专利名称：卫星电波接收装置和卫星电波接收方法
技术领域：
本发明涉及从测位用卫星，接收电波，获得卫星信号的卫星电波接收装置和卫星电波接收方法。
背景技术：
在过去，具有从以GPS(Global Positioning System)为首的 GNSS(Global Navigation Satellite System)的测位用卫星,接收电波，获得时刻信息、位置信息的钟表，GPS记录器这样的便携型装置。在这些便携型装置中，由于电源的制约，采用低耗电量的部件，或进行省电动作。比如，在JP特开2008-32637号文献(与US7715279B2相对应)中，公开了下述的技术，其中，在从测位用卫星，获得时刻信息时，在发送卫星信号中的发送时刻信息的时刻以外的期间，使接收动作中断。另外，在JP特开2008-51529号文献中，公开了时刻修正装置，其具有高度传感器，仅仅在判定为飞行器进行了移动的场合，接收来自4个卫星的数据，获得位置信息，判断时区。但是，从测位用卫星发送的电波的发送频率对于多个测位用卫星来说，是相同的。比如，从GPS的测位用卫星(GPS卫星)发送的民用电波频率的I个为LI频带的
I.57542GHz。但是，各GPS卫星在轨道上高速地移动，由此，通过与便携型装置之间的相对运动，产生多谱勒效应，该便携型装置的接收频率为分别脱离发送频率的频率。于是，在通过预先不具有本机的当前位置数据，测位用卫星的轨道信息的便携型装置，接收来自测位用卫星的电波时，在会因多谱勒效应而变化的范围内，必须搜索来自测位用卫星的电波的接收频率。另一方面，在便携型装置中产生根据接收电波对卫星信号进行解调处理、或进行数字化取样用的频率信号的振荡电路的振荡频率分别存在误差。另外，在可装载于便携型装置中的小型，并且低耗电量的振荡电路中，该振荡频率的误差大。于是，在检测从测位用卫星发送的电波时，必须搜索还包括振荡频率的误差的范围的较宽的接收频率的范围，其结果是，搜索时间长，耗电量增加。本发明提供不增加耗电量就可缩短卫星电波的检测时间的卫星电波接收装置和卫星电波接收方法。
发明内容
本发明的形式之一涉及一种卫星电波接收装置，该卫星电波接收装置获得从测位用卫星发送的卫星信号，其特征在于该卫星电波接收装置包括接收部，其可接收包括上述测位用卫星发送的频率的预定的频率范围的电波；捕获部，其根据基于通过上述接收部接收的电波的接收信号，检测上述卫星信号；计算部，其根据通过上述捕获部检测的多个上述卫星信号的接收频率，计算该检测到的多个上述卫星信号的中心频率，其中，上述捕获部以上述中心频率为基准而进行上述卫星信号的检测。
此外，本发明的形式之一涉及一种卫星电波接收方法，在该方法中，设置接收从测位用卫星发送的电波的接收部，根据通过该接收部接收的电波，获得卫星信号，其特征在于该方法包括捕获步骤，根据基于由上述接收部接收的电波的接收信号，检测上述卫星信号；计算步骤，根据在上述捕获步骤中检测到的多个上述卫星信号的接收频率，计算该检测到的多个上述卫星信号的中心频率，其中，上述捕获步骤以上述中心频率为基准而进行上述卫星信号的检测。
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I为表示本发明的实施方式的卫星电波接收装置的结构的方框2为表示捕获引擎的内部结构的3为表示中间频率发生器的内部结构的4A，图4B为表示存储器的排列的5为表示捕获引擎中的卫星信号检测时的信号强度的6为说明对卫星位置的检测频率和检测到的信号强度的关系的7为表示卫星信号的全部搜索处理的过程的流程8为表示检测动作处理的过程的流程9为表示卫星信号的检测处理的过程的流程10为表示求出的中心频率与检测到卫星信号的接收频率的偏差的具体例子的
具体实施例方式下面根据附图，对本发明的实施方式的卫星电波接收装置进行说明。图I为表示本实施方式的卫星电波接收装置的结构和信号的流动的方框图。该卫星电波接收装置I例如装载于便携型钟表上，输出时刻信息。该卫星电波接收装置I包括接收天线ANT、低噪音放大器(LNA) 11、窄频带滤波器12、振荡电路13、RF部
14、基带部15等。接收天线ANT为可接收来自GPS卫星的LI频带(1.57542GHz)的电波的天线。另外，窄频带滤波器12例如，为SAW滤波器(表面弹性波滤波器)，具有I IOMHz左右的频带。与来自GPS卫星的发送频率与卫星电波接收装置I的接收频率之间的多普勒效应效应的频率的差异的大�。獾魑佬切藕攀笔淙氲闹屑淦荡谋镜仄德市藕胖邪ǖ钠德饰蟛畹闹迪啾龋闷荡矶仁亲愎豢淼�。由这些接收天线ANT、低噪音放大器11、窄频带滤波器
