(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信源によって送信された無線周波数信号のための受信機、特にＧＰＳタイプの受信機において、
中間信号（ＩＦ）を生成するための前記無線周波数信号（３）の周波数変換を伴う受信および整形手段と、
前記中間信号を受信し、動作チャネル制御ループ内で、探索および追跡すべき可視送信源の搬送波周波数および特定符号の複製と中間信号とを相関させるためのいくつかの相関チャネル（７’）で構成された相関段（７）であって、各チャネルが相関器（８）を備え、少なくとも１つの積分器カウンタ（２８、２９、３０、３１）が相関済み信号の決められた各積分周期（ＴＤ）の終了時に２進出力ワード（ＩＥＳ、ＩＬＳ、ＱＥＳ、ＱＬＳ）を提供することができ、その値が決められた検出閾値レベルと比較され、探索および追跡すべき送信源の有無を検出することを可能にする相関段と、
相関後に前記無線周波数信号から抽出されたデータを処理するために前記相関段に接続されたマイクロプロセッサ手段（１２）とを含む受信機であって、前記マイクロプロセッサ手段が、同じ可視送信源を探索および／または追跡するために前記動作チャネルの１つと並列に配置された少なくとも１つの未使用チャネルを構成するように構成され、前記未使用チャネルが、その積分器カウンタの積分周期が前記動作チャネルの前記積分器カウンタの積分周期より大きくなるように構成されることを特徴とする受信機。
【請求項２】
衛星によって送信される無線周波数信号を受信するための受信機であって、前記相関段（７）が、可視衛星の数より大きい数の相関チャネルを含み、それによって、同じ特定の可視衛星を探索および／または追跡するために少なくとも１つの未使用チャネルを動作チャネルに並列で接続することができることを特徴とし、かつ、そのチャネル数が１２に等しい、またはそれより大きいことを特徴とする請求項１に記載の受信機。
【請求項３】
それぞれが前記動作チャネルの１つと並列に接続するようにいくつかの未使用チャネルが構成され、各未使用チャネルの前記積分器カウンタの積分周期が、それぞれの動作チャネルの前記積分器カウンタの積分周期より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の受信機。
【請求項４】
衛星によって送信される無線周波数信号を受信するための受信機であって、可視衛星探索および／または追跡段階で動作するチャネルの前記積分器カウンタの積分周期が送信衛星の特定符号の繰り返し周期と同値であり、かつ、前記動作チャネルと並列で接続するように構成された未使用チャネルの前記積分器カウンタの積分周期が、特定符号の繰り返し周期の２倍に等しいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の受信機。
【請求項５】
衛星によって送信される無線周波数信号を受信するための受信機であって、各チャネル内で、デジタル信号処理アルゴリズムを含むコントローラ（９）が前記相関器（８）と関連付けられ、前記チャネル（７’）が動作に入るような場合に、前記マイクロプロセッサ手段（１２）から独立して、衛星を探索および追跡するための同期タスクすべてを自律的に行うことを可能にすることを特徴とする請求項１に記載の受信機。
【請求項６】
衛星によって送信される無線周波数信号を受信する受信機であって、各チャネルが、同相信号成分（Ｉ）および４分の１位相信号成分（Ｑ）で構成される複合中間信号を受け取り、前記チャネルの各相関器が、
前記同相信号成分を第１搬送波周波数複製と相関させるための、および、前記４分の１位相信号成分を、前記第１搬送波周波数複製に対して９０°だけオフセットした第２搬送波周波数複製と相関させるための第１ミキサ（２０）と、
前記第１ミキサの出力同相信号を第１の進む特定符号複製および第２の遅れた特定符号複製と相関させるための、および、前記第１ミキサの４分の１位相出力信号を前記第１の進む複製および前記第２の遅れた複製と相関させるための第２ミキサ（２３）とを含み、
１チャネル当たり４つの積分器カウンタ（２８、２９、３０、３１）が前記第２ミキサから相関済み出力信号を受け取り、それぞれが２進出力ワードを提供し、その値が、決められた検出閾値レベルと比較され、探索および追跡すべき衛星の有無を検出することを可能にすることを特徴とする前記請求項１から５のいずれかに記載の受信機。
【請求項７】
前記積分器カウンタの後で、各チャネル相関器が、搬送波相関制御ループ内に搬送波弁別器（４２）を、かつ符号相関制御ループ内に符号弁別器（３２）を含み、各弁別器が、積分周期よりＮ倍大きい弁別器周期にわたって前記積分器カウンタの出力値を考慮するように前記マイクロプロセッサ手段（１２）によって構成され、Ｎは整数であり、動作チャネルに並列で接続される未使用チャネルの前記弁別器周期が、前記動作チャネルの前記弁別器周期の２倍に等しいことを特徴とする請求項１に記載の受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信機ソース、特にＧＰＳタイプの送信機によって送信された無線周波数信号のための受信機に関する。この受信機は、たとえば信号が障害物によって遮蔽された場合に前記信号の受信ダイナミックを改善するための手段を有する。前記受信機は、中間信号を生成するための無線周波数信号の周波数変換を伴う受信および整形手段と、中間信号を受信し、動作チャネル制御ループ内で、探索および追跡すべき可視送信源の搬送波周波数および特定符号の複製と中間信号とを相関させるためのいくつかの相関チャネルで構成された相関段であって、各チャネルが相関器を備え、少なくとも１つの積分器カウンタが相関済み信号の決められた各積分周期の終了時に２進出力ワードを提供することができ、その値が決められた検出閾値レベルと比較され、探索および追跡すべき送信源の有無を検出することを可能にする相関段と、相関後に無線周波数信号から抽出されたデータを処理するために相関段に接続されたマイクロプロセッサ手段とを含む。ＧＰＳ受信機の場合は、信号から抽出されるデータが、特にＧＰＳメッセージおよび擬似距離である。
