专利名称：卫星信号跟踪方法、位置计算方法及位置计算装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及卫星信号跟踪方法、位置计算方法及位置计算装置。
背景技术：
作为利用了定位用信号的定位系统，GPS (Global Positioning System)已经广为人知，其被应用于了内置在便携式电话机或者导航装置等中的位置计算装置。在GPS中，进行如下的位置计算运算根据多个GPS卫星的位置和从各GPS卫星到位置计算装置的伪距等信息求出位置计算装置的位置坐标和时钟误差。由GPS卫星发送的GPS卫星信号采用被称作CA(Coarse andAcquisition)码的、 每颗GPS卫星都不同的扩展码进行了调制。位置计算装置为了从微弱的接收信号中捕捉 GPS卫星信号，进行接收信号与作为CA码的复制品的复制码的相关运算，根据其相关值捕捉GPS卫星信号。然后，GPS卫星信号的捕捉一旦成功，则跟踪(tracking)所捕捉到的GPS
卫星信号。GPS卫星信号的跟踪通过用于跟踪载波(carrier)的载波跟踪环形电路和用于跟踪CA码相位的码跟踪环形电路等来进行(例如、专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1日本专利特开2008-232761号公报已知在环形电路中，由于各种因素，信号中混杂有各种噪声成分。为了除去该噪声成分，一般的做法是，在环形电路上设置低通滤波器等环路滤波器。尤其是，针对抖动(jitter)(信号在时间轴方向上的偏移、相位起伏或者频率起伏)的耐性几乎由环路滤波器来确定。如果使环路滤波器的环路带宽变窄，则虽然针对抖动的耐性提高，但是信号成分的一部分也可能会被除去(cut)，因而信号的跟踪性变差，在极端的情况下，存在易于发生丢失已捕捉的卫星信号的“失锁”这样的问题。另一方面，如果使环路带宽变宽，则由于针对抖动的耐性下降，因而在极端的情况下，有时会陷入无法锁定(跟踪GPS卫星信号)的状态。以前，在设计环路滤波器时，考虑到上述的平衡而固定性地确定环路带宽值，进而构成了环路滤波器。但是，混入的抖动由于热噪声(Thermalnoise)或者动态应力(Dynamic stress)这样的噪声成分而可能变动。尤其是，动态应力随位置计算装置的移动情况不同而可能变动得很大。因此，在使用固定的环路带宽时，会产生跟踪GPS卫星信号的跟踪性下降等问题。
发明内容
本发明正是鉴于上述的课题而完成的。本发明的目的在于提供一种用于将卫星信号追踪用的环路滤波器的环路带宽设定为恰当的值的新方法。用于解决上述课题的第一方式是包括如下步骤的卫星信号跟踪方法检测移动状况；计算上述检测的误差；以及使用上述检测结果和上述误差，设定用于跟踪从定位用卫星接收的卫星信号并且环路带宽能够变更的跟踪用滤波器的上述环路带宽。另外，作为其他的方式，可以构成具备如下部分的卫星信号跟踪装置检测部，检测移动状况；以及设定部，使用上述检测部的检测结果和上述检测部的检测误差，设定用于跟踪从定位用卫星接收到的卫星信号并且环路带宽能够变更的跟踪用滤波器的上述环路带宽。根据该第一方式，检测移动状况。另外，计算出移动状况的检测误差。然后，使用移动状况的检测结果和检测误差，设定用于跟踪从定位用卫星接收的卫星信号并且环路带宽能够变更的跟踪用滤波器的环路带宽。如上所述，环形电路的抖动可能根据移动状况而变动得较大。因此，使用移动状况的检测结果来设定跟踪用滤波器的环路带宽是恰当的。但是，移动状况的检测结果中可能含有理论误差。因此，通过除了考虑移动状况的检测结果之外，还考虑移动状况的检测误差来设定环路带宽，从而能够将环路带宽设定为恰当的值。另外，作为第二方式，可以构成如下这样的卫星信号跟踪方法其是一种第一方式的卫星信号跟踪方法，其中，检测上述移动状况包括使用加速度传感器、速度传感器和陀螺仪传感器中的至少任意一种传感器，在给定的时间上执行对上述任意一种传感器的输出的校准处理；计算上述误差包括使用自执行上述校准处理之后的经过时间，计算出上述误差。