(57)【要約】  この発明は、少なくとも３つのＧＰＳ衛星（Ｓ）から到来する特定のＧＰＳ信号を受信するための少なくとも３つの指向性ＧＰＳアンテナ（２）と、上記指向性ＧＰＳアンテナ（２）から到来するＧＰＳ信号を増幅するための少なくとも３つのＲＦＧＰＳリピータ（３）と、上記ＲＦＧＰＳリピータ（３）から到来するＧＰＳ信号を屋内に送信するための少なくとも３つのＧＰＳアンテナ（６）と、その（７）アンテナ（８）によって上記ＧＰＳアンテナ（６）から到来するＧＰＳ信号を受信するための少なくとも１つのＧＰＳ受信機（７）と、新しい位置計算方法（１００）とを備え、屋外でのＧＰＳ信号の屋内に対するカバレッジを増加させることに関する。
2013516606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つのＧＰＳ衛星（Ｓ１、Ｓ４及びＳ７）から到来する特定のＧＰＳ信号を受信するための少なくとも３つの指向性ＧＰＳアンテナ（２ａ、２ｂ及び２ｃ）と、上記指向性ＧＰＳアンテナ（２ａ、２ｂ及び２ｃ）から到来するＧＰＳ信号を増幅するための少なくとも３つのＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）と、上記ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）から到来するＧＰＳ信号を屋内に送信するための少なくとも３つのＧＰＳアンテナ（６ａ、６ｂ及び６ｃ）と、その（７）アンテナ（８）によって上記ＧＰＳアンテナ（６ａ、６ｂ及び６ｃ）から到来するＧＰＳ信号を受信するための少なくとも１つのＧＰＳ受信機（７）と、ＧＰＳ時間を計算し、２次元における測位を検出するための位置計算方法（１００）とを備えた屋内グローバル測位システム（１）であって、
当該方法（１００）は、
上記異なる複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）に対する擬似範囲を測定するステップ（１０１）と、
上記複数のＲＦＧＰＳリピータと上記複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）とのペアについて決定するステップ（１０２）と、
近似ＧＰＳ受信機（７）クロックオフセットの解を求めるステップ（１０３）と、
上記複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）の位置を取得するステップ（１０４）と、
上記複数のＲＦＧＰＳリピータ（３）と上記複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）との間の距離を計算するステップ（１０５）と、
上記測定された複数の擬似範囲を修正するステップ（１０６）と、
ＬＳ（最小二乗）もしくは正確な複数のアルゴリズムを用いることによって、上記複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）及び上記ＧＰＳ受信機（７）のクロック間のクロックオフセットのみならず、上記ＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置を測定するステップ（１０７）と、
上記測定されたＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置精度を調べるステップ（１０８）と、
上記測定されたＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置精度を調べるステップ（１０８）において、もし上記測定されたＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置が正確でなければ、上記ＧＰＳ受信機（７）は上記ＧＰＳ受信機（７）の場所を検出し、次に上記複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）の位置を計算し（１０３）（言い換えると、ステップ１０３に行く。）、
上記測定されたＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置精度を調べるステップ（１０８）において、もし上記測定されたＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置が正確であれば、位置計算演算を停止するステップ（１０９）とを含むことを特徴とする屋内グローバル測位システム（１）。
【請求項２】
上記ＲＦＧＰＳリピータ（３）は、
ノイズレベルを減少させるためのバンドパスフィルタ（４）と、
上記ＧＰＳ信号を増幅させるための低ノイズ増幅器（５）と、
上記指向性ＧＰＳアンテナ（２）からの複数のＧＰＳ信号を上記ＧＰＳアンテナ（６）に送信するための複数の伝送線路（Ｔ）とを含むことを特徴とする請求項１記載の屋内グローバル測位システム（１）。
【請求項３】
上記複数の指向性ＧＰＳアンテナ（２）は、それら（２）の指向性を増加させるために、複数の側面円錐フローティングリフレクタ（Ｃ）と一緒に使用されることを特徴とする請求項１または２記載の屋内グローバル測位システム（１）。
【請求項４】
上記ＧＰＳ受信機（７）は、上記ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）の内部の上記複数のバンドパスフィルタ（４）、上記複数の低ノイズ増幅器（５）及び上記複数の伝送線路（Ｔ）によって生じた、上記ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）の位置及び時間遅延値のデータベースを含むことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１つに記載の屋内グローバル測位システム（１）。
【請求項５】
上記ＧＰＳ受信機（７）は、そのデータベースから、上記ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）の位置を知ってまた、複数のＧＰＳメッセージからＥＣＥＦ（地球中心地球固体直交座標系）における上記複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）の角度位置も知ることを特徴とする請求項４記載の屋内グローバル測位システム（１）。
【請求項６】
上記異なる複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）に対する擬似範囲を測定するステップ（１０１）と上記測定された複数の擬似範囲を修正するステップ（１０６）とにおいて、
上記複数の擬似範囲は、
実際のＧＰＳ時間からの上記ＧＰＳ受信機（７）のクロックオフセット値及び上記複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）のクロックオフセット値、上記ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）の時間遅延値、並びに、例えば複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）計測遅延、電離層効果と複数の対流圏効果、及び地球回転などの所望されない効果を含むことを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか１つに記載の屋内グローバル測位システム（１）。
【請求項７】
