(57)【要約】本発明は、測位システムにおいて受信機の位置及び／又は正確なシステム時刻を決定する方法に関する。受信機は、測位システムのビーコンが送信する、周知の規則性を有するコード変調信号を受信して捕捉する。測位を改善できるようにするために、受信機が特定の基準時刻インスタンスで受信して捕捉するコード変調信号を送信する複数のビーコンから見える地球の領域２０をカバーするグリッドを設定することを含む方法を提案する。さらにこの方法は、受信機が受信して捕捉したコード変調信号のコード位相の測定と、利用できる補助データと、基準位置としてグリッドの交点から少なくとも１つを選択したこととに基づいて、受信機の位置及び／又はシステム時刻を決定することを含む。本発明は同様に、対応する装置と対応する測位システムとに関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位システムにおいて受信機の位置及び／又は正確なシステム時刻を決定する方法であって、受信機が、前記測位システムのビーコンが送信する、周知の規則性を有する構成要素を含むコード変調信号を受信して捕捉する前記方法は、
前記受信機が特定の基準時刻インスタンスで受信して捕捉するコード変調信号を送信する複数のビーコンから見える地球の領域（２０）をカバーするグリッドを設定し、
前記受信機が受信し捕捉したコード変調信号のコード位相の測定と、利用できる補助データと、基準位置として前記グリッドの交点から少なくとも１つを選択したこととに基づいて、前記受信機の位置及び／又はシステム時刻を決定することを含む。
【請求項２】
前記複数のビーコンが少なくとも６個のビーコンを備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記グリッドがカバーする領域（２０）を、受信機の位置に関する情報によりさらに縮小する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
交点に対する各交点と任意の前記複数のビーコンとの間の幾何学的距離に基づいて決定する想定したクロックエラーと、前記測定したコード位相に基づいて個々の衛星に対して予測したクロックエラーとの差が所定の値を越えることにより、基準位置として用いられないようにこれらの交点を除外する請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
不適切な交点を、簡素化したアプローチで受信機の位置を決定することに基づいて決定して、基準位置として用いられないように不適切な交点を除外する請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記簡素化したアプローチが簡素化した五次元時間リカバリ方法である請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記簡素化したアプローチがコスト関数を最小化することを含み、コスト関数が引数としての各基準位置に依存する少なくとも１つの残留エラーを含む請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記簡素化したアプローチが、少なくとも前記グリッドの選択した交点に対して前記コスト関数で最小となる絞り込んだ基準位置を決定する３つ以下の反復ステップを有する反復を含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも選択した交点に対して前記コスト関数について絞り込んだ基準位置を決定する反復に基づいて、前記簡素化したアプローチが、概算コスト関数を最小化することを含む請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記反復で絞り込んだ基準位置から外れる場合、交点が不適切な交点であると見なされる請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
２つの連続する反復ステップにおいて、互いに所定の差を超える差を有する絞り込んだ基準位置になる場合、交点が不適切な交点であると見なされる請求項８から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記反復ステップのうちの１つにおいて、第一の所定の標高を超える標高、あるいは第二の所定の標高を下回る標高に対応する絞り込んだ基準位置となる場合、交点が不適切な交点であると見なされる請求項８から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
所定の数の反復ステップの後、所定の値を越える前記コスト関数の値になる絞り込んだ基準位置となる場合、交点が不適切な交点であると見なされる請求項８から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記グリッドの選択した交点を基準位置として用いる五次元時間リカバリ方法に基づいて、前記受信機の位置及び／又は前記システム時刻を決定する請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
コスト関数を最小化することにより前記受信機の位置及び／又は前記システム時刻を決定し、コスト関数が引数としての各基準位置に依存する少なくとも１つの残留エラーを含む請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
絞り込んだ基準位置を、前記グリッドの選択した交点から与えられる各基準位置から開始する収束反復により決定する、前記コスト関数を最小化して絞り込んだ基準位置を得る請求項１５に記載方法。
【請求項１７】
