JP5051011B2 - サーチ周波数補正方法、測位方法、プログラム及び受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、サーチ周波数補正方法、測位方法、プログラム及び受信装置に関する。

直接スペクトラム拡散方式により変調された信号を受信する受信装置の一種として、ＰＲＮ（Pseudo Random Noise）コードで拡散変調された測位用信号を受信して測位を行う測位装置が存在する。例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から送出されるＧＰＳ衛星信号を受信して測位を行うＧＰＳ測位装置が広く知られている。

受信信号の中から測位用信号を捕捉するためには、受信信号と拡散符号のレプリカコードとの相関演算を所定のサーチ周波数において、レプリカコードの位相をずらしながら行い、その相関値が最大となる位相（いわゆるコード位相）を抽出する必要がある。しかし、サーチ周波数が適切に設定されていなければ、測位用信号の捕捉に失敗するため、サーチ周波数を決定するための様々な技術が考案されている（例えば特許文献１）。
特開平８−１４６１１３号公報

特許文献１に開示されている技術では、測位用衛星と測位装置の相対的な位置の変化に起因するドップラー周波数や、測位装置に内蔵されたクロックの発振周波数を考慮して、各衛星について異なるサーチ周波数を設定して衛星捕捉を試みる。そして、１つの衛星の捕捉に成功した場合に、当該捕捉に設定されていたクロックの発振周波数のオフセットに基づいて、他の衛星のサーチ周波数を可変に設定する技術である。この技術では、サーチ周波数を調整するためには少なくともどれか１つの衛星を捕捉する必要がある。また、測位装置に対する相対的な位置の変化は測位用衛星によって異なるため、捕捉した１つの衛星のサーチ周波数が他の衛星のサーチ周波数に適合するとは限らないという問題もある。

本発明は、上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、サーチ周波数を高精度に求めるための新たな手法を提案することにある。

以上の課題を解決するための第１の発明は、直接スペクトラム拡散方式により変調された信号の受信信号と拡散符号のレプリカコードとの相関演算をＩＱ成分それぞれについて所定のサーチ周波数で行うことと、前記相関演算で得られたＩＱ成分それぞれの相関値を極性反転タイミング間隔毎に積算して相関積算値を算出することと、ＩＱ成分それぞれについて、前記極性反転タイミング間隔毎の前記相関積算値を、符号を変えた複数の組合せで加算することと、前記各組合せの加算結果に基づいて一の組合せを選択することと、前記一の組合せの相関積算値によって示されるＩＱ位相の時間変化に基づいて前記サーチ周波数を補正することと、を含むサーチ周波数補正方法である。

また、他の発明として、直接スペクトラム拡散方式により変調された信号の受信信号と拡散符号のレプリカコードとの相関演算をＩＱ成分それぞれについて所定のサーチ周波数で行う相関演算部と、前記相関演算で得られたＩＱ成分それぞれの相関値を極性反転タイミング間隔毎に積算して相関積算値を算出する積算部と、ＩＱ成分それぞれについて、前記極性反転タイミング間隔毎の前記相関積算値を、符号を変えた複数の組合せで加算する加算部と、前記各組合せの加算結果に基づいて一の組合せを選択する選択部と、前記一の組合せの相関積算値によって示されるＩＱ位相の時間変化に基づいて前記サーチ周波数を補正する補正部と、を備えた受信装置を構成してもよい。

この第１の発明等によれば、直接スペクトラム拡散方式により変調された信号の受信信号と拡散符号のレプリカコードとの相関演算をＩＱ成分それぞれについて所定のサーチ周波数で行う。そして、相関演算で得られたＩＱ成分それぞれの相関値を極性反転タイミング間隔毎に積算して相関積算値を算出し、ＩＱ成分それぞれについて、極性反転タイミング間隔毎の相関積算値を、符号を変えた複数の組合せで加算する。そして、各組合せの加算結果に基づいて一の組合せを選択し、この一の組合せの相関積算値によって示されるＩＱベクトルのＩＱ軸座標系における位相であるＩＱ位相の時間変化に基づいてサーチ周波数を補正する。

受信信号の拡散符号の極性は、極性反転タイミング間隔毎に反転する可能性がある。そのため、極性反転タイミング毎に求められた複数の相関積算値を加算する際に、符号を変えた複数の組合せで加算する。そして、例えば、拡散符号の極性反転に起因する相関積算値の相殺が最も小さくなるような組合せを選択する。このようにして選択した組合せの相関積算値によって示されるＩＱベクトルのＩＱ位相の時間変化に基づいてサーチ周波数を補正することで、サーチ周波数を高精度に求めることが可能となる。

また、第２の発明として、第１の発明のサーチ周波数補正方法であって、前記選択することは、前記各組合せの相関積算値によって示されるＩＱベクトルの大きさに基づいて一の組合せを選択することを含むサーチ周波数補正方法を構成してもよい。

この第２の発明によれば、極性反転タイミング間隔毎の相関積算値を符号を変えて加算した各組合せの相関積算値によって示されるＩＱベクトルの大きさに基づいて、一の組合せを選択する。例えば、ＩＱベクトルの大きさが最も大きい組合せを選択することにすれば好適である。

また、第３の発明として、第１又は第２の発明のサーチ周波数補正方法であって、前記補正することは、前記一の組合せの相関積算値によって示されるＩＱ位相の時間変化に基づいて前記サーチ周波数の誤差を算出して、前記サーチ周波数を補正することを含むサーチ周波数補正方法を構成してもよい。

この第３の発明によれば、選択された一の組合せの相関積算値によって示されるＩＱ位相の時間変化に基づいてサーチ周波数の誤差を算出して、サーチ周波数を補正する。ＩＱ位相の時間変化から算出したサーチ周波数の誤差を用いてサーチ周波数を補正することで、適切なサーチ周波数を用いた相関演算を実現し得る。

