(57)【要約】  ナビゲーションのための方法およびシステムが開示される。一実施例においては、地上局の視野内におけるＧＰＳ衛星からのデータがイリジウム衛星などのＬＥＯ衛星に再伝送され、必要であれば、ユーザに伝送される前に相互リンクされる。次いで、ユーザは、干渉またはジャミングによるエラーを解決するために、ＧＰＳ衛星から直接受取ったデータとフィードフォワードされたデータを組合せることができる。代替的には、方法は、ユーザ装置において少なくとも１つの搬送波信号を受信するステップを含み、各々の搬送波信号は別個のＬＥＯ衛星によって伝送される。ユーザ装置は、第１の搬送波位相情報を得るよう搬送波信号を処理する。ユーザ装置は、慣性基準ユニットにおいて得られる慣性位置決定を再現する。ユーザ装置は、慣性位置決定および第１の搬送波位相情報に基づいてユーザ装置の位置を導き出す。
2007524089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星信号を用いてユーザのための位置を決定するための方法であって、
ＧＰＳ衛星から伝送された実時間ＧＰＳデータストリームを受信するステップと、
前記ＧＰＳ衛星から生じるフィードフォワードＧＰＳデータストリームをＬＥＯ衛星から受信するステップと、
少なくとも実時間データが損なわれた場合、フィードフォワード信号が実時間データを補うように、実時間およびフィードフォワード信号を処理するステップと、
前記処理された信号に基づいて前記ユーザのための位置を決定するステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記実時間データが、ジャミング、ＲＦ干渉または構造上の干渉のうちの少なくとも１つの結果として損なわれる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記処理するステップは、蓄積および時間同期バッファリングを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記処理するステップは、前記フィードフォワードデータストリームの復調を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
位置を決定する前に慣性基準ユニットにアクセスするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの付加的な実時間ＧＰＳデータストリームを受信し、少なくとも１つの付加的なフィードフォワードＧＰＳデータストリームを前記ＬＥＯ衛星から受信するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記フィードフォワードＧＰＳデータストリームは、前記ＬＥＯ衛星に相互リンクされ、前記ユーザに同報通信される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ＧＰＳ信号に基づいてユーザのための位置を決定するための装置であって、
第１のＧＰＳ衛星から受信した第１の実時間ＧＰＳ信号を処理するよう構成された第１の受信機と、
前記第１の受信機に連結された第２の受信機とを含み、前記第２の受信機は、ＬＥＯ衛星から伝送された第１のＬＥＯ信号を処理するよう構成され、前記第１のＬＥＯ信号は、前記第１の実時間ＧＰＳ信号に対応し、前記第１のＧＰＳ衛星から生じる第１のフィードフォワードＧＰＳ信号を含み、前記第２の受信機はさらに、ＧＰＳ支援データを前記第１の受信機に送信するよう構成され、
前記第１の受信機は、前記第１の実時間ＧＰＳ信号を前記第１のフィードフォワードＧＰＳ信号で補うことによって、より正確なＧＰＳ信号を獲得するよう構成される、装置。
【請求項９】
前記第１の受信機はさらに、前記第１の実時間ＧＰＳ信号を前記第１のフィードフォワードＧＰＳ信号に同期させるよう構成される同期バッファを含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の受信機および前記第２の受信機に連結される共通のクロックをさらに含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１のＧＰＳ衛星および前記第１のＬＥＯ衛星から伝送を受信するよう適合されたアンテナをさらに含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記アンテナと信号通信するフィルタと、前記フィルタならびに前記第１および第２の受信機と信号通信するプリアンプとをさらに含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の受信機に連結される慣性基準ユニットをさらに含み、前記第１の受信機は、前記ユーザの位置を決定するために前記慣性基準ユニットからの慣性支援データを用いるよう構成される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１の受信機は、デジタル信号プロセッサと、前記デジタル信号プロセッサに連結されたメモリとをさらに含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
ＧＰＳ信号に基づいてユーザのための位置を決定するための装置であって、
第１のＧＰＳ衛星から受信した第１の実時間ＧＰＳ信号を処理するための第１の手段と、
第１のＧＰＳ支援データを生成するためにＬＥＯ衛星から伝送された第１のＬＥＯ信号を処理するための第２の手段とを含み、前記第１のＬＥＯ信号は、前記第１の実時間ＧＰＳ信号に対応し、前記第１のＧＰＳ衛星から生じる第１のフィードフォワードＧＰＳ信号を含み、前記装置はさらに、
前記第１の実時間ＧＰＳ信号および前記ＧＰＳ支援データの関数として前記ユーザの位置を決定するための手段を含む、装置。
【請求項１６】
前記第１の処理手段は、前記第１の実時間ＧＰＳ信号を前記第１のフィードフォワードＧＰＳ信号に同期させるよう構成された同期バッファを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１の処理手段と前記第２の処理手段とに連結される共通のクロックをさらに含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１のＧＰＳ衛星および前記第１のＬＥＯ衛星から伝送を受信するよう適合されたアンテナをさらに含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記アンテナと信号通信するフィルタと、前記フィルタならびに前記第１の処理手段および前記第２の処理手段と信号通信するプリアンプとをさらに含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１の処理手段に連結された慣性基準ユニットをさらに含み、前記第１の処理手段は、前記ユーザの位置を決定するために前記慣性基準ユニットから慣性支援データを用いるよう構成される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１の処理手段はさらに、デジタル信号プロセッサと、前記デジタル信号プロセッサに連結されたメモリとをさらに含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項２２】
ＧＰＳ信号に基づいてユーザの位置を決定するためのシステムであって、
複数のＧＰＳ衛星を含み、前記複数のＧＰＳ衛星の各々は、実時間ＧＰＳ信号を前記ユーザに伝送するよう構成され、前記システムはさらに、
地球から伝送された信号を受信し、複数の付加的なＬＥＯ衛星に前記信号を随意に相互リンクし、前記信号をユーザに同報通信するよう構成された第１のＬＥＯ衛星と、
前記複数のＧＰＳ衛星のうちの少なくとも１つから前記実時間ＧＰＳ信号を受信し、前記実時間ＧＰＳ信号に基づいてフィードフォワードＧＰＳ信号を前記第１のＬＥＯ衛星に伝送するよう構成された監視および制御局と、
前記第１のＬＥＯ衛星または前記複数の付加的なＬＥＯ衛星のうちの１つから前記実時
間ＧＰＳ信号および前記フィードフォワードＧＰＳ信号を受信するよう構成されたユーザ受信機とを含み、前記ユーザ受信機は、前記ユーザの位置を決定するために、前記実時間ＧＰＳ信号と前記フィードフォワードＧＰＳ信号とを用いる、システム。
【請求項２３】
前記ユーザ受信機はさらに、
前記実時間ＧＰＳ信号を処理するよう構成された第１の受信機と、
前記第１の受信機に連結された第２の受信機とを含み、前記第２の受信機は、前記ＬＥＯフィードフォワードＧＰＳ信号を処理し、前記第１の受信機にＧＰＳ支援データを送信するよう構成され、
前記第１の受信機は、前記第１の実時間ＧＰＳ信号を前記第１のフィードフォワードＧＰＳ信号で補うことによって、より正確なＧＰＳ信号を獲得するよう構成される、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１の受信機はさらに、前記実時間ＧＰＳ信号を前記フィードフォワードＧＰＳ信号に同期させるよう構成された同期バッファを含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第１の受信機および前記第２の受信機に連結される共通のクロックをさらに含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記複数のＧＰＳ衛星のうちの少なくとも１つから、ならびに、前記第１のＬＥＯ衛星および前記複数の付加的なＬＥＯ衛星のうちの少なくとも１つから伝送を受信するよう適合されたアンテナをさらに含む、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記アンテナと信号通信するフィルタと、前記フィルタならびに前記第１および第２の受信機と信号通信するプリアンプとをさらに含む、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第１の受信機に連結された慣性基準ユニットをさらに含み、前記第１の受信機は、前記ユーザの位置を決定するために、前記慣性基準ユニットからの慣性支援データを用いるよう構成される、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記第１の受信機は、デジタル信号プロセッサと、前記デジタル信号プロセッサに連結されたメモリとをさらに含む、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記第１のＬＥＯ衛星および前記複数の付加的なＬＥＯ衛星はイリジウム衛星を含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
低周回軌道（ＬＥＯ）衛星からの信号からユーザ装置の正確な位置を推定するための方法であって、
ユーザ装置において少なくとも１つの搬送波信号を受信するステップを含み、各々の搬送波信号は別個のＬＥＯ衛星に伝送され、前記方法はさらに、
第１の搬送波位相情報を得るために前記搬送波信号を処理するステップと、
慣性基準ユニットで導き出された慣性位置決定を再現するステップと、
前記慣性位置決定および前記第１の搬送波位相情報に基づいて前記ユーザ装置の位置を導き出すステップとを含む、方法。
【請求項３２】
前記ユーザ装置の位置を導き出すステップはさらに、
前記慣性位置に基づいて整数周期の不明確さを解決するために第１の搬送波位相情報を改善するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記ユーザ装置の位置を導き出すステップはさらに、
第２の基準搬送波位相情報を得るために基準局において受信された前記搬送波信号を処理するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記ユーザ装置の位置を導き出すステップはさらに、
前記第２の基準搬送波位相情報にさらに基づいて前記ユーザ装置の位置を改善するステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
１組のナビゲーション衛星から受信したコード位相信号を用いて、近似するユーザ位置およびクロックオフセットを推定するステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記慣性位置決定は前記ユーザ位置に基づいて改善される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記慣性基準ユニットはＭＥＭＳ慣性基準ユニットである、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記慣性位置決定は、前記ユーザ装置の位置に基づいて改善される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
低周回軌道（ＬＥＯ）衛星からの信号から前記ユーザ装置の正確な位置を推定するためのユーザ装置であって、前記方法は、
前記ユーザ装置において少なくとも１つの搬送波信号を受信するよう構成された受信機を含み、各々の搬送波信号は別個のＬＥＯ衛星に伝送され、前記ユーザ装置はさらに、
第１の搬送波位相情報を得るために、前記搬送波信号を処理するよう構成される第１のプロセッサと、
慣性基準ユニットにおいて導き出される慣性位置決定を再現するよう構成される慣性基準ユニットと、
前記慣性位置決定および前記第１の搬送波位相情報に基づいて前記ユーザ装置の位置を導き出すよう構成されたプロセッサとを含む、ユーザ装置。
【請求項４０】
前記プロセッサはさらに、前記慣性位置に基づいて整数周期の不明確さを解決するよう構成される、請求項３９に記載のユーザ装置。
