(57)【要約】航法衛星（１）とシュードライト（pseudolites）（２）とを含む衛星航法システムにおいて利用者端末（ＵＴ）へ航法データを送信する実現性が開示されている。該航法データ中で、少なくとも１つのシュードライト（２）の位置情報が基準座標系（４）におけるシュードライト経路（pseudolite trajectory）（５）のモデルという形で送信される。該モデルでは該少なくとも１つのシュードライト（２）の軌道逸脱運動（orbit-divergent motions）が考慮されている。
2005530985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航法衛星（１）とシュードライト（pseudolites）（２）とを含む衛星航法システムの利用者端末（ＵＴ）へ航法データを送信する方法であって、少なくとも１つのシュードライト（２）の位置情報が基準座標系（４）におけるシュードライト経路（pseudolite trajectory）（５）のモデルという形で航法データの一部として送信され、該モデルが該少なくとも１つのシュードライト（２）の軌道逸脱運動（orbit-divergent motions）を説明することを特徴とする方法。
【請求項２】
シュードライト経路（５）の該モデルの一部として、地球（３）の表面構造の時間変化および／または地球（３）の表面に対する該少なくとも１つのシュードライト（２）の相対運動が考慮されていることを特徴とする請求項１に係る方法。
【請求項３】
航法衛星（１）の位置情報が同じ基準座標系（４）における航法衛星経路（６）のモデルという形で航法データの一部として送信され、シュードライト経路（５）と航法衛星経路（６）とについて共通のモデルが使われ、それは軌道運動を記述する第一のサブモデルと軌道逸脱運動を記述する第二のサブモデルとからなることを特徴とする請求項１または２に係る方法。
【請求項４】
航法衛星（１）の位置情報が同じ基準座標系（４）における航法衛星経路（６）のモデルという形で航法データの一部として送信され、シュードライト経路（５）と航法衛星経路（６）とについて別個のモデルが使われ、適用可能なモデルの識別子が航法データの中に供給されていることを特徴とする請求項１または２に係る方法。
【請求項５】
航法データを送信するために、統一されたデータフォーマットが航法衛星（１）とシュードライト（２）とによって使われることを特徴とする請求項１〜４の一項に係る方法。
【請求項６】
航法データを送信するために同じ周波数あるいは同じ周波数帯域が航法衛星（１）とシュードライト（２）とによって使われ、航法データの符号分割多重コード化（code-division multiplex encoding）のために独自のコードが各シュードライトと各航法衛星とによって使われることを特徴とする請求項１〜５の一項に係る方法。
【請求項７】
シュードライト（２）の一部あるいはすべてが航法データの符号分割多重コード化のために同じコードを使うことを特徴とする請求項１〜５の一項に係る方法。
【請求項８】
航法衛星（１）とシュードライト（２）とを有する衛星航法システムであって、該航法衛星（１）と該シュードライト（２）が利用者端末（ＵＴ）に航法データを送信するための送信装置（TU1、TU2）を有する該衛星航法システムにおいて、該シュードライト（２）がおのおの、基準座標系（４）におけるシュードライト経路（５）のモデルデータを作成するための、かつ、該モデルデータを航法データに挿入するための装置（PMU2）を有しており、該モデルデータは少なくとも１つのシュードライト（２）の軌道逸脱運動を説明することを特徴とする衛星航法システム。
【請求項９】
航法衛星（１）がおのおの、同じ基準座標系（４）における航法衛星経路（６）のモデルデータを作成するための、かつ、該モデルデータを航法データに挿入するための装置（PMU1）を有しており、シュードライト経路（５）と航法衛星経路（６）とについて共通のモデルが使われるように、すべてのモデルデータ作成装置（PMU1、PMU2）が設計されており、それは軌道運動を記述する第一のサブモデルと軌道逸脱運動を記述する第二のサブモデルとからなることを特徴とする請求項８に係る衛星航法システム。
【請求項１０】
航法衛星（１）がおのおの、同じ基準座標系（４）における航法衛星経路（６）のモデルデータを作成するための、かつ、該モデルデータを航法データに挿入するための装置（PMU1）を有しており、シュードライト経路（５）と航法衛星経路（６）とについて別個のモデルが使われるように、すべてのモデルデータ作成装置（PMU1、PMU2）が設計されており、適用可能なモデルの識別子が航法データの中に供給されていることを特徴とする請求項８に係る衛星航法システム。
【請求項１１】
航法データを送信するための統一されたデータフォーマットが航法衛星（１）とシュードライト（２）とによって使われるように、すべての送信装置（TU1、TU2）とモデルデータ作成装置（PMU1、PMU2）が設計されていることを特徴とする請求項８〜１０の一項に係る衛星航法システム。
【請求項１２】
航法データを送信するために同じ周波数あるいは同じ周波数帯域が航法衛星（１）とシュードライト（２）とによって使われ、航法データの符号分割多重コード化のために独自のコードが各シュードライト（２）と各航法衛星（１）とによって使われるように、航法データを送信するためのすべての送信装置（TU1、TU2）が設計されていることを特徴とする請求項８〜１１の一項に係る衛星航法システム。
【請求項１３】
シュードライト（２）の一部あるいはすべてが航法データの符号分割多重コード化のために同じコードを使うように、シュードライト（２）の航法データを送信するための送信装置（TU2）が設計されていることを特徴とする請求項８〜１１の一項に係る衛星航法システム。
【請求項１４】
シュードライト（２）が陸上輸送機関（land vehicles）、船舶、航空機あるいは宇宙船に、特に、その軌道が航法衛星（１）の軌道より高いあるいは低い人工衛星に設置されていることを特徴とする請求項８〜１３の一項に係る衛星航法システム。
【請求項１５】
基準座標系（４）におけるシュードライト経路（５）のモデルデータが請求項１〜７の一項に係る方法を使って挿入されている航法データを航法衛星（１）およびシュードライト（２）から受信する受信装置（RU）を持つ、衛星航法システムのための利用者端末（ＵＴ）であって、基準座標系（４）におけるシュードライト経路（５）のモデルデータを航法データから抽出するための位置モデル解読装置（position model decoding device）（PMDU）を特徴とし、該位置モデル解読装置（PMDU）はさらに、少なくとも１つのシュードライト（２）の軌道逸脱運動のモデルデータを説明するように、そして該モデルデータを基礎として少なくとも１つのシュードライト（２）の位置決定を実行するように設計されている利用者端末。
【請求項１６】
該位置モデル解読装置（PMDU）はさらに、同じ基準座標系（４）における航法衛星経路（６）のモデルデータを航法データから抽出するように、そして該モデルデータを基礎として少なくとも１つの航法衛星（１）の位置を決定するように設計されていることを特徴とし、該位置モデル解読装置（PMDU）はシュードライト経路（５）と航法衛星経路（６）とについて共通のモデルを識別し抽出するように設計されており、そのモデルは軌道運動を記述する第一のサブモデルと軌道逸脱運動を記述する第二のサブモデルとからなる請求項１５に係る利用者端末。
【請求項１７】
同じ基準座標系（４）における航法衛星経路（６）のモデルデータを航法データから抽出するように、そして該モデルデータを基礎として少なくとも１つの航法衛星（１）の位置を決定するように設計されていることを特徴とし、該位置モデル解読装置（PMDU）は該航法データの中の適用可能なモデルの識別子に基づいてシュードライト経路（５）と航法衛星経路（６）とについて別個のモデルを識別し抽出するように設計されている請求項１５に係る利用者端末。
【請求項１８】
受信装置（RU）と位置モデル解読装置（PMDU）が航法衛星（１）およびシュードライト（２）からの統一されたデータフォーマットを処理するように設計されていることを特徴とする請求項１５〜１７の一項に係る利用者端末。
【請求項１９】
一方では、航法衛星（１）およびシュードライト（２）からの航法データが同じ周波数あるいは同じ周波数帯域で受信されうるように、他方では、各シュードライト（２）および各航法衛星（１）からの航法データが符号分割多重コード化のための別個のコードの支援により解読されるように、受信装置（RU）が設計されていることを特徴とする請求項１５〜１８の一項に係る利用者端末。
【請求項２０】
航法衛星（１）およびシュードライト（２）からの航法データであって、基準座標系（４）におけるシュードライト経路（５）のモデルデータが請求項１〜７の一項に係る方法に従って挿入されている航法データを処理するためのコンピュータプログラムにおいて、該コンピュータプログラムは少なくとも１つのシュードライト（２）の軌道逸脱運動のモデルデータを説明し、該コンピュータプログラムは請求項１５〜１８の一項に係る利用者端末（ＵＴ）の位置モデル解読装置（PMDU）と共に機能するように設計されている該コンピュータプログラム。
【請求項２１】
請求項２０に係るコンピュータプログラムが電子的に読み取り可能な制御信号の形で格納されている機械読み取り可能なプログラム媒体（ＤＣ）を含むコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は航法衛星とシュードライト（pseudolites）とを含む衛星航法システムの利用者端末への航法データの送信という応用分野に関する。
