(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冗長性を有するプライマリー系およびバックアップ系からなりＧＰＳ衛星との距離の誤差を補正するための補正データをメッセージとして送信する少なくとも１対の地上アップリンク局と、この地上アップリンク局からのメッセージを受信して得られた補正データに基づきＧＰＳの測位精度を改善するための補強データを生成しＧＰＳ衛星の送信タイミングに同期させて送信する静止衛星とを有し、航空機を航行させる広域衛星航法で用いるＧＰＳの測位精度を改善させる衛星航法補強システムであって、
前記地上アップリンク局は、当該局がバックアップ系として動作している場合、対をなすプライマリー系の地上アップリンク局と前記静止衛星との通信の空き時間に前記静止衛星と通信を行うことにより、前記静止衛星の送信タイミングに適するよう当該局から前記静止衛星へ送信するメッセージの送信タイミングを設定するタイミング制御器を備えることを特徴とする衛星航法補強システム。
【請求項２】
請求項１記載の衛星航法補強システムにおいて、
前記地上アップリンク局は、当該局から前記静止衛星へ送信された校正用パルスが前記静止衛星で折り返されて当該局で受信されるまでの遅延時間を計測する受信機をさらに備え、
前記タイミング制御器は、この受信機で計測された遅延時間に基づき、前記送信タイミングを設定することを特徴とする衛星航法補強システム。
【請求項３】
請求項２記載の衛星航法補強システムにおいて、
前記タイミング制御器は、前記空き時間に当該局から送信された複数の校正用パルスごとに計測された各遅延時間を統計処理することにより、前記送信タイミングの設定に用いる遅延時間を求めることを特徴とする衛星航法補強システム。
【請求項４】
請求項２または３記載の衛星航法補強システムにおいて、
前記地上アップリンク局は、前記空き時間中に外部からの干渉信号を監視する処理機をさらに有し、
前記タイミング制御器は、前記処理機により干渉信号が検出されていない場合に計測された遅延時間を用いて前記送信タイミングの設定を行うことを特徴とする衛星航法補強システム。
【請求項５】
請求項１記載の衛星航法補強システムにおいて、
前記タイミング制御器は、前記プライマリー系の地上アップリンク局から前記空き時間に同期して通知されるトリガ信号に基づき、前記静止衛星と前記送信タイミングの設定のための通信を行うことを特徴とする衛星航法補強システム。
【請求項６】
請求項１記載の衛星航法補強システムにおいて、
前記空き時間として、前記プライマリー系の地上アップリンク局から前記静止衛星へＮｕｌｌメッセージが送信される期間を用いることを特徴とする衛星航法補強システム。
【請求項７】
請求項１記載の衛星航法補強システムにおいて、
前記地上アップリンク局は、当該局がバックアップ系からプライマリー系へ移行する場合、バックアップ系として動作していた際に設定しておいた前記送信タイミングで前記静止衛星へのメッセージ送信を開始することを特徴とする衛星航法補強システム。
【請求項８】
冗長性を有するプライマリー系およびバックアップ系からなりＧＰＳ衛星との距離の誤差を補正するための補正データをメッセージとして送信する少なくとも１対の地上アップリンク局と、この地上アップリンク局からのメッセージを受信して得られた補正データに基づきＧＰＳの測位精度を改善するための補強データを生成しＧＰＳ衛星の送信タイミングに同期させて送信する静止衛星とを有し、航空機を航行させる広域衛星航法で用いるＧＰＳの測位精度を改善させる衛星航法補強システムの制御方法であって、
前記地上アップリンク局のタイミング制御器で、当該局がバックアップ系として動作している場合、対をなすプライマリー系の地上アップリンク局と前記静止衛星との通信の空き時間に前記静止衛星と通信を行うことにより、前記静止衛星の送信タイミングに適するよう当該局から前記静止衛星へ送信するメッセージの送信タイミングを設定することを特徴とする衛星航法補強システムの制御方法。
【請求項９】
請求項８記載の衛星航法補強システムの制御方法において、前記地上アップリンク局の受信機で、当該局から前記静止衛星へ送信された校正用パルスが前記静止衛星で折り返されて当該局で受信されるまでの遅延時間を計測し、
前記タイミング制御器で、この受信機で計測された遅延時間に基づき、前記送信タイミングを設定することを特徴とする衛星航法補強システムの制御方法。
【請求項１０】
請求項９記載の衛星航法補強システムの制御方法において、
前記タイミング制御器で、前記空き時間に当該局から送信された複数の校正用パルスごとに計測された各遅延時間を統計処理することにより、前記送信タイミングの設定に用いる遅延時間を求めることを特徴とする衛星航法補強システムの制御方法。
【請求項１１】
請求項９または１０記載の衛星航法補強システムの制御方法において、
前記地上アップリンク局の処理機で、前記空き時間中に外部からの干渉信号を監視し、
前記タイミング制御器で、前記処理機により干渉信号が検出されていない場合に計測された遅延時間を用いて前記送信タイミングの設定を行うことを特徴とする衛星航法補強システムの制御方法。