根据该第二方式，使用加速度传感器、速度传感器和陀螺仪传感器中的至少任意一种传感器，在 给定的时间上执行对上述任意一种传感器的输出的校准处理。然后，使用自执行上述校准处理之后的经过时间，计算出上述误差。通过执行校准处理，从而能够复位移动状况的检测误差。而且，通过利用自执行上述校准处理之后的经过时间，从而能够简易地求出移动状况的检测误差，进而有助于设定恰当的环路带宽。另外，作为第三方式，可以构成如下所述的卫星信号跟踪方法其是一种第一或者第二方式的卫星信号跟踪方法，其中，设定上述环路带宽包括使用上述卫星信号的接收环境来设定上述环路带宽。根据该第三方式，能够设定符合卫星信号的接收环境的恰当的环路带宽。另外，作为第四方式，可以构成如下所述的卫星信号跟踪方法其是第一 第三中任意一种方式的卫星信号跟踪方法，其中，设定上述环路带宽包括使用上述跟踪用滤波器的滤波器级数(filter order)来设定上述环路带宽。根据该第四方式，能够设定对应于跟踪用滤波器的滤波器级数的恰当的环路带
觅ο另外，作为第五方式，可以构成包括如下步骤的位置计算方法使用第一 第四中任意一种方式的卫星信号跟踪方法来跟踪上述卫星信号；以及使用上述被跟踪的卫星信号来计算出位置。根据该第五方式，使用通过上述的卫星信号跟踪方法跟踪的卫星信号来计算位置，从而能够提高位置计算的准确性。另外，作为第六方式，可以构成具备如下部分的位置计算装置加速度传感器、速度传感器和陀螺仪传感器中的至少一个传感器；移动状况检测部，使用上述至少一个传感器的输出检测移动状况；跟踪用滤波器，用于跟踪来自定位用卫星的卫星信号，并且环路带宽能够改变；设定部，使用上述移动状况检测部的检测结果和上述移动状况检测部的检测误差，设定上述跟踪用滤波器的上述环路带宽；以及位置计算部，使用由上述跟踪用滤波器跟踪的卫星信号计算出位置。根据该第六方式，使用加速度传感器、速度传感器和陀螺仪传感器中的至少一种传感器的输出，由移动状况检测部检测移动状况。然后，使用移动状况检测部的检测结果和移动状况检测部的检测误差，由设定部设定用于跟踪来自定位用卫星的卫星信号并且环路带宽能够变更的跟踪用滤波器的环路带宽。然后，使用由跟踪用滤波器跟踪的卫星信号，由位置计算部算出位置。通过这种作用，可以发挥与上 述的方式同样的效果。
图1是表示便携式电话机的功能构成的一个示例的框图。图2是表示基带处理电路部的电路构成的一个示例的框图。图3是表示环路滤波器部的级数与动态应力计算用物理量的对应关系的图。图4是表示热噪声、动态应力以及总抖动的环路带宽特性的一个示例的图。图5是表示主处理的流程的流程图。图6是表示基带处理的流程的流程图。图7是表示载波相位跟踪环路带宽设定处理的流程的流程图。图8是表示信号强度判断用表格的表格构成的一个示例的图。
具体实施例方式下面，参照附图来说明在作为一种具备卫星信号跟踪装置和位置计算装置的电子设备的便携式电话机中适用了本发明时的实施方式。此外，无庸讳言，能够适用本发明的实施方式并不限于以下说明的实施方式。1.功能构成图1是表示本实施方式中的便携式电话机1的功能构成的框图。便携式电话机1 包括如下部分而构成GPS天线5、GPS接收部10、主机CPU (Central Processing Unit) 30、 操作部40、显示部50、IMU (InertialMeasurement Unit) 60、手机用天线70、手机用无线通信电路部80以及存储部90。GPS天线5是用于接收包括由作为一种定位用卫星的GPS卫星发送的GPS卫星信号的RF(Radic) Frequency)信号的天线，并将接收信号输出至GPS接收部10。GPS卫星信号是采用作为一种扩散码的CAKoarseandAcquisition)码、通过作为频谱扩散方式而为公众所知的CDMA(CodeDivision Multiple Access)方式而被调制过的1. 