5965765 衛星測位信号受信方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5965765

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】衛星測位信号受信方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 19/32 20100101AFI20160728BHJP

   G01S 19/31 20100101ALI20160728BHJP

   G01S 19/24 20100101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   G01S19/32

   G01S19/31

   G01S19/24

【請求項の数】10

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2012-164578(P2012-164578)

(22)【出願日】2012年7月25日

(65)【公開番号】特開2014-25744(P2014-25744A)

(43)【公開日】2014年2月6日

【審査請求日】2015年2月10日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２４年７月２０日電子情報通信学会技術研究報告で発表

(73)【特許権者】

【識別番号】507395692

【氏名又は名称】ライトハウステクノロジー・アンド・コンサルティング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092783

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120134

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 規雄

(74)【代理人】

【識別番号】100136744

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 佳正

(74)【代理人】

【識別番号】100104282

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 康仁

(72)【発明者】

【氏名】谷島 潔

(72)【発明者】

【氏名】前田 裕昭

【審査官】 中村 説志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２６５４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１８７４６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ５／００− ５／１４

Ｇ０１Ｓ１９／００−１９／５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

周波数の異なる第１の信号と第２の信号とを送信する１以上の測位衛星を含む衛星測位システムの衛星測位受信装置であって、前記衛星測位受信装置は、前記第１の信号の受信を開始または継続的に行う際に取得する周波数及び位相情報に基づいて、前記第２の信号の周波数及び位相情報に変換処理し、
前記変換された前記第２の信号の周波数及び位相情報に基づいて、前記第２の信号に含まれるメッセージ情報を解読するものであって、
前記メッセージ情報の解読は、前記変換された前記第２の信号の周波数及び位相情報に基づいた前記第２の信号の追尾とは独立に行われることを特徴とする衛星測位受信装置。

【請求項2】

前記第１の信号の周波数及び位相情報、又は変換された前記第２の信号の周波数及び位相情報に基づいて、前記測位衛星と前記衛星測位受信装置との間の距離を測定することを特徴とする請求項１に記載の衛星測位受信装置。

【請求項3】

前記第１の信号がＬ１周波数帯（１５７５．４２ＭＨｚ帯）のＣ／Ａ信号であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の衛星測位受信装置。

【請求項4】

前記第２の信号がＥ６周波数帯（１２７８．７５ＭＨｚ帯）のＬＥＸ信号であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の衛星測位受信装置。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載の衛星測位受信装置であって、前記第２の信号の周波数及び位相情報の変換処理に際し、前記第１の信号の周波数と前記第２の信号の周波数との差分によって生じる電離層遅延誤差成分に基づいて、前記変換処理を行うことを特徴とする衛星測位受信装置。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか１項に記載の衛星測位受信装置であって、前記第２の信号の周波数及び位相情報の変換処理に際し、前記第１の信号の位相情報及び前記第２の信号の位相情報に含まれる誤差に基づき、前記第２の信号の位相情報に複数の候補を設定した上で、前記変換処理を行うことを特徴とする衛星測位受信装置。

【請求項7】

周波数の異なる第１の信号及び第２の信号を送信する測位衛星と衛星測位受信装置とを含む衛星測位システムにおける衛星測位信号受信方法であって、前記衛星測位受信装置は、前記第１の信号の受信を開始又は継続的に行う際に取得する周波数及び位相情報に基づいて、前記第２の信号の周波数及び位相情報に変換し、
前記変換された前記第２の信号の周波数及び位相情報に基づいて、前記第２の信号に含まれるメッセージ情報を解読するものであって、
前記メッセージ情報の解読は、前記変換された前記第２の信号の周波数及び位相情報に基づいた前記第２の信号の追尾とは独立に行われることを特徴とする方法。

【請求項8】

前記第１の信号の周波数及び位相情報、又は変換された前記第２の信号の周波数及び位相情報に基づいて、前記測位衛星と前記衛星測位受信装置との間の距離を測定することを特徴とする請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記第１の信号がＬ１周波数帯（１５７５．４２ＭＨｚ帯）のＣ／Ａ信号であることを特徴とする請求項７〜８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

前記第２の信号がＥ６周波数帯（１２７８．７５ＭＨｚ帯）のＬＥＸ信号であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、全地球測位システム（ＧＰＳ）に代表される衛星測位システムから送信される衛星測位信号を受信する信号受信技術に関し、より具体的には、周波数の異なる２種類の信号を受信する受信方法及び装置に関する。

【背景技術】

【0002】

衛星測位システムは、複数の人工衛星によって放送される衛星測位信号の受動的測定に依拠する。オンボードクロックが、しばしば「エポック」と呼ばれる規則的な、通常連続した一連のイベントを生成するのに使用され、規則的なエポックの間隔で、乱数符号または疑似乱数符号が繰り返される。拡散符号化された電波を受信装置で受信することで、受信装置の時刻タイミングで生成した拡散符号と、受信した信号の拡散符号との位相差を計測し、測位衛星と受信装置間の距離を測定することができる。

