【誤訳訂正書】
【提出日】平成19年5月21日(2007.5.21)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  未知の信号の発信源を位置探知するための方法および装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  （ａ）個々の信号中継局（１４、１６）を介して、未知の信号の複製を受信するための複数の受信局（１８）を配置するステップと、
（ｂ）複製を相関処理の対象とするステップを含む、
複数の信号中継局によって受信される未知の信号の発信源の位置を探知する方法であって、
ステップ（ｂ）の相関処理が、発信源および受信局に対する中継局の動きによる、時間に関する複製の差分周波数オフセット（ＤＦＯ）における変化に対して、少なくとも部分的に補償された複素相関関数（ＣＣＦ）を以って行われることを特徴とする方法。
【請求項２】  ステップ（ｂ）の相関処理が、複製間に試行時間オフセットを導入すること、および、それらの相関を評価すること、および、相関の最大値を得るため、および、複製の差分時間オフセット（ＤＴＯ）およびＤＦＯの少なくとも１つを導出するためにこれを反復することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】  ステップ（ｂ）の相関処理が、一定のＤＦＯ値である第１項、および、時間と時間に関するＤＦＯの変化率についての一定値すなわち一定の差分周波数率オフセット（ＤＦＲＯ）値との積である第２項を有する時間の関数の指数を含むＣＣＦを以って行われ、ここで、ステップ（ｂ）は、同じく、相関の評価に先立って、ＤＦＲＯに対応する試行値を導入すること、および、他のタイプのそれぞれに対して１つのタイプの試行値を繰り返すこと、および、相関の最大値を得るために適切なＤＦＲＯ値を決定することを含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】  ステップ（ｂ）の相関処理が、位相が適合され、時間膨張を打ち消すためにデータの複製または除去の対象とされるデータセットを以って行われることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】  相関される２つのデータセットの１つにあるサンプルが、位相係数を乗じる除去サンプルに続くサンプルによって、または、そのような係数を乗じる複製サンプルを含み、かつ、これに続くサンプルによって同位相で適合され、位相係数は、２つのデータセットのどちらが適合されるかおよび時間に関するＤＴＯの変化の符号に従ってｅ２πｉｆΔｔまたはｅ−２πｉｆΔｔのいずれかとなり、ここで、ｆはサンプリングのためのダウンコンバートの後のサンプルの信号帯域中央周波数であり、Δｔは連続するサンプル間の間隔であることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】  サンプルが、サンプルが得られた間隔にわたって広がった相関関数の時間次元に基づいて、場合に応じて除去または複製するために選択されることを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】  サンプルが、少なくとも以下のｔｍについての二次方程式、
【数１】
2003507747.tif 000001
に対する線形近似に基づいて、場合に応じて除去または複製するために選択され、ここで、ｔｍは複製された、または除去されたｍ個目のサンプルまでの時間であり、ｍは時間ｔｍまでに複製されたまたは除去されたサンプルの数であり、τｍは時間ｔｍまでの総時間膨張であり、Δｔは連続するサンプル間の時間間隔であり、λはサンプリング帯域の中央周波数における自由空間波長であり、パラメータｂ１’は周波数のいかなる系統的エラーに対しても訂正された、サンプリングの開始におけるＤＦＯの見積もり値であり、ｂ２は時間に関するＤＦＯの変化率の半分であることを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。
【請求項８】  相関関数が、
【数２】
2003507747.tif 000002
によって与えられるＣＣＦと呼ばれる複素相関関数であり、ここで、ｚ１およびｚ２は相関する２つの信号を表すデータセットであり、アスタリスクはｚ１の複素共役を示し、Ｔはこれにわたってサンプルを取る時間であり、τ０はＤＴＯの時間変化しない成分であり、ｂ１およびｂ２は、時間ｔに関するＤＦＯの変化についての式、
【数３】
2003507747.tif 000003
にある定数であり、
ＣＣＦは、中でも、これに、ｂ２の試行値を、および時間膨張を打ち消すために加えられたまたは除去されたサンプル値を含むように適合されるバージョンのｚ１およびｚ２を挿入することにより、最大化されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】  ＤＦＯに対して、ＣＣＦの最大値が生じる周波数オフセットとして得られるｂ１を与えるために、ステップ（ｂ）の各反復の後、ｚ１＊（ｔ）ｚ２（ｔ＋τ０）ｅｘｐ（−２πｉｂ２ｔ２）の積が、周波数領域にフーリエ変換されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】  複数の信号中継局（１４、１６）によって受信された未知の信号の発信源（１０）の位置を探知するために、
（ａ）個々の信号中継局（１４、１６）を介して、未知の信号の複製を受信するための複数の受信局（１８）と、
（ｂ）複製を相関させるための、および、複製のＤＴＯおよびＤＦＯの少なくとも１つを示す相関最大値を得るための相関プロセッサ（３０）
を含む位置探知装置であって、
相関プロセッサ（３０）が、発信源および受信局に相対した中継局の動きによる、時間に関するＤＦＯの変化に対して少なくとも部分的に補償された複素相関関数（ＣＣＦ）を以って、相関を行うように構成されることを特徴とする装置。
【請求項１１】  相関プロセッサ（３０）が、複製間に試行時間オフセットを導入し、それらの相関を評価し、およびこの手順を相関の最大値を得るために反復するように構成されることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】  相関プロセッサ（３０）が、ＤＦＯの定数値である第１項、および、時間と時間に関するＤＦＯの変化率に対する定数値すなわち一定した差分周波数率オフセット（ＤＦＲＯ）の値との積である第２項を有する時間の関数の指数を含むＣＣＦを使用するように構成される装置であって、相関プロセッサ（３０）は、同様に、ＤＦＲＯの試行値を導入するように、および、相関の最大値を得ることを可能にするＤＦＲＯ値を決定するためにＤＴＯおよびＤＦＲＯの試行値の組に対する相関を繰り返し評価するように構成されることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】  相関プロセッサ（３０）が、位相が適合されかつ時間膨張を打ち消すためにデータの複製または除去の対象とされるデータセットを以って、相関を行うよう構成されていることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】  相関プロセッサ（３０）が、除去サンプルに続くサンプルに位相係数を乗じること、または、複製サンプルおよびこれに続くサンプルにそのような係数を乗じることによって、相関されるデータサンプルの２つのセットの１つを同位相で適合するように構成され、位相係数が、２つのデータセットのどちらが適合されるかおよび時間に関するＤＴＯの変化の符号に従ってｅ２πｉｆΔｔまたはｅ−２πｉｆΔｔのいずれかとなり、ここで、ｆは、サンプリングのためのダウンコンバートの後のサンプルの信号帯域中央周波数であり、Δｔは、連続するサンプル間の間隔であることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】  相関プロセッサ（３０）が、サンプルが得られる間隔にわたって広がる相関関数の時間次元に基づいて、除去または複製のためのサンプルを選択するように構成されることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】  相関プロセッサ（３０）が、ｔｍ２に関する二次方程式、