次の交点をバイアスとして除外して前記受信機の位置及び／又は前記システム時刻を決定するかどうか確認する前に、任意の所定の条件により、特定の交点をバイアスとして除外するかどうか確認して前記受信機の位置を決定する請求項１から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記受信機の位置に関する利用可能な情報に基づいて、前記交点の確認する順序を決定する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記利用可能な補助データを用いても前記受信機の位置及び／又は前記システム時刻が得られない場合は、前記方法を変更した補助データを用いて繰り返す請求項１から１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
周知の規則性を有するコード変調信号を測位システムのビーコンから受信して捕捉する受信手段と、
請求項１から１９のいずれか１項に記載の方法を実行する処理手段と
を備える受信機。
【請求項２１】
受信機がＧＰＳ受信機である請求項２０に記載の受信機。
【請求項２２】
請求項２０又は２１に記載の受信機を備える電子装置。
【請求項２３】
前記電子装置がネットワークと接続可能な移動端末である請求項２２に記載の電子装置。
【請求項２４】
測位システムのビーコンが送信し、前記受信機が受信し捕捉する周知の規則性を有するコード変調信号に関する受信機情報を受け付ける手段と、
請求項１から１９のいずれか１項に記載の方法を実行する処理手段と
を備える装置。
【請求項２５】
装置がネットワークのネットワーク要素である請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
ビーコンが送信する周知の規則性を有するコード変調信号を受信する手段及び受信したコード変調信号に関する情報を供給する手段を備える受信機と、
請求項２４又は２５に記載の装置と
を備える測位システム。
【請求項２７】
請求項２０又は２１に記載の受信機と、
前記受信機に補助データを供給して前記受信機がその位置及び／又はシステム時刻を決定できるようにする装置と
を備える測位システム。
【請求項２８】
前記装置がネットワークのネットワーク要素である請求項２７に記載の測位システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測位システムにおける受信機の位置、及び／又は正確なシステム時刻を決定する方法に関する。受信機は、測位システムのビーコンが送信するコード変調信号を受信して、捕捉する。コード変調信号は、周知の規則性を有する構成要素を含む。本発明は同様に、対応する受信機、受信機を備える装置、受信機と通信可能な装置、及び少なくとも受信機とこの受信機と通信可能な装置とを備えるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ビーコンが送信する信号を判定することに基づく周知の測位システムとは、ＧＰＳ（全地球測位システム）である。ＧＰＳの衛星群は、軌道に乗って地球を周回するビーコンとして用いられる２１個以上の衛星から成る。このように衛星を配置しているので、通常５個から８個の衛星を地球上の任意の地点から確実に見ることができる。
【０００３】
宇宙飛行体（ＳＶ）とも呼ばれる各衛星は、２つのマイクロ波搬送波信号を送信する。これらのうちの１つであるＬＩ搬送波信号を用いて、標準測位サービス（ＳＰＳ）のナビゲーションメッセージとコード信号とを搬送する。ＬＩ搬送波位相を、各衛星が異なるＣ／Ａ（Ｃｏａｒｓｅ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）コードを用いて変調する。従って、個別の衛星では、送信するための異なるチャネルが得られる。１ＭＨｚの帯域幅以上のスペクトルに及ぶＣ／Ａコードが１０２３ビット毎に繰り返され、コードエポックは１ミリ秒である。ＬＩ信号の搬送波周波数はさらに、５０ビット／秒のビットレートでナビゲーション情報を用いて変調されている。この情報は特定の軌道歴データを含む。軌道歴パラメータは、個々の衛星の軌道の短いセクションを記述する。これらの軌道歴パラメータに基づいて、アルゴリズムにより、衛星の各記述セクション内における約２〜４時間の任意の時間の、衛星の位置と速度とを推定することができる。軌道歴データはまた、衛星クロック対一般ＧＰＳ時刻の現在のずれを示す時刻修正パラメータを含む。
【０００４】
さらに、ナビゲーションメッセージの別の部分として、週の時刻ＴＯＷのカウントを６秒毎に繰り返す。
【０００５】
その位置が決定されるＧＰＳ受信機は、現在利用できる衛星が送信する信号を受信し、別々のＣ／Ａコードに基づいて、受信機の捕捉装置が、個別の衛星が用いるチャネルを検出して捕捉する。受信機はまず、各衛星が送信するレンジングコードの送信時刻を決定する。通常、送信予定時刻は２つの構成要素から成る。第一の構成要素は、衛星からの信号内の復号ナビゲーションメッセージから抽出したＴＯＷのカウントである。これは正確に６秒間でカウントする。第二の構成要素は、受信機の捕捉装置がＴＯＷを示すビットを受信した時刻からのエポックとチップとをカウントすることに基づくものである。エポックとチップとをカウントすることにより、ミリ秒やミリ秒以下の単位で受信した特定のビットの送信時刻を受信機に供給する。また、検出したエポックエッジは、受信した信号のコード位相を示す。
【０００６】
レンジングコードの送信時刻と、受信機への到着時刻ＴＯＡの測定時刻とに基づいて、レンジングコードが衛星から受信機へ伝搬するのに必要な到達時間ＴＯＦを決定する。このＴＯＦを光速に乗算することにより、ＴＯＦが受信機と個々の衛星との間の距離に変換される。特定の衛星と受信機との間の計算した距離を疑似距離と呼ぶのは、受信機には一般ＧＰＳ時刻が正確にはわからないからである。通常、受信機は、ある初期推定に基づいてレンジングコードの正確な到着時刻を計算する。初期の時刻推定がより正確であればあるほど、位置と正確な時刻の計算がより効率的になる。基準ＧＰＳ時間については、ネットワークにより受信機に供給することができるが、必ずしも供給する必要はない。
【０００７】
次に、衛星の計算した距離と推定位置とにより、受信機の現在位置が計算できるようになる。これは、セットになっている衛星から疑似距離の、ある交点に受信機が位置しているからである。三次元での受信機の位置と、受信機のクロックのタイムオフセットとを計算できるようにするために、４つの個別のＧＰＳ衛星信号からの信号が必要である。
