(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体デバイスの位置の検出において用いる方法であって、
（ａ）前記移動体デバイスにおいて、１つ以上の衛星から受信した信号に基づいて、疑似距離測定値を得るステップであって、前記１つ以上の衛星が、汎地球ナビゲーション衛星システム（ＧＮＳＳ）または汎地球測位システム（ＧＰＳ）のうち少なくとも１つのものの衛星である、ステップと、
（ｂ）前記ＧＰＳ疑似距離測定値に基づいてＧＰＳ到達時間差（Ｇ−ＴＤＯＡ）値を計算するステップであって、前記Ｇ−ＴＤＯＡ値が前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線の長さを表す、ステップと、
（ｃ）前記移動体デバイスと第１の地上受信機との間の到達時間差と、前記移動体デバイスと第２の地上受信機との間の到達時間差との差を表すアップリンク到達時間差（Ｕ−ＴＤＯＡ）測定値を得るステップと、
（ｄ）前記アップリンク到達時間差に基づいて、前記移動体デバイスと前記第１の地上受信機との間を結ぶ第１の基準線を得るステップと、
（ｅ）前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線に対する重み付けを計算するステップと、
（ｆ）前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線、前記第１の基準線、および前記重み付けを用いて、前記移動体デバイスの位置を推定するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、重み付けを計算する前記ステップが、第１または第２の予め定められた停止条件が満たされるまで、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線のそれぞれに対してその時点で計算された重みを用いた重み付けの計算を反復して実行することを含む、方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、反復の回数が所定の最大値を超過するときに、前記第１停止条件が満たされたとみなされる、方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、前記第１停止条件が満たされたときに、最終的な位置検出解が前記移動体デバイスの位置の推定値として用いられる、方法。
【請求項５】
請求項２記載の方法であって、更に、正確度地理的希釈（ＧＤＯＰ）値を判定するステップを含み、前記ＧＤＯＰが所定のしきい値を超過するときに、前記第２停止条件が満たされたとみなされる、方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、前記第２停止条件が満たされたときに、直前の反復からの位置検出解が、前記移動体デバイスの位置の推定値として用いられる、方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、当該方法が、Ｕ−ＴＤＯＡワイヤレス位置検出ネットワークと補助−ＧＰＳ（Ａ−ＧＰＳ）ネットワークとを含む混成ワイヤレス位置検出システムにおいて実行される、方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法において、
前記汎地球測位システムまたは汎地球ナビゲーション衛星システムのうちの少なくとも１つの衛星からの無線データ・ストリームが、前記移動体デバイス、基準受信機、および、前記第１もしくは第２の地上受信機によって受信され、
前記データ・ストリームが、予め確定されたフォーマットとした天文暦および天体位置表データを含み、
前記移動体デバイスが、測地学の高度または楕円体の高度の推定値によって、潜在的に自己位置検出することを可能にされている、方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、前記Ｕ−ＴＤＯＡワイヤレス位置検出ネットワークが、前記移動体デバイスからのアップリンク送信、および前記汎地球測位システムまたは汎地球ナビゲーション衛星システムの少なくとも１つの衛星からの無線送信によって供給される時間軸を用いて、前記基準受信機と少なくとも２つの協同受信機との間における到達時間差を検出し、更にマルチラテレーション・アルゴリズムを用いて位置推定値を計算するように構成されている、地理的に分散された受信機と位置判定エンティティ（ＰＤＥ）のネットワークを含む、方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法において、Ｇ−ＴＤＯＡ値を計算する前記ステップが、前記移動体デバイスと基準局のそれぞれにおいて受信された、前記ＧＮＳＳまたはＧＰＳからの衛星信号についての到達時間差を計算することを含み、前記衛星および前記基準局の位置が分かっており、前記計算した到達時間差がＧ−ＴＤＯＡ値を表す、方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法であって、前記基準線および前記第１の基準線に対する重み付けをするステップは、疑似距離測定値を得るために用いられた前記ＧＰＳ受信機によって報告された信号対ノイズ比（ＳＮＲ）に基づいて、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線に重み付けすることを含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、前記基準線および前記第１の基準線に対する重み付けは、Ｕ−ＴＤＯＡおよびＧＰＳについての測定誤差分布と、利用可能なＧＰＳ測定値の数と、利用可能なＵ−ＴＤＯＡ測定値の数とを含む、所定のファクタに基づく、方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の方法において、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線に対する重み付けをすることが、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星のそれぞれとの間を結ぶ各基準線に対して、理論的なＴＤＯＡ  ＲＭＳ誤差に基づいて初期重み付けを計算することを含む、方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、前記理論的なＴＤＯＡ  ＲＭＳ誤差は、エア・インターフェースに基づき、前記Ｕ−ＴＤＯＡ測定値に対する前記ＧＰＳ  ＳＮＲおよびエア・インターフェース・パラメータを用いて、ＧＰＳ基準線毎に計算された、理論的加法性白色ガウス・ノイズ（ＡＷＧＮ）ＴＤＯＡ  ＲＭＳ誤差（ａＴＤＯＡrms_i）である、方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法において、前記理論的なＴＤＯＡ  ＲＭＳ誤差が、マルチパス効果（σM_i）によって増大し、前記Ｕ−ＴＤＯＡ測定値に対する前記ＧＰＳ  ＳＮＲおよびエア・インターフェース・パラメータを用いて、ＧＰＳ基準線毎に計算される、方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、更に、前記理論的なＴＤＯＡ  ＲＭＳ誤差の二乗の逆関数として、重み（Ｗai）
【数１】
0005612576.tif 000016
の計算を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１４記載の方法において、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線に対する重み付けをすることが、更に、前記理論的重み付け測定データをスケーリングするステップを含む、方法。
【請求項１８】
請求項１１記載の方法において、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線に対する重み付けをすることが、更に、ＧＰＳ基準線測定誤差のデータベースと、過去の重み付けの計算から編集されたＵ−ＴＤＯＡ測定誤差のデータベースとを用いるステップを含む、方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線に対する重み付けをすることが、更に、第１のスケーリング係数（Ｓｃ）を用いるステップを含み、前記第１のスケーリング係数Ｓｃが、
【数２】
0005612576.tif 000017
として定められ、ＧＴＤＯＡrmsが前記測定したＧＰＳ  ＲＭＳ誤差を表し、ＵＴＤＯＡrmsが前記測定したＵ−ＴＤＯＡ  ＲＭＳ誤差を表す、方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法において、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線に対する重み付けをすることが、更に、前記基準線毎の初期重み付けとして、
