(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共に一連の数値データ値を含む第１及び第２ディジタル信号を相関させる方法において、
(a) 前記第１ディジタル信号と前記第２ディジタル信号との、対応する数値データ値どうしの積を順次計算して、その累積和を作成するステップと；
(b) 前記累積和が上限しきい値レベルと下限しきい値レベルの間から偏っていれば、前記累積和を所定量だけ増加または減少させて、前記累積和を前記しきい値レベル間に戻すステップと；
(c) 相関パラメータを、前記累積和の、前記上限しきい値と前記下限しきい値の間からの偏りの発生回数の関数として作成するステップと
を具えていることを特徴とする相関方法。
【請求項２】
前記累積和が前記上限しきい値の上に偏っているか、あるいは前記下限しきい値の下に偏っているかに応じて、前記相関パラメータが増加または減少のいずれかをすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記相関パラメータをカウンタとして、前記累積和が前記上限しきい値の上に偏っている際には該カウンタが１だけ増加し、前記累積和が前記下限しきい値の下に偏っている際には該カウンタが１だけ減少するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記累積和をレジスタに記憶して、該レジスタのオーバフローまたはアンダーフローのいずれをも許容することによって、前記ステップ(b)を実行するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１信号が、第３ディジタル信号のビット縮小表現であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１信号が、アナログ信号の低ビット表現であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の方法を実行するための命令を具えていることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項８】
請求項７に記載のコンピュータプログラムを記憶していることを特徴とするコンピュータで読み取り可能な記憶媒体。
【請求項９】
請求項８に記載のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体を具えていることを特徴とする電子装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の方法を実行するための処理手段を有することを特徴とする装置。
【請求項１１】
目標擬似乱数雑音符号を含む主信号を受信する受信手段と、前記目標符号に対応する前及び後の複製符号信号を発生して、前記主信号を前記前及び後の複製符号信号と相関させて、それぞれ前及び後の相関値を戻し、前記目標符号を取得したか否かを特定する符号位相識別子を計算する処理手段とを具えたＧＰＳ受信機において、
前記主信号と前記前及び後の複製符号信号との相関を、
(a) 前記主信号と前記前及び後信号との、対応する数値データ値どうしの積を順次計算して、その累積和を作成するステップと；
(b) 前記累積和が上限しきい値レベルと下限しきい値レベルの間から偏っていれば、前記累積和を所定量だけ増加または減少させて、前記累積和を前記しきい値レベル間に戻すステップと；
(c) 前及び後の相関値を、前記累積和の、前記上限しきい値と前記下限しきい値の間からの偏りの発生回数の関数として作成するステップと
によって行うことを特徴とするＧＰＳ受信機。
【請求項１２】
前記主信号の同相(I)及び直角位相(Q)成分を作成して、該同相及び直角位相成分の各々を前記前(E)及び後(L)の複製符号信号と相関させて、それぞれ相関値ＩE、ＩL、ＱE、及びＱLを作成して、前記符号位相識別子をＩE、ＩL、ＱE及びＱLの関数として計算することを特徴とする請求項１１に記載のＧＰＳ受信機。
【請求項１３】
