特許 6999640 全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）信号追跡

(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】

(24)【登録日】2021-12-24

(45)【発行日】2022-01-18

(54)【発明の名称】全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）信号追跡

(51)【国際特許分類】

   G01S 19/29 20100101AFI20220111BHJP

【ＦＩ】

G01S19/29

【請求項の数】 36

(21)【出願番号】P 2019503298

(86)(22)【出願日】2016-07-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-10-10

(86)【国際出願番号】 EP2016067598

(87)【国際公開番号】W WO2018014980

(87)【国際公開日】2018-01-25

【審査請求日】2019-07-18

(73)【特許権者】

【識別番号】510145967

【氏名又は名称】ユー－ブロックス、アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ｕ－ｂｌｏｘ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100096921

【弁理士】

【氏名又は名称】吉元 弘

(72)【発明者】

【氏名】ツェンラン、チェン

【審査官】山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００８／０２７２９６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０２１５００５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００１／００３３６０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００６／００１２５１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０６５３２２５１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特表２００８－５２１０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００７０９８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０３２６９２６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２０７８３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０４５７８６７８（ＵＳ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４９３１９９５（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２０３９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０４０２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５２３２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２０６２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０７０９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１５３０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１０２１３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ１９／００－１９／５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の衛星から全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機によって受信された複数の衛星信号をベクトル追跡するための装置であって、
複数の相関値に基づいて、複数の速度仮説から最も可能性の高い速度仮説を決定し、前記最も可能性の高い速度仮説に関連するデータを、前記衛星信号を追跡するために前記ＧＮＳＳ受信機のナビゲーション・エンジンに転送するように構成された仮説決定器を備え、
前記複数の速度仮説は、前記ＧＮＳＳ受信機のための現在のおよび／または前の拡張速度解を示すナビゲーション・エンジン出力に基づいて生成されており、
前記複数の相関値は、複数の相関器によって決定されており、各々が前記複数の速度仮説のうちの１つから導出された予想ドップラー・シフトを備える複数の第１の信号と、各々が前記複数の衛星信号のうちの１つから導出された真のドップラー・シフトを備える複数の第２の信号との間の相関を表し、
前記拡張速度解は、前記ＧＮＳＳ受信機の三次元速度、および前記ＧＮＳＳ受信機のローカル・クロック・ドリフトの解である、装置。

【請求項2】

前記最も可能性の高い速度仮説に関係する前記データは、前記最も可能性の高い速度仮説と、前記最も可能性の高い速度仮説に関連付けられた複数の予想ドップラー・シフトとのうちの１つを備え、前記複数の予想ドップラー・シフトの各々は前記複数の衛星のうちの１つに関係する、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記複数の速度仮説は、前記拡張速度解の１つまたは複数の要素における予測された変化に基づいて生成されている、請求項１または２に記載の装置。

【請求項4】

前記予測された変化は、前記受信機の動力学と、前記ナビゲーション・データの分散と、慣性センサ・データと、マップ・データとのうちの１つまたは複数に基づいて決定されている、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

対応する第１の信号および第２の信号は、各々、前記複数の衛星のうちの１つに関係し、前記相関値は、前記対応する第１の信号および第２の信号間の相関を表す、請求項１～４のいずれか一項に記載の装置。

【請求項6】

対応する第１の信号および第２の信号の複数の組の各々が、前記速度仮説のうちの１つに関係する、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

前記相関値の複数の組の各々は、対応する第１の信号および第２の信号の組における対応する第１の信号および第２の信号ごとに相関値を備える、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

前記仮説決定器は、相関値の組における複数の相関値の少なくとも１つの和を決定し、前記少なくとも１つの和に基づいて、前記最も可能性の高い速度仮説を決定するように構成される、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記仮説決定器は、各々が相関値の異なる組に関係する複数の前記和を決定し、前記最も可能性の高い速度仮説を、前記複数の和のうちの最も大きな和に関係する速度仮説であると決定するように構成される、請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記仮説決定器は、前記最も大きな和が閾値よりも大きいことに依存して、前記最も可能性の高い速度仮説を、前記最も大きな和に関係する速度仮説であると決定するように構成される、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

前記複数の相関器のうちの１つまたは複数が、前記ＧＮＳＳ受信機内で生成されたレイト・コード相関サンプル、プロンプト・コード相関サンプルおよびアーリー・コード相関サンプルのうちの１つまたは複数から導出された信号の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を行うように構成され、
前記ＤＦＴは、前記予想ドップラー・シフトの周波数を包含する周波数範囲に及び、
対応する相関値は、前記予想ドップラー・シフトの前記周波数における前記ＤＦＴの出力の大きさを示す、請求項１～１０のいずれか一項に記載の装置。

【請求項12】

前記複数の相関器のうちの前記１つまたは複数が前記ＤＦＴを行う前に、前記レイト・コード相関サンプル、前記プロンプト・コード相関サンプルおよび前記アーリー・コード相関サンプルのうちの前記１つまたは複数から導出された前記信号からナビゲーション・メッセージを除去するように構成された変調ビット除去ユニットを更に備える、請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

前記複数の衛星の１つまたは複数についてレイト・コード相関サンプル、プロンプト・コード相関サンプルおよび／またはアーリー・コード相関サンプルから導出された信号を受信し、前記レイト・コード相関サンプル、前記プロンプト・コード相関サンプルおよび前記アーリー・コード相関サンプルから導出された前記信号に基づいて、１つまたは複数のコード位相推定値を決定し、各コード位相推定値を前記ナビゲーション・エンジンに転送するように構成された１つまたは複数のコード位相推定ユニットを更に備える、請求項１～１２のいずれか一項に記載の装置。

【請求項14】

前記第１の信号は、前記複数の衛星の各々について、見通し線データを用いた各速度仮説の変換に基づいて導出されている、請求項１～１３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項15】

前記複数の速度仮説および／または前記第１の信号を生成するための速度仮説ユニットと、前記複数の相関器と、前記ナビゲーション・エンジンとのうちの１つまたは複数を更に備える、請求項１～１４のいずれか一項に記載の装置。

【請求項16】

前記ナビゲーション・エンジンを備え、前記ナビゲーション・エンジンは、前記最も可能性の高い速度仮説に関係する前記データに少なくとも部分的に基づいて、後続の拡張速度解を決定するように構成される、請求項１５に記載の装置。

【請求項17】

請求項１～１６のいずれか一項に記載の装置を備えるＧＮＳＳ受信機。

【請求項18】

複数の衛星から全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機によって受信された複数の衛星信号をベクトル追跡するための方法であって、
仮説決定器によって、複数の相関値に基づいて、複数の速度仮説から最も可能性の高い速度仮説を決定することと、
前記仮説決定器によって、前記最も可能性の高い速度仮説に関連するデータを、前記衛星信号を追跡するために前記ＧＮＳＳ受信機のナビゲーション・エンジンに転送することと、
を備え、
前記複数の速度仮説は、前記ＧＮＳＳ受信機のための現在のおよび／または前の拡張速度解を示すナビゲーション・エンジン出力に基づいて生成されており、
前記複数の相関値は、複数の相関器によって決定されており、各々が、前記複数の速度仮説のうちの１つから導出された予想ドップラー・シフトを備える複数の第１の信号と、各々が前記複数の衛星信号のうちの１つから導出された真のドップラー・シフトを備える複数の第２の信号との間の相関を表し、
前記拡張速度解は、前記ＧＮＳＳ受信機の三次元速度、および前記ＧＮＳＳ受信機のローカル・クロック・ドリフトの解である、方法。

【請求項19】

前記最も可能性の高い速度仮説に関係する前記データは、前記最も可能性の高い速度仮説と、前記最も可能性の高い速度仮説に関連付けられた複数の予想ドップラー・シフトとのうちの１つを備え、前記複数の予想ドップラー・シフトの各々は、前記複数の衛星のうちの１つに関係する、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

速度仮説ユニットが前記複数の速度仮説を生成することを更に備える、請求項１８または１９に記載の方法。

【請求項21】

前記複数の速度仮説は、前記拡張速度解の１つまたは複数の要素における予測された変化に基づいて生成される、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記速度仮説ユニットが、前記受信機の動力学と、前記ナビゲーション・データの分散と、慣性センサ・データと、マップ・データとのうちの１つまたは複数に基づいて前記予測された変化を決定することを更に備える、請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

対応する第１の信号および第２の信号は、各々、前記複数の衛星のうちの１つに関係し、前記相関値は、前記対応する第１の信号および第２の信号間の相関を表す、請求項１８～２２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項24】

