(57)【要約】【課題】  電離圏及び対流圏擾乱を検出するマルチ周波数モニタを提供する。【解決手段】  マルチ周波数モニタを使用して電離圏及び対流圏の擾乱を検出する地上型衛星航法補強システム（ＧＢＡＳ）用のシステム及び方法である。複数のレシーバペアから信号を受け取り、且つ、複数のレシーバの少なくとも１つのペアからのデータを使用して対流圏遅延変動のモニタ計測を判定する。複数のレシーバの少なくとも１つのペアからのデータを使用して対流圏遅延変動の合計及び電離圏遅延変動の合計のモニタ計測を判定する。対流圏遅延変動及び電離圏遅延変動のモニタ計測を電離圏遅延推定に組み合わせる。【選択図】      図３
2019215334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上型衛星航法補強システム（ＧＢＡＳ）であって、
個々のアンテナを介して衛星信号を受け取るように構成された複数のレシーバペアであって、アンテナのそれぞれのペアは、ベースラインを構成しており、且つ、アンテナ当たりに少なくとも１つのレシーバは、マルチ周波数レシーバである、複数のレシーバペアと、
プロセッサと、
を有し、
前記プロセッサは、
前記複数のレシーバペアによって受け取られた衛星信号から導出されたデータを受け取り、
前記複数のレシーバの少なくとも１つのペアから受け取られたデータに基づいて前記受け取られた衛星信号上の対流圏遅延変動及び電離圏遅延変動を推定し、且つ、
前記複数のレシーバの前記少なくとも１つのペアからの推定された対流圏遅延変動及び推定された電離圏遅延変動を電離圏遅延推定に組み合わせる、
ように構成されている、システム。
【請求項２】
更なるレシーバは、同一のアンテナを使用するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記同一のアンテナを使用するように構成された前記２つのレシーバは、１つのマルチ周波数レシーバ及び１つの単一周波数レシーバである請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記プロセッサは、整数値又は半整数値バイアス差の推定を使用することにより、前記対流圏遅延変動及び前記電離圏遅延変動を推定するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記システムは、前記電離圏推定が、予め定義された閾値を超過した際に、アラートを出力する請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記アラートは、前記受け取られた衛星信号に関係するデータを排除することを有する請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
レシーバベースラインに跨る搬送波−位相二重差を使用した電離圏遅延変動の計測が電離圏勾配を表している請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
電離圏勾配モニタを動作させる方法であって、
複数のレシーバペアから信号を受け取ることと、
前記複数のレシーバの少なくとも１つのペアからのデータを使用することにより、対流圏遅延変動のモニタ計測を判定することと、
前記複数のレシーバの前記少なくとも１つのペアからのデータを使用することにより、前記対流圏遅延変動の合計及び前記電離圏遅延変動の合計のモニタ計測を判定することと、
対流圏遅延変動及び電離圏遅延変動のモニタ計測を電離圏遅延推定に組み合わせることと、
を有する方法。
【請求項９】
前記方法は、
第１及び第２アンテナからのデータを使用することにより、少なくとも２つの周波数における搬送波−位相二重差を算出し、これにより、レシーバ及び衛星のクロック誤差を除去すること（６０１）と、
前記二重差及び算出された距離を使用することにより、幾何学的要素を含まない二重差（ＧＦＤＤ）を算出すること（６０２）と、
所定の期間にわたって前記ＧＦＤＤの平均を算出し、且つ、非バイアス型の幾何学的要素を含まない二重差を算出することによって整数値バイアスを除去することにより、推定バイアスを取得すること（６０３）と、
前記対流圏遅延変動及び前記電離圏遅延変動を算出すること（６０４）と、
前記推定整数値バイアスを検証し（６０５）、且つ、前記測距ソースの補正を送信すること（６０６）と、