前記累積和が前記上限しきい値の上に偏っているか、あるいは前記下限しきい値の下に偏っているかに応じて、前記前及び後の相関値が増加または減少のいずれかをすることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のＧＰＳ受信機。
【請求項１４】
前記前及び後の相関値をカウンタとして、前記累積和が前記上限しきい値の上に偏っている際には該カウンタが１だけ増加し、前記累積和が前記下限しきい値の下に偏っている際には該カウンタが１だけ減少するようにしたことを特徴とする請求項１３に記載のＧＰＳ受信機。
【請求項１５】
前記累積和をレジスタに記憶して、該レジスタのオーバフローまたはアンダーフローのいずれも許容することによって、前記ステップ(b)を実行するようにしたことを特徴とする請求項１１〜請求項１４のいずれかに記載のＧＰＳ受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、ディジタル相関の方法、及びディジタル相関用のコンピュータプログラム、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体、及び装置に関するものである。
【０００２】
（従来技術）
２つのディジタル信号を相関させる必要は、多くの応用で生じる。例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ）を含めたＣＤＭＡ型の受信機では、擬似乱数雑音符号（ＰＲＮ）と内部的に発生した複製ＰＲＮ符号との間の符号位相誤差を測定して、その後にＣＤＭＡ信号を取得して追跡するために、これら２つの符号を相関させる必要がある。
【０００３】
こうした信号は１ビット、1.5ビット、２ビット、あるいはそれ以上のビット形式で表現することができる。しかし、より多くのビットを使用するにつれて回路がより複雑になり、ソフトウエアで実現する場合には、信号を処理するために、より大きなマイクロプロセッサのパワーが必要になる。既知のディジタル相関方法は、とりわけ米国特許第4507748号、第4593378号、第5239496号、及び第5305245号に開示されている。
【０００４】
本発明の目的は、ディジタル相関の有効な代替方法を提供することにある。
【０００５】
（発明の開示）
本発明は、第１信号と第２ディジタル信号が共に一連の数値データ値を含む際に、これらの信号を相関させる方法、及びこの方法を実行するための処理手段を有する装置を提供するものであり、この方法は、
(a) 前記第１ディジタル信号と前記第２ディジタル信号との、対応する数値データ値どうしの積を順次計算して、その累積和を作成するステップと；
(b) 前記累積和が上限しきい値レベルと下限しきい値レベルの間から偏っていれば、前記累積和を所定量だけ増加または減少させて、前記累積和を前記しきい値レベル間に戻すステップと；
(c) 相関パラメータを、前記累積和の、前記上限しきい値と前記下限しきい値の間からの偏りの発生回数の関数として作成するステップと
を具えている。
こうした方法は、ディジタル相関の有効な代替方法を提供するものである。
【０００６】
好適例では、前記累積和が前記上限しきい値レベルの上に偏っているか、あるいは前記下限しきい値レベルの下に偏っているかに応じて、前記相関パラメータが増加または減少のいずれかをする。
【０００７】
こうした方法では、前記累積和が前記上限しきい値レベルの上に偏っている際に１だけ増加し、前記累積和が前記下限しきい値レベルの下に偏っている際に１だけ減少するカウンタとして、前記相関パラメータを好都合に作成することができる。
【０００８】
前記累積和をレジスタに記憶する場合には、このレジスタのアンダーフローまたはオーバフローのいずれをも許容することによって、前記ステップ(b)を実行することができる。これは簡略化した処理アーキテクチャを用いて行うことができる。
【０００９】
前記第１信号を、第３信号のより低ビットの表現とするか、あるいはまた、アナログ信号の低ビット表現として、処理をさらに簡略化することができる。
【００１０】
また本発明によれば、目標擬似乱数雑音符号を含む主信号を受信する受信手段と、前記目標符号に対応する前及び後の複製符号信号を発生して、前記主信号と、これらの前及び後の複製符号信号とを相関させて、前及び後の相関値をそれぞれ戻して、前記目標符号を取得したか否かを特定する符号位相識別子を計算するための処理手段とを具えたＧＰＳ受信機において、前記主信号と前記前及び後の複製符号信号との間の相関を、次のステップ：