12、振荡电路13、与RF部14构成接收部。振荡电路13 —般例如采用具有温度补偿电路的晶体振荡器(TCXO)，但是，在本发明中，即使为不进行温度补偿的低耗电量的晶体振荡器，仍可使用。该振荡电路13发生并输出例如16. 368MHz的信号，而作为基准频率。该振荡电路13是精度高的大型和/或不为高价而为低价格的耗电量小的小型电路。于是，在该振荡电路13所振荡的基准频率中包含振荡电路13所固有的±10 15kHz左右的偏差。RF部14将基于已接收的电波的传送波频率的接收信号变换为中间频带的信号， 对其进行数字数据化处理而输出。该RF部14包括降频变频器141、PLL(Phase LockedLoop) 142、ADC (模拟数字变换器)143等。降频变频器141为将基于已接收的电波的传送波频率的接收信号变换为中间频带的信号的电路，例如其包括混合器、窄频带滤波器。中间频率fi例如为4MHz左右的值。PLL142为与振荡电路13的输出信号同步地将规定的本地频率的信号输入到降频变频器141的混合器中的电路,例如其包括VCO(Voltage Controlled Oscillator)、预换器、相位比较器等。VCO发生通过所输入的直流电压而确定的频率的信号，将其输出给降频变频器141的混合器。预换器对该VCO的输出信号进行分频处理，将其输出给相位比较器。 相位比较器对VCO的分频信号的相位，与振荡电路的输出信号的相位进行比较，将基于它们的相位差的直流电压输出给VC0。通过这样的结构，控制本地频率，由此，PLL142可使一定的频率信号稳定并将其输出给降频变频器141。ADC143将变换为中间频带的信号并从降频变频器141输出的接收信号，按照规定的取样频率而变换为数字值，输出给基带部15。基带部15包括捕获引擎151 (捕获部)、跟踪引擎152、中间频率发生器153、逆扩散编码发生器154、运算处理部155等。另外，在基带部15中，包括控制器156(计算部)， 其统一控制基带部15的动作，具有CPU(Central Processing Unit)等；存储临时数据的 RAM (Random Access Memory)等的存储器157 (存储部)(参照图2)。捕获引擎151为根据从RF部14输入的数字信号，检测卫星信号，对其接收频率和卫星识别号码进行识别处理的电路，这一点将在后面详细描述。跟踪引擎152为在具有通过捕获引擎151而识别的接收频率和卫星识别号码的卫星信号与卫星电波接收装置I的内部时钟之间，检测相位同步点，另外，维持该相位同步， 连续地输出经解调的卫星信号的电路。中间频率发生器153在根据从RF部14输入的数字信号，对卫星信号进行解调时， 发生输入到捕获引擎151，或跟踪引擎152的中间频率本地信号。该中间频率发生器153在本实施方式的基带部15中，为NCO (NumericalIy-Controlled Oscillator,数值控制振荡器)。可根据输入到该NCO中的数值，精细地改变所生成的中间频率本地信号的频率。另外，中间频率发生器153构成为可分别输出I相(In phase)本地信号、与该I相本地信号相垂直的Q相(Quadrature Phase)本地信号。逆扩散编码发生器154生成在与已指定的卫星识别号码相对应的GPS卫星中，对卫星信号进行扩散调制的扩散码，将其输出给捕获引擎151或跟踪引擎152。在本实施方式的卫星电波接收装置I中的逆扩散编码发生器154中，生成作为扩散码的C/AH。C/A码通过在I个周期Im的期间发送的1023个符号数据(chip)的排列构成该C/A码。运算处理部155对从跟踪引擎152输出的卫星信号进行解调，获得时刻数据。另外，运算处理部155根据需要，进行GPS卫星的位置的计算、以及卫星电波接收装置I的当前位置的计算，按照规定的格式，输出这些获得数据、计算数据。下面对捕获引擎151中的卫星信号的检测处理进行说明。图2为表示捕获引擎151和与其有关的部分的结构的图。捕获引擎151包括I/Q变换部1511、积分部1512、相关器1513、平方电路1514等。I/Q变换部1511将输入信号分成I相信号、与该I相信号相垂直的Q相信号，将其输出。该I/Q变换部1511包括混合器1511a，1511b。对于从RF部14，输入到I/Q变换部1511中并分离成2个系统的中间频带的数字信号，对各个信号，分别在混合器1511a，1511b 中混合从中间频率发生器153输出的I相本地信号和Q相本地信号。I相本地信号和Q相本地信号的频率与已输入的数字信号的中间频率相同，并且数字信号的相位和内部时钟的相位完全地同步的场合，来自混合器1511a、1511b的输出信号分别为I相的本地信号和Q 相的本地信号。积分部1512包括积分器1512a、1512b，其分别在C/A码Ichip的长度，即， l/1023ms ( Iiis)的范围内对混合器1511a, 1511b的输出信号进行积分处理,将其输出。 