信號捕捉方法及信號捕捉裝置的制作方法

專利名稱：信號捕捉方法及信號捕捉裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種信號捕捉方法及信號捕捉裝置。
背景技術：
作為利用定位信號的定位系統，廣為人知的有GPS (Global PositioningSystem)， 在內置于移動型電話機或車載導航裝置等位置計算裝置中使用該定位系統。在GPS中，基于多個GPS衛星的位置或從各GPS衛星到位置計算裝置的偽距等信息來進行用于求出位置計算裝置的位置坐標和時鐘誤差的位置算出計算。用被稱為CA(Coarse and Acquisition)碼的每一個GPS衛星都不同的擴頻碼來調制從GPS衛星發送的GPS衛星信號。為了從微弱的接收信號中捕捉GPS衛星信號，位置算出裝置進行接收信號與作為CA碼的復制碼的復制CA碼的相關運算，并基于該相關值來捕捉GPS衛星信號。在此情況下，為了使相關值的峰值的檢測更加容易，采用在指定的積分時間內對相關運算取得的相關值積分的手法。然而，GPS衛星信號進行擴頻調制的CA碼自身每20毫秒被導航電文數據進行 BPSK (Binary Phase Shift Keying，二進制移相鍵控)調制，因此，每經過作為位長的20毫秒，CA碼的極性就可以反轉。因此，在整個導航電文數據的位值變化的定時中積分相關值的情況下，有可能積分符號不同的相關值。作為解決該問題的技術，例如在專利文獻1中公布的，已知的有利用與導航電文數據的位值變化的時刻(timing)相關的輔助數據來積分相關值的技術。[專利文獻1]特開2001-349935號公報根據專利文獻1的技術，能將相關積分時間設定為大于導航電文數據的位長(20 毫秒)。然而，在專利文獻1的技術中，由于需要從外部獲取關于導航電文數據的位值變化的時刻的輔助數據，存在通信費或通信時間的問題等與數據獲取相關的約束或問題。特別是，在GPS衛星信號發射的導航電文數據替換為新數據后，需要等待輔助數據更新并獲取新的輔助數據。

發明內容
鑒于上述的技術課題，本發明的目的在于提供一種可以進行大于導航電文數據的位長的相關積分時間內的相關處理的新手法。用于解決上述課題的第一方式的信號捕捉方法包括對接收從定位用衛星發射的衛星信號進行相關運算；對規定時間內的上述相關運算的結果進行頻率解析，上述規定時間大于等于由所述衛星信號傳送的導航電文數據的位長；提取上述頻率解析的結果中功率值滿足規定的功率條件的各頻率的功率值；以及使用上述提取的功率值捕捉上述衛星信號。而且，作為其他實施方式的信號捕捉裝置，可構成為包括相關運算部，對接收部接收由定位衛星發射的衛星信號的接收信號進行相關運算；解析部，對規定時間內的上述
3相關運算的結果進行頻率解析，其中，上述規定時間大于等于由上述衛星信號傳送的導航電文數據的位長；提取部，提取上述頻率解析的結果中功率值滿足規定的功率條件的各頻率的功率值；以及捕捉部，使用上述提取的功率值捕捉上述衛星信號。根據上述第一方式等，對接收了從定位用衛星發射的衛星信號的接收信號進行相關運算，然后，對由上述衛星信號傳送的大于等于導航電文數據的位長的規定時間內的上述相關運算的結果進行頻率解析，提取上述頻率解析的結果中功率值滿足規定的功率條件的各頻率的功率值，然后，使用上述提取的功率值捕捉上述衛星信號。對于傳送了導航電文數據的衛星信號，在大于等于導航電文數據的位長的任意的時間內進行了相關處理時，即使根據正確的頻率捕捉了衛星信號，也會變為有符號變化的相關值的時間序列數據。然而，對該相關值的時間序列數據進行頻率解析時，若能以正確頻率捕捉衛星信號，在與符號變化的周期相應的頻率中會出現功率值的峰值。但是，功率值的大小根據符號變化的周期(頻率)或其高諧波而波動。因此，通過利用滿足規定的功率條件的頻率的功率值，可以進行在大于導航電文數據的位長的相關積分時間內的相關處理， 從而能正確地進行信號捕捉。而且，作為第二實施方式也可以是，對于第一實施方式的信號捕捉方法，還包括將上述規定時間內的上述相關運算的結果倍增n-1倍(η > 1)，上述頻率解析是對上述倍增 η-1倍后的上述相關運算的結果進行的。根據該第二實施方式，通過對規定時間內的相關運算的結果倍增η-1倍來增大相關運算的結果。然后，對倍增η-1倍后的相關運算的結果進行頻率解析。由此能增大通過頻率解析而獲得的功率譜密度。而且，作為第三實施方式也可以構成信號捕捉方法，在第一或第二實施方式的信號捕捉方法中，上述衛星信號的捕捉還包括將上述提取的功率值視為零頻率中的功率值來進行上述捕捉。