【０００８】
受信機のチャネルの１つでナビゲーションデータを利用できれば、受信した信号に含まれる送信時刻表示を用いて、時刻を初期化して受信機のクロックエラーを修正することもできる。ＧＰＳでは、測位するのに初期時刻が必要である。初期時刻推定には、約０．０７８秒の衛星信号の平均伝搬時間が、ナビゲーション情報から抽出したレンジングコードの送信時刻に加えられる。この結果をレンジングコードの到着時刻の初期推定として用いると、正確な到着時刻の約２０ミリ秒以内で推定される。受信機は次に、個別の衛星について衛星から各レンジングコードを送信した時刻を決定する。現在時刻の初期推定を用いることにより、各レンジングコードが衛星から受信機へ伝搬するまでの時間間隔として光速により秒、あるいはメートルで、受信機が疑似距離を測定する。決定した疑似距離から受信機の位置を計算した後、正確な到着時刻を、１μ秒の正確さで標準ＧＰＳ計算式から計算することができる。
【０００９】
しかしながら、かかる時刻初期化を利用できるようにするためには、衛星信号からのナビゲーションデータが必要である。現在、多くのＧＰＳ受信機は、衛星からの状態の良い信号レベルで、屋外で動作するように設計されている。従って、良い伝搬条件下でしか、上述の時刻初期化に必要なナビゲーションデータを確実に利用することができない。
【００１０】
対照的に、悪い伝搬条件下では受信した衛星信号から十分正確なナビゲーションメッセージを抽出することができないのは、ビットエラーレートが高くて弱い信号レベルでは、ナビゲーションビットを確実に復号することが不可能だからである。屋内でよく見られるこのような悪い伝搬条件により、時刻初期化と疑似距離の測定とが一層難しくなってしまう。
【００１１】
ナビゲーションデータに雑音が多いために標準の時刻期化方法が適用できないこれらの場合、受信機に対する時刻初期化プロセスは、時刻リカバリ方法により行うことができる。時刻リカバリ方法の詳細は例えば「ＧＳＭネットワークアシスタンスを用いたＧＰＳ時刻リカバリの可能性（Ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｉｅｓ  ｆｏｒ  ＧＰＳ  Ｔｉｍｅ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｗｉｔｈ  ＧＳＭ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）」、ＩＯＮ  ＧＰＳ  ２０００会報、２０００年９月、Ｊ．シルヤネン（Ｊ．Ｓｙｒｊａｅｒｉｎｎｅ）、に記載されている。しかしながら、かかる方法は大抵の場合、受信機に対する基準位置が必要である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、受信したビーコン信号内のナビゲーション情報を利用することなく、測位システムのビーコンが送信し、周知の規則性を有する構成要素を含む、コード変調信号を受信して捕捉する受信機の測位を改善することである。特に、本発明の目的は、基準位置を必要とすることなく、受信機の位置及び／又は正確なシステム時刻を素早く決定できることである。
【００１３】
この目的は、受信機が特定の基準時刻インスタンスで受信して捕捉するコード変調信号を送信する、複数のビーコンから見える地球の領域をカバーするグリッドを設定するステップを含む方法によって達成される。さらに、受信機が受信して捕捉したコード変調信号のコード位相の測定と、利用できる補助データと、基準位置としてグリッドの交点から少なくとも１つを選択したこととに基づいて、受信機の位置及び／又はシステム時刻を決定することを提案する。グリッドの交点は、以下でグリッド地点とも呼ばれる。
【００１４】
この目的はさらに、受信機、受信機を備える電子装置、あるいは他の装置であって、いずれかが提案する方法のステップを実行する手段を備えることにより達成される。受信機以外の他の装置でこの処理を行う場合には、受信した信号について必要な情報は、受信機がこの装置に送る。提案した他の装置は例えば、ネットワークのネットワーク要素とすることができる。この目的はまた、受信機と装置とを備えるシステムであって、受信機又は装置のいずれかが提案する方法のステップを実行する手段を備えるシステムにより達成される。受信機がこの処理を行う場合には、受信機の位置を判定するプロセスに必要な補助データは、装置が受信機に供給する。
【００１５】
本発明は、各受信機の考えられ得る位置が最も近いグリッドの交点までの所定の距離以内にあるように、地球をグリッドでカバーできることを考慮に入れて進められている。最も近い交点は、受信機の位置に対して十分近い位置となる。各グリッド地点を判定して、受信機に対して現在最も近いグリッド地点かどうか決定することができる。本発明はさらに、地球の全表面をカバーする全グリッド地点を判定するには、１台の受信機では処理能力と時間とが大きすぎることを考慮に入れて進められている。従って、グリッドを、受信機が必ず存在する領域に限定することを提案する。この領域は、受信機が特定の時刻インスタンスで信号を受信することができる全てのビーコンから見える領域として、確実に決定することができる。この領域は時刻とともに変わるが、最大エラーがより小さい基準時刻を用いることにより、この領域をかなり正確に決定することができる。任意の時刻インスタンスで例えば６個の衛星がカバーする領域は、地球の全表面よりも相当狭い。
【００１６】
本発明の利点は、位置とシステム時刻の推定を決定することができ、しかも基準位置や、ビーコン信号のナビゲーションメッセージを復調することが不要である。その結果、悪い信号条件での測位が適度な計算負荷で可能になる。地球全体をカバーするグリッドを用いる方法と比較して、必要な計算量を大幅に減らすことができる。本発明はまた、任意の情報を用いることができ、この情報により、グリッド地点の位置をさらに限定でき、結果として計算負荷をさらに減らすことになる。例えば、かかる情報とは、受信機が位置する国に関する情報とすることができる。受信機が小国に存在するならば、この国の領域を用いて測位を限定することができる。
