(57)【要約】  位置特定装置、及びＧＮＳＳ信号の検出方法を提供し、この方法は、推定位置エリアと、全てのＧＮＳＳ衛星の時刻データ及び予測軌道データとを用いて、位置特定装置の上方を周回中の候補ＧＮＳＳ衛星を決定し、候補ＧＮＳＳ衛星について、候補ＧＮＳＳ衛星の速度を推定位置エリア上に投影することによって公称ドップラーを決定し、推定コード位相にわたってそれぞれの公称ドップラーの周囲の相関探索空間を決定し、相関探索空間のための相関器を決定して相関を実行するステップと、ＧＮＳＳ衛星の大多数に関連する相関ピークが共通ドップラーオフセットに存在する時の受信機クロックバイアスを決定するステップと、最も高い検出確率を有する相関ピークを１つの検出器が検出する一連の検出器を用いて、共通ドップラーオフセット内のＧＮＳＳ信号を検出するステップと、ＧＮＳＳ信号を検出できる縮小探索空間を決定するステップとを含む。【選択図】図１
2016523357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＮＳＳ信号の検出方法であって、
位置特定装置のプロセッサにおいて、前記ＧＮＳＳ信号が受け取られた時刻に関連して前記位置特定装置のメモリに記憶されている、前記ＧＮＳＳ信号を表すデジタルデータを受け取るステップと、
前記位置特定装置のプロセッサにおいて、非ＧＮＳＳ測位アプリケーションから推定位置エリアを受け取るステップと、
前記プロセッサにおいて、前記推定位置エリアと、全てのＧＮＳＳ衛星の時刻データ及び予測軌道データとを用いて、前記位置特定装置の上方を周回中の候補ＧＮＳＳ衛星を決定するステップと、
前記候補ＧＮＳＳ衛星について、
前記候補ＧＮＳＳ衛星の速度を前記推定位置エリア上に投影することによって公称ドップラーを決定するステップと、
推定コード位相にわたってそれぞれの前記公称ドップラーの周囲の相関探索空間を決定するステップと、
前記相関探索空間のための相関器を決定して相関を実行するステップと、
前記ＧＮＳＳ衛星の大多数に関連する相関ピークが共通ドップラーオフセットに存在する時の受信機クロックバイアスを決定するステップと、
最も高い検出確率を有する相関ピークを１つの検出器が検出する一連の検出器を用いて、前記共通ドップラーオフセット内のＧＮＳＳ信号を検出するステップと、
前記一連の検出器のうちの前記１つの検出器のコード位相に対応する前記共通ドップラーオフセット内の縮小探索空間を決定するステップとを含み、
前記位置特定装置は、前記推定位置エリア内に存在する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ＧＮＳＳ信号は、前記位置特定装置のアンテナにおいて受け取られ、該位置特定装置のＲＦフロントエンドによってデジタル化される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＧＮＳＳ信号は、前記位置特定装置から離れたアンテナにおいて受け取られ、前記位置特定装置から離れて該位置特定装置と通信するＲＦフロントエンドによってデジタル化される、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記予測軌道データは、軌道暦データである、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記一連の検出器は、異なる信号強度の信号を検出することができる、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記一連の検出器は、異なる検出確率の信号を検出することができる、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記大多数は、少なくとも３つのＧＮＳＳ衛星を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記非ＧＮＳＳ測位アプリケーションは、初期位置を提供できるアプリケーションである、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記非ＧＮＳＳ測位アプリケーションは、Ｗｉ−Ｆｉ、セルラ、陸上移動無線、無線放送、ＧｅｏｌＰ、ＮＦＣ、ＩＮＳ及びＰＤＲのうちの１つに基づく、
請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記相関探索空間は、クロックの不確実性及びユーザ動態の不確実性を推定することによって決定される、
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記候補ＧＮＳＳ衛星は、全てのＧＮＳＳ衛星の方位角及び仰角を計算し、前記推定位置エリアの水平線よりも下側に位置するＧＮＳＳ衛星を排除することによって決定される、
請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記縮小探索空間は、第２の位置特定装置に送信するためのものである、
請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
後続するデータ収集のＧＮＳＳ信号を前記縮小探索空間内で検出するステップを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記縮小探索空間は、第２の位置特定装置に送信するためのものである、
請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記デジタルデータは、第１のＲＦフロントエンド及び第２のＲＦフロントエンドから受け取られ、前記第１のＲＦフロントエンドと通信する第１のアンテナ及び前記第２のＲＦフロントエンドと通信する第２のアンテナによって受け取られたＧＮＳＳ信号を表す、
請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法を実施するプロセッサ上で実行可能な命令を含む、
ことを特徴とするコンピュータ可読媒体。
【請求項１７】
位置特定装置であって、
