(57)【要約】クロノロジカルに同期された複数の時分割多元接続方式(TDMA)位置決めユニット装置、およびTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイを組込む位置レシーバーを含んでいる測位システムが開示される。既知の位置に位置したクロノロジカルに同期された複数の位置決めユニット装置が、位置決めユニット装置がそれぞれユニークな送信タイムスロットを持つように、所定の時分割多元接続方式(TDMA)シーケンスで位置決め信号を送信する。TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイは、複数の時分割多元接続方式(TDMA)位置決めユニット装置送信と空間的に同期して、指向性受信アンテナを連続的に操縦して、指向性受信アンテナが、現在送信中の位置決めユニット装置の方へ方向付けられるか、または、指向性受信アンテナが、現在受信中の位置決め信号源の方へ方向付けられるようにする。TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイは、位置決めユニット装置の位置、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの位置、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの姿勢、ネットワーク時分割多元接続方式(TDMA)送信シークエンス、位置決めユニットの装置の位置決め信号伝播遅延およびネットワーク時間についての知識に基づいた決定論アルゴリズムによってコントロールされる。
2005539439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時分割多元接続方式位置ネットワークにおけるマルチパスを緩和し且つ受信信号対雑音比を改善する方法において、
a) クロノロジカルに同期された複数の位置決めユニット装置を、既知の位置に位置して配備し、所定の時分割多元接続性シーケンスで位置決め信号を送信して、各前記位置決めユニット装置が、ユニークな送信タイムスロット中にユニークな位置決め信号を送信するようにし、
b) 方向アジャイルビームアンテナを伴って構成された位置レシーバーを配備し、
c) 前記ユニークな位置決め信号を受信して解釈して、方向アジャイルビームアンテナの状況を決定する、
d) 前記決定された方向アジャイルビームアンテナの状況に基づいて、時分割多元接続方式位置決めユニット装置の位置決め信号送信と同期して、前記方向アジャイルビームアンテナを連続的に操縦し、
前記方向アジャイルビームアンテナの指向性利得パターンは、現在送信中の位置決めユニット装置の方へ方向付け続けられるか、または現在受信中の位置決めユニット装置の位置決め信号源の方へ方向付け続けられるようにされる、方法。
【請求項２】
前記方向アジャイルビームアンテナの状況は、位置決めユニット装置の位置、位置決めユニット装置の時分割多元接続方式送信シーケンス、方向アジャイルビームアンテナ位置、位置決めユニット装置の位置決め信号伝播遅延、方向アジャイルビームアンテナの位置、位置決めユニット装置の位置決め信号伝播遅延およびネットワーク時間から成るグループから選ばれた1つ以上の入力変数を決定することを含むことができる請求項1記載の方法。
【請求項３】
前記空間的に同期が、位置決めユニット装置の位置決め信号伝播遅延を可能するために、ネットワーク時間からオフセットされることができる請求項1記載の方法。
【請求項４】
時分割多元接続方式位置ネットワークにおけるマルチパスを緩和し且つ受信信号対雑音比を改善する方法において、
a) クロノロジカルに同期された複数の位置決めユニット装置を、既知の位置に位置して配備し、所定の時分割多元接続性シーケンスで位置決め信号を送信し、各前記位置決めユニット装置が、ユニークな送信タイムスロット中にユニークな位置決め信号を送信するようにし、
b) 方向アジャイルビームアンテナ、および前記方向アジャイルビームアンテナに対する姿勢データを提供するための姿勢決定手段を伴って構成された位置レシーバーを配備し、
c) 前記ユニークな位置決め信号および前記姿勢データを受信して解釈して、方向アジャイルビームアンテナの状況を決定する、
d) 前記決定された方向アジャイルビームアンテナの状況に基づいて、時分割多元接続方式位置決めユニット装置の位置決め信号送信と空間的に同期して、前記方向アジャイルビームアンテナを連続的に操縦し、
前記方向アジャイルビームアンテナの指向性利得パターンは、現在送信中の位置決めユニット装置の方へ方向付け続けられるか、または現在受信中の位置決めユニット装置の位置決め信号源の方へ方向付け続けられるようにされる、方法。
【請求項５】
前記方向アジャイルビームアンテナの状況は、位置決めユニットの装置の位置、位置決めユニット装置の時分割多元接続方式送信シーケンス、方向アジャイルビームアンテナ位置、位置決めユニット装置位置決め信号伝播遅延、方向性アジャイルビームアンテナの位置、方向アジャイルビームアンテナの姿勢、位置決めユニット装置の位置決め信号伝播遅延およびネットワーク時間から成るグループから選ばれた1つ以上の入力変数を決定することを含むことができる請求項4記載の方法。
【請求項６】
前記空間的に同期が、位置決めユニット装置の位置決め信号伝播遅延を可能するために、ネットワーク時間からオフセットされることができる請求項4記載の方法。
【請求項７】
時分割多元接続方式位置ネットワークにおけるマルチパスを緩和し且つ受信信号対雑音比を改善するよう構成されたシステムにおいて、
a) 既知の位置に位置され、所定の時分割多元接続性シーケンスで位置決め信号を送信するように構成されたクロノロジカルに同期される複数の位置決めユニット装置であって、各前記位置決めユニット装置が、ユニークな送信タイムスロット中にユニークな位置決め信号を送信するようにする、前記位置決めユニット装置、および
b) 指向性利得パターンを複数の方向に連続して操縦するように構成され、且つ方向アジャイルビームアンテナを伴って構成された位置レシーバー、を有し
c) 前記位置レシーバーが、前記ユニークな位置決め信号を受信して解釈して、アジャイルビームアンテナの状況を決定し、
d) 前記方向アジャイルビームアンテナは、前記決定された方向アジャイルビームアンテナ状況に基づいて、前記時分割多元接続方式位置決めユニット装置の位置決め信号送信と空間的に同期して、前記指向性利得パターンを連続的に操縦し、
前記方向アジャイルビームアンテナの指向性利得パターンは、現在送信中の位置決めユニット装置の方へ方向付け続けられるか、または現在受信中の位置決めユニット装置の位置決め信号源の方へ方向付け続けられるようにされる、システム。
【請求項８】
前記方向アジャイルビームアンテナの状況は、位置決めユニットの装置の位置、位置決めユニット装置の時分割多元接続方式送信シーケンス、方向アジャイルビームアンテナの位置、位置決めユニット装置の位置決め信号伝播遅延、方向アジャイルビームアンテナの位置、位置決めユニット装置の位置決め信号伝播遅延およびネットワーク時間から成るグループから選ばれた1つ以上の入力変数を決定することを含むことができる請求項7記載の方法。
【請求項９】
前記空間的に同期が、位置決めユニット装置の位置決め信号伝播遅延を可能するために、ネットワーク時間からオフセットされることができる請求項7記載の方法。
【請求項１０】
時分割多元接続方式位置ネットワークにおけるマルチパスを緩和し且つ受信信号対雑音比を改善するよう構成されたシステムにおいて、
a) 既知の位置に位置され、所定の時分割多元接続方式シーケンスで位置決め信号を送信するように構成されたクロノロジカルに同期される複数の位置決めユニット装置であって、各前記位置決めユニット装置が、ユニークな送信タイムスロット中にユニークな位置決め信号を送信するようにする、前記位置決めユニット装置、および
b) 指向性利得パターンを複数の方向に連続して操縦するように構成され、且つ方向アジャイルビームアンテナを伴って構成された位置レシーバー、を有し
c) 前記方向アジャイルビームアンテナに対する姿勢データを提供するように構成された姿勢決定手段、
d) 前記位置レシーバーが、前記ユニークな位置決め信号および前記姿勢データを受信して解釈して、方向アジャイルビームアンテナの状況を決定し、
e) 前記方向アジャイルビームアンテナは、前記決定された方向アジャイルビームアンテナの状況に基づいて、前記時分割多元接続方式位置決めユニット装置の位置決め信号送信と空間的に同期して、前記指向性利得パターンを連続的に操縦し、
前記方向アジャイルビームアンテナの指向性利得パターンは、現在送信中の位置決めユニット装置の方へ方向付け続けられるか、または現在受信中の位置決めユニット装置の位置決め信号源の方へ方向付け続けられるようにされる、システム。
【請求項１１】
前記方向アジャイルビームアンテナの状況は、位置決めユニットの装置の位置、位置決めユニット装置の時分割多元接続方式送信シーケンス、方向アジャイルビームアンテナの位置、位置決めユニット装置の位置決め信号伝播遅延、方向アジャイルビームアンテナの位置、方向アジャイルビームアンテナの姿勢、位置決めユニット装置の位置決め信号伝播遅延およびネットワーク時間から成るグループから選ばれた1つ以上の入力変数を決定することを含むことができる請求項10記載の方法。
【請求項１２】
