(57)【要約】【課題】２周波以上の測距信号を使用して測位衛星の軌道と測位衛星の時刻とを精度良く推定できるようにする。【解決手段】測位衛星１１０と送受信機１２０とが、スペクトラム拡散された２周波以上の測距信号のうちの１周波の測距信号Ｆ２を時分割で双方向に送受信する。送受信機１２０が、前記２周波以上の測距信号のうちの他周波の測距信号Ｆ１を測位衛星１１０から受信する。衛星情報推定装置２００が、送受信機１２０によって受信された１周波の測距信号から得られる測距情報と、測位衛星１１０によって受信された１周波の測距信号から得られる測距情報と、送受信機１２０によって受信された他周波の測距信号から得られる測距情報とに基づいて、測位衛星１１０の軌道と測位衛星１１０の時刻とを推定する。【選択図】図１
2020040477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトラム拡散された２周波以上の測距信号から得られる測距情報に基づいて測位衛星の軌道と前記測位衛星の時刻とを推定する衛星情報推定装置であって、
前記測位衛星と送受信機とが、前記２周波以上の測距信号のうちの１周波の測距信号を時分割で双方向に送受信し、
前記送受信機が、前記２周波以上の測距信号のうちの他周波の測距信号を前記測位衛星から受信し、
前記衛星情報推定装置は、
前記送受信機によって受信された１周波の測距信号から得られるダウンリンク測距情報と、前記測位衛星によって受信された１周波の測距信号から得られるアップリンク測距情報と、前記送受信機によって受信された他周波の測距信号から得られる他周波測距情報とを取得する取得部と、
前記ダウンリンク測距情報と前記アップリンク測距情報と前記他周波測距情報とに基づいて、前記測位衛星の軌道と前記測位衛星の時刻とを推定する推定部と
を備える衛星情報推定装置。
【請求項２】
スペクトラム拡散された２周波以上の測距信号が使用される衛星情報推定システムであって、
前記衛星情報推定システムは、測位衛星と送受信機と衛星情報推定装置とを備え、
前記測位衛星と前記送受信機とが、前記２周波以上の測距信号のうちの１周波の測距信号を時分割で双方向に送受信し、
前記送受信機が、前記２周波以上の測距信号のうちの他周波の測距信号を前記測位衛星から受信し、
前記衛星情報推定装置が、前記送受信機によって受信された１周波の測距信号から得られるダウンリンク測距情報と、前記測位衛星によって受信された１周波の測距信号から得られるアップリンク測距情報と、前記送受信機によって受信された他周波の測距信号から得られる他周波測距情報とに基づいて、前記測位衛星の軌道と前記測位衛星の時刻とを推定する
衛星情報推定システム。
【請求項３】
前記送受信機が地上に設置される
請求項２に記載の衛星情報推定システム。
【請求項４】
前記送受信機が移動体に設置される
請求項２に記載の衛星情報推定システム。
【請求項５】
前記衛星情報推定システムは、前記送受信機として、地上に設置された送受信機と移動体に設置された送受信機とを備える
請求項２に記載の衛星情報推定システム。
【請求項６】
スペクトラム拡散された２周波以上の測距信号が使用される衛星情報推定方法であって、
測位衛星と送受信機とが、前記２周波以上の測距信号のうちの１周波の測距信号を時分割で双方向に送受信し、
前記送受信機が、前記２周波以上の測距信号のうちの他周波の測距信号を前記測位衛星から受信し、
衛星情報推定装置が、前記送受信機によって受信された１周波の測距信号から得られるダウンリンク測距情報と、前記測位衛星によって受信された１周波の測距信号から得られるアップリンク測距情報と、前記送受信機によって受信された他周波の測距信号から得られる他周波測距情報とに基づいて、前記測位衛星の軌道と前記測位衛星の時刻とを推定する
衛星情報推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測位衛星の軌道と測位衛星の時刻とを推定するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
全地球測位衛星システム（ＧＮＳＳ）は、ユーザが自分の位置を知るためのインフラストラクチャであり、カーナビゲーションシステムまたは携帯電話をはじめとして市民生活に不可欠な技術である。
ＧＮＳＳの具体例は、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）および準天頂衛星システム（ＱＺＳＳ）である。
【０００３】
自動車の自動運転またはロボットの自律作業などのためにＧＮＳＳの利用が更なる拡がりをみせており、位置情報の高精度化に対する期待が大きくなっている。
ユーザが自分の位置を計測することを測位という。測位のためには、準天頂衛星等の測位衛星から送信される測距信号を受信機で受信する。測距信号には航法メッセージが含まれる。航法メッセージには測位衛星の軌道情報および測位衛星の時刻情報が含まれる。そして、測距信号から得られる測距情報に加えて、測位衛星の軌道情報および測位衛星の時刻情報が利用される。
測位衛星の軌道情報および測位衛星の時刻情報は地上局の計算機であらかじめ算出される。これら情報の誤差はユーザの測位精度に大きく影響を与える。