【請求項４１】
前記受信機はさらに、第２の基準搬送波位相情報を得るために、基準局において受信された前記搬送波信号を処理するよう構成される、請求項３９に記載のユーザ装置。
【請求項４２】
前記プロセッサはさらに、前記第２の基準搬送波位相情報に基づいて前記ユーザ装置の位置を改善するよう構成される、請求項４１に記載のユーザ装置。
【請求項４３】
前記プロセッサはさらに、１組のナビゲーション衛星から受信したコード位相信号を用いて、近似するユーザ位置およびクロックオフセットを推定するよう構成される、請求項３９に記載のユーザ装置。
【請求項４４】
前記慣性基準ユニットはさらに、前記ユーザ位置に基づいて前記慣性位置決定を改善するよう構成される、請求項４３に記載のユーザ装置。
【請求項４５】
前記干渉基準ユニットはＭＥＭＳ干渉基準ユニットである、請求項３９に記載のユーザ装置。
【請求項４６】
前記慣性基準ユニットはさらに、前記ユーザ装置の位置に基づいて前記慣性位置決定を改善するよう構成される、請求項３９に記載のユーザ装置。
【請求項４７】
コンピュータ読取可能媒体に記憶されるコンピュータソフトウェアプログラムであって、前記コンピュータプログラムは、低周回軌道（ＬＥＯ）衛星からの信号に基づいてユーザ装置の正確な位置を推定するよう構成され、前記方法は、
少なくとも１つの搬送波信号を受信するよう構成された第１のソフトウェア構成要素を含み、各々の搬送波信号は別個のＬＥＯ衛星に伝送され、前記コンピュータソフトウェアプログラムはさらに、
第１の搬送波位相情報を得るために前記搬送波信号を処理するよう構成された第２のソフトウェア構成要素と、
慣性基準ユニットにおいて導き出された慣性位置決定を再現するよう構成された第３のソフトウェア構成要素と、
前記慣性位置決定および前記第１の搬送波位相情報に基づいて前記ユーザ装置の位置を導き出すよう構成された第４のソフトウェア構成要素とを含む、コンピュータソフトウェアプログラム。
【請求項４８】
前記第４のソフトウェア構成要素はさらに、前記慣性位置に基づいて整数周期の不明確さを解決するために、前記第１の搬送波位相情報を改善するよう構成される、請求項４７に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項４９】
前記第４のソフトウェア構成要素はさらに、
第２の基準搬送波位相情報を得るために基準局において受信された前記搬送波信号を処理するよう構成される、請求項４７に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項５０】
前記ユーザ装置の位置を導き出すステップはさらに、
前記第２の基準搬送波位相情報にさらに基づいて前記ユーザ装置の位置を改善するステップを含む、請求項４９に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項５１】
１組のナビゲーション衛星から受信したコード位相信号を用いて、近似するユーザ位置およびクロックオフセットを推定するよう構成された第５のソフトウェア構成要素をさらに含む、請求項４７に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項５２】
前記第３のソフトウェア構成要素はさらに、前記近似するユーザ位置に基づいて前記慣性位置決定を改善するよう構成される、請求項５１に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項５３】
前記慣性基準ユニットはＭＥＭＳ慣性基準ユニットである、請求項４７に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項５４】
前記第３のソフトウェア構成要素はさらに、前記ユーザ装置の位置に基づいて前記慣性位置決定を改善するよう構成される、請求項４７に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項５５】
低周回軌道（ＬＥＯ）衛星からの信号からユーザ装置の正確な位置を推定するための装置であって、前記方法は、
ユーザ装置において少なくとも１つの搬送波信号を受信するための手段を含み、各々の搬送波信号は別個のＬＥＯ衛星に伝送され、前記装置はさらに、
第１の搬送波位相情報を得るために前記搬送波信号を処理するための手段と、
慣性基準ユニットで導き出された慣性位置決定を再現するための手段と、
前記慣性位置決定および前記第１の搬送波位相情報に基づいて前記ユーザ装置の位置を導き出すための手段とを含む、装置。
【請求項５６】
前記ユーザ装置の位置を導き出すための手段はさらに、
前記慣性位置に基づいて整数周期の不明確さを解決するために第１の搬送波位相情報を
改善するための手段を含む、請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
前記ユーザ装置の位置を導き出すための手段はさらに、
第２の基準搬送波位相情報を得るために基準局において受信された前記搬送波信号を処理するための手段を含む、請求項５５に記載の装置。
【請求項５８】
前記ユーザ装置の位置を導き出すための手段はさらに、
前記第２の基準搬送波位相情報にさらに基づいて前記ユーザ装置の位置を改善するための手段を含む、請求項５７に記載の装置。
【請求項５９】
１組のナビゲーション衛星から受信したコード位相信号を用いて、近似するユーザ位置およびクロックオフセットを推定するための手段をさらに含む、請求項５５に記載の装置。
【請求項６０】
前記慣性位置決定は、前記ユーザ位置に基づいて改善される、請求項５９に記載の装置。
【請求項６１】
前記慣性基準ユニットはＭＥＭＳ慣性基準ユニットである、請求項５５に記載の装置。
【請求項６２】
前記慣性位置決定は、前記ユーザ装置の位置に基づいて改善される、請求項５５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は、概して、ナビゲーションのための方法およびシステムに関する。
【０００２】
関連出願
この出願は、以下の特許出願、すなわち、（１）２００４年１月１５日に出願され、「屋内および独立型のナビゲーション用のＬＥＯベースの位置決めシステム（“LEO-BASED POSITIONING SYSTEM FOR INDOOR AND STAND-ALONE NAVIGATION”）」と題された米国仮出願番号第６０／５３６，８２３号、（２）２００４年１月１５日に出願され、「高度なＧＰＳ性能を支援する実時間データ（“REAL-TIME DATA AIDING FOR ENHANCED GPS PERFORMANCE”）」と題された米国仮出願番号第６０／５３６，７８８号、（３）２００４年６月２９日に出願され、「屋内および独立型のナビゲーション用のＬＥＯベースの位置決めシステム（“LEO-BASED POSITIONING SYSTEM FOR INDOOR AND STAND-ALONE NAVIGATION”）」と題された米国出願番号第１０／８７９，２５６号、および（４）２００４年６月２２日に出願され、「高度なＧＰＳ性能を支援する実時間データ（“REAL-TIME DATA AIDING FOR ENHANCED GPS PERFORMANCE”）」と題された米国出願番号第１０／８７３，５８１号からの優先権を主張し、これらの出願が引用によりこの明細書中に援用されている。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
ＧＰＳまたは衛星利用測位システムは、米国国防総省（ＤＯＤ）が資金を提供し制御している。ＧＰＳの一般の利用者が世界中に何千何万人もいるが、このシステムは米軍のために設計されたものであり、米軍が操作している。ＧＰＳは、ＧＰＳ受信機において処理可能であり、当該受信機が位置、速度および時間を計算することを可能にする特別に符号化された衛星信号を供給する。４つのＧＰＳ衛星信号を用いて、三次元での位置と、受信機クロックにおける時間オフセットとを計算する。ＧＰＳ衛星は、アメリカ国防総省が操作する一群の約２４個のＧＰＳ衛星のうちの１つであり、約１万マイルの高度で２４時間ごとに地球をほぼ２回、周回し、地球表面上のある位置の上空を約４時間で横断する。
【０００４】
地球周回ナビゲーションシステム（ＧＬＯＮＡＳＳ）と称される別の衛星ベースのシステムがロシアによって開発され、配備されている。ＧＬＯＮＡＳＳの基本的な目的、機能および能力はＧＰＳに類似している。この説明はＧＰＳベースのシステムに向けられているが、同様の結果をもたらす同様の機能のためにＧＬＯＮＡＳＳベースのシステムが用いられてもよい。
【０００５】
ＧＰＳ受信機は、通常、多数のＧＰＳ（またはＮＡＶＳＴＡＲ）衛星から同時に伝送された信号の相対的な到達時間を計算することによって、それら自体の位置を判断する。これらの衛星は、それらのメッセージの一部として、衛星位置決めデータと、クロックタイミングについてのデータ、いわゆる「暦表」データとを伝送する。
【０００６】
ＧＰＳ衛星は２つのマイクロ波搬送波信号を伝送する。Ｌ１周波数（１５７５．４２ＭＨｚ）は、ナビゲーションメッセージおよび衛星測位サービス（ＳＰＳ）コード信号を搬送する。Ｌ２周波数（１２２７．６０ＭＨｚ）は、精密測位システム（ＰＰＳ）が搭載された受信機によって電離層遅延を測定するのに用いられる。ＧＰＳ受信システムの２つの主な機能には、（１）さまざまなＧＰＳ衛星までの疑似距離の計算と、（２）これらの疑似距離ならびに衛星タイミングおよび暦表データを用いた受信プラットフォームの位置の計算とがある。疑似距離は、単に、各衛星から受信した信号とローカルクロックとの間で
測定された時間遅延に過ぎない。衛星の暦表およびタイミングデータは、獲得され追跡されると、ＧＰＳ信号から抽出される。
【０００７】
実質的にすべての公知のＧＰＳ受信機は、疑似距離を計算するのに相関法を用いる。これらの相関法は、しばしばハードウェア相関器を用いて実時間で実行される。ＧＰＳ信号は、疑似ランダム（ＰＮ）シーケンスと呼ばれる高速の反復信号を含む。民間のアプリケーションに利用可能なコードはＣ／Ａコードと呼ばれ、１．０２３ＭＨｚのバイナリ位相反転レートまたは「チッピング（chipping）」レートと、１ｍｓｅｃのコード期間にわたる１０２３チップの反復期間とを有する。コードシーケンスは、ゴールドコード（Gold codes）として知られるファミリに属する。各々のＧＰＳ衛星は、固有のゴールドコードを用いて信号を同報通信する。
【０００８】
所与のＧＰＳ衛星から受信した信号については、ベースバンドへのダウンコンバージョンプロセスの後、相関受信機が、そのローカルメモリ内に含まれる適切なゴールドコードの記憶されたレプリカで当該受信した信号を逓倍し、当該信号の存在した印を得るために、その積を積分するかまたはローパスフィルタリングする。このプロセスは「相関」動作と称される。受信した信号に対してこの記憶されたレプリカの相対的なタイミングを連続的に調節し、相関出力を観察することにより、受信機は、受信した信号とローカルクロックとの間の時間遅延を判定することができる。このような出力が存在するとの最初の判断は、「獲得」と称される。獲得が行われると、プロセスが「追跡」段階に入り、ここで、高い相関出力を維持するために、ローカル基準のタイミングがわずかに調節される。追跡段階中の相関出力は、疑似ランダムコードが除去されたかまたは一般的な専門用語では「デスプレッド」されたＧＰＳ信号と見なされてもよい。この信号は狭帯域であり、帯域幅は、ＧＰＳ波形に重ね合わされた毎秒５０ビットの二相位相シフトキーイングデータ信号に対応している。相関獲得プロセスは、特に受信した信号が弱い場合、非常に時間がかかってしまう。獲得時間を改善するために、軍用の最新のＧＰＳ受信機は、相関ピークを並行して探索することを可能にする多数の相関器を利用する可能性がある。
【０００９】
低出力ＧＰＳ信号を追跡する能力は、ＧＰＳ信号が減衰されるか、ジャミングされるかまたは干渉に晒される可能性がある場合を含め、いくつかの実時間のアプリケーションにとって重要である。これらの障害に対するこれまでの方策には、程度の差はあれ、（ｉ）感度を高めるための信号処理、（ii）ジャミングを阻止するための制御された放射パターンアンテナ（ＣＲＰＡ）、および（iii）可能であれば、干渉を防ぐための受信環境の制御、が含まれていた。残念ながら、これらの場合の多くにおいては、実際的な制約のために、性能が制限された改善しかなされない。
【００１０】
（ｉ）の信号処理の場合には、向上した性能に対する基本的な限界が、ＧＰＳメッセージにおけるデータビット境界によって設定される。固有のＧＰＳデータ同報通信速度は毎秒５０ビットである。通常の受信機は、これらの２０ｍｓの間隔にわたって信号を積分することができない。積分間隔を広くすることにより、実際には性能が低下することとなる。というのも、データビットが、平均して０になるランダムノイズとして現われるからである。したがって、一般の実際的な限度は平均して２０ｍｓである。
【００１１】
実際に携わっている人々の中には、ＧＰＳ信号を二乗することによってこの限度に近づこうとする人もいた。しかしながら、二乗することは、情報を回復する手段としては不十分である。というのも、それ自体とノイズとが混合されて、結果として、かなりのベースバンドノイズ成分が、ベースバンドにおいて、二乗された信号に重ね合わされてしまうからである。考案された他の技術では、ＧＰＳデータを除去し、より長い積分時間を得るために、データストリッピングを用いる。すなわち、頻繁に同じシーケンスを複数回繰返すＧＰＳの傾向を利用する、ＧＰＳビットシーケンスの限られた先験的な知識を局所的に用
