(57)【要約】  受信装置が一般的な時刻分解能を有するハードウェアで構成され、かつ同期の方式としてＧＰＳコモンビュー方式を用いなくても、高い測位精度を実現することができる位置測定システムを提供する。中央処理装置（１０１）は、複数の受信装置の中の２つの受信装置（Ｒｉ，Ｒｊ）の各々からの第１の受信タイミング情報に含まれるＰＰＳ信号を生成した時点のクロックカウンタの値の差に基づいて、オフセット観測値を算出する。中央処理装置（１０１）は、オフセット観測値を平滑化して、オフセット平滑値を得る。中央処理装置（１０１）は、２つの受信装置（Ｒｉ，Ｒｊ）の各々からの第２の受信タイミング情報に含まれるＳＳＲ信号を受信した時点のクロックカウンタの値の差と、オフセット平滑値とに基づいて、２つの受信装置（Ｒｉ，Ｒｊ）における目標物からの信号の到達時刻差を算出し、到達時刻差および受信装置の位置に基づいて、目標物の３次元位置を算出する。
2017212636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準局からの基準信号の受信が可能な複数の受信装置と、中央処理装置とを備えて、目標物の３次元位置を測定する位置測定システムであって、
前記複数の受信装置の各々は、
クロックカウンタと、
前記基準局からの前記基準信号を受信した時点、または前記基準信号に基づき生成する時刻信号を生成した時点の前記クロックカウンタの値が含まれる第１の受信タイミング情報を生成する第１のタイミング通知部と、
前記目標物から信号を受信した時点の前記クロックカウンタの値が含まれる第２の受信タイミング情報を生成する第２のタイミング通知部と、
前記第１の受信タイミング情報および前記第２の受信タイミング情報を前記中央処理装置に送信する第１の通信部とを備え、
前記中央処理装置は、
前記第１の受信タイミング情報および前記第２の受信タイミング情報を受信する第２の通信部と、
前記複数の受信装置の中の２つの受信装置の一方からの前記第１の受信タイミング情報に含まれる前記クロックカウンタの値と前記２つの受信装置の他方からの前記第１の受信タイミング情報に含まれる前記クロックカウンタの値との差に基づいて、オフセット観測値を算出する観測値算出部と、
前記オフセット観測値を平滑化して、オフセット平滑値を得る平滑処理部と、
前記２つの受信装置の一方からの前記第２の受信タイミング情報に含まれる前記クロックカウンタの値と前記２つの受信装置の他方からの前記第２の受信タイミング情報に含まれる前記クロックカウンタの値との差と、前記オフセット平滑値とに基づいて、前記２つの受信装置における前記目標物からの信号の到達時刻差を算出し、前記到達時刻差および前記受信装置の位置に基づいて、前記目標物の３次元位置を算出する測位計算部とを備えた、位置測定システム。
【請求項２】
前記２つの受信装置の組が少なくとも３組あり、
前記観測値算出部は、前記少なくとも３組の前記オフセット観測値を算出し、
前記平滑処理部は、前記少なくとも３組の前記オフセット観測値を平滑化し、
前記測位計算部は、前記少なくとも３組の前記到達時刻差を算出し、前記少なくとも３組の到達時刻差に基づいて、前記目標物の３次元位置を算出する、請求項１記載の位置測定システム。
【請求項３】
前記平滑処理部は、カルマンフィルタを用いて、前記オフセット観測値を平滑化する、請求項１記載の位置測定システム。
【請求項４】
前記基準局は、ＧＰＳ衛星であり、前記基準信号はＧＰＳ信号であり、前記時刻信号はＰＰＳ（Pulse  Per  Second）信号である、請求項１記載の位置測定システム。
【請求項５】
前記基準局は、地上に設置され、
前記観測値算出部は、前記クロックカウンタの値の差と、前記基準局と前記２つの受信装置の各々との距離に基づいて、前記オフセット観測値を算出する、請求項１記載の位置測定システム。
【請求項６】
前記目標物は、航空機であり、前記目標物からの信号は、前記航空機のトランスポンダから送信される応答信号、またはスキッタ信号である、請求項１記載の位置測定システム。
【請求項７】
前記基準信号は、所定の周期で送信され、
前記複数の受信装置の各々は、
内部時計と、
前記内部時計の時刻を前記複数の受信装置が共通に接続されるタイムサーバの時刻に同期させる同期制御部とを備え、
前記第１のタイミング通知部は、前記第１の受信タイミング情報を受信した時点の前記内部時計の時刻を表わす時刻情報をさらに含む前記第１の受信タイミング情報を生成し、
前記観測値算出部は、前記複数の受信装置からの前記第１の受信タイミング情報に含まれる時刻情報に基づいて、前記複数の受信装置において同一時刻を表す基準信号を受信したこと、または同一時刻を表す時刻信号を生成したことに基づいて生成された前記第１の受信タイミング情報の集合を特定し、前記特定した第１の受信タイミング情報の集合に含まれる前記クロックカウンタの値を用いて、前記オフセット観測値を算出する、請求項１記載の位置測定システム。
【請求項８】
クロックカウンタと、基準局からの基準信号を受信した時点、または前記基準信号に基づき生成する時刻信号を生成した時点の前記クロックカウンタの値が含まれる第１の受信タイミング情報を生成する第１のタイミング通知部と、目標物から信号を受信した時点の前記クロックカウンタの値が含まれる第２の受信タイミング情報を生成する第２のタイミング通知部と、前記第１の受信タイミング情報および前記第２の受信タイミング情報を送信する第１の通信部とを備えた複数の受信装置から前記第１の受信タイミング情報および前記第２の受信タイミング情報を受信する第２の通信部と、
前記複数の受信装置の中の２つの受信装置の一方からの前記第１の受信タイミング情報に含まれる前記クロックカウンタの値と前記２つの受信装置の他方からの前記第１の受信タイミング情報に含まれる前記クロックカウンタの値との差に基づいて、オフセット観測値を算出する観測値算出部と、
前記オフセット観測値を平滑化して、オフセット平滑値を得る平滑処理部と、
前記２つの受信装置の一方からの前記第２の受信タイミング情報に含まれる前記クロックカウンタの値と前記２つの受信装置の他方からの前記第２の受信タイミング情報に含まれる前記クロックカウンタの値との差と、前記オフセット平滑値とに基づいて、前記２つの受信装置における前記目標物からの信号の到達時刻差を算出し、前記到達時刻差および前記受信装置の位置に基づいて、前記目標物の３次元位置を算出する測位計算部とを備えた、位置測定装置。
【請求項９】
基準局からの基準信号の受信が可能な複数の受信装置と、中央処理装置とを備えて、目標物の３次元位置を測定する位置測定システムを構成する前記受信装置であって、
クロックカウンタと、
前記基準局からの前記基準信号を受信した時点、または前記基準信号に基づき生成する時刻信号を生成した時点の前記クロックカウンタの値が含まれる第１の受信タイミング情報を生成する第１のタイミング通知部と、
前記目標物から信号を受信した時点の前記クロックカウンタの値が含まれる第２の受信タイミング情報を生成する第２のタイミング通知部と、
前記第１の受信タイミング情報および前記第２の受信タイミング情報を前記中央処理装置に送信する第１の通信部とを備え、
前記中央処理装置は、
前記複数の受信装置から前記第１の受信タイミング情報および前記第２の受信タイミング情報を受信する第２の通信部と、
前記複数の受信装置の中の２つの受信装置の一方からの前記第１の受信タイミング情報に含まれる前記クロックカウンタの値と前記２つの受信装置の他方からの前記第１の受信タイミング情報に含まれる前記クロックカウンタの値との差に基づいて、オフセット観測値を算出する観測値算出部と、