【００１７】
さらに本発明の利点は、受信機内、又は受信機を備える装置内で位置を計算することができることである。
【００１８】
本発明の利点はまた、衛星を探し出して状態の良い信号に基づいて位置を計算する従来の方法と比較して、最初の位置決定までの時間、すなわち、最初の位置を決定するまでの時間を短縮することができることである。同様に、本発明により、状態の良いビーコン信号からシステム時刻を得る時間を短縮することができる。ＧＰＳ信号のサブフレームの大きさは、例えば６秒であり、これは従来の方法では、ＧＰＳ時刻を判定する受信機がサブフレームから信号を受信するまで待たなければならなかった。
【００１９】
本発明の利点はまた、従来の方法と比較して電力消費を減らすことができることである。これは、受信機は受信した信号のコード位相を判定するだけなので、その間スイッチを切っておくことができるからである。
【００２０】
同様に本発明の利点は、受信した信号のコード位相、例えばＧＰＳ信号のＣ／Ａコード位相だけに基づいているので、受信したビーコン信号から軌道歴と疑似距離とが不要である。用いる補助データは、例えばネットワークから検索することができる。
【００２１】
明確な信号条件下であっても、提案する方法から得られる位置は、従来の解決方法より正確な位置である。これは、信号強度が不十分なために通常除外されているビーコン信号を考慮に入れることができるからである。
【００２２】
本発明の好適な実施の形態は、下位の請求項から明らかになるであろう。
【００２３】
さらに有利なことは、判定した可視領域内のグリッド地点に基づいておよその受信機の位置を決定する前に、グリッド地点が計算から除外されていることである。このことは、１以上の追加のステップにおけるいくつかの条件に基づいて達成される。
【００２４】
さらに限定するための第一の条件は、好ましくは、受信機のクロックエラーに基づくものである。各グリッド地点の位置と各衛星の位置との間の幾何学的距離に基づいて、各グリッド地点に対して想定したクロックエラーを決定することができる。次に、この想定したクロックエラーを、予測したクロックエラーと比較する。各受信したコード変調信号のコード位相の測定に基づいて、予測したクロックエラーを計算する。コード位相は、正確な時間の小数部になる。想定したクロックエラーと予測したクロックエラーとの差が所定の値を越えるグリッド地点は全て、以後の判定から除外することができる。想定したクロックエラーと予測したクロックエラーとの比較は、位置自体を計算することなくグリッドの各地点に対して実行する。また、概算することにより、計算方法をより早く実行できる。例えば計算は、浮動小数点計算の代わりに整数計算として実施することができる。従って、このアプローチは、以後の判定から多数のグリッド地点を早めに除外させるのに適している。
【００２５】
グリッドの地点をさらに制限することは、好ましくは、第一のラフアプローチで受信機の位置を判決定することにより達成される。
【００２６】
本発明の好適な実施の形態において、このステップは簡素化したコスト関数を最小化することに基づいており、コスト関数が予測したコード位相と測定したコード位相とのずれを判定する。測定したコード位相は、受信機でのコード位相測定と、測定修正とから決定する。測定修正には、電離層修正、衛星時刻修正等が含まれる。例えば、衛星の位置、衛星からの概算の信号到達時間、基準時刻、想定される正しい受信機の位置に基づいて、予測したコード位相を受信機のハードウェアで決定する。各グリッド地点から開始される適切な反復により、想定される正確な位置を計算する。２又は３の反復ステップの後、例えば得られたコスト関数の値が所定の限度を下回るかどうか、解が次のある条件に収束し従うかどうか示すものである。解が収束しなかったり、次の条件と一致しなかったりする場合には、計算を中止して、当該グリッド地点を除外する。このアプローチにより、グリッド地点を大幅に減らすことができる。
【００２７】
最後に、正しいグリッド地点、すなわち実際の受信機の位置に最も近いグリッド地点を、残りのグリッド地点から決定する。例えば、残りの全グリッド地点に対して位置とシステム時刻とを計算するために用いられる五次元時刻リカバリ方法により、これを達成することができる。五次元時刻リカバリ方法という用語は、時刻リカバリが、最適化するべき５つの変数、すなわちシステム時刻、三次元の位置、クロックエラーを有することを意味している。
【００２８】
提案した一連のステップによれば、当初は１０００００個以上のグリッド地点が存在するが、例えば１０個のグリッド地点についてのみ正確な時刻リカバリを実行すればよい。従って、大量の計算が不要になる。
【００２９】
受信した信号から抽出したナビゲーション情報を判定する従来の受信機では、測位を開始する前に少なくとも６秒のナビゲーションメッセージを受信しなければならないが、提案した本発明の方法では、補助データが供給されればすぐに提案する方法を開始できる。従って、提案した方法を用いて得られる最初の位置決定までの時間は、従来の方法に比べてさらに短縮できることになるであろう。また、電力消費を低く抑えることができる。これは、提案した方法を用いる受信機がナビゲーションメッセージ全体ではなく、ＧＰＳの１ミリ秒の長さのコードを測定するだけだからである。
【００３０】
上述したように、受信機自体の内部、あるいは受信機外部のある装置内部で、本発明の方法に必要な計算を実行できる。受信機を携帯電話といった移動端末に組み込む場合は、計算を、例えば移動通信ネットワークのネットワーク要素内で計算し、必要な測定結果を受信機に送信することもできる。さらに、計算に必要な任意の補助データを受信機自体に備えたり、ある外部装置から供給したりすることもできる。かかる供給補助データは、信号を送信する衛星の特定の軌道歴パラメータ、疑似距離修正パラメータ、及び基準時刻を含むことができ、これは２，３分の遅延を持つ場合がある。
【００３１】
