(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にＧＰＳタイプの送信源の特定のコードによって変調される無線周波数信号のための受信器であって、
中間信号（ＩＦ）を生成するために、前記無線周波数信号の周波数変換を有する受信および整形手段（３）と、
前記中間信号を受信するためのいくつかの相関チャネル（７’）で形成される相関ステージ（７）とを含み、前記チャネルが使用されるとき、前記相関器の少なくとも１つの制御ループにおいて、各チャネルが、前記中間信号が相関される相関器（８）を備え、見える送信源の前記特定のコードの少なくとも２つの早いおよび遅いレプリカが、探索されかつ追跡され、前記相関器が、相関される信号のための積分手段（２８、２９、３０、３１）を含み、前記積分手段が、各積分期間の終わりで、前記早い信号の自己相関関数の第１の強度値、および前記遅い信号の自己相関関数の第２の強度値を提供し、前記送信源の追跡モードにおいて、前記第１および第２の強度値は、実質的に等しく維持され、
前記受信器が、さらに、相関後、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ステージに接続されたマイクロプロセッサ手段（１２）を含み、
少なくとも第２の使用されていないチャネルが、前記マイクロプロセッサ手段を介して、同じ見える送信源を探索しかつ／または追跡するために、少なくとも第１の動作チャネルに並列に配置されるように構成され、前記マイクロプロセッサ手段が、前記第１の動作チャネルにおけるマルチパス無線周波数信号の存在を検出したとき、前記マイクロプロセッサ手段が、前記中間信号と相関される特定のコード・レプリカを生成するために、前記第２のチャネルをエンスレーブし、前記第２のチャネルの前記積分手段が、前記第１のチャネルの前記自己相関関数の前記第１および前記第２の強度値の間に、前記自己相関関数の最大強度値を提供することを特徴とする受信器。
【請求項２】
少なくとも前記第１の動作チャネルおよび対応する位相シフトに関する、前記積分手段によって提供される前記自己相関関数のいくつかの強度値は、見える送信源の探索および／または追跡位相において記憶手段に記憶され、前記第１および第２の強度値が等しいとき、前記マイクロプロセッサ手段が、前記遅い信号の前記第２の強度値の点で、前記早い信号の前記第１の強度値の点での前記自己相関関数の第１の勾配と、前記自己相関関数の第２の勾配とを計算することを可能にし、前記第１および第２の勾配が、追跡モードにおいて実質的に異なるとき、前記第１のチャネルにおけるマルチパス無線周波数信号の存在を検出することを特徴とする請求項１に記載の受信器。
【請求項３】
前記マイクロプロセッサ手段（１２）が、見える送信源追跡モードにおいて、早いおよび／または遅い相関された信号の前記自己相関関数における強度変化を検出したとき、前記第２の検出されないチャネルが、前記第１の動作チャネルに並列に構成されかつ配置されることを特徴とする請求項１に記載の受信器。
【請求項４】
前記相関ステージ（７）が、見える人工衛星の数よりも多い数の相関チャネル（７’）を含み、少なくとも第２の使用されていないチャネルが、前記同じ見える送信源を探索しかつ／または追跡するための第１の動作チャネルに並列に切り換えられることができることを特徴とし、前記チャネル（７’）の数が、１２以上であることを特徴とすると共に前記マイクロプロセッサ手段が、前記各第１のチャネルにおけるマルチパス信号の存在を検出したとき、いくつかの第２の使用されていないチャネルが、前記第１の動作チャネルの１つと並列にそれぞれ切り換えられるように構成されることを特徴とする人工衛星によって送信される無線周波数信号を受信する請求項１に記載の受信器。
【請求項５】
前記マイクロプロセッサによって前記相関ステージに送信されるデータと、前記マイクロプロセッサに前記相関ステージによって提供されるデータとを受信するために、１組のデータ入力および出力レジスタ（１１）が、前記相関ステージ（７）と前記マイクロプロセッサ手段（１２）との間のインタフェースとして配置される請求項１に記載の受信器。
【請求項６】
各チャネルが、前記自己相関関数の前記強度値および前記対応する位相シフトのための記憶手段を含みこの記憶手段は、前記マイクロプロセッサ手段（１２）の一部を形成することを特徴とする請求項２に記載の受信器。
【請求項７】
各チャネルにおいて、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）と結合され、前記チャネル（７’）が通常の動作に設定されたとき、人工衛星を探索しかつ追跡するための全ての同期化タスクが、前記マクロプロセッサ手段（１２）とは無関係に自律的に実行されることを可能にすることを特徴とする請求項１に記載の受信器。
【請求項８】
各チャネルが、同位相の信号成分（Ｉ）と１／４位相の信号成分（Ｑ）とから形成される複合中間信号を受信し、
チャネルの各相関器が、
前記同位相の信号成分を、第１のキャリア周波数レプリカと相関し、前記１／４位相の信号成分を、前記第１のキャリア周波数レプリカに対して９０°オフセットされた第２のキャリア周波数レプリカと相関するための第１のミキサ（２０）と、
前記第１のミキサの出力同位相信号を、第１の早い特定コード・レプリカおよび第２の遅い特定コード・レプリカと相関させ、前記第１のミキサの１／４位相出力信号を、前記第１の早いレプリカおよび第２の遅いレプリカと相関させるための第２のミキサ（２３）とを含み、
動作チャネル当り前記積分手段の４つの積分器カウンタ（２８、２９、３０、３１）が、前記自己相関関数の４つの強度値（ＩＥＳ、ＩＬＳ、ＱＥＳ、およびＱＬＳ）を提供するために、前記第２のミキサからの前記相関された出力信号を受信すると共に、前記早い信号が、前記遅い信号に対して１／２チップの位相シフトを有することを特徴とする人工衛星によって送信されたキャリア周波数を有する無線周波数信号を受信するための請求項１から７のいずれか一項に記載の受信器。
【請求項９】
前記チャネル（７’）の各相関器（８）が、前記積分器カウンタの後に、前記コード制御ループに、コード・ループ弁別器（３２）を含み、前記コード弁別器が、Ｎを整数とするとき、前記積分期間よりＮ倍大きい弁別器期間にわたって、前記コード・レプリカに関するコード補正増分を提供するように、前記早いおよび遅い信号の前記自己相関関数の各強度値の減算を実行し、さらに、コード・ループ・フィルタ（３３）、第１の数値制御発振器および前記第２の乗算段（２３）に、送信源の前記特定コードの前記早いおよび遅いレプリカを伝える２ビット・レジスタに接続されたコード生成器を含み、また、キャリア制御ループに、キャリア・ループ弁別器（４２）、キャリア・ループ・フィルタ（４３）、第２の数値制御発振器（４４）、および前記キャリア周波数の前記第１および第２のレプリカの前記第１の乗算器段（２０）へ、各制御ループに配置される前記マイクロプロセッサ手段（１２）によって制御されるループ遮断要素（４６、４７）を提供するためのブロック（４５）を含み、遮断命令が前記第２のチャネルの前記要素に与えられるとき、第１の動作チャネルに並列に配置された第２の使用されていないチャネルをエンスレーブすることを特徴とする請求項８に記載の受信器。
【請求項１０】
送信源の特定コードによって変調された無線周波数信号のための受信器におけるマルチパス信号の作用を訂正する方法であって、前記受信器が、
中間信号（ＩＦ）を生成するために、前記無線周波数信号の周波数変換を有する受信および整形手段（３）と、
前記中間信号を受信するためのいくつかの相関チャネル（７’）で形成される相関ステージ（７）とを含み、前記チャネルが使用されるとき、前記相関器の少なくとも１つの制御ループにおいて、各チャネルが、前記中間信号が相関される相関器（８）を備え、見える送信源の前記特定のコードの少なくとも２つの早いおよび遅いレプリカが、探索されかつ追跡され、前記相関器が、相関される信号のための積分手段（２８、２９、３０、３１）を含み、前記積分手段が、各積分期間の終わりで、前記早い信号の自己相関関数の第１の強度値、および前記遅い信号の自己相関関数の第２の強度値を提供し、前記受信器が、さらに、