57542 [GHz]的通信信号。CA码是将码长1023位(chip)作为IPN帧(Frame)的、重复周期为Ims的伪随机噪声码，并且对应每颗GPS卫星都不同。GPS接收部10是根据由GPS天线5输出的信号来计测便携式电话机1的位置的位置计算电路或者位置计算装置，是相当于所谓的GPS接收装置的功能块。GPS接收部10具备RF接收电路部11和基带处理电路部20而构成。此外，RF接收电路部11和基带处理电路部20既能够作为分别不同的LSI (Large Scale Integration)来制造，也能够作为1个芯片来制造。
RF接收电路部11是RF信号的接收电路。作为电路构成，例如、可以构成用A/D 转换器将从GPS天线5输出的RF信号转换为数字信号，进而处理数字信号的接收电路。另夕卜，也可以采用如下的构成通过对从GPS天线5输出的RF信号以模拟信号的状态进行信号处理，最后进行A/D转换，从而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、能够按如下方式构成RF接收电路部11。S卩、通过将规定的振荡信号分频或者倍增，从而生成RF信号乘法运算用的振荡信号。然后，通过将生成的振荡信号与从GPS天线5输出的RF信号进行乘法运算，从而将RF信号降频转换为中间频率的信号(以下，称作“IF(Intermediate Frequency)信号”)，在将IF信号放大等之后，再用 A/D转换器转换为数字信号，并输出至基带处理电路部20。基带处理电路部20是如下所述的功能部对从RF接收电路部11输出的接收信号进行相关处理等，进而对GPS卫星信号进行捕捉、跟踪，根据从GPS卫星信号中提取的卫星轨道数据和时刻数据等，进行规定的位置计算运算，进而计算出便携式电话机1的位置(位置坐标)。基带处理电路部20是从接收信号中捕捉GPS卫星信号的卫星信号捕捉装置，同时还是跟踪(tracking)所捕捉到的GPS卫星信号的卫星信号跟踪装置。而且，进行利用了 GPS卫星信号的位置/速度计算运算，计算出便携式电话机1的位置和速度。图2是表示基带处理电路部20的电路构成的一个示例的图，以本实施方式所涉及的电路块为中心进行描述。基带处理电路部20具备如下部分而构成载波除去部21、卫星信号捕捉部23、卫星信号跟踪部25、处理部27以及存储部29。载波除去部21是用于从由RF接收电路部11输出的接收信号中除去载波的电路部，例如、具备乘法运算部211和载波除去用信号发生部213而构成。乘法运算部211是如下所述的乘法运算器通过将由载波除去用信号发生部213 生成的载波除去用信号与接收信号进行乘法运算，从而从接收信号中除去载波，并将接收信号中所含有的CA码(接收CA码)输出至相关处理部231。载波除去用信号发生部213是用于生成载波除去用信号的电路，该载波除去用信号是与GPS卫星信号的载波信号同频的信号。在从RF接收电路部11输出的信号为IF信号的情况下，将IF频率作为载波频率而生成信号。在任何情况下，其是用于生成与由RF接收电路部11输出的信号的频率同频的载波除去用信号的电路。以下，将由RF接收电路部11输出的信号的频率称作“载频”或者“载波频率”、由
RF接收电路部11输出的信号的载波(......)成分的相位称作“载波相位”来进行说明。
载波除去用信号发生部213根据由载波相位跟踪环路滤波器部254输出的载波相位指示信号和由载波频率跟踪环路滤波器部256输出的载波频率指示信号，调整所生成的信号的相位和频率而产生载波除去用信号，并输出至乘法运算部211。此时，载波除去用信号发生部213加入由多普勒运算部275输出的多普勒频率而生成载波除去用信号。由于GPS卫星的移动或者便携式电话机1的移动而产生的多普勒影响等，GPS接收部10接收GPS卫星信号时的频率与作为GPS卫星信号的规定频率的 1.57542[GHz]不必一致。因此，产生频率为在规定载波频率中加入了多普勒频率的载波除去用信号，并输出至乘法运算部211。