ＲＦフロントエンドと通信するためのメモリと、
前記メモリと通信するプロセッサと、
を備え、
前記メモリは、ＧＮＳＳ衛星信号が受け取られた時刻に関連して記憶され前記位置特定装置において受け取られる、前記ＧＮＳＳ衛星信号を表すデジタルデータを記憶し、
前記プロセッサは、前記位置特定装置が存在する推定位置エリアを受け取り、前記推定位置エリアと、全てのＧＮＳＳ衛星の時刻データ及び予測軌道データとを用いて、前記位置特定装置の上方を周回中の候補ＧＮＳＳ衛星を決定し、前記候補ＧＮＳＳ衛星について、
前記候補ＧＮＳＳ衛星の速度を前記推定位置エリア上に投影することによって公称ドップラーを決定し、
推定コード位相にわたってそれぞれの前記公称ドップラーの周囲の相関探索空間を決定し、
前記相関探索空間のための相関器を決定して相関を実行し、
前記ＧＮＳＳ衛星の大多数に関連する相関ピークが共通ドップラーオフセットに存在する時の受信機クロックバイアスを決定し、
最も高い検出確率を有する相関ピークを１つの検出器が検出する一連の検出器を用いて、前記共通ドップラーオフセット内のＧＮＳＳ信号を検出し、
前記一連の検出器のうちの前記１つの検出器のコード位相に対応する前記共通ドップラーオフセット内の縮小探索空間を決定する、
ように構成される、
ことを特徴とする位置特定装置。
【請求項１８】
前記ＧＮＳＳ衛星信号を受け取るアンテナと、該アンテナと通信するＲＦフロントエンドとを備え、該ＲＦフロントエンドは、前記ＧＮＳＳ衛星信号を表すデジタルデータを生成する、
請求項１７に記載の位置特定装置。
【請求項１９】
前記推定位置エリアは、前記メモリに記憶されて前記プロセッサによって実行される非ＧＮＳＳ測位アプリケーションによって決定される、
請求項１７に記載の位置特定装置。
【請求項２０】
前記相関探索空間は、クロックの不確実性及びユーザ動態の不確実性を推定することによって決定される、
請求項１７に記載の位置特定装置。
【請求項２１】
前記候補ＧＮＳＳ衛星は、全てのＧＮＳＳ衛星の方位角及び仰角を計算し、前記推定位置エリアの水平線よりも下側に位置するＧＮＳＳ衛星を排除することによって決定される、
請求項１７に記載の位置特定装置。
【請求項２２】
前記縮小探索空間は、後続のデータ収集においてＧＮＳＳ信号を検出するために使用される、
請求項１７に記載の位置特定装置。
【請求項２３】
位置特定方法であって、
第２の位置特定装置において、第１の位置特定装置によって決定された、周波数範囲及びコード位相範囲を含む縮小探索空間を受け取るステップと、
前記縮小探索空間の前記周波数範囲、前記コード位相範囲と前記周波数範囲、及び前記コード位相範囲のうちの１つを、不確実性を考慮するように拡大することによって探索空間を決定するステップと、
前記探索空間内でＧＮＳＳ信号を検出するステップと、
３つの衛星からのＧＮＳＳ信号が検出された時に、前記第２の位置特定装置の位置を特定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、短期間中間周波数データ収集を用いて全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）の衛星信号を検出するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機と上空のＧＮＳＳ衛星との間の通信を利用できる状況では、ＧＮＳＳ受信機は、自機の３次元位置を特定するために少なくとも４つのＧＮＳＳ衛星からの情報を使用する。例えば、屋内、深い森林地帯又は大きな都心部などの減衰及びマルチパスが生じる厳しい環境に起因して信号が劣化したり、或いは衛星が利用できなくなると、ＧＮＳＳ受信機は、必要な数のＧＮＳＳ衛星からの情報を判別して取得することが困難になる。
【０００３】
ＧＮＳＳ受信機の位置を推定するために、例えば、Ｗｉ−Ｆｉ及びセルラーベースの測位などの技術を使用する他のソースからの支援を用いて大雑把な位置支援を行うこともできる。ＧＮＳＳ受信機と他のいずれかの測位技術及び／又はＧＮＳＳ情報サーバとの間の協調は、アシスト型ＧＮＳＳ（Ａ−ＧＮＳＳ）と呼ばれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
周知のＧＮＳＳに、全地球測位システム（ＧＰＳ）がある。初期位置、初期時刻及び衛星軌道暦支援を利用できるアシスト型ＧＰＳ（Ａ−ＧＰＳ）では、受信機が、上空を通過する衛星の捕捉に集中することができる。この処理は、しばしばスカイサーチと呼ばれ、衛星捕捉中における受信機の信号処理の複雑性を低減する役に立つ。ＧＮＳＳ衛星は、地球の回転よりも速い公転速度で地球の周囲を周回するので、地球の近くでＧＮＳＳ衛星から受け取られた信号は、衛星ドップラーとして知られている周波数の変化に見舞われる。衛星ドップラーに加え、ＧＮＳＳ受信機のローカルクロックバイアス及びＧＮＳＳ受信機の動きにより、受信機は、ＧＮＳＳ衛星の送信周波数とは異なる周波数の衛星信号を受け取るようになる。これらの周波数の違いのため、衛星信号の検出は、受信機における多大な信号処理能力を必要とする複雑な処理となる。環境効果及び干渉効果に起因する信号劣化はこの複雑性を高め、受信機が衛星を捕捉できなくなることもある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一般に、本出願の方法及び装置は、３又はそれ以上のＧＮＳＳ衛星信号の共通ドップラー周波数オフセットを用いて相関探索空間を縮小することにより、弱い衛星信号の検出を支援するために強力な衛星信号を用いて比較的迅速な位置の特定を容易にする。ある実施形態では、位置特定装置間で情報を共有して縮小相関探索空間の決定を容易にする。
【０００６】