前記オフセット観測値を平滑化して、オフセット平滑値を得る平滑処理部と、
前記２つの受信装置の一方からの前記第２の受信タイミング情報に含まれる前記クロックカウンタの値と前記２つの受信装置の他方からの前記第２の受信タイミング情報に含まれる前記クロックカウンタの値との差と、前記オフセット平滑値とに基づいて、前記２つの受信装置における前記目標物からの信号の到達時刻差を算出し、前記到達時刻差および前記受信装置の位置に基づいて、前記目標物の３次元位置を算出する測位計算部とを備えたものである、受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機などの目標物から送信される信号から目標物の位置を測定する位置測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空管制などを行うための航空機位置測定システムとして、マルチラテレーションシステムが構築されている。マルチラテレーションシステムでは、航空機のトランスポンダから送信される信号（ＳＳＲ（Secondary  Surveillance）モードＡ／Ｃ応答信号、ＳＳＲモードＳ応答信号、またはＳＳＲモードＳスキッタ信号、ＳＳＲモードＳ拡張スキッタ信号等）が４か所以上の受信装置で受信されて、各受信装置での受信時刻の差に基づいて航空機の位置が測定される（たとえば、特許文献１を参照）。【０００３】
マルチラテレーションシステムでは、地上に配置した複数の受信装置が航空機トランスポンダが発する信号を受信し、それらの信号の到達時刻差（ＴＤＯＡ：Time  of  Difference  Of  Arrivalと呼ぶ）に基づいて航空機の位置が測位される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１２２７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
測位誤差は、受信装置での時刻測定の正確さに依存し、信号到達時刻の測定誤差が１ナノ秒の場合に、距離の誤差が０．３ｍに相当する。一般に、高い測位精度を得るには、高い時刻分解能で測定でき、かつ各受信装置の時刻を正しく同期することが必要となる。【０００６】
しかしながら、一般的な受信装置での時刻分解能は１０ナノ秒程度であり、これよりも高精細なサンプリング周期を採用することによって高精細な時刻検出が可能であるが、受信装置に高価なハードウェアを実装する必要がある。【０００７】
また、各受信装置間の時刻同期の手法には、単独ＧＰＳ（Global  Positioning  System）方式とコモンビュー方式とがある。各受信装置が、４個以上のＧＰＳ衛星からの信号を受信することで自分が持つ時計の誤差をそれぞれ補正する単独ＧＰＳ方式は、実装が容易であるが同期精度が低い。一方、複数の受信装置が同時に同一のＧＰＳ衛星からの信号を受信することによって同期をとるＧＰＳコモンビュー方式は、衛星が有する時計の誤差を相殺して複数の受信装置の間で時刻を比較できるので高い同期性能を有する。しかし、この方式では、各受信装置が衛星情報を転送して、コモンビュー処理を行う必要があるため、各受信装置に高価なハードウェアを実装する必要がある。【０００８】
それゆえに、本発明の目的は、受信装置が一般的な時刻分解能を有するハードウェアで構成され、かつ時刻同期の方式としてＧＰＳコモンビュー方式を用いなくても、目標物の位置を高精度で求めることができる航空機位置測定システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の位置測定システムは、基準局からの基準信号の受信が可能な複数の受信装置と、中央処理装置とを備えて、目標物の３次元位置を測定する。
複数の受信装置の各々は、クロックカウンタと、基準局からの基準信号を受信した時点、または基準信号に基づき生成する時刻信号を生成した時点のクロックカウンタの値が含まれる第１の受信タイミング情報を生成する第１のタイミング通知部と、目標物から信号を受信した時点のクロックカウンタの値が含まれる第２の受信タイミング情報を生成する第２のタイミング通知部と、第１の受信タイミング情報および第２の受信タイミング情報を中央処理装置に送信する第１の通信部とを備える。中央処理装置は、第１の受信タイミング情報および第２の受信タイミング情報を受信する第２の通信部と、複数の受信装置の中の２つの受信装置の一方からの第１の受信タイミング情報に含まれるクロックカウンタの値と２つの受信装置の他方からの第１の受信タイミング情報に含まれるクロックカウンタの値との差に基づいて、オフセット観測値を算出する観測値算出部と、オフセット観測値を平滑化して、オフセット平滑値を得る平滑処理部と、２つの受信装置の一方からの第２の受信タイミング情報に含まれるクロックカウンタの値と２つの受信装置の他方からの第２の受信タイミング情報に含まれるクロックカウンタの値との差と、オフセット平滑値とに基づいて、２つの受信装置における目標物からの信号の到達時刻差を算出し、到達時刻差および受信装置の位置に基づいて、目標物の３次元位置を算出する測位計算部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、一般的な時刻分解能を有するハードウェアで、ＧＰＳコモンビュー方式を用いなくても、目標物の位置を高精度で求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】マルチラテレーションシステムの測位処理の原理を説明する図である。
【図２】マルチラテレーションシステムの全体の構成を表わす図である。
【図３】実施の形態１に係るマルチラテレーションシステムで用いられる受信装置Ｒ１の機能構成を表わす図である。
【図４】ＰＰＳ受信タイミング情報を表わす図である。
【図５】ＳＳＲ受信タイミング情報を表わす図である。
【図６】実施の形態１に係るマルチラテレーションシステムで用いられる中央処理装置１０１の機能構成を表わす図である。
【図７】実施の形態１に係るマルチラテレーションシステムの処理手順を示す図である。
【図８】オフセット観測値の例を表わす図である。
【図９】実施の形態１に係るマルチラテレーションシステムで用いられるカルマンフィルタによるオフセット平滑化の手順を表わすフローチャートである。
【図１０】オフセット平滑処理の例を表わす図である。
【図１１】実施の形態２に係るマルチラテレーションシステムで用いられる受信装置Ｒ１の機能構成を表わす図である。
【図１２】実施の形態１に係るマルチラテレーションシステムで用いられる受信装置Ｒ１のハードウエア構成を表わす図である。
【図１３】実施の形態２に係るマルチラテレーションシステムで用いられる受信装置Ｒ１のハードウエア構成を表わす図である。
【図１４】実施の形態１に係るマルチラテレーションシステムで用いられる中央処理装置１０１のハードウエア構成を表わす図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
［実施の形態１］
図１は、航空機などの目標物の位置を測定するマルチラテレーションシステムの測位処理の原理を説明する図である。
【００１４】