【0003】

そのような衛星測位システムの例として、全地球測位システム（ＧＰＳ）が挙げられる。一般に、ＧＰＳは、それぞれ１５７５．４２ＭＨｚ、１２２７．６ＭＨｚ、および１１７６．４５ＭＨｚを中心とするＬ１、Ｌ２、およびＬ５等と称される複数の周波数を使用して動作する。これらの信号のそれぞれが、それぞれの拡散信号によって変調される。当業者であれば容易に理解できるように、ＧＰＳ衛星ナビゲーションシステムが発するＣＡ（Ｃｏａｒｓｅ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）コード信号は、１５７５．４２ＭＨｚの周波数（Ｌ１帯と呼ばれる。）で送信され、１．０２３ＭＨｚの拡散符号レート（チップレート）を有する。さらにこれらの信号は航法メッセージと呼ばれるデータを重畳しており、そのデータ伝送レートは５０ｂｐｓである。この拡散符号レート１．０２３ＭＨｚ、データ伝送レート５０ｂｐｓの信号は、一般に「Ｌ１ Ｃ／Ａ信号」と呼ばれる。図８に、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の信号構造を示す。

【0004】

また、衛星測位システムの一事例として、日本において開発されている準天頂衛星システム（ＱｕａｓｉＺｅｎｉｔｈ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ：ＱＺＳＳ）が挙げられる（非特許文献１）。ＱＺＳＳもＧＰＳと同様に、それぞれ１５７５．４２ＭＨｚ、１２２７．６ＭＨｚ、および１１７６．４５ＭＨｚを中心とするＬ１、Ｌ２、およびＬ５などの複数の周波数を使用して動作する方針で開発が進められようとしている。また、ＱＺＳＳには、１２７８．７５ＭＨｚを中心とするＥ６の周波数も使われており、「ＬＥＸ信号」がこの周波数で送信されている。

【0005】

ＧＰＳを始めとする衛星測位システムによる位置決定においては、測位衛星から送信される電波を地上の受信装置で受信し、衛星から受信装置までの電波伝搬時間に基づいて衛星と受信装置との間の距離を計測する。ここで、測位衛星から送信される電波に対しては、測位衛星自身の位置を示す軌道情報と、衛星自身の時刻のズレを意味するクロック情報とが重畳される。

【0006】

受信装置は、測位衛星から送信される軌道情報とクロック情報とを復調することにより、衛星の位置と時刻とを知ることができる。そして、受信装置は、複数の衛星と受信装置との間の距離の計測値と、衛星の位置と、時刻とを用いて、受信装置自身の位置を例えば三辺測量の要領で決定する。

【0007】

図９に、従来の衛星測位受信装置を有する衛星測位システムの構成を示す。受動的測定を行う受信装置９０２は、衛星測位システム９００の複数の測位衛星９０１ａ〜９０１ｄからの衛星測位信号を継続的に受信し、測位などを行う。衛星測位受信装置９０２は、受信アンテナ部９０２１から入力された信号に対して、フロントエンド部９０２２にて前処理を行い、ＡＤＣ部９０２３にてデジタル信号に変換し、データ処理部９０２４に送る。

【0008】

図１０に、従来の受信装置のデータ処理部のブロック構成を示す。データ処理部１０００は、１つもしくは複数の受信チャネル（図において、チャンネル１〜チャンネルｎ）を備えており、複数の衛星から発信された衛星測位信号に対して、各受信チャネルにつき１つの衛星測位信号を割り当てて継続的な受信処理を行っている。継続的な受信処理とは、対象とする衛星測位信号に対して、追尾を継続しながら信号に含まれるメッセージを解読できる状態に処理することであり、場合によっては同時並行的に測距（衛星と受信装置との距離の測定）が行われる。

【0009】

ここで、各受信チャネルが継続的な受信処理を行うためには、衛星測位信号の周波数及び拡散符号の位相を知る必要がある。しかしながら、一般には、衛星測位信号の周波数及び拡散符号の位相は変動しているため、受信を開始する際にはこれらを探索しないと取得することができない。

【0010】

また、衛星測位信号の周波数に関しては、衛星と受信装置との相対速度によって生じるドップラー効果が加わることや、受信装置の内部発信機の周波数誤差の影響もあることから、周波数は未知である。各受信チャネルが継続的に受信可能な状態に移行するためには、衛星測位信号の周波数に、ドップラー効果による周波数（ドップラー周波数）や、受信装置の内部発信機の周波数誤差が加わった周波数を、探索する必要がある。

【0011】

さらに、拡散符号に関しても、衛星測位信号は、繰り返される拡散符号によって拡散されているため、同じ拡散符号系列を、位相を一致させて、衛星測位信号との相関をとらなければ衛星測位信号を受信することはできない。一方で、拡散符号の符号レートは、通常はＭＨｚのオーダーであり、受信装置の持つオンボードクロックが長期的にその精度で安定的に動作することは難しく、常に、衛星測位信号を送信する衛星の時計と時刻が一致することは起こりえない。従って、事前に拡散符号の位相を知ることは不可能に近い。そのため、拡散符号の位相も探索する必要がある。

【0012】

従って、受信チャネルが１つの衛星測位信号の継続的な受信を開始するためには、周波数並びに拡散符号の位相を、あらかじめ探索する必要がある。この探索の一連の処理は「捕捉処理」あるいは「捕捉」と呼ばれる。捕捉処理の結果、追尾処理を開始するための周波数並びに拡散符号の位相を取得することができる。

【0013】

なお、捕捉処理では、基本的に、衛星測位信号が存在しうる全ての周波数（Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の場合は±５ｋＨｚ程度）と、全ての拡散符号の位相（Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の場合は、１０２３チップ）とについて探索が行われる。探索をする周波数間隔は、衛星測位信号の特性に応じて決められ、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の場合は、５００Ｈｚ程度とするのが一般的である。また、探索をする拡散符号の位相は、拡散符号のチップ数分だけ探索する必要がある。つまり、拡散符号の長さ並びにチップ数が増えると、全体として捕捉処理に必要となる計算処理量は増加する。