前記空間的に同期が、位置決めユニット装置の位置決め信号伝播遅延を可能するために、ネットワーク時間からオフセットされることができる請求項10記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雑音およびマルチパスの妨害がある状態での移動装置に対する正確な位置決定を生じるシステムおよび方法に一般的に関係する。特に、本発明は、コードおよびキャリアー位相のマルチパスの緩和および時分割多元接続方式(TDMA)位置ネットワークによって生成された受信位置決め信号中の信号対雑音比の改善に関係する。
【背景技術】
【０００２】
すべての無線周波数(RF)測位システムでの最大の誤差源の1つはマルチパスである。マルチパスは、一つの信号が2つ以上のパスを介して受信アンテナに達する現象を言う。
【０００３】
典型的には、受信アンテナは、直接の信号および受信アンテナの近辺の構造物から反射された1つ以上の信号を受信する。位置レシーバーによって決定される後の範囲測定値は受信信号の合計である。範囲測定値は、マルチパスの反射の遅延の性質により一般に「長く」測定される。
【０００４】
したがって、マルチパス反射は、位置ネットワークのコードに基づいた偽範囲バイアスを引き起こす。これは、位置レシーバーによって測定された絶対的な位置精度を本質的に下げる場合がある。更に、直接の信号のものと異なる位相を有する受信アンテナに到着するマルチパス反射は、直接の信号と破壊的に合わさって、したがって、信号フェージングとして知られている受信信号パワーの損失を引き起こす。
【０００５】
穏やかな信号フェージングは、＋／−90度までの測定キャリアー位相誤差、および数10メートルの偽範囲バイアスを引き起こす。激しい信号フェージングは、レシーバー・トラッキング・ループ不安定化、サイクルスリップ、数何百メートルの偽範囲バイアス、および位置決め信号のロックが完全に失われる可能性を引き起こす。
【０００６】
さらに、軸外のマルチパスの信号の意図しない測定は、レシーバーのドップラーの測定を駄目にし、位置レシーバーにおける速度およびキャリアー範囲測定の正確性を相当低下する。これは速度測定値を「低く」し、統合されたキャリアー位相測定値を「短い」範囲にする。
【０００７】
受信した位置決め信号の信号対雑音比は、範囲信号値の測定精度にも影響する。一般に、受信信号の強度がより大きいと、測定精度がより良い。信号対雑音比は、(1)送信源からの距離の増加、(2)建物および葉のようなの視野方向の障害物によって引き起こされる信号減衰、(3)マルチパスの信号フェージング、および(4)位置決め信号周波数の信号を放射する故意か故意でない信号の妨害によって引き起こされた、増加したノイズフロアーによって、引き起こされる。
【０００８】
アンテナ設計を使用して雑音およびマルチパスを緩和するための先行技術の方法論は、2つの重要分野(1)マルチパス制限アンテナおよび(2)プログラム可能な多重ビーム・アンテナアレイに、集中している。マルチパス制限アンテナは、反射された軸外信号の強さを縮小するように受信アンテナ利得パターンを形作る。
【０００９】
いわゆるチョークリングアンテナであるこのアンテナの最も一般的な形式が、衛星信号太地反射を緩和するためにＧＰＳアプリケーションで使用された。マルチパス制限アンテナは、伝統的に或る固定方向に指向性利得アンテナを位置決めし、一般に、厄介な反射面(チョークリングＧＰＳのアンテナの場合の地面)からそれて位置された。
【００１０】
この方法は、建物、壁、床、天井、家具および人々を含む多くの方向から信号が反射する、屋内であるいは市街地のような高いマルチパス環境での応用を狭めていた。
【００１１】
プログラム可能な多重ビーム・アンテナアレイは、故意の信号の妨害者のような妨害源の影響を弱めて、かつさらにマルチパスの信号の影響を縮小するために動的に受信アンテナ利得パターンを形作る。
【００１２】
プログラム可能な多重ビーム・アンテナは、(1)単一のアンテナ利得パターンにおいて利得ゼロを形成するように複数のアンテナ素子を組み合わせる、(2)各々がＧＰＳ衛星のうちの1つに焦点を合わせられた複数の指向性利得アンテナを、単一のアンテナ利得パターン中に複数のピークを形成するように組み合わせる、あるいは(3) 各々がＧＰＳ衛星のうちの1つに焦点を合わせられた複数の指向性利得アンテナをレシーバー回路のマトリックスによって個別にモニターするの何れかである。
【００１３】
アンテナ利得パターンにおいてダイナミックに調整可能に利得ゼロを生じるプログラム可能な多重ビーム・アンテナアレイは、信号妨害効果を緩和し、従って雑音源の方向にアンテナ利得を減少させることにより、受信信号対雑音比を改善する応用を有している。
【００１４】
しかしながら、このアンテナアレイは、マルチパスの信号が多くの方向から反射する高いマルチパスの環境におけるマルチパスの緩和のためには、限られた応用を有している。
【００１５】
アンテナ利得パターン中の複数のダイナミックに調整可能な利得ピークを生成するプログラム可能な多重ビーム・アンテナアレイは、衛星の方向に利得を増加させて雑音源の方向に利得を減少させるにより、信号妨害効果を緩和し、受信信号対雑音比を改善するための応用を有している。
【００１６】
しかしながら、このアンテナアレイは、マルチパスの相当の量が、他の衛星位置決め信号を受信するために意図された軸外アンテナ利得ピークを介して、受け取られる高いマルチパスの環境におけるマルチパスの緩和のためには限られた応用を有している。
【００１７】
レシーバー回路のマトリックスによって個別に複数の指向性利得アンテナをモニターすることは、信号妨害効果を緩和し、受信信号対雑音比を改善し、さらにマルチパスの効果を緩和するための応用を有している。
【００１８】
しかしながら、レシーバー回路のマトリックスは、次のものを含む多くの欠点を有している。(a)異種の受信パスの使用により、時間変動群遅延およびライン・バイアスが個々の位置決め信号測定へ導入される可能性。これらの遅延は、構成要素の温度および供給電圧の変動とともに変化し、それにより、位置レシーバーの位置速度時間(PVT)解における時間変動距離誤差および後の位置不正確性を引き起こす。(b)付加的な無線周波数(RF)回路による大電力消費は、バッテリー重量およびサイズが制限される使用に対して、位置レシーバーを不適切なものとする。(c)標準の単一フロントエンドのレシーバー設計より多くの電子部品を必要とすることは、位置レシーバーの生産が比較的高価になる。そして(d)、付加的な受信回路を収容するのに必要な大きな型枠は、レシーバーを標準の単一フロントエンドのレシーバーより大きくする。
【００１９】
厳しいマルチパスおよび信号対雑音比の減少の障害がなく、これらの制約のいずれもなく、位置決め信号を提供することができるシステムが高くに望まれている。
【００２０】
本発明は、以下に記述されるように、クロノロジカルに同期する時分割多元接続方式(TDMA)位置のネットワークに、時分割多元接続方式(TDMA)のアダプティプアンテナアレイと空間的に同期することにより、この望まれる目的を達成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の目的は、正確なコードおよびキャリアー位相の位置速度時間(PVT)解が決定されるように、厳しいマルチパスの妨害がない、正確なコードおよびキャリアー位相範囲測定を行うための、測位システムおよび方法を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、正確なコードおよびキャリアー位相の位置速度時間(PVT)解が決定されるように、測定される位置決め信号の信号対雑音比(SNR)を改善するための測位システムおよび方法を提供することにある。
【００２３】
本発明の他の目的は、正確なコードおよびキャリアー位相の位置速度時間(PVT)解が決定されるように、比較的大きな距離に渡って、または環境によって妨害された無線周波数(RF)を介して測定された位置決め信号の信号対雑音比(SNR)を改善する測位システムおよび方法を提供することにある。
【００２４】
本発明の他の目的は、単一のフロントエンドのレシーバー設計を組込む位置レシーバーを利用して、雑音およびマルチパスがある状態で、正確なコードおよびキャリアー位相範囲測定を行うための測位システムおよび方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の先の目的は、指向性受信アンテナが現在送信中の位置決めユニット装置の方へ向けられるか、現在受信中の位置決め信号源の方向へ向けられるように、複数の時分割多元接続方式(TDMA)位置決めシステムユニット装置の送信と空間的に同期して、指向性受信アンテナを連続的に操縦することにより達成される。
【００２６】
指向性受信アンテナは、位置決めユニット装置の位置、指向性受信アンテナの位置、指向性受信アンテナの姿勢、ネットワーク時分割多元接続方式(TDMA)送信シークエンス、位置決めユニット装置の位置決め信号伝播遅延およびネットワーク時間についての知識に基づいた決定論アルゴリズムによってコントロールされる。
【００２７】
既知の位置に位置したクロノロジカルに同期された複数の位置決めユニット装置は、各トランスミッターがそれぞれユニークな送信タイムスロットを有するように、所定の時分割多元接続方式(TDMA)シーケンスで位置決め信号を送信する。位置レシーバーは、方向アジャイルビームアンテナを介して位置決めユニット装置のネットワークから時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号を受け取るように構成される。