卫星信号捕捉部23是用于从除去了由乘法运算部211输出的载波的接收信号中捕捉GPS卫星信号的电路部，具备相关处理部231和复制码发生部233而构成。相关处理部231例如具有相关器(correlator)而构成，是进行由复制码产生部 233生成的复制码与由乘法运算部211输出的接收CA码之间的相关处理的电路部。相关处理部231在由相关积分时 间确定部271输出的相关积分时间内对相关值进行积分 (integrate)，并将该积分结果输出至处理部27。复制码产生部233是生成CA码的复制码(复制CA码)的电路部，该CA码是GPS 卫星信号的扩展码。复制码产生部233根据由码跟踪环路滤波器部252输出的码相位指示信号的指示，生成Early、Pr0mpt、Late的3种复制码。然后，将生成的3种复制码输出至相关处理部231。在本实施方式中，相关处理部231分别对接收信号的IQ成分进行与从复制码产生部233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)。由于从复制码产生部233输出Early、Prompt, Late3种复制码，因而相关处理部231分别对接收信号的IQ成分进行与3种复制码的相关处理。此外，虽然关于进行接收信号的IQ成分的分离(IQ分离)的电路块，省略了图示， 但怎样构成电路块都可以。例如、在RF接收电路部11中将接收信号降频转换为IF信号时， 可以通过将相位相差90度的局部振荡信号与接收信号进行乘法运算，从而进行IQ分离。卫星信号跟踪部25是用于跟踪由卫星信号捕捉部23捕捉到的GPS卫星信号的电路部，具备如下部分而构成码相位差计算部251、码跟踪环路滤波器部252、载波相位差计算部253、载波相位跟踪环路滤波器部254、载波频率差计算部255以及载波频率跟踪环路滤波器部256。码相位差计算部251是用于算出并输出接收CA码的相位与复制码的相位的相位差(以下、称作“码相位差”)的相位比较器。码相位差计算部251分别使用由相关处理部 231输出的针对Early码的IQ相关值和针对Late码的IQ相关值，计算出对应于Early码的功率(power)和对应于Late码的功率。然后，使用计算出的功率，根据公知的运算方法计算出码相位差，进而生成对应于所计算出的码相位差的信号(电压)，并输出至码跟踪环路滤波器部252。码跟踪环路滤波器部252例如具有低通滤波器而构成，是以使作为决定所通过的信号的频带成分的参数的环路带宽可变的方式而设计的，也就是说，以能够调整环路带宽的方式而设计的滤波器电路。码跟踪环路滤波器部252根据由环路带宽设定部273输出的环路带宽来设定环路带宽。也就是说，根据由环路带宽设定部273输出的环路带宽来变更环路带宽。然后，去除(cut)在对应于由码相位差计算部251输出的码相位差的信号中所含有的高频成分并输出至复制码产生部233。将码跟踪环路滤波器部252的环路带宽适当地作为“码跟踪环路带宽”来进行图示、说明。由相关处理部231 —码相位差计算部251 —码跟踪环路滤波器部252 —复制码产生部233—相关处理部231的闭合回路形成作为延时锁定环路(DLL(Delay Locked Loop)) 而为人所知的、用于跟踪码相位的环形电路。载波相位差计算部253是用于计算出并输出接收信号的载波成分的相位与由载波除去用信号产生部213生成的载波除去用信号的相位之间的相位差(以下、称作“载波相位差”)的相位比较器。载波相位差算出部253使用由相关处理部231输出的分别针对 Early、Pr0mpt、Late各个码的IQ相关值，按照公知的运算方法计算出载波相位差。然后，生成对应于所算出的载波相位差的信号(电压)，并输出至载波相位跟踪环路滤波器部254。载波相位 跟踪环路滤波器部254根据由环路带宽设定部273输出的载波相位跟踪环路带宽来设定环路带宽。