【数４】
2003507747.tif 000004
の少なくとも線形項に基づいて、除去および複製するためにサンプルを選択するように構成され、ここで、ｔｍはサンプリングの開始から、ｍ個目の複製または除去されるサンプルまでの時間であり、ｍは時間ｔｍまでに複製または除去されるサンプルの数であり、τｍは時間ｔｍまでの総時間膨張であり、Δｔは連続したサンプル間の時間間隔であり、λはサンプリング帯域の中央周波数における自由空間波長であり、ｂ１’は周波数のいかなる系統的エラーを訂正したサンプリングの開始におけるＤＦＯの見積もり値であり、ｂ２は時間に関するＤＦＯの変化率の半分であることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１７】  ＣＣＦが、
【数５】
2003507747.tif 000005
によって与えられ、ここで、ｚ１およびｚ２は相関されている２つの信号を表すデータセットであり、アスタリスクはｚ１の複素共役を示し、Ｔはサンプルが取られた時間であり、τ０はＤＴＯの時間変化しない成分であり、ｂ１およびｂ２は時間ｔに関するＤＦＯの変化についてのＤＦＯのための式、
【数６】
2003507747.tif 000006
にある定数である装置であって、
相関プロセッサ（３０）が、ＣＣＦを、時間膨張を打ち消すために複製または除去されたサンプル値を含むように適合されたバージョンのｚ１およびｚ２とともに、τ０の試行値に加えて、ｂ２の試行値でＣＣＦを評価することによって、最大化するように構成されることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】  相関プロセッサ（３０）が、ＣＣＦ最大値が生じる周波数オフセットとしてＤＦＯｂ１を得るために、連続する積ｚ１＊（ｔ）ｚ２（ｔ＋τ０）ｅｘｐ（−２πｉｂ２ｔ２）を、周波数領域にフーリエ変換するように構成されることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、複数の信号中継局によって受信された未知の信号の発信源の位置を探知するための方法および装置に関する。
【０００２】
航空宇宙および電子システムに関する１９８２年３月の米電気電子学会（ＩＥＥＥ）会報、ＡＥＳ−１８巻、第２号において、Ｐ  Ｃ  Ｃｈｅｓｔｎｕｔは、地上を拠点とした通信アンテナなど、未知の信号の発信源を位置探知する基本的技術を説明している。この技術は、対地静止軌道すなわち対地同期軌道上の中継衛星の形を取るそれぞれの代行受信（intercept)プラットフォームによって、発信源から受信局に中継される２つの信号の到着時間差（ＴＤＯＡ）および／または到着周波数差（ＦＤＯＡ）の決定を含む。信号は、衛星によって受信局に、２つの独立した単独経路、すなわち、地上から衛星、さらに地上への経路に沿って中継される。一方の衛星は、発信源アンテナの放射パターンの主ビームすなわち主ローブ内に位置し、他方の衛星は、副ローブ内に位置する。各衛星は、発信源からの信号（アップリンク）を受け入れ、ターンアラウンド発振器を使用してその周波数をシフトし、周波数シフトされた等価物（ダウンリンク）を地上の受信局に戻す。２つの信号経路の長さは、通常等しくなく、これにより、受信局における２つの信号到着時間がＴＤＯＡの値だけ異なる。ＦＤＯＡは、地球および衛星同士に相対する中継衛星の動きによるものであり、そのドプラ効果で、双方のダウンリンク信号の周波数がシフトする。２つの衛星および受信衛星の位置は知られており、一定のＴＤＯＡまたはＦＤＯＡの点の軌跡は、ＴＤＯＡまたはＦＤＯＡそれぞれの場合で「位置の線（ＬＯＰ）」と呼ばれる曲線を規定するように地球の表面を切断する面である。異なった時刻におけるＴＤＯＡまたはＦＤＯＡの２つの測定値、またはＴＤＯＡまたはＦＤＯＡの各測定値の１つの１つまたは複数の時刻におけるものは、位置が探知される発信源の位置において交差する２つのＬＯＰを与える。
【０００３】
ＴＤＯＡは、差分時間オフセット（ＤＴＯ）とも呼ばれ、ＦＤＯＡは、差分周波数オフセット（ＤＦＯ）または差分ドプラシフトとも呼ばれる。
【０００４】
２つの受信信号からＴＤＯＡおよびＦＤＯＡを決定する技術は、音声および信号処理に関する１９８１年６月のＩＥＥＥ会報（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．ｏｎ  Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ  Ｓｐｅｅｃｈ  ａｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）、ＡＳＳＰ−２９巻、第３号における、Ｓ  Ｓｔｅｉｎ著「相関関数処理のためのアルゴリズム（Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」と題された論文において説明されている。これは、２つの中継衛星を組み込み、ＴＤＯＡおよびＦＤＯＡの両方の測定値を使用する送信局位置探知システムに関する米国特許第５，００８，６７９号にも説明されている。この技術は、信号間の相関の程度を、信号同士を乗じて、その積を積分することによって導出することを含む。試行相対時間シフトおよび周波数オフセットは、信号間のシークエンスに導入され、それらの相関は、それぞれについて決定される。相関を最大化する時間シフトおよび周波数オフセットは、必要なＴＤＯＡおよびＦＤＯＡとなるよう取られ、衛星トランスポンダでの信号の伝播遅延、および、衛星および処理における周波数シフトに対する訂正を受ける。
【０００５】
相関の程度は、以下の等式によって定義される、Ｓｔｅｉｎによって相互あいまいさ関数すなわちＣＡＦＡ（τ，ν）と呼ばれるものから決定される。
【数７】
2003507747.tif 000007
【０００６】
Ａ（τ，ν）は、受信局における受信後に、処理中に、２つの信号ｚ１（ｔ）とｚ２（ｔ）との間に、試行時間シフトτおよび試行周波数シフトνを導入した後の、２つの信号ｚ１（ｔ）とｚ２（ｔ）［複素数、すなわち実信号ｓ１（ｔ）およびｓ２（ｔ）の解析的なもの］の積の積分である。ｚ１＊（ｔ）におけるアスタリスクは、共役複素数を示す。Ａ（τ，ν）の絶対値の最大値、すなわち｜Ａ（τ，ν）｜が得られると、これは２つの変数τおよびνの関数として表面｜Ａ（τ，ν）｜における相関のピークとなり、ピークについてのτおよびνの値は、必要なＴＤＯＡおよびＦＤＯＡである。
【０００７】
米国特許５，００８，６７９のシステムは、衛星の位置および速度を正確に知ることを必要とし、地上局および衛星の発振器において、高度に安定した位相を必要とする。これは、地球の赤道面に対して衛星軌道が傾いているために帯域幅の制限があり、同じサイトにある、共通した時間差および周波数差を有する２つの受信局を必要とする。
【０００８】
ＷＯ  ９７／１１３８３として公表されている、特許協力条約に基づく国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ９５／０２２１１号は、未知の信号と同じ衛星中継局を介して通過し、この信号と揃った位相で処理される基準信号を採用する送信局位置探知システムに関する。この基準信号は、初期の技術が受けるいくつかのエラーおよび限界の源を除去し、広範な条件範囲のもとで使用するために改善された精度および能力を得るために使用する。この改良にもかかわらず、驚くべきことに、ＣＡＦ表面｜Ａ（τ，ν）｜における相関のピークを見分けることが不可能なことがときどきある、すなわち、確認できるもの全てが雑音であることが見出されている。
【０００９】
広帯域手法を使用してエラー源を打ち消すための、関連するが異なった技術は、Ｗｅｂｂｅｒ他への米国特許第５，５９４，４５２号に開示されている。
【００１０】
本発明の目的は、送信局位置探知のための代案となる方法および装置を提供することである。
【００１１】
本発明は、
（ａ）個々の信号中継局を介して、未知の信号の複製を受信するための複数の受信局を配置するステップと、