本開示の１つの態様では、ＧＮＳＳ信号の検出方法を提供し、この方法は、位置特定装置のプロセッサにおいて、ＧＮＳＳ信号が受け取られた時刻に関連して位置特定装置のメモリに記憶されている、ＧＮＳＳ信号を表すデジタルデータを受け取るステップと、位置特定装置のプロセッサにおいて、非ＧＮＳＳ測位アプリケーションから推定位置エリアを受け取るステップと、プロセッサにおいて、推定位置エリアと、全てのＧＮＳＳ衛星の時刻データ及び予測軌道データとを用いて、位置特定装置の上方を周回中の候補ＧＮＳＳ衛星を決定するステップと、候補ＧＮＳＳ衛星について、候補ＧＮＳＳ衛星の速度を推定位置エリア上に投影することによって公称ドップラーを決定するステップと、推定コード位相にわたってそれぞれの公称ドップラーの周囲の相関探索空間を決定するステップと、相関探索空間のための相関器を決定して相関を実行するステップと、ＧＮＳＳ衛星の大多数に関連する相関ピークが共通ドップラーオフセットに存在する時の受信機クロックバイアスを決定するステップと、最も高い検出確率を有する相関ピークを１つの検出器が検出する一連の検出器を用いて、共通ドップラーオフセット内のＧＮＳＳ信号を検出するステップと、一連の検出器のうちの１つの検出器のコード位相に対応する共通ドップラーオフセット内の縮小探索空間を決定するステップとを含み、位置特定装置は、推定位置エリア内に存在する。
【０００７】
本開示の別の態様では、位置特定装置を提供し、この位置特定装置は、ＲＦフロントエンドと通信するためのメモリと、メモリと通信するプロセッサとを含み、メモリは、ＧＮＳＳ衛星信号が受け取られた時刻に関連して記憶され位置特定装置において受け取られる、ＧＮＳＳ衛星信号を表すデジタルデータを記憶し、プロセッサは、位置特定装置が存在する推定位置エリアを受け取り、推定位置エリアと、全てのＧＮＳＳ衛星の時刻データ及び予測軌道データとを用いて、位置特定装置の上方を周回中の候補ＧＮＳＳ衛星を決定し、候補ＧＮＳＳ衛星について、候補ＧＮＳＳ衛星の速度を推定位置エリア上に投影することによって公称ドップラーを決定し、推定コード位相にわたってそれぞれの公称ドップラーの周囲の相関探索空間を決定し、相関探索空間のための相関器を決定して相関を実行し、ＧＮＳＳ衛星の大多数に関連する相関ピークが共通ドップラーオフセットに存在する時の受信機クロックバイアスを決定し、最も高い検出確率を有する相関ピークを１つの検出器が検出する一連の検出器を用いて、共通ドップラーオフセット内のＧＮＳＳ信号を検出し、一連の検出器のうちの１つの検出器のコード位相に対応する共通ドップラーオフセット内の縮小探索空間を決定するように構成される。
【０００８】
本開示の別の態様では、位置特定方法を提供し、この方法は、第２の位置特定装置において、第１の位置特定装置によって決定された、周波数範囲及びコード位相範囲を含む縮小探索空間を受け取るステップと、縮小探索空間の周波数範囲、コード位相範囲と周波数範囲、及びコード位相範囲のうちの１つを、不確実性を考慮するように拡大することによって探索空間を決定するステップと、探索空間内でＧＮＳＳ信号を検出するステップと、３つの衛星からのＧＮＳＳ信号が検出された時に、第２の位置特定装置の位置を特定するステップとを含む。
【０００９】
６秒に満たない中間周波数（ＩＦ）データ収集を受け取った全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）衛星を用いて３次元位置を特定する場合、少なくとも５つのＧＮＳＳ衛星からの情報を用いて位置を特定することができる。
【００１０】
以下の特定の実施形態の説明を添付図と併せて検討すれば、当業者には本実施形態の他の態様及び特徴が明らかになるであろう。
【００１１】
以下、添付図を参照しながら本出願の実施形態をほんの一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＧＮＳＳ衛星及び他の信号生成源と通信する位置特定装置の概略図である。
【図２Ａ】ある実施形態による、図１の位置特定装置の構成要素の簡略ブロック図である。
【図２Ｂ】別の実施形態による、図１の位置特定装置の構成要素の簡略ブロック図である。
【図３】無線周波数（ＲＦ）フロントエンドの簡略ブロック図である。
【図４】位置特定方法を示すフロー図である。
【図５】スカイサーチ法を示すフロー図である。
【図６】スカイサーチ法の相関探索空間例を示す概略図である。
【図７】信号収集法を示すフロー図である。
【図８】複数の衛星からの相関情報を用いたクロックバイアス推定を説明する概略図である。
【図９】干渉軽減を示す概略図である。
【図１０】先行技術によるＧＮＳＳ受信機の検出法を示すグラフである。
【図１１】図４、図５及び図７の方法を用いて異なる検出閾値で信号を検出する検出を示すグラフである。
【図１２】異なる感度及び確率に関連する異なる検出器を示す図である。
【図１３】別の位置特定装置による位置特定方法を示すフロー図である。
【図１４】縮小探索空間、修正探索空間及び相関探索空間の例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図を単純かつ明確にするために、適切と考えられる場合には、対応又は類似する要素を示すために各図において参照符号を繰り返すことができると理解されたい。また、本明細書で説明する実施形態の完全な理解をもたらすために数多くの特定の詳細について記載する。しかしながら、当業者であれば、本明細書で説明する実施形態は、これらの特定の詳細を伴わずに実施することもできると理解するであろう。その他の場合、本明細書で説明する実施形態を曖昧にしないように、周知の方法、手順及び構成要素については詳細に説明しない。また、この説明を、本明細書で説明する実施形態の範囲を限定するものと見なすべきではない。
【００１４】
当業者であれば、本出願の方法及び装置は、例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ）、ＧＬＯＮＡＳＳ、ガリレオ（Ｇａｌｉｌｅｏ）、北斗（ＢｅｉＤｏｕ）及びイリジウム（Ｉｒｉｄｉｕｍ）を含むあらゆるＧＮＳＳに適用可能であると理解するであろう。
【００１５】
