(57)【要約】【課題】衛星信号においての水平遅延勾配をモニタするための処理機能を提供すること。【解決手段】処理機能は、衛星差計算モジュール、二重差計算モジュール、パリティテストモジュール、および、勾配推定器モジュールを含む。衛星差計算モジュールは、少なくとも３つの基準受信機から少なくとも２つの衛星に対する搬送波位相測定値を受信する。衛星差計算モジュールは、モニタされる衛星、および、少なくとも１つの他の衛星の少なくとも１つからの信号の間の搬送波位相測定値の差を決定する。二重差計算モジュールは、基準受信機の対の間の二重差を形成することと、対の間の二重差を補整することと、剰余演算を遂行することと、二重差を平均化することとを行う。パリティテストモジュールは、平均がパリティ使用可能しきい値を上回るとき、平均化された補整された二重差を入力する。構成される勾配推定器モジュールは、水平遅延勾配の大きさを推定するためのものである。【選択図】図１
2015203696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星信号（４５０（１〜Ｎ））においての水平遅延勾配(horizontal delay gradient)をモニタするための処理機能（１００）であって、
少なくとも３つの基準受信機（２５１〜２５４）から少なくとも２つの衛星（２００（１〜Ｎ））に対する搬送波位相測定値を受信するように構成される衛星差計算(satellite differencing)モジュール（１１０）であって、前記少なくとも２つの衛星が、モニタされる衛星（２００−１）および少なくとも１つの他の衛星（２００−２）を含み、前記少なくとも３つの基準受信機が、相互に対する知られている幾何学的(geometric)関係性を有し、前記衛星差計算モジュールが、前記モニタされる衛星、および、前記少なくとも１つの他の衛星の少なくとも１つからの信号の間の前記搬送波位相測定値の差を決定する、衛星差計算モジュール（１１０）と、
前記搬送波位相測定値の前記差に基づいて、前記少なくとも３つの基準受信機の１つまたは複数の対の間の二重差(double-differences)を形成することと、
前記対内の前記基準受信機の前記知られている位置の差に対して前記対の間の前記二重差を補整する(compensate)ことと、
剰余(modulo)演算(operation)を遂行(perform)して、前記補整された二重差を、マイナス２分の１波長からプラス２分の１波長の範囲に制限することと、
前記モニタされる衛星に対して、前記少なくとも２つの衛星の中の前記他の衛星にわたって(over)前記二重差を平均化することと
を行うように構成される二重差計算モジュール（１２０）と、
前記少なくとも２つの衛星の中の前記他の衛星にわたる前記補整された二重差の前記平均がパリティ使用可能しきい値(parity enable threshold)を上回るとき、前記平均化された補整された二重差を入力するように構成されるパリティテストモジュール（１４０）と、
前記パリティテストモジュールから入力される、前記平均化された補整された二重差の集合(set)に基づいて前記水平遅延勾配の大きさを推定するように構成される勾配推定器モジュール（１３０）と、
前記基準受信機対に対する前記平均化された補整された二重差が前記パリティ使用可能しきい値より大きいかどうかを決定することと、
前記補整された二重差の前記平均が前記パリティ使用可能しきい値を上回るとき、前記パリティテストモジュール（１４０）に、前記平均化された補整された二重差を送ることと
を行うように構成される選択論理（１１５）と
を備える、処理機能（１００）。
【請求項２】
前記パリティテストモジュール（１４０）が、
すべての決定されたパリティ値の最も小さなパリティ値を有する基準受信機対(pair)（２７０）に関連する、平均化された補整された二重差の前記集合(set)、または、
パリティしきい値未満であるそれぞれの少なくとも１つのパリティ値を有する少なくとも１つの基準受信機対（２７０）に関連する、平均化された補整された二重差の前記集合
のうちの１つを、さらなる処理のために出力するように動作可能である、請求項１に記載の処理機能（１００）。
【請求項３】
モニタされる衛星（２００−１）に対する遅延勾配に対してモニタする方法（３００）であって、
少なくとも３つの基準受信機（２５１〜２５４）から搬送波位相測定値を受信するステップであって、前記少なくとも３つの基準受信機が、前記モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星（２００−２）から無線周波数信号（４５０（１〜Ｎ））を実質的に同時に受信し、前記少なくとも３つの基準受信機が、相互に対する知られている幾何学的関係性を有する、受信するステップと、
前記少なくとも３つの基準受信機に対して、前記モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星からの前記信号の間の前記搬送波位相測定値の差を決定するステップと、
前記少なくとも３つの基準受信機の対（２７０〜２７４）の間の二重差を形成するステップと、
前記対内の前記基準受信機の前記知られている位置の差に対して前記二重差を補整するステップと、
前記補整された二重差に関する剰余演算を遂行して、前記補整された二重差を、マイナス２分の１波長からプラス２分の１波長の範囲に制限するステップと、
前記少なくとも１つの他の衛星にわたって、前記補整された二重差を平均化するステップと、
前記平均化された補整された二重差がパリティ使用可能しきい値を上回るとき、パリティテストモジュール（１４０）に、前記平均化された補整された二重差を送るステップと、
前記パリティテストモジュールから入力される、前記平均化された補整された二重差の集合を、勾配推定器モジュール（１３０）に出力するステップと、
平均化された補整された二重差の前記集合に基づいて水平遅延勾配の大きさを推定するステップと
を含む、方法（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府実施許諾権
[1]本発明は、政府契約＃ＤＴＦＡＣＴ−１０−Ｃ−０００１３のもとでＦＡＡ  ＷＭ  Ｊ  Ｈｕｇｈｅｓ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｅｎｔｅｒにより授与された政府の助成によってなされたものである。政府は、本発明において一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
[2]電離層の電子密度は、地理的場所および時間の関数として変動する。国際民間航空機関（ＩＣＡＯ）は、電離層異常、すなわち、電離層の電子密度の極端な変化から起こる航空機内の航法および誘導のシステムに対する脅威に対処するための規格を開発している。規格開発が示したことは、電離層異常に起因する信号においての遅延勾配に対する地上モニタリングは、絶対的であり、以前の衛星測定値に対して相対的ではないということが非常に重要であるということである。衛星が地上型ＧＰＳ補強システム（ｇｒｏｕｎｄ−ｂａｓｅｄ  ＧＰＳ  ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）の視界内に移動する際に、その衛星から入手される測定値のまさに最初の集合からの極端な勾配を検出することが重要である。
【０００３】