いる。残念ながら、この技術は、特に重要なアプリケーションにおいては、しばしばほんのわずかな結果しかもたらないおそれがある。主な欠点は、ＧＰＳメッセージが変化した場合に完全に分解してしまい、このことが頻繁かつ予測不可能に起こることである。
【００１２】
先行技術の処理の取組みではまた、性能を高めるためにフィードフォワードデータを用いるこの発明を排除するように述べられてきた。たとえば、米国特許第６，１３３，８７４号には、「２０ミリ秒を超えるコヒーレントな積分は、通常、得策ではない。というのも、信号の上に配置された先験的な未知の５０ボーの二相位相シフトキーイングデータ（衛星データメッセージ）の存在により、１データビット期間または２０ミリ秒を超える一貫性のある処理利得が不可能になる」ことが教示されている。同様に、米国特許第５，６６４，７３４号においては、「搬送波周波数およびすべてのデータレートが非常に正確に分かっており、データが存在していなかった場合、連続したフレームを相互に追加することにより、信号対ノイズ比が著しく向上し、データが著しく低減し得る。・・・ＧＰＳ信号上に重ね合わされた５０ボーのデータの存在により、２０ｍｓｅｃの期間を超えて、ＰＮフレームの整合的な加算が依然として制限されてしまう」と説明されている。
【００１３】
ヌル・ステアリングアンテナ（ii）は、妨害電波の出てくる方向を識別し、その方向のすべての信号を空間的に記録することによって、ジャミングを低減させる。残っているのは、他の方向から送られてくるジャミングされていないＧＰＳ信号である。フェーズドアレイ電子機器が追加されると、個々のＧＰＳ衛星に対してより厳密に焦点が合わされたビームを生成し、これにより、信号強度を高めることも可能となる。ＣＲＰＡのジャミング防止は優れているが、このようなアンテナは、しばしば重く、嵩張り、費用がかかってしまう。
【００１４】
加えて、干渉源を最小にするよう受信環境を制限すること（iii）がしばしば必要とされる。というのも、これは規制制度の下で実行されなければならないからである。たとえば、超広帯域（ＵＷＢ）装置が、しばしば何らかのＧＰＳ装置に干渉することが既に明らかになっている。これらの装置をともに共存させたいという一般的な要望があるが、潜在的なユーザベースは基本的に同じである。世界の中でも、ＵＷＢがＧＰＳおよび他の上層の帯域と共存することを可能にする規制環境が現われることとなる。しかしながら、このような規制環境を作り出し、これに準拠させる最善の努力にもかかわらず、適切な性能に例外を設ける逸脱が常に存在する。これらの場合については、この明細書中に記載されるこの発明は、予想外の干渉に対して、いわゆる「セーフティネット」として最も有用となる可能性がある。
【００１５】
多くの場合には、ＧＰＳはナビゲーションユーザにとって利用不可能であるかもしれない。過酷な条件では、ＧＰＳはジャミングされるかまたは無効にされるおそれがある。屋内のアプリケーションにおいては、ＧＰＳの出力は、建物の壁を貫通するには不十分である。
【００１６】
ＧＰＳは、瞬間的な三次元の位置決めを可能にする少なくとも４つの測距源を同時に提供する。しかしながら、ＧＰＳは、屋内で、またはジャミングがひどい条件下で動作を制限する低出力信号を有する。この明細書中に記載されるシステムの基本的な利点は、屋内でも、またはジャミングがある場合でも、その先代モデルの制限に同時に対処して動的な三次元の正確な位置決定をもたらすことである。
【００１７】
イリジウムなどの低周回軌道（ＬＥＯ）衛星配置は、ＧＰＳを用いずにナビゲーションを可能にする正確なユーザ時間基準を提供するものとして提案されてきた。ＧＰＳシステムの機能を高めるためにＬＥＯ衛星からの時間基準を用いることが認められた特許には、「正確な位置決定をもたらすためのシステムおよび方法（“System and Method For Gene
rating Precise Position Determinations”）」と題され、コーエン（Cohen）他に発行された米国特許ＲＥ３７，２５６と、「衛星利用測位システムを強化するために低周回軌道衛星信号を用いる方法および受信機（“Method And Receiver Using A Low Earth Orbiting Satellite Signal To Augment The Global Positioning System”）」と題され、エンゲ（Enge）他に発行された米国特許第５，８１２，９６１号と、「衛星利用測位システムを強化するために低周回軌道衛星信号を用いる方法および受信機（“Method And Receiver Using A Low Earth Orbiting Satellite Signal To Augment The Global Positioning System”）」と題され、エンゲ他に発行された米国特許第５，９４４，７７０号と、「センチメートルレベルのナビゲーションのためにＬＥＯ衛星を用いるシステム（“System
Using LEO Satellites For Centimeter-Level Navigation”）」と題され、ラビノウィッツ（Rabinowitz）他に発行された米国特許第６，３７３，４３２号などの特許が含まれる。これらの特許は、依然として、大部分がＧＰＳシステムに依存している。
【００１８】
ＭＥＭＳ技術の性能は、急速に発展しつつあり、しばしばさまざまなアプリケーションのために最適化され得る。ＭＥＭＳ技術は、何らかのナビゲーション用途を可能にするよう、加速度をある程度決定する加速度計を作り出すために音叉に適用されてきた。慣性グレードの機械的慣性ユニットはまた、慣性ナビゲーションのための手段を提供し得る。いくつかの応用例においては、ＧＰＳアクセスが断続的であるナビゲーションのために、ＧＰＳナビゲーションと慣性ナビゲーションとが交互に用いられてきた。このようなシステムは、引き続き行われる慣性ナビゲーションのために最初に位置を決定するＧＰＳの存在に依存している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ＧＰＳから独立して作動する正確なナビゲーションのための、低費用でアクセス可能な手段が必要とされる。また、サイズ、重量、出力および費用の点で関連する不利点を招くことのない単純な解決策で、これらのいずれの不利な条件の下でもロバストなＧＰＳ性能を提供するシステムが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
発明の概要
高度なナビゲーション性能のための方法およびシステムが開示される。この発明の一実施例においては、地上局の視野内のＧＰＳ衛星からのデータはイリジウム衛星などのＬＥＯ衛星に再伝送され、ユーザに伝送される前に必要に応じて相互リンクされる。次いで、ユーザは、干渉またはジャミングによるエラーを解決するために、フィードフォワードされたデータを、ＧＰＳ衛星から直接受取ったデータと組合せることができる。こうして、イリジウムおよびデータの支援により、データが損なわれたさまざまな条件下でＧＰＳ性能を拡張するための手段が提供される。というのも、これにより、そのデータリンクにわたって実時間で何らかの支援情報を供給することができるからである。
【００２１】
この発明の応用例は、超広帯域干渉防止、ジャミング対策、および、ＧＰＳを屋内で用いるための高度な能力を含む（が、これらには限定されない）。
【００２２】
超広帯域（ＵＷＢ）干渉防止。多くの消費者およびビジネス用のローカルネットワークは、無線通信のためにＵＷＢを採用し始めている。ビジネス旅行者の間で人気が高い可能性があるので、ＵＷＢは、飛行機旅行のための、ボーイング（Boeing）社のＣｏｎｎｅｘｉｏｎｓサービスなどの候補に挙げられている。残念ながら、ＵＷＢはまた、ＧＰＳに対する干渉リスクになってしまうことがある。というのも、ＵＷＢが部分的にＧＰＳ周波数に重ね合わされるからである。ＧＰＳおよび航空機業界は、ＧＰＳとＵＷＢとの間に、これら２つが共存し得るように法的な保護帯域を設けるよう、ＦＣＣを通じてあらゆる努力
を行なっている。しかしながら、法的な保護帯域があっても、航空機上での偶発的なＵＷＢ放射が、搭載されたＧＰＳナビゲーション機器に干渉する可能性がある。イリジウムデータは、世界中のどこであっても航空機に実時間で供給されるが、ＵＷＢ干渉がある場合でも、ＧＰＳ信号の連続した追跡を可能にするのに十分な情報を提供するだろう。
【００２３】
ジャミング対策。戦場環境におけるジャミングも重要な問題となる。独立型のＹ−コードＧＰＳ受信機は、典型的には、ロックを損失する前には、最大で５０ｄＢまでのジャミング対信号（Ｊ／Ｓ）比に耐えることができる。実時間でユーザ受信機に供給されたイリジウムデータは、独立型の受信機を上回る対ジャム性能の大幅な向上をユーザに提供し得る。
【００２４】
屋内での動作。強いイリジウム信号を用いて、減衰された信号にしかアクセスできない建物内のＧＰＳ受信機に実時間で支援情報を伝送し得る。一実施例においては、この明細書に記載されるシステムは、干渉、ジャミングまたは強度の低い信号がある場合に搬送波および疑似距離（pseudorange）ロックを維持することを目的としている。ＧＰＳ衛星を捕捉するのに必要な典型的なパラメータには、その疑似ランダムノイズコード位相、ドップラーシフトおよびユーザクロックオフセットの知識が含まれる。ＧＰＳ信号に対するデータ変調がない場合には、捕捉パラメータにおける所与の信号強度および不確実性のために、捕捉する時間と感度との間に標準的なトレードオフが存在する。この発明の一目的が受信機の感度を高めることであるので、このことは、受信機が既に信号に上手くロックしていると想定する以外には、信号の捕捉には対処しない。（引用によりこの明細書中に援用される）同時係属の特許出願連続番号第１０／７２０，７３６号は、付加的な１０ｄＢの処理利得が所望される場合、より過酷な条件下でいかにこのような捕捉を実行することができるかを示す。この発明は、条件によってこの信号が殆ど検出できなくなる場合に、受信機が当該信号をいかに追跡し続け得るかを示す。
【００２５】
この発明の別の実施例は、少なくとも２つのナビゲーションシステム、すなわち、慣性ナビゲーションシステムおよびＬＥＯ衛星ナビゲーションシステム、の相対的な強度を高めるためのシステムを含む。慣性ナビゲーションシステムは、ＬＥＯ衛星ナビゲーション処理システムに対する積分負荷を改善するのに用いられ、慣性システムは、ジャミングまたは屋内の環境によってＬＥＯ衛星ナビゲーションの使用が妨げられる場合、ユーザ装置の変化している位置の好適な近似値を与える。ＬＥＯ衛星ナビゲーションシステムは、正確な位置が入手可能であれば必ず慣性位置決定を改善するよう正確な位置選定をもたらすだろう。
【００２６】
現在好ましい実施例は、地上ベースの基準局から入力された信号で位置をさらに決定する能力を含む。この地上ベースの基準局は、ユーザ装置において受信された信号がユーザ装置に到達するのに通過した地球大気の部分に伝搬特性が類似している地球大気の部分を通じて、ＬＥＯ衛星から信号を受信するよう有利に位置決めされる。
【００２７】
この発明のさらに別の局面に従うと、ＧＰＳ位置決めシステムによって導き出される位置は、ＬＥＯベースの衛星ナビゲーションシステムおよび慣性位置決めシステムの両方に対して用いられる位置の決定を改善するのに用いることができる。加えて、正確に分かっている位置にユーザ装置を位置決めすることにより、慣性位置決定とＬＥＯ衛星から導き出された位置とが適切に改善されることとなる。
【００２８】
この発明の実施例が、低周回軌道（ＬＥＯ）衛星からの信号からユーザ装置の正確な位置を推定するための方法を提供し、各々が別個のＬＥＯ衛星に伝送される少なくとも１つの搬送波信号をユーザ装置において受信するステップを含むことが容易に認識されるだろう。ユーザ装置は、搬送波信号を処理して第１の搬送波位相情報を得る。ユーザ装置は、
慣性基準ユニットにおいて導き出された慣性位置決定を再現する。ユーザ装置は、慣性位置決定と第１の搬送波位相情報とに基づいてユーザ装置の位置を導き出す。
【００２９】
この発明の好ましい代替的な実施例が、添付の図面を参照して、以下に詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
発明の詳細な説明
この発明は、衛星ナビゲーションシステムを含む高度なナビゲーションシステムのための方法およびシステムに関する。この発明のいくつかの実施例の多くの特定の詳細が、このような実施例を完全に理解できるようにするために、以下の説明と図１〜図１６とにおいて述べられる。しかしながら、当業者であれば、この発明が付加的な実施例を有し得ること、または、以下の説明に記載される詳細のうちのいくつかがなくてもこの発明が実施可能であることを理解するだろう。
【００３１】
図１は、ＧＰＳアンテナ１２およびＧＰＳ受信機１３を備えた民間の旅客機１０内で発生した干渉の例１０を示す。ＧＰＳアンテナ１２は、その視野内の衛星からＧＰＳ信号１６およびＬＥＯ衛星信号１７を受信することができる。
【００３２】
乗客がノートブックコンピュータなどの携帯型電子装置１４を作動させた場合、この装置１４はＧＰＳ帯域において干渉１５を放出する可能性がある。この干渉１５は、いくつかの経路を通じて、航空機に搭載されナビゲーションのために用いられているＧＰＳアンテナ１２に到達し得る。干渉１５は、その強度に応じて、ＧＰＳ受信機を役に立たないものにしてしまい、場合によっては、航空機およびその乗員を危険にさらすおそれがある。
【００３３】
