(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星送信信号を受信する複数の受信アンテナと、
該複数の受信アンテナからの受信信号毎に、ＰＮコードによるスペクトラム拡散によりそれぞれ異なる識別コードを割り当ててスペクトラム拡散するスペクトラム拡散手段と、
スペクトラム拡散手段からの識別コードの割り当てられた各受信信号を合成する信号合成手段と、
合成された受信信号であるＲＦ信号をＩＦ信号に周波数変換する周波数変換手段と、
該周波数変換手段から出力された合成受信ＩＦ信号を前記ＰＮコードによりスペクトラム逆拡散を行い、受信アンテナ毎の受信信号を復元するスペクトラム逆拡散手段と、
逆拡散後の受信アンテナ毎の受信信号を選択して測位処理を行う処理部と、を有し、
前記スペクトラム逆拡散手段は、スペクトラム逆拡散する際に、前記ＰＮコードによるスペクトラム拡散コードと同一のタイプで、前記スペクトラム拡散手段から前記スペクトラム逆拡散手段までの位相遅延分を位相シフトさせたＰＮコードによりスペクトラム逆拡散を行う
ことを特徴とする衛星航法システム用受信機。
【請求項２】
請求項１記載の衛星航法システム用受信機において、
前記位相遅延分を前記周波数変換手段の位相遅延分とする
ことを特徴とする衛星航法システム用受信機。
【請求項３】
衛星送信信号を受信する複数の受信アンテナと、
該複数の受信アンテナからの受信信号の中、１つを除いた受信信号毎に、ＰＮコードによるスペクトラム拡散によりそれぞれ異なる識別コードを割り当てるスペクトラム拡散手段と、
スペクトラム拡散手段からの識別コードの割り当てられた各受信信号と前記１つ除かれた受信信号とを合成する信号合成手段と、
合成された受信信号であるＲＦ信号をＩＦ信号に周波数変換する周波数変換手段と、
該周波数変換手段から出力された合成受信ＩＦ信号を前記ＰＮコードによりスペクトラム逆拡散を行い、受信アンテナ毎の受信信号を復元するスペクトラム逆拡散手段と、
逆拡散後の受信アンテナ毎の受信信号を選択して測位処理を行う処理部と、を有し、
前記スペクトラム逆拡散手段は、スペクトラム逆拡散する際に、前記ＰＮコードによるスペクトラム拡散コードと同一のタイプで、前記スペクトラム拡散手段から前記スペクトラム逆拡散手段までの位相遅延分を位相シフトさせたＰＮコードによりスペクトラム逆拡散を行う
ことを特徴とする衛星航法システム用受信機。
【請求項４】
請求項３記載の衛星航法システム用受信機において、
前記位相遅延分を前記周波数変換手段の位相遅延分とする
ことを特徴とする衛星航法システム用受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数個の受信アンテナを使用してアンテナ位置を測位する衛星航法システム用受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ（global positioning system ）やＧＬＯＮＡＳＳ（global orbiting navigation satellite system ）等のＧＮＳＳ（global navigation satellite system）と呼ばれる衛星航法システムにおいて、複数の受信位置での短時間の測位のために、複数の受信アンテナを使用して測位する、いわゆるキネマティック測量技術が採用されている。
【０００３】
