(57)【要約】  ユーザ受信装置の位置の推定を行う方法及びシステムが開示される。方法及びシステムは、少なくとも１つのビークルから、少なくとも１つのスポットビームを地球に向けて放射するステップと、そしてユーザ受信装置で、信号を少なくとも１つのスポットビームから受信するステップと、を含む。１つ以上の実施形態では、少なくとも１つのビークルは、衛星及び／又は擬似衛星とすることができる。方法及びシステムは更に、ユーザ受信装置で、ユーザ受信装置の位置の推定値を、少なくとも１つのスポットビームの内部のユーザ受信装置の位置に応じて算出するステップを含む。幾つかの実施形態では、ユーザ受信装置が信号群を、少なくとも２つのスポットビームから受信すると、ユーザ受信装置は、ユーザ受信装置が少なくとも２つのスポットビームの交差部の中心に位置している位置の推定値を算出する。
2013525753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザ受信装置の位置の推定を行う方法であって、方法は：
少なくとも１つのビークルから、少なくとも１つのスポットビームを地球に向けて放射するステップと、
ユーザ受信装置で、信号を少なくとも１つのスポットビームから受信するステップと、
ユーザ受信装置で、ユーザ受信装置の位置の推定値を、少なくとも１つのスポットビームの内部のユーザ受信装置の位置に応じて算出するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
方法は更に、少なくとも１つのビークルから地球の表面までの距離を算出するステップを含む、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項３】
方法は更に、少なくとも１つのビークルからユーザ受信装置までの距離を算出するステップを含む、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項４】
少なくとも１つのビークルからユーザ受信装置までの距離を算出するステップは：
少なくとも１つのビークルのドップラ周波数オフセットを測定するステップと、
ドップラレンジ推定値及び擬似距離測定値を、カルマンフィルタを用いて算出するステップと、
少なくとも１つのビークルからユーザ受信装置までの距離の移動平均推定値を算出するステップと
を含む、請求項３に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項５】
方法によって、位置特定アルゴリズムの精度の向上を実現する、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項６】
ユーザ受信装置は、減衰環境に位置する、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項７】
ユーザ受信装置は、ジャミング環境に位置する、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項８】
ユーザ受信装置は、閉塞環境に位置する、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項９】
閉塞環境は屋内である、請求項８に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項１０】
方法は更に、少なくとも１つのビークルからの信号対雑音比（ＳＮＲ）の測定結果を利用して、ユーザ受信装置の位置の推定値を更に高精度化するステップを含む、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項１１】
少なくとも１つのビークルは衛星である、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項１２】
少なくとも１つのビークルは擬似衛星である、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項１３】
少なくとも１つのビークルはスペースシャトルである、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項１４】
少なくとも１つのビークルは飛行体である、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項１５】
飛行体は航空機である、請求項１４に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項１６】
飛行体は無人航空機（ｕｎｍａｎｎｅｄ  ａｅｒｉａｌ  ｖｅｈｉｃｌｅ：ＵＡＶ）である、請求項１４に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項１７】
少なくとも１つのビークルは気球である、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項１８】
少なくとも１つのビークルはヘリコプターである、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項１９】
衛星は低高度軌道周回（ｌｏｗ  ｅａｒｔｈ  ｏｒｂｉｔ：ＬＥＯ）衛星である、請求項１１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項２０】
衛星は中高度軌道周回（ｍｅｄｉｕｍ  ｅａｒｔｈ  ｏｒｂｉｔ：ＭＥＯ）衛星である、請求項１１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項２１】
衛星は対地静止軌道（ｇｅｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ  ｅａｒｔｈ  ｏｒｂｉｔ：ＧＥＯ）衛星である、請求項１１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項２２】
少なくとも１つのビークルは既知の軌道を有する、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項２３】
少なくとも１つのビークルは既知の経路を有する、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項２４】
ユーザ受信装置は移動している、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項２５】
ユーザ受信装置は静止している、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項２６】
少なくとも１つのビークルは、少なくとも１つのスポットビームを少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）アンテナから放射する、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項２７】
少なくとも１つのスポットビームは、少なくとも１つのＲＦアンテナから、位置を固定したビームとして照射される、請求項２６に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項２８】
少なくとも１つのスポットビームは、少なくとも１つのＲＦアンテナから走査ビームとして照射される、請求項２６に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項２９】
ユーザ受信装置は、少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）アンテナから放射される少なくとも１つのスポットビームから信号を受信する、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項３０】