【００２８】
TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイとして知られている方向アジャイルビームアンテナは、複数の方向に連続的に操縦することができる指向性利得パターンを生成することができる。TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイは、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの方向付けを行うために、慣性航法システム(INS)のような姿勢決定手段を伴って形成される。
【００２９】
位置レシーバーは、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイを、位置決めユニット装置のネットワークの時分割多元接続方式(TDMA)送信シーケンスへ空間的に同期させるために、次のものを使用して構成される。(1)位置決めユニット装置のナビゲーションメッセージから決定された位置決めユニット装置、(2)位置決めユニット装置のナビゲーションメッセージから決定された時分割多元接続方式(TDMA)送信シーケンス、(3)姿勢決定手段によって提供されるTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの姿勢、(4)位置レシーバーの位置速度時間(PVT)解によって決定されたTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの位置、(5)位置レシーバーの位置速度時間(PVT)解によって決定されたネットワーク時間、および(6)獲得した位置決めユニット装置の位置および決定されたTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの位置から決定された位置決め信号時分割多元接続方式(TDMA)送信伝播遅延。
【００３０】
TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの指向性利得パターンは、指向性利得パターンが現在送信中の位置決めユニット装置の方向へ方向付けられるか、または現在受信中の位置決め信号源の方向へ方向付けられるようにして、位置決めユニット装置の送信の時分割多元接続方式(TDMA)シーケンスに従うように順次切り替えられる。
【００３１】
ユーザ移動により、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ位置および姿勢が変化すると、位置レシーバーは、現在送信中の位置決めユニット装置に追従するかあるいは現在受信中の位置決め信号源に追従するために、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ指向性利得パターンの方位角および高さを調節する。
【００３２】
したがって、以下に詳述されるように、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイは、位置決めユニット装置のクロノロジカルに同期する時分割多元接続方式(TDMA)ネットワークと空間に同期される専門の受信アンテナである。
【００３３】
TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイは、現在送信中の位置決めユニット装置の方向へ受信アンテナを連続的に操縦するか、また現在受信中の位置決め信号源への方向へ受信アンテナを連続的に操縦するかによって、位置レシーバーによって受け取られた位置決め信号に対する、マルチパスの緩和および改善された信号対雑音比の両方を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図1を参照する。クロノロジカルに同期する時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号105,106,107,108を送信するクロノロジカルに同期された位置決めユニット装置101,102,103,104のネットワークが図示されている。位置レシーバー109、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ110および姿勢決定手段111も同様に図示されている。
クロノロジカルに同期された位置決めユニット装置101,102,103,104のネットワークは、各位置決めユニット装置の送信がそれ自身のユニークなタイムスロットを有するように、時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号105,106,107,108を送信する。
【００３５】
位置レシーバー109は、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ110を介して、位置決めユニット装置101,102,103,104のネットワークから、時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号105,106,107,108を受け取るように形成される。
【００３６】
TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ110は、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ110の方向付けを決定することができるように、姿勢決定手段111を組込む。
【００３７】
位置レシーバー109は、最初は、すべての位置決めユニット装置101,102,103,104が視野を獲得するように、無指向性利得パターン112で、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ110を構成する。
【００３８】
位置レシーバー109は、位置決めユニット装置101,102,103,104の位置および位置決めユニット装置の時分割多元接続方式(TDMA)のパルス化送信シーケンス105,106,107,108を決定するために、各獲得した位置決めユニット装置から送信されたナビゲーションデータにインテロゲイトをする。
【００３９】
位置レシーバー109は、続いて粗いレシーバー位置、粗いレシーバー速度および粗いネットワーク時間を決定するために、「単一のポイント位置」解としても知られている位置速度時間(PVT)解を得る。これは、当技術分野において良く知られており、本発明の主題ではない。
【００４０】
受信されたナビゲーションメッセージから決定された位置決め装置の位置、および位置速度時間(PVT)解によって決定された粗いレシーバー位置を用いて、位置レシーバー109は、すべての視野にある位置決めユニット装置101,102,103,104の粗い高さおよび方位角情報を計算する。
【００４１】
位置レシーバー109は、さらに、姿勢決定手段111によって提供される姿勢データ113を処理することにより、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ110の方向付けを決定する。
【００４２】
図1に続いて、ここで図2を参照する。後の時分割多元接続方式(TDMA)タイムスロット中に、クロノロジカルに同期する時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号205,206,207,208を送信するクロノロジカルに同期された位置決めユニット装置201,202,203,204のネットワークが図示されている。
【００４３】
位置レシーバー209、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ210および姿勢決定手段211が同様に図示されている。
【００４４】
位置レシーバー209は、位置決めユニット装置201,202,203,204の位置および位置決めユニット装置TDMAのパルス化送信シーケンス205,206,207,208を決定するために、各獲得した位置決めユニット装置201,202,203,204から送信されたナビゲーションデータをインテロゲイトする。
【００４５】
位置レシーバー209は、続いてレシーバー位置、レシーバー速度、ネットワーク時間、およびすべての視野にある位置決めユニット装置201,202,203,204に対する高さおよび方位角情報を決定するために位置速度時間(PVT)解を得る。
【００４６】
位置レシーバー209は、位置速度時間(PVT)解によって提供される現在のネットワーク時間を、位置決めユニット装置のナビゲーションメッセージによって提供される位置決めユニット装置の時分割多元接続方式(TDMA)送信シーケンスと比較することにより、次の時分割多元接続性(TDMA)タイムスロット中に送信を開始する位置決めユニット装置201を決定する。
【００４７】
位置レシーバー209は、位置速度時間(PVT)解から導かれた計算された方位角および高さ情報を、姿勢決定手段211によって提供される現在のTDMAアダプティブ指向性アンテナ210の姿勢と比較することにより、次の位置決めユニット装置201の位置決め信号205の到来の方向を決定する。
【００４８】
位置レシーバー209は、送信205の開始時に次に送信する位置決めユニット装置201の方向に操縦される指向性利得パターン212を発生するようにTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ210を構成する。
【００４９】
