JP4911220B2 - 衛星信号捕捉方法及び衛星信号受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、衛星信号捕捉方法及び衛星信号受信装置に関する。

測位用信号を利用した測位システムとしては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が広く知られており、携帯型電話機やカーナビゲーション装置等に内蔵されたＧＰＳ受信装置に利用されている。ＧＰＳ受信装置は、複数のＧＰＳ衛星の位置や各ＧＰＳ衛星から受信装置までの擬似距離等の情報に基づいて受信装置の位置を示す３次元の座標値と時計誤差とを求める位置算出処理を行う。

ＧＰＳ衛星信号は、スペクトラム拡散変調方式として古くから知られるＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式で拡散変調された通信信号の一種である。ＧＰＳ衛星がＧＰＳ衛星信号を発信する際の周波数（搬送波周波数）は、１．５７５４２［ＧＨｚ］であるが、ＧＰＳ衛星や受信装置の移動により生ずるドップラーの影響等に起因して、ＧＰＳ受信装置が実際に受信する周波数は、必ずしも搬送波周波数とは一致しない。そのため、ＧＰＳ受信装置は、受信信号の中からＧＰＳ衛星信号を捕捉するための周波数サーチを行って、捕捉周波数を決定する。

捕捉周波数は、ＧＰＳ衛星信号を受信した受信信号と、ＧＰＳ衛星信号の拡散符号のレプリカであるレプリカ信号との相関演算を、周波数及びコード位相を変化させながら行って（いわゆる周波数方向及び位相方向の相関演算。周波数サーチや位相サーチとも呼ばれる。）決定する手法が一般的である（例えば特許文献１）。

特開２００７−２５６１１１号公報

周波数方向の相関演算において、ＧＰＳ衛星は高速で移動しているため、ＧＰＳ衛星の移動に伴うドップラーの影響は無視し難く、ＧＰＳ受信装置が実際に受信する周波数には、ドップラー周波数による大きな誤差が含まれ得る。また、ＧＰＳ受信装置内のローカルクロックの誤差（時計誤差）に起因する周波数誤差も生じ得る。従って、ＧＰＳ受信装置は、想定される周波数誤差範囲内で周波数を細かく変化させながら、受信信号とレプリカ信号との相関演算を行う。このため、周波数サーチに多くの時間を費やし、ＧＰＳ衛星信号の捕捉に要する時間が増大するという問題があった。

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、衛星信号の捕捉に要する時間を短縮す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の形態は、測位用衛星からの衛星信号を受信した第１〜第３の受信信号を用いて、前記衛星信号の拡散符号を差動化した差動化符号を生成することと、前記差動化符号と、前記拡散符号のレプリカである拡散符号レプリカとを用いた所定の相関処理を行って相関値を取得することと、前記相関値に基づいて前記衛星信号を捕捉することと、を含む衛星信号捕捉方法である。

また、他の形態として、測位用衛星からの衛星信号を受信する受信部と、前記受信部により受信された受信信号と、当該受信信号を所定の遅延時間分遅延させた遅延信号とを用いて、前記衛星信号の拡散符号を差動化した差動化符号を生成する差動化部と、前記差動化符号と、前記拡散符号のレプリカである拡散符号レプリカとを用いた所定の相関処理を行って相関値を取得する相関処理部と、前記相関値に基づいて前記衛星信号を捕捉する捕捉部と、を備えた衛星信号受信装置を構成してもよい。

この第１の形態等によれば、測位用衛星からの衛星信号を受信した第１〜第３の受信信号を用いて、衛星信号の拡散符号を差動化した差動化符号を生成する。そして、生成した差動化符号と拡散符号レプリカとを用いた所定の相関処理を行って相関値を取得し、当該相関値に基づいて衛星信号を捕捉する。

衛星信号の拡散符号を差動化した差動化符号は、受信信号の周波数に関わらず、第１〜第３の３種類の受信信号を用いて生成可能である。従って、差動化符号と拡散符号レプリカとを用いた相関処理を行い、その相関値に基づいて衛星信号を捕捉することで、周波数方向の相関演算を行うことなく衛星信号の捕捉を行うことが可能となり、衛星信号の捕捉に要する時間を短縮することができる。

また、第２の形態として、第１の形態の衛星信号捕捉方法であって、前記第２の受信信号は、前記第１の受信信号と時間Ｔ異なる信号であり、前記第３の受信信号は、前記第１の受信信号と時間２Ｔ異なる信号である、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。

この第２の形態によれば、第１の受信信号と、第１の受信信号と時間Ｔ異なる第２の受信信号と、第１の受信信号と時間２Ｔ異なる第３の受信信号とを用いて差動化符号を生成する。例えば、受信信号（第１の受信信号）と、第１の受信信号を遅延させることで得られる２種類の遅延信号（第２，第３の受信信号）とを用いることで、衛星信号の拡散符号を差動化した差動化符号を簡単に生成することができる。

また、第３の形態として、第２の形態の衛星信号捕捉方法であって、前記差動化符号を生成することは、前記第２の受信信号を自乗して複素共役を求めることと、前記第１の受信信号と、前記複素共役の信号と、前記第３の受信信号とを乗算することによって前記差動化符号を求めることと、を含む、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。

この第３の形態によれば、第２の受信信号を自乗して複素共役を求める。そして、第１の受信信号と、求めた複素共役の信号と、第３の受信信号とを乗算することによって差動化符号を求める。

また、第４の形態として、第２又は第３の形態の衛星信号捕捉方法であって、前記第１の受信信号と、前記第１の受信信号とは前記時間Ｔと異なる時間Ｔ´異なる第４の受信信号と、前記第１の受信信号とは時間２Ｔ´異なる第５の受信信号とを用いて第２の差動化符号を生成することと、前記第２の差動化符号と前記拡散符号レプリカとを用いた所定の相関処理を行って第２の相関値を取得することと、前記相関値及び前記第２の相関値に基づいて前記衛星信号を捕捉することと、を更に含む衛星信号捕捉方法を構成してもよい。

この第４の形態によれば、第１の受信信号と、第１の受信信号とは時間Ｔ´異なる第４の受信信号と、第１の受信信号とは時間２Ｔ´異なる第５の受信信号とを用いて第２の差動化符号を生成する。そして、第２の差動化符号と拡散符号レプリカとを用いた所定の相関処理を行って第２の相関値を取得し、相関値及び第２の相関値に基づいて衛星信号を捕捉する。第４，第５の受信信号を用いて第２の差動化符号を生成し、第２，第３の受信信号を用いて生成した差動化符号と、第２の差動化符号とを用いて相関処理を行うことで、互いに独立した複数の相関値を取得することができる。そして、取得した複数の相関値に基づいて衛星信号を捕捉することで、衛星信号の捕捉をより精度良く実行できる。

また、第５の形態として、第１〜第４の何れかの形態の衛星信号捕捉方法であって、前記相関値を取得することは、前記拡散符号レプリカを差動化して差動化レプリカを生成することと、前記差動化符号と、前記差動化レプリカとを相関演算することと、を含む、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。

この第５の形態によれば、拡散符号レプリカを差動化して差動化レプリカを生成し、差動化符号と差動化レプリカ信号とを相関演算する。衛星信号の拡散符号を差動化して生成した差動化符号と、拡散符号レプリカを差動化して生成した差動化レプリカとの乗算により、衛星信号を捕捉するための相関値を適切に求めることができる。

また、第６の形態として、第２〜第４の何れかの形態の衛星信号捕捉方法であって、前記拡散符号レプリカは、第１の拡散符号レプリカと、前記第１の拡散符号レプリカとは前記時間２Ｔ異なる第２の拡散符号レプリカと、を含み、前記相関値を取得することは、前記第１の拡散符号レプリカと、前記第２の拡散符号レプリカとを乗算することによって、前記拡散符号レプリカを差動化した差動化レプリカを生成することと、前記差動化符号と、前記差動化レプリカとを相関演算することと、を含む、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。

この第６の形態によれば、第１の拡散符号レプリカと、第１の拡散符号レプリカとは時間２Ｔ異なる第２の拡散符号レプリカとを乗算することによって、拡散符号レプリカを差動化した差動化レプリカを生成する。そして、差動化符号と差動化レプリカとを相関演算する。

また、第７の形態として、第１〜第４の何れかの形態の衛星信号捕捉方法であって、前記相関値を取得することは、前記差動化符号に基づいて前記拡散符号を予測することと、前記予測された拡散符号である予測符号と、前記拡散符号レプリカとを相関演算することと、を含む、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。