３つのバイナリコードは、Ｌ１またはＬ２搬送波位相をシフトする。Ｃ／Ａコード（粗捕捉（Coarse Acquisition））はＬ１搬送波位相を変調する。Ｃ／Ａコードは、反復する１ＭＨｚ疑似ランダムノイズ（ＰＲＮ）コードである。このコードは、Ｌ１搬送波信号を変調して、１ＭＨｚ帯域幅にわたってスペクトルを拡散させる。Ｃ／Ａコードは、１０２３ビット（１ミリ秒）ごとに反復する。各々の衛星は異なるＰＲＮ  Ｃ／Ａコードを有し、ＧＰＳ衛星は、しばしば、それらのＰＲＮ番号によって、各々の疑似ランダムノイズコードについての固有の識別子が識別される。Ｌ１搬送波を変調するＣ／Ａコードは、民間のＳＰＳに基づいている。
【００３４】
暗号機器およびキーならびに特別に備え付けられた受信機で許可されたユーザは、精密測位システムまたはＰＰＳを用いる。許可されたユーザには、米国および連合軍、何らかの米国政府機関、ならびに米国政府によって特別に認可された選択された民間のユーザが含まれる。ＰＰＳにおいては、Ｐ−コード（Precise）は、Ｌ１搬送波位相およびＬ２搬送波位相をともに変調する。Ｐ−コードは、非常に長い（７日間）１０ＭＨｚ  ＰＲＮコードである。スプーフィング防止（ＡＳ）モードの動作では、Ｐ−コードはＹ−コードに暗号化される。暗号化されたＹ−コードは、各々の受信器チャネルのために分類されたＡＳモジュールを必要とし、暗号キーで許可されたユーザによってのみ用いられる。Ｐ／ＹコードはＰＰＳに基づいている。
【００３５】
ナビゲーションメッセージはまた、Ｌ１−Ｃ／Ａコード信号を変調する。ナビゲーションメッセージは、ＧＰＳ衛星軌道、クロック補正および他のシステムパラメータを記述するデータビットを含む５０Ｈｚ信号である。ＧＰＳナビゲーションメッセージは、ＳＶによって伝送される時に、各サブフレームの伝送の時間を記録する時間タグ付きのデータビットを含む。データビットフレームは、５個の３００ビットサブフレームに分割された１５００ビットからなる。データフレームは３０秒ごとに伝送される。３つの６秒のサブフ
レームは、軌道データおよびクロックデータを含む。衛星（Satellite Vehicle）（ＳＶ）クロック補正はサブフレーム１において送信され、伝送ＳＶのための正確な衛星軌道データセット（暦表データパラメータ）は、サブフレーム２および３において送信される。サブフレーム４および５は、システムデータの異なるページを伝送するのに用いられる。２５フレーム（１２５のサブフレーム）の組全体が、１２．５分の期間にわたって送信される完全なナビゲーションメッセージを構成する。
【００３６】
暦表データパラメータは、衛星軌道の短い部分についてのＳＶ軌道を記述する。通常、受信機は１時間ごとに新しい暦表データを収集するが、さほどエラーもなく最大で４時間までの間、古いデータを用いることができる。暦表パラメータは、暦表パラメータセットによって記述される軌道の期間内の任意の時間に亘るＳＶ位置を計算するアルゴリズムとともに用いられる。
【００３７】
Ｃ／Ａコードは、２．０４６ＭＨｚの広帯域において１，５７５．４２ＭＨｚで（完全にヌル対ヌルで）同報通信され、民間での作業に用いられ、軍事活動における最初の捕捉のために用いられる。Ｐ／Ｙコードは、そのより高いチッピングレートに応じたＣ／Ａコードよりも１０倍高い測距精度を与え、２０．４６ＭＨｚに亘る、より広帯域の信号である。しばしば、Ｃ／Ａコードはジャミングの最初の犠牲者となる。Ｃ／Ａコードの１．０２３ＭＨｚチッピングレートは何らかの保護を提供するが、Ｐ／Ｙコードの１０．２３ＭＨｚチッピングレートは、付加的な１０ｄＢのＪ／Ｓ保護を提供する。Ｃ／Ａコード信号成分を敵が使用するのを拒否するために、ジャミングが狭帯域であることと、Ｃ／Ａコード周波数帯域内で発生することとが分かっていれば、一般に、受信機に入力されるＰ／Ｙコードの中心の２ＭＨｚをノッチフィルタリングすることによって、さらなる保護が得られる。
【００３８】
図２および図３を参照すると、図２は、ユーザ６０（図３を参照）において実時間で受信される、第１のＧＰＳ衛星３０ａ（図３を参照）からの５０ｂｐｓデータストリーム８０を概念的に例示する。実時間のデータストリーム２０または中継されたフィードフォワードデータストリーム２２からのＧＰＳナビゲーションメッセージ全体は、長さが２５フレームであり、ＧＰＳメッセージの各フレームが、長さが６秒または３００ビットである５個のサブフレームにさらに分割される。同じＧＰＳ衛星３０ａからのフィードフォワードデータストリーム２２は同一のデータを含むが、これは、フィードフォワードストリーム２２が実時間のストリーム２０よりも遅くユーザ６０に到達するイリジウムシステムを通じた伝搬遅延のためである。図２に示されるように、フィードフォワードストリーム２２は、フレーム１のデータを含むフレーム２１が、遅延期間２６として表わされるその同じフレーム１のデータを伝えるフレーム２３に対する時間関係を伝えるように、単一のフレームの何分の１かの期間２６に亘って遅らされる。実際の遅延の期間２６は、ＧＰＳ衛星および地上局に対するユーザ位置に応じて変化することとなる。この発明の一部として、フィードフォワードデータ２２は、実時間データを向上させるのに用いることができるように、イリジウムデータストリームから検索され、ＧＰＳ実時間データ２０と時間的に整合される。
【００３９】
図３は、この発明の好ましい実施例におけるシステムアーキテクチャを示す。基準ＧＰＳ受信機５０ａ、ｂは、干渉、ジャミングおよび減衰といったＧＰＳ信号条件が低い領域から離れた地球上に配置される。単一の応用例においては、このような受信機５０ａ、ｂのうちの１つだけ、または複数のこのような受信機５０ａ、ｂが用いられてもよい。これらの基準ＧＰＳ基準受信機は、図示される各々の衛星３０ａ、３０ｂ、３０ｃおよび３０ｄのために、それぞれ、５０ｂｐｓのＧＰＳ測距信号データストリーム３４ａ、３４ｂ、３４ｃおよび３４ｄを追跡する。
【００４０】
一実施例においては、イリジウム地上送信機５０ａは、図示される各々の衛星３０ａ、３０ｂ、３０ｃおよび３０ｄからそれぞれ実時間データストリームを受信し、この場合、この受信されたＧＰＳフィードフォワードデータストリーム２０を含む信号３４ａを、最も近い衛星４０を介して実時間でイリジウムシステムにテレメータ送信する。近傍にある地上送信機が、その唯一の目的として、一群のイリジウム衛星上に実時間データストリーム２０を配置する必要はないが、ただし、関連する衛星は、地上監視局５０ａ、５０ｂおよびユーザ６０の両方にとって通常見ることができるものであるにすぎない。
【００４１】
イリジウム衛星４０は、数百マイルの高度で地球を周回し、約１０分で空を横断する一群の低周回軌道衛星のうちの１つである。（この応用例全体にわたって、イリジウム衛星は、使用可能にする目的でＬＥＯ衛星１７の具体例として用いられるが、ただし、必ずしもこの発明をイリジウム衛星に限定する、イリジウムに固有のものはない。データを適切に同報通信するＬＥＯ衛星はいずれもこの発明にとって好適であり、このため、この発明はＬＥＯ衛星には限定されない。）
ビットストリーム信号３６ａ、３６ｂはイリジウム同報通信チャネルに符号化される。この同報通信メッセージは、その相互リンク４２、４４を介しイリジウムネットワーク全体にわたって広められる。イリジウムは、最も遠いイリジウムＬＥＯ衛星４０から伝送されている同報通信信号４６によって、図３に示されるように、イリジウム群における各衛星から各ＧＰＳ衛星のために５０ｂｐｓ実時間データストリームを同報通信する。次いで、干渉、ジャミングまたは減衰のある質の低い環境におけるユーザ受信機６０が、これらのＧＰＳデータビットにアクセスする。ユーザ受信機はこれらのＧＰＳデータビットを適用して、それ自体の実時間ＧＰＳ測定の信号処理を高め得る。
【００４２】
図４は、ＧＰＳおよびイリジウム衛星の信号をともに受信および復調する好ましい受信機１００を示す。この発明がイリジウムまたは他の特定のいずれかの衛星システムに限定されるべきでないことに留意されたい。むしろ、当該システムは、ＧＰＳデータがユーザに再伝送されフィードフォワードされ得る他のいずれかの衛星システムのための受信機を用いることによって、同様に十分に動作し得る。
【００４３】
受信機１００は、デュアルバンドアンテナ１０２、バンドパスフィルタ１０４およびプリアンプ１０６を含む。フィルタおよびプリアンプは、Ｌ１およびＬ２  ＧＰＳ信号がともに、Ｌ１信号周波数（ＧＰＳについては１５７５＋／−１０．２３ＭＨｚ；イリジウムについては１６２１＋／−５ＭＨｚ）に近いイリジウム信号とともに通過することを可能にする。フィルタリングされ増幅された信号は、ＧＰＳ受信機１１０とイリジウム（または他のＬＥＯ）受信機１１２とに送られる。イリジウム受信機およびＧＰＳ受信機は、好ましくは温度補償型水晶発振器である共通のクロック１０８で繋ぎ合されている。
【００４４】
ＧＰＳ受信機１００は、上述された態様で、出力として位置決定を生成する。ＧＰＳ受信機はまた、干渉またはジャミング条件下でＧＰＳ受信機において減衰されたデータまたは欠損しているデータを解明するのを支援するために、イリジウム受信機１１２から転送されるＧＰＳ支援データを用いる。随意には、受信機はまた、ＧＰＳ受信機と通信する慣性ユニット（ＩＲＵ）１１４を含む。ＩＲＵ１１４は、ＧＰＳ受信機１１０に慣性運動情報を与えて、ＧＰＳ受信機１１０が、衛星からのデータが制限されているかまたはデータが無い期間中に正確かつ最新の位置決定をもたらすことを可能にする。ＩＲＵの品質に応じて、ＧＰＳ受信機からの位置決定は、最初の正確な位置決定の後に、ＧＰＳデータなしに、かなり長期間にわたって正確であり続ける可能性がある。
【００４５】
好ましい実施例においては、衛星信号は、図５に図示のとおり、ソフトウェア受信機で復調され得る。代替的には、既存のイリジウム受信機は、この目的のために捕捉され、使用されてもよい。それにもかかわらず、この発明の好ましい形態は、保守および更新を容
易に低費用で行なえるようにするために、イリジウム受信機１１２の大部分に対しソフトウェアを用いる。
【００４６】
受信機１１２の前端部はバンドパスフィルタ１２０を含む。現在好ましい実施例においては、バンドパスフィルタ１２０は、急なカットオフのある状態で１，６２１ＭＨｚで１０ＭＨｚ通過帯域を有しているので、高いＱフィルタである必要がある。新しい技術により、この周波数でシャープなフィルタリングを行なうことができる。シャープなフィルタリングにより、近傍の携帯電話などの帯域外の干渉が排除される。この目的に適した電気部品の一例には、ＩＢＭのＧＰＳ受信機ＩＢＭ４３ＧＡＥＮＧＰ０００１に内蔵されている専用のＲＦチップペアがある。この受信機は、帯域通過を実行する一体型のＳｉＧｅチップと、自動利得制御（ＡＧＣ）と、２ビット量子化を用いるダイレクトＲＦサンプリング関数とを含む。概略的には、図５に示されるこれらの機能としては、信号がバンドパスフィルタ１２０から伝わり、ハイブリッドカプラ１２２を介して同相および直交の成分に分割される。成分信号は、同相および直交のＡ／Ｄコンバータ１２４、１２６に送られる。一実施例では、信号が４６ＭＨｚだけイリジウム帯域までダウンコンバートされる。しかしながら、直接のダウンコンバートすることは重要ではない。従来の直交ダウンコンバート方式を用いることもできる。
【００４７】
Ａ／Ｄコンバータ１２４、１２６は、入ってくる同相および直交の信号を４０ＭＨｚでサンプリングする。出力が直接供給されるデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１３０（好ましくは、ＴＭＳ３２０ＤＳＰ）は、イリジウム信号を捉え追跡するようデータの部分を処理し、信号位相および位相速度を計算し、イリジウム衛星によってフィードフォワードされるＧＰＳデータを含む同報通信ビットを抽出し得る。イリジウム同報通信メッセージからのＧＰＳデータビットは、イリジウム規格に従って復調される。メモリ１３２はまた、ＤＳＰ１３０によって処理されるデータとコンピュータプログラミング命令とを記憶するのに設けられる。メモリ１３２は、ＥＥＰＲＯＭチップまたは他の電磁もしくは光学記憶装置などのさまざまないかなる形をも取り得る。
【００４８】
図６は、半チャネルのためにＧＰＳ追跡がいかに実現されるかを示す。未処理の実時間デジタルＧＰＳデータ測定値２００が入力され、イリジウム衛星から得られるフィードフォワードデータ２０１で動作するコードジェネレータ２０４によって与えられた特定バージョンのＧＰＳコードと第１のミキサ２０２において混合される。２つの同一の半チャネルで完全なチャネルを構成するが、これは、以下により詳細に記載されるとおりである。
【００４９】
コードミキサの出力はまた、シンセサイザ２０８において受信機の搬送波追跡ループによって生成された内部合成バージョンのＧＰＳ搬送波と、第２のミキサ２０６において混合される。アキュムレータ２１０は、受信された信号エポックと境界が整列している入力チャネルの１ミリ秒サンプルを蓄積する。この積分境界は、１ミリ秒などの短い全体の積分時間に対処するが、より長い積分時間にも対応するのに十分に包括的になるよう選択される。ＧＰＳ信号規格［ＩＣＤ−２００］に従うと、データビット境界はまた、受信した信号エポックと整列した２０ｍｓの境界上に発生し得る。したがって、１ミリ秒のエポック境界は、決してデータビットを横断しない。
【００５０】
【数１】
2007524089.tif 000003
【００５１】
イリジウム受信機（図示せず）は、イリジウムシステムを介した視野においてＧＰＳ衛星すべてについてのフィードフォワードＧＰＳデータビットを復調する。ユーザ受信機における復調器２１４は、イリジウムデータフレーム内の入力ビットストリームを分類し、各チャネルに対する適切な位相合わせの際に基準ＧＰＳビットを一時的に位置決めする。遅延を追跡するために、ＧＰＳデータは、それがＧＰＳ衛星から同報通信されたＧＰＳ時間に従って時間タグが付けられる。一般に、これらのＧＰＳデータビットは、ＧＰＳ衛星から空間を通って地上基準受信機に伝搬すると、約８０ｍｓのレイテンシをこうむる。地上基準局で受信された時間から１０〜９０ｍｓのオーダである付加的なレイテンシは、イリジウムシステムを通じた伝搬遅延のために、地上局からユーザへの伝送から発生することとなる。