ユーザ受信装置はプロセッサを用いて、ユーザ受信装置の位置の推定値を算出する、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項３１】
ユーザ受信装置が信号を、１つのスポットビームのみから受信すると、ユーザ受信装置は、ユーザ受信装置が１つのスポットビームの中心に位置している位置の推定値を算出する、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項３２】
ユーザ受信装置が信号群を、少なくとも２つのスポットビームから受信すると、ユーザ受信装置は、ユーザ受信装置が少なくとも２つのスポットビームの交差部の中心に位置している位置の推定値を算出する、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項３３】
ユーザ受信装置が、少なくとも２つのスポットビームから信号群を受信すると、ユーザ受信装置は、ユーザ受信装置が少なくとも２つのスポットビームの中心の重心に位置している位置の推定値を算出する、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項３４】
ユーザ受信装置は、スポットビームの位置を、スポットビームが到来する時刻（ｔＲＩＳＥ）からスポットビームが消滅する時刻（ｔＳＥＴ）の間に在るものとして記録する、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項３５】
マスク角がユーザ受信装置に対して全方向に均一である場合、時刻＝（（ｔＳＥＴ−ｔＲＩＳＥ）／２）において、ユーザ受信装置が、軌道内方向のスポットビームの中心に位置していると仮定する、請求項３４に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項３６】
マスク角が、スポットビームの到来方向、及びスポットビームの消滅方向に不均一である場合、（ΔｔＴｒｕｅ）／２＝（ΔｔＲｃｖｅｒＭｅａｓｕｒｅｄ＋ΔｔβＢｉａｓ）／２とした場合の時刻＝（（ΔｔＴｒｕｅ）／２）において、ユーザ受信装置が、軌道内方向のスポットビームの中心に位置していると仮定する、請求項３４に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項３７】
ユーザ受信装置は、少なくとも１つのスポットビームの受信振幅値を用いて、ユーザ受信装置の位置の推定値を算出する、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項３８】
ユーザ受信装置は、経時的に算出されたユーザ受信装置の位置の２つ以上の推定値を平均することにより、ユーザ受信装置の位置の推定値を更に高精度化する、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項３９】
ユーザ受信装置は、カルマンフィルタを用いて、ユーザ受信装置の位置の２つ以上の推定値を平均する、請求項３８に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項４０】
ユーザ受信装置は、マッチドフィルタを用いて、ユーザ受信装置の位置の２つ以上の推定値を平均する、請求項３８に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項４１】
全地球測位システム（ＧＰＳ）を介してユーザ受信装置の位置の推定値を利用することにより、ＧＰＳ信号を迅速に取得し易くする、請求項１に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行う方法。
【請求項４２】
ユーザ受信装置の位置の推定を行うシステムであって、システムは：
少なくとも１つのビークルから、少なくとも１つのスポットビームを地球に向けて放射する、少なくとも１つのビークルと、
ユーザ受信装置と、を備え、ユーザ受信装置は：
少なくとも１つのスポットビームを受信する少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）アンテナと、
プロセッサと、を備え、プロセッサは、ユーザ受信装置の位置の推定値を、少なくとも１つのスポットビームの内部のユーザ受信装置の位置に応じて算出する、
ユーザ受信装置の位置の推定を行うシステム。
【請求項４３】
ユーザ受信装置は更に：
ローカルクロックと、
メモリと、を備え、メモリは、経時的に記録される連続スポットビーム識別情報を保存するように適合させる、
請求項４２に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行うシステム。
【請求項４４】
プロセッサは、少なくとも１つのビークルのドップラ周波数オフセットを算出することができる、請求項４２に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行うシステム。
【請求項４５】
ユーザ受信装置は更に、内部軌道モデルを備える、請求項４２に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行うシステム。
【請求項４６】
ユーザ受信装置は、少なくとも１つのビークルから送信される軌道データ情報を受信する、請求項４５に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行うシステム。
【請求項４７】
ユーザ受信装置は、少なくとも１つのビークルから送信される軌道デルタ補正情報を受信する、請求項４５に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行うシステム。
【請求項４８】
ユーザ受信装置は、地球局ネットワークから送信される軌道デルタ補正情報を受信する、請求項４５に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行うシステム。
【請求項４９】
地球局ネットワークはセルラーネットワークである、請求項４８に記載のユーザ受信装置の位置の推定を行うシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、スポットビーム重なりを利用して地理位置情報を活用することに関するものである。具体的には、本開示は、スポットビームを利用して高精度の測位を実現することにより、十分高い精度を維持して時刻転送を行うことに関するものである。
【発明の概要】
【０００２】
本開示は、スポットビームの重なりを利用して地理位置情報を活用するシステム、装置、及び方法に関するものである。１つ以上の実施形態では、スポットビームの重なりを利用して地理位置情報を活用する方法では、ユーザ受信装置の位置の推定を行う。前記方法は、少なくとも１つのビークルから、少なくとも１つのスポットビームを地球に向けて放射するステップと、そして前記ユーザ受信装置で、信号を少なくとも１つのスポットビームから受信するステップと、を含む。前記方法は更に、前記ユーザ受信装置で、前記ユーザ受信装置の前記位置の推定値を、少なくとも１つのスポットビームの内部の前記ユーザ受信装置の位置に応じて算出するステップを含む。
【０００３】
１つ以上の実施形態では、前記方法は更に、少なくとも１つのビークルから地球の表面までの距離を算出するステップを含む。幾つかの実施形態では、前記方法は更に、少なくとも１つのビークルから前記ユーザ受信装置までの距離を算出するステップを含む。少なくとも１つの実施形態では、少なくとも１つのビークルから前記ユーザ受信装置までの距離を算出する前記ステップは、少なくとも１つのビークルのドップラ周波数オフセットを測定するステップと、ドップラレンジ推定値及び／又は擬似距離測定値を、カルマンフィルタを用いて算出するステップと、そして少なくとも１つのビークルから前記ユーザ受信装置までの前記距離の移動平均推定値を算出するステップと、を含む。
【０００４】