位置レシーバー209は、時分割多元接続方式(TDMA)のパルス化送信205が停止するまで、現在受信中の位置決めユニット装置201の位置決め信号205の源の方へ、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ210の指向性利得パターン212を向け続ける。
【００５０】
図2に続いて、ここで図3を参照する。後の時分割多元接続方式(TDMA)タイムスロットの中に、クロノロジカルに同期して時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号305,306,307,308を送信する、クロノロジカルに同期された位置決めユニット装置301,302,303,304のネットワークが図示されている。
【００５１】
位置レシーバー309、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ310および姿勢決定手段311も同様に図示されている。
【００５２】
位置レシーバー309は、位置決めユニット装置301,302,303,304の位置および位置決めユニット装置の時分割多元接続方式(TDMA)送信シーケンス305,306,307,308を決定するために、各獲得した位置決めユニット装置301,302,303,304から送信されたナビゲーションデータをインテロゲイトする。
【００５３】
位置レシーバー309は、続いてレシーバー位置、レシーバー速度、ネットワーク時間、およびすべての視野内にある位置決めユニット装置301,302,303,304に対する高さおよび方位角情報を決定するために、位置速度時間(PVT)解を得る。
【００５４】
位置レシーバー309は、位置速度時間(PVT)解によって提供される現在のネットワーク時間を、位置決めユニット装置のナビゲーションメッセージによって提供される位置決めユニット装置の時分割多元接続方式(TDMA)送信シーケンスおよび位置決めユニット装置の位置と比較することにより、次のTDMAタイムスロットの中で受け取られる、位置決めユニット装置302を決定する。
【００５５】
位置レシーバー309は、位置速度時間(PVT)解から導かれる計算された方位角および高さ情報を、姿勢決定手段311によって提供される現在のTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ310と比較することにより、次の位置決めユニット装置302の位置決め信号306の到来の方向を決定する。
【００５６】
位置レシーバー309は、送信306の開始で次に送信する位置決めユニット装置302の方向に操縦される指向性利得パターン312を発生するように、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ310を構成する。
【００５７】
時分割多元接続方式(TDMA)のパルス化送信306の停止まで、位置レシーバー309は、現在受信中の位置決めユニット装置302の位置決め信号306の源の方向に、TDMAのアダプティブ指向性アンテナアレイ310の指向性利得パターン312を向け続ける。
【００５８】
上述されたプロセスは、すべての使用可能時分割多元接続性(TDMA)タイムスロットに対して連続的に繰り返される。
【００５９】
TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイが空間的に同期させられている間に、位置速度時間(PVT)解を得ることにより、位置レシーバーは正確な位置速度時間をたった今決定することができる。
【００６０】
軸外のマルチパスは、指向性利得アンテナのマルチパス制限効果によって緩和される。また、受信信号対雑音比は、指向性利得アンテナの増加した前方利得によって増加させられる。
【００６１】
したがって、より正確なコードおよびキャリアー位相位置解は、その解を決定しない時分割多元接続方式(TDMA)位置ネットワークではなく、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイを組込む時分割多元接続方式(TDMA)位置ネットワークで決定することができる。
【００６２】
TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ方法
TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイは様々な方法を使用して作成することができる。
【００６３】
第1の実施の形態では、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイは、複数の空間的に分配されたアンテナ素子を組み込み、各アンテナ素子は、調整可能な位相および振幅出力を組込む。
【００６４】
アンテナ素子出力はすべて単一出力を形成するために組み合わせられる。それは位置レシーバー無線周波数(RF)入力に供給される。
【００６５】
アンテナ素子の位相および振幅はそれぞれ、マイクロプロセッサーのようなコントロール手段によってコントロールされ、様々な前もって定められた位相および振幅値を各アンテナ素子から同時に出力することができるようにされる。
【００６６】
これらの出力は、組み合わせられた時、アンテナアレイが多くの方角に連続的に操縦されることを効果的に可能にする様々なアンテナ利得パターンを作成する。
【００６７】
アダプティブアレイのこの形式は「位相アレイ」として知られており、当技術において良く知られている。
【００６８】
第2の実施の形態において、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイは、駆動アンテナ素子を組み込み、それは位置レシーバー無線周波数(RF)の入力に接続されており、複数の空間的に分配された無給電アンテナ素子に囲まれている。
【００６９】
無給電アンテナ素子は、無線周波数(RF)スイッチによってアンテナ素子を太地に短絡することにより活動化され、そのことは、続いて無給電アンテナアレイの利得パターンを変更する。
【００７０】
各無給電アンテナ素子のRFスイッチはマイクロプロセッサーのようなコントロール手段によってコントロールされる。その結果、無給電アンテナ素子の様々の組合せは、様々のアンテナ利得パターンを作成し、したがって、アンテナ利得パターンが複数の方向に連続的に操縦されることを可能にするように活動化することができる。
【００７１】
この形式のアダプティブアレイは「スイッチド無給電アンテナアレイ」として知られており、さらに、当技術において良く知られている。
【００７２】
第3の実施の形態においては、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイは、各々ユニークな方角に面する複数の指向性利得アンテナを組込む。
【００７３】
指向性利得アンテナ出力はそれぞれ無線周波数(RF)スイッチに接続される。
【００７４】
すべての無線周波数(RF)スイッチの出力は組み合わせられ、位置レシーバー無線周波数(RF)入力に供給される。
【００７５】
各無線周波数(RF)スイッチは、マイクロプロセッサーのようなコントロール手段によってコントロールされ、様々なアンテナ利得パターンを作成するように、各アンテナ素子、またはアンテナ素子の組合せを様々な時に活動化することができるようにされる。
【００７６】
これは、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイパターンが、連続的に複数の方角に操縦されることを可能にする。
【００７７】
好ましい実施の形態では、現在受信中の位置決めユニット装置の位置決め信号源に面するアンテナが活動化され、他のすべてのアンテナが非活動化される。
【００７８】
図4を参照する。複数の指向性利得アンテナ410、姿勢決定手段411、位置レシーバー409およびコントロール手段412を組込むTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイが図示されている。
【００７９】
TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ410は、8本の指向性利得アンテナ413,414,415,416,417,418,419,420を組込む。
【００８０】
指向性利得アンテナ413,414,415,416,417,418,419,420はそれぞれ45度の視界(FOV)を有しており、360度の完全な視界(FOV)を与えている。
【００８１】
表1は各指向性利得アンテナの視界(FOV)の角度の範囲を示しており、ゼロ度が、規準指向性利得アンテナ413の視界(FOV)の中央であり、角度値は、時計回りで増大する。
【表１】
2005539439.tif 000003
【００８２】
指向性利得アンテナ413,414,415,416,417,418,419,420のそれぞれの出力が、個々の無線周波数(RF)スイッチ421,422,423,424,425,426,427,428に接続されており、各スイッチは、活動化された時に、受信された位置決め信号を位置レシーバー409へ渡し、また非活動化された時に、受信された位置決め信号を太地に廃棄する。
【００８３】
各無線周波数(RF)スイッチ421,422,423,424,425,426,427,428も位置レシーバー・コントロール手段412に接続されおり、位置レシーバー409は、求められる通り個々の指向性利得アンテナを活動化することができ、希望の方角にTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ利得パターンを連続的に操縦することができるようにされる。