【０００２】
本発明の無線周波数信号受信機は、当然ながらＧＬＯＮＡＳＳまたはＧＡＬＩＬＥＯタイプの衛星ナビゲーション・システムで使用することができる。同様に、この受信機は、たとえばＣＤＭＡ（符号分割多元接続）タイプの移動電話ネットワークで使用することができる。この場合には、送信源がもはや衛星ではなく電話ネットワークのベース・セルであり、処理データは、可聴メッセージまたは可読メッセージに関する。
【０００３】
【従来の技術】
現行のＧＰＳナビゲーション・システムでは、地球の表面の上方２０，２００ｋｍ近い距離で、赤道に対してそれぞれ５５°でオフセットする６つの軌道平面上で２４基の衛星が軌道に配置されている。衛星が軌道を完全に回ってから地球上方の同じ地点に戻るのにかかる時間は、ほぼ１２時間である。軌道内の衛星の分布により、地上のＧＰＳ受信機は、少なくとも４基の可視衛星からＧＰＳ信号を受信し、たとえばその位置、速度、局地的時間を決定することができる。
【０００４】
民間応用分野では、軌道内の衛星それぞれは、各衛星固有の１．０２３ＭＨｚの擬似ランダムなＰＲＮ符号、および５０ＨｚのＧＰＳメッセージが変調される１．５７５４２ＧＨｚの搬送波周波数Ｌ１で構成される擬似周波数信号を送信する。ＧＰＳメッセージは、送信衛星からのエフェメリス・データおよびアルマナック・データを含み、これらは特にＸ、Ｙ、Ｚ位置、速度、時間を計算するのに有用である。
【０００５】
ＰＲＮ符号（擬似ランダム雑音）、特にゴールド符号は、各衛星について異なる。このゴールド符号は、１ミリ秒ごとに繰り返される１０２３個のチップで構成されるデジタル信号である。この繰り返し周期は、期間のゴールド符号「エポック」によって定義される。チップは、ビットのように値１または０をとることに留意されたい。しかし、ＧＰＳ技術のチップは、データの単位を定義するために使用されるビットと区別すべきである。
【０００６】
３２の衛星識別番号のために定義されたゴールド符号は、直交しているという特性を有する。これらを互いに相関させることにより、相関結果から０に近い値が得られる。したがって、この特性により、いくつかの衛星から同時に発せられる同じ周波数で送信されるいくつかの無線周波数信号を、同じＧＰＳ受信機のいくつかのチャネル内で独立して処理することができる。
【０００７】
現在、いくつかの日常活動では、可搬型の、または特に乗物に組み込まれたＧＰＳ受信機が、ナビゲーション・データをユーザに提供するために使用されている。このデータによって、所望の標的に向かって向きを定め、ユーザにその方位を知らせることが容易になる。さらに、可搬型ＧＰＳ受信機は、携帯電話または腕時計の中など、１人で容易に運ぶことができる物体内にも組み込むことができるように小型である。しかし、小寸法のこれらの物体内では、受信機が小型のバッテリまたは二次電池によって給電されるため、受信機によって消費されるエネルギーを最小限に抑える必要がある。
【０００８】
ＧＰＳ受信機は、特にその位置および時間に関連するデータを決定するために、少なくとも４基の可視衛星によって送信される無線周波数信号を拾う必要がある。しかし、受信機は、可視衛星の１つを個別に自動追跡することによって各衛星固有のアルマナック・データを拾うことが可能である。
【０００９】
図１に抽象的に示すように、ＧＰＳ受信機１は、少なくとも４基の可視衛星Ｓ１〜Ｓ４によって送信された無線周波数信号ＳＶ１〜ＳＶ４を拾うためのアンテナ２を含む。しかし、いくらかの無線周波数信号は、たとえば樹木Ａなど、その経路上で受信機による信号の受信を中断させる様々な障害物に遭遇する可能性がある。図１に示すように、信号ＳＶ１およびＳＶ３がこのように遮蔽されると、衛星Ｓ１およびＳ３を探索および追跡するために受信機内で動作しているように設定された相関チャネルが、これらの信号ＳＶ１およびＳＶ３を瞬間的に失う。したがって、衛星探索および追跡段階にある受信機は、その位置を計算するために必要な情報を抽出することができない。これが欠点である。
【００１０】
この現象は、可搬型ＧＰＳ受信機が、たとえば路上の乗物内で移動中であるときにも発生する。この場合には、道路に沿って並ぶ多数の樹木が、移動中の受信機によって拾われる一定の可視衛星からの無線周波数信号を瞬間的に遮蔽するのが普通である。遮蔽された信号を失ったことに引き続いて、受信機は、少なくとも４基の可視衛星を自動追跡するために、新たに探索および追跡を行わなければならない。したがって、位置、速度、時間を決定するための動作はすべて遅くなる。
【００１１】
