(57)【要約】  広域補強システム（ＷＡＡＳ）は、Ｌ１／Ｌ５バイアス推定を含む。Ｌ１電離層遅延及びＬ１電離層遅延レートの推定値を受信し、ＧＥＯ勾配電離層遅延を受信し、ＧＥＯ衛星のユーザ電離層垂直誤差情報を受信し、Ｌ１電離層遅延及びＬ１電離層遅延レートの推定値並びにＧＥＯ勾配電離層遅延からＬ１／Ｌ５バイアス推定値を計算する。
2009509165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｌ１電離層遅延（iono delay）及びＬ１電離層遅延レートの推定値（estimate）を受信し、
ＧＥＯ勾配電離層遅延（slant ionosperic delay）を受信し、
ＧＥＯ衛星のユーザ電離層垂直誤差（user iono vertical error）情報を受信し、
Ｌ１電離層遅延及びＬ１電離層遅延レートの推定値並びにＧＥＯ勾配電離層遅延からＬ１／Ｌ５バイアス推定値を計算する、
ことを含む方法。
【請求項２】
反復して前記Ｌ１／Ｌ５バイアス推定値を計算し、及び増分変化を所定の量に制限することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
所定の条件が満たされる場合に、前記Ｌ１／Ｌ５バイアス推定値を計算することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記所定の条件は、シグマＵＩＶＥがgeo usable uiveよりも小さいこと、シグマＵＩＶＥが、geo uive storeに許容誤差を加えたもの以下であること、Ｌ１距離フィルタが収束すること、Ｌ１電離層レート及び共分散が収束すること、Ｌ５電離層レートが収束すること、Ｌ１初期オフセット補償が完了すること、並びにＬ５初期オフセット補償が完了することの１つ又は複数を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記Ｌ１／Ｌ５バイアス推定値を
【数１】
2009509165.tif 000018
として計算することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記Ｌ１／Ｌ５バイアス推定値をＬ１制御ループ及びＬ５制御ループに提供することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＧＥＯ勾配電離層遅延及び前記ＧＥＯ衛星の前記ユーザ電離層垂直誤差情報は、電離層格子点情報から計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記電離層格子点情報はＷＡＡＳメッセージで受信される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
現在記憶されているＬ１／Ｌ５バイアス推定値の絶対値が所定のステップ値よりも小さくない場合には、
次のことを行う、すなわち、
前記現在記憶されているＬ１／Ｌ５バイアス推定値が前記所定のステップ値よりも大きい場合には、前記Ｌ１／Ｌ５バイアス推定値をインクリメントし、且つ、前記現在記憶されているＬ１／Ｌ５バイアス推定値をディクリメントし、
前記現在記憶されているＬ１／Ｌ５バイアス推定値が前記所定のステップ値よりも小さい場合には、前記Ｌ１／Ｌ５バイアス推定値をディクリメントし、且つ、前記現在記憶されているＬ１／Ｌ５バイアス推定値をインクリメントし、
それ以外の場合には、前記現在記憶されているＬ１／Ｌ５バイアス推定値を０に設定する、
ことによって前記Ｌ１／Ｌ５バイアス推定値を計算することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
Ｌ１制御ループモジュールと、
前記Ｌ１制御ループモジュールに結合されているＬ５制御ループモジュールと、
前記Ｌ１制御ループモジュール及び前記Ｌ５制御ループモジュールに結合されているＬ１／Ｌ５バイアス推定モジュールであって、Ｌ１電離層遅延及びＬ１電離層遅延レートの推定値並びにＧＥＯ勾配電離層遅延からＬ１／Ｌ５バイアス推定値を計算する、前記Ｌ１／Ｌ５バイアス推定モジュールと、
を備えるシステム。
【請求項１１】
前記Ｌ１／Ｌ５バイアス推定モジュールは、前記Ｌ１制御ループモジュールの距離推定フィルタ及び前記Ｌ５制御ループモジュールの距離推定フィルタからステータス情報を受信する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記Ｌ１／Ｌ５バイアス推定モジュールは、前記Ｌ１制御ループモジュールの電離層推定フィルタ及び前記Ｌ５制御ループモジュールの電離層推定フィルタからステータス情報を受信する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記Ｌ１／Ｌ５バイアス推定モジュールは、所定の条件が満たされるときに、前記Ｌ１／Ｌ５バイアス推定値を計算する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記所定の条件は、シグマＵＩＶＥがgeo usable uiveよりも小さいこと、シグマＵＩＶＥが、geo uive storeに許容誤差を加えたもの以下であること、Ｌ１距離フィルタが収束すること、Ｌ１電離層レート及び共分散が収束すること、Ｌ５電離層レートが収束すること、Ｌ１初期オフセット補償が完了すること、並びにＬ５初期オフセット補償が完了することの１つ又は複数を含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
マシンによって実行されるとき、以下の結果、即ち、
Ｌ１電離層遅延及びＬ１電離層遅延レートの推定値を受信すること、
ＧＥＯ勾配電離層遅延を受信すること、
ＧＥＯ衛星のユーザ電離層垂直誤差情報を受信すること、並びに
Ｌ１電離層遅延及びＬ１電離層遅延レートの前記推定値並びに前記ＧＥＯ勾配電離層遅延からＬ１／Ｌ５バイアス推定値を計算すること、
を生じさせる命令が記憶されているストレージ媒体を備える物品。
【請求項１６】
反復して前記Ｌ１／Ｌ５バイアス推定値を計算する命令と、増分変化を所定の量に制限する命令をさらに含む、請求項１５に記載の物品。
【請求項１７】
所定の条件が満たされる場合に、前記Ｌ１／Ｌ５バイアス推定値を計算することをさらに含み、前記所定の条件は、シグマＵＩＶＥがgeo usable uiveよりも小さいこと、シグマＵＩＶＥが、geo uive storeに許容誤差を加えたもの以下であること、Ｌ１距離フィルタが収束すること、Ｌ１電離層レート及び共分散が収束すること、Ｌ５電離層レートが収束すること、Ｌ１初期オフセット補償が完了すること、並びにＬ５初期オフセット補償が完了することの１つ又は複数を含む、請求項１５に記載の物品。
【請求項１８】
前記Ｌ１／Ｌ５バイアス推定値を
【数２】
2009509165.tif 000019
として計算することをさらに含む、請求項１５に記載の物品。
【請求項１９】
前記Ｌ１／Ｌ５バイアス推定値をＬ１制御ループ及びＬ５制御ループに提供することをさらに含む、請求項１５に記載の物品。
【請求項２０】