【数３】
0005612576.tif 000018
として定められる、方法。
【請求項２１】
請求項１９記載の方法において、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線に対する重み付けをすることが、更に、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線を用いて計算された第２のスケーリング係数（Ｓｆ）を用いることを含み、
前記第２のスケーリング係数が、以下のように細かい測定重みを導出するために用いられ、
【数４】
0005612576.tif 000019
ここで、Ｓ＝ＳｆＳｃである、方法。
【請求項２２】
請求項１記載の方法であって、更に、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線の寄与におけるバイアスおよび前記移動体デバイスの位置に対する前記第１の基準線の寄与におけるバイアスについて分析解を与えるステップを含み、当該ステップは、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線に対する重みを変換することと、前記変換した重みと前記疑似距離測定値から得られたＧ−ＴＤＯＡ計算値とを組み合わせることとを含む、方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法において、前記分析解を与えるステップは、ＧＰＳ基準線を求める三次元検索を行うことを含む、方法。
【請求項２４】
請求項２３記載の方法において、前記分析解を与えるステップは、更に、前記移動体デバイスの検査位置を想定したＴＤＯＡ値の計算と、予め定められた停止条件が満たされるまでの検索とを含み、カイ二乗距離を計算し、検査位置毎の前記距離を合計するステップを含む、方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法において、前記分析解を与えるステップは、更に、ＧＰＳおよびＵ−ＴＤＯＡ毎に別々のバイアス値を含む組み合わせカイ二乗距離の計算を含む、方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の方法において、前記分析解を与えるステップは、更に、最小カイ二乗距離および対応する検査位置を判定するステップを含み、前記停止条件が、前記最小値が所定の最高解像度において発見されたときに満たされるとみなされる、方法。
【請求項２７】
請求項２４記載の方法において、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線に対する重みの前記変換を含む、三次元でのＵ−ＴＤＯＡ検索を行うステップを含み、前記Ｕ−ＴＤＯＡ検索が、最初に二次元（ｘ，ｙ）における前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線の全体にわたる最小カイ二乗距離を求めるために検索することと、次に第３次元（ｚ）における検索のためにｚ−検索アルゴリズムを用いることとを含む、方法。
【請求項２８】
請求項２４記載の方法において、予め定められた停止条件が、前記最小位置検出解が前記検索空間の縁に該当するときに、現在の解像度で前記検索を継続することを含む、方法。
【請求項２９】
請求項２４記載の方法において、予め定められた停止条件が、前記最小位置検出解が前記検索空間の縁に該当するときに、現在の地図解像度で前記検索を継続することを含む、方法。
【請求項３０】
請求項２７記載の方法において、前記ｚ−検索アルゴリズムが、前記移動体デバイスの高度、粗い検索、細かい検索、および操縦規準の初期推定の使用を含む、方法。
【請求項３１】
請求項３０の方法において、前記ｚ−検索アルゴリズムが、更に、ＵＴＤＯＡ座標系に関して前記ｚ−次元において初期検索位置を発見するステップを含み、前記粗い検索が、初期推定値Ｚoを計算しこれを用いることを含み、前記初期推定値Ｚoが地上から典型的な高さにおける前記移動体デバイスの位置を表し、前記操縦規準が、所定の解像度しきい値未満の解像度を求める前記粗い検索を選択すること、および一旦前記解像度しきい値に達した場合に前記細かい検索を行うことを含む、方法。
【請求項３２】
ワイヤレス位置検出システムであって、
移動体デバイスと通信し、前記移動体デバイスから、１つ以上の衛星から該移動体デバイスが受信した信号に基づいて、疑似距離測定値を得る手段であって、前記１つ以上の衛星が、汎地球ナビゲーション衛星システム（ＧＮＳＳ）または汎地球測位システム（ＧＰＳ）のうち少なくとも１つのものの衛星である、手段と、
前記ＧＰＳ疑似距離測定値に基づいてＧＰＳ到達時間差（Ｇ−ＴＤＯＡ）値を計算する手段であって、前記Ｇ−ＴＤＯＡ値が前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線の長さを表す、手段と、
前記移動体デバイスと第１の地上受信機との間の到達時間差と、前記移動体デバイスと第２の地上受信機との間の到達時間差との差を表すアップリンク到達時間差（Ｕ−ＴＤＯＡ）測定値を得る手段と、
前記アップリンク到達時間差に基づいて、前記移動体デバイスと前記第１の地上受信機との間を結ぶ第１の基準線を与える手段と、
（ｅ）前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線に対する重み付けを計算する手段と、
（ｆ）前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線、前記第１の基準線、および前記重み付けを用いて、前記移動体デバイスの位置を推定する手段と、
を含む、システム。
【請求項３３】
請求項３２記載のシステムにおいて、重み付けを計算する前記手段が、第１または第２の予め定められた停止条件が満たされるまで、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線のそれぞれに対してその時点で計算された重みを用いた重み付けの計算を反復して実行することを含む、システム。
【請求項３４】
請求項３３記載のシステムにおいて、反復の回数が所定の最大値を超過するときに、前記第１停止条件が満たされたとみなされる、システム。
【請求項３５】
請求項３４記載のシステムにおいて、前記第１停止条件が満たされたときに、最終的位置検出解が前記移動体デバイスの位置の推定値として用いられる、システム。
【請求項３６】
請求項３３記載のシステムであって、更に、正確度地理的希釈（ＧＤＯＰ）値を判定する手段を含み、前記ＧＤＯＰが所定のしきい値を超過するときに、前記第２停止条件が満たされたとみなされる、システム。
【請求項３７】
請求項３６記載のシステムにおいて、前記第２停止条件が満たされたときに、直前の反復からの位置検出解が、前記移動体デバイスの位置の推定値として用いられる、システム。
【請求項３８】
請求項３２記載のシステムにおいて、当該システムが、Ｕ−ＴＤＯＡワイヤレス位置検出ネットワークと補助−ＧＰＳ（Ａ−ＧＰＳ）ネットワークとを含む混成ワイヤレス位置検出システムである、システム。
【請求項３９】
請求項３８記載のシステムにおいて、
前記汎地球測位システムまたは汎地球ナビゲーション衛星システムの少なくとも１つの衛星からの無線データ・ストリームが、前記移動体デバイス、基準受信機、および、前記第１もしくは第２の地上受信機によって受信され、
前記データ・ストリームが、予め確定されたフォーマットとした天文暦および天体位置表データを含み、
前記移動体デバイスが、測地学の高度または楕円体の高度の推定値によって、潜在的に自己位置検出することを可能にされている、システム。
【請求項４０】
請求項３８記載のシステムにおいて、前記Ｕ−ＴＤＯＡワイヤレス位置検出ネットワークが、前記移動体デバイスからのアップリンク送信、および前記汎地球測位システムまたは汎地球ナビゲーション衛星システムの少なくとも１つの衛星からの無線送信によって供給される時間軸を用いて、前記基準受信機と少なくとも２つの協同受信機との間における到達時間差を検出し、更にマルチラテレーション・アルゴリズムを用いて位置推定値を計算するように構成されている、地理的に分散された受信機と位置判定エンティティ（ＰＤＥ）のネットワークを含む、システム。
【請求項４１】
請求項３２記載のシステムにおいて、Ｇ−ＴＤＯＡ値を計算する前記手段が、前記移動体デバイスと基準局のそれぞれにおいて受信された、前記ＧＮＳＳまたはＧＰＳからの衛星信号についての到達時間差を計算し、前記衛星および前記基準局の位置が分かっており、前記計算した到達時間差がＧ−ＴＤＯＡ値を表す、システム。
【請求項４２】