また、第４の発明として、第１〜第３の何れかの発明のサーチ周波数補正方法であって、前記相関演算を行うことは複数の周波数で行うことであり、前記複数の周波数それぞれについて得られた前記相関積算値を前記極性反転タイミング間隔より長い時間に亘って積算することと、前記相関積算値の積算によって得られた長時間積算値に基づいてサーチ好適周波数を判定することと、前記サーチ好適周波数を用いて前記サーチ周波数を補正することと、を更に含むサーチ周波数補正方法を構成してもよい。

この第４の発明によれば、複数の周波数で相関演算を行い、この複数の周波数それぞれについて得られた相関積算値を極性反転タイミング間隔よりも長い時間に亘って積算する。そして、得られた長時間積算値に基づいてサーチ好適周波数を判定し、サーチ好適周波数を用いてサーチ周波数を補正する。例えば、複数の周波数それぞれについて得られた長時間積算値のうち、最も値が大きい長時間積算値に対応する周波数をサーチ好適周波数と判定する。そして、サーチ好適周波数に近付けるようにサーチ周波数を補正することで、適切なサーチ周波数を得ることができる。

また、第５の発明として、第４の発明のサーチ周波数補正方法であって、前記サーチ好適周波数と前記サーチ周波数とが所定の近似条件を満たさない場合に、前記サーチ好適周波数を用いて前記サーチ周波数を補正することを更に含むサーチ周波数補正方法を構成してもよい。

この第５の発明によれば、例えば、サーチ好適周波数とサーチ周波数との差が一定以上であるような場合に、サーチ好適周波数を用いてサーチ周波数を補正する。

また、第６の発明として、直接スペクトラム拡散方式により変調された測位用信号を受信した信号を前記受信信号として第１〜第５の何れかの発明のサーチ周波数補正方法を行うことと、前記相関積算値を用いて所定の測位演算を行って測位することと、を含む測位方法を構成してもよい。

この第６の発明によれば、上述した発明のサーチ周波数補正方法によって適切に補正されたサーチ周波数で行われた相関演算の結果に基づいて測位演算を行うことで、正確性の高い測位を実現することができる。

また、第７の発明として、直接スペクトラム拡散方式により変調された信号を受信する受信装置を制御するコンピュータに、第１〜第５の何れかの発明のサーチ周波数補正方法を実行させるためのプログラムを構成してもよい。

以下、図面を参照して、本発明に好適な実施形態の一例を説明する。尚、以下では、直接スペクトラム拡散方式により変調された測位用信号を受信する受信装置の一種である測位装置を備えた電子機器として携帯型電話機を例に挙げ、測位システムとしてＧＰＳを用いた場合について説明するが、本発明を適用可能な実施形態がこれらに限定されるわけではない。

１．機能構成
図１は、本実施形態における携帯型電話機１の機能構成を示すブロック図である。携帯型電話機１は、ＧＰＳアンテナ５と、ＧＰＳ受信部１０と、ホストＣＰＵ（Central Processing Unit）３０と、操作部４０と、表示部５０と、携帯電話用アンテナ６０と、携帯電話用無線通信回路部７０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）８０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）９０とを備えて構成される。

ＧＰＳアンテナ５は、ＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ（Radio Frequency）信号を受信するアンテナであり、受信した信号をＧＰＳ受信部１０に出力する。尚、ＧＰＳ衛星信号は、衛星毎に異なる拡散符号の一種であるＰＲＮ（Pseudo Random Noise）コードで直接スペクトラム拡散方式により変調された１．５７５４２［ＧＨｚ］の通信信号である。ＰＲＮコードは、コード長１０２３チップを１ＰＮフレームとする繰返し周期１ｍｓの擬似ランダム雑音符号である。

ＧＰＳ受信部１０は、ＧＰＳアンテナ５から出力された信号に基づいて携帯型電話機１の現在位置を測位する測位回路であり、いわゆるＧＰＳ受信機に相当する機能ブロックである。ＧＰＳ受信部１０は、ＲＦ受信回路部１１と、ベースバンド処理回路部２０とを備えて構成される。尚、ＲＦ受信回路部１１と、ベースバンド処理回路部２０とは、それぞれ別のＬＳＩ（Large Scale Integration）として製造することも、１チップとして製造することも可能である。

ＲＦ受信回路部１１は、ＲＦ信号の処理回路ブロックであり、所定の局部発振信号を分周或いは逓倍することで、ＲＦ信号乗算用の発振信号を生成する。そして、生成した発振信号を、ＧＰＳアンテナ５から出力されたＲＦ信号に乗算することで、ＲＦ信号を中間周波数の信号（以下、「ＩＦ（Intermediate Frequency）信号」と称す。）にダウンコンバートし、ＩＦ信号を増幅等した後、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換して、ベースバンド処理回路部２０に出力する。

すなわち、ＲＦ受信回路部１１は、いわゆるスーパーヘテロダイン方式によって信号受信を行う受信システムである。また、詳細な回路構成を図示していないが、ＲＦ受信回路部１１は、発振信号と発振信号の位相を９０度ずらした信号とをＲＦ信号に乗算することで、ＩＦ信号として同相成分（Ｉ成分）及び直交成分（Ｑ成分）の信号（Ｉ信号及びＱ信号）に分離する。そして、Ｉ成分及びＱ成分それぞれをＡ／Ｄ変換して、ベースバンド処理回路部２０に出力する。

ベースバンド処理回路部２０は、ＲＦ受信回路部１１から出力された信号に対して相関処理等を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉・抽出し、データを復号して航法メッセージや時刻情報等を取り出して測位演算を行う回路部である。ベースバンド処理回路部２０は、プロセッサとしてのＣＰＵ２１と、メモリとしてのＲＯＭ２３及びＲＡＭ２５とを備えて構成される。

ホストＣＰＵ３０は、ＲＯＭ８０に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従って携帯型電話機１の各部を統括的に制御するプロセッサである。ホストＣＰＵ３０は、ＣＰＵ２１から入力した出力位置をプロットしたナビゲーション画面を、表示部５０に表示させる。