根據該第三方式，將提取的功率值視為零頻率的功率值來捕捉衛星信號。將提取的功率值視為在零頻率的功率值意味著，通過頻率解析，結果在零頻率下存在功率值的峰值。在零頻率下存在功率值的峰值相當于衛星信號的接收頻率的檢測獲得成功。因此，根據該第三方式能容易地判定信號捕捉的好壞。而且，作為第四方式，也可以構成信號捕捉方法，S卩、在第一 第三的任一實施方式的信號捕捉方法中，捕捉上述衛星信號包括進行逆頻率解析以及使用上述逆頻率解析的結果來捕捉上述衛星信號。而且，作為第五實施方式，也可以構成信號捕捉方法，在第一 第四的任一實施方式的信號捕捉方法中，上述提取是提取根據上述位長確定的特定頻率和上述特定頻率的高諧波中、功率值滿足上述功率條件的頻率的功率值。根據該第五上述方式，從根據導航電文數據的位長確定的特定頻率和該特定頻率的高諧波中提取功率值滿足功率條件的頻率的功率值。若對相關運算結果進行頻率解析， 根據導航電文數據的位長確定的特定頻率中通常會出現功率值的峰值。而且，將特定頻率設為基本頻率，則在該高諧波的頻率中通常也會出現功率值的峰值。因此，通過以特定頻率及其高諧波的頻率為對象提取功率值，能消減計算量并準確地捕捉衛星信號。而且，作為第一 第五實施方式中的頻率解析，也可如第六方式那樣適用采用了
4傅里葉變換的頻率解析，也可如第7方式那樣，適用采用了小波變換的頻率解析。


圖1 (A)是相關值的時間變化的示例，⑶是頻率解析結果的示例，(C)是對功率值的處理的說明圖，(D)是重建的相關值的時間變化示例。圖2 (A)、(B)是相關值的直流成分，(C)是相關值的特定頻率成分。圖3是表示移動電話機的功能構成的示例框圖。圖4是表示基帶處理電路部的電路構成的示例框圖。圖5是表示基帶處理流程的流程圖。圖6是表示第一相關處理流程的流程圖。圖7是表示第二相關處理流程的流程圖。圖8是表示第三相關處理流程的流程圖。圖9是表示第四相關處理流程的流程圖。圖10是表示現有的相位方向及頻率方向的相關處理結果的示例圖。圖11是表示現有的頻率方向的相關處理結果的示例圖。圖12是表示現有的相位方向的相關處理結果的示例圖。圖13是表示第一實施例中的相位方向及頻率方向的相關處理結果的示例圖。圖14是表示第一實施例中的頻率方向的相關處理結果的示例圖。圖15是表示第一實施例中的相位方向的相關處理結果的示例圖。圖16是表示第五相關處理流程的流程圖。圖17是表示第六相關處理流程的流程圖。圖18是表示現有的相關值的時間序列變化的示例圖。圖19是表示第二實施例中的相關值的時間序列變化的示例圖。
具體實施例方式1.原理首先，說明本實施方式中的衛星信號捕捉的原理。在利用GPS衛星的位置計算系統(position calculation system)中，作為定位用衛星之一的GPS衛星將包含歷書或星歷表等衛星軌道數據的導航電文數據加載到作為定位用衛星信號之一的GPS衛星信號中并發射。GPS衛星信號是利用作為擴頻碼之一的CA(Coarse and Acquisition)碼通過作為擴頻方式而被眾所周知的CDMA(Code Division MultipleAccess)方式被調制的 1. 57542 [GHz]的通信信號。CA碼是以碼長1023碼片為IPN幀的重復周期Ims的偽隨機噪
聲碼，各衛星互不同。預先規定GPS衛星發射GPS衛星信號時的頻率(額定載波頻率)為1. 57542 [GHz]， 但由于GPS衛星或GPS接收裝置的移動產生的多普勒效應的影響等，GPS接收裝置接收GPS 衛星信號時的頻率不一定與額定載波頻率一致。因此，現有技術的GPS接收裝置進行用于從接收信號中捕捉GPS衛星信號的頻率方向的相關運算即、頻率搜索，從而捕捉GPS衛星信號。而且，為了指定接收的GPS衛星信號(CA碼)的相位，GPS接收裝置進行相位方向的相關運算即、相位搜索，從而捕捉GPS衛星信號。然而，特別是，在室內環境等弱電場環境中，由于真實的接收頻率及真實的碼相位中的相關值的電平降低，因而難以同噪聲分離。其結果是，真實的接收頻率及真實的碼相位的檢測即、信號的捕捉變得困難起來。因此，在這樣的接收環境下，使用下述的方法，即、在規定的相關積分時間內對通過相關運算獲得的相關值積分，并通過從積分的相關值中檢測峰值來捕捉GPS衛星信號。然而，在通過CA碼對GPS衛星信號進行擴頻調制的同時，還要根據導航電文數據的位值對CA碼自身進行BPSK (Binary Phase SiiftKeying)調制。由于該導航電文數據的位長為20毫秒，每隔20毫秒位值可能會變化(反轉)。