号の信号レベルが比較的低い場合にもビット反転のタイミングを正確に検出できるようにした反転タイミング検出装置およびそれを備えた測位用信号受信装置を構成する。【解決手段】１ビット長が既定である２値符号化信号のレベルを所定のサンプリング周期でサンプリングして積算を行うが、その積算開始タイミングを異ならせて、１ビット長分の積算値が最大となる積算開始タイミングを２値符号化信号のビット反転タイミングとして検出する。【選択図】　図４
2004012379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１ビット長が既定の２値符号化信号である被検出信号のビット反転タイミングを検出する装置において、
積算開始タイミングを異ならせ、且つそれらの積算開始タイミングから前記１ビット長分の時間に亘って、被検出信号の信号強度の積算値を求める積算手段と、前記積算値が最大となるタイミングを前記被検出信号の反転タイミングとして検出する積算値最大タイミング検出手段とを備えた反転タイミング検出装置。
【請求項２】
前記積算値最大検出手段が検出した積算値の最大となるタイミングの前後の前記１ビット長または該１ビット長より短い所定時間での積算値の符号が一致するか否かを検出する手段を備えた請求項１に記載の反転タイミング検出装置。
【請求項３】
前記被検出信号は、キャリア信号が所定符号および所定データ列により位相反転変調された信号であり、前記信号強度は、前記キャリア信号の所定位相を基準とするＩ成分とＱ成分から求めたパワーである請求項１または２に記載の反転タイミング検出装置。
【請求項４】
請求項１、２または３の反転タイミング検出装置における積算手段と積算値最大タイミング検出手段とを備えるとともに、キャリア信号が擬似雑音符号および航法メッセージで変調されてなる測位用信号を入力し、前記航法メッセージを前記擬似雑音符号により復調して前記被検出信号を求める復調手段を備えたことを特徴とする測位用信号受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、２値符号化信号のビットが反転するタイミングを検出する反転タイミング検出装置およびそれを備えた測位用信号受信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種測定装置、各種通信装置、その他の２値符号化信号を扱う装置において、２値符号化信号のビット反転タイミングを正確に検出することが要求される。特に、ＧＰＳ受信機等において、航法メッセージのビット反転タイミングは、Ｃ／Ａコード等の擬似雑音コードの位相情報でもあるので、衛星から受信点までの擬似距離の測距精度を高め、高い測位精度を得る上で重要である。
【０００３】
従来、このようなビット反転タイミングの検出は、２値化信号の極性が正から負または負から正に変化するタイミングを検出することにより行われていた。例えば、サンプリングしたデータ列の隣接する２点のデータに基づいて、その値の変化によって反転タイミングを検出していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、２値化信号の極性変化の検出は、結局信号レベルの変化を検出することによって行うので、信号レベルの高い信号に対しては適用可能であるが、信号レベルが低くなると、極性反転のタイミングが正確に検出できず、誤検出することになる。
【０００５】
この発明の目的は、比較的信号レベルの低い場合にもビット反転のタイミングを正確に検出できるようにした反転タイミング検出装置およびそれを備えた測位用信号受信装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明のビット反転タイミング検出装置は、１ビット長が既定である２値符号化信号のビット反転タイミングを検出する装置であり、被検出信号の信号強度の積算値を、積算開始タイミングを異ならせ且つ積算開始タイミングから１ビット長分の時間に亘って積算し、積算開始タイミングを異ならせることにより変化する積算値が最大となる積算開始タイミングをビット反転タイミングとして検出することを特徴としている。
【０００７】
このように、例えばサンプリングしたデータ列の２点のデータのみに基づいて反転タイミングを検出するのではないので、換言すると信号の極性が反転する瞬間を検出するのではないので、信号レベルが低くてもノイズの影響を受けにくくなり、信号レベルの低い場合にも反転タイミングを正確に検出できるようになる。すなわち１ビット長に亘る積算値を基に反転タイミングを検出するので、単発的なノイズの影響を受けず、ノイズ成分が打ち消され、または平均化され、且つ実効的な信号強度が高まるので、信号レベルが低い場合にも反転タイミングを正確に検出できるようになる。
【０００８】
また、この発明の反転タイミング検出装置は、上述の方法により検出した積算値の最大となるタイミングの前後の１ビット長または該１ビット長より短い所定時間での積算値での符号が一致するか否かを検出する手段を備えたことを特徴としている。
ビットの反転がなくても上記積算値が最大となるタイミングが見かけ上生じるが、この構成により、実際にビット反転があったか否かの判定ができ、反転タイミングの誤検出が防止できる。