地上に配置した４局以上の受信装置Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４・・・において、航空機１００のトランスポンダが発するＳＳＲモードＡ／Ｃ応答信号、ＳＳＲモードＳ応答信号、ＳＳＲモードＳスキッタ信号、ＳＳＲモードＳ拡張スキッタ信号（以下、これらの信号をＳＳＲ信号と呼ぶ）を受信する。
【００１５】
ＳＳＲモードＡ／Ｃ応答は、ＳＳＲ（Secondary  Surveillance  Rader）地上局からの一括質問に対するモードＡ応答及びモードＣ応答である。ＳＳＲモードＡ応答は、航空機１００の識別情報を含む。モードＣ応答は、航空機１００の高度情報を含む。モードＳ応答は、ＳＳＲ地上局から各航空機に付与されたＩＤ（アドレス）による個別選択呼出し機能に対する応答である。ＳＳＲモードＳ応答は、モードＡにおける識別情報及びモードＣにおける高度情報に加えて、進路情報や速度情報等も含む。ＳＳＲモードＳスキッタは、地上からの質問によらず定期的に放送される信号であり、各航空機に付与されたＩＤ（アドレス）を含む。ＳＳＲモードＳ拡張スキッタは、ＳＳＲモードＳスキッタの信号長を拡張してデータ伝送量を増加させたものであり、その他の情報を含むことができる。
【００１６】
受信装置Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４・・・におけるこれらの信号の到達時刻（ＴＯＡ:Time  of  Arrival）から受信装置間の信号到達時刻差（ＴＤＯＡ：Time  of  Difference  of  Arrivalと呼ぶ）が算出され、３つ以上のＴＤＯＡから航空機１００の位置が算出される。ＴＤＯＡが同じ値となる位置の集合は双曲面となるので、航空機１００の位置は３つ以上の双曲面との距離の二乗和が最小になる点として最小二乗法によって算出することができる。図１の例では、双曲面ＨＢ１、ＨＢ２、ＨＢ３の交点を求めることによって、航空機１００の位置が算出される。
【００１７】
測位の精度は、ＴＤＯＡの精度に依存するため、ＴＤＯＡを可能な限り高精度で取得することが必要となる。
【００１８】
受信装置Ｒｉ（ｉ＝１，２，３，４・・・）は、それぞれ、クロックカウンタを用いて、航空機１００からの信号の受信時刻を取得する。クロックカウンタは高精度な時計であり、クロックカウンタの値をファインタイムと呼ぶ。
【００１９】
ＴＤＯＡを算出するに当たり、ＴＤＯＡを算出する２つの受信装置の間では同期がとれていること、すなわち、ある時点において、２つの受信装置のファインタイムが同じ値になるのが理想的であるとも考えられる。なお、受信装置Ｒｉのファインタイムがいわゆる世界的な時刻と同期する必要はない。現実的には、２つの受信装置が有するクロックカウンタはそれぞれが非同期で動作するため、ある時点におけるファインタイムの値は２つの受信装置間で異なる。以降、２つの受信装置間におけるファインタイムの差をファインタイム間のオフセットと呼ぶ。ファインタイム間のオフセットは、主に二つの要因で発生する。一つは、２つの受信装置の起動タイミングの違いによって、オフセットが発生する。受信装置は、２４時間動作することを想定するが、機器の故障または定期点検などによって、停止することがある。停止後に起動された受信装置のクロックカウンタは初期値に戻るので、受信装置ごとに起動タイミングが相違することになる。もう一つは、各受信装置のクロックカウンタのカウントアップする時間間隔（速度）が１０ｎｓを中心として０．１％程度のばらつきを有するために、時間が経過するとオフセットが生じる。以下では、単位時間あたりに発生するオフセットをドリフトと呼ぶ。
【００２０】
このようにファインタイム間のオフセットが生じることになるが、測位計算のためには、受信した絶対時刻が用いられるのでなく、２つの受信装置間のＴＤＯＡが用いられる。つまり、２つの受信装置のファインタイム間にオフセットがある場合でも、２つの受信装置においてＳＳＲ信号を受信したファインタイムの差から、２つの受信装置のファインタイム間のオフセットを減算することによって、オフセットを相殺することができる。
【００２１】
したがって、２つの受信装置のファインタイム間のオフセットの値を高精度に推定することが高精度な測位処理を行うために必要となる。オフセットを高精度で推定する時刻同期処理を精同期と呼ぶ。
【００２２】
図２は、マルチラテレーションシステムの全体の構成を表わす図である。
マルチラテレーションシステムは、複数の受信装置Ｒ１〜ＲＮと、中央処理装置１０１と、タイムサーバ１０２と、表示装置１０３とを備え、それらが通信回線１０４に接続されている。
【００２３】
タイムサーバ１０２は、時刻を配信し、受信装置Ｒ１〜ＲＮ、および中央処理装置１０１はＮＴＰ（Network  Time  Protocol、詳細はRFC2030参照）又はＳＮＴＰ（Simple  Network  Time  Protocol）によって、受信したタイムサーバ１０２の時刻に、自装置の内部システム時計の時刻を合わせる（粗同期と呼ぶ）。ＮＴＰによる時刻同期は、一般にマイクロ秒程度の精度であるから、測位のための時刻同期には不十分であるが、受信装置Ｒ１〜ＲＮは、さらに、ナノ秒精度のクロックカウンタを備える。
【００２４】
受信装置Ｒ１〜ＲＮは、ＧＰＳ衛星１０５からのＧＰＳ信号に基づき時刻を補正してＰＰＳ（Pulse  Per  Second）信号を１秒ごとに生成した時点をクロックカウンタによって計測し、計測されたカウンタ値（ファインタイム）を中央処理装置１０１に送信する。中央処理装置１０１が、２つの受信装置においてＰＰＳ信号を生成した時点のファインタイム間のオフセット観測値を求め、さらにオフセット観測値を平滑化する。ここで、オフセット観測値とは、２つの受信装置から送信されたファインタイムの差を計算した値である。ＰＰＳ（Pulse  Per  Second）信号は、基準局であるＧＰＳ衛星１０５から基準信号であるＧＰＳ信号に基づき生成される時刻信号である。ＰＰＳ信号は、それぞれの受信装置ＲｊのＧＰＳ信号で校正される時刻が毎正秒を表す時点ごとに生成される。
【００２５】
さらに、受信装置Ｒ１〜ＲＮは、航空機１００のトランスポンダから送信されるＳＳＲ信号（ＳＳＲモードＡ／Ｃ応答信号、ＳＳＲモードＳ応答信号、ＳＳＲモードＳスキッタ信号、ＳＳＲモードＳ拡張スキッタ信号）を受信した時点をクロックカウンタによって計測して、計測されたカウンタ値（ファインタイム）を中央処理装置１０１に送信する。中央処理装置１０１は、２つの受信装置においてＳＳＲ信号を受信した時点のファインタイムの差と、２つの受信装置のファインタイム間の平滑化されたオフセットとを用いて、２つの受信装置におけるＳＳＲ信号の信号到達時刻差ＴＤＯＡを算出する。中央処理装置１０１は、３つ以上のＴＤＯＡを用いて、航空機１００の３次元位置を計算する。中央処理装置１０１は、目標物の３次元位置を測定する位置測定装置である。
【００２６】
表示装置１０３は、中央処理装置１０１において計算された航空機１００の位置を地図上に表示する。
【００２７】
図３は、実施の形態１に係るマルチラテレーションシステムで用いられる受信装置Ｒ１の機能構成を表わす図である。受信装置Ｒ２〜ＲＮの構成も、これと同様である。
【００２８】
受信装置Ｒ１は、アンテナ１１，１２と、ＧＰＳ信号受信部１４と、ＳＳＲ信号受信部１５と、ＰＰＳタイミング通知部１６と、ＳＳＲタイミング通知部１７と、クロックカウンタ（ＣＬＫ＿Ｃ）１９と、内部システム時計２３と、同期制御部２２と、通信部２１とを備える。
【００２９】