存在可能性則意味著也存在位值不變化的情況。在本實施方式中，將導航電文數據的位值實際變換的時刻稱之為“位反轉時刻”。導航電文數據的位值變化意味著CA碼的極性反轉。因此，如果進行接收的CA碼與復制碼的相關運算，則每隔20毫秒、即導航電文數據的位長就可能算出符號不同的相關值。因此，若越過導航電文數據的位反轉定時來對相關值積分，則存在由于符號不同的相關值相消，相關值變為微小的值(極端的情況下為0)的問題。為了解決該問題，本申請發明者者考慮了一種行方法，即、利用對于相關值的頻率解析，集中符號并對相關值積分。圖1及圖2是說明本實施方式中的相關處理的流程圖。圖I(A)中表示相關值的時間序列變化的示例。為了便于說明，用“+1”與“-1”正負兩個值來表現相關值。另外，在這里說明以下情況，即、接收頻率的真值為已知，使用與接收CA碼相位完全一致的復制碼來進行相關運算，并求出相關值。設導航電文數據的位值為「1」時的CA碼的極性為「正」，通過將復制碼與接收CA 碼相乘來得到相關值“+1”。另一方面，設導航電文數據的位值為「0」時的CA碼的極性為 “負”，通過將復制碼與接收CA碼相乘得到相關值“-1 ”。從圖1㈧可知，在導航電文數據的位反轉時刻，相關值的符號改變。對應于位值， 從前次的位反轉時刻開始，20毫秒后位反轉時刻到來時，相關值的符號在該20毫秒后的時刻逆轉。而且，在40毫秒后位反轉時刻到來時，相關值的符號在該40毫秒后的時刻逆轉。如果在位長以上的規定時間內累積如圖I(A)所示的時間序列的相關值并進行頻率解析，則獲得例如圖I(B)所示的功率譜。雖然在實施例中后述，但作為頻率解析，能適用例如傅里葉變換或小波變換。在圖I(B)中，以橫軸為頻率、縱軸為功率值來表示，為了便于說明，省略了白噪聲的圖示。如圖1⑶所示，零頻率(OHz)上出現了功率值的峰值。這表示時間序列的相關值的直流成分。也就是說，如圖2(A)及(B)所示，相當于時間序列的相關值之中沒有符號變化的部分的頻率成分(直流成分)，是作為OHz的功率值的峰值出現的。然而，如圖I(B)所示，在25Hz的頻率下也出現了功率值較大的峰值。這是由于導航電文數據的位長為20毫秒引起的。也就是說，如圖2(C)所示，在導航電文數據的位值每 20毫秒變化的情況下，例如相關值最初的20毫秒為“1”、下一個20毫秒為“_1”、再下一個 20毫秒為“1”這樣地變化，因此，相關值的周期為40毫秒。所謂的該40毫秒期間是相當于2倍的導航電文數據的位長的期間。將周期40毫秒換算成頻率，則為“f = 1/T = 1/(40 X IO-3) = 25Hz”。包含在時間序列的相關值中的25Hz的頻率成分作為功率值的峰值出現。在本實施方式中，將該25Hz的頻率定義為“特定
頻率”。而且，從圖1⑶可知，在所謂75Hz、125Hz、175Hz的高頻下，出現了雖不是類似特定頻率05Hz)那樣大的峰值但也是微小峰值的峰值。由于相關值的波形是對稱波形，因此，在作為基本頻率的特定頻率的奇數倍的頻率下即、奇數次高次諧波頻率上出現了功率值的峰值。而且，雖省略了圖示，但在小于作為特定頻率的25Hz的頻率上也出現了功率值的峰值。這是因為導航電文數據的位反轉時刻不一定是每隔20毫秒的時刻而引起的。也就是說，如果是導航電文數據的位反轉時刻在大于20毫秒的期間到來的情況下，對應于該期間的相關值的周期不是40毫秒，而是比其更長的周期。如果周期變為大于40毫秒，則頻率小于25Hz。例如，如果是導航電文數據的位反轉時刻在40毫秒的期間到來的情況下，對應于該期間的相關值的周期為80毫秒，頻率為12. 5Hz。這些功率值的峰值最初是由在導航電文數據的位反轉時刻CA碼的極性反轉、接下來相關值的符號變化引起的。例如，為了不跨過位反轉時刻，在通過設相關值的積分時間小于位長20毫秒而進行頻率解析的情況下，只在零頻率上產生峰值，在其他頻率上不產生峰值。也就是說，如果沒有相關值的符號變化，那么，零頻率以外的功率值不會產生峰值。反過來考慮這一點，如果能使零頻率以外的功率值的峰值消失，則可以忽視相關值的符號的變化，進而能使導航電文數據的位反轉的影響無效。于是，在本實施方式中，從通過進行對于時間序列的相關值的頻率解析而獲得的功率值中提取滿足規定的功率條件的各頻率的功率值，并對零頻率的功率值進行移動·加法處理。例如，對于功率值設定閾值“ θ ”，將超過閾值“ θ ”作為條件(以下稱「高功率條件」)，提取滿足該高功率條件的各頻率的功率值。然后，將提取的功率值與零頻率(OHz)的功率值相加，同時，進行使提取的功率值為“0”的處理。