図１を参照すると、ハイブリッド測位装置と呼ぶこともできる位置特定装置１６が、その位置を特定するためにＧＮＳＳ衛星１２から信号を受け取っており、任意にその他の信号源１４から信号を受け取ることもできる。位置特定装置１６は、携帯電話機、携帯情報端末、スマートフォン、資産管理装置、タブレット又はラップトップコンピュータ、ナビゲーション装置、或いは自機の位置を探索する別の装置内に提供することができる。いくつかの実施形態では、位置特定装置１６が、例えば、Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイント（ＡＰ）、フェムトセル、又はコピー機などのオフィス機器のような、固定を意図された装置である。位置特定装置１６が資産管理装置である場合、多くの装置１６を、例えば車両モニタリングシステムの一部として使用することができる。
【００１６】
図２ａに示すように、位置特定装置１６は、ＧＮＳＳ信号を含む信号を受け取るアンテナ１８、アンテナ１８と通信する無線周波数（ＲＦ）フロントエンド（ＦＥ）２０、及びＲＦ  ＦＥ２０からデジタルＧＮＳＳ信号を受け取るメモリ２２を含む。メモリ２２は、プロセッサ２４とさらに通信する。メモリ２２には、プロセッサ２４による推定位置エリアの特定を容易にするようにプロセッサ２４によって実行可能な非ＧＮＳＳ測位アプリケーション２８がコンピュータ可読コードとして記憶される。本明細書で説明する実施形態では、非ＧＮＳＳ測位アプリケーションから得られる補助的位置情報が、少なくとも初期の又は大雑把な位置支援を含み、位置特定装置１６は、この情報を用いて、上空を通過するＧＮＳＳ衛星の特定及び相関探索空間の決定を行う。非ＧＮＳＳ測位アプリケーション２８は、大雑把な位置推定を行うことができるいずれかの測位アプリケーションとすることができる。ある実施形態では、位置特定装置１６のネットワークインターフェイスからの情報を用いて大雑把な位置推定を行うことができる。
【００１７】
非ＧＮＳＳ測位アプリケーションの例としては、ＷｉＦｉベースの測位、（以下に限定されるわけではないが、ＧＳＭ（登録商標）、ＣＤＭＡ、ＵＭＴＳ、ＬＴＥなどのモバイル規格を含む）セルラーベースの測位、（以下に限定されるわけではないが、私的又は公的な安全アプリケーションで使用されるＶＨＦシステムを含む）陸上移動無線システム、（以下に限定されるわけではないが、ＦＭ又はＴＶ局などの無線放送送電塔に基づく測位を含む）無線放送測位、（以下に限定されるわけではないが、ＩＰルータ、データモデム、又はＧｅｏｌＰなどのインターネットプロトコルを含む）その他のデータネットワークインフラベースの測位、ＮＦＣ（近距離無線通信）、又はＩＮＳ（慣性航法システム）などのＭＥＭＳ慣性センサに基づくその他の測位法、及びＰＤＲ（歩行者自律航法）が挙げられる。
【００１８】
非ＧＮＳＳ測位アプリケーション２８がＷｉＦｉベースの測位又は別の無線信号ベースの技術を使用する実施形態では、位置特定装置１６が、第２のアンテナと、ＧＮＳＳ信号以外のＲＦ信号を受け取って処理するための関連するハードウェアとを含む別の信号プロセッサを含み、メモリ２２が、他の信号プロセッサからデジタル信号を受け取る。他の信号プロセッサは、位置特定装置１６から離れて存在し、位置特定装置１６と通信することができる。この実施形態では、他の信号プロセッサが第２のアンテナを含まなくてもよく、アンテナ１８を、ＲＦ  ＦＥ２０及び他の信号プロセッサがいずれもアンテナ１８から信号を受け取れるように広帯域アンテナとすることができる。この実施形態では、広帯域に起因する追加ノイズを補償することができる。
【００１９】
ある実施形態では、位置特定装置１６から非ＧＮＳＳ測位アプリケーション２８を省くことができ、代わりに位置特定装置１６がコンピュータと通信して、例えばＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ、３Ｇ、４Ｇ、ＷＬＡＮ、８０２．１１ｇ又は８０２．１１ｎなどのセルラデータネットワークを介して非ＧＮＳＳ測位アプリケーションから推定位置エリアを受け取ることができる。さらに、位置特定装置１６は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）及びＮＦＣを用いて短距離通信を行うことができ、例えばＭＥＭＳセンサを備えることもできる。
【００２０】
図２Ｂを参照して分かるように、位置特定装置１６は、図２Ａに示す集中型アーキテクチャに加え、代わりに分散型アーキテクチャを用いて実装することもできる。図２Ｂに示すように、アンテナ１８、ＲＦ  ＦＥ２０、及び非ＧＮＳＳ測位アプリケーション２８は、位置特定装置１６から離れて位置することができ、例えばインターネット又は別のネットワークを介して位置特定装置１６と通信することができる。アンテナ１８及びＲＦ  ＦＥ２０は、非ＧＮＳＳ測位アプリケーション２８と同じ場所に位置することも、或いは離れて位置することもできる。
【００２１】
ある実施形態では、位置特定装置１６が、位置要求装置から離れた、アンテナ１８及びＲＦ  ＦＥ２０を含むサーバに提供される。この実施形態では、位置要求装置を、携帯電話機、携帯情報端末、スマートフォン、資産管理装置、タブレット又はラップトップコンピュータ、ナビゲーション装置、又は自機の位置を探索する別の装置とすることができる。いくつかの実施形態では、位置特定装置１６が、例えば、Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイント（ＡＰ）、フェムトセル、又はコピー機などのオフィス機器のような、固定を意図された装置である。
【００２２】
ある実施形態では、位置特定装置１６のプロセッサ２４が、複数のＲＦフロントエンドからデジタル信号を受け取る。これらのＲＦフロントエンドは、そのアンテナからＧＮＳＳ信号を受け取り、このＧＮＳＳ信号を上述したようにデジタル化する。
【００２３】
位置特定装置１６のメモリ２２及びプロセッサ２４などの構成要素については個別要素として説明したが、複数のメモリ要素及び複数のプロセッサ要素を用いて方法を実施することもできる。
【００２４】