前記推定整数値バイアスが検証されない、或いは、前記以前のステップのいずれかに失敗した、場合に、前記送信から前記測距ソースを排除すること（６０６）と、
を更に有する請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の運航において使用される衛星航行コンステレーションの補強のための地上型衛星航法補強システム（ＧＢＡＳ：Ground Based Augmentation System）と、電離圏の影響に関係する、且つ、具体的には、地上型衛星航法補強システムにおける電離圏の異常を検出する、課題と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上型衛星航法補強システム（ＧＢＡＳ）のアプローチサービスのタイプＤ（ＧＡＳＴ−Ｄ）規格は、地上と空中のレシーバの間における電離圏勾配の脅威の軽減を共有している。これは、電離圏勾配の存在下においてシステムの完全性が危険に晒されないことを保証するべく、地上局内に配置された電離圏勾配モニタ（ＩＧＭ：Ionospheric Gradient Monitor）のニーズに結び付く。この文脈におけるモニタは、ＧＢＡＳ地上局内において生成される補正に基づいて空中のレシーバ内において演算される距離又は位置の受け入れ不能な誤差を生成しうる信号の障害又は擾乱を検出するように設計された信号処理原理に基づいた処理ステップの組として見なすことができる。
【０００３】
ＧＢＡＳの原理は、一般に、地上局は、地上局とユーザーの間において関連付けられているすべての誤差が極小化又はキャンセルされうるように、その位置に関する詳細な知識を有しており、且つ、従って、ユーザーに対する無線リンクに跨って衛星信号を補正することができる、というものである。関連する誤差は、通常、電離圏遅延、対流圏遅延、衛星クロック及び軌道パラメータの不正確性に起因した誤差である。差分技法の使用により、ユーザーまでの距離、信号遅延、及び補正のレートに応じて、誤差を低減することができる。
【０００４】
ＧＢＡＳ地上局は、ＶＨＦを通じて空中のレシーバに送信される地上局補正によっては補償されない信号の誤差を生成しうる衛星又は環境内の任意の状態を検出する責任を担っている。
【０００５】
このような状態の１つが、伝播遅延をもたらす電離圏内の衛星信号の偏向である。通常の状態下において、電離圏は、補正後の残留誤差が無視可能となるように、合理的且つ実際的な距離内に存在しているＧＢＡＳ地上局及び航空機が同様の方式によって影響を受けるように、十分に均一である。但し、電離圏内の擾乱により、航空機の空中のレシーバ及び地上局が、大幅に異なる伝播遅延の影響を受ける場合がある。このような状態には、例えば、電離圏嵐及びプラズマ泡が含まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電離圏勾配について監視するべく位相計測を使用している以前の解決策は、いくつかの問題点を有する傾向があった。問題点の１つは、対流圏勾配及び電離圏勾配が反対方向において位相計測に影響を及ぼしている場合には、電離圏遅延の一部又はすべてが、電離圏勾配モニタにとって非可視状態となり、これにより、モニタが混乱しうる、というものである。別の問題点は、検出対象の電離圏勾配が存在していないが、対流圏勾配が存在している際には、その結果、誤った方式でモニタがトリガされうる、というものである。この結果、モニタが、誤ったアラートを発行する可能性があり、次いで、その結果、飛行の安全性にとっても重要である、システムレベルの連続性という要件の違反が生成される可能性がある。その他の解決策は、混乱及び誤ったアラートに関係する問題を解決してはいるが、レシーバの相対的に幅広のスプレッドを有する相対的に長いベースラインを必要としている、などの、いくつかの実際的な実装上の課題を有しており、これらは、多くの空港において問題となりうるであろう。ベースラインは、関連するレシーバを有する２つの地理的に分離されたアンテナと、それらの間のベクトルと、により、構成されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