この第７の形態によれば、差動化符号に基づいて拡散符号を予測する。そして、予測された拡散符号である予測符号と拡散符号レプリカとを相関演算する。差動化符号に基づいて拡散符号を適切に予測することで、予測符号と拡散符号レプリカとの相関演算の正確性を高めることができる。

また、第８の形態として、第１〜第７の何れかの形態の衛星信号捕捉方法であって、前記受信信号の位相をずらして前記所定の相関処理を行うことによって、相関ピークをサーチすることを更に含み、前記衛星信号を捕捉することは、前記相関ピークに基づいて前記衛星信号を捕捉することであり、周波数をずらして相関ピークのサーチを行うことを不用として衛星信号を捕捉する、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。

この第８の形態によれば、受信信号の位相をずらして所定の相関処理を行うことで、相関ピークをサーチする。そして、相関ピークに基づいて衛星信号を捕捉し、周波数をずらして相関ピークのサーチを行うことを不用として衛星信号を捕捉する。差動化符号と拡散符号レプリカとを用いた相関処理を行うことで取得される相関値は、受信信号に対する周波数方向のサーチを行って得られる相関値に相等する相関値である。そのため、周波数方向のサーチが不用となり、従来において周波数方向のサーチに費やしていた時間を削減することができる。

ＧＰＳ衛星信号捕捉の原理の説明図。 ＧＰＳ衛星信号捕捉の原理の説明図。 ＧＰＳ衛星信号捕捉の原理の説明図。 ＧＰＳ衛星信号捕捉の原理の説明図。 ＧＰＳ衛星信号捕捉の原理の説明図。 ＧＰＳ衛星信号捕捉の原理の説明図。 ＧＰＳ衛星信号捕捉の原理の説明図。 ＧＰＳ衛星信号捕捉の原理の説明図。 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回路構成の一例を示す図。 受信信号差動化回路部の回路構成の一例を示す図。 レプリカ信号差動化回路部の回路構成の一例を示す図。 ベースバンド処理の流れを示すフローチャート。 コード位相検出処理の流れを示すフローチャート。 変形例における衛星信号捕捉部の回路構成の一例を示す図。 変形例における衛星信号捕捉部の回路構成の一例を示す図。 変形例における衛星信号捕捉部の回路構成の一例を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。以下では、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を受信・捕捉するＧＰＳ受信装置（衛星信号受信装置）に本発明を適用した場合について説明する。尚、本発明を適用可能な実施形態が以下説明する実施形態に限定されるわけでないことは勿論である。

１．原理
先ず、ＧＰＳ受信装置が行うＧＰＳ衛星信号捕捉処理（衛星信号捕捉方法）の原理について説明する。
ＧＰＳ衛星は、測位用衛星の一種であり、６つの地球周回軌道面それぞれに４機以上ずつ配置され、原則、地球上のどこからでも常時４機以上の衛星が幾何学的配置のもとで観測できるように運用されている。

ＧＰＳ衛星は、アルマナックやエフェメリス等の航法メッセージをＧＰＳ衛星信号に含めて発信している。ＧＰＳ衛星信号は、拡散符号の一種であるＣＡ（Coarse and Acquisition）コードによって、スペクトラム拡散方式として知られるＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式によって変調された１．５７５４２［ＧＨｚ］の通信信号である。ＣＡ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り、衛星毎に異なる。

ＧＰＳ衛星がＧＰＳ衛星信号を発信する際の周波数（搬送波周波数）は、１．５７５４２［ＧＨｚ］と予め規定されているが、ＧＰＳ衛星やＧＰＳ受信装置の移動により生ずるドップラーの影響等により、ＧＰＳ受信装置がＧＰＳ衛星信号を受信する際の周波数は、必ずしも搬送波周波数とは一致しない。そのため、従来のＧＰＳ受信装置は、受信信号の中からＧＰＳ衛星信号を捕捉するための周波数方向の相関演算である周波数サーチ（周波数を変化させて繰り返し相関演算を行うサーチ）及び位相方向の相関演算である位相サーチ（位相を変化させて繰り返し相関演算を行うサーチ）を行って、ＧＰＳ衛星信号を捕捉する。本実施形態に特に関係のあるのは周波数サーチであるため、以下周波数サーチについて説明する。

例えば、ドップラーの影響により、受信周波数が搬送波周波数を中心として±５［ｋＨｚ］の範囲内で変化することを想定した場合は、搬送波周波数である１．５７５４２［ＧＨｚ］を中心として±５［ｋＨｚ］の範囲内を、例えば１００［Ｈｚ］といった微小量ずつ周波数を変化させながら周波数サーチを行う。この場合、周波数の想定誤差範囲内で周波数を網羅的にサーチしなければならないため、計算量が増大し、ＧＰＳ衛星信号の捕捉に要する時間が増大するという問題が生じていた。

本願発明者は、かかる問題に鑑み、上記のような網羅的な周波数サーチを行うことなく、ドップラー周波数が未知のまま、ＧＰＳ衛星信号の捕捉を短時間で行うための全く新しい手法を考案した。以下の説明では、複数種類の変数を用いて説明するが、ある変数「Ａ」の時刻「ｔ」における値を「Ａ（ｔ）」と表記する。また、位相方向のサーチは通常通り行う必要がある。

ＧＰＳ受信装置が時刻「ｔ」において受信する受信信号「ｒ（ｔ）」は、次式（１）のように表現することができる。

式（１）において、「Ｉ（ｔ）」と「Ｑ（ｔ）」はそれぞれ受信信号「ｒ（ｔ）」のＩＱ成分を示している。すなわち「Ｉ（ｔ）」は受信信号「ｒ（ｔ）」の同相成分（実部）を示し、「Ｑ（ｔ）」は「ｒ（ｔ）」の直交成分（虚部）を示す。「ＣＡ（ｔ）」はＧＰＳ衛星信号のＣＡコードを示しており、「＋１」と「−１」の何れかの値である。また、「ｅ^ｉωｔ」は、ＧＰＳ衛星信号を搬送する搬送波を表す項である。

式（１）において、「ω」は受信信号の周波数であり、次式（２）で表される。

但し、「ω_c」はＧＰＳ衛星信号の搬送波周波数であり、「ω_d」はドップラー周波数である。

このとき、式（１）の両辺を二乗すると、次式（３）が得られる。

但し、「ＣＡ（ｔ）」は「＋１」か「−１」であるため、「ＣＡ（ｔ）²＝１」となる性質を利用している。

次に、式（３）の複素共役（複素数の虚部の符号を反転させたもの）を演算すると、次式（４）が導かれる。

但し、複素共役を上付きの「＊」で表している。

一方、受信信号「ｒ（ｔ）」から所定時間Ｔだけ遅れた信号「ｒ（ｔ−Ｔ）」と、同じ所定時間Ｔだけ進んだ信号「ｒ（ｔ＋Ｔ）」を考え、これらの信号を乗算すると、次式（５）が導かれる。

本実施形態では、１０２３チップで構成されるＣＡコードをサンプリングする場合のサンプリング時間間隔のことを「クロック」と称し、１クロックの経過時間を「Ｔ」で表す。サンプリングの時間間隔（すなわち、時間Ｔ）は１チップ分の時間間隔としてもよいし、１チップをより細かく細分化した時間間隔としてもよい。

この場合、式（４）と式（５）とを用いて、次式（６）を導くことができる。

式（６）において、「ｗ（ｔ）」は、ＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」から１クロックだけ遅れたＣＡコード「ＣＡ（ｔ−Ｔ）」と、１クロックだけ進んだＣＡコード「ＣＡ（ｔ＋Ｔ）」との積で表される符号である。本実施形態では、この「ｗ（ｔ）」で表される符号のことを、ＣＡコードの「差動化符号」と称する。

式（６）を見ると、ＣＡコードの差動化符号「ｗ（ｔ）」は、時刻の異なる複数の信号「ｒ（ｔ−Ｔ）」、「ｒ（ｔ＋Ｔ）」及び「｛ｒ（ｔ）²｝^＊」の積で表されている。これは、受信信号（式（６）ではｒ（ｔ＋Ｔ））と、受信信号を１クロック（時間Ｔ）遅延させた第１の遅延信号（式（６）では｛ｒ（ｔ）²｝^＊）と、受信信号を２クロック（時間２Ｔ）遅延させた第２の遅延信号（式（６）ではｒ（ｔ−Ｔ））とを用いるだけで、ＣＡコードの差動化符号の信号が生成可能であることを意味する。