【請求項１２】
請求項８記載の衛星航法補強システムの制御方法において、
前記タイミング制御器で、前記プライマリー系の地上アップリンク局から前記空き時間に同期して通知されるトリガ信号に基づき、前記静止衛星と前記送信タイミングの設定のための通信を行うことを特徴とする衛星航法補強システムの制御方法。
【請求項１３】
請求項８記載の衛星航法補強システムの制御方法において、
前記空き時間として、前記プライマリー系の地上アップリンク局から前記静止衛星へＮｕｌｌメッセージが送信される期間を用いることを特徴とする衛星航法補強システムの制御方法。
【請求項１４】
請求項８記載の衛星航法補強システムの制御方法において、
前記地上アップリンク局で、当該局がバックアップ系からプライマリー系へ移行する場合、バックアップ系として動作していた際に設定しておいた前記送信タイミングで前記静止衛星へのメッセージ送信を開始することを特徴とする衛星航法補強システムの制御方法。
【請求項１５】
冗長性を有するプライマリー系およびバックアップ系からなりＧＰＳ衛星との距離の誤差を補正するための補正データをメッセージとして送信する少なくとも１対の地上アップリンク局と、この地上アップリンク局からのメッセージを受信して得られた補正データに基づきＧＰＳの測位精度を改善するための補強データを生成しＧＰＳ衛星の送信タイミングに同期させて送信する静止衛星とを有し、航空機を航行させる広域衛星航法で用いるＧＰＳの測位精度を改善させる衛星航法補強システムで用いられる地上アップリンク局であって、当該局がバックアップ系として動作している場合、対をなすプライマリー系の地上アップリンク局と前記静止衛星との通信の空き時間に前記静止衛星と通信を行うことにより、前記静止衛星の送信タイミングに適するよう当該局から前記静止衛星へ送信するメッセージの送信タイミングを設定するタイミング制御器を備えることを特徴とする地上アップリンク局。
【請求項１６】
請求項１５記載の地上アップリンク局において、
当該局から前記静止衛星へ送信された校正用パルスが前記静止衛星で折り返されて当該局で受信されるまでの遅延時間を計測する受信機をさらに備え、
前記タイミング制御器は、この受信機で計測された遅延時間に基づき、前記送信タイミングを設定することを特徴とする地上アップリンク局。
【請求項１７】
請求項１６記載の地上アップリンク局において、
前記タイミング制御器は、前記空き時間に当該局から送信された複数の校正用パルスごとに計測された各遅延時間を統計処理することにより、前記送信タイミングの設定に用いる遅延時間を求めることを特徴とする地上アップリンク局。
【請求項１８】
請求項１６または１７記載の地上アップリンク局において、
前記空き時間中に外部からの干渉信号を監視する処理機をさらに有し、
前記タイミング制御器は、前記処理機により干渉信号が検出されていない場合に計測された遅延時間を用いて前記送信タイミングの設定を行うことを特徴とする地上アップリンク局。
【請求項１９】
請求項１５記載の地上アップリンク局において、
前記タイミング制御器は、前記プライマリー系の地上アップリンク局から前記空き時間に同期して通知されるトリガ信号に基づき、前記静止衛星と前記送信タイミングの設定のための通信を行うことを特徴とする地上アップリンク局。
【請求項２０】
請求項１５記載の地上アップリンク局において、
前記空き時間として、前記プライマリー系の地上アップリンク局から前記静止衛星へＮｕｌｌメッセージが送信される期間を用いることを特徴とする地上アップリンク局。
【請求項２１】
請求項１５記載の地上アップリンク局において、
当該局がバックアップ系からプライマリー系へ移行する場合、バックアップ系として動作していた際に設定しておいた前記送信タイミングで前記静止衛星へのメッセージ送信を開始することを特徴とする地上アップリンク局。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星航法補強システム、制御方法および地上アップリンク局に関し、特にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて航空機の航行させる広域衛星航法について、冗長構成を有する地上アップリンク局と静止衛星とを用いてＧＰＳの測位精度を改善させる衛星航法補強システム、制御方法および地上アップリンク局に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＧＰＳを用いて航空機を航行させる広域衛星航法について、ＧＰＳの測位精度を改善させるためのシステムとして、衛星航法補強システム（Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｂａｓｅｄ  Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ：以下ＳＢＡＳという）が研究され開発されている。