樹木またはトンネルなど障害物によって失われた信号を素早く取り戻すために、欧州特許文書第０４２９７８３号は、特に乗物内に配置されたＧＰＳ受信機のためにＧＰＳタイプの衛星信号を追跡するための方法を開示している。障害物がなくなったら直ちに、受信機は、できる限り信号が樹木によって遮蔽されるのを防ぐことができる最も高い高度で衛星を探索する。衛星信号の周波数は周波数帯域に分割され、各周波数帯域は相関チャネルの１つに割り当てられ、衛星の捕捉を加速する。したがって、いくつかの相関チャネルが同じ衛星に対して使用される。
【００１２】
しかし、同じ衛星を自動追跡しなければならないチャネルは、最も高い高度で同じ衛星を素早く探索するために様々な方法で構成されが、その衛星が素早く発見された場合にもこれは欠点である。信号が、最高高度でない可視衛星から発せられる場合には、樹木など障害物を通過することによって弱められる信号の瞬間的な喪失を防止するための手段が提供されない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の一目的は、経路上で障害物によって遮蔽される、受信機の少なくとも１つのチャネルによって拾われる信号の瞬間的な喪失を防止する一方、従来技術の受信機の欠点を克服する無線周波数信号受信機、特にＧＰＳタイプのものを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
他の目的に加えてこの目的は、マイクロプロセッサ手段が、同じ可視送信源を探索および／または追跡するために動作チャネルの１つと並列に配置された少なくとも１つの未使用チャネルを構成するように構成され、その未使用チャネルが、積分器カウンタの積分周期が動作チャネルの積分器カウンタの積分周期と異なるように構成されることを特徴とする前述の受信機によって達成される。
【００１５】
この受信機の一利点は、未使用とされたチャネルの積分器カウンタの時間または積分周期を変えることによって、受信機の検出感度を調整できることである。したがって、未使用チャネルは、動作チャネルの１つとして、衛星など同じ送信源を探索および追跡するように構成される。
【００１６】
未使用チャネルの積分器カウンタは、その積分周期が従来の積分周期より大きいと、常態の障害物がない動作中では飽和しがちである。そのような場合は、常態に構成されたチャネルからのデータだけをマイクロプロセッサ手段で用いる。一方、障害物を通過した、または瞬間的に遮られたことによって信号が弱められた場合は、そのより大きな積分周期を有する未使用チャネルがそれでもなお、衛星の存在をうまく検出することができる。マイクロプロセッサは、標準的な形で構成された動作チャネルの信号が失われたことを検出して、データを未使用チャネルから抽出する。
【００１７】
この受信機の他の利点は、可視衛星からの無線周波数信号が、その経路の障害物によって遮蔽された場合にも、常態に構成されたチャネルと並列に接続された未使用チャネルのおかげで、素早く位置計算ができることである。未使用チャネルは、選択された動作チャネルの１つが、追跡している特定の衛星を検出しなくなったら直ちに、または選択されたチャネルについて探索の始めから、選択された動作チャネルの１つと並列に接続することができる。
【００１８】
理論上は捕捉段階の始めから、マイクロプロセッサ手段は、より大きい積分周期で構成された未使用チャネルと並列に接続されている、標準的な形で構成された第１チャネルを自動的に選択することができる。同じ可視衛星を自動追跡するために、複数の未使用チャネルを選択されたチャネルと並列に接続することができる。
【００１９】
未使用チャネルの積分周期は、従来の形で構成されたチャネルの積分周期の２倍であることが好ましい。選択された動作チャネルに接続された１つまたは複数の未使用チャネルは、選択されたチャネルによる信号損失を予想して、常時オンに切り替えられたままであることが好ましい。しかし、エネルギーを節約するために、未使用チャネルを周期的に、または一定の衛星のみでオンに切り替えるだけとすることが望ましいことがある。
【００２０】
送信衛星の特定の擬似ランダム符号における繰り返しの長さは、常態の障害物のない動作モードでチャネルの積分周期を決めるための基礎として使用される。積分器カウンタのサイズは、受信機のダイナミックを決める擬似ランダム符号の長さに応じて決まる。
【００２１】
受信機は、可視衛星の最大数より多いチャネルを含まなければならない。これにより、チャネルの１つによって拾われる信号の何らかの遮蔽を予想して、常態動作で使用されないチャネルを異なるように構成することができる。
【００２２】
信号の瞬間的な喪失を防止するように未使用チャネルを動作チャネルの１つに接続することの他の利点は、動作チャネルから抽出されたデータ内の連続性をマイクロプロセッサ手段によって確実にすることである。
【００２３】
この受信機の他の利点はまた、衛星を探索および追跡するために、マイクロプロセッサ手段の同期タスクをすべて軽減するように各チャネルにコントローラを設けることである。これにより、これらすべての衛星探索および追跡段階中に、動作チャネルからマイクロプロセッサ手段への複数データの転送を減少させることができる。
【００２４】