また、特徴的であるのは、受信信号の周波数「ω」を含む項「ｅ^{−２ｉωｔ}」が、受信信号の自乗の複素共役の信号「｛ｒ（ｔ）²｝^＊」によって代替されている点である。このことから、差動化符号「ｗ（ｔ）」を利用した相関処理を行うことで、あたかも周波数方向の相関演算を行ったかのような効果を得ることができ、受信信号の周波数「ω」に依存せずにＧＰＳ衛星信号を捕捉することが可能となる。言い換えると、ドップラー周波数「ω_d」がいかなる値であっても、周波数方向の相関演算は不用となり、位相方向の相関演算を行うだけで済むことになる。

また、「ω_d」はドップラー周波数であるとして説明してきたが、ドップラー周波数以外の全ての周波数誤差を含んでいてもよい。例えば、ＧＰＳ受信装置内のローカルクロックの誤差（時計誤差）に起因する周波数誤差を更に含めてもよい。「ω_d」がいかなる値であっても、周波数サーチを行わずに、ＧＰＳ衛星信号を捕捉できるからである。

本願発明者は、上述した差動化符号「ｗ（ｔ）」を利用した相関処理を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉するための２種類の手法を考案した。以下、この２種類の手法について具体例を挙げつつ詳細に説明する。

１−１．ＣＡコードレプリカを差動化する手法
１番目の手法は、ＣＡコードレプリカを差動化して差動化レプリカ符号「ｗ_R（ｔ）」を生成し、差動化符号「ｗ（ｔ）」と差動化レプリカ符号「ｗ_R（ｔ）」との相関演算を行って相関値を求める手法である。

図１は、この１番目の手法の原理の説明図である。図１には各種の符号の時系列変化を表したテーブルを示している。最上段にはＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」を、２段目にはＣＡコードの差動化符号「ｗ（ｔ）」を、３段目にはＣＡコードレプリカ「ＣＡ_R（ｔ）」を、４段目には差動化レプリカ符号「ｗ_R（ｔ）」を、最下段にはＣＡコードの差動化符号「ｗ（ｔ）」とＣＡコードレプリカの差動化符号「ｗ_R（ｔ）」との乗算値「ｇ（ｔ）」をそれぞれ示している。

まず、時刻「ｔ−Ｔ」におけるＣＡコードレプリカ「ＣＡ_R（ｔ−Ｔ）」と、時刻「ｔ＋Ｔ」におけるＣＡコードレプリカ「ＣＡ_R（ｔ＋Ｔ）」とを用いて、時刻「ｔ」における差動化レプリカ符号「ｗ_R（ｔ）」を、次式（７）に従って算出する。

そして、差動化レプリカ符号「ｗ_R（ｔ）」の位相「Δｔ」をずらしながら、差動化符号「ｗ（ｔ）」と差動化レプリカ符号「ｗ_R（ｔ＋Δｔ）」との相関演算を行う。本実施形態では、ＣＡコードレプリカの位相を「Δｔ」で表す。正確には、ＣＡコードレプリカの位相を時間に換算した値が「Δｔ」である。

具体的には、次式（８）に従って相関値「Ｐ（Δｔ）」を算出する。

但し、「ｇ（ｔ）」は、時刻「ｔ」における差動化符号「ｗ（ｔ）」と差動化レプリカ符号「ｗ_R（ｔ＋Δｔ）」との乗算値である。また、位相「Δｔ」について算出した相関値を「Ｐ（Δｔ）」で表す。

差動化レプリカ符号「ｗ_R（ｔ）」の位相「Δｔ」を変化させながら相関値「Ｐ（Δｔ）」を算出する。そして、相関値「Ｐ（Δｔ）」が最大となった位相「Δｔ」を検出する。そして、検出した位相「Δｔ」を、当該ＧＰＳ衛星信号のコード位相に決定する。

この１番目の手法の具体例を、図２及び図３を参照して説明する。ここでは、受信信号のＣＡコードの時系列変化が「ＣＡ（ｔ）＝１，−１，−１，１，−１，１，・・・」として表される場合を例に挙げて説明する。また、捕捉対象とするＧＰＳ衛星信号のＣＡコードが既知であり、ＣＡコードレプリカの時系列変化も「ＣＡ_R（ｔ）＝１，−１，−１，１，−１，１，・・・」で表されるものとして説明する。

（ｉ）ＣＡコードレプリカの位相「Δｔ＝０」の場合
図２は、ＣＡコードレプリカの位相「Δｔ＝０」とした場合の算出結果の一例を示す図である。「ＣＡ（ｔ−１）」及び「ＣＡ（ｔ＋１）」を用いて式（６）に従って差動化符号「ｗ（ｔ）」を算出すると、「ｗ（ｔ）＝（Ｎ／Ａ），−１，−１，１，１，（Ｎ／Ａ），・・・」が得られる。「（Ｎ／Ａ）」の部分は、前後のＣＡコードの値が図からは不明であるため、記載していない部分である。

また、「ＣＡ_R（ｔ−１）」及び「ＣＡ_R（ｔ＋１）」を用いて式（７）に従って差動化レプリカ符号「ｗ_R（ｔ）」を算出すると、「ｗ_R（ｔ）＝（Ｎ／Ａ），−１，−１，１，１，（Ｎ／Ａ），・・・」が得られる。

次いで、ＣＡコードの差動化符号「ｗ（ｔ）」と、差動化レプリカ符号「ｗ_R（ｔ）」とを乗算することで、乗算値「ｇ（ｔ）＝（Ｎ／Ａ），１，１，１，１，（Ｎ／Ａ），・・・」が得られる。この場合、例えば「ｇ（２）」〜「ｇ（５）」の部分のみを取り出して相関値「Ｐ（Δｔ＝０）」を算出すると、相関値「Ｐ（Δｔ＝０）＝（１＋１＋１＋１）²＝１６」となり、大きな値が得られる。これは、図２からわかるように、ＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」の位相とＣＡコードレプリカ「ＣＡ_R（ｔ−１）」の位相とがぴったり一致しており、乗算値「ｇ（ｔ）」が全て「１」となるためである。

（ii）ＣＡコードレプリカの位相「Δｔ＝１」の場合
図３は、ＣＡコードレプリカの位相「Δｔ＝１」とした場合の算出結果を示す図である。（ｉ）の場合と同様に差動化レプリカ符号「ｗ_R（ｔ）」を算出すると、「ｗ_R（ｔ）＝（Ｎ／Ａ），１，−１，−１，１，（Ｎ／Ａ），・・・」が得られる。この場合も、例えば「ｇ（２）」〜「ｇ（５）」の部分のみに着目して相関値「Ｐ（Δｔ＝１）」を算出すると、相関値「Ｐ（Δｔ＝１）＝（−１＋１−１＋１）²＝０」となり、小さな値が得られる。これは、図３からわかるように、ＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」の位相とＣＡコードレプリカ「ＣＡ_R（ｔ−１）」の位相とがずれているため、乗算値「ｇ（ｔ）」は「−１」と「１」を繰り返し、和を計算すると互いに相殺し合うためである。

ここでは（ｉ）Δｔ＝０及び（ii）Δｔ＝１の２つの場合の結果しか図示していないが、位相「Δｔ」をどのように変化させて計算を行っても、（ｉ）Δｔ＝０の場合の相関値「Ｐ（Δｔ＝０）」よりも大きくなることはない。位相がぴったり一致していなければ、乗算値「ｇ（ｔ）」に「−１」と「１」とが混在し、値を打ち消し合うためである。このことから、位相「Δｔ」を変化させながら相関値「Ｐ（Δｔ）」を算出し、相関値「Ｐ（Δｔ）」が最大となった位相「Δｔ」を検出することで、コード位相を正しく求めることができる。

１−２．差動化符号「ｗ（ｔ）」から元のＣＡコードを予測する手法
２番目の手法は、差動化符号「ｗ（ｔ）」から受信信号のＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」を予測（推測）し、予測したＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」（以下、「予測ＣＡコード」と称す。）を用いた相関演算を行って相関値を求める手法である。