ＳＢＡＳでは、既知点に設置された複数の地上アップリンク局で、ＧＰＳ衛星からの電波により測定した当該ＧＰＳ衛星との距離と、ＧＰＳ衛星の位置情報と当該局の位置情報とから得られる距離との誤差を補正データとして静止衛星（ＳＢＡＳ衛星）へ送信し、これら補正データを静止衛星で集約して航空機などの移動体や地上監視局へ補強データとして送信するものとなっている。
【０００３】
この補正データを受信して用いることにより、各ＧＰＳ衛星からの信号に含まれる誤差を補正し、ＧＰＳによる測位精度を改善される（例えば、文献１／Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｖｏｌｕｍｅ  ＩＩ，Ｂ．Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ編纂，第４章：Ｐ．１１７  −  Ｐ．１４２，１９９６年、文献２／Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  ｆｏｒ  Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ／Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ａｉｒｂｏｒｎｅ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  （ＲＴＣＡ−Ｄｏ−２２９Ｂ），ＲＴＣＡ  ＳＣ−１５９発行，Ａｐｐｅｎｄｉｘ  Ａ：Ｐ．Ａ１  −  Ｐ．Ａ５６，１９９９年１０月６日など参照）。
【０００４】
このようなＳＢＡＳでは、地上アップリンク局を冗長構成とするため、図８に示すように、それぞれ同一構成を有するプライマリー系の地上アップリンク局７１とバックアップ系の地上アップリンク局７２が対として設置されている。図８は従来の地上アップリンク局の構成を示すブロック図である。
プライマリー系の地上アップリンク局７１では、ＧＰＳ衛星から得られた補正データを含むメッセージをＳＢＡＳで規定されたフォーマットでアンテナ７１Ａを介して静止衛星７３に送信する。
その後、静止衛星７３で所定の周波数変換が行われて補強データを含むダウンリンクの信号として送信され、地上アップリンク局７１のアンテナ７１Ａで受信されたり、ＳＢＡＳを構成するその他の地上監視局及び航空機（ユーザー）にて受信され、ＧＰＳ測位の補正に用いられる。
【０００５】
次に、従来の地上アップリンク局の動作について詳細に説明する。以下では、地上アップリンク局７１がプライマリー系（運用）として動作し、地上アップリンク局７２はパックアップ系（予備）として動作している場合を例として説明する。
地上アップリンク局７１において、ＧＰＳ衛星（図示せず）から得られた補正データを含む静止衛星７３への送信メッセージは、処理機８１でフォーマッティングされて信号発生器８２へ出力される。そして信号発生器８２で、メッセージにしたがってＩＦ信号に変調がかけられ、アップコンバータ８３で所定のアップリンク周波数に変換される。変換された信号は送信装置８４で増幅され、アンテナ７１Ａから送信される。
【０００６】
一方、アンテナ７１Ａで受信されたダウンリンクの信号は、低雑音アンプ８５で増幅されて、ダウンコンバータ８６で所定の周波数に変換される。そしてその信号は受信機８７を介して再び処理機８１で処理される。
これにより、静止衛星７３を含めた制御ループ７４を閉ループとして構成されて、メッセージ信号の送信タイミングが自動的に調節され、連続的に最適タイミングでの送信が実行される。
【０００７】
この際、バックアップ系の地上アップリンク局７２では、上記したプライマリー系と同様のルートで送信装置８４まで信号が流れるが、アンテナ７２Ａからは送信されずダミースイッチ等で終端されるとともに、監視のために自局内でループバックされる。
また、アンテナ７２Ａではプライマリー系で送信した信号が受信されることになる。このとき、バックアップ系の地上アップリンク局７２では、自局から信号が送信されていないため、静止衛星７３を含めた閉ループの制御ループ７５が構成せされず、他局の信号を開ループで受信することになる。
【０００８】
次に、図９を参照して、従来のＳＢＡＳにおけるサイト切換制御動作について説明する。図９はサイト切換制御を示すフローチャートである。
プライマリー系の地上アップリンク局７１において、何らかの障害が発生するとサイト切換制御が行われる。すなわちそれまでバックアップ系として動作していた地上アップリンク局７２がプライマリー系に切り換えられてアップリンクの送信を行い、障害発生した地上アップリンク局７１がバックアップ系に切り換えられる。
【０００９】
すなわち、プライマリー系の地上アップリンク局７１で障害が発生した場合、当該局で所定のサイト切換シーケンスが開始され、地上アップリンク局７１，７２間を結ぶ通信ネットワーク７６を介してバックアップ系の地上アップリンク局７２へサイト切換コマンドが送信される。
バックアップ系の地上アップリンク局７２の処理機８１では、プライマリー系からのサイト切換コマンドに応じて、まず、静止衛星７３へメッセージ信号を送信するタイミングを決定するために遅延時間（固定値）を設定する（ステップ２００）。
