(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の信号源から無線送信された信号を一括受信する手段と、受信した信号をｍビット量子化する単一のＡ／Ｄ変換器と、量子化された信号に含まれている信号のうち相異なる信号源からの信号にそれぞれ同期しこれを捕捉する複数の受信チャネルと、各受信チャネルにおける同期動作を制御する一方で上記複数の受信チャネルにて捕捉されている信号に基づき搭載に係る移動体の位置を演算する測位演算／制御部と、を備える測位装置において、
上記Ａ／Ｄ変換器により量子化された信号を更にｎビット量子化する再量子化手段を各受信チャネルに設けると共に（但しｍ＞ｎ）、
上記測位演算／制御部が、各受信チャネルにて捕捉される信号のレベルがより高くなるようその受信チャネルに係る再量子化手段における量子化単位を変更設定することを特徴とする測位装置。
【請求項２】
請求項１記載の測位装置において、
上記再量子化手段が、上記Ａ／Ｄ変換器により量子化された信号のレベルを量子化単位と比較し各ビットの再量子化値を求めるレベルコンバータであることを特徴とする測位装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の測位装置において、
上記測位演算／制御部が、搭載に係る移動体の位置を演算するために使用する信号源又はその組合せを決定乃至変更する際及び／又は上記再量子化手段における量子化単位を前回変更設定してから所定時間以上が経過したときに、上記再量子化手段における量子化単位を設定乃至変更設定することを特徴とする測位装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の測位装置において、
上記測位演算／制御部が、各受信チャネルにて捕捉される信号のレベルを常時監視し続けその結果に応じ動的に、上記再量子化手段における量子化単位を変更設定することを特徴とする測位装置。
【請求項５】
複数の信号源から無線送信された信号を一括受信する無線受信工程と、受信した信号を単一のＡ／Ｄ変換器によりｍビット量子化するＡ／Ｄ変換工程と、量子化された信号に含まれている信号のうち相異なる信号源からの信号にそれぞれ同期し、これを複数の受信チャネルにより捕捉する受信チャネル工程と、各受信チャネルにおける同期動作を制御する一方で上記複数の受信チャネルにて捕捉されている信号に基づき搭載に係る移動体の位置を測位演算／制御部が演算する測位演算／制御工程と、を有する測位信号受信方法において、
上記Ａ／Ｄ変換器により量子化された信号を更にｎビット量子化する再量子化工程を各受信チャネルに設けると共に（但しｍ＞ｎ）、
上記測位演算／制御部が、各受信チャネルにて捕捉される信号のレベルがより高くなるようその受信チャネルに係る再量子化工程における量子化単位を変更設定することを特徴とする測位信号受信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の信号源例えば測位衛星から無線送信された信号を受信し複数の受信チャネルにおいてこれを捕捉する測位装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその問題点】
ＧＰＳ（Global Positioning Sytem）に代表されるＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）においては、地球周回軌道上にあるＧＮＳＳ衛星から無線送信される信号を地球上の移動体に搭載されている受信機により受信し、この受信機において、受信した信号に基づき搭載に係る移動体の位置、速度等を演算する、という構成が採用されている。図４に示される装置は、従来からＧＰＳにおいて用いられている受信機の一例である。
【０００３】
この受信機においては、ＧＰＳ衛星から送信される信号がアンテナ１００により受信され、ダウンコンバータ２００において無線周波数から中間周波数へと変換される。中間周波数に変換された信号は、ハードリミッタ等のＡ／Ｄ変換器３００において１乃至２ビット量子化され、複数の受信チャネル４０１，４０２，…４０ｋから構成される信号処理部４００に入力される。これら複数の受信チャネル受信チャネル４０１，４０２，…４０ｋはいずれも同じ構成を有している。受信チャネル４０１を例として言えば、この受信チャネル４０１は、ＰＮコード相関器４０１−２０、ベースバンド復調器４０１−３０、カウンタ４０１−４０、コードＮＣＯ（数値制御発振器）４０１−５０及びキャリアＮＣＯ４０１−６０から構成されている。測位演算／制御部５００は、各受信チャネルにおける同期動作を制御すると共に、各受信チャネルの出力信号に基づいて所定の原理に基づく測位演算を行い、その結果を出力する。なお、測位演算／制御部５００において実行される測位演算の原理については周知であるためここでは説明を省略する。