図４は、この２番目の手法の説明図である。図４のテーブルにおいて、最上段には受信信号のＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」を示しており、２段目にはＣＡコードの差動化符号「ｗ（ｔ）」を示している。また、３段目には予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」を示しており、４段目にはＣＡコードのレプリカであるＣＡコードレプリカ「ＣＡ_R（ｔ）」を示している。また、最下段には、予測ＣＡコードとＣＡコードレプリカとの乗算値「ｆ（ｔ）＝ＣＡ_P（ｔ）・ＣＡ_R（ｔ）」を示している。

最初に、差動化符号「ｗ（ｔ）」の時系列変化を利用した予測処理を行って、受信信号のＣＡコードを予測する。具体的には、時刻「１」における予測ＣＡコード「ＣＡ_P（１）」と時刻「２」における予測ＣＡコード「ＣＡ_P（２）」の組合せとして、｛（ＣＡ_P（１），ＣＡ_P（２））＝（１，１），（１，−１），（−１，１），（−１，−１）｝の４通りの組合せを設定する。

そして、設定した４通りの組合せそれぞれについて、予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」と差動化符号「ｗ（ｔ＋１）＝ＣＡ（ｔ）×ＣＡ（ｔ＋２）」とを乗算した値を予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ＋２）」とする演算を時刻「１」から順次に行って、各時刻「ｔ」における予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」を求める。具体的には、「ＣＡ_P（３）＝ＣＡ_P（１）・ｗ（２）」，「ＣＡ_P（４）＝ＣＡ_P（２）・ｗ（３）」，「ＣＡ_P（５）＝ＣＡ_P（３）・ｗ（４）」，・・・といったように逐次的に予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」を演算する。

ＣＡコードの予測は、「ＣＡ_P（ｔ＋２）＝ＣＡ_P（ｔ）・ｗ（ｔ＋１）＝ＣＡ_P（ｔ）・ＣＡ（ｔ）・ＣＡ（ｔ＋２）」の演算式に従って行うことにしている。これは、ＣＡコードの予測が正しい場合は「ＣＡ_P（ｔ）＝ＣＡ（ｔ）」、「ＣＡ_P（ｔ）×ＣＡ（ｔ）＝１」が成立するため、上記の演算式は「ＣＡ_P（ｔ＋２）＝ＣＡ（ｔ＋２）」となり、ＣＡコードと予測ＣＡコードとが等しくなることに基づくものである。

この場合、４通りの組合せそれぞれについて予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」を演算すると、４通りの組合せのうちの何れか１つの組合せについて演算された予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」は、受信信号のＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」とぴったり一致する。しかし、ＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」が不明であるため、何れの組合せが正解であるかはわからない。

そこで、４通りの各組合せについて演算された予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」に対して、ＣＡコードレプリカ「ＣＡ_R（ｔ）」との相関演算を行う。すなわち、予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」に対して、ＣＡコードレプリカ「ＣＡ_R（ｔ）」の位相「Δｔ」を変化させながら相関演算を行って相関値を算出する。

具体的には、次式（９）に従って相関値「Ｐ（Δｔ）」を算出する。

式（９）において、「ｆ（ｔ）」は、予測ＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」とＣＡコードレプリカ「ＣＡ_R（ｔ＋Δｔ）」とを乗算することで得られる乗算値である。

ＣＡコードレプリカ「ＣＡ_R（ｔ）」の位相「Δｔ」を変化させながら相関値「Ｐ（Δｔ）」を算出したら、相関値「Ｐ（Δｔ）」が最大となった位相「Δｔ」を検出する。そして、検出した位相「Δｔ」を、当該ＧＰＳ衛星信号のコード位相に決定する。

この２番目の手法の具体例を、図５〜図８を参照して説明する。ここでは、受信信号のＣＡコードの時系列変化が「ＣＡ（ｔ）＝１，−１，−１，１，−１，１，・・・」で表される場合を例に挙げて説明する。また、説明を簡単にするため、ＣＡコードレプリカ「ＣＡ_R（ｔ）」の位相「Δｔ＝０」であり、ＣＡコードレプリカの時系列変化が「ＣＡ_R（ｔ）＝１，−１，−１，１，−１，１，・・・」で表されるものとして説明する。

（Ａ）（ＣＡ_P（１），ＣＡ_P（２））＝（１，１）の組合せ
図５は、（ＣＡ_P（１），ＣＡ_P（２））＝（１，１）の組合せを用いた算出結果を示す図である。最初に、受信信号「ｒ（ｔ）」に基づいて、式（６）に従って差動化符号「ｗ（ｔ）」を算出する。その結果、「ｗ（ｔ）＝（Ｎ／Ａ），−１，−１，１，１，（Ｎ／Ａ），・・・」が得られる。

次いで、「（ＣＡ_P（１），ＣＡ_P（２））＝（１，１）」を用いて、予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」を算出する。具体的には、「ＣＡ_P（３）＝ＣＡ_P（１）×ｗ（２）＝−１」、「ＣＡ_P（４）＝ＣＡ_P（２）×ｗ（３）＝−１」，「ＣＡ_P（５）＝ＣＡ_P（３）×ｗ（４）＝−１」、「ＣＡ_P（６）＝ＣＡ_P（４）×ｗ（５）＝−１」というように予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」を逐次的に算出する。これにより、「ＣＡ_P（ｔ）＝１，１，−１，−１，−１，−１，・・・」が得られる。

次いで、予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」と「ＣＡ_R（ｔ）」との相関演算を行う。具体的には、「ｆ（１）＝ＣＡ_P（１）×ＣＡ_R（１）＝１」，「ｆ（２）＝ＣＡ_P（２）×ＣＡ_R（２）＝−１」，「ｆ（３）＝ＣＡ_P（３）×ＣＡ_R（３）＝１」，「ｆ（４）＝ＣＡ_P（４）×ＣＡ_R（４）＝−１」，「ｆ（５）＝ＣＡ_P（５）×ＣＡ_R（５）＝１」，「ｆ（６）＝ＣＡ_P（６）×ＣＡ_R（６）＝−１」というように乗算値「ｆ（ｔ）」を逐次的に算出する。これにより、「ｆ（ｔ）＝１，−１，１，−１，１，−１，・・・」が得られる。

この結果を用いて、式（９）に従って相関値「Ｐ（Δｔ＝０）」を算出する。この場合、例えば「ｆ（１）」〜「ｆ（６）」の部分のみを取り出して相関値「Ｐ（Δｔ＝０）」を算出してみると、相関値「Ｐ（Δｔ＝０）＝（１−１＋１−１＋１−１）²＝０」が得られる。乗算値「ｆ（ｔ）」が「１」と「−１」とを相互に繰り返しているため、互いに値が相殺され、相関値は小さな値となる。

相関値「Ｐ（Δｔ＝０）」が小さな値になったということは、ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」の予測が正しく行われなかったことを意味する。実際、図５において、予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」と実際のＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」とを比較すると、ＣＡコードが正しく予測されていないことがわかる。

（Ｂ）（ＣＡ_P（１），ＣＡ_P（２））＝（１，−１）の組合せ
図６は、（ＣＡ_P（１），ＣＡ_P（２））＝（１，−１）の組合せを用いた算出結果を示す図である。「（ＣＡ_P（１），ＣＡ_P（２））＝（１，−１）」の組合せを用いて、（Ａ）の場合と同様に予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」を算出する。これにより、「ＣＡ_P（ｔ）＝１，−１，−１，１，−１，１，・・・」が得られる。

次いで、予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」とＣＡコードレプリカ「ＣＡ_R（ｔ）」とを用いて乗算値「ｆ（ｔ）」を算出すると、「ｆ（ｔ）＝１，１，１，１，１，１，・・・」が得られる。この場合も、例えば「ｆ（１）」〜「ｆ（６）」の部分のみを取り出して相関値「Ｐ（Δｔ＝０）」を算出してみると、相関値「Ｐ（Δｔ＝０）＝（１＋１＋１＋１＋１＋１）²＝３６」となる。この場合は、乗算値「ｆ（ｔ）」が全て「１」となっているため、相関値「Ｐ（Δｔ＝０）」は大きな値となる。

相関値「Ｐ（Δｔ＝０）」が大きな値になったということは、ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」の予測が正しく行われたことを意味する。実際、図６において、予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」と実際のＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」とを比較すると、ＣＡコードが正しく予測されていることがわかる。