対応する第１の信号および第２の信号の複数の組の各々が、前記速度仮説のうちの１つに関係する、請求項２３に記載の方法。

【請求項25】

前記相関値の複数の組の各々は、対応する第１の信号および第２の信号の組における対応する第１の信号および第２の信号ごとに相関値を備える、請求項２４に記載の方法。

【請求項26】

前記仮説決定器が、相関値の組における複数の相関値の少なくとも１つの和を決定することと、
前記仮説決定器が、前記少なくとも１つの和に基づいて、前記最も可能性の高い速度仮説を決定することと、
を更に備える、請求項２５に記載の方法。

【請求項27】

前記仮説決定器が、各々が相関値の異なる組に関係する複数の前記和を決定することと、
前記仮説決定器が、前記最も可能性の高い速度仮説を、前記複数の和のうちの最も大きな和に関係する速度仮説であると決定することと、
を更に備える、請求項２６に記載の方法。

【請求項28】

前記仮説決定器が、前記最も大きな和が閾値よりも大きいことに依存して、前記最も可能性の高い速度仮説を、前記最も大きな和に関係する速度仮説であると決定することを更に備える、請求項２７に記載の方法。

【請求項29】

前記複数の相関器が前記複数の相関値を決定することを更に備える、請求項１８～２８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項30】

前記複数の相関器のうちの１つまたは複数が、前記ＧＮＳＳ受信機内で生成されたレイト・コード相関サンプル、プロンプト・コード相関サンプルおよびアーリー・コード相関サンプルのうちの１つまたは複数から導出された信号の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を行い、
前記ＤＦＴは、前記予想ドップラー・シフトの周波数を包含する周波数範囲に及び、
対応する相関値は、前記予想ドップラー・シフトの前記周波数における前記ＤＦＴの出力の大きさを示す、請求項２９に記載の方法。

【請求項31】

変調ビット除去ユニットによって、前記複数の相関器のうちの前記１つまたは複数が前記ＤＦＴを行う前に、前記レイト・コード相関サンプル、前記プロンプト・コード相関サンプルおよび前記アーリー・コード相関サンプルのうちの前記１つまたは複数から導出された前記信号からナビゲーション・メッセージを除去することを更に備える、請求項３０に記載の方法。

【請求項32】

１つまたは複数のコード位相推定ユニットが、前記複数の衛星の１つまたは複数についてレイト・コード相関サンプル、プロンプト・コード相関サンプルおよび／またはアーリー・コード相関サンプルから導出された信号を受信することと、
前記１つまたは複数のコード位相推定ユニットが、前記レイト・コード相関サンプル、前記プロンプト・コード相関サンプルおよび前記アーリー・コード相関サンプルから導出された前記信号に基づいて、１つまたは複数のコード位相推定値を決定することと、
前記１つまたは複数のコード位相推定ユニットが、各コード位相推定値を前記ナビゲーション・エンジンに転送することと、
を更に備える、請求項１８～３１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項33】

速度仮説ユニットが、前記複数の衛星の各々について、見通し線データを用いた各速度仮説の変換に基づいて第１の信号を導出することを更に備える、請求項１８～３２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項34】

前記ナビゲーション・エンジンが、前記最も可能性の高い速度仮説に関係する前記データに少なくとも部分的に基づいて、後続の拡張速度解を決定することを更に備える、請求項１８～３３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項35】

少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサに、請求項１８～３４のいずれか一項に記載の方法を実行させる命令を備えるコンピュータ・プログラム。

【請求項36】

請求項３５に記載のコンピュータ・プログラムが記録されたコンピュータ可読ストレージ媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の衛星から受信された全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）信号のベクトル追跡のための方法および装置に関する。特定の構成において、本発明は、ＧＮＳＳ受信機のための速度仮説（velocity hypothesis）に基づいた、ＧＮＳＳ信号をベクトル追跡するための方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

多くの既知のＧＮＳＳ受信機は、コード追跡ループを用いてＧＮＳＳ衛星への擬似距離を推定し、キャリア追跡ループを用いて、ＧＮＳＳ衛星から受信された信号のキャリア・ドップラー（または擬似距離レート）を推定する。この衛星信号追跡方法は、スカラー追跡と呼ばれる場合がある。

【0003】

コード追跡ループは、例えば、遅延ロック・ループ（ＤＬＬ）とすることができ、キャリア追跡ループは、例えば、周波数ロック・ループ（ＦＬＬ）、位相ロック・ループ（ＰＬＬ）、または双方の組み合わせ、例えば、ＦＬＬ支援型ＰＬＬとすることができる。そのようなＧＮＳＳ受信機は、チャネルごとにコード追跡ループおよびキャリア位相追跡ループを含み、受信機の各チャネルは、特定のＧＮＳＳ衛星からの信号を処理する。

【0004】

大まかに言うと、ＤＬＬは、ＧＮＳＳ衛星から受信された信号と、衛星信号のローカルで生成されたバージョンとの間のタイミング差を最小にする。ＤＬＬは通常、受信信号を、数値制御発振器（ＮＣＯ）の出力に基づいて作成されるローカルで生成された信号と相関付ける２つのコード相関器を備える。ノイズ特性を改善するために、コード相関器の出力は時間にわたって積分され、結果として得られる信号は、アルゴリズムにおいて、次のローカルで生成される信号のコード位相を更新するようにＮＣＯを制御するために用いられる。例示的なＤＬＬにおいて、各々がアーリー・コード相関、プロンプト・コード相関およびレイト・コード相関のうちの１つを生じる３つ以上のコード相関器が存在してもよい。

【0005】

大まかに言うと、ＦＬＬは、同じ統計的信号処理技法に従う。１つの例において、キャリア相関器は、（場合によっては中間周波数の）受信衛星信号の一部を、ＮＣＯによって提供される、対応するローカルで生成されたキャリア信号と相関付ける。キャリア相関器の出力は、ノイズ特性を改善するために、時間にわたって積分され、結果として得られる信号は、アルゴリズムにおいて、ローカルで生成されるキャリア信号を更新するようにＮＣＯを制御するために用いられる。

【0006】

ＧＮＳＳ受信機の実際の実施態様において、キャリア追跡ループは、コード追跡ループを支援するのに用いられることができる。更に、コード追跡ループおよびキャリア追跡ループは通常、ネスト化構成にあり、キャリア相関器は、キャリア周波数を除去するのに用いられ、結果として得られる信号は、ＤＣ信号を追跡する完全なキャリアである場合、コード相関器に渡される。

【0007】

そのようなＧＮＳＳ受信機は、追跡ループがナビゲーション解決定と独立して動作するという点で、別個の信号追跡およびナビゲーション解を実施することができる。コード追跡ループおよびキャリア追跡ループは、ナビゲーション・エンジンにコード測定値およびキャリア測定値を提供し、ナビゲーション・エンジンは、これらの測定値を用いて、ナビゲーション解、通常は位置、速度および時間（すなわち、受信機クロック・オフセットおよびドリフト）（ＰＶＴ）を決定する。更に、異なるＧＮＳＳコンステレーション（例えば、ＧＰＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＧＬＯＮＡＳＳまたはＢｅｉＤｏｕ）からの衛星がナビゲーション解を決定するために用いられるシナリオでは、各ＧＮＳＳからの衛星信号も別個の追跡ループを必要とし、これらの追跡ループは別個に実施され、別個の要素および異なる構成を必要とする。

【0008】

ベクトル追跡ループは、信号追跡およびナビゲーションの解決定を単一のループに組み合わせる異なるアーキテクチャを用いる。例示的なベクトル追跡ループにおいて、例えばナビゲーション・エンジンによって、ナビゲーション解（すなわち、位置、速度および／または時間）であり得るナビゲーション・エンジン出力に基づいて、追跡される衛星信号ごとに、擬似距離および／または擬似距離レートが予測される。予測された擬似距離および擬似距離レートは、各チャネルの追跡ループにフィードされ、コード推定値およびキャリア推定値を決定するのに用いられ、これらの推定値は、標準的なＧＮＳＳ受信機におけるように、ナビゲーション・エンジンにフィードされる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明によれば、一態様において、複数の衛星から全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機によって受信された複数の衛星信号をベクトル追跡するための装置が提供される。装置は、複数の相関値に基づいて、複数の速度仮説から最も可能性の高い速度仮説を決定し、最も可能性の高い速度仮説に関連するデータを、衛星信号を追跡するためにＧＮＳＳ受信機のナビゲーション・エンジンに転送するように構成された仮説決定器を備える。複数の速度仮説は、ＧＮＳＳ受信機のための現在のおよび／または前の拡張速度解を示すナビゲーション・エンジン出力に基づいて生成されている。複数の相関値は、複数の相関器によって決定されており、各々が複数の速度仮説のうちの１つから導出された予想ドップラー・シフトを備える複数の第１の信号と、各々が複数の衛星信号のうちの１つから導出された真のドップラー・シフトを備える複数の第２の信号との間の相関を表す。