[3]地上局では、搬送波波長アンビギュイティに起因して互いに整合しない、基準受信機対からの搬送波位相測定値が、衛星データの、し損なわれる検出、または、正しくない再入場（ｒｅ−ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ）につながる場合がある。例えば、１つの基準受信機対に対する搬送波位相測定値が±λ／２の近くであるならば、この基準受信機対に関するノイズによって、−λ／２の搬送波位相測定値が結果として生じる場合があり、一方で、第１の基準受信機対のベースラインに沿って投射される他の基準受信機対の組み合わせによって、＋λ／２の搬送波位相測定値が結果として生じる場合がある。この事例では、搬送波位相測定値は、現在利用可能な勾配モニタにおいて相互に相殺する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願第＿＿／＿＿＿，＿＿＿号、ＧＲＯＵＮＤ−ＢＡＳＥＤ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＴＯ  ＥＸＴＥＮＤ  ＴＨＥ  ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＥＸＣＥＳＳＩＶＥ  ＤＥＬＡＹ  ＧＲＡＤＩＥＮＴＳ  ＵＳＩＮＧ  ＤＵＡＬ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ（デュアル処理を使用して過度遅延勾配の検出を拡張するための地上型システムおよび方法）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明の一実施例は、例えば、パリティ補正を使用して過度遅延勾配の検出を拡張するための地上型システムおよび方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[4]本出願は、衛星信号においての水平遅延勾配をモニタするための処理機能に関する。処理機能は、衛星差計算モジュール、二重差計算モジュール、パリティテストモジュール、および、勾配推定器モジュールを含む。衛星差計算モジュールは、少なくとも３つの基準受信機から少なくとも２つの衛星に対する搬送波位相測定値を受信するように構成され、少なくとも２つの衛星が、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星を含む。少なくとも３つの基準受信機が、相互に対する知られている幾何学的関係性を有する。衛星差計算モジュールは、モニタされる衛星、および、少なくとも１つの他の衛星の少なくとも１つからの信号の間の搬送波位相測定値の差を決定する。二重差計算モジュールは、搬送波位相測定値の差に基づいて、少なくとも３つの基準受信機の１つまたは複数の対の間の二重差を形成することと、対内の基準受信機の知られている位置の差に対して対の間の二重差を補整することと、剰余演算を遂行して、補整された二重差を、マイナス２分の１波長からプラス２分の１波長の範囲に制限することと、モニタされる衛星に対して、少なくとも２つの衛星の中の他の衛星にわたって二重差を平均化することとを行うように構成される。パリティテストモジュールは、少なくとも２つの衛星の中の他の衛星にわたる補整された二重差の平均がパリティ使用可能しきい値を上回るとき、平均化された補整された二重差を入力するように構成される。勾配推定器モジュールは、パリティテストモジュールから入力される、平均化された補整された二重差の集合に基づいて水平遅延勾配の大きさを推定するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】[5]本発明による、衛星信号においての過度遅延勾配に対してモニタするための地上局の実施形態を示す図である。
【図２】[6]本発明による、処理機能の実施形態を示す図である。
【図３Ａ】[7]本発明による、過度遅延勾配に対してモニタするための方法の１つの実施形態を表す流れ図である。
【図３Ｂ】本発明による、過度遅延勾配に対してモニタするための方法の１つの実施形態を表す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[8]常識にしたがって、様々な説明される特徴は、一定の縮尺で描画されるのではなく、本発明に関連性のある特徴を強調するように描画される。類似する参照符号は、図および本文を通して類似する要素の印となる。
【０００９】
[9]過度遅延勾配モニタは、地上局での最も要求の厳しいモニタの１つである。過度遅延勾配モニタは、搬送波の正確さがミリメートルのレベルに保たれることを必要とする。過度遅延勾配モニタは、搬送波の正確さがミリメートルのレベルに保たれることを必要とする。本明細書で説明される水平遅延勾配モニタは、基準受信機の少なくとも２つの対を含む基準受信機が、水平遅延勾配モニタの性能を低下させないということを確実にする。水平遅延勾配モニタは、少なくとも２つの基準受信機対からの搬送波位相測定値を使用することにより、地上局で受信される信号に影響を与える遅延勾配の水平成分を検出し、遅延勾配が過度であるかどうかを決定する。遅延勾配は、モニタされる衛星から送信される信号に関して、選択された勾配しきい値より大きいときに過度である。
【００１０】
[10]本明細書で説明されるシステムおよび方法は、±λ／２の近くの測定値を有する基準受信機対に関する、し損なわれる検出、または、正しくない再入場の問題を克服するように構成される。具体的にはパリティ技法が、整合しない搬送波位相測定値に対して検出し補正するために使用される。最も小さなパリティが、すべての測定値の置き換え（搬送波位相測定値に関する＋／−符号変化の組み合わせ）から選択される。パリティテストは、パリティ使用可能しきい値が（下記で説明されるように）上回られるときに使用可能にされる。パリティ使用可能しきい値が上回られないときは、デフォルトの搬送波位相測定値が、障害のない条件の間に定格ノイズ特性を変化させることを回避するために、パリティテストなしで使用される。この実施形態の１つの実装形態では、パリティ使用可能しきい値は±λ／４であり、ただし、衛星搬送波波長がλである。パリティ使用可能しきい値は、本明細書では、「二重差しきい値」とも呼ばれる。
【００１１】
[11]４つ以上の基準受信機は、水平遅延勾配に対する感度を向上させる冗長な情報も提供する。「異常遅延勾配」、「遅延勾配」、「電離層遅延勾配」、および「水平遅延勾配」の用語は、本明細書では互換的に使用される。
【００１２】
[12]図１は、本発明による、衛星信号においての過度遅延勾配に対してモニタするための地上局９０の実施形態を示す。図１に示されるように地上局９０は、水平遅延勾配モニタ９５および地上局ブロードキャスト９２を含む。地上局ブロードキャスト９２は、地上局９０の付近の航空機４０に通信リンク４１を介して信号を送信する地上局９０の一部分である。水平遅延勾配モニタ９５は、モニタされる衛星２００−１から送信される信号４５０−１に対して水平面内に存在する過度遅延勾配に対してモニタする。
【００１３】
[13]水平遅延勾配モニタ９５は、少なくとも３つの基準受信機および処理機能１００を含む。少なくとも３つの基準受信機２５１〜２５４は、相互に対する知られている幾何学的関係性で布置される。処理機能１００は、プロセッサにより実行可能な複数の機能モジュールを含み、「処理モジュール１００」または「処理機能モジュール１００」とも呼ばれる。図１に示される地上局９０の例示的な実施形態は、相互に対する矩形関係性にある４つの基準受信機２５１〜２５４を含む。
【００１４】
[14]少なくとも２つの基準受信機２５１〜２５４の間の知られている幾何学的関係性は、第１の基準受信機２５１から第２の基準受信機２５２へのベクトルａ、第１の基準受信機２５１から第３の基準受信機２５３へのベクトルｂ、第１の基準受信機２５１から第４の基準受信機２５４へのベクトルｃ、第２の基準受信機２５２から第４の基準受信機２５４へのベクトルｄ、第３の基準受信機２５３から第４の基準受信機２５４へのベクトルｅにより指示される。
【００１５】
[15]ベクトルａは、基準受信機対２７０（本明細書では、対２７０とも呼ばれる）を形成する基準受信機２５１および２５２の知られている位置の差である。ベクトルｂは、基準受信機対２７１（本明細書では、対２７１とも呼ばれる）を形成する基準受信機２５１および２５３の知られている位置の差である。ベクトルｃは、基準受信機対２７２（本明細書では、対２７２とも呼ばれる）を形成する基準受信機２５１および２５４の知られている位置の差である。ベクトルｄは、基準受信機対２７３（本明細書では、対２７３とも呼ばれる）を形成する基準受信機２５２および２５４の知られている位置の差である。ベクトルｅは、基準受信機対２７４（本明細書では、対２７４とも呼ばれる）を形成する基準受信機２５３および２５４の知られている位置の差である。
【００１６】
[16]対２７０〜２７２内の基準受信機は、すべての対２７０〜２７２に共通である、基準受信機２５１に対する知られている位置の差を有する。第２の基準受信機２５２と第３の基準受信機２５３との間の追加的な基準受信機対は示されないが、本明細書で説明される処理は、下記で説明されるような第６の対測定値のために、第２の基準受信機２５２および第３の基準受信機２５３を備える基準受信機対からのそのデータを使用することが可能である。
【００１７】
[17]水平遅延勾配は、基準受信機２５１〜２５４が網羅する平面内にある水平成分を有する。処理機能１００は、基準受信機２５１〜２５４の各々に通信可能に結合される。動作の間に、水平遅延勾配モニタ９５は、少なくとも２つの衛星２００（１〜Ｎ）から信号を受信する。基準受信機２５１〜２５４は、本明細書では「ＲＲ」とも指示される地上基準受信機である。