操作部４０は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、押下されたアイコンやボタンの信号をホストＣＰＵ３０に出力する。この操作部４０の操作により、通話要求やメールの送受信要求、ＧＰＳの起動要求等の各種指示入力がなされる。

表示部５０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、ホストＣＰＵ３０から入力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置である。表示部５０には、ナビゲーション画面や時刻情報等が表示される。

携帯電話用アンテナ６０は、携帯型電話機１の通信サービス事業者が設置した無線基地局との間で携帯電話用無線信号や各種データの送受信を行うアンテナである。

携帯電話用無線通信回路部７０は、ＲＦ変換回路、ベースバンド処理回路等によって構成される携帯電話の通信回路部であり、携帯電話用無線信号の変調・復調等を行うことで、通話やメールの送受信等を実現する。

ＲＯＭ８０は、読み取り専用の不揮発性の記憶装置であり、ホストＣＰＵ３０が携帯型電話機１を制御するためのシステムプログラムや、ナビゲーション機能を実現するための各種プログラムやデータ等を記憶している。

ＲＡＭ９０は、読み書き可能な揮発性の記憶装置であり、ホストＣＰＵ３０により実行されるシステムプログラム、各種処理プログラム、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを形成している。

２．データ構成
図２は、ベースバンド処理回路部２０のＲＯＭ２３に格納されたデータの一例を示す図である。ＲＯＭ２３には、ＣＰＵ２１により読み出され、測位処理（図６参照）として実行される測位プログラム２３１が記憶されている。また、測位プログラム２３１には、衛星捕捉処理（図７参照）として実行される衛星捕捉プログラム２３１１と、サーチ中心周波数補正処理（図８及び図９参照）として実行されるサーチ中心周波数補正プログラム２３１３とがサブルーチンとして含まれている。

測位処理とは、ＣＰＵ２１が、捕捉対象とするＧＰＳ衛星（以下、「捕捉対象衛星」と称す。）それぞれについて、衛星捕捉処理を行って受信信号のＰＲＮコードの位相（いわゆるコード位相）を判定し、当該コード位相を基に算出した擬似距離を用いて所定の測位演算を行うことで、携帯型電話機１の位置を測位する処理である。

衛星捕捉処理とは、ＣＰＵ２１が、ＲＦ受信回路部２１から出力されたＩ，Ｑ信号それぞれに対してＰＲＮコードのレプリカコードとの相関演算を行い、該相関演算の結果として得られた相関値（以下、Ｉ信号の相関値を「Ｉ相相関値」、Ｑ信号の相関値を「Ｑ相相関値」と称し、これらを包括的に「Ｉ，Ｑ相関値」と称する。）を積算することで、Ｉ，Ｑ信号の相関積算値（以下、Ｉ信号の相関積算値を「Ｉ相相関積算値」、Ｑ信号の相関積算値を「Ｑ相相関積算値」と称し、これらを包括的に「Ｉ，Ｑ相関積算値」と称する。）を算出する処理である。

Ｉ，Ｑ信号とレプリカコードとの相関演算は、サーチ中心周波数に基づいて設定した周波数サーチ範囲内でレプリカコードの発生信号の周波数を変更しつつ、また、所定の位相サーチ範囲内でレプリカコードの位相を変更しつつ行う。そして、ＣＰＵ２１は、Ｉ，Ｑ信号の極性反転タイミング間隔毎に、Ｉ，Ｑ相関積算値が最大となるピーク値を検出し、当該ピーク値に対応するレプリカコードの位相を判定することで、コード位相を取得する。

ＧＰＳ衛星信号に重畳されている航法データ（航法メッセージ）は「２０ミリ秒毎」にビットが反転する可能性があり、このビットの反転に伴って受信信号のＰＲＮコードの極性が反転するが、この「２０ミリ秒」の間隔が極性反転タイミング間隔である。また、本実施形態では、極性反転タイミング間隔毎のひとまとまりの期間のことを「単位期間」と称する。

サーチ中心周波数補正処理とは、ＣＰＵ２１が、周波数サーチ範囲の中心とする周波数であるサーチ中心周波数を補正する処理である。サーチ中心周波数は、サーチ周波数の一種である。詳細は後述するが、最新の単位期間分のＩ，Ｑ相関積算値と、最新の１つ前の単位期間分のＩ，Ｑ相関積算値とを用いて、最新の単位期間におけるサーチ中心周波数の誤差を算出し、当該誤差を用いてサーチ中心周波数を補正する。これらの処理については、詳細に後述する。

図３は、ベースバンド処理回路部２０のＲＡＭ２５に格納されるデータの一例を示す図である。ＲＡＭ２５には、捕捉対象衛星別データベース２５１と、候補位置データベース２５３とが記憶される。

図４は、捕捉対象衛星別データベース２５１のデータ構成の一例を示す図である。捕捉対象衛星別データベース２５１には、捕捉対象衛星別に捕捉対象衛星別データ２５２（２５２−１，２５２−２，２５２−３，・・・）が記憶される。そして、各捕捉対象衛星別データ２５２には、捕捉対象衛星の番号２５２１と、単位期間別Ｉ，Ｑ相関積算値データ２５２２と、単位期間別ピークＩＱ位相２５２３と、サーチ中心周波数２５２４と、ピーク周波数２５２５と、コード位相２５２６とが記憶される。

図５は、単位期間別Ｉ，Ｑ相関積算値データ２５２２のデータ構成の一例を示す図である。単位期間別Ｉ，Ｑ相関積算値データ２５２２には、単位期間の番号２５２２１と対応付けて、Ｉ相相関積算値２５２２２と、Ｑ相相関積算値２５２２３とがＩ，Ｑ相関値データ（２５２２−１，２５２２−２，２５２２−３，・・・）として記憶される。Ｉ相相関積算値２５２２２は、レプリカコードの発生信号の周波数及びレプリカコードの位相毎のＩ相相関値に対する積算結果である。同様に、Ｑ相相関積算値２５２２３は、レプリカコードの発生信号の周波数及びレプリカコードの位相毎のＱ相相関値に対する積算結果である。