或者，这些积分器1512a，1512b也可为切断短于C/A码Ichip的长度的交流成分的低通滤波器。相关器1513为分别针对每个积分周期，获得积分器1512a，1512b的输出数据，求出这些已获得的输出信号和已生成的C/A码之间的相关性的多项滤波器。积分器1512a的输出数据被输入到移位寄存器1513a中，另外,积分器1512b的输出数据被输入到移位寄存器1513b中。在移位寄存器1513a、1513b中，分别按照被输入的顺序串联地累积1023个数据。在移位寄存器1513e中，从逆扩散编码发生器154依次输入与移位寄存器1513a、 1513b相同个数，即相当于C/A码周期量的1023chip的数据。该移位寄存器1513e可按照同时并列的方式存储4颗卫星量的C/A码，通过选择器1513f，选择任意一个GPS卫星的C/ A码。表示通过选择器1513f选择的GPS卫星的C/A码的各chip数据与存储于移位寄存器1513a、1513b中的相同相位(按照同一顺序输入的)各数据相乘，分别输入到加法运算器1513c，1513d中。加法运算器1513c，1513d将分别从1023个乘法运算器输入的值相加， 并输出给平方电路1514。平方电路1514包括分别将从相关器1513输入的I相信号的加法运算值和Q相信号的加法运算值进行平方运算的平方计算部1514a，1514b ;计算平方计算部1514a，1514b 的计算结果的和的加法运算器1514c。加法运算器1514c的计算结果输出给基带部15的存储器157，存储于后述的规定位置。另外，平方电路1514也可输出加法运算器1514c的输出的平方根。图3为表示基带部15的中间频率发生器153的结构的方框图。该中间频率发生器153为NC0，由加法运算器1531，1532，寄存器1533， C0S-R0M1534,与 SIN-R0M1535 等构成。在加法运算器1531中，输入已设定的IF定时的值和偏差的值，这些值通过加法运算器1531进行加法运算，送给加法运算器1532。在该加法运算器1532中，对从该加法运算器1533输入的值和从寄存器1533输入的值进行加法运算，送给C0S-R0M1534和 SIN-R0M1535，存储于寄存器1533中。即，存储于寄存器1533中的值按照预定的时间间隔， 每次按照从加法运算器1531输入到加法运算器1532中的值而增加。接着，存储于寄存器 1533中的值为最大值，进一步返回到0，由此，呈现一个周期的经过。关于加法运算器1532 和寄存器1533，没有特别的限制，但是，具有例如，32比特的数据容量。C0S-R0M1534和SIN-R0M1535分别为下述的R0M，其包括将振幅为I的余弦函数和正弦函数的一个周期等分为例如用8比特表示的256的相位，从与相位相对应的地址读取并输出各相位的余弦函数和正弦函数的值的查询表。如果从加法运算器1532向C0S-R0M1534和SIN-R0M1535输入32比特的数值，则例如，从与通过其中的上位8比特的值表示的相位相对应的地址，读取余弦函数和正弦函数的值。接着，按照预定的时间间隔，逐次地读取这些值，由此，形成已指定的频率的I相本地信号LoI和Q相本地信号LoQ。在这里，IF定时的设定输入值为标准的中间频率，即，在本实施方式的卫星电波接收装置I中，为与中间频率fi = 4. 092MHz相对应的值。于是，在中间频率的偏差值(接收信道f)为0的场合，输出中间频率fi = 4. 092MHz的本地频率信号。另一方面，通过使偏差值从0开始变化，能够从4. 092MHz起，以数字方式对使所输出的本地频率进行增减。在本实施方式的卫星电波接收装置I中，与接收信道f的变化相对应的频率变化量Af为100Hz。 于是，每当接收信道f增加I而输出的本地频率从中间频率fi开始,每次IOOHz地上升，每当接收信道f减少I时输出的本地频率从中间频率fi开始，每次IOOHz地下降。图4A，图4B为表示基带部15的存储器157中的存储数据的排列模式的图。存储于存储器157中的数据首先象图4A所示的那样，设置于C/A码的相位、接收频率(接收信道)、卫星识别号码的3个变量的三维排列上。在捕获引擎151中设定该3个变量而求出的相关值的输出数据存储于由该3个变量所确定的位置。另外，根据存储为图4A所示的三维排列的值，在按照后述的方法计算的S/N比的值s大于已设定的阈值a的场合，判定为检测到卫星信号。在检测到卫星信号的场合，象图 4B所示的那样，存储从地址n = 0开始顺序地检测到的接收信道f和S/N值S。