JP2019074436A - 衛星信号受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 準天頂衛星からのＬ６信号の遮断を正確に判断することを可能にし、Ｌ６信号の補強情報を確実に取得することを可能にする衛星信号受信装置を提供する。【解決手段】 衛星からの衛星信号を受信してＬ１Ｃ／Ａ信号の追尾を行うＬ１Ｃ／Ａ受信処理部１０と、衛星信号を受信してＣＳＫ変調されているＬ６信号の追尾を行うＬ６受信処理部２０と、Ｌ１Ｃ／Ａ受信処理部１０が受信したＬ１Ｃ／Ａ信号の衛星送信時刻から、Ｌ６信号のプリアンブルが現れる先頭タイミングを算出するＬ６プリアンブル先頭タイミング計算部７０Ａと、算出したタイミングでＬ６信号から取得したＬ６メッセージのプリアンブル部のデータと既知のプリアンブル・パターンとを照合し、照合結果を基にＬ６信号の状態を判断してＬ６受信処理部２０に通知するＬ６信号遮断判断部７０Ｂとを備え、Ｌ６受信処理部２０は通知を基にＬ６信号のＬ６メッセージの取得制御と追尾制御とを行う。【選択図】 図１

Description

この発明は、準天頂衛星が放送する衛星信号を受信する衛星信号受信装置に関する。

日本の準天頂衛星システム（ＱＺＳＳ：Ｑｕａｓｉ−Ｚｅｎｉｔｈ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の衛星である「みちびき（準天頂衛星）」は、衛星測位関連の各種サービスを提供するためにＬ１帯（１５７５．４２ＭＨＺ）、Ｌ２帯（１２２７．６０ＭＨＺ）、Ｌ５帯（１１７６．４５ＭＨＺ）、Ｌ６帯（１２７８．７５ＭＨＺ）の各種周波数帯で信号を放送する。Ｌ１帯のＣ／Ａコード（Ｃｏａｒｓｅ／Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｃｏｄｅ）で拡散されたＬ１Ｃ／Ａ信号は米国のＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）と互換性がある信号で衛星測位サービスを提供し、Ｌ６帯のＬ６信号はセンチメータ級測位補強サービスを提供する。

第１の衛星信号受信装置は、準天頂衛星のＬ１Ｃ／Ａ信号とＬ６信号を一般的な方法（例えば、非特許文献１参照）で受信する。この第１の衛星信号受信装置の一例を図４に示す。第１の衛星信号受信装置は、Ｌ１Ｃ／Ａ受信処理部１０と、Ｌ６受信処理部２０と、衛星送信時間計算部３０と、測位処理部４０と、復調処理部５０、６０とを備えている。また、Ｌ１Ｃ／Ａ受信処理部１０は、乗算器１１と、相関器１２と、キャリアＮＣＯ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１３と、コード生成部１４と、追尾処理部１５とを備え、コード生成部１４は、コードＮＣＯ１４Ａと、Ｌ１Ｃ／Ａコードジェネレータ１４Ｂとを備えている。さらに、Ｌ６受信処理部２０は、乗算器２１と、ＣＳＫ（Ｃｏｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調用相関器２２と、最大相関値検出器２３と、キャリアＮＣＯ２４と、コード生成部２５と、追尾処理部２６とを備え、コード生成部２５は、コードＮＣＯ２５Ａと、Ｌ６コードジェネレータ２５Ｂとを備えている。

第１の衛星信号受信装置は、衛星からのＬ１Ｃ／Ａ信号（ベースバンド信号）をＬ１Ｃ／Ａ受信処理部１０に入力する。Ｌ１Ｃ／Ａ受信処理部１０は、Ｌ１Ｃ／Ａ信号のキャリア（搬送波）をロックするためのＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋ Ｌｏｏｐ）とＬ１Ｃ／Ａ信号のコードをロックするためのＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ Ｌｏｃｋ Ｌｏｏｐ）とを備えることによってＬ１Ｃ／Ａ信号を追尾する。ＰＬＬは乗算器１１と、追尾処理部１５と、キャリアＮＣＯ１３とで構成される。ＤＬＬは相関器１２と、追尾処理部１５と、コード生成部１４とで構成される。

キャリアＮＣＯ１３は、数値制御発振器であり、追尾処理部１５のＰＬＬ制御量に応じて、キャリア追尾用の周波数信号を乗算器１１に出力する。乗算器１１は、入力されたＬ１Ｃ／Ａ信号と、キャリアＮＣＯ１３から出力された周波数信号とを乗算し、乗算信号を相関器１２に出力する。

コード生成部１４のコードＮＣＯ１４Ａは、キャリアＮＣＯ１３と同様に数値制御発振器であり、追尾処理部１５のＤＬＬ制御量に応じてコード追尾用の周波数信号を発生する。Ｌ１Ｃ／Ａコードジェネレータ１４Ｂは、コードＮＣＯ１４Ａの周波数信号に基づき、逆拡散用のＬ１Ｃ／Ａコードを生成し、このＬ１Ｃ／Ａコードを相関器１２に出力する。