上記異なる複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）に対する擬似範囲を測定するステップ（１０１）と上記測定された複数の擬似範囲を修正するステップ（１０６）とにおいて、上記ＧＰＳ受信機（７）によって、上記複数のＧＰＳメッセージからの実際のＧＰＳ時間から、複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）のクロックオフセット値を決定することを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか１つに記載の屋内グローバル測位システム（１）。
【請求項８】
上記複数のＲＦＧＰＳリピータ（３）と上記複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）とのペアについて決定するステップ（１０２）において、
上記ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）及び上記複数のＧＰＳ信号の角度情報に基づいて、どのＧＰＳ信号がどのＲＦＧＰＳリピータ（３）から到来するかを決定することを特徴とする請求項１から７のうちのいずれか１つに記載の屋内グローバル測位システム（１）。
【請求項９】
近似ＧＰＳ受信機（７）クロックオフセットの解を求めるステップ（１０３）において、
上記ＧＰＳ受信機（７）に、上記測定されて修正されない複数の擬似範囲により固定された位置を取得させることによって、その近似ＧＰＳ時間を検出し、上記近似ＧＰＳ時間解から上記クロックオフセットを取得することを特徴とする請求項１から８のうちのいずれか１つに記載の屋内グローバル測位システム（１）。
【請求項１０】
上記ＧＰＳ受信機（７）の上記近似ＧＰＳ時間に従って、上記複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）の位置を取得するステップ（１０４）を実行することを特徴とする請求項１から９のうちのいずれか１つに記載の屋内グローバル測位システム（１）。
【請求項１１】
局所的に発生されたＧＰＳコードを用いて、上記ＧＰＳ衛星（Ｓ）コードの相関を取ることによって、上記複数のＲＦＧＰＳリピータ（３）と上記複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）との間の距離を計算するステップ（１０５）を実行することを特徴とする請求項１から１０のうちのいずれか１つに記載の屋内グローバル測位システム（１）。
【請求項１２】
上記測定された複数の擬似範囲を修正するステップ（１０６）において、
方程式セット（Ｚ）が、
【数１】
2013516606.tif 000007
で与えられ、ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は上記ＧＰＳ衛星（Ｓ１もしくはＳ４もしくはＳ７）と上記ＲＦＧＰＳリピータ（３ａもしくは３ｂもしくは３ｃ）との間の距離であって、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６は上記ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）と上記ＧＰＳ受信機（７）との間の距離であって、「ｃ」は光速であって、「Δｔ」は上記ＧＰＳ受信機（７）クロックオフセットであって、ＰＲ１、ＰＲ２及びＰＲ３はそれぞれ、上記ＧＰＳ衛星（Ｓ１、Ｓ４及びＳ７）の上記測定された擬似範囲であって、
上記方程式セット（Ｚ）で与えられるように、上記測定された複数の擬似範囲から、上記複数のＲＦＧＰＳリピータ（３）と上記複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）との間の距離、例えば、上記実際のＧＰＳ時間からの上記ＧＰＳ受信機（７）のクロックオフセット値及び上記複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）のクロックオフセット値、上記ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）の時間遅延値、並びに、例えばＧＰＳ衛星（Ｓ）の複数の計測遅延、電離層効果と複数の対流圏効果、及び地球回転などの所望されない効果などを減算することによって、上記複数の測定された擬似範囲を修正することを特徴とする請求項１から１１のうちのいずれか１つに記載の屋内グローバル測位システム（１）。
【請求項１３】
ＬＳ又は正確な複数のアルゴリズムを用いることによって、上記複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）と上記ＧＰＳ受信機（７）とのクロック間のクロックオフセットのみならず、上記ＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置を測定するステップ（１０７）において、３つの円の交点において上記方程式セット（Ｚ）の解を求めることを特徴とする請求項１から１２のうちのいずれか１つに記載の屋内グローバル測位システム（１）。
【請求項１４】
ＬＳ又は正確な複数のアルゴリズムを用いることによって、上記複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）と上記ＧＰＳ受信機（７）とのクロック間のクロックオフセットのみならず、上記ＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置を測定するステップ（１０７）において、２つの双曲線において上記方程式セット（Ｚ）の解を求めることを特徴とする請求項４から９のうちのいずれか１つに記載の屋内グローバル測位システム（１）。
【請求項１５】
ＬＳ又は正確な複数のアルゴリズムを用いることによって、上記複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）と上記ＧＰＳ受信機（７）とのクロック間のクロックオフセットのみならず、上記ＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置を測定するステップ（１０７）において、上記クロックオフセットのみならず、上記ＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置を検出するために、ＴＤＯＡ三角測量を使用することを特徴とする請求項１から１４のうちのいずれか１つに記載の屋内グローバル測位システム（１）。
【請求項１６】
上記ＧＰＳ衛星（Ｓ）位置を検出し、所望されない複数の効果を除去するために使用される上記クロックオフセット解を、測位後の上記クロックオフセット解と比較することによって、上記測定されたＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置精度を調べるステップ（１０８）を実行することを特徴とする請求項１から１５のうちのいずれか１つに記載の屋内グローバル測位システム（１）。
【請求項１７】
ステップ（１０３）における上記クロックオフセット値とステップ（１０７）における上記クロックオフセット値との間の差の絶対値が０．１ｍｓよりも小さいか、もしくは小さくないかを比較することによって、上記測定されたＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置精度を調べるステップ（１０７）を実行することを特徴とする請求項１から１６のうちのいずれか１つに記載の屋内グローバル測位システム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の屋外ＧＰＳ信号の室内に対するカバレッジを増加させるために、ＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）に基づく屋内測位システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳは、正確かつ信頼できる測位、ナビゲーション、及び一般市民に自由に利用できる複数のタイミングサービスを提供する無線ナビゲーションシステムである。ＧＰＳは、ＧＰＳ受信機を有する者誰にでもロケーション情報及び正確な時間を提供する。ＧＰＳは、世界中のどこへでも、ロケーション情報及び時間情報をいつでも提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０，２０８，９４６号明細書