该地址数量例如为0 29的30个，在于地址n = 29处存储数据之后，下次存储数据的地址n再次恢复为O。接着，用所存储的数据改写存储在n = 0处的旧的数据。即，在存储器157中， 存储该接收信道f和S/N值s的部分为环形缓存器。下次存储的地址n可被存储于存储器 157中，进行读取。此外，在初始阶段，在地址n = 0 29的接收信道f和S/N值s中，存储作为初始值的O。下面对本实施方式的卫星电波接收装置I的捕获引擎151的卫星电波捕获方法的原理进行说明。图5为表示在捕获引擎151中，生成一个GPS卫星的C/A码，按照I个接收频率， 接收来自该一个GPS卫星的电波的场合的从捕获引擎151的输出数据的例子的图。在存储于移位寄存器1513a、1513b中的1023个数据与表示从逆扩散编码发生器 154送给移位寄存器1513e的C/A码的1023个的chip数据之间的相位差中，具有在C/A码的每I个周期中都小于Ichip的定时。C/A码和输入数据的相关值在该定时下变大，输出值急剧地上升。另一方面，对于C/A码，在对于不同的相位的数据排列之间的自相关性非常低，从而相位差在为Ichip以上的场合，输出值始终是非常小的。于是，在本实施方式的基带部15中，取得由平方电路1514输出的值中的，一个周期中的最大值与非最大的各值的平均值的比作为S/N值。S/N值也可采用例如上述计算出的值的对数。在基带部15中，针对各GPS卫星的C/A码和各接收频率而进行上述S/N值的获得动作。接收频率相对来自GPS卫星的发送频率，按照因GPS卫星的移动速度而产生的多谱勒速度、与振荡电路13的振荡频率中包含的偏差的影响的范围内变化。在通常的状态下相对于多普勒效应的中间频率fi的频率变化量Af的最大值，为数kHz。于是，为了在考虑振荡电路13的振荡频率中包含的± 15kHz左右的偏差的同时，按照IOOHz左右的精度确定接收频率，必须反复300次地切换频率变化量Af，反复进行捕获引擎151的搜索动作。另外，即使在事先求出偏差，仅仅进行该偏差的补偿的情况下，考虑了捕获引擎151的多普勒效应的搜索动作的反复次数仍必须要求50次左右。图6为表示对针对一个GPS卫星连续地进行捕获引擎151的捕获动作的场合的接收频率和S/N比的值的变化的例子进行模拟的结果的图。各GPS卫星按照11小时58分的周期，围绕地球而公转，于是，按照23小时56分的周期相对地球表面，返回到同一位置。由于在GPS卫星位于地平线下，处于从卫星电波接收装置I非可视的状态的期间，没有信号的输入，所以如由图6的右侧垂直轴和由四角符号表示的各点的变化所示的那样，S/N比的值为I 2。另外，在此期间，如由图6的左侧垂直轴、由菱形符号表示的各点的变化所示的那样，无法求出确定的频率变化量Af0另一方面，在GPS卫星出现在地平线上，可从卫星电波接收装置I看到的状态的场合，接收来自GPS卫星的电波，S/N比的值变大。此时的多普勒效应的频率变化量Af基于观测期间中的GPS卫星的位置和轨道而变化。即，在图6所示的例子中，在GPS卫星的位置从地平线附近朝向天顶而移动，仰角增加的场合，因GPS卫星接近观测地点的朝向的相对速度，频率变化量Af为正值。与此相反，在GPS卫星的位置从天顶附近朝向地平线而移动， 仰角减少的场合，因GPS卫星从观测地点离开的朝向的相对速度，频率变化量A f为负值。另外，越接近天顶，从GPS卫星接收的电波的接收强度越强，于是，S/N比值上升。 其原因在于GPS卫星的位置越接近天顶，GPS卫星与地上的观测地点之间的距离越短。另外，成为电波衰竭的原因的电离层、大气圈的通过距离越短。这样，得到频率变化量Af越接近于0而GPS卫星的位置越接近天顶，S/N比值越得以改善的关系。在这里，频率变化量A f、S/N值的变化的模式依赖于观测地点的纬度、以及观测地点与各GPS卫星轨道的位置关系而变化。即，伴随观测地点的纬度、经度、以及日期，例如象图6所示的那样，相对S/N值最好的位置，S/N比值的变化并不对称地分布。另一方面， 在于同一地点，在同一时刻，接收来自GPS卫星的电波的场合，在呈现基本相同的接收特性的同时，因地球的I天与GPS卫星的公转周期的不同，每天4分的偏差被慢慢地累积。于是，在本实施方式的卫星电波接收装置I中，在针对由捕获引擎151设定的每个卫星识别号码和每个已设定的频率而测定的S/N值超过预定的阈值a的场合，在存储器157 中存储接收信道f和S/N值S。接着，在考虑S/N值s的大小的同时对存储于该存储器157 中的多颗GPS卫星的接收信道f的值进行平均处理，由此，计算中心频率信道fc。在下次的接收处理时，以该中心频率信道fc为中心，进行捕获引擎151的搜索处理，由此，能够一边同时地抑制多普勒效应的影响和振荡电路13的偏差的影响，一边快速地检测来自GPS卫星的S/N值良好的电波的和。例如，基于接收信道f的S/N比值的加权平均，通过下述的数学式(I)，计算中心频率信道fc fc =E k (fksk) / E k(fk)......(I)在这里，接收信道fk和S/N比值Sk的的后缀“k”表示存储器157中的地址k = n =0 29的各个值。另外，E k表示地址k = 0 29的和。或者，中心频率信道fc也可采用对新存储于存储器157中的数据，按照程度施加权重的接收信道f的平均值。另外，在未进行30次的卫星信号检测的场合，可仅仅求出已检测的数据的和。下面通过流程图，对采用捕获引擎151的卫星电波搜索处理的动作过程进行说