【００１０】
この遅延時間の設定は、静止衛星７３から送信される補強データのタイミングを、ＧＰＳ衛星からの電波の送信タイミングに同期させるという要求に基づくものである。したがって、アップリンクの伝搬時間と地上装置さらには衛星内部での遅延時間を考慮し、その分だけ前倒しでメッセージ信号を送信しなければならない。
この遅延時間は、環境条件や電離層状態の時間変化によって変動するが、従来方式では、プライマリー系で衛星が占有されている間にバックアップ系からは送信できない。
【００１１】
したがって、バックアップ系の地上アップリンク局７２では、プライマリー系のように閉ループの制御ループ７５で測定できず、事前に開ループで測定した固定値をセットし、固定値の遅延時間を初期値として静止衛星７３に対するメッセージ信号の送信を開始する（ステップ２０１）。
そして、制御ループ７５の形成が完了するまで（ステップ２０２：ＮＯ）、カルマンフィルタにより遅延時間を少しずつ調整して制御ループ７５の形成を試みる（ステップ２０３）。
【００１２】
その後、最適な遅延時間が得られて制御ループ７５が形成された場合は（ステップ２０２：ＹＥＳ）、サイトの切り換えが完了したことになり（ステップ２０４）、一連のサイト切換制御を終了する。
これ以降、元バックアップ系の地上アップリンク局７２が新たなプライマリー系として動作するため、地上アップリンク局７１で障害が発生した場合でも、バックアップ系の地上アップリンク局７２が新たなプライマリー系となってＳＢＡＳの動作が維持されることになる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の衛星航法補強システムでは、プライマリー系の地上アップリンク局が正常動作している際には、バックアップ系で静止衛星を介した閉ループの制御ループを形成できないために最適な遅延時間を得ておくことができない。
したがって、実際にサイトが切り換わった際の遅延時間として固定の初期値を設定せざるを得ず、電離層等や衛星の動き等の外部要因によっては制御ループの形成が完了してサイト切り換えが完了するまでに多大な時間を要してしまうという問題点があった。
【００１４】
特に、ＳＢＡＳは航空機の運航に使用されるシステムであり、システムが一時的にせよ断となることは極力避けなければならず、通常継続性というＳＢＡＳ規定でも、このようなシステム断の確率を所定のレベル以下に抑えることが求められており、改善が望まれていた。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、バックアップ系の地上アップリンク局でも最適な遅延時間を設定でき、サイト切換動作をスムーズに行うことができる衛星航法補強システム、制御方法および地上アップリンク局を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明にかかる衛星航法補強システムは、冗長性を有するプライマリー系およびバックアップ系からなりＧＰＳ衛星との距離の誤差を補正するための補正データをメッセージとして送信する少なくとも１対の地上アップリンク局と、この地上アップリンク局からのメッセージを受信して得られた補正データに基づきＧＰＳの測位精度を改善するための補強データを生成しＧＰＳ衛星の送信タイミングに同期させて送信する静止衛星とを有し、航空機を航行させる広域衛星航法で用いるＧＰＳの測位精度を改善させる衛星航法補強システムであって、地上アップリンク局は、当該局がバックアップ系として動作している場合、対をなすプライマリー系の地上アップリンク局と静止衛星との通信の空き時間に静止衛星と通信を行うことにより、静止衛星の送信タイミングに適するよう当該局から静止衛星へ送信するメッセージの送信タイミングを設定するタイミング制御器を設けたものである。
【００１６】
送信タイミングについては、地上アップリンク局に設けられた受信機で、当該局から静止衛星へ送信された校正用パルスが静止衛星で折り返されて当該局で受信されるまでの遅延時間を計測し、タイミング制御器で、この受信機で計測された遅延時間に基づき、送信タイミングを設定するようにしてもよい。
このとき、タイミング制御器で、空き時間に当該局から送信された複数の校正用パルスごとに計測された各遅延時間を統計処理することにより、送信タイミングの設定に用いる遅延時間を求めるようにしてもよい。
【００１７】
また、干渉信号を考慮して、地上アップリンク局に設けられた処理機で、空き時間中に外部からの干渉信号を監視し、タイミング制御器で、処理機により干渉信号が検出されていない場合に計測された遅延時間を用いて送信タイミングの設定を行うようにしてもよい。
【００１８】
空き時間については、タイミング制御器で、プライマリー系の地上アップリンク局から空き時間に同期して通知されるトリガ信号に基づき、静止衛星と送信タイミングの設定のための通信を行うようにしてもよい。
この空き時間として、プライマリー系の地上アップリンク局から静止衛星へＮｕｌｌメッセージが送信される期間を用いるようにしてもよい。