【０００２】
特に、航法衛星への直線的な見通し（line-of-sight）が限られてしか存在しない地球表面の領域において、衛星航法システムの精度と冗長度を増加させるためにシュードライトを用いることは、原理上は米国特許第５,１７７,４８９号（US 5,177,489 A）と米国特許第５,６８６,９２４号（US 5,686,924 A）によって公知である。
【０００３】
米国特許第６,１０１,１７８号（US 6,101,178 A）には、シュードライトの位置を利用者端末に伝達するための種々の実行可能な手段が記載されている。シュードライトから受信されたシュードライトの位置データと航法データとを基礎として、利用者端末は、航法衛星の支援により自身の位置を決定する精度を増加させることができ、あるいは一部またはすべての航法衛星からの航法データの受信が損なわれている領域においてシュードライトの支援により位置決定を行なうことができる。
【０００４】
しかし、この公知の従来技術では、利用者端末にシュードライトの位置情報を送信するために、別個の無線チャネルあるいは特別なプロトコル等の無線資源の追加が必要であることが問題である。即ち、シュードライトのこのような位置情報は、―衛星航法システムの通常の利用者端末と比較して―この情報と追加された送信チャネルとに特別に適合していなければならない受信用部品（receiving components）が追加された利用者端末によってしか受信も利用もできず、また、貴重な無線資源は占拠される。これらの特別な追加の機能を有していない通常の利用者端末にとって、シュードライトの位置情報の送信は認識不可能、すなわち、これらの利用者端末によっては使用することができない。
【０００５】
米国特許第６,３３６,０７６号（US 6,336,076 B1）は、従来のジーピーエス（ＧＰＳ）衛星エフェメリス（ephemeris）メッセージの修正版たりうるシュードライト汎地球測位シグナル（pseudolite Global Positioning Signal）をシュードライトが送信することを提案する。このメッセージには、特に、ジーピーエス衛星に関する、あるいはシュードライトに関するエフェメリスデータが含まれる。よって、ジーピーエス衛星と同様、シュードライトの位置はエフェメリスデータの助けを借りて送信されることになる。これはケプラーの方程式、したがって、中心力場の軌道の記述に基づいている。しかし、エフェメリスデータの助けを借りてシュードライトをこのように記述することは、慣性座標系でのシュードライトの真の運動を反映しない。なぜなら、例えば、地球の表面に固定されたシュードライトは、中心力場中の軌道において自由に動くことは全くないからである。
【０００６】
エー・ヴェー・グラファレント、ファオ・エス・シュヴァルツェ：「汎地球測位システム」、物理ジャーナル１、２００２年、１号、ウィリー−ファオツェーハー−フェアラーク・ゲーエムベーハー、３９〜４４頁（E. W. Grafarend, V. S. Schwarze: "Das Global Positioning System", Physik Journal 1 (2002) No. 1, Wiley-VCH-Verlag GmbH, p. 39-44）は、航法衛星の軌道を決定する際に、ケプラー軌道からの衛星軌道の逸脱を引き起こしうる相対論的効果を説明することを提案する。しかし、その中ではシュードライトに言及されておらず、さらに、相対論的な経路補正（trajectory correction）に基づく相対論的効果はシュードライトの助けを借りた航法では探知可能ではない。したがって、そこに記載されている提案はシュードライトにとっては適切ではない。
【０００７】
即ち、本発明の目的は、従来技術のこれらの不利な点を改善し、特に、シュードライトの位置決定を改良することができるようにする選択肢を提供することである。この目的は、請求項１、８、１５、２０および２１の特徴を通じて達成される。
【０００８】
本発明の第一の目的は、航法衛星とシュードライトとを含む衛星航法システムの利用者端末へ航法データを送信する方法である。本発明は、少なくとも１つのシュードライトの位置情報を基準座標系におけるシュードライト経路（pseudolite trajectory）のモデルという形で航法データの一部として送信することを提供する。ここで、該モデルは該少なくとも１つのシュードライトの軌道逸脱運動（orbit-divergent motions）を説明する。これは米国特許第６,１０１,１７８号（US 6,101,178 A）あるいは米国特許第６,３３６,０７６号（US 6,336,076 B1）による従来技術では提供されない。むしろ、米国特許第６,１０１,１７８号（US 6,101,178 A）、９欄には、航法衛星は確かに衛星のアルマナック（almanac）およびエフェメリス補正データならびにクロック補正データにより航法データの一部として情報を送信するが、これはシュードライトに対しては提供されないことが記載されている。米国特許第６,３３６,０７６号（US 6,336,076 B1）には確かにエフェメリスデータの送信、即ち、シュードライトの軌道運動の記述について記載されているが、これはシュードライトの現実の運動を記述するには一般に不適当なモデルである。本発明による方法の利点は、第一に、シュードライトの位置情報を送信するのに別個のチャネルあるいはプロトコルが必要ではなく、代わりに、この送信が、いかなる場合にも供給される航法データの送信の一部として行われることである。また、シュードライトの位置情報は、絶対的な位置としてではなく、むしろ基準座標系におけるシュードライト経路のモデルという形で送信される。ここで、該モデルは少なくとも１つのシュードライトの軌道逸脱運動を説明する。例えば、回転する地球の中心にその原点が存在する慣性座標系を基準座標系として使用することができる。しかし、代わりに、地球と全く同様に回転し、章動し（nutates）、歳差運動する（precesses）基準座標系、したがって、その中では地球が静止している基準座標系を選択することができる。少なくとも１つのシュードライトの軌道逸脱運動を説明するシュードライト経路のモデルを使用することにより、より高い精度の位置情報ならびにシュードライトおよび利用者端末の位置決定が可能になる。なぜなら、利用者端末に対するシュードライトの、前もって決定しうる、または推定された運動が該モデルにおいて考慮されうるからである。
【０００９】
シュードライト経路のモデルの一部として、特に、地球の表面構造の時間変化を考慮に入れることができる。地球の表面構造のこれら時間変化は、地球の表面に固定されたシュードライトの運動を生じさせうる。この運動は、特に、高い精度での位置決定の測定精度に非常にはっきりした影響を与える。地球の表面構造のこのような時間変化は、特に、シュードライトが海面上に固定されているときは海洋の潮流によって、あるいは陸部（land）の大陸プレートの潮流によって起こされる。このように周期的に起こり、よって予測可能な地球の表面構造の時間変化は、基準座標系におけるシュードライト経路のモデルに統合することができる。
【００１０】
しかし、特に、シュードライトが地球の表面に固定されていないが、代わりに、その運動が適当なモデルによって記述できる適当な陸上輸送機関（land vehicles）、船舶、航空機あるいは宇宙船に設置されているときには、シュードライト経路はシュードライトの別のタイプの運動も記述することができる。このことは、例えば、その軌道が、例えば、航法衛星の軌道より高いあるいは低い人工衛星にシュードライトを設置することに応用することができる可能性がある。
【００１１】
他方、航法衛星の位置情報も航法データの一部として送信されるときには、送信されるデータのフォーマットも簡略化されうる。なぜなら、その場合、シュードライトおよび航法衛星の位置情報のデータフォーマットが、そしておそらくデータのコンテント（data content）も、統一されうるからである。これに関連して、特に、航法衛星の位置情報もシュードライトと同じ基準座標系における航法衛星経路のモデルという形で航法データの一部として送信されるようにすることができる。ここで、シュードライト経路と航法衛星経路とについて共通のモデルを使うことができ、それは軌道運動を記述する第一のサブモデルと軌道逸脱運動を記述する第二のサブモデルとからなることが好ましい。
【００１２】
しかし、確かに、航法衛星の追加の位置情報がシュードライトと同じ基準座標系における航法衛星経路のモデルという形で航法データの一部として送信されるが、代わりに、シュードライト経路と航法衛星経路とについて別個のモデルが使われ、適用可能なモデルの識別子が航法データの中に供給されるようにすることもできる。このような識別子は、例えば、航法データの中の追加のデータ領域を通じて、例えば、モデルデータに先行して位置し、モデル（シュードライトモデルまたは航法衛星モデル）のタイプを示す特別なフラグにより実現することができる。
【００１３】
このように、原理上、航法衛星とシュードライトは、航法データとその中に含まれる位置情報とを送信するために、少なくとも統一されたデータフォーマットを使うことができる。統一されたデータフォーマットの例としては、米国特許第６,３３６,０７６号（US 6,336,076 B1）を参照することができる。結果として、受信された航法データの処理は利用者端末において著しく単純化され、これにより、利用者端末の製造と稼動のための費用も減少する。さらに、航法データを送信するために同じ周波数あるいは同じ周波数帯域が航法衛星とシュードライトとによって使われ、航法データの符号分割多重コード化（code-division multiplex encoding）のために独自のコードが各シュードライトと各航法衛星とによって使われるようにすることもできる。結果として、特に、利用者端末のための費用を減少させることもできる。なぜなら、一つの周波数あるいは一つの周波数帯域だけが受信されればよく、送信能力（transmission capacity）について要求されるもの（周波数あるいは周波数帯域）も減少するからである。