相関後、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ステージに接続されたマイクロプロセッサ手段（１２）を含み、
前記方法が、
各チャネルが、特定の送信源を探索しかつ追跡するように、ある数の第１のチャネルを使用可能に構成しかつ切り換えるステップと、
前記自己相関関数に関する前記第１および第２の強度値が等しくなるまで、各動作チャネルの前記特定コードの前記早いおよび遅いレプリカを、前記中間信号で相関されるように位相シフトするステップと、
前記探索および／または追跡位相の間、前記早い信号および前記遅い信号と、対応する位相シフトとに関する相関強度値とを記憶するステップとの第１連のステップを含み、
前記方法が、さらに、
前記自己相関関数強度値と、各第１の動作チャネルに関する探索および／または追跡位相において記憶された対応する位相シフトとを用いて、前記チャネルが、前記送信源追跡モードにあるとき、前記早い信号の前記第１の強度値の点で前記自己相関関数の第１の勾配、および前記遅い信号の前記第２の強度値の点で前記自己相関関数の第２の勾配を計算するステップと、
前記２つの計算された勾配が、絶対値において実質的に異なる場合に、または追跡モードにおいて、前記早い信号の前記第１の強度値、または前記遅い信号の前記第２の強度値において差異が見られる場合に、第１の動作チャネルに並列に配置される少なくとも第２の使用されていないチャネルを使用可能に構成しかつ切り換えるステップと、
前記マイクロプロセッサ手段が、この第２のチャネルの前記無線周波数信号からデータを抽出でき、一方マルチパス信号の作用を訂正するように、第２のチャネルの積分手段が、前記第１のチャネルの前記自己相関関数の前記第１および第２の強度値の間に、前記自己相関関数の最大強度値を提供するまで、前記マイクロプロセッサ手段からの指示の下に、前記第２のチャネルの１つの前記コード・レプリカを位相シフトするステップとの第２連のステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記最大強度値が、前記第２のチャネルの前記積分手段によって提供されるまで、前記第２のチャネルの前記自己相関関数の強度値と、対応する位相シフトとが、記憶されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記マイクロプロセッサ手段が、前記第２のチャネルの前記最大強度値の前後の前記自己相関関数の勾配の大きさ変化を計算し、前記勾配が、絶対値において実質的に等しいときに、前記第２のチャネルが停止され、前記マイクロプロセッサ手段が、前記第１のチャネルの前記無線周波数信号からデータを抽出できることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチパス（多重通路伝送）信号の作用を訂正する手段を有する、無線周波数信号、特にＧＰＳタイプのための受信器に関する。本発明はまた、受信器を起動させる、すなわち動作状態に設定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
送信源の特定コードによって変調された無線周波数信号のための受信器は、受信および整形手段を含む。これらの手段は、中間信号を提供するために、無線周波数信号の周波数を変換できる。
【０００３】
受信器はまた、中間信号を受信するいくつかの相関チャネルからなる相関ステージを含む。各チャネルは中間信号が相関される相関器を備える。この相関は、チャネルが使用されたとき、探索されかつ追跡される、見える送信源の特定コードの少なくとも２つのレプリカ（同位相で早いのと遅いの）を使用して相関器の少なくとも１つの制御ループによって達成される。相関器は、各積分期間の終わりに、早い信号の自己相関関数の第１の強度値、および遅い信号の自己相関関数の第２の強度値を提供するために、相関された信号を積分する手段を含む。送信源追跡モードにおいて、第１および第２の強度値は実質的に等しく維持される。
【０００４】
受信器はまた、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の相関ステージに接続されたマイクロプロセッサ手段を含む。
【０００５】
前記受信器がＧＰＳ受信器である場合に、無線周波数信号から抽出されたデータは、特にＧＰＳメッセージ、擬似レンジおよびドップラー周波数であり、このデータは、位置、速度、およびタイム（時間）を計算するために使用される。
【０００６】
本発明の無線周波数信号受信器は、もちろん、ＧＬＯＮＡＳＳまたはＧＡＬＩＬＥＯタイプの人工衛星ナビゲーション・システムで使用されることもできる。同様に、例えばＣＤＭＡ（Code-Division Multiple Access,符号分割多重アクセス）などの移動体電話ネットワークでその受信器を使用することができる。そのような場合、送信源はもはや人工衛星ではなく、電話ネットワークの基地局セルであり、処理されたデータは、音響または可読メッセージ、あるいはナビゲーション・メッセージに関する。
【０００７】
現在、２４個の人工衛星が、赤道に対して５５°だけそれぞれオフセットした６個の軌道平面上で、地球の表面上の２０２００ｋｍに近い距離で軌道上に配置されている。人工衛星が軌道上を完全に回転して、地球上の同一点に戻るに要する時間はほぼ１２時間である。軌道上での人工衛星の分布は、地上のＧＰＳ受信器は、少なくとも４つの見える人工衛星からのＧＰＳ信号を受信して、その位置、速度、およびローカル・タイムを決定できるようになっている。
【０００８】
民間の適用において、軌道の各人工衛星は、１．５７５２４ＧＨｚでキャリア周波数Ｌ１からなる無線周波数信号を送信する。その信号には、各人工衛星に特有な１．０２３ＭＨｚで変調され、ＧＰＳメッセージが５０Ｈｚで変調されている擬似ランダムＰＲＮコードが含まれている。ＧＰＳメッセージは、送信人工衛星の天体暦（ephemeride）および暦（almanac）データを含み、特に、Ｘ、Ｙ、Ｚ位置、速度、および時間に関連するデータを計算するために有用である。
【０００９】
特にゴールド・コード・タイプのＰＲＮ（Pseudo Random Noise、擬似ランダム・ノイズ）コードは、各人工衛星で異なる。このゴールド・コードは、各ミリ秒で繰り返される１０２３チップからなるデジタル信号である。この繰り返し期間は、同様に、ゴールド・コードの用語「エポック」によって規定される。チップは、ビットに関して１または０の値をとることに留意されたい。しかしながら、チップ（ＧＰＳ技術において使用される用語）は、データの単位を規定するために使用されるビットとは異なる。
【００１０】
３２個の人工衛星識別数を規定するゴールド・コードは、直交であるという特性を有する。それらを互いに相関させることによって、相関結果は０に近い値を与える。この特性は、同時にいくつかの人工衛星から発する同じ周波数で送信されたいくつかの無線周波数を、同じＧＰＳ受信器のいくつかのチャネルで独立して処理することを可能にする。
【００１１】
現在、いくつかの日常活動において、特に携帯可能なまたは車両に組み込まれるＧＰＳ受信器は、ナビゲーション・データを利用者に提供するために使用されている。このデータは、特に、方向、目標の探索、および方位の情報を容易にする。さらに、携帯可能なＧＰＳ受信器は、携帯電話器または腕時計などの形態の容易に運ぶことができる対象物にＧＰＳ受信器を同様に組み込むことができるように、より小さいなサイズになる傾向がある。しかしながら、それらは、小さなサイズのバッテリまたは蓄電池によって給電されることが多いので、受信器によって消費されるエネルギーを最小化する必要がある。
【００１２】
ＧＰＳ受信器は、特にその位置および時間に関係するデータを決定するために、少なくとも４つの見える人工衛星によって送信された無線周波数信号を捕らえる必要がある。受信器は同様に、見える人工衛星の１つに個別にロックすることによって、各人工衛星に固有な天体暦および暦データを捕らえることができる。
【００１３】