信号受信ダイナミックを改善するための手段を有する無線周波数信号受信機の目的、利点、特徴は、図面によって例示する以下実施形態の説明の中でより明確になろう。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下の説明では、この技術分野で当業者に周知の無線周波数信号受信機、特にＧＰＳタイプのもののいくつかの要素について、単純化した形でのみ述べる。本明細書の以下で述べる受信機は、ＧＰＳ受信機であることが好ましい。しかし、この受信機は、ＧＬＯＮＡＳＳもしくはＧＡＬＩＬＥＯナビゲーション・システムまたは他のナビゲーション・システム、あるいは移動電話ネットワークで使用することができよう。
【００２６】
図１に示すように、４基の可視衛星Ｓ１〜Ｓ４は、無線周波数信号ＳＶ１〜ＳＶ４を送信する。これら４基の衛星の信号ＳＶ１〜ＳＶ４は、ＧＰＳ受信機１がその位置、速度、および／または時間を計算するために有用な情報をすべて抽出できるために必要とされる。しかし、前記無線周波数信号の経路上に、樹木Ａなど様々な障害物があって、受信機１の相関チャネルによる前記信号の検出を中断させる可能性がある。図の無線周波数信号ＳＶ１およびＳＶ３は、受信機１のアンテナ２によって拾われるためには障害物を通過しなければならない。したがって、衛星Ｓ１およびＳ３の探索および追跡段階にある相関チャネルは、信号ＳＶ１およびＳＶ３を瞬間的に失う可能性がある。したがって、そのような障害物によって遮蔽された信号のこのような喪失を防止するために、以下の説明で述べる受信ダイナミックを改善するための手段がＧＰＳ受信機内に設けられる。
【００２７】
ＧＰＳ受信機は、腕時計など可搬型物体に収めて、時計を着用する人の必要に応じて位置、速度、局地的時間データを提供できることが好ましい。時計は、二次電池またはバッテリが小型であるため、ＧＰＳ受信機の動作中に消費される電力はできる限り少なくなければならない。
【００２８】
当然ながら、ＧＰＳ受信機は、これもまた二次電池またはバッテリが装着される可搬型電話など小型で低消費電力の他の可搬型物体に収めることができる。
【００２９】
図２にＧＰＳ受信機１を概略的に示す。これは、中間信号ＩＦを生成するためにアンテナ２によって得られた無線周波数信号３の周波数変換を伴う受信および整形手段と、中間信号ＩＦを受信するために１２個のチャネル７’で構成された相関段７と、各チャネルをそれぞれのバッファ・レジスタ１１に接続するデータ転送バス１０と、最後に各バッファ・レジスタをマイクロプロセッサ手段１２に接続するデータ・バス１３とを含む。
【００３０】
中間信号ＩＦは、整形手段３によって供給される４００ｋＨｚ程度の周波数で、同相信号Ｉの成分と４分の１位相信号Ｑの成分との複合形態で構成される。この複合中間信号ＩＦは、図２に、２ビットとされた斜線が交差する太線によって表す。
【００３１】
受信機１内で使用可能なチャネル７’の数は、一定数の未使用チャネルが残るように、地球上のどの地点でも可視衛星の最大数より多くなければならない。これら未使用チャネルは、特に図３および４を参照しながら本明細書の以下で述べるように、動作チャネルと並列に接続して、これらチャネルによって信号の瞬間的な喪失を防止するために使用する。
【００３２】
従来、受信手段３では、第１電子回路４’が、最初に周波数１．５７５４２ＧＨｚの無線周波数信号すべてを、たとえば１７９ＭＨｚの周波数に変換する。次いで、第２電子回路ＩＦ４”が２重変換を行い、ＧＰＳ信号を最初に４．７６ＭＨｚの周波数にし、最後に４．３６ＭＨｚでサンプリングすることによって、たとえば４００ｋＨｚの周波数にする。したがって、４００ｋＨｚ程度の周波数でサンプリングおよび数量化された複合中間信号ＩＦが、相関段７のチャネル７’に供給される。
【００３３】
周波数変換動作の場合、クロック信号発生器５は、無線周波数信号３のための受信および整形手段の一部を形成する。この発生器は、たとえば水晶発振器を備え、図示しないが、１７．６ＭＨｚ程度の周波数で較正されている。２つのクロック信号ＣＬＫおよびＣＬＫ１６が特に相関段７およびマイクロプロセッサ手段１２に供給され、これら要素の動作すべてをクロックする。第１クロック周波数ＣＬＫは４．３６ＭＨｚの値を有することができ、一方、第２クロック周波数は、エネルギー消費を節約するために、相関段の大部分について使用する１６分の１、すなわち２７２．５ｋＨｚで固定することができる。
【００３４】
受信手段３内でクロック信号発生器５と一体化するのでなく、相関段内に配置された分周器を使用してクロック信号ＣＬＫを得ることを考えることができることに留意されたい。
【００３５】
半分の場合は、第２回路４”によって供給される信号が、異なるパリティ（＋１および−１）の信号を提供する。したがって、受信機内でのＧＰＳ信号の復調動作でこのパリティを考慮しなければならない。他の一実施形態では、第２回路４”が、同相成分に、ならびに４分の１位相成分に２つの出力ビットにわたって分布する信号（＋３、＋１、−１、−３）を提供することができる。
【００３６】
本発明のＧＰＳ受信機の場合は、搬送波周波数に対して１ビットの数量化を伴う中間信号ＩＦが、この数量化により信号対雑音比（ＳＮＲ）で３ｄＢ程度の追加損失が発生する場合でも、相関段に供給される。
【００３７】
各チャネルのレジスタ１１は、マイクロプロセッサ手段から発生する構成データまたはパラメータを受信することができる。各チャネルは、相関し、かつ特定の衛星を自動追跡した後で、レジスタを介して、ＧＰＳメッセージに関係するデータ、ＰＲＮコードの状態、ドップラー効果に関連する周波数増分、擬似距離、その他のデータを送信することができる。
