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专利名称：信号捕捉方法及信号捕捉装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信号捕捉方法及信号捕捉装置。
背景技术：
作为利用定位信号的定位系统，广为人知的有GPS (Global PositioningSystem)， 在内置于移动型电话机或车载导航装置等位置计算装置中使用该定位系统。在GPS中，基于多个GPS卫星的位置或从各GPS卫星到位置计算装置的伪距等信息来进行用于求出位置计算装置的位置坐标和时钟误差的位置算出计算。用被称为CA(Coarse and Acquisition)码的每一个GPS卫星都不同的扩频码来调制从GPS卫星发送的GPS卫星信号。为了从微弱的接收信号中捕捉GPS卫星信号，位置算出装置进行接收信号与作为CA码的复制码的复制CA码的相关运算，并基于该相关值来捕捉GPS卫星信号。在此情况下，为了使相关值的峰值的检测更加容易，采用在指定的积分时间内对相关运算取得的相关值积分的手法。然而，GPS卫星信号进行扩频调制的CA码自身每20毫秒被导航电文数据进行 BPSK (Binary Phase Shift Keying，二进制移相键控)调制，因此，每经过作为位长的20毫秒，CA码的极性就可以反转。因此，在整个导航电文数据的位值变化的定时中积分相关值的情况下，有可能积分符号不同的相关值。作为解决该问题的技术，例如在专利文献1中公布的，已知的有利用与导航电文数据的位值变化的时刻(timing)相关的辅助数据来积分相关值的技术。[专利文献1]特开2001-349935号公报根据专利文献1的技术，能将相关积分时间设定为大于导航电文数据的位长(20 毫秒)。然而，在专利文献1的技术中，由于需要从外部获取关于导航电文数据的位值变化的时刻的辅助数据，存在通信费或通信时间的问题等与数据获取相关的约束或问题。特别是，在GPS卫星信号发射的导航电文数据替换为新数据后，需要等待辅助数据更新并获取新的辅助数据。

发明内容
鉴于上述的技术课题，本发明的目的在于提供一种可以进行大于导航电文数据的位长的相关积分时间内的相关处理的新手法。用于解决上述课题的第一方式的信号捕捉方法包括对接收从定位用卫星发射的卫星信号进行相关运算；对规定时间内的上述相关运算的结果进行频率解析，上述规定时间大于等于由所述卫星信号传送的导航电文数据的位长；提取上述频率解析的结果中功率值满足规定的功率条件的各频率的功率值；以及使用上述提取的功率值捕捉上述卫星信号。而且，作为其他实施方式的信号捕捉装置，可构成为包括相关运算部，对接收部接收由定位卫星发射的卫星信号的接收信号进行相关运算；解析部，对规定时间内的上述
3相关运算的结果进行频率解析，其中，上述规定时间大于等于由上述卫星信号传送的导航电文数据的位长；提取部，提取上述频率解析的结果中功率值满足规定的功率条件的各频率的功率值；以及捕捉部，使用上述提取的功率值捕捉上述卫星信号。根据上述第一方式等，对接收了从定位用卫星发射的卫星信号的接收信号进行相关运算，然后，对由上述卫星信号传送的大于等于导航电文数据的位长的规定时间内的上述相关运算的结果进行频率解析，提取上述频率解析的结果中功率值满足规定的功率条件的各频率的功率值，然后，使用上述提取的功率值捕捉上述卫星信号。对于传送了导航电文数据的卫星信号，在大于等于导航电文数据的位长的任意的时间内进行了相关处理时，即使根据正确的频率捕捉了卫星信号，也会变为有符号变化的相关值的时间序列数据。然而，对该相关值的时间序列数据进行频率解析时，若能以正确频率捕捉卫星信号，在与符号变化的周期相应的频率中会出现功率值的峰值。但是，功率值的大小根据符号变化的周期(频率)或其高谐波而波动。因此，通过利用满足规定的功率条件的频率的功率值，可以进行在大于导航电文数据的位长的相关积分时间内的相关处理， 从而能正确地进行信号捕捉。而且，作为第二实施方式也可以是，对于第一实施方式的信号捕捉方法，还包括将上述规定时间内的上述相关运算的结果倍增n-1倍(η > 1)，上述频率解析是对上述倍增 η-1倍后的上述相关运算的结果进行的。根据该第二实施方式，通过对规定时间内的相关运算的结果倍增η-1倍来增大相关运算的结果。然后，对倍增η-1倍后的相关运算的结果进行频率解析。由此能增大通过频率解析而获得的功率谱密度。而且，作为第三实施方式也可以构成信号捕捉方法，在第一或第二实施方式的信号捕捉方法中，上述卫星信号的捕捉还包括将上述提取的功率值视为零频率中的功率值来进行上述捕捉。