そのため、測位衛星の軌道および測位衛星の時刻を高精度に推定することは、ＧＮＳＳの関連技術の中で最も重要な技術分野の一つとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８６８５１６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】高橋、中川、田渕、中村、国森、雨谷、土屋、浜、野田、「ＥＴＳ−ＶＩＩＩ搭載高精度時刻比較装置を用いた時刻比較実験結果」、情報通信研究機構季報  Ｖｏｌ．５６  Ｎｏｓ．３／４  ２０１０年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
測位衛星の軌道および測位衛星の時刻は、一般的に次のように推定される。
測位衛星が測距信号Ｌ１と測距信号Ｌ２とを送信する。地上には複数の受信機が設置されている。それぞれの受信機は、測距信号Ｌ１と測距信号Ｌ２とを受信し、測距信号Ｌ１と測距信号Ｌ２とから得られる測距情報を地上局の計算機に伝送する。そして、地上局の計算機が、複数の受信機から伝送された複数の測距情報を一括処理することにより、測位衛星の軌道および測位衛星の時刻を推定する。
【０００７】
測距情報には、測位衛星と受信機との間の距離情報が含まれる。しかし、その他の誤差要因によって推定精度が劣化する可能性がある。誤差要因には、電波遅延および時刻誤差などが存在する。電波遅延は電波である測距信号の伝搬経路に存在する電離層において生じる。時刻誤差は測位衛星に搭載されている時計が示す時刻の誤差である。測位衛星の軌道と測位衛星の時刻とを高精度に推定するためには、誤差要因を推定し、誤差要因を可能な限り除去する必要がある。
例えば、電離層遅延量を推定するために次のような方法が広く用いられている。測距信号Ｌ１の周波数と測距信号Ｌ２の周波数とが互いに異なり、測距信号Ｌ１および測距信号Ｌ２が測位衛星から受信機へ片方向に通信され、測距信号Ｌ１と測距信号Ｌ２とが組み合わされ、測距情報に含まれる電離層遅延量が推定される。
時刻誤差については、測距信号Ｌ１と測距信号Ｌ２とに基づいて直接的に推定することができない。また、測位衛星の軌道と測位衛星の時刻とは同時に推定される。そのため、時刻誤差は軌道誤差と強い相関を持つ。そして、時刻誤差を精度良く推定することは難しい。
【０００８】
測距情報に基づいて時刻誤差を推定するために、測距信号Ｓ１と測距信号Ｓ２とが組み合わされる方法がある。測距信号Ｓ１および測距信号Ｓ２は、測位衛星と送受信機との間で双方向に通信される。
ただし、測距信号Ｓ１と測距信号Ｓ２との２周波の測距信号の組み合わせでは、電離層遅延量に伴う誤差を除去することが難しい。
そのため、周波数が異なる測距信号Ｌ３を含んだ３周波以上の測距信号を用いて推定を行う方法が用いられる（特許文献１および非特許文献１を参照）。
しかしながら、使用される周波数が増えることにより、測距信号を送受信するための装置の規模が大きくなる。そのため、測位衛星において、他の機器の搭載スペースが圧迫される。また、装置の重量および装置の消費電力などの増加に伴い、他の機器の規模を大きくする必要が生じる。さらに、周波数の増加によって他の電波との干渉が発生する可能性が高くなり、各電波の周波数を利用するための調整に時間を要することとなる。
【０００９】
本発明は、２周波以上の測距信号を使用して測位衛星の軌道と測位衛星の時刻とを精度良く推定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の衛星情報推定装置は、スペクトラム拡散された２周波以上の測距信号から得られる測距情報に基づいて測位衛星の軌道と前記測位衛星の時刻とを推定する。
前記測位衛星と送受信機とが、前記２周波以上の測距信号のうちの１周波の測距信号を時分割で双方向に送受信する。
前記送受信機が、前記２周波以上の測距信号のうちの他周波の測距信号を前記測位衛星から受信する。
前記衛星情報推定装置は、
前記送受信機によって受信された１周波の測距信号から得られるダウンリンク測距情報と、前記測位衛星によって受信された１周波の測距信号から得られるアップリンク測距情報と、前記送受信機によって受信された他周波の測距信号から得られる他周波測距情報とを取得する取得部と、
前記ダウンリンク測距情報と前記アップリンク測距情報と前記他周波測距情報とに基づいて、前記測位衛星の軌道と前記測位衛星の時刻とを推定する推定部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、２周波以上の測距信号を使用して測位衛星の軌道と測位衛星の時刻とを精度良く推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１における衛星情報推定システム１００（実施例１）の構成図。
【図２】実施の形態１における衛星情報推定装置２００の構成図。
【図３】実施の形態１における衛星情報推定方法のフローチャート。
【図４】実施の形態１における第１取得処理（Ｓ１１０）のフローチャート。
【図５】実施の形態１における第２取得処理（Ｓ１２０）のフローチャート。
【図６】実施の形態１における第３取得処理（Ｓ１３０）のフローチャート。
【図７】実施の形態１における衛星情報推定システム１００（実施例２）の構成図。
【図８】実施の形態１における衛星情報推定システム１００（実施例３）の構成図。