【００１８】
[18]同位相波面として全体的に示される無線周波数信号４５０（１〜Ｎ）は、それぞれ衛星２００（１〜Ｎ）から放出される（ただし、Ｎは正の整数である）。無線周波数信号４５０（１〜Ｎ）は、２０により全体的に表される電離層を通って地上局９０に伝搬する。４つの基準受信機２５１〜２５４は、モニタされる衛星２００−１から、および、他の衛星２００（２〜Ｎ）から無線周波数信号４５０（１〜Ｎ）を受信する。理解されるように、各々の基準受信機２５１〜２５４は、基準受信機２５２上のアンテナ２６２などのアンテナを伴う無線周波数受信機である。（第２の基準受信機２５２上に認められる）１つのアンテナ２６２のみが、例示を明瞭にするために示される。
【００１９】
[19]電離層２０内には異常遅延勾配２２が存在し得るものであり、その異常遅延勾配２２は、異常遅延勾配２２を通って伝搬する無線周波数信号の位相に影響を与える。異常遅延勾配２２は、電離層２０内のクロスハッチングの増大された密度により指示される。例えば図１に示されるように、モニタされる衛星２００−１からの無線周波数信号４５０−１は、その信号が４つの基準受信機２５１〜２５４に向かって伝搬する際に、異常遅延勾配２２を通過する。遅延勾配２２によって、信号が地球の表面上で受信される際に水平勾配が結果として生じる。このことは、受信される信号の電離層遅延が、受信機が地球の表面上で移動させられる際に変化するということを意味する。
【００２０】
[20]それぞれの衛星２００（１〜Ｎ）から送信される無線周波数信号４５０（１〜Ｎ）は、基準受信機２５１〜２５４で近似的に同じ時間にサンプリングされる。基準受信機２５１〜２５４内のレジスタ（図示されない）が、受信される第ｎの衛星無線周波数信号４５０−ｎの瞬時搬送波位相角を指し示す数を記憶するものであり、ただし、ｎは正の整数である。レジスタは、基準受信機２５１〜２５４の各々で第ｎの衛星２００−ｎから受信される無線周波数信号に対して継続的に更新される。第ｎの衛星無線周波数信号４５０−ｎは、少なくとも２つの衛星の１つからのものである。レジスタの瞬時読み出し情報は、本明細書では、「搬送波位相測定値」または「瞬間的搬送波位相測定値」と呼ばれる。基準受信機２５１〜２５４での搬送波追跡ループ（図示されない）が、基準受信機２５１〜２５４の視界内のＮ個の衛星２００（１〜Ｎ）の各々に対して、結果として生じる位相およびＤｏｐｐｌｅｒ誤差を推定し、そのようなレジスタを更新する。各々の基準受信機に対するダウンコンバージョンは、すべてのＮ個の衛星２００（１〜Ｎ）に共通であり、したがって、レジスタにより指示される瞬間的搬送波位相は、０°から３６０°の範囲内で、受信される衛星信号の間の相対位相を決定するために使用され得る。相対位相は、少なくとも２つの衛星から送信され、基準受信機２５１〜２５４で同時に受信される信号の間の位相関係性である。したがって相対位相は、基準受信機２５１〜２５４で同時に受信される、少なくとも２つの衛星から送信される信号の間の搬送波位相測定値の差である。
【００２１】
[21]モニタされる衛星は、水平電離層遅延勾配の大きさが、選択された勾配しきい値と比べてモニタされる対象となる衛星である。第１の衛星２００−１は、本文書ではモニタされる衛星２００−１と呼ばれているが、地上局９０は、Ｎ個の衛星２００（１〜Ｎ）の２つ以上に対して電離層遅延勾配をモニタすることが可能であるということが理解されるべきである。したがって処理モジュール１００内のソフトウェアモジュールは、衛星２００（１〜Ｎ）の２つ以上が、モニタされる衛星であるように、Ｎ個の衛星２００（１〜Ｎ）の２つ以上をモニタするように実行可能である。実施形態ではすべての衛星２００（１〜Ｎ）が、モニタされる衛星である。
【００２２】
[22]本明細書で説明される実施形態では、ベクトルａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅの長さが、典型的には、同じ位相関係の周期性の繰り返しにより引き起こされる搬送波位相アンビギュイティを回避するように選定される。基準受信機の間の許容可能な幾何学的関係性は、受信される信号の波長、受け入れ可能な遅延勾配の範囲、および、搬送波位相測定値に関する予期されるノイズに関係する。例示的な事例に関しては、衛星２００（１〜Ｎ）により送信される無線周波数信号の波長λは１９ｃｍである。検出されることになる遅延勾配は、−４００ｍｍ／ｋｍから＋４００ｍｍ／ｋｍの範囲（すなわち、８００ｍｍ／ｋｍの全体範囲）の中にある。ベクトルａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅの長さは、５０ｍから２００ｍの範囲内にある。この例示的な事例では、最大搬送波位相誤差δｘｃ＝８００ｍｍ／ｋｍ×０．２ｋｍ＝１６ｃｍであり、これは１９ｃｍの波長未満である。しかしながら、搬送波位相ノイズが、この設計マージンを上回ることになる、または、生ずる場合に予期された勾配より大きいならば、搬送波位相アンビギュイティが、衛星データの、し損なわれる検出、または、正しくない再入場につながる場合がある。
【００２３】
[23]１つの実施形態では、地上局９０はＧＢＡＳ地上局である。本明細書で説明される地上局９０は空港着陸システムに対するものであるが、本発明は、全地球測位システム衛星からの正確な入力を必要とするシステムで実装され得るものであり、航空機、および／または航空機に対する地上局による使用に対して限定されない。
【００２４】
[24]図２は、本発明による、処理機能１００の実施形態を示す。処理機能１００は、衛星差計算モジュール１１０、二重差計算モジュール１２０、選択論理１１５、パリティテストモジュール１４０、勾配推定器モジュール１３０、メモリ１５０、および、少なくとも１つのプロセッサ１６０を含む。衛星差計算モジュール１１０、二重差計算モジュール１２０、パリティテストモジュール１４０、および、勾配推定器モジュール１３０は、記憶媒体１７０内に記憶されるソフトウェアモジュールである。選択論理１１５は、ソフトウェア、ファームウェア、および／またはハードウェアの１つである。衛星差計算モジュール１１０、二重差計算モジュール１２０、パリティテストモジュール１４０、および、勾配推定器モジュール１３０は、本明細書で説明される機能を遂行するためのコンピューター命令によってコード化されるコンピューター可読媒体を含む。この実施形態の１つの実装形態では、衛星差計算モジュール１１０、二重差計算モジュール１２０、パリティテストモジュール１４０、および、勾配推定器モジュール１３０は、同じモジュールである。
【００２５】
[25]衛星差計算モジュール１１０は、二重差計算モジュール１２０に入力を提供するように通信可能に結合される。二重差計算モジュール１２０は、選択論理１１５に入力を提供するように通信可能に結合される。選択論理１１５は、パリティ使用可能しきい値に基づいて、パリティテストモジュール１４０および勾配推定器モジュール１３０に入力を提供するように通信可能に結合される。パリティテストモジュール１４０は、勾配推定器モジュール１３０に入力を提供するように通信可能に結合される。プロセッサ１６０は、衛星差計算モジュール１１０、二重差計算モジュール１２０、パリティテストモジュール１４０、および、勾配推定器モジュール１３０内のソフトウェアを実行するように通信可能に結合される。メモリ１５０は、本明細書で説明される機能を遂行するために必要とされるように、衛星差計算モジュール１１０、二重差計算モジュール１２０、パリティテストモジュール１４０、および、勾配推定器モジュール１３０を相互にインターフェース接続するように通信可能に結合される。
【００２６】
[26]メモリ１５０は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性メモリ、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、および／または、プロセッサ１６０の内部のレジスタなどの、現在知られている、または後に開発される任意の適したメモリを備える。記憶媒体１７０は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）などの、現在知られている、または後に開発される任意の記憶デバイスを備える。１つの実装形態ではプロセッサ１６０は、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを備える。さらにプロセッサ１６０およびメモリ１５０は、図２では別個の要素として示されるが、１つの実装形態では、プロセッサ１６０およびメモリ１５０は、単一のデバイス（例えば、単一の集積回路デバイス）で実装される。１つの実装形態ではプロセッサ１６０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの、プロセッササポートチップおよび／またはシステムサポートチップを備える。