【００１４】
しかし、代わりに、シュードライトの一部あるいはすべてが同じコードを符号分割多重コード化に使うことができる。これは特に、これらのシュードライトが同じコードを使うとき、利用者端末に障害を生じさせない特定のシュードライトに当てはまる。この例としては、空間的に広く分散したシュードライトがある。これならば、例えば、限られた数のコードを選択し、これらのコードを一定の距離で空間的に反復させることができる。しかし、同じコードを使うシュードライトの航法データが干渉する領域において、利用者端末がこれらの干渉を検出して、これらのシュードライトからの航法データを航法に使わないようにすることもできる。
【００１５】
本発明の別の目的は、航法衛星とシュードライトとを有する衛星航法システムにおいて、該航法衛星と該シュードライトが利用者端末に航法データを送信するための送信装置を有する該衛星航法システムである。本発明に従って、該シュードライトはおのおの、一方で、基準座標系におけるシュードライト経路のモデルデータを作成するために設計され、他方で、該モデルデータを航法データに挿入するために設計された装置を有し、該モデルデータは少なくとも１つのシュードライトの軌道逸脱運動を説明するようになっている。結果として、単純化された航法データを作成することができ、その結果、利用者端末の単純化がなされる。これは、上記の方法を参照してすでに説明したとおりである。このように、この衛星航法システムは上記の方法に従って利用者端末に航法データを送信するよう設計される。
【００１６】
さらに、航法衛星がおのおの、同じ基準座標系における航法衛星経路のモデルデータを作成するための、かつ、該モデルデータを航法データに挿入するための装置を有するようにすることができる。ここで、特に、シュードライト経路と航法衛星経路とについて共通のモデルが使われるように、すべてのモデルデータ作成装置が設計され、それは好ましくは、軌道運動を記述する第一のサブモデルと軌道逸脱運動を記述する第二のサブモデルとからなるようにすることができる。しかし、代わりに、シュードライト経路と航法衛星経路とについて別個のモデルが使われるように、シュードライトと航法衛星のモデルデータ作成装置を設計することができ、適用可能なモデルの識別子は航法データの中に供給される。すでに記載した方法はこの目的のために使ってもよく、すでに述べた利点が得られる。
【００１７】
特に、航法データを送信するための統一されたデータフォーマットが航法衛星とシュードライトとによって使われるように、すべての送信装置とモデルデータ作成装置を設計することができる。また、航法データを送信するために同じ周波数あるいは同じ周波数帯域が航法衛星とシュードライトとによって使われ、航法データの符号分割多重コード化のために独自のコードが各シュードライトと各航法衛星とによって使われるように、航法データを送信するためのすべての送信装置を設計することができる。これらから得られる利点に関しては、すでに記載した方法の説明を参照せよ。
【００１８】
しかし、代わりに、シュードライトの一部あるいはすべてが航法データの符号分割多重コード化のために同じコードを使うように、シュードライトの航法データを送信するための送信装置が設計されるようにすることもできる。これは特に、これらのシュードライトが同じコードを使うとき、利用者端末に障害を生じさせない特定のシュードライトに当てはまる。この例としては、空間的に広く分散したシュードライトがある。これならば、例えば、限られた数のコードを選択し、これらのコードを一定の距離で空間的に反復させることができる。しかし、同じコードを使うシュードライトの航法データが干渉する領域において、利用者端末がこれらの干渉を検出して、これらのシュードライトからの航法データを航法に使わないようにすることもできる。
【００１９】
本発明の別の目的は、基準座標系におけるシュードライト経路のモデルデータが上記の方法によって挿入されている航法データを航法衛星およびシュードライトから受信する受信装置を持つ、衛星航法システムのための利用者端末である。本発明によれば、該利用者端末は、基準座標系におけるシュードライト経路のモデルデータを航法データから抽出するための位置モデル解読装置（position model decoding device）を含み、さらに該位置モデル解読装置は少なくとも１つのシュードライトの軌道逸脱運動のモデルデータを説明するように、そして該モデルデータを基礎として少なくとも１つのシュードライトの位置決定を実行するように設計されている。このような装置は、シュードライトの位置情報のための別個のチャネルあるいはプロトコルを従来技術の要求どおりに受信および解読するための別個の装置よりも著しく少ない労力で、特に、実施することができる。さらに、モデルデータが考慮されるので、このような利用者端末により、シュードライトの位置決定を著しくより精密に行うことができるようになり、その結果、これまでに従来技術によって行うことができたのよりも著しく精密に自身の位置を決定することもできるようになる。
【００２０】
これは特に、該位置モデル解読装置がさらに、同じ基準座標系における航法衛星経路のモデルデータを航法データから抽出するように、そして該モデルデータを基礎として少なくとも１つの航法衛星の位置を決定するように設計されているときに当てはまる。このようにして、利用者端末でのデータ処理作業は均一化することができ、よって、さらに、著しく単純化することができる。
【００２１】
この場合、該位置モデル解読装置はシュードライト経路と航法衛星経路とについて共通のモデルを識別し抽出するように設計され、そのモデルは軌道運動を記述する第一のサブモデルと軌道逸脱運動を記述する第二のサブモデルとからなるようにすることができる。しかし、代わりに、該位置モデル解読装置は該航法データの中の適用可能なモデルの識別子に基づいてシュードライト経路と航法衛星経路とについて別個のモデルを識別し抽出するように設計されるようにすることもできる。どちらの可能性が選択されるかは、上記の方法においてどちらのタイプのモデルが選択されたかによる。
【００２２】
利用者端末の受信装置および位置モデル解読装置は航法衛星およびシュードライトからの統一されたデータフォーマットを処理するように設計されていることが好ましい。もし、すべてのシュードライトおよびすべての航法衛星からのすべての航法データが同じ周波数あるいは同じ周波数帯域で送信されるならば、一方では、航法衛星およびシュードライトからの航法データが同じ周波数あるいは同じ周波数帯域で受信されうるように、他方では、各シュードライトおよび各航法衛星からの航法データが符号分割多重コード化のための独自のコードの支援により解読されるように、利用者端末の受信装置が設計されることになる。このように、航法データを解読するために、異なるコードが、従来の符号分割多重化法（code-division multiplexing method）にしたがって、各シュードライトと各航法衛星とに用いられる。
【００２３】
本発明の別の目的は、航法衛星およびシュードライトからの航法データであって、基準座標系におけるシュードライト経路のモデルデータが上記の方法に従って挿入されている航法データを処理するためのコンピュータプログラムである。ここで、該コンピュータプログラムは少なくとも１つのシュードライトの軌道逸脱運動のモデルデータを説明する。さらに、基準座標系におけるシュードライト経路のモデルデータを挿入するだけでなく、よって、例えば、航法衛星経路、特定のモデル、データフォーマットなどに関しても、上記の方法にしたがって作成された航法データを処理することまでもできるように、コンピュータプログラムを改変することができる。ここで、該コンピュータプログラムは上記の利用者端末の位置モデル解読装置と共に機能するように設計されている。
【００２４】
最後に、本発明には、上記のコンピュータプログラムが電子的に読み取り可能な制御信号の形で格納されている機械読み取り可能なプログラム媒体を含むコンピュータプログラム製品が含まれる。該制御信号はいかなる適当な形式でも格納することができる。そして、それに応じて電子的読み出しは電気的、磁気的、電磁的、電気光学的、あるいは他の電子的手段を通じて行うことができる。このようなプログラム媒体の例としては磁気テープ、ディスケット、固定ディスク、CD-ROMおよび半導体素子がある。
【００２５】
衛星航法システムと関連して本発明の実施形態の特徴的な例を以下、図１および２を使って説明する。
【００２６】
示されているのは、
図１  シュードライトを有する本発明による衛星航法システムと本発明による端末の模式図
図２  慣性基準座標系におけるシュードライト経路および航法衛星経路の模式図
である。
【００２７】