（ｂ）複製を相関処理の対象とするステップを含む、
複数の信号中継局によって受信される未知の信号の発信源の位置を探知する方法であって、
ステップ（ｂ）の相関処理が、発信源および受信局に相対した中継局の動きによる、時間に関する複製の差分周波数オフセット（ＤＦＯ）における変化に対して、少なくとも部分的に補償された複素相関関数（ＣＣＦ）を以って行われることを特徴とする方法を提供する。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態において、ステップ（ｂ）の相関処理は、同様に、位相が適合され、発信源および受信局に対する中継局の動きから生じる時間の膨張を打ち消すためのデータの複製または除去の対象となるデータセットを以って行われる。
【００１３】
上記に示すように、従来技術のあいまいさ関数を使用して、相関ピークを得ることに失敗する理由は、発信源および受信局に対する中継局の動きによるものであることが見出されている。これは、特に対地静止衛星中継局について、非常に驚くべきことである。なぜなら、それらの動きは、測定周期にわたって一定であるとしてこれまで扱われてきており、このことは、今度はそれがサイトにおける全ての測定値に等しく影響を及ぼすことを示唆しているからである。衛星の動きだけでは、いくつかの場合に得られる相関のピークをもたらすことは予想されないが、他の要素があれば予想される。このことにもかかわらず、本発明によれば、信号の相関は、中継局衛星を発信源および受信局に結び付ける線に沿った中継局衛星の速度および加速度成分によって影響され、このことが、複製のＤＦＯおよび差分時間オフセット（ＤＴＯ）を時間依存にすることをもたらすことが発見されている。ＤＦＯの変動は、上記に示すように、相関関数を適合することによって補償することができ、ここで、必要なＤＴＯの変化は、同じく、データサンプルを適合することによって補償することができる。
【００１４】
ステップ（ｂ）の相関処理は、複製間に試行時間オフセットを導入すること、およびそれらの相関を評価すること、および相関最大値を得るためおよび複製のＤＴＯおよびＤＦＯの少なくとも１つを導出するために、これを反復することを含むことができる。これは、一定のＤＦＯ値である第１項、および、時間と時間に関するＤＦＯの変化率についての一定値すなわち一定の差分周波数率オフセット（ＤＦＲＯ）値との積である第２項を有する時間の関数の指数を含むＣＣＦを以って、行うことができ、ここで、ステップ（ｂ）は、同じく、相関の評価、および、他のタイプのそれぞれに対する１つのタイプの試行値の反復に先立って、ＤＦＲＯに対応する試行値を導入すること、他のタイプのさらに多くの値について繰り返すこと、および、時間に関するＤＦＯの変化に対して、少なくとも部分的に補償するために適切なＤＦＲＯ値を決定することを含む。
【００１５】
ＣＣＦは、以下の等式によって与えられるＡ（τ０，ｂ１，ｂ２）として表すことができる。
【数８】
2003507747.tif 000008
【００１６】
ここで、ｚ１およびｚ２は異なった経路を横切った後に相関される２つの信号を表すデータセットであり、アスタリスクはｚ１の複素共役を示し、Ｔはデータセットが取られた時間であり、τ０は信号のＤＴＯであり、ｂ１およびｂ２は、以下のような、時間ｔに関するそれらのＤＦＯの変化に対する線形近似における定数である。
【数９】
2003507747.tif 000009
【００１７】
ここで、ｂ１はデータ記録の開始における初期定数ＤＦＯ値であり、２ｂ２は上記に定義されたＤＦＲＯである。
【００１８】
ＤＦＯ定数値ｂ１は、ステップ（ｂ）の各反復の後の周波数領域（すなわち、ｂ１の項を無視して）への等式（２）のｚ１＊（ｔ）ｚ２（ｔ＋τ０）ｅｘｐ（−２πｉｂ２ｔ２）の積のフーリエ変換によって決定することができ，ｂ１はＣＣＦ最大値が生じる周波数として付随的に決定される。これは、必要な計算を低減する。なぜなら、これは、ｂ１の試行値を介したステップを取ること、および、それぞれについてＣＣＦを再評価することを回避するからである。Ｎ個のサンプルのデータセットについて、これは、Ｎ２からＮｌｏｇｅＮオーダで計算の数を低減し、実質的な低減は大きなＮ〜１０６である。
【００１９】
相関は、位相およびサンプル数が適合されたサンプルデータセットを以って行うことができ、サンプルは、データセットが、適合（ｚ１またはｚ２）のために選択され、および、また同様に、データセットに関連した時間に関するＤＴＯの変化率の符号（ｓｉｇｎ）に対しても選択されるセットに複製され、または、これから除去される。相関される２つのデータセットの１つにあるデータサンプルは、位相係数を乗じる除去サンプルに続くサンプルによって、または、そのような係数を乗じる複製サンプルを含み、および、これに続くサンプルによって同位相に適合してもよく、位相係数は、２つのデータセットのどちらが適合されるか、および、時間に関するＤＴＯの変化の符号に従ってｅ２πｉｆΔｔまたはｅ−２πｉｆΔｔのいずれかとなり、ここで、ｆはサンプリングのためのダウンコンバートの後のサンプルの信号帯域中央周波数であり、Δｔはサンプル間の間隔である。
【００２０】
サンプルは、この代わりに、以下の等式に基づいて除去および複製に対して選択することもできる。
【数１０】
2003507747.tif 000010
【００２１】
ここで、ｔｍはサンプリングの開始から、改変のために選択されたｍ個目のサンプルまでの時間であり、ｍは選択数であり、Δｔはサンプリング間隔であり、τｍは（サンプリング間隔の数として表された）時間の膨張であり、λは受信局サイトにおけるいかなる周波数ダウンコンバートの後の信号サンプリング帯域の中央周波数における波長である。パラメータｂ１’は、基準番号を使用して見積もられた訂正を導出することによって、打ち消されたいかなる系統的なエラー（例えば、衛星中継局における周波数シフト）も備えたＤＦＯ（ｂ１）の見積もり値である。パラメータｂ１’は、この代わりに、これの試行値を使用すること、および、ＣＣＦの最大値が得られるまでのＣＣＦの係数を計算することによって導出することもできる。上記の等式において、ｂ２を独立したパラメータとして利用することも可能であり、これによって、ＤＦＯの時間膨張と時間変動とを分離する。等式（４）は、時間の膨張が、データセットｚ１およびｚ２がΔｔの連続する漸増によってステップの外に出ることをもたらす回数を決定するために、ｔｍについて解く。時間膨張の影響がさほど重大ではない場合、線形近似は、等式（４）のｔｍ２の項を削除することによって採用することができる。
【００２２】
代案となる態様において、本発明は、複数の信号中継局によって受信された未知の信号の発信源の位置を探知するために、
（ａ）個々の信号中継局を介して、未知の信号の複製を受信するための複数の受信局と、
（ｂ）複製を相関させるため、および、それらのＤＴＯおよびＤＦＯの少なくとも１つを示す相関最大値を得るための相関プロセッサ
を含む位置探知装置であって、
相関プロセッサが、発信源および受信局に対する中継局の動きによる、時間に関するＤＦＯの変化に対して少なくとも部分的に補償された複素相関関数（ＣＣＦ）を以って、相関を行うように構成されることを特徴とする装置を提供する。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態において、相関プロセッサは、また、位相が適合され、発信源および受信局に対する中継局の動きから生じる時間の膨張を打ち消すための複製または除去の対象となるデータセットを以って、相関を行うようにも構成される。
【００２４】
この相関プロセッサは、ＤＦＯ定数値である第１項、および、時間と、時間に関するＤＦＯの変化率に対する定数値すなわち一定した差分周波数率オフセット（ＤＦＲＯ）の値との積である第２項を有する時間の関数の指数を含むＣＣＦを採用するように構成することもでき、ここで、相関プロセッサは、また、ＤＦＲＯの試行値を導入するよう、および、相関の最大値を得るために、ＤＴＯおよびＤＦＲＯの試行値の組について、相関を繰り返し評価するようにも構成される。
【００２５】