【００１９】
サイト切換制御としては、地上アップリンク局で、当該局がバックアップ系からプライマリー系へ移行する場合、バックアップ系として動作していた際に設定しておいた送信タイミングで静止衛星へのメッセージ送信を開始するようにしてもよい。
【００２０】
また、本発明にかかる衛星航法補強システムの制御方法は、冗長性を有するプライマリー系およびバックアップ系からなりＧＰＳ衛星との距離の誤差を補正するための補正データをメッセージとして送信する少なくとも１対の地上アップリンク局と、この地上アップリンク局からのメッセージを受信して得られた補正データに基づきＧＰＳの測位精度を改善するための補強データを生成しＧＰＳ衛星の送信タイミングに同期させて送信する静止衛星とを有し、航空機を航行させる広域衛星航法で用いるＧＰＳの測位精度を改善させる衛星航法補強システムの制御方法であって、地上アップリンク局のタイミング制御器で、当該局がバックアップ系として動作している場合、対をなすプライマリー系の地上アップリンク局と静止衛星との通信の空き時間に静止衛星と通信を行うことにより、静止衛星の送信タイミングに適するよう当該局から静止衛星へ送信するメッセージの送信タイミングを設定するようにしたものである。
【００２１】
なお、本発明にかかる衛星航法補強システムの制御方法については、前述した本発明にかかる衛星航法補強システムと同様の拡張を適用できる。
【００２２】
また、本発明にかかる地上アップリンク局は、冗長性を有するプライマリー系およびバックアップ系からなりＧＰＳ衛星との距離の誤差を補正するための補正データをメッセージとして送信する少なくとも１対の地上アップリンク局と、この地上アップリンク局からのメッセージを受信して得られた補正データに基づきＧＰＳの測位精度を改善するための補強データを生成しＧＰＳ衛星の送信タイミングに同期させて送信する静止衛星とを有し、航空機を航行させる広域衛星航法で用いるＧＰＳの測位精度を改善させる衛星航法補強システムで用いられる地上アップリンク局であって、当該局がバックアップ系として動作している場合、対をなすプライマリー系の地上アップリンク局と静止衛星との通信の空き時間に静止衛星と通信を行うことにより、静止衛星の送信タイミングに適するよう当該局から静止衛星へ送信するメッセージの送信タイミングを設定するタイミング制御器を備えるものである。
【００２３】
なお、本発明にかかる地上アップリンク局については、前述した本発明にかかる衛星航法補強システムと同様の拡張を適用できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施の形態にかかる衛星航法補強システムの構成を示すブロック図である。
この衛星航法補強システムは、地上アップリンク局１，２および静止衛星３から構成されている。ここでは、例として地上アップリンク局１，２しか示されていないが、通常はこのほかにも地上アップリンク局が存在している。
【００２５】
地上アップリンク局１，２は、既知点に設置されたサイトであり、ＧＰＳ衛星（図示せず）からの電波により測定した当該ＧＰＳ衛星との距離と、ＧＰＳ衛星の位置情報と当該局の位置情報とから得られる距離との誤差を補正データとしてメッセージにより静止衛星３へ送信する。
静止衛星３は、各ＧＰＳ衛星からの信号に含まれる誤差を補正するための補強データを航空機などの移動体や地上監視局へ送信する衛星であり、地上アップリンク局１，２からの補正データを集約して補強データを生成する。
【００２６】
地上アップリンク局１，２は、同一構成をなしており、処理機１１、信号発生器１２、アップコンバータ１３、送信装置１４、低雑音アンプ１５、ダウンコンバータ１６、受信機１７およびタイミング制御器１８が設けられている。また、地上アップリンク局１，２間は通信ネットワーク４で接続され、必要に応じてデータ通信が行われる。
また、地上アップリンク局１，２には、アンテナ１Ａ，２Ａがそれぞれ設けられており、静止衛星３との無線通信に用いられる。なお、処理機１１、信号発生器１２、アップコンバータ１３、送信装置１４、低雑音アンプ１５、ダウンコンバータ１６、受信機１７の機能については、前述した図８の対応する名称の各部と同等の機能を有しているものとする。
【００２７】
これら地上アップリンク局１，２により、一方がプライマリー系となり他方がバックアップ系となる冗長構成が実現されている。
以下では、地上アップリンク局１がプライマリー系（運用）として動作し、地上アップリンク局２はパックアップ系（予備）として動作している場合を例として説明する。
【００２８】
プライマリー系の地上アップリンク局１において、ＧＰＳ衛星から得られた補正データを含む静止衛星３への送信メッセージは、処理機１１でフォーマッティングされて信号発生器１２へ出力される。
そして、信号発生器１２で、メッセージにしたがってＩＦ信号に変調がかけられた後、アップコンバータ１３で所定のアップリンク周波数に変換される。アップリンク周波数に変換された信号は送信装置１４で増幅され、アンテナ１Ａから送信される。
【００２９】