【００３８】
バッファ・レジスタ１１は、いくつかの種類のレジスタ、たとえば、コマンドおよび状態レジスタ、チャネルのＮＣＯ（数値制御発振器）発振器のためのレジスタ、擬似距離レジスタ、エネルギー・レジスタ、オフセット・レジスタ、搬送波の、および符号の増分レジスタ、テスト・レジスタで構成される。これらのレジスタは、衛星の捕捉および追跡中に使用するために、必ずしもマイクロプロセッサに自動転送されることなく、相関段階中にデータを蓄積することができることに留意されたい。
【００３９】
他の一実施形態では、レジスタ・ユニット内に配置された一定のデータが各チャネルに共通であるとすれば、レジスタ１１の単一ブロックを相関段のすべてのチャネル７’と考えることができる。
【００４０】
相関段７の各チャネル７’は、専用の材料、特に衛星信号を捕捉し、チャネルによって検出された衛星を追跡するための信号処理アルゴリズムを介して動作に入るように意図された相関器８およびコントローラ９を含む。
【００４１】
各チャネルのコントローラ９は、メモリ・ユニット、算術演算ユニット、データ・ビット同期ユニット、相関器制御ユニット、割込みユニットなどを含む。これらは図１に示さない。メモリ・ユニットは、瞬間データを記憶するために、特にＲＡＭメモリで構成される。ＲＡＭメモリは、非規則的な、または規則的な構造で分散される。算術演算ユニットは、特に加算、減算、乗算、蓄積、シフト演算を行う。
【００４２】
したがって、検出された衛星のための捕捉および追跡動作はすべて、いくつかのビットの計算がクロック・パルスで達成されるビット並列アーキテクチャで相関段のそれぞれの各チャネルにおいて自律的に達成される。デジタル信号は１ｋＨｚであり、これは、あまり著しくない周波数レートで搬送波周波数およびＰＲＮ符号制御ループの前記信号の自律的な処理を可能にする。チャネルが衛星を自動追跡した場合は、回路が、後で計算するためにＧＰＳデータの流れを同期させる。
【００４３】
したがって、マイクロプロセッサ手段１２によるデータの転送は、すべての相関ステップ中にもはや行われない。これは、特に５０Ｈｚの周波数でＧＰＳメッセージをマイクロプロセッサに転送する相関段７の各チャネル７’の相関の結果である。これは、電流消費量に大きな削減をもたらす。
【００４４】
したがって、マイクロプロセッサ手段１２は、スイスのＥＭ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ−Ｍａｒｉｎの８ビットＣｏｏｌＲＩＳＣ−８１６マイクロプロセッサを含むことが好ましい。このマイクロプロセッサは、４．３６ＭＨｚでクロック信号によってクロックされる。マイクロプロセッサ手段１２は、図示しないがメモリ手段を含み、前記衛星の位置、そのゴールド符号、地上のＧＰＳ受信機によって拾うことのできるものに関するすべての情報を記憶する。
【００４５】
すべての衛星探索および追跡手順の間に、動作チャネル７’は、割込み信号ＩＮＴ１からＩＮＴ１２をマイクロプロセッサに送信し、抽出できるデータに注意を促す。マイクロプロセッサは一般に、割込み信号を受信すると直ちにチャネルをすべて調べ、抽出すべきデータが発せられているチャネルを見出さなければならない。このデータは、たとえば、構成パラメータ、ＧＰＳメッセージ、ＰＲＮ符号の状態、ドップラー効果による周波数増分、擬似距離、受信手段に割り込むためのモード、積分器カウンタの状態その他の情報に関する。
【００４６】
いくつかの割込み信号ＩＮＴ１からＩＮＴ１２が同時に発生する可能性があるため、マイクロプロセッサ手段１２は、動作チャネル７’のための優先復号器を含むことができる。したがって、マイクロプロセッサは、決められた優先順位に従って割込み信号を送信する優先チャネルに直接アクセスすることができる。
【００４７】
他の実施形態では、図示しないが、優先復号器を相関段内に一体化することもできよう。
【００４８】
単一の半導体基板は、レジスタ、優先復号器、マイクロプロセッサを有する相関段のすべてと、可能であればクロック信号発生器の一部とをも含むことができる。
【００４９】
受信機１が動作中に設定されている場合、相関段７のいくつかのチャネル７’がマイクロプロセッサ手段１２によって構成される。各チャネルを構成することは、探索および追跡すべき特定の衛星の搬送波周波数およびＰＲＮ符号に関連する様々なパラメータを導入することである。常態の動作モードでは、各チャネルが、それぞれの衛星を探索および追跡するために異なるように構成される。動作チャネルは可視衛星を自動追跡できるだけであるため、いくつかの未使用チャネルが残る。
【００５０】
いくつかの可視衛星は、水平線上で他より低く位置することが知られている。したがって、これらの衛星からの無線周波数信号を障害物が瞬間的に弱める可能性は、天頂に向かって位置する衛星の場合より大きい。そのような場合、その衛星を自動追跡する選択されたチャネルに並列で、選択されたチャネルによる信号の瞬間的な喪失を克服するように構成された未使用チャネルを配置することは賢明である。
【００５１】
選択されたチャネルに並列に配置された未使用の１つまたは複数のチャネルは、より大きな衛星検出ウィンドウを、したがって図３および４を参照しながら述べるように、衛星信号のためのより大きな受信ダイナミックを得ることを可能にする。衛星からの信号が障害物によってもはや遮蔽されなくなった場合には、これら未使用チャネルは飽和しがちであり、したがって使用不可能になる。一方、信号が弱くなると直ちに、マイクロプロセッサ手段は、追跡する衛星を失った選択されたチャネルの代わりに動作する未使用チャネルによって提供されるデータを使用することができる。