本開示の幾つかの実施形態では、スポットビームの重なりを利用して地理位置情報を活用する方法によって、位置特定アルゴリズムの精度の向上を実現する。１つ以上の実施形態では、前記ユーザ受信装置は、減衰環境、ジャミング環境、及び／又は閉塞環境に位置する。少なくとも１つの実施形態では、前記閉塞環境は屋内である。幾つかの実施形態では、スポットビームの重なりを利用して地理位置情報を活用する前記方法は更に、少なくとも１つのビークルからの信号対雑音比（ＳＮＲ）の測定結果を利用して、前記ユーザ受信装置の前記位置の前記推定値を更に高精度化するステップを含む。
【０００５】
１つ以上の実施形態では、本開示の少なくとも１つのビークルは衛星、擬似衛星、スペースシャトル、飛行体、気球、及び／又はヘリコプターである。別の実施形態では、種々の他の種類のビークルを本開示の少なくとも１つのビークルに用いることができる。幾つかの実施形態では、使用することができる様々な種類の飛行体は、これらには限定されないが、飛行機及び／又は無人航空機（ＵＡＶｓ）を含む。少なくとも１つの実施形態では、本開示に用いることができる様々な種類の衛星は、これらには限定されないが、低高度軌道周回（ＬＥＯ）衛星、中高度軌道周回（ＭＥＯ）衛星、及び／又は対地静止軌道（ＧＥＯ）衛星を含む。幾つかの実施形態では、少なくとも１つのビークルは既知の軌道、及び／又は既知の経路を有する。１つ以上の実施形態では、前記ユーザ受信装置は移動している、そして／または静止している。
【０００６】
幾つかの実施形態では、前記方法において、少なくとも１つのビークルは、少なくとも１つのスポットビームを少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）アンテナから放射する。少なくとも１つの実施形態では、少なくとも１つのスポットビームは、少なくとも１つのＲＦアンテナから、位置を固定したビームとして照射される。他の実施形態では、少なくとも１つのスポットビームは、少なくとも１つのＲＦアンテナから走査ビームとして照射される。幾つかの実施形態では、前記ユーザ受信装置は前記信号を、少なくとも１つのＲＦアンテナから放射される少なくとも１つのスポットビームから受信する。
【０００７】
１つ以上の実施形態では、前記ユーザ受信装置はプロセッサを用いて、前記ユーザ受信装置の前記位置の前記推定値を算出する。幾つかの実施形態では、前記ユーザ受信装置が信号を、１つのスポットビームのみから受信すると、前記ユーザ受信装置は、前記ユーザ受信装置が前記１つのスポットビームの交差部の中心に位置している位置の推定値を算出する。少なくとも１つの実施形態では、前記ユーザ受信装置が信号群を、少なくとも２つのスポットビームから受信すると、前記ユーザ受信装置は、前記ユーザ受信装置が少なくとも２つのスポットビームの交差部の中心に位置している位置の推定値を算出する。他の実施形態では、前記ユーザ受信装置が信号群を、少なくとも２つのスポットビームから受信すると、前記ユーザ受信装置は、前記ユーザ受信装置が少なくとも２つのスポットビームの中心の重心に位置している位置の推定値を算出する。
【０００８】
幾つかの実施形態では、本開示のユーザ受信装置は、スポットビームの位置を、前記スポットビームが到来する時刻（ｔＲＩＳＥ）から前記スポットビームが消滅する時刻（ｔＳＥＴ）の間に在るものとして記録する。１つ以上の実施形態では、マスク角が前記ユーザ受信装置に対して全方向に均一である場合、時刻＝（（ｔＳＥＴ−ｔＲＩＳＥ）／２）において、前記ユーザ受信装置が軌道内方向の前記スポットビームの中心に位置していると仮定する。別の構成として、前記マスク角が、スポットビームの到来方向、及びスポットビームの消滅方向に不均一である場合、（ΔｔＴｒｕｅ）／２＝（ΔｔＲｃｖｅｒＭｅａｓｕｒｅｄ＋ΔｔβＢｉａｓ）／２とした場合の時刻＝（（ΔｔＴｒｕｅ）／２）において、前記ユーザ受信装置が、軌道内方向の前記スポットビームの中心に位置していると仮定する。
【０００９】
１つ以上の実施形態では、前記ユーザ受信装置は、少なくとも１つのスポットビームの受信振幅値を用いて、前記ユーザ受信装置の前記位置の前記推定値を算出する。１つ以上の実施形態では、前記ユーザ受信装置は、経時的に算出された前記ユーザ受信装置の前記位置の２つ以上の推定値を平均することにより、前記ユーザ受信装置の前記位置の前記推定値を更に高精度化する。
【００１０】
幾つかの実施形態では、前記ユーザ受信装置は、カルマンフィルタを用いて、前記ユーザ受信装置の前記位置の２つ以上の推定値を平均する。別の実施形態では、前記ユーザ受信装置は、マッチドフィルタを用いて、前記ユーザ受信装置の前記位置の２つ以上の推定値を平均する。１つ以上の実施形態では、前記ユーザ受信装置の前記位置の前記推定値を全地球測位システム（ＧＰＳ）を介して利用することにより、ＧＰＳ信号を迅速に取得し易くする。
【００１１】
１つ以上の実施形態では、スポットビームの重なりを利用して地理位置情報を活用するシステムでは、ユーザ受信装置の位置の推定を行う。前記システムは、少なくとも１つのビークルと、そしてユーザ受信装置と、を備える。幾つかの実施形態では、少なくとも１つのビークルは、少なくとも１つのスポットビームを地球に向けて放射する。少なくとも１つの実施形態では、前記ユーザ受信装置は、少なくとも１つのＲＦアンテナと、そしてプロセッサと、を含む。１つ以上の実施形態では、少なくとも１つのＲＦアンテナは、少なくとも１つのスポットビームを受信する。幾つかの実施形態では、前記プロセッサは、前記ユーザ受信装置の前記位置の前記推定値を、少なくとも１つのスポットビームの内部の前記ユーザ受信装置の位置に応じて算出する。
【００１２】
幾つかの実施形態では、前記ユーザ受信装置は更に、ローカルクロックと、そしてメモリと、を含む。前記メモリは、経時的に記録される連続スポットビーム識別情報を保存するように適合させる。また、前記ユーザ受信装置の前記プロセッサは、少なくとも１つのビークルのドップラ周波数オフセットを算出することができる。
【００１３】
少なくとも１つの実施形態では、前記ユーザ受信装置は更に、内部軌道モデルを含む。幾つかの実施形態では、前記ユーザ受信装置は、少なくとも１つのビークルから送信される軌道データ情報を受信する。他の実施形態では、前記ユーザ受信装置は、少なくとも１つのビークルから、そして／または地球局ネットワークから送信される軌道デルタ補正情報を受信する。本開示の少なくとも１つの実施形態では、前記地球局ネットワークはセルラーネットワークである。
【００１４】
本開示のこれらの及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明、添付の請求項、及び添付の図面を参照することにより一層深く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の少なくとも１つの実施形態による、１個の衛星からの複数の重なりスポットビームを利用して、ユーザ受信装置の位置の推定値を取得する様子を示している。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示の少なくとも１つの実施形態による、１個の衛星からの複数の重なりスポットビームをセルラーネットワークと併せて利用して、ユーザ受信装置の位置の推定値を取得する様子を示している。
【図２】図２は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、１個の衛星からの複数の重なりスポットビームを経時的に利用して、ユーザ受信装置の位置の推定値を取得する様子を描いている。
【図３】図３は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、２個の衛星からの複数の重なりスポットビームを利用して、ユーザ受信装置の位置の推定値を取得する様子を示している。
【図４】図４は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、１個の衛星からの複数の重なりスポットビームを経時的に走査することにより利用して、ユーザ受信装置の位置の推定値を取得する様子を示している。