相関プロセッサは、複製間に試行時間オフセットを導入し、それらの相関を評価し、相関の最大値を得るために、これを反復するように構成することもできる。これは、位相およびサンプルの数が適合されたサンプルデータセットを採用することができ、サンプルは、適合（ｚ１またはｚ２）に対してどちらのデータセットが選択されるか、および、データセットに関連した、時間に関するＤＴＯの変化率の符号にも従って、このセットに複製される、または、これから除去される。これは、除去されたサンプルに続くサンプルを位相係数を乗じることによって、または、複製されたサンプルを含み、それに続くサンプルをこの係数を乗じることによって、２つのデータセットの１つにあるサンプルを適合するように構成することもでき、位相係数は、２つのデータセットのどちらが適合されるか、および、時間に関するＤＴＯの変化の符号に従って、ｅ２πｉｆΔｔまたはｅ−２πｉｆΔｔのいずれかとなり、ここで、ｆはサンプリングのためのダウンコンバート後のサンプルの信号帯域中央周波数であり、Δｔはサンプル間の間隔である。
【００２６】
相関プロセッサは、サンプルが得られた間隔にわたって広がった相関関数の時間の次元に基づく除去および複製のためのサンプルを選択することができる。ＣＣＦのピークが、時間膨張の補償のないデータから得られる場合は、相関が延長する時間が見積もられる。選択されたデータセットは、データセットｚ１またはｚ２が調整されているかどうかに従った、また、時間膨張が正方向か負方向であるかにも従ったサンプルの除去または挿入によって、収縮または拡大してもよい。この代わりに、相関プロセッサは、上記の等式（４）またはこの線形近似に基づいて、除去および複製のためのサンプルを選択することもできる。
【００２７】
本発明をより完全に理解するために、例示のみの目的で、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００２８】
図１を参照すると、米国１１に位置する未知の送信局１０は、衛星通信と干渉を起こす信号を発生する。この送信局１０は、対地静止軌道上の第１の衛星１４に向けられた副ローブ１２Ａを含む放射強度パターン１２を有し、これに対して、送信局１０の信号が、第１のアップリンク経路ｌ１ｕ（点線）に沿って伝播する。これは、また、そのような軌道上の第２の衛星１６に向けられた放射パターン主ローブ１２Ｂも有し、その信号は、第２のアップリンク経路ｌ２ｕに沿って衛星１６へ伝播し、第２の経路を使用して通信信号と干渉を起こす。未知の信号の周波数は、衛星チャンネルを定常的にモニタしているスペクトル解析設備によって決定される。Ｋｕ帯域（１１〜１４ＧＨｚ）で稼働する典型的な通信衛星は、それぞれ３６ＭＨｚの幅を持つ１６個のチャンネルを有し、そのそれぞれは、１００の通信信号を搬送することができる。経路の参照記号であるｌ１ｕおよびｌ２ｕの肩文字「ｕ」は、未知の送信局１０からのアップリンクを表す。
【００２９】
衛星１４および１６は、英国に位置する地上局アンテナ１８Ａおよび１８Ｂの形を取る個々の受信局によってモニタされており、まとめて受信局１８と呼ぶ。これらは、未知の送信局１０からの信号を受信し、それを、第１および第２のダウンリンク経路ｌ１ｄおよびｌ２ｄに沿って個々の受信局１８に再送信する。ここで、肩文字「ｄ」は、モニタ受信局へのダウンリンク経路を表す。受信局１８は、経路遅延、および、衛星の動きからのドプラ周波数シフトを含む未知の信号の個々の複製を受信する。受信機１８は、また、衛星１４および１６に、それぞれ基準信号も送信し、これらの信号は、最初に送信された時にともに位相固定された互いの複製である。衛星１４および１６は、基準信号の周波数シフトされた同等信号を個々の受信局１８に戻す。
【００３０】
既に説明された要素は、同じ参照番号が付けられた図２も、同時に参照すると、本発明によって打ち消される影響は、発信源／衛星／受信局の地理の模式図に示す。これらの影響は、対地同期した軌道上の衛星を使用して得られる、大きなデータセットの処理の実行可能性を調査するための実験において発見されていた。許容できる信号対雑音比を備えた相関のピークを得ることの失敗は、衛星の動きの特定の側面によるものであったことが見出されている。これは、非常に驚くべきことである。なぜなら、発信源および受信局に対する対地静止または対地同期衛星の動きは、今まで、発信源の地理的位置探知に必要な比較的短いサンプリング周期にわたって実質的に一定であるとして扱われてきており、このことは、１つのサイトにおけるその間隔における全ての測定値に対して、等しい影響を有することを示唆するからである。したがって、相関ピークを、いくつかの場合に対してのみ得られるようにすることに対して、衛星の動きのみが原因であることは期待できない。このことにもかかわらず、本発明によれば、信号の相関は、発信源および受信局に衛星を結びつける線に沿った衛星の速度および加速度成分によって影響を受けることが発見されている。後にさらに詳細に説明するように、これらの成分は、地理的位置探知の測定の間、相関を、いくつかの場合についてのみ得ることができるようにするために、異なった時刻では十分異なるものにできることが見出されている。
【００３１】
図２では、以下の表に定義される信号の時間遅延、および、関連する信号経路とともに、発信源１０および受信局１８の方向の衛星の速度および加速度（例えば、ｖｌｕ，ａｌｕ）の成分を含むパラメータを示すために矢印２０で印を付けた。本発明は、時間で変動するＤＦＯ、および、好ましくは時間で変動する時間膨張も打ち消す処理を含み、後者は、線形発信源時間軸２２および非線形受信局時間軸２４によって図２に示す。軸２２および２４は、衛星の動きのために、受信局１８に到着する連続する信号間に、時間で変化する時間分離すなわち膨張があることを示す。
【表１】
2003507747.tif 000011
【００３２】
図２は、宇宙の経路を通過し、時間で変化するドプラ効果の対象となる波形上に、本来は規則的に間隔を置いて配置される点に何が起きるかを示す。アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）は、受信された信号のサンプリングに使用され、ドプラ効果を受ける信号に、規則的なサンプルのセットを与える。これらのサンプルは、程度の異なるドプラ効果を受ける他のデータセットにおけるサンプルに対応するため、等式（２）におけるデータセットｚ１またはｚ２の１つにタイミング調整を必要とする。図２は、このことを表わしていない。しかし、代わりに示すことは、本来規則的に間隔を置いて配置される、波形上の点のアレーに対する差分ドプラ効果の結果である。膨張は、後に説明する４つの受信局チャンネルにわたって異なり、単一のチャンネルについて、２２で模式的に示す。
【００３３】
今度は、図３を参照すると、本発明の送信局位置探知システム（ＴＬＳ）のための信号処理システムを模式的に示し、一般に３０で示す。この図面は、模式的なものであり、全てのシステム特性を詳細には示していないことを強調する。これは、概略のみを説明する。なぜなら、送信局の位置探知は、米国特許第５，００８，６７９、および、公開されているＰＣＴ出願ＷＯ９７／１１３８３の従来技術に非常に詳細に説明されているからである。本明細書を読む者は、本発明による衛星の動きの補償を達成するための追加パラメータの測定、および、複素相関関数処理に関しては除いて、送信局の位置探知をどのようにして実施できるかの詳細な説明については、ＰＣＴ出願ＷＯ９７／１１３８３を参照されたい。
【００３４】
説明を簡略するため、処理システム３０は、装置の実際の物品に関してより、機能に関して描かれている。いくつかの要素は、複数の機能を包含し、別々に示す他は、単一の装置として一緒に実施してもよい。この処理システム３０は、４つのチャンネル３２ＡＲ、３２ＡＵ、３２ＢＲ、および、３２ＢＵを有する。接尾文字ＡおよびＢは、それぞれ受信局１８Ａおよび１８Ｂとの関連を示し、接尾文字ＲおよびＵは、それぞれ基準信号および未知の信号との関連を示す。成分は、チャンネルを区別する異なった接尾文字を備えた同様の参照番号を有する。チャンネルおよびそれらの成分は、いずれも、または、全てを区別せずに示すために接尾文字なしで、および、特定することが必要であれば、接尾文字を付けて参照される。受信局１８Ａは、チャンネル３２ＡＵおよび３２ＡＲに接続され、受信局１８Ｂは、チャンネル３２ＢＵおよび３２ＢＲに接続される。