【０００９】
また、この発明の反転タイミング検出装置は、前記被検出信号を、キャリア信号が所定符号および所定データ列により位相反転変調された信号とし、前記信号強度を、キャリア信号の所定位相を基準とするＩ成分とＱ成分から求めたパワーとしたことを特徴としている。
これにより、被検出信号にキャリア信号の成分が含まれていてもデータ列のビット反転タイミングを正確に検出できる。
【００１０】
この発明の測位用信号受信装置は、前記反転タイミング検出装置における積算手段と積算値最大タイミング検出手段とを備えるとともに、キャリア信号が擬似雑音符号および航法メッセージで変調されてなる測位用信号を入力し、前記航法メッセージを前記擬似雑音符号により復調して前記被検出信号を求める復調手段を備えたことを特徴としている。
これにより、航法メッセージのビット反転タイミングの検出精度が高まり、高い測位精度で測位が行える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態に係るＧＰＳ受信機について、各図を参照して説明する。
図１はＧＰＳ受信機の主要部の構成を示すブロック図である。ここで９はＣ／Ａコードのコード発生器、８はコード発生器９に対して所定周波数の周期信号を与える数値制御発振器である。１は乗算器であり、入力されるアンテナからの中間周波信号ＩＦに対してコード発生器９の発生したＣ／Ａコードを乗算する。１０は、推定しているキャリア周波数のＩ信号（キャリア正位相信号）とＱ信号（キャリア９０°位相信号）を発生する数値制御発振器である。２，３は乗算器１からの出力信号に対してキャリアＮＣＯ１０のＩ信号およびＱ信号をそれぞれ乗算する乗算器である。積算器４，５は乗算器２，３の出力信号を一定周期で積算し、その結果をレジスタ６，７へ書き込む。
【００１２】
ＣＰＵ１１はＲＯＭ１２に予め書き込まれているプログラムを実行する。ＲＡＭ１３はそのプログラムの実行に際してワーキングエリアとして用いる。ＣＰＵ１１はＩ／Ｏポート１５を介して、コードＮＣＯ８およびキャリアＮＣＯ１０に対して制御データを与える。またレジスタ６，７のデータを所定のタイミングで読み取る。インターフェイス１４は、図外の装置との間でデータ伝送制御を行う。
【００１３】
図２は受信波のＣ／Ａコードと受信機内のＣ／Ａコードおよび復調された航法メッセージの例を示している。受信波のＣ／Ａコードは航法メッセージで変調されているので、受信波のＣ／Ａコードに対して、受信機内で発生したＣ／Ａコードすなわち図１に示したコード発生器９の発生コード、を掛け合わせることによって、２値符号化信号として航法メッセージを検出することができる。
【００１４】
ＧＰＳの場合、航法メッセージの１ビットは２０［ｍｓ］持続する。また、航法メッセージの立ち上がりまたは立ち下がりのタイミングが受信波のＣ／Ａコードの位相を表すため、このＣ／Ａコード位相によって、ＧＰＳ衛星から受信点までの擬似距離を求める。
【００１５】
図２に示した「復調された航法メッセージ」は、図１におけるレジスタ６，７に所定周期で求められるＩ成分の相関値の二乗とＱ成分の相関値の二乗との和から求められる。
図３および図４は、上記航法メッセージのビット反転タイミングを検出するためのフローチャートおよびタイミングを示す図である。
ここでは、１ビットのビット長が２０［ｍｓ］である航法メッセージのビット反転タイミングを検出する場合について示す。まず、パワーの最大値を求めるための変数Ｐｍａｘに初期値０を代入する（ｎ１）。また、積算開始タイミングを初期化する（ｎ２）。その後、１［ｍｓ］毎に、レジスタ６に求められるＩ成分の相関値とレジスタ７に求められるＱ成分の相関値とを、４０［ｍｓ］にわたってサンプリングし、蓄積し、Ｉ成分の相関値の積算値Ｉｓｕｍと、Ｑ成分の相関値の積算値Ｑｓｕｍを求める。（ｎ２→ｎ３）。
【００１６】
図４において、ハッチング区間は、４０［ｍｓ］分の相関値のうち正の積算を行う区間を示している。残りの区間は負の積算を行う区間を示している。図４の（Ａ）に示した例では、先頭から２０［ｍｓ］分について正の積算を行い、残る２０［ｍｓ］分について負の積算を行うことによってＩｓｕｍ，Ｑｓｕｍを求める。
【００１７】
その後、Ｉｓｕｍの二乗とＱｓｕｍの二乗との和をパワーＰとして求める（ｎ４）。このパワーＰがそれまでに求めているパワーの最大値Ｐｍａｘより大きければ、今回求めたパワーＰをＰｍａｘとして更新し、また今回の開始タイミングを記憶する（ｎ５→ｎ６→ｎ７）。
その後、積算開始タイミングを変更し、以降同様の処理を繰り返す（ｎ７→ｎ８→ｎ３→・・・）。
【００１８】
このように、図４の（ｂ）・・・（ｃ）・・・（ｄ），（ｅ）のように、正の積算を行う区間と、負の積算を行う区間とを順次シフトして行き、パワーＰが最大となる開始タイミングをビット反転タイミングとして検出する。
【００１９】
図５は、航法メッセージのビット反転タイミングと、それに対して２０［ｍｓ］の積算区間を変化させたときのパワーＰの変化の例を示している。このように航法メッセージのビット反転タイミングから次の反転タイミングまでの２０［ｍｓ］を正の積算または負の積算をした時にパワーＰは最大となる。また、ビット反転タイミングから次のビット反転タイミングまでの丁度中間点から前後の２０［ｍｓ］分について積算した場合にパワーＰは最低となる。