【図９】実施の形態１における衛星情報推定システム１００（実施例４）の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態および図面において、同じ要素または対応する要素には同じ符号を付している。説明した要素と同じ符号が付された要素の説明は適宜に省略または簡略化する。図中の矢印はデータの流れ又は処理の流れを主に示している。
【００１４】
実施の形態１．
２周波の測距信号を利用して測位衛星の軌道と測位衛星の時刻とを精度良く推定するための形態について、図１から図９に基づいて説明する。
【００１５】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１に基づいて、衛星情報推定システム１００の構成を説明する。
衛星情報推定システム１００では、スペクトラム拡散された２周波の測距信号（Ｆ１およびＦ２）が使用される。但し、２周波の測距信号に加えて、２周波の測距信号とは別の周波の測距信号が使用されてもよい。
【００１６】
衛星情報推定システム１００は、測位衛星１１０と送受信機１２０と衛星情報推定装置２００とを備える。
測位衛星１１０と送受信機１２０とは、２周波の測距信号（または２周波以上の測距信号）のうちの１周波の測距信号Ｆ２を時分割で双方向に送受信する。測位衛星１１０から送受信機１２０への測距信号Ｆ２を測距信号Ｆ２ｄと称し、送受信機１２０から測位衛星１１０への測距信号Ｆ２を測距信号Ｆ２ｕと称する。
送受信機１２０は、２周波の測距信号（または２周波以上の測距信号）のうちの他周波の測距信号Ｆ１を測位衛星１１０から受信する。
衛星情報推定装置２００は、ダウンリンク測距情報とアップリンク測距情報と他周波測距情報とを取得する。そして、衛星情報推定装置２００は、ダウンリンク測距情報とアップリンク測距情報と他周波測距情報とに基づいて、衛星情報を推定する。
ダウンリンク測距情報は、送受信機１２０によって受信された１周波の測距信号Ｆ２ｄから得られる測距情報である。
アップリンク測距情報は、測位衛星１１０によって受信された１周波の測距信号Ｆ２ｕから得られる測距情報である。
他周波測距情報は、送受信機１２０によって受信された他周波の測距信号Ｆ１から得られる測距情報である。
衛星情報は測位衛星１１０に関する情報である。具体的な衛星情報は、測位衛星１１０の軌道および測位衛星１１０の時刻である。
【００１７】
衛星情報推定システム１００は、測位衛星１１０とは別に、複数の測位衛星を備える。測位衛星１１０以外の測位衛星については図示を省略する。
衛星情報推定システム１００は、送受信機１２０とは別に、複数の受信機１３０を備える。
【００１８】
図２に基づいて、衛星情報推定装置２００の構成を説明する。
衛星情報推定装置２００は、プロセッサ２０１とメモリ２０２と補助記憶装置２０３と通信装置２０４と入出力インタフェース２０５といったハードウェアを備えるコンピュータである。これらのハードウェアは、信号線を介して互いに接続されている。
【００１９】
プロセッサ２０１は、演算処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）であり、他のハードウェアを制御する。例えば、プロセッサ２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、またはＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）である。
メモリ２０２は揮発性の記憶装置である。メモリ２０２は、主記憶装置またはメインメモリとも呼ばれる。例えば、メモリ２０２はＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。メモリ２０２に記憶されたデータは必要に応じて補助記憶装置２０３に保存される。
補助記憶装置２０３は不揮発性の記憶装置である。例えば、補助記憶装置２０３は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、またはフラッシュメモリである。補助記憶装置２０３に記憶されたデータは必要に応じてメモリ２０２にロードされる。
通信装置２０４はレシーバとトランスミッタとを含む。例えば、通信装置２０４は通信チップまたはＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｃａｒｄ）である。
入出力インタフェース２０５は入力装置が接続されるポートと出力装置が接続されるポートとを含む。例えば、入出力インタフェース２０５はＵＳＢ端子であり、入力装置はキーボードおよびマウスであり、出力装置はディスプレイである。ＵＳＢはＵｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓの略称である。
【００２０】
衛星情報推定装置２００は、取得部２１１と推定部２１２といった要素を備える。これらの要素はソフトウェアで実現される。
【００２１】
補助記憶装置２０３には、取得部２１１と推定部２１２としてコンピュータを機能させるための衛星情報推定プログラムが記憶されている。衛星情報推定プログラムは、メモリ２０２にロードされて、プロセッサ２０１によって実行される。
さらに、補助記憶装置２０３にはＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）が記憶されている。ＯＳの少なくとも一部は、メモリ２０２にロードされて、プロセッサ２０１によって実行される。