【００３５】
各チャンネル３２は、周波数ダウンコンバートおよびアナログフィルタリングのための直列接続されたミキサ段３４、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）３６、および、同位相（ｉｎ−ｐｈａｓｅ）および位相が直交成分（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）を備えた複素同等信号への実信号の変換のための指数化段３８（Ｈ）を含む。ミキサ３４は、共通の局部発振器信号送出ＬＯに接続される。指数化段３８ＡＵおよび３８ＢＵからの出力は、第１の相関処理段４０Ｕへ通過し、指数化段３８ＡＲおよび３８ＢＲからの出力は、第２の相関処理段４０Ｒへ通過する。処理段４０Ｕおよび４０Ｒは、後に詳細に説明するパラメータ決定および相関関数処理を行う。未知の送信局１０の位置を探知するための地理的計算およびマッピングは、マッピング段４２において行われる。指数化段３８、相関処理段４０、および、マッピング段４２は、単一のコンピュータで実行してもよい。
【００３６】
処理システム３０は、以下のように動作する。受信局１８からの信号は増幅され、ミキサ段３４に供給され、ここで、その信号はフィルタリングされ、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換に適する中央周波数にダウンコンバートされる。ダウンコンバートは、それぞれの場合における関連信号周波数帯域を決定するため、および、Ａ／Ｄ段におけるエイリアシングを防止するためのフィルタリングを備えて、いくつかの段で行われる。ミキサ段３４ＡＵおよび３４ＢＵは、未知の信号を抽出するために同調され、ミキサ段３４ＡＲおよび３４ＢＲは、基準信号を抽出するために同調される。
【００３７】
ＡＤＣ３６は、量子化雑音の影響を最小限に抑えるために、自動レベル制御（ＡＬＣ）を使用して、個々のミキサ段３４から信号をサンプリングする。このように形成された信号サンプルは実数であり、指数化段３８は、これらのサンプルを、ヒルベルト変換を使用して解析的なすなわち複素数の形に変換する。特に、チャンネル３２ＡＵからの信号サンプルのセットｓ１（ｔ）は、分析的なサンプルセットｚ１（ｔ）に変換され、これは、続いて、セットｚ１＊（ｔ）を形成するために共役される。同様だが、共役のない手順に続き、チャンネル３２ＢＵがサンプルセットｚ２（ｔ）を作成する。未知の信号についてのこれらの２つの正則のサンプルセットは、次に、それらのＤＦＯおよびＤＴＯを決定するために、後に説明するように、４０Ｕにおいて、一緒に相関される。同様のサンプルセットは、基準信号について、３８ＡＲおよび３８ＢＲにおいて作成され、４０Ｒにおいて相関される。
【００３８】
複素サンプルの実数および虚数部分は、以下のように表される。すなわち、チャンネル３２ＡＵは（ｘ１（ｔｉ），ｙ１（ｔｉ））またはｚ１、チャンネル３２ＢＵは（ｘ２（ｔｉ），ｙ２（ｔｉ））またはｚ２、チャンネル３２ＡＲはｒ１（ｔｉ），ｓ１（ｔｉ））またはｐ１、チャンネル３２ＢＲは（ｒ２（ｔｉ），ｓ２（ｔｉ））またはｐ２である。
【００３９】
各相関処理段４０は、同じ元の信号の歪んだバージョンから、それぞれ得られた信号サンプルの２つのセットを相関させ、この歪みは、衛星中継局を介した伝播から発生する。すなわち、チャンネル３２ＡＵおよび３２ＢＵにおける未知の信号の２つのバージョンは、チャンネル３２ＡＲおよび３２ＢＲにおける基準信号の２つのバージョンであるため、互いに相関される。サンプルセットのそれぞれも、また、他のチャンネルからのサンプルセットの雑音成分から統計的に独立している雑音成分をも有する。
【００４０】
従来技術にあるように、この手順は、相関関数が最大値になるまで、調整可能なパラメータを相関操作に導入することによって、相関に使用されるサンプルセットを等化するためである。このパラメータは、発信源／衛星／受信局の地理的形状に関係する。基準信号は、未知の信号の雑音と相関された雑音を除去するために、従来技術におけるように使用され、基準信号源は、それに対して未知の発信源の位置が決定される参照点を提供する。しかし、従来技術では、含まれる各相関操作は、差分周波数オフセット（ＤＦＯまたはν）および差分時間オフセット（ＤＴＯまたはτ）の値を固定しただけであった。本発明においては、時間で変動するＤＦＯの式は、衛星の動きを補償するために使用され、必要なら、時間で変動するＤＴＯが打ち消される。衛星の動きがさほど激しくない場合は、時間で変動するＤＦＯのみに対して補償することによって、適切な結果を得ることが可能である。相関操作は、等式（１）の相関関数と異なった新しい相関関数を使用して、これを実施するために変更されている。この新しい関数は、これを既出の式と区別するために、複素相関関数またはＣＣＦと呼ばれる。これは、黄道に傾いた軌道上の対地同期衛星を使用して、時間で変動するＤＦＯを打ち消すために適する。これは、時間で変動するＤＴＯは、打ち消さず、それは、後に説明する異なった手順である。ＣＣＦは、便利のために以下に繰り返す前述の等式（２）によって与えられるＡ（τ０，ｂ１，ｂ２）として表される。
【数１１】
2003507747.tif 000012
【００４１】
ここで、ｚ１およびｚ２は相関されている２つの信号を表すデータサンプルのセットであり、アスタリスクはｚ１の共役複素数を示し、Ｔはサンプルが取られた時間であり、τ０は各信号の異なった経路による、信号間の差分時間オフセット（ＤＴＯ）の時間で変化しない成分であり、ｂ１およびｂ２は、ＤＦＯについての等式（３）の式にある定数である。
【数１２】
2003507747.tif 000013
【００４２】
定数ｂ１は測定のデータ記録開始時のＤＦＯの初期値であり、２ｂ２は差分周波数率オフセットまたはＤＦＲＯと呼ばれる、時間に関して変化するＤＦＯの変化率である。
【００４３】
等式（３）は、対地同期衛星の場合に、測定にわたるＤＦＯの変動が、しばしば、良い近似に対しては時間に関して線形であると仮定できるという本発明による発見を表す。時間に関するＤＦＯの変化が十分に非線形である場合、高次数の時間ｔ、すなわち、ｂ３ｔ２、ｂ４ｔ３などは、等式（３）のＤＦＯについての式に含めることができるが、ほとんどの状況では、これらは省略することができる。衛星代行受信プラットフォームの動きがこれを必要とする場合、それらは含まれるが、追加処理の犠牲を払う。パラメータτ０およびｂ２は、それぞれの試行値を等式（２）に挿入すること、ＣＣＦを評価すること、および、相関面｜Ａ（τ０，ｂ１，ｂ２）｜、すなわち、τ０、ｂ１、ｂ２の関数としてのＣＣＦの係数の最大値を見出すためのこの手順を繰り返すことによって決定される。ｂ１を繰り返すことは必要ではない。なぜなら、これは、後にさらに詳細に説明するように、周波数領域におけるＣＣＦのピークの位置からの検分によって決定されるからである。
【００４４】
相関関数Ａ（τ０，ｂ１，ｂ２）は、衛星中継局または代行受信プラットフォームが対地静止（ＧＥＯ）であり、大きなデータセットが必要である状況に適用でき、長いデータ収集時間およびＤＦＯの変化をもたらす。これは、同様に、他のタイプの代行受信プラットフォーム、例えば、航空機、ＧＥＯ−ＬＥＯ（低位地球軌道）、ＭＥＯ−ＭＥＯ（中位地球軌道）、および、ＬＥＯ−ＬＥＯの衛星の組み合わせが使用される状況にも適用できるが、付加的技術である時間膨張補償が、後に説明するように関連する。
【００４５】
さらに詳細には、等式（２）を使用する相関手順は、以下の通りである。遅延およびＤＦＲＯパラメータτ０およびｂ１が選択される。最初、これらのパラメータは、ゼロに設定されており、それぞれは、その後、独立した各段階で所定の範囲を介して漸増される。各ステップは、連続した信号サンプル間の時間Δｔによって決定された基本的な漸増の倍数（すなわち、サンプリング速度の逆数の倍数）である。サンプリング速度は、数字で言えば、ミキサ３４に組み込まれたローパスフィルタによって設定されたサンプリング帯域幅の２倍に等しい。
【００４６】