【図５】図５は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、１個の衛星からの信号の振幅値をユーザ受信装置が受信することにより利用して、ユーザ受信装置の位置の推定値を取得する様子を描いている。
【図６】図６は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、２個の衛星からの信号の振幅値をユーザ受信装置が受信することにより利用して、ユーザ受信装置の位置の推定値を取得する様子を示している。
【図７】図７は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、１個の衛星からの信号であって、経時的に走査するスポットビームから受信される信号の振幅値を用いて、ユーザ受信装置の位置の推定値を取得する様子を示している。
【図８】図８は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、１個の衛星からのスポットビームの到来時刻、及び消滅時刻を利用して、均一なマスク角が設定されているユーザ受信装置の位置を推定する様子を絵で表わしている。
【図９Ａ】図９Ａは、本開示の少なくとも１つの実施形態による、１つのスポットビームの到来時刻、及び消滅時刻を利用して、不均一なマスク角が設定されているユーザ受信装置の位置を推定する図を示している。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本開示の少なくとも１つの実施形態による、１個の衛星からのスポットビームの到来時刻、及び消滅時刻を利用して、不均一なマスク角が設定されているユーザ受信装置の位置を推定する様子を絵で表わしている。
【図１０】図１０は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、ユーザ受信装置と衛星との間の距離の移動平均推定値を取得する方法を示すフロー図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書において開示される方法及び装置は、スポットビーム重なりを利用して地理位置情報を活用する協調システムを提供する。詳細には、本システムは、スポットビーム群を利用して、高精度の測位を実現することにより、十分高い精度を維持して時刻転送を行うことに関するものである。
【００１７】
現在、種々の既存の衛星ナビゲーションシステムによって供給される航法信号及びタイミング信号から、満足できるシステム性能が得られない場合が多い。具体的には、このような航法信号及びタイミング信号の信号電力、帯域幅、及び地理位置情報としての活用は普通、要求が厳しい多くの利用シナリオの要求を満たすには不十分である。例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ）信号を利用する既存のナビゲーションアプローチ及びタイミングアプローチは、ナビゲーションユーザが多くの例において普通に利用するということができない可能性がある。動作中、ＧＰＳ受信機は通常、少なくとも４個の測距源からの電波を同時に受信して、３次元（３Ｄ）測位及び正確な時刻転送を可能にする必要がある。しかしながら、ＧＰＳ信号は多くの場合、都市の谷間またはビルディングの壁を容易に突き抜けるためには不十分な低い信号電力または不十分な幾何学形状を有する。これが生じると、ＧＰＳ受信機は、当該受信機が必要とする信号群を受信することができなくなって、正確な３Ｄ測位及び時刻転送を行なえなくなる。別の例では、携帯電話信号またはテレビジョン信号を利用するナビゲーションアプローチからも満足できるシステム性能が得られない。これは、これらの携帯電話信号またはテレビジョン信号が通常、多くのナビゲーション利用シナリオに望ましい垂直方向の航法情報を含んでいないからである。
【００１８】
既存のナビゲーションシステムは、屋内ナビゲーション機能が欠けている問題を、種々のアプローチを使用することにより解決しようと試みてきた。これらの種々のアプローチのうちの幾つかのアプローチでは、慣性ナビゲーションシステム、特殊ビーコン、及び高感度ＧＰＳシステムを利用する。しかしながら、これらのアプローチの各アプローチは、当該アプローチ自体の固有の問題を有していることに留意されたい。慣性ナビゲーションシステムは、ドリフトを生じ、そして高価である。ビーコンは、高価であり、かつ標準化されていない特殊な固定資産を必要とする。従って、ビーコンは特殊な効果を発揮するときにのみ作成される。また、高感度ＧＰＳシステムは多くの場合、屋内環境におけるＧＰＳ信号が弱いので、ユーザの期待通りに動作することがない。開示のシステム及び方法は、ナビゲーションシステム性能を、ユーザ受信装置が、減衰環境、ジャミング環境、及び／又は屋内のような閉塞環境に位置する場合に向上させることができる。
【００１９】
本開示のシステム及び方法によって、ユーザ受信装置が位置する地球の表面の、または表面の近傍のユーザ受信装置の位置の推定値を、衛星の指向性信号群（すなわち、スポットビーム群）に関する情報に基づいて求めることができる。イリジウム低高度軌道周回（Ｌｏｗ  Ｅａｒｔｈ  Ｏｒｂｉｔ  ｓａｔｅｌｌｉｔｅ：ＬＥＯ）衛星からのような固有に識別可能なスポットビームの幾何学形状に関する情報を利用することにより、ユーザ受信装置は、何れの組の衛星からのスポットビーム群の内部に、ユーザ受信装置が任意の所定期間に位置しているかを判別することができる。ユーザ受信装置の位置の最も簡易な近似値は、地球の表面のスポットビームの中心の投射位置の算出値であり、この算出値から、ユーザ受信装置の真の位置となる最大尤度が統計的に成立する。ユーザ受信装置で求めた既知の衛星位置と組み合わせたこの１次近似のユーザ受信装置位置推定値を用いて、ユーザ受信装置から衛星ユニットに至るベクトルを推定することができる。
【００２０】
本開示のシステムは、ビーム平均化と表記される方法を用い、この方法は、種々の実施形態を含むことにより、ユーザ受信装置の位置を推定し、そして続いて、当該推定を、測定を追加することにより高精度化する。１次近似の位置推定値が信号スポットビームに基づいて作成された後、当該推定値は、スポットビーム群でユーザ受信装置を時間の経過とともに連続的に掃引する様子をモニタリングすることにより高精度化することができる。ユーザ受信装置が２つ以上のビームスポットの重なり部の内部に位置している状況が生じる場合、ユーザ受信装置の位置は、これらのスポットビームの交差部の中心にあると推定することができる。
【００２１】
所定期間中、ユーザ受信装置は、１個の衛星または複数の衛星からの複数の重なりスポットビームの内部に位置している可能性がある。ユーザ受信装置の位置は、複数の重なりスポットビームの中心の重心にあると推定することができる。更に、２つ以上の連続するユーザ受信装置の位置推定値を経時的に平均して、ユーザ受信装置の位置誤差を更に小さくすることができる。衛星群が、単位面積当たりより多くのスポットビームを送出することにより、ユーザ受信装置による推定をより正確にすることができる。何れのビーム群が重なり、そして重なりがどのように経時的に変化するかについて細心の注意を払って記録することにより、位置特定アルゴリズム及び衛星測距による予測の精度を大幅に向上させることができる。少なくとも１つの実施形態では、１つのスポットビームの到来時刻及び消滅時刻を追跡し、そしてユーザ受信装置の位置を、ユーザ受信装置で求めたスポットビームの到来時刻と消滅時刻との間の中間時刻に対応するスポットビーム内位置にあると推定する。
【００２２】