（Ｃ）（ＣＡ_P（１），ＣＡ_P（２））＝（−１，１）の組合せ
図７は、（ＣＡ_P（１），ＣＡ_P（２））＝（−１，１）の組合せを用いた算出結果を示す図である。「（ＣＡ_P（１），ＣＡ_P（２））＝（−１，１）」の組合せを用いて予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」を算出すると、「ＣＡ_P（ｔ）＝−１，１，１，−１，１，−１，・・・」が得られる。

次いで、予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」とＣＡコードレプリカ「ＣＡ_R（ｔ）」とを用いて乗算値「ｆ（ｔ）」を算出すると、「ｆ（ｔ）＝−１，−１，−１，−１，−１，−１，・・・」が得られる。この場合も、例えば「ｆ（１）」〜「ｆ（６）」の部分のみを取り出して相関値を算出してみると、「Ｐ（Δｔ＝０）＝（−１−１−１−１−１−１）²＝３６」となる。この場合は、乗算値「ｆ（ｔ）」が全て「−１」となっているため、相関値「Ｐ（Δｔ＝０）」は大きな値となる。

相関値が大きな値となったため、ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」の予測が正しく行われたことを意味する。図７において、ＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」と予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」とを比較すると、符号がちょうど逆転した関係となっている。ＧＰＳ衛星信号に重畳されている航法メッセージは、２０ミリ秒毎に極性が反転し得ることが知られている。そのため、受信信号のＣＡコードは、航法メッセージの極性反転に起因して２０ミリ秒毎に符号が反転する可能性がある。従って、ＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」と予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」との相違が符号の逆転の違いであれば、ＣＡコードの予測が正しく行われたと考えることが適切である。

（Ｄ）（ＣＡ_P（１），ＣＡ_P（２））＝（−１，−１）の組合せ
図８は、（ＣＡ_P（１），ＣＡ_P（２））＝（−１，−１）の組合せを用いた算出結果を示す図である。「（ＣＡ_P（１），ＣＡ_P（２））＝（−１，−１）」の組合せを用いて予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」を算出すると「ＣＡ_P（ｔ）＝−１，−１，１，１，１，１，・・・」が得られる。

次いで、予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」とＣＡコードレプリカ「ＣＡ_R（ｔ）」とを用いて乗算値「ｆ（ｔ）」を算出すると、「ｆ（ｔ）＝−１，１，−１，１，−１，１，・・・」が得られる。この場合も、例えば「ｆ（１）」〜「ｆ（６）」の部分のみを取り出して相関値を算出すると、「Ｐ（Δｔ＝０）＝（−１＋１−１＋１−１＋１）²＝０」となる。この場合は、乗算値「ｆ（ｔ）」が「−１」と「１」とを相互に繰り返すため、相関値「Ｐ（Δｔ＝０）」を算出すると小さな値となる。

これは差動化符号「ｗ（ｔ）」を用いたＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」の予測が正しく行われなかったことを意味する。実際、図８において、予測ＣＡコード「ＣＡ_P（ｔ）」と実際のＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」とを比較すると、ＣＡコードの予測が正しく行われていないことがわかる。

以上の結果から、（Ｂ）の場合か（Ｃ）の場合において相関値が最大となった位相を検出することで、コード位相を正しく求めることができる。従って、（Ａ）〜（Ｄ）の各組合せについて、ＣＡコードレプリカの位相「Δｔ」を変化させながら相関値「Ｐ（Δｔ）」を計算し、相関値「Ｐ（Δｔ）」が最大となった位相「Δｔ」を検出する処理を行う。

但し、上記の結果から明らかなように、符号の相違こそあれ、（Ａ）の組合せと（Ｄ）の組合せとは同じ結果を与え、（Ｂ）の組合せと（Ｃ）の組合せとは同じ結果を与えることがわかる。そのため、４通りの組合せの全てについて計算を行う必要はない。実際には、（Ａ）及び（Ｂ）の２通りの組合せか、（Ｃ）及び（Ｄ）の２通りの組合せの何れか一方についてのみ計算を行うだけで済む。

２．実施例
次に、上述した原理を適用した、ＧＰＳ受信装置の実施例について説明する。ここでは、ＧＰＳ受信装置を搭載した電子機器の一種である携帯型電話機１を具体例として説明する。

２−１．第１実施例
第１実施例は、上述した原理の「１−１．ＣＡコードレプリカを差動化する手法」を適用した実施例である。

（１）構成
図９は、第１実施例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９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、記憶部８０とを備えて構成される。

ＧＰＳアンテナ９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。

ＧＰＳ受信部１０は、ＧＰＳアンテナ９から出力された信号に基づいて携帯型電話機１の位置を計測する位置算出回路であり、いわゆるＧＰＳ受信装置に相当する機能ブロックである。ＧＰＳ受信部１０は、ＲＦ（Radio Frequency）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（受信部に相当）は、ＲＦ信号の処理回路ブロックであり、所定の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９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。以下、「ＧＰＳ衛星信号を受信する」とは、ＧＰＳアンテナ９でＲＦ信号を受信する処理から、ダウンコンバートされたＩＦ信号を生成する処理までを意味し、「受信信号」とはＩＦ信号を意味する。

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ＩＦ信号に対して相関演算処理等を行って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す回路部である。

図１０は、ベースバンド処理回路部２０の回路構成の一例を示す図である。ベースバンド処理回路部２０は、衛星信号捕捉部２１と、ＣＰＵ２５と、記憶部２７とを備えて構成される。

衛星信号捕捉部２１は、ＲＦ受信回路部１１から出力されたＩＦ信号である受信信号からＧＰＳ衛星信号を捕捉する回路部であり、受信信号差動化回路部２１１（差動化部に相当）と、レプリカ信号発生部２１３と、レプリカ信号差動化回路部２１５と、相関処理部２１７とを備えて構成される。

図１１は、受信信号差動化回路部２１１の回路構成の一例を示す図である。受信信号差動化回路部２１１は、ＲＦ受信回路部１１から入力した受信信号「ｒ（ｔ）」を差動化して差動化符号信号「ｗ（ｔ−Ｔ）」を生成する回路部であり、式（６）を実現する回路部である。但し、差動化符号信号とは、原理で説明した差動化符号に相当する信号である。

受信信号差動化回路部２１１において、図中の「Ｔ」で示したブロックは遅延回路部ＤＣであり、入力した信号を時間「Ｔ」だけ遅延させて遅延信号を出力する。複素共役演算部ＰＳは、入力した信号の複素共役を演算する回路部であり、例えば移相回路を備えて構成される。受信信号「ｒ（ｔ）」（第１の受信信号）と、受信信号を時間Ｔだけ遅延させた第１の遅延信号（第２の受信信号）の自乗の複素共役の信号「｛ｒ（ｔ−Ｔ）²｝^＊」と、受信信号を時間２Ｔだけ遅延させた第２の遅延信号（第３の受信信号）「ｒ（ｔ−２Ｔ）」とが乗算部Ｍにおいて乗算されることで、差動化符号信号「ｗ（ｔ−Ｔ）＝ｒ（ｔ−２Ｔ）・ｒ（ｔ）・｛ｒ（ｔ−Ｔ）²｝^＊」が生成されて、相関処理部２１７に出力される。

レプリカ信号発生部２１３は、ＧＰＳ衛星信号のＣＡコードの拡散符号レプリカの発生信号であるレプリカ信号を生成する回路部である。レプリカ信号発生部２１３は、ＣＰＵ２５から出力されるＣＡコード指示信号（捕捉対象衛星の指示信号）に従ったレプリカ信号「ＣＡ_R（ｔ）」を生成して、レプリカ信号差動化回路部２１５に出力する。

図１２は、レプリカ信号差動化回路部２１５の回路構成の一例を示す図である。レプリカ信号差動化回路部２１５は、レプリカ信号発生部２１３から入力したレプリカ信号「ＣＡ_R（ｔ）」を差動化して差動化レプリカ信号「ｗ_R（ｔ−Ｔ）」を生成する回路部であり、式（７）を実現する回路部である。但し、差動化レプリカ信号とは、原理で説明した差動化レプリカ符号に相当する信号である。

レプリカ信号差動化回路部２１５において、図中の「Ｔ」で示したブロックは遅延回路部ＤＣである。図１１の遅延回路部ＤＣと同じ時間Ｔだけ信号を遅延させる。入力されたレプリカ信号「ＣＡ_R（ｔ）」と、レプリカ信号を時間２Ｔだけ遅延させた信号「ＣＡ_R（ｔ−２Ｔ）」とが乗算部Ｍにおいて乗算されることで、差動化レプリカ信号「ｗ_R（ｔ−Ｔ）＝ＣＡ_R（ｔ−２Ｔ）・ＣＡ_R（ｔ）」が生成されて、相関処理部２１７に出力される。