相関器１２は、乗算器１１から出力された乗算信号と、コード生成部１４で生成されたＬ１Ｃ／Ａコードとを乗算して積算することにより相関信号を生成する。そして、相関器１２は生成した相関信号を追尾処理部１５に出力する。

追尾処理部１５は、相関器１２から出力された相関信号を基にして、キャリアとコードについての信号ロックの外れ量（誤差量）を検出し、キャリアを追尾するためのＰＬＬ制御量と、コードを追尾するためのＤＬＬ制御量とを算出する。また、追尾処理部１５は、相関器１２から出力された相関信号から航法データを抽出し、追尾周波数や追尾時刻情報やＳ／Ｎ（信号対雑音比）などの衛星信号を追尾することで得られる追尾情報を収集する。そして、追尾処理部１５は、算出したＰＬＬ制御量とＤＬＬ制御量とをキャリアＮＣＯ１３またはコード生成部１４に出力し、Ｌ１Ｃ／Ａ信号の追尾情報を衛星送信時間計算部３０に出力し、航法データを復調処理部５０に出力する。

復調処理部５０は、Ｌ１Ｃ／Ａ受信処理部１０の追尾処理部１５から出力された航法データを復調し、測位計算に必要な軌道情報（エフェメリスデータ：衛星の精密な位置を計算するための衛星軌道要素情報）および時刻関連情報を抽出する。復調処理部５０は、復調した時刻関連情報を衛星送信時間計算部３０に出力し、エフェメリスデータを測位処理部４０に出力する。

衛星送信時間計算部３０は、Ｌ１Ｃ／Ａ受信処理部１０の追尾処理部１５からの追尾情報と、復調処理部５０からの時刻関連情報とを利用して、Ｌ１Ｃ／Ａ信号を受信したタイミングにおける衛星信号の送信時刻（衛星送信時刻）を計算する。次に、衛星送信時間計算部３０は、第１の衛星信号受信装置の受信機時刻と衛星送信時刻とから、第１の衛星信号受信装置と衛星との間の距離（擬似距離）を計算する。そして、衛星送信時間計算部３０は計算した擬似距離を測位処理部４０に出力する。擬似距離には衛星関連の誤差（軌道誤差、衛星時計誤差）や、電波が伝搬する間に加わる誤差（電離層遅延誤差、対流圏遅延誤差）や、マルチパスの影響による誤差（マルチパス誤差）が重畳している。準天頂衛星のＬ６信号を受信することによって、擬似距離に重畳するマルチパス誤差以外の各種の誤差を補正するための補強情報を取得することができる。なお、擬似距離にはＤＬＬ制御によって得られるコードによる擬似距離と、ＰＬＬ制御によって得られるキャリアによる擬似距離とがあり、キャリアによる擬似距離は搬送波位相とも呼ばれている。

第１の衛星信号受信装置は、準天頂衛星からのＬ６信号（ベースバンド信号）をＬ６受信処理部２０に入力する。準天頂衛星のＬ６信号は、前記のマルチパス誤差以外の各種誤差についての補正情報（補強情報）を放送し、センチメータ級測位補強サービスを提供するために、単位時間辺りの情報伝達量を増やすことが可能なＣＳＫ（Ｃｏｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式が採用された。こうしたＬ６信号を処理するＬ６受信処理部２０は、Ｌ１Ｃ／Ａ受信処理部１０と同様に、Ｌ６信号のメッセージを得るために、ＰＬＬとＤＬＬとによってＬ６信号を追尾する。キャリアＮＣＯ２４は、数値制御発振器であり、追尾処理部２６のＰＬＬ制御量に応じて、キャリア追尾用の周波数信号を乗算器２１に出力する。乗算器２１は、入力されたＬ６信号と、キャリアＮＣＯ２４から入力された周波数信号とを乗算し、乗算信号をＣＳＫ変調用相関器２２に出力する。

コード生成部２５のコードＮＣＯ２５Ａは、キャリアＮＣＯ２４と同様に数値制御発振器であり、追尾処理部２６のＤＬＬ制御量に応じてコード追尾用の周波数信号を発生する。Ｌ６コードジェネレータ２５Ｂは、コードＮＣＯ２５Ａの周波数信号に基づき、逆拡散用のＬ６コードを生成し、このＬ６コードをＣＳＫ変調用相関器２２に出力する。

ＣＳＫ変調用相関器２２は、乗算器２１から出力された乗算信号と、コード生成部２５で生成されたＬ６コードとを乗算して積算することにより相関信号を生成する。そして、ＣＳＫ変調用相関器２２は生成した相関信号を最大相関値検出器２３に出力する。

最大相関値検出器２３は相関信号における相関値の最大ピークを検出する。最大相関値検出器２３は次のような必要性で設けられている。Ｌ６信号はＬ６メッセージをＣＳＫ変調方式で放送するため、ＰＲＮコード（Ｐｓｅｕｄｏ Ｒａｎｄｏｍ Ｎｏｉｓｅ ｃｏｄｅ）がＬ６メッセージの１バイトデータの値に応じて０〜２５５の区間内（所定区間内）で変化し、連動して相関値の最大ピークもＬ６メッセージの１バイトデータ毎に０〜２５５ｃｈｉｐの所定区間内で変化するという特徴を持っている。Ｌ６信号を追尾するためには、所定区間内の相関値の最大ピークを検出するための最大相関値検出処理を行う必要があるために、最大相関値検出器２３が必要となる。最大相関値検出器２３は、ＣＳＫ変調用相関器２２からの相関信号における所定区間内での相関値の最大ピークを検出し、検出結果を追尾処理部２６に出力する。