【0010】

任意選択で、最も可能性の高い速度仮説に関係するデータは、最も可能性の高い速度仮説と、最も可能性の高い速度仮説に基づく複数の予想ドップラー・シフトとのうちの１つまたは複数を備え、複数の予想ドップラー・シフトの各々は複数の衛星のうちの１つに関係する。

【0011】

複数の速度仮説は、拡張速度解の１つまたは複数の要素における予測された変化に基づいて生成されている場合がある。

【0012】

任意選択で、予測された変化は、受信機の動力学と、ナビゲーション・データの分散と、慣性センサ・データと、マップ・データとのうちの１つまたは複数に基づいて決定されている。

【0013】

例示的な構成において、対応する第１の信号および第２の信号は、各々、複数の衛星のうちの１つに関係し、相関値は、対応する第１の信号および第２の信号間の相関を表す。

【0014】

任意選択で、対応する第１の信号および第２の信号の複数の組の各々が、速度仮説のうちの１つに関係する。したがって、対応する第１の信号および第２の信号の複数の組の各々が、速度仮説のうちの１つから導出され、複数の衛星の各々に関係する複数の第１の信号と、真のドップラー・シフトを備え、複数の衛星の各々に関係する対応する複数の第２の信号とを備える。対応する第１の信号および第２の信号の複数の組の各々が、１つまたは複数の共通の第２の信号を含むことができる。

【0015】

相関値の複数の組の各々は、対応する第１の信号および第２の信号の組における対応する第１の信号および第２の信号ごとに相関値を備える。

【0016】

いくつかの例示的な構成では、第２の信号の組は、各々が複数の衛星のうちの異なる衛星に関係する複数の第２の信号を備えることができ、第１の信号の複数の組はそれぞれ、各々が複数の衛星のうちの異なる衛星に関係する複数の第１の信号を備え、第１の信号の組における複数の第１の信号は、複数の仮説のうちの１つから導出された。そのような例示的な構成において、相関値の複数の組の各々は、第２の信号の組における第２の信号の各々および第１の信号の異なる組における第１の信号の各々についての相関値を備えることができる。

【0017】

仮説決定器は、相関値の組における複数の相関値の少なくとも１つの和を決定し、この少なくとも１つの和に基づいて、最も可能性の高い速度仮説を決定するように構成されることができる。例示的な構成において、仮説決定器は、相関値の異なる組における複数の相関値の少なくとも２つの和を決定するように構成されることができる。

【0018】

任意選択の構成において、仮説決定器は、各々が相関値の異なる組に関係する複数の和を決定し、最も可能性の高い速度仮説を、複数の和のうちの最も大きな和に関係する速度仮説であると決定するように構成される。

【0019】

仮説決定器は、最も大きな和が閾値よりも大きいことに依存して、最も可能性の高い速度仮説を、最も大きな和に関係する速度仮説であると決定するように構成されることができる。

【0020】

任意選択で、複数の相関器のうちの１つまたは複数が、ＧＮＳＳ受信機内で生成されたレイト・コード相関サンプル、プロンプト・コード相関サンプルおよびアーリー・コード相関サンプルのうちの１つまたは複数から導出された信号の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を行うように構成されることができ、ＤＦＴは、予想ドップラー・シフトの周波数を包含する周波数範囲に及び、対応する相関値は、予想ドップラー・シフトの周波数におけるＤＦＴの出力の大きさを示す。

【0021】

ナビゲーション・メッセージ等の変調データは、複数の相関器のうちの１つまたは複数がＤＦＴを行う前に、変調ビット除去ユニットによって、レイト・コード相関サンプル、プロンプト・コード相関サンプルおよびアーリー・コード相関サンプルのうちの１つまたは複数から導出された信号から除去されることができる。変調ビット除去ユニットは、ベクトル追跡のための装置の別個の要素とすることができるか、またはＤＦＴブロックの一部を形成することができる。変調ビット除去ユニットは、変調データ、および変調データを備える信号を受信し、変調データが除去された信号、すなわち、変調データを有しない信号を備える出力を生じるように構成されたミキサまたは乗算器とすることができる。これは、例えば、変調データを、変調データを備える信号と乗算することによって達成されることができる。

【0022】

装置は、複数の衛星のうちの１つまたは複数についてレイト・コード相関サンプル、プロンプト・コード相関サンプルおよび／またはアーリー・コード相関サンプルから導出された信号を受信し、レイト・コード相関サンプル、プロンプト・コード相関サンプルおよびアーリー・コード相関サンプルから導出された信号に基づいて、１つまたは複数のコード位相推定値を決定し、各コード位相推定値をナビゲーション・エンジンに転送するように構成された１つまたは複数のコード位相推定ユニットを更に備えることができる。

【0023】

第１の信号は、複数の衛星の各々について、見通し線ベクトルへの各速度仮説の変換を備えることができる。

【0024】

任意選択で、装置は、複数の速度仮説および／または第１の信号を生成するための速度仮説ユニットと、複数の相関器と、ナビゲーション・エンジンとのうちの１つまたは複数を更に備える。

【0025】

装置は、ナビゲーション・エンジンを備えることができ、ナビゲーション・エンジンは、最も可能性の高い速度仮説に関係するデータに少なくとも部分的に基づいて、後続の拡張速度解を決定するように構成される。

【0026】

本発明によれば、更なる態様において、上記で示した任意のものによる装置を備えるＧＮＳＳ受信機が提供される。

【0027】

本発明によれば、更なる態様において、複数の衛星から全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機によって受信された複数の衛星信号をベクトル追跡するための方法が提供される。本方法は、仮説決定器によって、複数の相関値に基づいて、複数の速度仮説から最も可能性の高い速度仮説を決定することを備える。本方法は、仮説決定器によって、最も可能性の高い速度仮説に関連するデータを、衛星信号を追跡するためにＧＮＳＳ受信機のナビゲーション・エンジンに転送することを更に備える。複数の速度仮説は、ＧＮＳＳ受信機のための現在のおよび／または前の拡張速度解を示すナビゲーション・エンジン出力に基づいて生成されている。複数の相関値は、複数の相関器によって決定されており、各々が複数の速度仮説のうちの１つから導出された予想ドップラー・シフトを備える複数の第１の信号と、各々が複数の衛星信号のうちの１つから導出された真のドップラー・シフトを備える複数の第２の信号との間の相関を表す。

【0028】

最も可能性の高い速度仮説に関係するデータは、最も可能性の高い速度仮説と、最も可能性の高い速度仮説に基づく複数の予想ドップラー・シフトとのうちの１つまたは複数を備えることができ、複数の予想ドップラー・シフトの各々は複数の衛星のうちの１つに関係する。

【0029】

任意選択で、本方法は、速度仮説ユニットが複数の速度仮説を生成することを更に備える。

【0030】

複数の速度仮説は、拡張速度解の１つまたは複数の要素における予測された変化に基づいて生成されることができる。

【0031】

本方法は、速度仮説ユニットが、受信機の動力学と、ナビゲーション・データの分散と、慣性センサ・データと、マップ・データとのうちの１つまたは複数に基づいて予測された変化を決定することを更に備えることができる。

【0032】

例示的な構成において、対応する第１の信号および第２の信号は、各々、複数の衛星のうちの１つに関係し、相関値は、対応する第１の信号および第２の信号間の相関を表す。

【0033】

対応する第１の信号および第２の信号の複数の組の各々が、速度仮説のうちの１つに関係することができる。

【0034】

任意選択で、相関値の複数の組の各々は、対応する第１の信号および第２の信号の組における対応する第１の信号および第２の信号ごとに相関値を備える。

【0035】

本方法は、仮説決定器が相関値の組における複数の相関値の少なくとも１つの和を決定することと、仮説決定器が、少なくとも１つの和に基づいて、最も可能性の高い速度仮説を決定することとを更に備えることができる。

【0036】

本方法は、仮説決定器が、各々が相関値の異なる組に関係する複数の和を決定することと、仮説決定器が、最も可能性の高い速度仮説を、複数の和のうちの最も大きな和に関係する速度仮説であると決定することとを更に備えることができる。

【0037】

任意選択で、本方法は、仮説決定器が、最も大きな和が閾値よりも大きいことに依存して、最も可能性の高い速度仮説を、最も大きな和に関係する速度仮説であると決定することを更に備える。

【0038】

例示的な方法は、複数の相関器が複数の相関値を決定することを更に備えることができる。

【0039】

複数の相関器のうちの１つまたは複数が、ＧＮＳＳ受信機内で生成されたレイト・コード相関サンプル、プロンプト・コード相関サンプルおよびアーリー・コード相関サンプルのうちの１つまたは複数から導出された信号の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を行うことができ、ＤＦＴは、予想ドップラー・シフトの周波数を包含する周波数範囲に及び、対応する相関値は、予想ドップラー・シフトの周波数におけるＤＦＴの出力の大きさを示す。