単位期間別ピークＩＱ位相２５２３には、Ｉ，Ｑ相関積算値のピーク値のＩＱ座標上における位相（ＩＱ座標上にＩＱ値をプロットした場合の原点からのベクトルがＩＱベクトルであり、その成す角度がＩＱ位相である。以下では、Ｉ，Ｑ相関積算値のピーク値のＩＱ位相を「ピークＩＱ位相」と称する。）が、単位期間別に蓄積・記憶される。このピークＩＱ位相は、サーチ中心周波数を補正するために用いられる。

サーチ中心周波数２５２４は、周波数サーチ範囲の中心となる周波数である。サーチ中心周波数２５２４は、サーチ中心周波数補正処理により補正される。

ピーク周波数２５２５は、連続１０単位期間分のＩ，Ｑ相関積算値データに対するインコヒーレント処理を行うことで得られる相関積算値のピーク値に対応する周波数（以下、「ピーク周波数」と称す。）である。このピーク周波数は、周波数サーチに好適な周波数（サーチ好適周波数）であり、サーチ中心周波数を補正するために用いられる。

コード位相２５２６は、最新の単位期間に対応するＩ，Ｑ相関積算値データに記憶されているＩ，Ｑ相関積算値のピーク値に対応するレプリカコードの位相である。コード位相２５２６は、測位演算において擬似距離の算出に用いられる。

候補位置データベース２５３は、各捕捉対象衛星について得られた最新のコード位相を用いて所定の測位演算を行うことで得られる測位位置が候補位置として蓄積・記憶されたデータベースである。

３．処理の流れ
図６は、ＲＯＭ２３に記憶されている測位プログラム２３１がＣＰＵ２１により読み出されて実行されることで、携帯型電話機１において実行される測位処理の流れを示すフローチャートである。

測位処理は、ＲＦ受信回路部１１によるＧＰＳ衛星信号の受信と併せて、ＣＰＵ２１が、操作部４０に測位開始指示の操作がなされたことを検出した場合に実行を開始する処理であり、各種アプリケーションの実行といった各種の処理と並行して行われる処理である。尚、携帯型電話機１の電源のＯＮ／ＯＦＦとＲＦ受信回路部１１を含むＧＰＳ受信部１０の起動／停止とを連動させ、携帯型電話機１の電源投入操作を検出した場合に処理の実行を開始させることにしてもよい。

また、特に説明しないが、以下の測位処理の実行中は、ＧＰＳアンテナ５によるＲＦ信号の受信や、ＲＦ受信回路部１１によるＩＦ信号へのダウンコンバージョン及び信号のＩＱ分離が行われ、受信信号のＩ，Ｑ信号がベースバンド処理回路部２０に随時出力される状態にあるものとする。

先ず、ＣＰＵ２１は、最新のアルマナックデータ等に基づいて、捕捉対象衛星を判定する（ステップＡ１）。より詳細には、不図示の時計部で計時されている現在時刻において、仮の現在位置の天空に位置するＧＰＳ衛星をアルマナックやエフェメリスのデータから判定する。仮の現在位置は、例えば携帯電話の通信基地局の位置や、前回の測位位置として与えられる。

次いで、ＣＰＵ２１は、ステップＡ１で判定した各捕捉対象衛星について、ループＡの処理を実行する（ステップＡ３〜Ａ１３）。ループＡでは、ＣＰＵ２１は、当該捕捉対象衛星の捕捉継続中であるか否かを判定し（ステップＡ５）、捕捉継続中であると判定した場合は（ステップＡ５；Ｙｅｓ）、ＲＡＭ２５の捕捉対象衛星別データベース２５１を参照し、当該捕捉対象衛星についての捕捉対象衛星別データ２５２に記憶されているサーチ中心周波数２５２４に基づいて、周波数サーチ範囲を設定する（ステップＡ７）。すなわち、サーチ中心周波数２５２４を中心とする所定幅の範囲を周波数サーチ範囲として設定する。

また、ステップＡ５において、当該捕捉対象衛星の捕捉継続中ではないと判定した場合は（ステップＡ５；Ｎｏ）、ＣＰＵ２１は、ＧＰＳ衛星信号の搬送波周波数（より詳細には、搬送波周波数に対応するダウンコンバージョン後のＩＦ周波数）に基づいて当該捕捉対象衛星の周波数サーチ範囲を設定する（ステップＡ９）。すなわち、ＩＦ周波数を中心とする所定幅の範囲を周波数サーチ範囲として設定する。ステップＡ７又はＡ９において周波数サーチ範囲を設定した後、ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２３に記憶されている衛星捕捉プログラム２３１１を読み出して実行することで、衛星捕捉処理を行う（ステップＡ１１）。

図７は、衛星捕捉処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ＣＰＵ２１は、ステップＡ７又はＡ９で設定した周波数範囲内でレプリカコードの発生信号の周波数を変更しながら、また、所定の位相サーチ範囲内でレプリカコードの位相のずらしながら、ＲＦ受信回路部１１から出力されたＩ，Ｑ信号との相関演算を行い、Ｉ，Ｑ相関値を取得する（ステップＢ１）。

そして、ＣＰＵ２１は、ステップＢ１で得られたＩ，Ｑ相関値それぞれを積算用バッファに積算する（ステップＢ３）。次いで、ＣＰＵ２１は、受信信号の極性反転タイミングであるか否かを判定し（ステップＢ５）、極性反転タイミングではないと判定した場合は（ステップＢ５；Ｎｏ）、衛星捕捉処理を終了する。