一方、アンテナ１Ａで受信されたダウンリンクの信号は、低雑音アンプ１５で増幅されて、ダウンコンバータ１６で所定の周波数に変換される。そしてその信号は受信機１７を介して再び処理機１１で処理される。
これにより、静止衛星３を含めた制御ループ３１を閉ループとして構成することにより、メッセージ信号の送信タイミングが自動的に調節され、連続的に最適タイミングでの送信が実行される。
【００３０】
本実施の形態は、プライマリー系と静止衛星３との通信中に生じる空き時間を用いて、バックアップ系と静止衛星３との間で校正用パルスをやり取りすることにより、パックアップ系におけるメッセージ信号の送信タイミングを決定するための遅延時間を計測するようにしたものである。
プライマリー系と静止衛星３との通信中に生じる空き時間については、プライマリー系から送信されるＮｕｌｌメッセージ（以下、タイプ６３メッセージという）を利用できる。このＮｕｌｌメッセージは、ユーザー受信機のロックを維持するためのメッセージであり、制御系に対して意味を持たないメッセージである。
【００３１】
プライマリー系については、従来と同様の動作で静止衛星３との間で制御ループを形成する。一方、バックアップ系についても従来とほぼ同様の動作をするが、プライマリー系から通信ネットワーク４を介して、タイプ６３メッセージの送信タイミングが通知される。
バックアップ系の処理機１１では、当該局内部でループバックさせるメッセージを信号発生器１２へ出力するとともに、プライマリー系から通知されたタイプ６３メッセージのトリガタイミングをタイミング制御器１８へ出力する。
【００３２】
タイミング制御器１８では、処理機１１で監視される干渉信号の有無により当該局の動作期間の判定を行い、干渉信号が存在せずかつタイプ６３メッセージを送信しているタイミングを示す期間Ａか、それ以外の期間を示す期間Ｂかを判定する。
期間Ａでは、所定のシーケンスでタイミングパルスを発生し、これにより信号発生器１２が制御される。期間Ｂでは、従来と同様にＳＢＡＳのメッセージを載せた信号を発生し、従来と同様に静止衛星３へ送信せずに当該局内部で信号をループバックさせる。
【００３３】
ＳＢＡＳでは、ある程度の妨害波に耐えなければならず、静止衛星３との通信に対して干渉波があっても動作が保証されるべき要件が規定されており、処理機１１では、このような干渉信号の有無を検出する為の監視を行っている。
したがって、外部に干渉信号がないと判定される場合のみ、校正用パルスを許容されるレベルと帯域の範囲内でバックアップ系から衛星に向けて送信することにより、正確な遅延時間の計測が実現できる。
【００３４】
通常、ループバックした信号は送信したメッセージが損傷されることなく受信できているかを監視するのが目的であり、処理機１１に対して期間Ｂを通知しておけば、監視系は期間Ａをインヒビットすることが可能である。
このようにして、期間Ａの場合はアップコンバータ１３で周波数がアップリンク周波数に変換され、送信装置１４のアンテナ１Ａを介して衛星３に送信される。
【００３５】
ダウンリンクの信号は、通常のメッセージの場合と同様に、アンテナ１Ａ、低雑音アンプ１５、ダウンコンバータ１６を経て、受信機１７へ送られる。受信機１７では、タイミング制御器１８からの送信パルスのタイミングを示すトリガ信号に基づき、受信パルスとの間隔が計測される。このように受信機１７は、通常の受信信号の他にパルス間隔を計測し、その結果を処理器１１に伝える役目も負っている。
処理機１１は、バックアップ系として動作している当該局が再びプライマリー系となる場合に備え、最適な信号送信タイミングを設定するための初期値の更新をリアルタイムで実施する。
【００３６】
このように、バックアップ系の地上アップリンク局では、タイミング制御器で、プライマリー系の地上アップリンク局と静止衛星との通信の空き時間に静止衛星と通信を行うことにより、静止衛星の送信タイミングに適するよう当該局から静止衛星へ送信するメッセージの送信タイミングを設定するようにしたので、従来のように、遅延時間として固定の初期値を用いる場合と比較して、電離層等や衛星の動き等の外部要因が変化しても、バックアップ系の地上アップリンク局でも最適な遅延時間を設定できる。
したがって、制御ループの形成が完了してサイト切換が完了するまでの時間を大幅に短縮でき、サイト切換動作をスムーズに行うことができるとともに、不当な信号断によりシステムの継続性が損なわれることを防ぐことができる。
【００３７】
次に、図２を参照して、本実施の形態にかかる衛星航法補強システムの動作について詳細に説明する。図２はプライマリー系におけるメッセージシーケンスを示すタイミングチャートである。
通常、プライマリー系では、各々タイプ番号を持つ様々な種類のメッセージが連続して静止衛星３へ送信されている。この中でタイプ６３メッセージは意味を持つ他のメッセージを送信する間隙を埋めるべく送信されるメッセージであり、メッセージとしての意味は持っていない。
【００３８】
ただし、静止衛星３との間でやり取りする信号（ＳＢＡＳ信号）は、それ自体がＧＰＳと同様の信号であることが要求されている。すなわち、ＧＰＳと同様に所定の疑似ランダムコードで変調をかけられ、ＧＰＳの一つとしてユーザーにサービスを行うものである。