請求項３２記載のシステムであって、前記基準線および前記第１の基準線に対する重み付けをするステップは、疑似距離測定値を得るために用いられた前記ＧＰＳ受信機によって報告された信号対ノイズ比（ＳＮＲ）に基づいて、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線に重み付けすることを含む、システム。
【請求項４３】
請求項４２記載のシステムにおいて、前記基準線および前記第１の基準線に対する重み付けは、Ｕ−ＴＤＯＡおよびＧＰＳについての測定誤差分布と、利用可能なＧＰＳ測定値の数と、利用可能なＵ−ＴＤＯＡ測定値の数とを含む、所定のファクタに基づく、方法。
【請求項４４】
請求項４２記載のシステムにおいて、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線に対して重み付けをすることが、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星のそれぞれとの間を結ぶ各基準線に対して、理論的なＴＤＯＡ  ＲＭＳ誤差に基づいて初期重み付けを計算することを含む、システム。
【請求項４５】
請求項４４記載のシステムにおいて、前記理論的なＴＤＯＡ  ＲＭＳ誤差は、エア・インターフェースに基づき、前記Ｕ−ＴＤＯＡ測定値に対する前記ＧＰＳ  ＳＮＲおよびエア・インターフェース・パラメータを用いて、ＧＰＳ基準線毎に計算された、理論的加法性白色ガウス・ノイズ（ＡＷＧＮ）ＴＤＯＡ  ＲＭＳ誤差（ａＴＤＯＡrms_i）である、システム。
【請求項４６】
請求項４４記載のシステムにおいて、前記理想的なＴＤＯＡ  ＲＭＳ誤差が、マルチパス効果（σM_i）によって増大し、前記Ｕ−ＴＤＯＡ測定値に対する前記ＧＰＳ  ＳＮＲおよびエア・インターフェース・パラメータを用いて、ＧＰＳ基準線毎に計算される、システム。
【請求項４７】
請求項４５記載のシステムであって、更に、前記ＴＤＯＡ  ＲＭＳ誤差の二乗の逆関数として、重み（Ｗai）の計算
【数５】
0005612576.tif 000020
を行う手段を含む、システム。
【請求項４８】
請求項４５記載のシステムにおいて、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線に対して重み付けをすることが、更に、前記理論的重み付け測定データをスケーリングする手段を含む、システム。
【請求項４９】
請求項４２記載のシステムにおいて、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線に対して重み付けをすることが、ＧＰＳ基準線測定誤差のデータベースと、過去の重み付けの計算から編集されたＵ−ＴＤＯＡ測定誤差のデータベースとを用いる、システム。
【請求項５０】
請求項４９記載のシステムにおいて、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線に対して重み付けをすることが、更に、第１のスケーリング係数（Ｓｃ）を用い、前記第１のスケーリング係数Ｓｃが、
【数６】
0005612576.tif 000021
として定められ、ＧＴＤＯＡrmsが前記測定したＧＰＳ  ＲＭＳ誤差を表し、ＵＴＤＯＡrmsが前記測定したＵ−ＴＤＯＡ  ＲＭＳ誤差を表す、システム。
【請求項５１】
請求項５０記載のシステムにおいて、疑似距離測定値に重み付けする前記プロセスが、ＧＰＳ基準線毎の初期重み付けとして、
【数７】
0005612576.tif 000022
として定められる、システム。
【請求項５２】
請求項５０記載のシステムにおいて、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線に対する重み付けをすることが、更に、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線を用いて計算された第２のスケーリング係数（Ｓｆ）を用いることを含み、
前記第２のスケーリング係数が、以下のように細かい測定重みを導出するために用いられ、
【数８】
0005612576.tif 000023
ここで、Ｓ＝ＳｆＳｃである、システム。
【請求項５３】
請求項３２記載のシステムであって、更に、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線の寄与におけるバイアスおよび前記移動体デバイスの位置に対する前記第１の基準線の寄与におけるバイアスについて分析解を与えるステップを含み、当該ステップは、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線に対する重みを変換することと、前記変換した重みと前記疑似距離測定値から得られたＧ−ＴＤＯＡ計算値とを組み合わせる手段を含む、システム。
【請求項５４】
請求項５３記載のシステムにおいて、前記分析解を与える手段は、ＧＰＳ基準線を求める三次元検索を行う、システム。
【請求項５５】
請求項５４記載のシステムにおいて、前記分析解を与える手段は、更に、前記移動体デバイスの検査位置を想定したＴＤＯＡ値の計算と、予め定められた停止条件が満たされるまでの検索とを含み、カイ二乗距離を計算し、検査位置毎の前記距離を合計する、システム。
【請求項５６】
請求項５５記載のシステムにおいて、前記分析解を与える手段は、更に、ＧＰＳおよびＵ−ＴＤＯＡ毎に別々のバイアス値を含む組み合わせカイ二乗距離の計算を行う、システム。
【請求項５７】
請求項５６記載のシステムにおいて、前記分析解を与える手段は、更に、最小カイ二乗距離および対応する検査位置を判定するステップを含み、前記停止条件が、前記最小値が所定の最高解像度において発見されたときに満たされるとみなす、システム。
【請求項５８】
請求項５５記載のシステムであって、更に、前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線に対する重みの前記変換を含む、三次元でのＵ−ＴＤＯＡ検索を行うステップを含み、前記Ｕ−ＴＤＯＡ検索が、最初に二次元（ｘ，ｙ）における前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線の全体にわたる最小カイ二乗距離を求めるために検索することと、次に第３次元（ｚ）における検索のためにｚ−検索アルゴリズムを用いることとを含む、システム。
【請求項５９】
請求項５５記載のシステムにおいて、予め定められた停止条件が、前記最小位置検出解が前記検索空間の縁に該当するときに、現在の解像度で前記検索を継続することを含む、システム。
【請求項６０】
請求項５５記載のシステムにおいて、予め定められた停止条件が、前記最小位置検出解が前記検索空間の縁に該当するときに、現在の地図解像度で前記検索を継続することを含む、システム。
【請求項６１】
請求項５８記載のシステムにおいて、前記ｚ−検索アルゴリズムが、前記移動ＡＴＩデバイスの高度、粗い検索、細かい検索、および操縦規準の初期推定の使用を含む、システム。
【請求項６２】
請求項６１記載のシステムにおいて、前記ｚ−検索アルゴリズムが、更に、ＵＴＤＯＡ座標系に関して前記ｚ−次元において初期検索位置を発見するステップを含み、前記粗い検索が、初期推定値Ｚ０を計算しこれを用いることを含み、前記初期推定値Ｚ０が地上から典型的な高さにおける前記移動体デバイスの位置を表し、前記操縦規準が、所定の解像度しきい値未満の解像度を求める前記粗い検索を選択すること、および一旦前記解像度しきい値に達した場合に前記細かい検索を行うことを含む、システム。
【請求項６３】
コンピュータ読み取り可能媒体であって、
移動体デバイスと通信し、前記移動体デバイスから、１つ以上の衛星から受信した信号に基づいて、疑似距離測定値を得るステップであって、前記１つ以上の衛星が、汎地球ナビゲーション衛星システム（ＧＮＳＳ）または汎地球測位システム（ＧＰＳ）のうち少なくとも１つの衛星である、ステップと、
前記ＧＰＳ疑似距離測定値に基づいてＧＰＳ到達時間差（Ｇ−ＴＤＯＡ）値を計算するステップであって、前記Ｇ−ＴＤＯＡ値が前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線の長さを表す、ステップと、
前記移動体デバイスと第１の地上受信機との間の到達時間差と、前記移動体デバイスと第２の地上受信機との間の到達時間差との差を表すアップリンク到達時間差（Ｕ−ＴＤＯＡ）測定値を得るステップと、
前記アップリンク到達時間差に基づいて、前記移動体デバイスと前記第１の地上受信機との間を結ぶ第１の基準線を得るステップと、
前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線および前記第１の基準線に対する重み付けを計算するステップと、