図１は、無線周波数信号を捕らえるためのアンテナ２を備えるＧＰＳ受信器１を概略的に示す。ＧＰＳ受信器１は、その位置、速度、および時間に関するデータを決定できるためには、少なくとも４つの人工衛星Ｓ１〜Ｓ４から発せられる信号ＳＶ１〜ＳＶ４を受信しなければならない。しかしながら、前記受信器１が、街中の建物Ｂなどの様々な障害物によって囲まれた位置で使用されるとき、受信器１によって捕らえられるある無線周波数信号ＳＶ１’やＳＶ３’は、時にはこれら障害物Ｂを横切って反射される。反射され、かつ同じ送信源から発せられた直接信号ＳＶ１、ＳＶ３と組み合わされるこれら信号ＳＶ１’、ＳＶ３’は、受信器によって捕らえられた信号の組から抽出されるデータに関して、誤差を引き起こす可能性がある。特に、これら誤差は、受信器の位置の計算に対して影響を与える。
【００１４】
マルチパス信号が原因の位相誤差は、地上のナビゲーション受信器に関して、１５０ｎｓ以上となることがあり、これは、計算された位置に対して４５ｍの誤差に対応する。一般に、公称誤差は３０ｎｓのマージン内である。これは、計算された位置に対してほぼ９ｍの誤差に対応する。これらの誤差は、このマルチパスの現象が良く知られていても、完全に取り除くことは通常困難である。そのようなマルチパス信号の作用を最小化するために、いくつかの実施例が既に提案されている。
【００１５】
特に、Ｎｏｖａｔｅｌ社の特許出願第ＷＯ９５／１４９３７号を引用することができ、この特許出願は、マルチパス信号が原因の歪みを補償するための手段を備えている、擬似ランダムノイズ符号化された無線周波数信号の受信器を開示している。これを行うために、受信器は、いくつかの相関チャネルを含み、相関チャネルは、それぞれ同時に特定の人工衛星を得ることを意図されている。各チャネルに関する自己相関手段は、いくつかの相関器を含み、各相関器は、中間信号で相関される他のレプリカに対してシフトされた、内部的に発生された擬似ランダム・コード・レプリカ位相を受信する。チャネルの各相関器に関する出力信号パワー・レベル推定器は、マルチパス信号の作用を推定するために備えられている。各レプリカ間の位相シフトは、例えば０．２チップより小さく、これは、各レプリカに関する高い確立周波数（establishment frequency）を必要とする。
【００１６】
この受信器の主な欠点は、各チャネルが、特定の見える人工衛星の位相を獲得し、かつ追跡するための多数の相関器を備えることである。したがって、チャネルの相関ステージを形成するために必要な多くの要素は、大きなエネルギー消費を引き起こし、これが、受信器を、小さい容量のエネルギー源を含む携帯品に統合することを不可能にしている。
【００１７】
同じ技術に関して、Ｔｒｉｍｂｌｅ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｌｉｍｉｔｅｄの米国特許第５９６６４０３号は、同様にマルチパス信号の作用を最小化するための手段を含む、拡散スペクトル無線周波数受信器を開示する。この文献は、２つの代替実施形態を提案している。最初の変形形態において、均一なまたは不均一な信号重み付け関数が、中間信号を早いレプリカと遅いレプリカとに相関させるために使用される。マイクロプロセッサ手段は、いくつかの相関されかつ重み付けされた信号を受信し、キャリアおよびコード制御ループを閉じる。これらのマイクロプロセッサ手段は、マルチパス信号が原因の信号歪みを推定し、かつそのような歪みを最小化するタスクを有する。
【００１８】
第２の変形形態において、受信器の２つの相関チャネルは、送信された信号が軌道から逸脱している同じ人工衛星を追跡するために並列に使用される。第２のチャネルは、マイクロプロセッサ手段が、マルチパス信号が原因の歪みを最小とするために使用される。マイクロプロセッサ手段が、マルチパス信号が原因の歪みを評価することができるようにするために、位相遅れは、各チャネルの早いおよび遅いレプリカを生成させる。
【００１９】
前述の文献に関する限り、これらの実施形態の１つの欠点は、本質的に、マルチパス信号の作用を最小にする各チャネルの構造の複雑性にある。さらに、大きな寸法のマイクロプロセッサ手段は、全ての同期タスクに使用される。この複雑性はまた、そのような受信器が、小さい容量のエネルギー源を備える小さなサイズの携帯品に統合されることを妨害する高いエネルギー消費を引き起こす。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の１つの目的は、マルチパス信号の作用を訂正することができ、一方、従来技術の受信器の欠点を解消するために、受信器に必要な要素数を制限し、かつその電力消費を低減した無線周波数信号受信器を提供することである。したがって、受信器は、小さなサイズの携帯品に取り付けることができる。
【００２１】
本発明の別の目的は、マルチパス信号の作用を訂正するために使用されるチャネルと同じ構造を有する、受信器の使用されていないチャネルを使用することにある。
【００２２】
【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、前述の受信器によって達成され、この受信器は、マイクロプロセッサ手段が、第１の動作チャネルにおいてマルチパス信号の存在を検出したとき、少なくとも第２の使用されていないチャネルが、マイクロプロセッサ手段を介して構成され、同じ見える送信源を探索しかつ／または追跡するための少なくとも第１の動作チャネルと並列に配置され、マイクロプロセッサ手段は、中間信号で相関される特定のコードのレプリカを生成するために、第２のチャネルをエンスレーブ（enslave）し、第２のチャネルの統合手段は、第１のチャネルの自己相関関数の第１の強度値および第２の強度値間に自己相関関数の最大強度値を提供する。
【００２３】
本発明の受信器の１つの利点は、それぞれ同じ数の要素を含む同一チャネルを使用することによって、およびマイクロプロセッサ手段と協働して、マルチパス無線周波数信号の作用が原因の計算誤差の問題を避けることができることである。受信器が動作しているとき、見える送信源、要するに見える人工衛星の数は、受信器における相関チャネルの数よりも少ないので、相関チャネルの全ては使用されていない。これは、所定数のチャネルは使用されずに残っていることを意味する。したがって、使用されていないものとされるこれらのチャネルは動作チャネルと並列に都合よく接続され、マルチパス信号が原因の誤差をマイクロプロセッサ手段が訂正することができる。
【００２４】
それぞれ特定の見える人工衛星の追跡モードで使用される少なくとも４つの相関チャネルは、マイクロプロセッサ手段が、位置、速度、および時間に関するデータを計算するために必要であることに留意されたい。したがって、マルチパス信号が、動作チャネルの１つで検出されたとき、動作チャネルに並列に配置されたただ１つの使用されていないチャネルを用いることができる。
【００２５】
前記受信器は、各相関チャネルにおける要素数を低減させる小さい容量のエネルギー源を含む、容易に持ち運ぶことができる対象物に統合されることができなければならない。さらに、全ての同期タスクの管理は、簡単な方法で、特にマイクロプロセッサ手段とは関係なく各動作チャネルで達成されることができなければならない。通常、動作チャネルにおけるマルチパス信号の存在を検出した後だけ、マイクロプロセッサ手段は、自己相関関数の最大強度を探索する使用されていないチャネルを支援する。したがって、前記マイクロプロセッサ手段と、受信器のエネルギー消費を低減する動作チャネルとの間で、わずかなデータ転送が存在する。
【００２６】
本発明の受信器の他の利点は、通常使用される第１のチャネルのパラメータが、マイクロプロセッサ手段を介して、第１のチャネルと並列に接続される第２のチャネルに転送されることである。したがって、第２のチャネルは、マイクロプロセッサ手段と協働して、自己相関関数の最大強度を見出すために、より速く動作することができる。マルチパス信号が消えるため、第１のチャネルは、安定性の理由のために第２のチャネルが接続されていても、まだ使用されているままである。そのような場合、第２のチャネルが停止され、第１のチャネルは、マイクロプロセッサ手段にデータ、特にＧＰＳ受信器の位置、速度、および時間に関するデータの計算操作のために提供される。
【００２７】