【００８４】
TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ410に関連した姿勢決定手段411は、規準指向性利得アンテナ413と整合する。
【００８５】
姿勢決定手段411は、真北のような共通の方向のある指標に対する参照指向性利得アンテナ413の方向付けを提供する。
【００８６】
これは規準方向付け挙動と呼ばれ、位置レシーバー409へ姿勢決定手段411によって連続的に送られる。
【００８７】
ここで図5を参照すると、クロノロジカルに同期される時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号505,506,507,508を送信する、クロノロジカルに同期された位置決めユニット装置501,502,503,504のネットワークが図示される。
【００８８】
位置レシーバー509、多くの指向性利得アンテナ510を組込むTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ、姿勢決定手段511、スイッチング手段512も同様に図示されている。
図示された実施の形態例においては、クロノロジカルに同期された位置決めユニット装置501,502,503,504のネットワークは、表2で与えられるネットワーク時分割多元接続方式(TDMA)送信スキームに従って、位置決め信号505,506,507,508を送信するが、本発明の方法は他の時分割多元接続方式(TDMA)送信スキームに等しく適用可能である。
【表２】
2005539439.tif 000004
【００８９】
各位置決めユニット装置501,502,503,504の既知の位置、およびネットワーク時分割多元接続方式(TDMA)送信スキーム505,506,507,508は、各位置決めユニット装置のナビゲーションメッセージによって提供されるのが好ましいが、この情報は他のある手段によって位置レシーバー509に前以って供給されることもできる。
【００９０】
好ましい実施の形態では、各位置決めユニット装置501,502,503,504の既知の位置は、地球中心地球固定(ECEF)座標または他の便利な座標系で位置レシーバー509に供給される。この図示された実施の形態の緯度および経度座標が説明される。
【００９１】
最初、位置速度時間(PVT)解が位置レシーバー509によって計算される前は、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ510の位置およびネットワーク時間は未知である。
したがって、ネットワークTDMA送信スキーム505,506,507,508とのTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ510の同期は可能ではない。
【００９２】
図4を再び参照すると、位置レシーバー409は続いてRFスイッチ421,422,423,424,425,426,427,428をすべて活動化し、すべてのタイムスロット中ですべての指向性利得アンテナ414,415,416,417,418,419,420からの出力を位置レシーバー409へ渡す。
【００９３】
したがって、360度の全視界(FOV)からの位置決め信号が得られる。これは、標準の無指向性の受信アンテナの使用と類似している。
【００９４】
図5を再び参照すると、獲得した位置決め信号505,506,507,508を使用して計算された粗い位置速度時間(PVT)解から、近似的TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ位置およびネットワーク時間が決定される。
【００９５】
各位置決めユニット装置501,502,503,504の位置座標およびTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ510の位置座標が与えられると、位置レシーバー509は、TDMAアダプティブ指向性アンテナ510の位置から各位置決めユニット装置の近似的な方位角および仰角を計算することができる。
【００９６】
この図示された実施の形態のために、位置決めユニット装置501,502,503,504の位置が表3に示される。TDMAアダプティブ指向性アンテナ510の位置が二次元座標系で与えられているが、本発明の方法は三次元座標系にも等しく適用可能である。
【表３】
2005539439.tif 000005
【００９７】
TDMAのアダプティブ指向性アンテナアレイ510の近似の位置は座標35.0°N，149.0°Eと決定される。
【００９８】
表4のカラム2で示されるように、位置レシーバーは、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ510の計算された位置から各位置決めユニット装置501,502,503, 504への方位角を計算する。
【表４】
2005539439.tif 000006
【００９９】
姿勢決定手段511は、規準指向性利得アンテナ513の規準方向付け挙動が315度であることを決定する。
【０１００】
規準方向付け挙動は、計算された位置決めユニット装置の方位角から減算され、表4、カラム3中で示されるように、各位置決めユニット装置毎にいわゆる方位角オフセットが形成される。
【０１０１】
例えば、第1の位置決めユニット装置501は、13度の方位角オフセットを有している。
これは、第1の位置決めユニット装置が、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ510の規準指向性利得アンテナ513から13度時計回りに位置することを意味する。
【０１０２】
同様に、第3の位置決めユニット装置503は、-135度の方位角オフセットを有していて、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ510の規準指向性利得アンテナ513から135度反時計回りに位置している。
【０１０３】
方位角オフセット値も、表4カラム4で示されたように範囲[0°≦x<360°]に、以下の関数によって、マッピングされる
x    , x≧の場合
F(x) ＝
360+x, x<0の場合
【０１０４】
その後、マッピングされた方位角オフセットは、参照表として表1の中で与えられた値を使用することにより、ネットワーク時分割多元接続方式(TDMA)送信スキームの各タイムスロット毎に適切な指向性受信アンテナを選ぶために使用される。
【０１０５】
与えられた位置決めユニット装置に対するマッヒングされた方位角オフセットを含んでいる視界(FOV)範囲を有する指向性利得アンテナは、位置決めユニット装置の時分割多元接続方式(TDMA)タイムスロット送信中に活動化される。
【０１０６】
図示された実施の形態については、第3の位置決めユニット装置503に対するマップされた方位角オフセットは、225度であり、それは第6の指向性利得アンテナ518の視界(FOV)範囲(202.5°≦x≦247.5°)にある。
【０１０７】
したがって、第3の時分割多元接続方式(TDMA)タイムスロット位置決め信号507の受信中に、コントロール手段512が第6の指向性利得アンテナ518の出力を位置レシーバー509へ渡す。
【０１０８】
各位置決めユニット毎にこのオペレーションを行なうと、表5中で示される、スイッチングテーブルに帰着する。それは、各時分割多元接続方式(TDMA)タイムスロットに使用される指向性利得アンテナを示す。
【表５】
2005539439.tif 000007
【０１０９】
位置と姿勢のすべての更新毎にこのプロセスを繰り返すと、ネットワーク時分割多元接続方式(TDMA)送信スキームで、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの正確な整合が保証される。
【０１１０】
時分割多元接続方式(TDMA)タイムスロットオーバーラップ
位置決めユニット装置と位置レシーバーの間の距離が増加すると、それに従って送信された位置決め信号の伝播遅延が増加する。
【０１１１】
これは、位置決めユニット装置からの時分割多元接続方式(TDMA)送信が、位置レシーバーによって割り付けられた時分割多元接続方式(TDMA)タイムスロット中に完全に受け取られないかもしれない可能性に結びつく。
【０１１２】
従って、位置レシーバーは、次に割り付けられるタイムスロットで、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの指向性利得パターンを、現在受信中の位置決めユニット装置の位置決め信号源から遠ざかって向けて、従って前の位置決めユニット装置の時分割多元接続方式(TDMA)送信の後部を逃す場合がある。
【０１１３】
時分割多元接続方式(TDMA)送信が完全に隣接したタイムスロット中で受け取られる前の最大の伝播遅延は、ネットワーク時分割多元接続方式(TDMA)送信スキームで使用される送信パルス幅に依存している。
【０１１４】
好ましい実施の形態では、50マイクロ秒のパルスが、ミリ秒毎に送信される。これは、送信された位置決め信号が、隣接した50マイクロ秒のタイムスロットと完全にオーバーラップする前に、15キロメートルの伝播距離を提供する。
【０１１５】