【００２７】
[27]次に処理モジュール１００の実装形態が、図３Ａおよび図３Ｂを参照して詳細に説明される。方法３００は、図１に示されるような電離層遅延勾配に対してモニタするための地上局９０を参照して、および、図２に示される処理モジュール１００を参照して説明されるが、方法３００は、本文書を読む当業者により理解可能であるように、システムの他の実施形態を使用して実装され得るということが理解されるべきである。方法３００に対するフローは、各々の基準受信機２５１〜２５４に対する各々のサンプル期間の間に行われる。
【００２８】
[28]方法３００が、モニタされる衛星２００−１との比較のために、衛星の集合２００（２〜Ｋ）（Ｋは、Ｎ以下の整数である）を使用する４つの基準受信機２５１〜２５４に対して説明される。衛星２００（１〜Ｎ）は、基準受信機２５１〜２５４の視界内にある。本明細書で規定されるように、衛星から送信される無線周波数信号が、基準受信機で追跡されるのに充分なパワーを伴ってアンテナにより受信される場合に、衛星は基準受信機の視界内にある。
【００２９】
[29]図３Ａおよび図３Ｂは、本発明による、地上基準受信機から衛星への見通し線に沿った異常電離層遅延勾配により引き起こされる水平遅延勾配に対してモニタするための方法３００の１つの実施形態を表す流れ図を示す。方法３００は、図１に示されるような電離層遅延勾配に対してモニタするための地上局９０、および図２に示される処理機能１００を参照して説明されるが、方法３００は、本文書を読む当業者により理解可能であるように、システムの他の実施形態を使用して実装され得るということが理解されるべきである。
【００３０】
[30]ブロック３０２では、少なくとも２つの基準受信機２５１〜２５４が、相互に対する知られている幾何学的関係性で布置される。この実施形態の１つの実装形態では、４つの基準受信機２５１〜２５４が、相互に対する知られている関係性で布置される。ブロック３０４では、無線周波数信号４５０−１および４５０−２が、少なくとも３つの基準受信機２５１〜２５４で、モニタされる衛星２００−１および少なくとも１つの他の衛星２００−２から同時に受信される。この実施形態の１つの実装形態では、無線周波数信号４５０（１〜Ｋ）が、４つの基準受信機２５１〜２５４で、それぞれのモニタされる衛星２００−１およびＫ−１個の他の衛星２００（２〜Ｋ）から同時に受信されるものであり、ただし、ＫはＮ以下の整数である。基準受信機は、どの信号がどの衛星から来たかを、各々の衛星に固有の擬似ランダムコードにより、または、衛星を識別するために使用される衛星から受信される他のデータにより決定することが可能である。
【００３１】
[31]ブロック３０６では、基準受信機２５１〜２５４が、モニタされる衛星２００−１から受信される無線周波数信号４５０−１に対する、および、別の衛星２００−２から同時に受信される無線周波数信号４５０−２に対する搬送波位相測定値を生成する。４つの基準受信機２５１〜２５４、およびモニタされる衛星２００−１に加えて使用されているＫ−１個の他の衛星２００（２〜Ｋ）が存在する場合、基準受信機２５１〜２５４は、モニタされる衛星２００−１から受信される無線周波数信号４５０−１に対する、および、Ｋ−１個の他の衛星２００（２〜Ｋ）から同時に受信される無線周波数信号４５０（２〜Ｋ）に対する搬送波位相測定値を生成する。１つの実施形態では、他の衛星２００（２〜Ｎ）のすべてが、モニタされる衛星２００−１をモニタするために使用される。基準受信機２５１〜２５４は、ワイヤレスまたは有線のリンク１０５（図１）を介して、処理機能１００に、生成された搬送波位相測定値を指し示す情報を送出する。
【００３２】
[32]ブロック３０８では、処理機能１００の衛星差計算モジュール１１０が、少なくとも３つの基準受信機２５１〜２５４から、生成された搬送波位相測定値を受信する。
[33]ブロック３１０では、衛星差計算モジュール１１０は、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星からの信号の間の搬送波位相測定値の差を決定する。搬送波位相測定値は、少なくとも３つの基準受信機から衛星差計算モジュール１１０で受け入れられる。衛星差計算モジュール１１０は、基準受信機２５１〜２５４で、モニタされる衛星２００−１から受信される無線周波数信号４５０−１と、基準受信機２５１〜２５４で、他の衛星の少なくとも集合２００（２〜Ｋ）から受信される無線周波数信号４５０（２〜Ｋ）との間の搬送波位相測定値の差を決定する。
【００３３】
[34]例えば衛星差計算モジュール１１０は、第１の基準受信機２５１での第１の衛星２００−１に対する瞬間的搬送波位相測定値と、第１の基準受信機２５１での第２の衛星２００−２に対する瞬間的搬送波位相測定値との間の差を入手する。衛星差計算モジュール１１０は、第２の基準受信機２５２での第１の衛星２００−１に対する瞬間的搬送波位相測定値と、第２の基準受信機２５２での第２の衛星２００−２に対する瞬間的搬送波位相測定値との間の差を入手する。衛星差計算モジュール１１０は、第３の基準受信機２５３での第１の衛星２００−１に対する瞬間的搬送波位相測定値と、第３の基準受信機２５３での第２の衛星２００−２に対する瞬間的搬送波位相測定値との間の差を入手する。衛星差計算モジュール１１０は、第４の基準受信機２５４での第１の衛星２００−１に対する瞬間的搬送波位相測定値と、第４の基準受信機２５４での第２の衛星２００−２に対する瞬間的搬送波位相測定値との間の差を入手する。
【００３４】
[35]他の衛星の集合内に２つの衛星２００（２〜３）（モニタされる衛星を含めて３つの全体の衛星）が存在する場合、衛星差計算モジュール１１０は、第１の基準受信機２５１での第１の衛星２００−１に対する瞬間的搬送波位相測定値と、第１の基準受信機２５１での第３の衛星２００−３に対する瞬間的搬送波位相測定値との間の差を入手する。衛星差計算モジュール１１０は、第２の基準受信機２５２での第１の衛星２００−１に対する瞬間的搬送波位相測定値と、第２の基準受信機２５２での第３の衛星２００−３に対する瞬間的搬送波位相測定値との間の差を入手する。衛星差計算モジュール１１０は、第３の基準受信機２５３での第１の衛星２００−１に対する瞬間的搬送波位相測定値と、第３の基準受信機２５３での第３の衛星２００−３に対する瞬間的搬送波位相測定値との間の差を入手する。衛星差計算モジュール１１０は、第４の基準受信機２５４での第１の衛星２００−１に対する瞬間的搬送波位相測定値と、第４の基準受信機２５４での第３の衛星２００−３に対する瞬間的搬送波位相測定値との間の差を入手する。
【００３５】
[36]このようにして、衛星差計算モジュール１１０は、各々の基準受信機に対して（Ｋ−１）個の差δΦｍｎ，ｋを確立するものであり、ただし「ｍ」は、第ｍの基準受信機を表す正の整数であり、「ｎ」は、第ｎの共通に評価される衛星（モニタされる衛星）を表す正の整数であり、「ｋ」は、第ｋの他の衛星を表す正の整数である。
【００３６】
[37]衛星差計算モジュール１１０は、行列フォーマットで示され得る差を決定する。４つの衛星（モニタされる衛星を含む）が存在するとき、第１の基準受信機２５１に対する差行列は、以下の形式を有する。
【００３７】
【数１】
2015203696.tif 000003
【００３８】
[38]衛星差計算モジュール１１０は同様に、以下の形式を有する、第２の基準受信機２５２に対する差行列を生成する。
【００３９】
【数２】
2015203696.tif 000004
【００４０】
[39]衛星差計算モジュール１１０は同様に、以下の形式を有する、第３の基準受信機２５３に対する差行列を生成する。
【００４１】
【数３】
2015203696.tif 000005
【００４２】
[40]衛星差計算モジュール１１０は同様に、以下の形式を有する、第４の基準受信機２５４に対する差行列を生成する。
【００４３】
【数４】
2015203696.tif 000006
【００４４】