地上型衛星航法補強システム（ＧＢＡＳ）は、個々のアンテナを介して衛星信号を受け取るように構成された複数のレシーバペアを有し、この場合に、アンテナのそれぞれのペアは、ベースラインを構成し、且つ、アンテナ当たりに少なくとも１つのレシーバは、マルチ周波数レシーバである。ＧＢＡＳは、前記複数のレシーバペアによって受け取られた衛星信号から導出されたデータを受け取ると共に、前記複数のレシーバの少なくとも１つのペアから受け取られたデータに基づいて、受け取られた衛星信号上の対流圏遅延変動及び電離圏遅延変動を推定するように構成されたプロセッサを更に有する。複数のレシーバの前記少なくとも１つのペアからの推定された対流圏遅延変動及び推定された電離圏遅延変動は、電離圏遅延推定に組み合わせられている。
【０００８】
１つ又は複数の更なるレシーバは、同一のアンテナを使用するように構成することができる。プロセッサは、整数値又は半整数値バイアス差の推定を使用することにより、前記対流圏遅延変動及び前記電離圏遅延変動を推定するように構成することができる。システムは、電離圏推定が、予め定義されている閾値を超過している際に、空中のレシーバへの送信から測距ソース（ranging source）を排除することにより、アラートを出力する。レシーバベースラインに跨る搬送波−位相二重差を使用した電離圏遅延変動の計測は、電離圏勾配を表している。
【０００９】
電離圏勾配モニタを動作させる方法は、複数のレシーバペアから信号を受け取ることと、複数のレシーバの少なくとも１つのペアからのデータを使用することにより、対流圏遅延変動のモニタ計測を判定することと、を有する。更には、方法は、複数のレシーバの少なくとも１つのペアからのデータを使用することにより、対流圏遅延変動の合計及び電離圏遅延変動の合計のモニタ計測を判定している。対流圏遅延変動及び電離圏遅延変動のモニタ計測は、電離圏遅延推定に組み合わせられている。
【００１０】
方法は、第１及び第２アンテナからのデータを使用して少なくとも２つの周波数における搬送波−位相二重差を計算し、これにより、レシーバ及び衛星のクロック誤差を除去すること６０１を更に有することができる。二重差及び計算された距離を使用することにより、幾何学的要素を含まない二重差（ＧＦＤＤ：Geometry Free Double Difference）が計算され６０２、且つ、所定の期間にわたってＧＦＤＤの平均を算出すると共に非バイアス型の幾何学的要素を含まない二重差を算出することによって整数値バイアスを除去することにより、推定バイアスが取得されている６０３。
対流圏遅延変動及び電離圏遅延変動が算出され６０４、整数値バイアスの推定が検証され６０５、且つ、測距ソースの補正が送信されている６０６。推定整数値バイアスが検証されない、或いは、以前のステップのいずれかに失敗した、場合には、送信から測距ソースが排除されている６０６。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＧＢＡＳアーキテクチャの図である。
【図２】飛行中アラート限度及び保護レベルの図である。
【図３】電離圏フロントの図である。
【図４ａ】本開示の一実施形態によるマルチ周波数モニタを有する例示用の地上局のブロック図である。
【図４ｂ】本開示の一実施形態による単一周波数レシーバ及びマルチ周波数レシーバを有する例示用の地上局のブロック図である。
【図５】ノイズ及び信号＋ノイズの確率密度関数（ＰＤＦ）である。
【図６】電離圏推定を取得する例示用の方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の目的の１つは、測距ソース位相計測上の電離圏及び対流圏の影響を分離すること、混乱に関係する問題を軽減すること、並びに、電離圏勾配監視における対流圏の影響に起因した偽アラートの問題を大幅に低減すること、である。測距ソースは、グローバル航行衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）信号のソースである。また、本発明は、数百メートルのレベルの相対的に短いベースラインの使用を可能にすることにより、相対的に長いベースラインを有するＧＢＡＳ地上局を実装するべく必要とされるものとの比較において、土木工事及びインフラストラクチャ費用を低減している。更には、本発明は、十分な保証レベルを有するが相対的に少ない数の観察可能体（observable）を有するレシーバとの協働状態において、保証レベルを有していないＧＮＳＳレシーバの使用を可能にしており、或いは、このケースにおいては、航空機のアプローチ、着陸、及びロールアウトなどの、特定の用途において必要とされるものよりも低い保証レベルを有するＧＮＳＳレシーバの使用を可能にしている。