前記移動体デバイスと前記ＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星との間を結ぶ基準線、前記第１の基準線、および前記重み付けを用いて、前記移動体デバイスの位置を推定するステップと、
を含み、移動体デバイスの位置の検出において用いられるコンピュータ実装方法を実行するためのコンピュータ読み取り可能命令を収容する、コンピュータ読み取り可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互引用
本願は、２００８年８月１４日に出願された米国特許出願第１２／１９２，０６７号の優先権を主張する。この出願をここで引用したことにより、その内容全体が本願にも含まれるものとする。
技術分野
[0001]  本発明は、一般的には、アナログまたはディジタル・セルラ・システム、個人通信システム（ＰＣＳ）、改良特殊移動体無線（ＥＳＭＲ）、およびその他のタイプのワイヤレス通信システムにおいて用いられているような、移動局（ＭＳ）とも呼ばれるワイヤレス・デバイスの位置検出方法および装置に関する。更に特定すれば、限定するのではないが、本発明は、ネットワークベースのワイヤレス位置検出システム内において、汎地球ナビゲーション衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機を内蔵するワイヤレス・デバイスのワイヤレス位置検出の精度および歩留まりを向上させる方法に関する。
【従来技術】
【０００２】
[0002]  Ｕ−ＴＤＯＡ位置検出システム（および他の位置検出システム）の位置検出性能は、通常、１つ以上の循環誤差確率として表される。米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）は、Enhanced 9-1-1 Phase II（改良９−１−１フェーズＩＩ）指令の一部として、Ｕ−ＴＤＯＡのようなネットワークベースのシステムは、緊急サービスの発呼者の６７％に対して１００メートル（１００メートル即ち３２８．１フィート）の精度が得られ、緊急サービスの発呼者の９５％に対して３００メートル（３００メートル即ち９８４．２５フィート）の精度を生じる精密度(precision)が得られるように配備されることを要求する。
【０００３】
[0003]  オーバーレイ・ネットワークベース・ワイヤレス位置検出システムは、最初に商業的に配備されたのが１９９８年であり、緊急サービスの位置検出を含む、位置検出に基づくサービスをサポートするために広く展開されている。移動体の使用が増えるに連れて、商用の位置検出に基づくサービスおよびEnhanced 9-1-1のワイヤライン・パリティ(wireline parity)双方に対する高精度および高歩留まりのワイヤレス位置検出に対する要望が増加している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
[0004]  高精度、高歩留まりのワイヤレス位置検出システムの要望の一例は、２００７年１１月２０日に発表された連邦通信委員会の０７−１６６報告および指令において見出すことができる。０７−１６６指令は、２０１０年９月１１日という本来の期限を確定しており、このときまでに、全てのワイヤレス電気通信事業者は、これらが担当するPublic Safety Answering Points（ＰＳＡＰ：公衆安全回答地点）の少なくとも７５％において、完全なＥ９１１位置検出精度遵守を実証し、それらのＰＳＡＰサービス・エリアの全てにおいて位置検出精度要件の５０％以内の遵守を実証しなければならない。この指令は、本来、２０１２年９月１１日までに電気通信事業者が全てのＰＳＡＰにおいて完全な遵守を達成することを要求していた。
【０００５】
[0005]  ワイヤレス電気通信事業者が完全なＰＳＡＰ−レベルの遵守に向かって進展していることを確保するために、ＦＣＣは一連の暫定的ベンチマークを制定し、電気通信事業者に、彼らが担当する各経済エリアにおいて２００８年９月１１日までに位置検出精度遵守を達成し、彼らが完全なＰＳＡＰ−レベルの遵守を２０１２年に実証するまでに、徐々に小さな地理的エリア（２０１０年９月１１までに、大都市圏統計エリア(Metropolitan Statistical Areaおよび田舎サービス・エリアを含む)内において達成するように要求している。ワイヤレス電気通信事業者は、２年に１回の進展報告を（それぞれ、２００９年および２０１１年９月１１日までに）ＦＣＣに提出して、完全なＰＳＡＰ−レベル遵守の達成に向けた彼らの進展を説明しなければならない。遵守は、FCC Office of Engineering and Technology (OET：工学および技術事務所) Bulletin No. 71 guidelines（公報第７１指針）に詳細に記載されているような検査に基づくことが予期されていた。しかしながら、ＦＣＣは、07-116 Report and Order（報告および指令）において、ＦＣＣが今後追加の検査報告要件を定めるかもしれないことを明言した。
【０００６】
[0006]  FCC 07-166 Report and Orderは、コロンビア特別区管区米国控訴裁判所によって猶予されて(stay)おり、提案された予定(timeline)および期限(deadline)は危険に晒されている(in jeopardy)が、ＦＣＣがワイヤレス電気通信事業者のＥ９１１システムに対して更に厳格な要件を強制する意図があるのは明白であった。
【０００７】
[0007]  公衆安全作業員が、ワイヤレス・フォンから緊急援助を求めた人々の位置を検出し易くすることであった新たな規格を制定する際の委員会が述べた目標は、変化していない。
【０００８】
[0008]  ＦＣＣがＰＳＡＰ−レベル位置検出精度（および歩留まり）指令に向かって移行しているので、異なる位置検出技術を組み合わせる方法が必要となる。本発明は、通信および位置検出技術の分野にある。本発明は、精度向上を達成するために、ＧＰＳおよびＵＴＤＯＡの相補技術を組み合わせる手段を提供する。
【０００９】
[0009]  ＧＮＳＳ受信機（ＧＮＳＳシステムの例には、米国のNAVSTAR汎地球測位システムおよびロシア連邦のＧＬＯＮＡＳＳシステムが含まれる。ＧＮＳＳシステムの他の例には、ヨーロッパ連合が提案したGalileoシステムならびに中国が提案したBeidou Satellite Navigation and Positioning System（ベイドウ衛星ナビゲーションおよび測位システム）が含まれる）は、一般に、高い精度の疑似測定値を生成するが、都市環境では、衛星カバレッジが厳しく制限される可能性がある。都市環境では、ＵＴＤＯＡはより良いカバレッジおよびより多い測定値を有するという利点があるが、一般に、供給される個々のＴＤＯＡ測定値の精度は低くなる。双方のシステムのカバレッジが疎になると、いずれのシステムも独立して位置検出解決策を提供することができなくなる場合があるが、一緒に用いれば、高精度の位置推定は実現可能になる。
【００１０】
[0010]  ＧＰＳおよびＵＴＤＯＡネットワーク双方からの測定値を効率的に利用して、移動局（ＭＳ）の位置を発見する方法およびシステムを提供する。ＧＰＳにおけるダウンリンク疑似距離測定値(downlink pseudorange measurement)をＵ−ＴＤＯＡに変換し、他の測定値と組み合わせる。疑似距離測定の時点における衛星位置に基づいて、衛星を非常に高いアンテナ高さを有する送信タワーとして扱う。
【００１１】
[0011]  本明細書において記載する発明技法および概念は、全ての汎地球ナビゲーション衛星システム、ならびに広く用いられているＩＳ−１３６（ＴＤＭＡ）、ＧＳＭ、ＯＦＤＭ、およびＳＣ−ＦＤＭＡワイヤレス・システムを含む時間および周波数分割多重化（ＴＤＭＡ／ＦＤＭＡ）無線通信システムに適用され、更に、ＣＤＭＡ（ＩＳ−９５、ＩＳ−２０００）およびユニバーサル移動体通信システム（ＵＴＭＳ）のような符号分割無線通信システムにも適用される。後者は、Ｗ−ＣＤＭＡとしても知られている。以下で論ずる全ヨーロッパ移動体通信方式（ＧＳＭ）モデルおよび米国NAVSTAR汎地球測位システム（ＧＰＳ）は、本発明を用いることができる環境例であるが、それだけに限定されるのではない。
参考文献
[0012]  本明細書において記載される主題に関する追加の背景について、以下の参考文献を調べることができる。
【００１２】
［１］B.W. Parkinson, J.J. Spilker, P. Axelrad, and P. Enge, "GPS Navigation Algorithms," in Global Positioning Systems: Theory and Applications Volume 1, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc. Washington, DC, 1996. 