【０００４】
受信チャネルを構成する部材のうち、ＰＮコード相関器４０１−２０は、コードＮＣＯ４０１−５０にて生成された擬似雑音（ＰＮ）コードと、Ａ／Ｄ変換器３００から供給される信号との相関を求め、その結果を出力する。コードＮＣＯ４０１−５０、ＰＮコード相関器４０１−２０、カウンタ４０１−４０及び測位演算／制御部５００から構成されるループは、従って、ＧＰＳ信号から送信される信号とのコード同期を確立するための同期ループとして機能する。すなわち、ＧＰＳ衛星から送信される信号は、各衛星毎に固有のＰＮコードによるスペクトル拡散変調されているため、コードＮＣＯ４０１−５０においていずれかのＧＰＳ衛星に係るＰＮコードを発生させ、このＰＮコードとの相関に基づき同期を確立することにより、複数のＧＰＳ衛星のうち所望のＧＰＳ衛星に係る信号との間でコード同期を確立することができる。
【０００５】
また、キャリアＮＣＯ４０１−６０、ベースバンド復調器４０１−３０、カウンタ４０１−４０及び測位演算／制御部５００は、ＧＰＳ衛星から信号を送信する際の搬送波（キャリア）との同期を確立するためのキャリア同期ループを構成している。即ち、キャリアＮＣＯ４０１−６０は、ダウンコンバータ２００により得られるべき中間周波数と同一の周波数を有する信号を発生させ、ベースバンド復調器４０１−３０はキャリアＮＣＯ４０１−６０の出力に基づきＰＮコード相関器４０１−２０を経た信号を復調する。その結果得られるベースバンド信号は、コード同期ループ及びキャリア同期ループを安定化し信号比対雑音比（ＳＮＲ）を改善させる低域通過フィルタとして機能するカウンタ４０１−４０を経て、測位演算／制御部５００に供給される。
【０００６】
この従来技術における問題点の一つは、アンテナ１００により受信される各ＧＰＳ衛星からの信号が衛星毎に異なるレベルを有しているにもかかわらず単一のＡ／Ｄ変換器３００により量子化されているため、各受信チャネルにおいて処理され測位演算／制御部５００に供給されるべき信号が、最適なレベルを有する信号となっていないことである。
【０００７】
【発明の概要】
本発明の目的の一つは、各受信チャネル毎に即ち各衛星（より一般には信号源）毎に最適な受信状況を提供し、これにより、小型、低価格かつ低費消費電力であって各受信チャネルから出力される信号の品質が常に良好な測位装置を提供することにある。
【０００８】
このような目的を達成すべく、本発明に係る測位装置においては、複数の信号源（例えばＧＰＳ衛星）から無線送信された信号を一括受信する手段と、受信した信号をｍビット量子化する単一のＡ／Ｄ変換器と、量子化された信号に含まれている信号のうち相異なる信号源からの信号にそれぞれ同期しこれを捕捉する複数の受信チャネルと、各受信チャネルにおける同期動作を制御する一方で上記複数の受信チャネルにて捕捉されている信号に基づき搭載に係る移動体の位置を演算する測位演算／制御部とを備える測位装置において、上記Ａ／Ｄ変換器により量子化された信号を更にｎビット量子化する再量子化手段を各受信チャネルに設けると共に（但しｍ＞ｎ）、上記測位演算／制御部が、各受信チャネルにて捕捉される信号のレベルがより高くなるようその受信チャネルに係る再量子化手段における量子化単位を変更設定することとした。このような構成を採用することによって、本発明においては、各信号源から無線送信され受信される信号のレベルが信号源間で相違するにもかかわらず、各受信チャネルにて捕捉される信号のレベルを常に高いレベルに維持することが可能になる。
【０００９】
すなわち、従来の測位装置においては、複数の信号源からの信号を一括して入力し量子化する単一のＡ／Ｄ変換器では１ビット又は２ビットの量子化が行われるのにとどまっていたのに対し、本発明においては、この単一のＡ／Ｄ変換器の量子化ビット数を比較的大きなビット数であるｍとし、さらに、このＡ／Ｄ変換器によりｍビット量子化された信号を各受信チャネルにおいて再量子化手段によりｎビット量子化するようにしている。このような構成を採用し、各受信チャネルの再量子化手段における量子化単位をその受信チャネルにて捕捉される信号のレベルに応じて変更設定するようにすれば、一括受信される信号に複数の信号源からの信号すなわち複数の相異なるレベルの信号が含まれているにもかかわらず、各受信チャネル毎に最高乃至最適なレベルの信号を捕捉することができる。
【００１０】