[41]このように衛星差計算モジュールは、衛星差計算モジュール１１０に入力を提供する各々の基準受信機に対して（Ｋ−１）個の差δΦを算出するものであり、ただし、Ｋは集合内の衛星の数である。これらの差は、第１の衛星２００−１、および、集合内の他の衛星２００（２〜Ｋ）から送信される無線周波数信号４５０（１〜Ｋ）の間の、０°から３６０°での範囲内の相対位相を反映する。衛星差計算モジュール１１０は、二重差計算モジュール１２０に衛星差δΦｍｎ，ｋを送出する。二重差計算モジュール１２０は、衛星差計算モジュール１１０から衛星差δΦｍｎ，ｋを受け入れる。
【００４５】
[42]この実施形態の１つの実装形態では、衛星差計算モジュール１１０は、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星からの信号の間の搬送波位相測定値のデュアル処理を遂行するように構成される。この後者の事例において処理モジュール１００は、ＧＲＯＵＮＤ−ＢＡＳＥＤ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＴＯ  ＥＸＴＥＮＤ  ＴＨＥ  ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＥＸＣＥＳＳＩＶＥ  ＤＥＬＡＹ  ＧＲＡＤＩＥＮＴＳ  ＵＳＩＮＧ  ＤＵＡＬ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ（デュアル処理を使用して過度遅延勾配の検出を拡張するための地上型システムおよび方法）という名称の、出願第＿＿／＿＿＿，＿＿＿号として、本明細書とともに同じ日に出願された特許出願において説明されているように、不連続点で（すなわち、０で、またはλ／２でのいずれかで）測定値を検出し回避する。
【００４６】
[43]ブロック３１２では、二重差計算モジュール１２０は、基準受信機の対２７０〜２７４の間の二重差（ｄｎ，ｋ）を形成する。第１の対２７０に対する二重差は、第１の基準受信機２５１と第２の基準受信機２５２との間のδΦｍｎ，ｋの差であり、そのことは数学的には次式のように表される。
【００４７】
ｄｎ，ｋ［ＲＲ１，ＲＲ２］＝δΦ２ｎ，ｋ−δΦ１ｎ，ｋ  （５）
[44]４つの基準受信機、および、モニタされる衛星に対する３つの他の衛星が存在する場合、第１の対２７０の間の二重差は、式（２）から式（１）を減算してｄｎ，ｋ［ＲＲ１，ＲＲ２］＝δΦ２ｎ，ｋ−δΦ１ｎ，ｋを得ることにより得られ、第２の対２７１の間の二重差は、式（３）から式（１）を減算してｄｎ，ｋ［ＲＲ１，ＲＲ３］＝δΦ３ｎ，ｋ−δΦ１ｎ，ｋを得ることにより得られ、第３の対２７２の間の二重差は、式（４）から式（１）を減算してｄｎ，ｋ［ＲＲ１，ＲＲ４］＝δΦ４ｎ，ｋ−δΦ１ｎ，ｋを得ることにより得られ、以下同様である。
【００４８】
[45]ブロック３１４では、二重差計算モジュール１２０は、対内の基準受信機の知られている位置の差に対して二重差を補整する。この補整は、位置の差が衛星への見通し線上に投射される、幾何学的補整プロセスである。（対２７０〜２７２内の）共通の基準受信機２５１の、他の基準受信機２５２〜２５４に対する知られている幾何学的関係性、および、見通し線を規定する単位ベクトルが、プロセスのこのステップで使用される。上記で説明されたように、知られている幾何学的関係性は、第１の基準受信機２５１から第２の基準受信機２５２へのベクトルａ、第１の基準受信機２５１から第３の基準受信機２５３へのベクトルｂ、第１の基準受信機２５１から第４の基準受信機２５４へのベクトルｃ、第２の基準受信機２５２から第４の基準受信機２５４へのベクトルｄ、および第３の基準受信機２５３から第４の基準受信機２５４へのベクトルｅにより指示される。
【００４９】
[46]ブロック３１６では、二重差計算モジュール１２０は、基準受信機の対２７０〜２７０の間の、仰角および方位角依存のアンテナ変動に対して補整する。この実施形態の１つの実装形態では、二重差計算モジュール１２０は、（球面調和関数などの）関数級数を使用して、アンテナの間で、仰角および方位角依存のアンテナ変動に対して補整する。この実施形態の別の実装形態では、二重差計算モジュール１２０は、作表された数および補間を使用して、アンテナの間で、仰角および方位角依存のアンテナ変動に対して補整する。ブロック３１６は随意であり、一部の実施形態では、それぞれの基準受信機対に関連するアンテナの間で、仰角および方位角依存のアンテナ変動に対する補整はない。
【００５０】
[47]ブロック３１８では、二重差計算モジュール１２０は、補整された二重差に関する剰余演算を遂行する。剰余演算は、自然数の波長を減算することにより、マイナス２分の１波長からプラス２分の１波長（±λ／２）の範囲に位相を制限する。
【００５１】
[48]ブロック３２０では、二重差計算モジュール１２０は、対２７０、２７１、および２７２に対する形成された二重差に対して、他の衛星にわたって二重差を平均化する。基準受信機２５１および２５２の第１の対２７０に関する、第１の（モニタされる）衛星２００−１に対する平均化された二重差は、
ｄ１［ＲＲ１，ＲＲ２］＝１／（Ｋ−１）｛ｄ１，２［ＲＲ１，ＲＲ２］＋…＋ｄ１，Ｋ［ＲＲ１，ＲＲ２］｝  （６）
となる。
【００５２】
[49]基準受信機２５１および２５３の第２の対２７１に関する、第１の（モニタされる）衛星２００−１に対する平均化された二重差は、
ｄ１［ＲＲ１，ＲＲ３］＝１／（Ｋ−１）｛ｄ１，２［ＲＲ１，ＲＲ３］＋…＋ｄ１，Ｋ［ＲＲ１，ＲＲ３］｝  （７）
となる。
【００５３】
[50]同様に、基準受信機２５１および２５４の第３の対２７２に関する、第１の（モニタされる）衛星２００−１に対する平均化された二重差は、
ｄ１［ＲＲ１，ＲＲ４］＝１／（Ｋ−１）｛ｄ１，２［ＲＲ１，ＲＲ４］＋…＋ｄ１，Ｋ［ＲＲ１，ＲＲ４］｝  （８）
となり、以下同様である。
【００５４】
[51]２つ以上の衛星２００（１〜Ｎ）がモニタされている場合、基準受信機２５１および２５２の第１の対２７０に対する、第２のモニタされる衛星（衛星２００−２など）に対する平均化された二重差は、本文書を読み理解すれば当業者には理解可能であるように、
ｄ２［ＲＲ１，ＲＲ２］＝１／（Ｋ−１）｛ｄ２，１［ＲＲ１，ＲＲ２］＋ｄ２，３［ＲＲ１，ＲＲ２］＋…＋ｄ２，Ｋ［ＲＲ１，ＲＲ２］｝  （９）
となり、以下同様である。平均化がすべての他のＮ−１個の衛星にわたって遂行される場合、項（Ｎ−１）が、式（６）〜（９）の分母において（Ｋ−１）の代わりとなり、Ｎが、和においてＫの代わりとなる。
【００５５】
[52]この実施形態の１つの実装形態では、式（６）〜（９）での和の成分が、１σ位相ノイズにより重み付けされるものであり、ノイズ成分は、式（６）〜（９）で示されるようにすべてが同じ重みを有するとは限らない。無線周波数信号４５０（１〜Ｎ）での大部分のノイズ誤差は、標準的なマルチパスおよび熱のノイズモデルに基づいて予測され得る。
【００５６】
[53]１つの実施形態では、二重差計算モジュール１２０はさらに、二重差をフィルタリングして、ノイズ内容物を低減する。別の実施形態では、二重差計算モジュールは、補整された二重差を経時的に平均化するようにさらに構成される。さらに別の実施形態では、二重差計算モジュールは、補整された二重差を経時的に平均化することと、二重差をフィルタリングして、ノイズ内容物を低減することとを行うように構成される。
【００５７】
[54]フローは、図３Ａ内のブロック３２０から図３Ｂ内のブロック３２２に進行する。
[55]ブロック３２２では、選択論理１１５は、ブロック３２０で二重差計算モジュール１２０において決定された、平均化された二重差が、基準受信機対２７０〜２７４のいずれか１つに対して（本明細書では、二重差しきい値とも呼ばれる）パリティ使用可能しきい値を上回るかどうかを決定する。この実施形態の１つの実装形態では、二重差しきい値は、測定値が不連続点の近くにあるときは大きい。二重差が、サンプル期間の間に基準受信機２５１〜２５４（図１）において基準受信機対の１つに対して二重差しきい値を上回る場合、選択論理１１５は、パリティテストモジュール１４０に、平均化された補整された二重差を送る。この事例では、フローはブロック３２２からブロック３２４に進行し、基準受信機対に対する平均化された補整された二重差がパリティテストにかけられる。
【００５８】
[56]測定値がブロック３２４でパリティチェックを受けるサンプル期間の間、選択論理１１５は、パリティテストを最初に遂行することなしに勾配推定器モジュール１３０にサンプル期間の間に測定値を出力しない。このように各々のサンプル期間の間、選択論理１１５は、その出力を、パリティテストモジュール１４０に、または勾配推定器モジュール１３０に、いずれかに送出する。