【００１３】
図１は、衛星１０３からのＧＮＳＳ信号を監視する４つのアンテナ１０１と、補正、完全性情報、及びアプローチデータ１０４を空中のレシーバを介して航空機１０５に送信するアンテナ１０４と、を有する地上局１０２を有するＧＢＡＳアプリケーションの一実施形態の一例を示している。ＧＢＡＳアプリケーションは、衛星信号１０６並びに電離圏及び高周波干渉などの環境を監視することにより、その精度ターゲットを実現するべく、衛星信号１０６内に、補正できないと共に空中のレシーバについて過剰に急勾配で脱相関しうる誤差が存在しうる場合を検出している。地上局１０２は、公称的に、ＧＮＳＳ信号１０６を監視ことにより、例えば、過剰なマルチパスなどの誤差の検出を保証すると共に、環境内の誤差を検出するべくいくつかのベースラインにわたってモニタをセットアップするための、４つの高性能アンテナ１０１を有する。また、地上局１０２は、例えば、コントロールタワー内において設置された１つ又は複数の制御ユニットを有することもできる。ソフトウェア及びハードウェアの厳格な開発及び検証プロセスにより、設計誤差によって誤りを含む信号が放出されえないことが、或いは、ＧＮＳＳ信号の誤差が検出されない状態において放置されないことが、保証されている。すべての潜在的な内部誤差が、誤解を招く信号が空中に送信されることをもたらしえないように、すべての潜在的な内部誤差が設計の際に考慮及び軽減されていること示す確率的安全性評価プロセスが実行される１０４。すべてのモニタが、衛星１０３内の又は環境内の危険な誤差が検出されない状態で放置されえないことを保証することに対処する統計的分析が実行される。ＶＨＦレシーバ機能は、空中のレシーバに実際に送信された信号が、意図された通りになることを保証するべく、送信信号１０４を監視している。
【００１４】
アプローチデータ、即ち、ファイナルアプローチセグメント（ＦＡＳ：Final Approach Segment）は、航空機が使用することになるアプローチを構築する、ランウェイのそれぞれの端部内のＷＧＳ−８４ポイントと、アプローチ角度と、を有する。空中のレシーバは、受け取られた補正及びＦＡＳデータに基づいてアプローチ経路をセットアップする１０７。受け取られた完全性情報及び内部的に算出されたパラメータを使用することにより、保護レベルの組が算出される。保護レベルのサイズは、演算された航空機の位置の不確実性の増大に伴って増大する。図２は、アプローチ経路におけるアラート限度及び保護レベルの一実施形態を示している。アプローチ経路には、垂直方向保護レベル及び横方向保護レベルによって表される不確実性が、垂直方向アラート限度及び横方向アラート限度などの、予め定義された閾値の組よりも大きくなった場合に、フラグが付与される。
【００１５】
図３は、速度３１０を有する航空機３０５と同一の方向において速度３１１によって運動するスロープ３０２及び幅３０８を有する電離圏フロント３０９の図を示しており、これにより、航空機３０５及び地上局３０１は、ＧＮＳＳ測距ソース３０３までの視準線３０４の間の距離に起因して大幅に異なる伝播遅延３０６、３０７の影響を受けることになる。電離圏３０６、３０７を通じて伝播する電磁信号は、屈折に晒される。ＧＮＳＳの場合には、これは、信号到着時間の遅延をもたらし、これにより、位置判定及びナビゲーションにとって非常に重要なその他の機能における重要なパラメータである、伝播時間の計測に影響が及ぶことになる。ＧＢＡＳは、主に、ノイズの低減のために、瞬間的位相計測によってスムージングされた、航行用のコード距離計測を使用している。これらの計測は、電離圏内において、屈折に晒される。電離圏内における擾乱のケースにおいては、ＧＢＡＳ地上局及び空中のレシーバに対する測距ソースの視準線により、信号３０６、３０７は、信号が異なる方式によって影響を受けるように、異なる電離圏状態を通じて伝播しうる。これに加えて、スムージングフィルタ内における誤差の蓄積により、更なる差分誤差が生じうる。これは、飛行の安全性に重要である、演算された航空機位置の完全性に影響を及ぼす。測距ソースの位相計測は、測距信号の完全性を保証するべく、必要とされる様々なモニタ内において使用されるが、以下においては、これは、１つの電離圏モニタＩＧＭ（電離圏勾配モニタ）である。この結果、ＩＧＭ用の以前の解決策の場合には、対流圏内の擾乱により、電離圏の脅威を検出することができないようにＩＧＭが混乱しうる、或いは、偽アラートが生成されうる、ことから、対流圏擾乱が存在している際には、電離圏内の擾乱を検出することができるように、電離圏勾配モニタから対流圏の影響を除去する、又はこれを少なくとも低減する、必要がある。