【特許文献２】中国特許第１，７７６，４４７号明細書
【特許文献３】韓国特許第２００８−０，０６０，５０２号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００３／０，０６６，３４５号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００６／０，２０８，９４６号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｒ．  Ｊ．  Ｆｏｎｔａｎａ，  Ｅ．  Ｒｉｃｈｌｅｙ，  ａｎｄ  Ｊ．  Ｂａｒｎｅｙ，  “Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｎ  ｕｌｔｒａ  ｗｉｄｅｂａｎｄ  ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ａｓｓｅｔ  ｌｏｃａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ，”  ｉｎ  Ｐｒｏｃ．  ＩＥＥＥ  Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ｓｙｓｔ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｃｏｎｆ．，  Ｒｅｓｔｏｎ，  ＶＡ，  Ｎｏｖ．  ２００３，  ｐｐ．３６９−３７３．
【非特許文献２】Ｓ  Ｍａｎａｐｕｒｅ，  Ｈ．  Ｄａｒａｂｉ，  Ｖ．  Ｐａｔｅｌ，  ａｎｄ  Ｐ．  Ｂａｎｅｒｊｅｅ，  “Ａ  ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ  ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｂａｓｅｄ  ｉｎｄｏｏｒ  ｌｏｃａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ，”  ｉｎ  Ｐｒｏｃ．  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．  Ｎｅｔｗ．，  Ｓｅｎｓ．  Ｃｏｎｔｒｏｌ，  ２００４，  ｖｏｌ．  ２，  ｐｐ．１２６５−１２７０．
【非特許文献３】Ｚ．  Ｘｉａｎｇ，  Ｓ．  Ｓｏｎｇ，  Ｊ．  Ｃｈｅｎ，  Ｈ．  Ｗａｎｇ，  Ｊ．  Ｈｕａｎｇ，  ａｎｄ  Ｘ．  Ｇａｏ．  （２００４，  Ｓｅｐ．／Ｎｏｖ．）．  Ａ  ＷＬＡＮ  ｂａｓｅｄ  ｉｎｄｏｏｒ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．  ＩＢＭ  Ｊ．  Ｒｅｓ．  Ｄｅｖｅｌｏｐ．
【非特許文献４】Ｊ．  Ｈａｌｌｂｅｒｇ，  Ｍ．  Ｎｉｌｓｓｏｎ，  ａｎｄ  Ｋ．  Ｓｙｎｎｅｓ，  “Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ，”  ｉｎ  Ｐｒｏｃ．  ＩＥＥＥ  １０ｔｈ  Ｉｎｔ．  Ｃｏｎｆ．  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎ．，  Ｍａｒ．  ２００３，  ｖｏｌ．２，  ｐｐ．９５４−９５８．
【非特許文献５】ｌｎｔ．  Ｃｏｎｆ．  Ｎｅｔｗ．，Ｓｅｎｓ．  Ｃｏｎｔｒｏｌ，  ２００４，  ｖｏｌ．  ２，  ｐｐ．  １０２６−１０４１  ．  Ｌ．  Ｍ．  Ｎｉ，Ｙ．  Ｌｉｕ，Ｙ．  Ｃ．  Ｌａｕ，  ａｎｄ  Ａ．  Ｐ．  Ｐａｔｉｌ，  “ＬＡＮＤＭＡＲＣ：  Ｉｎｄｏｏｒ  ｌｏｃａｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ａｃｔｉｖｅ  ＲＦＩＤ，”  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｎｅｔｗ．，  ｖｏｌ．１０，  ｎｏ．６，  ｐｐ．７０１−７１０，Νον．  ２００４．
【非特許文献６】Ｃ  Ｄｒａｎｅ，  Ｍ．  Ｍａｃｎａｕｇｈｔａｎ，  ａｎｄ  Ｃ．  Ｓｃｏｔｔ，  “Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  ＧＳＭ  ｔｅｌｅｐｈｏｎｅｓ，”  ＩＥＥＥ  Ｃｏｍｍｕｎ．  Ｍａｇ．，  ｖｏｌ．３６，  ｎｏ．４，  ｐｐ．４６−５４，５９，  Ａｐｒ．  １９９８．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＧＰＳシステムは、およそ２０２００キロメータの高度で１日に２回地球の周りを回転する２４個の動作中のＧＰＳ衛星から構成され、ユーザ側の複数のＧＰＳ受信機のみならずネットワーク側の複数のステーションを制御してモニタリングする。複数のＧＰＳ衛星は、１５７５．４２ＭＨｚの周波数で複数のＲＦ信号を空間から送信し、複数のＧＰＳ受信機は、これらのＲＦ信号を受信し、相関とさらなるベースバンド処理のために、中間周波数（ＩＦ）に低域周波数変換する。複数のＧＰＳ受信機は、低域周波数変換された信号の局所的に発生されたレプリカとの相関を実行し、ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との間の、いわゆる複数の擬似範囲を測定する。もしＧＰＳ受信機がＧＰＳ時間と同期化されるならば、その擬似範囲はＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との間の実際の距離である。しかしながら、最初は、ＧＰＳ受信機はＧＰＳ時間からクロックオフセットを持ち、このクロックオフセットは擬似範囲測定上で見られる。少なくとも４つのＧＰＳ衛星に対する擬似範囲を取得した後に、ＧＰＳ受信機はそれ自身のロケーションとＧＰＳ時間とを提供する。
【０００６】
複数のＧＰＳ受信機は、屋外での精度追跡及びナビゲーションに対して手頃な価格の手段を提供することにより日常生活の質を改善する。ＧＰＳの使用が非常に助けとなることができるいくつかの屋内測位アプリケーションがまた存在する。建物内の火を消そうとしている消防士、もしくは病院の中で自分の進路を見つけようとしている患者、もしくは地震の後に生存して救助を待っている人間は、複数の屋内アプリケーションに対するいくつかの典型的な例である。
【０００７】
複数のＧＰＳ信号は、２０２００キロメータの距離から到来し、それらの信号レベルは、ＧＰＳ受信機が複数の擬似範囲及び広々とした空における複数のＧＰＳ信号上のメッセージの検出及び推定を辛うじて実行することができる十分なレベルである。しかしながら、（おおよそ２０ｄＢｓから３０ｄＢｓの）追加的な複数の損失のために、従来のＧＰＳ受信機は、建物もしくはトンネルもしくは鉱山内、または瓦礫の下で複数のＧＰＳ信号を検出することができない。
【０００８】