図３を参照して分かるように、ＲＦ  ＦＥ２０は、アンテナ１８からアナログ信号を受け取り、増幅器３０を用いてこの信号を増幅し、ミキサ３２及びフィルタ３４を用いて、この信号を低周波数信号と混合（ダウンコンバージョンとしても知られている）し、中間周波数（ＩＦ）データを求めるために、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）３６を用いて、このダウンコンバートされた信号をデジタル化する。このデジタルＧＮＳＳ信号は、メモリ２２に記憶される。ＲＦ  ＦＥ２０のミキサ３２及びＡＤＣ３６は、受信機クロックとも呼ばれるクロック３８によって同期される。ＲＦ  ＦＥ２０のクロック３８は、ＧＮＳＳ衛星のクロックよりも低品質である。
【００２５】
本出願では、ＧＮＳＳ受信機が位置特定装置１６に組み込まれる。再び図２Ａを参照すると、ＧＮＳＳ受信機の構成要素は、アンテナ１８、ＲＦ  ＦＥ２０、メモリ２２及びプロセッサ２４を含む。位置特定装置１６は、ＧＮＳＳ受信機を含むとともに、非ＧＮＳＳ測位アプリケーション２８を用いた位置の特定も行うので、ハイブリッド測位による解決法を提供することができる。
【００２６】
図４に、位置特定方法を大まかに示す。この方法は、位置特定装置１６において、例えば６秒に満たないデータ収集などの短期間中間周波数（ＩＦ）データ収集を受け取る際に使用することができる。通常、ＩＦデータは、例えば０Ｈｚ〜１００ＭＨｚであるが、これより高くてもよい。この方法は、４０において、全ての利用可能な衛星の大雑把な位置データ及び軌道暦データをプロセッサ２４において受け取るステップと、４２において、メモリ２２からのデジタルＩＦ信号をプロセッサ２４において受け取るステップと、４４において、候補衛星の相関探索空間及び相関器をプロセッサ２４において決定するステップと、４６において、候補衛星のコード位相及びドップラーをプロセッサ２４において推定するステップと、４８において、衛星の捕捉後にコード位相及びドップラーの推定を微調整することにより、プロセッサ２４において信号追跡を実行するステップと、５０において、コード位相及びドップラーの推定を用いて位置特定装置の位置を推定することにより、プロセッサ２４においてナビゲーションを実行するステップとを含む。当業者であれば理解するように、信号追跡及び位置の推定は既知の方法を用いて行われ、従ってここではさらに説明しない。
【００２７】
図４の方法によれば、非ＧＮＳＳ測位アプリケーション２８は、上述した方法の１つを用いて大雑把な位置を計算し、この大雑把な位置をプロセッサ２４に送信する。プロセッサ２４は、全ての利用可能な衛星のＧＮＳＳ衛星軌道に関する、例えば軌道暦データの形の情報も受け取る。軌道暦データは、ブロードキャスト形式又は予測形式とすることができる。軌道暦データは、位置特定装置１６から離れたサーバから受け取ることも、又は位置特定装置１６において生成することもできる。
【００２８】
図４の方法は、メモリ２２にコンピュータ可読コードとして記憶されている１又はそれ以上のソフトウェアアプリケーションをプロセッサ２４が実行することによって実行することができる。或いは、この方法は、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はグラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）などの、プロセッサ２４の専用ハードウェア、又はプロセッサ２４と通信する専用ハードウェアによって、或いはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによって実行することもできる。
【００２９】
図４の方法の候補衛星のための相関探索空間及び相関器は、スカイサーチアプリケーションを用いて決定することができる。図５に、スカイサーチアプリケーションの動作方法を示す。５２において、スカイサーチアプリケーションは、全ての利用可能な衛星を識別する。これらの衛星は、大雑把な位置、現在時刻及び軌道暦情報を用いて位置が特定される。衛星の軌道暦データは、衛星軌道に関する詳細を含むので、スカイサーチアプリケーションは、大雑把な位置に対する空間内の衛星の位置を発見することができる。５４において、スカイサーチアプリケーションは、大雑把な位置及び現在時刻に対して衛星の方位角及び仰角を計算する。現在の大雑把な位置の水平線よりも下側の衛星は排除され、残りの衛星を候補衛星として決定する。これにより、位置特定装置１６は、現在位置及び現在時刻において上空で検出可能な衛星に処理リソースを集中できるようになる。５６において、スカイサーチアプリケーションは、方位角及び仰角を用いて衛星の速度を大雑把な位置に投影し、公称ドップラーとして知られている、衛星対ユーザ動態が信号周波数に与える影響を推定する。次に、５８において、全ての候補衛星に公称ドップラーを用いて相関探索空間を決定する。
【００３０】
図６に、スカイサーチアプリケーションの相関探索空間例６５を相関器の２次元グリッドの形で示す。図６に垂直線として示す次元のうちの１つは、衛星信号のドップラー偏移又は周波数偏移に関する情報を含む。公称ドップラーは、この次元の中心に存在し、周波数領域の上限及び下限は、クロックの不確実性及びユーザ動態の不確実性に基づく。図６に水平線として示す相関探索空間の第２の次元は、ＲＦ信号が衛星から位置特定装置１６に伝搬する間に見舞われる、時間遅延とも呼ばれるコード位相に関する情報を含む。時間遅延は、推定された場合、図４のナビゲーションステップを参照しながら説明したように、一般に疑似距離として知られている衛星とユーザの間の予想距離の推定に使用される。コード位相領域の上限及び下限は、ＧＮＳＳ衛星信号のタイプ、及びＲＦ  ＦＥ２０のサンプリング周波数又は相関分解能に依存する。
【００３１】
ある実施形態では、相関探索空間の決定に、全ての考えられるクロックの不確実性及びユーザ動態の不確実性を含む高い不確実性を使用することができる。別の実施形態では、クロックの不確実性及びユーザ動態の不確実性に関する情報を利用できる場合、このような情報を用いて相関探索空間を縮小することができる。当業者であれば理解するように、クロックの不確実性情報は、ＲＦ  ＦＥクロック３８の仕様書から、或いはパワースペクトル密度（ＰＳＤ）解析又はアラン分散解析を用いて実現できる詳細なエラーモデリングを含む解析手段によって取得することができる。ユーザ動態の不確実性は、位置特定装置１６の用途に基づく。例えば、位置特定装置１６が静的装置である場合、ユーザ動態に起因する相関探索空間の決定に対する寄与はゼロである。当業者であれば理解するように、スカイサーチアプリケーションの性能は、相関探索空間の定義の変化に影響されない。