追尾処理部２６は、最大相関値検出器２３から出力された相関信号を基にして、キャリアとコードについての信号ロックの外れ量（誤差量）を検出し、キャリア追尾用のＰＬＬ制御量と、コード追尾用のＤＬＬ制御量とを算出する。また、追尾処理部２６は、最大相関値検出器２３から出力された相関信号からＬ６メッセージの抽出を行う。そして、追尾処理部２６は、ＰＬＬ制御量とＤＬＬ制御量とをキャリアＮＣＯ２４またはコード生成部２５に出力し、Ｌ６メッセージを復調処理部６０に出力する。

復調処理部６０は、Ｌ６受信処理部２０の追尾処理部２６から出力されたＬ６メッセージを復調し、擬似距離に重畳する各種の誤差（軌道誤差、衛星時計誤差、電離層遅延誤差、対流圏遅延誤差等）を補正するための補強情報を抽出する。復調処理部６０は、抽出した補強情報を測位処理部４０に出力する。

測位処理部４０は、衛星送信時間計算部３０から出力された擬似距離と、復調処理部５０から出力されたエフェメリスデータと、復調処理部６０から出力された補強情報とを用いて測位計算することで高精度な測位を行う。そして、測位処理部４０は、測位した結果を測位位置として出力する。

以上が第１の衛星信号受信装置の概要である。こうした第１の衛星信号受信装置の他にも、Ｌ１Ｃ／Ａ信号とＬ６信号とを受信する装置として、例えば図５に示す第２の衛星信号受信装置（例えば、特許文献１参照。）がある。なお、図５では、先に説明した図４の第１の衛星信号受信装置と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。図５の第２の衛星信号受信装置では、Ｌ６受信処理部２０がＬ６追尾処理部２７ＡとＬ１−Ｌ６変換器２７Ｂとを備えている。さらに、図５の第２の衛星信号受信装置では、図４の復調処理部６０の代わりに復調処理部６０Ａを備えている。

この第２の衛星信号受信装置では、Ｌ１−Ｌ６変換器２７Ｂは、追尾されているＬ１Ｃ／Ａ信の位相と周波数を入力とする。そしてＬ１−Ｌ６変換器２７Ｂは、Ｌ１Ｃ／Ａ信の位相と周波数をＬ６信号の位相と周波数に変換する。Ｌ６追尾処理部２７ＡではＬ６信号を取得する。復調処理部６０Ａは、Ｌ１−Ｌ６変換器２７Ｂから出力されるＬ１Ｃ／Ａ信号から変換されたＬ６信号の周波数と位相とを基に、追尾処理部２７Ａから出力されるＬ６信号のＬ６メッセージを解読し、補強情報を摘出する。そして、復調処理部６０Ａは補強情報を測位処理部４０に出力する。

以上のような構成の第１の衛星信号受信装置や第２の衛星信号受信装置により、衛星からのＬ１Ｃ／Ａ信号とＬ６信号とを利用して、センチメータ級の高精度な測位が行われる。

特開２０１４−２５７４４号公報

Ｋａｐｌａｎ， Ｅ． ａｎｄ Ｈｅｇａｒｔｙ， Ｃ．， Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ＧＰＳ： Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， ２ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ， Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ， Ｂｏｓｔｏｎ， ２００５．

ところで、従来の第１の衛星信号受信装置には次の課題がある。先に述べたように、準天頂衛星からのＬ６信号は単位時間辺りの情報伝達量を増やすためにＣＳＫ変調されているので、Ｌ６信号を追尾するためには所定区間内の相関値の最大ピークを検出するための最大相関値検出が必要となる。ＣＳＫ変調されていないＬ１Ｃ／Ａ信号の追尾制御（ＤＬＬ制御及びＰＬＬ制御）をする場合は、最大相関値検出が必要ないため、衛星が非可視になる等によってＬ１Ｃ／Ａ信号が受信できない時はＳ／Ｎ（信号対雑音）はゼロになる。しかしながら、Ｌ６信号の追尾制御をする場合は、最大相関値検出が必要であるために、Ｌ６信号が受信できない時でもＳ／Ｎ（信号対雑音比）はゼロにならない。

つまり、Ｌ６信号が遮断した時は、図６に示すように、ＣＳＫ変調用相関器２２から０〜２５５の合計２５６個の相関値が出力され、所定区間内（Ｎ＝０〜２５５）の相関値の最大値が雑音量（以下、最大雑音量と記載）として取得され、最大雑音量でＳ／Ｎを計算すると、Ｓ／Ｎはゼロにならない。Ｓ／Ｎは次の式を用いて計算される。
Ｓ／Ｎ＝（μｓ−μｎ）／（σｎ×σｎ）
ここで、
μｓは相関値のパワーの平均
μｎは雑音（ノイズフロア）のパワーの平均
σｎは雑音の標準偏差（σｎ＞０）
である。通常、信号遮断時はμｓ＝μｎになるので分子＝０となり、Ｓ／Ｎはゼロになる。しかし、Ｌ６信号は所定区間内の最大雑音量の平均がμｓとなるため、μｓ＞μｎとなり、Ｓ／Ｎ＞０となる。