τ０およびｂ２におけるこの基本漸増は、ΔｔおよびΔｂ２とそれぞれ表され、Δｔ＝１／２ＢｓおよびΔｂ２＝１／２Ｔ２であり、ここで、ＢｓおよびＴは、それぞれサンプリング帯域幅およびＡＤＣ３６のサンプリング周期である。
【００４７】
選択された各値ＤＴＯτ０およびＤＦＲＯｂ２に対して、ｅｘｐ（−２πｉｂ２ｔ２）を乗じた、ｚ１＊（ｔ）ｚ２（ｔ＋τ０）の内積の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）は、これを、周波数領域に変換するために、行われる。これは、ＤＦＯｂ１が、ＣＣＦ関数の最大値が生じるその周波数オフセットとして、自動的に決定されることを可能にする。ＤＦＯの全ての値は、単一のＦＦＴ操作において説明される。したがって、ステップΔｂ１においてデルタｂ１を段階的に漸増し、各段階の後にＣＣＦを評価することは必要ない。ＦＦＴは、（τ０，ｂ２）の値の各セットに対して繰り返される。すなわち、τ０およびｂ２の第１の値が選択され、ｚ１＊（ｔ）ｚ２（ｔ＋τ０）ｅｘｐ（−２πｉｂ２ｔ２）のＦＦＴが評価される。これは、Δｔ＝１／２Ｂｓの各漸増段階におけるτ０の値の範囲について繰り返される。次に、ｂ２は、１つの０．００１ヘルツ／秒の漸増分（これは、通常便利な値である）だけ漸増され、τ０の値の範囲および関連するＦＦＴ評価が繰り返される。この手順は、τおよびｂ２の、それらの個々の範囲における全ての値が使用されるまで繰り返される。７．９ＧＨｚから８．４ＧＨｚのＳＨＦ周波数帯における操作について、ＧＥＯ衛星代行受信プラットフォームの場合、ｂ２の典型的な値は、０．０５Ｈｚ／秒であると見出された。複素相関関数（ＣＣＦ）の係数は、周波数領域において最大値を有し、この最大値におけるτ０およびｂ２の値は、必要なＤＴＯおよびＤＦＯを与える。これは、（τ０，ｂ１，ｂ２）の値の範囲について、ＣＣＦを評価する計算上効率的な方法を提供する。
【００４８】
前述の手順は、ＣＣＦの最大値を近似的に探知する。この探知の正確さは、複素あいまいさ関数（ＣＡＦ）に関連して上記に参照された国際特許出願ＷＯ９７／１１３８３に詳細に説明されている内挿によって、改善することができる。ＣＣＦの最大値についてのＣＣＦの係数（または、係数の二乗）の値の範囲を取り、ＤＴＯ、ＤＦＯ、および、ＤＦＲＯの値のより良好な見積もりを得るために内挿を使用する。
【００４９】
この手順は、発信源からの信号に対するτ０、ｂ１、およびｂ２の値の探知をもたらす。これは、基準信号に対して、対応する値τ０，ｒｅｆ、ｂ１，ｒｅｆ、ｂ２，ｒｅｆを得るために繰り返される。この手順は、等式（３）が参照する、ｔ＝０の時にデータ採集の開始においてＤＦＯが有した瞬間的な値に訂正されたＤＦＯを与える。
【００５０】
τ０およびτ０，ｒｅｆの値は、到着ＴＤＯＡｕのアップリンク時間差、すなわち、個々の衛星１４および１６への、未知の発信源１０からの２つの信号または複製の到着時刻間の差を決定するために使用される、ｂ１、ｂ１，ｒｅｆ、ｂ２、およびｂ２，ｒｅｆの値は、未知の信号および基準信号に対するＤＦＯの値を決定するために使用される。次にこの理論的な処理を示す。
【００５１】
τ０およびτ０，ｒｅｆの使用を最初に参照することは、元の未知の信号または基準信号の２つの歪んだバージョンが、受信局への２つの異なった経路、すなわち、発信源１０から受信局１８へ、または、衛星１４または１６を介して受信局１８へのいずれかを通過する時間差である。これは、発信源／衛星／受信局システムの運動学に関連した、独立で、時間で変化しないパラメータ（τ０，ｂ１，ｂ２，．．など）に関する、サンプルの持続時間にわたる時間ｔの関数として表すことができる。
【数１３】
2003507747.tif 000014
【００５２】
ＤＴＯτは、単一の元の信号の複製による異なった経路の通過から生じる信号伝播遅延を表すτ１およびτ２の２つの項の差から形成される。これは、アップリンクおよびダウンリンクの遅延に、電子的信号チャンネル（例えば、衛星トランスポンダシステム）を通過する上で経験するいかなる付加的な遅延も加えた合計として、以下のように表すこともできる。
【数１４】
2003507747.tif 000015
【００５３】
ここで、各項は、表１に定義されている。等式（５）は、ＤＴＯを、アップリンク遅延の差およびダウンリンク遅延の差の合計に関して表し、電子的遅延間のいかなる差もこれらの中に含めている。
【００５４】
地理的位置探知に必要なサンプリング周期は、通常、比較的短く（ミリ秒から数十秒）、衛星の動きにもかかわらず、アップリンクおよびダウンリンク遅延は、以下のように、ａ１，ｌｄなどへの係数の指数の適切な変化を備えた、前出の表に掲げた他の遅延に対する類似表現、すなわち、τｌｄ、τｕ２、および、τｄ２、を備えて、後半が省略された累乗の連続として時間ｔで表すことができる。
【数１５】
2003507747.tif 000016
【００５５】
係数ａ１，ｌｕなどは、前出の表に定義された加速度と同じではないが、衛星の速度および加速度と関連させることができる。ＤＴＯに対する完全な式は、以下のようになる。
【数１６】
2003507747.tif 000017
【００５６】
パラメータτ０、ａ１、および、ａ２などは、検分、すなわち、等式（４）および（７）の時間ｔの累乗の係数を等式化することによって、見出すことができる。
【００５７】
ＤＴＯτについての等式（７）は、決定される未知の信号源の位置に直接関係するアップリンクの寄与、および衛星／受信局システムの地理的関係から知られるダウンリンクの寄与を含む。このアップリンクの寄与は、ＴＤＯＡｕと呼ばれる。ＴＤＯＡｕの見積もりから、バイアスを除去するために、基準信号のＤＴＯについての同等な式は、未知の発信源信号のＤＴＯから差し引かれる。発信源／衛星／受信局システムの知られている地理的関係は、基準信号のＤＴＯが計算されることを、バイアスが発信源信号ＤＴＯに影響を及ぼすのと同じ方法でこのＤＴＯに影響を及ぼすバイアス（例えば、衛星処理遅延）を別にして、可能にする。このため基準信号ＤＴＯも測定される。ＴＤＯＡｕは、以下の関係を介して、測定されたＤＴＯに関係付けられる。
【数１７】
2003507747.tif 000018
【００５８】
ここで、ｃは光速であり、（８）の下付き文字「ｒｅｆ］は、基準信号が通過する衛星と受信地上局との間の経路を示す。ＤＦＯνは、２つの受信信号間の周波数の差である。これは、ドプラ、速度、および、時間に関する時間遅延の変化率の間の一般的な関係を使用して、衛星アップリンクについて、以下に例示するように、発信源／衛星／受信局システムの運動学に関して表すことができる。
【数１８】
2003507747.tif 000019
【００５９】
ここで、Δν１ｕは衛星１４へのアップリンク経路ｌ１ｕに生じる周波数のドプラシフトであり、τ１ｕは位相であり、λｕはアップリンクで衛星１４または１６において受信される（中央周波数における）信号の波長である。他のシステムアップリンクおよびダウンリンクについての同様な式は、その指数を変更することによって得ることができる。
【００６０】
未知の信号のＤＦＯは、以下によって与えられる。
【数１９】
2003507747.tif 000020
【００６１】
ここで、λｕおよびλｄはアップリンクおよびダウンリンク信号の中央周波数におけるそれぞれ自由空間波長であり、バイアスは、衛星ターンアラウンド周波数シフトから、および衛星の位置的エラーから生じる。
【００６２】
基準信号ＤＦＯは、同様に、以下によって与えられる。
【数２０】
2003507747.tif 000021
【００６３】
（１０）から（１１）を差し引くことは、双方の等式において同じであるバイアスを打ち消し、到着ＦＤＯＡｕのアップリンク周波数差に対する等式を与える。
【数２１】
2003507747.tif 000022
【００６４】