【００１６】
本発明の実施形態は、測距ソースの位相計測上における電離圏及び対流圏の影響を分離することにより、対流圏効果に起因した混乱及び偽アラートに関係する問題を軽減することを求めるものである。図４ａは、複数のマルチ周波数（ＭＦ：Multi Frequency）レシーバ４０２と、プロセッサ４０３と、を含む地上局４００を示している。ＭＦレシーバ４０２は、基準レシーバであり、この場合に、レシーバ４０２のそれぞれは、アンテナ４０１を有する高周波レシーバである。動作の際に、ＭＦレシーバ４０２は、衛星から高周波信号を受け取っている。ＭＦレシーバ４０２は、通信リンクを介してプロセッサ４０３に通信自在に結合されており、且つ、コード距離及び瞬間的位相の計測を出力する。図４ａには、２つのＭＦレシーバが示されているが、地上局４００は、更に多くの数のレシーバを含みうることを理解されたい。
【００１７】
本発明の一態様によれば、電離圏及び対流圏の影響を分離するアルゴリズムが提供されている。電離圏及び対流圏の影響は、アルゴリズムによって推定されるが、このアルゴリズムは、以下においては、１つのマルチ周波数レシーバベースライン（４０４）について説明することとする。ＭＦレシーバベースラインは、アンテナ（４０１−１、４０１−２）に接続された１つのＭＦレシーバ（４０２−１、４０２−２）を有する、基準レシーバアンテナ（ＲＲＡ：Reference Receiver Antenna）などの、２つの地理的に分離されたアンテナ（４０１−１、４０１−２）の間のベクトルとして定義することができる。アルゴリズムは、ＧＢＡＳ地上局内のすべてのＭＦレシーバ（４０２−ｎ）ベースラインについて反復することができる。
【００１８】
ＭＦレシーバの保証レベルが低いケースにおいては、そのＭＦレシーバを十分に信頼することができない。低い保証を有するＭＦレシーバの完全性の保証は、いくつかの方法によって実行することができる。１つの方法は、この目的のために、電離圏及び対流圏の影響の合計のＭＦ推定を十分な保証レベルを有する単一周波数（ＳＦ：Single Frequency）レシーバからのこの合計の推定と比較する、とういうものである。図４ｂは、地上局４００が、単一周波数（ＳＦ）レシーバ４０５−１及びＭＦレシーバ４０２−１の複数のペアと、プロセッサ４０３と、を有する一実施形態を示している。レシーバ４０５−１及び４０２−１のペアは、同一のアンテナ４０１を使用している。動作の際に、ＳＦレシーバ４０５及びＭＦレシーバ４０２は、衛星から高周波信号を受け取っている。ＳＦレシーバ４０５及びＭＦレシーバ４０２は、通信リンクを介してプロセッサ４０３に通信自在に結合されている。プロセッサ４０３は、電離圏及び対流圏の影響の合計のＭＦ推定を電離圏及び対流圏の影響の合計のＳＦ推定と比較することができる。この差が閾値を超過した場合には、それは、ＭＦレシーバの障害によって引き起こされたものである。別の選択肢は、電離圏及び対流圏の影響の合計のＳＦ推定のみを使用してＩＧＭの出力を解釈するべく、ＳＦレシーバ推定と共にＭＦレシーバ推定を使用するというものである。このケースにおいては、電離圏勾配の検出は、電離圏勾配のＭＦ推定並びに電離圏及び対流圏勾配の合計のＳＦ推定の両方が個々の検出閾値の超過を結果的にもたらした際にのみ、宣言される。この結果、対流圏勾配によって引き起こされる偽アラームが防止される。電離圏及び対流圏勾配の合計のＳＦ推定を使用することにより、ＩＧＭを混乱させる状態、即ち、電離圏勾配が反対の方向又は符号を有する対流圏勾配によって隠蔽されるケース、を検出するべく、対流圏勾配のＭＦ推定を使用する必要がある。このケースにおいては、ＳＦ推定を使用したＩＧＭが、必要とされる性能に準拠しえないことから、測距ソースは、有効な相関がこの測距ソースのために送信されないように、ＧＢＡＳ地上局によって排除される。ＭＦレシーバが十分に高い保証レベルに準拠している場合には、電離圏及び対流圏の影響のＭＦ推定を使用したＩＧＭを使用して電離圏勾配を検出することが可能であり、且つ、ＳＦの高保証レベルのレシーバ推定は不要である。図４ｂには、レシーバの２つの組が示されているが、地上局４００は、更に多くの数のレシーバを含みうることを理解されたい。