關于功率值的閾值，如果是與將某種程度大小的功率值視為噪聲相對應地進行適當的設定即可。此外，功率條件不限于利用上述的閾值判定的條件，可適宜地更改設定。例如，也可以將功率條件確定為從各頻率的功率值中功率值大的開始依此選擇規定數量或規定比例的頻率的功率值的條件。例如，在圖1 (C)中，特定頻率“25Hz”的功率值與高諧波頻率“75Hz”的功率值超過了閾值“ θ ”。因此，使特定頻率“25Hz”及高諧波頻率“75Hz”的功率值移動到零頻率的功率值。也就是說，將這些功率值與零頻率的功率值相加，同時，使這些功率值為“0”。進行上述的處理后，通過進行逆頻率解析而重新構成時間序列的相關值。于是，獲得如圖I(D)所示的沒有符號變化的時間序列的相關值。若對沒有符號變化的相關值積分， 則不會出現各相關值相消、積分相關值變小的情況。因此，通過進行上述的相關處理，能夠將相關積分時間設定為大于作為導航電文數據的位長的20毫秒，可在任意的相關積分時間內積分相關值。2.實施例接著，說明將本發明適用于具有衛星信號捕捉裝置及位置算出裝置的電子設備之一的移動電話機時的實施例。此外，可適用本發明的實施例當然不僅限于以下說明的實施例。
圖3是示出各實施例中通用的移動型電話機1的功能構成的示例框圖。移動型電話機 1 包括 GPS 天線 5,GPS 接收部 10、主 CPU (CentralProcessing Unit) 30、操作部 40、顯示部50、移動電話用天線60、移動電話用無線通信電路部70、存儲部80。GPS天線5是接收包含從GPS衛星發射的GPS衛星信號的RFO^adioFrequency)信號的天線，將接收信號輸出至GPS接收部10。GPS接收部10是基于從GPS天線5輸出的信號測量移動型電話機1位置的位置算出電路或者位置算出裝置，是相當于所謂的GPS接收裝置的功能塊。GPS接收部10包括RF 接收電路部11、基帶處理電路部20。此外，RF接收電路部11與基帶處理電路部20可制造成各不相同的LSI (Large Scale htegration)，也可制造成為1塊芯片。RF接收電路部11是RF信號的接收電路。作為電路構成，也可以是例如用A/D變換器將從GPS天線5輸出的RF信號變換為數字信號，并對數字信號進行處理的接收電路。 而且，也可是將從GPS天線5輸出的RF信號保持為模擬信號不變來進行信號處理，最終通過A/D變換將數字信號輸出至基帶處理電路部20。在后者的情況下，例如能如下構成RF接收電路部11。也就是說，通過分頻或遞增規定的振蕩信號來生成RF信號乘法用的振蕩信號。然后，通過將生成的振蕩信號與從GPS 天線5輸出的RF信號相乘，將RF信號向下變頻到中頻信號(以下稱為“IFantermediate Frequency)信號”)，對IF信號進行放大等后，用A/D變換器變換為數字信號并輸出至基帶處理電路部20。基帶處理電路部20用于，通過對從RF接收電路部11輸出的接收信號進行相關處理等，捕捉GPS衛星信號，基于從GPS衛星信號提取的衛星軌道數據或時刻數據等進行規定的位置算出計算，從而計算移動型電話機1的位置(位置坐標)。基帶處理電路部20還具有從接收信號中捕捉GPS衛星信號的衛星信號捕捉裝置的功能。圖4是表示基帶處理電路部20的電路構成的示例圖，是以本實施方式涉及的電路塊為中心示出的圖。基帶處理電路部20由例如乘法器21、載波去除用信號產生部22、相關器23、復制碼產生部對、處理部25、存儲部27構成。乘法器21用于通過將由載波去除用信號產生部22生成 產生的載波去除用信號與接收信號相乘來從接收信號中去除載波并輸出至相關器23。載波去除用信號產生部22是生成作為與GPS衛星信號的載波信號相同的頻率的信號的載波去除用信號的電路，具有例如載波NCCKNumericalControlled Oscillator)等振蕩器。當從RF接收電路部11輸出的信號是IF信號時，將IF頻率作為載波頻率而生成信號。總之，是生成與從RF接收電路部11輸出的信號的頻率相同的頻率的載波去除用信號的電路。相關器23進行由復制碼產生部M生成的復制碼與去除了從乘法器21輸出的載波的接收CA碼的相關運算的相關器，相當于相關運算部。復制碼產生部M是生成作為GPS衛星信號的擴展碼的CA碼的復制碼的電路部， 由例如碼NCO等振蕩器構成。復制碼產生部M根據指示的相位來調整輸出相位(時間) 并生成與處理部25指示的PRN編號(衛星編號)相應的復制碼，并輸出至相關器23。相關器23分別對接收信號的IQ成分進行與從復制碼產生部M輸入的復制碼的相關處理。