第２のチャネルによって与えられた最大自己相関関数強度値と、第１のチャネルの早い信号の第１の自己相関関数強度値との間の位相シフトは記憶される。したがって、この位相シフトを、第１の動作チャネルの将来の並列接続に関する第２の使用されていないチャネルの追加のパラメータとして、導入することができる。
【００２８】
通常、マイクロプロセッサ手段は、人工衛星の位置と、それらの特定のコードと、地上の受信器が作動している瞬間に、地上の受信器に対して見えることができる人工衛星とに関するデータを記憶する記憶手段を含む。したがって、受信器は、人工衛星を作動状態の選択された訂正チャネルを設定する瞬間に見ることができることを確立することができる。
【００２９】
他に加えて、この目的は、以下の最初の一連のステップを含む、受信器のマルチパス信号の作用を訂正する方法であって、
各チャネルが、特定の送信源を探索しかつ追跡するように、特定数の第１のチャネルを使用可能に構成しかつ切り換えるステップと、
自己相関関数に関する第１および第２の強度値が等しくなるまで、中間信号と相関される各第１の動作チャネルの特定コードの早いおよび遅いレプリカを位相シフトするステップと、
探索および／または追跡段階の間、早い信号および遅い信号に関して、および対応する位相シフトに関して相関強度値を記憶するステップとを有し、さらに、以下の第２の一連のステップを含むことを特徴とする。その第２の一連のステップは、
自己相関関数強度値、および各第１の動作チャネルに関する探索および／または追跡段階における、対応する記憶された位相シフトを用いて、チャネルが送信源追跡モード状態にあるとき、早い信号の第１の強度値の点における自己相関関数の第１の勾配、および遅い信号の第２の強度値の点における自己相関関数の第２の勾配を計算するステップと、
計算された２つの勾配が、絶対値において実質的に異なるなら、または、追跡モードにおいて、早い信号の第１の強度値または遅い信号の第２の強度値に変動が見られるなら、第１の動作チャネルに並列に配置された少なくとも第２の使用されていないチャネルを使用可能に構成しかつ切り換えるステップと、
マルチパス信号の作用を訂正する間、マイクロプロセッサ手段が、第２のチャネルの無線周波数信号からデータを抽出できるように、第２のチャネルの積分手段が、第１のチャネルの自己相関関数の第１の強度値と第２の強度値との間に、自己相関関数の最大強度値を供給するまで、マイクロプロセッサ手段からの指示のもとに、第２のチャネルのコード・レプリカの１つを位相シフトするステップとである。
【００３０】
無線周波数信号受信器、および前記受信器を作動させる方法の目的、利点、および特徴は、図面に示された実施形態の以下の記載でより明瞭になるであろう。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下の記載において、この技術分野の当業者には良く知られている、特にＧＰＳタイプの無線周波数信号受信器のいつくかの要素は、単純化された方法でのみ言及される。好ましくは、以降に記載される受信器は、ＧＰＳ受信器である。それでもなお、ＧＬＯＮＡＳＳまたはＧＡＬＩＬＥＯナビゲーション・システム、または任意の他のナビゲーション・システムにおいて、ならびに移動体電話ネットワークにおいて使用することができる。
【００３２】
図１に示されるように、ＧＰＳ受信器のアンテナ２によって捕らえられた無線周波数信号ＳＶ１〜ＳＶ４は、４つの見える人工衛星Ｓ１〜Ｓ４によって送信される。これらの４つの人工衛星の信号ＳＶ１〜ＳＶ４は、前記ＧＰＳ受信器１が、その位置、速度、および／または時間に関するデータの計算に関して有用な全ての情報を抽出するために必要である。しかしながら、それらの経路で、ある無線周波数信号ＳＶ１’およびＳＶ３’が、建物Ｂなどの様々な障害物によって反射される可能性がある。これらの逸脱した信号ＳＶ１’およびＳＶ３’は、受信器によって捕らえられる直接信号ＳＶ１およびＳＶ３の検出を混乱させることがある。したがって、人工衛星Ｓ１およびＳ３の探索および追跡段階における相関チャネルは、位置計算誤差を引き起こすマルチパス信号の作用を受ける。以下の記載で説明されるように、使用されていないとされた少なくとも１つのチャネルが、マルチパス信号の作用を訂正するために、人工衛星Ｓ１およびＳ３を追跡する各動作チャネルに並列に配置される。
【００３３】
ＧＰＳ受信器は、腕時計を身につけている人に必要なときに位置、速度、およびローカル時間データを提供するために、腕時計などの携帯品に取り付けることができる。腕時計が、小さいサイズの蓄電池またはバッテリを有するので、消費される電力は、ＧＰＳ受信器の動作中に可能な限り小さくなければならない。
【００３４】
もちろん、ＧＰＳ受信器は、小さなサイズの蓄電池またはバッテリを備える携帯電話器などの小さなサイズの他の携帯品に取り付けられることができる。
【００３５】
ＧＰＳ受信器１は、図２に概略的に示されている。ＧＰＳ受信器１は、中間信号ＩＦを生成するために、アンテナ２によって供給される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３と、中間信号ＩＦを受信するための１２個のチャネル７’から形成される相関ステージ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。
【００３６】
中間信号ＩＦは、好ましくは、同位相信号Ｉの成分と、整形手段３によって提供される４００ｋＨｚ程度の周波数の１／４相信号Ｑの成分とから形成される複合形態である。複合中間信号ＩＦは、２ビットを規定する斜線で交差される態様で、図２において示される。
【００３７】
受信器１において使用できるチャネル７’の数は、所定数の使用されていないチャネルが残るように、地球上の任意の点で見ることができる人工衛星の最大数よりも大きくなければならない。これらの使用されていないチャネルは、マイクロプロセッサ手段が、通常の動作チャネルにおけるマルチパス信号の存在を検出した場合に、動作チャネルと並列に接続されるように意図される。マルチパス信号の影響、および使用されていないチャネルの接続が、図３から６を特に参照して以降説明される。
【００３８】
従来、受信手段３において、第１の電子回路４’は、周波数１．５７５４２ＧＨｚの第１の全ての無線周波数信号を例えば１７９ＭＨｚの周波数に変換する。それから、第２の電子回路ＩＦ４”は、まず第１に、ＧＰＳ信号を４．７６ＭＨｚの周波数に、次に最終的に４．３６ＭＨｚでサンプリングすることによって、例えば４００ｋＨｚの周波数にする二重の変換を実行する。したがって、４００ｋＨｚ程度の周波数でサンプリングされ定量化された中間複合信号ＩＦが相関ステージ７のチャネル７’に提供される。
【００３９】
周波数変換動作のために、クロック信号生成器５が無線周波数信号受信および整形手段３の一部を形成している。この生成器は、例えば、１７．６ＭＨｚの程度の周波数で較正された、図示されていない水晶発振器を備える。２つのクロック信号ＣＬＫとＣＬＫ１６が、特に相関ステージ７およびマイクロプロセッサ手段１２に与えられ、これらの要素の全ての動作にクロックを与える。第１のクロック周波数ＣＬＫは４．３６ＭＨｚの値で、一方、第２のクロック周波数は、エネルギー消費を節約するために、相関ステージの大部分に関して１６分の１、すなわち２７２．５ｋＨｚにロックすることができる。
【００４０】
受信手段３におけるクロック信号生成器５と統合される代わりに、相関ステージに配置された分周器を用いて、クロック信号ＣＬＫ１６を得ることを検討することができることに留意されたい。
【００４１】
第２の回路４”によって供給される信号は、半分の場合に、異なるパリティ（＋１および−１）の信号を与える。受信器におけるＧＰＳ信号の復号化動作に関して、このパリティを考慮しなければならない。代わりの実施形態において、第２の回路４”は、同位相の成分、ならびに１／４位相の成分に関して、２つの出力ビットにわたって分配される信号（＋３、＋１、−１、−３）を与えることができる。
【００４２】
本発明のＧＰＳ受信器の場合に、キャリア周波数に関する１ビットの定量化を有する中間信号ＩＦは、この定量化が、信号雑音比（ＳＮＲ）に３ｄＢ程度の追加の損失を生成しても、相関ステージに提供される。
【００４３】