【0014】

受信チャネルは、捕捉により追尾を開始するための周波数並びに拡散符号の位相を取得できたら、その後、衛星測位信号の周波数並びに拡散符号の位相を更新しながら、受信状態を保つように制御される。具体的には、図１１に図示するような一般的な追尾回路１１００を用いて、継続的に受信する衛星測位信号に基づいて、周波数及び拡散符号の位相のそれぞれを、後述の同期回路により別々に制御し、受信状態を保つようにする。

【0015】

まず周波数に関しては、位相同期回路（Phase Lock Loop：PLL）１１０１を用いるのが一般的である。ＰＬＬは、周期的な信号を入力として、フィードバック制御により、安定した信号受信処理を行う処理回路である。衛星測位の受信装置においては、捕捉で取得した周波数を初期値とし、入力された衛星測位信号に対して、逐次更新された周波数ｆ_L1を出力として取得することができる。

【0016】

次に、拡散符号の位相に関しては、遅延同期回路（Delay Lock Loop：DLL）１１０４を用いるのが一般的である。ＤＬＬもＰＬＬと同様に、周期的な信号を入力として、フィードバック制御により、安定した信号受信処理を行う処理回路である。衛星測位受信装置においては、捕捉で取得した拡散符号の位相を初期値とし、入力された測位信号に対して、逐次更新された拡散符号の位相φ_L1を出力として取得することができる。

【0017】

以上のように、受信する衛星測位信号を入力とし、周波数並びに拡散符号の位相を用いて、それぞれの同期回路で同期させる一連の処理を「追尾処理」あるいは「追尾」と呼ばれる。追尾処理は、衛星測位信号の特性に基づいた特定の周期で行われ、追尾処理の都度、更新された周波数並びに拡散符号の位相を取得することができる。また追尾回路から、衛星測位信号に含まれるメッセージを、出力として得る。

【0018】

次に、追尾が行われている受信チャネルでは、その衛星測位信号に含まれるメッセージを解読することが可能である。メッセージの解読は、「解読部」にて行われる。また、追尾が行われている受信チャネルでは、衛星と受信装置との距離を測定することが可能である。これを「測距」と称し、「測距部」で行われる。測距の原理は、衛星側で既知の時刻に送信された拡散符号に対して、追尾によって位相が一致している（受信装置側で生成した）拡散符号との時間差から伝搬時間を読み取り、それに光速をかけることで距離を測る仕組みである。具体的には、以下の通りである。

【0019】

測位衛星における時刻は、精密な衛星時計によって管理されており、拡散符号が送信されるタイミングは衛星時計に正確に則している。一方、衛星測位信号受信装置は、衛星測位信号が追尾され、メッセージ解読が行われれば、その信号が送信された瞬間の正確な時刻

を知ることができる。また、衛星測位信号受信装置は、測位衛星からの衛星測位信号を追尾している間、測位衛星と同じ拡散符号を一致した位相で生成している。衛星測位信号は拡散符号が一定周期で繰り返されているため（例えば、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の場合は１ｍｓ）、衛星測位信号と同期している拡散符号の位相

の値が、（Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の場合）１ｍｓよりも細かい精度での、受信の瞬間の時刻Ｔ_uにおける信号の発信時刻を意味する。

【0020】

従って、衛星測位信号受信装置は、衛星測位信号が衛星から送信された時刻

と、拡散符号の位相

とを元にして、測位衛星から衛星測位信号受信装置までの伝搬時間を知ることができる。
実際には、受信装置内のオンボードクロックは、測位衛星の時計ほどの正確さはない。つまり、測位衛星と衛星測位信号受信機間の差は、誤差を含んだ見かけの伝搬時間となる。しかし、全ての測位衛星に対して同一の誤差で伝搬時間が計測されるために、これは大きな問題にはならない（後述）。これ故、受信装置側で測距した距離は、通常「疑似距離」と呼ばれる。疑似距離の計算手順を、図１２に示す。

【0021】

図１２は、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号に基づいた、従来の擬似距離の計算手順例を示すフローチャートである。図１２における各変数の意味は、次の通りである。

【0022】

図１２において、疑似距離の計算は、まず対象とするk 番目の受信チャネルが衛星測位信号を追尾している状態から始まる（Ｓ１２０１）。

【0023】

は、ｋ番受信チャネルの衛星の拡散符号の位相であるが、これは、追尾により都度更新された周波数並びに拡散符号の位相を取得することができることから、そのまま追尾により取得した拡散符号の位相を

とする（Ｓ１２０２）。なお、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の場合、拡散符号の位相は、０以上１０２３未満の値を取り得る。

【0024】

次に、

が分かっていない場合（Ｓ１２０３において、Ｎｏ）

を求めるが、メッセージの解読が既に行われていれば、メッセージに含まれる時刻情報から、衛星が信号を送信した時刻を計算することができる（Ｓ１２０４）。例えば、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号のメッセージの場合、６秒ごとに週内秒で表現した時刻情報が含まれている。そこには、そのメッセージが含まれた信号の送信開始時刻が分かる内容が、メッセージ内に記されている。従って、時刻情報が含まれたメッセージを一度でも解読していれば、継続的に受信しているＬ１ Ｃ／Ａ信号が衛星から送信された時刻を知ることができ、その後も逐次更新することが可能である。この時刻を

と置く。

【0025】

次に、

が分かったものとして（Ｓ１２０３において、Ｙｅｓ）、

を求めるが、最初の追尾ではなく、既に、

が設定されている場合（Ｓ１２０５において、Ｙｅｓ）は、Ｓ１２０７へ進むが、最初の追尾の場合（Ｓ１２０５において、Ｎｏ）は、Ｓ１２０６へ進み、最初に追尾した受信チャネルを基準として、受信装置内の時計