［２］A Leick, PGS Satellite Survey, 2nd Ed., John Wiley & Sons, Inc., New York, 1995. 
［３］R. Thompson, J. Moran and G. Swenson, Interferometry and Synthesis in Radio Astronomy, John Wiley and Sons, 1986. 
［４］R. McDonough, A. Whalen, Detection of Signals in Noise, 2nd Ed., Academic Press,. San Diego, CA, 1995. 
［５］W. Venables and B. Ripley, Modern Applied Statistics with S-PLUS, Springer-Verlag, 1997. 
［６］Fernandex-Corbaton et al., "Method and apparatus for determining an algebraic solution to GPS terrestrial hybrid location system equations," U.S. Patent 6,289,280, September 11, 2001. 
［７］J. Cho, "Hybrid navigation system using neural network," U.S. Patent 6,919,842, July 19, 2005. 
［８］Soliman et al., "Method and apparatus for determining the location of a remote station in a CDMA communication network," U.S. Patent 6,188,354, February 13, 2001. 
［９］US Patent 5,327,144; Stlp et al 
［１０］US Patent 5,608,410; Stilp et al 
［１１］US Patent Application 10/748367 Maloney et al 
［１２］US Patent 4,445,118; Taylor et al. 
【課題を解決するための手段】
【００１３】
[0013]  ワイヤレス位置検出の分野における当業者には周知のように、ＴＤＯＡ測定値は、ワイヤレス送信機の地理的位置を判定するために用いることができる。本発明では、ＧＰＳ疑似距離の変換を、所与の１組のＵＴＤＯＡ測定値について行い、２つの異なる技術の測定基準線(baseline)の高い精度の組み合わせを達成する。次に、ＧＰＳ基準線の初期重みを、測定データの関数として求め、続いて、ＧＰＳおよびＵＴＤＯＡ重みの相対的スケーリングを最適化する工夫(refinement)を行う。次いで、検索および減少重み付け(downweighting)の反復プロセスを実行する。検索プロセスでは、測定のタイプ毎に独立したバイアスの解明(solving)を含む、双方のタイプの測定の組み合わせが必要となる。また、検索プロセスは、ＧＰＳには必要であるがＵＴＤＯＡには必要でない垂直（Ｚ）次元の計算も含む。次いで、異なる減少重み付け動作を実行して、それまでの解を改善する。最後に、正確度の幾何学的希釈（ＧＤＯＰ：Geometric Dilution of Precision）計算および残余計算からの結果が、最終的な位置検出解を生成する停止条件への入力を供給する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
[0014]  以上の摘要および以下の詳細な説明は、添付図面と関連付けて読んだときに、一層深く理解することができる。本発明を例示する目的で、図面には本発明の例示的構造を示すが、本発明は、開示する特定の方法や手段に限定されるのではない。図面において、
【図１】図１は、混成ＧＰＳ／ＵＴＤＯＡネットワークの図である。
【図２】図２は、混成ＧＰＳ／ＵＴＤＯＡプロセスの主要処理段階である。
【図３】図３は、ＧＰＳからＵＴＤＯＡへの変換の図である。
【図４】図４は、ＧＰＳからＵＴＤＯＡへの変換のフロー・チャートである。
【図５】図５は、基準線重みの混成ＧＰＳ／ＵＴＤＯＡスケーリングである。
【図６】図６は、ＧＰＳおよびＵＴＤＯＡ重みの経験的スケーリングのサンプル・プロットである。
【図７ａ】図７ａは、検索プロセスのフロー・チャートである。
【図７ｂ】図７ｂは、検索プロセスのフロー・チャートである。
【図８】図８は、初期垂直測位の図である。
【図９】図９は、カイ二乗距離(chi-square meteric)に対するサンプルのｚ−依存性である。
【図１０】図１０は、ｚ−次元の関数としてのカイ二乗計算における不確実性の図である。
【図１１ａ】図１１ａは、細かいｚ検索のフロー・チャートである。
【図１１ｂ】図１１ｂは、細かいｚ検索のフロー・チャートである。
【図１２】図１２は、ＧＰＳ減少重み付けプロセスのフロー・チャートである。
【図１３】図１３は、バイアスの例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[0028]  これより、本発明の例示的な実施形態について説明する。最初に、問題の詳細な全体像を示し、次いで本解決策の更に詳細な説明を示す。
【００１６】
[0029]  図１は、Ｕ−ＴＤＯＡ、Ａ−ＧＰＳ混成ワイヤレス位置検出システムを示す。便宜上、ワイヤレス位置検出システムの作用するコンポーネントのみを示し、位置検出に基づくサービスに共通な監理運営、アカウンティング、アクセス制御、および許可サービスを扱うミドルウェア・サーバ（その例には、移動体測位局（ＭＰＣ）または汎地球移動体測位システム（ＧＭＬＣ）が含まれる））は示されていない。
【００１７】
[0030]  図１において、ＧＮＳＳコンスタレーションは２機の衛星１０１によって表されている。衛星１０１は、予め確定されているフォーマットの天文暦および天体位置表データを含む無線データ・ストリーム１０７を送信し、移動体デバイス１０２のＧＮＳＳ受信サブシステムが、測地学のまたは楕円体の高度の推定値によって地球１０５の表面上であればどこででも自己位置検出を潜在的に行うことができる。また、Ｕ−ＴＤＯＡネットワークの基準受信機１０３および協同受信機１０４によっても、天文暦および天体位置表データを含む無線１０７が受信される。
【００１８】
[0031]  Ｕ−ＴＤＯＡワイヤレス位置検出ネットワークは、地理的に分散された受信機１０３、１０４、位置判定エンティティ（ＰＤＥ）１０６、および関連のあるデータ・ネットワーキング１０９から成り、移動体デバイス１０２のアップリンク送信１０８、およびＧＮＳＳコンスタレーション１０１の無線送信１０７によって定められる１つの時間軸(time base)を用いて、基準受信機１０３と１つ以上の協同受信機１０４との間における到達時間差を検出する。次いで、双曲線測位としても知られている、マルチラテレーション(multi-lateration)を用いて、位置推定値を計算する。
【００１９】