つまり、プロセッサ２０１は、ＯＳを実行しながら、衛星情報推定プログラムを実行する。
衛星情報推定プログラムを実行して得られるデータは、メモリ２０２、補助記憶装置２０３、プロセッサ２０１内のレジスタ、または、プロセッサ２０１内のキャッシュメモリといった記憶装置に記憶される。
【００２２】
メモリ２０２は、各種データを記憶する記憶部２２０として機能する。但し、他の記憶装置が、メモリ２０２の代わりに、又は、メモリ２０２と共に、記憶部２２０として機能してもよい。
【００２３】
衛星情報推定装置２００は、プロセッサ２０１を代替する複数のプロセッサを備えてもよい。複数のプロセッサは、プロセッサ２０１の役割を分担する。
【００２４】
衛星情報推定プログラムは、光ディスクまたはフラッシュメモリ等の不揮発性の記録媒体にコンピュータ読み取り可能に記録（格納）することができる。
【００２５】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
衛星情報推定システム１００の動作は衛星情報推定方法に相当する。また、衛星情報推定方法における衛星情報推定装置２００の動作の手順は衛星情報推定プログラムの手順に相当する。
【００２６】
図３に基づいて、衛星情報推定方法を説明する。
ステップＳ１１０において、衛星情報推定装置２００は測距情報Ｐ１を取得する。
測距情報Ｐ１は、測距信号Ｆ１から得られる測距情報（すなわち、他周波測距情報）である。
測距情報は、測位衛星１１０（または他の測位衛星）と送受信機１２０（または受信機１３０）との距離を示す。測距情報は、測距信号のコード位相または測距信号の搬送波位相に基づいて算出される。算出方法は、全地球測位衛星システム（ＧＮＳＳ）において測距情報を算出する従来方法と同じである。
【００２７】
図４に基づいて、第１取得処理（Ｓ１１０）を説明する。
ステップＳ１１１において、測位衛星１１０は、測距信号Ｆ１を生成し、生成した測距信号Ｆ１をスペクトラム拡散する。このスペクトラム拡散は、測位衛星１１０用の擬似乱数コードを用いて行われる。
そして、測位衛星１１０は、スペクトラム拡散後の測距信号Ｆ１を送信する。
測距信号Ｆ１の周波数は、測距信号Ｆ２の周波数と異なる。
【００２８】
ステップＳ１１２において、送受信機１２０は、測位衛星１１０から送信された測距信号Ｆ１を受信する。
【００２９】
ステップＳ１１３において、送受信機１２０は、受信した測距信号Ｆ１から測距情報Ｐ１を得る。具体的には、送受信機１２０は、測距信号Ｆ１のコード位相に基づいて測距情報Ｐ１を算出する。算出方法はＧＮＳＳにおいて測距情報を算出する従来方法と同じである。
【００３０】
ステップＳ１１４において、送受信機１２０は、測距情報Ｐ１を衛星情報推定装置２００へ送信する。
【００３１】
ステップＳ１１５において、衛星情報推定装置２００の取得部２１１は、送受信機１２０から送信された測距情報Ｐ１を受信する。
【００３２】
なお、他の測位衛星は測位衛星１１０と同じく測距信号Ｆ１を送信する。送受信機１２０は、他の測位衛星の測距信号Ｆ１についても、測距信号Ｆ１を受信し、測距信号Ｆ１から測距情報Ｐ１を得て、測距情報Ｐ１を送信する。そして、衛星情報推定装置２００の取得部２１１は、他の測位衛星の測距信号Ｆ１から得られた測距情報Ｐ１も受信する。
また、それぞれの受信機１３０は、送受信機１２０と同じく、それぞれの測位衛星（測位衛星１１０を含む）から測距信号Ｆ１を受信し、測距信号Ｆ１から測距情報Ｐ１を得て、測距情報Ｐ１を送信する。そして、衛星情報推定装置２００の取得部２１１は、それぞれの受信機１３０から送信される測距情報Ｐ１も受信する。
【００３３】
図３に戻り、ステップＳ１２０を説明する。
ステップＳ１２０において、衛星情報推定装置２００は測距情報Ｐ２ｄを取得する。
測距情報Ｐ２ｄは、測距信号Ｆ２ｄから得られる測距情報（すなわち、ダウンリンク測距情報）である。
【００３４】
図５に基づいて、第２取得処理（Ｓ１２０）を説明する。
ステップＳ１２１において、測位衛星１１０は、測距信号Ｆ２ｄを生成し、生成した測距信号Ｆ２ｄをスペクトラム拡散する。このスペクトラム拡散は、測位衛星１１０用の擬似乱数コードを用いて行われる。
そして、測位衛星１１０は、スペクトラム拡散後の測距信号Ｆ２ｄを時間帯Ａに送信する。
測距信号Ｆ２ｄの周波数は、測距信号Ｆ１の周波数と異なり、測距信号Ｆ２ｕの周波数と共通する。
【００３５】
測距信号Ｆ２ｄおよび測距信号Ｆ２ｕは、時分割多重化によって通信される。つまり、測距信号Ｆ２ｄと測距信号Ｆ２ｕとは、互いに異なる時間帯に通信される。
時間帯Ａは、測距信号Ｆ２ｄの送受信に割り当てられた時間帯である。
【００３６】
ステップＳ１２２において、送受信機１２０は、測位衛星１１０から送信された測距信号Ｆ２ｄを時間帯Ａに受信する。
【００３７】
ステップＳ１２３において、送受信機１２０は、受信した測距信号Ｆ２ｄから測距情報Ｐ２ｄを得る。具体的には、送受信機１２０は、測距信号Ｆ２ｄのコード位相に基づいて測距情報Ｐ２ｄを算出する。算出方法はＧＮＳＳにおいて測距情報を算出する従来方法と同じである。
【００３８】
ステップＳ１２４において、送受信機１２０は、測距情報Ｐ２ｄを衛星情報推定装置２００へ送信する。
【００３９】