従来、キネマティック測量技術を採用した衛星航法システムにおいては、各受信アンテナ毎に衛星信号であるＲＦ信号（高周波信号）をＩＦ信号（中間周波信号）に変換する周波数変換器（ダウンコンバータ）と、変換されたＩＦ信号から疑似距離、受信アンテナ位置、受信機時計誤差等を算出する衛星信号処理部等からなる周波数変換受信処理回路が必要とされ、同一構成の周波数変換・受信処理回路が、各受信アンテナ分だけ使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、受信アンテナ間の距離が数十メートル以上のときには、測位システムの規模が大きくなるため、上述したような各受信アンテナ分の周波数変換・受信処理回路を設ける構成でもやむを得ない。
【０００５】
しかしながら、たとえば、数メートル以内の近距離で受信アンテナを用いる場合や各受信アンテナを固定させて用いる場合において、受信アンテナと同数の周波数変換・受信処理回路を採用することは、回路部品点数が増加し、部品コストおよび製造コストが増加して、結局、衛星航法システム用受信機が高コストになるという問題がある。
【０００６】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、部品点数を少なくでき、結果として低コスト化を可能とする衛星航法システム用受信機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この項では、理解の容易化のために添付図面中の符号を付けて説明する。したがって、この項に記載した内容がその符号を付けたものに限定して解釈されるものではない。
【０００８】
この発明に係る衛星航法システム用受信機では、例えば、図１に示すように、衛星送信信号を受信する複数の受信アンテナ（１２）、（３２）と、該複数の受信アンテナからの受信信号毎に、ＰＮコードによるスペクトラム拡散によりそれぞれ異なる識別コードを割り当てるスペクトラム拡散手段（２２）、（４２）と、スペクトラム拡散手段からの識別コードの割り当てられた各受信信号を合成する信号合成手段（７０）と、合成された受信信号であるＲＦ信号をＩＦ信号に周波数変換する周波数変換手段（７２）と、該周波数変換手段から出力された合成受信ＩＦ信号を前記ＰＮコードによりスペクトラム逆拡散を行い、受信アンテナ毎の受信信号を復元するスペクトラム逆拡散手段（６１）、（６２）と、逆拡散後の受信アンテナ毎の受信信号を選択して測位処理を行う処理部（７６）と、を有し、前記スペクトラム逆拡散手段は、スペクトラム逆拡散する際に、前記ＰＮコードによるスペクトラム拡散コードと同一のタイプで、前記スペクトラム拡散手段から前記スペクトラム逆拡散手段までの位相遅延分を位相シフトさせたＰＮコードによりスペクトラム逆拡散を行うことを特徴とする（請求項１記載の発明）。
【０００９】
この発明によれば、受信アンテナから供給される受信信号毎に、識別用のＰＮコードを割り当て、１系統の周波数変換手段による周波数変換を行い、信号処理の段階で識別用のＰＮコードによりスペクトラム逆拡散を行い受信アンテナ毎の信号を選択して処理するようにしている。周波数変換手段が１系統でよくなるので、その分コストを低減することができる。
【００１０】
この場合、位相遅延分は、主要な位相遅延要素である周波数変換手段の位相遅延分としてもよい（請求項２記載の発明）。
【００１１】
また、この発明の衛星航法システム用受信機は、例えば、図４に示すように、衛星送信信号を受信する複数の受信アンテナ（１２）、（３２）と、該複数の受信アンテナからの受信信号の中、１つを除いた受信信号毎に、ＰＮコードによるスペクトラム拡散によりそれぞれ異なる識別コードを割り当てるスペクトラム拡散手段（２２）と、スペクトラム拡散手段からの識別コードの割り当てられた各受信信号と前記１つ除かれた受信信号とを合成する信号合成手段（７０）と、合成された受信信号であるＲＦ信号をＩＦ信号に周波数変換する周波数変換手段（７２）と、該周波数変換手段から出力された合成受信ＩＦ信号を前記ＰＮコードによりスペクトラム逆拡散を行い、受信アンテナ毎の受信信号を復元するスペクトラム逆拡散手段（６１）と、逆拡散後の受信アンテナ毎の受信信号を選択して測位処理を行う処理部（７６）と、を有し、前記スペクトラム逆拡散手段は、スペクトラム逆拡散する際に、前記ＰＮコードによるスペクトラム拡散コードと同一のタイプで、前記スペクトラム拡散手段から前記スペクトラム逆拡散手段までの位相遅延分を位相シフトさせたＰＮコードによりスペクトラム逆拡散を行うことを特徴とする（請求項３記載の発明）。