また、ステップＢ５において極性反転タイミングであると判定した場合は（ステップＢ５；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１は、積算用バッファに格納されているＩ，Ｑ相関積算値のピーク値に対応するレプリカコードの位相をコード位相２５２６として判定して、捕捉対象衛星別データ２５２に記憶させる（ステップＢ７）。

その後、ＣＰＵ２１は、積算用バッファに格納されているＩ，Ｑ相関積算値を、当該単位期間の番号２５２１と対応付けて、１単位期間分のＩ，Ｑ相関積算値データとして単位期間別Ｉ，Ｑ相関積算値データ２５２２に記憶させる（ステップＢ９）。そして、ＣＰＵ２１は、積算用バッファをクリアする（ステップＢ１１）。

次いで、ＣＰＵ２１は、単位期間別Ｉ，Ｑ相関積算値データ２５２２を参照し、２単位期間分のＩ，Ｑ相関積算値データが蓄積されているか否かを判定する（ステップＢ１３）。そして、蓄積されていないと判定した場合は（ステップＢ１３；Ｎｏ）、衛星捕捉処理を終了する。また、蓄積されていると判定した場合は（ステップＢ１３；Ｙｅｓ）、ＲＯＭ２３に記憶されているサーチ中心周波数補正プログラム２３１３を読み出して実行することで、サーチ中心周波数補正処理を行って（ステップＢ１５）、衛星捕捉処理を終了する。

図８及び図９は、サーチ中心周波数補正処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ＣＰＵ２１は、当該捕捉対象衛星の単位期間別Ｉ，Ｑ相関積算値データ２５２２を参照し、最新の単位期間のＩ，Ｑ相関積算値データに記憶されているＩ，Ｑ相関積算値を、それぞれ「ＳｕｍＩ（１）」及び「ＳｕｍＱ（１）」とする（ステップＣ１）。また、最新の１つ前の単位期間のＩ，Ｑ相関積算値データに記憶されているＩ，Ｑ相関積算値を、それぞれ「ＳｕｍＩ（０）」及び「ＳｕｍＱ（０）」とする（ステップＣ３）。

次いで、ＣＰＵ２１は、次式（１）に従って「ＳｕｍＩ（＋）」を計算するとともに（ステップＣ５）、次式（２）に従って「ＳｕｍＱ（＋）」を計算する（ステップＣ７）。
ＳｕｍＩ（＋）＝ＳｕｍＩ（０）＋ＳｕｍＩ（１）・・・（１）
ＳｕｍＱ（＋）＝ＳｕｍＱ（０）＋ＳｕｍＱ（１）・・・（２）

また、ＣＰＵ２１は、次式（３）に従って「ＳｕｍＩ（−）」を計算するとともに（ステップＣ９）、次式（４）に従って「ＳｕｍＱ（−）」を計算する（ステップＣ１１）。
ＳｕｍＩ（−）＝ＳｕｍＩ（０）−ＳｕｍＩ（１）・・・（３）
ＳｕｍＱ（−）＝ＳｕｍＱ（０）−ＳｕｍＱ（１）・・・（４）

その後、ＣＰＵ２１は、次式（５）に従って「Ｓｕｍ（＋）」を計算するとともに（ステップＣ１３）、次式（６）に従って「Ｓｕｍ（−）」を計算する（ステップＣ１５）。
Ｓｕｍ（＋）＝｜ＳｕｍＩ（＋）｜＋｜ＳｕｍＱ（＋）｜・・・（５）
Ｓｕｍ（−）＝｜ＳｕｍＩ（−）｜＋｜ＳｕｍＱ（−）｜・・・（６）

次いで、ＣＰＵ２１は、ステップＣ１３で計算した「Ｓｕｍ（＋）」及びステップＣ１５で算出した「Ｓｕｍ（−）」それぞれのピーク値を抽出する（ステップＣ１７）。すなわち、レプリカコードの発生信号の周波数及びレプリカコードの位相毎の相関積算値が記憶された「Ｓｕｍ（＋）」及び「Ｓｕｍ（−）」の中から、最大相関積算値をピーク値として抽出する。このピーク値は、Ｉ相及びＱ相の座標系であるＩＱ座標系において最大相関積算値によって示されるＩＱベクトルの大きさに相当する。

そして、ＣＰＵ２１は、「Ｓｕｍ（＋）」のピーク値が、「Ｓｕｍ（−）」のピーク値以上であるか否かを判定し（ステップＣ１９）、「Ｓｕｍ（−）」のピーク値以上であると判定した場合は（ステップＣ１９；Ｙｅｓ）、「ＳｕｍＩ（＋）」及び「ＳｕｍＱ（＋）」の組合せを選択し、それぞれのピーク値「ＰＳｕｍＩ（＋）」及び「ＰＳｕｍＱ（＋）」を抽出する（ステップＣ２１）。

そして、ＣＰＵ２１は、ステップＣ２１で抽出したピーク値を用いて、次式（７）に従ってピークＩＱ位相「θ」を算出し、当該単位期間の番号と対応付けて単位期間別ピークＩＱ位相２５２３に記憶させる（ステップＣ２３）。
θ＝ｔａｎ^−１（ＰＳｕｍＩ（＋）／ＰＳｕｍＱ（＋））・・・（７）

また、ステップＣ１９において、「Ｓｕｍ（＋）」のピーク値が「Ｓｕｍ（−）」のピーク値未満であると判定した場合は（ステップＣ１９；Ｎｏ）、ＣＰＵ２１は、「ＳｕｍＩ（−）」及び「ＳｕｍＱ（−）」の組合せを選択し、それぞれのピーク値「ＰＳｕｍＩ（−）」及びピーク値「ＰＳｕｍＱ（−）」を抽出する（ステップＣ２５）。

そして、ＣＰＵ２１は、ステップＣ２５で抽出したピーク値を用いて、次式（８）に従ってピークＩＱ位相「θ」を算出し、当該単位期間の番号と対応付けて単位期間別ピークＩＱ位相２５２３に記憶させる（ステップＣ２７）。
θ＝ｔａｎ^−１（ＰＳｕｍＩ（−）／ＰＳｕｍＱ（−））・・・（８）

