(57)【要約】【課題】ナビゲーションシステムのシステム時間を決定するための受信機と方法が開示される。【解決手段】実施例の一つにおいて、受信機はベースバンド処理モジュールと計算モジュールを有する。ベースバンド処理モジュールは、ナビゲーションシステムから衛星情報を取得するように構成される。計算モジュールは、衛星情報に基づいて擬似距離を推定し、コードを介して擬似距離を平滑化し、平滑化された擬似距離に基づいて、クロックバイアスとクロックドリフトを計算し、計算されたクロックバイアスとクロックドリフトに基づいて、ナビゲーションシステムのシステム時間を決定するように構成される。【選択図】図１
2015025804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナビゲーションシステムのシステム時間を決定するための受信機であって、
前記ナビゲーションシステムから衛星情報を取得するように構成されるベースバンド処理モジュールと、
前記衛星情報に基づいて擬似距離を推定し、
コードを介して前記擬似距離を平滑化し、
平滑化された擬似距離に基づいて、クロックバイアスとクロックドリフトを計算し、
計算されたクロックバイアスとクロックドリフトに基づいて、前記ナビゲーションシステムの前記システム時間を決定するように構成される計算モジュールと、
を有するナビゲーションシステムのシステム時間を決定するための受信機。
【請求項２】
前記計算モジュールは、
前記衛星情報に含まれる前記擬似距離を平滑化するように構成される擬似距離処理ユニットと、
測位のための１又は２以上の衛星を選択するために、前記ナビゲーションシステムにおいて捕捉された衛星をスクリーニングするように構成されるフィルタユニットと、
１又は２以上の衛星に対応する、１又は２以上の前記平滑化された擬似距離に基づいて、前記受信機の位置及び速度を計算するように構成される計算ユニットと、
１又は２以上の前記平滑化された擬似距離に基づいて、クロックバイアスとクロックドリフトを計算するように構成されるとともに、計算されたクロックバイアスとクロックドリフトに基づいて、前記ナビゲーションシステムの前記システム時間を決定するように構成されるＰＰＳ処理ユニットと、
を有する請求項１に記載の受信機。
【請求項３】
前記ナビゲーションシステムにおいて、衛星から衛星ナビゲーション信号を受信するように構成されるアンテナと、
中間周波数信号を生成するために、前記衛星ナビゲーション信号を処理するように構成されるＲＦ処理ユニットとを有し、
前記ベースバンド処理モジュールはさらに、複数の衛星のうち少なくともいくつかにリソースを割り当て、前記衛星情報を取得するためにリソースを割り当てられた衛星を追跡するように構成され、前記衛星情報は、前記擬似距離と、座標情報と、速度情報と、周波数情報とのうち少なくとも１つを含む、
請求項１に記載の受信機。
【請求項４】
コードはキャリア平滑化コード（Ｃａｒｒｉｅｒ−Ｓｍｏｏｔｈｅｄ−Ｃｏｄｅ：ＣＳＣ）であり、前記平滑化された擬似距離は、
【数１】
2015025804.tif 000022
として計算され、
Ｗは重量を表し、
ｋはｋ番目の時点を表し、
【数２】
2015025804.tif 000023
は、ＣＳＣを介して平滑化した後のｊ番目の衛星の前記擬似距離を表し、
ΔΦjは、ｊ番目の衛星の搬送波位相増分を表す、
請求項１に記載の受信機。
【請求項５】
クロックバイアスは、
【数３】
2015025804.tif 000024
として計算され、
ρi(k)はｋ番目の時点でのｉ番目の衛星の前記擬似距離を表し、
Di(k)は、ｋ番目の時点でのｉ番目の衛星と前記受信機との間の実距離を表し、
Ｉｏｎｏは電離層遅延を表し、
Ｔｒｏｐｏは対流圏遅延を表す、
請求項１に記載の受信機。
【請求項６】
クロックドリフトは、
【数４】
2015025804.tif 000025
として計算され、
jはj番目の衛星を表し、
Ｎは計算に使用される衛星の数を表す、
請求項１に記載の受信機。
【請求項７】
クロックドリフトは、
【数５】
2015025804.tif 000026
によってフィルタリングされ、
iはi番目の時点を表し、
【数６】
2015025804.tif 000027
はi番目の時点でリアルタイムに計算されるクロックドリフトを表し、