【００５２】
図３は、ＰＲＮ符号制御ループのための一部と、搬送波周波数制御ループのための他の一部を有する相関器８を示す。相関器８は相関段７の各チャネル７’内で同一であるが、各チャネルで異なるように構成することができる。この相関器の様々な要素に関するより詳細について読者は、Ｐｈｉｌｌｉｐ  Ｗａｒｄ著、Ｅｌｌｉｏｔｔ  Ｄ．Ｋａｐｌａｎ編の書籍「Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ  ＧＰＳ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、米国１９９６年）図書番号ＩＳＢＮ０−８９００６−７９３−７、第５章、および特に図５．８および５．１３から引用された教示を参照することができる。
【００５３】
図３を参照すると、図では２ビットとされた斜線が交差する太線によって表す中間信号ＩＦは、１ビットの同相信号成分Ｉと、１ビットの４分の１位相信号成分Ｑで構成される複合信号（Ｉ＋ｉＱ）である。前記中間信号ＩＦはサンプリングおよび数量化されており、最初に搬送波の第１ミキサ２０を通過する。ミキサまたは乗算器２１は、複合信号から同相信号Ｉを抽出するために、内部で生成された搬送波複製の余弦−ｉ×正弦で信号ＩＦを乗算し、ミキサまたは乗算器２２は、複合信号から４分の１位相信号Ｑを抽出するために、内部で生成された搬送波複製の−正弦引くｉ×余弦を信号ＩＦに乗算する。
【００５４】
これらＳｉｎおよびＣｏｓ信号は、複製信号のＣＯＳ／ＳＩＮテーブルのブロック４５から発せられる。第１ミキサ２０のこの第１ステップの目的は、ＧＰＳメッセージを運ぶ信号から搬送波周波数を抽出することである。
【００５５】
この動作の後で、捕捉すべき衛星からの信号のＰＲＮ符号の均等物を、所望の衛星に対応するそのチャネル内で生成されたＰＲＮ符号を有する動作中またはオンになっているチャネル内で、見出さなければならない。そのために、同相信号および４分の１位相信号は、信号ＩおよびＱをＰＲＮ符号の進む複製および遅れた複製と相関させるように第２ミキサ２３を通過し、４つの相関済み信号を得る。相関段の各チャネルで、正確な複製を考慮することなく、進む複製および遅れた複製だけが保たれる。これにより、相関要素の数を最小限に抑えることができる。しかし、符号制御ループから正確な成分を除去することにより、２．５ｄＢ程度の信号対雑音比の損失が観察される。
【００５６】
ミキサまたは乗算器２４は、信号Ｉと、２ビット・レジスタ３６から進む複製信号Ｅとを受け取り、相関済みの進む同相信号を供給する。ミキサまたは乗算器２５は、信号Ｉと、レジスタ３６から遅れた複製信号Ｌとを受け取り、相関済みの遅れた同相信号を供給する。ミキサまたは乗算器２６は、４分の１位相信号Ｑと進む信号Ｅを受け取り、相関済みの進む４分の１位相信号を供給する。最後に、ミキサまたは乗算器２７は、信号Ｑと遅れた複製信号Ｌを受け取り、遅れた４分の１位相信号を供給する。進む複製Ｅと遅れた複製Ｌの間のドリフトまたはオフセットは、本発明の実施形態では半チップであり、これは、中央の正確な成分Ｐとのドリフトが１／４チップであることを意味する。乗算器は、たとえばＸＯＲ論理ゲートを使用して単純化することができる。
【００５７】
４つの相関済み信号はそれぞれ、事前検出要素である積分器カウンタ２８、２９、３０、３１の１つに入る。その２進出力ワードＩＥＳ、ＩＬＳ、ＱＥＳ、ＱＬＳは１０ビットを超えて表される。積分器カウンタの出力部での２進ワードのビット数は、受信機の受信ダイナミックを決める。１０２３までカウントできると定義され、この数は、ＰＲＮ符号のチップ数に等しい。探索の始めにマイクロプロセッサ手段によって選択されたチャネルの各積分器カウンタ２８、２９、３０、３１は、１ミリ秒ごとに２進ワードＩＥＳ、ＩＬＳ、ＱＥＳ、ＱＬＳの完全な組を供給するように構成される。
【００５８】
一方、未使用チャネルを選択されたチャネルと並列に接続することを選ぶ場合は、未使用チャネルは、積分器カウンタの積分周期が標準積分周期より大きくなるように構成される。したがって、マイクロプロセッサ手段は、各積分器カウンタに信号ＳＴＣを送り、１ｍｓより大きい周期にわたってカウントするように要求する。好ましくは、未使用チャネルの積分周期は標準積分周期の２倍にしているが、当然ながら時間ＴＤの整数倍にすることができよう（図４）。
【００５９】
したがって、積分器カウンタの積分周期を変えることにより、受信機の感度を調整する、すなわち信号受信ダイナミックを高めることができる。したがって、受信機によって受信された弱い無線周波数信号は、積分周期の終了時に各積分器カウンタの検出閾値より高くなるチャンスが増える。したがって、このように構成された未使用チャネルは、信号が障害物によって遮蔽された衛星を追跡するチャンスが、従来のように構成された選択チャネルより増える。
【００６０】
検出閾値は、無線周波数信号の「雑音が多い」ことを考慮して、探索および追跡する衛星の有無を検出するために選択される。
【００６１】