このように、Ｌ６信号については信号遮断時においてＳ／Ｎがゼロにならないので、Ｌ６信号が遮断されているのかどうかを判断することが難しい。信号遮断の判断を誤ると、雑音状態のＬ６メッセージを誤って復調することになり、誤復調によって取得された補強情報を測位処理部が使用すると、異常測位が発生する。雑音状態のＬ６メッセージの取得を防止し、信号の遮断を判断するためにはＳ／Ｎと閾値とを比べることになるが、正確に判断するために閾値は十分余裕をもった値に設定する必要がある。しかし、十分余裕をもった閾値で信号の遮断を判断すると、Ｌ６信号の受信感度が劣化するという問題が生じる。

第２の衛星信号受信装置には次の課題がある。第２の衛星信号受信装置では、Ｌ１−Ｌ６変換器２７ＢがＬ１Ｃ／Ａ信号の位相と周波数を、Ｌ６信号の位相と周波数に変換し、変換されたＬ６信号の位相と周波数に基づいて、Ｌ６メッセージの解読が行われる。つまり、第２の衛星信号受信装置では、例えば妨害波でＬ１Ｃ／Ａ信号の追尾が不安定になった場合、Ｌ６信号の復調処理も影響を受け、Ｌ６メッセージを正確に解読できなくなるため、補強情報を摘出することができない。

この発明の目的は、前記の課題を解決し、準天頂衛星からのＬ６信号の遮断を正確に判断することを可能にし、また、Ｌ１Ｃ／Ａ信号の追尾が不安定になった時もＬ６信号の補強情報を確実に取得することを可能にする衛星信号受信装置を提供することにある。

前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、衛星からの衛星信号を受信して測距信号の追尾を行う測距信号受信処理部と、衛星からの衛星信号を受信してＣＳＫ変調されているＬ６信号の追尾を行うＬ６受信処理部とを備える衛星信号受信装置であって、前記測距信号受信処理部が受信した測距信号の衛星送信時刻から、Ｌ６信号のプリアンブルが現れる先頭タイミングを算出するＬ６プリアンブル先頭タイミング計算部を備え、算出したプリアンブル先頭タイミングで前記Ｌ６受信処理部のＬ６信号から取得したＬ６メッセージのプリアンブル部のデータと既知のプリアンブル・パターンとを照合し、照合結果を基にＬ６信号の状態を判断するＬ６信号遮断判断部を備え、前記Ｌ６信号遮断判断部は、Ｌ６信号の遮断判断の結果を基に、前記Ｌ６受信処理部に対しＬ６メッセージの取得または停止を指示する、ことを特徴とする衛星信号受信装置である。

請求項１の発明では、Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部は、測距信号受信処理部が受信した測距信号の衛星送信時刻から、Ｌ６信号のプリアンブルが現れる先頭タイミングを算出する。この後、Ｌ６信号遮断判断部は、算出したプリアンブル先頭タイミングでＬ６受信処理部のＬ６信号から取得したＬ６メッセージのプリアンブル部のデータと既知のプリアンブル・パターンとを照合し、照合結果を基にＬ６信号の状態を判断し、Ｌ６信号が遮断していると判断した場合には、Ｌ６受信処理部に通知してＬ６メッセージの取得を停止する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の衛星信号受信装置において、前記Ｌ６信号遮断判断部は、照合結果が不一致であると、前記プリアンブル部のデータのコード位相ずれを確認し、コード位相ずれが発生している場合はコード位相ずれ量を前記Ｌ６受信処理部に通知し、前記Ｌ６受信処理部は、前記コード位相ずれ量を受け取ると、このコード位相ずれ量を基にＬ６信号のＤＬＬ制御を補正する、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の衛星信号受信装置において、前記Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部は、測距信号の衛星送信時刻を基にプリアンブル先頭タイミングを計算した後、次回からは前回計算したプリアンブル先頭タイミングを、Ｌ６信号の追尾情報を基に更新していく、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、従来技術では衛星信号の遮断を正確に判断できないか、受信感度が劣化するという問題があったが、測距信号の衛星送信時刻からＬ６信号のプリアンブルが現れる先頭タイミングを算出し、算出したプリアンブル先頭タイミングでＬ６信号から取得したＬ６メッセージのプリアンブル部のデータを基にＬ６信号の状態を判断するので、Ｓ／Ｎに影響されることなくＬ６信号の遮断を検出することが可能であり、受信感度を劣化させることなく衛星信号の遮断を正確に判断することが可能となる。

また、請求項１の発明によれば、測距信号の衛星送信時刻からＬ６信号のプリアンブルが現れる先頭タイミングを算出し、算出したプリアンブル先頭タイミングでＬ６信号から取得したＬ６メッセージのプリアンブル部のデータを基にＬ６信号の状態を判断し、判断結果をＬ６受信処理部に通知し、前記通知を基にＬ６メッセージの取得を停止するので、Ｌ６メッセージの誤復調を確実に防止することを可能にする。