Ｍはスライディング時間ウィンドウの長さを表す、
請求項１に記載の受信機。
【請求項８】
クロックバイアスは
【数７】
2015025804.tif 000028
によってフィルタリングされ、
【数８】
2015025804.tif 000029
は、クロックドリフトの推定値を表し、
ｋはｋ番目の時点を表し、
ΔＴは、ｋ−１番目の時点とｋ番目の時点との間の時間差を表し、
Ｗは重量を表す、
請求項１に記載の受信機。
【請求項９】
前記ＰＰＳ処理ユニットはさらに、インパルス信号パルス／秒（Ｐｕｌｓｅ−Ｐｅｒ−Ｓｅｃｏｎｄ：ＰＰＳ）を介してナビゲーションシステム時間を出力し、前記ナビゲーションシステム時間ＰＰＳのための、次の第２境界時間を決定するように構成される、
請求項２に記載の受信機。
【請求項１０】
ナビゲーションシステムのシステム時間を決定するための方法であって、
前記ナビゲーションシステムから衛星情報を取得するステップと、
前記衛星情報に基づいて擬似距離を推定するステップと、
コードを介して前記擬似距離を平滑化するステップと、
平滑化された擬似距離に基づいて、クロックバイアスとクロックドリフトを計算するステップと、
計算されたクロックバイアスとクロックドリフトに基づいて、前記ナビゲーションシステムの前記システム時間を決定するステップと、
を有するナビゲーションシステムのシステム時間を決定するための方法。
【請求項１１】
測位のための１又は２以上の衛星を選択するために、前記ナビゲーションシステムにおいて捕捉された衛星をスクリーニングするステップと、
１又は２以上の衛星に対応する、１又は２以上の前記平滑化された擬似距離に基づいて、受信機の位置及び速度を計算するステップと、
をさらに有する請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナビゲーションシステムにおいて衛星から衛星ナビゲーション信号を受信するステップと、
中間周波数信号を生成するために、前記衛星ナビゲーション信号を処理するステップと、
複数の衛星のうち少なくともいくつかにリソースを割り当てるステップと、
前記衛星情報を取得するためにリソースを割り当てられた衛星を追跡するステップであって、前記衛星情報は、前記擬似距離と、座標情報と、速度情報と、周波数情報とのうち少なくとも１つを含む、ステップ
をさらに有する請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
コードはキャリア平滑化コード（Ｃａｒｒｉｅｒ−Ｓｍｏｏｔｈｅｄ−Ｃｏｄｅ：ＣＳＣ）であり、前記平滑化された擬似距離は、
【数９】
2015025804.tif 000030
として計算され、
Ｗは重量を表し、
ｋはｋ番目の時点を表し、
【数１０】
2015025804.tif 000031
は、ＣＳＣを介して平滑化した後のｊ番目の衛星の前記擬似距離を表し、
ΔΦjは、ｊ番目の衛星の搬送波位相増分を表す、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
クロックバイアスは、
【数１１】
2015025804.tif 000032
として計算され、
ρi(k)はｋ番目の時点でのｉ番目の衛星の前記擬似距離を表し、
Di(k)は、ｋ番目の時点でのｉ番目の衛星と受信機との間の実距離を表し、
Ｉｏｎｏは電離層遅延を表し、
Ｔｒｏｐｏは対流圏遅延を表す、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
クロックドリフトは、
【数１２】
2015025804.tif 000033
として計算され、
jはj番目の衛星を表し、
Ｎは計算に使用される衛星の数を表す、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
クロックドリフトは、
【数１３】
2015025804.tif 000034
によってフィルタリングされ、
iはi番目の時点を表し、
【数１４】
2015025804.tif 000035
はi番目の時点でリアルタイムに計算されるクロックドリフトを表し、
Ｍはスライディング時間ウィンドウの長さを表す、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