ステップＳ１２５において、衛星情報推定装置２００の取得部２１１は、送受信機１２０から送信された測距情報Ｐ２ｄを受信する。
【００４０】
なお、他の測位衛星は測位衛星１１０と同じく測距信号Ｆ２ｄを送信する。送受信機１２０は、他の測位衛星の測距信号Ｆ２ｄについても、測距信号Ｆ２ｄを受信し、測距信号Ｆ２ｄから測距情報Ｐ２ｄを得て、測距情報Ｐ２ｄを送信する。そして、衛星情報推定装置２００の取得部２１１は、他の測位衛星の測距信号Ｆ２ｄから得られた測距情報Ｐ２ｄも受信する。
また、それぞれの受信機１３０は、送受信機１２０と同じく、それぞれの測位衛星（測位衛星１１０を含む）から測距信号Ｆ２ｄを受信し、測距信号Ｆ２ｄから測距情報Ｐ２ｄを得て、測距情報Ｐ２ｄを送信する。そして、衛星情報推定装置２００の取得部２１１は、それぞれの受信機１３０から送信される測距情報Ｐ２ｄも受信する。
【００４１】
図３に戻り、ステップＳ１３０を説明する。
ステップＳ１３０において、衛星情報推定装置２００は測距情報Ｐ２ｕを取得する。
測距情報Ｐ２ｕは、測距信号Ｆ２ｕから得られる測距情報（すなわち、アップリンク測距情報）である。
【００４２】
図６に基づいて、第３取得処理（Ｓ１３０）を説明する。
ステップＳ１３１において、送受信機１２０は、測距信号Ｆ２ｕを生成し、生成した測距信号Ｆ２ｕをスペクトラム拡散する。このスペクトラム拡散は、送受信機１２０用の擬似乱数コードを用いて行われる。
そして、送受信機１２０は、スペクトラム拡散後の測距信号Ｆ２ｕを時間帯Ｂに送信する。
測距信号Ｆ２ｕの周波数は、測距信号Ｆ１の周波数と異なり、測距信号Ｆ２ｄの周波数と共通する。
時間帯Ｂは、測距信号Ｆ２ｕの送受信に割り当てられた時間帯である。
【００４３】
ステップＳ１３２において、測位衛星１１０は、送受信機１２０から送信された測距信号Ｆ２ｕを時間帯Ｂに受信する。
【００４４】
ステップＳ１３３において、測位衛星１１０は、受信した測距信号Ｆ２ｕから測距情報Ｐ２ｕを得る。具体的には、測位衛星１１０は、測距信号Ｆ２ｕのコード位相に基づいて測距情報Ｐ２ｕを算出する。算出方法はＧＮＳＳにおいて測距情報を算出する従来方法と同じである。
【００４５】
ステップＳ１３４において、測位衛星１１０は、測距情報Ｐ２ｕを衛星情報推定装置２００へ送信する。
【００４６】
ステップＳ１３５において、衛星情報推定装置２００の取得部２１１は、測位衛星１１０から送信された測距情報Ｐ２ｕを受信する。
【００４７】
図３に戻り、ステップＳ１４０を説明する。
ステップＳ１４０において、衛星情報推定装置２００の推定部２１２は、測距情報群（Ｐ１、Ｐ２ｄおよびＰ２ｕ）に基づいて衛星情報を推定する。
【００４８】
推定処理（Ｓ１４０）について以下に説明する。
測距情報Ｐ１は式［１−１］で表される。
Ｐ１  ＝  Ｒ  ＋  Ｃ  ＋  Ｉ１  ＋  Ｔ  ＋ｅ１                    ［１−１］
「Ｒ」は、測位衛星１１０と送受信機１２０との間の幾何学的な距離（幾何学距離）である。
「Ｃ」は、送受信機１２０の時刻誤差と測位衛星１１０の時刻誤差との差（時刻一重差）である。時刻誤差は時計誤差ともいう。
「Ｉ」は、測距信号の伝搬経路において電離層によって生じる遅延量（電離層遅延量）である。言い換えると、「Ｉ」は電離層における電波の伝搬遅延量である。
「Ｉ１」は、測距信号Ｆ１の伝搬経路における電離層遅延量である。
「Ｔ」は、測距信号の伝搬経路において対流圏によって生じる遅延量（対流圏遅延量）である。言い換えると、「Ｔ」は対流圏における電波の伝搬遅延量である。
「ｅ」は、ノイズなどの観測誤差である。
「ｅ１」は、測距信号Ｆ１についての観測誤差である。
【００４９】
電離層遅延量Ｉ１は、測距信号Ｆ１の周波数ｆ１に依存する。
電離層遅延量Ｉ１は式［１−２］で表すことができる。
Ｉ１  ＝  （４０．３×Ｎ）／ｆ１２                                ［１−２］
「Ｎ」は、測距信号の伝搬経路上の全電子数である。
【００５０】
測距情報Ｐ１が測距信号Ｆ１のコード位相の代わりに測距信号Ｆ１の搬送波位相に基づいて算出される場合、電離層遅延量Ｉ１の符号は逆になる。
【００５１】
測距情報Ｐ２ｄは式［２−１］で表される。
Ｐ２ｄ  ＝  Ｒ  ＋  Ｃ  ＋  Ｉ２  ＋  Ｔ  ＋  ｅ２ｄ              ［２−１］
「Ｉ２」は、測距信号Ｆ２の伝搬経路における電離層遅延量である。
「ｅ２ｄ」は、測距信号Ｆ２ｄについての観測誤差である。
【００５２】
電離層遅延量Ｉ２は、測距信号Ｆ２の周波数ｆ２に依存する。
電離層遅延量Ｉ２は式［２−２］で表すことができる。
Ｉ２  ＝  （４０．３×Ｎ）／ｆ２２                                ［２−２］
【００５３】
推定部２１２は、測距情報Ｐ１と測距情報Ｐ２ｄとを組み合わせて電離層フリー結合を行う。これにより、電離層遅延量Ｉ１および電離層遅延量Ｉ２が消去される。
具体的には、推定部２１２は、式［３−１］を計算することによって、測距情報Ｐ０ｄを算出する。
Ｐ０ｄ  ＝  （ｆ１２Ｐ１−ｆ２２Ｐ２ｄ）／（ｆ１２−ｆ２２）
＝  Ｒ  ＋  Ｃ  ＋  Ｔ  ＋  ｅ０ｄ                        ［３−１］
【００５４】
「ｅ０ｄ」は、式［３−２］を計算することによって算出される観測誤差である。
ｅ０ｄ  ＝  （ｆ１２ｅ１−ｆ２２ｅ２ｄ）／（ｆ１２−ｆ２２）      ［３−２］