【0040】

本方法は、変調ビット除去ユニットによって、複数の相関器のうちの１つまたは複数がＤＦＴを行う前に、レイト・コード相関サンプル、プロンプト・コード相関サンプルおよびアーリー・コード相関サンプルのうちの１つまたは複数から導出された信号からナビゲーション・メッセージを除去することを更に備えることができる。

【0041】

例示的な方法は、１つまたは複数のコード位相推定ユニットが、複数の衛星の１つまたは複数についてレイト・コード相関サンプル、プロンプト・コード相関サンプルおよび／またはアーリー・コード相関サンプルから導出された信号を受信することと、１つまたは複数のコード位相推定ユニットが、レイト・コード相関サンプル、プロンプト・コード相関サンプルおよびアーリー・コード相関サンプルから導出された信号に基づいて、１つまたは複数のコード位相推定値を決定することと、１つまたは複数のコード位相推定ユニットが、各コード位相推定値をナビゲーション・エンジンに転送することとを更に備える。

【0042】

任意選択で、本方法は、速度仮説ユニットが、複数の衛星の各々について、見通し線ベクトルへの各速度仮説の変換を備える第１の信号を導出することを更に備える。

【0043】

本方法は、ナビゲーション・エンジンが、最も可能性の高い速度仮説に関係するデータに少なくとも部分的に基づいて、後続の拡張速度解を決定することを更に備えることができる。

【0044】

本発明によれば、更なる態様において、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、この少なくとも１つのプロセッサに、本明細書に記載の方法のうちのいずれか１つを実行させる命令を備えるコンピュータ・プログラムが提供される。

【0045】

本発明によれば、更なる態様において、上述したコンピュータ・プログラムを含むキャリアが提供され、このキャリアは、電子信号、光信号、無線信号または非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体のうちの１つである。

【0046】

ここで、本発明の例示的な実施形態が、添付の図面を参照して説明される。

【図面の簡単な説明】

【0047】

【図1】ＧＮＳＳ受信機において受信される複数の衛星信号のベクトル追跡のための装置のブロック概略図である。

【図2】ＧＮＳＳ受信機において受信される複数の衛星信号のベクトル追跡のための方法を示す流れ図である。

【図3】ＧＮＳＳ受信機において受信される複数の衛星信号のベクトル追跡のための装置のブロック概略図である。

【図4】ＧＮＳＳ受信機において受信される複数の衛星信号のベクトル追跡のための装置のブロック概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0048】

概して、複数のＧＮＳＳ衛星から受信される衛星信号を用いたＧＮＳＳ受信機の拡張速度ベクトル追跡のための方法および装置が本明細書に開示される。この関連において、拡張速度ベクトルは、受信機の３－Ｄ速度およびローカル・クロック・ドリフトを備える。例示的な方法および装置は、受信機の速度を直接追跡し、衛星信号を、一部は速度ドメインにおいて、一部は追跡パラメータ・ドメインにおいて間接的に追跡するようになっている。すなわち、衛星信号は、複数の速度仮説、および追跡パラメータ・ドメインにある複数の測定仮説に基づいて追跡される。

【0049】

速度仮説および測定仮説は、現在および／または前回のエポックからのナビゲーション・エンジン出力に基づく。速度仮説を決定するのに用いられるナビゲーション・エンジン出力は、拡張速度解、または更新された拡張速度解とすることができ、ｖ＝［ｘ’ ｙ’ ｚ’ δ’］^Ｔであり、測定仮説を決定するのに用いられるナビゲーション・エンジン出力は、フルＰＶＴ解または更新されたフルＰＶＴ解とすることができる。更新された拡張速度解および更新されたフルＰＶＴ解は、ナビゲーション・エンジンによって実施されるカルマン・フィルター等のシステム動的方程式の遷移行列に基づいて決定されることができる。これについては、以下でより詳細に説明される。

【0050】

速度仮説は、ナビゲーション・エンジン出力に基づく仮説（または予測）速度ドメイン・データを備えることができる。速度仮説は、拡張速度ベクトルを備える拡張速度仮説とすることができる。本文書の残りの部分において、「速度仮説」および「速度解」という用語が用いられるが、これらの用語は、拡張速度仮説および拡張速度解をそれぞれ包含することが理解されるべきである。

【0051】

最も可能性が高い速度仮説が決定され、ＧＮＳＳ衛星信号を追跡するのに用いられる。これは、ＧＮＳＳ受信機のためのナビゲーション解を更新することによって行うことができ、更新されたナビゲーション解は、次に、以下で説明するように、例えばキャリア数値制御発振器（ＮＣＯ）を制御するために用いられてもよい。

【0052】

例示的な方法および装置は、速度仮説を用いて、衛星信号再取得中に用いられることができる追跡パラメータ仮説と、標準キャリア追跡ループを用いた衛星信号追跡とを置き換える。衛星信号を追跡し、ＰＶＴ解を計算するために、特定の衛星について各追跡チャネルが擬似距離推定値およびドップラー推定値を測定する従来のマルチＧＮＳＳ受信機と異なり、例示的な方法および装置は、速度仮説を、擬似距離またはコード位相推定値と共に直接用いてＧＮＳＳ衛星を追跡することができる。

【0053】

以下でより詳細に説明されるように、速度仮説は、相関器を駆動するために、追跡パラメータ・ドメインにマッピングされることができる。このようにして、速度仮説は、衛星信号再取得および衛星信号追跡の双方において評価されることができる。したがって、異なるＧＮＳＳシステムの一部である場合がある全ての可視の衛星からの信号電力が、極度に低いキャリア対雑音電力密度比（Ｃ／Ｎ_０）環境における信号対雑音比（ＳＮＲ）の改善のためにコヒーレントにまたは非コヒーレントに組み合わされることができる。

【0054】

本明細書に開示される例示的な方法および装置の利点は、以下を含む。

【0055】

・受信される衛星信号の数が増大すると共に、全体信号電力、したがってＧＮＳＳ受信機のＳＮＲが線形に増大し、これにより信号追跡感度が改善する、
・受信衛星信号の時間にわたる積分は、受信衛星信号の衛星にわたる積分と交換可能であり、すなわち、スカラー追跡アルゴリズムと類似のＳＮＲ性能レベルに到達するために、本明細書に開示される方法および装置が必要とする積分時間はより短く、これによって、より高い追跡ループ・ダイナミクスが可能になる、
・信号モデルは、見通し線（ＬＯＳ）信号のみからなるため、改善されたマルチパスおよび干渉除去が可能である、
・衛星信号追跡およびナビゲーション解決定の少なくとも部分的組み合わせ、
・ＧＮＳＳ受信機において必要とされる追跡ループ数の低減、および、
・単一のＧＮＳＳ受信機において複数のＧＮＳＳから受信された衛星信号を組み合わせるためのプラットフォーム。

【0056】

図１は、ＧＮＳＳ衛星信号を追跡するための例示的な装置のブロック概略図を示す。装置は、所与のＧＮＳＳ受信機のためのＰＶＴベクトルの１つまたは複数の要素を備えるナビゲーション解を決定するように構成されたナビゲーション・エンジン１００を備える。

【0057】

装置は、複数の速度仮説から最も可能性の高い速度仮説を決定するように構成された仮説決定器１０２も備える。図１の例示的な構成において、速度仮説は拡張速度仮説であり、クロック・ドリフト仮説を含む。仮説決定器１０２は、最も可能性の高い速度仮説に関係するデータをナビゲーション・エンジン１００に転送するように更に構成される。以下で詳細に説明されるように、そのようなデータは、衛星信号ごとに、最も可能性の高い速度仮説および／またはドップラー・シフトデータを備えることができる。

【0058】

装置は、複数の速度仮説を生成するための速度仮説ユニット１０４も備える。複数の速度仮説は、最も近時のまたは現在のエポックからのナビゲーション・エンジン出力に基づいて生成される。例示的な構成において、現在のエポックからのナビゲーション・エンジン出力は、最も近時の速度解および最も近時のクロック・ドリフト解を備えることができる。図１の例示的な構成において、現在のエポックからのナビゲーション・エンジン出力は、ナビゲーション・エンジン１００によって決定された予測速度およびクロック・ドリフトを備える。本文書の残りの部分において、「速度予測」という用語は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向における予測速度ならびに予測クロック・ドリフトを含むベクトルを包含する。速度予測は、現在の速度解およびクロック・ドリフト解に、システム動的方程式の遷移行列（例えば、カルマン・フィルター動的方程式における行列「Ａ」）を乗算したものを備える。例示的な方法および装置において、速度仮説は、速度におけるデルタをナビゲーション・エンジン出力に加算することによって生成されることができ、これは図１の場合、速度予測である。