ＧＰＳ疑似距離のＵＴＤＯＡへの変換
[0032]  疑似距離を、ＵＴＤＯＡ基準局までの幾何学的距離と比較して、ＵＴＤＯＡ基準局とＭＳにおける測定点との間における到達時間差を計算する。これを、ＵＴＤＯＡ測定のコンポーネントと共に図３に示す。図３に示すように、衛星３０１の位置は分かっている（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）。衛星３０１の送信は、衛星送信経路３０３を通って移動体デバイス１０２において受信され、衛星送信経路３０２を通って基準受信機１０３によって受信される。移動体デバイス１０２において受信された衛星信号と、基準受信機１０３において受信された衛星信号との間における到達時間差が、ＧＰＳ  ＴＤＯＡ（ＧＴＤＯＡ）について変換された到達時間差となる。地上の無線経路３０５による協同受信機１０４と地上無線経路３０４による基準受信機１０３との間における到達時間差が、ＵＴＤＯＡ技術では典型的な測定ＵＴＤＯＡとなる。
【００２０】
[0033]  ＵＴＤＯＡ測定値は、協同基地局と基準基地局における移動体信号の到達時間の差を表す。ＵＴＤＯＡ測定では、ＭＳの位置は分からず、基準基地局および協同基地局の位置は分かっている。計算ＧＴＤＯＡでは、ＭＳの役割が変化する。ＭＳは、事実上、位置が分かっている衛星から受信する、位置が分かっていない協同局となる。ＭＳの役割が変化し、ＵＴＤＯＡにおけるように、送信機において未知の位置を有し協同局において既知の位置を有する代わりに、未知の位置が協同局（ＭＳ）にあり、既知の位置が送信機（衛星）にある。基準タワーは、ＵＴＤＯＡおよびＧＴＤＯＡ双方にとっての同一基準としての役割を果たす。ＧＰＳでは、基準タワーと衛星との間における見通し線（ＬＯＳ：line of sight)伝搬遅延を直接計算することができる。何故なら、基準タワーの位置は分かっており、衛星の位置は計算することができるからである。
【００２１】
[0034]  図２に示すように、混成ＧＰＳ／ＵＴＤＯＡプロセスの主要な処理段階は、プロセスの開始（２０１）を含む。次いで、ＧＰＳ測定値を、移動体デバイスとＧＰＳ／ＧＮＳＳ衛星１０１との間におけるＴＤＯＡ距離または基準線に変換する（２０２）。次いで、ＰＤＥ１０６は混成ＧＰＳ／Ｕ−ＴＤＯＡ基準線に対して重みを計算する。次に、本プロセスは反復的となり、停止条件を満たす（２０８）まで、重み付けの反復（２０４）を繰り返し実行する。反復ループ内では、現在の基準線重み付け２０５を用いて、混成位置推定値を判定し、次いでＵ−ＴＤＯＡ基準線２０６およびＧＰＳ基準線２０７に対して、減少重み付け動作を実行する。反復ループ２０４は、予め設定されている停止条件が満たされる（２０８）まで継続する。停止条件が生ずるのは、反復回数が所定の最大値を超過するとき、またはＧＤＯＰが所定のしきい値を超過し始めるときである。前者の条件が満たされた場合、最後の位置検出解が戻される解となる。後者の条件が満たされた場合、直前の反復からの位置検出解が戻される解となる。次いで、混成ＧＰＳ／ＵＴＤＯＡプロセスが終了し（２０９）、その結果混成位置推定値が得られる。
【００２２】
[0035]  ＧＰＳパラメータをＴＤＯＡに変換する手順を図４に示す。一旦手順が開始されたなら（４０１）、ＴＤＯＡ基準タワーを特定し（４０２）、次いで衛星４０３毎にＴＤＯＡを計算する。衛星４０３毎に、衛星の位置を求め、幾何学的距離４０５を反映するように、［１］における標準補正４０４を疑似距離に対して行う。次に、衛星と基準タワー間における伝播遅延を計算する（４０６）。次いで、補正した疑似距離を光速４０７で除算することによって、衛星とＭＳとの間における測定伝搬を計算する。尚、この伝搬遅延の中には未だ受信機のクロック誤差バイアスがあり、後に説明するようにこれを除去しなければならない。衛星からＭＳへの伝搬遅延と、衛星から基準タワー４０８との間における差として、ＧＰＳ  ＴＤＯＡを計算する。
【００２３】
[0036]  次いで、ＭＳにおける受信疑似ランダム・ノイズ（ＰＲＮ：received pseudorandom noise)と、基準タワー４０９におけるＰＲＮの仮想受信との間における相互相関について、相関係数を計算する。基準タワーにおける信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が、ＭＳ（協同局として動作する）におけるＳＮＲと比較して大きい場合、ＭＳにおけるＳＮＲとｉ番目の疑似距離測定値［３］に対する相関係数との間には、次の関係が存在する。
【００２４】
【数１】
0005612576.tif 000002
【００２５】
[0037]  協同局（ＭＳ）におけるＳＮＲが分かっている場合、この式は書き直され、ＧＰＳ  ＴＤＯＡに対する相関係数は次のようになる。
【００２６】
【数２】
0005612576.tif 000003
【００２７】
[0038]  これによって、疑似距離測定値の品質の尺度が得られる。これは、ＵＴＤＯＡ協同局および基準信号測定値を相互相関することに比肩する。
【００２８】
[0039]  次いで、全ての衛星が処理され終えるまで（４１０）、移動体デバイスによって受信される衛星毎に本手順を繰り返す。次いで、本手順は終了し（４１１）、戻す。
重み付け手順：
[0040]  ＧＰＳ受信機によって報告されるＳＮＲに基づいて、疑似距離測定値に重み付けを行う。ＧＰＳおよびＵＴＤＯＡに対する重み付け動作は、異なる技術毎に行われるので、得られるＲＭＳ誤差推定値には差が予期される。したがって、ＵＴＤＯＡおよびＧＰＳについての測定誤差分布、利用可能なＧＰＳ測定値の数、ならびに利用可能なＵＴＤＯＡ測定値の数を含むファクタに基づいて、ＧＰＳおよびＵＴＤＯＡ重みをスケーリングする。
【００２９】
[0041]  図５は、重み付け手順を示す。開始すると（５０１）、この手順は、最初に、クラメール・ラオ限界［４］からＲＭＳ誤差に基づいて、初期重み付けを計算する（５０２）。加法性白色ガウス・ノイズ（ＡＷＧＮ：Additive White Gaussian Noise）におけるＴＤＯＡ  ＲＭＳ誤差の下限は、次のようになる。
【００３０】
【数３】
0005612576.tif 000004
【００３１】
ここで、Ｂは信号の帯域幅であり、Ｔはコヒーレント積分長(coherent integration length)である。帯域幅およびコヒーレント積分長は、ＵＴＤＯＡ検出のためのエア・インターフェースに特定的である。エア・インターフェースに基づく理論的なＴＤＯＡ  ＲＭＳ誤差aTDOArms_iをＧＰＳ基準線毎に、（３）式から、ＧＰＳ  ＳＮＲおよびＵＴＤＯＡ測定値のエア・インターフェース・パラメータを用いて計算する（５０３）。
【００３２】
[0042]  マルチパス効果を考慮するために、ＵＴＤＯＡ  ＲＭＳ誤差推定値を高める(enhance)ことができる。例えば、ＧＳＭエア・インターフェースとのｉ番目の基準線についてのマルチパスによるＵＴＤＯＡ誤差の標準偏差は、次のように計算される。
【００３３】
【数４】
0005612576.tif 000005
【００３４】