必ずしもこれに限らないが、好ましくは、本発明の方法はソフトウェアとして実行できる。
【００３２】
これに限らないが、ビーコンは特に、衛星又はネットワークの基地局とすることができる。
【００３３】
必ずしもこれに限らないが、好ましくは、受信機がＧＰＳ受信機で、ビーコンがＧＰＳ宇宙飛行体である。本発明は、例えば、特に計画中の新規のＬ２Ｃ（Ｌ２ｃｉｖｉｌ）１信号及び計画中の新規のＬ５信号といった、新規の信号を用いて将来拡張されるＧＰＳシステムや、ガリレオ等の他の同様にビーコンベースの測位システムに用いることができる。Ｌ２Ｃ信号及びＬ５信号については、例えば「現代化したＬ２Ｃｉｖｉｌ信号（Ｔｈｅ  Ｍｏｄｅｒｎｉｚｅｄ  Ｌ２  Ｃｉｖｉｌ  Ｓｉｇｎａｌ）」ＧＰＳワールド、２００１年９月、リチャードＤ．フォナタ、ウェイ・チャン、トム・スタンセル（Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｄ．  Ｆｏｎａｔａ，  Ｗａｙ  Ｃｈｅｕｎｇ，  ａｎｄ，  Ｔｏｍ  Ｓｔａｎｓｅｌｌ）に記載されている。これらの新規の信号はＬＩ信号と多少異なるコード長を有していて、提案する方法で効果が上げられる。例えば、コードが長くなればグリッドサイズを大きくすることができる。
【００３４】
本発明の他の目的及び特徴は、添付の図面と共に以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１は、本発明の方法の実施の形態の４つの基本ステップを示すフローチャートである。例えばこの方法は、ＧＰＳ受信機を備える装置内のソフトウェアコードとして実行できる。受信機は、現在受信機から見ることができるＧＰＳ衛星から信号を受信する。受信機は、悪い伝搬条件のために受信した信号からナビゲーションメッセージを抽出することができないこともあるが、少なくとも６個の衛星から受信した信号についてＣ／Ａコード位相測定をすることができる。
【００３６】
装置は、基準時刻ｔrcfにアクセスする。これは、正確なＧＰＳシステム時刻と比較して０〜６０秒遅延している基準時刻である。装置はさらに、少なくとも６個の衛星の軌道歴データにアクセスし、例えば電離層修正のために疑似距離修正パラメータにアクセスする。装置自体に補助データを備えることもできるし、装置外部のある装置に備えることもできる。例えば受信機を備える装置は携帯電話とすることができ、補助データは携帯電話が接続している通信ネットワークが提供することができる。
【００３７】
本発明の方法自体について説明する前にまず、ローカルレンジフィット方法を示す。図１に示す方法のステップのいくつかで基礎となる計算式である。
【００３８】
レンジフィットは、受信機で決定した衛星信号のＣ／Ａコード位相が、特定の選択した位置とどの程度良好に合っているか測定するものである。レンジフィットは次のように定義される。
【数１】
2005526251.tif 000003
【００３９】
この計算式では、
ｔ  受信機が信号を受信した未知のＧＰＳシステム時刻。
ｒ  受信機の未知の三次元における位置。
ｂ  受信機の未知のクロックバイアス。
Φi  ｎ個の衛星のうちのｉ番目の衛星に対し受信機が行うメートル法でのＣ／Ａコード位相測定。
εi  ｎ個の衛星のうちのｉ番目の衛星に対してメートル法で補正したＣ／Ａコード位相測定における概算エラー。例えば、個々の衛星信号伝搬に対する大気圏の影響と、地球の自転とに起因する。
Ｓi（ｔ）  時刻インスタンスｔでのｎ個の衛星のうちのｉ番目の衛星の位置。
τi  ｎ個の衛星のうちのｉ番目の衛星からユーザへの信号に関する秒単位でのおよその到達時間を秒で表したもの。通常約０．０７８秒である。
ｆｒａｃΛ  次のように決定される小数点演算子。
【００４０】
【数２】
2005526251.tif 000004
【００４１】
Λは、メートル法でのＣ／Ａコードシーケンス長で、約３００ｋｍである。
【００４２】
従って、想定した受信機の位置が正しい位置で、かつ補助データが正しければ、計算式（１）のｆｒａｃΛの引数は、Λの倍数における個々の衛星Ｓiと受信機の位置ｒとの間の距離に対応する。想定した位置ｒ及び／又は補助データの場合、特に想定した時刻ｔと想定したクロックバイアスｂが全く正しくない場合には、レンジフィットｑは、残留エラー、すなわちこの正確なΛの倍数からのずれになる。
【００４３】
【数３】
2005526251.tif 000005
【００４４】
とすると、総和コスト関数の２乗は次のようになる。
【数４】
2005526251.tif 000006
【００４５】
Ｔは受信機が信号を受信した真の時刻、Ｒは真の受信機の位置、Ｂは受信機の真のクロックバイアスであるとし、ｎ>５ならば、このコスト関数は、およそ値Ｘ＝（Ｔ，Ｒ，Ｂ）のグローバル最小を有する。
【００４６】
また、初期値ｘ0＝（ｔ0，ｒ0，ｂ0）が以下のように既知であるならば、
【数５】
2005526251.tif 000007
κを約７１０メートル／秒とし最も効果的なドップラー効果を考慮すれば、ローカルレンジフィット反復方法の以下の反復式を用いることにより、非常に効率的に計算式（２）のコスト関数の最小を求めることができる。これらの初期値は、ｘ０＝（ｔ０，ｒ０，ｂ０）とする。
【数６】
2005526251.tif 000008
【００４７】
時間を１分以内に限定するので、衛星の位置を決定して衛星の軌道に関する三次エルミート補間を構築することに適している。例えばＰ．コーベノヤ、Ｒ．ピッシェ（Ｐ．Ｋｏｒｖｅｎｏｊａ、Ｒ．Ｐｉｃｈｅ）、「効率的な衛星軌道の概算（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｏｒｂｉｔ  Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）」（ＩＯＮ  ＧＰＳ  ２０００会報、２０００年９月）に記載されている。一旦これら多項式を計算すれば、多項式は手順全体を通して用いることができる。このように短い間隔でも、三次多項式により、非常に正確に位置と速度とを推定して、非常に素早く判定する。