クロックバイアスは、
【数１５】
2015025804.tif 000036
によってフィルタリングされ、
【数１６】
2015025804.tif 000037
は、クロックドリフトの推定値を表し、
ｋはｋ番目の時点を表し、
ΔＴは、ｋ−１番目の時点とｋ番目の時点との間の時間差を表し、
Ｗは重量を表す、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
インパルス信号パルス／秒（Ｐｕｌｓｅ−Ｐｅｒ−Ｓｅｃｏｎｄ：ＰＰＳ）を介してナビゲーションシステム時間を出力するステップと、
前記ナビゲーションシステム時間ＰＰＳのための、次の第２境界時間を決定するステップと
をさらに有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
ナビゲーションシステムのシステム時間を決定するための情報を有する、機械が読み取り可能な有形で非一時的記録媒体であって、
前記機械によって読み取られるとき、前記情報は、前記機械に
前記ナビゲーションシステムから衛星情報を取得し、
前記衛星情報に基づいて、擬似距離を推定し、
コードを介して前記擬似距離を平滑化し、かつ
平滑化された擬似距離に基づいて、クロックバイアスとクロックドリフトを計算し、
計算されたクロックバイアスとクロックドリフトに基づいて、前記ナビゲーションシステムの前記システム時間を決定するように実行させる、
記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１３年７月１６日に中国国家知識産権局（ＳＩＰＯ）に出願された、中国特許出願第２０１３１０２９７７１７.２の優先権を主張し、その全体が参照によって本明細書に完全に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、一般に、ナビゲーション技術の分野に関する。具体的には、本開示は、ナビゲーションシステムのシステム時間を決定するための方法及び受信機に関する。
【背景技術】
【０００３】
現在、世界中で衛星ナビゲーションシステムは４組存在する。北斗（コンパス）衛星ナビゲーションシステムと、全地球測位システム（ＧＰＳ）と、Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＧＬＯＮＡＳＳ）衛星ナビゲーションシステムと、ガリレオ衛星ナビゲーションシステムであり、それぞれ中国、米国、ロシア、ヨーロッパによって開発された。北斗衛星ナビゲーションシステムは、中国によって独自開発されるとともに、他の衛星ナビゲーションシステムとは独立して動作することができる。
【０００４】
通常、ナビゲーションシステムの受信機は衛星情報を受信する。衛星情報に基づいて、受信機はユーザの位置及び速度に関連付けられたユーザ情報を計算し、計算されたナビゲーションシステムのシステム時間に基づいて、正確な時間情報を取得できる。ナビゲーションシステムのシステム時間は、非常に正確であるとともに、通常はインパルス信号、パルス／秒（Ｐｕｌｓｅ−Ｐｅｒ−Ｓｅｃｏｎｄ：ＰＰＳ）によって送信される。受信機で検出されるＰＰＳの精度は、受信機の性能の重要な尺度となってきた。精度は、受信機の衛星信号に関する追跡性能及び測位性能に、密接に関係している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の態様に従って、ナビゲーションシステムのシステム時間ＰＰＳの精度を改善するための受信機及び方法が開示される。
【０００６】
一態様では、受信機は計算モジュールを有し、計算モジュールは、衛星情報を受信し、衛星情報に含まれる擬似距離情報を分析し、測位のために１又は２以上の衛星をスクリーニング及び選択し、選択された１又は２以上の衛星に基づいて受信機の位置及び速度を計算し、クロックバイアスのプロセスとクロックのタイミング変動率とに基づいて、ナビゲーションシステムのシステム時間を決定し、ナビゲーションシステム時間に関連付けられたＰＰＳを出力するように構成される。
【０００７】