図１０の説明に戻り、相関処理部２１７は、受信信号差動化回路部２１１から入力した差動化符号信号「ｗ（ｔ）」と、レプリカ信号差動化回路部２１５から入力した差動化レプリカ信号「ｗ_R（ｔ）」との相関処理を行う回路部である。相関処理部２１７は、ＣＰＵ２５から入力した位相指示信号に従って、差動化レプリカ信号の位相「Δｔ」を変化させながら「ｗ（ｔ）」と「ｗ_R（ｔ＋Δｔ）」との相関を計算し、相関値「Ｐ（Δｔ）」をＣＰＵ２５に出力する。

ＣＰＵ２５は、記憶部２７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ベースバンド処理回路部２０の各部を統括的に制御するプロセッサーである。ＣＰＵ２５（捕捉部に相当）は、各捕捉対象衛星について、相関処理部２１７から出力される相関値「Ｐ（Δｔ）」に基づいてコード位相を検出する処理を行う。そして、検出したコード位相を用いて当該捕捉対象衛星と携帯型電話機１間の擬似距離を算出し、算出した擬似距離を利用した位置算出計算を行って、携帯型電話機１の位置を算出する。

ＣＰＵ２５は、捕捉対象衛星のＣＡコード（捕捉対象衛星のＰＲＮ番号）を指示するためのＣＡコード指示信号をレプリカ信号発生部２１３に出力し、捕捉対象衛星のレプリカ信号「ＣＡ_R（ｔ）」をレプリカ信号発生部２１３に生成させる。また、差動化レプリカ信号「ｗ_R（ｔ）」の位相「Δｔ」を指示するための位相指示信号を相関処理部２１７に出力し、相関処理部２１７に、差動化レプリカ信号「ｗ_R（ｔ）」の位相「Δｔ」を変化させながら相関処理を実行させる。

記憶部２７は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置によって構成され、ＣＰＵ２５がベースバンド処理回路部２０を制御するためのシステムプログラムや、位置算出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。また、ＣＰＵ２５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。

図９の説明に戻り、ホストＣＰＵ３０は、記憶部８０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ーである。ホストＣＰＵ３０は、ベースバンド処理回路部２０から入力した位置情報を表示部５０に表示させる処理を行ったり、当該位置情報を利用した各種のアプリケーション処理を行う。

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、押下されたキー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、通話要求やメール送受信要求、位置算出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、位置表示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。

記憶部８０は、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、位置算出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する記憶装置である。

（２）処理の流れ
図１３は、ベースバンド処理回路部２０のＣＰＵ２５が実行するベースバンド処理の流れを示すフローチャートである。特に説明しないが、以下のベースバンド処理の実行中は、ＧＰＳアンテナ９によるＲＦ信号の受信や、ＲＦ受信回路部１１によるＲＦ信号のＩＦ信号へのダウンコンバージョンが行われ、ＩＦ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、ＣＰＵ２５は、捕捉対象衛星判定処理を行う（ステップＡ１）。具体的には、不図示の時計部で計時されている現在時刻において、所与の基準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等の衛星軌道データを用いて判定して、捕捉対象衛星とする。基準位置は、例えば、電源投入後の初回の位置算出の場合は、いわゆるサーバーアシストによって携帯型電話機１の基地局から取得した位置とし、２回目以降の位置算出の場合は、前回の位置算出で求めた最新のＧＰＳ算出位置とする等の方法で設定できる。

次いで、ＣＰＵ２５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〜Ａ１１）。ループＡの処理では、ＣＰＵ２５は、当該衛星軌道データに基づいて、当該捕捉対象衛星の衛星位置、衛星移動速度及び衛星移動方向等の衛星情報を算出する（ステップＡ５）。そして、ＣＰＵ２５は、コード位相検出処理を行う（ステップＡ７）。

図１４は、コード位相検出処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ＣＰＵ２５は、当該捕捉対象衛星のＣＡコードの指示信号をレプリカ信号発生部２１３に出力する（ステップＢ１）。そして、ＣＰＵ２５は、位相のサーチ範囲及び位相のサーチ幅を設定する（ステップＢ３，Ｂ５）。そして、ＣＰＵ２５は、設定した位相のサーチ範囲及びサーチ幅に基づいて、サーチの対象とする位相（以下、「サーチ位相」と称す。）を決定する（ステップＢ７）。

次いで、ＣＰＵ２５は、ステップＢ７で設定した各サーチ位相について、ループＢの処理を実行する（ステップＢ９〜Ｂ１５）。ループＢの処理では、ＣＰＵ２５は、当該サーチ位相「Δｔ」の指示信号を相関処理部２１７に出力する（ステップＢ１１）。ステップＢ１１が実行されると相関処理部２１７が図１〜図３で説明した原理に基づいて相関処理を行って、相関値「Ｐ（Δｔ）」をＣＰＵ２５に出力する。そして、ＣＰＵ２５は、相関処理部２１７から相関値「Ｐ（Δｔ）」を入力すると、当該相関値「Ｐ（Δｔ）」を記憶部２７に記憶させる（ステップＢ１３）。そして、ＣＰＵ２５は、次のサーチ位相へと処理を移行する。

全てのサーチ位相についてステップＢ１１及びＢ１３の処理を行った後、ＣＰＵ２５は、ループＢの処理を終了する（ステップＢ１５）。そして、ＣＰＵ２５は、記憶部２７に記憶されている相関値「Ｐ（Δｔ）」が最大となったサーチ位相「Δｔ」をコード位相に決定する（ステップＢ１７）。そして、ＣＰＵ２５は、コード位相検出処理を終了する。

図１３のベースバンド処理に戻って、コード位相検出処理を終了した後、ＣＰＵ２５は、ステップＡ５で算出した衛星情報と、ステップＡ７で検出したコード位相とを用いて、当該捕捉対象衛星と携帯型電話機１間の擬似距離を算出する（ステップＡ９）。擬似距離の整数部分は、例えば最新のＧＰＳ算出位置と衛星位置とを用いて算出することができ、擬似距離の端数部分は、コード位相を用いて算出することができる。擬似距離を算出した後、ＣＰＵ２５は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。

全ての捕捉対象衛星についてステップＡ５〜Ａ９の処理を行った後、ＣＰＵ２５は、ループＡの処理を終了する（ステップＡ１１）。その後、ＣＰＵ２５は、ステップＡ９で各捕捉対象衛星について算出された擬似距離を利用したＧＰＳ位置算出処理を行って携帯型電話機１の位置を算出する（ステップＡ１３）。尚、擬似距離を利用した位置算出計算の詳細については従来公知であるため、詳細な説明を省略する。

次いで、ＣＰＵ２５は、ＧＰＳ位置算出処理で算出した位置をホストＣＰＵ３０に出力する（ステップＡ１５）。そして、ＣＰＵ２５は、位置算出を終了するか否かを判定し（ステップＡ１７）、まだ終了し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、位置算出を終了すると判定した場合は（ステップＡ１７；Ｙｅｓ）、ベースバンド処理を終了する。

（３）作用効果
ベースバンド処理回路部２０の衛星信号捕捉部２１において、ＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を受信した受信信号ｒ（ｔ）が受信信号差動化回路部２１１において差動化されて、ＣＡコードの差動化符号信号ｗ（ｔ−Ｔ）が生成される。また、レプリカ信号発生部２１３により生成されたレプリカ信号ＣＡ_R（ｔ）がレプリカ信号差動化回路部２１５において差動化されて、差動化レプリカ信号ｗ_R（ｔ−Ｔ）が生成される。そして、差動化符号信号ｗ（ｔ−Ｔ）と差動化レプリカ信号ｗ_R（ｔ−Ｔ）との相関処理が相関処理部２１７において行われ、相関値Ｐ（Δｔ）がＣＰＵ２５に出力される。そして、ＣＰＵ２５により、相関値Ｐ（Δｔ）に基づいたＧＰＳ衛星信号の捕捉が行われる。

ＧＰＳ衛星信号の拡散符号であるＣＡコードを差動化した差動化符号信号は、受信信号の周波数に依存せずに、受信信号と、当該受信信号を所定の遅延時間分遅延させた遅延信号とを用いて生成可能な信号である。従って、差動化符号信号と差動化レプリカ信号とを用いた相関処理を行い、その相関値に基づいてＧＰＳ衛星信号を捕捉することで、周波数方向の相関演算を行う必要なく、短時間でＧＰＳ衛星信号を捕捉することができる。