前記ＧＥＯ勾配電離層遅延及び前記ＧＥＯ衛星の前記ユーザ電離層垂直誤差情報は、電離層格子点情報から計算される、請求項１５に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｌ１／Ｌ５バイアス推定を有する広域補強システムのための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
広域補強システム（ＷＡＡＳ）は、国防総省の全地球測位システム（ＧＰＳ）標準測位サービス（ＳＰＳ）を補強する安全性最重要視（セーフティクリティカル：safety critical）システムである。ＷＡＡＳシステムは、RTCA/DO-229C, Minimum Operational Performance Standards for Global Positioning System/Wide Area Augmentation System Airborne Equipment, 28 November 2001という文献として特定されるＷＡＡＳ最低運用性能基準（ＭＯＰＳ）によって説明されている。この文献は、参照により本明細書に援用され、当業者には既知である。
【０００３】
ＷＡＡＳは、出発から途中において、また進入時に全米航空システム（ＮＡＳ）の航空ナビゲーションの手段を提供する。ＷＡＡＳは、次のもの、すなわち、可用性及び信頼性を改善する測距機能、精度を改善するディファレンシャルＧＰＳ補正、及び安全性を改善する完全性監視でＧＰＳを補強する。このシステムは、任意のＦＡＡ承認済み飛行フェーズについて、ＷＡＡＳ認定済み航空機航空電子工学に空間信号（Signal-in-Space）（ＳＩＳ）を提供する。ＳＩＳは、ＷＡＡＳメッセージブロードキャスト（同報通信）及び測距能力を含むさまざまなサービスを提供する。
【０００４】
ＷＡＡＳは、広域基準局（ＷＲＳ）、広域主局（ＷＭＳ）、及びＧＥＯアップリンクサブシステム（ＧＵＳ）の３つのタイプのサイトに分割される。ＧＵＳとは、ＷＡＡＳプログラムで実施されたＧＥＯアップリンクサブシステムを言い、ＧＵＳＴとは、静止通信制御セグメント（Geostationary Communication and Control Segment）（ＧＣＣＳ）プログラムで実施されたＧＥＯアップリンクサブシステムを言う。広域基準局（ＷＲＳ）は、米国の全米航空システム全体にわたって分散されている。これらの基準局は、ＧＰＳ測定値及びＧＥＯ測定値を収集し、それらの測定値をＷＭＳへ送信する。ＷＭＳは、そのデータを処理して、各ＧＥＯ衛星及び各ＧＰＳ衛星の補正完全性情報を提供する。この補正情報は、個別の構成要素として、衛星軌道暦誤差（satellite ephemeris error）、時計バイアス、及び電離層推定データを含む。ＷＭＳからの補正値は、ＧＥＯ衛星へのアップリンクのためにＧＵＳＴへ送信される。
【０００５】
静止通信制御セグメント（ＧＣＣＳ）は、２つのＧＵＳＴサブシステム及び１つのＧＥＯ衛星を備える。２つのＧＵＳＴサブシステムは、互いに動作が独立し、たとえば、自然災害による同時喪失を軽減するために地理的に離されている。一方のＧＵＳＴサブシステムは、衛星への主（１次）アップリンクとして動作する一方、他方のＧＵＳＴサブシステムは、バックアップとして動作し、ダミーの負荷に放射を行う。各ＧＵＳＴサブシステムは、信号ジェネレータサブシステム（ＳＧＳ）及び無線周波数アップリンク（ＲＦＵ）サブシステムの２つのサブシステムを含む。ＳＧＳは、ＷＭＳからＷＡＡＳメッセージを受信し、ＷＡＡＳメッセージを、正確なＧＰＳ  Ｌ１変調及びＧＰＳ  Ｌ５変調並びに擬似ランダム雑音（ＰＲＮ）ゴールド符号と組み合わせて、ＷＡＡＳ  Ｌ１アップリンク信号及びＷＡＡＳ  Ｌ５アップリンク信号を作成する。ＲＦＵは、これらのＩＦ  ＰＲＮ符号化されたＬ１アップリンク信号及びＬ５アップリンク信号をＳＧＳから受信し、それらの信号をＲＦアップリンク周波数に変換し、それらの信号を増幅してＧＥＯ衛星へ送信する。
【０００６】
ＲＦＵは、ダウンリンクＬ１  ＷＡＡＳ信号及びダウンリンクＬ５  ＷＡＡＳ信号をＧＥＯ衛星から受信し、それらの信号を増幅して、結果として得られたＬ１信号及びＬ５信号をＳＧＳに提供する。ＳＧＳは、ＧＥＯ測定値を抽出し、それらの測定値を、制御ループへの入力として使用する。この制御ループは、ダウンリンクＬ１信号及びダウンリンクＬ５信号の符号及び搬送波位相がコヒーレントになるように、アップリンク信号を調整して、アップリンク電離層遅延及びドップラー効果を補償する。また、ＧＵＳＴサブシステムは、信号ジェネレータ及び受信機の周波数基準として使用されるセシウム周波数標準も含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本明細書に含まれる例示的な実施形態は、添付図面と共に鑑みられる以下の詳細な説明からより完全に理解されよう。
図１は、広域基準局（wide-area reference station）（ＷＲＳ）１０２ａ〜１０２ＮがＧＰＳ衛星１０４及びＧＥＯ衛星１０６から信号を受信する、本発明による信号符号搬送波コヒーレンシ（signal code carrier coherency）を有するＷＡＡＳシステム１００を示している。広域主局（ＷＭＳ）１０８は、広域基準局１０２と通信して、情報をＧＥＯアップリンクサブシステム（ＧＵＳ）１１０に提供する。ＧＵＳ１１０は、Ｌ１信号及びＬ５信号を含む信号をＧＥＯ衛星１０６から受信し、補正情報をＧＥＯ衛星１０６に提供する。航空機等のスペースビークル（ＳＶ）１１２は、ＧＰＳ衛星１０４及びＧＥＯ衛星１０６からの情報を使用して、空間を飛行する。
【０００８】
従来のＷＡＡＳシステムでは、ＷＡＡＳ広域主局（ＷＭＳ）が、ＷＡＡＳネットワーク時刻（ＷＮＴ）を計算し、各衛星の時計パラメータ（オフセット及びドリフト）を推定する。ＧＥＯアップリンクシステム（ＧＵＳ）の時計は、独立して自由に動作する時計を有する。しかしながら、ＧＵＳ時計は、ＧＥＯ衛星空間信号（ＳＩＳ）から正確な測距を可能にするためにＷＮＴ（ＧＰＳ時間）を追従しなければならず、その結果、時計ステアリング（clock steering）アルゴリズムが必要となる。ＧＵＳ時計ステアリングアルゴリズムは、ＷＡＡＳメッセージプロセッサ（ＷＭＰ）にある。ＷＡＡＳタイプ９メッセージ（ＧＥＯナビゲーションメッセージ）は、ＷＭＳによって提供されるＧＵＳ  ＷＭＰへの入力である。
【０００９】
ＧＵＳＴ時計は、ＧＰＳ時刻エポック及びＷＡＡＳネットワーク時刻（ＷＮＴ）にステアリングされる。ＧＵＳＴ受信機時計誤差は、ＧＰＳエポックからのその１ＰＰＳ（パルス毎秒）のずれである。時計誤差は、ＧＵＳプロセッサで計算される。この計算は、複数の衛星データ（ＭＯＰＳ残差と呼ばれる擬似距離残差）を（予測誤差統計量で重み付けされた最小二乗という意味で）結合して、測量されたＧＵＳ位置に関する位置誤差推定値にすることにより、ユーザ位置誤差を計算することによって行われる。このように計算された時計誤差は、ＷＡＡＳネットワーク時刻を基準とした相対的なものである。時計ステアリングアルゴリズムは、ＷＡＡＳタイプ９メッセージ（ＧＥＯナビゲーションメッセージ）で初期化される。この構成では、ＧＵＳＴ受信機時計は、１ＰＰＳでＧＰＳ時刻エポックとの同期が維持される。１０ＭＨｚ周波数標準は、受信機の周波数基準であるので、受信機の周波数出力は、１ＰＰＳが調整されるように制御される必要がある。比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラは、ＧＵＳＴロケーションにおいてＧＰＳ時刻と同期する。