【００５５】
測距情報Ｐ１と測距情報Ｐ２ｄとのそれぞれは、時刻毎に得られる。つまり、測距情報Ｐ１の時系列と測距情報Ｐ２ｄの時系列とが得られる。
推定部２１２は、測距情報Ｐ１の時系列と測距情報Ｐ２ｄの時系列とを用いて、幾何学距離Ｒと時刻一重差Ｃと対流圏遅延量Ｔとを推定する。具体的には、推定部２１２は、カルマンフィルタまたはバッチ最小二乗推定法などの推定処理を行う。
式［３−１］に示したように、測距情報Ｐ０ｄは、「Ｒ」と「Ｃ」と「Ｔ」との和を含んだ値である。推定された「Ｒ」の誤差と推定された「Ｃ」の誤差と推定された「Ｔ」の誤差との間には強い相関があり、それぞれの誤差が相互に影響を与える。
【００５６】
推定部２１２は、測距情報Ｐ１と測距情報Ｐ２ｄとを組み合わせて幾何学フリー結合を行う。これにより、幾何学距離Ｒ、時刻一重差Ｃおよび対流圏遅延量Ｔが消去される。
具体的には、推定部２１２は、式［３−３］を計算することによって、（Ｐ１−Ｐ２ｄ）を算出する。
Ｐ１−Ｐ２ｄ
＝  （Ｉ１−Ｉ２）＋ｅ１２ｄ
＝  （４０．３×Ｎ）×（１／ｆ１２−１／ｆ２２）＋ｅ１２ｄ        ［３−３］
【００５７】
「ｅ１２ｄ」は、式［３−４］を計算することによって算出される観測誤差である。
ｅ１２ｄ  ＝  （ｅ１−ｅ２ｄ）                                    ［３−４］
【００５８】
推定部２１２は、測距情報Ｐ１の時系列と測距情報Ｐ２ｄの時系列とを用いて、全電子数ＮＡを推定する。「ＮＡ」は、時間帯Ａにおける伝搬経路上の全電子数Ｎである。具体的には、推定部２１２は、カルマンフィルタまたはバッチ最小二乗推定法などの推定処理を行う。
【００５９】
さらに、推定部２１２は、測距情報Ｐ１の時系列と測距情報Ｐ２ｄの時系列とを用いて、全電子数ＮＢを推定する。「ＮＢ」は、時間帯Ｂにおける伝搬経路上の全電子数Ｎである。推定方法は、全電子数ＮＡを推定する方法と同様である。
時間帯Ａと時間帯Ｂとの間には時間の重なりが無い。また、測位衛星１１０が移動するため、測位衛星１１０の位置は時間帯によって異なる。通常、電離層の時間的な変化および電離層の空間的な変化は緩やかである。そのため、電離層の変化が小さい範囲に収まるように時間帯Ａと時間帯Ｂとが設定されて、測距信号Ｆ２の送受信の方向が切り替えられることにより、全電子数ＮＢについても推定することができる。なお、時間帯Ａと時間帯Ｂについては、電離層の全電子数の変化が小さくかつ推定部２１２の推定処理に必要な観測時間を考慮して、例えば数分から数時間の間とするのが良い。また時間帯Ａと時間帯Ｂの切替え時間については、時間帯Ａでの測距情報Ｐ２ｄと時間帯Ｂでの測距情報Ｐ２ｕとが重ならず、かつ送受信機１２０の切替え時間を考慮して例えば数分以内とするのが良い。
【００６０】
測距情報Ｐ２ｕは式［４−１］で表される。
Ｐ２ｕ  ＝  Ｒ  −  Ｃ  ＋  Ｉ２  ＋  Ｔ  ＋  ｅ２ｕ              ［４−１］
「ｅ２ｕ」は、ノイズなどの観測誤差である。
【００６１】
推定部２１２は、測距情報Ｐ１と測距情報Ｐ２ｕとを組み合わせて電離層フリー結合を行う。これにより、電離層遅延量Ｉ１および電離層遅延量Ｉ２が消去される。
具体的には、推定部２１２は、式［５−１］を計算することによって、測距情報Ｐ０ｕを算出する。
Ｐ０ｕ  ＝  （ｆ１２Ｐ１−ｆ２２Ｐ２ｕ）／（ｆ１２−ｆ２２）
＝  Ｒ  ＋  Ｃ’  ＋  Ｔ  ＋  ｅ０ｕ                        ［５−１］
【００６２】
「Ｃ’」は、式［５−２］を計算することによって算出される値である。
「ｅ０ｕ」は、式［５−３］を計算することによって算出される値である。
Ｃ’  ＝  Ｃ（ｆ１２＋ｆ２２）／（ｆ１２−ｆ２２）                ［５−２］
ｅ０ｕ  ＝  （ｆ１２ｅ１−ｆ２２ｅ２ｕ）／（ｆ１２−ｆ２２）      ［５−３］
【００６３】
推定部２１２は、測距情報Ｐ１と測距情報Ｐ２ｕとを組み合わせて幾何学フリー結合を行う。これにより、幾何学距離Ｒおよび対流圏遅延量Ｔが消去される。
具体的には、推定部２１２は、式［５−４］を計算することによって、（Ｐ１−Ｐ２ｕ）を算出する。
Ｐ１−Ｐ２ｕ
＝  ２Ｃ＋（Ｉ１−Ｉ２）＋ｅ１２ｕ
＝  ２Ｃ＋（４０．３×Ｎ）×（１／ｆ１２−１／ｆ２２）＋ｅ１２ｕ  ［５−４］
【００６４】
「ｅ１２ｕ」は、式［５−５］を計算することによって算出される観測誤差である。
ｅ１２ｕ  ＝  （ｅ１−ｅ２ｕ）                                    ［５−５］
【００６５】
前述の通り、全電子数Ｎは、測距情報Ｐ１の時系列と測距情報Ｐ２ｄの時系列とを用いて推定される。
【００６６】
測距情報Ｐ２ｕは時刻毎に得られる。つまり、測距情報Ｐ２ｕの時系列が得られる。また、前述の通り、測距情報Ｐ１の時系列と測距情報Ｐ２ｄの時系列とが得られる。
推定部２１２は、測距情報Ｐ１の時系列と測距情報Ｐ２ｄの時系列と測距情報Ｐ２ｕの時系列とを用いて、時刻一重差ＣＢを推定する。「ＣＢ」は、時間帯Ｂにおける時刻一重差Ｃである。具体的には、推定部２１２は、カルマンフィルタまたはバッチ最小二乗推定法などの推定処理を行う。
さらに、推定部２１２は、測距情報Ｐ１の時系列と測距情報Ｐ２ｄの時系列と測距情報Ｐ２ｕの時系列とを用いて、時刻一重差ＣＡを推定する。「ＣＡ」は、時間帯Ａにおける時刻一重差Ｃである。推定方法は、時刻一重差ＣＢを推定する方法と同様である。