根据该第三方式，将提取的功率值视为零频率的功率值来捕捉卫星信号。将提取的功率值视为在零频率的功率值意味着，通过频率解析，结果在零频率下存在功率值的峰值。在零频率下存在功率值的峰值相当于卫星信号的接收频率的检测获得成功。因此，根据该第三方式能容易地判定信号捕捉的好坏。而且，作为第四方式，也可以构成信号捕捉方法，S卩、在第一 第三的任一实施方式的信号捕捉方法中，捕捉上述卫星信号包括进行逆频率解析以及使用上述逆频率解析的结果来捕捉上述卫星信号。而且，作为第五实施方式，也可以构成信号捕捉方法，在第一 第四的任一实施方式的信号捕捉方法中，上述提取是提取根据上述位长确定的特定频率和上述特定频率的高谐波中、功率值满足上述功率条件的频率的功率值。根据该第五上述方式，从根据导航电文数据的位长确定的特定频率和该特定频率的高谐波中提取功率值满足功率条件的频率的功率值。若对相关运算结果进行频率解析， 根据导航电文数据的位长确定的特定频率中通常会出现功率值的峰值。而且，将特定频率设为基本频率，则在该高谐波的频率中通常也会出现功率值的峰值。因此，通过以特定频率及其高谐波的频率为对象提取功率值，能消减计算量并准确地捕捉卫星信号。而且，作为第一 第五实施方式中的频率解析，也可如第六方式那样适用采用了
4傅里叶变换的频率解析，也可如第7方式那样，适用采用了小波变换的频率解析。


图1 (A)是相关值的时间变化的示例，⑶是频率解析结果的示例，(C)是对功率值的处理的说明图，(D)是重建的相关值的时间变化示例。图2 (A)、(B)是相关值的直流成分，(C)是相关值的特定频率成分。图3是表示移动电话机的功能构成的示例框图。图4是表示基带处理电路部的电路构成的示例框图。图5是表示基带处理流程的流程图。图6是表示第一相关处理流程的流程图。图7是表示第二相关处理流程的流程图。图8是表示第三相关处理流程的流程图。图9是表示第四相关处理流程的流程图。图10是表示现有的相位方向及频率方向的相关处理结果的示例图。图11是表示现有的频率方向的相关处理结果的示例图。图12是表示现有的相位方向的相关处理结果的示例图。图13是表示第一实施例中的相位方向及频率方向的相关处理结果的示例图。图14是表示第一实施例中的频率方向的相关处理结果的示例图。图15是表示第一实施例中的相位方向的相关处理结果的示例图。图16是表示第五相关处理流程的流程图。图17是表示第六相关处理流程的流程图。图18是表示现有的相关值的时间序列变化的示例图。图19是表示第二实施例中的相关值的时间序列变化的示例图。
具体实施例方式1.原理首先，说明本实施方式中的卫星信号捕捉的原理。在利用GPS卫星的位置计算系统(position calculation system)中，作为定位用卫星之一的GPS卫星将包含历书或星历表等卫星轨道数据的导航电文数据加载到作为定位用卫星信号之一的GPS卫星信号中并发射。GPS卫星信号是利用作为扩频码之一的CA(Coarse and Acquisition)码通过作为扩频方式而被众所周知的CDMA(Code Division MultipleAccess)方式被调制的 1. 57542 [GHz]的通信信号。CA码是以码长1023码片为IPN帧的重复周期Ims的伪随机噪
声码，各卫星互不同。预先规定GPS卫星发射GPS卫星信号时的频率(额定载波频率)为1. 57542 [GHz]， 但由于GPS卫星或GPS接收装置的移动产生的多普勒效应的影响等，GPS接收装置接收GPS 卫星信号时的频率不一定与额定载波频率一致。因此，现有技术的GPS接收装置进行用于从接收信号中捕捉GPS卫星信号的频率方向的相关运算即、频率搜索，从而捕捉GPS卫星信号。而且，为了指定接收的GPS卫星信号(CA码)的相位，GPS接收装置进行相位方向的相关运算即、相位搜索，从而捕捉GPS卫星信号。然而，特别是，在室内环境等弱电场环境中，由于真实的接收频率及真实的码相位中的相关值的电平降低，因而难以同噪声分离。其结果是，真实的接收频率及真实的码相位的检测即、信号的捕捉变得困难起来。因此，在这样的接收环境下，使用下述的方法，即、在规定的相关积分时间内对通过相关运算获得的相关值积分，并通过从积分的相关值中检测峰值来捕捉GPS卫星信号。然而，在通过CA码对GPS卫星信号进行扩频调制的同时，还要根据导航电文数据的位值对CA码自身进行BPSK (Binary Phase SiiftKeying)调制。