１つ以上の実施形態では、開示のシステム及び方法から、地球の表面に、または表面の近傍に位置しているユーザ受信装置の位置の推定値を、受信機を搭載した少なくとも１つの移動ビークルの指向性信号群（すなわち、スポットビーム群）に関する情報を利用することにより取得することができる。本開示で採用することができる特定の種類の移動ビークルの例として、イリジウム衛星コンステレーションを挙げることができ、これらのイリジウム衛星は、信号群を地球に向かって既知の決定論的アンテナスポットビームパターン（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ  ａｎｔｅｎｎａ  ｓｐｏｔ−ｂｅａｍ  ｐａｔｔｅｒｎ）で送出する低高度軌道周回（ＬＥＯ）三軸安定地球指向衛星である。任意の所定の衛星に関して、任意の時刻ｔ１において、地球に対する衛星の位置及び姿勢が既知であり、かつ衛星に対する送出アンテナスポットビーム群の方向が既知である場合、時刻ｔ１における地球の表面のスポットビーム群の中心の交差部を算出することができる。更に、アンテナスポットビーム群の特性が公知である場合、時刻ｔ１における地球表面へのアンテナスポットビーム群の投射パターンを算出することができる。これは、この技術分野に精通する当業者には極めて明らかなことである。イリジウム衛星コンステレーションの例におけるように、衛星は、スポットビーム中心位置をユーザ受信装置に定義座標系の値として送信することができる。
【００２３】
固有に識別可能なスポットビーム幾何学形状に関する情報を利用することにより、少なくとも１つのスポットビーム信号を検出するユーザ受信装置は、何れの組の衛星であるかを判別し、そしてユーザ受信装置が所定の時刻ｔ１にスポットビーム群の内部に位置している当該スポットビーム群を判別することができる。例えば、受信信号の一部から、特定のスポットビーム識別番号を特定することができる。一旦、ユーザ受信装置がスポットビームの内部に位置している当該スポットビームが確認されると、ユーザ受信装置は、当該ユーザ受信装置が当該スポットビームの投射領域内に位置しているという判断を下すことができる。次に、一旦、ユーザ受信装置が、時刻ｔ１におけるスポットビームの投射位置を算出すると、ユーザ受信装置は、時刻ｔ１における当該ユーザ受信装置自体の位置の推定値を算出することができる。この測定の精度は、地球の表面への所定のスポットビームの投射サイズによって異なることになる。ビークル当たりより多くのスポットビームを送出するビークル群は、より正確な位置推定値を与えることになる。容易に理解することができるように、このようなシステムの精度は、地球の表面への、または表面の近傍へのスポットビームの投射サイズ及び投射数によって変わる。従って、当該システムの精度は、スポットビーム群の数を増やすことにより、そして地球の表面におけるスポットビーム群の半径を小さくする（すなわち、スポットビーム群の焦点を絞る）ことにより向上させることができる。
【００２４】
本開示のシステム及び方法では、種々の任意の種類の宇宙ビークル（ｏｖｅｒｈｅａｄ  ｖｅｈｉｃｌｅｓ）を、スポットビーム群の発信源として用いることができる。本開示のシステムに用いることができる種々の種類のビークルとして、これらには限定されないが、衛星、擬似衛星、スペースシャトル、航空機、飛行機、無人航空機（ＵＡＶ）、気球、及び／又はヘリコプターを挙げることができる。更に、本開示のビークルに使用することができる種々の種類の衛星として、これらには限定されないが、低高度軌道周回（ＬＥＯ）衛星、中高度軌道周回（ＭＥＯ）衛星、及び／又は対地静止軌道（ＧＥＯ）衛星を挙げることができる。衛星ではないビークルを用いる場合、スポットビーム幾何学形状がユーザ受信装置にとっては既知であり、かつ高精度に定義されている限り、変更を開示のシステムに殆ど加える必要はない。また、本開示のシステムの１つ以上の実施形態では、少なくとも１つのビークルは、既知の軌道及び／又は既知の経路を有する。
【００２５】
以下の説明では、非常に多くの詳細を説明することにより、システムについての更に完全な記載を提供することができる。しかしながら、この技術分野の当業者であれば、開示のシステムを、これらの特定の詳細を用いることなく実施することができることを理解できるであろう。他の例では、公知の特徴については詳細に説明することはせず、当該システムを不必要に不明瞭にしてしまうことがないようにしている。
【００２６】
図１Ａは、本開示の少なくとも１つの実施形態による、１個の衛星１００からの複数の重なりスポットビーム１１０を利用してユーザ受信装置１２０の位置の推定値を取得する様子を示している。また、図１Ｂは、本開示の少なくとも１つの実施形態による、１個の衛星１００からの複数の重なりスポットビーム１１０を、セルラーネットワーク１３０と併せて利用して、ユーザ受信装置１２０の位置の推定値を取得する様子を示している。図１Ｂは図１Ａと、図１Ｂがセルラーネットワーク１３０を用いている点を除いて、同様である。これらの図の両方の図では、１個の衛星１００が少なくとも１つのスポットビーム１１０を地球に向けて放射していることが分かる。１つ以上の実施形態では、衛星１００は、少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）アンテナを用いて、スポットビーム群１１０のうちの少なくとも１つのスポットビームを放射していることが分かる。ユーザ受信装置１２０は、信号を投射スポットビーム群１１０のうちの少なくとも１つの投射スポットビームから受信する。次に、ユーザ受信装置１２０は、当該ユーザ受信装置の地球上の位置の推定値を、投射スポットビーム群１１０のうちの１つの投射スポットビームの内部の当該ユーザ受信装置の位置に応じて算出する。
【００２７】
図１Ａ及び１Ｂでは、ユーザ受信装置１２０は、当該ユーザ受信装置１２０が少なくとも１つのスポットビームの内部に位置している当該少なくとも１つのスポットビームの位置を算出する。この算出を行うために、ユーザ受信装置１２０は、衛星１００の位置に関する情報、衛星１００の姿勢に関する情報、及び／又はスポットビーム群１１０の方向及び／又はパターンに関する情報を利用する。幾つかの実施形態では、ユーザ受信装置１２０が、スポットビーム群１１０の方向及び／又はパターンに関する情報を取得するために、ユーザ受信装置１２０は、ビーム幾何学形状データベース及び／又は内部軌道モデルを参照する。
【００２８】
図１Ａでは、衛星１００の位置情報（すなわち、エフェメリス）は、ユーザ受信装置１２０に衛星１００自体から送信される。幾つかの実施形態では、ユーザ受信装置１２０は、衛星１００から送信される軌道データ情報及び／又は軌道デルタ補正情報を受信する。１つ以上の実施形態では、ユーザ受信装置１２０は、衛星１００の位置を、当該ユーザ受信装置の内部軌道モデルからのデータを使用し、そして当該ユーザ受信装置が衛星１００から受信する軌道デルタ補正値を使用することにより算出する。幾つかの実施形態では、スポットビーム群１１０の方向及び／又はパターンの算出は、衛星１００内で行うことができる。スポットビーム群１１０の方向及び／又はパターン情報は、衛星１００からユーザ受信装置１２０に、スポットビーム群の信号に含まれるメッセージの一部として送信される。
【００２９】
別の構成として、図１Ｂでは、衛星１００の位置情報（すなわち、エフェメリス）は、ユーザ受信装置１２０にセルラーネットワーク１３０を介して送信される。他の実施形態では、セルラーネットワーク以外の種々の種類の地球局ネットワークを、本開示のシステムが用いて、衛星１００の位置情報（すなわち、エフェメリス）をユーザ受信装置１２０に送信することができる。幾つかの実施形態では、ユーザ受信装置１２０は、セルラーネットワーク１３０から送信される軌道データ情報及び／又は軌道デルタ補正情報を受信する。１つ以上の実施形態では、ユーザ受信装置１２０は、衛星１００の位置を、当該ユーザ受信装置の内部軌道モデルからのデータを使用し、そして当該ユーザ受信装置がセルラーネットワーク１３０から受信する軌道デルタ補正値を使用することにより算出する。
【００３０】