を適切な値に設定する。例えば、その方法は、最初に追尾した受信チャネルがｋ番受信チャネルであるとすると、

の設定は、

に対して適当な値（例えば、１００ｍｓ）を加算した値とすることができ、以後、受信装置内の時計は、これを基準として動作する。なお、ここで用いる適当な値とは、各衛星と受信装置間の疑似距離を表現するための共通の誤差分に相当するので、基本的にはいかなる値でも構わない。

【0026】

上述の通り、

が求まると、光速Ｃに基づき、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号における疑似距離ｄ^k は、次式により算出することができる（Ｓ１２０７）。

【0027】

以上の様にして、各受信チャネルにて得られた測距の結果（疑似距離）に基づいて、「測位演算部」で受信装置の位置を演算することができる。これが「測位」処理の概要である。測位を行うためには、通常４機以上の測位衛星からの衛星測位信号を必要とする。最低限４機の測位衛星との疑似距離を得ることにより、受信装置内の時計の設定で用いた「適当な値」による誤差分が解消される。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0028】

【非特許文献1】宇宙航空研究開発機構：”準天頂衛星システムユーザインタフェース仕様書（ＩＳ−ＱＺＳＳ）１．１版”、２００９年７月３１日、インターネット＜URL:http://qzss.jaxa.jp/is-qzss/＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0029】

さて、衛星測位システムが放送する衛星測位信号には、測距そのものを目的としたものではなく、測距で得られた衛星と受信装置間の距離や、受信装置の測位位置を補正・補強する機能を持つ信号がある。これを「補強信号」といい、補強信号の中に含まれる情報を「補強情報」という。補強信号における補強情報は、メッセージ部分に含まれるのが一般的である。

【0030】

そして、一般的な方法で補強信号から補強情報を解読するためには、受信装置は、測距信号に対して行う場合と同じ手法で１受信チャネルを補強信号に割り当て、該当する周波数帯での捕捉処理及び追尾処理、並びに、解読処理をする必要がある。

【0031】

しかしながら、補強信号が放送される周波数帯や補強信号の拡散符号は、一般的に測距に使用される信号の周波数帯や拡散符号とは異なることが多い。測距に用いる信号だけを扱う受信装置の処理能力やリソースと比較して、補強信号を扱う受信装置は、より大きな処理能力やリソースを必要とする。また、ＬＥＸ信号の場合は更に特殊であり、ＬＥＸ信号ショートコードに含まれる補強信号を含むメッセージ解読をするためには、まず、２．５５７５ＭＣｐｓ・４１０ｍｓ長のロングコードにより拡散されている信号を受信することが必要である。これは、通常測距に用いられるＬ１ Ｃ／Ａ信号の、１．０２３ＭＨｚ・１ｍｓ長拡散符号により拡散されている信号よりも遥かに長い。そのため、Ｌ１ Ｃ／Ａを扱うことを想定した受信装置で、ＬＥＸ信号の捕捉処理及び追尾処理を行おうとすると、部品や処理が増大化し、大きなコストアップを招いてしまうという課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0032】

本発明は、周波数の異なる第１の信号と第２の信号とを送信する１以上の測位衛星を含む衛星測位システムの衛星測位受信装置であって、前記衛星測位受信装置は、前記第１の信号の受信を開始または継続的に行う際に取得する周波数及び位相情報に基づいて、前記第２の信号の周波数及び位相情報に変換処理することを特徴とする。

【0033】

また、変換された前記第２の信号の周波数及び位相情報に基づいて、前記第２の信号に含まれるメッセージ情報を解読することを特徴とする。

【0034】

また、変換された前記第２の信号の周波数及び位相情報に基づいて、前記第２の信号の追尾を継続的に行うことを特徴とする。

【0035】

また、前記第１の信号の周波数及び位相情報、又は変換された前記第２の信号の周波数及び位相情報に基づいて、前記測位衛星と前記衛星測位受信装置との間の距離を測定することを特徴とする。

【0036】

また、本発明は、周波数の異なる第１の信号及び第２の信号を送信する測位衛星と衛星測位受信装置とを含む衛星測位システムにおける衛星測位信号受信方法であって、前記衛星測位受信装置は、前記第１の信号の受信を開始又は継続的に行う際に取得する周波数及び位相情報に基づいて、前記第２の信号の周波数及び位相情報に変換することを特徴とする。

【発明の効果】

【0037】

本発明にかかる衛星測位信号受信方法及び装置により、２つの異なる周波数の衛星測位信号の捕捉処理及び追尾処理において、演算処理量の軽減し、演算処理部品に要するコストを軽減することができる方法等を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】本発明の一実施形態にかかる衛星測位信号受信装置を有する衛星測位システムの概略構成を説明する説明図である。