他の態様では、ナビゲーションシステムのシステム時間ＰＰＳの精度を改善するための方法が開示される。前記方法は、以下のステップを有する。衛星情報が、衛星から受信される。衛星情報に含まれる衛星の擬似距離情報が分析される。測位のための１又は２以上の衛星を選択するために、衛星がスクリーニングされる。選択された１又は２以上の衛星に基づいて、受信機の位置及び速度が計算される。ナビゲーションシステムのシステム時間が、クロックバイアスのプロセスとクロックのタイミング変動率とに基づいて決定され、その結果、ナビゲーションシステム時間に関連付けられたＰＰＳが生成及び出力される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の様々な態様に係る受信機及び方法は、クロックバイアス及びクロックのタイミング変動率を含む計算に基づいて、ナビゲーションシステム時間のより正確な推定を提供することができ、その結果、システムナビゲーション時間ＰＰＳの精度が改善されることができる。
【０００９】
以下の詳細な説明の進行と図面の参照とにより、発明特定事項の実施形態の特徴及び利点が明らかになる。なお、図面中の同様の番号は、同様の部分を示す。これらの例示的な実施形態が、図面の参照とともに詳細に説明される。これらの実施形態は、非限定的な、例示的な実施形態であり、同様の参照番号は、図面中のいくつかの図を通して、同様の構成を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による、例示的な受信機を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による、例示的な計算モジュールを示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による、計算モジュールによって実行される例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による、計算モジュールによって実行される例示的なプロセスの一部を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の一実施形態よる、計算モジュールによって実行される他の例示的なプロセスの一部を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の一実施形態による、計算モジュールによって実行されるさらに他の例示的なプロセスの一部を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで本発明の実施形態が詳細に参照される。これらの実施形態と併せて本発明が説明される一方で、それが本発明をこれらの実施形態に限定することを意図するものではないことが理解される。それどころか、本発明は、代替、修正及び均等なものを包含するものであり、それらは添付の特許請求の範囲によって定義される、本発明の主旨及び範囲内に含まれる。
【００１２】
さらに、以下の本発明の詳細な説明において、多数の特定の詳細が、本発明の完全な理解を提供するために説明される。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細なしに実施されることができることが、当業者によって認識される。他の実施例では、周知の方法、手順、構成要素及び回路は、本発明の態様を不必要に不明瞭にしないために、詳細に説明はされていない。
【００１３】
システムナビゲーション時間ＰＰＳの精度は、ローカルクロック周波数fのエラーとローカルクロック数のエラーとに関係している。ローカルクロック周波数fのエラーは、ローカルクロックバイアスtuのエラーと、ローカルクロック
【数１】
2015025804.tif 000003
（上記記号を以下、「t*u」と表記する。）のタイミング変動率（又は周波数ドリフト）のエラーとによって引き起こされ得る。換言すると、ＰＰＳの精度を改善するためには、ローカルクロックバイアスtuのエラーか、ローカルクロックt*uのタイミング変動率のエラーか、又はローカルクロック数のエラーを削減してもよい。本発明は主に、ＰＰＳの精度改善を実現するために、ローカルクロックバイアスtuのエラー及びローカルクロックt*uのタイミング変動率のエラーの削減に焦点をあてる。簡潔に、以下の説明では、ローカルクロックバイアスtuは、クロックバイアス tuと呼ばれ、ローカルクロックt*uのタイミング変動率（又は周波数ドリフト）は、クロックドリフトt*uと呼ばれ、ローカルクロック周波数fはクロック周波数fと呼ばれる。