閉じられた複数の空間内で複数のＧＰＳ信号レベルを増加させるための１つの方法は、複数の能動型ＲＦＧＰＳリピータを使用することである。能動型ＧＰＳリピータは、ＧＰＳアンテナを用いて屋外からＧＰＳ信号を受信し、ろ波されて増幅された後に、ＧＰＳリピータは、もう１つのＧＰＳアンテナを用いてＧＰＳ信号を、ＧＰＳ信号レベルが測位のためには低すぎる複数のロケーションに再放射する。屋内測位は、複数のＧＰＳリピータの配置を必要とする。すなわち、２Ｄ（２次元）測位のための３つのリピータと３Ｄ（３次元）測位のための４つのリピータとが少なくとも必要である。しかしながら、複数のＧＰＳ信号を増幅するときは非常に注意を払わなければならない。複数のアンテナで複数のＧＰＳ信号を受信して次に異なる複数のアンテナから同一の複数のＧＰＳ信号を再放射することにより信号干渉が引き起こされる。このことが、測位における誤差を増加させるのみならず、ＧＰＳ信号のカバレッジを減少させる。その干渉問題を取り除くために、複数のリピータ及びそれらのアンテナは、特定のＧＰＳ信号が１つのリピータだけによって受信されるように設計されるべきである。リピータは多くの異なるＧＰＳ信号を受信することができる。しかしながら、他の複数のリピータは、もう１つのリピータによって受信されたＧＰＳ信号を受信するべきである。言い換えると、複数のリピータによって受信された複数のＧＰＳ信号のセットは、相互に排他的であるべきである。例えば、リピータ１とＧＰＳ衛星２、４及び５、リピータ２とＧＰＳ衛星３、６及び９、リピータ３とＧＰＳ衛星１５、１６及び１７など。
【０００９】
屋内での測位において非常に重大であるもう１つのポイントは、複数の擬似範囲測定からの位置の計算に対する複数のＧＰＳアルゴリズムの使用である。もし複数の修正されないアルゴリズムを用いた従来のＧＰＳ受信機が使用されるならば、その場合は計算された位置は間違ったものとなる。もし屋内での複数のＧＰＳ信号のカバレッジを増強させるために、複数の能動型ＲＦリピータが設置され、そのロケーションを計算するために、従来のＧＰＳ受信機が使用されるならば、ＧＰＳ衛星からの複数のＲＦ波のＧＰＳ受信機に対する非視線（ＮＬＯＳ）伝搬のために、計算された位置は、大きい誤差を有した不正確な位置である可能性がある。２Ｄ測位の例が図３で見ることができ、ここで、Ｍ１、Ｍ２及びＭ３はＧＰＳ衛星のロケーションであって、Ｎ１、Ｎ２及びＮ３はＲＦＧＰＳリピータのロケーションである。「Ａ」はＧＰＳ受信機の実際のロケーションである。もし「Ａ」でのＧＰＳ受信機においてクロックオフセットが存在せず、複数のＲＦＧＰＳリピータの時間遅延値が校正されるならば、従来の複数のＧＰＳアルゴリズムは、まさに擬似範囲測定誤差がないとした場合には、ライン１、ライン２及びライン３の交点をサーチし、三角領域「Ｄ」における位置を与える。従って、屋内での位置を正確に計算するためには、測位のための複数のアルゴリズムもまた修正されなければならない。
【００１０】
特許文献１において、屋内のＧＰＳリピータユニットは、空の予め選択された領域における１つもしくはそれ以上のＧＰＳ衛星から複数のＧＰＳ信号を受信するための指向性受信アンテナと、受信された複数のＧＰＳ信号を送信するための送信アンテナと、屋内の領域の中に送信する前に、受信された複数のＧＰＳ信号を増強するためのＲＦ増幅手段とを備える。１つもしくはそれ以上のそのようなＧＰＳリピータユニットは、複数の建物もしくは地下内でＧＰＳ衛星配置（コンスタレーション）を再生させてこれらの環境内にＧＰＳカバレッジを提供するために使用される。このアプリケーションにおける複数のアルゴリズムについては何も述べられていない。複数のＧＰＳ信号を中継した後、追加の複数の屋内測位アルゴリズムがＧＰＳ受信機の位置を計算するために適用されるべきである。もし複数の測位アルゴリズムが修正されなければ、計算された位置は正確でない可能性がある。
【００１１】
特許文献２において、ＧＰＳ信号カバーリング機器は、ＧＰＳ信号源、アンテナ、フィルタ、増幅器及び屋内のカバーリングシステムを含む。ＧＰＳ信号源を導入するために、設置された屋外の受信アンテナは、フィルタと、増幅器と、屋内のカバーリングシステムと順番に接続される。本発明は、ＧＰＳ信号が必要とされる、カバーされた場所に対してＧＰＳ信号を増幅する。このアプリケーションにおける複数のアルゴリズムについては何も述べられていない。複数のＧＰＳ信号を中継した後、追加の複数の屋内測位アルゴリズムがＧＰＳ受信機の位置を計算するために適用されるべきである。もし複数の測位アルゴリズムが修正されなければ、計算された位置は正確でない可能性がある。
【００１２】
特許文献３において、ＧＰＳスイッチングリピータを用いた屋内測定システムは、ＧＰＳ衛星と、ＧＰＳ参照アンテナと、ＧＰＳスイッチングリピータと、ＧＰＳ送信アンテナと、屋内のＧＰＳ受信機と、測定サーバとを含む。ＧＰＳ参照アンテナは、ＧＰＳ衛星から距離情報を受信する。ＧＰＳスイッチングリピータは、ＧＰＳスイッチング時間を調整する。これに加えて、ＧＰＳスイッチングリピータはＧＰＳ信号を増幅する。ＧＰＳ信号をＧＰＳリピータに送信するために、ＧＰＳ送信アンテナはＧＰＳスイッチングリピータに結合され、壁もしくは天井に設置される。屋内のＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ送信アンテナを介して、ＧＰＳスイッチングリピータから送信された信号を測定し、ＧＰＳ送信アンテナと屋内のＧＰＳ受信機との間の距離を計算する。測定サーバは、ＧＰＳ送信アンテナ及びＧＰＳスイッチングリピータにおいて測定された値を、測定アルゴリズムに適用させることによって、屋内のＧＰＳ受信機の位置を推定する。この発明では、複数の指向性アンテナについての情報はまったくない。
【００１３】
特許文献４では、システムが、サービス領域の到るところに設置された複数の送信ユニットを備える。各送信ユニットは、送信ユニットと関連する位置に関する位置情報を含む信号を繰り返し送信する。受信ユニットは、送信ユニットから送信された信号を受信し、受信された指示に基づいて受信ユニットの位置を決定する。複数の送信ユニットは、サービスエリアの均一なカバレッジを提供するために設置され、それ故に屋内に、及びＧＰＳが適切に機能しない複数の都市エリア内に位置ロケーションを提供する。特許文献４には、ＲＦサインポスティングを用いて自動化された位置ロケーションのためのシステム及び方法が開示される。この発明では、複数のＧＰＳシステムについての情報はまったくない。
【００１４】
屋内でロケーションを検出するために、広範囲に及ぶ研究努力がなされており、異なった複数のＲＦ技術を利用することによる複数の測位プロトタイプシステムが存在する。これらのＲＦ技術のいくつかは、複数の建物内に新しく設置されたＲＦインフラストラクチャを使用し、これらのシステムのいくつかは、位置を検出するためにすでに利用可能なＲＦインフラストラクチャを使用する。例えば、複数の超広帯域マイクロ波システムが資産（アセット）ロケーションシステムに対して非特許文献１において利用されており、新しく設置された複数の機器に基づくこれらのロケーション検出技術のいくつかは非特許文献２において要約されている。これらのシステムは、測位のためにそれら自身のハードウェアを使用し、それ故に非常に正確な位置を取得する。しかしながら、これらのシステムの配置は複雑であって、かなり高価である。例えば、ＷＬＡＮ（非特許文献３）、ブルートゥース（非特許文献４）、ＲＦＩＤ（非特許文献５）もしくはＧＳＭ（非特許文献６）などのすでに利用可能なインフラストラクチャを用いた複数のＲＦ測位システムの例がまた存在する。すべてのこれらのシステムはほとんど通信目的のために配置されるので、それらのほとんどは、測位精度もしくはカバレッジのいずれかにおいて複数の欠点を有する。最後に、特許文献５において明確に述べられるように、複数のアンテナ及び複数の増幅器を使用することによって、屋内でＧＰＳ信号を中継する複数のシステムがある。この出願において、空の複数の部分から複数のＧＰＳ信号を受信することに関する技術だけが明確に述べられ、増幅後、複数の信号が屋内で再放射される。この技術は、ＧＰＳ衛星からＲＦリピータまでの、そして次にＲＦリピータからＲＦＧＰＳ受信機までの直接的でない伝搬の障害を被る。その出願には、ＧＰＳ受信機で使用される複数のアルゴリズムに対する詳細な説明はまったくない。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の目的は、複数の屋外ＧＰＳ信号の屋内に対するカバレッジを増加させる、屋内測位システムを提供することにある。