【００１０】
また、時計ステアリングメカニズムは、ＧＵＳＴ時計を軌道誤差から切り離し、ＷＭＳの補正プロセッサの軌道決定フィルタにおける軌道誤差の可観測性も向上させる。さらに、時計ステアリングアルゴリズムは、ＧＵＳＴロケーションにおけるＧＵＳＴ時計をＧＰＳ時刻に同期させる。
【００１１】
再び図１を参照して、基準局１０２は、ＧＰＳ測定値及びＧＥＯ測定値を収集して、収集した情報をＷＡＡＳ広域主局（ＷＭＳ）１０８へ送信する。ＷＭＳ１０８は、そのデータを処理して、各ＧＥＯ衛星１０４及び各ＧＰＳ衛星１０６の補正完全性情報を提供する。この補正情報は、別個の構成要素として、衛星軌道暦誤差、時計バイアス、及び電離層推定データを含む。ＷＭＳ１０８からの補正値は、ＧＥＯ衛星１０６へのアップリンク用にＧＵＳ１１０へ送信される。
【００１２】
広帯域ＳＩＳ搬送波は、符号搬送波周波数コヒーレンスが維持されるＬ１信号及びＬ５信号を含む。ＧＥＯ１０６は、Ｌ１信号を１５７５．４２ＭＨｚでブロードキャストし、Ｌ５信号を１１７６．４５ＭＨｚでブロードキャストする。Ｌ１パスでは、ＧＵＳＴ１１０は、ＷＭＳ１０８から完全性補正データ及びＷＡＡＳ特有メッセージを受信し、前方（順方向）誤り訂正（ＦＥＣ）符号化を追加し、それらのメッセージを、たとえば航空機１１２といったＷＡＡＳユーザへブロードキャストするためにＣバンドアップリンクを介してＧＥＯ衛星１０６へ送信する。ＧＵＳＴアップリンク信号は、ＧＰＳ標準測位サービス波形（Ｃ／Ａ符号、ＢＰＳＫ変調）を使用する。一方、データレートはそれよりも高い（２５０ビット毎秒）。２５０ビットのデータは、２分の１レート畳み込み符号（one-half rate convolutional code）で符号化され、その結果、５００シンボル毎秒の送信レートになる。各シンボルは、１．０２３×１０６チップ／秒の擬似乱数列であるＣ／Ａ符号によって変調されて、スペクトル拡散信号が提供される。この信号は、次に、ＧＵＳ１１０によって中間周波数（ＩＦ）搬送波へ２相位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）変調され、Ｃバンド周波数にアップコンバートされ、ＧＥＯ１０６へアップリンクされる。
【００１３】
従来のＷＡＡＳシステムでは、ＧＵＳは、ＷＭＳからのＷＡＡＳタイプ９メッセージ（ＧＥＯナビゲーション）を使用してＧＥＯのエポックをＧＰＳエポックと位置合わせする時計ステアリングアルゴリズムを含む。ＷＡＡＳタイプ９メッセージは、ａＧｆ０又は時計オフセットと呼ばれる項を含む。このオフセットは、ＧＥＯのエポックとＷＡＡＳネットワーク時刻（ＷＮＴ）との間の補正、すなわち時間差を表している。ＷＮＴは、ＷＡＡＳの内部時刻基準尺度であり、ＧＰＳ時刻尺度を追従する必要がある一方、同時に、ユーザには、協定世界時（ＵＴＣ）に変換したものを提供する。ＧＰＳマスタ時刻は直接取得することができないので、ＷＡＡＳアーキテクチャは、場合によっては異なる数組の受信機及び時計（ＷＡＡＳ基準局）からの、場合によっては異なる数組の測定値を使用してＷＮＴが複数のＷＭＳで計算されることを必要とする。ＷＮＴは、５０ナノ秒以内までＧＰＳ時刻と一致している必要がある。同時に、ＷＮＴからＵＴＣまでのオフセットをユーザに提供しなければならず、このオフセットは、２０ナノ秒の精度である。従来のＧＵＳは、ローカル時計調整値を計算する。これらの時計調整値に基づいて、ＧＵＳ時計を高速にしたり低速にしたりするように周波数標準を作成することができる。これによって、全ＧＥＯ時計オフセットは、ＷＡＡＳタイプ９メッセージによって認められた範囲内に維持され、その結果、ユーザは、自身のアルゴリズムで適切な時計補正を行うことができる。
【００１４】
別の時計ステアリングメカニズムでは、ＧＵＳＴ１１０は、たとえば、１次になった後の最初の２４時間の期間中、上記時計ステアリング方法を使用する。以下でより完全に説明するように、ＧＵＳＴ時計がＷＮＴと同期すると、時計ステアリングの本発明による第２の方法が、受信機時計誤差のＭＯＰＳ解と、ａＧｆ０の平均と、ＭＯＰＳ解の平均とを合成したものを時計ステアリングコントローラへの入力として使用する。
【００１５】
図２は、時計ステアリングを有する１つの例示的な１次ＧＵＳＴシステム２００を示している。このＧＵＳＴシステム２００は、受信機２０４に結合されている全地球測位システム（ＧＰＳ）静止衛星アンテナ２０２を備える。受信機２０４は、初期時刻同期情報を信号ジェネレータ２０６、ＷＡＡＳメッセージプロセッサ２０８、及びＧＵＳＴプロセッサ２１０に提供する。また、ＧＵＳＴ受信機２０４は、ＧＵＳＴプロセッサ２１０にデータも提供する。ＷＡＡＳメッセージプロセッサ（ＷＭＰ）２０８は、本発明による時計ステアリング制御情報を周波数標準システム２１２に提供する。周波数標準システム２１２は、時計ステアリング情報を位相雑音エンハンサ２１４に提供する。位相雑音エンハンサ２１４は、時計ステアリング情報を受信機２０４及び信号ジェネレータ２０６に渡す。
【００１６】
加えて、ＧＵＳＴプロセッサ２１０は、時計誤差情報をＷＡＡＳメッセージプロセッサ２０８に渡し、ラップされたＷＡＡＳメッセージをＷＡＡＳメッセージプロセッサ２０８へ送信する。ＷＡＡＳプロセッサ２０８は、ラップされていないＷＡＡＳメッセージをＧＵＳＴプロセッサ２１０へ送信する。ＷＡＡＳメッセージプロセッサ２０８は、ラップされたＷＡＡＳメッセージのラップを解除して、ＣＲＣ（巡回冗長検査）データを除去し、このラップされていないメッセージ（ＣＲＣなし）をＧＵＳＴプロセッサ２１０へ送信する。
【００１７】
Ｌ１空間信号（ＳＩＳ）及びＬ５空間信号のタイミング又は符号位相は、ＧＵＳＴ受信機２０４及び信号ジェネレータ２０６によって設定される。ＧＵＳＴ受信機２０４は、セシウム周波数標準２１２からの入力基準周波数に基づいて配給される。時計調整（ステアリング）がない場合、セシウム周波数標準２１２の出力周波数は、時間と共に変化する。この結果、受信機２０４及び信号ジェネレータ２０６は、時間と共にＧＰＳエポックからずれる。補正がない場合、このずれは、最終的には、非常に大きくなるので、Ｌ１及びＬ５の符号位相偏移は必要限界を超える。
【００１８】
セシウム周波数標準２１２を周波数制御コマンドで調整することによって、受信機２０４及び信号ジェネレータ２０６は、ＧＰＳエポック及びＷＡＡＳネットワーク時刻（ＷＮＴ）との同期を維持することができる。
【００１９】
１次ＧＵＳＴサブシステム２００の場合、ＳＩＳの符号位相偏移は、アップリンク遅延推定誤差、及び、制御ループによって補償されていない、Ｌ１信号とＬ５信号との間のディファレンシャルバイアスによっても影響を受ける。タイプ９メッセージ時計オフセットａＧｆ０は、初期時計ステアリングで使用されて、初期符号位相偏移を０にする。後に発生するＬ１／Ｌ５バイアスによるどの符号位相偏移も、ａＧｆ０の長期平均を使用することによって補正され、時計ステアリング制御規則への入力として使用される。
【００２０】