9明。图7为在全部的GPS卫星、已设定的全部频率范围内，进行GPS卫星电波的搜索的全搜索处理的控制器156的控制过程的流程图。另外，图8为表示在图7中调用的检测动作处理的控制过程的流程图。例如，在最初接通卫星电波接收装置I的电源时启动该全搜索处理。如果开始全搜索处理，则首先，控制器156从存储器157获得最新的写入地址 n (步骤SI)。另外，控制器156设定中心频率信道fc，作为表示作为偏差值而代入到中间频率发生器153中的值的初始接收信道(步骤S2)。另外，设定0作为中心频率信道fc的初始值。另外，控制器156设定0 3作为与最初存储于移位寄存器1513e中的C/A码相对应的GPS卫星的识别号码(步骤S3)。如果步骤SI S3的变量的设定完成，则控制器156调出检测动作处理，进行从 GPS卫星发送的信号的检测动作(步骤S4)。具体来说，象图8所示的那样，控制器156首先使逆扩散编码发生器154动作，将已设定的卫星识别号码的C/A码输入到移位寄存器1513e 中。由此，控制器156将动作时钟供给全部捕获引擎151，在移位寄存器1513a、1513b中，分别依次存储通过I/Q变换部1511和积分部1512计算的I相信号和Q相信号。如果在移位寄存器1513a、1513b的全部寄存器中存储数据，则控制器156在下一数据输入到移位寄存器1513a、1513b中之前，对选择器1513f进行操作，依次从移位寄存器1513e输出4颗卫星的C/A码。接着，控制器156依次获得根据各个C/A码数据和已输入的信号而计算的加法运算器1514c的输出值，存储于存储器157 (步骤S41)。控制器156每当数据分别逐一地输入移位寄存器1513a、1513b中，相位按照I个数据量变化时，对选择器1513f进行操作，依次从移位寄存器1513e而输出4颗卫星的C/A 码。接着，控制器156使捕获引擎151根据4颗卫星的C/A码和已输入的信号进行计算，在存储器157中的该相位的地址处，依次存储数据。如果获得已设定的4颗卫星和接收信道 f所对应的全部的相位的数据，则控制器156针对已设定的4个GPS卫星的每个，从已设定的接收信道f 的全部相位的输出值中，选择最大值(步骤S42)。由此，控制器156分别计算已选择的最大的输出值以外的其它的输出值的平均值(步骤S43)，作为S/N值而计算最大输出值相对于计算出的这些平均值(噪音电平)的比(步骤S44)。如果计算出S/N值，则控制器156结束检测动作处理，返回到全部搜索处理。如果检测动作处理(步骤S4)结束，则接着，控制器156判断计算出的S/N比值是否分别大于设定的阈值a(步骤S5)。在判定已计算的S/N值均在已设定的阈值a以下的场合，控制器156的处理转到步骤S8。在判定已计算的S/N比直中的任意一个大于所设定的阈值a的场合,控制器156针对判定为大于阈值a的每个值,在存储器157的地址n的位置，存储接收信道f和计算出的S/N值s (步骤S6)。另外，控制器156对地址n进行加I的运算(步骤S7)。然后，控制器156的处理转到步骤S8。如果控制器156的处理转到步骤S8，则控制器156判断所设定的卫星识别号码是否是28 31，在判定设定的卫星识别信号号码不是28 31的场合，控制器156分别对所设定的4颗卫星识别号码，进行加4的运算(步骤S9)。然后，控制器156反复进行步骤S4 S8的处理。在步骤S8的判断处理中，在判定所设定的卫星识别号码是28 31的场合，接着，控制器156判断所设定的接收信道是否为中心频率信道fc_150(步骤S10)。在步骤SlO的判断处理中，在判定为所设定的接收信道不是中心频率信道fc-150 的场合，接着，控制器156判断所设定的接收信道是否在中心频率信道fc以下(步骤Sll)。 在判定为所设定的接收信道在中心频率信道fc以下的场合，控制器156将下一接收信道设定在通过“2fc-当前的接收信道+1”求出的信道(步骤S12)。接着，控制器156反复进行步骤S3 Sll的处理。