【００５９】
[57]ブロック３２４では、パリティテストがパリティテストモジュール１４０で遂行される。パリティテストモジュール１４０は、少なくとも２つの衛星の中の他の衛星にわたる補整された二重差の平均がパリティ使用可能しきい値を上回るとき、平均化された補整された二重差を入力するように構成される。パリティテストは、すべての測定値の置き換え（＋／−符号変化の組み合わせ）のどれが、最も小さなパリティ、または、パリティしきい値未満であるパリティを有するかを決定する。
【００６０】
[58]パリティ測定値テストは、基準受信機対２７０〜２７４の間の整合しない測定値に対して補正する。例えば、基準受信機対２７０〜２７４のいずれか１つからの測定値が±λ／２の近くにある（すなわち、不連続点の近くにある）場合、基準受信機対２７０〜２７４からの測定値は、相互に相殺する明確な確率を有する。不連続点の近くでの測定値のこの相殺が、し損なわれる検出、または、正しくない再入場につながる。例えば、１つの基準受信機対（例えば２７１）が＋９５ｍｍを測定し、基準受信機対２７３が−９５ｍｍを測定する場合、これらの測定値は、組み合わされるときに相互に「相殺する」。
【００６１】
[59]パリティテストモジュール１４０は、すべての測定値の置き換え（すなわち、＋／−符号変化の組み合わせ）からパリティ（パリティ値）を決定することにより、整合しない測定値に対して検出し補正する。この実施形態の１つの実装形態では、衛星搬送波波長は１９０ｍｍであり、１８０度の角度位相差は「半波長」または「９５ｍｍ」に等しく、二重差しきい値は、プラスもしくはマイナスの「４分の１波長」、または「±４５ｍｍ」である。
【００６２】
[60]測定値パリティは、測定値の冗長性を必要とする。パリティテストモジュール１４０は、４つの基準受信機対２７０〜２７４により提供される６つの測定値を分析する。最小の任意の３つの測定値が、それらがすべての基準受信機対を含むように必要とされる。
【００６３】
[61]この実施形態の１つの実装形態では、すべての６つの利用可能な測定値、すなわち、ベクトルａからｅに沿った測定値に加えて、斜めに布置された対にされた基準受信機２５２および２５３からの測定値がテストされる。この実施形態の別の実装形態では、基準受信機２５１〜２５４に対する（ベクトルａ、ｂ、ｄ、およびｅに沿った）４つの外側の測定値のみがテストされる。この事例では、斜めの基準受信機対２７２、ならびに、他の斜めに布置された対にされた基準受信機２５２および２５３はテストされない。
【００６４】
[62]測定値行列Ｈが、基準受信機２５１〜２５４の知られている幾何学的配置から構築される。適切なパリティ測定値を伴うＨ行列は、式（１０）として下記で示される弁別器Ｈ行列と同様である。
【００６５】
[63]差の測定値に基づいて、パリティ行列Ｖが、パリティ式ＶＨ＝０およびＶＶＴ＝Ｉを満たすように計算される。ベクトルｚは、式（１２）として下記で示されるものと同様のパリティ測定値ベクトルである。パリティ測定値の集合が、性状が良好である（すなわち、不連続点から離れている）とき、Ｖｚは測定値ノイズを除けば０である。パリティテストは、Ｖｚ＜（乗数＊ノイズ）であるかどうかを決定する。例えば、乗数が４でありノイズが６ｍｍである場合、Ｖｚは、測定値が有効であるためには（４＊６＝２４ｍｍ）未満でなければならない。
【００６６】
[64]測定値が、性状が良好でない（すなわち、±λ／２境界での不連続点の近くにある）とき、測定値は、誤った＋／−符号を有する場合がある。このことが、整合しない測定値を生み出す。パリティテストモジュール１４０は、測定値の＋／−符号のすべての置き換えをテストする。３つの測定値に対しては、８つの置き換えが存在する。４つの測定値に対しては、１６個の置き換えが存在する。５つの測定値に対しては、３２個の置き換えが存在する。６つの測定値に対しては、６４個の置き換えが存在する。この実施形態の１つの実装形態では、置き換えの半分は同じパリティ値を有するので、置き換えの半分のみがテストされる。パリティ値が小さくなるほど、その置き換えに関連する測定値はより整合する（良好である）。
【００６７】
[65]ブロック３２６では、平均化された補整された二重差の集合が、基準受信機対のパリティ値に基づいて勾配推定器モジュール１３０でのさらなる処理のためにパリティテストモジュール１４０から出力される。２つ以上の良好な置き換えが存在する可能性がある。この実施形態の１つの実装形態では、小さなパリティ値を伴う２つ以上の良好な置き換えが存在する場合、良好な置き換えであるのに十分に小さなパリティ値を有する基準受信機対からの測定値が、パリティテストモジュール１４０から勾配推定器モジュール１３０に出力される。
【００６８】
[66]この実施形態の別の実装形態では、パリティテストモジュール１４０は、すべての決定されたパリティ値の最も小さなパリティ値を有する基準受信機対に関連する、平均化された補整された二重差の集合を、さらなる処理のために送るように動作可能である。この実施形態のさらに別の実装形態では、パリティテストモジュール１４０は、パリティしきい値未満であるパリティ値を有する基準受信機対に関連する、平均化された補整された二重差を、さらなる処理のために送るように動作可能である。
【００６９】
[67]小さなパリティ値（すなわち、すべての算出されたパリティ値の最も小さなパリティ値）を有する基準受信機対からの測定値が、パリティテストモジュール１４０から勾配推定器モジュール１３０に出力される。勾配推定器モジュール１３０に提供される入力は、最も低いパリティを有する、（剰余演算を含めて）平均化された補整された二重差の集合である。
【００７０】
[68]ブロック３２２で、ブロック３２０で二重差計算モジュール１２０において決定された、平均化された二重差が、基準受信機対２７０〜２７４のいずれの１つに対しても二重差しきい値を上回らないと、選択論理１１５により決定される場合、方法３００のフローは、パリティテストを遂行することなしにブロック３２８に進行する。パリティテストモジュール１４０のパリティチェックなしに（選択論理１１５を介して）二重差計算モジュール１２０から進行することにより、各々のサンプルに対する測定値でのノイズは、障害のない条件の間に同じ＋／−符号を有することを強いられない。
【００７１】
[69]二重差計算モジュール１２０は、勾配推定器モジュール１３０に入力を提供するように通信可能に結合される。勾配推定器モジュール１３０に提供される入力は、（剰余演算を含めて）平均化された補整された二重差である。平均化された補整された二重差は、勾配推定器モジュール１３０で受け入れられる。
【００７２】
[70]ブロック３２８では、勾配推定器モジュール１３０は、各々のサンプルに対して、パリティテストモジュール１４０または二重差計算モジュール１２０のいずれかからの入力に基づいて、モニタされる衛星２００−１と、基準受信機２５１〜２５４の対２７０〜２７２との間の電離層２０内の勾配２２から結果として生じる水平遅延勾配の大きさを推定する。基準受信機２５１〜２５４に対して（すなわち、３つのみの基準受信機に対して）水平遅延勾配を推定するために使用される、地上局９０の処理機能１００内の少なくとも１つのプロセッサ１６０により実行されるアルゴリズムの実施形態が、次に説明される。３つの基準受信機２５１〜２５３の集合が、本明細書では｛ＲＲ１，ＲＲ２，ＲＲ３｝と数学的に表される。座標系（ｘ，ｙ）は、本明細書では水平面とも呼ばれる、地上型システムが設けられる地上局の表面の接平面内にある。第１の基準受信機ＲＲ１は、（ｘ，ｙ）座標系の原点にある。第１の基準受信機ＲＲ１に対して、第２の基準受信機ＲＲ２はａＴ＝（ａｘ，ａｙ）に設けられ、第３の基準受信機ＲＲ３はｂＴ＝（ｂｘ，ｂｙ）に設けられる。位置勾配測定値行列Ｈ（サイズ２×２）は、次式のように表記される。
【００７３】
【数５】
2015203696.tif 000007
【００７４】
[71]各々の受信機からのノイズは、それぞれ｛ＲＲ１，ＲＲ２，ＲＲ３｝に対して｛ｗ１，ｗ２，ｗ３｝と指定される。測定値ノイズベクトルｗ（サイズ２×１）は次式となる。
【００７５】
【数６】
2015203696.tif 000008
【００７６】
[72]測定値ベクトルは、次式であるようなｚ（サイズ２×１）である。
ｚ＝ＨＧ＋ｗ  （１２）