【００５２】
実時間ＧＰＳデータビットを適切に遅延させ、デコミュテータ２１４において生成されたデコミュテートされた（decommutated）フィードフォワードデータビットと時間的に整列させることを確実にするために、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）同期バッファ２１６を用いて、（ＩＲＵデータと随意に混合された）アキュムレータからデータを受取ってバッファリングする。各データストリーム上のＧＰＳ時間タグを用いて、データのうちの同じミリ秒エポックが混合されることを確実にする。ＦＩＦＯ２１６は、アキュムレータからのミリ秒測定値の各バッチを、それらがイリジウムからの入力データビットと正確に時間整合されるまで保持する。次いで、イリジウムデータビットストリームを用いて、第４のミキサ２１８において、入力ＧＰＳ信号からの５０ｂｐｓデータ変調を消し去る。結果として、正しいコヒーレントなＧＰＳ搬送波位相検出器がもたらされるが、これは、アキュムレータ２２０において、１ｍｓから、慣性ユニットの品質によって制限されるより長い積分時間にまで、場合によっては慣性グレードユニットのために２０秒を十分に超えて、拡張可能である。
【００５３】
各チャネルは、２つの半チャネルによって形成される。図７に図示のとおり、各々の半チャネルの出力は以下のとおりに解釈され得る。すなわち、半チャネルコードジェネレータが初期のマイナス遅延コードシーケンス２０４ｂを合成するよう命令された場合、その半チャネル２３０の出力の実質的な成分２３２が、その衛星についてのコード位相追跡エラーに対応することとなる。半チャネルコードジェネレータが、規則的なコードシーケンス２０４ｂを合成するよう命令された場合、その半チャネル２４０の出力２４２は搬送波位相エラーに対応し得る。
【００５４】
結果として得られる搬送波位相追跡エラーは、図８に示される推定器２５０に送り込ま
れる。この汎用の推定器２５０は、最新の位相追跡エラー測定値Δφを受信すると、搬送波位相と、任意の数のその時間導関数とを推定することができる。開始時に、補正されていない受信された搬送波位相が、位相補正信号２４２に従って入力搬送波の位相を調節することのできる搬送波同期ノード２３２に供給される。
【００５５】
現在好ましい実施例においては、第３のオーダ追跡ループが、主として衛星軌道の動きを考慮に入れて実現される。したがって、追跡ループ推定器／シンセサイザに対する３つの状態、φ、すなわち、位相、位相速度および位相加速度が存在する。以下のマトリックス動的モデル、Φ、を用いて、１つのエポックにおける帰納的な推定値から次のエポックにおける先験的な推定値までの搬送波位相シンセサイザをその進行中にモデリングする。
【００５６】
【数２】
2007524089.tif 000004
【００５７】
可観測性マトリックスＨ＝［１００］において符号化された唯一の観測可能なものは、測定された追跡エラーである。
【００５８】
【数３】
2007524089.tif 000005
【００５９】
最適な推定理論を用いて、ブロック２３８において、最適利得Ｌが、以下のとおり、追跡エラーから測定更新式をもたらすよう選択され得る。
【００６０】
【数４】
2007524089.tif 000006
【００６１】
エポックごとに、この補正ベクトルが、その進行を調整するよう搬送波位相シンセサイザ２４０に送信される。結果として、予測される搬送波位相２４２が、搬送波を有効に遅延させるかまたは進めるために搬送波同期ノード２３２に供給される。最終結果として、有効に最適な搬送波位相追跡ループ２３０がもたらされる。イリジウムからのレイテンシが同じ間隔のかなりの部分にまで達してしまわないことを確実にするよう注意を払わなければならないが、ただし、これは、サンプル間隔が１秒よりも長い場合には起こる可能性が低い。レイテンシが問題となる場合、遅延を考慮に入れた動的モデルを実現することが得策であり得る。また、好ましい実施例においては、搬送波位相シンセサイザ２４０は、１つの積分間隔から次の積分間隔までの第３のオーダ機能を有効に提供する。これについ
ての理由は、積分間隔が１秒に対して有意になる場合に当てはまる。
【００６２】
このような積分期間においては、積分間隔にわたるいかなるユーザの動きをも説明するために、受信され補正された搬送波位相を整列させるよう慣性センサを補正することが好ましくなる。図６と整合性のある慣性搬送波同期ノード２３４においては、測定された追跡エラーが、
【００６３】
【数５】
2007524089.tif 000007
【００６４】
となり、この場合、
【００６５】
【数６】
2007524089.tif 000008
【００６６】
である。
慣性搬送波同期ノード２３４における位相補正は、密に連結された慣性ユニットによって推定されるＧＰＳアンテナの位置の、所与のＧＰＳ衛星への視線への投影である。
【００６７】
好適な慣性基準ユニット１１４についての一般的なモデルが図９ａに示される。慣性基準ユニットのためのセンサは、随意には、ジンバル式ユニットではなくストラップダウン式の慣性の種類のものであるが、いずれも機能し得る。したがって、慣性基準ユニットは、ストラップダウン式慣性ナビゲーションシステム４００を含む。
【００６８】
ストラップダウン式慣性ナビゲーションシステム４００は移動体に堅固に固定される。したがって、ストラップダウン式慣性基準ユニットは本体とともに移動し、それらのジャイロは、角速度に関して、移動している本体と同じ変化を経験しかつ測定する。ストラップダウン式慣性基準ユニット４００は、本体の固定軸の点から、線形速度の変化を測定する加速度計を含む。本体の固定軸は、一定の慣性基準系とは反対の、移動する基準系として機能する。ナビゲーションコンピュータは、ジャイロの角度情報と加速度計の線形情報とを用いて、慣性基準系に対する本体の３Ｄの動きを計算する。
【００６９】
１７状態カルマンフィルタ（17-State Kalman Filter）は、位置、速度、加速度計バイアス、姿勢、ジャイロバイアス、クロックバイアス、およびクロックバイアスレート４１０を推定する。慣性エラープロセッサブロック４０４は、スケール係数および整列エラーを含む予め較正されたパラメータを補正する。次いで、補正された測定値が、加速度計およびジャイロのバイアス状態の追加、ならびに位置、速度および姿勢へのストラップダウン式測定値の積分を含めて、ブロック４１６において座標変換を実行する時間更新ブロックを通過する。四元積分がブロック４１８において行われる。予め較正されたレバーアームｂは、ブロック４２０においてユーザアンテナの推定される位置を計算するのに用いられる。
【００７０】
状態時間更新ブロックのＧＰＳ受信機４０２側においては、エラープロセッサブロック４０６の記述が、大気／電離層の影響、時間タグ整列、およびコードと搬送波との混合などのために補正を適用する。好ましい実施例におけるように差動基準局が利用可能になれば、ＧＰＳ受信機からの測定値は、データリンク４２４を通じて供給される基準測定値に対して較正される。
【００７１】
次いで、エラープロセッサ４０６が、ブロック４２２における位置決定のために、スカラー受信機クロックおよびクロックバイアス推定値を未処理の測定値に適用する。図６、図７および図８に関連して記載されるように、位置決定がブロック４２２において行なわれる。共分散時間更新ブロック４１４が状態共分散推定値を伝搬する。従来の密に連結された慣性の測定更新は、ＧＰＳ位置推定値と慣性位置推定値との差から得られる。
【００７２】
図９ｂは、現在好ましい実施例における過度に密に連結された慣性ユニットを示す。図９ａに示される実施例とは異なり、ＧＰＳと慣性位置との差は、図６および図８に図示のとおり追跡ループレベルで受信機において獲得される。慣性位置および姿勢推定値は、受信機追跡ループにルーティングされる。時間更新差は、受信機追跡ループが、損なわれた信号で動力を受けた追跡ループ動作中に著しい妨害に耐えることができることを除いては、図９ａと数学的に同一である。
【００７３】
この発明を実現するための方法を、図１０および図１１を参照してさらに説明する。第１のステップ３００においては、監視局、たとえば地上監視および制御局５０（図３を参照）は、その視野におけるそれらのＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信する。監視局は、イリジウム衛星規格に従ってこれらの信号を変調し、第２のステップ３０２において、受信および変調されたＧＰＳデータをイリジウム衛星に伝送する。イリジウム以外の他のＬＥＯ衛星が用いられてもよいことが理解されるべきである。実際に、ＬＥＯ衛星は好ましい実施例であるが、いずれの幅広のフットプリントデータチャネルも、通信リンクが、変調されたＧＰＳデータを供給することを可能にするだろう。
【００７４】
最初のイリジウム衛星によって受信されると、次のステップ３０４において、ＧＰＳフィードフォワードデータが他のイリジウム衛星に相互リンクされる。フィードフォワードデータの相互リンクがいくつあってもよく、この発明と一致して、相互リンクが全くなくてもよい。最終的に、フィードフォワードデータは、最終ステップ３０８においてフィードフォワードデータを受信する何人ものユーザによって受信されるよう地球３０６に向かって同報通信される。
【００７５】
図１０を参照すると、ユーザは、ステップ３１０において、イリジウム衛星を介して実時間ＧＰＳ信号およびフィードフォワードＧＰＳデータを受信する。ユーザ受信機は両方のデータストリームを処理し、ステップ３１２においてフィードフォワードＧＰＳデータを抽出し、ステップ３１４において、概して並行して実時間ＧＰＳデータを処理し、これをバッファリングして、フィードフォワードデータに同期させるようにする。次いで、フィードフォワードデータを用いて、実時間データ３１６を補って、ジャミングまたは干渉条件下でも、システムがユーザのところで正確なＧＰＳデータを獲得および使用することを可能にする。最後に、受信機は、随意には慣性基準ユニットによって支援されて、処理済みのＧＰＳデータから位置決定３１８を生成する。
【００７６】
別の実施例においては、概要として、低周回軌道（ＬＥＯ）衛星からの信号からユーザ装置の正確な位置を推定するための方法は、ユーザ装置において少なくとも１つの搬送波信号を受信するステップを含み、各々の搬送波信号は別個のＬＥＯ衛星によって伝送される。ユーザ装置は、当該搬送波信号を処理して第１の搬送波位相情報を得る。ユーザ装置は、慣性基準ユニットにおいて得られる慣性位置決定を再現する。ユーザ装置は、慣性位
置決定および第１の搬送波位相情報に基づいてユーザ装置の位置を導き出す。
【００７７】
図１２は、イリジウム（または他のＬＥＯ）衛星５１２、５１４が、１つ以上の基準局５１６、５１８とともにユーザに測距システムを提供するのに用いられる好ましいシステムを示す。イリジウムを用いる利点のうちの１つは、ＧＰＳ衛星によって生成されるよりもはるかに強い信号を生成できることである。状況に応じて、イリジウム衛星は、ＧＰＳよりも約２０ｄＢ〜４０ｄＢ以上高い受信された出力をユーザに与えるよう構成され得る。
【００７８】
イリジウムを有する三次元の動的環境において単一の測距源を用いた位置決めは、単一の測距源が理想的な表面上の二次元での解決策に限定されてきた点で、以前の位置決めシステムとは大きく異なっている。たとえば、ＴＲＡＮＳＩＴとして知られる米海軍のナビゲーション衛星システムでは、ユーザは、精度が制限された準静的な二次元の測定しか行うことができなかった。通常、正確なナビゲーション決定の所要の周波数を提供するのに、最低４つの動作可能なＴＲＡＮＳＩＴ衛星が必要とされた。
【００７９】
ＧＰＳは、瞬間的な三次元の位置決めを可能にするために少なくとも４つの測距源を同時に提供する。しかしながら、ＧＰＳは、屋内での動作、またはジャミングが激しい条件における動作を制限する低出力信号を有する。この発明のシステムの基本的な利点は、その先代モデルの制限に同時に対処して、屋内でも、またはジャミングがある場合でも、動的な三次元の正確な位置決定を提供することである。イリジウムを用いた高度な位置決めにより、主として周囲の多重経路の影響によって制限される好適な性能を実現することが可能になるはずである。
【００８０】
差動基準測定値を提供するための地上のサポートインフラストラクチャが存在する。現在好ましい実施例においては、基準局５１６は、基準機器を用いて衛星５１２および５１４から信号を受信する。このような基準機器は、受信アンテナの局所的な位置が、ＧＰＳ位置決めを含む調査または他の従来の手段によって正確に知られているという点においてのみ異なるユーザ機器５２０と機能的に同一であり得る。
【００８１】
差動基準測定には、少なくとも２つの受信機、基準局５１６およびユーザ機器５２０の協働を伴う。少なくとも２つの受信機の協働は、実質的に同じエラーによって劣化する基準局５１６およびユーザ機器５２０において受信される信号５２４に依拠する。この協働は、信号５２６に対する同じ障害物を含む大気の実質的に同じ薄層を通過する場合に、地球上で起り得る。地球の表面上で発生させるために、ユーザ機器５２０および基準局５１６が、概して、約１０００キロメートル未満だけ離され得る。このようなジオメトリが存在する場合、ユーザ機器５２０および基準局５１６の両方に到達する信号５２４は、同じ障害物５２６を通って伝わるか、または、同じパターンのジャミングによって増強されることとなる。
【００８２】