次いで、ＣＰＵ２１は、単位期間別ピークＩＱ位相２５２３に最新の単位期間の番号と対応付けて記憶されているピークＩＱ位相「θ（１）」と、最新の１つ前の単位期間の番号と対応付けて記憶されているピークＩＱ位相「θ（０）」とを用いて、次式（９）に従って最新の単位期間におけるサーチ中心周波数の誤差「Δｆ」を算出する（ステップＣ２９）。
Δｆ＝（θ（１）−θ（０））／１８０°×１０００／２ｔ×１／２・・・（９）
但し、「ｔ」は単位期間の長さ（ｍｓｅｃ）である。

そして、ＣＰＵ２１は、ステップＣ２９で算出した誤差「Δｆ」を加味して、当該捕捉対象衛星の捕捉対象衛星別データ２５２に記憶されているサーチ中心周波数２５２４を補正して保存する（ステップＣ３１）。

次いで、ＣＰＵ２１は、単位期間別Ｉ，Ｑ相関積算値データ２５２２を参照し、連続１０単位期間分のＩ，Ｑ相関積算値データが記憶されているか否かを判定する（ステップＣ３３）。そして、記憶されていないと判定した場合は（ステップＣ３３；Ｎｏ）、サーチ中心周波数補正処理を終了する。また、記憶されていると判定した場合は（ステップＣ３３；Ｙｅｓ）、当該連続１０単位期間分のＩ，Ｑ相関積算値データのインコヒーレント処理を実行する（ステップＣ３５）。

その後、ＣＰＵ２１は、当該連続１０単位期間分のＩ，Ｑ相関積算値データを、単位期間別Ｉ，Ｑ相関積算値データ２５２２から消去する（ステップＣ３７）。そして、ＣＰＵ２１は、インコヒーレント処理結果に基づいてピーク周波数２５２５を判定し（ステップＣ３９）、当該捕捉対象衛星の捕捉対象衛星別データ２５２に記憶させる。具体的には、インコヒーレント処理で得られたＩ，Ｑ相関積算値のピーク値を判定し、当該ピーク値に対応するレプリカコードの発生信号の周波数をピーク周波数２５２５と判定する。

次いで、ＣＰＵ２１は、ステップＣ３１で補正した後のサーチ中心周波数２５２４と、ステップＣ３９で判定したピーク周波数２５２５との差の絶対値が所定の閾値を超えたか否かを判定し（ステップＣ４１）、閾値以下であると判定した場合は（ステップＣ４１；Ｎｏ）、サーチ中心周波数補正処理を終了する。また、閾値を超えたと判定した場合は（ステップＣ４１；Ｙｅｓ）、サーチ中心周波数２５２４をピーク周波数２５２５に補正する（ステップＣ４３）。

周波数誤差「Δｆ」を用いて補正した後のサーチ中心周波数が、相関積算値のインコヒーレント処理を行うことで得られるピーク周波数と大きく異なっている場合は、ピーク周波数を信頼して、ピーク周波数をサーチ中心周波数とすることにしたものである。その後、ＣＰＵ２１は、サーチ中心周波数補正処理を終了する。

図６の測位処理に戻って、衛星捕捉処理を行った後、ＣＰＵ２１は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。そして、全ての捕捉対象衛星についてステップＡ５〜Ａ１１の処理を行った後、ＣＰＵ２１は、ループＡの処理を終了する（ステップＡ１３）。

ループＡの処理を終了した後、ＣＰＵ２１は、各捕捉対象衛星についての捕捉対象衛星別データ２５２に記憶されているコード位相２５２６を用いて所定の測位演算を行って測位し、その測位位置を候補位置としてＲＡＭ２５の候補位置データベース２５３に蓄積する（ステップＡ１５）。測位演算としては、最小二乗法を用いた測位演算や、カルマンフィルタを用いた測位演算等の公知の手法を適用することができる。

その後、ＣＰＵ２１は、出力位置の出力タイミングであるか否かを判定する（ステップＡ１７）。本実施形態では、出力タイミングを１秒間隔とする。そして、まだ出力タイミングではないと判定した場合は（ステップＡ１７；Ｎｏ）、ステップＡ１に戻る。また、出力タイミングであると判定した場合は（ステップＡ１７；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２５の候補位置データベース２５３に蓄積された候補位置の中から出力位置を判定する（ステップＡ１９）。

出力位置は、候補位置を求めるために使用した捕捉対象衛星の信号強度や、天空配置の指標値であるＰＤＯＰ（Position Dilution Of Precision）値等に基づいて決定することが可能である。例えば、全ての捕捉対象衛星のＧＰＳ衛星信号の信号強度の平均値が最も大きい候補位置や、ＰＤＯＰ値が最も小さい候補位置を判定して、出力位置に決定することができる。

次いで、ＣＰＵ２１は、ステップＡ１９で判定した出力位置をホストＣＰＵ３０に出力する（ステップＡ２１）。そして、ＣＰＵ２１は、候補位置データベース２５３に蓄積されている候補位置を消去する（ステップＡ２３）。その後、ＣＰＵ２１は、操作部５０に対してユーザにより測位終了指示がなされたか否かを判定し（ステップＡ２５）、なされなかったと判定した場合は（ステップＡ２５；Ｎｏ）、ステップＡ１に戻る。また、測位終了指示がなされたと判定した場合は（ステップＡ２５；Ｙｅｓ）、測位処理を終了する。

４．実験結果
図１０は、従来の手法に基づいて算出したサーチ中心周波数の誤差「Δｆ」をプロットしたグラフであり、図１１は、本願実施形態の手法に基づいて算出したサーチ中心周波数の誤差「Δｆ」をプロットしたグラフである。各図において、横軸は時間（ｍｓｅｃ）、縦軸はサーチ中心周波数の誤差（Ｈｚ）の大きさを示している。