【００１２】
この発明によれば、受信アンテナの数−１個分（たとえば、受信アンテナの数が２個であれば１個）の信号合成手段と、スペクトラム逆拡散手段を低減することができるので、より一層の低コスト化が可能である。
【００１３】
この場合においても、位相遅延分を、主要な位相遅延要素である周波数変換手段の位相遅延分としてもよい（請求項４記載の発明）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、この発明の一実施の形態が適用された衛星航法システム用受信機の例としてのＧＰＳ受信機１０の構成を示している。
【００１６】
このＧＰＳ受信機１０では、それぞれ数ｃｍ以上離れた場所に配される複数の受信アンテナ１２、３２を有している。この中、一方の受信アンテナ１２により受信されたＧＰＳ衛星信号が、プリアンプ・フィルタ部１８を構成するプリアンプ１４により信号増幅されるとともに、帯域通過フィルタ１６により周波数帯域制限される。
【００１７】
プリアンプ・フィルタ部１８の出力信号が同軸ケーブル２０を通過しスペクトラム拡散手段としてのダイオードミキサ２２に入力される。
【００１８】
ダイオードミキサ２２では、コード発生器５１で発生する任意のＰＮコードＰａを識別コードとして、同軸ケーブル２０から供給される受信信号をスペクトラム拡散する。識別コードが割り当てられてスペクトル拡散された受信信号が信号合成手段としての信号合成器７０の一方の入力端子に供給される。
【００１９】
受信アンテナ１２、３２の中、他方の受信アンテナ３２で受信された前記ＧＰＳ衛星と同一の衛星からのＧＰＳ衛星信号は、それぞれ、上述したものと同一の構成のプリアンプ３４と帯域通過フィルタ３６からなるプリアンプ・フィルタ部３８、同軸ケーブル４０を通じてスペクトラム拡散手段としてのダイオードミキサ４２に入力される。
【００２０】
ダイオードミキサ４２では、コード発生器５３で発生する、前記コード発生器５１で発生したＰＮコードＰａとは異なるタイプ（種類）のＰＮコードＰｂを識別コードとしてスペクトラム拡散して信号合成器７０の他方の入力端子に供給する。
【００２１】
なお、コード発生器５１で発生するＰＮコードＰａとコード発生器５３で発生するＰＮコードＰｂとを異なるＰＮコードとすることは、ＧＰＳ信号処理部７６により実行される。
【００２２】
相互に異なるタイプのＰＮコードによりスペクトラム拡散され、信号合成器７０に入力されて合成された受信アンテナ１２、３２により受信したＧＰＳ衛星信号であるＲＦ信号（高周波信号）は、周波数変換手段としてのＧＰＳダウンコンバータ部７２により、ベースバンド周波数に近い周波数であるＩＦ信号（中間周波信号）に周波数変換される。
【００２３】
図２は、ＧＰＳダウンコンバータ部７２の詳細な構成例を示している。
【００２４】
ＧＰＳダウンコンバータ部７２では、図１に示した基準信号発生器１００で発生された、たとえば、１４．４ＭＨｚの基準信号（基準クロック）が、端子１０２を通じてＰＬＬ周波数シンセサイザ１０４に供給され、該ＰＬＬ周波数シンセサイザ１０４により１３９８．６６３５２９ＭＨｚに高周波化され、ミキサ１０６の一方の入力端子と分周器１０８に供給される。
【００２５】