図１は、多数の航法衛星１（例えば、ジーピーエス（GPS）、グロナス（GLONASS）あるいは類似の将来的なシステム、例えば、ガリレオ（GALILEO））と、衛星航法システムの精度あるいは冗長度を増加させるためのシュードライト２とを有する衛星航法システムを模式的に示す。図１で例により表されているのは、シュードライト２であり、図１の場合には、地球の表面（陸地あるいは水面）上で所定の位置に固定されている。しかし、シュードライト２は、地球表面の上で、下方で、または上方で、例えば、適当な陸上輸送機関、船舶、航空機あるいは宇宙船に搭載されて移動することもできる。特に、この場合、シュードライト２は、その動きが予測可能もしくは推定可能な輸送機関または類似の移動体、例えば、その移動経路と移動時間もしくは飛行経路と飛行時間が比較的正確に分かる、もしくは決定しうる列車、地下鉄列車、川船もしくは航空機、またはその軌道内での経路が同様に比較的正確に分かる人工衛星に配置することができる。すべての航法衛星１は、利用者端末（利用者端末）UTへ航法データを送信するための少なくとも１つの送信装置（送信ユニット）TU1を有する。このことは航法衛星１について例によって図１に示される。シュードライト２はおのおの、利用者端末UTへ航法データを送信するための少なくとも１つの送信装置TU2を有する。
【００２８】
航法衛星１はさらに、少なくとも当該航法衛星１の経路のモデルデータを作成するための装置（位置モデルユニット）PMU1を有する。該装置はデータ技術によって航法衛星１の送信装置TU1と接続される。また、モデルデータを作成するための装置PMU1は、この航法衛星１によって送信される航法データの中に、少なくとも当該航法衛星１の経路のモデルデータを挿入することを開始する。追加の航法衛星１および／またはシュードライト２についての情報を、アルマナックの形で、または同様に当該経路のモデルの形で、航法データに挿入することもできる。
【００２９】
シュードライトは、送信装置TU2のほかに、少なくとも当該シュードライトの経路のモデルデータを作成するための装置PMU2を有する。それはデータ技術によってシュードライト２の送信装置TU2と接続される。また、モデルデータを作成するための装置PMU2は、このシュードライト２によって送信される航法データの中に、少なくとも当該シュードライト２の経路のモデルデータを挿入することを開始する。追加の航法衛星１および／またはシュードライト２についての情報を、アルマナックの形で、または同様に当該経路のモデルの形で、航法データに挿入することもできる。
【００３０】
図２で示されているのは、シュードライト経路および航法衛星経路のモデルについての特別な事例である。基準座標系は、回転する地球３の中心にその原点が存在する慣性座標系４によって形成される。この結果、シュードライト２と航法衛星１についてシュードライト経路５と航法衛星経路６が生成される。さて、これらのシュードライト経路５と航法衛星経路６とについて共通のモデルを選択することができる。それは座標系４において適切な経路を記述するのに役立つ。この場合、該モデルは、シュードライト２の経路についてケプラー軌道モデルの形での適切な経路、および軌道位置と時間との関係を含まないか、または、それらを含むだけでなく、予測可能または推定可能な経路に対する影響のモデリングを、理想的には択一的にまたは追加的に含む。予測または推定は、例えば、特に潮汐効果（tide effects）による地球の表面構造の時間変化によって、またはシュードライトが、例えば、輸送機関もしくは他の移動体に搭載されているときには、地球表面に対するシュードライトの相対運動によって可能である。
【００３１】
共通のモデルは理想的には、軌道運動を記述する第一のサブモデルと軌道逸脱運動を記述する第二のサブモデルとから構成される。このために、少なくとも１つの第一の行列Ａが軌道のモデルを、よって軌道運動を記述し、少なくとも１つの第二の行列Ｂが軌道逸脱運動を記述する行列方程式を特に設定することができる。これにより、全体的なモデルは該行列の和（Ａ＋Ｂ）から構成することができる。次に、経路を表現する運動方程式を得るために、これに、人工衛星あるいはシュードライトの座標およびその導関数の適当な表現あるいは関数を含むベクトルｘをかける。行列Ｂの各要素bijは、軌道逸脱運動のモデルがシュードライトの座標とその導関数とにのみ当てはまるような方法で、ゼロに等しくすることができる。対照的に、行列Ａの各要素aijは、軌道運動のモデルが航法衛星の座標とその導関数とにのみ当てはまるような方法で、ゼロに等しくすることができる。しかし、行列Ａの要素は、軌道運動のモデルが航法衛星の座標とその導関数、およびシュードライトの座標とその導関数に当てはまるように選択することもできる。ここで、シュードライトの座標とその導関数のモデルは軌道逸脱運動のモデルにより補われ、よって、エフェメリスデータにのみ基づくモデルよりも現実に即したシュードライト経路の記述を行うことができる。
【００３２】
しかし、異なるモデルをシュードライト経路５と航法衛星経路６とについて選択することもできる。これに関連して、上記のモデルに類似した方法で、軌道モデルを航法衛星の座標とその導関数とについて選択することができ、軌道逸脱運動のモデルをシュードライトの座標とその導関数とについて選択することができる。ここで、後者のモデルはシュードライトの座標とその導関数の軌道モデルを補うものとして供給することができる。この場合に、これらの異なるモデルは、例えば、航法データ中で、対応するモデルデータに先行して位置する特別なフラグを通じて識別することができる。簡略化のために、理想的にはこれら二つの場合おのおのにおいて、統一されたデータフォーマットがモデルデータについて選択される。
【００３３】
送信能力の消耗と利用者端末のための費用とをできる限り低く保つために、符号分割多重化処理（code-division multiplex process）においてすべての航法衛星１およびシュードライト２の航法データを同じ周波数あるいは同じ周波数帯域で送信することができる。
【００３４】
利用者端末UTは、受信装置RUと接続され、上記の基準座標系４におけるシュードライト経路５および航法衛星経路６のモデルデータを受信された航法データから抽出するために使われる位置モデル解読装置（位置モデル解読ユニット）PMDUを有する。シュードライト２の軌道逸脱運動を説明するモデルがシュードライト経路のために使われる。即ち、上記のとおり、シュードライト位置が、エフェメリスデータの支援により、したがって、不十分にしかシュードライトの経路を記述することができない軌道モデルの支援により表現されるだけでなく、特に、シュードライト２の軌道逸脱運動もモデル化される。これは、軌道モデル（例えば、エフェメリスデータ）を使ったシュードライト経路５の表現に変わりうるものとして、または、軌道モデル（例えば、エフェメリスデータ）を使ったシュードライト経路５の表現と組み合わせて、よって、後者の場合においては、既存の軌道モデルの改良として、行うことができる。
【００３５】
さらに、位置モデル解読装置（位置モデル解読ユニット）PMDUは、モデルデータを基礎として航法衛星１およびシュードライト２の位置を決定するのに用いられる。位置モデル解読装置PMDUはこの処理において、共通のモデルがシュードライト経路５と航法衛星経路６とについて存在するかどうか、あるいは別個のモデルがシュードライト経路５と航法衛星経路６とについて存在するかどうかを検出する。これらは、例えば、航法データ中でモデルデータに先行する適当なフラグにより識別される。
【００３６】
もし、統一されたデータフォーマットがすべての航法データについて、よって、すべてのモデルデータについて―この例で提案したとおりに―選択されるならば、利用者端末UTの受信装置RUおよび位置モデル解読装置PMDUもこの統一されたデータフォーマットを処理することができるように適切に改造される。この結果、最終的には利用者端末UTが簡略化される。同じ考察が、すべての航法データが同じ周波数あるいは同じ周波数帯域で符号分割多重化（code-division multiplexing）により送信される場合に当てはまる。この場合、航法衛星１およびシュードライト２からの航法データを同じ周波数あるいは同じ周波数帯域で受信できるように、他方で、おのおののシュードライト２およびおのおのの航法衛星１の航法データをおのおのについての別個のコードの支援により解読することができるように、受信装置RUを設計することができる。
【００３７】
位置モデル解読装置PMDUで航法データを処理するために利用者端末において必要な処理工程のすべてまたは一部をコンピュータプログラムによって実行することができる。この目的のために、コンピュータプログラムは利用者端末UTの位置モデル解読装置PMDUと共に機能するように改変される。該コンピュータプログラムは好ましくはコンピュータプログラム製品の支援により利用者端末UTに導入することができる。該コンピュータプログラム製品は、該コンピュータプログラムが電子的に読み取り可能な制御信号の形で格納されている機械読み取り可能なプログラム媒体（データ運搬手段（data carrier））を含む。プログラム媒体の一例を挙げるならば、コンピュータプログラムが格納された半導体チップを有するチップカードがある。しかし、すでに論じたとおり、すべての他の適当なタイプのコンピュータプログラム製品も用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】シュードライトを有する本発明による衛星航法システムと本発明による端末の模式図である。
【図２】慣性基準座標系におけるシュードライト経路および航法衛星経路の模式図である。
【図１】
2005530985.tif 000003
【図２】
2005530985.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月28日(2004.4.28)
【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】