【００１９】
図６は、電離圏推定を取得する本発明の一実施形態のフロー図を示している。方法は、複数のレシーバから測距ソース計測を受け取ることにより、始まっている。測距ソースからの計測、基準として使用されている別の１つ又は複数の測距ソースからの計測、及び少なくとも２つの周波数における第１及び第２アンテナからの計測を使用することにより、搬送波−位相二重差を算出している（６０１）。二重差及び算出された距離を使用することにより、幾何学的要素を含まない二重差（ＧＦＤＤ）を算出している（６０２）。所定の期間にわたってＧＦＤＤの平均を算出し、且つ、非バイアス型の幾何学的要素を含まない二重差を算出することによって整数値バイアスを除去することにより、推定バイアスを取得している（６０３）。対流圏勾配及び電離圏勾配を算出している（６０４）。推定整数値バイアスを検証し（６０５）、且つ、測距ソースの補正を送信している（６０６）。推定整数値バイアスが検証されない、或いは、以前のステップのいずれかに失敗した、場合には、測距ソースは、送信から排除されている（６０６）。
【００２０】
アルゴリズムの第１ステップは、それぞれの周波数ごとに、監視されている第１測距ソースからの搬送波−位相計測を基準として使用されている第２測距ソースからの搬送波−位相計測と弁別する、というものである。この結果、それぞれの周波数ごとの地上局レシーバのクロック誤差が除去される。それぞれの搬送波−位相計測は、使用されているレシーバに応じて、未知の整数値である、或いは、半整数値である、バイアスを含んでいる。以下において、本発明者らは、これが整数値であるものと仮定している。弁別された搬送波−位相計測は、それぞれの差において１つの未知の整数値として出現する未知の整数値バイアス差を含んでいる。第２ステップは、衛星のクロック誤差を除去するべく、搬送波−位相二重差を形成する、というものである。これは、ベースラインを構成する２つのレシーバに跨る弁別によって実行され、即ち、第１レシーバ用の第１ステップからの弁別された搬送波−位相計測が、第２レシーバ用の第１ステップからの弁別された搬送波−位相計測と弁別される。従って、第１レシーバからの整数値バイアス差が、第２レシーバからの整数値バイアス差と弁別される。この結果、１つの未知の整数値として出現する、それぞれの二重差内のバイアス項が得られる。搬送波−位相二重差は、それぞれの測距ソース、それぞれの周波数、及びそれぞれのベースラインについて算出される。また、搬送波−位相二重差は、まず、レシーバに跨る弁別と、基準秒として使用される測距ソースとの間の弁別と、により、取得することもできる。推定における幾何学的要素依存性を除去するべく、それぞれの二重差から距離依存性項を減算することにより、幾何学的要素を含まない二重差（ＧＦＤＤ）が算出される。この項は、監視されている測距ソースまでの第１基準レシーバアンテナ（ＲＲＡ）からの幾何学的距離と基準測距ソースまでの幾何学的距離の間の差から、第２ＲＲＡから観察される同一の差を減算したものに等しい。これらの距離は、現時点の天文位置表情報と、測距ソースからの信号の送信の時間と、を使用することにより、算出される。それぞれのＧＦＤＤ内の未知の整数値は、バイアスを生成し、且つ、整数値は、監視されている測距ソースが依然として使用中ではない初期化期間において推定されている。ＧＦＤＤは、この期間において記録される。それぞれのＧＦＤＤごとに、初期化期間における平均ＧＦＤＤを演算し、且つ、これを最も近接した整数値に丸めることにより、整数値が算出される。半整数値のケースにおいては、平均ＧＦＤＤは、最も近接した半整数値に丸めなければならない。
【００２１】
それぞれのＧＦＤＤごとに、整数値推定を使用することにより、非バイアス型のＧＦＤＤ（ＵＧＦＤＤ：Unbiased GFDD）が算出される。２つの周波数からのＵＧＦＤＤを使用することにより、電離圏及び対流圏の影響を分離することが可能であり、その理由は、電離圏遅延は、両方の周波数について異なっているが、対流圏遅延は、同一であるからである。この結果、電離圏遅延変動を監視するための弁別子と、対流圏遅延変動を監視するための弁別子と、の演算が許容される。遅延変動は、アンテナと測距ソースの間の個々の視準線における遅延の差として定義されている。