端子１１０を通じて図１に示した信号合成器７０から供給されたＲＦ信号（周波数は、たとえば、１５７５．４２ＭＨｚ）がローノイズアンプ（ＬＮＡ）１１２を通じてミキサ１０６の信号入力に供給される。
【００２６】
ミキサ１０６の出力信号から帯域通過フィルタ１１４を通じて１７６．７５６４７１ＭＨｚの信号のみが抽出されミキサ１１６の一方の入力端子に供給される。ミキサ１１６の他方の入力端子には、上述した１３９８．６６３５２９ＭＨｚの高周波が分周器１０８により８分周された周波数１７４．８３２９４１１ＭＨｚの信号が供給される。
【００２７】
ミキサ１１６の出力信号から帯域通過フィルタ１１８により１．９２３５２９９ＭＨｚの信号成分であるＩＦ信号が出力され、端子１２０を通じて図１に示すＡＤ変換器７４に供給される。
【００２８】
ＧＰＳダウンコンバータ部７２によりＩＦ信号に周波数変換された受信アンテナ１２と受信アンテナ３２に係るＧＰＳ衛星信号は、比較器として機能するＡＤ変換器７４により２値信号（２値データ）に変換されて、基本的には乗算器として機能するスペクトラム逆拡散手段としての相関器６１、６２に入力される。
【００２９】
この相関器６１、６２を用いて、２値化されたＩＦ信号を、後述する方法によりスペクトラム逆拡散して受信アンテナ１２、３２を識別し、該受信アンテナ１２、３２毎の受信信号（ＧＰＳ衛星信号）を復元して周知のＧＰＳ信号処理部７６に供給する。
【００３０】
制御・処理・演算・記憶手段として機能するマイクロコンピュータあるいはデジタルシグナルプロセッサ等により構成されるＧＰＳ信号処理部７６では、マイクロコンピュータであるＣＰＵ８０との協働処理により、ＧＰＳ衛星から送られるＰＮコードに対しＧＰＳ信号処理部７６の内部で発生したＰＮコード位相を比較し追尾することで、ＧＰＳ衛星までの疑似距離を計算し、周知の４元連立方程式（測位方程式）を解いて、受信アンテナ１２、３２の位置に係る４個の未知数である、緯度・経度・高度およびＧＰＳ受信機１０の受信機時計誤差を決定する。なお、ＧＰＳ衛星から送られるＰＮコードとコード発生器５１、５２、５３、５４により発生されるＰＮコードは、異なるタイプ（種類）のコードであることはいうまでもない。
【００３１】
上述した基準信号発生器１００から発生される基準信号は、それぞれ、コード発生器５１、５２、５３、５４に供給される。また、コード発生器５１、５２、５３、５４からそれぞれ発生するＰＮコードＰａ、Ｐａ′、Ｐｂ、Ｐｂ′のコード設定信号がＧＰＳ信号処理部７６から各コード発生器５１、５２、５３、５４にそれぞれ供給される。
【００３２】
次に、相関器６１、６２により受信アンテナ１２、３２により受信したＧＰＳ衛星信号の識別、換言すれば、受信アンテナ１２、３２の識別方法について説明する。すなわち、相関器６１、６２による逆拡散方法について説明する。
【００３３】
この場合、コード発生器５１から出力されるＰＮコードＰａと、コード発生器５２から発生されるＰＮコードＰａ′とは、それぞれダイオードミキサ２２によりスペクトラム拡散し、相関器６１によりスペクトラム逆拡散する必要性があることから、相関器６１の２つの入力端子で任意ではあるが同一の同一位相のＰＮコードであることが必要である。
【００３４】
同様に、コード発生器５３から出力されるＰＮコードＰｂと、コード発生器５４から発生されるＰＮコードＰｂ′とは、それぞれダイオードミキサ４２によりスペクトラム拡散し、相関器６２によりスペクトラム逆拡散するのであるから、相関器６２の２つの入力端子で相関器６１に係るＰＮコードとは異なるタイプであるが、同一の同一位相のＰＮコードであることが必要である。
【００３５】