由于该导航电文数据的位长为20毫秒，每隔20毫秒位值可能会变化(反转)。存在可能性则意味着也存在位值不变化的情况。在本实施方式中，将导航电文数据的位值实际变换的时刻称之为“位反转时刻”。导航电文数据的位值变化意味着CA码的极性反转。因此，如果进行接收的CA码与复制码的相关运算，则每隔20毫秒、即导航电文数据的位长就可能算出符号不同的相关值。因此，若越过导航电文数据的位反转定时来对相关值积分，则存在由于符号不同的相关值相消，相关值变为微小的值(极端的情况下为0)的问题。为了解决该问题，本申请发明者者考虑了一种行方法，即、利用对于相关值的频率解析，集中符号并对相关值积分。图1及图2是说明本实施方式中的相关处理的流程图。图I(A)中表示相关值的时间序列变化的示例。为了便于说明，用“+1”与“-1”正负两个值来表现相关值。另外，在这里说明以下情况，即、接收频率的真值为已知，使用与接收CA码相位完全一致的复制码来进行相关运算，并求出相关值。设导航电文数据的位值为「1」时的CA码的极性为「正」，通过将复制码与接收CA 码相乘来得到相关值“+1”。另一方面，设导航电文数据的位值为「0」时的CA码的极性为 “负”，通过将复制码与接收CA码相乘得到相关值“-1 ”。从图1㈧可知，在导航电文数据的位反转时刻，相关值的符号改变。对应于位值， 从前次的位反转时刻开始，20毫秒后位反转时刻到来时，相关值的符号在该20毫秒后的时刻逆转。而且，在40毫秒后位反转时刻到来时，相关值的符号在该40毫秒后的时刻逆转。如果在位长以上的规定时间内累积如图I(A)所示的时间序列的相关值并进行频率解析，则获得例如图I(B)所示的功率谱。虽然在实施例中后述，但作为频率解析，能适用例如傅里叶变换或小波变换。在图I(B)中，以横轴为频率、纵轴为功率值来表示，为了便于说明，省略了白噪声的图示。如图1⑶所示，零频率(OHz)上出现了功率值的峰值。这表示时间序列的相关值的直流成分。也就是说，如图2(A)及(B)所示，相当于时间序列的相关值之中没有符号变化的部分的频率成分(直流成分)，是作为OHz的功率值的峰值出现的。然而，如图I(B)所示，在25Hz的频率下也出现了功率值较大的峰值。这是由于导航电文数据的位长为20毫秒引起的。也就是说，如图2(C)所示，在导航电文数据的位值每 20毫秒变化的情况下，例如相关值最初的20毫秒为“1”、下一个20毫秒为“_1”、再下一个 20毫秒为“1”这样地变化，因此，相关值的周期为40毫秒。所谓的该40毫秒期间是相当于2倍的导航电文数据的位长的期间。将周期40毫秒换算成频率，则为“f = 1/T = 1/(40 X IO-3) = 25Hz”。包含在时间序列的相关值中的25Hz的频率成分作为功率值的峰值出现。在本实施方式中，将该25Hz的频率定义为“特定
频率”。而且，从图1⑶可知，在所谓75Hz、125Hz、175Hz的高频下，出现了虽不是类似特定频率05Hz)那样大的峰值但也是微小峰值的峰值。由于相关值的波形是对称波形，因此，在作为基本频率的特定频率的奇数倍的频率下即、奇数次高次谐波频率上出现了功率值的峰值。而且，虽省略了图示，但在小于作为特定频率的25Hz的频率上也出现了功率值的峰值。这是因为导航电文数据的位反转时刻不一定是每隔20毫秒的时刻而引起的。也就是说，如果是导航电文数据的位反转时刻在大于20毫秒的期间到来的情况下，对应于该期间的相关值的周期不是40毫秒，而是比其更长的周期。如果周期变为大于40毫秒，则频率小于25Hz。例如，如果是导航电文数据的位反转时刻在40毫秒的期间到来的情况下，对应于该期间的相关值的周期为80毫秒，频率为12. 5Hz。这些功率值的峰值最初是由在导航电文数据的位反转时刻CA码的极性反转、接下来相关值的符号变化引起的。例如，为了不跨过位反转时刻，在通过设相关值的积分时间小于位长20毫秒而进行频率解析的情况下，只在零频率上产生峰值，在其他频率上不产生峰值。也就是说，如果没有相关值的符号变化，那么，零频率以外的功率值不会产生峰值。反过来考虑这一点，如果能使零频率以外的功率值的峰值消失，则可以忽视相关值的符号的变化，进而能使导航电文数据的位反转的影响无效。于是，在本实施方式中，从通过进行对于时间序列的相关值的频率解析而获得的功率值中提取满足规定的功率条件的各频率的功率值，并对零频率的功率值进行移动·加法处理。例如，对于功率值设定阈值“ θ ”，将超过阈值“ θ ”作为条件(以下称「高功率条件」)，提取满足该高功率条件的各频率的功率值。然后，将提取的功率值与零频率(OHz)的功率值相加，同时，进行使提取的功率值为“0”的处理。