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、レジスタを介して、ＧＰＳメッセージと、ＰＲＮコードの状態と、ドップラー効果に関する周波数増分と、擬似レンジと、位相シフトを有する相関強度値と、相関および特定の人工衛星へのロック後の他のデータとに関するデータを送信することができる。
【００４４】
バッファ・レジスタ１１は、例えば、コマンドおよび状態レジスタ、チャネルのＮＣＯ（Numerically Controlled Oscillator、数値制御発振器）発振器のためのレジスタ、擬似レンジ・レジスタ、エネルギー・レジスタ、キャリアおよびコードのオフセット・レジスタおよび増分レジスタ、テスト・レジスタなどいくつかの種類のレジスタから形成される。これらのレジスタは、人工衛星の獲得および追跡の間に、マイクロプロセッサへ自動的に転送されることなく使用されるために、相関ステージ階の間にデータを蓄積できることに留意されたい。
【００４５】
代わりの実施形態において、レジスタ１１の単一ブロックは、レジスタ・ユニットに置かれるあるデータが各チャネルに共通であるなら、相関ステージの全てのチャネル７’に対して検討される。
【００４６】
相関ステージ７の各チャネル７’は、専用の材料を介して、動作、特に人工衛星信号の獲得およびチャネルによって検出される人工衛星の追跡に関する信号処理アルゴリズムを設定するために意図される、相関器８およびコントローラ９を含む。
【００４７】
各チャネルのコントローラ９は、なかでも、図１には示されていない、メモリ・ユニット、算術ユニット、データ・ビット同期化ユニット、相関器制御ユニット、および遮断ユニットを含む。メモリ・ユニットは、一次的データを記憶するための特にＲＡＭメモリで形成される。ＲＡＭメモリは、一定ではない構造または一定の構造に分布される。算術ユニットは、特に、加算、減算、乗算、蓄積、およびシフト・動作を実行する。
【００４８】
通常の動作において、検出された人工衛星に関する全ての獲得および追跡動作は、したがって、相関ステージの各それぞれのチャネルにおいて自律的に達成される。これらのタスクは、いくつかのビットの計算が１つのクロック・パルスで達成される、ビット・パラレル・アーキテクチャで実行される。デジタル信号は１ｋＨｚであり、キャリア周波数の前記信号の自律的処理、およびかなり小さい周波数レートでＰＲＮコード制御ループを可能にする。チャネルが人工衛星にロックされたとき、回路は、以降の計算のために意図されるＧＰＳデータのフローを同期化する。
【００４９】
したがって、マイクロプロセッサ手段１２を用いるデータ転送は、もはや全ての相関ステップの間には起こらない。これは、相関ステージ７の各チャネル７’の相関の結果だけであり、マイクロプロセッサに、特に５０Ｈｚの周波数のＧＰＳメッセージに転送される。これは、電流消費における大きな低減の結果となる。しかしながら、マイクロプロセッサ手段が、マルチパス信号の作用を訂正するために、通常の動作チャネルに並列な使用されていないチャネルを接続しなければならないとき、この使用されていないチャネルの同期化動作は、前記マイクロプロセッサ手段を介して実行される。しかし、動作チャネルのいくつかのパラメータは、前記受信器の電力消費に対して大きな不都合なしに、マイクロプロセッサ手段を介して、迅速に使用されていないチャネルを使用可能に構成するために転送される。
【００５０】
したがって、好ましくは、マイクロプロセッサ手段１２は、スイス国のＥＭ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ−Ｍａｒｉｎによる、８ビットＣｏｏｌＲＩＳＣ−８１６マイクロプロセッサを含む。このマイクロプロセッサは、４．３６ＭＨｚのクロック信号でクロックされる。マイクロプロセッサ手段１２は、同様に図示されていないメモリ手段を含み、メモリ手段に、前記人工衛星の位置に関する全ての情報、それらのゴールド・コード、および地上のＧＰＳ受信器によって捕らえられることができる情報を記憶する。
【００５１】
全ての人工衛星探索および追跡手順の間に、動作チャネル７’は、マイクロプロセッサに抽出できるデータを警告するために、中間信号ＩＮＴ１からＩＮＴ１２をマイクロプロセッサに送信する。それが、遮断信号を受信するとすぐに、マイクロプロセッサは、一般に、抽出されるデータがどのチャネルから発するのかを見出すために、全てのチャネルを通して実行しなければならない。このデータは、例えば、構成パラメータ、ＧＰＳメッセージ、ＰＲＮコードの状態、ドップラー効果による周波数増分、擬似距離、受信手段を遮断するモード、積分器カウンタの状態、および他の情報に関することができる。
【００５２】
いくつかの遮断信号ＩＮＴ１からＩＮＴ１２は同時に発生することができるので、マイクロプロセッサ手段１２は、同様に動作チャネル７’に関するプライオリティ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、プライオリティの決定された順により、遮断信号を送信するプライオリティ・チャネルに直接アクセスすることができる。
【００５３】
示されていない代わりの実施形態において、プライオリティ復号器を、同様に、相関ステージに統合することができる。
【００５４】
単一の半導体基板は、双方のレジスタを有する相関ステージの全体、プライオリティ復号器、マイクロプロセッサ、および可能なクロック信号生成器の一部を含みことができる。
【００５５】
受信器１が動作状態に設定されるとき、相関ステージ７のいくつかのチャネル７’はマイクロプロセッサ手段１２によって使用可能に構成される。各チャネルの構成は、さらに、キャリア周波数に対する異なるパラメータ、および探索され追跡される特定の人工衛星のＰＲＮコードをそれらに導入することからなる。通常の動作モードにおいて、各チャネルは、それ自体の人工衛星の探索および追跡とは異なって構成される。動作チャネルは、見える人工衛星だけをロックすることができるので、いくつかの使用されていないチャネルが残る。
【００５６】
図３は、ＰＲＮ制御ループのための一部分、およびキャリア周波数制御ループのための他部分を有する相関器８を示す。相関器８は、相関ステージ７の各チャネル７’で同一であるが、各チャネルで異なって構成されることができる。図２を参照して説明したように、通常動作において、各チャネルは、マイクロプロセッサ手段には関係なく、特定の見える人工衛星を探索しかつ追跡するために、全ての同期化タスクを実行する。これは、前記受信器の製造を簡略化し、それらの電力消費を低減することを可能にする。
【００５７】
この相関器の様々な要素に関するより詳細のために、読者は、ＥｌｌｉｏｔｔＤ．Ｋａｐｌａｎにより編集されたＰｈｉｌｌｉｐ  Ｗａｒｄの「Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ  ＧＰＳ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（ＧＰＳ原理および適用の理解）」の第５章（Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、米国  １９９６年）版番号ＩＳＢＮ０−８９００６−７９３−７、特に図５．８および図５．１３からの教示を参照することができる。
【００５８】
図３を参照すると、２ビットを規定する斜線で交差される態様で図に示される中間信号ＩＦは、１ビットの同位相信号成分と、１ビットの１／４位相信号成分Ｑとから形成される複合信号（１＋ｉＱ）である。前記中間信号ＩＦは、サンプリングされかつ定量化され、まずキャリアの第１のミキサ２０を通過する。ミキサすなわち乗算器２１は、複合信号から同位相信号Ｉを抽出するために、コサインから内部で生成されたキャリア・レプリカのｉ倍のサインを差し引いたものを信号ＩＦに乗算し、一方、ミキサすなわち乗算器２２は、複合信号から１／４位相信号Ｑを抽出するために、サインから内部で生成されたキャリア・レプリカのｉ倍のサインを差し引いたものを信号ＩＦに乗算する。
【００５９】
これらのサインおよびコサイン信号は、レプリカ信号のＣＯＳ／ＳＩＮテーブルのブロック４５で発生する。第１のミキサ２０における第１のステップの目的は、ＧＰＳメッセージを担持する信号からキャリア周波数を抽出することである。