バックアップＧＵＳＴサブシステムの場合、時計ステアリングの目的は、受信機及び信号ジェネレータをＷＡＡＳネットワーク時刻（又はＧＰＳ時刻）と同期状態に維持することである。この同期を達成することによって、１次ＧＵＳＴとバックアップＧＵＳＴとの間の時計誤差の相違は最小にされる。
【００２１】
図３は、本発明による時計ステアリングを有する１次ＧＥＯアップリンクサブシステムタイプ１（ＧＵＳＴ）３００を示している。ＧＵＳＴ受信機３０２は、ＧＰＳ測定値をＧＵＳＴプロセッサ３０４へ送信する。ＧＵＳＴプロセッサ３０４は、図１のＧＵＳＴプロセッサ１１０とほぼ同様のものとすることができる。ＷＡＡＳ主局（ＷＭＳ）３０６は、ＷＡＡＳメッセージをＧＵＳＴプロセッサ３０４に提供し、ａＧｆ０情報を含むタイプ９メッセージをユーザ距離（レンジ）精度（ＵＲＡ）チェックモジュール３０７に提供する。１つの例示的な実施形態では、ブロック３０７、３１０、３１２、３１４、３１６、３１８、及び３２０に関連した処理は、図２のＷＡＡＳメッセージプロセッサ２０８で行うことができる。ブロック３０４の処理は、ＧＵＳＴプロセッサ２１０で行うことができる。
【００２２】
ＧＵＳＴプロセッサ３０４は、従来の合理性チェック３１０プロセスを実行するＷＡＡＳメッセージプロセッサ３０８に受信機時計誤差情報を送信する。合理性チェックプロセス３１０は、平滑化モジュール３１２及び長期ＭＯＰＳ時計誤差モジュール３１４に、フィルタリングされた受信機時計誤差を出力する。平滑化モジュール３１２は、平滑化された受信機時計誤差を計算する。この平滑化された受信機時計誤差は、たとえば、６０秒にわたって平均されたものとすることができる。平滑化モジュールは、平滑化された受信機時計誤差出力を加算モジュール３１６に提供する。より詳細には、平滑化モジュール３１２は、現在の受信機時計誤差と、最近のＸ秒内に合理性チェック（モジュール３１０）を通過したすべての有効な受信機時計誤差との合計を求める。次に、平滑化モジュール３１２は、その合計を、有効な受信機時計誤差の総数で除算して、平滑化された受信機時計誤差を得る。一実施形態では、平均が６０秒の期間にわたって計算されるようにＸ＝５９秒である。一般に、Ｘは、多くとも３６００（１時間）とすべきである。
【００２３】
長期ＭＯＰＳ時計誤差モジュール３１４は、フィルタリングされた受信機時計誤差を合理性チェックモジュール３１０から受信し、２４時間等の期間にわたる長期ＭＯＰＳ時計誤差平均を計算する。この長期ＭＯＰＳ時計誤差平均は、加算モジュール３１６に提供される。まず、過去Ｙ時間にわたって合理性チェック（モジュール３１０）を通過したすべての有効な受信機時計誤差の合計が計算される。次に、この合計は、有効な受信機時計誤差の個数で除算されて、長期ＭＯＰＳ時計誤差平均が得られる。Ｙの値は、通常、２４時間である。
【００２４】
長期ａＧｆ０モジュール３１８は、ＵＲＡチェックモジュール３０７から有効なａＧｆ０信号を受信し、２４時間等にわたる長期ａＧｆ０平均を計算する。ａＧｆｏモジュール３１８は、長期ａＧｆ０信号を加算モジュール３１６に提供する。まず、過去Ｚ時間にわたってユーザ距離精度（ＵＲＡ）チェック（モジュール３０７）を通過したすべての有効なａＧｆ０メッセージの合計が計算される。次に、この合計は、有効なａＧｆ０の個数で除算されて、長期ａＧｆ０平均が得られる。Ｚの値は、通常、２４時間である。
【００２５】
加算モジュール３１６は、以下でより完全に説明する比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ３２０への入力を提供する。次に、ＰＩＤコントローラ３２０は、時計調整コマンド情報を周波数標準原子時計３２２に提供する。
【００２６】
次に、１次ＧＵＳＴの時計ステアリングをさらに詳細に説明する。受信機時計誤差の決定は、ＷＡＡＳ  ＭＯＰＳに説明されているユーザ位置解決アルゴリズムに基づいている。ＭＯＰＳ重み付け最小二乗解決法の構成要素は、観測行列（Ｇ）、測定重み行列（Ｗ）、及びＭＯＰＳ残差列ベクトル（Δｐ）である。以下の式（１）に示すように、Ｇ及びＷを使用して、重み付け利得行列（Ｋ）が計算される。
【００２７】
Ｋ＝（ＧＴＷＧ）−１ＧＴＷ        式１
次に、ユーザ位置誤差及び時計バイアス解の列ベクトルを以下の式（２ａ、２ｂ、２ｃ）に記載する。
【００２８】
ΔＸ＝ＫΔｐ    式２ａ
ΔＸ＝（ＧＴＷＧ）−１ＧＴＷΔｐ    式２ｂ
ここで、ΔＸは次の通りである。
【００２９】
【数１】
2009509165.tif 000003
【００３０】
ΔＸ（Ｕ）はＵｐ（上方）誤差であり、ΔＸ（Ｅ）はＥａｓｔ（東方）誤差であり、ΔＸ（Ｎ）はＮｏｒｔｈ（北方）誤差であり、Ｃｂは、ＭＯＰＳ重み付け最小二乗解決法の結果としての時計バイアス又は受信機時計誤差である。
【００３１】
ｎ×４の観測行列（Ｇ）は、ＧＵＳＴオムニアンテナからスペースビークル（ＳＶ）への見通し（ＬＯＳ）方位角（Ａｚｉ）及びＬＯＳ仰角（Ｅｌｉ）を使用してＵｐ−Ｅａｓｔ−Ｎｏｒｔｈ（ＵＥＮ）基準で計算される。値ｎは、視野内の衛星の個数である。観測行列を計算するための公式は、式（３）に示される。
【００３２】
【数２】
2009509165.tif 000004
【００３３】
ｎ×ｎ重み行列（Ｗ）は、視野内の個々の衛星の全分散（σｉ２）の関数である。重み行列の逆行列は、以下の式（４）に示される。
【００３４】
【数３】
2009509165.tif 000005
【００３５】
全分散（σｉ２）を計算するための式（５）は、次のようになる。
【００３６】
【数４】
2009509165.tif 000006
【００３７】
ユーザディファレンシャル距離誤差（user differential range error）（ＵＤＲＥｉ）、ユーザ電離層垂直誤差分散（user ionospheric vertical error variance）σ２UIVEi、ＬＯＳ傾斜係数（obliquity factor）（Ｆｐｐｉ）、及び垂直対流圏遅延モデル（vertical troposphere delay model）の不確定性の標準偏差（σｔｒｏｐｏ，ｉ）を計算するためのアルゴリズムは、ＷＡＡＳ  ＭＯＰＳに含まれており、当業者には既知である。
【００３８】
ＭＯＰＳ残差（Δｐ）は、以下の式（６）に記載するように、平滑化されたＭＯＰＳ測定擬似距離（ＰＲＭ，ｉ）と、予測された擬似距離（ＰＲｃｏｒｒ，ｉ）との間の差である。
【００３９】
Δｐ＝ＰＲＭ，ｉ−ＰＲｃｏｒｒ，ｉ    式６
地球中心地球固定（ＥＣＥＦ）基準におけるＭＯＰＳ測定擬似距離（ＰＲＭ，ｉ）は、地球の自転、ＷＡＡＳ時計補正、電離層効果、及び対流圏効果について補正される。ＰＲＭ，ｉを計算するための式（７）は、
ＰＲＭ，ｉ＝ＰＲＬ，ｉ＋ΔＰＲＣＣ，ｉ＋ΔＰＲＦＣ，ｉ＋ΔＰＲＥＲ，ｉ−ΔＰＲＴ，ｉ−ΔＰＲＩ，ｉ−ΔＰＲｍｐ    式７
である。
【００４０】
平滑化されたＬ１擬似距離（ＰＲＬ，ｉ）、擬似距離時計補正（ΔＰＲＣＣ，ｉ）、擬似距離高速補正（ΔＰＲＦＣ，ｉ）、擬似距離地球自転補正（ΔＰＲＥＲ，ｉ）、擬似距離対流圏補正（ΔＰＲＴ，ｉ）、及び擬似距離電離層補正（ΔＰＲＩ，ｉ）、を計算するためのアルゴリズムは、ＷＡＡＳ  ＭＯＰＳに含まれている。擬似距離マルチパス補正（ΔＰＲｍｐ）の計算は、当業者に既知である。
【００４１】