内部システム時計２３は、マイクロ秒程度の精度を有する。内部システム時計２３を内部時計とも呼ぶ。
【００３０】
通信部２１は、通信回線１０４を通じて、タイムサーバ１０２、中央処理装置１０１、および表示装置１０３と通信する。通信部２１は、通信回線１０４を通じて、タイムサーバ１０２から時刻を受信する。
【００３１】
同期制御部２２は、ＮＴＰ又はＳＮＴＰによってタイムサーバ１０２の時刻に内部システム時計２３の時刻を合わせる（粗同期）。
【００３２】
クロックカウンタ１９は、例えば１００ＭＨｚで動作し、１０ナノ秒ごとに、その値が１つずつ増える（１０ナノ秒の分解能を有する）。クロックカウンタ１９は、例えば３２ビットで表現される整数値を演算する電子部品である。クロックカウンタ１９の値は、受信装置Ｒ１の起動時に、ゼロから始まり、0から4294967295（簡単のためUInt32.MAXと呼ぶ）まで単調に増加する。クロックカウンタ１９の値はUInt32.MAX の次はゼロに戻り、循環的に増加する。
【００３３】
アンテナ１１は、複数のＧＰＳ衛星１０５から１．５７５４２［ＧＨｚ］の搬送波で送信された信号を受信する。
【００３４】
ＧＰＳ信号受信部１４は、アンテナ１１から出力される信号からＧＰＳ信号を抽出する。ＧＰＳ信号受信部１４は、図示しない増幅器、Ａ／Ｄ変換器、および復調器などを有する。
【００３５】
ＰＰＳタイミング通知部１６は、時刻補正を実施しＰＰＳ信号を生成した時点におけるクロックカウンタ１９のカウンタ値（ファインタイム）Ｐ１と、内部システム時計２３の時刻ＮＴ１を取得する。
【００３６】
ＰＰＳタイミング通知部１６は、図４に示すようなメッセージＩＤと、Ｐ１と、ＮＴ１とからなるＰＰＳ受信タイミング情報Ｘ１を生成する。ＰＰＳ受信タイミング情報が、基準局であるＧＰＳ衛星１０５からのＧＰＳ信号に基づきＰＰＳ信号を生成した時点のファインタイムが含まれる第１の受信タイミング情報である。ＰＰＳタイミング通知部１６は、第１の受信タイミング情報を生成する第１のタイミング通知部である。
【００３７】
アンテナ１２は、航空機１００のトランスポンダからの信号を受信する。
【００３８】
ＳＳＲ信号受信部１５は、アンテナ１２から出力される信号からＳＳＲ信号を抽出する。ＳＳＲ信号受信部１５は、図示しない増幅器、Ａ／Ｄ変換器、および復調器などを有する。ＳＳＲ信号受信部１５がＳＳＲ信号を抽出すると、ＳＳＲタイミング通知部１７が起動される。
【００３９】
ＳＳＲタイミング通知部１７は、起動された後の適切な時点のクロックカウンタ１９のカウンタ値（ファインタイム）Ｍ１を取得し、ＳＳＲ信号に含まれるメッセージを取得する。
【００４０】
ＳＳＲタイミング通知部１７が取得するカウンタ値Ｍ１は、理想的には各受信装置Ｒ１〜ＲＮのアンテナ１２がＳＳＲ信号を受信した時点のカウンタ値とすることが望ましい。各受信装置Ｒ１〜ＲＮのアンテナ１２からの信号線の線路長、受信装置Ｒ１〜ＲＮの処理性能などを考慮して決めた補正値（第１の補正値）を記憶しておき、カウンタ値Ｍ１から減算することで、アンテナ１２がＳＳＲ信号を受信した時点のカウンタ値に近づけることができる。線路長が長ければ第１の補正値は大きくなる。受信装置Ｒ１〜ＲＮの処理性能が低ければ、ＳＳＲ信号受信部１５がＳＳＲ信号を抽出するのに要する時間、起動されたＳＳＲタイミング通知部１７がカウンタ値を取得するまでの時間が長くなるので、第１の補正値は大きくなる。第１の補正値は、受信装置ごとに異なる値でも同じ値でもよい。受信装置ごとの差が小さいと考えて、カウンタ値から第１の補正値を減算しなくてもよい。
【００４１】
ＳＳＲタイミング通知部１７は、図５に示すように、メッセージＩＤと、Ｍ１と、メッセージとからなるＳＳＲ受信タイミング情報Ｙ１を生成する。メッセージには、ＳＳＲモードＡ／Ｃ応答信号、ＳＳＲモードＳ応答信号、ＳＳＲモードＳスキッタ信号、またはＳＳＲモードＳ拡張スキッタ信号に含まれる情報、すなわち航空機１００の識別情報、航空機１００の高度情報、航空機１００の進路情報、航空機１００の速度情報、または航空機に付与されたＩＤ（アドレス）などを含む。ＳＳＲ受信タイミング情報が、目標物である航空機から信号（ＳＳＲ信号）を受信した時点のファインタイムが含まれる第２の受信タイミング情報である。ＳＳＲタイミング通知部１７は、第２の受信タイミング情報を生成する第２のタイミング通知部である。
【００４２】
通信部２１は、ＰＰＳ受信タイミング情報Ｘ１、およびＳＳＲ受信タイミング情報Ｙ１を、通信回線１０４を通じて中央処理装置１０１へ送信する。
【００４３】
図６は、実施の形態１に係るマルチラテレーションシステムで用いられる中央処理装置１０１の機能構成を表わす図である。
【００４４】
中央処理装置１０１は、通信部３１と、同期制御部３６と、内部システム時計３７と、オフセット観測値算出部３２と、オフセット平滑処理部３３と、測位計算部３４と、航跡管理部３５とを備える。
【００４５】
内部システム時計３７は、マイクロ秒程度の精度を有する。
【００４６】
通信部３１は、通信回線１０４を通じて、タイムサーバ１０２、複数の受信装置Ｒ１〜ＲＮ、および表示装置１０３と通信する。通信部３１は、通信回線１０４を通じて、複数の受信装置Ｒ１〜ＲＮから、それぞれＰＰＳ受信タイミング情報Ｘ１〜ＸＮおよびＳＳＲ受信タイミング情報Ｙ１〜ＹＮを受信する。また、通信部３１は、通信回線１０４を通じて、タイムサーバ１０２から時刻を受信する。
【００４７】
同期制御部３６は、ＮＴＰ又はＳＮＴＰによってタイムサーバ１０２の時刻に内部システム時計３７の時刻を合わせる。
【００４８】
オフセット観測値算出部３２は、ＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｉに含まれる受信装置ＲｉのファインタイムＰｉと、ＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｊに含まれる受信装置ＲｊのファインタイムＰｊの差に基づいて、受信装置Ｒｉ、Ｒｊのファインタイム間のオフセット観測値ΔＴijを算出する。ただし、ｉ＜ｊである。オフセット観測値算出部３２は、ＮＣ２通りのオフセット観測値ΔＴijを算出する。
【００４９】
オフセット平滑処理部３３は、カルマンフィルタを用いて、オフセット観測値ΔＴij（ｉ＝１〜Ｎ−１、ｊ＝２〜Ｎ、ｉ＜ｊ）を平滑化して、オフセット平滑値ΔＳijを得る。
【００５０】
測位計算部３４は、２つの受信装置Ｒｉ、Ｒｊのファインタイム間のオフセット平滑値ΔＳijと、ＳＳＲ受信タイミング情報Ｙｉに含まれる受信装置ＲｉのファインタイムＭｉと、ＳＳＲ受信タイミング情報Ｙｊに含まれる受信装置ＲｊのファインタイムＭｊを利用して、２つの受信装置Ｒｉ、ＲｊにおけるＳＳＲ信号の到達時刻差ＴＤＯＡ（i,j）を算出する。測位計算部３４は、少なくとも３個のＴＤＯＡ（i,j）と受信装置の位置に基づいて、航空機１００の位置を算出する。
【００５１】
航跡管理部３５は、各時刻での航空機１００での位置を表す航跡を作成する。
【００５２】
通信部３１は、航跡を表わすデータを表示装置１０３に送信し、表示装置１０３によって航跡が表示される。
【００５３】
図７は、実施の形態１に係るマルチラテレーションシステムの処理手順を示す図である。以下では、受信装置の数が４個の場合について説明する。
【００５４】
ＧＰＳ衛星１０５が、ＧＰＳ信号を送信する。
【００５５】