位置決めユニット装置がすべて位置レシーバーのすぐ近く、具体的には1キロメートル未満にある場合、受信された位置決め信号は、数マイクロ秒まででオーバーラップするであろう。
【０１１６】
これのオーバーラップは、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの少しの誤整合による受信信号対雑音比の小さな減少を引き起こすであろう。
【０１１７】
位置決めユニット装置がすべてTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイから等距離の場合、受信位置決めユニット装置の位置決め信号は近隣の時分割多元接続方式(TDMA)送信とオーバーラップしないであろう。
【０１１８】
しかしながら、位置決めユニット装置がすべて位置レシーバーから15キロメートルで等距離にある場合、位置レシーバーが、各位置決めユニット装置からのおよそ50マイクロ秒の伝播遅延を無視し、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイは受信位置決め信号に先行して1つの時分割多元接続方式(TDMA)タイムスロットを切り替え、そして後の位置速度時間(PVT)解が失敗する場合がある。
【０１１９】
更に、各位置決めユニット装置の距離がTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイから著しく異なる場合、受信された位置決め信号が著しく近隣の時分割多元接続性(TDMA)送信とオーバーラップする可能性がある。
【０１２０】
これらのオーバーラップは、それが考慮に入れられないと、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの同期に相当な混乱をもたらす場合がある。
【０１２１】
したがって、現在受信中の位置決めユニット装置の位置決め信号源の方向へTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイを操縦する適切な時間を計算する場合、位置レシーバーは各位置決めユニット装置からの信号の伝播遅延を考慮に入れなければならない。
【０１２２】
位置レシーバーの位置が変更すると、決定論アルゴリズムは、各位置決めユニット装置からの伝播遅延を考慮し、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの同期を、位置決めユニット装置の時分割多元接続方式(TDMA)の送信の受信時間とベストフィットするように調整する。
【０１２３】
このことは、位置レシーバーの位置に依存して、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイに対する時分割多元接続方式(TDMA)タイムスロットの位置および持続期間のダイナミックな調整を要求する。
【０１２４】
姿勢の無い空間的同期
本発明の更なる実施の形態において、姿勢決定手段を必要としないで、時分割多元接続方式(TDMA)位置ネットワークとTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイを空間的に同期させることができる。
【０１２５】
次の場合は姿勢決定手段は必要ではない、(1)TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイが、静的に固定の姿勢で位置する時、または(2)TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイが、固定姿勢で移動するユーザ・プラットフォームにマウントされる時。
【０１２６】
説明のための実施の形態として、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイが、近辺の他の位置決めユニット装置から位置決め信号を受け取るように構成される静止している位置決めユニット装置と伴に構成されている時、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイは、固定の姿勢で静的に位置することができる。
【０１２７】
更なる説明のための実施の形態として、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイが、変形モニタリング位置レシーバーと伴に構成された時、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイは、固定の姿勢で静的に位置することができる。
【０１２８】
変形モニタリング位置レシーバーは、ブリッジと建物のような構造の僅かの移動を、温度および負荷の変数に依存して、を測定する。
【０１２９】
更に、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイは、固定姿勢で移動するユーザ・プラットフォームにマウントされた時、姿勢決定手段を必要としない。
【０１３０】
説明のための実施の形態として、固定のx、yおよびz面の中で移動するが、ピッチ、ロールあるいはヨーの変化を示さないクレーンは、姿勢決定手段を伴って形成されたTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイを必要としない。
【０１３１】
従って、位置レシーバーは、固定姿勢TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの、位置決めユニット装置のネットワークの時分割多元接続方式(TDMA)送信シーケンスへの空間的な同期を、(1)位置決めユニット装置のナビゲーションメッセージから決定された位置決めユニット装置の位置、(2)位置決めユニット装置ナビゲーションメッセージから決定された時分割多元接続方式(TDMA)送信シーケンス、(3)位置レシーバー位置速度時間(PVT)解によって決定されたTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの位置、(4)位置レシーバー位置速度時間(PVT)解によって決定されたネットワーク時間、および(5)獲得した位置決めユニット装置の位置および決定されたTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ位置から決定された位置決め信号時分割多元接続方式(TDMA)の送信伝播遅延、を使用して、行うように構成されている。
【０１３２】
TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの指向性利得パターンは、位置決めユニット装置の送信の時分割多元接続方式(TDMA)シーケンスに従って、順次切り替えられ、指向性利得パターンが、現在送信中の位置決めユニット装置の方へ方向付けられるか、あるいは現在受信中の位置決め信号源の方へ方向付けられるようにする。
【０１３３】
TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ位置がユーザ・プラットフォーム移動により変わると、現在送信中の位置決めユニット装置に追従してあるいは現在受信位置決め信号の源に追従して、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイ指向性利得パターン方位角および高さを位置レシーバーが調節する。
【０１３４】
アダプティブビーム幅
本発明の更なる実施の形態において、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの指向性利得パターンのビーム幅は、位置レシーバーの状況に依存して、ダイナミックに調節される場合がある。
【０１３５】
位置およびネットワーク時間が位置レシーバーによってより正確に決定されると、各位置決めユニット装置への方位角および高さはさらに一層良く知られるようになるであろう。
従って、アレイのビーム幅は、マルチパスをさらに緩和し、かつ受信信号対雑音比をさらに改善するように狭くされる場合がある。
【０１３６】
ビーム幅は、位相アレイを組込む実施の形態において、合成のビーム・パターンを広げるか狭くするようにアレイにおいて空間的に分配されたアンテナ素子の数を増加させるか、または位相および利得の出力を構成することにより、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイにおいてダイナミックに調節することができる。
【０１３７】
ビーム幅は、スイッチド無給電アンテナ素子を組込む実施の形態において、合成のビーム・パターンを広げるか狭くするようにアレイの無給電アンテナ素子増加するか、または無給電アンテナ要素の所定の組合せを切り換えることにより、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイにおいてダイナミックに調節することができる。
【０１３８】
ビーム幅は、複数の指向性利得アンテナを組込む実施の形態において、指向性利得パターンを広げるために複数の隣接した指向性利得アンテナを活動化する、または合成のビーム・パターンを狭くするために隣接した指向性利得アンテナを非活動化することにより、TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイにおいてダイナミックに調節することができる。
【０１３９】
姿勢決定手段
TDMAアダプティブ指向性アンテナアレイに伴って構成された姿勢決定手段によってTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの姿勢を、位置レシーバーが、2次元的にあるいは3次元的に決定することができる。