【図2】本発明の一実施形態にかかる衛星測位信号受信装置のブロック構成を説明する説明図である。

【図3】本発明の一実施形態にかかる衛星測位信号受信装置における処理フローを説明するフローチャートである。

【図4】本発明の一実施形態にかかる衛星測位システムにおけるＬ１ Ｃ／Ａ信号とＬＥＸ信号との関係を説明する説明図である。

【図5】本発明の他の実施形態にかかる衛星測位信号受信装置を有する衛星測位システムの概略構成を説明する説明図である。

【図6】本発明の他の実施形態にかかる衛星測位信号受信装置のブロック構成を説明する説明図である。

【図7】本発明の一実施形態にかかる衛星測位システムにおける信号生成回路を説明する説明図である。

【図8】従来のＬ１ Ｃ／Ａ信号の信号構造を説明する説明図である。

【図9】従来の衛星測位受信装置を有する衛星測位システムの構成を説明する説明図である。

【図10】従来の受信装置のデータ処理部のブロック構成を説明する説明図である。

【図11】従来の追尾回路のブロック構成を説明する説明図である。

【図12】従来の擬似距離の計算手順を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0039】

以下、本発明にかかる衛星測位信号受信方法及び装置を実施するための形態ついて、図面を参照しながら詳述する。

【実施例1】

【0040】

図１に、本発明の一実施形態にかかるに衛星測位信号受信装置を有する衛星測位システムの概略構成を示す。本発明の一実施形態においては、ＬＥＸ信号を取り扱うものとし、ＬＥＸ信号を送信するＱＺＳＳ（準天頂衛星システム）を衛星測位システムのモデルとして採用するものとする。

【0041】

図１において、ＱＺＳＳシステム１００の測位衛星１０１ａ〜１０１ｄからそれぞれ放送されたＬ１ Ｃ／Ａ信号及びＬＥＸ信号は、宇宙空間および大気中を伝搬し、衛星測位受信装置１０２に到達する。受信装置１０２に到達したＬ１ Ｃ／Ａ信号及びＬＥＸ信号は、フロントエンド部１０２２にてそれぞれの搬送波周波数を、扱い易い周波数（中間周波数）に変換する（ダウンコンバージョンもしくはダウンコンバートという）。中間周波数は、受信装置の設計思想によって異なるものであり、本明細書では、便宜的にＬ１ Ｃ／Ａ信号の中間周波数を

とし、ＬＥＸ信号の中間周波数を

とする。ダウンコンバートされた各信号はその後、ＡＤＣ部１０２３ａ及び１０２３ｂにてそれぞれ量子化され、データ処理部１０２４へ送られて受信処理される。

【0042】

次に、図１におけるデータ処理部１０２４の詳細構成を図２に示す。

【0043】

図２において、一般的には、測位受信装置は複数の測位衛星からの信号を受信するため、データ処理部には複数の受信チャネルが存在するが、本明細書では発明の理解と説明の便宜のため、１受信チャンネルにおける動作の説明に留める。また、例示的に、ＬＥＸ信号のメッセージを解読を行う実施例として説明する。

【0044】

図２において、データ処理部２００は、例示的に、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の捕捉処理を行うＬ１捕捉部２０１と、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の追尾を行うＬ１追尾部２０２と、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の解読を行うＬ１解読部２０３と、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の周波数並びに拡散符号の位相からＬＥＸ信号の周波数並びに拡散符号の位相への変換処理を行うＬ１−Ｅ６変換処理部２０４と、ＬＥＸ信号の解読を行うＥ６解読部２０５とによって構成される。
なお、複数受信チャネルの衛星測位受信装置の場合は、これらの構成要素が１つの受信チャネルの構成要素として含まれ、場合によっては各チャネル内に「測距部」と１つの「測位演算部」とを備える構成を採用することも可能である。この場合、「測距部」及び「測位演算部」は、一般的な受信装置のデータ処理部と共通する構成を採用することができる。

【0045】

図３に、データ処理部２００における処理フローを示す。

【0046】

データ処理部２００では、まず、Ｓ３０１において処理を開始し、Ｓ３０２において衛星測位信号の周波数の初期値ｆ_L1及び拡散符号の位相の初期値φ_L1を取得した後、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号に対する捕捉処理が行われる（Ｓ３０３）。捕捉処理は、取得したｆ_L1及びφ_L1に基づいて、入力された衛星測位信号との相関演算を行い、相関値の大小で捕捉の成否を判断する（Ｓ３０４）。追尾で用いるｆ_L1及びφ_L1の取得に成功しない限り（Ｓ３０４においてＹｅｓ）、Ｓ３０３に復帰して補足処理が行われる。補足処理の間、ｆ_L1及びφ_L1を徐々に変更し、最も高い相関値が得られた時のｆ_L1及びφ_L1を捕捉成功時点での周波数及び拡散符号の位相とし、その後の追尾で用いる周波数及び拡散符号の位相の初期値とする（Ｓ３０５）。

【0047】

なお、ｆ_L1及びφ_L1を徐々に変更する手法や、捕捉の成否の判断基準など、捕捉で用いられるアルゴリズムは、従来に用いられてきた捕捉アルゴリズムを採用することができる。捕捉処理の結果、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号を追尾するための周波数ｆ_L1、及び拡散符号の位相φ_L1を取得することができる。

【0048】

そして、上述のＬ１ Ｃ／Ａ信号の捕捉により、追尾で最初に用いる周波数及び拡散符号の位相が決定されると、捕捉は一旦終了し、引き続き、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号に対する追尾が行われる（Ｓ３０５）。まず捕捉によって得られたｆ_L1を衛星測位信号の周波数、 φ_L1を衛星測位信号の拡散符号の位相とし、追尾処理を行う。

【0049】

追尾で用いられるアルゴリズムは、従来用いられてきた既知の追尾アルゴリズムを採用することができる。Ｌ１ Ｃ／Ａ信号を入力とした追尾処理により、周波数及び拡散符号の位相が逐次更新され、新たなｆ_L1、φ_L1となる。