そして、一方の相関器６１の２つの入力端子でのＰＮコードＰａとＰＮコードＰａ′のコード位相をゼロ値（位相差をゼロ値）とするために、コード発生器５２から供給されるＰＮコードＰａ′には、ダイオードミキサ２２、信号合成器７０、ＧＰＳダウンコンバータ部７２、ＡＤ変換器７４および相関器６１の入力までの伝搬遅延時間Ｔｐｄが考慮されて含まれていなければならない。そのため、ダイオードミキサ２２から相関器６１の入力までの伝搬遅延時間Ｔｐｄを、予めネットワークアナライザ等により測定する。測定された伝搬遅延時間Ｔｐｄは、ＧＰＳ信号処理部７６またはＣＰＵ８０の記憶手段であるメモリ（この場合、フラッシュメモリ等の書き換え可能な読出専用メモリが好ましい。）に格納（記憶）しておく。
【００３６】
他方の相関器６２により相関処理がとられるＰＮコードＰｂとＰＮコードＰｂ′でも同様であり、ほぼ同一の伝搬遅延時間Ｔｐｄをコード発生器５４から出力されるＰＮコードＰｂ′に与えればよい。
【００３７】
なお、実際上、伝搬遅延時間Ｔｐｄは、ダイオードミキサ２２（４２）から相関器６１（６２）までの構成要素の中で最も遅延時間が大きいＧＰＳダウンコンバータ部７２の遅延時間分に略等しいので、ＧＰＳダウンコンバータ部７２の遅延時間を測定し、これを伝搬遅延時間Ｔｐｄとして上記メモリに記憶しておけばよい。
【００３８】
図３は、ＰＮコード発生タイミング図を示している。この実施の形態では、コード発生器５１から発生されるＰＮコードＰａに対して、コード発生器５２から発生されるＰＮコードＰａ′が、伝搬遅延時間Ｔｐｄ（この実施の形態では５００ｎｓ）分だけ遅延して相関器６１に供給されるようにするコード設定信号をＧＰＳ信号処理部７６からコード発生器５１およびコード発生器５２に設定している。
【００３９】
同様に、コード発生器５３から発生されるＰＮコードＰｂに対してコード発生器５４から発生されるＰＮコードＰｂ′が、伝搬遅延時間Ｔｐｄ（この実施の形態では５００ｎｓ）分だけ遅延して相関器６２に供給されるようにするコード設定信号をＧＰＳ信号処理部７６からコード発生器５３およびコード発生器５４に設定している。
【００４０】
位相を一致させることにより、相関器６１、６２で精度良く、受信アンテナ１２、３２に係るＡＤ変換器７４からの２値信号をスペクトラム逆拡散することができる。
【００４１】
このように上述した実施の形態によれば、受信アンテナ１２と受信アンテナ３２から出力される衛星信号毎に、識別コードとしてのＰＮコードＰａ、Ｐｂをコード発生器５１、５３を通じてダイオードミキサ２２、４２により割り当てる（スペクトラム拡散する）。次いで、１系統の周波数変換手段であるＧＰＳダウンコンバータ部７２によりＲＦ信号をＩＦ信号とする周波数変換を行い、変換されたＩＦ信号に対応する２値信号による信号処理段階で、識別コードとしてＰＮコードＰａ′、Ｐｂ′を相関器６１、６２に与えてスペクトル逆拡散を行い、逆拡散後の受信アンテナ毎の受信信号を選択してＧＰＳ信号処理部７６により上記した航法方程式に係る測位処理等を行うようにしている。
【００４２】
このためＧＰＳダウンコンバータ部７２を受信アンテナ１２と受信アンテナ３２とで共通に使用することが可能となり回路構成の簡略化、回路部品点数の削減化が可能となる。なお、共通の１系統のＧＰＳダウンコンバータ部７２を用いるために、共通回路部分であるＧＰＳダウンコンバータ部７２を含む経路での搬送波位相遅延を同一とすることが可能となり、結果として逆拡散用に必要な伝搬遅延時間Ｔｐｄを受信アンテナ１２に係る衛星信号と受信アンテナ３２に係る衛星信号とに共通に用いることができる。
【００４３】
また、上述した実施の形態では、受信アンテナ１２と受信アンテナ３２の２個の受信アンテナを用いるＧＰＳ受信機１０を例として説明しているが、３個以上の受信アンテナを用いるＧＰＳ受信機であっても、さらに異なるタイプのＰＮコードを用いることにより、同様にこの発明を適用することができる。