【0059】

装置は複数の相関器も備え、これらの相関器は、図１の例示的な装置において、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）ユニット１０６ａ～１０６ｎによって提供される。ＤＦＴユニット１０６ａ～１０６ｎを用いた相関のプロセスが以下で詳細に説明される。ＤＦＴユニット１０６ａ～１０６ｎを用いた相関は、複数のベースバンド処理ユニット１０８ａ～１０８ｎによって生成された、アーリー・コード相関サンプル、プロンプト・コード相関サンプルおよびレイト・コード相関サンプルのうちの１つまたは複数において行われることができる。図１の例示的な装置において、プロンプト・コード相関サンプルが用いられる。特に、各チャネルからのプロンプト・コード相関サンプルは、長相関のために複数のＤＦＴユニット１０６ａ～１０６ｎに渡される前に、変調ビット除去ユニット１１０ａ～１１０ｎによって受信される。

【0060】

装置は複数の積分ダンプ・ユニット１１２ａ～１１２ｎも備え、この積分ダンプ・ユニットは、アーリー・コード相関サンプル、プロンプト・コード相関サンプルおよびレイト・コード相関サンプルを受信し、それらを時間にわたって積分して雑音を平均化した後、積分されたアーリー・コード相関サンプル、プロンプト・コード相関サンプルおよびレイト・コード相関サンプルを複数のコード位相推定ユニット１１４ａ～１１４ｎに渡し、このコード位相推定ユニットは、位置およびクロック・オフセット予測に基づいてコード位相を推定し、コード位相推定値をナビゲーション・エンジン１００に渡すように構成される。

【0061】

例示的な装置において、ＧＮＳＳ受信機の各チャネルは、ベースバンド処理ユニット１０８ａ～１０８ｎと、積分ダンプ・ユニット１１２ａ～１１２ｎと、コード位相推定ユニット１１４ａ～１１４ｎと、変調ビット除去ユニット１１０ａ～１１０ｎと、ＤＦＴユニット１０６ａ～１０６ｎとを備える。

【0062】

ナビゲーション・エンジン１００は、ナビゲーション解、したがって速度予測の推定精度を示す分散データ１１６を速度仮説ユニット１０４に転送するように構成される。ナビゲーション・エンジンはまた、ナビゲーション・エンジン出力（速度予測を含む）１１８およびＬＯＳデータ１２０を転送するように構成され、ＬＯＳデータ１２０は、受信機アンテナから衛星アンテナ位置を指し示すＬＯＳベクトルを備える。予想観測ドップラー周波数を計算するために、衛星速度および受信機速度はＬＯＳベクトルに投影される。以下で説明されるように、速度仮説ユニット１０４において受信されるナビゲーション・エンジン出力１１８は、速度仮説を導出するのに用いられることができる。

【0063】

例示的な方法および装置において、データの転送は、１つのエンティティによる電気信号の生成と、別のエンティティによるこれらの電気信号の受信とを包含することに留意されたい。転移は送信を備えることができる。送信は、有線接続を介したものであってもよく、プロセッサ内で行われてもよい。

【0064】

ナビゲーション・エンジン１００はまた、更なるナビゲーション・エンジン出力１１９および衛星ごとのＬＯＳデータ１２０を中央パラメータ生成器（ＣＰＧ）１２２に転送するように構成される。更なるナビゲーション・エンジン出力１１９は、ナビゲーション解予測を備えることができ、ナビゲーション解予測は、例えば、現在のナビゲーション解に、ナビゲーション・エンジン１００において実行されるシステム動的方程式の遷移行列（例えば、カルマン・フィルター動的方程式の行列「Ａ」）を乗算することによって計算されることができる。ＣＰＧ１２２は、更なるナビゲーション・エンジン出力を、衛星ごとのＬＯＳベクトルにマッピングし、衛星ごとの予測キャリア周波数およびコード位相を決定する。ＣＰＧ１２２は、予測キャリア周波数を、ベースバンド処理ユニット１０８ａ～１０８ｎにおけるキャリア生成器１２６ａ～１２６ｎに転送し、予測コード位相を、ベースバンド処理ユニット１０８ａ～１０８ｎにおけるコード生成器１２８ａ～１２８ｎに転送する。キャリア生成器１２６ａ～１２６ｎおよびコード生成器１２８ａ～１２８ｎは、キャリアワイプオフのためのキャリアおよびコードのレプリカを、多数の（the multiple of）アーリー・コード相関サンプル、プロンプト・コード相関サンプルおよびレイト・コード相関サンプルの作成のための対応するキャリア周波数、コード位相およびチッピングレートを用いて生成するように構成される。

【0065】

例示的な方法および装置において用いられることができる複数の信号および式が以下に定義される。

【0066】

まず、ＧＮＳＳ受信機のアンテナにおいて受信される信号は、付加雑音によって破損された複数の衛星信号の和としてモデル化されることができる。この受信された複素ベースバンド信号は、以下のように書かれることができる。

【0067】

ｒ（ｔ）＝ｇ（ｔ）＋ｎ（ｔ） （１）
ここで、

【数1】

【0068】

および

【数2】

【0069】

である。

【0070】

ここで、
・Ｋは衛星の数であり、
・ｇ_ｋ（ｔ）は、衛星ｋからの雑音のない受信信号成分であり、
・ｇ（ｔ）は、雑音のない受信信号であり、
・ｎ（ｔ）は、加法的白色ガウス雑音であり、
・ｓ_ｋ（ｔ）は、対応する疑似ランダム雑音（ＰＲＮ）コードおよび個々の変調ビットを有する、衛星ｋからのベースバンド送信信号であり、
・［ｈ_ｋ，ω_ｋ，τ_ｋ，Ω，Ｔ］^Ｔ≡θ_ｋは、以下の追跡関連パラメータからなるベクトルであり、［．．．］^Ｔは行列転置を表し、
○ｈ_ｋは、衛星ｋの複素振幅であり、
○ω_ｋは、衛星ｋのドップラー周波数であり、
○τ_ｋは、衛星ｋの伝播遅延であり、
○Ｔは、衛星と無関係の、ローカル・クロック・オフセットによって生じる見かけ共通遅延（apparent common delay）であり、
○Ωは、衛星と無関係の、ローカル・クロック・ドリフトによって生じる見かけ共通周波数（apparent common frequency）である。

【0071】

上記において、受信信号のＬＯＳ成分のみが検討され、マルチパス効果は無視される。更に、小さな大気効果も無視される。

【0072】

装置が位置するＧＮＳＳ受信機のナビゲーション状態は、時変位置、速度および時間（ＰＶＴ）ベクトルによって記述されることができる。ＰＶＴベクトルの任意の部分は、本明細書においてナビゲーション・データとみなされる。

【0073】

ｐ＝［ｘ ｙ ｚ δ ｘ’ ｙ’ ｚ’ δ’］^Ｔ
ここで、
・ｘ、ｙ、ｚは、ＧＮＳＳ受信機の時変３次元位置を示し、
・ｘ’、ｙ’、ｚ’は、ＧＮＳＳ受信機の時変３次元速度を示し、
・δ、δ’は、ＧＮＳＳ受信機のローカル・クロック・オフセットおよびローカル・クロック・ドリフトを示し、
・（．．．）’は一次導関数を示す。

【0074】

所与のｐおよび既知の天体暦を有する所与の衛星コンステレーションについて、受信機アンテナから衛星ｋのアンテナ位置を指し示すＬＯＳベクトル

【数3】

【0075】

が導出されることができる。θ（上記で定義済み）内の複素振幅ｈ_ｋを除いて、ｐをθに変換する標準的なマッピング関数

【数4】

【0076】

が決定されることができる。電離層歪みはある程度既知であり、衛星によってブロードキャストされるが、衛星からＧＮＳＳ受信機への衛星信号の送信についてのチャネル状態情報（ＣＳＩ）、特に位相情報は未知であることに主に起因して、複素振幅は決定されることができない。

【0077】

拡張速度ベクトルｖ＝［ｘ’ ｙ’ ｚ’ δ’］^Ｔのためのコヒーレント推定方式および非コヒーレント推定方式の双方を以下のように定式化することができ、ここで、中央ＰＶＴベクトル

【数5】

【0078】

は、各推定反復における基礎としての役割を果たす。以下で説明されるように、ｈ_ｋは前の追跡エポックからまたは衛星信号取得のための従来の技法から既知であることが想定される。