基準局５１６はイリジウムクロックの実時間の測定値を提供する。データメッセージ５２２は、現在好ましい実施例においては、イリジウムを介して基準局５１６からユーザ受信機５２０に伝送されるが、障害物５２６またはジャミングを含むイリジウムクロックエラーおよび大気影響の両方を説明するよう各々の測定値に実時間範囲の補正を施す。ユーザ受信機５２０がその位置を計算するのに多くの利用可能な衛星のうちのどれを用いるかを基準局５１６が知り得ないので、基準受信機５１６は、衛星５１４などの目に見える衛星をすべて迅速に調べ、その信号５２８に付随するエラーを計算する。計算された結果を基準局の既知の局所的な位置と適合させるのに必要な補正が、ジャミング環境下で適度に信頼性のある任意の好適な帯域上で時間基準に関連してユーザ機器に伝送されて、ほぼ実時間の補正を確立させる。一般に、信号５２４が被る障害物５２６またはジャミングにお
ける付随する差のせいでユーザと基準局との間の分離がより大きくなると、ナビゲーション性能が低下する。
【００８３】
第２の基準局５１８が好適に近接している場合、第２の基準局５１８は、たとえば衛星５１４からの第２の補正係数をもたらす第１の基準局５１６と同じ計算を信号５２８上で実行して、ユーザ機器が、エラー計算を平均することによって、またはエラー計算を整合させる他の好適な手段によって精度をより高めることを可能にし得る。
【００８４】
図１３を参照すると、位置決めシステム５３０のための現在好ましいシステムアーキテクチャについてのブロック図では、イリジウムまたは他のＬＥＯ衛星が用いられる。位置決めシステム５３０の各構成要素は、同じマスタクロック、すなわち、正確な時間基準５４０から駆動される。シンセサイザ５３８は、正確な時間基準５４０からデータバス５４２を通じてシンセサイザ５３８に供給されるクロック信号に基づいて、各々の構成要素のために必須のコヒーレントな正弦波およびクロック信号の各々を生成する。
【００８５】
アンテナ５３２は、現在好ましい実施例がＬ帯域受信のために構成され最適化されるとおりに、イリジウムまたは他のＬＥＯ衛星からの伝送を受信するよう構成される。イリジウム受信機５３４は、アンテナ５３２において受信された未処理の信号を受信し、これを、シンセサイザ５３８によって生成されかつデータバス５４８において受信機５３４に提示される信号と比較する。データバス５４８における信号をアンテナ５３２において受信された伝送と比較することにより、イリジウム受信機５３４は、位置解を計算するのに十分なデータを提示する。
【００８６】
増補された位置解は、シンセサイザ５３８からクロック信号を受信する慣性測定ユニット５３６を用いて計算される。現在好ましい実施例における慣性測定ユニット５３６を用いた加速度の測定は、３つの直交軸に方向付けられた加速度計によって実現され、垂直軸に対して正確に姿勢を計算するこのような各々の軸を中心とした角速度の測定は、正確な姿勢検知を実現する。ユーザの姿勢および他のパラメータまたは配向および動きは、共通のアセンブリ内における加速度計および速度センサによって生成されるデータから導き出される。現在好ましい実施例においては、加速度計はＭＥＭＳ慣性センサである。
【００８７】
現在好ましい実施例における慣性測定ユニット５３６で加速度を測定することにより、システムが増強されて、ユーザの次の位置を予想するシステムが提供される。随意には、慣性測定ユニット５３６を用いることによって導き出される位置解が前の解と整合されて、自己テスト能力を獲得し、慣性測定ユニット５３６での位置の計算時におけるエラーの範囲を低減させ得る。
【００８８】
イリジウムを用いた三次元の位置決めおよびフィルタリングは、８４分のシューラー（Schuler）周期よりもはるかに短い約１０分の時間スケールにわたって作動する。シューラー周期は、地球の半径に相当する長さをもった単純な不減衰の振子のための周期であり、地表のある地点の湾曲した動きに対して従来の慣性ナビゲーション機器を補正するのに用いられてきた。したがって、慣性ユニットは、イリジウム信号のフィルタリングされた範囲測定精度よりも精度が著しく優れている相対位置測定値を提供することができなければならない。
【００８９】
十分な性能を持ったＭＥＭＳ慣性センサでは、屋内環境の周囲の多重経路による劣化は、全体的なシステムレベルの精度を左右する。全体的なシステム精度は、標準偏差における１シグマを表わす４メートル範囲において始まる。イリジウム信号に適用される高度な信号処理技術は、屋内での多重経路エラーを大いに低減させる。空の視界が妨げられていない屋外の応用例においては、精度はかなり優れたものになるが、主として慣性基準ユニ
ットの性能によって制限される。
【００９０】
この発明の現在好ましい実施例においては、この発明の方法および装置は安定したイリジウム同報通信信号を生成する。イリジウム信号は技術的にはＴＤＭＡ信号であるが、高出力信号を作成するためにいくつかのサブ帯域を重ね合せると、安定したＣＤＭＡ信号により近くなる。このように作成された場合、ナビゲーションユーザは事前にコードが分かっているので、当該コードを利用することができる。安定したイリジウム同報通信信号を構成するパルスパターンが正しくプログラミングされていれば、高出力信号は、処理のために、ＧＰＳまたはその同等物の安定したＹ−コード信号のように現われることとなる。
【００９１】
多重経路によって駆動される屋内の場合のシステムアーキテクチャは、１０分の惰走の後、約１メートルの全体の位置バイアスに対して潜在的な要件を課す。限定的な慣性パラメータは、ジャイロ・レートのバイアス安定性または角度ランダムウォーク・エラーから生じる可能性がある。当該システムが高精度かつ高整合のナビゲーションを求めて屋外で用いられる場合、より性能が高い慣性システムが必要とされる。
【００９２】
特に、所与の任意の時点で視野に測距源が１つしか存在しない場合、コンピュータ５５４は、すべてのイリジウム測距測定値をまとめるよう機能する。「高精度」とは、センチメートルレベルでの位置エラーを意味する。「高整合」とは安全性関連の言葉であり、位置決めシステムにエラーが存在するかどうか判断するために過剰な衛星測距測定値の形で存在する冗長な情報が十分にあることを意味する。このような能力は、そのシステムがナビゲーションのために用いられるべきでない場合にシステムのオペレータに警告するのに用いることができる。高性能ナビゲーションは、ＬＥＯ衛星の搬送波位相を用いて、センチメータレベルまで正確な未処理の範囲測定値を得る。
【００９３】
当該システムは、しばしば、一度に１つの測距源しか測定しないので、正確な周波数標準を用いることが所望される。この目的のために２種類の周波数標準が利用可能である。すなわち、オーブン制御された（ovenized）水晶発振器と、原子ルビジウム周波数標準とである。６００秒（１０分）ほどのアラン分散では、オーブン制御された水晶振動子は１０-11を超えない。これは、イリジウム信号に対する多重経路エラーを著しく下回る、イリジウムパスにわたる約２メートルの位置エラーに対応する。付加的な精度が必要とされる場合、コンパクトで耐久性が高められたルビジウム基準が用いられるべきである。対応するアラン分散は、１０分間隔にわたる約２ｃｍの位置エラーに対応する１０-13である。
【００９４】
イリジウム受信機５３４からデータバス５５０を介する未処理の位置解と、慣性測定ユニット５３６からデータバス５５２を介する加速度測定値とは、コンピュータ５５４に供給され、当該コンピュータ５５４がカルマンフィルタを実行して、測定値を最終解へと処理する。カルマンフィルタは、最小二乗法の有効な計算（帰納的）解を与える１組の数式である。フィルタは、いくつかの局面において非常に強力であり、過去、現在およびさらには将来の状態の推定をサポートし、モデリングされたシステムの正確な性質が未知の場合でもこのように行なうことができる。
【００９５】
カルマンフィルタは、フィードバック制御の形を用いることによってプロセスを推定する。当該フィルタは、ある時点でのプロセス状態を推定し、（雑音のある）測定値の形でフィードバックを得る。したがって、カルマンフィルタについての式は、時間更新式と測定更新式との２つのグループに分けられる。時間更新式は、次回のステップについての先験的な推定値を得るために、現在の状態およびエラー共分散推定値を（時間に関して）前方に投影する役割を果たす。測定更新式は、フィードバックの役割を果たす、すなわち、改善された帰納的な推定値を得るために新しい測定値を先験的な推定値に組込む役割を果
たす。イリジウム受信機５３４からデータバス５５０を介する未処理の位置解と、慣性測定ユニット５３６からデータバス５５２を介する加速度測定値とは、コンピュータ５５４に入力されるが、同じ現象、すなわち空間での移動、の測定値であるので、当該測定値は、カルマンフィルタ６５７（図１５）によってモデリングされるシステムにおいて関連付けられる。
【００９６】
状況に応じて、（ヨー姿勢などの）すべての状態が必ずしも常に観測可能であるわけではない。しかしながら、イリジウムの軌道ジオメトリのせいで、システム設計により、出力の位置成分が常にイリジウム測距測定値の精度内で有効に観測可能になることが確実にされる。
【００９７】
この発明の２つの基本的な動作モードが挙げられる。第１のモードはコード位相測定値に基づいている。建物の内部には多重経路の多くの源が存在するので、搬送波の使用は特に不可能となる。しかしながら、ＬＥＯ衛星は、図１４ａおよび図１４ｂに図示のとおり、物理的なバリアを貫通するのに有用な著しく高い同報通信出力とともに、豊富なジオメトリをもたらす。コード測距測定値は、さまざまな時間になされる測定を埋めるために慣性ナビゲーションユニットを用い、適度に正確な位置について解決するためにこのジオメトリを用いて組合され得る。
【００９８】
第２の動作モードは搬送波位相測定値に基づいている。搬送波位相測定が屋外でなされた場合、ＬＥＯ衛星に対して明瞭な視線を得ることが可能となり、これにより、センチメートルレベルの位置決め精度の実現が可能となる。図１４ａおよび図１４ｂに図示のとおり、この豊富なジオメトリにより、これらの精密測定値を、ここでもさまざま時間になされる測定を埋めるよう慣性ナビゲーションユニットを用いて、高精度かつ高整合の位置解に組合せることが可能となる。
【００９９】
図１４ａおよび図１４ｂは、ユーザの基準点からの典型的なジオメトリパスを示す。イリジウム衛星は、数分の間隔にわたって円弧を描いて飛行する。多重経路は概して最大のエラー源となるだろう。イリジウム搬送波位相は、ユーザが空を明瞭に見ることができる場合、測距エラーを任意に小さく、場合によってはセンチメートルレベルに駆動するのに用いることができる。残念ながら、未処理の測距エラーは、屋内ではほぼ２０〜３０ｍの動作に増大する傾向がある。イリジウム衛星が大きな角度の円弧を描いて空を横断するので、この屋内の多重経路エラーの大部分の平均を下げるように空間の多様性を利用することが可能となるはずである。実験的なＧＰＳ性能と類似していることにより、パラメータをスケーリングすることによってどのようなイリジウム性能になり得るかを予測することができる。イリジウム測定間の相関時間は約１０秒になると推定されるが、これは、１０分のパスにわたって、受信機がほぼ６０の「独立した」測定値を集め得ることを意味する。したがって、測距精度は、おそらく、（６０の平方根で未処理の測距精度を分割して）ほぼ４メートルに改善され得る。
【０１００】
図１４ａに図示のとおり、コールドスタート初期設定５６０は、第１のイリジウム衛星パスの軌道を用いて、ユーザ５６８の位置に対する頂点５６２を有するイリジウム軌道球体５６４の局所的部分を規定する。慣性測定ユニット５３６による慣性ナビゲーションは、ユーザ５６８の位置に対して図示される第１のパス５６６の後に位置の共分散をもたらす。ＬＥＯ衛星軌道球体５６４におけるＬＥＯ衛星の軌道の急速に変化する角度は、その軌道球体５６４におけるＬＥＯ衛星によって許容可能な位置推定の迅速な収束を可能にする。
【０１０１】
システム構造は、密に連結されたＧＰＳ慣性ユニットに類似する。しかしながら、図１５に図示のとおり、システム６００は、カルマンフィルタ６５７を用いて一度にわずかに
１つの範囲測定値を処理するよう意図されている。動的な応用例については、ＭＥＭＳ慣性基準ユニット（ＩＲＵ）６０２が当該システムに連結され、エラー前処理ユニット６０５においてエラー前処理を受ける。より要求の厳しい応用例においては、慣性グレードＩＲＵが所望されるかもしれない。
【０１０２】
好適なＩＲＵ６０２についての一般的なモデルは、ストラップダウン式慣性ナビゲーションシステムを含む。ストラップダウン式慣性ナビゲーションシステムは、移動体に堅固に固定されている。したがって、ストラップダウン式慣性基準ユニットは、本体とともに移動し、それらのジャイロは、角速度に関して、移動している本体と同じ変化を経験しかつ測定する。ストラップダウン式慣性基準ユニットは、本体の固定軸の点から、線形速度の変化を測定する加速度計を含む。本体の固定軸は、一定の慣性基準系とは反対の、移動する基準系として機能する。ナビゲーションコンピュータは、ジャイロの角度情報と加速度計の線形情報とを用いて、慣性基準系に対する本体の３Ｄの動きを計算する。
【０１０３】
ＩＲＵ６０２は、それが回転加速度として出力する慣性加速度を検知する。回転加速ベクトル情報は、エラープリプロセッサ６０５に供給される。慣性エラープリプロセッサ６０５は、スケール係数および整列エラーを含む予め較正されたパラメータを補正する。次いで、補正された測定値が、加速度計およびジャイロのバイアス状態の追加、ならびに位置、速度および姿勢のベクトルへのストラップダウン式ＩＲＵ６０２測定値の積分を含めて、時間更新ブロック６０８および６１１を通過する。
【０１０４】
【数７】