关于功率值的阈值，如果是与将某种程度大小的功率值视为噪声相对应地进行适当的设定即可。此外，功率条件不限于利用上述的阈值判定的条件，可适宜地更改设定。例如，也可以将功率条件确定为从各频率的功率值中功率值大的开始依此选择规定数量或规定比例的频率的功率值的条件。例如，在图1 (C)中，特定频率“25Hz”的功率值与高谐波频率“75Hz”的功率值超过了阈值“ θ ”。因此，使特定频率“25Hz”及高谐波频率“75Hz”的功率值移动到零频率的功率值。也就是说，将这些功率值与零频率的功率值相加，同时，使这些功率值为“0”。进行上述的处理后，通过进行逆频率解析而重新构成时间序列的相关值。于是，获得如图I(D)所示的没有符号变化的时间序列的相关值。若对没有符号变化的相关值积分， 则不会出现各相关值相消、积分相关值变小的情况。因此，通过进行上述的相关处理，能够将相关积分时间设定为大于作为导航电文数据的位长的20毫秒，可在任意的相关积分时间内积分相关值。2.实施例接着，说明将本发明适用于具有卫星信号捕捉装置及位置算出装置的电子设备之一的移动电话机时的实施例。此外，可适用本发明的实施例当然不仅限于以下说明的实施例。
图3是示出各实施例中通用的移动型电话机1的功能构成的示例框图。移动型电话机 1 包括 GPS 天线 5,GPS 接收部 10、主 CPU (CentralProcessing Unit) 30、操作部 40、显示部50、移动电话用天线60、移动电话用无线通信电路部70、存储部80。GPS天线5是接收包含从GPS卫星发射的GPS卫星信号的RFO^adioFrequency)信号的天线，将接收信号输出至GPS接收部10。GPS接收部10是基于从GPS天线5输出的信号测量移动型电话机1位置的位置算出电路或者位置算出装置，是相当于所谓的GPS接收装置的功能块。GPS接收部10包括RF 接收电路部11、基带处理电路部20。此外，RF接收电路部11与基带处理电路部20可制造成各不相同的LSI (Large Scale htegration)，也可制造成为1块芯片。RF接收电路部11是RF信号的接收电路。作为电路构成，也可以是例如用A/D变换器将从GPS天线5输出的RF信号变换为数字信号，并对数字信号进行处理的接收电路。 而且，也可是将从GPS天线5输出的RF信号保持为模拟信号不变来进行信号处理，最终通过A/D变换将数字信号输出至基带处理电路部20。在后者的情况下，例如能如下构成RF接收电路部11。也就是说，通过分频或递增规定的振荡信号来生成RF信号乘法用的振荡信号。然后，通过将生成的振荡信号与从GPS 天线5输出的RF信号相乘，将RF信号向下变频到中频信号(以下称为“IFantermediate Frequency)信号”)，对IF信号进行放大等后，用A/D变换器变换为数字信号并输出至基带处理电路部20。基带处理电路部20用于，通过对从RF接收电路部11输出的接收信号进行相关处理等，捕捉GPS卫星信号，基于从GPS卫星信号提取的卫星轨道数据或时刻数据等进行规定的位置算出计算，从而计算移动型电话机1的位置(位置坐标)。基带处理电路部20还具有从接收信号中捕捉GPS卫星信号的卫星信号捕捉装置的功能。图4是表示基带处理电路部20的电路构成的示例图，是以本实施方式涉及的电路块为中心示出的图。基带处理电路部20由例如乘法器21、载波去除用信号产生部22、相关器23、复制码产生部对、处理部25、存储部27构成。乘法器21用于通过将由载波去除用信号产生部22生成 产生的载波去除用信号与接收信号相乘来从接收信号中去除载波并输出至相关器23。载波去除用信号产生部22是生成作为与GPS卫星信号的载波信号相同的频率的信号的载波去除用信号的电路，具有例如载波NCCKNumericalControlled Oscillator)等振荡器。当从RF接收电路部11输出的信号是IF信号时，将IF频率作为载波频率而生成信号。总之，是生成与从RF接收电路部11输出的信号的频率相同的频率的载波去除用信号的电路。相关器23进行由复制码产生部M生成的复制码与去除了从乘法器21输出的载波的接收CA码的相关运算的相关器，相当于相关运算部。复制码产生部M是生成作为GPS卫星信号的扩展码的CA码的复制码的电路部， 由例如码NCO等振荡器构成。复制码产生部M根据指示的相位来调整输出相位(时间) 并生成与处理部25指示的PRN编号(卫星编号)相应的复制码，并输出至相关器23。相关器23分别对接收信号的IQ成分进行与从复制码产生部M输入的复制码的相关处理。