【００１６】
本発明の目的はさらに、ＧＰＳの屋外測位精度と同一の測位精度を有する、屋内測位システムを提供することにある。
【００１７】
本発明の目的を実行するために設計された「屋内測位システム」が添付の図面において例示される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】屋内測位システムの概略図である。
【図２】複数の指向性ＧＰＳアンテナ及びＧＰＳアンテナを有するＲＦＧＰＳリピータの概略図である。
【図３】２Ｄの屋内のＧＰＳに対する非視線伝搬の例である。
【図４】指向性ＧＰＳアンテナの概略図である。
【図５】周波数に対する、ＧＰＳアンテナの測定された反射損失、指向性ＧＰＳアンテナのシミュレーションされた反射損失、及び指向性ＧＰＳアンテナの測定された反射損失のグラフの例示である。
【図６】ＧＰＳアンテナ及び指向性ＧＰＳアンテナのシミュレーションされた放射パターン及び測定された放射パターンそれぞれのグラフの例示である。
【図７】Ｐｈｉ（φ）＝０度及びＰｈｉ（φ）＝９０度の平面において、指向性ＧＰＳアンテナの測定された放射パターンのグラフの例示である。
【図８】ＧＰＳ受信機の位置計算方法のグラフの例示である。
【図９】「距離」と「発生回数」との平面において、ＧＰＳ受信機の分布のグラフの例示である。
【図１０】「距離」と「トライ回数」との平面において、ＧＰＳ受信機の計算された位置とＧＰＳ受信機の実際の位置とのグラフの例示である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１を参照すると、屋内測位システム（１）は、少なくとも３つのＧＰＳ衛星（Ｓ１、Ｓ４及びＳ７）から到来する特定のＧＰＳ信号を受信するための少なくとも３つの指向性ＧＰＳアンテナ（２ａ、２ｂ及び２ｃ）と、指向性ＧＰＳアンテナ（２ａ、２ｂ及び２ｃ）から到来するＧＰＳ信号を増幅するための少なくとも３つのＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）と、ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）から到来するＧＰＳ信号を屋内に送信するための少なくとも３つのＧＰＳアンテナ（６ａ、６ｂ及び６ｃ）と、その（７）アンテナ（８）によってＧＰＳアンテナ（６ａ、６ｂ及び６ｃ）から到来するＧＰＳ信号を受信するための少なくとも１つのＧＰＳ受信機（７）と、ＧＰＳ時間を計算して２次元における測位を検出するための位置計算方法（１００）とを備える。
【００２０】
もし３つのＲＦＧＰＳリピータ（３）が存在するならば、その場合は２Ｄ測位が実行され、ＧＰＳ時間が利用可能とされる。
【００２１】
もし４つのＲＦＧＰＳリピータ（３）が存在するならば、その場合は３Ｄ測位が実行され、ＧＰＳ時間が利用可能とされる。
【００２２】
図２を参照すると、すべてのＲＦＧＰＳリピータ（３）は、ノイズレベルを減少させるためのバンドパスフィルタ（４）と、ＧＰＳ信号を増幅するための低ノイズ増幅器（５）と、指向性ＧＰＳアンテナ（２）からの複数のＧＰＳ信号をＧＰＳアンテナ（６）に送信するための複数の伝送線路（Ｔ）とを含む。また、複数の指向性ＧＰＳアンテナ（２）とＲＦＧＰＳリピータ（３）との間、及び複数のＲＦＧＰＳリピータ（３）と複数の指向性ＧＰＳアンテナ（２）との間に複数の伝送線路（Ｔ）が存在する。
【００２３】
指向性ＧＰＳアンテナ（２）は、送信、受信、及び所望されない複数のソースからの干渉の減少に対するパフォーマンスの増加を可能とする、特定の角度の複数の方向においてより強いパワーを放射する。屋内測位システム（１）において、指向性ＧＰＳアンテナ（２ａ、２ｂ及び２ｃ）は、建物（Ｂ）、トンネル、鉱山または瓦礫の外側に位置する。もしＧＰＳアンテナ（６ａ、６ｂ及び６ｃ）が指向性ＧＰＳアンテナ（２ａ、２ｂ及び２ｃ）の代わりに屋外で使用されるならば、１つのＧＰＳ信号は、複数のＧＰＳアンテナ（６ａ、６ｂ及び６ｃ）によって受信される。従って、これらのＧＰＳ信号が建物（Ｂ）の中に再放射される場合は、それらは建物（Ｂ）の内側で相互に干渉する。従って、複数のＧＰＳ信号の干渉が弱まって建物（Ｂ）内部に複数の深いヌルを形成するので、これが屋内での複数のＧＰＳ信号のカバレッジを減少させる。この干渉がまた、ＧＰＳ受信機（７）のロケーションを検出するときにおいて誤差を増加させる。屋内測位システム（１）において、１つのＧＰＳ衛星（Ｓ）だけが１つの指向性ＧＰＳアンテナ（２）だけによって受信される。例えば、図１に見られるように、指向性ＧＰＳアンテナ（２ａ）は、１つのＧＰＳ衛星（Ｓ１）だけからＧＰＳ信号を受信し、ここで、もう１つの指向性ＧＰＳアンテナ（２ｂ）はもう１つのＧＰＳ衛星（Ｓ４）だけからＧＰＳ信号を受信し、他の指向性ＧＰＳアンテナ（２ｃ）は、それらの放射パターンの適切な設計のために、他のＧＰＳ衛星（Ｓ７）だけからＧＰＳ信号を受信する。複数の指向性ＧＰＳアンテナ（２）は、それらの主ビーム方向となるすべてのＧＰＳ衛星（Ｓ）信号を受信する。これらのアンテナ（２ａ、２ｂ及び２ｃ）の指向性は、複数のクロスＧＰＳ信号レベルが調整されるように選択される。
【００２４】
この発明では、図４に図示されたように、それら（２）の指向性を増加させるための複数の側面円錐フローティングリフレクタ（Ｃ）を有する指向性ＧＰＳアンテナ（２）が使用される。図４を参照すると、グランド板（Ｐ）上に設置されたＧＰＳアンテナ（６）は、指向性ＧＰＳアンテナ（２）の設計において使用され、その指向性の増加が円錐フローティングリフレクタ（Ｃ）の使用により達成される。この発明における指向性ＧＰＳアンテナ（２ａ、２ｂ及び２ｃ）は好ましくは、ＲＨＣＰ（右旋円偏波）を用いて１５７５．４２ＭＨｚの周波数で動作する。
【００２５】
複数の側面円錐フローティングリフレクタ（Ｃ）は好ましくは、金属から製造され、複数の指向性ＧＰＳアンテナ（２）の指向性を増加させる。円錐フローティングリフレクタ（Ｃ）はグランド板（Ｐ）に接触しない。複数の金属から反射させて複数のアンテナの利得を増強させることが、例えばディシュアンテナなどの多くのアンテナにおいて使われている。アンテナに着信する多くの波動が同相を有する複数の金属表面から反射されてアンテナでの信号レベルを増加させる。ＧＰＳアンテナ（６）は、指向性ＧＰＳアンテナ（２）の設計において使用され、指向性の増加がＧＰＳアンテナ（６）周りの円錐フローティングリフレクタ（Ｃ）の使用により達成される。円錐フローティングリフレクタ（Ｃ）が組み立てられ、ＧＰＳアンテナ（６）と一緒に集積化されて、最終的に指向性ＧＰＳアンテナ（２）のパフォーマンスが測定される。
【００２６】
この発明におけるＧＰＳアンテナ（６）の測定された反射損失を有する指向性ＧＰＳアンテナ（２）の、シミュレーションされた反射損失と測定された反射損失とが図５に見られる。図５で見られるように、円錐フローティングリフレクタ（Ｃ）は入力インピーダンスをわずかに変化させる。しかしながら、指向性ＧＰＳアンテナ（２）はいまだに、１５７５．４２ＭＨｚの周波数において１２ｄＢよりも小さい反射損失を有する。
【００２７】