(a) 前記主信号と前記前及び後信号との、対応する数値データ値どうしの積を順次計算して、その累積和を作成するステップと；
(b) 前記累積和が上限しきい値レベルと下限しきい値レベルの間から偏っていれば、前記累積和を所定量だけ増加または減少させて、前記累積和を前記しきい値レベル間に戻すステップと；
(c) 前及び後の相関値を、前記累積和の、前記上限及び下限しきい値の間からの偏りの発生回数の関数として作成するステップと
で実行するＧＰＳ受信機を提供することもできる。
【００１１】
主信号を、目標符号によって変調した搬送波信号として受信する場合には、この方法はさらに、主信号の同相成分（Ｉ）及び直角位相成分（Ｑ）を作成するステップを具えることができ、ここで、これらのＩ及びＱ成分の各々を、前記前（Ｅ）及び後（Ｌ）の複製符号信号と相関させて、それぞれＩE、ＩL、ＱE、及びＱLの各相関値を作成し、そして符号位相識別子を、ＩE、ＩL、ＱE、及びＱLの関数として計算する。
【００１２】
これにより、搬送波の位相同期が正確でない環境において、拡張符号位相相関を作成することができる。
【００１３】
理想的には、前記累積和が前記上限しきい値レベルの上に偏っているか、あるいは前記下限しきい値レベルの下に偏っているに応じて、前記前（Ｅ）及び後（Ｌ）相関値が増加または減少のいずれかをする。こうした状況では、前記前（Ｅ）及び後（Ｌ）相関値をカウンタにすることができ、前記累積和が前記上限しきい値レベルの上に偏っている際にはこのカウンタが１だけ増加し、前記累積和が前記下限しきい値レベルの下に偏っている際にはこのカウンタが１だけ減少する。
【００１４】
前記累積和をレジスタに記憶させる場合には、このレジスタのアンダーフローまたはオーバフローのいずれも許容することによって、前記ステップ(b)を実行することができる。
【００１５】
（発明を実施するための最良の形態）
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１Ａ〜図１Ｅには、２つの信号についての相関の方法を示し、両信号とも20×2.5ビットのデータ単位から構成される一連の数値データで表現される。図１Ａの曲線１０で表わす、サンプリングしたサイン波に相当する第１基準信号が供給されている。この信号を、図１Ｂの曲線１１で表わす第２信号と相関させる。両信号のそれぞれが、２及び−２の最大値及び最小値を有する。
【００１６】
この方法によれば、第１及び第２ディジタル信号の対応するデータ値どうしを乗算して、その結果は図１Ｃに示すようになる。上述のものと同じビット表現を有する第１及び第２信号についての理論的な最大値及び最小値はそれぞれ４及び−４であるが、図１Ａ及び図１Ｂの第１及び第２信号については、最大値及び最小値がそれぞれ４及び−２であり、ある程度の相関が見られる。
【００１７】
図１Ｄの曲線１３で表わす、これらの積の修正した累積和を作成し、ここでは累積和が４を超えるかあるいは−４未満である場合には、この累積和をそれぞれ４だけ減少するか、あるいは４だけ増加する。
【００１８】
図１Ｅに示す論理型の戻り値を作成し、ここで前記累積和を４だけ減少している場合には１を戻し、前記累積和を４だけ増加している場合には−１を戻し、前記累積和を修正していない場合はゼロを戻す。そして相関パラメータを、前記論理型の戻り値の総和として作成し、この論理型の戻り値は、図１Ａ及び図１Ｂに示す信号を用いれば７に等しくなる。
【００１９】
信号毎及び計算段階毎の個々の値を以下の表１に示す。ここで(＊)は、前記累積和を修正して、この総和を、それぞれ４及び−４の上限及び下限しきい値の間に戻していることを表わす。
【表１】
0004771637.tif 000002
【００２０】
こうして上述した例では、サイン波の2.5ビット表現、及び前記積の最大と最小がそれぞれ４と−４であり、かつ前記累積和の上限と下限しきい値がそれぞれ４と−４である信号表現については、論理出力の総計が７になる。これは、真の総計7.5に相当し、即ち未修正の全累積和(30)を前記しきい値(4)で割った値に等しい。