【００４８】
装置の位置を決定する場合には、装置は基本的に、地球上のどの位置にでも置くことができる。図１に図示の４つのステップそれぞれにより、これらの位置のいくつかを除外することができる。
【００４９】
図１に示す方法の第一のステップでは、装置は、装置の位置に対するサーチを限定することができるように地球表面上の領域を決定する。
【００５０】
装置は、地平線より上にある全衛星からの信号を受信する位置になければならない。同様に、装置の位置は同時に、信号を送信する全衛星からも見える領域に設置されなければならない。従って、位置サーチはこの領域に限定できる。
【００５１】
説明のために、図２に示す球は、赤道が破線で示されている地球を表す。衛星から見える領域は、地球のセグメントである。３個の衛星それぞれから見えるセグメントは、図示の各円２１〜２３で限定されている。受信機は、全衛星を見ることができる３つのセグメントの交点内に置かれなければならない。３個の衛星すべてから同時に見える領域２０を、グリッド線により図２に示す。衛星自体は図示されていない。より多くの衛星、例えばさらに３つの衛星について考慮すると、領域２０は更に限定されることがわかる。
【００５２】
衛星が移動すると可視領域は当然変化するが、真の時刻はｔrefからｔref＋６０秒までの間に限定されていると仮定してあるので、この変化は問題ではない。
【００５３】
【数７】
2005526251.tif 000009
ならば、地球表面上の地点ｒは可視領域に属している。可視領域は辺がカーブした多角形状の形状で、少なくとも概算としてその頂点を解析的に解くことができる。
【００５４】
一旦任意の時刻インスタントで、例えばｔref＋３０秒で可視領域を判定すれば、グリッドは、可視領域内の任意の地点が最も近いグリッド地点からｄメートル以内にあるように、可視領域をカバーして構成されている。グリッド間隔ｄは、０からΛ／２の間の値、例えば１００ｋｍまでに設定される。
【００５５】
グリッドの間隔がｄ＝１００ｋｍの場合は通常、６個の衛星から見える領域内に全部で５００〜３０００のグリッド地点が存在する。グリッドの目が十分細かければ、少なくとも１つのグリッド地点が上記不等式（３）を満たし、上記計算式（４）をこのグリッド地点から開始すれば、ローカルレンジフィットの反復が収束する。
【００５６】
可視領域内の全グリッド地点について、時刻と位置とが既知である。以下のそれぞれのステップで不適切なグリッド地点を除外できるようにするために、グリッド地点をある条件に対して判定する。
【００５７】
図１の第二のステップではまず、およそのクロックバイアス値を決定することに基づいてグリッド地点を減らす。
【００５８】
およそのクロックバイアスｂは、計算式（１）のレンジフィットｑi（ｘ）が、ｎ個の衛星それぞれに対して十分小さいものでなくてはならない。従って、ｂは、次の計算式を満たさねばならない。
【００５９】
【数８】
2005526251.tif 000010
【００６０】
この計算式の値ｑtreshは、レンジフィットｑの初期フィット閾値であり、０からΛ／２、例えば７０ｋｍまでの間の適切な値に設定されねばならない。ｑtreshを０と設定すると、任意の値ｂが関係式を満たし、可能なクロックバイアス値として受け付けられる。一方、ｑtresh＝Λ／２ならば、ｂの値はどれも受け付けられない。
【００６１】
この第二のステップでは、上述の本発明の方法の実施の形態における実行時刻の大部分が必要である。従って、相当効率的に実行する必要がある。条件式（５）を少数のクロックバイアス値に対してのみ確かめる。間隔は、パラメータβを用いて定義する。例えば、示した値β＝４０ｋｍだと、８つの個別のクロックバイアス値ｂが得られ、これを確認する。８個の衛星があると仮定すると、これは、最悪で条件式（５）を約３０００＊８＊８≒２０００００回判定することになる。例えば、基準ベクトルの平方根を粗いテーブル索引を用いて概算できる、及び／又は１つのＡＮＤコマンドを用いてｆｒａｃΛを計算できるように、Λをある適当な２の累乗にマッピングして変数を縮尺するならば、ｑi（ｘ）の計算を非常に効率的に実行できる。これらの概算によるエラーを補正するには、ｑtreshをそれに応じて減らす必要がある。
【００６２】
任意の閾値ｑtreshを用いて計算式（５）を満たす特定のグリッド地点に対して初期クロックバイアスｂがあれば、このグリッド地点は真の位置Ｒから遠いと判断できる。従って、このグリッド地点を除外する。うまく選択した閾値ｑtreshを用いれば、約５％〜１０％のグリッド地点だけが図１に示す方法の第二のステップの考査を通過できるであろう。
【００６３】
第三のステップでは、レンジフィット反復（４）の計算式に基づいてラフサーチをすることにより、残りのグリッド地点をさらに減らす。
【００６４】
このラフサーチの目的は、残りのグリッド地点の多くを素早く除外することであり、残りのグリッド地点は計算式（４）の真の位置に収束するものではないので、計算式（２）のコスト関数の最小値の根拠とすることはできない。
【００６５】
多くのグリッド地点を素早く除外する可能性がいくつかある。
【００６６】
例えば、計算式（１）のレンジフィットｑi（ｘ）をいろいろな方法で概算できる。例えばこれは、地球の自転の補正を無視する、定数を用いて疑似距離修正の概数を求める、衛星の位置計算に一定の到達時間補正を用いることにより達成できる。
【００６７】
さらに、計算式（４）の２又は３の反復ステップを計算するだけで十分である。これは、それから多くのグリッド地点が収束したり発散したりすることがわかっているからである。ある反復ステップの結果から次の計算式（４）への主要なステップが、発散を示す。各反復はさらに、計算式（３）で定義される領域内に存在しなければならない。
【００６８】
各反復ステップの後、現在の推定位置の標高がまだ、所定の低い標高限度ｈL1と所定の高い標高限度ｈH1との間にあるかどうかを更に確認することができる。
【００６９】
また、グリッド地点をより早く除外する別の可能性は、特定のグリッド地点に対するｘの最終値が、所定の閾値ｆtresh1より小さいコスト関数値ｆ（ｘ）となるかどうか確認することである。