【０１４０】
姿勢決定手段は、慣性航法システム(INS)、コンパス、星追跡装置、水平センサーあるいは他の姿勢決定センサーを含むことができる。
【０１４１】
姿勢および方向付け情報をTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイに供給するどんな姿勢決定手段も、本発明の必要条件を満たすために使用することができる。
【０１４２】
本発明において記述される慣性航法システム(INS)は、電子コンパス、加速度計およびレート・ジャイロスコープのような装置を含むことができる。
【０１４３】
慣性航法システム(INS)および姿勢決定システムは当技術分野において良く知られているが、本発明の主題ではない。
【０１４４】
ユニークな位置決め信号
好ましい実施の形態において、各位置決めユニット装置は、キャリアー成分、擬似乱数的なコード成分および操縦データ成分から成るユニークな位置決め信号を送信する。
【０１４５】
キャリアー成分は、4GHzのISMバンドで好ましくは送信された正弦波の高周波であるが、本発明の方法は他の周波数帯に対して等しく適用可能である。
【０１４６】
擬似乱数的な数(PRN)コード成分はキャリアー成分で変調され、同じ搬送周波数の他の装置によって送信される他の擬似乱数的なコードシーケンス中で識別することができるユニークなコードシーケンスから成る。
【０１４７】
この技術はコード分割多重アクセス方式(CDMA)として知られており、当技術において良く知られている。
【０１４８】
「ナビゲーションメッセージ」と呼ばれるナビゲーションデータ成分は擬似乱数的なコード成分で変調された秘密情報で、位置決めユニット装置および移動する位置レシーバーへナビゲーション情報を送信するための通信リンクを提供する。
【０１４９】
ナビゲーション情報はネットワーク時間、位置決めユニット装置の位置、TDMA送信シーケンスおよび他の所望のネットワークデータを含むことができる。
【０１５０】
各ユニークな位置決め信号は、所定の時分割多元接続方式(TDMA)送信スキームで、疑似乱数的にパルス化された、各位置決めユニット装置がユニークなタイムスロット中にユニークな位置決め信号を送信するようにしている。
【０１５１】
時分割多元接続方式(TDMA)送信
好ましい実施の形態において、各位置決めユニット装置は、擬似乱数的な時分割多元接続方式(TDMA)シーケンスおいて、その送信をパルス化する。
【０１５２】
50マイクロ秒パルスが、ミリ秒毎に、擬似乱数的に、送信され、擬似乱数的なシーケンスは200ミリ秒毎に繰り返えされる。
【０１５３】
これは5%のデューティーサイクルで20の使用可能の時分割多元接続方式(TDMA)タイムスロットを供給する。
【０１５４】
各位置決めユニット装置の擬似乱数的な時分割多元接続方式(TDMA)パルス送信シーケンスは、そのナビゲーションメッセージの中で送信される。
【０１５５】
位置レシーバーは、各位置決めユニット装置のナビゲーションメッセージのインテロゲーションによって、各位置決めユニット装置の擬似乱数的な時分割多元接続方式(TDMA)パルス送信シーケンスを決定する。
【０１５６】
代替的な実施の形態においては、擬似乱数的な時分割多元接続方式(TDMA)パルス送信シーケンスは、位置決めユニット装置の擬似乱数的な数(PRN)コードに関係する場合がある。
【０１５７】
この実施の形態では、位置レシーバーは、所定の時分割多元接続性(TDMA)パルス送信シーケンスに受信された擬似乱数的な数(PRN)コードを関連させることにより、時分割多元接続方式(TDMA)パルス送信シーケンスを決定する。
【０１５８】
位置決めユニット装置は、ナビゲーションメッセージを介して、時分割多元接続方式(TDMA)パルス送信シーケンス、擬似乱数的な数(PRN)コード化、および近辺のすべての位置決めユニット装置の位置も供給することができ、位置レシーバーが近隣の位置決めユニット装置を早く得て、同期することを可能にする。
【０１５９】
上述の記述は、本発明の説明の例として供給されたことは、当然理解されるであろうが、この様なもの、および他の修正および変形が、本発明の範囲に含まれることは、当業者に明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】本発明による時分割多元接続方式(TDMA)測位システムの図である。そこで、クロノロジカルに同期された位置決めユニット装置のネットワークは、空間的に同期させられていないTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイによって、移動する位置レシーバーに、クロノロジカルに同期して時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号を送信する。空間に同期させられていないTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイは、位置決め信号の獲得対して全方向性の利得パターンで構成される。
【図２】図1の中で描かれた時間期間から後の時間期間を描く本発明による時分割多元接続方式(TDMA)測位システムの図である。位置レシーバーは、空間的に同期されたTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイによって、現在送信中の位置決めユニット装置から時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号送信を受け取る。空間的に同期されるTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイは、個別の位置決め信号トラッキングに対する現在送信中の位置決めユニット装置方向への指向性利得パターンを操縦するように構成される。
【図３】図2の中で描かれた時間期間から後の時間期間を描く本発明による時分割多元接続方式(TDMA)測位システムの図である。位置レシーバーは、空間的に同期されたTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイによって、現在送信中の位置決めユニット装置から時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号送信を受け取る。空間的に同期されたTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイは、個別の位置決め信号トラッキングに対する現在送信中の位置決めユニット装置方向への指向性利得パターンを操縦するように構成される。
【図４】複数の指向性利得アンテナを組込むTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイの図である。各指向性利得アンテナは、複数の無線周波数(RF)スイッチを組込むコントロール手段によって位置レシーバーに接続される。
【図５】本発明による時分割多元接続方式(TDMA)測位システムの図である。これによって、複数の指向性利得アンテナを組込むTDMAアダプティブ指向性アンテナアレイを介して位置レシーバーは時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号を受け取る。
【図１】
2005539439.tif 000008
【図２】
2005539439.tif 000009
【図３】
2005539439.tif 000010
【図４】
2005539439.tif 000011
【図５】
2005539439.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月23日(2004.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチパスおよび貧弱な信号対雑音比環境において正確な範囲測定値を決定し、方向アジャイルビームアンテナを組み込む位置レシーバーにおける位置決定を改善する方法であり、前記位置レシーバーが、既知の位置にある複数の同期した位置決め装置のネットワークによって送信される時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号を受信するように構成されており、前記方法が、
a) 前記受信された時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号から、前記位置レシーバーの位置を計算すること、
b) 現在受信中の時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号の信号源の方向のみに、前記方向アジャイルビームアンテナの指向性利得パターンを操縦することを含み、前記操縦が、
i) 前記位置レシーバーの前記計算した位置、および
ii) 前記同期された位置決めユニット装置の前記既知の位置に応答することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記受信された時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号から、前記位置レシーバーの位置を計算することが、更に、既知の位置の前記位置決めユニットによって送信される前記位置決め信号のネットワーク時間の計算を含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