１つ以上の実施形態では、ユーザ受信装置１２０が信号を１つのスポットビーム１１０からしか受信しない場合、ユーザ受信装置１２０は、ユーザ受信装置１２０がスポットビームの中心に位置している位置の推定値を算出する。別の構成として、ユーザ受信装置１２０が信号を２つ以上のスポットビーム１１０から受信する場合、ユーザ受信装置１２０は、ユーザ受信装置１２０がスポットビーム群１１０の交差部１５０の中心に位置している位置の推定値を算出し、これらのスポットビーム１１０から、当該ユーザ受信装置が信号を受信する。他の実施形態では、ユーザ受信装置１２０が信号を２つ以上のスポットビーム１１０から受信する場合、ユーザ受信装置１２０は、ユーザ受信装置１２０がスポットビーム群１１０の中心の重心に位置している位置の推定値を算出し、これらのスポットビーム１１０から、当該ユーザ受信装置が信号を受信する。少なくとも１つの実施形態では、ユーザ受信装置１２０は、当該ユーザ受信装置が衛星１００から受信する信号対雑音比（ＳＮＲ）測定値を用いて、当該ユーザ受信装置の位置の算出推定値を更に高精度化する。幾つかの実施形態では、ユーザ受信装置１２０の位置の推定値を用いて、現在利用されている位置特定アルゴリズムの精度の向上を実現することに注目されたい。更に、ユーザ受信装置１２０の位置の推定値を全地球測位システム（ＧＰＳ）で利用することにより、ＧＰＳ信号を迅速に取得し易くすることができる。
【００３１】
幾つかの実施形態では、図１Ａ及び１Ｂのユーザ受信装置１２０は、少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）アンテナ１４０を含み、このＲＦアンテナ１４０を用いて信号を、衛星１００から投射される少なくとも１つのスポットビームから受信する。ＲＦアンテナは、ユーザ受信装置１２０のハウジングの内部または外部の何れかに製作することができる。幾つかの実施形態では、ユーザ受信装置１２０は更にプロセッサを含み、このプロセッサを使用して、ユーザ受信装置１２０の位置の推定値を、少なくとも１つのスポットビーム１１０の内部のユーザ受信装置１２０の位置に応じて算出する。少なくとも１つの実施形態では、ユーザ受信装置１２０は更に、ローカルクロックと、そしてメモリと、を含み、このメモリは、経時的に記録される連続スポットビーム識別情報を保存するように適合させる。１つ以上の実施形態では、ユーザ受信装置１２０は、移動することができる、または静止している、のいずれかである。
【００３２】
図２は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、１個の衛星１００からの複数の重なりスポットビームを経時的に利用して、ユーザ受信装置１２０の位置の推定値を取得する様子を示している。この図では、時刻ｔ０において、ユーザ受信装置１２０が、ＳＡＴ１衛星１００から照射されるスポットビーム群２００の交差部２１０の内部に位置していることが分かる。この図では、ＳＡＴ１衛星１００から照射されているスポットビーム群２００は固定指向性ビーム群であり、走査ビーム群ではないことに注目されたい。１つ以上の実施形態では、ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、ユーザ受信装置１２０がスポットビーム群２００の交差部２１０の中心に位置している位置の第１推定値を算出する。次に、ユーザ受信装置１２０は、当該ユーザ受信装置のメモリに、時刻ｔ０におけるスポットビーム群２００の位置を保存するだけでなく、ユーザ受信装置１２０の位置の第１推定値を保存する。
【００３３】
この図に更に図示されているように、後の時刻ｔ０＋Δｔでは、ＳＡＴ１衛星１００から照射されるスポットビーム群２００が、地球の表面を掃引してしまっている。従って、ユーザ受信装置１２０はこの時点で、地球の表面のスポットビーム群２００の異なる交差部２２０内に位置している。この時点では、ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、ユーザ受信装置１２０がスポットビーム群２００の交差部２２０の中心に位置している位置の第２推定値を算出する。次に、ユーザ受信装置１２０は、当該ユーザ受信装置のメモリに、時刻ｔ０＋Δｔにおけるスポットビーム群２００の位置を保存するだけでなく、ユーザ受信装置１２０の位置の第２推定値を保存する。
【００３４】
一旦、ユーザ受信装置１２０が、ユーザ受信装置１２０のこれらの位置の少なくとも２つの推定値を取得すると、ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、これらの推定値を用いて、ユーザ受信装置１２０の位置の更に高精度化された推定値を算出する。この図では、ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、ユーザ受信装置１２０が、交差領域２１０及び交差領域２２０の重なり領域２３０の中心に位置している位置の高精度化された推定値を算出していることが分かる。
【００３５】
１つ以上の実施形態では、ユーザ受信装置１２０は、ビームを平均する方法を用いて、更に高精度化された推定値を取得する。この方法を用いて、ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、ユーザ受信装置１２０の位置の保存推定値群の全ての平均を算出することにより、高精度化された推定値を取得する。幾つかの実施形態では、ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、カルマンフィルタを用いてビーム平均化を行う。別の実施形態では、ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、マッチドフィルタを用いてビーム平均化を行う。
【００３６】
図３は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、２個の衛星１００からの複数の重なりスポットビームを利用して、ユーザ受信装置の位置の推定値を取得する様子を示している。この図では、時刻ｔ０において、ユーザ受信装置１２０が、ＳＡＴ１衛星１００及びＳＡＴ２衛星３００から照射されるスポットビーム群３１０の交差部３２０内に位置していることが分かる。この図では、ＳＡＴ１衛星１００及びＳＡＴ２衛星３００から照射されているスポットビーム群３１０は走査ビーム群ではなく、固定指向性ビーム群である。幾つかの実施形態では、ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、ユーザ受信装置１２０が、ＳＡＴ１衛星１００から照射されるスポットビーム群の交差部３３０と、ＳＡＴ２衛星３００から照射されるスポットビーム群の交差部３４０が交わる場所３２０の中心に位置している位置の第１推定値を算出する。次に、ユーザ受信装置１２０は、当該ユーザ受信装置のメモリに、時刻ｔ０におけるスポットビーム群３１０の位置を保存するだけでなく、ユーザ受信装置１２０の位置のこの第１推定値を保存する。
【００３７】
少なくとも１つの実施形態では、時刻ｔ０＋Δｔでは、ＳＡＴ１衛星１００及びＳＡＴ２衛星３００から照射されるスポットビーム群３１０が、地球の表面を掃引してしまっている。従って、ユーザ受信装置１２０はこの時点で、ＳＡＴ１衛星１００から照射されるスポットビーム群の交差部と、ＳＡＴ２衛星３００から照射されるスポットビーム群の交差部が交差する異なる場所の内部に位置している。この時点では、ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、ユーザ受信装置１２０が、ＳＡＴ１衛星１００から照射されるスポットビーム群の交差部と、及びＳＡＴ２衛星３００から照射されるスポットビーム群の交差部が交差する場所に位置している位置の第２推定値を算出する。
【００３８】