I成分表示接收信号的同相成分(实部)，Q成分表示接收信号的正交成分(虚部)。此外，虽然省略了进行接收信号的IQ成分的分离(IQ分离)的电路块的图示，但可构成为任何的电路块。例如也可以是，在RF接收电路部11中，将接收信号下降变频到IF 信号时，通过将相位相差90度的局部振荡信号与接收信号相乘来进行IQ分离。处理部25是综合控制基带处理电路部20的各功能部的控制装置，具有例如CPU 等处理器。处理部25具有对相关器23输出的相关运算的结果进行频率解析的解析部、从作为频率解析结果而获得的各频率的功率值中提取超过规定的阈值的功率值的提取部、从接收信号中捕捉GPS卫星信号的捕捉部的功能。作为主要的功能部，处理部25具有卫星信号捕捉部251与位置算出部253。卫星信号捕捉部251进行在相关积分时间内对从相关器23输出的相关值进行积分的处理，基于被累积的相关值(积分相关值)来捕捉GPS卫星信号。位置算出部253利用由卫星信号捕捉部251捕捉的GPS卫星信号，进行公知的位置算出计算，从而计算移动型电话机1的位置。将计算的位置输出到主CPU30。存储部 27 由 ROM (Read Only Memory)或闪存 ROM、RAM(RandomAccess Memory)等存储装置(内存)构成，存储基带处理电路部20的系统程序或用于实现卫星信号捕捉功能、位置计算功能等各种功能的各种程序、数据等。而且，具有临时存储各种处理的处理过程中的数据、处理结果等的工作区。如图4所示，存储部27中存储了作为程序被处理部25读出并作为基带处理(图 5参考)执行的基带处理程序271。作为子程序，基带处理程序271具有作为各种相关处理 (参考图6 图9，图16及图17)而被执行的相关处理程序2711。而且，作为临时的存储数据，存储部27中存储了例如卫星轨道数据272、相关积分时间273、相关值数据275、増大相关值数据276、积分相关值数据277、阈值278。所谓的基带处理是指，处理部25分别对作为捕捉对象的GPS卫星(以下称为“捕捉对象卫星”)进行各种相关处理，进行捕捉GPS卫星信号的处理，进行利用了捕捉的GPS 卫星信号的位置算出计算，并计算移动型电话机1的位置的处理。而且，所谓的相关处理是指，处理部25根据上述的原理对时间序列的相关值进行频率解析，将超过规定的阈值的功率值视为零频率上的功率值，并通过逆频率解析重构时间序列的相关值的处理。然后，通过积分重构的时间序列的相关值来计算·取得积分相关值。对于这些处理，后面用流程图来详述。卫星轨道数据272是存储了全部的GPS卫星的概略卫星轨道信息的历书或针对各 GPS卫星存储了详细的卫星轨道信息的星历表等数据。卫星轨道数据272除了通过对从GPS 卫星接收的GPS卫星信号进行解码来获得之外，还可从例如移动型电话机1的基站或辅助服务器作为辅助数据来取得。相关积分时间273是积分相关值的时间，基于接收信号的信号强度或接收环境等信息可变地设定。相关值数据275是累积(accumulate) 了相关积分时间273中的从相关器23输出的相关值的数据。而且，増大相关值数据276是通过(η > 1)对与相关积分时间相应的相关值进行η倍而获得的増大相关值的数据。本实施例中，为了使利用频率解析获得的各频率的功率谱密度增大、并提高频率解析的精度，对増大相关值数据276进行频率解析。
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积分相关值数据277是通过积分由逆频率解析重构的相关值获得的积分相关值的数据。阈值278是用于进行通过对増大相关值数据276进行频率解析而获得的各频率的功率值的阈值判定的阈值，例如设定为固定值。回到图3的功能框，主CPU30是根据存储部80中存储的系统程序等各种程序综合控制移动型电话机1的各部的处理器。主CPU30基于从基带处理电路部20输出的位置坐标在显示部50上显示指示了当前位置的地图，将该位置坐标用于各种应用处理。操作部40是具有例如触摸面板或按钮开关等的输入装置，将按下的键或按钮的信号输出到主CPU30中。通过该操作部40的操作，进行通话请求、电子邮件送接收请求、位置算出请求等各种指示输入。显示部50是具有LCD (Liquid Crystal Display)等、基于从主CPU30输入的显示信号进行各种显示的显示装置。在显示部50中显示位置显示画面或时刻信息等。移动电话用天线60是与移动型电话机1的通信服务经营商设置的无线基站之间进行移动电话用无线信号的发送接收的天线。