ＧＰＳ送信時のＥＣＥＦにおける予測擬似距離（ＰＲｃｏｒｒ，ｉ）は、高速補正及び長期補正について補正されたブロードキャスト軌道暦（broadcast ephemeris）から計算される。この計算は、以下の式（８）に定義される。
【００４２】
【数５】
2009509165.tif 000007
【００４３】
ＳＶ位置補正（Ｘｃｏｒｒ，ｉ、Ｙｃｏｒｒ，ｉ、Ｚｃｏｒｒ，ｉ）を計算するためのアルゴリズムは、ＷＡＡＳ  ＭＯＰＳに含まれている。ＧＵＳＴの固定位置パラメータ（ＸＧＵＳＴ、ＹＧＵＳＴ、ＺＧＵＳＴ）はサイト特有のものである。
【００４４】
従来の２周波搬送波レベリング（dual frequency carrier leveling）技法は、マルチパス雑音を削減するのに使用することができる。搬送波サイクルスリップモニタ（carrier cycle slip monitor）が、搬送波レベルアルゴリズムを保護するために設けられる。
【００４５】
次に、測定マルチパス雑音が、ＧＵＳＴ受信機の相関器間隔（correlator spacing）の最大初期マルチパス及び最後のサイクルスリップからの時間に基づく決定性アルゴリズムを使用する連続搬送波レベリング時間の関数として推定される。
【００４６】
ＧＵＳＴ受信機のそれぞれは、視野内の衛星の擬似距離及び搬送波位相測定値を生成する。衛星の擬似距離信号が、反射されて、ＧＵＳＴ受信機に到達する際に（直接的な信号と比較して）遅延する場合には、その測定データは、それらの衛星については誤差となる場合がある。誤差の量は、遅延時間及び受信機相関器のタイプに依存する。システムは、受信された擬似距離及び搬送波位相測定値（大きなマルチパス誤差の影響を受けにくい）を利用してマルチパス誤差を補正する。
【００４７】
１次ＧＵＳＴ及びバックアップＧＵＳＴの双方の時計ステアリングアルゴリズムについて、１つの例示的な実施形態では、制御規則は、ＰＩＤ（比例プラス積分プラス微分）コントローラを使用して実施され、このコントローラは、以下の式を有する。ｓ領域におけるＰＩＤコントローラは、以下のように式（９）に定式化される。
【００４８】
ｕ（ｓ）＝ｋ＊ｅ（ｓ）＋（ｋ／ＴＩ）＊（１／ｓ）ｅ（ｓ）＋ｋ＊ＴＤ＊ｅ（ｓ）＊ｓ    式９
ここで、ｋは比例利得であり、ＴＩは積分時間であり、ＴＤは微分時間であり、ｅ（ｓ）はコントローラへの入力であり、ｕ（ｓ）はコントローラの出力である。上記式が離散時間領域に変換されると、以下の式（１０）となる。
【００４９】
ｕ（ｎ）＝ｕ（ｎ−１）＋（ｋ＋ｋＴ／ＴＩ＋ｋＴＤ／Ｔ）ｅ（ｎ）−（ｋ＋２＊ｋＴＤ／Ｔ）ｅ（ｎ−１）＋ｋＴＤ／Ｔｅ（ｎ−２）    式１０
ここで、Ｔはサンプリング時間である。
【００５０】
ｋ＿ａｌｐｈａ＝（ｋ＋ｋＴ／ＴＩ＋ｋＴＤ／Ｔ）、ｋ＿ｂｅｔａ＝−（ｋ＋２＊ｋＴＤ／Ｔ）、及びｋ＿ｇａｍｍａ＝ｋＴＤ／Ｔとし、ｘ（ｔ）を時計誤差とする。制御システムは、周波数ドリフトを補償するので、ｘ（ｔ）が−ｅ（ｔ）と等しくなるように入力ｘ（ｔ）を打ち消さなければならず、以下の式（１１）が得られる。
【００５１】
ｕ（ｎ）＝−ｋ＿ａｌｐｈａ＊ｘ（ｎ）＋ｋ＿ｂｅｔａ＊ｘ（ｎ−１）＋ｋ＿ｇａｍｍａ＊ｘ（ｎ−２））    式１１
制御規則の出力は、原子時計周波数を調整するために周波数標準３２２へ送信される周波数調整コマンドである。調整された原子時計周波数は、受信機３０２及び信号ジェネレータ２０６（図２）がＧＰＳエポック及びＷＡＡＳネットワーク時刻と同期した状態を保つ。このように、周波数標準３２２の閉ループ制御が確立される。
【００５２】
ＧＵＳＴが１次になった後、たとえば２４時間の間、ＰＩＤコントローラへの入力は、以下のように式（１２）の異なる誤差を組み合わせたものである。
ＰＩＤ入力＝平滑化された受信機時計誤差
−長期ＭＯＰＳ時計誤差平均
＋長期タイプ９  ａＧｆ０平均    式１２
式（１２）に示すＰＩＤ入力は、式（１１）のｘ（ｎ）に対応するものである。前のタイムスタンプｎ−１及びｎ−２で計算される式（１２）のＰＩＤ入力は、式（１１）のｘ（ｎ−１）及びｘ（ｎ−２）にそれぞれ対応するものである。
【００５３】
上述したように、平滑化された受信機時計誤差３１２は、通常は多くとも１時間の短期間にわたるフィルタリングされた受信機時計誤差の平均であり、これは絶えず計算される。長期ＭＯＰＳ時計誤差３１４は、通常は２４時間の長期間にわたるフィルタリングされた受信機時計誤差の平均であり、これは、通常は２４時間ごとに１回計算される。長期タイプ９  ａＧｆ０平均３１８は、通常は２４時間の期間にわたるタイプ９メッセージ時計オフセットａＧｆ０の平均であり、これは、通常は２４時間ごとに１回計算される。
【００５４】
バックアップＧＵＳＴサブシステムの場合、上述した平滑化された受信機時計誤差のみが、ＰＩＤコントローラへの入力として使用される。
本発明の別の態様では、Ｌ５信号符号搬送波コヒーレンシは、ＧＵＳＴ初期化の期間中及びスイッチオーバの後に維持される。１次ＧＵＳＴが障害を受けると、バックアップＧＵＳＴが新たな１次となり、障害を受けた１次ＧＵＳＴはバックアップモードに入る。これは、ＧＵＳＴスイッチオーバと呼ばれる。ＧＵＳＴスイッチオーバは、システムのオペレータが手動で開始することもできる。
【００５５】
ＧＵＳＴ処理（ＧＰＴ）ソフトウェアは、複数のプロセッサに存在し、ＷＡＡＳメッセージをＷＭＳから受信し、ＷＡＡＳメッセージを、正確なＧＰＳ  Ｌ１変調及びＧＰＳ  Ｌ５変調並びに擬似ランダム雑音（ＰＲＮ）ゴールド符号と組み合わせて、ＷＡＡＳ  Ｌ１アップリンク信号及びＷＡＡＳ  Ｌ５アップリンク信号を作成する。ＲＦＵは、これらのＩＦ  ＰＲＮ符号化されたＬ１アップリンク信号及びＬ５アップリンク信号をＳＧＳから受信し、それらの信号をＣバンドＲＦアップリンク周波数に変換し、それらの信号を増幅してＧＥＯ衛星へ送信する。
【００５６】
図４に示すように、受信機３５０は、ダウンリンクＬ１  ＷＡＡＳ信号及びダウンリンクＬ５  ＷＡＡＳ信号をＧＥＯ衛星３５２から受信し、結果として得られたＬ１  ＧＥＯ測定値及びＬ５  ＧＥＯ測定値を提供する。これらの測定値は、後述するように、制御ループ４０２及び４０４への入力として使用される。
【００５７】
Ｌ１制御ループ４０２及びＬ５制御ループ４０４は、それぞれ４つの機能を含む。すなわち、電離層カルマンフィルタ４０６ａ、４０６ｂ、レンジ（距離）カルマンフィルタ４０８ａ、４０８ｂ、符号制御４１０ａ、４１０ｂ、及び周波数制御４１２ａ、４１２ｂをそれぞれ含む。加えて、Ｌ１制御ループ４０２及びＬ５制御ループ４０４の双方は、Ｌ１／Ｌ５バイアス推定モジュール４１４からの入力も受信する。さらに、各制御ループ４０２、４０４は、符号制御ループ４１６ａ、４１６ｂ及び周波数制御ループ４１８ａ、４１８ｂも含む。
【００５８】
Ｌ１電離層カルマンフィルタ４０６ａ及びＬ５電離層カルマンフィルタ４０６ｂは、勾配（傾斜）電離層遅延（電離層によって引き起こされたＧＥＯ信号の遅延）、及び、電離層遅延の変化率を推定する。距離カルマンフィルタ４０８ａ、ｂは、ＧＥＯ衛星３５２とＧＵＳＴとの間の距離、距離レート（距離の変化率）、距離加速度、及び加速レートを推定する。
【００５９】