【0079】

上記で論考したように、上記で信号モデルの一部として定義されたベクトルθにおける残りの追跡パラメータは、ｐを通じて相互に制約され、マッピング関数

【数6】

【0080】

から決定されることができる。ｐまたはｐの任意のサブセットの最大尤度（ＭＬ）推定は、背景技術セクションにおいて論考したアーキテクチャ等のスカラー追跡アーキテクチャにおいて通常行われるようなθの完全な中間推定値を必要としない。代わりに、対数尤度関数は、ｖに関して以下のように直接最大化することができ、これは、ＰＶＴドメイン追跡、共同パラメータ推定またはベクトル追跡と呼ばれる。

【数7】

【0081】

ここで、
・

【数8】

【0082】

は、ｖの推定値を表し、
・

【数9】

【0083】

は、

【数10】

【0084】

に投影されたｖ^（ｉ）を表し、
・

【数11】

【0085】

は、実数部を表し、
・（．．．）^＊は、複素共役を表し、
・

【数12】

【0086】

は、衛星ｋに関連付けられたＬＯＳベクトルを用いて追跡パラメータ・ドメインに変換された更なるナビゲーション・エンジン出力１１９に対応するベクトルθを表す。

【0087】

ここでは、衛星間の相互相関を無視するが、これはＧＮＳＳにおけるＰＲＮコード特性にとって妥当であり、ｖ^（ｉ）は、ｉ番目の拡張速度仮説を表す。

【0088】

実際には、ｈ_ｋが推定されるべきであり、これは、比較的強力な信号についてのみ可能である。弱い信号の場合、式（４）は、ｈ_ｋに対する依存を除去するように更に展開されることができる。この目的で、ｖの非コヒーレント推定が、以下に示されるように導出されることができる。

【数13】

【0089】

ここで、ｎは、通常、１または２である。上記は、ｖの２つの推定、すなわち、位相ロック・ループ（ＰＬＬ）用途および／または中／高Ｃ／Ｎ_０環境での使用に適した、式（４）におけるコヒーレント推定と、周波数ロック・ループ（ＦＬＬ）用途および／またはキャリア追跡に関する比較的弱い受信衛星信号での使用に適した、式（５）における非コヒーレント推定値とを提示する。本文書の残りの部分において、非コヒーレント推定のみが論考される。

【0090】

ナビゲーション・エンジン１００は、カルマン・フィルターを用いてナビゲーション解を生成することができる。観測が拡張速度ベクトルｖと全ての衛星の従来のコード位相との混合であり、ローカル・クロック・オフセットが新たな観測ベクトルであると定義すると、カルマン・フィルターのためのモデルは、以下の動的方程式（６）および速度関連観測方程式に基づいて定式化されることができる。

【0091】

ｐ［ｎ＋１］＝Ａｐ［ｎ］＋ｚ［ｎ］ （６）
式（６）において、Ａは遷移行列であり、ｚ［ｎ］はプロセス雑音である。

【0092】

ここで、ＧＮＳＳ信号を追跡するための例示的な方法が、図２、ならびに上記で与えられた信号および式を参照して説明される。

【0093】

ナビゲーション・エンジン１００は、ナビゲーション・エンジン出力（この場合は、速度予測）１１８を速度仮説ユニット１０４に、更なるナビゲーション・エンジン出力（この場合は、ナビゲーション予測）１１９をＣＰＧ１２２に転送する（２００）。ナビゲーション・エンジン出力１１８および更なるナビゲーション・エンジン出力１１９は、現在のエポックのためのナビゲーション解に基づく。ナビゲーション解は、本明細書において開示される方法の前の反復中にナビゲーション・エンジン１００において実行されるカルマン・フィルター等の動的モデルにおいて到達されることができる。代替的に、ナビゲーション解は、衛星信号取得のための従来の技法を用いたＧＮＳＳ受信機の初回測位（first fix）、およびその後のナビゲーション解の最小二乗推定によって到達することができる。開示される例示的な方法および装置において、ナビゲーション・エンジン１００は、ＬＯＳデータ１２０を速度仮説ユニット１０４およびＣＰＧ１２２にも転送する。

【0094】

ステップ２０２において、ＣＰＧ１２２は、マッピング関数

【数14】

【0095】

を生成し、衛星のためのＬＯＳデータ１２０を用いて更なるナビゲーション・エンジン出力１１９をマッピングし、衛星ごとに予測キャリア周波数およびコード位相を決定する。ＣＰＧ１２２は、予測キャリア周波数を、キャリア生成器１２６ａ～１２６ｎに転送し、予測コード位相を、ベースバンド処理ユニットｓ１０８ａ～１０８ｎにおけるコード生成器１２８ａ～１２８ｎに転送する。

【0096】

速度仮説ユニット１０４は、少なくとも受信した速度予測１１８に基づいて複数の速度仮説を生成する（２０４）。速度仮説ユニット１０４は、現在のナビゲーション・エポックからのものである速度予測１１８を用いて、複数の速度仮説を生成する。速度仮説ユニット１０４は、少なくとも速度予測（すなわち、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に沿った予測速度および予測クロック・ドリフト）１１８の値に対し、予測速度変化および予測クロック・ドリフト変化を加算および／または減算することによって、複数の速度仮説のうちの少なくともいくつかを生成することができる。予測された変化は、ナビゲーション・エンジン１００によって速度仮説ユニット１０４に転送されることもできる、分散データ１１６等の１つまたは複数の制約と、慣性ナビゲーションシステムから受信されたデータと、地理的マップ・データまたは他の外部情報源に基づいて決定されることができる、物理環境によって提供される任意の制約とに基づいて決定されることができる。

【0097】

例示的な方法および装置において、速度仮説ユニット１０４は、前のナビゲーション・エポックおよび上記で論考した制約のうちの１つまたは複数から、速度予測１１８である中心仮説ｖ^（０）［ｎ］を決定することができる。次に、速度仮説ユニット１０４は、上述した制約のうちの１つまたは複数に基づいて１つまたは複数のデルタ値を決定し、中心仮説に／からこのデルタ値を加算および／または減算することによって、複数の速度仮説ｖ^（ｉ）［ｎ］∀＞０の残りの部分を決定することができる。複数の速度仮説の残りの部分は各々、仮説を立てられた［ｘ’ ｙ’ ｚ’ δ’］^Ｔを備える。

【0098】

したがって、例示的な複数の速度仮説は、ｖ^（ｉ）［ｎ］，ｉ≧０として表されることができ、特定の例では、以下を含むことができる。

【表1】

【0099】

ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸ならびにクロック・ドリフトのうちの１つまたは複数における複数のデルタ値の加算および／または減算に基づいて追加の速度仮説が生成されることができることに留意されるべきである。更に、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の各々におけるデルタ値は、異なることができる。

【0100】

ナビゲーション・エンジン１００から受信されたＬＯＳベクトルデータ１２０に基づいて、速度仮説ユニット１０４は、マッピング関数を決定する（２０６）。マッピング関数を用いて、速度仮説ユニット１０４は、衛星ごとに

【数15】

【0101】

を用いて、複数の速度仮説の各々をＬＯＳベクトルに変換する（２０８）。これは、複数の変換された速度仮説１３２を生じ、各変換された速度仮説は、衛星ごとに１つのドップラー推定値とクロック・ドリフトとの組を備える。クロック・ドリフトは、変換による影響を受けず、速度仮説において、変換された速度仮説におけるものと同じであることに留意されたい。

【0102】

速度仮説ユニット１０４は、複数の速度仮説１３０および複数の変換された速度仮説１３２を仮説決定器１０２に転送する（２１０）。

【0103】

したがって、ここで仮説決定器１０２は、複数の速度仮説１３０および複数の変換された速度仮説を備え、各変換された速度仮説は、衛星ごとおよび速度仮説ごとにドップラー推定値とクロック・ドリフトとの組を備える。各ドップラー推定値は、速度仮説に基づいて、対応する衛星から受信された衛星信号についての予想ドップラー・シフトを提供する。

【0104】

複数の変換速度仮説ｆ（ｖ^（ｉ）［ｎ］），ｉ≧０のうちの１つから導出された予想ドップラー・シフトを備える第１の信号と、真のドップラー・シフトを備え、複数の衛星信号（図１の場合、プロンプト・コード相関サンプル）のうちの１つから導出された第２の信号との間で相関がとられる（２１２）。これらの対応する第１の信号および第２の信号は、各々同じ衛星に関する。

【0105】

対応する第１の信号および第２の信号は、単一の速度仮説に関係する複数の組にグループ化することができる。例えば、対応する第１の信号および第２の信号の各組は、以下を備えることができる。