ただし、Ｇ（サイズ２×１）は、（勾配推定器モジュール１３０により測定されることになる）真の過度勾配ベクトルであり、ｚでの平均化された補整された二重差は、メートル単位で以下のようになる。
【００７７】
【数７】
2015203696.tif 000009
【００７８】
ノイズプロセス｛ｗ１，ｗ２，ｗ３｝は、熱および広帯域のノイズ、マルチパスノイズ、（補整後の）残留アンテナ変動、ならびに通常の勾配を含む。接平面（ｘ，ｙ）内の遅延勾配は、ｚでの平均化された補整された二重差に基づいて推定される。ノイズベクトルｗは、相関成分を有する。これに対して、各々の受信機に固有のノイズは、他の基準受信機に対して無相関である。したがって、ノイズの共分散Ｒは次式となる。
【００７９】
【数８】
2015203696.tif 000010
【００８０】
ただし、σｍ２は、第ｍの基準受信機ＲＲｍでの１σノイズ分散である。
[73]ブロック３３０では、勾配推定器モジュール１３０は、推定された勾配
【００８１】
【数９】
2015203696.tif 000011
【００８２】
の少なくとも１つが、選択された勾配しきい値Ｔを上回るかどうかを決定する。選択された勾配しきい値は、メモリ１５０または記憶媒体１７０内に記憶される。選択された勾配しきい値は、そのしきい値がノイズのみにより上回られないように十分高く設定される。ノイズは、異なる方向では異なり得るものであり、このことは、勾配しきい値を設定するときに考慮される。勾配異常が存在するとき、し損なわれる検出の確率ｐｍｄは、非心χ２分布を使用することにより算出され得る。
【００８３】
[74]ブロック３３２では、勾配推定器モジュール１３０は、水平遅延勾配の推定された大きさが、選択された勾配しきい値を上回る場合、警告を発する。警告は、警告信号および／または除外コマンドであり得る。１つの実施形態では、除外コマンドが、水平遅延勾配モニタ９５から地上局ブロードキャスト９２に送出される。別の実施形態では、警告信号が、水平遅延勾配モニタ９５から地上局ブロードキャスト９２に送出される。別の実施形態では、警告信号はさらに、水平遅延勾配モニタ９５から地上局９０に送出され、地上局９０は、警告の発することに基づいて航空交通管制官に警告するためのディスプレイに通信可能に結合される。
【００８４】
[75]ブロック３３４では、地上局９０は、モニタされる衛星の少なくとも１つが、勾配しきい値を上回った推定された勾配を有する場合、ブロードキャストを中止するための、または、通信リンク４１（図１）を介して航空機４０に航法システムデータを提供することから、影響を受けたモニタされる衛星を除外するためのステップをとる。例えば地上局ブロードキャスト９２は、勾配推定器モジュール１３０から出力される除外コマンドを受信し、領域内の航空機４０に対するブロードキャストメッセージを修正して、航空機４０が、勾配異常に遭遇しているモニタされる衛星からの情報を使用することを停止させる。必要であるならば地上局９０は、モニタされる衛星の少なくとも１つが、勾配しきい値を上回った推定された勾配を有する場合、地上局ブロードキャスト９２からのブロードキャストを中止するためのステップをとる。
【００８５】
[76]この実施形態の１つの実装形態では、すべての二重差が、基準受信機２５１〜２５４の視界内のすべての有効な衛星２００（１〜Ｎ）に対して、第１の基準受信機２５１と、すべての他の有効な基準受信機２５２〜２５４との間で形成される。この実施形態の別の実装形態では、二重差が、有効な衛星２００（１〜Ｎ）の集合２００（１〜Ｋ）に対して、第１の基準受信機２５１と、すべての他の有効な基準受信機２５２〜２５４との間で形成されるものであり、ただし、Ｋ≦Ｎである。別の実施形態では、基準受信機２５１〜２５４に送信しているすべての衛星２００（１〜Ｎ）が、モニタされる衛星であり、他の衛星の集合が、モニタされる衛星の各々からの衛星信号においての水平遅延勾配を決定するために、本明細書で説明されるように使用される。さらに別の実施形態では、基準受信機２５１〜２５４に送信しているすべての衛星２００（１〜Ｎ）が、モニタされる衛星であり、他の衛星のすべてが、モニタされる衛星の各々からの衛星信号においての水平遅延勾配を決定するために、本明細書で説明されるように使用される。
【００８６】
[77]１つの実施形態では、二乗ｘ成分および二乗ｙ成分の重み付き組み合わせが形成され、第２の勾配しきい値と比較される。勾配しきい値が１つの衛星（例えば、第ｎの衛星）に対して上回られるが、他の衛星は１つもそれらの第２の勾配しきい値を上回らない場合、異常が第ｎの衛星において検出されたということであり、第ｎの衛星は、航空機に航法データを提供することから除外される。
【００８７】
[78]本明細書で説明されるシステムおよび方法の実施形態は、電離層の電子密度での異常勾配に起因する航空機内の航法システムに対する脅威を低減するために使用され得る。
例示的な実施形態
[79]例１は、衛星信号においての水平遅延勾配をモニタするための処理機能であって、少なくとも３つの基準受信機から少なくとも２つの衛星に対する搬送波位相測定値を受信するように構成される衛星差計算モジュールであって、少なくとも２つの衛星が、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星を含み、少なくとも３つの基準受信機が、相互に対する知られている幾何学的関係性を有し、衛星差計算モジュールが、モニタされる衛星、および、少なくとも１つの他の衛星の少なくとも１つからの信号の間の搬送波位相測定値の差を決定する、衛星差計算モジュール、搬送波位相測定値の差に基づいて、少なくとも３つの基準受信機の１つまたは複数の対の間の二重差を形成することと、対内の基準受信機の知られている位置の差に対して対の間の二重差を補整することと、剰余演算を遂行して、補整された二重差を、マイナス２分の１波長からプラス２分の１波長の範囲に制限することと、モニタされる衛星に対して、少なくとも２つの衛星の中の他の衛星にわたって二重差を平均化することとを行うように構成される二重差計算モジュール、ならびに、少なくとも２つの衛星の中の他の衛星にわたる補整された二重差の平均がパリティ使用可能しきい値を上回るとき、平均化された補整された二重差を入力するように構成されるパリティテストモジュール、ならびに、パリティテストモジュールから入力される、平均化された補整された二重差の集合に基づいて水平遅延勾配の大きさを推定するように構成される勾配推定器モジュールを備える、処理機能を含む。
【００８８】
[80]例２は、基準受信機対に対する平均化された補整された二重差がパリティ使用可能しきい値より大きいかどうかを決定することと、補整された二重差の平均がパリティ使用可能しきい値を上回るとき、パリティテストモジュールに、平均化された補整された二重差を送ることとを行うように構成される選択論理をさらに備える、例１の処理機能を含む。
【００８９】
[81]例３は、パリティテストモジュールが、すべての決定されたパリティ値の最も小さなパリティ値を有する基準受信機対に関連する、平均化された補整された二重差の集合を、さらなる処理のために出力するように動作可能である、例１〜２のいずれかの処理機能を含む。
【００９０】
[82]例４は、パリティテストモジュールが、パリティしきい値未満であるそれぞれの少なくとも１つのパリティ値を有する少なくとも１つの基準受信機対に関連する、平均化された補整された二重差の集合を、さらなる処理のために出力するように動作可能である、例１〜３のいずれかの処理機能を含む。
【００９１】
[83]例５は、二重差計算モジュールが、補整された二重差をフィルタリングして、ノイズ内容物を低減するようにさらに構成される、例１〜４のいずれかの処理機能を含む。
[84]例６は、二重差計算モジュールが、少なくとも３つの基準受信機対にそれぞれ関連するアンテナの間で、仰角および方位角依存のアンテナ変動に対して補整するようにさらに構成される、例１〜５のいずれかの処理機能を含む。
【００９２】