本発明における再量子化手段は、例えば、上記Ａ／Ｄ変換器により量子化された信号のレベルを、新たに決めた量子化単位との比較によって各ビットの再量子化値を求めるレベルコンバータとして実現することができる。レベルコンバータは、ディジタル回路により実現することができるため、再量子化手段をレベルコンバータにて実現した場合、本発明における複数の受信チャネルを１乃至複数個の集積回路によって実現することができ、従って、従来に比べ測位精度の高い測位装置を、小型、低価格かつ低消費電力にて実現することが可能になる。
【００１１】
また、本発明における制御部による量子化単位の設定乃至変更設定タイミングは、例えば、搭載に係る移動体の位置を演算するために使用する信号源又はその組合せを決定乃至変更する際や、再量子化手段における量子化単位を前回変更設定してから所定時間以上が経過したときにすればよい。あるいは、各受信チャネルにて捕捉される信号のレベルを測位演算／制御部が常時監視し続け、その結果に応じ動的に、各再量子化手段における量子化単位を変更設定するようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明は、測位装置としてのみならず、例えば測位信号受信方法としても表現することができる。本発明に係る測位信号受信方法は、複数の信号源から無線送信された信号を一括受信する無線受信工程と、受信した信号を単一のＡ／Ｄ変換器によりｍビット量子化するＡ／Ｄ変換工程と、量子化された信号に含まれている信号のうち相異なる信号源からの信号にそれぞれ同期し、これを複数の受信チャネルにより捕捉する受信チャネル工程と、各受信チャネルにおける同期動作を制御する一方で上記複数の受信チャネルにて捕捉されている信号に基づき搭載に係る移動体の位置を測位演算／制御部が演算する測位演算／制御工程と、を有する測位信号受信方法において、上記Ａ／Ｄ変換器により量子化された信号を更にｎビット量子化する再量子化工程を各受信チャネルに設けると共に（但しｍ＞ｎ）、上記測位演算／制御部が、各受信チャネルにて捕捉される信号のレベルがより高くなるようその受信チャネルに係る再量子化工程における量子化単位を変更設定することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態に関し図面に基づき説明する。なお、図４に示した従来技術と同様の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００１４】
図１に、本発明の一実施形態に係るＧＰＳ受信機の構成を示す。この実施形態においては、各受信チャネルの入力段に、Ａ／Ｄ変換器３００によりｍビット量子化された信号を更にｎビット量子化する再量子化手段としてのレベルコンバータが設けられている。図中、符号４１０−１０で表されているのは、受信チャネル４０１内に設けられているレベルコンバータである。レベルコンバータ４０１−１０は、図２に示すように、ｎ個の減算器４０１−１１、４０１−１２、４０１−１３、…、４０１−１ｎから構成されている。まず、減算器４０１−１１は、入力されるｍビット量子化された信号Ｓnから２n-1・Δｄ（但しΔｄ：量子化単位）を減ずることにより信号Ｓn-1を生成し、信号Ｓn-1が０以上なら１を、０未満なら０を、出力すべきｎビット再量子化値の最上位ビット（ＭＳＢ）とする。次に、減算器４０１−１２は、減算器４０１−１１にて得られた信号Ｓn-1（但し、Ｓn-1＜０であるときにはＳn-1←Ｓnとする）から２n-2・Δｄを減ずることにより信号Ｓn-2を生成し、信号Ｓn-2が０以上なら１を、０未満なら０を、ｎビット再量子化値のＭＳＢの一つ下のビットとする。以下の減算器も、同様の処理を実行する。このような構成のレベルコンバータ４０１−１０によれば、ｍビット量子化された信号をｎビット再量子化することができる。ｍビットの量子化された値が負の場合には、その絶対値をとり、正の値として同様にｎビット量子化を行い、負の符号をつければよい。また、減算器等、集積回路化に適する部材のみで構成されているため、信号処理部４００全体の集積回路化の支障にならない。なお、他の受信チャネルにも同様のレベルコンバータを設けることとするが、ここでは図示の簡単のため省略している。
【００１５】
また、本実施形態においては、Ａ／Ｄ変換器３００における量子化ビット数ｍを、複数のＧＰＳ衛星からの受信信号のダイナミックレンジをカバーできるよう大きくしており、また、レベルコンバータ４０１−１０の量子化ビット数を従来技術におけるＡ／Ｄ変換器３００の量子化ビット数と同程度の量子化ビット数としている。すなわち、Ａ／Ｄ変換器３００の量子化ビット数ｍとレベルコンバータ４０１−１０の量子化ビット数ｎとの間にｍ＞ｎの関係が成り立つよう、かつレベルコンバータ４０１−１０における量子化ビット数ｎが従来技術におけるＡ／Ｄ変換器３００の量子化ビット数と同じ１乃至２になるよう、本実施形態では量子化ビット数ｍ，ｎを設定している。