ここで、ＫＭは経験的に決定され、ＳＮＲkneeはより迅速な降下(drop off)が望まれる地点である。ＷＣＤＭＡまたはＣＤＭＡ２０００のような他のエア・インターフェースについても、同様の項を計算することができる。
【００３５】
[0043]  重みは、ノイズおよびマルチパスからの寄与の二乗分の１であり、エア・インターフェースについて次の理論的重み付けが与えられる。
【００３６】
【数５】
0005612576.tif 000006
【００３７】
[0044]  次に、測定データを用いて、理論的重み付けをスケーリングする（５０４）。ＧＰＳのみの基準線測定誤差５０５およびＵＴＤＯＡのみの測定誤差５０６のデータベースが、多数の過去のＰＧＳおよびＵＴＤＯＡ位置から編集されている。これらのデータベースの各々について平均を取ったＲＭＳ誤差の比率から、次のような、粗いスケーリング係数Ｓｃが得られる。
【００３８】
【数６】
0005612576.tif 000007
【００３９】
ここで、GTDOArmsは測定されたＧＰＳ  ＲＭＳ誤差、そしてUTDOArmsは測定されたＵＴＤＯＡ  ＲＭＳ誤差である。この比は、オフラインで計算される定数である。すると、ＧＰＳ基準線毎の初期重み付けは、以下のように、粗いスケーリング係数と、理論的なＧＰＳ  ＴＤＯＡからの重みの積となる。
【００４０】
【数７】
0005612576.tif 000008
【００４１】
[0045]  次に、混成ＧＰＳ／ＵＴＤＯＡ測定値を用いて、細かいスケーリング係数Ｓｆを計算することができる（５０７）。最終的な測定重みは、次のようになる。
【００４２】
【数８】
0005612576.tif 000009
【００４３】
ここで、Ｓ＝ＳｆＳｃとなる。混成解のＳに対する感度は、混成位置測定値５０８のデータベースについてオフラインで計算することができる。
【００４４】
[0046]  次に、重み付け手順は終了し（５０９）、混成技法に生ずる位置検出誤差を最小で済ませる重み付けファクタを戻す。
【００４５】
[0047]  図６にプロットの一例を示す。図６では、位置検出誤差の第６７百分位数が、Ｓの関数としてデシベル単位でプロットされている。この例では、３０本のＵＴＤＯＡ基準線があり、ＧＰＳ基準線の数は変動する。図６の左端はＵＴＤＯＡのみの解に対応し、図６の右端はＧＰＳのみの解に対応する。これらの極値間における混成解は、これらの技術の１つのみを用いる場合と比較して、満足できる改善を示す。例えば、最適なスケーリングは、ＧＰＳ基準線の数に応じて、４０から８０ｄＢの範囲であることは明らかである。この計算は、測定データが入手できるときに、オフラインで実行される。最適値は、ＧＰＳ基準線の数およびＵＴＤＯＡ基準線の数の双方の関数として、多少変動する可能性がある。これは、更なる改良を得るための、Ｓについての二次元参照表の使用を示すことができる。粗い検索は、計算時間を短縮するために、細かい検索の開始点として用いることができる。この例では、粗いスケーリング係数はＳc_dB＝１０ｌｏｇ１０（２８３／１．２）２＝４７ｄＢとなり、これは、最小誤差が生ずるスケーリング係数の推定値の下では僅かである。
混成重み付け最小二乗（ＷＬＳ）アルゴリズム
[0048]  ＧＰＳおよびＵＴＤＯＡ寄与におけるバイアスについて分析解を適用する混成ＷＬＳアルゴリズムが用いられる。ＧＰＳの寄与について、前述の変換および重み付けを行い、疑似距離測定値から得られるＧＰＳ  ＵＴＤＯＡ計算値と組み合わされる。また、３次元検索を行ってＧＰＳ基準線を求めることも必要である。
【００４６】
[0049]  図７ａは、検索プロセス、および加重最小二乗計算に対するコールを示す。一旦この手順が開始すると（７０１）、ＴＤＯＡ基準タワーを特定しなければならない（７０２）。何故なら、種々の検査ＭＴ位置を想定してＴＤＯＡ値を計算するためにこれが必要となるからである。停止条件が満たされるまで、解像度を高めて行きながら検索を行う。カイ二乗距離を計算し、検査位置毎に合計する。通常通りにＵＴＤＯＡ検索を二次元で行う。ｚ−検索規準によって保証されるように、高い正確度で、ＧＰＳ基準線を求めるｚ−検索を行う。
【００４７】
[0050]  ここでは、組み合わせたカイ二乗距離の計算は、ＧＰＳおよびＵＴＤＯＡに別々のバイアス値を必要とする。一般に、カイ二乗距離は、次のように計算される。
【００４８】
【数９】
0005612576.tif 000010
【００４９】
ここで、TDOAiは、規準サイトからｉ番目のサイトまでのＴＤＯＡである。
【００５０】
τｉは、現在のＭＳ位置からｉ番目のサイトまでのＬＯＳ移動時間である。
【００５１】
Ｎは、基準線の数である。
【００５２】
Ｂはバイアス項である［バイアスは、全ての基準線に対して一定であり、したがって計算から除外することができる］
[0051]  バイアスについての最小解は、（９）の導関数を０に等しいＢに関して設定し、Ｂについて解くことによって求められ、Ｂは次のように示される。
【００５３】
【数１０】
0005612576.tif 000011
【００５４】
（１０）を（９）に代入すると、以下のような、バイアス補正されたカイ二乗距離が求められる。
【００５５】
【数１１】
0005612576.tif 000012
【００５６】
[0052]   バイアス項は、全ての受信信号について一定でありしたがって軽減することができる無線信号の真の飛行時間に対する加算を含む。バイアスの例に受信機クロック誤差があり、これはＧＰＳには大きくなる可能性があり、全ての受信したＧＰＳ信号に適用される。（１０）によってバイアスを最小に抑えることによって、（１１）におけるクロック誤差依存性を解消する。組み合わせカイ二乗距離が、異なる技術毎の個々のカイ二乗距離の和として、（１１）から得られる。
【００５７】
【数１２】
0005612576.tif 000013
【００５８】
ここで、
【００５９】
【数１３】
0005612576.tif 000014
【００６０】
そして、
ＮＧは、ＧＰＳ基準線の数である。
【００６１】
ＮＵは、ＵＴＤＯＡ基準線の数である。
【００６２】
GTDOAiは、ｉ番目の基準線についての、変換されたＧＰＳ疑似距離測定値である。
【００６３】
UTDOAiは、ｉ番目の基準線についてのＵＴＤＯＡ測定値である。
【００６４】
ＷＧｉは、ＧＰＳ基準線の重みである。
【００６５】
ＷＵｉは、ＵＴＤＯＡ基準線の重みである。
【００６６】
【数１４】
0005612576.tif 000015
【００６７】
[0053]  地図の解像度毎に、（１２）を最小にする位置が格納される。連続する解像度毎に、直前の最小値を中心として検索領域を決める。最小値の位置が地図の縁上に当たる場合、解像度を高めずに、検索領域をずらす。所定の最高の解像度で最小値が求められたときに、検索プロセスは終了する。
Ｚ−検索技法：
[0054]  高度位置推定は、高精度のＧＰＳ解には必要であるが、ＵＴＤＯＡには必要でないので、ＧＰＳ測定値を効率的に利用するために、迅速な検索アルゴリズムを採用する。これは、初期推定、粗い検索、細かい検索、および操縦規準(steering criteria)の使用を含む。
【００６８】