【0106】

・受信衛星信号、例えば衛星ごとのプロンプト・コード相関サンプルの異なる１つから各々が導出され、各々が真のドップラー・シフトを備える、複数の第２の信号、および
・各々が同じ衛星信号の予想ドップラー・シフトを備え、全てが単一の速度仮説に基づく、複数の第１の信号。

【0107】

各相関器は、予想ドップラー・シフトと真のドップラー・シフトとの間の相関を示す相関値を出力する。相関値は、第１の信号および第２の信号の組に関する相関値の組にグループ分けすることもできる。例示的な方法および装置において、相関値の組は、衛星ごとの、全てが単一の速度仮説に関係する、第１の信号および第２の信号の相関値を備えることができる。

【0108】

図２の例示的な方法において、相関は、ＤＦＴユニット１０６ａ～１０６ｎによって行われ、ＤＦＴユニット１０６ａ～１０６ｎは、ベースバンド処理ユニット１０８ａ～１０８ｎの各々によって出力されたプロンプト・コード相関サンプルに対しＤＦＴを行う。

【0109】

ＤＦＴユニット１０６ａ～１０６ｎは、ＧＮＳＳ受信機のそのチャネルにおいて受信された衛星信号のための予想ドップラー・シフトをカバーする周波数範囲内でＤＦＴを行うように構成される。例示的な構成において、ＤＦＴユニット１０６ａ～１０６ｎは、周波数ビン間隔が、ＤＦＴ窓長の逆数となり、スペクトルカバレッジが全ての速度仮説をカバーするのに十分広くなるように構成される。ＤＦＴは、受信衛星信号ごとに行われる。ＤＦＴユニット１０６ａ～１０６ｎは、ＤＦＴ結果１３４ａ～１３４ｎを仮説決定器１０２に転送する（２１４）。

【0110】

ＤＦＴは、周波数範囲にわたる複数の相関とみなされることができる。すなわち、所与の信号のＤＦＴは、周波数範囲内で等しく離間された周波数（周波数ビン）における複数の更なる信号とのその信号の相関を表す。ＤＦＴの出力は、周波数値および大きさ（相関値を表す）を備え、これは、信号のための周波数スペクトルを与えるようにプロットされることができる。したがって、ＤＦＴが、所与の速度仮説に関する予想ドップラー・シフトを包含する周波数範囲にわたると仮定すると、予想ドップラー・シフトの周波数に関する大きさは、その速度仮説のための相関値を表す。

【0111】

したがって、ＤＦＴユニット１０６ａ～１０６ｎからの各ＤＦＴ出力は、大きさおよび周波数の複数の対を備える。相関値は、予想ドップラー・シフトの周波数に関係するＤＦＴ大きさ値を選択することによって決定される。

【0112】

ナビゲーション・メッセージは、送信前の全ての衛星のキャリア信号上に変調される連続データ・ストリームである。変調ビット除去ユニット１１０ａ～１１０ｎは、これらの変調データビットをプロンプト・コード相関サンプルから除去し、数ミリ秒にわたってこれを事前に積分する。事前に積分されたサンプルはバッファリングされ、その後、更なる相関のためにＤＦＴユニット１０６ａ～１０６ｎに転送される。変調ビットの除去によって、クロック安定性に依存して、１１０ａ～１１０ｎにおいて最大で数百ミリ秒までの時間フレームにわたってプロンプト・コード相関サンプルの積分が可能になる。これは、いくつかのＧＮＳＳ受信機において通常用いられる積分時間がはるかに短い（最大で２０ミリ秒）ことと対照的である。長コヒーレント積分の利点は、ＤＦＴユニット１０６ａ～１０６ｎにおける追跡感度および周波数分解能が積分長に比例するので、これらの追跡感度および周波数分解能が高くなることである。

【0113】

変調ビット除去ユニット１１０ａ～１１０ｎは、ナビゲーション・メッセージ１４０ａ～１４０ｎのコピーを受信する。ナビゲーション・メッセージのコピーは、受信機において衛星信号を復号することによって生成される。変調ビット除去ユニット１１０ａ～１１０ｎは、ナビゲーション・メッセージのそのコピーを用いて、プロンプト・コード相関サンプルにおけるビットフリップを除去し、その後更なる積分を行う。これは、例えば、変調ビットを相殺するために、プロンプト・コード相関サンプルにナビゲーション・メッセージのコピーを乗算することによって行うことができる。これによって、ナビゲーション・メッセージの複数のビットにわたる積分における打ち消し合う重ね合わせ（destructive superposition）を防ぎ、より長い積分時間を可能にする。これにより、次に、ＤＦＴユニット１０６ａ～１０６ｎによって行われるＤＦＴの周波数分解能が増大する。内部ナビゲーション・メッセージバッファからの変調ビットを受信するとき、変調ビット除去ユニット１１０ａ～１１０ｎは、週内時刻信号を用いて、いずれの変調ビットが現在のプロンプト・コード相関出力に適用可能であるかを決定する。変調ビットが適用可能でない場合、数百ミリ秒ではなく、２０ミリ秒の長さのコヒーレント積分がＤＦＴユニット１０６ａ～１０６ｎにおいて構成される。

【0114】

仮説決定器１０２は、単一の速度仮説に関係する全ての受信衛星信号にわたって相関値を合算する（２１６）ように構成される。すなわち、仮説決定器１０２は、全て単一の速度仮説に関係する相関値の組内の相関値を合算するように構成される。合算は、速度仮説ごとに仮説決定器１０２によって繰り返される。実際には、仮説決定器１０２は、上記の式（５）を用いて合算を行うことができる。仮説決定器１０２は、最も可能性の高い速度仮説を、最も大きな合算に関係する速度仮説であると決定する（２１８）。

【0115】

仮説決定器１０２は、最も可能性の高い速度仮説１３６に関係するデータをナビゲーション・エンジンに転送する（２２０）。図２の例示的な方法において、仮説決定器１０２は、実際の最も可能性の高い速度仮説をナビゲーション・エンジン１００に転送する。ナビゲーション・エンジン１００は、新たなカルマン・フィルター観測ベクトルにおける最も可能性の高い速度仮説を、コード位相推定値（以下に論考される）と共に用いて、カルマン・フィルター観測ベクトルおよびｐ^（０）［ｎ］に基づいてナビゲーション解の次のエポックおよびナビゲーション・エンジン出力を決定する（２２２）。

【0116】

例示的な方法および装置において、アーリー、プロンプトおよびレイト・コード相関サンプルは、ベースバンド処理ユニット１０８ａ～１０８ｎから積分ダンプ・ユニット１１２ａ～１１２ｎに転送されることもでき、ここで、積分は通例の方式で行われる。積分されたアーリー、プロンプトおよびレイト・コード相関サンプルは、コード位相推定ユニット１１４ａ～１１４ｎに転送され、コード位相推定ユニット１１４ａ～１１４ｎは、これらの相関サンプルに基づいて通例の方式でコード位相推定値を決定する。コード位相推定値１３８ａ～１３８ｎは、ナビゲーション・エンジン１００に送信され、観測ベクトルに加算され、ナビゲーション・エンジンによって、ナビゲーション解の次のエポックと、速度仮説ユニット１０４およびＣＰＧ１２２に提供されることになる次のナビゲーション・エンジン出力とを決定するために用いられる。

【0117】

例示的な方法および装置において、仮説決定器１０２は、合算が閾値より大きいことに依存して、上記で論考した相関値の最も大きな合算に関連付けられた最も可能性の高い速度仮説を決定するように構成される。閾値は、選択された仮説が真に最も可能性の高い仮説であり、単に雑音ではないことを確実にするように決定される。仮説決定器１０２は、閾値検出器を備えることができ、閾値検出器は、極度に弱い信号を追跡するとき、ロックロス検出器としての役割を果たす。同様に、最後の既知のナビゲーション解（信号損失前）は、衛星を再取得することができるのに十分正確であるはずであるため、例示的な方法および装置は、信号損失後の、例えば建物に入るときの衛星信号の再取得のために用いられることができる。

【0118】

図３は、ＧＮＳＳ衛星信号を追跡するための例示的な装置のブロック概略図を示す。図３の特徴の多くは、図１に関連して既に上記で論考したものと同じかまたは類似である。これらの特徴は、「１」の代わりに「３」で始まることを除いて、図１におけるのと同じ参照符号を有し、これらが図３の装置の動作に関係しない限り再び論考されない。

【0119】

図３の例示的な構成において、仮説決定器３０２は、上記で図１および図２に関係して説明された方法を用いて、最も可能性の高い速度仮説を決定するように構成される。図３の装置の場合、仮説決定器３０２によってナビゲーション・エンジン３００に転送される最も可能性の高い速度仮説に関係するデータは、衛星ごとのドップラー推定値３３６ａ～３３６ｎおよびクロック・ドリフト推定値３３７を備える。仮説決定器３０２は、最も可能性の高い速度仮説を決定し、次に、その最も可能性の高い速度仮説に対応する複数の変換された速度仮説から、変換された速度仮説を特定する。次に、仮説決定器３０２は、ドップラー推定値３３６ａ～３３６ｎおよびクロック・ドリフト推定値３３７の対応する組をナビゲーション・エンジン３００に転送する。