2007524089.tif 000009
【０１０５】
ＬＥＯ（現在好ましい実施例の場合には、イリジウム）受信機６３２のＬＥＯ受信機側で、ＬＥＯ衛星から搬送波信号を受信する。現在好ましい実施例においては、ユーザ装置の近傍にある基準地上局で受信された第２の搬送波信号はまた、任意のデータリンク６３５における地上局位置の正確な位置に関連付けて受信される。第２の搬送波信号は、ＬＥＯ衛星からの搬送波信号の迅速な積分を確実にし、さらに、ＬＥＯエラープリプロセッサ６３８の動作を可能にする。
【０１０６】
慣性側と同様に、ＬＥＯエラープリプロセッサ６３８は、スケール係数および整列エラーを含む予め較正されたパラメータを補正する。加えて、ＬＥＯエラープリプロセッサ６３８は、任意のデータリンク６３５で受信された情報に基づいて、伝搬によって引起されたエラーを補正する。エラープロセッサ６３８は、大気／電離層の影響、時間タグ整列、およびコードと搬送波との混合などのために補正を適用する。
【０１０７】
バイアス状態時間更新ブロック６４１、６４４、６４７および６５１は、スカラー受信機クロックおよびクロックバイアス推定値を未処理の測定値に適用する。さらなるバイアスブロック６５４は、このようなＬＥＯ信号が利用可能である場合、プロセッサ６２６の
出力を用いて短期間のユーザの動きを減じ、ＬＥＯ信号上での長い積分時間を可能にする。補正されたＬＥＯ位置は、カルマンフィルタ６５７に供給できる状態にある。現在好ましい実施例においては、コンピュータ５５４は１７状態カルマンフィルタ推定器を実行して、
位置（３つの軸）
速度（３つの軸）
加速度計バイアス（３つの軸）
姿勢（３つの軸）
ジャイロバイアス（３つの軸）
クロックバイアス
クロックドリフト、について解決する。
【０１０８】
共分散時間更新器６６０は状態共分散推定値を伝搬する。プロセッサ６２６によって各々の所与のＬＥＯ衛星の視線に投影される推定された慣性位置は、ＬＥＯ衛星までの測定された範囲と比較されて、カルマンフィルタ６５７への測定更新を形成する。
【０１０９】
図を参照すると、衛星ベースのナビゲーションシステムにおけるユーザ装置の正確な位置を測定するための方法７００が提供される。ブロック７０１において、ユーザ装置は、１組のＬＥＯ衛星から伝送された搬送波信号を受信する。ブロック７０４において、ユーザ装置は、搬送波信号を処理して、当該１組のＬＥＯ衛星からの幾何学的に多様なユーザ搬送波位相情報を含むユーザ搬送波位相情報を得る。ブロック７０７において、ユーザ装置は慣性位置決定を再現する。ブロック７１０において、ユーザ装置の正確な位置は、慣性位置決定およびユーザ搬送波位相情報に基づいている。ブロック７１３において、ユーザ装置は、ユーザ搬送波位相情報における整数周期の不明確さを解決するために、慣性位置に基づいて当該１組のＬＥＯ衛星からユーザ搬送波情報を得る。
【０１１０】
好ましい実施例においては、当該方法７００は、基準搬送波位相情報を得るために基準局において搬送波信号を追跡するステップを含む。基準搬送波位相情報は、当該１組のＬＥＯ衛星からの幾何学的に多様な基準搬送波位相情報を含む。当該方法７００はまた、ブロック７１６において、基準局で受信された搬送波信号から第２の搬送波位相情報を導き出すステップを含み得る。ブロック７１９において、ユーザ装置は、基準搬送波位相情報に基づいて位置計算の精度を改善する。好ましい実施例においては、当該方法は、１組のナビゲーション衛星から受信したコード位相信号を用いて、近似するユーザ位置およびクロックオフセットを推定するステップをさらに含む。
【０１１１】
好ましくは、差動コード位相技術を用いて、慣性推定値の精度を向上させる。当該方法の好ましい実施例はまた、付加的な有利な技術を含んでおり、たとえば、ユーザにおける搬送波信号と基準受信機回路との間の周波数依存位相遅延差の補償、ユーザ受信機およびＬＥＯ信号源の予想される動きに応じて選択された所定の時間間隔内におけるナビゲーション搬送波情報およびＬＥＯ搬送波情報の読出、ナビゲーション衛星情報を用いたＬＥＯ発振器不安定性の較正、ベントパイプＬＥＯ通信アーキテクチャに起因する位相妨害の補償、ユーザおよび基準受信機における発振器の不安定性の補償、過去の基準搬送波位相情報に基づいた現在の基準搬送波位相情報の予測、ならびに、位置計算の整合性の監視などが含まれる。
【０１１２】
状況に応じて、（ヨー姿勢などの）すべての状態が必ずしも常に観測可能であるとは限らない。イリジウムの軌道ジオメトリ、特に、空中で大きな角度で高速に動くために、当該システムは、収束が起こると、出力の位置成分が常にイリジウム測距測定値の精度内で有効に観測可能になることを確実にする。
【０１１３】
この発明の実施例を例示および記載してきたが、上述のとおり、この発明の精神および範囲から逸脱することなく多くの変更がなされ得る。たとえば、高性能の搬送波測距が実行される場合、整数周期の不明確さを説明するために、任意のフロートバイアス状態が、図１５に図示のとおりＬＥＯ衛星ごとに１つずつ追加される。ＬＥＯ衛星を上述してきたが、いかなる幅広のフットプリント、視界外のデータチャネルも候補に挙げられる。したがって、この発明の範囲は上述の実施例の開示によっては限定されない。むしろ、この発明は、添付の特許請求の範囲を参照することによってその全体が決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】ＧＰＳ受信機を備え、干渉に晒される航空機の代表図である。
【図２】ユーザが受信した実時間のフィードフォワードＧＰＳ信号のタイミングを示す図である。
【図３】この発明に従ったシステムの代表図である。
【図４】ＬＥＯおよびＧＰＳ受信機のブロック図である。
【図５】好ましいＧＰＳまたはＬＥＯ受信機のブロック図である。
【図６】ＧＰＳ半チャネルに対する好ましい信号処理のブロック図である。
【図７】信号チャネルを処理するためのＧＰＳ受信機についてのブロック図である。
【図８】ＧＰＳ搬送波追跡ループ推定器モデルのブロック図である。
【図９ａ】慣性ナビゲーションプロセッサのブロック図である。
【図９ｂ】好ましい慣性ナビゲーションプロセッサのブロック図である。
【図１０】この発明に従った好ましい方法のフロー図である。
【図１１】この発明に従った好ましい方法のフロー図である。
【図１２】ＬＥＯ衛星を用いた屋内の位置決めシステムのブロック図である。
【図１３】ＬＥＯ衛星を用いた差動位置決めシステムの図である。
【図１４ａ】第１のパス後のＬＥＯおよびＭＥＭＳ源からのシステム共分散を示す図である。
【図１４ｂ】次のパス後のＬＥＯおよびＭＥＭＳ源からのシステム共分散を示す図である。
【図１５】密に連結されたＬＥＯ慣性積分器のブロック図である。
【図１６】ＬＥＯ信号および慣性位置決定に基づいて位置を導き出すためのプロセスを説明するフローチャートである。
【図１】
2007524089.tif 000010
【図２】
2007524089.tif 000011
【図３】
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【図４】
2007524089.tif 000013
【図５】
2007524089.tif 000014
【図６】
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【図７】
2007524089.tif 000016
【図８】
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【図９ａ】
2007524089.tif 000018
【図９ｂ】
2007524089.tif 000019
【図１０】
2007524089.tif 000020
【図１１】
2007524089.tif 000021
【図１２】
2007524089.tif 000022
【図１３】
2007524089.tif 000023
【図１４Ａ】
2007524089.tif 000024
【図１４Ｂ】
2007524089.tif 000025
【図１５】
2007524089.tif 000026
【図１６】
2007524089.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月15日(2006.9.15)
【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】
ＧＰＳ衛星信号を用いてユーザのための位置を決定するための方法であって、
ＧＰＳ衛星から伝送された実時間ＧＰＳデータストリームを受信するステップと、
前記ＧＰＳ衛星から生じるフィードフォワードＧＰＳデータストリームをＬＥＯ衛星から受信するステップと、
少なくとも実時間データが損なわれた場合、フィードフォワード信号が実時間データを補うように、実時間およびフィードフォワード信号を処理し、本質的にＧＰＳコードおよび搬送波をともに追跡するステップと、
前記処理された信号に基づいて前記ユーザのための位置を決定するステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記実時間データが、ジャミング、ＲＦ干渉または構造上の干渉のうちの少なくとも１つの結果として損なわれる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記処理するステップは、蓄積および時間同期バッファリングを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記処理するステップは、前記フィードフォワードデータストリームの復調を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
位置を決定する前に慣性基準ユニットにアクセスするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの付加的な実時間ＧＰＳデータストリームを受信し、少なくとも１つの付加的なフィードフォワードＧＰＳデータストリームを前記ＬＥＯ衛星から受信するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記フィードフォワードＧＰＳデータストリームは、前記ＬＥＯ衛星に相互リンクされ、前記ユーザに同報通信される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ＧＰＳ信号に基づいてユーザのための位置を決定するための装置であって、
第１のＧＰＳ衛星から受信した第１の実時間ＧＰＳ信号を処理するよう構成された第１の受信機と、
前記第１の受信機に連結された第２の受信機とを含み、前記第２の受信機は、ＬＥＯ衛星から伝送された第１のＬＥＯ信号を処理するよう構成され、前記第１のＬＥＯ信号は、前記第１の実時間ＧＰＳ信号に対応し、前記第１のＧＰＳ衛星から生じる第１のフィードフォワードＧＰＳ信号を含み、前記第２の受信機はさらに、ＧＰＳ支援データを前記第１の受信機に送信するよう構成され、
前記第１の受信機は、前記第１の実時間ＧＰＳ信号を前記第１のフィードフォワードＧＰＳ信号で補うことによって、より正確なＧＰＳ信号を獲得するよう構成される、装置。
【請求項９】
前記第１の受信機はさらに、前記第１の実時間ＧＰＳ信号を前記第１のフィードフォワードＧＰＳ信号に同期させるよう構成される同期バッファを含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の受信機および前記第２の受信機に連結される共通のクロックをさらに含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１のＧＰＳ衛星および前記第１のＬＥＯ衛星から伝送を受信するよう適合されたアンテナをさらに含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記アンテナと信号通信するフィルタと、前記フィルタならびに前記第１および第２の受信機と信号通信するプリアンプとをさらに含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の受信機に連結される慣性基準ユニットをさらに含み、前記第１の受信機は、前記ユーザの位置を決定するために前記慣性基準ユニットからの慣性支援データを用いるよう構成される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１の受信機は、デジタル信号プロセッサと、前記デジタル信号プロセッサに連結されたメモリとをさらに含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
ＧＰＳ信号に基づいてユーザのための位置を決定するための装置であって、
第１のＧＰＳ衛星から受信した第１の実時間ＧＰＳ信号を処理するための第１の手段と、
第１のＧＰＳ支援データを生成するためにＬＥＯ衛星から伝送された第１のＬＥＯ信号を処理するための第２の手段とを含み、前記第１のＬＥＯ信号は、前記第１の実時間ＧＰＳ信号に対応し、前記第１のＧＰＳ衛星から生じる第１のフィードフォワードＧＰＳ信号を含み、前記装置はさらに、
本質的にＧＰＳコードおよび搬送波位相をともに追跡し、前記第１の実時間ＧＰＳ信号および前記ＧＰＳ支援データの関数として前記ユーザの位置を決定するための手段を含む、装置。
【請求項１６】
前記第１の処理手段は、前記第１の実時間ＧＰＳ信号を前記第１のフィードフォワードＧＰＳ信号に同期させるよう構成された同期バッファを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１の処理手段と前記第２の処理手段とに連結される共通のクロックをさらに含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１のＧＰＳ衛星および前記第１のＬＥＯ衛星から伝送を受信するよう適合された