[0055]  図８は、ｚ位置の初期推定を示す。この図は、二次元平面８０１上への地表１０５の投影の中心における基準タワー１０３の位置を示す。ＵＴＤＯＡの座標系では、基準基地局の仰角(elevation)がＺ＝０を定める。地球の曲面１０５を考慮すると、ｚ−次元における初期検索位置を、ＵＴＤＯＡ座標系に関して求めることができる。粗い検索には、初期Ｚ推定値Ｚ０、８０２を計算し使用することを伴う。この初期Ｚ推定値は、図に示すように、地上レベル８０３から典型的な高さにおける移動体デバイス１０２の位置である。
【００６９】
[0056]  図９は、カイ二乗距離のＺ−位置に対する依存性を示す。ここでは、このプロットの最小値においてＺ−値を求めることが望ましいことは明白である。測定の不確実性のために、滑らかな曲線は保証されない。図１０は、図９を拡大することによって、Ｚ依存性におけるランダム性を示す。
【００７０】
[0057]  計算速度とＺ推定値の精度との間においてトレードオフをする必要がある。図７ｂでは、Ｚ検索７０７、７０８、７０９の初期化、および粗い検索７１１または細かい検索７１２を選択する判断７１０のロジックが示されている。粗い検索規準は、所定の解像度しきい値よりも低い解像度を求めるために粗い検索を選択することから成る。一旦解像度しきい値に達したなら、細かい検索を行う。これらの検索は、初期Ｚ値、Ｚintから開始する。これらの検索は、任意に、初期Ｚ推定値、Ｚｏを計算することができる。この計算は、Ｚintを所定の未定義値７０９に設定することによって指定される。また、初期開始点も、検査位置が検索領域７０９の縁にあるときのＺｏとして計算される。細かい検索が選択され、検索の開始が検索領域の縁からでない場合、直前の検索からのｚ−コンポーネントが、現在のＺ検索７０８の開始点として用いられる。
【００７１】
[0058]  図１１ａおよび図１１ｂは、どのように細かいＺ検索が行われるかを示す。一旦細かいＺ検索手順が開始すれば（１１０１）、初期検索位置が未だ定めれていなければ（１１０２）、Ｚ０を計算し、検索の開始点として用いる（１１０４）。そうでない場合、最初に渡された値が開始点として用いられる（１１０３）。検索は、検査ｚ点を変化させ（１１０５）、カイ二乗距離１１０６を計算し、最小値を格納する（１１０７）ことによって、上方向に行われる（ｚを増加させる）。上方向の検索は、現在のカイ二乗距離よりも小さなＮｕｐ個の連続カイ二乗値が求められるまで継続する（１１０８）。
【００７２】
[0059]  次に、図１１ｂに示すように、下方検索を行う。検索開始点をＺintに初期化する（１１０９）。検索は、検査ｚ点を変化させ（１１１０）、カイ二乗距離を計算し（１１１１）、最小値を格納する（１１１２）ことによって、下方に（ｚが減少する方向）に行われる。この下方検索は、現在のカイ二乗値よりも小さいカイ二乗値がＮdown個連続して得られるまで継続し、その時点で下方検索を停止する（１１１３）。一旦終了すると（１１１４）、細かいＺ検索は、検査点全てにわたる最小カイ二乗値を返す。
反復減少重み付け
[0060]  ＧＰＳ規準線の減少重み付けを反復して実行する。異常値を発生するメカニズムの相違により、ＵＴＤＯＡおよびＧＰＳ規準線の有効な減少重み付けは異なる。中央絶対偏差（ＭＡＤ：median absolute deviation）演算［５］をＧＰＳ規準線に適用し、ＵＴＤＯＡに対する従来の減少重み付け動作と組み合わせる。
【００７３】
[0061]  ＧＰＳ減少重み付けのフロー・チャートを図１２に示す。図１２では、以下の用語が用いられる。
【００７４】
・Ｋｄ−減少重み付けの一定スケーリング
・Ｍａ−絶対偏差の中央値
・Ｎｂ−ＧＰＳ基準線の数
・Ｎｍａｘ−減少重み付けすべき基準線の最大数
・Ｓｄ  減少重み付けのスケーリング係数
[0062]  一旦ＧＰＳ減少重み付け手順を開始すると（１２０１）、基準線毎にＧＰＳ残余、GTDOAi-τGi (x,y,z)を求めるために、現在の位置検出解を用いる（１２０２）。次いで、中央値から絶対偏差と共に（１２０４）中央残余を計算する（１２０３）。次に、絶対偏差の中央値Ｍａを計算する（１２０５）。
【００７５】
[0063]  基準線を減少重み付けすべきか否か判断するために、ループ１２０６において基準線に対して用いられるのは、絶対偏差の中央値Ｍａである。残余しきい値がKd*Ma/Nbと定められる。ここで、Ｋｄは定数であり、ＮｂはＧＰＳ基準線の数である（１２０７）。残余がこのしきい値よりも大きく、減少重み付けした基準線の数が、Ｎｍａｘによって与えられる最大値よりも小さい場合（１２０８）、スケーリング係数Ｓｄだけ基準線を減少重み付けする（１２０９）。全ての基準線を考慮し終えたなら（１２１０）、反復減少重み付けを終了する（１２１１）。
【００７６】
[0064]  図１３は、受信機によって引き起こされるバイアスを示すために用いられる。各場合において、到達時間差は、解明できないマルチパス成分１３０２、１３０５、１３０７、１３０９の受信によって転化(corrupt)され、受信機バイアス１３０３のために、受信機が真の飛行時間（ＴＯＦ）１３０１、１３０４、１３０６、１３０８を確認する能力が損なわれる。しかしながら、バイアスは一定値であるので、最終的な位置計算の前にこれを計算から除外することができる。
結論
[0065]  本発明の真の範囲は、本明細書において開示した、現時点における好適な実施形態に限定されるのではない。例えば、以上の混成ワイヤレス位置検出システムの現時点における好適な実施形態の開示は、位置判定エンティティ（ＰＤＥ）、汎地球測位システム（ＧＰＳ）、移動局（ＭＳ）等というような説明的用語を用いているが、以下の特許請求の範囲の保護範囲を限定するように解釈してはならず、またそうではない場合でも、ワイヤレス位置検出システムの発明的態様が、開示された特定の方法および装置に限定することを暗示するように解釈してはならない。
【００７７】
[0066]  更に、当業者には言うまでもなかろうが、本明細書において開示した発明的態様の多くは、ＴＤＯＡを基本としない位置検出システムにおいても適用することができる。例えば、本発明は、先に説明したように構成されているＰＤＥを用いるシステムに限定されるのではない。本質的に、ＴＤＯＡ受信機、ＰＤＥ等は、プログラマブル・データ収集および処理デバイスであり、本明細書に開示した発明的概念から逸脱することなく、種々の形態をなすことができる。ディジタル信号処理およびその他の処理機能のコストが急速に低下していることから、本システムの発明的動作を変更することなく、例えば、特定の機能のための処理を、本明細書に記載した機能的要素（ＰＤＥのような）の１つから、他の機能的要素（ＢＴＳのような）に移すことは容易に可能である。多くの場合、本明細書に記載した実施態様（即ち、機能的要素）の配置は、単に設計者の好みであり、厳しい要件ではない。したがって、明示的に限定されていると考えられる場合を除いて、以下の特許請求の範囲の保護範囲が、先に説明した具体的な実施形態に限定されることは意図していない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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