ＲＦＧＰＳリピータ（３）は、建物（Ｂ）の内部に位置する指向性ＧＰＳアンテナ（２）を用いて複数のＧＰＳ信号を受信することによって動作し、それらのＧＰＳ信号を屋内の領域、もしくはカバーされた空間に再放射する。ＧＰＳ信号が指向性ＧＰＳアンテナ（２）から受信されると、ＧＰＳ信号は先ず最初にバンドパスフィルタ（４）によってろ波され、これが低ノイズ増幅器（５）によって増幅された後、最後に再びバンドパスフィルタ（４）によってろ波されて、次にＲＦＧＰＳリピータ（３）によって建物（Ｂ）の中に再放射される。増幅後、ＧＰＳ信号は、ＧＰＳアンテナ（６）を介してＧＰＳ受信機（７）に送信される。アンテナ（２、６）を有する典型的なＲＦＧＰＳリピータ（３）が図２に図示される。この発明におけるＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）はＤＣ（直流）電源だけを必要とする。
【００２８】
ＧＰＳアンテナ（６）は、ＲＦＧＰＳリピータ（３）からＧＰＳ信号を受信し、そのＧＰＳ信号をＧＰＳ受信機（７）に送信する。各ＧＰＳアンテナ（６）は関連する指向性ＧＰＳアンテナ（２）の周波数で十分に整合し、右旋円偏波を有する。
【００２９】
この発明におけるＧＰＳアンテナ（６）と指向性ＧＰＳアンテナ（２）とのシミュレーションされた放射パターンと測定された放射パターンとが図６において見られる。
【００３０】
指向性ＧＰＳアンテナ（２）の３ｄＢのビーム幅は６０度である。そのビーム幅の角度が減少すると利得は増加する。円錐フローティングリフレクタ（Ｃ）を用いたビーム幅角度の減少が図６で容易に見ることができる。指向性ＧＰＳアンテナ（２）の軸比が１ｄＢのように測定され、それは指向性ＧＰＳアンテナ（２）が図７に図示されるようにＧＰＳ周波数において円偏波で送信することを示す。指向性ＧＰＳアンテナ（２）のシミュレーションされた利得が１０ｄＢであって、全体のシステム（ＧＰＳアンテナ（６）及び円錐フローティングリフレクタ（Ｃ））の測定された最大利得は９ｄＢである。ＧＰＳアンテナ（６）のシミュレーションされた利得は４ｄＢである。円錐フローティングリフレクタ（Ｃ）はＧＰＳアンテナ（６）に対して追加的な５ｄＢの利得をもたらす。
【００３１】
ＧＰＳ受信機（７）はその（７）アンテナ（８）によって複数のＧＰＳアンテナ（６）から到来する複数のＧＰＳ信号を受信し、ポジションングを計算する。この発明において、ＧＰＳ受信機（７）は好ましくは、１５７５．４２ＭＨｚの周波数で動作する。また、この発明において、ＧＰＳ受信機（７）は、新しい位置計算方法（１００）を有する。
【００３２】
ロケーションの計算の賢い方法は、規定の方向から特定のＧＰＳ信号を受信し、指向性ＧＰＳアンテナ（２）に接続されたそのＲＦＧＰＳリピータ（３）だけからのそのＧＰＳ信号を増加させることである。２Ｄの測位に対して、これが３つの異なるＲＦＧＰＳリピータ（３）に対する少なくとも３つの異なるＧＰＳ信号に対して繰り返されるべきである。これが複数のＧＰＳ信号に対する自己干渉の問題を軽減させる。
【００３３】
ＧＰＳ受信機（７）の位置の計算のために、ＧＰＳ受信機（７）は屋内での複数の擬似範囲（距離＋クロックオフセット＋時間遅延）を測定する。しかしながら、複数のＧＰＳ信号がＧＰＳ衛星（Ｓ）から到来すると、それらはＲＦパスで進む。すなわち、ＧＰＳ衛星（Ｓ１もしくはＳ４もしくはＳ７）からＲＦＧＰＳリピータ（３ａもしくは３ｂもしくは３ｃ）までのパスとＲＦＧＰＳリピータ（３ａもしくは３ｂもしくは３ｃ）からＧＰＳ受信機（７）までのパスであって、そのパスは図１に図示されるように直線でない。そのＲＦパスは直線でなく、またＲＦＧＰＳリピータ（３）、低ノイズ増幅器（５）、バンドパスフィルタ（４）、複数の伝送線路（Ｔ）及びアンテナ（２、６）の遅延を含むので、訂正されない擬似範囲測定を用いるＧＰＳ受信機（７）は誤差を有した、その（７）位置を計算する。指向性ＧＰＳアンテナ（２）、ＧＰＳアンテナ（６）、バンドパスフィルタ（４）、低ノイズ増幅器（５）及び複数の伝送線路（Ｔ）から、ＲＦＧＰＳリピータ（３）におけるすべてのハードウェア遅延が、ネットワークアナライザの助けによって前もって測定され、複数の擬似範囲測定から校正されることが考えられる。この場合には、もしＧＰＳ受信機（７）が修正されない測位計算アルゴリズムを使用するならば、それ（７）は、２Ｄ測位に対する以下の方程式（Ｙ）のセットの解を求めることをトライする。
【００３４】
【数１】
2013516606.tif 000003
【００３５】
ここで、図１に図示されたように、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はＧＰＳ衛星（Ｓ１もしくはＳ４もしくはＳ７）とＲＦＧＰＳリピータ（３ａもしくは３ｂもしくは３ｃ）との間の距離であって、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６はＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）とＧＰＳ受信機（７）との間の距離である。「ｃ」は光速であって、「Δｔ」は実際のＧＰＳ時間からのＧＰＳ受信機（７）のクロックオフセットであって、ＰＲ１、ＰＲ２及びＰＲ３はそれぞれ、ＧＰＳ衛星（Ｓ１、Ｓ４及びＳ７）の測定された擬似範囲である。もしこれらの擬似範囲に複数のＲＦＧＰＳリピータ（２）のハードウェア遅延が含まれないと仮定するならば、複数のＲＦＧＰＳリピータ（２）は校正され、複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）のクロックオフセット、ＧＰＳ受信機（７）のクロックオフセット、ＧＰＳ衛星（Ｓ）の複数の計測遅延、電離層効果及び複数の対流圏効果、並びに地球回転から生じる誤差が、方程式（Ｙ）から除去され、ＧＰＳ受信機（７）によって解を求められることが試みられ、複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）からＧＰＳ受信機（７）までのＧＰＳ信号パスが直線でないので、誤差を有した位置が計算される。
【００３６】
代わりに、この発明は、測位計算に対して、この非直線のＲＦパスを軽減するために、以下の方程式セット（Ｚ）の解を求めることを目的とする。
【００３７】
【数２】
2013516606.tif 000004
【００３８】
方程式セット（Ｚ）の右側が既知であると仮定すると、方程式セット（Ｚ）の左側は、ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）のロケーションを原点とする通常の複数のＧＰＳ距離円を特定する。この方程式セット（Ｚ）は、容易に解が求められて複数の円の交点を検出することができ、ＧＰＳ受信機（７）の正確な位置が生成される。ＰＲ１、ＰＲ２及びＰＲ３は測定された擬似範囲であるので、方程式セット（Ｚ）の右側もまた既知であって、ＧＰＳ衛星（Ｓ１、Ｓ４及びＳ７）のロケーションのみならず、ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）のロケーションも既知となるので、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は容易に計算することができる。例えば、Ｒ１は、ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ）とＧＰＳ衛星（Ｓ１）との間の距離として計算される。
【００３９】
ＧＰＳ受信機（７）の位置計算方法（１００）は、以下のステップを含む。すなわち、
−異なる複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）に対する擬似範囲を測定するステップ（１０１）と、
−複数のＲＦＧＰＳリピータ（３）と複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）とのペアについて決定するステップ（１０２）と、
−近似ＧＰＳ受信機（７）クロックオフセットの解を求めるステップ（１０３）と、
−複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）の位置を取得するステップ（１０４）と、