ここで、最後の３つの項は、システムの地理的関係から知られ、最初の２つの項は、前述したように、ＣＣＦの最大値を決定することによって測定される未知および参照ＤＦＯである。さらに測定できる差分周波数率オフセット（ＤＦＲＯ＝２ｂ２）も、同様に決定され、これは、図２に示すように、発信源１０から、衛星代行受信プラットフォーム１４および１６を介して、地上の代行受信局１８への個々の経路に沿って測定される信号のドプラ速度間の差（ＤＦＯの変化率）である。これは、発信源／衛星／受信局システムの加速度の影響を利用する到着のアップリンク差分ドプラ速度（ＤＤＲＯＡｕ）として知られるパラメータを形成するために使用できる。ＤＤＲＯＡｕは、未知の発信源１０から衛星代行受信プラットフォーム１４および１６への経路に沿って測定されるドプラ速度の差である。これは、動きつつある発信源の位置探知に対して有用である。このＤＤＲＯＡは、（１２）の直接微分によって、ＤＦＲＯに関して以下のように表せる。
【数２２】
2003507747.tif 000023
【００６５】
アップリンクＴＤＯＡ（（８）にあるようなＴＤＯＡｕ）、および、アップリンクＦＤＯＡ（（１２）にあるようなＦＤＯＡｕ）は、公表されている国際特許出願ＷＯ９７／１１３８３の従来技術にあるように、（地表上の）静止ＲＦ発信源の送信局位置の探知のプロセスにおいて使用できる。この特定の場合において、ＤＤＲＯＡｕは、明白には使用されていない。しかし、例えこの場合でも、ＤＤＲＯＡｕを生じさせる衛星の加速度の影響は、上記に説明したようにパラメータｂ２の試行値を使用して、既に説明したようにＣＣＦの中で打ち消される。このパラメータは、これが、発信源１０の位置探査においてさらに必要ではない時でも、ＣＣＦの評価において利用しなければならない。これは、ＲＦ送信局位置探知の問題が２つの部分を有するためである。第１は、ＣＣＦのピークの検知であり、第２は、ＣＣＦのピークを、地表上の位置に関係付ける。第１の段階は、衛星の動きの影響に敏感であり、従来技術で使用されるパラメータ（τ０およびｂ１）に加えて、補償パラメータとしてｂ２を必要とする。
【００６６】
発信源１０は、従来技術の地理的手法によって地表に対して決定されたＴＤＯＡｕおよびＦＤＯＡｕの値を使用することによって位置探知される。先ず、前述したように、等式（２）のＣＣＦを最大化することによって、未知および基準信号について、パラメータτ０、ｂ１、およびｂ２が得られる。ｂ１、ｂ１，ｒｅｆ、およびｂ２，ｒｅｆの値は、時間ｔがゼロに設定されている等式（３）に挿入することによって、信号および参照ＤＦＯ値を決定するために使用される。これは、ＤＦＯを、データ採集の開始時におけるＤＦＯの瞬間的な値として設定する。すなわち、この時点では、ＤＦＯをこの値に訂正することが便利であるが、必ずしも必要ではない。
【００６７】
ＦＤＯＡｕを決定するために、等式（１２）にνおよびνｒｅｆの値を代入する。ここで、再び時間ｔはゼロに設定される。この結果、発信源１０の位置は、サンプリングの開始に関連する衛星位置推算表データ（空間における瞬間的な位置）を使用して決定される。
【００６８】
ＴＤＯＡｕに光速ｃを乗じると、差分傾斜範囲（ＤＳＲ）が得られる。これは、送信局から、すなわち、参照送信局の位置１８Ａ／１８Ｂまたは未知の発信源１０のいずれかから信号中継衛星１４および１６への２つの信号経路の長さの差となる。ＦＤＯＡｕに、アップリンク経路における信号波長λｕを乗じると、差分傾斜範囲速度（ＤＳＲＲ）またはＤＳＲの変化の時間速度が得られる。ＷＯ９７／１１３８３として公表されている、特許協力条約に基づく国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ９５／０２２１１は、テーラー展開の手法を使用して、どのようにしてＤＳＲおよびＤＳＲＲの値から地表上の発信源１０の位置を探知するかを詳細に述べており、ここでは説明しない。
【００６９】
時間で変動するＤＦＯのみを打ち消すことは、大きなサンプルセットが必要な時、２つの対地静止衛星（ＧＥＯ衛星）中継局を備えた使用に十分である。これは、周波数の次元のＣＣＦに焦点を合わせている。その影響は、図４および５から分かる。すなわち、図４は、等式（１）の従来技術のあいまいさ関数を使用して得られた結果を示し、図５は、本発明による等式（２）の複素相関関数（ＣＣＦ）を使用して得られた結果を示す。双方の場合で、２つの対地静止衛星を使用して得られた同じデータセットが使用された。特許の要件を満たすため、これらの図面は、色彩が大きさを示すカラー印刷からのトレースによって作成され、このため、これらは、さほど正確ではない。しかし、これらは、本発明の使用によって得られる利益の信頼できる表示を提供している。
【００７０】
図４は、ＤＴＯおよびＤＦＯに対してプロットされた等式（１）の従来技術の複素あいまいさ関数の擬似三次元図である。見えるものは全て雑音である。図５は、本発明による等式（２）の複素相関関数の同様なプロットである。図５において、鋭い相関最大値５０は、完全に解像され、５２における雑音の上方にしっかり立ち上がっている。
【００７１】
今度は、図６を参照すると、衛星の動きの影響を、周波数に対するＣＣＦ係数の二乗または累乗のプロットにおいて再び示す。−８２０．３８のＤＦＯにおける単一のＣＣＦピークがあるべきであるが、代わりに、１６Ｈｚを超えて広がる平坦部６０がある。これは、ＤＦＯの変化が、よく解像されたピーク７０をしっかりと与えて比較された図７と対照的である。
【００７２】
地理的位置探知のための速く動く中継局プラットフォーム、例えば、航空機、中位地球軌道衛星（ＭＥＯ衛星）、低位地球軌道衛星（ＬＥＯ衛星）、または、これらと対地静止衛星（ＧＥＯ衛星）との組み合わせを使用することが必要であることもある。そうである場合、ＣＣＦは、時間膨張を補償するために、時間の次元にも焦点を合わせなければならない。これは、測定のためのデータ収集の過程でかなり変化する時間遅延τ０を補償するために必要である。
【００７３】
等式（２）のＣＣＦは、サンプリング間隔ＴにおけるＤＦＯの変化を補償するのみである。これは、時間膨張を、すなわち、この間隔におけるＤＴＯの変化を補償しない。ＤＴＯの変化は、関連するデータセット（ｚ２またはｐ２）にあるサンプルを備えたステップの外にある１つのデータセット（ｚ１またはｐ１）にあるサンプルを補償するために、サンプルの周期的な複製または削除によって、打ち消される。１つの対地静止、および、他の低位地球軌道の２つの衛星を使用する測定について、これは、百万程度のサンプルを有するデータセットにおいて、数百ごとに１つのサンプルを挿入または除去を含むこともある。位相の訂正も同様に必要であり、そうなった場合、これは、挿入されたサンプルとともに、挿入または除去に続いて、データセットの全てのサンプルに適用される。連続した位相訂正は蓄積し、そのそれぞれは、データセットにおいて、後に続くサンプルを介して、挿入または除去の点から適用される。
【００７４】
サンプル調整、挿入／除去のタイミングは、サンプルの小さな誤りが発生するとされた時間から決定される。小さな誤りは、ＡＤＣにおけるサンプリング間隔に等しい量によって、時間膨張の値が変化する時に発生する。ｍ回目の小さな誤りまでの時間（ｍ個のサンプリング間隔の総時間膨張）は、２つの手法、すなわち、（ａ）サンプリング間隔にわたる、時間方向での、あいまいさ表面の広がりから、または、（ｂ）前述したように、ＣＣＦの最大化より得られるτ０、ｂ１、ｂ２パラメータの使用からのいずれか１つによって見積もられる。
【００７５】
手法（ａ）において、相関プロセッサは、データセットが得られた間隔にわたって広がった複素相関関数の時間膨張に基づくデータサンプルのセットからの除去、または、これへの複製のためのサンプルを選択する。ＣＣＦのピークが、時間膨張の補償なしにデータから得られる場合、相関が広がった時間間隔Δｔの数が見積もられる。Ｋ個の時間間隔の広がりに対して、データセットの調整（連続したサンプルの小さな誤り）の位置間のサンプル数は、Ｎ／Ｋであり、ここで、Ｎは、データセットのサンプル数である。調整のために選択されたデータセットｚ１またはｚ２（等式（２）を参照）は、実施の便利に関するものであり、したがって、原則的に任意のものであり、例えば、ｚ１が、時間膨張によって拡張された信号に対応する場合、これは、これを訂正するためのサンプル除去によって収縮させることができるか、または、代わりに、ｚ２が、それに合わせるために拡大されてもよい。選択されたデータセットは、調整のために２つのデータセットのどちらが選択されるかによって、および、同様に、決定された時間膨張が、正方向であるか負方向であるかによって、サンプルの除去または挿入によって収縮または拡大される。すなわち、ｚ１が選択された場合、時間膨張が負方向であれば、ｚ１が拡大され、これは、負方向であるＤＴＯの変化率に対応する。