【００２２】
マルチ周波数ＩＧＭアルゴリズムの仕様−１次元、１衛星ペア
以下のアルゴリズムは、本発明の一実施形態であり、且つ、電離圏推定子が所与の衛星及びレシーバのペアについて実装されうる方式を規定している。
【００２３】
１つの特定の衛星ｉについて検討する。この特定の衛星において、周波数Ｌ１において時刻ｔにおいてレシーバ１によって取得される位相計測を
【数１】
2019215334.tif 000003
によって表記する。以下のモデルは、周波数Ｌ１及びＬＸ（Ｌ２又はＬ５）において取得される搬送波位相計測について適用される。両方の計測には、サイクルの単位が付与されるものとする。わかりやすさを目的として、表記法から時間変数が省略されており、且つ、従って、搬送波位相計測の教育モデルは、次式によって付与される。
【数２】
2019215334.tif 000004
【数３】
2019215334.tif 000005
レシーバ１における衛星ｉのＬ１及びＬ２／Ｌ５における電離圏遅延（距離）（ｍ）
●
【数４】
2019215334.tif 000006
レシーバ１における衛星ｉの対流圏遅延（ｍ）
●δｕ，１  レシーバ１のレシーバクロック誤差（ｓ）
●
【数５】
2019215334.tif 000007
衛星ｉの衛星クロック誤差（ｓ）
●
【数６】
2019215334.tif 000008
レシーバ１におけるｔにおける周波数Ｌ１及びＬ２／Ｌ５上の計測の位相バイアスの整数値
●
【数７】
2019215334.tif 000009
Ｌ１及びＬ２又はＬ５における計測の影響（サイクル）
●λＬ１、λＬＸ  Ｌ１及びＬ２／Ｌ５（ｍ）における波長
●ｃ  光の速度（ｍ／ｓ）
●
【数８】
2019215334.tif 000010
送信の時点における衛星ｉからレシーバ１までの距離
【００２４】
衛星ｉの電離圏勾配パラメータを次式として定義する。
【数９】
2019215334.tif 000011
【００２５】
対応する方式により、対流圏勾配パラメータを次式として定義する。
【数１０】
2019215334.tif 000012
【００２６】
変数｜ｘｂ｜は、ベースライン長であり、これは、アンテナ１及び２の位相中心の間の距離である。
【００２７】
幾何学的要素を含まない二重差の算出
単一差
地上局レシーバのクロック誤差を除去するべく、基準衛星ｊを使用し、且つ、単一差を算出する。
【数１１】
2019215334.tif 000013
【００２８】
単一差の教育モデルは、以下の２つの式において付与される。
【数１２】
2019215334.tif 000014
【００２９】
これらの２つの式においては、以下の変数が定義されている。
【数１３】
2019215334.tif 000015
【００３０】
二重差
衛星のクロック誤差を除去するべく、アンテナ１及び２からのデータを使用することにより、二重差を定義する。
【数１４】
2019215334.tif 000016
【００３１】
二重差の教育モデルは、以下の２つの式において付与される。
【数１５】
2019215334.tif 000017
【００３２】
これらの式においては、以下の変数が定義されている。
【数１６】
2019215334.tif 000018
【００３３】
幾何学的要素を含まない二重差
二重差及び衛星ｉ及びｊまでの算出された距離を入力として使用することにより、幾何学的要素を含まない二重差（ＧＦＤＤ）を算出する。
【数１７】
2019215334.tif 000019
【００３４】
幾何学的距離項は、送信の時点における衛星からレシーバ１及び２までの距離として現時点の天文位置表を使用することにより、算出される。
【数１８】
2019215334.tif 000020
【００３５】
ＧＦＤＤは、二重差内の距離項を左側に移動させることによって構築した。教育モデルは、２つの以下の式によって付与される。
【数１９】
2019215334.tif 000021
【００３６】
整数値バイアスの推定
Ｍ個のサンプルの初期化期間にわたってＧＦＤＤを算出するが、Ｍ個のサンプルは、コード距離及び位相計測が２回／秒でレシーバから入手可能であることが付与された場合には、一実施形態において、２００秒に対応するＭ＝４００個のサンプルである。期間にわたって平均を算出することにより、推定バイアスを取得する。
【数２０】
2019215334.tif 000022