【００７０】
計算式（４）の反復に収束しなかったり、提案した追加の要件を満たさなかったりする各グリッド地点を、図１に示す方法の第三のステップから除外する。
【００７１】
概算エラーを可能にするためには、概算を多く行えば行うほど、標高及びコスト関数の限度ｈL1、ｈH1とｆtresh1とがさらに緩やかなものになることに注意されたい。
【００７２】
図１に示す方法の第四のステップでは、計算式（４）による完全に正確なローカルレンジフィットサーチを、第三のステップの粗い判定を通過した全グリッド地点に対し実施する。
【００７３】
残りのグリッド地点の中には反復に収束しないサーチがあるので、これらのグリッド地点も除外する。
【００７４】
しかしながら残りのグリッド地点の多くは、サーチが計算式（２）のコスト関数の極小値を生成する。これらのグリッド地点については、すべてが次の所定の値ｆtresh2を越えるコスト関数の最小をとるか、次の所定の下限ｈL2と次の所定の上限ｈH2との間以外の標高を持つことになる。
【００７５】
理想的には、１つのグリッド地点だけを残し、そしてこのグリッド地点を所望の時刻位置バイアスの解とする。
【００７６】
全要件を満たすグリッド地点が見つかった場合には、これらは互いにほとんど等しい可能性があり、グローバル最小に近い別々の出発地点から開始される反復に起因する。この場合には、グリッド地点の１つを最終の解とすることができ、残りは無視できる。
【００７７】
しかしながら、複数の別々の解が得られたり、全ての条件を満足するグリッド地点が全くなかったりした場合には、測位は失敗したことになる。それでも結果を得るためには、この方法に用いたパラメータを変更して新規のサーチを行うことができる。
【００７８】
例えば、サーチグリッドが非常に粗かったために真の位置を見逃したと想定することができる。この場合、パラメータｄ、β及びｑtreshを減らして再びサーチを開始する。
【００７９】
さらに、基準時刻が予想したよりも遅延することがある。この場合、間隔［ｔref＋６０秒、ｔref＋１２０秒］を用いてサーチを再び行う。
【００８０】
さらに、基準時刻が正しくなかったり、基準時刻が全く存在しなかったりしたと想定することができる。この場合、可視領域に衛星が存在する時間間隔を判定できる。この時間間隔は約３０分から３時間で、衛星の数による。次に、判定した時間間隔を１分毎に分割し、適切なグリッド位置が見つかるまで、１分ごとに分割されたものを用いて再びサーチを行う。
【００８１】
基本的に、大きな値のｄ、β及びｑtreshを用いることにより、この方法を素早く実行する。しかしながら、値が大きすぎると、上述のように測位が失敗することになる。例えば使用する衛星の数、基準時刻における最大許容エラー、測定ノイズの量、計算式での近似エラー、実行時間については、実際に行う実施等、様々な要因により、最適な値、すなわち、多くの場合に信頼性を損なうことなく最も早く位置を決定する値が選択される。想定した値がｄ＝１００ｋｍ、β＝４０ｋｍ、ｑtresh＝７０ｋｍの場合、シミュレーションによれば９９．５％の確率で成功する。
【００８２】
本発明による方法の別の実施の形態では、残りの各グリッド地点全てに対して図１に示す第２から第４のステップを終了してから次のステップに進む代わりに、次のグリッド地点を判定する前に各グリッド地点に対して第２から第４のステップを実行する。これにより、特に真っ先に処理した地点から真の位置を発見した場合には、処理時刻をさらに短縮することができる。
【００８３】
本発明の方法は、追加の情報があればその情報によりサポートできる。位置情報がある場合には、隣接するグリッド地点を初めに確認することにより、本発明の第二の実施の形態で利用できる。例えば、２時間前の装置の位置がわかっていれば、その地点から２，３００キロメートル以内に装置があることを十分想定できる。従って、この領域をまず初めにサーチするべきである。ユーザがいる国に関する情報により、「考えられない」グリッド地点を最初に除外することができる。
【００８４】
本発明の範囲で様々な方法により、上述の実施の形態を変更することができることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の方法の好適な実施の形態を示すフローチャートである。
【図２】任意の時点での３個の衛星から見える領域を例示する図である。
【図１】
2005526251.tif 000011
【図２】
2005526251.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月24日(2004.11.24)
【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】
測位システムにおいて受信機の位置及び／又は正確なシステム時刻を決定する方法であって、受信機が、前記測位システムのビーコンが送信する、周知の規則性を有する構成要素を含むコード変調信号を受信して捕捉する前記方法は、
前記受信機が特定の基準時刻インスタンスで受信して捕捉するコード変調信号を送信する前記測位システムの複数のビーコンから見える地球の領域（２０）をカバーするグリッドを設定し、
前記受信機が受信し捕捉したコード変調信号のコード位相の測定と、利用できる補助データと、基準位置として前記グリッドの交点から少なくとも１つを選択したこととに基づいて、前記受信機の位置及び／又はシステム時刻を決定することを含む。
【請求項２】
前記複数のビーコンが少なくとも６個のビーコンを備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記グリッドがカバーする領域（２０）を、受信機の位置に関する情報によりさらに縮小する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