【００２１】
図２に、上述した方法を実現可能なコンピュータシステム２１を図式的に示す。このコンピュータシステムは、中央処理装置（ＣＰＵ）２３を有するプロセッサ２２と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２４とを具えている。このコンピュータシステムはさらに、ディスプレイ２５、キーボード２６、マウス２７、及びフロッピー（Ｒ）ディスク駆動装置２８を具え、これらのすべてが既知の方法でプロセッサに結合されている。フロッピー（Ｒ）ディスク駆動装置２９には、本発明による方法を実行する命令から構成されるコンピュータプログラムを記憶したフロッピー（Ｒ）ディスク２９を用意する。あるいはまた、電子装置におけるＲＯＭのように、コンピュータで読み取り可能な他種の記憶媒体及び対応するハードウエアを用いることもできる。
【００２２】
こうしたコンピュータシステム２１での本発明による方法の実現は、適切なコンピュータプログラミング及び構成、あるいは両者の組合わせによって、ハードウエア、ソフトウエアで直ちに達成することができる。もちろん、こうしたプログラミング及び構成は周知であり、通常の当業者が過度の負担なしに達成することができる。
【００２３】
前述したようにＧＰＳ受信機では、２つのディジタル信号を相関させる必要が生じ、ここでは、これら２つの信号間の符号位相誤差を特定してその後にＧＰＳ信号を取得して追跡するために、擬似乱数雑音符号（ＰＲＮ）を含む入力ＧＰＳ信号を内部的に発生した複製ＰＲＮ符号と相関させる。これを実現するためのＧＰＳ、方法及び装置のもとになる一般原理は既知である。例えば、編集者Kaplan、"GPS Principles and Applications"、ISBN 0-89006-793-7、Artech House発行があり、以下これを"Kaplan"と称する。
【００２４】
周知のように、各NAVSTAR GPS衛星が２つの周波数の搬送波を送信し、これらは１次周波数1575.42MHzのＬ１、及び２次周波数1227.60MHzのＬ２である。これらの周波数の搬送波を、衛星毎に一意のＰＲＮ列を有するスペクトラム拡散符号によって変調し、またナビゲーションデータメッセージによっても変調する。Ｌ１信号はコース／取得（Ｃ／Ａ）符号及び精密（Ｐ[Ｙ]）符号の両者によって変調するが、Ｌ２信号はＰ[Ｙ]符号のみによって変調する。Ｐ[Ｙ]符号は主に軍事ユーザ用及び特に必要な諸官庁のユーザ用の精密測位サービス（ＰＰＳ）に関係するが、Ｃ／Ａは現在無制約でアクセスされている標準測位サービス（ＳＰＳ）に関係する。
【００２５】
図３に、本発明による方法を用いたＧＰＳ受信機を図式的に示す。アンテナ３０によってＳＰＳ、ＧＰＳ信号を受信して、これらをプリプロセッサ（前処理器）３１によって前処理し、これは通常、帯域外のＲＦ干渉を最小化するための受動型帯域通過フィルタリング、前段増幅、中間周波数（ＩＦ）へのダウンコンバーティング、及びアナログ−ディジタル変換を行う。結果的なディジタル化したＩＦ信号は変調されたままであり、利用可能な衛星からのすべての情報をまだ含んでおり、この信号を１２の並列受信チャネル３２（図４にはこうしたチャネルの１つを示す）に供給する。それぞれのディジタル受信チャネルでは、ナビゲーション情報の取得目的用の受信プロセッサ３３と協働して、衛星信号を取得して追跡する。取得及び追跡用のこうした方法は周知であり、例えばKaplanの第４章（GPS Satellite signal characteristics）及び第５章（GPS satellite signal acquisition and tracking）にある。
【００２６】
取得したナビゲーション情報及び送信の到着の時間を用いて、ナビゲーションプロセッサ３４は、慣例のアルゴリズムを用いて受信機の位置を計算して、この位置をディスプレイ３５上に、ユーザに向けて表示する。
【００２７】
プリプロセッサ３１は通常、ディジタル受信チャネル３２を有するフロントエンドのアナログ回路の形態で実現し、受信プロセッサ３３及びナビゲーションプロセッサ３４は、汎用マイクロプロセッサまたはＧＰＳ用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）内に埋め込んだマイクロプロセッサによって実現する。