−複数のＲＦＧＰＳリピータ（３）と複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）との間の距離を計算するステップ（１０５）と、
−測定された複数の擬似範囲を修正するステップ（１０６）と、
−ＬＳ（最小二乗）又は複数の正確なアルゴリズムを用いることによって、複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）とＧＰＳ受信機（７）とのクロック間のクロックオフセットのみならず、ＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置を測定するステップ（１０７）と、
−測定されたＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置精度を調べるステップ（１０８）と、
−測定されたＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置精度を調べるステップ（１０８）において、もし測定されたＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置が正確でなければ、ＧＰＳ受信機（７）はＧＰＳ受信機（７）の場所を検出し、次に複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）の位置を計算し（１０３）（言い換えると、ステップ１０３に行く。）、
−測定されたＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置精度を調べるステップ（１０８）において、もし測定されたＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置が正確であれば、図８に示されるように、位置計算演算を停止するステップ（１０９）。
【００４０】
ＧＰＳ受信機（７）は、異なる複数のＲＦＧＰＳリピータ（３）から到来する複数の異なるＧＰＳ衛星（Ｓ）に対する擬似範囲を測定する（１０１）。ＧＰＳ受信機（７）は、Ｒ１＋Ｒ４、Ｒ２＋Ｒ５及びＲ３＋Ｒ６の距離に関する擬似範囲を測定する。これらの擬似範囲は、実際のＧＰＳ時間からのＧＰＳ受信機（７）のクロックオフセット値及びＧＰＳ衛星（Ｓ）のクロックオフセット値、ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）の時間遅延値、並びに、例えばＧＰＳ衛星（Ｓ）の計測遅延と電離層効果と複数の対流圏効果と地球回転などの所望されない効果を含む。実際のＧＰＳ時間からの複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）のクロックオフセット値は、ＧＰＳ受信機（７）によって複数のＧＰＳメッセージから容易に決定される。複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）のクロックオフセット値を検出した後、ＧＰＳ受信機（７）は、複数ＧＰＳ衛星のＧＰＳ時間を調整する。ＧＰＳ受信機（７）は、ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）の内部の複数のバンドパスフィルタ（４）、複数の低ノイズ増幅器及び複数の伝送線路（Ｔ）によって生じた、ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）の位置及び時間遅延値のデータベースを含む。ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）の時間遅延値とそれらの（３ａ、３ｂ及び３ｃ）位置とはあらかじめすべて測定され、ＧＰＳ受信機（７）内に格納されたデータベース内に保持される。
【００４１】
ＧＰＳ受信機（７）は、そのデータベースからＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）の位置を知って、複数のＧＰＳメッセージからＥＣＥＦ（地球中心地球固体直交座標系）において複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）の角度位置もまた知る。１つのＲＦＧＰＳリピータ（３）は、異なる複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）からＧＰＳ信号を受信してもよい。例えば、図１に見られるように、ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ）は、２つのＧＰＳ衛星（Ｓ１及びＳ２）からＧＰＳ信号を受信してもよく、ここで、もう１つのＲＦＧＰＳリピータ（３ｂ）は３つのＧＰＳ衛星（Ｓ３、Ｓ４及びＳ５）からＧＰＳ信号を受信してもよく、他のＲＦＧＰＳリピータ（３ｂ）は他の３つのＧＰＳ衛星（Ｓ６、Ｓ７及びＳ８）からＧＰＳ信号を受信してもよい。ＧＰＳ受信機（７）は、ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）及び複数のＧＰＳ信号の角度情報に基づいて、どのＧＰＳ信号がどのＲＦＧＰＳリピータ（３）から到来するかを決定する。このデータによれば、ＧＰＳ受信機（７）は、複数のＲＦＧＰＳリピータ（３）と複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）とのペアについて決定する（１０２）。
【００４２】
ＧＰＳ受信機（７）は、修正されない擬似範囲測定を用いることによって、その（７）近似ロケーションを検出することによって、近似ＧＰＳ受信機（７）クロックオフセットの解を求める。ＧＰＳ受信機（７）は最初に、測定されて修正されない複数の擬似範囲によって、それ（７）の近似ロケーションを検出する。ＧＰＳ受信機（７）は、それ自身（７）に、測定されて修正されない複数の擬似範囲を用いて固定された位置を取得させることによって、それ（７）の近似ＧＰＳ時間を検出し、この近似ＧＰＳ時間解からクロックオフセットを取得する。
【００４３】
近似ＧＰＳ受信機（７）クロックオフセットの解を求めた後、ＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）の位置を取得する（１０４）。ＧＰＳ受信機（７）は、それ自身（７）の近似ＧＰＳ時間に従って、複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）の位置を取得する。正確なＧＰＳ時間は、複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）の正確な位置を知るために知られるべきであるが、ＧＰＳ時間を検出するときにおける誤差は複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）の位置において大きい誤差を生じさせない。例えば、１マイクロ秒のタイミング誤差は、ＧＰＳ受信機（７）の位置において３００メータの距離の誤差を生じさせるが、それは複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）のロケーションにおいて２．９ミリ（１２時間で２×π×２０００キロメータ、１秒で２．９キロメータ、１ミリ秒で２．９メータ、及び１マイクロ秒で２．９ミリ）の距離の誤差を生じさせる。複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）のより良い位置が取得されると、ＧＰＳ受信機（７）の位置及びクロックオフセットは、反復の方法でＧＰＳ受信機（７）によってより正確に推定される。
【００４４】