コールドスタート時、信号ジェネレータ３５４は、ＧＥＯ衛星間の所定のアップリンク距離、アップリンクパスハードウェア遅延、ＧＥＯ衛星トランスポンダ遅延、及びアップリンク符号に対するドップラー効果が補償されるような符号チップの進み及び符号チップレートで初期化される。１次モードへのコールドスタート後の初期化の期間中、符号制御ループ４０６は、符号チップレートに対するドップラー効果及びＧＥＯ距離オフセットの補償値を計算する。ＧＥＯ距離オフセットは、上述したパラメータの所定の値と、実際のＧＥＯ距離及び他のハードウェア遅延の合計との間の不一致である。
【００６０】
１次モードへのＧＵＳＴスイッチオーバ後、符号制御ループ４１６は、ＧＥＯ衛星間の所定のアップリンク距離、アップリンクパスハードウェア遅延、ＧＥＯ衛星トランスポンダ遅延、及びアップリンク符号に対するドップラー効果、並びに擬似距離ジャンプ（pseudorange jump）（以下に記述）の補償を計算する。この計算は、command_chip_rate及びoutput_chip_rateを含む。
L1 output chip rate=L1_command_chip_rate+1.023x106chip/second
L5 output chip rate=L5_command_chip_rate+10.23x106chip/second
周波数制御ループ４１８は、アップリンク信号に対するドップラー効果及びＧＥＯ衛星トランスポンダ周波数オフセットの補償値を計算する。この計算は、command_frequency及びoutput_frequencyを含む。
L1 output frequency=L1_command_frequency+107 Hz
L5 output frequency=L5_command_frequency+107 Hz
ＧＰＴは、Ｌ１出力チップレート、Ｌ１出力周波数、Ｌ５出力チップレート、及びＬ５出力周波数を信号ジェネレータ３５４へ送信する。信号ジェネレータ３５４は、次に、これらの入力に基づいて自身の出力信号を調整する。
【００６１】
公称ＧＥＯ  Ｌ５符号チップレートは、１０．２３×１０６チップ／秒である。このチップレートは、Ｌ１  Ｃ／Ａ符号の公称チップレートの１０倍である。この高い符号チップレートのために、ＧＵＳＴ受信機は、Ｌ５符号搬送波ダイバージェンスについてＬ１よりも影響を受けやすい（許容誤差が厳しい）。
【００６２】
ダウンリンクＬ５符号と搬送波との間の符号搬送波ダイバージェンスを特徴付けるための１つの方法は、搬送波周波数と符号チップレートとの間の比である。Ｌ５搬送波の公称周波数は、１１７６．４５×１０６Ｈｚであり、Ｌ５符号の公称チップレートは１０．２３×１０６チップ／秒である。この比（公称周波数＋Ｌ５搬送波のダウンリンクドップラー）／（公称チップレート＋Ｌ５符号のダウンリンクドップラー）は１１５である。
【００６３】
ＧＵＳＴ受信機３５０は、ＧＥＯ信号のロックを失うことなく搬送波の一定の周波数オフセットを許容することができる。換言すれば、以下の２つの条件が与えられると、周波数オフセットは、一定の制限、たとえば±９５Ｈｚを超えることができない。
【００６４】
条件（１）
Ｌ５搬送波周波数＝１１７６．４５×１０６Ｈｚ−ＧＥＯ距離レート／Ｌ５波長＋周波数オフセット
条件（２）
Ｌ５符号チップレート＝１０．２３×１０６チップ毎秒−ＧＥＯ距離レート／Ｌ５チップ幅
ここで、
Ｌ５波長＝光速／Ｌ５搬送波公称周波数＝２９９７９２４５８／（１１７６．４５×１０６）ｍ
Ｌ５チップ幅＝光速／Ｌ５符号公称チップレート＝２９９７９２４５８／（１０．２３××１０６）ｍ
ＧＥＯ距離レートは、ＧＥＯ衛星とＧＵＳＴサイトとの間の距離の真の変化率である。
ＧＥＯ距離レート／L5_wavelengthは、搬送波のドップラーであり、
ＧＥＯ距離レート／Ｌ５チップ幅は、符号のドップラーである。
【００６５】
ＧＵＳＴ受信機は、上述した周波数オフセット（Ｈｚによる）が一定の制限を超えると、Ｌ５信号のロックを失うことになる。
別の状況は、上記周波数オフセットが０であり、且つ、Ｌ５オフセットが存在するときである。符号オフセットは、周波数オフセットの制限と同等の制限を有し、次のように計算される。すなわち、L5 chip_rate_offset_limit =−周波数オフセット制限Ｈｚ＊Ｌ５波長／Ｌ５チップ幅(チップ／秒）
換言すれば、以下の２つの条件が与えられると、Ｌ５符号オフセットは、±chip_rate_offset_limit(チップ／秒）を超えることができない。
条件（１）
Ｌ５搬送波周波数＝１１７６．４５×１０６Ｈｚ−ＧＥＯ距離レート／Ｌ５波長
条件（２）
Ｌ５符号チップレート＝１０．２３×１０６チップ毎秒−ＧＥＯ距離レート／Ｌ５チップ幅＋Ｌ５符号オフセット
上述したＬ５符号オフセットが、±chip_rate_offset_limit（チップ／秒）を超えると、ＧＵＳＴ受信機３５０は、Ｌ５信号のロックを失うことになる。
【００６６】
Ｌ５信号が、ＧＵＳＴの初期化又はスイッチオーバの期間中に、一旦ロックを失うと、Ｌ１制御ループ４０２及びＬ５制御ループ４０４の双方は、安定状態制御モードに移行することができない。ＧＣＣＳ仕様に定義された必要な制限内でＬ１及びＬ５の符号及び搬送波をコヒーレントに保つ安定状態制御には、別個のアルゴリズムが存在する。安定状態制御がない場合、仕様によって必要とされる符号搬送波コヒーレンスは、もはや達成不可能である。当該技術分野で既知のように、Ｌ１制御ループ及びＬ５制御ループの安定状態制御モードを表す変数は、それぞれ、L1_dynamic_frequency_control（Ｌ１動的周波数制御）及びL5_dynamic_frequency_control（Ｌ５動的周波数制御）である。
【００６７】
コマンド周波数は、制御アルゴリズムにより、アップリンクパスの信号に対するドップラー効果及びＧＥＯトランスポンダ周波数オフセットを補償する値を用いて初期化される。アップリンクドップラーは、初期推定ＧＥＯ距離レート（ＧＥＯ距離の変化率）に基づいて推定される。この初期推定ＧＥＯ距離レートは、ＷＡＡＳタイプ９メッセージに含まれるＥＣＥＦ（地球中心地球固定）調整されたフレーム（ECEF coordinated frame）における速度に基づいて計算される。この制御アルゴリズムは、符号に対するドップラー効果を補償するようにコマンドチップレートを初期化する。符号に対するドップラー効果は、上述したような初期ＧＥＯ距離レートに基づいて推定される。トランスポンダオフセットは、あらかじめ定められ、フィールド統合（field integration）の期間中にサイト特有のパラメータとして定義される。
【００６８】
ＧＵＳＴスイッチオーバの後、新しい１次ＧＵＳＴは、２つのＣバンド信号をＧＥＯ衛星にアップリンクする。ＧＥＯ衛星トランスポンダは、次に、それらの信号をＬ１信号及びＬ５信号に変換する。上述したように、ＧＵＳＴがバックアップモードにコールドスタートされた時に、信号符号の進みは、所定の値に基づいて設定される。アップリンク信号符号チップレートは、ＧＵＳＴが、スイッチオーバ前のバックアップモードにまだある時に設定される。アップリンク信号符号チップの進み及びチップレートは、実際のＬ５擬似距離を、Ｌ５計画擬似距離よりも長くする場合もあるし、短くする場合もある。２つのＧＵＳＴ時計間の不一致も、実際のＬ５擬似距離とＬ５計画擬似距離との間の不一致の一因になる。Ｌ５計画擬似距離は、ＧＵＳＴスイッチオーバ前のＬ５推定距離及びＬ５推定距離レートに基づいて計画されたものである。この不一致は、擬似距離ジャンプと呼ばれる。新たな１次ＧＵＳＴにおけるＬ５符号制御ループ４１６は、Ｌ５擬似距離が、Ｌ５計画擬似距離に最終的に等しくなるように、Ｌ５符号チップレートを調整する。換言すれば、Ｌ５擬似距離ジャンプは補償される。