アンテナをさらに含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記アンテナと信号通信するフィルタと、前記フィルタならびに前記第１の処理手段および前記第２の処理手段と信号通信するプリアンプとをさらに含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１の処理手段に連結された慣性基準ユニットをさらに含み、前記第１の処理手段は、前記ユーザの位置を決定するために前記慣性基準ユニットから慣性支援データを用いるよう構成される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１の処理手段はさらに、デジタル信号プロセッサと、前記デジタル信号プロセッサに連結されたメモリとをさらに含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項２２】
ＧＰＳ信号に基づいてユーザの位置を決定するためのシステムであって、
複数のＧＰＳ衛星を含み、前記複数のＧＰＳ衛星の各々は、実時間ＧＰＳ信号を前記ユーザに伝送するよう構成され、前記システムはさらに、
地球から伝送された信号を受信し、複数の付加的なＬＥＯ衛星に前記信号を随意に相互リンクし、前記信号をユーザに同報通信するよう構成された第１のＬＥＯ衛星と、
前記複数のＧＰＳ衛星のうちの少なくとも１つから前記実時間ＧＰＳ信号を受信し、前記実時間ＧＰＳ信号に基づいてフィードフォワードＧＰＳ信号を前記第１のＬＥＯ衛星に伝送するよう構成された監視および制御局と、
前記第１のＬＥＯ衛星または前記複数の付加的なＬＥＯ衛星のうちの１つから前記実時間ＧＰＳ信号および前記フィードフォワードＧＰＳ信号を受信するよう構成されたユーザ受信機とを含み、前記ユーザ受信機は、本質的にＧＰＳコードおよび搬送波をともに追跡して前記ユーザの位置を決定するために、前記実時間ＧＰＳ信号と前記フィードフォワードＧＰＳ信号とを用いる、システム。
【請求項２３】
前記ユーザ受信機はさらに、
前記実時間ＧＰＳ信号を処理するよう構成された第１の受信機と、
前記第１の受信機に連結された第２の受信機とを含み、前記第２の受信機は、前記ＬＥＯフィードフォワードＧＰＳ信号を処理し、前記第１の受信機にＧＰＳ支援データを送信するよう構成され、
前記第１の受信機は、前記第１の実時間ＧＰＳ信号を前記第１のフィードフォワードＧＰＳ信号で補うことによって、より正確なＧＰＳ信号を獲得するよう構成される、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１の受信機はさらに、前記実時間ＧＰＳ信号を前記フィードフォワードＧＰＳ信号に同期させるよう構成された同期バッファを含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第１の受信機および前記第２の受信機に連結される共通のクロックをさらに含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記複数のＧＰＳ衛星のうちの少なくとも１つから、ならびに、前記第１のＬＥＯ衛星および前記複数の付加的なＬＥＯ衛星のうちの少なくとも１つから伝送を受信するよう適合されたアンテナをさらに含む、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記アンテナと信号通信するフィルタと、前記フィルタならびに前記第１および第２の受信機と信号通信するプリアンプとをさらに含む、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第１の受信機に連結された慣性基準ユニットをさらに含み、前記第１の受信機は、
前記ユーザの位置を決定するために、前記慣性基準ユニットからの慣性支援データを用いるよう構成される、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記第１の受信機は、デジタル信号プロセッサと、前記デジタル信号プロセッサに連結されたメモリとをさらに含む、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記第１のＬＥＯ衛星および前記複数の付加的なＬＥＯ衛星はイリジウム衛星を含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
低周回軌道（ＬＥＯ）衛星からの信号からユーザ装置の正確な位置を推定するための方法であって、
ユーザ装置において少なくとも１つの搬送波信号を受信するステップを含み、各々の搬送波信号は別個のＬＥＯ衛星に伝送され、前記方法はさらに、
第１の搬送波位相情報を得るために前記搬送波信号を処理するステップと、
慣性基準ユニットで導き出された慣性位置決定を再現するステップと、
前記慣性位置決定および前記第１の搬送波位相情報に基づいて前記ユーザ装置の位置を導き出すステップとを含む、方法。
【請求項３２】
前記ユーザ装置の位置を導き出すステップはさらに、
前記慣性位置に基づいて整数周期の不明確さを解決するために第１の搬送波位相情報を改善するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記ユーザ装置の位置を導き出すステップはさらに、
第２の基準搬送波位相情報を得るために基準局において受信された前記搬送波信号を処理するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記ユーザ装置の位置を導き出すステップはさらに、
前記第２の基準搬送波位相情報にさらに基づいて前記ユーザ装置の位置を改善するステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
１組のナビゲーション衛星から受信したコード位相信号を用いて、近似するユーザ位置およびクロックオフセットを推定するステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記慣性位置決定は前記ユーザ位置に基づいて改善される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記慣性基準ユニットはＭＥＭＳ慣性基準ユニットである、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記慣性位置決定は、前記ユーザ装置の位置に基づいて改善される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
低周回軌道（ＬＥＯ）衛星からの信号から前記ユーザ装置の正確な位置を推定するためのユーザ装置であって、前記方法は、
前記ユーザ装置において少なくとも１つの搬送波信号を受信するよう構成された受信機を含み、各々の搬送波信号は別個のＬＥＯ衛星に伝送され、前記ユーザ装置はさらに、
第１の搬送波位相情報を得るために、前記搬送波信号を処理するよう構成される第１のプロセッサと、
慣性基準ユニットにおいて導き出される慣性位置決定を再現するよう構成される慣性基準ユニットと、
前記慣性位置決定および前記第１の搬送波位相情報に基づいて前記ユーザ装置の位置を導き出すよう構成されたプロセッサとを含む、ユーザ装置。
【請求項４０】
前記プロセッサはさらに、前記慣性位置に基づいて整数周期の不明確さを解決するよう構成される、請求項３９に記載のユーザ装置。
【請求項４１】
前記受信機はさらに、第２の基準搬送波位相情報を得るために、基準局において受信された前記搬送波信号を処理するよう構成される、請求項３９に記載のユーザ装置。
【請求項４２】
前記プロセッサはさらに、前記第２の基準搬送波位相情報に基づいて前記ユーザ装置の位置を改善するよう構成される、請求項４１に記載のユーザ装置。
【請求項４３】
前記プロセッサはさらに、１組のナビゲーション衛星から受信したコード位相信号を用いて、近似するユーザ位置およびクロックオフセットを推定するよう構成される、請求項３９に記載のユーザ装置。
【請求項４４】
前記慣性基準ユニットはさらに、前記ユーザ位置に基づいて前記慣性位置決定を改善するよう構成される、請求項４３に記載のユーザ装置。
【請求項４５】
前記干渉基準ユニットはＭＥＭＳ干渉基準ユニットである、請求項３９に記載のユーザ装置。
【請求項４６】
前記慣性基準ユニットはさらに、前記ユーザ装置の位置に基づいて前記慣性位置決定を改善するよう構成される、請求項３９に記載のユーザ装置。
【請求項４７】
コンピュータ読取可能媒体に記憶されるコンピュータソフトウェアプログラムであって、前記コンピュータプログラムは、低周回軌道（ＬＥＯ）衛星からの信号に基づいてユーザ装置の正確な位置を推定するよう構成され、前記方法は、
少なくとも１つの搬送波信号を受信するよう構成された第１のソフトウェア構成要素を含み、各々の搬送波信号は別個のＬＥＯ衛星に伝送され、前記コンピュータソフトウェアプログラムはさらに、
第１の搬送波位相情報を得るために前記搬送波信号を処理するよう構成された第２のソフトウェア構成要素と、
慣性基準ユニットにおいて導き出された慣性位置決定を再現するよう構成された第３のソフトウェア構成要素と、
前記慣性位置決定および前記第１の搬送波位相情報に基づいて前記ユーザ装置の位置を導き出すよう構成された第４のソフトウェア構成要素とを含む、コンピュータソフトウェアプログラム。
【請求項４８】
前記第４のソフトウェア構成要素はさらに、前記慣性位置に基づいて整数周期の不明確さを解決するために、前記第１の搬送波位相情報を改善するよう構成される、請求項４７に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項４９】
前記第４のソフトウェア構成要素はさらに、
第２の基準搬送波位相情報を得るために基準局において受信された前記搬送波信号を処理するよう構成される、請求項４７に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項５０】
前記ユーザ装置の位置を導き出すステップはさらに、
前記第２の基準搬送波位相情報にさらに基づいて前記ユーザ装置の位置を改善するステップを含む、請求項４９に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項５１】
１組のナビゲーション衛星から受信したコード位相信号を用いて、近似するユーザ位置
およびクロックオフセットを推定するよう構成された第５のソフトウェア構成要素をさらに含む、請求項４７に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項５２】
前記第３のソフトウェア構成要素はさらに、前記近似するユーザ位置に基づいて前記慣性位置決定を改善するよう構成される、請求項５１に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項５３】
前記慣性基準ユニットはＭＥＭＳ慣性基準ユニットである、請求項４７に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項５４】
前記第３のソフトウェア構成要素はさらに、前記ユーザ装置の位置に基づいて前記慣性位置決定を改善するよう構成される、請求項４７に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項５５】
低周回軌道（ＬＥＯ）衛星からの信号からユーザ装置の正確な位置を推定するための装置であって、前記方法は、
ユーザ装置において少なくとも１つの搬送波信号を受信するための手段を含み、各々の搬送波信号は別個のＬＥＯ衛星に伝送され、前記装置はさらに、
第１の搬送波位相情報を得るために前記搬送波信号を処理するための手段と、
慣性基準ユニットで導き出された慣性位置決定を再現するための手段と、
前記慣性位置決定および前記第１の搬送波位相情報に基づいて前記ユーザ装置の位置を導き出すための手段とを含む、装置。
【請求項５６】
前記ユーザ装置の位置を導き出すための手段はさらに、
前記慣性位置に基づいて整数周期の不明確さを解決するために第１の搬送波位相情報を改善するための手段を含む、請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
前記ユーザ装置の位置を導き出すための手段はさらに、
第２の基準搬送波位相情報を得るために基準局において受信された前記搬送波信号を処理するための手段を含む、請求項５５に記載の装置。
【請求項５８】
前記ユーザ装置の位置を導き出すための手段はさらに、
前記第２の基準搬送波位相情報にさらに基づいて前記ユーザ装置の位置を改善するための手段を含む、請求項５７に記載の装置。
【請求項５９】
１組のナビゲーション衛星から受信したコード位相信号を用いて、近似するユーザ位置およびクロックオフセットを推定するための手段をさらに含む、請求項５５に記載の装置。
【請求項６０】
前記慣性位置決定は、前記ユーザ位置に基づいて改善される、請求項５９に記載の装置。
【請求項６１】
前記慣性基準ユニットはＭＥＭＳ慣性基準ユニットである、請求項５５に記載の装置。
【請求項６２】
前記慣性位置決定は、前記ユーザ装置の位置に基づいて改善される、請求項５５に記載の装置。
【国際調査報告】
2007524089.tif 000028
2007524089.tif 000029
2007524089.tif 000030
2007524089.tif 000031
2007524089.tif 000032