【００７６】
代わりとなる手法（ｂ）において、相関プロセッサ３０は、衛星の動きから導出される近似であり、時間に関して二次である以下の等式に基づいて除去および複製のためにサンプルを選択する。
【数２３】
2003507747.tif 000024
【００７７】
ｔｍはサンプリングの開始からｍ個目の複製または除去されたサンプルまでの時間であり、τｍはｔｍまでに経験された総時間膨張であり、ｍは時間膨張を打ち消すために除去または挿入されたサンプリング間隔の数であり、Δｔはサンプリング間隔（連続したＡＤＣサンプル間の時間）であり、λは受信局１８におけるいかなる周波数ダウンコンバートの前の信号サンプリング帯域の中央周波数における波長である。パラメータｂ１’は、基準信号から導出された見積もりを使用して訂正された（衛星戻し周波数の変化による）いかなる系統的なエラーも備えたＤＦＯｂ１の時間で変化しない成分の見積もりである。この代わりに、ｂ１’は、ＣＣＦの係数を最大化する上で段階的に変化する他のパラメータであってもよい。上記の式において、段階的に変化する独立したパラメータとして、ｂ２を利用することも可能であり、これにより、ＤＦＯの時間膨張と時間変化を分離する。
【００７８】
衛星の動きの影響がさほど大きくない場合、ｔｍ２の等式（１４）にある二次の第２の項を削除し、結果として得られる線形訂正を適用することができる。
【００７９】
削除または挿入されたサンプルに続くサンプルには、以下の１つによって与えられる位相訂正係数Ｐを乗じる。
【数２４】
2003507747.tif 000025
【００８０】
Ｐについての等式中の指数は、先行するサンプルが削除されたか、挿入されたかによって正または負になる。ｆは、アナログ／デジタル変換器への入力のためのダウンコンバートの後のサンプルの信号の中央周波数であり、Δｔは、連続したＡＤＣサンプル間の間隔である。サンプルの信号帯域は、エイリアシング防止ローパスフィルタによって設定される。
【００８１】
時間膨張補償が行われる前に、ＣＣＦの係数は、上記に検討したように、ＤＦＯおよびパラメータτ０、ｂ１、および、ｂ２の近似値を得るために最大化される。続いて、時間膨張補償が、サンプルを適切に挿入または削除すること、および、４つのデータセットｚ１、ｚ２、ｐ１、ｐ２のそれぞれの位相を調整することによって、これらの補償された同等セットを作成するために、実施される。続いて、ＣＣＦは、ＤＴＯ、ＤＦＯの、および、必要であればＤＦＲＯおよびＤＤＲＯＡのより良い値を提供するために、このように形成された補償されたデータセットを使用して、再び最大化される。
【００８２】
ＤＦＯの動きおよび時間膨張における変化に対する補償のプロセスは、以下のように要約できる。
【００８３】
（ａ）変化するＤＦＯのみに対する補償を使用してＤＦＯおよびＤＴＯの初期の値を得ること、（ｂ）関連するデータセットに相対した１つのデータセットの遅延する／前進する（換算する）部分によるそのデータセットの時間膨張補償、および、位相訂正を適用すること。これは、サンプルを適切に複製／削除することを含む。および、
（ｃ）信号エネルギーの測定値を得るために、および、以下によって一般項に与えられるＣＣＦの係数を最大化するようにパラメータ値を変化させるために、（内積という意味で）サンプルセットを乗じること。
【数２５】
2003507747.tif 000026
【００８４】
受信設備からの雑音が含まれるために最大化されるのは、ＣＣＦ係数であり、これは、信号エネルギーを（数学的な意味で）複素量にする。Ｔ−１およびＤ−１の表示は、それぞれ換算補償および周波数歪み補償を示すために使用され、肩文字は、システムの地理的関係および運動学によって導入された影響の逆のものを表す。括弧［］は、信号サンプルを含むベクトルを示す。中継局衛星の換算は、これが信号経路を変え、したがって、飛行に関連する時間も変えるため、時間膨張をもたらす。
【００８５】
ＤＴＯおよびＤＦＯに対するさらに一般的な式の開発において、結果として得られるＣＣＦの最適化は、さらにプロセッサに集中してくることに留意する必要がある。τ０、ｂ１、および、ｂ２を使用する本明細書に説明する近似は、十分に、現在の並列プロセッサの能力内である。
【００８６】
ＤＦＯ補償および分離したＤＴＯ補償に関して歪み補償を表示することは得策である。なぜなら、位相の迅速な変化がこの手法によって取り除かれ、信号サンプル間の内挿に対する必要性なしに、１つのデータストリームに作用するＤＴＯ膨張補償を残す。
【００８７】
今度は、図８から１１を参照すると、本発明によるＤＦＯの変化および時間膨張の打ち消しの影響をグラフとして示す。これらの図面は、重大な雑音のないシミュレーションされたデータを使用して導出されたＤＦＯに対するＤＴＯのプロットである。図８において、ＤＦＯは、エラーの限界を含む領域８０にわたってＤＴＯとともに変化する。図９は、周波数補償の影響のみ、すなわち、ＤＦＯにおける打消し変化を示す。ＤＦＯが現在は一定であることを示すＤＦＯ軸に平行である領域９０が作成される。図１０は、時間またはＤＴＯ補償のみに対する図９の同等の図であり、ＤＴＯが一定の領域１００を示す。これらの手順の両方の組み合わせは、図１１に示され、これは、一定のＤＦＯおよびＤＴＯの単一のピークを示す。ＤＴＯの変化に対する補償は、等式（１４）線形項のみを使用して行われた。
【００８８】
図１２から１４は、雑音を導入することによる影響をグラフとして示す。雑音に関しては除き、これらの図面は、図８から１１のデータと同じデータを使用して作成され、これらは、雑音がない場合の同じ特徴を正確に示す。ＤＴＯおよびＤＦＯは、同様の結果をもたらす、周波数歪みおよび時間歪みの１つのみに対する補償のない（図１２）、または、それのある（図１３）もののいずれも、図１２および１３では見えないことが分かる。図１４は、１４２などの周囲を囲む雑音の上方に容易に識別できる単一のピーク１４０を有する。これは、本発明による、周波数および時間の歪みの双方に対する補償は、雑音の存在にもかかわらず、ＤＴＯおよびＤＦＯの値を得ることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】
地上を拠点とした送信局、衛星中継局、および、地上を拠点とした受信局の間の信号の伝播を示す図である。
【図２】
本発明の位置探知システムによって補償される影響を示す図である。
【図３】
本発明の位置探知システムの処理回路を模式的に示す図である。
【図４】
発信源および受信局に対する衛星の動きによって影響されたデータを使用して得られた２つの変数値τおよびνの関数としての従来技術の相互あいまいさ関数｜Ａ（τ，ν）｜の係数の２つの二次元プロットを示す図である。
【図５】
本発明によって複素相関関数｜Ａ（τ，ｂ１，ｂ２）｜がプロットされたことを除いて、図４と全ての点で等しい図である。
【図６】
中継局の動きが補償された、周波数に対する複素相関関数信号電力を示すグラフである。
【図７】
中継局の動きが補償されていない、周波数に対する複素相関関数信号電力を示すグラフである。
【図８】
互いにプロットされ、時間および周波数の歪を示すＤＴＯおよびＤＦＯについてシミュレーションされた無雑音の場合の結果を示すグラフである。
【図９】
互いにプロットされ、周波数補償を示すＤＴＯおよびＤＦＯについてシミュレーションされた無雑音の場合の結果を示すグラフの図である。
【図１０】
互いにプロットされ、時間補償を示すＤＴＯおよびＤＦＯについてシミュレーションされた無雑音の場合の結果を示すグラフの図である。
【図１１】
互いにプロットされ、時間および周波数の補償を示すＤＴＯおよびＤＦＯについてシミュレーションされた無雑音の場合の結果を示すグラフの図である。
【図１２】
雑音の影響を加えた、図８と同等の図である。
【図１３】
雑音の影響を加えた、図９／１０と同等の図である。
【図１４】
雑音の影響を加えた、図１１と同等の図である。