移动电话用无线通信电路部70是具有RF变换电路、基带处理电路等的移动电话的通信电路部，通过进行移动电话用无线信号的调制·检波等来实现通话或电子邮件的发送接收等。存储部80是存储主CPU30控制移动型电话机1的系统程序或执行各种应用处理的各种程序或数据等的存储装置。2-1.第一实施例第一实施例是如下所述的实施例，S卩、进行利用了作为频率解析方法之一的傅里叶变换的相关处理，基于通过积分重构的相关值而获得的积分相关值捕捉GPS卫星信号。(1)处理的流程图5是表示由处理部25读出存储部27中存储的基带处理程序271，并在基带处理电路部20中执行的基带处理的流程的流程图。最初，卫星信号捕捉部251进行捕捉对象卫星判定处理(步骤Al)。具体地说，在用未图示的时钟部计时的当前时刻，使用存储部27中存储的历书或星历表等卫星轨道数据272判定位于所给的基准位置的天空的GPS卫星，并确定为捕捉对象卫星。可以通过下述的方法设定基准位置，即、例如在接通电源后的初次位置算出的情况下，将基准位置设为通过所谓的服务器辅助从辅助服务器获得的位置，在第二次以后的位置计算的情况下，将基准位置设为最新的计算位置等。接着，卫星信号捕捉部251分别对步骤Al中判定的各捕捉对象卫星执行循环A的处理(步骤A3 步骤A17)。在循环A的处理中，卫星信号捕捉部251对该捕捉对象卫星设定相关积分时间273 (步骤A5)。相关积分时间的设定能用各种方法来实现。例如，可以基于来自该捕捉对象卫星的接收信号的信号强度来设定。如果信号强度越弱，若不在更长的时间内积分相关值，则检测相关值的峰值变得困难。因此，适当的方式是，设定相关积分时间，使得信号强度越弱则相关积分时间越长。而且，也可判定GPS卫星信号的接收环境并基于判定的接收环境来确定相关节能时间。可以考虑例如在接收环境是「屋内环境(室内环境)」的情况下，设定相关积分时间为较长的“ 1000毫秒”，在接收环境为“屋外环境(户外环境)，，的情况下，设定相关积分时间为较短的“200毫秒”。接着，卫星信号捕捉部251设定复制码的初始相位(步骤A7)。然后，将指示该捕捉对象卫星的PRN编号、复制码的相位的指示信号输出到复制码产生部24(步骤A9)。然后，卫星信号捕捉部251通过读出并执行存储部27中存储的相关处理程序2711来进行相关处理(步骤All)。图6是表示作为相关处理的示例的第一相关处理的流程的流程图。首先，卫星信号捕捉部251将规定值设定为功率值的阈值278，并存储在存储部27中(步骤Bi)。接着，卫星信号捕捉部251在在步骤A5中设定的相关积分时间内累积从相关器23 输出的相关值，并将该时间序列数据作为相关值数据275存储在存储部27中(步骤B3)。 然后，卫星信号捕捉部251通过对相关积分时间内的相关值进行η倍(η > 1)，从而计算増大相关值，并作为増大相关值数据276存储在存储部27中(步骤Β5)。接着，卫星信号捕捉部251对増大相关值数据276进行快速傅里叶变换(FFT (Fast Fourier Transform))处理(步骤B7)。此外，由于快速傅里叶变换涉及的处理是现有公知的，省略其详细的说明。如果通过进行FFT处理求出频域中的功率谱后，卫星信号捕捉部251提取各频率的功率值中大于在步骤Bl中设定的阈值278的各频率的功率值，并与零频率(OHz)的功率值相加(步骤B9)。而且，卫星信号捕捉部251设定已提取的功率值为「0」(步骤B11)。接着，卫星信号捕捉部251进行逆快速傅里叶变换处理(IFFT处理)，重构相关值 (步骤B13)。此外，由于逆快速傅里叶变换涉及的处理是现有公知的，因此，省略了详细的说明。进行逆FFT处理重构相关值后，卫星信号捕捉部251对重构的相关积分时间内的相关值积分，并作为积分相关值数据277存储在存储部27中(步骤BM)。然后，卫星信号捕捉部251结束第一相关处理。回到图5的基带处理，进行相关处理后，卫星信号捕捉部251对存储部27的积分相关值数据277进行峰值检测(步骤A13)，在判定为未检测出峰值的情况下(步骤A13: No)，变更复制码的相位(步骤A15)，返回步骤A9。而且，在判定为检测出峰值的情况下(步骤A13 :Yes)，卫星信号捕捉部251转移处理到下一个捕捉对象卫星。然后，对全部的捕捉对象卫星进行步骤A5 步骤A15的处理后，结束循环A的处理(步骤A17)。随后，位置算出部253对各捕捉对象卫星执行利用了捕捉到的GPS卫星信号的位置算出计算(步骤A19)。位置算出计算利用移动型电话机1与各捕捉卫星间的伪距，通过进行使用例如最小二乘法或卡尔曼滤波器的公知的收敛运算来实现。