請求項２の発明によれば、マルチパスなどの影響によってＬ６信号のコード位相ずれが発生しても、コード位相ずれ量を検出してＤＬＬ制御を補正することで、Ｌ６信号を正確に追尾し続けることを可能にする。

請求項３の発明によれば、従来技術では妨害波で測距信号の追尾が不安定になった場合、Ｌ６信号の復調処理も影響を受けるが、Ｌ６信号の追尾に測距信号の追尾情報を直接使用しないため、測距信号が妨害波を受けて不安定になっても、Ｌ６信号の補強情報を確実に取得することを可能にする。

この発明の一実施の形態による衛星信号受信装置の一例を示す構成図である。 Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部の処理の一例を示すフローチャートである。 Ｌ６信号遮断判断部の処理の一例を示すフローチャートである。 従来の衛星信号受信装置の一例を示す構成図である。 従来の衛星信号受信装置の他例を示す構成図である。 Ｌ６信号の信号遮断時の様子を説明する説明図である。

次に、発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。この実施の形態による衛星信号受信装置を図１に示す。この衛星信号受信装置は、Ｌ１Ｃ／Ａ受信処理部１０と、Ｌ６受信処理部２０と、衛星送信時間計算部３０と、測位処理部４０と、復調処理部５０、６０と、Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部７０Ａと、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂとを備えている。なおこの実施の形態では、測距信号はＬ１Ｃ／Ａ信号で説明するが、Ｌ１Ｃ信号、Ｌ２Ｃ信号、Ｌ５信号などの測距信号に対しても適用可能である。

また、Ｌ１Ｃ／Ａ受信処理部１０は、乗算器１１と、相関器１２と、キャリアＮＣＯ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１３と、コード生成部１４と、追尾処理部１５とを備え、コード生成部１４は、コードＮＣＯ１４Ａと、Ｌ１Ｃ／Ａコードジェネレータ１４Ｂとを備えている。

さらに、Ｌ６受信処理部２０は、乗算器２１と、ＣＳＫ変調用相関器２２と、最大相関値検出器２３と、キャリアＮＣＯ２４と、コード生成部２５と、追尾処理部２６とを備え、コード生成部２５は、コードＮＣＯ２５Ａと、Ｌ６コードジェネレータ２５Ｂとを備えている。

なお、この実施の形態では、先に説明した図４の衛星信号受信装置と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。

衛星送信時間計算部３０は、先に述べた処理に加えてこの実施の形態では次の処理を行う。衛星送信時間計算部３０は、先に述べた処理で衛星送信時刻を抽出すると、この衛星送信時刻をＬ６プリアンブル先頭タイミング計算部７０Ａに出力する。

Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部７０Ａは、衛星送信時間計算部３０から出力されたＬ１Ｃ／Ａ信号（測距信号）の衛星送信時刻から、Ｌ６メッセージ内のプリアンブルが現れる先頭タイミング（プリアンブル先頭タイミング）を計算して、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂに出力する。Ｌ６メッセージ内のプリアンブルは１秒毎に現れるため、前記プリアンブル先頭タイミングは０秒以上１秒未満の値である。

Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂは、Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部７０Ａからプリアンブル先頭タイミングを受け取ると、このプリアンブル先頭タイミングで、追尾処理部２６からのＬ６メッセージ内から取得したデータ（プリアンブル部のデータ）と既知のプリアンブルのパターン（真値）とを照合することで、Ｌ６信号の遮断を判断する。

Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂは、照合結果と真値とからコード位相ずれの有無を確認し、コード位相ずれが発生している場合はＬ６受信処理部２０にコード位相ずれ量を通知する。これにより、Ｌ６受信処理部２０においてコード位相ずれ量を基にＤＬＬ制御が補正される。

具体例として、Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部７０Ａの処理の一例を図２で示す。Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部７０Ａは、Ｌ６信号のプリアンブル先頭タイミングが計算済みであるかを判断する（ステップＳ１）。電源投入直後などでプリアンブル先頭タイミングが計算済みではない場合（ステップＳ１でｎｏ）、Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部７０Ａは、衛星送信時間計算部３０の出力によって、Ｌ１Ｃ／Ａ信号の衛星送信時刻の情報があるかを判断する（ステップＳ２）。Ｌ１Ｃ／Ａ信号の衛星送信時刻が出力されていると判断された場合（ステップＳ２でｙｅｓ）、この衛星送信時刻を利用して、Ｌ６信号のプリアンブル先頭タイミングを計算する（ステップＳ３）。

ステップＳ３では、次の式を用いて、Ｌ１Ｃ／Ａ信号の衛星送信時刻ＴＳＶからプリアンブル先頭タイミングＰｒを計算する。
Ｐｒ＝ＴＳＶ ｍｏｄ １．０〔秒〕
ここで、
ＴＳＶは衛星送信時刻〔秒〕
ｍｏｄは剰余算
である。プリアンブル先頭タイミングＰｒは０．０秒以上１．０秒未満の値になり、プリアンブル先頭タイミングＰｒが０．０秒の時にＬ６メッセージにプリアンブル部の先頭データが現れるタイミングとなる。