【００３２】
再び図５を参照すると、６０において、スカイサーチアプリケーションは、相関探索空間のための相関器を決定する。例えば、時間領域畳み込みに基づく相関器、周波数領域フーリエ変換に基づく相関器、及び周波数領域円相関に基づく相関器などのあらゆるタイプの相関器を使用することができる。相関探索空間内の全ての相関器は同じものであってもよく、或いは同じ相関探索空間内で異なる相関器を使用してもよい。
【００３３】
次に図７を参照すると、図４のステップ４６に対応する信号収集アプリケーションの動作を示している。一般に、信号収集アプリケーションは、デジタルデータ内のＧＮＳＳ衛星信号を発見するために、ＲＦ  ＦＥ２０から（メモリ２２を介して）受け取られたデジタルＲＦ信号及び相関探索空間を使用する。６２において、スカイサーチアプリケーションから、候補衛星のための相関探索空間及び相関器を受け取る。次に、６４において、信号収集アプリケーションは、全ての候補衛星の探索空間内の全ての相関器について相関動作を実行する。６６において、各候補衛星の相関面を取得するために、相関動作のためのバッチ処理を実行する。図６に示す相関面の例では、グリッドの各ボックスが相関器に対応する。次に、６８において、全ての相関面を用いて、ＲＦ  ＦＥクロック３８に関連するクロックバイアスを推定する。
【００３４】
４つの候補衛星ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ３及びＳＶ４の相関面を示す図８を参照しながら、クロックバイアスの推定について説明する。各相関面は、中央部に識別される、対応する候補衛星の公称ドップラービンを含む。全ての相関器の全ての候補衛星に対して相関動作をバッチ処理モードで実行した後に、探索空間内の異なる位置における衛星の相関ピークを識別する。相関ピークのうちの３つ又はそれ以上及び大多数が公称ドップラービンから共通の周波数オフセットに存在する場合、この周波数オフセットにおけるドップラービンは共通ドップラービンであると決定される。公称ドップラービンと共通ドップラービンとの間のドップラーオフセット７４は、クロック３８の推定クロックバイアスであると決定される。相関ピークの大多数とは異なるオフセットに存在する相関ピークは、干渉及び非常に弱い信号から生じた可能性がある疑相関ピークである。これらの疑相関ピークは探索から除外され、これによって信号収集アプリケーションの実行時間が改善される。
【００３５】
７０において、各段階が異なる搬送波対雑音比（Ｃ／ＮＯ）に対応する信号検出ステップを実行する。次に、図１０、図１１及び図１２を参照しながら共通ドップラービン内の信号検出について説明する。図１０及び図１１には、共通ドップラービンからの相関結果を示す。図１０では、４５ｄＢ−Ｈｚ又はそれ以上の信号を検出できる１つの検出器を使用している。図示のように、検出器のＣ／ＮＯ閾値未満にしか存在しない信号は見逃され、検出確率が低下する。本明細書で説明する方法では、図１１に示すように、一連の検出器を用いて信号の存在を求めて徹底探索を実行する。一連の検出器は検出スライスを構成し、この信号検出方法は、ハイパースライシングと呼ぶことができる。
【００３６】
図１２を参照すると、異なるデータ収集サイズ及び信号強度を表す異なる受信者動作特性（ＲＯＣ）曲線が取得されている。ＲＯＣ曲線の作成方法は、統計的検出理論に関する文献において十分に解説されており、本明細書では、この方法をハイパースライスの決定に使用する。ＲＯＣ曲線は、異なる検出及び誤警報確率の検出閾値を取得するためのモデルとして使用される。相関後に相関面が取得されると、ハイパースライシング法を用いて、ＧＮＳＳ信号の存在を求める徹底探索を行う。検出確率が最も高く、誤警報確率が最も低い相関ピークによって満たされた相関器が、選択する相関器として選択される。
【００３７】
再び図７を参照すると、選択する相関器が決定したら、７２において、縮小探索空間を決定する際に、選択する相関器から利用できる信号強度の推定を使用する。縮小探索空間は、７２において検出確率が最も高い相関ピークが存在して候補衛星に対して決定された共通ドップラービンのコード位相に対応する。図９に、疑相関ピーク７６及び実際の相関ピーク７８をドップラー領域内の投影として表現した図８のＳＶ４を示す。最も高い相関ピークは共通ドップラービン内に存在しないが、本明細書で説明した方法では、共通ドップラービンを決定することができる。一般に、本明細書で説明した方法を用いると、図９の例に示すように誤警報の確率が低下し、従って全体的な信号検出感度が高まるので、さらに多くの衛星信号を検出することができる。
【００３８】
縮小探索空間は、現在のデータ収集動作のための衛星信号を検出するために使用することも、後続のデータ収集動作において同じ位置特定装置１６から衛星信号を検出するために使用することもできる。推定クロックバイアスは、一定期間にわたって有効である。位置特定装置１６が静止している場合、この期間は数カ月になり得る。位置特定装置１６が移動している場合、この期間は数日になり得る。
【００３９】
本明細書で説明した方法及び装置は、ＧＮＳＳ信号を効率的に検出してＧＮＳＳ衛星を捕捉し、位置を特定する。相関は、相関探索空間について１回行われるが、探索空間内のあらゆる場所の検出が行われる。衛星検出が効率的に決定され、従って方法に関連する処理時間が短縮され、同様に位置特定装置の電力要件も低下する。さらに、疑相関ピークを除去することにより、全体的な信号検出感度が高まる。例えば、本明細書で説明した方法は、２秒の収集サイズの場合、検出感度を２５ｄＢ−Ｈｚから１６ｄＢ−Ｈｚに向上させることができる。
【００４０】