受信装置Ｒ１〜Ｒ４のうち、起動している装置（Ｒｉとする）のアンテナ１１およびＧＰＳ信号受信部１４が、ＧＰＳ信号を受信する。起動している受信装置Ｒｉでは、ＧＰＳ信号に基づき測位処理および時刻補正処理を実施する。ＰＰＳタイミング通知部１６は、１秒ごとにＰＰＳ信号を生成し、ＰＰＳ信号を生成した時点のクロックカウンタ１９のカウンタ値（ファインタイム）Ｐｉと内部システム時計２３の時刻ＮＴｉを取得する。ＰＰＳタイミング通知部１６は、メッセージＩＤと、Ｐｉと、ＮＴｉとからなるＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｉを生成する。図７において、受信装置ＲｊでＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｉを作成した時点をＴｊと表示する。通信部２１が通信回線１０４を通じて、中央処理装置１０１にＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｉを送信する。
【００５６】
中央処理装置１０１の通信部３１は、受信装置Ｒｉから送信されたＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｉを受信する。
【００５７】
中央処理装置１０１のオフセット観測値算出部３２は、受信装置Ｒ１〜Ｒ４のうちのいずれか２局以上からのＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｉを受信したときに、可能な２局のすべての組についてオフセット観測値を算出する。すべての受信装置Ｒ１〜Ｒ４からＰＰＳ受信タイミング情報Ｘ１〜Ｘ４を受信した場合に限らず、部分的に例えば受信装置Ｒ１、Ｒ２からだけＰＰＳ受信タイミング情報Ｘ１、Ｘ２を受信した場合にもオフセット観測値を算出する。
【００５８】
オフセット観測値の算出に使用するＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｉは、受信装置Ｒ１〜Ｒ４において同一時刻を表すＰＰＳ信号を生成したことに基づいてそれぞれ生成されたＰＰＳ受信タイミング情報である。ＰＰＳ受信タイミング情報Ｘ１〜Ｘ４が周期的に送信されるので、オフセット観測値算出部３２は、受信装置Ｒ１〜Ｒ４からのＰＰＳ受信タイミング情報Ｘ１〜Ｘ４に含まれる時刻情報ＮＴ１〜ＮＴ４に基づいて、オフセット観測値の算出に使用するＰＰＳ受信タイミング情報の集合Ｘｉを特定する。
【００５９】
具体的には、オフセット観測値算出部３２は、ＰＰＳ信号を生成する周期よりも短い周期で周期的に起動されて、オフセット観測値の算出に使用するＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｉ（処理対象のＰＰＳ受信タイミング情報と呼ぶ）を特定する。処理対象のＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｉは、オフセット観測値ΔＴijを算出していない他の受信装置Ｒｊが存在しており、かつ、受信してから決められた時間が経過していないＰＰＳ受信タイミング情報である。処理対象のＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｉが２個以上であれば、その中の１個のＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｉを基準とし、そのＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｉに含まれるＮＴｉとの差が例えば０．５秒未満であるＮＴｊが含まれるＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｊを特定する。オフセット観測値算出部３２は、特定したＰＰＳ受信タイミング情報ＸｉおよびＸｊに含まれるファインタイムＰｉおよびＰｊの値を用いて、可能な２局のすべての組についてオフセット観測値を算出する。また、各受信装置Ｒｊから最新に受信したＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｊに含まれるファインタイムＰｊを、最新観測ファインタイムＵｊとして受信装置Ｒｊごとに記憶しておく。
【００６０】
オフセット観測値算出部３２は、ＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｊに含まれるファインタイムＰｊからＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｉに含まれるファインタイムＰｉを減算した値をファインタイム間のオフセット観測値ΔＴijとして算出する。ただし、１≦ｉ≦３、２≦ｊ≦４、ｉ＜ｊである。
【００６１】
図８は、オフセット観測値の例を表わす図である。
【００６２】
受信装置Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が、それぞれＰＰＳ信号を生成した時点のクロックカウンタ（ＣＬＫ＿Ｃ）１９の値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４が、２３４５９６、９３８７４、５４３２１、１２４３２である。このように、クロックカウンタ１９の値が、受信装置ごとに相違するのは、前述したように、クロックカウンタ１９の値は、受信装置ごとに非同期で動作するため、カウント開始時刻と、カウント速度が相違するためである。
【００６３】
オフセット観測値ΔＴ12（＝Ｐ２−Ｐ１）は７０４１８、オフセット観測値ΔＴ1,3（＝Ｐ３−Ｐ１）は３０８６５、オフセット観測値ΔＴ14（＝Ｐ４−Ｐ１）は−１１０２４、オフセット観測値ΔＴ23（＝Ｐ３−Ｐ２）は−３９５５３、オフセット観測値ΔＴ24（＝Ｐ４−Ｐ２）は−８１４４２、オフセット観測値ΔＴ34（＝Ｐ４−Ｐ３）は−４１８８９となる。
【００６４】
オフセット平滑処理部３３は、カルマンフィルタを用いてオフセット観測値ΔＴij（ｉ＝１〜３、ｊ＝２〜４、ｉ＜ｊ）を平滑化することによって、オフセット平滑値ＳΔijを得る。この処理が１秒ごとに繰り返される。カルマンフィルタは、オフセット観測値ΔＴijごとに設ける。
【００６５】
図９は、実施の形態１に係るマルチラテレーションシステムで用いられるカルマンフィルタによるオフセット平滑化の手順を表わすフローチャートである。
【００６６】
まず、カルマンフィルタで使用する変数を次のように定義する。
ｘk：観測時刻ｔkにおける状態ベクトル（２成分）
Ｐk：誤差共分散行列（２行２列）。
Φk：状態遷移行列（２行２列）。
ｚk：観測ベクトル（１成分）。
Ｈ：観測行列（１行２列）。
Ｑｋ：駆動雑音行列（２行２列）。
Ｒk：観測誤差共分散。
ｖk：残差ベクトル。
Ｓk：残差共分散行列（１行１列）。
ｆ：残差量（スカラ）。
Ｋ：カルマンゲイン（２行１列）。
【００６７】
状態ベクトルｘkおよび誤差共分散行列Ｐkの修飾子（＋）は平滑値を示し、（−）は予測値を示す。
【００６８】
観測時刻ｔkにおける状態ベクトル（２成分）ｘkは、以下のように表される。ここで、ｘは、ファインタイム間のオフセット、ｄｘは、ドリフトを表わす。ドリフトは、単位時間あたりに発生するオフセットであるから、オフセットの時間微分で表現できる。ドリフトは、短時間で急に変化しないと仮定する。オフセット及びドリフトがカルマンフィルタを用いて平滑化（最尤推定）されて、ある時点におけるオフセットを高精度に求めることができる。