一方、Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部７０Ａは、ステップＳ１でプリアンブル先頭タイミングが計算済みであると判断した場合（ステップＳ１でｙｅｓ）、計算済みのプリアンブル先頭タイミングを、Ｌ６受信処理部２０の追尾処理部２６から出力されたＬ６追尾情報（ドップラー周波数ｆｄ）で時刻更新（外挿）する（ステップＳ４）。ステップＳ４では、次の式を用いて、前回計算したプリアンブル先頭タイミングＰｒ（ｎ−１）を追尾情報と経過時間とによって外挿することで現時点のプリアンブル先頭タイミングＰｒ（ｎ）を計算する。
Ｐｒ（ｎ）＝Ｐｒ（ｎ−１）＋Δｔ・（１＋ｆｄ／ｆＬ）
ここで、
Ｐｒ（ｎ）は現時点のプリアンブル先頭タイミング〔秒〕
Ｐｒ（ｎ−１）は前回のプリアンブル先頭タイミング〔秒〕
Δｔは現時点と前回の経過時間〔秒〕
ｆｄはドップラー周波数〔Ｈｚ〕
ｆＬは搬送波周波数〔Ｈｚ〕
である。Ｌ６信号の搬送波周波数ｆＬは１２７８．７５ＭＨｚとなる。

以上のステップＳ１〜Ｓ４がＬ６プリアンブル先頭タイミング計算部７０Ａでのプリアンブル先頭タイミングの計算処理である。プリアンブル先頭タイミングは、電源投入等の初回だけ、Ｌ１Ｃ／Ａ信号の衛星送信時刻を用いて計算し、次回は、プリアンブル先頭タイミングが既に計算されているので、Ｌ６信号の追尾情報に応じてプリアンブル先頭タイミングを時間更新（外挿）する。

ステップＳ２でＬ１Ｃ／Ａ信号の衛星送信時刻の情報がないと判断した場合（ステップＳ２でｎｏ）、ステップＳ３の処理が終了した場合、また、ステップＳ４でプリアンブル先頭タイミングの外挿が済んだ場合、Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部７０Ａは、例えば処理をステップＳ１に戻す。

具体例として、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂの処理の一例を図３で示す。Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂは、プリアンブル先頭タイミングが計算されていないかどうかを判断する（ステップＳ５）。ステップＳ５でプリアンブル先頭タイミングが計算されていないとき（ステップＳ５でｎｏ）、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂは、Ｓ／Ｎがあらかじめ設定されている閾値より小さいかを判断する（ステップＳ６）。ステップＳ６では、Ｌ６信号が信号遮断時もＳ／Ｎ＝０にならないことを考慮し、余裕を持たせた閾値とする必要がある。例えば、先の図６の場合には、ノイズフロア平均から６σ（雑音の標準偏差１σの６倍）の余裕を持たせた閾値としている。

ステップＳ６でＳ／Ｎが閾値より小さい場合（ステップＳ６でｙｅｓ）、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂは、信号遮断と判断し、信号断の信号状態をＬ６受信処理部２０の追尾処理部２６に通知する（ステップＳ７）。

ステップＳ６でＳ／Ｎが閾値より大きい場合（ステップＳ６でｎｏ）、また、ステップＳ７の処理を終了した場合には、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂは次の制御タイミングのために、例えば処理をステップＳ５に戻す。

一方、ステップＳ５でプリアンブル先頭タイミングが計算されていると判断すると（ステップＳ５でｙｅｓ）、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂは、現在の制御タイミングはプリアンブル先頭タイミングであるかを判断する（ステップＳ８）。現在の制御タイミングがプリアンブル先頭タイミングでない場合（ステップＳ８でｎｏ）、現在の制御タイミングがプリアンブル先頭タイミングになるまで待つために、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂは次の制御タイミングのために、例えば処理をステップＳ５に戻す。

ステップＳ８で現在の制御タイミングはプリアンブル先頭タイミングであると判断すると（ステップＳ８でｙｅｓ）、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂは、Ｌ６受信処理部２０の追尾処理部２６のＬ６メッセージからプリアンブル先頭タイミングで取得したデータ、つまりプリアンブル部のデータ（４バイト）と真値とを照合する（ステップＳ９）。真値は衛星信号の仕様書にあらかじめ決められている値で、Ｌ６信号のプリアンブルの真値は「０ｘ１Ａ，０ｘＣＦ，０ｘＦＣ，０ｘ１Ｄ」である。

ステップＳ９で取得したプリアンブル部のデータと真値とが一致しなければ、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂは、照合結果がＮＧ（不一致）であると判断し（ステップＳ１０でｙｅｓ）、確認したコード位相ずれ量をＬ６受信処理部２０の追尾処理部２６に通知する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１で、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂは、プリアンブル部のデータのコード位相ずれの有無を確認する。そして、コード位相ずれが発生している場合には、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂはコード位相ずれ量を追尾処理部２６に通知する。

ステップＳ１１が終了すると、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂは、プリアンブル部のデータの照合ＮＧ、つまりステップＳ１０での照合結果の不一致が継続して発生しているかを判断する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２でプリアンブル部のデータの照合ＮＧが継続し、例えば照合ＮＧが所定回数連続している場合（ステップＳ１２でｙｅｓ）、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂは、信号遮断と判断し、信号断の信号状態をＬ６受信処理部２０の追尾処理部２６に通知する（ステップＳ１３）。