然后，载波相位跟踪环路滤波器部254与码跟踪环路滤波器部 252同样地去除在与由载波相位差计算部253输出的载波相位差相对应的信号中所混入的高频成分，并输出至载波除去用信号产生部213。将载波相位跟踪环路滤波器部254的环路带宽适当地作为“载波相位跟踪环路带宽”来进行图示、说明。由乘法运算部211 —相关处理部231 —载波相位差计算部253 —载波相位跟踪环路滤波器部254 —载波除去用信号产生部213 —乘法运算部211的闭合回路形成作为相位锁定环路(PLL(Phase Locked Loop))而为人所知的、用于跟踪载波相位的环形电路。载波频差计算部255是用于计算出并输出载波频率与由载波除去用信号产生部 213生成的载波除去用信号的频率之间的频差(以下、称作“载波频差”)的频率比较器。载波频差计算部255使用由相关处理部231输出的、分别针对Early、Prompt、Late各个码的 IQ相关值，根据公知的运算方法计算出载波频差。然后，生成对应于所算出的载波频差的信号(电压)，并输出至载波频率跟踪环路滤波器256。载波频率跟踪环路滤波器部256根据由环路带宽设定部273输出的载波频率跟踪环路带宽来设定环路带宽。然后，载波频率跟踪环路滤波器部256与码跟踪环路滤波器部 252同样地去除与由载波频差计算部255输出的载波频差相对应的信号中所包含的高频成分，并输出至载波除去用信号产生部213。将载波频率跟踪环路滤波器部256的环路带宽适当地作为“载波频率跟踪环路带宽”来进行图示、说明。由乘法运算部211 —相关处理部231 —载波频差计算部255 —载波频率跟踪环路滤波器部256 —载波除去用信号产生部213 —乘法运算部211的闭合回路形成作为频率锁定环路(FLL(Frequency Locked Loop))而为人所知的、用于跟踪载波频率的环形电路。处理部27是用于集中控制基带处理电路部20的各功能部的控制装置，例如、具有 CPU等处理器而构成。处理部27作为功能部而具有相关积分时间确定部271、环路带宽设定部273、多普勒运算部275以及位置/速度计算部277。相关积分时间确定部271是用于确定相关处理部231进行相关值的积分处理时的积分时间(相关积分时间)的确定部，并将已确定的相关积分时间输出至相关处理部231。环路带宽设定部273是用于个别地设定卫星信号跟踪部25所包括的各环路滤波器部的环路带宽的设定部，并将所设定的环路带宽输出至所对应的环路滤波器部。多普勒运算部275是用于使用便携式电话机1的速度与GPS卫星的速度来计算由于GPS卫星和便携式电话机1的移动所产生的多普勒频率的运算部，并将所计算的多普勒频率输出至载波除去用信号产生部213。位置/速度计算部277是如下所述的计算部利用由卫星信号捕捉部23所捕捉到的或者由卫星信号跟踪部25所跟踪着的GPS卫星信号，进行公知的位置/速度计算运算， 进而计算出便携式电话机1的位置和速度。位置/速度计算部277将所算出的位置和速度输出至主机CPU 30。存储部29由ROM或者Flash-ROM、RAM等存储装置构成，存储了基带处理电路部20的系统程序和用于实现环路带宽设定功能、位置/速度计算功能等的各种程序、数据等。另夕卜，具有暂时存储各种处理的处理中的数据、处理结果等的工作区域。返回到图1的功能块，主机CPU 30是根据存储在存储部90中的系统程序等各种程序来集中控制便携式电话机1的各部的处理器。主机CPU30基于由基带处理电路部20 输出的位置坐标，使显示部50显示指示了当前位置的地图，或者将该位置坐标应用于各种应用处理中。操作部40是例如由触摸面板和按钮开关等构成的输入装置，并将被按下的键或者按钮的信号输出至主机CPU 30。通过该操作部40的操作，从而进行通话请求、邮件接发请求、位置计算请求等各种指示输入。