【００１６】
また、測位演算／制御部５００は、カウンタ４０１−４０における計数の結果（すなわち受信チャネル４０１により捕捉された信号のレベル）を示す信号を入力し、このレベルが最大になるよう、レベルコンバータ４０１−１０にて使用する量子化単位Δｄを設定する。ここで、レベルコンバータ４０１−１０は図３に示すような２ビット量子化を行う再量子化手段であり、その量子化単位Δｄの大きさを変化させることによりしきい値Ｐｔｈを変化させることができる。測位演算／制御部５００は、図２に示した構成を有し図３の如く動作するレベルコンバータにおける設定値Ｐｔｈ（ここではＰｔｈ＝Δｄ）を、カウンタ４０１−４０からの出力のレベルに応じて変化させることにより、カウンタ４０１−４０から出力される信号のレベルがより高いレベルになるようにする。
【００１７】
このように本実施形態によれば、各受信チャネルにレベルコンバータを設けると共に、Ａ／Ｄ変換器及びレベルコンバータにおける量子化ビット数の大小関係を前述のごとく設定し、かつ測位演算／制御部５００によりレベルコンバータ４０１−１０における量子化単位を逐次変更設定するようにしたため、各受信チャネルにて捕捉される信号のレベルを常に最高乃至最大のレベルにすることができる。従って、測位演算／制御部５００にて実行される測位演算の精度が向上する。また、レベルコンバータは、ディジタル回路として構成することもできる再量子化手段であるから、受信チャネル４０１，４０２，…４０ｋにて構成される信号処理部４００を集積回路化することもでき、従って、従来に比べ測位精度が良好なＧＰＳ受信機を、小型、低価格かつ低消費電力にて実現することが可能になる。
【００１８】
なお、測位演算／制御部５００による量子化単位Δｄの設定タイミングは、測位演算に使用するＧＰＳ衛星又はその組合せを設定乃至変更設定する際としてもよいし、周期的に到来するタイミングとしてもよい。あるいは測位演算／制御部５００が常に各受信チャネルのカウンタの出力を開始し、その結果に応じ動的に、各受信チャネルのレベルコンバータに対する量子化単位Δｄの設定を行うようにしてもよい。更に、受信チャネル４０１，４０２，…，４０ｋのうち複数個により同一のＧＰＳ衛星からの信号を捕捉させ、かつこれらに対し互いに異なる量子化単位Δｄを設定するようにすれば、最も受信レベルが高くなった受信チャネルはどれかについて判断することにより、そのＧＰＳ衛星について現状で最適な量子化単位Δｄを知ることができる。また、図２においては２ビット量子化の例を示した。２ビット量子化する際、最大の出力値＝２や最小の出力値＝−２に重み付けを行うようにしてもよい（“Adaptive A/D Conveter to Suppress CW Interference in DSPN Spread-Spectrum Communications”，Frank Amoroso, IEEE Trans Commun.vol.COM-31,No.10,October 1983を参照されたい）。更に、受信状況によって再量子化ビット数ｎも変更するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係るＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図である。
【図２】  この実施形態におけるレベルコンバータの構成を示すブロック図である。
【図３】  この実施形態におけるレベルコンバータの動作を説明するための図である。
【図４】  一従来技術に係るＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００  アンテナ、２００  ダウンコンバータ、３００  Ａ／Ｄ変換器、４００  信号処理部、４０１，４０２，…４０ｎ  受信チャネル、４０１−１０  レベルコンバータ、４０１−２０  ＰＮコード相関器、４０１−３０  ベースバンド復調器、４０１−４０  カウンタ、４０１−５０  コードＮＣＯ（数値制御発振器）、４０１−６０  キャリアＮＣＯ、５００  測位演算／制御部、Ｐｔｈ  測位演算／制御部がレベルコンバータに設定する値。
【図１】
0003752067.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003752067.tif 000004
【図４】
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