交点に対する各交点と任意の前記複数のビーコンとの間の幾何学的距離に基づいて決定する想定したクロックエラーと、前記測定したコード位相に基づいて個々の衛星に対して予測したクロックエラーとの差が所定の値を越えることにより、基準位置として用いられないようにこれらの交点を除外する請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
不適切な交点を、簡素化したアプローチで受信機の位置を決定することに基づいて決定して、基準位置として用いられないように不適切な交点を除外する請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記簡素化したアプローチが簡素化した五次元時間リカバリ方法である請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記簡素化したアプローチがコスト関数を最小化することを含み、コスト関数が引数としての各基準位置に依存する少なくとも１つの残留エラーを含む請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記簡素化したアプローチが、少なくとも前記グリッドの選択した交点に対して前記コスト関数で最小となる絞り込んだ基準位置を決定する３つ以下の反復ステップを有する反復を含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも選択した交点に対して前記コスト関数について絞り込んだ基準位置を決定する反復に基づいて、前記簡素化したアプローチが、概算コスト関数を最小化することを含む請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記反復で絞り込んだ基準位置から外れる場合、交点が不適切な交点であると見なされる請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
２つの連続する反復ステップにおいて、互いに所定の差を超える差を有する絞り込んだ基準位置になる場合、交点が不適切な交点であると見なされる請求項８から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記反復ステップのうちの１つにおいて、第一の所定の標高を超える標高、あるいは第二の所定の標高を下回る標高に対応する絞り込んだ基準位置となる場合、交点が不適切な交点であると見なされる請求項８から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
所定の数の反復ステップの後、所定の値を越える前記コスト関数の値になる絞り込んだ基準位置となる場合、交点が不適切な交点であると見なされる請求項８から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記グリッドの選択した交点を基準位置として用いる五次元時間リカバリ方法に基づいて、前記受信機の位置及び／又は前記システム時刻を決定する請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
コスト関数を最小化することにより前記受信機の位置及び／又は前記システム時刻を決定し、コスト関数が引数としての各基準位置に依存する少なくとも１つの残留エラーを含む請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
絞り込んだ基準位置を、前記グリッドの選択した交点から与えられる各基準位置から開始する収束反復により決定する、前記コスト関数を最小化して絞り込んだ基準位置を得る請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
次の交点をバイアスとして除外して前記受信機の位置及び／又は前記システム時刻を決定するかどうか確認する前に、任意の所定の条件により、特定の交点をバイアスとして除外するかどうか確認して前記受信機の位置を決定する請求項１から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記受信機の位置に関する利用可能な情報に基づいて、前記交点の確認する順序を決定する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記利用可能な補助データを用いても前記受信機の位置及び／又は前記システム時刻が得られない場合は、前記方法を変更した補助データを用いて繰り返す請求項１から１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
周知の規則性を有するコード変調信号を測位システムのビーコンから受信して捕捉する受信手段と、
請求項１から１９のいずれか１項に記載の方法を実行する処理手段と
を備える受信機。
【請求項２１】
受信機がＧＰＳ受信機である請求項２０に記載の受信機。
【請求項２２】
請求項２０又は２１に記載の受信機を備える電子装置。
【請求項２３】
前記電子装置がネットワークと接続可能な移動端末である請求項２２に記載の電子装置。
【請求項２４】
測位システムのビーコンが送信し、前記受信機が受信し捕捉する周知の規則性を有するコード変調信号に関する受信機情報を受け付ける手段と、
請求項１から１９のいずれか１項に記載の方法を実行する処理手段と
を備える装置。
【請求項２５】
装置がネットワークのネットワーク要素である請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
ビーコンが送信する周知の規則性を有するコード変調信号を受信する手段及び受信したコード変調信号に関する情報を供給する手段を備える受信機と、
請求項２４又は２５に記載の装置と
を備える測位システム。
【請求項２７】
請求項２０又は２１に記載の受信機と、
前記受信機に補助データを供給して前記受信機がその位置及び／又はシステム時刻を決定できるようにする装置と
を備える測位システム。
【請求項２８】
前記装置がネットワークのネットワーク要素である請求項２７に記載の測位システム。
【国際調査報告】
2005526251.tif 000013
2005526251.tif 000014