【００６０】
この動作の後、獲得されるべき人工衛星からの信号のＰＲＮコードの等価物は、所望の人工衛星に対応する前記チャネルにおいて生成されるＰＲＮコードを有する、動作チャネルまたは切り換えられたチャネルにおいて見出されなければならない。これを行うために、同位相および１／４位相信号は、４つの相関された信号を得るために、ＰＲＮコードの早いレプリカおよび遅いレプリカと信号ＩおよびＱを相関させるために第２のミキサ２３を通過する。相関ステージの各チャネルにおいて、早いレプリカおよび遅いレプリカだけが、正確なレプリカを考慮することなく維持される。これは、相関要素の数を最小源にすることを可能にする。しかしながら、コード制御ループから正確な要素を取り除くことによって、２．５ｄＢ程度の信号雑音比における損失が見られる。
【００６１】
ミキサすなわち乗算器２４は、２ビット・レジスタ３６から信号Ｉおよび早いレプリカ信号Ｅを受信し、相関された早い同位相信号を供給する。ミキサすなわち乗算器２５は、レジスタ３６から信号Ｉおよび遅いレプリカ信号Ｌを受信し、相関された遅い同位相信号を供給する。ミキサすなわち乗算器２６は、１／４位相信号Ｑおよび早い信号Ｅを受信し、相関された早い１／４位相信号を供給する。最後に、ミキサすなわち乗算器２７は、信号Ｑおよび遅いレプリカ信号Ｌを受信し、遅い１／４位相信号を供給する。早いレプリカＥと遅いレプリカＬとの間のシフトまたはオフセットは、本発明の実施形態においてハーフ・チップであり、これは、中央の正確な要素Ｐを有するシフトは１／４チップであることを意味する。乗算器は、例えばＸＯＲ論理ゲートを使用する簡略性に役立つことができる。
【００６２】
４つの相関された信号は、事前検出要素である積分器カウンタ２８、２９、３０、３１によって形成される積分手段に入力する。これらの積分器カウンタは、各積分期間の終わりで、１０ビットにわたって示されるバイナリ出力ワードＩＥＳ、ＩＬＳ、ＱＥＳ、およびＱＬＳを供給する。これらのバイナリ・ワードは、特に図４ａに示される自己相関関数の強度値を規定する。強度値は、通常、相関された信号の強度値に標準化される。早い相関された信号および遅い相関された信号に関する、いくつかの強度値および位相シフトは、早い相関された信号および遅い相関された信号の自己相関関数強度値の点での勾配を計算するマイクロプロセッサ手段によって使用されるために、人工衛星探索モードにおいて記憶手段に記憶される。勾配の計算に基づき、マイクロプロセッサ手段は、動作チャネルがマイクロパス信号の作用を受けているかどうかを検出することができる。
【００６３】
積分器カウンタは、ＰＲＮコードのチップ数と等しい数１０２３まで計数できるように規定される。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、毎秒バイナリ出力ワードＩＥＳ、ＩＬＳ、ＱＥＳ、ＱＬＳの完全なセットを提供するように構成される。
【００６４】
これらの積分器が続くループにおける全ての動作は、１ｋＨｚの周波数の信号を有するビット・パラレル・アーキテクチャで発生する。復調される有用な信号の雑音部分を排除するために、最上位の８ビットだけが、デジタル信号処理チェーンの残りで使用される。
【００６５】
図において、８ビットを規定する斜線で交差される態様で示される、バイナリ出力ワードＩＥＳ、ＩＬＳ、ＱＥＳ、およびＱＬＳは、コード・ループ弁別器３２およびコード・ループ・フィルタ３３を通過する。コード・ループ弁別器は、信号ＩＥＳ、ＩＬＳ、ＱＥＳ、およびＱＬＳのエネルギーを計算する動作を実行する。ある数Ｎの積分サイクルの間、例えば１６サイクルの間の値の蓄積は、コード弁別器で実行される。
【００６６】
本発明において、弁別器は、遅延ロック・ループ・タイプ（ＤＬＬ）の非コヒーレントである。この弁別器において、減算が、早い信号強度の自乗値と遅い信号強度の自乗値との間で実行されることができる。しかしながら、早い信号強度値が、遅い信号強度値とほぼ等しく維持されるなら、任意のタイプの弁別器を使用することができる。読者は、同様に、１９９６年にＡｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓによって出版された、書籍「Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（全世界測位システムおよび応用）」のＡ．Ｊ．Ｖａｎ  Ｄｉｅｒｅｎｄｏｎｃｋによる「ＧＰＳ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ（ＧＰＳ受信器）」と題する第８章を参照することができる
【００６７】
この弁別器で、人工衛星による信号の送信の間に、ドップラー効果が、キャリア周波数だけでなく、キャリア周波数で変調されるＰＲＮコードも受けるので、訂正はキャリア・ループで行われる。コード・ループ弁別器にキャリアを配置することは、キャリア・シフト増分を１５４０で割ることに対応する。
【００６８】
弁別器のフィルタリングされた結果により、位相増分は、ＰＲＮコード生成器３５の２８ビットＮＣＯ発振器によって課され、それは、新たな相関を行うために、ＰＲＮコード・ビット連をレジスタ３６へ送信する。この２８ビットＮＣＯの周波数解像度は、１６ｍＨｚの程度である（４．３６ＭＨｚのクロック周波数に関して）。
【００６９】
コントローラは、ループの様々な結果を処理する。それは、獲得および追跡動作を協働することができる。いったん同期化および所望の人工衛生をロックするとと、値ＩＥＳおよびＩＬＳは、データ入力および出力レジスタを介して、マイクロプロセッサ手段へ、１ビットにわたって５０Ｈｚでデータ・メッセージを提供できる復調ユニット５０に導入される。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、および正確なローカル時間を計算するために、バッファ・レジスタに導入された擬似レンジに関する情報をとることができる。
【００７０】
前に説明したどの要素も、この技術分野の当業者の一般的な知識の一部をなすなら、それらを詳細には説明しない。
【００７１】
加算器３７における信号ＩＥＳおよびＩＬＳの合計は、信号ＩＰＳを作り出すために使用され、加算器３８における信号ＱＥＳおよびＱＬＳの合計は、信号ＱＰＳを作り出すために使用され、両方の信号ＩＰＳおよびＱＰＳは８ビットで示される。これらのバイナリ・ワードは、キャリア・ループ・フィルタ４３に続く信号のエネルギーを計算するために、キャリア・ループ弁別器４２（包連線検出）へ、１ｋＨｚの周波数で導入される。弁別器は、特に、８ビット乗算器および２０ビット蓄積器で形成される。これは、周波数および位相ロック・タイプである。
【００７２】
平均値動作は、キャリア追跡ループの信頼性および正確性を増加するために、周波数弁別器で実行される。弁別器が備える蓄積は、１６ｍｓに対応する例えば１６サイクルなどの、数Ｎのサイクル続く。マイクロプロセッサ手段は、同様に、選択されたチャネルに並列に配置された使用されていないチャネルに関する弁別器４２に信号ＳＴＣを課す。
【００７３】
弁別器の結果に応じて、フィルタの通過後に、キャリアの２４ビットＮＣＯ発振器４４は、キャリア周波数レプリカを訂正に関する周波数増分（ｂｉｎ）を受信する。この２４ビットＮＣＯは、２６０ｍＨｚの程度の周波数解像度を有する。
【００７４】
コードおよびキャリアの２つの制御およびエンスレーブ方法は、追跡の間同期化されるが、キャリア追跡ループは、人工衛星信号の存在の確認の後にだけ更新される。
【００７５】
人工衛星による無線周波数信号の送信の間、ドップラー効果は、キャリア周波数およびＰＲＮコードの両方の前記信号に影響を与え、これは、ＰＲＮコード位相および受信器で受信されるキャリア周波数のより良い調整精度を得るために、コードおよびキャリア制御ループが、互いに接続されることを意味する。
【００７６】
探索位相における各相関エポックで、ＰＲＮコード・レプリカ位相は、人工衛星位相シフトを見出すために、例えば１チップのステップずつ時間において遅れる。いったん、人工衛星が追跡位相で見出されると、コード調整が、例えば０．０５から０．１チップで発生する。さらに、キャリア制御ループで発生する、ドップラー効果を含むキャリア周波数は、訂正されなければならない。ドップラー効果に加えて、内部発振器の低い精度、および電離層効果を考慮しなければならない。コードおよびキャリア・ループで訂正されるこれらの誤差は、±７．５ｋＨｚの周波数シフトに対応する。