本願実施形態の手法では、従来の手法に比べて、誤差が全体的に小さくなっており、誤差のバラツキが小さいことがわかる。また、受信したＧＰＳ衛星信号の信号強度が「−１４０ｄＢｍ」となる環境（強電界環境）では、周波数誤差の大きさがおよそ「±２Ｈｚ以下」と非常に小さな値となっており、受信したＧＰＳ衛星信号の信号強度が「−１４８ｄＢｍ」となる環境（弱電界環境）においても、周波数誤差の大きさはおよそ「±５Ｈｚ以下」と小さな値となっている。このことから、本願実施形態の手法では、強電界環境及び弱電界環境の何れにおいても、サーチ中心周波数を高精度に求めることができることがわかる。

５．作用効果
本実施形態によれば、ＰＲＮコードによって直接スペクトラム拡散方式により変調されたＧＰＳ衛星信号の受信信号とＰＲＮコードのレプリカコードとの相関演算を、ＩＱ成分それぞれについて、所定の周波数サーチ範囲において行う。そして、相関演算で得られたＩ，Ｑ相関値を極性反転タイミング間隔である単位期間毎に積算してＩ，Ｑ相関積算値を算出し、２単位期間分のＩ，Ｑ相関積算値を、それぞれ符号を変えた組合せで加算する。そして、各組合せの加算結果に基づいて一の組合せを選択し、当該選択した組合せの相関積算値のピーク値のＩＱ位相（ピークＩＱ位相）の時間変化に基づいて、サーチ中心周波数を補正する。

より具体的には、最新の単位期間分のＩ，Ｑ相関積算値をそれぞれ「ＳｕｍＩ（１）」及び「ＳｕｍＱ（１）」、最新の１つ前の単位期間分のＩ，Ｑ相関積算値をそれぞれ「ＳｕｍＩ（０）」及び「ＳｕｍＱ（０）」とした場合に、「ＳｕｍＩ（０）」と「ＳｕｍＩ（１）」との加算値である「ＳｕｍＩ（＋）」と、「ＳｕｍＱ（０）」と「ＳｕｍＱ（１）」との加算値である「ＳｕｍＱ（＋）」とを計算する。また、「ＳｕｍＩ（０）」と「ＳｕｍＩ（１）」との減算値である「ＳｕｍＩ（−）」と、「ＳｕｍＱ（０）」と「ＳｕｍＱ（１）」との減算値である「ＳｕｍＱ（−）」とを計算する。

そして、「ＳｕｍＩ（＋）」の絶対値と「ＳｕｍＱ（＋）」の絶対値との和で表される「Ｓｕｍ（＋）」のピーク値と、「ＳｕｍＩ（−）」の絶対値と「ＳｕｍＱ（−）」の絶対値との和で表される「Ｓｕｍ（−）」のピーク値とを比較し、「Ｓｕｍ（＋）」のピーク値が「Ｓｕｍ（−）」のピーク値以上である場合は、「ＳｕｍＩ（＋）」及び「ＳｕｍＱ（＋）」の組合せを選択する。一方、「Ｓｕｍ（＋）」のピーク値が「Ｓｕｍ（−）」のピーク値に満たない場合は、「ＳｕｍＩ（−）」及び「ＳｕｍＱ（−）」の組合せを選択する。そして、選択した組合せの相関積算値のピーク値を用いてピークＩＱ位相「θ」を算出し、最新の単位期間について求めたピークＩＱ位相「θ１」と、最新の１つ前の単位期間について求めたピークＩＱ位相「θ０」とを用いて、サーチ中心周波数の誤差「Δｆ」を算出し、この誤差「Δｆ」を用いてサーチ中心周波数を補正する。

ＧＰＳ衛星信号のＰＲＮコードの極性は、航法データのビットの極性反転に伴い、極性反転タイミング間隔毎に反転する可能性がある。そのため、極性反転タイミング毎に求められた複数の相関積算値を加算する際に、符号を変えた組合せで加算し、ＰＲＮコードの極性反転に起因する相関積算値の相殺が小さくなる組合せを選択する。このようにして選択した組合せの相関積算値のピークＩＱ位相の時間変化に基づいてサーチ中心周波数を補正することで、サーチ中心周波数を高精度に求めることが可能となる。

また、本実施形態では、各捕捉対象衛星毎にサーチ中心周波数の補正処理を行うことにしているため、各捕捉対象衛星について個別に適切なサーチ中心周波数を設定して、衛星の捕捉を行うことができる。

６．変形例
６−１．受信装置
本発明を適用可能な受信装置は、上述した測位用信号を受信する測位装置に限られるわけではなく、直接スペクトラム拡散方式により変調された信号を受信する受信装置であれば適用可能である。例えば、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式の携帯型電話機の通信信号の受信装置や、無線ＬＡＮ（Local Area Network）の通信信号の受信装置であってもよい。

６−２．電子機器
本発明は、受信装置を備えた電子機器であれば何れの電子機器にも適用可能である。例えば、ノート型パソコンやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、カーナビゲーション装置等についても同様に適用可能である。

６−３．衛星測位システム
上述した実施形態では、衛星測位システムとしてＧＰＳを例に挙げて説明したが、ＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ等の他の衛星測位システムであってもよい。

６−４．処理の分化
ＣＰＵ２１が実行する処理の一部又は全部を、ホストＣＰＵ３０が実行することにしてもよい。例えば、ホストＣＰＵ３０がサーチ中心周波数補正処理を行い、その処理結果に基づいて、ＣＰＵ２１が衛星捕捉処理を行うようにする。また、衛星捕捉処理も含めてＣＰＵ２１が実行する処理全てをホストＣＰＵ３０が実行することにしてもよい。