【数１】
2017212636.tif 000003
誤差共分散行列（２行２列）Ｐkは、誤差の広がりを示す対象行列であり、カルマンフィルタで更新される。
【００６９】
状態遷移行列Φkは、以下のように表される。ここで、Δkは、更新レート（ｔk−ｔk-1）であり、本実施の形態では、１秒である。
【数２】
2017212636.tif 000004
【００７０】
観測行列（１行２列）Ｈは、以下のように表される。
【数３】
2017212636.tif 000005
【００７１】
駆動雑音行列（２行２列）Ｑｋは、以下のように表される。ここで、ｑは駆動雑音パラメータである。本実施の形態では、ω＝０．０１、ｔｓ＝１．０である。ωは、平滑処理が適切になるように調整する。ｔｓは計算式の単位を合わせるための定数パラメータである。
【数４】
2017212636.tif 000006
【００７２】
観測ベクトルｚk（１成分）は、オフセット観測値ΔＴ12、ΔＴ13、ΔＴ14、ΔＴ23、ΔＴ24、またはΔＴ34である。
【００７３】
測位における推定観測誤差を表わす観測誤差共分散Ｒkは、以下のように表される。ここで、σxは、観測誤差パラメータであり、本実施の形態では、１．０である。観測誤差パラメータσxは、平滑処理が適切になるように調整する。
【数５】
2017212636.tif 000007
【００７４】
処理手順を説明する。
ステップＳ１０１において、オフセット平滑処理部３３は、前回の観測時刻ｔk-1における状態ベクトルの平滑値ｘk-1（＋）および誤差共分散行列の平滑値Ｐk-1（＋）に基づいて、以下の式に従って、今回の観測時刻ｔkにおける状態ベクトルの予測値ｘk（−）および誤差共分散行列の予測値Ｐk（−）を算出する。
【数６】
2017212636.tif 000008
【００７５】
ステップＳ１０２において、オフセット平滑処理部３３は、状態ベクトルの予測値ｘk（−）および誤差共分散行列の予測値Ｐk（−）に基づいて、以下の式に従って、残差ベクトルｖk、残差共分散行列（１行１列）Ｓkを算出する。
【数７】
2017212636.tif 000009
【００７６】
ステップＳ１０３において、オフセット平滑処理部３３は、残差ベクトルｖkおよび残差共分散行列Ｓkに基づいて、以下の式に従って、残差量（スカラ）ｆを算出する。
【数８】
2017212636.tif 000010
【００７７】
ステップＳ１０４において、残差量ｆが、追従ゲート内であるか否が判定される。すなわち、ｆ＜ｄであれば、残差量ｆが追従ゲート内であるとして処理がステップＳ１０５に進む。ｆ≧ｄであれば、残差量ｆが追従ゲート外であるとして、処理がステップＳ１０７に進む。追従ゲートは、目標(この場合は、クロックのオフセットとドリフト)の予測位置を中心として設定される決められた領域である。この領域内にあれば、正常なデータであると判断される。追従ゲートサイズｄは、自由度１のχ2検定で求まる固定値である。本実施の形態では、99.999%の信頼度を満たす値としてｄ＝１９．４２とする。
【００７８】
残差量ｆが追従ゲート内である場合（ステップＳ１０４でＹＥＳ）には、ステップＳ１０５において、オフセット平滑処理部３３は、誤差共分散行列の予測値Ｐk（−）および残差共分散行列Ｓkに基づいて、以下の式に従って、カルマンゲイン（２行１列）Ｋを算出する。
【数９】
2017212636.tif 000011
【００７９】
残差量ｆが追従ゲート内でない場合（ステップＳ１０４でＮＯ）には、ステップＳ１０６において、オフセット平滑処理部３３は、カルマンゲインＫ、状態ベクトルの予測値ｘk（−）、および残差ベクトルｖkに基づいて、以下の式に従って、状態ベクトルの平滑値ｘk（＋）を算出する。オフセット平滑処理部３３は、カルマンゲインＫ、および誤差共分散行列の予測値Ｐk（−）に基づいて、以下の式に従って、誤差共分散行列の平滑値Ｐk（＋）を算出する。ここで、Ｉを２次元の単位行列とする。
【数１０】
2017212636.tif 000012
【００８０】
ステップＳ１０７において、オフセット平滑処理部３３は、以下の式に示すように、状態ベクトルの平滑値ｘk（＋）として前回の平滑値ｘk（−）を用いて、誤差共分散行列の平滑値Ｐk（＋）として、前回の平滑値Ｐk（−）を用いる。
【数１１】
2017212636.tif 000013
【００８１】
観測ベクトルｚkがオフセット観測値ΔＴ12のときに、状態ベクトルの平滑値ｘk（＋）の第１成分をオフセット平滑値ΔＳ12とし、状態ベクトルの平滑値ｘk（＋）の第２成分をドリフト平滑値ΔＤ12とする。観測ベクトルｚkがそれぞれオフセット観測値ΔＴ13、ΔＴ14、ΔＴ23、ΔＴ24、ΔＴ34である場合でも同様に、状態ベクトルの平滑値ｘk（＋）の第１成分をオフセット平滑値ΔＳ13、ΔＳ14、ΔＳ23、ΔＳ24、ΔＳ34とし、状態ベクトルの平滑値ｘk（＋）の第２成分をドリフト平滑値ΔＤ13、ΔＤ14、ΔＤ23、ΔＤ24、ΔＤ34とする。
【００８２】
図１０は、オフセット平滑処理の例を表わす図である。
図１０における点線が、オフセット観測値ΔＴ12を表わし、実線がオフセット平滑値ΔＳ12を表わす。
【００８３】
再び、図７を参照して説明する。航空機１００のトランスポンダが、ＳＳＲ信号を送信し、受信装置ＲｉのＳＳＲ信号受信部１５がＳＳＲ信号を受信する。受信装置Ｒｉ（ｉ＝１〜４）のＳＳＲタイミング通知部１７は、ＳＳＲ信号受信部１４からＳＳＲ信号を受け取った時点のクロックカウンタ１９のカウンタ値（ファインタイム）Ｍｉを取得する。ＳＳＲタイミング通知部１７は、ＳＳＲ信号をデコードする。
【００８４】
ＳＳＲタイミング通知部１７は、メッセージＩＤと、Ｍｉと、メッセージとからなるＳＳＲ受信タイミング情報Ｙｉを生成する。図７において、受信装置ＲｊでＳＳＲ受信タイミング情報Ｙｉを作成した時点をＳｊと表示する。
【００８５】
通信部２１が通信回線１０４を通じて、中央処理装置１０１にＳＳＲ受信タイミング情報Ｙｉを送信する。中央処理装置１０１の通信部３１は、受信装置Ｒｉ（ｉ＝１〜４）から送信されたＳＳＲ受信タイミング情報Ｙｉを受信する。ＳＳＲ受信タイミング情報Ｙｉに含まれるファインタイムＰｊを特定する。測位計算部３４は、ＳＳＲ受信タイミング情報Ｙｉに含まれるファインタイムＰｉと最新観測ファインタイムＵｉとの差から経過時間ＥＴｉを求める。
【００８６】
中央処理装置１０１の測位計算部３４は、最近に算出したオフセット平滑値ΔＳ12、ΔＳ13、ΔＳ14、ΔＳ23、ΔＳ24、ΔＳ34、ドリフトΔＤ12、ΔＤ13、ΔＤ14、ΔＤ23、ΔＤ24、ΔＤ34を特定する。測位計算部３４は、以下の式で示すように、最近に算出されたオフセット平滑値ΔＳijを外挿することによって、基準側の受信装置Ｒｉで計測された、最新のオフセット平滑処理の実施時点からの経過時間ＥＴｉにおける予測オフセットΔＥij（ETi）を算出する。
ΔＥij（ETi）＝ΔＳij＋ΔＤij×ＥＴi・・・（Ｃ１）
ただし、ｉ＝１〜４、ｊ＝２〜３、ｉ＜ｊである。
【００８７】
中央処理装置１０１の測位計算部３４は、以下の式に従って、ＳＳＲ受信タイミング情報Ｙｊに含まれるファインタイムＭｊからＳＳＲ受信タイミング情報Ｙｉに含まれるファインタイムＭｉを減算し、さらに予測オフセットΔＥij（ETi）を減算することによって、信号到達時刻差ＴＤＯＡ（i,j）を算出する。これによって、非同期で動作する受信装置Ｒｉのクロックカウンタと受信装置Ｒｊのクロックカウンタの間のオフセットを相殺することができる。