【0120】

ナビゲーション・エンジン３００は、カルマン・フィルターにおけるドップラー推定値３３６ａ～３３６ｎおよびクロック・ドリフト推定値３３７およびコード位相推定値３３８ａ～３３８ｎを用いて、次のナビゲーション解を提供するように構成される。

【0121】

図３の装置の利点は、この装置が、既知のＧＮＳＳ受信機のナビゲーション・エンジンにおいて実行される標準的なカルマン・フィルターと共に用いられることができることである。観測ベクトルは、ドップラー推定値３３６ａ～３３６ｎおよびコード位相推定値３３８ａ～３３８ｎを含むので、ナビゲーション・エンジンにおいて用いられるカルマン・フィルターの変更は必要とされない。したがって、図３の装置は、既存のＧＮＳＳ受信機に、より容易に統合化されることができる。

【0122】

図４は、ＧＮＳＳ衛星信号を追跡するための更なる例示的な装置のブロック概略図を示す。図４の特徴の多くは、上記で図１および図３に関して既に論考したものと同じまたは類似である。これらの特徴は、「１」または「３」の代わりに「４」で始まることを除いて、図１および図３におけるのと同じ参照符号を有し、これらが図４の装置の動作に関係しない限り再び論考されない。

【0123】

図４において、予想ドップラー・シフトを含む周波数範囲にわたるＤＦＴを行うように構成されたＤＦＴユニットではなく、各チャネルにおける特定の相関器４０６ａ～４０６ｎが用いられる。相関器４０６ａ～４０６ｎは、ハードウェアまたはソフトウェアにおいて具現化されることができる。実際、相関器４０６ａ～４０６ｎは、依然としてＤＦＴを行うように構成されることができるが、ただし、そのＤＦＴは、予想ドップラー・シフトに対応する単一の周波数ビン（または複数の選択された周波数ビン）においてのみ計算される。

【0124】

相関器４０６ａ～４０６ｎは、予想ドップラー・シフトを備える速度仮説ユニット４０４からの第１の信号４３２、および真のドップラー・シフトを備える第２の信号４４２ａ～４４２ｎを受信するように構成される。各チャネルにおける相関器４０６ａ～４０６ｎは、第１の信号と第２の信号との間の相関を示す値を出力する（４３４ａ～４３４ｎ）ように構成される。図４に示されるように、第１の信号４３２は、速度仮説ユニット４０４からの変換された速度仮説から導出されることができ、所与の衛星および所与の速度仮説ごとに、予想ドップラー・シフトを表すことができる。上記で説明したように、第２の信号は、プロンプト・コード相関サンプルから導出される。

【0125】

相関器４０６ａ～４０６ｎは、相関を並列に実行するように構成された、例えば速度仮説ごとに１つの、各チャネルにおける複数のまたは一列の相関器として具現化されることができることが留意されるべきである。そのような構成において、チャネルにおける各相関器は、所与の速度仮説およびチャネルに関係する所与の衛星についての予想ドップラー・シフトを表す生成信号を受信することができる。代替的に、一連の相関を行うように構成された各チャネルに単一の相関器４０６ａ～４０６ｎが存在してもよく、第２の信号４４２ａ～４４２ｎと生成信号との間の各一連の相関は、複数の速度仮説のうちの異なる速度仮説についての予想ドップラー・シフトを表す。

【0126】

したがって、各チャネルにおける相関器４０６ａ～４０６ｎは、各々が複数の速度仮説のうちの異なる速度仮説に関係する複数の相関値４３４ａ～４３４ｎを決定するように構成される。

【0127】

各相関器４０６ａ～４０６ｎは、決定された相関値を仮説決定器４０２に転送する。仮説決定器４０２は、速度仮説ごとに全ての衛星にわたって相関値を合算するように構成される。次に、上記で説明されたように、仮説決定器４０２は、最も可能性の高い速度仮説を決定し、その最も可能性の高い仮説に関係するデータ４３６をナビゲーション・エンジン４００に転送することができる。最も可能性の高い速度仮説に関係するデータは、最も可能性が高い速度仮説自体ならびに／または最も可能性の高い速度仮説に関係する推定ドップラーおよび推定クロック・ドリフトを備えることができる。

【0128】

コンピュータ・プログラムは、上記で説明した方法のうちの任意のものを提供するように構成されることができる。コンピュータ・プログラムは、コンピュータ可読媒体上に提供されることができる。コンピュータ・プログラムは、コンピュータ・プログラム製品とすることができる。製品は、非一時的コンピュータ使用可能ストレージ媒体を備えることができる。コンピュータ・プログラム製品は、方法を実行するように構成された媒体において具現化されたコンピュータ可読プログラムコードを有することができる。コンピュータ・プログラム製品は、少なくとも１つのプロセッサに、本方法の一部または全てを実行させるように構成されることができる。

【0129】

本明細書において、様々な方法および装置が、コンピュータにより実施される方法、装置（システムおよび／またはデバイス）および／またはコンピュータ・プログラム製品のブロック図またはフローチャート図を参照して説明される。ブロック図および／またはフローチャート図のブロック、ならびにブロック図および／またはフローチャート図におけるブロックの組み合わせは、１つまたは複数のコンピュータ回路によって実行されるコンピュータ・プログラム命令によって実施されることができることが理解される。これらのコンピュータ・プログラム命令は、汎用コンピュータ回路、専用コンピュータ回路のプロセッサ回路、および／または他のプログラマブル・データ処理回路に提供され、コンピュータおよび／または他のプログラマブル・データ処理装置のプロセッサを介して実行される命令が、トランジスタ、メモリ・ロケーションに記憶された値、およびそのような回路部内の他のハードウェア・コンポーネントを変換および制御して、ブロック図および／またはフローチャートの単数または複数のブロックにおいて指定された機能／動作を実施し、それによってブロック図および／またはフローチャートのブロックにおいて指定された機能／動作を実施するための手段（機能性）および／または構造をもたらすようなマシンを作成することができる。

【0130】

コンピュータ・プログラム命令は、コンピュータ可読媒体に記憶された命令が、ブロック図および／またはフローチャートの単数または複数のブロックにおいて指定された機能／動作を実施する命令を含む製品を作成するような特定の方式で機能するように、コンピュータまたは他のプログラマブル・データ処理装置に指示することができるコンピュータ可読媒体に記憶されることもできる。

【0131】

有形の非一時的コンピュータ可読媒体は、電子、磁気、光、電磁、または半導体データストレージシステム、装置またはデバイスを含むことができる。コンピュータ可読媒体の更に詳細な例は、以下、すなわち、ポータブル・コンピュータ・ディスケット、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）回路、リードオンリー・メモリ（ＲＯＭ）回路、消去可能プログラマブル・リードオンリー・メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）回路、ポータブル・コンパクト・ディスク・リードオンリー・メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、およびポータブル・デジタル・ビデオ・ディスク・リードオンリー・メモリ（ＤＶＤ／Ｂｌｕ－ｒａｙ）を含む。

【0132】

コンピュータ・プログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラマブル装置上で実行される命令が、ブロック図および／またはフローチャートの単数または複数のブロックにおいて指定された機能／動作を実施するためのステップを提供するように、コンピュータおよび／または他のプログラマブル装置において実行される一連の動作ステップに、コンピュータにより実施されるプロセスを作成させるために、コンピュータおよび／または他のプログラマブル・データ処理装置上にロードされることもできる。

【0133】

したがって、本発明は、集合的に「回路」、「モジュール」と呼ばれる場合があるプロセッサまたはその変形において実行されるハードウェアおよび／またはソフトウェア（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）において具現化されることができる。

【0134】

いくつかの代替的な実施態様において、ブロックに示された機能／動作は、フローチャートに示す順序と異なる順序で行われてもよいことにも留意されるべきである。例えば、連続して示される２つのブロックは、実際には、関与する機能／動作に依存して、実質的に同時に実行されてもよく、またはブロックは場合によっては逆の順序で実行されてもよい。更に、フローチャートおよび／もしくはブロック図の所与のブロックの機能は、複数のブロックに分割されてもよく、かつ／または、フローチャートおよび／もしくはブロック図の２つ以上のブロックの機能は、少なくとも部分的に統合化されてもよい。最終的に、示されるブロック間に他のブロックが追加／挿入されてもよい。

【0135】

当業者は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を考案することが可能であろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】