显示部50由LCD (Liquid Crystal Display)等构成，是进行基于主机CPU 30所输出的显示信号的各种显示的显示装置。在显示部50上，显示位置显示画面和时刻信息等。IMU 60例如具备加速度传感器61和陀螺仪传感器63，并且以能够检测预先与传感器对应地设定的传感器坐标系中正交的3轴的各个轴向的加速度和各轴的绕轴角速度的方式而构成。此外，加速度传感器61和陀螺仪传感器63既可以为分别独立的传感器，也可以为一体型的传感器。手机用天线70是在与便携式电话机1的通信服务商所设置的无线基站之间进行手机用无线信号的接发的天线。手机用无线通信电路部80是由RF转换电路、基带处理电路等构成的、手机的通信电路部，通过进行手机用无线信号的调制、解调等，从而实现通话、邮件的接发等。存储部90是存储主机CPU 30用于控制便携式电话机1的系统程序和用于实现 IMU 60的校准功能等的各种程序、数据等的存储装置。2.环路带宽设定的原理接着，说明在基带处理电路部20中，处理部27的环路带宽设定部273所执行的环路带宽设定的原理。(1)设定载波相位跟踪环路滤波器部的环路带宽首先，说明载波相位跟踪环路滤波器部254的环路带宽的设定原理。在载波相位跟踪环路中跟踪载波相位时成为问题的是存在有在要跟踪的载波相位中可能含有的误差。 该载波相位误差的主要原因是被称作热噪声和动态应力的噪声成分。Thermal noise是作为热噪声而已知的噪声成分，是混杂在载波相位跟踪环路内的信号中的、分布在全频带上的噪声。另外，dynamic stress是作为动态应力而已知的动态的信号起伏，是起因于GPS卫星和GPS接收装置的移动而使GPS接收装置与GPS卫星间的伪距变化所产生的相位起伏。为了具体地进行说明，将载波相位跟踪环路中的载波相位起伏公式化。在这里，采用角度换算(deg)将载波相位起伏公式化。通过下式(1)来给出作为载波相位跟踪环路中的载波相位起伏总量的总抖动“ ο数1
权利要求
1. 一种卫星信号跟踪方法，包括 检测移动状况；计算出所述检测的误差；以及使用所述检测结果和所述误差，设定用于跟踪从定位用卫星接收的卫星信号并且环路带宽能够变更的跟踪用滤波器的所述环路带宽。
2.根据权利要求1所述的卫星信号跟踪方法，其特征在于，检测所述移动状况包括使用加速度传感器、速度传感器和陀螺仪传感器中的至少任一种传感器在给定的时间执行对于所述任一种传感器的输出的校准处理，计算出所述误差包括使用自执行所述校准处理开始之后所经过的时间计算出所述误差。
3.根据权利要求1所述的卫星信号跟踪方法，其特征在于，设定所述环路带宽包括使用所述卫星信号的接收环境设定所述环路带宽。
4.根据权利要求1所述的卫星信号跟踪方法，其特征在于，设定所述环路带宽包括使用所述跟踪用滤波器的滤波器级数来设定所述环路带宽。
5.一种位置计算方法，包括执行权利要求1所述的卫星信号跟踪方法来跟踪所述卫星信号；以及使用所述跟踪的所述卫星信号来计算出位置。
6.一种位置计算装置，包括加速度传感器、速度传感器和陀螺仪传感器中的至少一种传感器； 移动状况检测部，使用所述至少一种传感器的输出来检测移动状况； 跟踪用滤波器，用于跟踪来自定位用卫星的卫星信号，并且所述跟踪用滤波器的环路带宽能够变更；设定部，使用所述移动状况检测部的检测结果和所述移动状况检测部的检测误差，设定所述跟踪用滤波器的所述环路带宽；以及位置计算部，使用由所述跟踪用滤波器跟踪的卫星信号计算出位置。
全文摘要
本发明公开一种卫星信号跟踪方法、位置计算方法及位置计算装置。其中，该卫星信号跟踪方法包括检测移动状况；计算所述检测的误差；以及使用所述检测结果和所述误差，设定用于跟踪从定位用卫星接收的卫星信号并且环路带宽能够变更的跟踪用滤波器的所述环路带宽。
文档编号G01S19/37GK102156276SQ201110035210
公开日2011年8月17日 申请日期2011年2月9日 优先权日2010年2月8日
发明者库马尔·阿南德 申请人:精工爱普生株式会社