時間帯Ａと時間帯Ｂとの間には時間の重なりが無い。また、測位衛星１１０の時刻誤差および送受信機１２０の時刻誤差の時間的な変化は緩やかである。そのため、測位衛星１１０の時刻誤差と送受信機１２０の時刻誤差とのそれぞれの変化が小さい範囲に収まるように時間帯Ａと時間帯Ｂとが設定されて、測距信号Ｆ２の送受信の方向が切り替えられることにより、時刻一重差ＣＡについても推定することができる。
【００６７】
上記のように、推定部２１２は、測距情報Ｐ１の時系列と測距情報Ｐ２ｄの時系列と測距情報Ｐ２ｕの時系列とをコンピュータで一括処理する。そして、推定部２１２は、カルマンフィルタまたはバッチ最小二乗推定法などの手法を用いて、測位衛星１１０の軌道と測位衛星１１０の時刻とを推定する。
測位衛星１１０の軌道を推定することは、幾何学距離Ｒを推定することに相当する。
測位衛星１１０の時刻を推定することは、時刻一重差Ｃを推定することに相当する。
【００６８】
測位衛星１１０の軌道と測位衛星１１０の時刻とを精度良く推定するためには、式［３−１］と式［５−１］とにおいて、「Ｒ」と「Ｃ」と「Ｔ」とのそれぞれの推定誤差を小さくする必要がある。
対流圏遅延量Ｔは、測位衛星１１０の特性には影響されない。そのため、推定部２１２は、送受信機１２０が複数の測位衛星（測位衛星１１０を含む）から受信した複数の測距信号を利用することにより、対流圏遅延量Ｔを精度良く推定することができる。
【００６９】
幾何学距離Ｒと時刻一重差Ｃとのうちのいずれか一方を精度良く推定することができれば、他方も精度良く推定することができる。
実施の形態１において、測距信号Ｆ２ｕが送受信機１２０から送信され測位衛星１１０で受信される。これにより、推定部２１２は、時刻一重差Ｃを精度良く推定することができる。そのため、推定部２１２は、幾何学距離Ｒを精度良く推定することもできる。その結果、推定部２１２は、測位衛星１１０の軌道と測位衛星１１０の時刻とを精度良く推定することができる。
【００７０】
＊＊＊実施例１の説明＊＊＊
図１において、測位衛星１１０は、測距信号Ｆ１を送信する機能を具備する。さらに、測位衛星１１０は、測距信号Ｆ２を時分割で双方向に送受信する機能を具備する。
送受信機１２０は地上に設置される。送受信機１２０は、測距信号Ｆ１を受信する機能を具備する。さらに、送受信機１２０は、測距信号Ｆ２を時分割で双方向に送受信する機能を具備する。
複数の受信機１３０は地上に設置される。測距信号Ｆ１および測距信号Ｆ２ｄは、測位衛星１１０から送信され、送受信機１２０と複数の受信機１３０とのそれぞれで受信される。
送受信機１２０は、他の複数の測位衛星から送信される測距信号も受信する。
送受信機１２０と複数の受信機１３０とのそれぞれは地上に固定される。また、基準座標系および基準時刻が地球において設定される。
衛星情報推定装置２００は、基準座標系および基準時刻に対して測位衛星１１０の位置（軌道）と測位衛星１１０の時刻とを推定することができる。
送信機能はトランスミッタによって実現され、受信機能はレシーバによって実現される。
【００７１】
＊＊＊実施例２の説明＊＊＊
図７において、測位衛星１１０は、測距信号Ｌ１と測距信号Ｌ２とを測距信号Ｆ１として送信する。測距信号Ｌ１および測距信号Ｌ２は、ＧＮＳＳにおいて測位衛星から地球に向けて常時送信される一般的な信号である。
測距信号Ｌ１の周波数と測距信号Ｌ２の周波数と測距信号Ｆ２の周波数とは互いに異なる。つまり、３周波の測距信号が使用される。
測位衛星１１０は、測距信号Ｌ１と測距信号Ｌ２とを送信する機能を具備する。さらに、測位衛星１１０は、測距信号Ｆ２を時分割で双方向に送受信する機能を具備する。
送受信機１２０は地上に設置される。送受信機１２０は、測距信号Ｌ１と測距信号Ｌ２とを受信する機能を具備する。さらに、送受信機１２０は、測距信号Ｆ２を時分割で双方向に送受信する機能を具備する。
複数の受信機１３０は地上に設置される。測距信号Ｌ１および測距信号Ｌ２は、測位衛星１１０から送信され、送受信機１２０と複数の受信機１３０とのそれぞれで受信される。
送受信機１２０は、他の複数の衛星から送信される測距信号も受信する。
送受信機１２０と複数の受信機１３０とのそれぞれは地上に固定される。また、基準座標系および基準時刻が地球において設定される。
衛星情報推定装置２００は、基準座標系および基準時刻に対して測位衛星１１０の位置（軌道）と測位衛星１１０の時刻とを推定することができる。
送信機能はトランスミッタによって実現され、受信機能はレシーバによって実現される。
【００７２】
＊＊＊実施例３の説明＊＊＊
図８において、送受信機１２０は移動体１４０に設置される。例えば、移動体１４０は、飛行機または自動車である。送受信機１２０の位置は、地球に対して時間の経過と共に変化する。
測位衛星１１０は、測距信号Ｆ１を送信する機能を具備する。さらに、測位衛星１１０は、測距信号Ｆ２を時分割で双方向に送受信する機能を具備する。
送受信機１２０は、測距信号Ｆ１を受信する機能を具備する。さらに、送受信機１２０は、測距信号Ｆ２を時分割で双方向に送受信する機能を具備する。
それぞれの受信機１３０は、必ずしも地上に固定されない。つまり、それぞれの受信機１３０は、地上に設置されてもよいし、移動体に設置されてもよい。