【００６９】
ＧＵＳＴ制御ループの初期化の期間中にＬ５符号搬送波コヒーレンスを維持する、本発明に関する技法は、いくつかの異なる機能モジュールに含めることができる。
Ｌ５符号制御
１次モードへのコールドスタートに続く制御ループの初期化の期間中、Ｌ１制御ループ４０２は、符号チップレートに対するドップラー効果に加えて初期ＧＥＯ距離オフセットも補償するように符号チップレートを調整する。初期ＧＥＯ  Ｌ１距離オフセットは、推定電離層遅延を除いたＬ１擬似距離と、信号ジェネレータがそれによって初期化される所定のＧＥＯ距離との間の不一致である。Ｌ１制御ループ４０２の初期ＧＥＯ距離オフセットは、Ｌ５制御ループ４０４のオフセットに接近している。Ｌ５符号制御ループ４１６ｂは、Ｌ１符号補償に続くことによって、Ｌ５制御ループの初期ＧＥＯ距離誤差を補償する。初期ＧＥＯ距離オフセット補償がＬ１制御ループ４０２で完了すると、論理フラグL1_init_offset_compensatedがＴＲＵＥに設定される。Ｌ５チップレートコマンドは、Ｌ１チップレートコマンドに続いて停止する。このアルゴリズムの擬似コードは、次の通りである。
【００７０】
【数６】
2009509165.tif 000008
【００７１】
ここで、L1_ init_offset_compensated変数は、初期ＧＥＯ  Ｌ１距離オフセット補償の完了を示す論理フラグである。この変数は、補償が完了した時はＴＲＵＥに設定され、補償が完了していない時はＦＡＬＳＥに設定される。
【００７２】
初期Ｌ１  ＧＥＯ距離オフセット補償が完了した時、Ｌ１推定距離レートは、真の距離レートの比較的正確な推定値となる。ＧＥＯ衛星Ｌ５トランスポンダオフセットが計算されていた場合で、且つ、Ｌ５距離カルマンフィルタ４０８ｂが収束していない場合には、一時的なＬ５距離レート（Ｌ１推定距離レート）を使用して、Ｌ５コマンドチップレートを計算する。これによって、距離レート誤差が最小にされ、したがって、符号搬送波ダイバージェンスが最小にされる。このアルゴリズムの擬似コードは次の通りである。
【００７３】
【数７】
2009509165.tif 000009
【００７４】
ここで、
L5_range_KF_range_covarはＬ５距離カルマンフィルタの共分散であり、
L5_range_KF_range_rate_covar(t)はＬ５距離カルマンフィルタの距離レート共分散であり、
L5_range_KF_range_covar_convergenceは予め定められた収束閾値であり、
L5_range_KF_range_rate_covar_convergenceは予め定められた収束閾値であり、
primary_mode_init_periodは予め定められた時間長であり、
L5_temporary_range_rateは推定距離レートである（以下に示す）。
Ｌ５周波数制御
初期ＧＥＯ  Ｌ１距離オフセット補償が完了すると、Ｌ１推定距離レートが、ＧＥＯ衛星のＬ５トランスポンダオフセットの計算において一時的なＬ５距離レートとして使用される。距離レート推定値による誤差は、Ｌ１推定距離レートが正確であるために最小にされる。このアルゴリズムの擬似コードは以下の通りである。
【００７５】
【数８】
2009509165.tif 000010
【００７６】
ここで、
L5_initial_taget_frequencyは初期化コマンド周波数と同一であり、
CU_lambda_L5_loopはＬ５パスにおけるＣバンドアップリンク信号の波長であり、
L5_lambdaはＬ５信号の波長であり、
L5_dopplerは受信機により測定されたドップラー（Ｈｚ）であり、
L5_doppler_outlier_thresholdは予め定められた閾値であり、
L5_doppler_storeは以前のL5_dopplerの値からなるアレイである。
【００７７】
ＧＥＯ衛星のＬ５トランスポンダオフセットが計算されると、安定状態制御モードに達するまで、以下の方法で、Ｌ５符号及び搬送波をコヒーレントに保つ。
【００７８】
【数９】
2009509165.tif 000011
【００７９】
ここで、
L5_nominal_CC_ratioは定数で１１５に等しく、
L5_command_chip_rateはＬ５符号制御機能で計算され、
L5_taget_freqはL5_command_frequencyとなるように制限される。
【００８０】
Ｌ５制御ループが安定状態制御モードに移行すると、変数L5_initial_frequency_controlはＦＡＬＳＥにリセットされる。
ＧＵＳＴスイッチオーバ後のＬ５符号搬送波コヒーレンスの維持
ＧＵＳＴスイッチオーバの直後のＬ５符号搬送波コヒーレンスを維持するためのアルゴリズムは、Ｌ５周波数制御ループ４１８ｂで実施される。
【００８１】
上述したように、Ｌ５擬似距離ジャンプが、ＧＵＳＴスイッチオーバ後に起こる可能性がある。制御ループは、この擬似距離ジャンプを即座に補償する。符号制御ループ４１６ｂがそれを行っている間、周波数補償は、符号及び搬送波のダイバージェンスが制限を超えないように符号補償と一致していなければならない。
【００８２】
擬似距離ジャンプが補償されている間、符号搬送波をコヒーレントに保つアルゴリズムの擬似コードは次の通りである。
【００８３】
【数１０】
2009509165.tif 000012
【００８４】
ここで、L5_static_transponder_offsetは、ＧＵＳＴスイッチオーバ前の旧１次ＧＵＳＴによって推定され、
saved_L5_range_KF_range_rateは、ＧＵＳＴスイッチオーバが起こる前にＬ５距離カルマンフィルタによって推定されたＧＥＯ距離レートである。
【００８５】
Ｌ５制御ループが安定状態制御モードに移行すると、変数L5_switchover_initial_frequency_controlがＦＡＬＳＥにリセットされる。
本発明の別の態様では、Ｌ１信号とＬ５信号との間のディファレンシャルバイアスのリアルタイム推定が提供される。Ｌ１信号及びＬ５信号の双方の電離層遅延及び電離層遅延レートの推定値が、ＧＵＳＴ制御ループによって使用される。電離層遅延の推定は、図４のフィルタ４０６ａ、４０６ｂ等のＬ１カルマンフィルタ及びＬ５カルマンフィルタを使用して行われる。Ｌ１、Ｌ５電離層フィルタ４０６ａ、４０６ｂへの入力は、たとえば、所定のＬ１ダウンリンク遅延値、Ｌ５ダウンリンク遅延値、Ｌ１擬似距離値、及びＬ５擬似距離値を含む。ＧＵＳＴ制御ループは、Ｌ１擬似距離とＬ５擬似距離との差及び所定のＬ１ダウンリンク遅延と所定のＬ５ダウンリンク遅延との差をスケーリングし、これらの結果をカルマンフィルタの測定値として使用する。Ｌ１信号とＬ５信号との間のディファレンシャルバイアスは、電離層遅延の不正確な推定になる場合がある。
【００８６】