【0050】

なお、信号の追尾が行われる周波数は、具体的には、中間周波数にドップラー周波数が加わったものである。ドップラー周波数は、測位衛星と衛星測位受信装置の相対速度と、送信される周波数とによって決定される値である。つまり、同じ測位衛星から送信されていても、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号とＬＥＸ信号とでは送信する周波数が異なるため、ドップラー周波数も異なる値となる。

【0051】

また、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の追尾処理においては、受信状態に何らかの異常が発生しない限り（Ｓ３０６において、Ｙｅｓ）、正しい受信状態であるものとして、追尾処理（Ｓ３０６）を継続する。何らかの原因によりＬ１ Ｃ／Ａ信号の追尾処理が正しく継続されなかった場合（Ｓ３０６において、Ｎｏ）は、捕捉処理（Ｓ３０３）に戻り、捕捉処理が終了したら、再度追尾を行う、という処理を繰り返す。
Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の追尾処理が継続されている間、解読部において、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号のメッセージ解読が行われる（Ｓ３０７）。

【0052】

続いて、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の追尾が継続されている間、時刻情報が１度でも取得されれば（Ｓ３０９）、この時刻情報とｆ_L1及びφ_L1（Ｓ３０８）とに基づいて、Ｌ１−Ｅ６変換処理が行われる（Ｓ３１０）。なお、時刻情報は、追尾が継続している間は、１回取得できれば足りる。

【0053】

Ｌ１−Ｅ６変換処理では、以下の２つの処理が行われる。
（処理Ａ）Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の周波数からＬＥＸ信号の周波数への変換処理
（処理Ｂ）Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号の位相からＬＥＸ信号の拡散符号の位相への変換処理

【0054】

なお、上記で「ＬＥＸ信号の拡散符号」と記しているのは、ＬＥＸ信号のメッセージがＣＳＫ変調されている、４ｍｓ周期のショートコードを指し、従来技術のようにロングコードの受信を行わないことが本発明の特徴となっている。

【0055】

Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の周波数からＬＥＸ信号の周波数への変換（上記、処理Ａ）は、次式（２）に基づいて行われる。

但し、

である。

【0056】

上式（２）は、 ＬＥＸ信号の周波数 ｆ_E6が、Ｌ１ Ｃ／Ａ号の周波数ｆ_L1と、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の中心周波数ｆ_IFL1と、ＬＥＸ信号の中間周波数ｆ_IFE6と、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の中心周波数Ｌ₁と、ＬＥＸ信号の中心周波数Ｅ₆とを用いて計算できるということを示している。
ここで、Ｌ₁は既知の値（１５７５．４２ＭＨｚ）であり、Ｅ₆は既知の値（１２７８．７５ＭＨｚ）である。ｆ_IFL1及びｆ_IFE6は、受信装置の設計思想によって固有の既知の値を用いることができる。
ｆ_L1は、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の周波数であるから、追尾にて用いられる周波数 ｆ_L1をそのまま用いればよい。

【0057】

以上の通り、上式（２）に基づいて、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の周波数からＬＥＸ信号の周波数への変換処理が行われる。

【0058】

また、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号の位相からＬＥＸ信号の拡散符号の位相への変換（上記、処理Ｂ）は、次式（３）に基づいて行われる。

但し、ｋは、０、１、２、３のうちのいずれかの値をとるものとし、

である。

【0059】

上記（３）は、ＬＥＸ信号の拡散符号の位相φ_E6が、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号の位相φ_L1と、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号のチップレートＲ_L1と、Ｌ１信号の拡散符号の周期Ｔ_L1と、ＬＥＸ信号の拡散符号のチップレートＲ_E6とを用いて計算できるということを示している。
ここで、Ｒ_L1は既知の値（１．０２３ＭＣｐｓ）であり、また、Ｔ_L1は既知の値（０．００１ｓｅｃ）であり、また、Ｒ_E6は、既知の値（２．５５７５ＭＣｐｓ）である。φ_L1は、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号の位相であるから、追尾にて用いられる拡散符号の位相φ_L1をそのまま用いることができる。

【0060】

なお、ｋは、２つの信号の拡散符号周期によって変わる値であり、Ｌ１ Ｃ／ＡとＬＥＸの場合は、［０，３］の値を取る整数である。すなわち、ｋは、０，１，２，３，０，１，２，３，０，・・・と、１ｍｓ毎に更新される。ｋの値は、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号のメッセージ解読により時刻情報が取得された後に決定される。具体的には、図４に示すＬ１ Ｃ／Ａ信号とＬＥＸ信号との関係を参照しながら説明する。

【0061】

図４において、現在受信している衛星測位信号が送信された時刻をｔ_X［ｓｅｃ］とする。ｔ_Xは、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の追尾処理後、メッセージ解読により、６秒に１回の割合でメッセージに含まれている時刻情報を基準にして、拡散符号が繰り返された回数と、追尾しているＬ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号の位相φ_L1とから、求めることができる。

【0062】

次に、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号と、ＬＥＸ信号の拡散符号とが、同時に開始した時刻をｔ₀［ｓｅｃ］と定義する。Ｌ１ Ｃ／Ａ信号及びＬＥＸ信号は、週の始まりを基準として、同時に信号の送信を開始する。ＬＥＸ信号の拡散符号周期Ｔ_E6は４ｍｓであり、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号周期Ｔ_L1は１ｍｓであるため、週の始まり以後は、正確に４ｍｓ毎に、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号及びＬＥＸ信号の拡散符号は同時に開始する。つまり、週の始まりを基準として、４ｍｓの倍数の時刻では、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号とＬＥＸ信号の拡散符号は必ず同時に開始される。図４において、ｔ_X以前の直近を見ると、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号を４周期分遡るまでに、必ず、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号とＬＥＸ信号の拡散符号とが同時に開始する時刻が存在する。つまり、ｔ_X以前で、４ｍｓの倍数となる直近の時刻がｔ₀である。