I成分表示接收信號的同相成分(實部)，Q成分表示接收信號的正交成分(虛部)。此外，雖然省略了進行接收信號的IQ成分的分離(IQ分離)的電路塊的圖示，但可構成為任何的電路塊。例如也可以是，在RF接收電路部11中，將接收信號下降變頻到IF 信號時，通過將相位相差90度的局部振蕩信號與接收信號相乘來進行IQ分離。處理部25是綜合控制基帶處理電路部20的各功能部的控制裝置，具有例如CPU 等處理器。處理部25具有對相關器23輸出的相關運算的結果進行頻率解析的解析部、從作為頻率解析結果而獲得的各頻率的功率值中提取超過規定的閾值的功率值的提取部、從接收信號中捕捉GPS衛星信號的捕捉部的功能。作為主要的功能部，處理部25具有衛星信號捕捉部251與位置算出部253。衛星信號捕捉部251進行在相關積分時間內對從相關器23輸出的相關值進行積分的處理，基于被累積的相關值(積分相關值)來捕捉GPS衛星信號。位置算出部253利用由衛星信號捕捉部251捕捉的GPS衛星信號，進行公知的位置算出計算，從而計算移動型電話機1的位置。將計算的位置輸出到主CPU30。存儲部 27 由 ROM (Read Only Memory)或閃存 ROM、RAM(RandomAccess Memory)等存儲裝置(內存)構成，存儲基帶處理電路部20的系統程序或用于實現衛星信號捕捉功能、位置計算功能等各種功能的各種程序、數據等。而且，具有臨時存儲各種處理的處理過程中的數據、處理結果等的工作區。如圖4所示，存儲部27中存儲了作為程序被處理部25讀出并作為基帶處理(圖 5參考)執行的基帶處理程序271。作為子程序，基帶處理程序271具有作為各種相關處理 (參考圖6 圖9，圖16及圖17)而被執行的相關處理程序2711。而且，作為臨時的存儲數據，存儲部27中存儲了例如衛星軌道數據272、相關積分時間273、相關值數據275、増大相關值數據276、積分相關值數據277、閾值278。所謂的基帶處理是指，處理部25分別對作為捕捉對象的GPS衛星(以下稱為“捕捉對象衛星”)進行各種相關處理，進行捕捉GPS衛星信號的處理，進行利用了捕捉的GPS 衛星信號的位置算出計算，并計算移動型電話機1的位置的處理。而且，所謂的相關處理是指，處理部25根據上述的原理對時間序列的相關值進行頻率解析，將超過規定的閾值的功率值視為零頻率上的功率值，并通過逆頻率解析重構時間序列的相關值的處理。然后，通過積分重構的時間序列的相關值來計算·取得積分相關值。對于這些處理，后面用流程圖來詳述。衛星軌道數據272是存儲了全部的GPS衛星的概略衛星軌道信息的歷書或針對各 GPS衛星存儲了詳細的衛星軌道信息的星歷表等數據。衛星軌道數據272除了通過對從GPS 衛星接收的GPS衛星信號進行解碼來獲得之外，還可從例如移動型電話機1的基站或輔助服務器作為輔助數據來取得。相關積分時間273是積分相關值的時間，基于接收信號的信號強度或接收環境等信息可變地設定。相關值數據275是累積(accumulate) 了相關積分時間273中的從相關器23輸出的相關值的數據。而且，増大相關值數據276是通過(η > 1)對與相關積分時間相應的相關值進行η倍而獲得的増大相關值的數據。本實施例中，為了使利用頻率解析獲得的各頻率的功率譜密度增大、并提高頻率解析的精度，對増大相關值數據276進行頻率解析。
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積分相關值數據277是通過積分由逆頻率解析重構的相關值獲得的積分相關值的數據。閾值278是用于進行通過對増大相關值數據276進行頻率解析而獲得的各頻率的功率值的閾值判定的閾值，例如設定為固定值。回到圖3的功能框，主CPU30是根據存儲部80中存儲的系統程序等各種程序綜合控制移動型電話機1的各部的處理器。主CPU30基于從基帶處理電路部20輸出的位置坐標在顯示部50上顯示指示了當前位置的地圖，將該位置坐標用于各種應用處理。操作部40是具有例如觸摸面板或按鈕開關等的輸入裝置，將按下的鍵或按鈕的信號輸出到主CPU30中。通過該操作部40的操作，進行通話請求、電子郵件送接收請求、位置算出請求等各種指示輸入。顯示部50是具有LCD (Liquid Crystal Display)等、基于從主CPU30輸入的顯示信號進行各種顯示的顯示裝置。在顯示部50中顯示位置顯示畫面或時刻信息等。移動電話用天線60是與移動型電話機1的通信服務經營商設置的無線基站之間進行移動電話用無線信號的發送接收的天線。