另一方面，在判定为所设定的接收信道大于中心频率信道fc的场合， 控制器156将下一接收信道设定在通过“2fc-当前的接收信道”求出的信道(步骤S13)。 然后，控制器156反复进行步骤S3 SlO的处理。S卩，在步骤S3 SlO的处理中，按照“fc ”一“fc+1”一“fc-1”一“fc+2”一“fc-2”一. — “fc+150”一“fc-150”这样的顺序，从中心频率信道fc慢慢地离开方式设定接收信道。在步骤SlO的判断处理中，在判定为所设定的接收信道为中心频率信道fc-150的场合，控制器156的处理转到步骤S14。另外，控制器156计算下次的中心频率信道fc，将其存储于存储器157中，结束全部搜索处理。图9为表示搜索来自GPS卫星的电波中的任何一个的检测处理的控制器156的控制过程的流程图。该检测处理为在进行全部搜索处理之后，例如，在I天一次预定的时刻，自动地调出而开始的处理。如果开始检测处理，则首先控制器156从存储器157中，获得最新的写入地址 n (步骤S21)。另外，控制器156设定中心频率信道fc (步骤S22)，该中心频率信道fc用作表示被作为偏差值而代入中间频率发生器153中的值的初始接收信道(步骤S22)。该中心频率信道fc为通过前次的检测处理、或全部搜索处理预先设定的值。另外，控制器156 设定0 3作为与最初存储于移位存储器1513e中的C/A码相对应的GPS卫星的识别号码 (步骤S23)。如果步骤S21 S23中的变量的设定完成，则控制器156调出检测动作处理，进行从GPS卫星发送的信号的检测动作(步骤S24)。具体来说，象图8所示的那样，控制器156 首先使逆扩散编码发生器154动作，将已设定的卫星识别号码的C/A码输入到移位寄存器 1513e中。然后，控制器156将动作时钟供给全部的捕获引擎151，分别依次在移位寄存器 1513a、1513b中存储通过I/Q变换部1511和积分部1512计算的I相信号和Q相信号。如果在移位寄存器1513a、1513b的全部寄存器中存储数据，则控制器156在下一数据输入到移位寄存器1513a、1513b中之前，对选择器1513f进行操作，依次从移位寄存器1513e输出 4颗卫星的C/A码。接着，控制器156依次获得根据各个C/A码数据和已输入的信号而计算的加法运算器1514c的输出值，将其存储于存储器157中(步骤S41)。控制器156每当逐一地将数据分别输入到移位寄存器1513a、1513b中，相位按照 I个数据量变化时，对选择器1513f进行操作，依次从移位寄存器1513e而输出4颗卫星的 C/A码。接着，控制器156使捕获引擎151根据4颗卫星的C/A码、已输入的信号进行计算， 在存储器157中的相应相位的地址处依次存储数据。如果获得已设定的4颗卫星和接收信道f所对应的全部的相位的数据，则控制器156针对已设定的4个GPS卫星的每个，从已设定的接收信道f 的全部相位的输出值中，选择最大值(步骤S42)。然后，控制器156分别计算已选择的最大的输出值以外的其它输出值的平均值(步骤S43)。计算最大输出值相对于计算出的这些平均值(噪音电平)的比作为S/N值(步骤S44)。如果计算出S/N值，则控制器156结束检测动作处理，返回到检测处理。如果检测处理(步骤S24)结束，接着，控制器156判断已计算的S/N值是否分别大于已设定的阈值a(步骤S25)。在计算出的S/N值均在已设定的阈值a以下的场合,控制器156的处理转到步骤S28。控制器156判断所设定的卫星识别号码是否是28 31。在判定为所设定的卫星识别号码不是28 31的场合，控制器156分别对所设定的4颗卫星识别号码进行加4的运算(步骤S29)。然后，控制器156反复进行步骤S24，S25的处理。在步骤S28的判断处理中，在判定为所设定的卫星识别号码是28 31的场合，接着，控制器156判断所设定的接收信道是否为中心频率信道fc-150 (步骤S30)。在步骤S30的判断处理中，在所设定的接收信道不是中心频率信道fc-150的场合，接着，控制器156判断为所设定的接收信道是否在中心频率信道fc以下(步骤S31)。 在判定所设定的接收信道在中心频率信道fc以下的场合，控制器156将下一接收信道设定为通过“2fc-当前的接收信道+1”求出的信道(步骤S32)。然后，控制器156返回到步骤 S23，反复进行检测动作处理。另一方面，在判定所设定的接收信道大于中心频率信道fc的场合，控制器156将下一接收信道设定为通过“2fc-当前的接收信道”求出的信道。接着， 控制器156反复进行步骤S23 S25的处理。