【0063】

上式（３）で表されるｋの値は、ｔ_Xとｔ₀との間に含まれるＬ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号の周期の数である。つまり、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号とＬＥＸ信号の拡散符号とが同時に開始された時刻を基準に、ｋ＝０から１ｍｓ毎に更新される。

【0064】

以上のように、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号の位相からＬＥＸ信号の拡散符号の位相への変換が行われる。

【0065】

Ｓ３１０においてＬ１−Ｅ６変換処理が終わると、Ｓ３１１に進み、ＬＥＸメッセージ解読が行われる。

【0066】

再び、図２を参照する。Ｌ１−Ｅ６変換処理部２０４にて計算されたＬＥＸ信号の周波数及び拡散符号の位相は、Ｅ６解読部２０５に渡され、Ｅ６解読部２０５においてＬＥＸ信号に含まれるメッセージを解読するのに用いられる。
なお、図２において、Ｌ１追尾部２０２からＬ１−Ｅ６変換処理部２０４を経て、Ｅ６解読部２０５までの信号の流れを点線で表したのは、ブロック間で引き渡されるのが、データ処理部に入力された衛星測位信号ではなく、それらに基づいて計算された周波数及び拡散符号の位相、並びに、解読部で解読されたメッセージに基づいた時刻情報であることを意味する。

【0067】

Ｅ６解読部２０５では、変換されたＬＥＸ信号の周波数及び拡散符号の位相に基づき、信号に含まれるメッセージが解読される。実際にＬＥＸ信号のメッセージを解読するには、４ｍｓ毎のＬＥＸ拡散符号の開始時刻を知る必要があるが、これは、Ｌ１−Ｅ６変換処理部２０４にてＬＥＸ信号の拡散符号の位相を計算する際に用いた、拡散符号同時開始時刻ｔ₀に該当する。ｔ₀は、変換されたＬＥＸ信号の拡散符号の位相φ_E6を用いて、次式で表すことができる。

【0068】

つまり、ＬＥＸ拡散符号の開始時刻（＝拡散符号同時開始時刻）ｔ₀は、現在受信している信号の送信時刻ｔ_Xと、変換されたＬＥＸ信号の拡散符号の位相φ_E6と、ＬＥＸ信号の拡散符号のチップレートＲ_E6とを用いて計算することができる。

【0069】

結局、ＬＥＸ信号のメッセージ解読は、ｔ₀から４ｍｓ毎のＬＥＸ信号のメッセージに対して、変換されたＬＥＸ信号の周波数に基づきＬＥＸ信号に重畳されている周波数成分を除去し、ＣＳＫ変調されたショートコードをデコードすることによって、ＬＥＸ信号のメッセージを解読することができる。

【0070】

以上の様にして、変換されたＬＥＸ信号の周波数並びに拡散符号の位相に基づき、ＬＥＸ信号に含まれるメッセージを直接解読することが可能である。

【0071】

また、より高度な処理としては、変換されたＬＥＸ信号の周波数及び拡散符号の位相に基づき、改めてＬＥＸ信号に１受信チャネルを割り当て、ＬＥＸ信号のロングコードの追尾を開始することも可能である。この場合、通常の従来技術によるＬＥＸ信号のロングコードの追尾を開始するために必要となる、ＬＥＸ信号のロングコードによる捕捉処理を省くことができるという利点を持っている。

【0072】

この場合、ＬＥＸ信号のロングコードの追尾処理を継続しながら、ＬＥＸ信号のショートコードに含まれるメッセージを解読することになる。

【0073】

本発明の特徴の一つは、ＬＥＸ信号の捕捉処理・追尾処理を省略して、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の捕捉処理・追尾処理によって取得した周波数及び拡散符号の位相から、ＬＥＸ信号に含まれる補強情報を解読する点にある。送信している周波数は異なるが、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号とＬＥＸ信号とが同じ衛星から送信されているために、２つの号の拡散符号が定期的に同じタイミングで送信されていることを利用している。

【0074】

以上に示した発明を実施するための最良の形態においては、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号を継続的に受信し、その周波数及び拡散符号の位相から、ＬＥＸ信号の周波数及び拡散符号の位相を求め、そこからＬＥＸ信号に含まれる補強情報を解読すると好適である。

【実施例2】

【0075】

以上説明した実施の形態では、データ処理部内にＥ６解読部を設けた構成を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、データ処理部５０２４の外の系としてＥ６解読部５０２５を設置することも可能である。即ち、データ処理部５０２４の出力として、ＬＥＸ信号の周波数及び拡散符号の位相を、他の系にあるＥ６解読部５０２５に渡すことが考えられる。この場合、受信装置としてはＡＤＣ部５０２３ｂから出力された衛星測位信号と、変換されたＬＥＸ信号の周波数及び拡散符号の位相とが出力され、別途、Ｅ６解読部（専用機）５０２５に渡される。
なお、この場合、データ処理部５０２４の詳細ブロック図として例示的に図６に示したデータ処理部６００に示されるように、データ処理部６００には、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号が入力されるだけでＥ６信号が入力される必要はない。