移動電話用無線通信電路部70是具有RF變換電路、基帶處理電路等的移動電話的通信電路部，通過進行移動電話用無線信號的調制·檢波等來實現通話或電子郵件的發送接收等。存儲部80是存儲主CPU30控制移動型電話機1的系統程序或執行各種應用處理的各種程序或數據等的存儲裝置。2-1.第一實施例第一實施例是如下所述的實施例，S卩、進行利用了作為頻率解析方法之一的傅里葉變換的相關處理，基于通過積分重構的相關值而獲得的積分相關值捕捉GPS衛星信號。(1)處理的流程圖5是表示由處理部25讀出存儲部27中存儲的基帶處理程序271，并在基帶處理電路部20中執行的基帶處理的流程的流程圖。最初，衛星信號捕捉部251進行捕捉對象衛星判定處理(步驟Al)。具體地說，在用未圖示的時鐘部計時的當前時刻，使用存儲部27中存儲的歷書或星歷表等衛星軌道數據272判定位于所給的基準位置的天空的GPS衛星，并確定為捕捉對象衛星。可以通過下述的方法設定基準位置，即、例如在接通電源后的初次位置算出的情況下，將基準位置設為通過所謂的服務器輔助從輔助服務器獲得的位置，在第二次以后的位置計算的情況下，將基準位置設為最新的計算位置等。接著，衛星信號捕捉部251分別對步驟Al中判定的各捕捉對象衛星執行循環A的處理(步驟A3 步驟A17)。在循環A的處理中，衛星信號捕捉部251對該捕捉對象衛星設定相關積分時間273 (步驟A5)。相關積分時間的設定能用各種方法來實現。例如，可以基于來自該捕捉對象衛星的接收信號的信號強度來設定。如果信號強度越弱，若不在更長的時間內積分相關值，則檢測相關值的峰值變得困難。因此，適當的方式是，設定相關積分時間，使得信號強度越弱則相關積分時間越長。而且，也可判定GPS衛星信號的接收環境并基于判定的接收環境來確定相關節能時間。可以考慮例如在接收環境是「屋內環境(室內環境)」的情況下，設定相關積分時間為較長的“ 1000毫秒”，在接收環境為“屋外環境(戶外環境)，，的情況下，設定相關積分時間為較短的“200毫秒”。接著，衛星信號捕捉部251設定復制碼的初始相位(步驟A7)。然后，將指示該捕捉對象衛星的PRN編號、復制碼的相位的指示信號輸出到復制碼產生部24(步驟A9)。然后，衛星信號捕捉部251通過讀出并執行存儲部27中存儲的相關處理程序2711來進行相關處理(步驟All)。圖6是表示作為相關處理的示例的第一相關處理的流程的流程圖。首先，衛星信號捕捉部251將規定值設定為功率值的閾值278，并存儲在存儲部27中(步驟Bi)。接著，衛星信號捕捉部251在在步驟A5中設定的相關積分時間內累積從相關器23 輸出的相關值，并將該時間序列數據作為相關值數據275存儲在存儲部27中(步驟B3)。 然后，衛星信號捕捉部251通過對相關積分時間內的相關值進行η倍(η > 1)，從而計算増大相關值，并作為増大相關值數據276存儲在存儲部27中(步驟Β5)。接著，衛星信號捕捉部251對増大相關值數據276進行快速傅里葉變換(FFT (Fast Fourier Transform))處理(步驟B7)。此外，由于快速傅里葉變換涉及的處理是現有公知的，省略其詳細的說明。如果通過進行FFT處理求出頻域中的功率譜后，衛星信號捕捉部251提取各頻率的功率值中大于在步驟Bl中設定的閾值278的各頻率的功率值，并與零頻率(OHz)的功率值相加(步驟B9)。而且，衛星信號捕捉部251設定已提取的功率值為「0」(步驟B11)。接著，衛星信號捕捉部251進行逆快速傅里葉變換處理(IFFT處理)，重構相關值 (步驟B13)。此外，由于逆快速傅里葉變換涉及的處理是現有公知的，因此，省略了詳細的說明。進行逆FFT處理重構相關值后，衛星信號捕捉部251對重構的相關積分時間內的相關值積分，并作為積分相關值數據277存儲在存儲部27中(步驟BM)。然后，衛星信號捕捉部251結束第一相關處理。回到圖5的基帶處理，進行相關處理后，衛星信號捕捉部251對存儲部27的積分相關值數據277進行峰值檢測(步驟A13)，在判定為未檢測出峰值的情況下(步驟A13: No)，變更復制碼的相位(步驟A15)，返回步驟A9。而且，在判定為檢測出峰值的情況下(步驟A13 :Yes)，衛星信號捕捉部251轉移處理到下一個捕捉對象衛星。然后，對全部的捕捉對象衛星進行步驟A5 步驟A15的處理后，結束循環A的處理(步驟A17)。隨后，位置算出部253對各捕捉對象衛星執行利用了捕捉到的GPS衛星信號的位置算出計算(步驟A19)。位置算出計算利用移動型電話機1與各捕捉衛星間的偽距，通過進行使用例如最小二乘法或卡爾曼濾波器的公知的收斂運算來實現。可以如下計算偽距。