これら積分器に続くループの動作はすべて、１ｋＨｚの周波数で信号を伴うビット並列アーキテクチャで行われる。復調すべき有用な信号の雑音の一部を除去するために、デジタル信号処理チェーンの残りの部分について８つの最上位ビットだけを使用する。
【００６２】
図では８ビットを示す斜線が交差する太線によって表す２進出力ワードＩＥＳ、ＩＬＳ、ＱＥＳ、ＱＬＳは、符号ループ弁別器３２に、および符号ループ・フィルタ３３に渡される。符号ループ弁別器は、信号ＩＥＳ、ＩＬＳ、ＱＥＳ、ＱＬＳのエネルギーを計算する演算を行う。一定回数Ｎの積分サイクル、たとえば１６サイクル中に値の蓄積が符号弁別器内で達成される。したがって、マイクロプロセッサ手段はまた、選択されたチャネルと並列に配置された未使用チャネルについて、弁別器３２に信号ＳＴＣを課す。
【００６３】
弁別器は、非コヒーレントであり、遅延ロック・ループ（ＤＬＬ）タイプである。特に８ビット乗算器によって、および２０ビット・アキュムレータによって構成される。衛星による信号の転送中、ドップラー効果が搬送波周波数だけでなく、搬送波周波数で変調されたＰＲＮ符号でも感じられるため、この弁別器では訂正が搬送波ループからもたらされる。搬送波を符号ループ弁別器に与えることは、搬送波ドリフト増分を１５４０で除すことに対応する。
【００６４】
弁別器のろ過結果に応じて、位相増分が、２８ビットＮＣＯ発振器によってＰＲＮ符号発生器３５に課され、それにより、ＰＲＮ符号ビット列がレジスタ３６に送信され、新たな訂正が行われる。この２８ビットＮＣＯの周波数分解能は、１６ｍＨｚ程度（４．３６ＭＨｚのクロック周波数の場合）である。
【００６５】
コントローラは、捕捉および追跡動作を調整できるように、ループの様々な結果を処理する。所望の衛星と同期し、自動追跡した後で、データ入力および出力レジスタを介して１ビットを超えて５０Ｈｚでデータ・メッセージをマイクロプロセッサ手段に供給できる復調要素５０に、値ＩＥＳおよびＩＬＳが導入される。このメッセージに加えて、マイクロプロセッサ手段は、Ｘ、Ｙ、Ｚ位置、速度、正確な局地的時間を計算するために、特にバッファ・レジスタ内で導入される擬似距離に関する情報を取ることができる。
【００６６】
この技術分野で当業者の一般知識の一部を形成することを考え、本明細書で前述した要素については詳しく述べない。
【００６７】
加算器３７内の信号ＩＥＳおよびＩＬＳの合計を使用して信号ＩＰＳが生成され、加算器３８内の信号ＱＥＳおよびＱＬＳの合計を使用して信号ＱＰＳが生成され、どちらも８ビットで表される。これら２進ワードは、信号のエネルギーを計算するため１ｋＨｚの周波数で搬送波ループ弁別器４２（エンベロープ検出）内に導入される。その後に搬送波ループ・フィルタ４３へ続く。弁別器は、特に８ビット乗算器および２０ビット・アキュムレータで構成される。これは周波数および位相ロック・ループ・タイプである。
【００６８】
平均演算は、堅牢性および搬送波追跡ループの精度を高めるために、周波数弁別器で行われる。弁別器内で得られる蓄積は、１６ｍｓに対応するサイクル回数Ｎ、たとえば１６サイクルの間持続する。マイクロプロセッサ手段は、選択されたチャネルと並列に配置された未使用チャネルに対して、弁別器４２に信号ＳＴＣを課す。
【００６９】
弁別器の結果に応じて、フィルタを通過した後で、搬送波の２４ビットＮＣＯ発振器４４は、搬送波周波数複製を訂正するために周波数インプリメント（ｂｉｎ）を受け取る。この２４ビットＮＣＯは、２６０ｍＨｚ程度の周波数分解能を有する。
【００７０】
符号および搬送波の２つの制御および従属化方法が追跡中に同期されるが、搬送波追跡ループは衛星信号があることを確認した後にだけ更新される。
【００７１】
衛星による無線周波数信号の送信中には、ドップラー効果が搬送波周波数とＰＲＮ符号の前記信号に影響を及ぼし、これは、受信機部で受信されるＰＲＮ符号位相および搬送波周波数のより良好な調整精度が得られるように、符号および搬送波制御ループが互いに接続されることを意味することを理解されたい。
【００７２】
各相関エポック時に、ＰＲＮ符号位相は１チップのステップで遅延する。これは、衛星位相ドリフトを発見するために、適時に符号をオフセットさせることを可能にする。衛星が発見された後で、ドップラー効果を含む搬送波周波数を訂正しなければならず、これは搬送波の制御ループ内で行われる。ドップラー効果に加えて、内部発振器の精度の欠如および電離層効果もまた考慮しなければならない。符号および搬送波ループ内で訂正されるこれらの誤差は、±７．５ｋＨｚの周波数ドリフトに対応する。
【００７３】
障害物に続いて無線周波数信号内に割込みがある可能性があるため、動作中の選択されたチャネル上で割込みチェックを行う。チャネルが、積分器カウンタから決められた衛星検出閾値レベルより高い出力２進ワードを供給しなくなると直ちに、並列に配置された未使用チャネルからのデータがマイクロプロセッサ手段によって考慮される。積分周期は未使用チャネル内の方が長いため、障害物によって弱められた可視衛星からの信号を検出するチャンスが増える。
【００７４】
例示のために、図４は、積分時間に応じた積分器カウンタの積分中の２進ワード値のグラフを示す。特に符号複製を中間信号と完全に相関させる理想的な場合には、ＰＲＮ符号複製が積分周期ＴＤの終了時にあって積分器カウンタの出力２進ワード値が最大値、すなわち２ｎまたは１０２３に達する。この積分周期の終了時に、カウンタは、新たな積分カウント・ステップを実行するためにゼロにリセットされる。