ステップＳ８で現在の制御タイミングがプリアンブル先頭タイミングでない場合（ステップＳ８でｎｏ）、ステップＳ１０でプリアンブル部のデータと真値とが一致する場合（ステップＳ１０でｎｏ）、ステップＳ１２でプリアンブル部のデータの照合ＮＧが継続していない場合（ステップＳ１２でｎｏ）、また、ステップＳ１３の処理が終了した場合、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂは次の制御タイミングのために、例えば処理をステップＳ５に戻す。

Ｌ６受信処理部２０の追尾処理部２６は、先に述べたように、ＰＬＬとＤＬＬの制御によってＬ６信号を追尾し、取得した相関信号を基にしてＬ６メッセージを摘出する。そして、追尾処理部２６は、補強情報やプリアンブル部データ等を含むＬ６メッセージを、復調処理部６０とＬ６信号遮断判断部７０Ｂとに出力する。

これらの処理に加えて、追尾処理部２６は、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂからプリアンブル部データのコード位相ずれ量を受け取ると、コード位相ずれ量に応じた補正をＤＬＬ制御において行う。プリアンブル部データのコード位相ずれとは、取得したプリアンブル部と真値との差のことで、例えばＬ６信号のプリアンブル部の正解（真値）は「０ｘ１Ａ，０ｘＣＦ，０ｘＦＣ，０ｘ１Ｄ」であるが、コード位相が「−１」ずれている場合は、プリアンブル部の各１バイトデータを「−１」とした「０ｘ１９，０ｘＣＥ，０ｘＦＢ，０ｘ１Ｃ」が取得される。コード位相ずれ量として「−１」を検出したときは、コード位相ずれをゼロにするために、コード生成部２５のＬ６コードジェネレータ２５Ｂのコードｃｈｉｐに「＋１」を加えることで、コード位相ずれを補正する。

また、追尾処理部２６は、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂからコード位相ずれ量の通知を受け取った後、ＤＬＬ制御においてコード生成部２５のＬ６コードジェネレータ２５Ｂのコード位相ずれを補正して追尾を継続する。追尾処理部２６は、今回の追尾結果を表す追尾情報をプリアンブル先頭タイミングの外挿用または信号遮断判断用として、Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部７０Ａ又はＬ６信号遮断判断部７０Ｂに出力する。

さらに、追尾処理部２６は、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂから信号断を示す信号状態の通知を受け取ると、誤復調を防止するためにＬ６メッセージの取得を停止し、さらに必要であれば雑音信号を誤追尾することを防ぐために追尾制御を停止する。

以上がこの実施の形態による衛星信号受信装置の構成である。次に、この衛星信号受信装置の作用について説明する。Ｌ１Ｃ／Ａ受信処理部１０は、衛星からのＬ１Ｃ／Ａ信号に対してＤＬＬ制御とＰＬＬ制御とを行って信号を追尾し、衛星送信時間計算部３０に追尾情報を出力し、復調処理部５０に航法データを出力する。復調処理部５０は、Ｌ１Ｃ／Ａ受信処理部１０から出力された航法データを復調し、復調で得た時刻関連情報を衛星送信時間計算部３０に出力し、同じく復調で得たエフェメリスデータを測位処理部４０に出力する。

衛星送信時間計算部３０は、Ｌ１Ｃ／Ａ受信処理部１０から出力された追尾情報と、復調処理部５０から出力された時刻関連情報とを利用して、Ｌ１Ｃ／Ａ信号を受信したタイミングにおける衛星送信時刻を計算し、この衛星送信時刻をＬ６プリアンブル先頭タイミング計算部７０Ａに出力する。次に、衛星送信時間計算部３０は、衛星送信時刻を基にして、衛星と衛星信号受信装置との間の擬似距離を計算して測位処理部４０に出力する。測位処理部４０は、衛星送信時間計算部３０から出力された擬似距離と、復調処理部５０から出力されたエフェメリスデータと、復調処理部６０から出力された補強情報とを利用して計算することで高精度な測位を行い、測位結果である測位位置を出力する。

一方、Ｌ６受信処理部２０は、準天頂衛星からのＬ６信号に対してＤＬＬ制御とＰＬＬ制御とを行って信号を追尾し、Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部７０ＡまたはＬ６信号遮断判断部７０Ｂに追尾情報を出力し、復調処理部６０にＬ６メッセージを出力する。復調処理部６０は、Ｌ６受信処理部２０から出力されたＬ６メッセージを復調し、擬似距離に重畳する各種の誤差を補正するための補強情報を抽出して測位処理部４０に出力する。

Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部７０Ａは、衛星送信時間計算部３０から出力されたＬ１Ｃ／Ａ信号の衛星送信時刻から、Ｌ６信号のプリアンブル先頭タイミングを計算する。この後、Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部７０Ａは、電源投入時等の初回だけＬ１Ｃ／Ａ信号の衛星送信時刻を基にプリアンブル先頭タイミングを計算し、次回からは初回で計算したプリアンブル先頭タイミングを追尾処理部２６から出力された追尾情報に基づいて更新していく。Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂは、こうして得たプリアンブル先頭タイミングを基に追尾処理部２６から出力されたＬ６メッセージ内のプリアンブル部のデータを取得し、取得したプリアンブル部のデータと真値とを照合する。そして、照合結果がＮＧの状態が継続している場合、Ｌ６信号遮断判断部７０ＢはＬ６信号が遮断されたと判断する。これにより、Ｌ６受信処理部２０は、誤復調を防止するためにＬ６メッセージの取得を停止し、さらに必要であれば雑音信号を誤追尾することを防ぐために追尾制御を停止する。

また、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂは、プリアンブル部のデータの照合結果からコード位相ずれの有無を確認し、コード位相ずれが発生していると、コード位相ずれ量をＬ６受信処理部２０に通知する。Ｌ６受信処理部２０は、Ｌ６信号遮断判断部７０Ｂからコード位相ずれ量の通知を受け取ると、ＤＬＬ制御においてＬ６コードジェネレータ２５Ｂのコード位相ずれを補正して追尾を継続する。

以上説明したように、この実施の形態によれば、次の（あ）〜（う）の効果を達成することができる。

（あ）従来技術では信号遮断が正確に判断できないか、余裕を持ったＳ／Ｎ用閾値で信号遮断を判断する必要があるために受信感度が劣化するという問題があった。これに対して、この実施の形態によれば、プリアンブル部データを照合し、照合ＮＧの状態が継続したときはＬ６信号遮断と判断することにより、Ｓ／Ｎに影響されることなくＬ６信号の遮断を判断することが可能であり、しかも余裕を持ったＳ／Ｎ用閾値で信号遮断を判断する必要がないため受信感度も劣化しない。

（い）従来技術では妨害波でＬ１Ｃ／Ａ信号の追尾が不安定になった場合、Ｌ６信号の復調処理も影響を受け、補強情報を取得することができない。これに対して、この実施の形態によれば、Ｌ６信号の追尾制御および復調処理にＬ１Ｃ／Ａ信号の追尾情報を直接使用しないため、Ｌ１Ｃ／Ａ信号の追尾が不安定になった時もＬ６信号の補強情報の取得を確実に継続することが可能である。

（う）さらに、この実施の形態によれば、マルチパス誤差の重畳やＳ／Ｎが低下することなどによる不安定追尾の影響によってＬ６信号のコード位相ずれが発生した場合でも、コード位相ずれ量を検出して補正することで、正確に追尾し続けることができるという従来技術にはないメリットを備える。

本発明の実施形態ではＬ１Ｃ／Ａ信号受信処理部を使用した具体例を示したが、Ｌ１Ｃ／Ａ信号と同じ衛星測位サービスを提供する他の信号（Ｌ１Ｃ信号、Ｌ２Ｃ信号、Ｌ５信号など）をＬ１Ｃ／Ａ信号の替わりに使用することができる。また、将来に準天頂衛星システムと類似する信号構成の衛星システムが構築された場合にも、本発明を適用することができる。

１０ Ｌ１Ｃ／Ａ受信処理部（測距信号受信処理部）
２０ Ｌ６受信処理部
３０ 衛星送信時間計算部
４０ 測位処理部
５０、６０ 復調処理部
７０Ａ Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部
７０Ｂ Ｌ６信号遮断判断部

Claims (3)

1. 衛星からの衛星信号を受信して測距信号の追尾を行う測距信号受信処理部と、衛星からの衛星信号を受信してＣＳＫ変調されているＬ６信号の追尾を行うＬ６受信処理部とを備える衛星信号受信装置であって、
   前記測距信号受信処理部が受信した測距信号の衛星送信時刻から、Ｌ６信号のプリアンブルが現れる先頭タイミングを算出するＬ６プリアンブル先頭タイミング計算部を備え、算出したプリアンブル先頭タイミングで前記Ｌ６受信処理部のＬ６信号から取得したＬ６メッセージのプリアンブル部のデータと既知のプリアンブル・パターンとを照合し、照合結果を基にＬ６信号の状態を判断するＬ６信号遮断判断部を備え、
   前記Ｌ６信号遮断判断部は、Ｌ６信号の遮断判断の結果を基に、前記Ｌ６受信処理部に対しＬ６メッセージの取得または停止を指示する、
   ことを特徴とする衛星信号受信装置。
2. 前記Ｌ６信号遮断判断部は、照合結果が不一致であると、前記プリアンブル部のデータのコード位相ずれを確認し、コード位相ずれが発生している場合はコード位相ずれ量を前記Ｌ６受信処理部に通知し、
   前記Ｌ６受信処理部は、前記コード位相ずれ量を受け取ると、このコード位相ずれ量を基にＬ６信号のＤＬＬ制御を補正する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の衛星信号受信装置。
3. 前記Ｌ６プリアンブル先頭タイミング計算部は、測距信号の衛星送信時刻を基にプリアンブル先頭タイミングを計算した後、次回からは前回計算したプリアンブル先頭タイミングを、Ｌ６信号の追尾情報を基に更新していく、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の衛星信号受信装置。

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