次に、ユーザ受信装置１２０は、当該ユーザ受信装置のメモリに、時刻ｔ０＋Δｔにおけるスポットビーム群３１０の位置を保存し、そしてユーザ受信装置１２０の位置の第２推定値を保存する。幾つかの実施形態では、ユーザ受信装置１２０は、更に高精度化された推定値を、ビーム平均化を行うことにより取得する。ビーム平均化を行う場合、ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、高精度化された推定値を、ユーザ受信装置１２０の位置の保存推定値群の全ての平均を算出することにより導出する。
【００３９】
別の実施形態では、ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、ユーザ受信装置１２０が、ＳＡＴ１衛星１００から照射されるスポットビーム群の中心、及びＳＡＴ２衛星３００から照射されるスポットビーム群の中心の重心に位置している位置を算出する。
【００４０】
図４は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、１個の衛星からの複数の重なりスポットビームを時間経過とともに走査して、ユーザ受信装置の位置の推定値を取得する様子を示している。この図では、時刻ｔ０において、ユーザ受信装置１２０が、ＳＡＴ１衛星１００から照射されるスポットビーム群４００の交差部４１０の内部に位置していることが分かる。ＳＡＴ１衛星１００から照射されるスポットビーム群４００は走査ビーム群であり、固定指向性ビーム群ではないことに注目されたい。従って、走査スポットビーム群４００は、地球の表面を時間経過とともに走査している。ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、ユーザ受信装置１２０が、ＳＡＴ１衛星１００から照射されるスポットビーム群４００の交差部４１０の中心に位置している位置の第１推定値を算出する。次に、ユーザ受信装置１２０は、当該ユーザ受信装置のメモリに、時刻ｔ０におけるスポットビーム群４００の位置を保存するだけでなく、ユーザ受信装置１２０の位置のこの第１推定値を保存する。
【００４１】
時刻ｔ０＋Δｔでは、ＳＡＴ１衛星１００から照射される走査スポットビーム群４００が地球の表面を掃引してしまっている。ユーザ受信装置１２０はこの時点で、地球の表面のスポットビーム群４００の異なる交差部４１０の内部に位置している。この時点では、ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、ユーザ受信装置１２０が、スポットビーム群４００の交差部４２０の中心に位置している位置の第２推定値を算出する。次に、ユーザ受信装置１２０は、当該ユーザ受信装置のメモリに、時刻ｔ０＋Δｔにおけるスポットビーム群４００の位置を保存し、そしてユーザ受信装置１２０の位置の第２推定値を保存する。
【００４２】
ユーザ受信装置１２０が、ユーザ受信装置１２０の位置の少なくとも２つの推定値を取得した後、ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、これらの推定値を用いて、ユーザ受信装置１２０の位置の高精度化された推定値を算出する。ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、ユーザ受信装置１２０が、交差領域４１０及び交差領域４２０の重なり領域４３０の中心に位置している位置の高精度化された推定値を算出する。
【００４３】
幾つかの実施形態では、ユーザ受信装置１２０は、ビーム平均化法を用いて、更に高精度化された推定値を算出する。この方法を用いる場合、ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、ユーザ受信装置１２０の位置の保存推定値群の全ての平均を算出することにより、高精度化された推定値を取得する。
【００４４】
図５，６，及び７は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、衛星信号振幅を用いて、ユーザ受信装置の位置の推定値を取得する種々の実施形態を示している。具体的には、図５は、ユーザ受信装置が受信する１個の衛星からの信号の振幅を用いて、ユーザ受信装置の位置の推定値を取得する様子を描いており、図６は、ユーザ受信装置が受信する２個の衛星からの信号の振幅を用いて、ユーザ受信装置の位置の推定値を取得する様子を示し、そして図７は、１個の衛星から時間経過とともに走査するスポットビームから得られる信号の振幅を用いて、ユーザ受信装置の位置の推定値を取得する様子を示している。
【００４５】
図５では、ＳＡＴ１衛星１００は１つのスポットビーム１１０を地球に向けて照射する。この図では、スポットビーム５００は、１つの主ビーム５１０と、そして２つのサイドローブビーム５２０と、を有するものとして図示されている。この図では、スポットビーム５００は、１つの主ビーム５１０と、そして２つのサイドローブビーム５２０と、を有するものとして図示されている。この図では、スポットビーム５００は固定指向性ビームであり、走査ビームではないことに注目されたい。この図では、ユーザ受信装置１２０は、信号を照射主ビーム５１０から受信するものとして図示されている。ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、当該ユーザ受信装置が受信する信号の振幅を用いて、地球上の当該ユーザ受信装置の位置の推定値を、投射主ビーム５１０の信号振幅の等高線５３０の内部の当該ユーザ受信装置の位置に応じて算出する。一旦、ユーザ受信装置１２０が、当該ユーザ受信装置の位置の推定値を取得すると、ユーザ受信装置１２０は、当該ユーザ受信装置のメモリに、地球上のスポットビーム５００の位置を保存するだけでなく、ユーザ受信装置１２０の位置の当該ユーザ受信装置による推定値を保存する。
【００４６】
図６では、ＳＡＴ１衛星１００及びＳＡＴ２衛星３００がそれぞれ、１つのスポットビーム６００，６１０をそれぞれ地球に向けて照射しているものとして図示されている。この図では、ユーザ受信装置１２０が、ＳＡＴ１衛星１００から照射されるスポットビーム６００、及びＳＡＴ２衛星３００から照射されるスポットビーム６１０の交差部６３０の内部に位置していることが分かる。この図では、スポットビーム６００及びスポットビーム６１０は固定指向性ビーム群であり、走査ビーム群ではない。ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、当該ユーザ受信装置が受信する信号の振幅を用いて、交差部６３０の内部の当該ユーザ受信装置の位置の推定値を、投射スポットビーム６００，６１０の信号振幅の等高線６４０の内部の当該ユーザ受信装置の位置に応じて算出する。ユーザ受信装置１２０が、当該ユーザ受信装置の位置の推定値を取得した後、ユーザ受信装置１２０は、当該ユーザ受信装置のメモリに、スポットビーム６００及びスポットビーム６１０の位置を保存するだけでなく、ユーザ受信装置１２０の位置に関する当該ユーザ受信装置による推定値を保存する。
【００４７】
図７では、時刻ｔ０において、ＳＡＴ１衛星１００が、スポットビーム７００を地球に向けて照射するものとして図示されている。この時点では、ユーザ受信装置１２０は、ＳＡＴ１衛星１００から照射されているスポットビーム７００の内部に位置している。ＳＡＴ１衛星１００から照射されるスポットビーム７００は走査ビームであり、固定指向性ビームではないことに注目されたい。このように、スポットビーム７００を時間経過とともに走査するので、スポットビーム７００で地球の表面を掃引している。ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、当該ユーザ受信装置が受信する信号の振幅を用いて、スポットビーム７００の内部の当該ユーザ受信装置の位置の第１推定値を、スポットビーム７００の信号振幅の等高線の内部の当該ユーザ受信装置の位置に応じて算出する。次に、ユーザ受信装置１２０は、当該ユーザ受信装置のメモリに、時刻ｔ０におけるスポットビーム７００の位置を保存するだけでなく、ユーザ受信装置１２０の位置の第１推定値を保存する。
【００４８】