【００１４】
クロックバイアスtuは、受信機のローカル時間とナビゲーションシステムのシステム時間との間の差であるため、ナビゲーションシステム時間は、クロックバイアスtuに従って受信機のローカル時間を補正することによって決定されることができる。決定されたナビゲーションシステム時間は、直接ＰＰＳを介して出力されてもよい。クロックバイアスtuの精度は、ナビゲーションシステムにおける衛星の追跡品質に関係する。クロックバイアスtuは、通常、４又は５以上の衛星の擬似距離情報に基づいて計算される。従って、擬似距離のエラーは、クロックバイアスtuの精度に直接影響を与える。
【００１５】
さらに、測位結果のエラーもまた、電離層及び対流圏の領域におけるエラー及び／又は受信機自体での測位方法又は測位ストラテジにおけるエラーによって引き起こされ得る。これらの全ての要因が、クロックバイアスtuの精度に影響を与える。測位のときには、クロック周波数fは、f = f0・(1 + t*u)であり、f0は受信機の基準周波数である。このように、クロックドリフトt*uの精度を増加させることで、クロック周波数fのエラーを削減することができ、それによって、ＰＰＳの精度を向上させる。本発明は、上述のようなＰＰＳのいくつかの主要なエラー源の各々について、それぞれ性能を改善し、それによってＰＰＳの精度を改善することを目的とする。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態による、例示的な受信機を示すブロック図である。図１に示されるように、本実施例における受信機１００は、アンテナ１０１と、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ラジオ周波数）処理ユニット１０２と、ベースバンド処理モジュール１０８と、計算モジュール１０６とを有する。
【００１７】
本実施例では、前記アンテナ１０１は、衛星ナビゲーションシステムにおける複数のナビゲーション衛星から衛星信号を受信する。ＲＦ処理ユニット１０２は、ベースバンド処理モジュール１０８が処理できる中間周波数信号に、受信された信号を変換する。ベースバンド処理モジュール１０８はさらに、捕捉ユニット１０３と、追跡ユニット１０４と、デコーダ１０５とを有する。ベースバンド処理モジュール１０８は、衛星ナビゲーション信号を示す中間周波数信号を受信するとともに、例えば、衛星の可視性、性能、環境等を含む要因に基づいて、衛星にリソースを割り当てる。割り当てられたリソースは、ＣＰＵシステムのリソースのようなソフトウェアリソースと同様に、捕捉チャネルや追跡チャネルのようなハードウェアリソースを含む。捕捉ユニット１０３と追跡ユニット１０４は、リソースが割り当てられた衛星をそれぞれ捕捉及び追跡するとともに、それぞれの測位衛星から捕捉及び追跡された衛星情報に従って、それぞれの測位衛星に対応する各ナビゲーションメッセージを生成する。デコーダ１０５は、ナビゲーションメッセージを受信するとともに、例えば擬似距離、座標情報、速度情報、周波数情報等を含む衛星情報を取得するために、ナビゲーションメッセージを復号する。
【００１８】
前記衛星ナビゲーション信号は、複数のナビゲーションシステムから受信されてもよいことが留意されるべきである。大部分のナビゲーションシステム間の異なる変調方法及び／又は周波数が原因で、ナビゲーションシステムのナビゲーションメッセージは異なるフォーマットを有する。従って、受信機によってサポートされるナビゲーションシステムのカテゴリによって、受信機は、異なるアンテナ、異なるＲＦ信号処理ユニット及び／又は異なるベースバンド処理モジュールを、選択的に有するように設計されることができる。一実施形態では、異なるナビゲーションシステム（例えば、ＢＤ衛星ナビゲーションシステムとＧＰＳ衛星ナビゲーションシステム等）に従って、受信機のアンテナ１０１と、ＲＦ処理ユニット１０２と、ベースバンド処理モジュール１０８との各々が、異なるナビゲーションシステムから、それぞれ衛星ナビゲーション信号を受信及び処理するために、異なるハードウェア構成を有するように設計される。他の実施形態では、異なるナビゲーションシステム（例えば、Ｇｌｏｎａｓｓ衛星ナビゲーションシステムとＧａｌｉｌｅｏ衛星ナビゲーションシステム等）に従って、受信機のアンテナ１０１と、ＲＦ処理ユニット１０２と、ベースバンド処理モジュール１０８との各々が同じハードウェア構成を有するが、ナビゲーションに関する異なる機能を扱う、異なるソフトウェアを備えられることができる。この状況において、受信機は、異なる衛星ナビゲーションシステムから、衛星ナビゲーション信号を同時に受信及び処理することができる。