本明細書で説明した方法及び装置は、第１の位置特定装置１６と通信する第２の位置特定装置による位置の特定を容易にすることもできる。図１３を参照すると、位置特定方法が、８０において、第２の位置特定装置のプロセッサにおいて縮小探索空間を受け取るステップを含む。上述したように、縮小探索空間は、図４の方法のステップ４６に関して説明したように、第１の位置特定装置によって決定された周波数範囲及びコード位相範囲を含む。縮小探索空間を受け取った後、８２において、縮小探索空間の周波数範囲、コード位相と周波数範囲、及びコード位相範囲のうちの１つを拡大することによって修正探索空間を決定する。修正探索空間は、受信機クロックの不確実性、ユーザ動態の不確実性、及び第２の位置特定装置の位置の不確実性のうちの１つ又はそれ以上を考慮するように決定される。次に、８４において、修正探索空間内でＧＮＳＳ信号を検出し、８６において、３つの衛星からのＧＮＳＳ信号が検出された場合、第２の位置特定装置の位置が特定される。
【００４１】
修正探索空間のサイズを決定するために、位置特定装置の受信機クロック３８間の同期レベルを決定する。これらのクロックは、位置特定装置におけるクロック予測及びオフセット無効化を実行するために、例えばＩＥＥＥ  １５８８−２００８などのタイミングプロトコルを使用することによって、又は例えば電圧制御温度補償型発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）などの構成可能な発振器を組み込むことによってナノ秒レベルまで同期することができる。１つの例では、１０〜１００ｎｓ内の同期が実現される。受信機クロック３８を同期させることにより、多くの異なる位置特定装置との間でドップラー及びコード位相情報の共有が可能になる。
【００４２】
図１４に、相関探索空間例９２内の縮小探索空間８８及び修正探索空間９０を２次元グリッドの形で示す。相関探索空間を表すグリッドについては図６に関して既に説明しており、従ってここでは繰り返さない。
【００４３】
第２の位置特定装置は、位置特定装置１６と同様の構成要素を含むことができ、同様の処理能力を有することができる。或いは、第２の位置特定装置は、低い処理能力を有することもできる。例えば、第１及び第２の位置特定装置間の通信は、有線接続を介して行うことも、又は無線で行うこともできる。さらに、これらの位置特定装置間の接続は、直接的なものであっても、又は例えばサーバなどを介した間接的なものであってもよい。
【００４４】
上述した実施形態は、ほんの一例であることが意図されている。当業者であれば、本明細書に添付する特許請求の範囲のみによって定められる本出願の範囲から逸脱することなく、特定の実施形態に変更、修正及び変形を行うことができる。
【符号の説明】
【００４５】
１２  ＧＮＳＳ衛星
１４  他の信号源
１６  位置特定装置
【図８】
2016523357.tif 000003
【図９】
2016523357.tif 000004
【図１】
2016523357.tif 000005
【図２Ａ】
2016523357.tif 000006
【図２Ｂ】
2016523357.tif 000007
【図３】
2016523357.tif 000008
【図４】
2016523357.tif 000009
【図５】
2016523357.tif 000010
【図６】
2016523357.tif 000011
【図７】
2016523357.tif 000012
【図１０】
2016523357.tif 000013
【図１１】
2016523357.tif 000014
【図１２】
2016523357.tif 000015
【図１３】
2016523357.tif 000016
【図１４】
2016523357.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月2日(2016.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＮＳＳ信号の検出方法であって、
位置特定装置のプロセッサにおいて、前記ＧＮＳＳ信号が受け取られた時刻に関連して前記位置特定装置のメモリに記憶されている、前記ＧＮＳＳ信号を表すデジタルデータを受け取るステップと、
前記位置特定装置のプロセッサにおいて、非ＧＮＳＳ測位アプリケーションから推定位置エリアを受け取るステップと、
前記プロセッサにおいて、前記推定位置エリアと、全てのＧＮＳＳ衛星の時刻データ及び予測軌道データとを用いて、前記位置特定装置の上方を周回中の候補ＧＮＳＳ衛星を決定するステップと、
前記候補ＧＮＳＳ衛星について、
前記候補ＧＮＳＳ衛星の速度を前記推定位置エリア上に投影することによって公称ドップラーを決定するステップと、
推定コード位相にわたってそれぞれの前記公称ドップラーの周囲の相関探索空間を決定するステップと、
前記相関探索空間のための相関器を決定して相関を実行するステップと、
前記ＧＮＳＳ衛星の大多数に関連する相関ピークが共通ドップラーオフセットに存在する時の受信機クロックバイアスを決定するステップと、
最も高い検出確率を有する相関ピークを１つの検出器が検出する一連の検出器を用いて、前記共通ドップラーオフセット内のＧＮＳＳ信号を検出するステップと、
前記一連の検出器のうちの前記１つの検出器のコード位相に対応する前記共通ドップラーオフセット内の縮小探索空間を決定するステップとを含み、