【００４４】
図４は、この発明の他の実施の形態のＧＰＳ受信機１０Ａの構成を示している。このＧＰＳ受信機１０Ａにおいて、図１に示したＧＰＳ受信機１０の構成要素と同一のものには同一の符号を付け、繁雑となるのでその詳細な説明を省略する。
【００４５】
図１例のＧＰＳ受信機１０では、２つの受信アンテナ１２、３２に対してそれぞれ異なるタイプのＰＮコードＰａ、Ｐｂを割り当てる構成であったが、受信アンテナ１２、３２からＧＰＳ信号処理部７６までの搬送波位相遅延を問題にしない場合には、図４に示すように、２つの受信アンテナ１２、３２の中、１つの受信アンテナ１２（３つ以上、Ｎ個の場合には、Ｎ−１個の受信アンテナ）からのＧＰＳ衛星信号に対してのみ、識別コードとしてのＰＮコードＰａを割り当てる構成とすればよい。
【００４６】
この場合には、図５のタイミングチャートに示すように、ダイオードミキサ２２にＰＮコードＰａを供給し、これから伝搬遅延時間Ｔｐｄだけ遅れた同一のタイプのＰＮコードＰａ′を相関器６１に供給するように構成すればよい。
【００４７】
この場合、受信アンテナ１２と受信アンテナ３２に係る衛星信号のＧＰＳ信号処理部７６Ａまでの搬送波位相遅延の差等に基づく信号処理の差は、ＧＰＳ信号処理部７６Ａで吸収するように構成することができる。
【００４８】
この図４例の構成によれば、ＧＰＳダウンコンバータ部７２を共通化できるので回路構成を簡略化でき、さらに、図１例のＧＰＳ受信機１０との比較では、ダイオードミキサ４２、相関器６２、コード発生器５３、５４を削減することができる。
【００４９】
なお、この発明は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ＲＦ信号をＩＦ信号に周波数変換する周波数変換手段を複数の受信アンテナにより共通に使用することができるので、衛星航法システム用受信機の部品点数を少なくでき、結果として低コスト化を図れるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態が適用されたＧＰＳ受信機の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１例のＧＰＳ受信機中、ＧＰＳダウンコンバータ部の詳細な構成例を示す回路ブロック図である。
【図３】図１例のＧＰＳ受信機の要部の動作説明に供されるタイミングチャートである。
【図４】この発明の他の実施の形態が適用されたＧＰＳ受信機の構成を示す回路ブロック図である。
【図５】図４例のＧＰＳ受信機の要部の動作説明に供されるタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０、１０Ａ…ＧＰＳ受信機    １２、３２…受信アンテナ
１４、３４…プリアンプ
１６、３６、１１４、１１８…帯域通過フィルタ
１８、３８…プリアンプ・フィルタ部
２０、４０…同軸ケーブル      ２２、４２…ダイオードミキサ
５１、５２、５３、５４…コード発生器
６１、６２…相関器            ７０…信号合成器
７２…ＧＰＳダウンコンバータ部
７４…ＡＤ変換器              ７６、７６Ａ…ＧＰＳ信号処理部
８０…ＣＰＵ                  １００…基準信号発生器
１０４…ＰＬＬ周波数シンセサイザ
１０６、１１６…ミキサ        １０８…分周器
１１２…ローノイズアンプ
Ｐａ、Ｐａ′、Ｐｂ、Ｐｂ′…ＰＮコード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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