【００２０】
次に、ビット反転の有無を判定するための処理について、図６および図７を基に説明する。図６は処理手順のフローチャート、図７は積算範囲の例を示している。
ここで、ｋは、４０［ｍｓ］分の相関値の内、ビット反転タイミングとして検出した積算開始タイミングの位置を表している。ｋが１０以上である時、サンプル点が０番目からｋ−１番目までの積算値と、サンプル点がｋ番目からｋ＋１９番目までの積算値との積を求める（ｎ１１→ｎ１２）。また、ｋが１０未満である時、サンプル点がｋ番目からｋ＋１９番目までの積算値と、サンプル点がｋ＋２０番目から３９番目までの積算値との積を求める（ｎ１４）。そして、積算値の積が負であれば、ビット反転があったものと見なす（ｎ１３）。上記積が正であればビット反転が無かったものと見なす（ｎ１５）。
【００２１】
図６および図７に示した例では、Ｉ信号について積算値を求めたが、Ｑ信号について同様に行ってもよい。
【００２２】
なお、以上に示した実施形態では、１ビット長の２倍の時間である４０［ｍｓ］のうち、所定の積算開始タイミングから２０［ｍｓ］分について正の積算を行い、残る２０［ｍｓ］について負の積算を行うことによって、４０［ｍｓ］全体の積算値Ｉｓｕｍ，Ｑｓｕｍを求めたが、片方の２０［ｍｓ］分だけに基づいて処理を行ってもよい。すなわち、２０［ｍｓ］分についてのみ積算し、それをＩｓｕｍ，Ｑｓｕｍとして求め、さらにパワーを求めて、パワーが最大となる開始タイミングを検出するようにしてもよい。但し、４０［ｍｓ］分全体の積算値を使う方がノイズ成分の影響を受けにくくなるので、より信号レベルの低い場合にも適用できる。
【００２３】
また、以上に示した実施形態ではＧＰＳ受信機に適用したが、この発明は、１ビット長が既定である２値符号化信号のビット反転タイミングを検出する装置に一般に適用できる。
【００２４】
また、上述の実施形態では、推定しているキャリア周波数が実際のキャリア周波数からずれていて、キャリア成分が完全に除去できない場合でも対応できるように、Ｉ成分とＱ成分を求め、その二乗和によってパワーを求めたが、キャリア成分が完全に除去されたベースバンドの矩形波信号のビット反転タイミングを検出する場合には、Ｑ成分については求める必要はない。したがって積算値のパワーを求めずに、Ｉ成分の積算値（Ｉｓｕｍ）が最大になるタイミングをビット反転タイミングとして求めるようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
この発明によれば、１ビット長が既定である２値符号化信号（被検出信号）の信号強度の積算値を、積算開始タイミングを異ならせ且つ積算開始タイミングから１ビット長分の時間に亘って積算し、積算開始タイミングを異ならせることにより変化する積算値が最大となる積算開始タイミングを検出するようにしたので、信号レベルが低くてもノイズの影響を受けにくくなり、信号レベルの低い場合にも反転タイミングを正確に検出できるようになる。
【００２６】
また、この発明によれば、上述の方法により検出した積算値の最大となるタイミングの前後の１ビット長または該１ビット長より短い所定時間での積算値での符号が一致するか否かを検出するようにしたことにより、実際にビット反転があったか否かの判定ができ、反転タイミングの誤検出が防止できる。
【００２７】
また、この発明によれば、キャリア信号が所定符号および所定データ列により位相反転変調された信号を被検出信号とし、被検出信号のキャリア周波数の所定位相を基準とするＩ成分とＱ成分から求めたパワーを信号強度として求めるようにしたので、被検出信号にキャリア信号の成分が含まれていてもデータ列のビット反転タイミングを正確に検出できる。
【００２８】
また、この発明によれば、前記積算手段と積算値最大タイミング検出手段とを備えるとともに、キャリア信号が擬似雑音符号および航法メッセージで変調されてなる測位用信号を入力し、航法メッセージを擬似雑音符号により復調して被検出信号を求める復調手段を備えたことにより、航法メッセージのビット反転タイミングの検出精度が高まり、高い測位精度で測位が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧＰＳ受信機の主要部の構成を示すブロック図
【図２】Ｃ／Ａコードと航法メッセージとの関係を示す図
【図３】航法メッセージのビット反転タイミングを検出する手順を示すフローチャート
【図４】積算開始タイミングの移動の例を示す図
【図５】積算開始タイミングとパワーとの関係を示す図
【図６】ビット反転の有無を判定する処理内容を示すフローチャート
【図７】同処理で用いる積算範囲の例を示す図
【符号の発明】
１〜３−乗算器
【図１】
2004012379.tif 000003
【図２】
2004012379.tif 000004
【図３】
2004012379.tif 000005
【図４】
2004012379.tif 000006
【図５】
2004012379.tif 000007
【図６】
2004012379.tif 000008
【図７】
2004012379.tif 000009