可以如下计算伪距。也就是说，使用从卫星轨道数据272求得的捕捉卫星的卫星位置、移动型电话机1的最新的计算位置来计算伪距的整数部分。而且，使用相当于在步骤 A13中检测出的相关值的峰值的复制码的相位(码相位)来计算伪距的尾数部分。通过合计这样求得的整数部分与尾数部分，可以计算出伪距。接着，位置算出部253将计算出的位置(位置坐标)输出到主CPU30(步骤A21)。然后，处理部25判定是否结束处理(步骤A23)，在判定为还未结束的情况下(步骤A23; No)，回到步骤Al。而且，在判定为结束处理的情况下(步骤A23;Yes)，结束基带处理。(2)试验结果参考图10 图15，对捕捉GPS卫星信号时的试验结果进行说明。图10 图12是表示根据现有的信号捕捉方法捕捉GPS卫星信号的情况下的试验结果的示例图。对于频率方向与相位方向的各个方向，进行对1秒内的相关值积分而求出积分相关值、并检测出其峰值的试验。图10是三维地绘出的相位方向及频率方向的积分相关值的图表。在图10中，右纵深方向表示接收CA码的相位与复制码的相位的相位差，左纵深方向表示接收信号的频率与载波去除用信号的频率的频率差。而且，纵轴表示积分相关值。提取图10图表中的频率方向的相关处理结果的图表是图11，提取相位方向的相关处理结果的图表是图12。从图12可知，对于相位方向的相关处理结果，积分相关值的峰值出现在相位差 “0”的部分，得到了正确结果。然而，从图11可知，对于频率方向的相关处理结果，在频率差“0Hz”的部分未出现积分相关值的峰值，而在“0Hz”的左右方向分别偏离稍许的频率差中出现了峰值。研究该峰值出现的频率差可知是相当于作为特定频率的“士25Hz”的频率差。由于频率差“0Hz”处未出现峰值，意味着GPS卫星信号的捕捉失败。图13 图15是表示根据第一实施例的信号捕捉方法捕捉到GPS卫星信号时的试验结果的示例图。进行如下的试验，即、对于频率方向与相位方向的各个方向，设定相关积分时间为“500毫秒”，进行上述的第一相关处理，并求出积分相关值，检测其峰值。这里示出设功率值的阈值为“100”并进行试验后的结果。图13是三维地绘出相位方向及频率方向的积分相关值的图表。而且，提取图13 图表中的频率方向的相关积分结果的图表是图14，提取相位方向的相关积分结果的图表是图15。图表的观察方式分别与图10 图12相同。从图15可知，对于相位方向的相关处理结果，相位差「0」的部分出现了积分相关值的峰值，得到了正确结果。而且，从图14可知，对于频率方向的相关处理结果，在频率差 “0Hz”的部分也出现了积分相关值的峰值。由于相位及频率完全一致，因此，意味着GPS卫星信号的捕捉成功。(3)作用效果在基带处理电路部20中，通过相关器23对接收从GPS卫星发射的GPS卫星信号的接收信号进行相关运算。然后，对于在大于等于由GPS卫星信号传送的导航电文数据的位长(20毫秒)的相关积分时间内的相关运算结果，通过处理部25进行使用了傅里叶变换的频率解析。然后，通过处理部25进行提取由频率解析获得的功率值中大于规定的阈值的各频率的功率值、并移动至零频率下的功率值的处理。然后，在通过逆傅里叶变换重构相关值后，积分重构的相关积分时间(correlation integration time)内的相关值，并检测该积分相关值(integration correlation value)的峰值，由此捕捉GPS卫星信号。当导航电文数据的位值发生变化(反转)时，CA码的极性也反转。因此，如果在大于等于导航电文数据的位长的任意时间内进行相关处理，即使根据正确的频率捕捉了 GPS卫星信号，在相关值的时间序列数据中也会出现符号变化。当对该相关值的时间序列数据进行傅里叶变换时，如原理中所说明的那样，在特定频率05Hz)或特定频率的高谐波频率、小于特定频率的频率等多个频率上出现功率值的峰值。但是，功率值的大小随符号变化的周期(频率)或其高谐波而不同。这些功率值的峰值是因导航电文数据的位值的变化(反转)而引起的。因此，进行提取由傅里叶变换获得的各频率的功率值中大于规定的阈值的各频率的功率值并移动到零频率的功率值的处理。进行相关的处理后，通过采用逆傅里叶变换重构相关值，能得到符号一致的相关值的时间序列数据。若对符号一致的相关值积分，则不会出现符号不同的各相关值的相消。因此，可以实现在大于导航电文数据的位长(20毫秒)的相关积分时间内的相关处理。而且，在本实施例中，通过η倍在相关积分时间内累积的相关值来计算増大相关值，通过对该増大相关值的时间序列数据进行傅里叶变换，从而可以增大功率谱密度，提高频率解析的精度。