すなわち、差動化符号信号と差動化レプリカ信号とを用いた相関処理を行うことで取得される相関値は、受信信号に対する周波数方向のサーチを行って得られる相関値に相等する相関値である。そのため、衛星信号の捕捉を行う場合、周波数方向のサーチが不用となり、従来において周波数方向のサーチに費やしていた時間を削減することができるため、位相方向のサーチに要する時間だけで済むことになる。

本願発明者は、従来の手法で２０個の周波数について周波数サーチ（周波数方向の相関演算）を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉する場合と、本願発明の手法でＧＰＳ衛星信号を捕捉する場合とで、ＧＰＳ衛星信号の捕捉に要する時間をそれぞれ調べる実験を行った。その結果、従来の手法では「２．８秒」の時間を要したのに対し、本願発明の手法では「０．１２秒」の時間で済んだ。この時間は、従来の手法の約「１／２０」の時間となっていることから、２０個の周波数について周波数サーチを行う必要なく、ＧＰＳ衛星信号の捕捉が可能であることがわかる。また、本願発明の手法で検出されるコード位相の正確性も調べたが、従来の手法よりも高い正確性でコード位相が検出されることを確認した。

２−２．第２実施例
第２実施例は、上述した原理の「１−２．差動化符号を用いてＣＡコードを予測する手法」を適用した実施例である。尚、第１実施例の携帯型電話機１と衛星信号捕捉部以外の機能ブロック及び処理の流れは共通であるため、異なる部分である衛星信号捕捉部について説明する。

（１）構成
図１５は、第２実施例における衛星信号捕捉部２２の回路構成の一例を示す図である。尚、図１０の衛星信号捕捉部２１と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。

衛星信号捕捉部２２は、受信信号差動化回路部２１１と、ＣＡコード予測処理部２２１と、レプリカ信号発生部２１３と、相関処理部２１７と、遅延回路部ＤＣとを備えて構成されている。

ＣＡコード予測処理部２２１は、受信信号差動化回路部２１１から出力された差動化符号信号「ｗ（ｔ−Ｔ）」を用いて、図４〜図８で説明した原理に基づいてＣＡコードを予測する処理を行う。そして、予測したＣＡコードの信号である予測ＣＡコード信号（予測符号に相当）を生成して、相関処理部２１７に出力する。

レプリカ信号発生部２１３により生成されたレプリカ信号「ＣＡ_R（ｔ）」は、遅延回路部ＤＣによって１クロック遅延されて、相関処理部２１７に出力される。そして、相関処理部２１７は、ＣＡコード予測処理部２２１から入力した予測ＣＡコード信号「ＣＡ_P（ｔ−Ｔ）」と、レプリカ信号発生部２１３から入力したレプリカ信号「ＣＡ_R（ｔ−Ｔ）」との相関処理を行う。この際、ＣＰＵ２５からの位相指示信号に従って、レプリカ信号「ＣＡ_R（ｔ−Ｔ）」の位相「Δｔ」を変化させながら、「ＣＡ_P（ｔ−Ｔ）」と「ＣＡ_R（ｔ−Ｔ＋Δｔ）」との相関演算を行う。そして、得られた相関値「Ｐ（Δｔ）」をＣＰＵ２５に出力する。

（２）作用効果
第２実施例では、ＣＡコード予測処理部２２１において受信信号のＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」を予測する処理が行われ、相関処理部２１７において、予測ＣＡコード信号「ＣＡ_P（ｔ−Ｔ）」とレプリカ信号「ＣＡ_R（ｔ−Ｔ）」との相関処理が行われる。上述した原理に従った予測処理を行うことで、ＣＡコード「ＣＡ（ｔ）」を正しく予測することができる。従って、相関処理で得られる相関値は信頼性の高いものとなり、ＧＰＳ衛星信号の捕捉の確実性を高めることができる。

３．変形例
３−１．適用システム
上述した実施形態では、ＧＰＳ衛星信号の捕捉を例に挙げて説明したが、ＧＰＳ衛星信号以外の信号を受信する受信装置についても、本発明を同様に適用可能である。すなわち、所定の拡散符号で拡散変調された信号を受信する受信装置であれば本発明を適用可能である。信号捕捉において周波数サーチが必要となっていた受信装置であれば、本発明を適用する効果が高い。

３−２．電子機器
また、上述した実施形態では、電子機器の一種である携帯型電話機に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な電子機器はこれに限られるわけではない。例えば、カーナビゲーション装置や携帯型ナビゲーション装置、パソコン、ＰＤＡ（Personal Digital AssistanＴ）、腕時計といった他の電子機器についても同様に適用することが可能である。

３−３．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。

３−４．相関部の並列化
第１実施例では、相関処理部２１７がＣＰＵ２５からの位相指示信号に従って、差動化レプリカ信号「ｗ_R（ｔ）」の位相「Δｔ」を変化させながら直列的に相関処理を実行するものとして説明した。しかし、差動化符号信号「ｗ（ｔ）」と差動化レプリカ信号「ｗ_R（ｔ）」との相関演算を並列的に行う回路構成としてもよい。

図１６は、この変形例における衛星信号捕捉部２３の回路構成の一例を示す図である。尚、図１０の衛星信号捕捉部２１と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、衛星信号捕捉部２１とは異なる部分を中心に説明する。

衛星信号捕捉部２３では、レプリカ信号発生部２１３により生成されたレプリカ信号「ＣＡ_R（ｔ）」が遅延回路部ＤＣによって位相「Δｔ」ずつ複数段に遅延されるように構成されている。そして、遅延回路部ＤＣによって「ｎ段（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）」に遅延されたレプリカ信号「ＣＡ_R（ｔ−ｎ・Δｔ）」が、第ｎ衛星信号処理回路部２３１−ｎに入力されるように、第１衛星信号処理回路部２３１−１〜第Ｎ衛星信号処理回路部２３１−ＮのＮ個の衛星信号処理回路部２３１が構成されている。

各々の衛星信号処理回路部２３１は、レプリカ信号差動化回路部２１５と、相関部２３３とを備えて構成されている。第ｎ衛星信号処理回路部２３１−ｎに入力されたレプリカ信号「ＣＡ_R（ｔ−ｎ・Δｔ）」は、レプリカ信号差動化回路部２１５によって差動化レプリカ信号「ｗ_R（ｔ−Ｔ−ｎ・Δｔ）」に変換される。そして、相関部２３３によって、差動化符号信号「ｗ（ｔ−Ｔ）」と差動化レプリカ信号「ｗ_R（ｔ−Ｔ−ｎ・Δｔ）」とが相関演算され、相関値「Ｐ（ｎ・Δｔ）」がＣＰＵ２５に出力される。

３−５．差動化符号信号の生成
上述した実施例では、時刻「ｔ」を基準として、受信信号「ｒ（ｔ）」と、受信信号を１クロック遅延させた第１の遅延信号「ｒ（ｔ−Ｔ）」と、受信信号を２クロック遅延させた第２の遅延信号「ｒ（ｔ−２Ｔ）」を用いて差動化符号信号「ｗ（ｔ）」を生成するものとして説明したが、遅延させるクロック「Ｔ」を可変にして、複数の差動化符号信号「ｗ（ｔ）」を生成することも可能である。

原理的には、「ｍ」を整数とした場合に、受信信号「ｒ（ｔ）」と、第１の信号「ｒ（ｔ−ｍ・Ｔ）」と、第２の信号「ｒ（ｔ＋ｍ・Ｔ）」とを用いて、次式（１０）及び（１１）に従って差動化符号「ｗ（ｔ，ｍ）」を算出する。

また、ＣＡコードレプリカについても同様に、ＣＡコードレプリカの差動化符号「ｗ_R（ｔ，ｍ）」を次式（１２）に従って算出する。

この場合、ＣＡコードの差動化符号「ｗ（ｔ，ｍ）」と、ＣＡコードレプリカの差動化符号「ｗ_R（ｔ＋Δｔ，ｍ）」とを用いて、次式（１３）に従って相関値「Ｐ（Δｔ，ｍ）」を算出する。