【請求項３】
前記受信された時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号から、前記位置レシーバーの位置を計算することが、更に、既知の位置の前記位置決めユニットによって送信される前記位置決め信号の時分割多元接続方式(TDMA)シークエンスの決定を含み、前記操縦が、前記決定された時分割多元接続方式(TDMA)シークエンスに更に応答することを特徴とする請求項1記載の方法。
【請求項４】
前記受信された時分割多元接続方式(TDMA)位置決め信号から、前記位置レシーバーの位置を計算することが、更に、既知の位置の前記位置決めユニットによって送信される前記位置決め信号の伝播遅延の計算を含み、前記操縦が、前記計算された伝播遅延に更に応答することを特徴する請求項１記載の方法。
【請求項５】
方向アジャイルビームアンテナを組み込む前記位置レシーバーが、更に、姿勢決定手段を伴って構成されており、前記計算が、前記位置レシーバーの姿勢を決定する追加のステップを含み、前記操縦が前記決定された姿勢に更に応答することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
時分割多元接続方式(TDMA)位置ネットワークにおけるマルチパスおよび貧弱な信号対雑音比環境において正確な範囲測定値を決定し、位置レシーバーにおける位置決定を改善する方法であり、この方法が、
a) 時分割多元接続方式(TDMA)シークエンスで、位置決め信号を送信する複数の同期された位置決めユニット装置を既知の位置に配備すること、
b) 方向アジャイルビームアンテナを伴って構成された前記位置レシーバーを配備すること、
c) 前記位置信号を実質的に全ての方向から受信するために、前記方向アジャイルビームアンテナを構成すること、
d) 前記受信された位置決め信号から前記位置レシーバーの位置を計算すること、
e) 前記位置決め信号を実質的に一方向から受信するように前記方向アジャイルビームアンテナを再構成すること、
f) 現在受信中の位置決め信号の信号源の方向のみに、前記再構成された前記方向アジャイルビームアンテナの指向性利得パターンを操縦することを含み、前記操縦が、
i) 前記位置レシーバーの前記計算した位置、および
ii) 前記同期された位置決めユニット装置の前記既知の位置に応答することを特徴とする方法。
【請求項７】
前記受信された位置決め信号から前記位置レシーバーの位置を計算することが、更に、既知の位置の前記位置決めユニット装置によって送信された前記位置決め信号のネットワーク時間の計算を含み、前記操縦が、前記計算されたネットワーク時間に応答することを特徴とする請求項6記載の方法。
【請求項８】
前記受信された位置決め信号から前記位置レシーバーの位置を計算することが、更に、既知の位置の前記位置決めユニットによって送信される前記位置決め信号の時分割多元接続方式(TDMA)シークエンスの決定を含み、前記操縦が、前記時分割多元接続方式(TDMA)シークエンスを更に含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記受信された位置決め信号から前記位置レシーバーの位置を計算することが、更に、既知の位置の前記位置決めユニットによって送信される前記位置決め信号の伝播遅延の計算を含み、前記操縦が、前記計算された伝播遅延に更に応答することを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項１０】
方向アジャイルビームアンテナを伴って構成された前記位置レシーバーが、更に、姿勢制御手段を伴って構成されており、前記計算が、前記位置レシーバーの姿勢を決定する追加のステップを含み、前記操縦が、前記決定された姿勢に更に応答することを含む請求項６記載の方法。
【請求項１１】
時分割多元接続方式(TDMA)位置ネットワークにおけるマルチパスおよび貧弱な信号対雑音比環境において正確な範囲測定値を決定するシステムであり、このシステムが、
a) 時分割多元接続方式(TDMA)シークエンスで位置決め信号を送信する既知の位置の同期された複数の位置決めユニット、
b) 方向アジャイルビームアンテナを伴って構成された位置レシーバー、
c) 前記送信された位置決め信号から前記位置レシーバーの位置を計算するように構成された手段、
d) 現在受信中の位置決め信号の信号源の方向のみに、前記方向アジャイルビームアンテナの指向性利得パターンを操縦するように構成された手段、を含み、前記操縦が、
i) 前記位置レシーバーの前記計算した位置、および
ii) 前記同期された位置決めユニット装置の前記既知の位置に応答することを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記送信された位置決め信号から前記位置レシーバーの位置を計算するように構成された手段が、更に、前記位置決めユニット装置によって送信された前記位置決め信号のネットワーク時間を計算するように構成された手段、および前記操縦手段が前記計算されたネットワーク時間を更に含む請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記送信された位置決め信号から前記位置レシーバーの位置を計算するように構成された手段が、更に、既知の位置の前記位置決めユニット装置によって送信される前記位置決め信号の時分割多元接続方式(TDMA)シークエンスを決定するように構成された手段を含み、前記操縦手段が、前記決定された時分割多元接続方式(TDMA)シークエンスに更に応答することを含む請求項１１記載のシステム。
【請求項１４】
前記送信された位置決め信号から前記位置レシーバーの位置を計算するように構成された手段が、更に、既知の位置の位置決め装置によって送信された前記位置決め信号の伝播遅延を計算するように構成された手段を含み、前記操縦手段が前記計算された伝播遅延に更に応答することを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１５】
方向アジャイルビームアンテナを伴って構成された位置レシーバーが、更に、姿勢決定手段を伴って構成されており、前記位置レシーバーの位置を計算するように構成された前記手段が、前記位置レシーバーの姿勢を決定するように構成された追加の手段を含み、前記操縦手段が、前記決定された手段に更に応答することを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
時分割多元接続方式(TDMA)位置ネットワークにおけるマルチパスおよび貧弱な信号対雑音比環境において正確な範囲測定値を決定するシステムであり、このシステムが、
a) 時分割多元接続方式(TDMA)シークエンスで位置決め信号を送信する既知の位置の同期された複数の位置決めユニット、
b) 方向アジャイルビームアンテナを伴って構成された位置レシーバー、
c) 実質的に全ての方向から前記送信された位置決め信号を受信するように前記方向アジャイルビームアンテナを調整するように構成された手段、
d) 前記送信された位置決め信号から前記位置レシーバーの位置を計算するように構成された手段、
e) 実質的に一方向から前記送信された位置決め信号を受信するように前記方向アジャイルビームアンテナを再調整するように構成された手段、
f) 現在受信中の位置決め信号の信号源の方向のみに、前記方向アジャイルビームアンテナの指向性利得パターンを操縦するように構成された手段、を含み、前記操縦が、
i) 前記位置レシーバーの前記計算した位置、および
ii) 前記同期された位置決めユニット装置の前記既知の位置に応答することを特徴とするシステム。
【請求項１７】
前記位置レシーバーの位置を計算するように構成された前記手段が、既知の位置の前記位置決めユニット装置によって送信された前記位置決め信号のネットワーク時間を計算するように構成された手段を含み、前記操縦手段が、前記計算されたネットワーク時間に更に応答することを含むことを特徴とする請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
前記位置レシーバーの位置を計算するように構成された前記手段が、既知の位置の前記位置決めユニット装置によって送信される前記位置決め信号の時分割多元接続方式(TDMA)シークエンスを決定するように構成された手段を含み、前記操縦手段が、前記決定された時分割多元接続方式(TDMA)シークエンスに更に応答することを特徴とするシステム。
【請求項１９】
前記位置レシーバーの位置を計算するように構成された前記手段が、更に、既知の位置の前記位置決め装置によって送信される前記位置決めしんごうの伝播遅延を計算するように構成された手段を含み、前記操縦手段が更に前記計算された伝播遅延に応答することを特徴とする請求項１６記載のシステム。
【請求項２０】
方向アジャイルビームアンテナを伴って構成された前記位置レシーバーが、更に、姿勢決定手段を伴って構成されており、前記位置レシーバーの位置を計算するように構成された前記手段が、前記位置レシーバーの姿勢を決定するように構成された追加の手段を含み、前記操縦手段が前記決定された姿勢に更に応答することを特徴とする請求項１６記載のシステム。
【国際調査報告】
2005539439.tif 000013
2005539439.tif 000014
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