ＧＰＳ受信機（７）は、局所的に発生されたＧＰＳコードを用いてＧＰＳ衛星（Ｓ）コードの相関を取ることによって、複数のＲＦＧＰＳリピータ（３）と複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）との間の距離を計算する（１０５）。
【００４５】
（ＧＰＳ衛星（Ｓ）からＲＦＧＰＳリピータ（３）までとそれからＲＦＧＰＳリピータ（３）からＧＰＳ受信機（７）までの）ＧＰＳ信号パスが決定されると、ＧＰＳ受信機（７）は、方程式セット（Ｚ）において与えられたように、測定された複数の擬似範囲から、複数のＲＦＧＰＳリピータ（３）と複数のＧＰＳ衛星（７）との間の距離、例えば実際のＧＰＳ時間からのＧＰＳ受信機（７）のクロックオフセット値及び複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）のクロックオフセット値、ＲＦＧＰＳリピータ（３ａ、３ｂ及び３ｃ）の時間遅延値、並びに、例えばＧＰＳ衛星（Ｓ）の複数の計測遅延、電離層効果と複数の対流圏効果、及び地球回転などの、擬似範囲に対する所望されない効果を減算することによって、複数の測定された擬似範囲を修正する（１０６）。
【００４６】
【数３】
2013516606.tif 000005
【００４７】
実際のＧＰＳ時間からの複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）のクロックオフセット値は、ＧＰＳ受信機（７）によって複数のＧＰＳメッセージから容易に決定される。複数のＧＰＳ衛星（Ｓ）のクロックオフセット値を検出した後、ＧＰＳ受信機（７）は、複数のＧＰＳ衛星のＧＰＳ時間を調整する。修正された擬似範囲は、３つの異なるＧＰＳ衛星（Ｓ）に対する、ＲＦＧＰＳリピータ（３）とＧＰＳ受信機（７）との間の擬似範囲である。
【００４８】
ＧＰＳ受信機（７）は、ＬＳ又は正確な複数のアルゴリズムを用いることによって、クロックオフセットのみならず、それ自身（７）の屋内の位置を測定する（１０７）。方程式セット（Ｚ）は、正確な複数のフォームもしくは３つの円の交点もしくは２つの双曲線の交点において解を求めることができる。一旦、３つのＲＦＧＰＳリピータ（３）及びそのＲＦＧＰＳリピータ（３）から３つのＴＯＡ（到来時間）擬似範囲測定が存在すると、ＧＰＳ受信機（７）は、クロックオフセットのみならずＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置を検出するために、例えばＴＤＯＡ（到来時間差）の三角測量などのいつもの複数のＬＳ技術もしくは正確な複数のアルゴリズムを含む。ＧＰＳ受信機（７）の時間と位置との両方が、屋外のＧＰＳ受信機（７）と同じように正確に計算される。もしそのシステムの構成要素（ＧＰＳ衛星（Ｓ）及びＧＰＳ受信機（７））が同一のクロックを使用するならば、ＴＯＡが使用されるが、ＧＰＳ衛星（Ｓ）とＧＰＳ受信機（７）との間にクロックオフセットが存在するにちがいない。複数の方程式（Ｚ）をお互いから減算することによって、同一のクロックオフセットが取り除かれ、複数のＴＤＯＡ方程式が取得される。もし複数のＴＯＡ方程式が減算されれば、複数のＴＤＯＡ方程式が取得される。
【００４９】
ＧＰＳ受信機（７）は、ＧＰＳ衛星（Ｓ）位置を検出して所望されない複数の効果を除去するために使用されるクロックオフセット解を、測位の後のクロックオフセット解と比較することによって、測定されたＧＰＳ受信機（７）の屋内の位置精度を調べる（１０８）。ＧＰＳ受信機（７）は、ステップ（１０３）におけるクロックオフセット値から、ステップ（１０７）におけるクロックオフセット値を減算する。その後、ＧＰＳ受信機（７）は、ステップ（１０３）におけるクロックオフセット値とステップ（１０３）におけるクロックオフセット値との間の差の絶対値が０．１ｍｓよりも小さいか、もしくは小さくないかを比較する。もしその絶対値が０．１ｍｓよりも小さければ、ＧＰＳ受信機（７）はそれ自身（７）の測定された位置が正確であることを決定する。もしその絶対値が０．１ｍｓよりも小さくなければ、ＧＰＳ受信機（７）はそれ自身（７）の測定された位置が正確でないことを決定する。
【００５０】
もし測定された位置が正確であれば、ＧＰＳ受信機（７）は、位置計算演算を停止する（１０９）。
【００５１】
もし測定された位置が正確でなければ、ＧＰＳ受信機（７）は、その（７）ロケーションを検出することによって、近似ＧＰＳ受信機（７）クロックオフセットの解を反復して求める（１０３）。
【００５２】
位置計算方法（１００）の複数の結果のうちの１つの測定結果が、図９及び図１０に与えられる。ＧＰＳ受信機（７）が、６０メータのコリドール（通路）の中央に位置し、ここでは、ＲＦＧＰＳリピータ（２）がなければＧＰＳ信号が存在しない。ＲＦＧＰＳリピータ（２）がオンされると、図９及び図１０に図示されるように、位置が計算される。１００個のサンプル（１０秒のデータ）の平均は３３メータである一方で、本当の位置はＲＦＧＰＳリピータ（２）から３３メータのところである。
【００５３】
同一のコリドールにおいて実行された他の複数の測定が存在し、表１に要約されたように、以下の結果が得られた。
【００５４】
表において見られるように、平均誤差はコリドールにおけるすべての点に対して５メータよりも小さい。
【００５５】
【表１】
2013516606.tif 000006
【００５６】
この発明はグローバル測位システム（ＧＰＳ）に関するが、屋内で信号を増加させることの概念がまた、ＧＰＳ及びガリレオからの複数のハイブリッド衛星が利用されるシステムのみならず、複数のガリレオ衛星に対して適用することができる。
【００５７】
基本的な概念の範囲内で、複数のＧＰＳ信号に基づき、本発明の屋内測位システム（１）の種々の実施形態を発展させることが可能である。本発明は、ここで説明された複数の例に限定されず、それは本質的には特許請求の範囲に従う。
【符号の説明】
【００５８】
１…屋内測位システム、
２、２ａ、２ｂ、２ｃ…指向性ＧＰＳアンテナ、
３、３ａ、３ｂ、３ｃ…ＲＦＧＰＳリピータ、
４…バンドパスフィルタ、
５…低ノイズ増幅器、
６、６ａ、６ｂ、６ｃ…ＧＰＳアンテナ、
７…ＧＰＳ受信機、
８…ＧＰＳ受信機のアンテナ、
１００…位置計算方法、
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８…ＧＰＳ衛星、
Ｔ…伝送線路、
Ｂ…建物、
Ｐ…グランド板、
Ｃ…円錐フローティングリフレクタ、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３…ＧＰＳ衛星からＲＦＧＰＳリピータまでの距離、
Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５…ＲＦＧＰＳリピータからＧＰＳ受信機までの距離、
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３…ＧＰＳ衛星ロケーション、
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３…ＲＦＧＰＳ受信機ロケーション。
【図１】
2013516606.tif 000008
【図２】
2013516606.tif 000009
【図３】
2013516606.tif 000010
【図４】
2013516606.tif 000011
【図５】
2013516606.tif 000012
【図６】
2013516606.tif 000013
【図７】
2013516606.tif 000014
【図８】
2013516606.tif 000015
【図９】
2013516606.tif 000016
【図１０】
2013516606.tif 000017
【国際調査報告】
2013516606.tif 000018
2013516606.tif 000019
2013516606.tif 000020