[85]例７は、モニタされる衛星に対する遅延勾配に対してモニタする方法であって、少なくとも３つの基準受信機から搬送波位相測定値を受信するステップであって、少なくとも３つの基準受信機が、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星から無線周波数信号を実質的に同時に受信し、少なくとも３つの基準受信機が、相互に対する知られている幾何学的関係性を有する、受信するステップと、少なくとも３つの基準受信機に対して、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星からの信号の間の搬送波位相測定値の差を決定するステップと、少なくとも３つの基準受信機の対の間の二重差を形成するステップと、対内の基準受信機の知られている位置の差に対して二重差を補整するステップと、補整された二重差に関する剰余演算を遂行して、補整された二重差を、マイナス２分の１波長からプラス２分の１波長の範囲に制限するステップと、少なくとも１つの他の衛星にわたって、補整された二重差を平均化するステップと、平均化された補整された二重差がパリティ使用可能しきい値を上回るとき、パリティテストモジュールに、平均化された補整された二重差を送るステップと、パリティテストモジュールから入力される、平均化された補整された二重差の集合を、勾配推定器モジュールに出力するステップと、平均化された補整された二重差の集合に基づいて水平遅延勾配の大きさを推定するステップとを含む、方法を含む。
【００９３】
[86]例８は、平均化された補整された二重差がパリティ使用可能しきい値を上回るとき、パリティテストモジュールに、平均化された補整された二重差を送るステップが、基準受信機対に対する平均化された補整された二重差がパリティ使用可能しきい値より大きいかどうかを決定するステップを含む、例７の方法を含む。
【００９４】
[87]例９は、すべての決定されたパリティ値の最も小さなパリティ値を有する基準受信機対に関連する、平均化された補整された二重差の集合を、さらなる処理のために出力するステップをさらに含む、例７〜８のいずれかの方法を含む。
【００９５】
[88]例１０は、パリティしきい値未満であるそれぞれの少なくとも１つのパリティ値を有する少なくとも１つの基準受信機対に関連する、平均化された補整された二重差の集合を、さらなる処理のために出力するステップをさらに含む、例７〜８のいずれかの方法を含む。
【００９６】
[89]例１１は、水平遅延勾配の推定された大きさが、選択されたしきい値を上回るかどうかを決定するステップをさらに含む、例７〜１０のいずれかの方法を含む。
[90]例１２は、水平遅延勾配の推定された大きさが、選択された勾配しきい値を上回る場合、航空機に航法システムデータを提供することから、モニタされる衛星を除外するステップをさらに含む、例１１の方法を含む。
【００９７】
[91]例１３は、平均化された補整された二重差をフィルタリングして、ノイズを低減するステップをさらに含む、例７〜１２のいずれかの方法を含む。
[92]例１４は、それぞれの少なくとも３つの基準受信機対に関連するアンテナの間で、仰角および方位角依存のアンテナ変動に対して補整するステップをさらに含む、例７〜１３のいずれかの方法を含む。
【００９８】
[93]例１５は、モニタされる衛星に対する水平遅延勾配に対してモニタするための地上型システムであって、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星から無線周波数信号を実質的に同時に受信するように構成される少なくとも３つの基準受信機であって、相互に対する知られている幾何学的関係性を有する、少なくとも３つの基準受信機、ならびに、少なくとも３つの基準受信機に通信可能に結合される処理機能であって、少なくとも３つの基準受信機から、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星に対する搬送波位相測定値を受信することと、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星から送信され、少なくとも３つの基準受信機で実質的に同時に受信される信号の間の搬送波位相測定値の差を決定することと、搬送波位相測定値の差に基づいて、少なくとも３つの基準受信機の対の間の二重差を形成することと、対内の基準受信機の知られている位置の差に対して二重差を補整することと、剰余演算を遂行して、補整された二重差を、マイナス２分の１波長からプラス２分の１波長の範囲に制限することと、対でのモニタされる衛星に対して、他の衛星にわたって、補整された二重差を平均化することと、補整された二重差の平均がパリティ使用可能しきい値を上回るとき、パリティテストモジュールで、平均化された補整された二重差を入力することと、パリティテストモジュールから入力される、平均化された補整された二重差の集合に基づいて水平遅延勾配の大きさを推定することとを行うように構成される、処理機能を備える、地上型システムを含む。
【００９９】
[94]例１６は、処理機能が、基準受信機対に対する平均化された補整された二重差がパリティ使用可能しきい値より大きいかどうかを決定することと、補整された二重差の平均がパリティ使用可能しきい値を上回るとき、パリティテストモジュールに、平均化された補整された二重差を送ることとを行うようにさらに構成される、例１５の地上型システムを含む。
【０１００】
[95]例１７は、処理機能が、すべての決定されたパリティ値の最も小さなパリティ値を有する基準受信機対に関連する、平均化された補整された二重差の集合を、さらなる処理のために出力するようにさらに構成される、例１５〜１６のいずれかの地上型システムを含む。
【０１０１】
[96]例１８は、処理機能が、パリティしきい値未満であるそれぞれの少なくとも１つのパリティ値を有する少なくとも１つの基準受信機対に関連する、平均化された補整された二重差の集合を、さらなる処理のために出力するようにさらに構成される、例１５〜１６のいずれかの地上型システムを含む。
【０１０２】
[97]例１９は、処理機能が、それぞれの少なくとも３つの基準受信機対に関連するアンテナの間で、仰角および方位角依存のアンテナ変動に対して補整するようにさらに構成される、例１５〜１８のいずれかの地上型システムを含む。
【０１０３】
[98]例２０は、処理機能が、推定された遅延勾配の大きさが、選択された勾配しきい値を上回るとき、警告信号または除外コマンドの少なくとも１つを出力するようにさらに構成される、例１６〜１９のいずれかの地上型システムを含む。
【０１０４】
[99]特定の実施形態が本明細書で例示および説明されたが、同じ目的を実現するように作られる任意の配置構成が、示された特定の実施形態に対して代用され得るということが、当業者により十分認識されよう。本出願は、本発明の任意の改変または変形に及ぶことが意図される。したがって、本発明は、特許請求の範囲およびその等価物のみにより限定されるということが明白に意図される。
【符号の説明】
【０１０５】
２０  電離層
２２  異常遅延勾配、遅延勾配、勾配
４０  航空機
４１  通信リンク
９０  地上局
９２  地上局ブロードキャスト
９５  水平遅延勾配モニタ
１００  処理機能、処理モジュール、処理機能モジュール
１０５  ワイヤレスまたは有線のリンク
１１０  衛星差計算モジュール
１１５  選択論理
１２０  二重差計算モジュール
１３０  勾配推定器モジュール
１４０  パリティテストモジュール
１５０  メモリ
１６０  プロセッサ
１７０  記憶媒体
２００（１〜Ｋ）  集合
２００（１〜Ｎ）  衛星、Ｎ個の衛星、少なくとも２つの衛星
２００（２〜Ｋ）  衛星の集合、Ｋ−１個の他の衛星、少なくとも集合、集合内の他の衛星
２００（２〜Ｎ）  他の衛星
２００−１  モニタされる衛星、第１の衛星、第１の（モニタされる）衛星
２００−２  少なくとも１つの他の衛星、別の衛星、第２の衛星、衛星
２００−３  第３の衛星
２００−ｎ  第ｎの衛星
２５１  基準受信機、第１の基準受信機、少なくとも３つの基準受信機、４つの基準受信機
２５２  基準受信機、第２の基準受信機、少なくとも３つの基準受信機、４つの基準受信機
２５３  基準受信機、第３の基準受信機、少なくとも３つの基準受信機、４つの基準受信機
２５４  基準受信機、第４の基準受信機、少なくとも３つの基準受信機、４つの基準受信機
２６２  アンテナ
２７０  基準受信機対、対、基準受信機の対、第１の対
２７１  基準受信機対、対、基準受信機の対、第２の対
２７２  基準受信機対、対、基準受信機の対、第３の対
２７３  基準受信機対、対、基準受信機の対
２７４  基準受信機対、対、基準受信機の対
３００  方法
４５０（１〜Ｋ）  無線周波数信号
４５０（１〜Ｎ）  無線周波数信号、衛星信号
４５０（２〜Ｋ）  無線周波数信号
４５０−１  信号、無線周波数信号
４５０−２  無線周波数信号
４５０−ｎ  第ｎの衛星無線周波数信号
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【外国語明細書】
2015203696000001.pdf