S卩，在步骤S30 S33的处理中，按照“fc”一 “fc+1”一“fc-1”一“fc+2”一“fc-2”一. —“fc+150”一“fc-150”这样的顺序，从中心频率信道fc慢慢地离开方式设定接收信道。在步骤S30的判断处理中，在判断为所设定的接收信道为中心频率信道fc-150的场合，控制器156的处理转到步骤S34。在步骤S25的判断处理中，在判定为已计算的S/N值中的任意一个大于已设定的阈值a的场合,控制器156每当判定为大于阈值a的值时,在存储器157的地址n的位置， 存储接收信道f和已计算的S/N值s (步骤S26)。另外，控制器156对地址n进行加I的运算(步骤S27)。或者，控制器156也可在地址n处仅仅存储检测到最先设定的阈值a以上的S/N比值的接收信道f、该S/N值S。由此，控制器156的处理转到步骤S34。如果转到步骤S34，则控制器156计算下次的中心频率信道fc，结束检测处理。图10表示在反复地进行图9所示的检测处理的场合，通过模拟而求出下述的频率差的漂移的结果的图，该频率差的转移是指通过与存储于存储器157中的最新的30个接收信道f对应的S/N值s的加权平均而求出的中心频率信道fc相对应的频率与在下次的检测处理时检测到卫星信号的接收信道f相对应的频率之间的差的转移。与通过检测处理求出的中心频率信道fc相对应的频率，与在下次的检测处理中检测到卫星信号的接收信道f相对应的频率之间的差基本收敛在0. 7kHz的范围内。S卩，表明通过最多15次左右的接收信道f的变更处理，就可接收GPS卫星中的任意一个的电波。象上述那样，按照本发明的实施方式的卫星电波接收装置1，由于设置捕获引擎 151和控制器156，该捕获引擎151在依次切换接收频率和构成接收对象的测位用卫星的同时，搜索来自测位用卫星的卫星信号，该控制器156根据通过捕获引擎151检测到的多个卫星信号的接收频率，计算中心频率，在下次搜索卫星信号时，从该中心频率开始卫星信号的检测，故可根据考虑了测位用卫星的移动所造成的多谱勒效应和卫星电波接收装置I的振荡频率偏差的两者的影响的适合的接收频率，快速地检测卫星信号。
另外，通过快速地检测卫星信号，可缩短接收动作和检测动作的时间，由此，可降低耗电量。此外，由于将多个卫星信号的接收频率和接收强度(S/N值)相关联地存储于存储器157中，根据按照接收强度给予权重的接收频率的平均值，确定中心频率，故容易快速地检测接收条件良好的卫星信号。还有，在采用中心频率，进行卫星信号的搜索时，由于变更为从中心频率而慢慢地离开的接收频率，故容易优先地检测接收条件良好的测位用卫星。另外，由于按照以中心频率为中心而确定的范围内的频率，进行卫星信号的搜索， 故例如，可省去进行卫星电波接收装置I的振荡频率偏差的影响所造成的不能接收的频带中的卫星信号的搜索所产生的无用的工作。另外，即使在日常地进行检测处理的场所的上空因建筑物的障碍物，仅仅限于一部分方向的情况下，仍考虑可接收的方向的GPS卫星的多谱勒效应的影响，求出中心频率，按照以该中心频率为中心而确定的范围内的频率，进行卫星信号的搜索，由此，即使在实际上确定了可接收的方向的情况下，仍可高效地按照可接收的频率而进行搜索。还有，由于根据通过卫星电波接收装置I检测的卫星信号中的最新30次的接收频率和接收强度，计算中心频率，故可在逐渐地反映季节的温度变化，测位用卫星的轨道的变化这样的影响的同时，不降低检测精度而快速地检测卫星信号。此外，通过将接收强度的指标作为相对于噪音电平的强度比，可在不极度地偏向的情况下使I次的卫星信号的检测数据的权重的离散稳定地计算中心频率。另外，本发明并不限于上述实施方式，可进行各种变更。例如，在上述实施方式中， 全搜索处理在卫星电波接收装置I的最初的启动时进行，但是，实施时期并不限于此，另外，并不限于一次。例如，也可在工厂的制品出厂前的调整，检查时进行。或者，还可在采用 GPS测位功能，获得位置信息时，进行每次的全搜索处理，还可在获得的位置信息大大不同于上次获得的位置信息的场合，在南北半球间、不同的纬度的地点之间进行转移，在伴随季节、气候的变化，温度大大改变这样的场合等下，按照启动该全搜索处理的方式设定。此外，也可定期地进行上述全搜索处理，或者，还可例如，进行使接收信道的范围变窄的全搜索处理，或与进行提高S/N比值的阈值电平的检测处理的动作组合，提高存储于存储器157的各地址中的接收信息的精度。还有，在上述实施方式中，将每当每次检测来自GPS卫星的卫星信号时检测到的接收频率存储于存储器157中，但是，人们知道，振荡电路的频率偏差值依赖于温度而变化。于是，也可例如，在振荡电路的附近设置温度传感器，根据该温度传感器的测量数据，对接收频率进行补偿，由此，在设定中心频率时，按照消除暂时的温度变化的影响的方式构成卫星电波接收装置1，或者，也可单纯地在控制器156中监视温度传感器的测量值，在获得时刻数据时，在该测量值大大地改变的场合，进行全搜索处理。