【００７５】
本発明の場合、可視衛星を探索および追跡するために選択されたチャネルは、積分周期が１ｍｓで固定される。一方、選択されたチャネルと並列に配置された未使用チャネルは、それより大きい積分周期、好ましくは２ｍｓ程度とされる。しかし、ほとんどの時間では、可視衛星を追跡中に周期ＴＤの終了時で２進ワード値は、最大容量値と決められた閾値レベルの間にある。各クロック・パルスＴ１またはＣＬＫで、積分器カウンタは、受信する相関済み信号に応じて２進ワードを増分または減分する。
【００７６】
受信機の選択されたチャネルによって拾われる可視衛星の信号経路上に障害物が現れた場合には、このチャネルの積分器カウンタが、各積分周期ＴＤの終了時に、その値が閾値レベルより低い２進ワードを供給する可能性がある。積分器カウンタの積分周期を増大することにより、チャネルは、障害物によって遮蔽された信号の喪失を回避するチャンスが増える。
【００７７】
上記で定義したように、前記衛星の位置、そのゴールド符号、地上のＧＰＳ受信機によって知覚できるものに関するすべての情報が、マイクロプロセッサ手段のメモリ内で記憶される。通常、始めは、それぞれが特定の衛星を探索および追跡するために、受信機のチャネルすべてが従来の形で構成される。この第１ステップの後で、動作に入る一定数のチャネルが可視衛星を自動追跡する。したがって、このステップの後に、いくつかの非活動化された、または未使用のチャネルが残る。
【００７８】
したがって、マイクロプロセッサ手段は、可視衛星追跡段階で選択されたチャネルの信号喪失を防止するために、未使用チャネルを再活動化することができる。そのために、本明細書で先に定義したように、これら未使用チャネルはそれぞれ、それぞれの動作チャネルの１つに並列で配置される。未使用チャネルは、信号受信ダイナミックを高めるように、動作チャネルより大きい積分周期で構成される。理論上は、未使用チャネルは、障害物によって信号が遮蔽される可能性のある可視衛星を自動追跡するチャネルだけに並列で接続される。
【００７９】
未使用チャネルを接続するための他の方法では、受信機がオンにされると直ちに、特定の可視衛星を自動追跡できるチャネルだけ従来の形で構成することを考えることもできる。それに続いて、少なくとも１つの未使用チャネルを動作チャネルの１つに並列に接続し、障害物によって遮蔽された信号の瞬間的な喪失を防止する。
【００８０】
バッテリまたは二次電池を備える低消費電力可搬型物体にＧＰＳ受信機を収める場合は、一般にチャネルすべてをオンにする必要はない。マイクロプロセッサ手段にデータを供給し、位置、速度、および／または時間を計算するためには、それぞれが特定の可視衛星を自動追跡する少なくとも４つのチャネルで十分である。これら４つのチャネルは従来の形で構成する。したがって、本発明によれば、それぞれがそれぞれの選択されたチャネルに並列で配置された他の未使用チャネルを、より大きな積分周期で構成することが望ましいことがある。
【００８１】
いくつかのチャネルは、その経路上の障害物によって無線周波数信号が遮蔽される可能性のある同じ可視衛星を探索および／または追跡するために、並列で異なるように構成することができる。各チャネルは、その積分器カウンタから異なる積分時間を有するようにマイクロプロセッサ手段によって構成することができる。同様に、マイクロプロセッサ手段が、追跡している可視衛星からの無線周波数信号を前記チャネルがもはや検出していないことを観察した場合に、動作チャネルの積分器カウンタの積分周期を増大することが考えられる。
【００８２】
以上述べた説明から、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、受信機、特にＧＰＳタイプのものの複数の変形実施形態を考えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２基が障害物によって遮蔽されている少なくとも４基の衛星から信号を拾うＧＰＳタイプの無線周波数信号受信機の図である。
【図２】本発明による無線周波数信号受信機の様々な部分の概略図である。
【図３】本発明による受信機の相関段における１つのチャネルの相関器要素の概略図である。
【図４】積分時間に応じた積分器カウンタの出力部での２進ワード値のグラフである。
【符号の説明】
１  ＧＰＳ受信機
２  アンテナ
３  無線周波数信号、整形手段、受信手段
４’  第１電子回路
４”  第２電子回路４
５  クロック信号発生器
７  相関段
７’  動作チャネル、相関チャネル
８  相関器
９  コントローラ
１０  データ転送バス
１２  マイクロプロセッサ手段
２１、２２  乗算器
２２  乗算器
２３  第２ミキサ
２８〜３１  積分器カウンタ
３２  符号ループ弁別器
３３  符号ループ・フィルタ
３４  符号ＮＣＯ
３５  ＰＲＮ符号発生器
３６  ２ビット・レジスタ
３７、３８  加算器
４２  搬送波ループ弁別器
４３  搬送波ループ・フィルタ
４４  ＮＣＯ搬送波
４５  Ｃｏｓ／Ｓｉｎマップ
５０  復調要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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