航法衛星（１）とシュードライト（pseudolites）（２）とを含む衛星航法システムの利用者端末（ＵＴ）へ航法データを送信する方法であって、少なくとも１つのシュードライト（２）の位置情報が基準座標系（４）におけるシュードライト経路（pseudolite trajectory）（５）のモデルという形で送信され、該モデルが該少なくとも１つのシュードライト（２）の軌道逸脱運動（orbit-divergent motions）を説明する方法において、該少なくとも１つのシュードライト（２）の位置情報を送信するために用いられる別個のチャネルあるいはプロトコルを用いることなく、該少なくとも１つのシュードライト（２）の位置情報を航法データの一部として送信することを特徴とする方法。
【請求項２】
シュードライト経路（５）の該モデルの一部として、地球（３）の表面構造の時間変化および／または地球（３）の表面に対する該少なくとも１つのシュードライト（２）の相対運動が考慮されていることを特徴とする請求項１に係る方法。
【請求項３】
航法衛星（１）の位置情報が同じ基準座標系（４）における航法衛星経路（６）のモデルという形で航法データの一部として送信され、シュードライト経路（５）と航法衛星経路（６）とについて共通のモデルが使われ、それは軌道運動を記述する第一のサブモデルと軌道逸脱運動を記述する第二のサブモデルとからなることを特徴とする請求項１または２に係る方法。
【請求項４】
航法衛星（１）の位置情報が同じ基準座標系（４）における航法衛星経路（６）のモデルという形で航法データの一部として送信され、シュードライト経路（５）と航法衛星経路（６）とについて別個のモデルが使われ、適用可能なモデルの識別子が航法データの中に供給されていることを特徴とする請求項１または２に係る方法。
【請求項５】
航法データを送信するために、統一されたデータフォーマットが航法衛星（１）とシュードライト（２）とによって使われることを特徴とする請求項１〜４の一項に係る方法。
【請求項６】
航法データを送信するために同じ周波数あるいは同じ周波数帯域が航法衛星（１）とシュードライト（２）とによって使われ、航法データの符号分割多重コード化（code-division multiplex encoding）のために独自のコードが各シュードライトと各航法衛星とによって使われることを特徴とする請求項１〜５の一項に係る方法。
【請求項７】
シュードライト（２）の一部あるいはすべてが航法データの符号分割多重コード化のために同じコードを使うことを特徴とする請求項１〜５の一項に係る方法。
【請求項８】
航法衛星（１）とシュードライト（２）とを有する衛星航法システムであって、該航法衛星（１）と該シュードライト（２）が利用者端末（ＵＴ）に航法データを送信するための送信装置（TU1、TU2）を有し、該シュードライト（２）がおのおの、基準座標系（４）におけるシュードライト経路（５）のモデルデータを作成するための装置（PMU2）を有し、該モデルデータは少なくとも１つのシュードライト（２）の軌道逸脱運動を説明する衛星航法システムにおいて、該装置（PMU2）が該モデルデータを、送信される航法データに挿入することを特徴とする衛星航法システム。
【請求項９】
航法衛星（１）がおのおの、同じ基準座標系（４）における航法衛星経路（６）のモデルデータを作成するための、かつ、該モデルデータを航法データに挿入するための装置（PMU1）を有しており、シュードライト経路（５）と航法衛星経路（６）とについて共通のモデルが使われるように、すべてのモデルデータ作成装置（PMU1、PMU2）が設計されており、それは軌道運動を記述する第一のサブモデルと軌道逸脱運動を記述する第二のサブモデルとからなることを特徴とする請求項８に係る衛星航法システム。
【請求項１０】
航法衛星（１）がおのおの、同じ基準座標系（４）における航法衛星経路（６）のモデルデータを作成するための、かつ、該モデルデータを航法データに挿入するための装置（PMU1）を有しており、シュードライト経路（５）と航法衛星経路（６）とについて別個のモデルが使われるように、すべてのモデルデータ作成装置（PMU1、PMU2）が設計されており、適用可能なモデルの識別子が航法データの中に供給されていることを特徴とする請求項８に係る衛星航法システム。
【請求項１１】
航法データを送信するための統一されたデータフォーマットが航法衛星（１）とシュードライト（２）とによって使われるように、すべての送信装置（TU1、TU2）とモデルデータ作成装置（PMU1、PMU2）が設計されていることを特徴とする請求項８〜１０の一項に係る衛星航法システム。
【請求項１２】
航法データを送信するために同じ周波数あるいは同じ周波数帯域が航法衛星（１）とシュードライト（２）とによって使われ、航法データの符号分割多重コード化のために独自のコードが各シュードライト（２）と各航法衛星（１）とによって使われるように、航法データを送信するためのすべての送信装置（TU1、TU2）が設計されていることを特徴とする請求項８〜１１の一項に係る衛星航法システム。
【請求項１３】
シュードライト（２）の一部あるいはすべてが航法データの符号分割多重コード化のために同じコードを使うように、シュードライト（２）の航法データを送信するための送信装置（TU2）が設計されていることを特徴とする請求項８〜１１の一項に係る衛星航法システム。
【請求項１４】
シュードライト（２）が陸上輸送機関（land vehicles）、船舶、航空機あるいは宇宙船に、特に、その軌道が航法衛星（１）の軌道より高いあるいは低い人工衛星に設置されていることを特徴とする請求項８〜１３の一項に係る衛星航法システム。
【請求項１５】
基準座標系（４）におけるシュードライト経路（５）のモデルデータが請求項１〜７の一項に係る方法を使って挿入されている航法データを航法衛星（１）およびシュードライト（２）から受信する受信装置（RU）を持つ衛星航法システムのための利用者端末（ＵＴ）であって、位置モデル解読装置（position model decoding device）（PMDU）が基準座標系（４）におけるシュードライト経路（５）のモデルデータを航法データから抽出するために提供されている利用者端末において、該位置モデル解読装置（PMDU）はさらに、シュードライト（２）の位置情報のための別個のチャネルあるいはプロトコルを受信し解読するために提供される別個の装置を用いることなく、少なくとも１つのシュードライト（２）の軌道逸脱運動のモデルデータを説明するように、そして該モデルデータを基礎として少なくとも１つのシュードライト（２）の位置決定を実行するように設計されている利用者端末。
【請求項１６】
該位置モデル解読装置（PMDU）はさらに、同じ基準座標系（４）における航法衛星経路（６）のモデルデータを航法データから抽出するように、そして該モデルデータを基礎として少なくとも１つの航法衛星（１）の位置を決定するように設計されていることを特徴とし、該位置モデル解読装置（PMDU）はシュードライト経路（５）と航法衛星経路（６）とについて共通のモデルを識別し抽出するように設計されており、そのモデルは軌道運動を記述する第一のサブモデルと軌道逸脱運動を記述する第二のサブモデルとからなる請求項１５に係る利用者端末。
【請求項１７】
同じ基準座標系（４）における航法衛星経路（６）のモデルデータを航法データから抽出するように、そして該モデルデータを基礎として少なくとも１つの航法衛星（１）の位置を決定するように設計されていることを特徴とし、該位置モデル解読装置（PMDU）は該航法データの中の適用可能なモデルの識別子に基づいてシュードライト経路（５）と航法衛星経路（６）とについて別個のモデルを識別し抽出するように設計されている請求項１５に係る利用者端末。
【請求項１８】
受信装置（RU）と位置モデル解読装置（PMDU）が航法衛星（１）およびシュードライト（２）からの統一されたデータフォーマットを処理するように設計されていることを特徴とする請求項１５〜１７の一項に係る利用者端末。
【請求項１９】
一方では、航法衛星（１）およびシュードライト（２）からの航法データが同じ周波数あるいは同じ周波数帯域で受信されうるように、他方では、各シュードライト（２）および各航法衛星（１）からの航法データが符号分割多重コード化のための別個のコードの支援により解読されるように、受信装置（RU）が設計されていることを特徴とする請求項１５〜１８の一項に係る利用者端末。
【請求項２０】
航法衛星（１）およびシュードライト（２）からの航法データであって、基準座標系（４）におけるシュードライト経路（５）のモデルデータが請求項１〜７の一項に係る方法に従って挿入されている航法データを処理するためのコンピュータプログラムにおいて、該コンピュータプログラムは少なくとも１つのシュードライト（２）の軌道逸脱運動のモデルデータを説明し、該コンピュータプログラムは請求項１５〜１８の一項に係る利用者端末（ＵＴ）の位置モデル解読装置（PMDU）と共に機能するように設計されている該コンピュータプログラム。
【請求項２１】
請求項２０に係るコンピュータプログラムが電子的に読み取り可能な制御信号の形で格納されている機械読み取り可能なプログラム媒体（ＤＣ）を含むコンピュータプログラム製品。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は航法衛星とシュードライト（pseudolites）とを含む衛星航法システムの利用者端末への航法データの送信という応用分野に関する。
【０００２】
特に、航法衛星への直線的な見通し（line-of-sight）が限られてしか存在しない地球表面の領域において、衛星航法システムの精度と冗長度を増加させるためにシュードライトを用いることは、原理上は米国特許第５,１７７,４８９号（US 5,177,489 A）と米国特許第５,６８６,９２４号（US 5,686,924 A）によって公知である。