また、図７では、時刻ｔ０＋Δｔにおいて、ＳＡＴ１衛星１００から照射されるスポットビーム７００で地球の表面を掃引してしまっているものとして図示されている（この時点では、スポットビーム７１０として図示されている）。ユーザ受信装置１２０はこの時点で、スポットビーム７１０の内部に位置している。この時刻では、ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、当該ユーザ受信装置が受信する信号の振幅を用いて、スポットビーム７１０の内部の当該ユーザ受信装置の位置の第２推定値を、スポットビーム７１０の信号振幅の等高線の内部の当該ユーザ受信装置の位置に応じて算出する。次に、ユーザ受信装置１２０は、当該ユーザ受信装置のメモリに、時刻ｔ０＋Δｔにおけるスポットビーム７１０の位置を保存するだけでなく、ユーザ受信装置１２０の位置の第２推定値を保存する。
【００４９】
一旦、ユーザ受信装置１２０が、ユーザ受信装置１２０の位置の少なくとも２つの推定値を取得すると、ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、これらの推定値を用いて、ユーザ受信装置１２０の位置の更に高精度化された推定値を算出する。ユーザ受信装置１２０のプロセッサは、ビーム平均化法を用いて、ユーザ受信装置１２０がスポットビーム７００及びスポットビーム７１０の重なり領域７２０内に位置している位置の更に高精度化された推定値を算出する。更に、当該プロセッサは、ユーザ受信装置１２０の位置のより一層高精度化された推定値を、当該ユーザ受信装置が受信する信号の振幅を用いて、重なり領域７２０内の当該ユーザ受信装置の位置を、スポットビーム７００及び７１０の信号振幅の等高線７３０の内部の当該ユーザ受信装置の位置に応じて算出することにより取得する。
【００５０】
図８は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、１個の衛星１００からのスポットビームの到来時刻、及び消滅時刻を利用して、均一なマスク角が設定されているユーザ受信装置１２０の位置を推定する様子を絵で表わしている。この図では、スポットビームの到来時刻及び消滅時刻を利用して、ユーザ受信装置１２０の位置の推定値を取得する。これらの実施形態では、スポットビームの複数位置の全てが、スポットビームの到来時刻（ｔＲＩＳＥ）からスポットビームの消滅時刻（ｔＳＥＴ）の範囲で記録される。均一な仰角マスク角が全方向にユーザ受信装置１２０に関して設定されていると仮定すると、時刻＝（（ｔＳＥＴ−ｔＲＩＳＥ）／２）では、ユーザ受信装置が、軌道内方向のスポットビームの中心に位置していると仮定する。
【００５１】
軌道内方向は、衛星がユーザ受信装置１２０の頭上を通過するときの衛星の運動方向として定義されることに留意されたい。軌道内方向の座標系では、原点は、ユーザ受信装置１２０の位置に位置し、ｘ軸は、衛星がユーザ受信装置１２０の頭上を通過するときの衛星の運動方向に設定され、ｚ軸は、地球の中心に向かう方向に設定され、そしてｙ軸によって、右手デカルト座標系が完成する。
【００５２】
図９Ａは、本開示の少なくとも１つの実施形態による、１つのスポットビームの到来時刻及び消滅時刻を利用して、不均一なマスク角が設定されているユーザ受信装置の位置を推定する図を示している。また、図９Ｂは、本開示の少なくとも１つの実施形態による、１つのスポットビームの到来時刻及び消滅時刻を利用して、不均一なマスク角が設定されているユーザ受信装置の位置を推定する様子を絵で表わしている。これらの図では、ユーザ受信装置の上方を通過する衛星コンステレーションのビームパターンが既知の方向（例えば、北から南の方向）を向いているので、これらの方向（例えば、北方向及び南方向）に設定されるマスク角のみが関連してくるが、その理由は、第１方向（例えば、北方向）が、衛星が昇る方向であり、そして第２方向（例えば、南方向）が、衛星が沈む方向であるからである。
【００５３】
これらの実施形態では、αは、コンステレーションからの信号が遮断される遮断角度を表わし；β１は、ユーザ受信装置１２０から衛星を、衛星が昇る方向に見通すときの見通しの邪魔になり得る障害物に関連するマスク角であり；そしてβ２は、ユーザ受信装置１２０から衛星を、衛星が沈む方向に見通すときの見通しの邪魔になり得る障害物に関連するマスク角である。何れかのマスク角β、または両方のマスク角βについてβ＞αとした場合に、バイアスを付加する。マスク角が図８に示すように均一な事例は、β１＝β２＝αまたはβ１＝β２≠αとした場合に生じる。これらの実施形態では、これらのマスク角βは、何れかが既知であるか、または推定される。図９Ａ及び９Ｂは、障害物が存在するのでβ２が遮断角度αよりも大きく設定される特定の事例を示している。小さい障害物が、衛星が昇る方向に存在してβ１＜αとした場合は、障害物が小さいので、障害物は、ユーザ受信装置１２０から衛星を見通すときの見通しに影響が無い。従って、障害物を無視することができる。β１＞αとした場合は、障害物と同様の変形物が、衛星が昇る方向に存在しても構わないことに注目されたい。衛星が昇る方向及び衛星が沈む方向の仰角が不均一であると仮定すると、（ΔｔＴｒｕｅ）／２＝（ΔｔＲｃｖｅｒＭｅａｓｕｒｅｄ＋Δｔβ２Ｂｉａｓ）／２とした場合の時刻（ΔｔＴｒｕｅ）／２において、ユーザ受信装置が、軌道内方向のスポットビーム投射領域の中心に位置していると推定することができる。
【００５４】
図１０は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、ユーザ受信装置と衛星との間の距離の移動平均推定値を取得する方法を示すフロー図１０００を示している。この図では、ユーザ受信装置は、衛星エフェメリスデータを低高度軌道周回（ＬＥＯ）衛星から受信する（１０１０）。他の種々の実施形態では、ＬＥＯ衛星以外の異なる種類の衛星を開示の方法に用いることができることに留意されたい。
【００５５】
ユーザ受信装置がエフェメリスデータを受信した後、ユーザ受信装置のプロセッサは、瞬時の衛星位置、速度、及び加速度を導出する（１０２０）。ユーザ受信装置が、これらの導出値を算出した後、ユーザ受信装置は衛星から、照射衛星スポットビームの初期スポットビーム識別子を受信する（１０３０）。スポットビーム識別子を衛星から受信した後、ユーザ受信装置は、ユーザ受信装置のメモリに、スポットビーム識別子、及び連続スポットビーム群のスポットビーム中心を記録する（１０４０）。
【００５６】
次に、ユーザ受信装置のプロセッサは、記録したこれらのスポットビーム識別子、及びビーム平均化法が適用されたスポットビーム中心を用いて、ユーザ受信装置の位置の移動平均推定値を導出する（１０５０）。次に、ユーザ受信装置のプロセッサは、ユーザ受信装置から衛星ユニットに至るベクトルの移動平均推定値を導出する（１０６０）。次に、ユーザ受信装置のプロセッサは、衛星のドップラ周波数オフセットを測定する（１０７０）。次に、ユーザ受信装置のプロセッサは、ドップラ周波数オフセットを用いてドップラレンジ推定値を算出する（１０８０）。少なくとも１つの実施形態では、ユーザ受信装置は、カルマンフィルタを用いてドップラレンジ推定値を算出する。ユーザ受信装置は、ユーザ受信装置から衛星までの算出距離の移動平均推定値を保持する（１０９０）。
【００５７】
特定の例示的な実施形態及び方法を本明細書において開示してきたが、これまでの開示内容から、この技術分野の当業者であれば、このような実施形態及び方法の変更及び変形を、開示される技術の真の思想及び範囲から逸脱しない範囲で加えることができることが理解できる。各例が他の例とは軽微な点でしか異ならないような、開示される技術の多くの他の例が存在する。従って、開示される技術は、添付の請求項、及び準拠法の規則及び原則が要求する範囲にのみ限定されるものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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