也就是說，使用從衛星軌道數據272求得的捕捉衛星的衛星位置、移動型電話機1的最新的計算位置來計算偽距的整數部分。而且，使用相當于在步驟 A13中檢測出的相關值的峰值的復制碼的相位(碼相位)來計算偽距的尾數部分。通過合計這樣求得的整數部分與尾數部分，可以計算出偽距。接著，位置算出部253將計算出的位置(位置坐標)輸出到主CPU30(步驟A21)。然后，處理部25判定是否結束處理(步驟A23)，在判定為還未結束的情況下(步驟A23; No)，回到步驟Al。而且，在判定為結束處理的情況下(步驟A23;Yes)，結束基帶處理。(2)試驗結果參考圖10 圖15，對捕捉GPS衛星信號時的試驗結果進行說明。圖10 圖12是表示根據現有的信號捕捉方法捕捉GPS衛星信號的情況下的試驗結果的示例圖。對于頻率方向與相位方向的各個方向，進行對1秒內的相關值積分而求出積分相關值、并檢測出其峰值的試驗。圖10是三維地繪出的相位方向及頻率方向的積分相關值的圖表。在圖10中，右縱深方向表示接收CA碼的相位與復制碼的相位的相位差，左縱深方向表示接收信號的頻率與載波去除用信號的頻率的頻率差。而且，縱軸表示積分相關值。提取圖10圖表中的頻率方向的相關處理結果的圖表是圖11，提取相位方向的相關處理結果的圖表是圖12。從圖12可知，對于相位方向的相關處理結果，積分相關值的峰值出現在相位差 “0”的部分，得到了正確結果。然而，從圖11可知，對于頻率方向的相關處理結果，在頻率差“0Hz”的部分未出現積分相關值的峰值，而在“0Hz”的左右方向分別偏離稍許的頻率差中出現了峰值。研究該峰值出現的頻率差可知是相當于作為特定頻率的“士25Hz”的頻率差。由于頻率差“0Hz”處未出現峰值，意味著GPS衛星信號的捕捉失敗。圖13 圖15是表示根據第一實施例的信號捕捉方法捕捉到GPS衛星信號時的試驗結果的示例圖。進行如下的試驗，即、對于頻率方向與相位方向的各個方向，設定相關積分時間為“500毫秒”，進行上述的第一相關處理，并求出積分相關值，檢測其峰值。這里示出設功率值的閾值為“100”并進行試驗后的結果。圖13是三維地繪出相位方向及頻率方向的積分相關值的圖表。而且，提取圖13 圖表中的頻率方向的相關積分結果的圖表是圖14，提取相位方向的相關積分結果的圖表是圖15。圖表的觀察方式分別與圖10 圖12相同。從圖15可知，對于相位方向的相關處理結果，相位差「0」的部分出現了積分相關值的峰值，得到了正確結果。而且，從圖14可知，對于頻率方向的相關處理結果，在頻率差 “0Hz”的部分也出現了積分相關值的峰值。由于相位及頻率完全一致，因此，意味著GPS衛星信號的捕捉成功。(3)作用效果在基帶處理電路部20中，通過相關器23對接收從GPS衛星發射的GPS衛星信號的接收信號進行相關運算。然后，對于在大于等于由GPS衛星信號傳送的導航電文數據的位長(20毫秒)的相關積分時間內的相關運算結果，通過處理部25進行使用了傅里葉變換的頻率解析。然后，通過處理部25進行提取由頻率解析獲得的功率值中大于規定的閾值的各頻率的功率值、并移動至零頻率下的功率值的處理。然后，在通過逆傅里葉變換重構相關值后，積分重構的相關積分時間(correlation integration time)內的相關值，并檢測該積分相關值(integration correlation value)的峰值，由此捕捉GPS衛星信號。當導航電文數據的位值發生變化(反轉)時，CA碼的極性也反轉。因此，如果在大于等于導航電文數據的位長的任意時間內進行相關處理，即使根據正確的頻率捕捉了 GPS衛星信號，在相關值的時間序列數據中也會出現符號變化。當對該相關值的時間序列數據進行傅里葉變換時，如原理中所說明的那樣，在特定頻率05Hz)或特定頻率的高諧波頻率、小于特定頻率的頻率等多個頻率上出現功率值的峰值。但是，功率值的大小隨符號變化的周期(頻率)或其高諧波而不同。這些功率值的峰值是因導航電文數據的位值的變化(反轉)而引起的。因此，進行提取由傅里葉變換獲得的各頻率的功率值中大于規定的閾值的各頻率的功率值并移動到零頻率的功率值的處理。進行相關的處理后，通過采用逆傅里葉變換重構相關值，能得到符號一致的相關值的時間序列數據。若對符號一致的相關值積分，則不會出現符號不同的各相關值的相消。因此，可以實現在大于導航電文數據的位長(20毫秒)的相關積分時間內的相關處理。而且，在本實施例中，通過η倍在相關積分時間內累積的相關值來計算増大相關值，通過對該増大相關值的時間序列數據進行傅里葉變換，從而可以增大功率譜密度，提高頻率解析的精度。