【００７７】
マルチパス信号が検出されないとき、全ての同期化タスクが、各動作チャネルで実行される。マイクロプロセッサ手段が、第１の動作チャネルにおいてマルチパス信号の作用を検出した場合、自己相関関数の最大強度を見出すように、第２の使用されていないチャネルが、第１のチャネルに並列に接続される。この場合、前記チャネルのコードおよびキャリア制御ループは、もはや使用することができない、なぜなら、この第２の使用されていないチャネルとともに、追跡モードにおける早いおよび遅い信号の自己相関関数の等価な強度値は、もはや得ることができないからである。
【００７８】
この使用されていないチャネルは、第１のチャネルの２つの強度値間の自己相関関数の最大強度値を見出すために、早いまたは遅いレプリカの１つの位相シフト動作に対して、マイクロプロセッサ手段を有するループされなければならない。これを行うために、２つの遮断要素４６および４７は、全てのチャネルの各制御ループに配置される。マイクロプロセッサ手段は、第１のチャネルにおけるマルチパス信号の存在を検出したとき、第２の使用されていないチャネルは、２つの制御ループを遮断するために、前記手段から指示Ｓｃを受信する。
【００７９】
図４ａおよび４ｂは、一方では自己相関関数を、他方では前記コードのレプリカで相関される特定のコード遮断信号を示す。
【００８０】
図４ａの自己相関関数は、２つの同一矩形パルス論理信号の相関結果を示すが、互いに対して位相シフトされる。前記相関された論理信号は、一方では擬似ランダム・コード中間信号、および他方では受信器チャネルで生成された前記擬似ランダム・コードのレプリカである。自己相関関数に関する一般式は、以下の通りである。
【数１】
0004099351.tif 000002
ここで、ｆ（τ）はＡに等しく、Ａは、相関されるべき矩形形状信号の強度であり、τに関して、絶対値はＴＣ／２以下であるか、さもなければ０である。ＴＣは、擬似ランダム・コード周波数が１．０２３ＭＨｚであるので、９７７．５ｎｓに対応する１チップを示す。信号が矩形信号であるので、したがってこの関数Ｒ（ｔ）は、以下の式によってのみ定義される。
Ｒ（ｔ）＝Ａ２ＴＣ（１−｜ｔ｜／ＴＣ）  ｜ｔ｜≦ＴＣ  のとき
Ｒ（ｔ）＝０                        それ以外のとき
【００８１】
マルチパス信号の作用による妨害がない場合には、自己相関関数の形状は、三角形であり、勾配の絶対値が、前記関数の頂点の両側で等しい。信号強度Ａは、値１を有し、これは、相関される信号が完全に同位相であるとき、標準化されるように決められた強度値は、前記関数の頂点で値１を有することを意味する。
【００８２】
図４ｂにおいて、位相シフトｔ＝０のレプリカ（０）は、１に等しい最大強度値を与える、抽出された信号（中間信号）と完全に同位相である。抽出された信号に対して位相シフトｔ＝１／２チップのレプリカ（１）は、１／２に等しい強度値を与える。最後に、抽出された信号に対して位相シフトｔ＝１チップのレプリカ（２）は、０に等しい強度値を与える。
【００８３】
本発明のＧＰＳ受信器は、それぞれ中間信号と相関される、２つの早いおよび遅い擬似ランダム・コード・レプリカを生成する。２つのレプリカ間の位相シフトは１／２チップである。図５ａは、相関される早いおよび遅い信号の強度値が、見える人工衛星追跡モードにおいて示される自己相関関数を示す。追跡モードにおいて調整される早い強度値は、自己相関関数の頂点から１／４チップだけオフセットされており、追跡モードにおいて調整される遅い強度値は、前記関数の頂点から１／４チップだけオフセットされている。
【００８４】
したがって、通常の動作において、動作チャネルの早いおよび遅い信号の強度値は、見える人工衛星追跡モードにおいて等しい。したがって、これらの強度値は、自己相関関数の最大には決してない。コード弁別器は、各積分期間で早い信号および遅い信号の強度値の減算を実行する。したがって、この減算を介して、コード分別器は、より正確なコード訂正増分を提供することができる。
【００８５】
強度値が等しいとき、弁別器における減算の結果は、追跡モードにおいて得るために必要であるゼロ値を与える。弁別器におけるこれら強度値の差異の相関関数は、図５ｂに示される。
【００８６】
図５ａに示される自己相関関数は、理想的な三角形形状を有しておらず、２ＭＨｚバンドパス・フィルタリングが、パワー・スペクトルからいくつかのローブを取り除く、受信および整形手段で実行される。したがって、自己相関関数は、その頂点でピークではなく丸められた部分を有する。
【００８７】
無線周波数信号が、それらの経路で障害物によって逸らされるとき、受信器によって捕らえられる信号はマルチパス信号である。これらの信号は、追跡される送信した人工衛星から直接発する無線周波数信号に追加される。これらの作用は、１つのチャネルが、そのような人工衛星に関する追跡モードであるなら、受信器の位置の計算を混乱させる。
【００８８】
図６ａは、受信器によって捕らえられた直接信号、およびマルチパス信号に関する２つの自己相関関数を示す。一般にみられるように、マルチパス信号の自己相関関数は、直接信号の自己相関関数の右側にオフセットされる。さらに、マルチパス信号の自己相関関数の最大強度値は、直接信号自己相関関数の最大強度値より小さい。
【００８９】
図６ａにおいて、マルチパス自己相関関数は強め合うタイプであり、すなわち、最大強度値は正である。同様に、マルチパス信号が、その最大強度値が負である自己相関関数を導くことも可能である。そのような場合、信号は弱め合うマルチパス信号と呼ばれる。
【００９０】
図６ｂは、マルチパス信号が存在するとき、受信器の積分手段の出力で得られた結果としての自己相関関数を示す。この結果としての関数は、図６ａに示される２つの自己相関関数の加算である。
【００９１】
その信号がそれらの軌道から逸らされた人工衛星を探索しかつ追跡する動作に設定された１つのチャネルは、早い相関された信号Ｅ１および遅い相関された信号Ｌ１に等しい自己相関関数強度を有するが、前記関数の頂点に対する位相シフトΔを有する。強め合うマルチパス信号の場合には、追跡モードにおける２つの等しい強度値は、そのようなマルチパス信号によって影響されない動作チャネルの強度値より大きい。自己相関関数の頂点Ｐ１は、一般に２つの早いレプリカと遅いレプリカとの間の等しい位相シフトにあるので、マルチパス信号は、シフトΔによって示される位相誤差を生成する。
【００９２】
図６ｂにおいて、このシフトΔは、ほぼ１／８チップであり、これは、マイクロプロセッサ手段によって計算される位置で３５ｍの誤差に対応する。
【００９３】
図６ｃは、マルチパス信号の影響を有するコード弁別器で得られた、早いおよび遅い信号の強度値の減算Ｅ１−Ｌ１の自己相関関数を示す。
【００９４】
受信器が、どのようにマルチパス信号の影響を訂正するために作用するかを理解するために、受信器を作動させる、または受信器を動作させる方法のステップのフロー図を示す図７で参照される。マイクロプロセッサ手段は、通常、受信器の位置を計算するために、４つの見える人工衛星を追跡する少なくとも４つのチャネルを構成することに留意しなければならない。しかしながら、簡単にするために、方法のステップは、１つの選択されたチャネルに関して図７だけを参照して記載される。
【００９５】
ステップ１００で、第１のチャネルは、見える人工衛星を探索しかつ追跡するためにマイクロプロセッサ手段によって選択される。第１のチャネルは、見える人工衛星を探索し、一方、キャリアおよびコード・レプリカの訂正が、キャリアおよびコード制御ループにおいて中間信号で相関される。
【００９６】
この探索段階の間に、積分手段の出力で早い信号および遅い信号の自己相関関数の強度値の検査は、ステップ１０１で実行される。強度値が等しくない場合には、擬似ランダムＰＲＮコードの位相シフトは、ステップ１０２で起こる。理論的には、探索位相において、コード・レプリカは１チップだけシフトされる。
【００９７】