複数の「ｍ」について相関値「Ｐ（Δｔ，ｍ）」を算出したら、次式（１４）に従って合算相関値「Ｐ_A（Δｔ）」を算出する。

ＣＡコードレプリカの差動化符号「ｗ_R（ｔ，ｍ）」の位相「Δｔ」を変化させながら式（１４）に従って合算相関値「Ｐ_A（Δｔ）」を算出し、合算相関値「Ｐ_A（Δｔ）」が最大となった位相「Δｔ」を検出することで、コード位相を求める。

図１７は、この変形例における衛星信号捕捉部２４の回路構成の一例を示す図である。尚、図１０の衛星信号捕捉部２１と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。また、図面を見易くするために、ＣＰＵ２５からレプリカ信号発生部２１３へのＣＡコード指示信号及び相関処理部２１７への位相指示信号は図示を省略している。

衛星信号捕捉部２４では、Ｎ個の受信信号差動化回路部２１１−１〜２１１−Ｎが設けられている。受信信号差動化回路部２１１−１〜２１１−Ｎは、それぞれ上述した整数「ｍ＝１〜Ｎ」に対応する差動化回路部であり、遅延回路部ＤＣの遅延時間は、それぞれ「Ｔ〜ＮＴ」である。また、レプリカ信号差動化回路部についても同様に、Ｎ個のレプリカ信号差動化回路部２１５−１〜２１５−Ｎが設けられている。また、それぞれの差動化回路部に対応する相関処理部２１７−１〜２１７−Ｎが設けられている。

受信信号「ｒ（ｔ）」が受信信号差動化回路部２１１−１〜２１１−Ｎに入力されることでＮ個の差動化符号信号「ｗ（ｔ−Ｔ，１）」〜「ｗ（ｔ−Ｔ，Ｎ）」が生成され、対応する相関処理部２１７−１〜２１７−Ｎに出力される。また、レプリカ信号「ＣＡ_R（ｔ）」がレプリカ信号差動化回路部２１５−１〜２１５−Ｎに入力されることでＮ個の差動化レプリカ信号「ｗ_R（ｔ−Ｔ，１）」〜「ｗ_R（ｔ−Ｔ，Ｎ）」が生成され、対応する相関処理部２１７−１〜２１７−Ｎに出力される。

各々の相関処理部２１７−１〜２１７−Ｎでは、相関値「Ｐ（Δｔ，１）」〜「Ｐ（Δｔ，Ｎ）」が算出され、合算部２４１に出力される。そして、合算部２４１において、相関値「Ｐ（Δｔ，１）」〜「Ｐ（Δｔ，Ｎ）」を合算した合算相関値「Ｐ_A（Δｔ）」が算出されて、ＣＰＵ２５に出力される。

このように異なる時間で遅延させた複数種類の遅延信号を用いて複数の差動化符号信号「ｗ（ｔ−Ｔ，ｍ）」を生成し、これら複数の差動化符号信号それぞれを用いて相関処理を行うことで、互いに独立した複数の相関値「Ｐ（Δｔ，ｍ）」を取得することができる。そして、これらを合算することで得られる合算相関値「Ｐ_A（Δｔ）」に基づいてコード位相を検出することで、ＧＰＳ衛星信号の捕捉の正確性が向上し得る。

尚、クロック「Ｔ」を「ｍ＝１〜Ｎ」倍した時間「ｍ・Ｔ」ずつ受信信号を遅延させて複数の差動化符号信号「ｗ（ｔ，ｍ）」を生成するものとして説明したが、各差動化回路部の遅延時間は任意に設定可能である。すなわち、受信信号差動化回路部２１１−１〜２１１−Ｎにおいて、それぞれの遅延回路ＤＣに任意の遅延時間「Ｔ１」〜「ＴＮ」を設定して差動化符号信号「ｗ（ｔ，Ｔｍ）」を生成してもよい。レプリカ信号差動化回路部２１５−１〜２１５−Ｎについても同様である。

３−６．信号の差動化（１）
上述した実施例では、受信信号を受信信号差動化回路部２１１に入力することで、受信信号の差動化を回路的に行うものとして説明したが、デジタル信号処理としてソフトウェア的に行うことも可能である。また、レプリカ信号の差動化についても同様に、ソフトウェア的に行うことが可能である。

３−７．信号の差動化（２）
上述した実施例では、受信信号差動化回路部２１１で受信信号を遅延させることによって差動化を行うものとして説明した。しかし、ＲＦ受信回路部１１から入力した受信信号を一旦サンプルメモリに保存しておき、サンプルメモリから「ｒ（ｔ）」（第１の受信信号）と、第１の受信信号から時間Ｔ異なる「ｒ（ｔ−Ｔ）」（第２の受信信号）と、第１の受信信号から時間２Ｔ異なる「ｒ（ｔ−２Ｔ）」（第３の受信信号）とを読み出して、当該読み出した各受信信号を用いて差動化を行うようにしてもよい。なお、この他にも、「ｒ（ｔ）」と、この受信信号から時間Ｔ分異なる「ｒ（ｔ−Ｔ）」と、この受信信号から時間２Ｔ分異なる「ｒ（ｔ−２Ｔ）」とを得られる様々な手法を適用可能である。

１ 携帯型電話機、 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 衛星信号捕捉部、 ２５ ＣＰＵ、 ２７ 記憶部、 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 記憶部、 ２１１ 受信信号差動化回路部、 ２１３ レプリカ信号発生部、 ２１５ レプリカ信号差動化回路部、 ２１７ 相関処理部、 ＤＣ 遅延回路部、 ＰＳ 複素共役演算部、 Ｍ 乗算部

Claims (6)

1. 測位用衛星からの衛星信号を受信した第１の受信信号と、前記第１の受信信号と時間Ｔ異なる第２の受信信号を自乗した複素共役の信号と、前記第１の受信信号と時間２Ｔ異なる第３の受信信号とを乗算して前記衛星信号の拡散符号を差動化した差動化符号を生成することと、
   前記差動化符号と、前記拡散符号のレプリカである拡散符号レプリカとを用いた所定の相関処理を行って相関値を取得することと、
   前記相関値に基づいて前記衛星信号を捕捉することと、
   を含む衛星信号捕捉方法。
2. 前記第１の受信信号と、前記第１の受信信号とは前記時間Ｔと異なる時間Ｔ´異なる第４の受信信号と、前記第１の受信信号とは時間２Ｔ´異なる第５の受信信号とを用いて第２の差動化符号を生成することと、
   前記第２の差動化符号と前記拡散符号レプリカとを用いた所定の相関処理を行って第２の相関値を取得することと、
   前記相関値及び前記第２の相関値に基づいて前記衛星信号を捕捉することと、
   を更に含む請求項１に記載の衛星信号捕捉方法。
3. 前記相関値を取得することは、
   前記拡散符号レプリカを差動化して差動化レプリカを生成することと、
   前記差動化符号と、前記差動化レプリカとを相関演算することと、
   を含む、
   請求項１又は２の何れか一項に記載の衛星信号捕捉方法。
4. 前記拡散符号レプリカは、第１の拡散符号レプリカと、前記第１の拡散符号レプリカとは前記時間２Ｔ異なる第２の拡散符号レプリカと、を含み、
   前記相関値を取得することは、
   前記第１の拡散符号レプリカと、前記第２の拡散符号レプリカとを乗算することによって、前記拡散符号レプリカを差動化した差動化レプリカを生成することと、
   前記差動化符号と、前記差動化レプリカとを相関演算することと、
   を含む、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の衛星信号捕捉方法。
5. 前記受信信号の位相をずらして前記所定の相関処理を行うことによって、相関ピークをサーチすることを更に含み、
   前記衛星信号を捕捉することは、前記相関ピークに基づいて前記衛星信号を捕捉することであり、
   周波数をずらして相関ピークのサーチを行うことを不用として衛星信号を捕捉する、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の衛星信号捕捉方法。
6. 測位用衛星からの衛星信号を受信する受信部と、
   前記受信部により受信された第１の受信信号と、前記第１の受信信号と時間Ｔ異なる第２の受信信号を自乗した複素共役の信号と、前記第１の受信信号と時間２Ｔ異なる第３の受信信号とを乗算して前記衛星信号の拡散符号を差動化した差動化符号を生成する差動化部と、
   前記差動化符号と、前記拡散符号のレプリカである拡散符号レプリカとを用いた所定の相関処理を行って相関値を取得する相関処理部と、
   前記相関値に基づいて前記衛星信号を捕捉する捕捉部と、
   を備えた衛星信号受信装置。

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