從上述的試驗結果可知，在GPS衛星信號捕捉失敗的情況下，在相當于特定頻率的頻率差上出現積分相關值的峰值，在捕捉成功的情況下，在頻率差為零時出現積分相關值的峰值。考慮到這一點，使滿足高功率條件的各頻率的功率值移動到零頻率的功率值上， 也可以說是檢測出GPS衛星信號的接收頻率。(4)其他相關處理使用圖6說明的第一相關處理是相關處理的一個例子，但并不僅限于此。使用流程圖來說明另外的相關處理的例子。在以下說明的流程圖中，用相同的符號標記與第一相關處理相同的步驟并省略說明，以與第一相關處理不同的步驟為中心來說明。圖7是示出作為另外的相關處理的一個例子的第二相關處理流程的流程圖。在第二相關處理中，在步驟Β7中進行FFT處理后，對于特定頻率05Hz)及其高諧波頻率(25Hz 的奇數倍的頻率)提取大于閾值的功率值，并與零頻率的功率值相加(步驟C9)。以后的處理與第一相關處理相同。在進行了頻率解析時出現功率值大的峰值，主要是特定頻率及其高諧波的頻率 (特定頻率的奇數倍的頻率)。因此，在第二相關處理中，以特定頻率及特定頻率的高諧波的頻率為對象，在功率值大于閾值時移動到零頻率的功率值。由此，與以寬范圍的頻率為對象來進行處理的情況相比，可以減少計算量，并取得與適用于GPS衛星信號的捕捉的相關值。圖8是示出作為另外的相關處理的一個例子的第三相關處理流程的流程圖。在第三相關處理中，衛星信號捕捉部251在步驟B9中提取超過閾值的功率值并加到零頻率下的功率值上之后，不進行逆FFT處理，而是將零頻率下的功率值作為相關處理結果存儲在存儲部27中(步驟Dll)。在以后的處理中，衛星信號捕捉部251視零頻率下的功率值為相關處理結果，并進行GPS衛星信號的捕捉。此外，在第三相關處理中，與第一相關處理不同，由于不需要零頻率下的功率值以外的功率值，因此，省略了使提取的功率值為“0”的步驟(圖6的步驟 Bll)。這樣，對可以視零頻率下的功率值為相關處理結果并進行處理的依據進行說明。 使用計算機進行傅里葉變換時，通常使用離散傅里葉變換。對于相關值的離散傅里葉變換， 用以下的式⑴進行公式化。
權利要求
1.一種信號捕捉方法，其特征在于，包括對接收從定位衛星發射的衛星信號的接收信號進行相關運算； 對規定時間內的所述相關運算的結果進行頻率解析，所述規定時間大于等于由所述衛星信號傳送的導航電文數據的位長；提取所述頻率解析的結果中功率值滿足規定的功率條件的各頻率的功率值；以及使用提取的所述功率值捕捉所述衛星信號。
2.根據權利要求1所述的信號捕捉方法，其特征在于，還包括使所述規定時間內的所述相關運算的結果增大n-1倍，其中，η > 1，對增大η-1倍的所述相關運算的結果進行所述頻率解析。
3.根據權利要求1所述的信號捕捉方法，其特征在于，捕捉所述衛星信號包括將提取的所述功率值作為零頻率的功率值并進行所述捕捉。
4.根據權利要求1所述的信號捕捉方法，其特征在于，捕捉所述衛星信號包括進行逆頻率解析以及使用所述逆頻率解析的結果來捕捉所述衛星信號。
5.根據權利要求1所述的信號捕捉方法，其特征在于，所述提取是提取根據所述位長確定的特定頻率和所述特定頻率的高次諧波中功率值滿足所述功率條件的頻率的功率值。
6.根據權利要求1所述的信號捕捉方法，其特征在于， 所述頻率解析是使用傅里葉變換的頻率解析。
7.根據權利要求1所述的信號捕捉方法，其特征在于， 所述頻率解析是使用小波變換的頻率解析。
8.一種信號捕捉裝置，其特征在于，包括相關運算部，對接收部接收由定位衛星發射的衛星信號的接收信號進行相關運算； 解析部，對規定時間內的所述相關運算的結果進行頻率解析，其中，所述規定時間大于等于由所述衛星信號傳送的導航電文數據的位長；提取部，提取所述頻率解析的結果中功率值滿足規定的功率條件的各頻率的功率值；以及捕捉部，使用提取的所述功率值捕捉所述衛星信號。
全文摘要
本發明披露一種信號捕捉方法和信號捕捉裝置，該信號捕捉方法包括對接收從定位用衛星發射的衛星信號進行相關運算；對規定時間內的上述相關運算的結果進行頻率解析，上述規定時間大于等于由所述衛星信號傳送的導航電文數據的位長；提取上述頻率解析的結果中功率值滿足規定的功率條件的各頻率的功率值；以及使用上述提取的功率值捕捉上述衛星信號。
文檔編號G01S19/27GK102193097SQ20111004404
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月23日 優先權日2010年2月23日
發明者丁熠玫, 水落俊一 申請人:精工愛普生株式會社