【０００３】
米国特許第６,１０１,１７８号（US 6,101,178 A）には、シュードライトの位置を利用者端末に伝達するための種々の実行可能な手段が記載されている。シュードライトから受信されたシュードライトの位置データと航法データとを基礎として、利用者端末は、航法衛星の支援により自身の位置を決定する精度を増加させることができ、あるいは一部またはすべての航法衛星からの航法データの受信が損なわれている領域においてシュードライトの支援により位置決定を行なうことができる。
【０００４】
しかし、この公知の従来技術では、利用者端末にシュードライトの位置情報を送信するために、別個の無線チャネルあるいは特別なプロトコル等の無線資源の追加が必要であることが問題である。即ち、シュードライトのこのような位置情報は、―衛星航法システムの通常の利用者端末と比較して―この情報と追加された送信チャネルとに特別に適合していなければならない受信用部品（receiving components）が追加された利用者端末によってしか受信も利用もできず、また、貴重な無線資源は占拠される。これらの特別な追加の機能を有していない通常の利用者端末にとって、シュードライトの位置情報の送信は認識不可能、すなわち、これらの利用者端末によっては使用することができない。
【０００５】
米国特許第６,３３６,０７６号（US 6,336,076 B1）は、従来のジーピーエス（ＧＰＳ）衛星エフェメリス（ephemeris）メッセージの修正版たりうるシュードライト汎地球測位シグナル（pseudolite Global Positioning Signal）をシュードライトが送信することを提案する。このメッセージには、特に、ジーピーエス衛星に関する、あるいはシュードライトに関するエフェメリスデータが含まれる。よって、ジーピーエス衛星と同様、シュードライトの位置はエフェメリスデータの助けを借りて送信されることになる。これはケプラーの方程式、したがって、中心力場の軌道の記述に基づいている。しかし、エフェメリスデータの助けを借りてシュードライトをこのように記述することは、慣性座標系でのシュードライトの真の運動を反映しない。なぜなら、例えば、地球の表面に固定されたシュードライトは、中心力場中の軌道において自由に動くことは全くないからである。
【０００６】
エー・ヴェー・グラファレント、ファオ・エス・シュヴァルツェ：「汎地球測位システム」、物理ジャーナル１、２００２年、１号、ウィリー−ファオツェーハー−フェアラーク・ゲーエムベーハー、３９〜４４頁（E. W. Grafarend, V. S. Schwarze: "Das Global Positioning System", Physik Journal 1 (2002) No. 1, Wiley-VCH-Verlag GmbH, p. 39-44）は、航法衛星の軌道を決定する際に、ケプラー軌道からの衛星軌道の逸脱を引き起こしうる相対論的効果を説明することを提案する。しかし、その中ではシュードライトに言及されておらず、さらに、相対論的な経路補正（trajectory correction）に基づく相対論的効果はシュードライトの助けを借りた航法では探知可能ではない。したがって、そこに記載されている提案はシュードライトにとっては適切ではない。
米国特許第５,８８６,６６６号（US 5,886,666）には、ジーピーエス衛星航法システムを補強するものとして航空機搭載シュードライト航法システムが記載されている。これに関連して、ケプラーの方程式に基づいてシュードライトの固定位置を記述するデータが、修正されたジーピーエス衛星エフェメリスメッセージの一部として送信される。この固定位置からの逸脱が、場合により航法端末（navigation terminals）への別個のデータリンクに対するベクトル誤差補正（vector error correction）の形で送信されうる。この場合も、シュードライトの真の運動が不十分にしか記述されないか、あるいは代わりに、シュードライトの軌道逸脱運動を記述するための追加の補正データを送信するための別個のチャネルが再び提供される。
【０００７】
即ち、本発明の目的は、従来技術のこれらの不利な点を改善し、特に、シュードライトの位置決定を改良することができるようにする選択肢を提供することである。この目的は、請求項１、８、１５、２０および２１の特徴を通じて達成される。
【０００８】
本発明の第一の目的は、航法衛星とシュードライトとを含む衛星航法システムの利用者端末へ航法データを送信する方法である。本発明は、少なくとも１つのシュードライトの位置情報を基準座標系におけるシュードライト経路（pseudolite trajectory）のモデルという形で航法データの一部として送信することを提供する。ここで、該モデルは該少なくとも１つのシュードライトの軌道逸脱運動（orbit-divergent motions）を説明する。これは米国特許第６,１０１,１７８号（US 6,101,178 A）あるいは米国特許第６,３３６,０７６号（US 6,336,076 B1）による従来技術では提供されない。むしろ、米国特許第６,１０１,１７８号（US 6,101,178 A）、９欄には、航法衛星は確かに衛星のアルマナック（almanac）およびエフェメリス補正データならびにクロック補正データにより航法データの一部として情報を送信するが、これはシュードライトに対しては提供されないことが記載されている。米国特許第６,３３６,０７６号（US 6,336,076 B1）には確かにエフェメリスデータの送信、即ち、シュードライトの軌道運動の記述について記載されているが、これはシュードライトの現実の運動を記述するには一般に不適当なモデルである。本発明による方法の利点は、第一に、シュードライトの位置情報を送信するのに別個のチャネルあるいはプロトコルが必要ではなく、代わりに、この送信が、いかなる場合にも供給される航法データの送信の一部として行われることである。また、シュードライトの位置情報は、絶対的な位置としてではなく、むしろ基準座標系におけるシュードライト経路のモデルという形で送信される。ここで、該モデルは少なくとも１つのシュードライトの軌道逸脱運動を説明する。例えば、回転する地球の中心にその原点が存在する慣性座標系を基準座標系として使用することができる。しかし、代わりに、地球と全く同様に回転し、章動し（nutates）、歳差運動する（precesses）基準座標系、したがって、その中では地球が静止している基準座標系を選択することができる。少なくとも１つのシュードライトの軌道逸脱運動を説明するシュードライト経路のモデルを使用することにより、より高い精度の位置情報ならびにシュードライトおよび利用者端末の位置決定が可能になる。なぜなら、利用者端末に対するシュードライトの、前もって決定しうる、または推定された運動が該モデルにおいて考慮されうるからである。
【０００９】
シュードライト経路のモデルの一部として、特に、地球の表面構造の時間変化を考慮に入れることができる。地球の表面構造のこれら時間変化は、地球の表面に固定されたシュードライトの運動を生じさせうる。この運動は、特に、高い精度での位置決定の測定精度に非常にはっきりした影響を与える。地球の表面構造のこのような時間変化は、特に、シュードライトが海面上に固定されているときは海洋の潮流によって、あるいは陸部（land）の大陸プレートの潮流によって起こされる。このように周期的に起こり、よって予測可能な地球の表面構造の時間変化は、基準座標系におけるシュードライト経路のモデルに統合することができる。
【００１０】
しかし、特に、シュードライトが地球の表面に固定されていないが、代わりに、その運動が適当なモデルによって記述できる適当な陸上輸送機関（land vehicles）、船舶、航空機あるいは宇宙船に設置されているときには、シュードライト経路はシュードライトの別のタイプの運動も記述することができる。このことは、例えば、その軌道が、例えば、航法衛星の軌道より高いあるいは低い人工衛星にシュードライトを設置することに応用することができる可能性がある。
【００１１】
他方、航法衛星の位置情報も航法データの一部として送信されるときには、送信されるデータのフォーマットも簡略化されうる。なぜなら、その場合、シュードライトおよび航法衛星の位置情報のデータフォーマットが、そしておそらくデータのコンテント（data content）も、統一されうるからである。これに関連して、特に、航法衛星の位置情報もシュードライトと同じ基準座標系における航法衛星経路のモデルという形で航法データの一部として送信されるようにすることができる。ここで、シュードライト経路と航法衛星経路とについて共通のモデルを使うことができ、それは軌道運動を記述する第一のサブモデルと軌道逸脱運動を記述する第二のサブモデルとからなることが好ましい。
【００１２】
しかし、確かに、航法衛星の追加の位置情報がシュードライトと同じ基準座標系における航法衛星経路のモデルという形で航法データの一部として送信されるが、代わりに、シュードライト経路と航法衛星経路とについて別個のモデルが使われ、適用可能なモデルの識別子が航法データの中に供給されるようにすることもできる。このような識別子は、例えば、航法データの中の追加のデータ領域を通じて、例えば、モデルデータに先行して位置し、モデル（シュードライトモデルまたは航法衛星モデル）のタイプを示す特別なフラグにより実現することができる。
【００１３】