Ｌ１信号とＬ５信号との間のディファレンシャルバイアスは、受信機の２つの独立した信号ジェネレータチャネル、２つの独立した衛星トランスポンダ、ダウンリンクパスのケーブル遅延、並びに受信機におけるＬ１チャネルとＬ５チャネルとの間のバイアスの使用等の多数の因子によって存在する場合がある。これらの誤差のソースは、アップリンクパスバイアス及びダウンリンクパスバイアスとしてカテゴリー化することができる。ディファレンシャルバイアスは、電離層カルマンフィルタには電離層遅延として見える。このディファレンシャルバイアスを補償しない場合、ＧＵＳＴ電離層遅延推定値は、正確でなくなる可能性がある。電離層遅延の不正確な推定によって、制御ループ誤差又はＧＥＯ信号符号位相偏移が生じる。
【００８７】
ＧＵＳＴ制御ループが補償を行うために、このバイアスが求められるべきである。しかしながら、ディファレンシャルバイアスのソースを容易に特定することが可能でない場合がある。換言すれば、推定メカニズムは、誤差のどれくらいの量がアップリンクパスからのものであり、誤差のどれくらいの量がダウンリンクパスからのものであるかを区別することができない場合があり、合成のディファレンシャルバイアスのサイズの推定値のみが求められる。
【００８８】
本発明の一態様によれば、ディファレンシャルバイアスtau_l1l5は、推定されたＬ１電離層遅延（カルマンフィルタ推定値）をＧＥＯ勾配電離層遅延（変数Wiono）と比較することによって求めることができる。ＧＥＯ勾配電離層遅延は、ＷＡＡＳメッセージの電離層格子点（ＩＧＰ（Ionospheric Grid Point））情報から計算される。ＧＥＯ勾配電離層遅延（Wiono）の詳細な計算は、既知であり、RTCA社によるRTCA/DO-229C, Minimum Operational Performance Standards for Global Positioning System/Wide Area Augmentation System Airborne Equipment, 28 November 2001のセクションＡ４．４．１０に記載されている。この文献は、参照により本明細書に援用される。
【００８９】
一実施形態では、Ｌ１／Ｌ５バイアス推定tau_l1l5の計算は、ＧＵＳＴが１次モードになった時にのみ行われる。推定メカニズムがＧＥＯ勾配電離層遅延を基準として使用するための条件の１つは、σ２ＵＩＶＥ，ＧＥＯ（以下、シグマＵＩＶＥと呼ぶ。すなわち、擬似コードにおけるgeo_uive）の平方根が、最後の更新時のその値に許容誤差を加えたもの以下であることである。ここで、ＵＩＶＥとは、ユーザ電離層垂直誤差（User Ionospheric Vertical Error）をいい、σ２ＵＩＶＥ，ＧＥＯは、ＧＥＯ勾配電離層遅延の精度を反映する。シグマＵＩＶＥが前の値に許容誤差を加えたもの以下であるときにＧＥＯ勾配電離層遅延を使用してＬ１／Ｌ５バイアス推定を更新することによって、この推定は、前の更新と比較して同じ又はより良い精度を有することになる。
【００９０】
図５は、本発明によるＬ１／Ｌ５バイアス推定を有する１つの例示的な実施形態を示している。図４の一定の要素及び参照符号が参照される。図４では、同じ参照符号は同じ要素を示している。一般に、Ｌ１／Ｌ５バイアス推定器４１４は、Ｌ１／Ｌ５バイアス推定値をＬ１制御ループ４０２及びＬ５制御ループ４０４に提供する。
【００９１】
ＷＡＡＳ主局５００は、ＷＡＡＳメッセージを提供する。このＷＡＡＳメッセージは、ＧＥＯ勾配電離層遅延を計算し、ＧＥＯ衛星のユーザ電離層垂直誤差（ＵＩＶＥ）を計算するためにＧＵＳＴプロセッサ５０２によって使用される電離層格子点（ＩＧＰ）情報を含む。σ２ＵＩＶＥ，ＧＥＯデータ５０４及びＧＥＯ勾配電離層遅延データ５０６は、Ｌ１／Ｌ５バイアス推定器４１４に提供される。Ｌ１制御ループ４０２は、推定されたＬ１電離層遅延及びＬ１電離層遅延レートの情報をバイアス推定器４１４に提供する。加えて、Ｌ１距離フィルタ４０８ａ及びＬ５距離フィルタ４０８ｂは、Ｌ１フィルタ収束ステータス並びにＬ１及びＬ５の初期オフセット補償ステータスの形でバイアス推定器４１４にステータスを提供する。Ｌ１電離層フィルタ４０６ａ及びＬ５電離層フィルタ４０６ｂは、Ｌ１及びＬ５の電離層レート収束ステータス並びにＬ１電離層共分散収束ステータスの形でステータスを提供する。
【００９２】
図５に示すように、ＧＵＳＴが１次モードである場合に、Ｌ１／Ｌ５バイアス推定値は、以下のように、Ｌ１／Ｌ５バイアス推定器４１４によってＬ１制御ループ４０２及びＬ５制御ループ４０４に提供される。
（Ａ）以下の条件、即ち
（１）シグマＵＩＶＥがgeo_usable_uive（シグマＵＩＶＥ閾値）よりも小さい、
（２）シグマＵＩＶＥがgeo_uive_store（前のシグマＵＩＶＥ値）に許容誤差を加えたもの以下である、
（３）Ｌ１距離フィルタが収束する、
（４）Ｌ１電離層レート及び共分散収束が収束する、
（５）Ｌ５電離層レートが収束する、
（６）Ｌ１初期オフセット補償が完了する、
（７）Ｌ５初期オフセット補償が完了する場合、
以下を実行する。
【００９３】
【数１１】
2009509165.tif 000013
【００９４】
（Ｂ）tau_l1l5_storeが０でないとき、L1/L5バイアスを次のように推定する。
【００９５】
【数１２】
2009509165.tif 000014
【００９６】
tau_l1l5は、L1/L5バイアス推定値である。
L1/L5バイアス推定のメカニズムを以下に擬似コードで示す。
【００９７】
【数１３−１】
2009509165.tif 000015
【００９８】
【数１３−２】
2009509165.tif 000016
【００９９】
【数１３−３】
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【０１００】
本発明の例示的な実施形態を説明してきたが、それらの実施形態の概念を組み込んだ他の実施形態も使用できることが今や当業者に明らかであろう。したがって、本明細書に含まれる例示的な実施形態は、特許請求の範囲の趣旨及び範囲によってのみ限定されるべきである。本明細書で引用されたすべての刊行物及び参考文献は、参照により本明細書に全体が明確に援用される。他の実施形態も、特許請求の範囲の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明によるＧＥＯアップリンクサブシステム（ＧＵＳ）を有するＷＡＡＳシステムの図的表現である。
【図２】本発明による時計ステアリングを有するＧＵＳＴを示す図である。
【図３】本発明による１つの例示的な時計ステアリングメカニズムの概略図である。
【図４】ＧＥＯアップリンクサブシステムタイプ１（ＧＵＳＴ）のブロック図である。
【図５】本発明によるＬ１／Ｌ５バイアス推定を有するシステムのブロック図である。
【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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【国際調査報告】
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