【実施例3】

【0076】

また、上述の説明では、２つの異なる信号として、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号とＬＥＸ信号とを取り扱ったが、本発明は、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号とＬＥＸ信号との組み合わせに限定されるものではなく、同じ測位衛星から送信された２つの異なる周波数の衛星測位信号であれば、同様に、捕捉処理・追尾処理に関して相対的に軽い処理能力を要する衛星測位信号に基づいて、捕捉処理・追尾処理に関して相対的に重い処理能力を要する衛星測位信号の情報を取得することが可能である。

【実施例4】

【0077】

また、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号が搬送されるＬ１帯と、ＬＥＸ信号が搬送されるＥ６帯の周波数との差分によって、２つの信号が宇宙空間および大気中を伝搬する際に、地球上空に存在する電離層の影響を受け、一般的には、２つの周波数の信号間で伝搬距離に差分が生じる（これを「電離層遅延誤差」という。）。電離層遅延誤差は、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号の位相とＬＥＸ信号の拡散符号の位相にも影響を及ぼすため、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号の位相からＬＥＸ信号の拡散符号の位相への変換に際し、２つの周波数の間で生じる電離層遅延誤差を考慮すると更に好適である。
電離層遅延誤差による差分は、一例として、クロバッチャーモデルのような、学術的なモデルに従って予測をすることが可能である。従って、この場合、上式（３）にて表した、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号の位相からＬＥＸ信号の拡散符号の位相への変換は、電離層遅延誤差によるＬ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号とＬＥＸ信号の拡散符号との位相差を表す項であるψ_Kを含めて、以下のように表現することができる。

但し、

である。

【実施例5】

【0078】

また、上述の実施例では、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号とＬＥＸ信号とが受信装置に入力された後、ＡＤＣ部で各々ＡＤＣ変換され、データ処理部に入力されているが、各々の電気的な経路の差分などの影響により、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号の位相とＬＥＸ信号の拡散符号のと位相に誤差分が生じる場合がある。
従って、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号の位相からＬＥＸ信号の拡散符号の位相への変換に際し、２つの周波数の間で生じる誤差分を考慮すると更に好適である。

【0079】

この場合、誤差分となる値をいくつか予測し、各々を考慮に入れた変換を行い、複数の結果を得ることができる。具体的な処理手順としては、上式（３）にて表した、Ｌ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号の位相からＬＥＸ信号の拡散符号の位相への変換は、誤差分によるＬ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号とＬＥＸ信号の拡散符号との位相差を表す項であるψ_nを含めて、次式のように改良することができる。

但し、

【0080】

なお、誤差分となる値をいくつか予測し、各々を考慮に入れた変換を行う場合、その誤差分には、上述の電離層遅延誤差を考慮したＬ１ Ｃ／Ａ信号の拡散符号の位相とＬＥＸ信号の拡散符号の位相との差分が含まれても構わない。

【実施例6】

【0081】

最後に、本発明の一実施形態にかかる衛星測位システムにおける信号生成回路例を説明しておく。図７に、本発明の一実施形態にかかる衛星測位システムにおいて使用されるＬＥＸ信号の生成回路を示す。

【0082】

信号生成回路７００は、一例として、準天頂衛星システム（ＱＺＳＳ）の１２７８．７５ＭＨｚ帯（Ｅ６帯）にて放送されるＬＥＸ信号に係るものであるが、ＬＥＸ信号は補強信号として利用されている。
ＬＥＸ信号は、拡散符号生成器７０１より生成され、４ｍｓ長の８ｂｉｔ（＝２５６通り）メッセージによりＣＳＫ変調器７０２でＣＳＫコード変調された「ショートコード」と呼ばれる２．５５７５Ｍｃｐｓの拡散符号と、拡散符号生成器７０１より生成され、方形波生成器７０３から生成される方形波に重畳された、４１０ｍｓ長であって２．５５７５Ｍｃｐｓの「ロングコード」と呼ばれる拡散符号とを、５．１１５Ｍｃｐｓの間隔で交互に選択するようクロック制御され、搬送波生成器７０５で生成された１２７８．７５ＭＨｚの搬送波周波数に重畳されて送信される。
なお、ＣＳＫ変調とは、コードシフトキーイングの略であり、データの値によって拡散符号の位相を変化させる変調方式の一つである。

【0083】

［公知の技術等］
本発明に関連して、本明細書と同時に出願されたかその前に出願され、公に自由に入手できるすべての論文および文書の内容は、参照によって本明細書の記載内容として組み込まれる。

【0084】

［組み合わせ］
本明細書（請求項、実施例、要約、及び図面を含む）に記載された構成要件の全て及び／又は開示された全ての方法又は処理の全てのステップについては、これらの特徴が相互に排他的である組合せを除き、任意の組合せで組み合わせることができる。

【0085】

［特徴の一例］
本明細書（請求項、実施例、要約、及び図面を含む）に記載された特徴の各々は、明示的に否定されない限り、同一の目的、同等の目的、または類似する目的のために働く代替の特徴に置換することができる。したがって、明示的に否定されない限り、開示された特徴の各々は、包括的な一連の同一又は均等となる特徴の一例にすぎない。

【0086】

本発明は、上述した実施形態のいずれの具体的構成にも制限されるものではない。本発明は、本明細書（請求項、実施例、要約、及び図面を含む）に記載された全ての新規な特徴又はそれらの組合せ、あるいは記載された全ての新規な方法又は処理のステップ、又はそれらの組合せに拡張することができる。

【符号の説明】

【0087】

１００ 衛星測位システム
１０１ａ〜１０１ｄ 測位衛星
１０２ 測位測位受信装置
１０２１ 受信アンテナ部
１０２２ フロントエンド部
１０２３ａ、１０２３ｂ ＡＤＣ部
１０２４ データ処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図4】