６−５．相関演算部
上述した実施形態では、ＣＰＵ２１が相関処理及び相関値積算処理をソフトウェア的に実現することとして説明したが、ベースバンド処理回路部２０に相関演算及び相関値の積算を行う回路部である相関演算部を独立して設けて、ハードウェア的に実現することとしてもよい。この場合、相関演算部は、ＣＰＵ２１により決定された周波数サーチ範囲内で、受信信号とレプリカコードとの相関演算を行うようにする。

６−６．インコヒーレント処理期間
上述した形態では、連続１０単位期間分の相関積算値のインコヒーレント処理を行い、その処理結果に基づいてサーチ中心周波数を補正するものとして説明した。しかし、１０単位期間というのはあくまでも一例であり、例えば５０単位期間や１００単位期間分の相関積算値のインコヒーレント処理を行ってサーチ中心周波数を補正することにしてもよく、インコヒーレント処理期間は適宜設定してよい。

６−７．サーチ中心周波数の補正
上述した実施形態では、サーチ中心周波数とピーク周波数との差の絶対値が所定の閾値を超えた場合は、サーチ中心周波数をピーク周波数に補正するものとして説明したが、例えばピーク周波数とサーチ中心周波数との平均の周波数を算出して、当該周波数にサーチ中心周波数を補正することとしてもよい。

６−８．出力タイミング
上述した実施形態では、出力位置の出力タイミングを１秒間隔として説明したが、１秒よりも短い間隔（例えば５００ミリ秒間隔）としてもよいし、１秒よりも長い間隔（例えば５秒間隔）としてもよい。

携帯型電話機の機能構成を示すブロック図。 ベースバンド処理回路部のＲＯＭに格納されたデータの一例を示す図。 ベースバンド処理回路部のＲＡＭに格納されるデータの一例を示す図。 捕捉対象衛星別データベースのデータ構成の一例を示す図。 単位期間別Ｉ，Ｑ相関積算値データのデータ構成の一例を示す図。 測位処理の流れを示すフローチャート。 衛星捕捉処理の流れを示すフローチャート。 サーチ中心周波数補正処理の流れを示すフローチャート。 サーチ中心周波数補正処理の流れを示すフローチャート。 従来の手法に基づく実験結果の一例を示す図。 本願実施形態の手法に基づく実験結果の一例を示す図。

符号の説明

１ 携帯型電話機、 ５ ＧＰＳアンテナ、 １０ ＧＰＳ受信部、
１１ ＲＦ受信回路部、 ２０ ベースバンド処理回路部、 ２１ ＣＰＵ、
２３ ＲＯＭ、 ２５ ＲＡＭ、 ３０ ホストＣＰＵ、 ４０ 操作部、
５０ 表示部、 ６０ 携帯電話用アンテナ、 ７０ 携帯電話用無線通信回路部、
８０ ＲＯＭ、 ９０ ＲＡＭ

Claims (8)

1. 直接スペクトラム拡散方式により変調された信号の受信信号と拡散符号のレプリカコードとの相関演算をＩＱ成分それぞれについて所定のサーチ周波数で行うことと、
   前記相関演算で得られたＩＱ成分それぞれの相関値を極性反転タイミング間隔毎に積算して相関積算値を算出することと、
   ＩＱ成分それぞれについて、前記極性反転タイミング間隔毎の前記相関積算値を、符号を変えた複数の組合せで加算することと、
   前記各組合せの加算結果に基づいて一の組合せを選択することと、
   前記一の組合せの相関積算値によって示されるＩＱ位相の時間変化に基づいて前記サーチ周波数を補正することと、
   を含むサーチ周波数補正方法。
2. 前記選択することは、前記各組合せの相関積算値によって示されるＩＱベクトルの大きさに基づいて一の組合せを選択することを含む請求項１に記載のサーチ周波数補正方法。
3. 前記補正することは、前記一の組合せの相関積算値によって示されるＩＱ位相の時間変化に基づいて前記サーチ周波数の誤差を算出して、前記サーチ周波数を補正することを含む請求項１又は２に記載のサーチ周波数補正方法。
4. 前記相関演算を行うことは複数の周波数で行うことであり、
   前記複数の周波数それぞれについて得られた前記相関積算値を前記極性反転タイミング間隔より長い時間に亘って積算することと、
   前記相関積算値の積算によって得られた長時間積算値に基づいてサーチ好適周波数を判定することと、
   前記サーチ好適周波数を用いて前記サーチ周波数を補正することと、
   を更に含む請求項１〜３の何れか一項に記載のサーチ周波数補正方法。
5. 前記サーチ好適周波数と前記サーチ周波数とが所定の近似条件を満たさない場合に、前記サーチ好適周波数を用いて前記サーチ周波数を補正することを更に含む請求項４に記載のサーチ周波数補正方法。
6. 直接スペクトラム拡散方式により変調された測位用信号を受信した信号を前記受信信号として請求項１〜５の何れか一項に記載のサーチ周波数補正方法を行うことと、
   前記相関積算値を用いて所定の測位演算を行って測位することと、
   を含む測位方法。
7. 直接スペクトラム拡散方式により変調された信号を受信する受信装置を制御するコンピュータに、請求項１〜５の何れか一項に記載のサーチ周波数補正方法を実行させるためのプログラム。
8. 直接スペクトラム拡散方式により変調された信号の受信信号と拡散符号のレプリカコードとの相関演算をＩＱ成分それぞれについて所定のサーチ周波数で行う相関演算部と、
   前記相関演算で得られたＩＱ成分それぞれの相関値を極性反転タイミング間隔毎に積算して相関積算値を算出する積算部と、
   ＩＱ成分それぞれについて、前記極性反転タイミング間隔毎の前記相関積算値を、符号を変えた複数の組合せで加算する加算部と、
   前記各組合せの加算結果に基づいて一の組合せを選択する選択部と、
   前記一の組合せの相関積算値によって示されるＩＱ位相の時間変化に基づいて前記サーチ周波数を補正する補正部と、
   を備えた受信装置。

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