再有，在上述实施方式中，将控制器156和存储器157设置于基带部15的内部，进行使用，但是，也可采用包括统一控制卫星电波接收装置I的整体的CPU，存储临时数据的 RAM的微型计算机。另外，运算处理部155所采用的CPU和控制器156的CPU也可为同一个。此外，在上述实施方式中，对GPS的LI频带电波的接收时的处理进行了说明，但CN 102540201 A是，也可应用于L2频带等的其它的电波的接收处理，另外还可用于采用GLONASS (Global Navigation Satellite System),与伽利略这样的的其它的测位卫星系统的场合。此外,只要不脱离本发明的实质，在上述实施方式中给出的同时并列地进行搜索的GPS卫星数据的数量，各部分的输入输出频率，存储器的比特数量的具体的数值，以及具体的结构，设置的细部可适当改变。
权利要求
1.一种卫星电波接收装置，该卫星电波接收装置获得从测位用卫星发送的卫星信号， 其特征在于该卫星电波接收装置包括接收部，其可接收包括上述测位用卫星发送的频率的预定的频率范围的电波；捕获部，其根据基于通过上述接收部接收的电波的接收信号，检测上述卫星信号； 计算部，其根据通过上述捕获部检测的多个上述卫星信号的接收频率，计算该检测到的多个上述卫星信号的中心频率，其中上述捕获部以上述中心频率为基准而进行上述卫星信号的检测。
2.根据权利要求I所述的卫星电波接收装置，其特征在于包括存储部，其将通过上述捕获部检测到的上述卫星信号的接收频率、表示该接收频率下的上述卫星信号的信号强度的强度指标相关联地进行存储，上述计算部通过存储于上述存储部中的多个上述卫星信号的上述接收频率的上述强度指标的加权平均，计算上述中心频率。
3.根据权利要求I所述的卫星电波接收装置，其特征在于上述捕获部在改变接收频率的同时，进行上述卫星信号的检测，使得上述中心频率与进行上述卫星信号的检测的接收频率之间的偏差的大小从零开始增加。
4.根据权利要求2所述的卫星电波接收装置，其特征在于上述捕获部在改变接收频率的同时，进行上述卫星信号的检测，使得上述中心频率与进行上述卫星信号的检测的接收频率之间的偏差的大小从零开始增加。
5.根据权利要求I所述的卫星电波接收装置，其特征在于上述捕获部在以上述中心频率为中心而预定的频率范围内，进行上述卫星信号的检测。
6.根据权利要求2所述的卫星电波接收装置，其特征在于上述捕获部在以上述中心频率为中心而预定的频率范围内，进行上述卫星信号的检测。
7.根据权利要求3所述的卫星电波接收装置，其特征在于上述捕获部在以上述中心频率为中心而预定的频率范围内，进行上述卫星信号的检测。
8.根据权利要求4所述的卫星电波接收装置，其特征在于上述捕获部在以上述中心频率为中心而预定的频率范围内，进行上述卫星信号的检测。
9.根据权利要求2所述的卫星电波接收装置，其特征在于上述存储部可存储预定数量的上述接收频率和上述强度指标，存储通过上述捕获部检测到的上述卫星信号中的最新的上述预定数量的上述接收频率和上述强度指标。
10.根据权利要求2所述的卫星电波接收装置，其特征在于上述强度指标是检测到上述卫星信号的上述接收频率下的检测到该卫星信号时的信号强度与在上述接收频率下未检测到该卫星信号时的平均信号强度的比。
11.一种卫星电波接收方法，在该方法中，设置有接收从测位用卫星发送的电波的接收部，根据通过该接收部接收的电波，获得卫星信号，其特征在于该方法包括捕获步骤，根据基于由上述接收部接收的电波的接收信号，检测上述卫星信号；计算步骤，根据在上述捕获步骤中检测到的多个上述卫星信号的接收频率，计算该检测到的多个上述卫星信号的中心频率，其中上述捕获步骤以上述中心频率为基准而进行上述卫星信号的检测。
全文摘要
一种卫星电波接收装置，其获得从测位用卫星发送的卫星信号，其特征在于包括接收部，其可接收包括上述测位用卫星发送的频率的预定的频率范围的电波；捕获部，其根据基于通过上述接收部接收的电波的接收信号，检测上述卫星信号；计算部，其根据通过上述捕获部检测的多个上述卫星信号的接收频率，计算该检测到的多个上述卫星信号的中心频率，其中，上述捕获部以上述中心频率为基准而进行上述卫星信号的检测。
文档编号G01S19/14GK102540201SQ201110335798
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月28日 优先权日2010年9月29日
发明者相原岳浩 申请人:卡西欧计算机株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