【００２８】
図４に、受信プロセッサと協働する受信チャネルを詳細に示す。入力信号上の情報を検索するためには搬送波（ＣＷ）を除去しなければならず、このことは、搬送波発生器４１を用いて同相（Ｉ）及び直角位相（Ｑ）の複製搬送波信号を発生する受信機によって行う。この複製搬送波は受信信号と同一周波数を有することが理想的であるが、受信機と軌道衛星との間の相対移動によって発生するドップラーシフトのために、受信機で受信されるＧＰＳ信号の周波数は通常、正確な衛星送信周波数とは異なる。受信した搬送波の周波数を正確に複製するために、慣例の搬送波位相同期ループ（ＰＬＬ）を採用することができる。搬送波のドップラーシフト、及び符号位相識別子へのドップラーシフト関連の影響はかなり小さいので、望ましくはないが、搬送波位相同期ループ段を完全に省略することが可能である。
【００２９】
符号位相同期を獲得するために、符号発生器４２によって、ＰＲＮ列の前（Ｅ）、即時（Ｐ）、及び後の複製符号を、受信した搬送波（即ち正のドップラー）に関連する周波数で連続的に発生する。次に本発明による方法を用いて、この複製符号をＩ及びＱ信号と相関させて、通常、積分器４３でのＰＲＮ符号のほぼ全体にわたる積分によって、３つの同相相関成分（ＩE、ＩL、ＩP）及び３つの直角位相相関成分（ＱE、ＱL、ＱP）を生成する。
【００３０】
この相関の方法は、
まず、主信号と前及び後信号との、対応する数値データ値どうしの積を順次計算して、その累積和を作成するステップと、
次に、前記累積和が上限しきい値レベルと下限しきい値レベルの間から偏っていれば、前記累積和を所定量だけ増加または減少させて、前記累積和を前記しきい値レベル間に戻すステップと、
最後に、前及び後の相関値を、前記累積和の、前記上限しきい値と前記下限しきい値の間からの偏りの発生回数のカウンタとして作成するステップとを具え、前記累積和が前記上限しきい値レベルの上に偏っている際にはこのカウンタが１だけ増加し、前記累積和が前記下限しきい値レベルの下に偏っている際にはこのカウンタが１だけ減少する。
【００３１】
受信プロセッサ４４では、式１により符号位相識別子を計算する。
ＣＰＤ＝Σ(ＩE＋ＱE)2−Σ(ＩL＋ＱL)2                  （式１）
ここでは、目標符号のほぼ全体にわたって総計を行う。
次に、符号位相識別子に対してしきい値テスト（判定）を行い、符号位相識別子がハイである場合には位相整合を宣言する。ハイでない場合には、符号発生器が、単一チップだけ位相を進めた次の一連の複製を発生して、符号位相識別子を再計算する。いずれの位相整合の宣言も識別子を再計算することによって有効になる。線形位相の掃引により結局、入力ＰＲＮ符号が内部的に発生した複製の符号に同期して、これにより符号が取得される。
【００３２】
さらに、本発明の教示が、前述したコンピュータシステムまたはＧＰＳ受信機だけでなく、処理手段を具えた他の種類の装置にも当てはまることは当業者にとって明らかである。例えば、独立した相関装置内のディジタル論理回路を用いて本発明を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１Ａ〜図１Ｅは、本発明による方法を示す図である。
【図２】  図１Ａ〜図１Ｅに示す方法を実現可能なコンピュータシステムを図式的に示す図である。
【図３】  本発明による方法を用いたＧＰＳ受信機を図式的に示す図である。
【図４】  図３のＧＰＳ受信機の受信チャネル及び受信プロセッサを詳細に示す図である。
【図１Ａ】
0004771637.tif 000003
【図１Ｂ】
0004771637.tif 000004
【図１Ｃ】
0004771637.tif 000005
【図１Ｄ】
0004771637.tif 000006
【図１Ｅ】
0004771637.tif 000007
【図２】
0004771637.tif 000008
【図３】
0004771637.tif 000009
【図４】
0004771637.tif 000010