从上述的试验结果可知，在GPS卫星信号捕捉失败的情况下，在相当于特定频率的频率差上出现积分相关值的峰值，在捕捉成功的情况下，在频率差为零时出现积分相关值的峰值。考虑到这一点，使满足高功率条件的各频率的功率值移动到零频率的功率值上， 也可以说是检测出GPS卫星信号的接收频率。(4)其他相关处理使用图6说明的第一相关处理是相关处理的一个例子，但并不仅限于此。使用流程图来说明另外的相关处理的例子。在以下说明的流程图中，用相同的符号标记与第一相关处理相同的步骤并省略说明，以与第一相关处理不同的步骤为中心来说明。图7是示出作为另外的相关处理的一个例子的第二相关处理流程的流程图。在第二相关处理中，在步骤Β7中进行FFT处理后，对于特定频率05Hz)及其高谐波频率(25Hz 的奇数倍的频率)提取大于阈值的功率值，并与零频率的功率值相加(步骤C9)。以后的处理与第一相关处理相同。在进行了频率解析时出现功率值大的峰值，主要是特定频率及其高谐波的频率 (特定频率的奇数倍的频率)。因此，在第二相关处理中，以特定频率及特定频率的高谐波的频率为对象，在功率值大于阈值时移动到零频率的功率值。由此，与以宽范围的频率为对象来进行处理的情况相比，可以减少计算量，并取得与适用于GPS卫星信号的捕捉的相关值。图8是示出作为另外的相关处理的一个例子的第三相关处理流程的流程图。在第三相关处理中，卫星信号捕捉部251在步骤B9中提取超过阈值的功率值并加到零频率下的功率值上之后，不进行逆FFT处理，而是将零频率下的功率值作为相关处理结果存储在存储部27中(步骤Dll)。在以后的处理中，卫星信号捕捉部251视零频率下的功率值为相关处理结果，并进行GPS卫星信号的捕捉。此外，在第三相关处理中，与第一相关处理不同，由于不需要零频率下的功率值以外的功率值，因此，省略了使提取的功率值为“0”的步骤(图6的步骤 Bll)。这样，对可以视零频率下的功率值为相关处理结果并进行处理的依据进行说明。 使用计算机进行傅里叶变换时，通常使用离散傅里叶变换。对于相关值的离散傅里叶变换， 用以下的式⑴进行公式化。
权利要求
1.一种信号捕捉方法，其特征在于，包括对接收从定位卫星发射的卫星信号的接收信号进行相关运算； 对规定时间内的所述相关运算的结果进行频率解析，所述规定时间大于等于由所述卫星信号传送的导航电文数据的位长；提取所述频率解析的结果中功率值满足规定的功率条件的各频率的功率值；以及使用提取的所述功率值捕捉所述卫星信号。
2.根据权利要求1所述的信号捕捉方法，其特征在于，还包括使所述规定时间内的所述相关运算的结果增大n-1倍，其中，η > 1，对增大η-1倍的所述相关运算的结果进行所述频率解析。
3.根据权利要求1所述的信号捕捉方法，其特征在于，捕捉所述卫星信号包括将提取的所述功率值作为零频率的功率值并进行所述捕捉。
4.根据权利要求1所述的信号捕捉方法，其特征在于，捕捉所述卫星信号包括进行逆频率解析以及使用所述逆频率解析的结果来捕捉所述卫星信号。
5.根据权利要求1所述的信号捕捉方法，其特征在于，所述提取是提取根据所述位长确定的特定频率和所述特定频率的高次谐波中功率值满足所述功率条件的频率的功率值。
6.根据权利要求1所述的信号捕捉方法，其特征在于， 所述频率解析是使用傅里叶变换的频率解析。
7.根据权利要求1所述的信号捕捉方法，其特征在于， 所述频率解析是使用小波变换的频率解析。
8.一种信号捕捉装置，其特征在于，包括相关运算部，对接收部接收由定位卫星发射的卫星信号的接收信号进行相关运算； 解析部，对规定时间内的所述相关运算的结果进行频率解析，其中，所述规定时间大于等于由所述卫星信号传送的导航电文数据的位长；提取部，提取所述频率解析的结果中功率值满足规定的功率条件的各频率的功率值；以及捕捉部，使用提取的所述功率值捕捉所述卫星信号。
全文摘要
本发明披露一种信号捕捉方法和信号捕捉装置，该信号捕捉方法包括对接收从定位用卫星发射的卫星信号进行相关运算；对规定时间内的上述相关运算的结果进行频率解析，上述规定时间大于等于由所述卫星信号传送的导航电文数据的位长；提取上述频率解析的结果中功率值满足规定的功率条件的各频率的功率值；以及使用上述提取的功率值捕捉上述卫星信号。
文档编号G01S19/27GK102193097SQ20111004404
公开日2011年9月21日 申请日期2011年2月23日 优先权日2010年2月23日
发明者丁熠玫, 水落俊一 申请人:精工爱普生株式会社