前記位置特定装置は、前記推定位置エリア内に存在する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ＧＮＳＳ信号は、前記位置特定装置のアンテナにおいて受け取られ、該位置特定装置のＲＦフロントエンドによってデジタル化される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＧＮＳＳ信号は、前記位置特定装置から離れたアンテナにおいて受け取られ、前記位置特定装置から離れて該位置特定装置と通信するＲＦフロントエンドによってデジタル化される、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記予測軌道データは、軌道暦データである、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記一連の検出器は、異なる信号強度の信号を検出することができる、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記一連の検出器は、異なる検出確率の信号を検出することができる、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記大多数は、少なくとも３つのＧＮＳＳ衛星を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記非ＧＮＳＳ測位アプリケーションは、初期位置を提供できるアプリケーションである、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記非ＧＮＳＳ測位アプリケーションは、Ｗｉ−Ｆｉ、セルラ、陸上移動無線、無線放送、ＧｅｏｌＰ、ＮＦＣ、ＩＮＳ及びＰＤＲのうちの１つに基づく、
請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記相関探索空間は、クロックの不確実性及びユーザ動態の不確実性を推定することによって決定される、
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記候補ＧＮＳＳ衛星は、全てのＧＮＳＳ衛星の方位角及び仰角を計算し、前記推定位置エリアの水平線よりも下側に位置するＧＮＳＳ衛星を排除することによって決定される、
請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記縮小探索空間は、第２の位置特定装置に送信するためのものである、
請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
後続するデータ収集のＧＮＳＳ信号を前記縮小探索空間内で検出するステップを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記デジタルデータは、第１のＲＦフロントエンド及び第２のＲＦフロントエンドから受け取られ、前記第１のＲＦフロントエンドと通信する第１のアンテナ及び前記第２のＲＦフロントエンドと通信する第２のアンテナによって受け取られたＧＮＳＳ信号を表す、
請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法を実施するプロセッサ上で実行可能な命令を含む、
ことを特徴とするコンピュータ可読媒体。
【請求項１６】
位置特定装置であって、
ＲＦフロントエンドと通信するためのメモリと、
前記メモリと通信するプロセッサと、
を備え、
前記メモリは、ＧＮＳＳ衛星信号が受け取られた時刻に関連して記憶され前記位置特定装置において受け取られる、前記ＧＮＳＳ衛星信号を表すデジタルデータを記憶し、
前記プロセッサは、前記位置特定装置が存在する推定位置エリアを受け取り、前記推定位置エリアと、全てのＧＮＳＳ衛星の時刻データ及び予測軌道データとを用いて、前記位置特定装置の上方を周回中の候補ＧＮＳＳ衛星を決定し、前記候補ＧＮＳＳ衛星について、
前記候補ＧＮＳＳ衛星の速度を前記推定位置エリア上に投影することによって公称ドップラーを決定し、
推定コード位相にわたってそれぞれの前記公称ドップラーの周囲の相関探索空間を決定し、
前記相関探索空間のための相関器を決定して相関を実行し、
前記ＧＮＳＳ衛星の大多数に関連する相関ピークが共通ドップラーオフセットに存在する時の受信機クロックバイアスを決定し、
最も高い検出確率を有する相関ピークを１つの検出器が検出する一連の検出器を用いて、前記共通ドップラーオフセット内のＧＮＳＳ信号を検出し、
前記一連の検出器のうちの前記１つの検出器のコード位相に対応する前記共通ドップラーオフセット内の縮小探索空間を決定する、
ように構成される、
ことを特徴とする位置特定装置。
【請求項１７】
前記ＧＮＳＳ衛星信号を受け取るアンテナと、該アンテナと通信するＲＦフロントエンドとを備え、該ＲＦフロントエンドは、前記ＧＮＳＳ衛星信号を表すデジタルデータを生成する、
請求項１６に記載の位置特定装置。
【請求項１８】
前記推定位置エリアは、前記メモリに記憶されて前記プロセッサによって実行される非ＧＮＳＳ測位アプリケーションによって決定される、
請求項１６に記載の位置特定装置。
【請求項１９】
前記相関探索空間は、クロックの不確実性及びユーザ動態の不確実性を推定することによって決定される、
請求項１６に記載の位置特定装置。
【請求項２０】
前記候補ＧＮＳＳ衛星は、全てのＧＮＳＳ衛星の方位角及び仰角を計算し、前記推定位置エリアの水平線よりも下側に位置するＧＮＳＳ衛星を排除することによって決定される、
請求項１６に記載の位置特定装置。
【請求項２１】
前記縮小探索空間は、後続のデータ収集においてＧＮＳＳ信号を検出するために使用される、
請求項１６に記載の位置特定装置。
【請求項２２】
位置特定方法であって、
第２の位置特定装置において、第１の位置特定装置によって決定された、周波数範囲及びコード位相範囲を含む縮小探索空間を受け取るステップと、
前記縮小探索空間の前記周波数範囲、前記コード位相範囲と前記周波数範囲、及び前記コード位相範囲のうちの１つを、不確実性を考慮するように拡大することによって探索空間を決定するステップと、
前記探索空間内でＧＮＳＳ信号を検出するステップと、
３つの衛星からのＧＮＳＳ信号が検出された時に、前記第２の位置特定装置の位置を特定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2016523357.tif 000018
2016523357.tif 000019
2016523357.tif 000020
2016523357.tif 000021
2016523357.tif 000022
2016523357.tif 000023