ＴＤＯＡ（i，j）＝Ｍｊ−Ｍｉ−ΔＥij（ETi）・・・（Ｃ２）
【００８８】
測位計算部３４は、信号到達時刻差ＴＤＯＡ（i,j）に基づいて、測位を計算する。
【００８９】
以下、測位計算について説明する。
まず、双曲面の式を簡潔に表現できる場合について説明する。ＸＹ平面を水平面とし、Ｘ軸上に間隔２Ｄ１２で配置された２点を受信装置Ｒ１、Ｒ２の位置とする。２点の中点をＸＹＺ座標系の原点とする。受信装置Ｒ１、Ｒ２において受信した信号のＴＤＯＡ（1,2）から算出した距離差の１／２であるＨ１２は、以下の式（Ｄ１）で表される。ｃは、ＳＳＲ信号の伝達速度である。ただし、Ｈ12＜Ｄ12である。航空機１００の位置Ｐ(x,y,z)は、以下の二葉双曲面の式（Ｄ２）で得られる。
【数１２】
2017212636.tif 000014
ここで、ＴＤＯＡ(1,2)の正負に応じて、式（Ｄ２）での正負を決める。
【００９０】
受信装置Ｒ１の位置が点Ａ(u1,v1,w1)であり、受信装置Ｒ２の位置が点Ｂ(u2,v2,w2)の場合には、点Ａから点Ｂに向かう方向の単位ベクトルＶは、以下のようになる。
【数１３】
2017212636.tif 000015
【００９１】
線分ＡＢの中点Ｃ（(u1+u2)/2,(v1+v2)/2,(w1+w2)/2）を通りベクトルＶに垂直な平面と、点Ｐ(x,y,z)を通りベクトルＶに平行な直線の交点をＱとする。線分ＣＱの長さＤＣＱが式（Ｄ２）でのｘに相当する。線分ＰＱの長さＤＰＱが式（Ｄ２）での（ｙ2+ｚ2）1/2に相当する。線分ＣＱの長さＤＣＱは、ベクトルＣＰとベクトルＶの内積で計算できる。線分ＰＱの長さＤＰＱは、ピタゴラスの定理により、ＤＰＱ２＝ＤＣＰ２−ＤＣＱ２の式で計算できる。したがって、点Ｐの位置は、以下の式で表される。
【数１４】
2017212636.tif 000016
【００９２】
本実施の形態では、４個の受信装置Ｒ１〜Ｒ４のファインタイムから得られる３組の時間差ＴＤＯＡ（1,2）、ＴＤＯＡ（1,3）、ＴＤＯＡ（1,4）を用いて、基準とする受信装置、例えばＲ１でＳＳＲ信号を受信した時刻での航空機１００の位置Ｐ（x,y,z）を求める。
【００９３】
以上のように、本実施の形態では、時刻分解能や時刻検出における測定誤差を低減してＴＤＯＡを高精度に測定することによって、各受信装置が、一般的な時刻分解能１０ナノ秒のハードウェアを備え、４個以上のＧＰＳ衛星からの信号を用いて同期を採る単独ＧＰＳ方式を用いても高精度な測位が可能となる。
【００９４】
従来は受信装置において、ＳＳＲ信号の到達時のクロックカウンタの値を時刻に変換して中央処理装置に渡していたので、受信装置が時刻同期のためのハードウェアを実装し、受信装置がこのハードウェアを用いて時刻同期処理をする必要があった。これに対して、本実施の形態では、クロックカウンタの値そのものを中央処理装置に渡すので、受信装置が時刻同期のためのハードウェアを実装する必要がなく、受信装置が、時刻同期処理をする必要がない。
【００９５】
また、中央処理装置側でクロックカウンタ差そのものをカルマンフィルタで平滑計算して測定誤差を低減するため、より高精度でＴＤＯＡを算出できる。すなわち、カルマンフィルタを利用することにより、１０ナノ秒の離散的な値であるＰＰＳ信号の生成時刻を表わす信号から、１０ナノ秒よりも小さい精度で推定されたオフセットを求めることができる。
【００９６】
［実施の形態１の変形例］
実施の形態１では、受信装置が４台の場合に、オフセット観測値算出部３２は、６個のオフセット観測値ΔＴ12、ΔＴ13、ΔＴ14、ΔＴ23、ΔＴ24、ΔＴ34を求め、オフセット平滑処理部３３は、６個のオフセット平滑値ΔＳ12、ΔＳ13、ΔＳ14、ΔＳ23、ΔＳ24、ΔＳ34を求め、測位計算部３４は、６個のＴＤＯＡ（1,2）、ＴＤＯＡ（1,3）、ＴＤＯＡ（1,4）、ＴＤＯＡ（2,3）、ＴＤＯＡ（2,4）、ＴＤＯＡ（3,4）を求める。
【００９７】
本変形例では、受信装置が４台の場合に、オフセット観測値算出部３２は、３個のオフセット観測値ΔＴ12、ΔＴ13、ΔＴ14を求め、オフセット平滑処理部３３は、３個のオフセット平滑値ΔＳ12、ΔＳ13、ΔＳ14を求め、測位計算部３４は、３個のＴＤＯＡ（1,2）、ＴＤＯＡ（1,3）、ＴＤＯＡ（1,4）を求める。
【００９８】
測位計算部３４は、３組の時間差、ＴＤＯＡ（1,2）、ＴＤＯＡ（1,3）、ＴＤＯＡ（1,4）で表される３つの双曲面の交点の位置を計算することによって、航空機１００の位置Ｐ（x,y,z）を決定することができる。
【００９９】
本変形例では、実施の形態１より少ない計算量で航空機の位置を計算することができる。
【０１００】
［実施の形態２］
本実施の形態の受信装置は、ＧＰＳ衛星１０５からのＰＰＳ信号を生成した時点のファインタイムを測定することに代えて、地上に設置された基準送信局から送信されるモニタ用モードＳ応答信号の受信時におけるファインタイムを測定する。モニタ用モードＳ応答信号とは、基準送信局において、航空機１００のトランスポンダから送信されるＳＳＲモードＳ応答信号を受信することによって生成されるＳＳＲモードＳ応答信号と同一内容の信号である。
【０１０１】
ＧＰＳ衛星１０５からのＧＰＳ信号に基づき生成されるＰＰＳ信号と異なり、基準送信局からの電波が各受信装置に伝達される時間に差が生じるため、基準送信局及び各受信装置の設置位置を事前に測量によって求めておく。
【０１０２】
図１１は、実施の形態２の受信装置Ｒ１の機能構成を表わす図である。実施の形態２の受信装置Ｒ１が、実施の形態１の受信装置Ｒ１と相違する点について説明する。
【０１０３】
アンテナ５１は、基準送信局からのモニタ用モードＳ応答信号を受信する。モニタ信号受信部５４は、アンテナ５１から出力される信号からモニタ用モードＳ応答信号を抽出する。モニタ信号受信部５４がモニタ用モードＳ応答信号を抽出すると、モニタタイミング通知部５６が起動される。
【０１０４】
モニタタイミング通知部５６は、起動された後の適切な時点のクロックカウンタ１９のカウンタ値（ファインタイム）Ｐ１を取得し、内部システム時計２３の時刻ＮＴ１を取得する。
【０１０５】
モニタタイミング通知部５６が取得するカウンタ値Ｐ１は、ＳＳＲタイミング通知部１７が取得するカウンタ値Ｍ１と同様に、補正値（第２の補正値）を減算してもよい。そうすることで、モニタタイミング通知部５６が取得するカウンタ値Ｐ１を、各受信装置Ｒ１〜ＲＮのアンテナ１２がモニタ用モードＳ応答信号を受信した時点のカウンタ値に近づけることができる。第２の補正値は、第１の補正値と同じ値でも異なる値でもよい。第２の補正値は、受信装置ごとに異なる値でも同じ値でもよい。受信装置ごとの差が小さいと考えて、カウンタ値から第２の補正値を減算しなくてもよい。
【０１０６】
モニタタイミング通知部５６は、メッセージＩＤと、Ｐ１と、ＮＴ１とからなるモニタ信号受信タイミング情報Ｚ１を生成する。モニタ信号受信タイミング情報が、基準局である基準送信局からの基準信号（モニタ用モードＳ応答信号）を受信した時点のファインタイムが含まれる第１の受信タイミング情報である。モニタタイミング通知部５６は、第１の受信タイミング情報を生成する第１のタイミング通知部である。モニタ用モードＳ応答信号は決まった周期で送信される。
【０１０７】
図６に示す中央処理装置１０１の通信部３１は、通信回線１０４を通じて、複数の受信装置Ｒ１〜ＲＮから、モニタ信号受信タイミング情報Ｚ１〜ＺＮおよびＳＳＲ信号タイミング情報Ｙ１〜ＹＮを受信する。