したがって、メッセージはなくとも疑似ランダムコードはユーザーに解読されなければならず、送信するパルスはそれ自体が干渉源とならないようにコントロールされる必要がある。
【００３９】
図３は、パックアップ系におけるパルスシーケンスを示すタイミングチャートである。
スタートトリガは、タイプ６３の開始タイミングであり、プライマリー系から通信ネットワーク４を介して通知される。
送信パルス＃１，＃２〜＃ｎは、期間Ａ内にバックアップ系から静止衛星３へ送信される校正用パルスを示し、受信パルス＃１，＃２〜＃ｎは、期間Ａ内に静止衛星３からのダウンリンクで受信される静止衛星３で折り返された校正用パルスを示している。
またＴ１，Ｔ２〜Ｔｎは送受信パルス間のパルス間隔であり、空間伝搬時間、地上アップリンク局での遅延時間、および静止衛星での遅延時間が含まれている。
【００４０】
次に、図４を参照して、バックアップ系の地上アップリンク局におけるタイミング制御処理について説明する。図４は、バックアップ系の地上アップリンク局におけるタイミング制御処理を示すフローチャートである。
バックアップ系では、プライマリー系からの通知に応じてタイプ６３メッセージのタイミングを検出すると（ステップ１００）、干渉が既に存在しているか否かを処理機１１で確認する（ステップ１０１）。
なお、この機能は従来システムにも具備されている、干渉検出のための機能を利用できる。
【００４１】
ここで、干渉が検出されている場合は（ステップ１０１：ＹＥＳ）、パルス計数値ｉをインクリメントして（ステップ１０２）、ステップ１０１へ戻り、自ら干渉を増加させることなく次の機会を待つ。
このように、干渉が検出された場合は、校正用パルスの送信を取りやめるようにしたので、校正用パルスの送出によりさらに干渉が増加されるのが回避でき、プライマリー系と静止衛星３との通信へのさらなる影響を抑制できる。
【００４２】
一方、干渉が検出されていなければ（ステップ１０１：ＮＯ）、静止衛星３へ送信パルスを送出する（ステップ１０３）。
そして、パルス計数値ｉが同一のタイプ６３メッセージ内で送出しうるパルス数の最大値ｎに達するまで（ステップ１０４：ＮＯ）、静止衛星３からの受信パルスを検出して送信パルスとのパルス間隔Ｔを計測し（ステップ１０５）、ステップ１０２を介してステップ１０１へ戻る。
【００４３】
ステップ１０４において、パルス計数値ｉが最大値ｎに達した場合は（ステップ１０６）、得られた各パルス間隔を統計処理して遅延時間を求め（ステップ１０６）、得られた遅延時間に基づき送信タイミングの初期値を更新する（ステップ１０７）。
ここで、当該局がバックアップ系のままである場合は（ステップ１０８：ＮＯ）、ステップ１００へ戻る。
また、プライマリー系からの指示により切り換えが要請されている場合は（ステップ１０８：ＹＥＳ）、それまでの計測により得られた遅延時間に基づき送信タイミングを設定した後（ステップ１０９）、その最適タイミングでメッセージを静止衛星３へ送信し（ステップ１１０）、一連のタイミング制御処理を終了する。
【００４４】
これにより、バックアップ系がプライマリー系へ切り替わった場合には、最適タイミングでメッセージを静止衛星３へ送信することができ、直ちにサービスを開始することができる。
図５に、バックアップ系の地上アップリンク局における送信タイミング設定シーケンスを示す。送信タイミングについて、図５に示すように、基本的にＧＰＳの１秒のエポックに同期したシステムタイミングがシステム全体のタイミングとなる。
したがって、静止衛星３の出力端でタイミングが同期するように考慮して、メッセージの送信タイミングが設定される。
【００４５】
したがって、サイト切換制御については、図６のようになる。図６は本実施の形態にかかる衛星航法補強システムのサイト切換制御を示すフローチャートである。
プライマリー系で障害が発生した場合、当該局で所定のサイト切換シーケンスが開始され、通信ネットワーク４を介してバックアップ系へサイト切換コマンドが送信される。
バックアップ系の処理機１１では、このサイト切換コマンドの受信に応じて、まず、静止衛星３へメッセージ信号を送信するタイミングを決定するための遅延時間（更新値）を設定する（ステップ１２０）。
【００４６】
このとき、遅延時間は、前述した図４のステップ１０７で当該局がバックアップ系として動作していた際に最適タイミングとなるよう設定されている。
したがって、その遅延時間を初期値として静止衛星７３に対するメッセージ信号の送信を開始する（ステップ１２１）。
そして、制御ループ３１の形成が完了するまで（ステップ１２２：ＮＯ）、カルマンフィルタにより遅延時間を少しずつ調整して制御ループ３１の形成を試みる（ステップ１２３）。
【００４７】
その後、最適な遅延時間が得られて制御ループ３１が形成された場合は（ステップ１２２：ＹＥＳ）、サイトの切り換えが完了したことになり（ステップ１２４）、一連のサイト切換制御を終了する。