このように、原理上、航法衛星とシュードライトは、航法データとその中に含まれる位置情報とを送信するために、少なくとも統一されたデータフォーマットを使うことができる。統一されたデータフォーマットの例としては、米国特許第６,３３６,０７６号（US 6,336,076 B1）を参照することができる。結果として、受信された航法データの処理は利用者端末において著しく単純化され、これにより、利用者端末の製造と稼動のための費用も減少する。さらに、航法データを送信するために同じ周波数あるいは同じ周波数帯域が航法衛星とシュードライトとによって使われ、航法データの符号分割多重コード化（code-division multiplex encoding）のために独自のコードが各シュードライトと各航法衛星とによって使われるようにすることもできる。結果として、特に、利用者端末のための費用を減少させることもできる。なぜなら、一つの周波数あるいは一つの周波数帯域だけが受信されればよく、送信能力（transmission capacity）について要求されるもの（周波数あるいは周波数帯域）も減少するからである。
【００１４】
しかし、代わりに、シュードライトの一部あるいはすべてが同じコードを符号分割多重コード化に使うことができる。これは特に、これらのシュードライトが同じコードを使うとき、利用者端末に障害を生じさせない特定のシュードライトに当てはまる。この例としては、空間的に広く分散したシュードライトがある。これならば、例えば、限られた数のコードを選択し、これらのコードを一定の距離で空間的に反復させることができる。しかし、同じコードを使うシュードライトの航法データが干渉する領域において、利用者端末がこれらの干渉を検出して、これらのシュードライトからの航法データを航法に使わないようにすることもできる。
【００１５】
本発明の別の目的は、航法衛星とシュードライトとを有する衛星航法システムにおいて、該航法衛星と該シュードライトが利用者端末に航法データを送信するための送信装置を有する該衛星航法システムである。本発明に従って、該シュードライトはおのおの、一方で、基準座標系におけるシュードライト経路のモデルデータを作成するために設計され、他方で、該モデルデータを航法データに挿入するために設計された装置を有し、該モデルデータは少なくとも１つのシュードライトの軌道逸脱運動を説明するようになっている。結果として、単純化された航法データを作成することができ、その結果、利用者端末の単純化がなされる。これは、上記の方法を参照してすでに説明したとおりである。このように、この衛星航法システムは上記の方法に従って利用者端末に航法データを送信するよう設計される。
【００１６】
さらに、航法衛星がおのおの、同じ基準座標系における航法衛星経路のモデルデータを作成するための、かつ、該モデルデータを航法データに挿入するための装置を有するようにすることができる。ここで、特に、シュードライト経路と航法衛星経路とについて共通のモデルが使われるように、すべてのモデルデータ作成装置が設計され、それは好ましくは、軌道運動を記述する第一のサブモデルと軌道逸脱運動を記述する第二のサブモデルとからなるようにすることができる。しかし、代わりに、シュードライト経路と航法衛星経路とについて別個のモデルが使われるように、シュードライトと航法衛星のモデルデータ作成装置を設計することができ、適用可能なモデルの識別子は航法データの中に供給される。すでに記載した方法はこの目的のために使ってもよく、すでに述べた利点が得られる。
【００１７】
特に、航法データを送信するための統一されたデータフォーマットが航法衛星とシュードライトとによって使われるように、すべての送信装置とモデルデータ作成装置を設計することができる。また、航法データを送信するために同じ周波数あるいは同じ周波数帯域が航法衛星とシュードライトとによって使われ、航法データの符号分割多重コード化のために独自のコードが各シュードライトと各航法衛星とによって使われるように、航法データを送信するためのすべての送信装置を設計することができる。これらから得られる利点に関しては、すでに記載した方法の説明を参照せよ。
【００１８】
しかし、代わりに、シュードライトの一部あるいはすべてが航法データの符号分割多重コード化のために同じコードを使うように、シュードライトの航法データを送信するための送信装置が設計されるようにすることもできる。これは特に、これらのシュードライトが同じコードを使うとき、利用者端末に障害を生じさせない特定のシュードライトに当てはまる。この例としては、空間的に広く分散したシュードライトがある。これならば、例えば、限られた数のコードを選択し、これらのコードを一定の距離で空間的に反復させることができる。しかし、同じコードを使うシュードライトの航法データが干渉する領域において、利用者端末がこれらの干渉を検出して、これらのシュードライトからの航法データを航法に使わないようにすることもできる。
【００１９】
本発明の別の目的は、基準座標系におけるシュードライト経路のモデルデータが上記の方法によって挿入されている航法データを航法衛星およびシュードライトから受信する受信装置を持つ、衛星航法システムのための利用者端末である。本発明によれば、該利用者端末は、基準座標系におけるシュードライト経路のモデルデータを航法データから抽出するための位置モデル解読装置（position model decoding device）を含み、さらに該位置モデル解読装置は少なくとも１つのシュードライトの軌道逸脱運動のモデルデータを説明するように、そして該モデルデータを基礎として少なくとも１つのシュードライトの位置決定を実行するように設計されている。このような装置は、シュードライトの位置情報のための別個のチャネルあるいはプロトコルを従来技術の要求どおりに受信および解読するための別個の装置よりも著しく少ない労力で、特に、実施することができる。さらに、モデルデータが考慮されるので、このような利用者端末により、シュードライトの位置決定を著しくより精密に行うことができるようになり、その結果、これまでに従来技術によって行うことができたのよりも著しく精密に自身の位置を決定することもできるようになる。
【００２０】
これは特に、該位置モデル解読装置がさらに、同じ基準座標系における航法衛星経路のモデルデータを航法データから抽出するように、そして該モデルデータを基礎として少なくとも１つの航法衛星の位置を決定するように設計されているときに当てはまる。このようにして、利用者端末でのデータ処理作業は均一化することができ、よって、さらに、著しく単純化することができる。
【００２１】
この場合、該位置モデル解読装置はシュードライト経路と航法衛星経路とについて共通のモデルを識別し抽出するように設計され、そのモデルは軌道運動を記述する第一のサブモデルと軌道逸脱運動を記述する第二のサブモデルとからなるようにすることができる。しかし、代わりに、該位置モデル解読装置は該航法データの中の適用可能なモデルの識別子に基づいてシュードライト経路と航法衛星経路とについて別個のモデルを識別し抽出するように設計されるようにすることもできる。どちらの可能性が選択されるかは、上記の方法においてどちらのタイプのモデルが選択されたかによる。
【００２２】
利用者端末の受信装置および位置モデル解読装置は航法衛星およびシュードライトからの統一されたデータフォーマットを処理するように設計されていることが好ましい。もし、すべてのシュードライトおよびすべての航法衛星からのすべての航法データが同じ周波数あるいは同じ周波数帯域で送信されるならば、一方では、航法衛星およびシュードライトからの航法データが同じ周波数あるいは同じ周波数帯域で受信されうるように、他方では、各シュードライトおよび各航法衛星からの航法データが符号分割多重コード化のための独自のコードの支援により解読されるように、利用者端末の受信装置が設計されることになる。このように、航法データを解読するために、異なるコードが、従来の符号分割多重化法（code-division multiplexing method）にしたがって、各シュードライトと各航法衛星とに用いられる。
【００２３】
本発明の別の目的は、航法衛星およびシュードライトからの航法データであって、基準座標系におけるシュードライト経路のモデルデータが上記の方法に従って挿入されている航法データを処理するためのコンピュータプログラムである。ここで、該コンピュータプログラムは少なくとも１つのシュードライトの軌道逸脱運動のモデルデータを説明する。さらに、基準座標系におけるシュードライト経路のモデルデータを挿入するだけでなく、よって、例えば、航法衛星経路、特定のモデル、データフォーマットなどに関しても、上記の方法にしたがって作成された航法データを処理することまでもできるように、コンピュータプログラムを改変することができる。ここで、該コンピュータプログラムは上記の利用者端末の位置モデル解読装置と共に機能するように設計されている。
【００２４】
最後に、本発明には、上記のコンピュータプログラムが電子的に読み取り可能な制御信号の形で格納されている機械読み取り可能なプログラム媒体を含むコンピュータプログラム製品が含まれる。該制御信号はいかなる適当な形式でも格納することができる。そして、それに応じて電子的読み出しは電気的、磁気的、電磁的、電気光学的、あるいは他の電子的手段を通じて行うことができる。このようなプログラム媒体の例としては磁気テープ、ディスケット、固定ディスク、CD-ROMおよび半導体素子がある。
【００２５】
衛星航法システムと関連して本発明の実施形態の特徴的な例を以下、図１および２を使って説明する。
【００２６】
示されているのは、
図１  シュードライトを有する本発明による衛星航法システムと本発明による端末の模式図
図２  慣性基準座標系におけるシュードライト経路および航法衛星経路の模式図
である。
【００２７】