前記人工衛星の全ての探索位相の間に、積分手段の出力の強度値、ならびに対応する位相シフトが記憶される。
【００９８】
第１のチャネルの強度値Ｅ１およびＬ１が等しいとすぐに、点Ｅ１およびＬ１での勾配の計算が、ステップ１０３の間にマイクロプロセッサ手段によって実行される。計算された勾配の比較がステップ１０４で行われる。勾配ＰＥ１およびＰＬ１が絶対値において等しいなら、第１のチャネルは、マルチパス信号によって影響されていない。ステップ１０５で位置合わせされるこの第１のチャネルは、したがって、特にＸ、Ｙ、Ｚ位置を計算するためのマイクロプロセッサ手段に、正確なデータを提供することができる。
【００９９】
マイクロプロセッサ手段が、第１のチャネルにおいてマルチパス信号の存在が検出されない場合であっても、それでもなお、前記受信器が移動したときに、マルチパス信号が現れる可能性がある。第１のチャネルが影響されないことを確実にするために、追跡モードにおいて、早い信号および遅い信号の自己相関関数強度値の検査は、前記マルチパス信号によって同様に実行される。
【０１００】
強度Ｅ１における変化が、ステップ１０６で見られない限り、第１のチャネルは、あらゆるマルチパス信号の作用なしに、マイクロプロセッサ手段に正確なデータを依然として提供する。したがって、強度Ｅ１における変化が現れるなら、マイクロプロセッサ手段は、ステップ１０７で使用されていない第２のチャネルを構成しかつ切り換え、第２のチャネルは、第１のチャネルと並列の動作に設定される。第２のチャネルは、ステップ１０４で、第１のチャネルに関する絶対値で計算された勾配が実質的に異なるなら、同様に切り換えられる。
【０１０１】
第２のチャネルは、マイクロプロセッサ手段を介して、記憶された第１のチャネルのパラメータを使用して構成される。これは、ステップ１０８で、最大強度値Ｅ２の迅速な探索のために、第２のチャネルのコード・レプリカの同位相のガイドを可能にする。この最大強度値Ｅ２は、第１のチャネル探索モードにおいて、２つの強度値Ｅ１とＬ１との間にある。第２のチャネルは、早いコード・レプリカまたは遅いコード・レプリカでこの最大強度値を見出さなければならないので、第２のチャネルの制御ループを直接使用することはできない。したがって、マイクロプロセッサ手段は、線形回帰方法によって、またはＮｅｗｓｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎタイプの最適化アルゴリズムによって、自己相関関数の頂点を見出すために、第２のチャネルをエンスレーブする。したがって、指示が、その制御ループの接続を分離するために、第２のチャネルの２つの遮断要素に加えられる。
【０１０２】
強度値Ｅ２が最大でない限り、第２のチャネルの１つのコード・レプリカのコード位相シフトがステップ１０９で実行される。最大強度値に関する全てのこれらの探索動作の間に、２つの強度値Ｅ１とＬ１との間の第２のチャネルの全ての強度値Ｅ２、ならびに対応する位相シフトが記憶される。
【０１０３】
最大強度値Ｅ２がステップ１０８で見出されたとき、自己相関関数の頂点の各側での勾配の計算は、記憶された強度値を使用して、ステップ１１０で実行される。勾配Ｐ２ＡＶおよびＰ２ＡＰが、全体値で実質的に異なるなら、ステップ１１３で最大強度値に位置合わせされた第２のチャネルだけであり、特に位置計算のためにマイクロプロセッサ手段に正確なデータを提供する。第２のチャネルの強度値の連続検査が実行される。
【０１０４】
勾配Ｐ２ＡＶおよびＰ２ＡＰが、絶対値で実質的に等しいなら、これは、マルチパス信号が存在しないことを意味する。この場合、第２のチャネルは、ステップ１１２で停止される。したがって、マイクロプロセッサ手段は、第１のチャネルが切り換えられたとき、第１のチャネルが停止されないので、第１のチャネルから正確なデータを再びとることができる。
【０１０５】
前述された受信器は、腕時計または移動体電話器などの低減されたサイズの携帯品に取り付けることを意図しているので、マイクロプロセッサ手段が、前記動作チャネルにおいてマルチパス信号の存在を検出したとき、好ましくは、単一の使用されていないチャネルが、１つの動作チャネルに並列に切り換えられる。前述で示されたように、特定の見える人工衛星をそれぞれ追跡するための、少なくとも４つの初期的なチャネルを選択することだけが必要である。
【０１０６】
通常、第２のチャネルだけが、第１のチャネルによる見える人工衛星追跡モードにおいて切り換えられる。しかしながら、各チャネルのパラメータおよび位相シフトが、記憶手段に記憶されるので、第２のチャネルは、第１のチャネルが探索位相にあっても、第１のチャネルに並列に切り換えられることができる。マイクロプロセッサ手段は、動作チャネルが、マルチパス信号によって影響されることができるかどうかを認識する。
【０１０７】
上述の記載から、特にＧＰＳタイプの多数の様々な受信器が、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって検討することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】少なくとも４つの人工衛星からの信号を捕らえるＧＰＳタイプの無線周波数信号受信器を示し、２つの人工衛星からの信号が、障害物によってそれらの軌道から逸脱している図である。
【図２】本発明による無線周波数信号の様々な部分を概略的に示す図である。
【図３】本発明による受信器の相関ステージの１つのチャネルの相関器の要素を概略的に示す図である。
【図４】ａ：自己相関関数を定義するために、位相シフトされたレプリカと相関される自己相関関数のグラフを示す図である。
ｂ：自己相関関数を定義するために、位相シフトされたレプリカと相関される中間信号を示す図である。
【図５】ａ：自己相関関数のグラフを示し、追跡段階において、早いレプリカと相関された信号の強度が、遅いレプリカと相関された信号の強度に等しい図である。
ｂ：早い成分および遅い成分を差し引くことによって得られた、自己相関関数のグラフを示す図である。
【図６】ａ：追跡段階において、早いレプリカと相関された信号の強度が、遅いレプリカと相関された信号の強度に等しいが、マルチパスなしの信号に対する位相シフトを有する、マルチパス信号の場合における、自己相関関数のグラフを示す図である。
ｂ：追跡段階において、早いレプリカと相関された信号の強度が、遅いレプリカと相関された信号の強度に等しいが、マルチパスなしの信号に対する位相シフトを有する、マルチパス信号の場合における、自己相関関数のグラフを示す図である。
ｃ：マルチパス信号の場合における、早い成分および遅い成分を差し引くことによって得られた、相関関数のグラフを示す図である。
【図７】マルチパス信号が検出されてもされなくても、受信器を作動させる方法のステップのフロー図を示す図である。
【符号の説明】
１  ＧＰＳ受信器
２  アンテナ
３  受信および整形手段
４’  第１の電子回路
４”  第２の電子回路
５  クロック信号生成器
７  相関ステージ
７’  チャネル
８  相関器
９  コントローラ
１０  データ転送バス
１１  バッファ・レジスタ
１２  マイクロプロセッサ手段
１３  データ・バス
２０  第１のミキサ
２１、２２、２４、２５、２６、２７  乗算器
２３  第２のミキサ
２８、２９、３０、３１  積分器カウンタ
３２  コード・ループ弁別器
３３  コード・ループ・フィルタ
３５  ＰＲＮコード生成器
３６  ２ビット・レジスタ
３７、３８  加算器
４２  キャリア・ループ弁別器
４３  キャリア・ループ・フィルタ
４４  ２４ビットＮＣＯ発振器
４５  ＣＯＳ／ＳＩＮテーブルのブロック
４７  遮断要素
５０  復調ユニット
【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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【図６】
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【図７】
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