測距信号Ｆ１および測距信号Ｆ２ｄは、測位衛星１１０から送信され、送受信機１２０と複数の受信機１３０とのそれぞれで受信される。
送受信機１２０と複数の受信機１３０とのそれぞれは、他の複数の測位衛星から送信される測距信号も受信する。
基準座標系および基準時刻が地球において設定される。
衛星情報推定装置２００は、送受信機１２０と複数の受信機１３０とのそれぞれで受信された測距信号に含まれる航法メッセージを利用することにより、基準座標系および基準時刻に対して送受信機１２０と複数の受信機１３０とのそれぞれの位置と時刻とを推定する。
衛星情報推定装置２００は、送受信機１２０と複数の受信機１３０とのそれぞれの推定位置（軌道）と推定時刻とを用いることにより、基準座標系および基準時刻に対して測位衛星１１０の位置と測位衛星１１０の時刻とを推定することができる。
送信機能はトランスミッタによって実現され、受信機能はレシーバによって実現される。
【００７３】
＊＊＊実施例４の説明＊＊＊
図９において、送受信機１２０Ｇは地上に設置された送受信機１２０である。送受信機１２０Ｍは移動体１４０に設置された送受信機１２０である。送受信機１２０Ｇの位置は変化しない。一方、送受信機１２０Ｍの位置は、地球に対して時間の経過と共に変化する。
測位衛星１１０は、測距信号Ｆ１を送信する機能を具備する。さらに、測位衛星１１０は、測距信号Ｆ２を時分割で双方向に送受信する機能を具備する。
送受信機１２０Ｍと送受信機１２０Ｇとのそれぞれは、測距信号Ｆ１を受信する機能を具備する。さらに、送受信機１２０Ｍと送受信機１２０Ｇとのそれぞれは、測距信号Ｆ２を時分割で双方向に送受信する機能を具備する。
複数の受信機１３０は地上に設置される。測距信号Ｆ１および測距信号Ｆ２ｄは、測位衛星１１０から送信され、送受信機１２０Ｇと送受信機１２０Ｍと複数の受信機１３０とのそれぞれで受信される。
送受信機１２０Ｇと送受信機１２０Ｍとのそれぞれは、他の複数の測位衛星から送信される測距信号も受信する。
送受信機１２０Ｇと複数の受信機１３０とのそれぞれは地上に固定される。また、基準座標系および基準時刻が地球において設定される。
衛星情報推定装置２００は、基準座標系および基準時刻に対して測位衛星１１０の位置（軌道）と測位衛星１１０の時刻とを推定することができる。
送受信機１２０Ｍは、測位衛星１１０とは異なる測位衛星から送信される測距信号を受信する。
衛星情報推定装置２００は、送受信機１２０Ｍによって受信される測距信号のそれぞれに含まれる航法メッセージを利用する。送受信機１２０Ｍは、測位衛星１１０から測距信号Ｆ１を受信し、測距信号Ｆ２を時分割で双方向に送受信する。これにより、衛星情報推定装置２００は、送受信機１２０Ｍと測位衛星１１０との相対的な時刻差、または、送受信機１２０Ｍと送受信機１２０Ｇとの相対的な時刻差を推定することができる。
そのため、衛星情報推定装置２００は、基準座標系および基準時刻に対して送受信機１２０Ｍの位置と送受信機１２０Ｍの時刻とを推定することができる。推定方法は、測位衛星１１０の位置と測位衛星１１０の時刻とを推定する方法と同じである。
送信機能はトランスミッタによって実現され、受信機能はレシーバによって実現される。
【００７４】
＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
衛星情報推定システム１００において、測位衛星１１０の軌道と測位衛星１１０の時刻とを高精度に推定するために、擬似乱数コードを用いてスペクトラム拡散された２周波以上の測距信号が送受信される。２周波以上の測距信号のうちの１周波の測距信号は、測位衛星１１０と送受信機１２０との間で時分割で双方向に送受信される。
これにより、測距信号用の周波数の増加を最小限に抑えることが可能となる。その結果、周波数を有効活用することが可能となる。また、測距信号を送受信するための装置の規模が大きくならない。さらに、測距信号と他の電波との干渉を抑えることができる。
【００７５】
＊＊＊実施の形態の補足＊＊＊
実施の形態は、好ましい形態の例示であり、本発明の技術的範囲を制限することを意図するものではない。実施の形態は、部分的に実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。フローチャート等を用いて説明した手順は、適宜に変更してもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１００  衛星情報推定システム、１１０  測位衛星、１２０  送受信機、１３０  受信機、１４０  移動体、２００  衛星情報推定装置、２０１  プロセッサ、２０２  メモリ、２０３  補助記憶装置、２０４  通信装置、２０５  入出力インタフェース、２１１  取得部、２１２  推定部、２２０  記憶部。
【図１】
2020040477.tif 000003
【図２】
2020040477.tif 000004
【図３】
2020040477.tif 000005
【図４】
2020040477.tif 000006
【図５】
2020040477.tif 000007
【図６】
2020040477.tif 000008
【図７】
2020040477.tif 000009
【図８】
2020040477.tif 000010
【図９】
2020040477.tif 000011