【０１０８】
中央処理装置１０１のオフセット観測値算出部３２は、基準送信局から各受信装置Ｒ１〜Ｒ４までの直線距離と電波の伝播速度に基づいて、基準送信局から受信装置Ｒｉへのモニタ用モードＳ応答信号の伝播時間ΔＴＲｉを算出する。
【０１０９】
オフセット観測値算出部３２は、モニタ信号受信タイミング情報Ｚｉに含まれる受信装置ＲｉのファインタイムＰｉから伝搬時間ΔＴＲｉを減算した値と、モニタ信号受信タイミング情報Ｚｊに含まれる受信装置ＲｊのファインタイムＰｊから伝搬時間ΔＴＲｊを減算した値との差を受信装置Ｒｉ、Ｒｊのファインタイム間のオフセット観測値ΔＴijとして算出する。ただし、ｉ＜ｊである。オフセット観測値算出部３２は、ＮＣ２通りのオフセット観測値ΔＴijを算出する。
【０１１０】
オフセット平滑処理部３３、測位計算部３４の処理は、実施の形態１と同様なので、説明を繰り返さない。
【０１１１】
本実施の形態によれば、受信装置がＧＰＳ受信機を備えなくても、航空機の位置を算出することができる。
【０１１２】
［変形例］
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、たとえば以下のような変形例も含む。
【０１１３】
（１）オフセット平滑化
上記の実施形態では、カルマンフィルタによってオフセットを平滑化したが、これに限定するものではなく、たとえば移動平均によってオフセットを平滑化するものとしてもよい。
【０１１４】
（２）ＧＰＳコモンビュー方式
上記の実施形態では、各受信装置が、それぞれ単独で測位処理および時刻補正処理を実施する単独ＧＰＳ方式について述べたが、これに限定するものではない。各受信装置が、複数の受信装置で共通のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳコモンビュー方式が用いられるものとしてもよい。
【０１１５】
（３）予測オフセットＥijの時刻
上記の実施形態では、ＳＳＲ受信タイミング情報Ｙｉは、メッセージＩＤと、Ｍ１と、メッセージとを含むものとしたが、さらにＳＳＲ信号を受信した時点における内部システム時計２３の時刻を表わす時刻情報ＬＴｉを含むものとしてもよい。
【０１１６】
（４）時刻情報ＮＴ１
ＰＰＳ受信タイミング情報Ｘｉに含まれる時刻情報ＮＴｉは、受信装置ＲｉがＰＰＳ信号を生成した時点の内部システム時計２３の時刻を表わすが、内部システム時計２３は、マイクロ秒程度の精度を有するので、時刻情報は、内部システム時計２３の時刻そのものを表わさなくてもよい。たとえば、時刻情報ＮＴｉは、内部システム時計２３の時刻を０．１秒の位までの数値に四捨五入した値を表わすものとしてもよい。
【０１１７】
（５）カルマンゲインＫ
図９のステップＳ１０５において、算出されたカルマンゲイン（２行１列）Ｋの各成分の値が０以上かつ１以下であれば、計算が正しく行われたとみなし、各成分の値が負または１を超えている場合に、処理を終了するものとしてもよい。
【０１１８】
（６）中央処理装置および受信装置のハードウエア構成
受信装置Ｒ１〜ＲＮおよび中央処理装置１０１の具体的なハードウエア構成について説明する。
図１２は、実施の形態１に係るマルチラテレーションシステムで用いられる受信装置Ｒ１のハードウエア構成を表わす図である。受信装置Ｒ２〜ＲＮのハードウエア構成も、これと同様である。
図３の機能構成図におけるＧＰＳ信号受信部１４およびＳＳＲ信号受信部１５が、それぞれＧＰＳ信号受信機１４Ａ、ＳＳＲ信号受信機１５Ａによって実現される。図３のＰＰＳタイミング通知部１６、ＳＳＲタイミング通知部１７、および同期制御部２２の構成要素は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）などのプロセッサ８１がメモリ８２に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連携して上記構成要素の機能を実行するものとしてもよい。また、システムＬＳＩ（Large-Scale  Integrated  circuit）等の処理回路により、上記構成要素の機能が実現されるものとしてもよい。また、複数の処理回路が連携して上記構成要素の機能を実行するものとしてもよい。
【０１１９】
図１３は、実施の形態２に係るマルチラテレーションシステムで用いられる受信装置Ｒ１のハードウエア構成を表わす図である。
図１１の機能構成図におけるモニタ信号受信部５４およびＳＳＲ信号受信部１５が、それぞれモニタ信号受信機５４Ａ、ＳＳＲ信号受信機１５Ａによって実現される。図１１のモニタタイミング通知部５６、ＳＳＲタイミング通知部１７、および同期制御部２２の構成要素は、ＣＰＵなどのプロセッサ８５がメモリ８６に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連携して上記構成要素の機能を実行するものとしてもよい。また、システムＬＳＩ等の処理回路により、上記構成要素の機能が実現されるものとしてもよい。また、複数の処理回路が連携して上記構成要素の機能を実行するものとしてもよい。
【０１２０】
図１４は、実施の形態１に係るマルチラテレーションシステムで用いられる中央処理装置１０１のハードウエア構成を表わす図である。
図６の機能構成図における通信部３１が、通信機３１Ａによって実現される。図６のオフセット観測値算出部３２、オフセット平滑処理部３３、測位計算部３４、同期制御部３６、および航跡管理部３５の構成要素は、ＣＰＵなどのプロセッサ８３がメモリ８４に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連携して上記構成要素の機能を実行するものとしてもよい。また、システムＬＳＩ等の処理回路により、上記構成要素の機能が実現されるものとしてもよい。また、複数の処理回路が連携して上記構成要素の機能を実行するものとしてもよい。
【０１２１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明の位置測定システムは、航空管制の監視システムにおいて、空港面監視、ターミナル管制、広域エリア監視等に適用される。
【符号の説明】
【０１２３】
１１，１２，５１  アンテナ、１４  ＧＰＳ信号受信部、１４Ａ  ＧＰＳ信号受信機、１５  ＳＳＲ信号受信部、１５Ａ  ＳＳＲ信号受信機、１６  ＰＰＳタイミング通知部（第１のタイミング通知部）、１７  ＳＳＲタイミング通知部、１９  クロックカウンタ、２１  通信部（第１の通信部）、３１  通信部（第２の通信部）、２１Ａ，３１Ａ  通信機、２２，３６  同期制御部、２３  内部システム時計（内部時計）、３７  内部システム時計、３２  オフセット観測値算出部（観測値算出部）、３３  オフセット平滑処理部（平滑処理部）、３４  測位計算部、３５  航跡管理部、５４  モニタ信号受信部、５４Ａ  モニタ信号受信機、５６  モニタタイミング通知部（第１のタイミング通知部）、８１，８３，８５  プロセッサ、８２，８４，８６  メモリ、Ｒ１〜ＲＮ  受信装置、１０１  中央処理装置（位置測定装置）、１０２  タイムサーバ、１０３  表示装置、１０４  通信回線、１０５  ＧＰＳ衛星（基準局）。
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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