【００３７】
整数値バイアスの除去
非バイアス型の幾何学的要素を含まない二重差を次式として算出する。
【数２１】
2019215334.tif 000023
【００３８】
これらの変数の教育モデルは、次式である。
【数２２】
2019215334.tif 000024
【００３９】
対流圏遅延変動の算出
次式により、対流圏遅延変動を算出する。
【数２３】
2019215334.tif 000025
【００４０】
対流圏遅延変動は、この式を拡張することにより、導出することができる。
【数２４】
2019215334.tif 000026
【００４１】
係数
【数２５】
2019215334.tif 000027
によって除算することにより、上述の対流圏遅延変動が付与される。
【００４２】
電離圏遅延変動の算出
次式によって電離圏遅延変動を算出する。
【数２６】
2019215334.tif 000028
【００４３】
電離圏推定は、式を拡張することにより、導出されうる。
【数２７】
2019215334.tif 000029
【００４４】
係数
【数２８】
2019215334.tif 000030
によって除算することにより、上述の電離圏遅延変動が付与される。
【００４５】
推定された整数値バイアスの検証
推定された整数値バイアスが検証される時点まで、補正は送信されない。整数値バイアスを算出するべく使用される初期化期間の全体について電離圏及び対流圏遅延変動を算出する。
【００４６】
この期間にわたって対流圏遅延変動値の平均の絶対値を算出する。
【数２９】
2019215334.tif 000031
【００４７】
以下の状態のいずれかが発生した場合には、整数値バイアスは、検証されない。
・電離圏遅延変動の絶対値が、初期化期間において、任意の時点において１５０ｍｍ／ｋｍという閾値を上回っている。
・初期化期間の全体における平均対流圏遅延変動が１００ｍｍ／ｋｍを上回っている。
・対流圏遅延変動の絶対値が、初期化期間において、任意の時点において１５０ｍｍ／ｋｍを上回っている。
【００４８】
上述の試験のいずれかに失敗した場合には、整数値バイアスは、新しい初期化期間を使用することにより、再計算されることになる。但し、これらの基準を調節すると共に、従って、この例において規定されているものとは異なる状態で整数値バイアスを再計算することは、本発明と一貫性を有する。
【００４９】
遅延変動試験
電離圏及び対流圏遅延変動の計算は、連続的に稼働することができる。衛星は、以下の２つの状態のうちの１つが発生した場合に、無効化される場合がある。
・電離圏遅延変動の絶対値が１５０ｍｍ／ｋｍという閾値を上回っている。
・対流圏遅延変動の絶対値が３５０ｍｍ／ｋｍという閾値を上回っている。
【００５０】
但し、これらの基準を調節し、且つ、従って、この例において規定されているものとは異なる状態で衛星を無効化することも、本発明と一貫性を有する。
【００５１】
図５は、閾値の使用法の一例を示している。従来の統計及び検出理論によれば、観察可能体がノイズによって影響を受けた際には、観察可能体は、確率密度関数（ＰＤＦ：Probability Density Function）に従って分配されることになる。検出を見逃す確率は、本発明者らが検出を所望している信号の合計及びノイズが検出閾値未満である蓄積された確率であり、且つ、偽アラームの確率は、ノイズのみが存在している蓄積された確率が検出閾値を超過していることを表している。ＧＢＡＳのケースにおいては、必要とされる検出見逃しの確率は、一般に、絶対的なものであり（但し、なんらかの予算編成（budgeting）が可能である）、且つ、閾値は、相応した方式によって設定しなければならない。結果的に得られる偽アラームの確率は、観察可能体に影響を及ぼすノイズに依存している。
【符号の説明】
【００５２】
４０１  アンテナ
４０２  レシーバ
４０３  プロセッサ
【図１】
2019215334.tif 000032
【図２】
2019215334.tif 000033
【図３】
2019215334.tif 000034
【図４ａ】
2019215334.tif 000035
【図４ｂ】
2019215334.tif 000036
【図５】
2019215334.tif 000037
【図６】
2019215334.tif 000038
【外国語明細書】
2019215334000001.pdf