図１は、多数の航法衛星１（例えば、ジーピーエス（GPS）、グロナス（GLONASS）あるいは類似の将来的なシステム、例えば、ガリレオ（GALILEO））と、衛星航法システムの精度あるいは冗長度を増加させるためのシュードライト２とを有する衛星航法システムを模式的に示す。図１で例により表されているのは、シュードライト２であり、図１の場合には、地球の表面（陸地あるいは水面）上で所定の位置に固定されている。しかし、シュードライト２は、地球表面の上で、下方で、または上方で、例えば、適当な陸上輸送機関、船舶、航空機あるいは宇宙船に搭載されて移動することもできる。特に、この場合、シュードライト２は、その動きが予測可能もしくは推定可能な輸送機関または類似の移動体、例えば、その移動経路と移動時間もしくは飛行経路と飛行時間が比較的正確に分かる、もしくは決定しうる列車、地下鉄列車、川船もしくは航空機、またはその軌道内での経路が同様に比較的正確に分かる人工衛星に配置することができる。すべての航法衛星１は、利用者端末（利用者端末）UTへ航法データを送信するための少なくとも１つの送信装置（送信ユニット）TU1を有する。このことは航法衛星１について例によって図１に示される。シュードライト２はおのおの、利用者端末UTへ航法データを送信するための少なくとも１つの送信装置TU2を有する。
【００２８】
航法衛星１はさらに、少なくとも当該航法衛星１の経路のモデルデータを作成するための装置（位置モデルユニット）PMU1を有する。該装置はデータ技術によって航法衛星１の送信装置TU1と接続される。また、モデルデータを作成するための装置PMU1は、この航法衛星１によって送信される航法データの中に、少なくとも当該航法衛星１の経路のモデルデータを挿入することを開始する。追加の航法衛星１および／またはシュードライト２についての情報を、アルマナックの形で、または同様に当該経路のモデルの形で、航法データに挿入することもできる。
【００２９】
シュードライトは、送信装置TU2のほかに、少なくとも当該シュードライトの経路のモデルデータを作成するための装置PMU2を有する。それはデータ技術によってシュードライト２の送信装置TU2と接続される。また、モデルデータを作成するための装置PMU2は、このシュードライト２によって送信される航法データの中に、少なくとも当該シュードライト２の経路のモデルデータを挿入することを開始する。追加の航法衛星１および／またはシュードライト２についての情報を、アルマナックの形で、または同様に当該経路のモデルの形で、航法データに挿入することもできる。
【００３０】
図２で示されているのは、シュードライト経路および航法衛星経路のモデルについての特別な事例である。基準座標系は、回転する地球３の中心にその原点が存在する慣性座標系４によって形成される。この結果、シュードライト２と航法衛星１についてシュードライト経路５と航法衛星経路６が生成される。さて、これらのシュードライト経路５と航法衛星経路６とについて共通のモデルを選択することができる。それは座標系４において適切な経路を記述するのに役立つ。この場合、該モデルは、シュードライト２の経路についてケプラー軌道モデルの形での適切な経路、および軌道位置と時間との関係を含まないか、または、それらを含むだけでなく、予測可能または推定可能な経路に対する影響のモデリングを、理想的には択一的にまたは追加的に含む。予測または推定は、例えば、特に潮汐効果（tide effects）による地球の表面構造の時間変化によって、またはシュードライトが、例えば、輸送機関もしくは他の移動体に搭載されているときには、地球表面に対するシュードライトの相対運動によって可能である。
【００３１】
共通のモデルは理想的には、軌道運動を記述する第一のサブモデルと軌道逸脱運動を記述する第二のサブモデルとから構成される。このために、少なくとも１つの第一の行列Ａが軌道のモデルを、よって軌道運動を記述し、少なくとも１つの第二の行列Ｂが軌道逸脱運動を記述する行列方程式を特に設定することができる。これにより、全体的なモデルは該行列の和（Ａ＋Ｂ）から構成することができる。次に、経路を表現する運動方程式を得るために、これに、人工衛星あるいはシュードライトの座標およびその導関数の適当な表現あるいは関数を含むベクトルｘをかける。行列Ｂの各要素bijは、軌道逸脱運動のモデルがシュードライトの座標とその導関数とにのみ当てはまるような方法で、ゼロに等しくすることができる。対照的に、行列Ａの各要素aijは、軌道運動のモデルが航法衛星の座標とその導関数とにのみ当てはまるような方法で、ゼロに等しくすることができる。しかし、行列Ａの要素は、軌道運動のモデルが航法衛星の座標とその導関数、およびシュードライトの座標とその導関数に当てはまるように選択することもできる。ここで、シュードライトの座標とその導関数のモデルは軌道逸脱運動のモデルにより補われ、よって、エフェメリスデータにのみ基づくモデルよりも現実に即したシュードライト経路の記述を行うことができる。
【００３２】
しかし、異なるモデルをシュードライト経路５と航法衛星経路６とについて選択することもできる。これに関連して、上記のモデルに類似した方法で、軌道モデルを航法衛星の座標とその導関数とについて選択することができ、軌道逸脱運動のモデルをシュードライトの座標とその導関数とについて選択することができる。ここで、後者のモデルはシュードライトの座標とその導関数の軌道モデルを補うものとして供給することができる。この場合に、これらの異なるモデルは、例えば、航法データ中で、対応するモデルデータに先行して位置する特別なフラグを通じて識別することができる。簡略化のために、理想的にはこれら二つの場合おのおのにおいて、統一されたデータフォーマットがモデルデータについて選択される。
【００３３】
送信能力の消耗と利用者端末のための費用とをできる限り低く保つために、符号分割多重化処理（code-division multiplex process）においてすべての航法衛星１およびシュードライト２の航法データを同じ周波数あるいは同じ周波数帯域で送信することができる。
【００３４】
利用者端末UTは、受信装置RUと接続され、上記の基準座標系４におけるシュードライト経路５および航法衛星経路６のモデルデータを受信された航法データから抽出するために使われる位置モデル解読装置（位置モデル解読ユニット）PMDUを有する。シュードライト２の軌道逸脱運動を説明するモデルがシュードライト経路のために使われる。即ち、上記のとおり、シュードライト位置が、エフェメリスデータの支援により、したがって、不十分にしかシュードライトの経路を記述することができない軌道モデルの支援により表現されるだけでなく、特に、シュードライト２の軌道逸脱運動もモデル化される。これは、軌道モデル（例えば、エフェメリスデータ）を使ったシュードライト経路５の表現に変わりうるものとして、または、軌道モデル（例えば、エフェメリスデータ）を使ったシュードライト経路５の表現と組み合わせて、よって、後者の場合においては、既存の軌道モデルの改良として、行うことができる。
【００３５】
さらに、位置モデル解読装置（位置モデル解読ユニット）PMDUは、モデルデータを基礎として航法衛星１およびシュードライト２の位置を決定するのに用いられる。位置モデル解読装置PMDUはこの処理において、共通のモデルがシュードライト経路５と航法衛星経路６とについて存在するかどうか、あるいは別個のモデルがシュードライト経路５と航法衛星経路６とについて存在するかどうかを検出する。これらは、例えば、航法データ中でモデルデータに先行する適当なフラグにより識別される。
【００３６】
もし、統一されたデータフォーマットがすべての航法データについて、よって、すべてのモデルデータについて―この例で提案したとおりに―選択されるならば、利用者端末UTの受信装置RUおよび位置モデル解読装置PMDUもこの統一されたデータフォーマットを処理することができるように適切に改造される。この結果、最終的には利用者端末UTが簡略化される。同じ考察が、すべての航法データが同じ周波数あるいは同じ周波数帯域で符号分割多重化（code-division multiplexing）により送信される場合に当てはまる。この場合、航法衛星１およびシュードライト２からの航法データを同じ周波数あるいは同じ周波数帯域で受信できるように、他方で、おのおののシュードライト２およびおのおのの航法衛星１の航法データをおのおのについての別個のコードの支援により解読することができるように、受信装置RUを設計することができる。
【００３７】
位置モデル解読装置PMDUで航法データを処理するために利用者端末において必要な処理工程のすべてまたは一部をコンピュータプログラムによって実行することができる。この目的のために、コンピュータプログラムは利用者端末UTの位置モデル解読装置PMDUと共に機能するように改変される。該コンピュータプログラムは好ましくはコンピュータプログラム製品の支援により利用者端末UTに導入することができる。該コンピュータプログラム製品は、該コンピュータプログラムが電子的に読み取り可能な制御信号の形で格納されている機械読み取り可能なプログラム媒体（データ運搬手段（data carrier））を含む。プログラム媒体の一例を挙げるならば、コンピュータプログラムが格納された半導体チップを有するチップカードがある。しかし、すでに論じたとおり、すべての他の適当なタイプのコンピュータプログラム製品も用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】シュードライトを有する本発明による衛星航法システムと本発明による端末の模式図である。
【図２】慣性基準座標系におけるシュードライト経路および航法衛星経路の模式図である。
【国際調査報告】
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