したがって、ステップ１２０では、バックアップ系として動作していた際に最適な初期値が自動的に設定されるため、従来のように固定値を用いる場合と比較して、カルマンフィルタの繰り返し計算による収束のスピードは格段に改善される。
【００４８】
なお、以下では、実際に同一衛星にてプライマリー系から送信されたＧＰＳ信号とパルス信号が重畳された場合の影響について検証しておく。
図７はＧＰＳ信号とパルス信号とが重畳された場合のパワースペクトルを示す説明図である。これは、一例として１対のＧＰＳ信号のＣ／Ａコードで変調された信号のスペクトラム９１と、そのチップレートの１０倍のパルス幅を持つパルスのスペクトラム９２との包絡線を重ねて表したものであり、横軸が周波数、縦軸がパワースペクトルを示している。
【００４９】
パルス間隔と繰り返し周波数を適宜選択すれば、許容される干渉信号の要件を満足し、ＧＰＳ相等の信号に影響しないようにすることは可能である。
文献（文献３／Ｅｎｇｅ．Ｐ，Ｐｈｅｌｔｓ．Ｅ  ｅｔ．ａｌＳｔａｎｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  Ａｎａｍｏｌｏｕｓ  Ｓｉｇｎａｌｓ  ｆｒｏｍ  ＧＰＳ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ，  Ｏｃｔｏｂｅｒ  １８−２９，１９９９，  ＧＮＳＳＰ  Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐ  Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ｔｏｕｌｏｕｓｅ，Ｆｒａｎｃｅなど参照）によると、極端な例としてＧＰＳと同等の信号にＣＷ信号が重畳された場合の影響が記されている。
それによると、ＣＷ信号のパワーが１００倍であったとしても、０．５チップの相関スペースを有する受信機を用いた場合、これによる誤差は高々０．５２ｍであるとの検討結果がある。したがって、本発明のように、仮にシステム運用中にパルス信号を放射しても問題はない。
【００５０】
なお、ＧＰＳ信号が疑似ランダムコードで変調されている為、周波数が同じでも異なるコードで相関がなく互いに干渉しないことが知られている。
したがって、もし同一の静止衛星に対して２つの疑似ランダムコードを取得することができれば、プライマリー系、バックアップ系ともに常時アップリンクの信号を出すことが可能となるため、技術的には本発明の課題の解決は可能である。
しかし、基本的には、一衛星に一疑似ランダムコードが原則であり、手続き上の問題や周波数行政上の問題等、種々の非技術的な問題があり、実現が困難である。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、バックアップ系地上アップリンク局のタイミング制御器で、プライマリー系の地上アップリンク局と静止衛星との通信の空き時間に静止衛星と通信を行うことにより、静止衛星の送信タイミングに適するよう当該局から静止衛星へ送信するメッセージの送信タイミングを設定するようにしたので、従来のように、遅延時間として固定の初期値を用いる場合と比較して、電離層等や衛星の動き等の外部要因が変化しても、バックアップ系の地上アップリンク局でも最適な遅延時間を設定できる。
したがって、制御ループの形成が完了してサイト切換が完了するまでの時間を大幅に短縮でき、サイト切換動作をスムーズに行うことができるとともに、不当な信号断によりシステムの継続性が損なわれることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる衛星航法補強システムを示すブロック図である。
【図２】プライマリー系の地上アップリンク局における送信メッセージシーケンスを示す説明図である。
【図３】バックアップ系の地上アップリンク局における送受信パルスシーケンスを示す説明図である。
【図４】バックアップ系の地上アップリンク局におけるタイミング制御処理を示すフローチャートである。
【図５】バックアップ系の地上アップリンク局における送信タイミング設定シーケンスを示す説明図である。
【図６】本実施の形態にかかる衛星航法補強システムのサイト切換制御を示すフローチャートである。
【図７】ＧＰＳ信号とパルス信号とが重畳された場合のパワースペクトルを示す説明図である。
【図８】従来の衛星航法補強システムを示すブロック図である。
【図９】従来の衛星航法補強システムのサイト切換制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１，２…地上アップリンク局、１１…処理機、１２…信号発生器、１３…アップコンバータ、１４…送信装置、１５…低雑音アンプ、１６…ダウンコンバータ、１７…受信機、１８…タイミング制御器、１Ａ，２Ａ…アンテナ、３…静止衛星、３１，３２…制御ループ、４…通信ネットワーク。
【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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