【００１９】
前記計算モジュール１０６は、例えば擬似距離、座標情報、速度情報、周波数情報等を含む衛星情報を受信して、受信機１００の位置情報及び／又は速度（ｓｐｅｅｄ／ｖｅｌｏｃｉｔｙ）情報を計算する。計算モジュール１０６はまた、受信機１００のローカル時間とナビゲーションシステムのシステム時間との間のクロックバイアスtuを同時に計算することができるとともに、クロックドリフトt*uも同時に計算することができる。計算モジュール１０６が、受信機１００の位置情報及び速度情報を計算した後、計算モジュール１０６は、情報を標準国立海洋電子機器協会（ＮＭＥＡ）信号に変換するとともに、ユーザアプリケーション１０７に信号を送信する。このように、ユーザが受信機１００の位置情報及び速度情報にアクセス及び／又は使用することは便利である。同時に、計算モジュール１０６はまた、より正確なナビゲーションシステム時間を実現することができるとともに、ＰＰＳを介してナビゲーションシステム時間を出力することができる。ナビゲーションシステム時間は、計算されたクロックバイアスtuと計算されたクロックドリフトt*uとに基づいて決定されることができる。本発明は、クロックバイアスtu及びクロックドリフトt*uの計算を説明するための実施例として、主に、単一ナビゲーションシステムを使用する一方で、本発明において開示される方法は、マルチナビゲーションシステムにも同様に適用可能であることが当業者によって理解されることができる。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態による、例示的な計算モジュール１０６を示すブロック図である。一実施形態では、前記計算モジュール１０６は、図１に示される計算モジュール１０６である。図２に示されるように、計算モジュール１０６は、擬似距離処理ユニット２０１と、フィルタユニット２０２と、計算ユニット２０３と、ＰＰＳ処理ユニット２０４とを有する。
【００２１】
本実施例では、擬似距離処理ユニット２０１は、衛星の擬似距離の精度を改善するために、キャリア平滑化コード（Ｃａｒｒｉｅｒ−Ｓｍｏｏｔｈｅｄ−Ｃｏｄｅ：ＣＳＣ）処理を使用する。受信機の位置測定のための式は、以下の通りであってもよい。
【数２】
2015025804.tif 000004
ρjは、いくつかのコードを介して測定された、ｊ番目の衛星から受信機１００の間の擬似距離を表し、(xj, yj, zj)はｊ番目の衛星の位置を表し、(xu, yu, zu)は受信機１００の位置を表し、tuは、受信機とナビゲーションシステムとの間のクロックバイアスを表し、ｃは光の速度を表し、Ｉｏｎｏは電離層遅延を表し、Ｔｒｏｐｏは対流圏遅延を表し、υρは、マルチパス、干渉等に起因するエラーを含む、擬似距離の測定エラーを表す。
【００２２】
式（１）に基づくと、衛星の擬似距離の精度は、クロックバイアスの精度に影響を与える主要因の一つである。受信機の位置及びクロックバイアスtuは、衛星の擬似距離の測定に関連する４つの式に基づいて計算されることができる。衛星の擬似距離の測定に比較的大きなエラーがある場合、クロックバイアスtuの測定にも同様に大きなエラーが存在する。コード観測中の大きなマルチパスエラーは、より小さいマルチパスエラーを有する位相観測に基づいて、例えば、ハッチフィルタ（図２には図示せず）を介して平滑化されてもよい。このように、コード観測中のマルチパスエラーは、実質的に軽減されることができる。受信機の搬送波位相の観測のための式は、以下の通りであってもよい。
【数３】
2015025804.tif 000005
Φjは、ｊ番目の衛星の搬送波位相を表し、λは、搬送波波長を表し、Ｎは、搬送波位相のサイクル数を表し、サイクル数は、全サイクルより小さい値を含み、υΦは、搬送波位相測定のエラーを表す。搬送波位相測定は、受信された衛星の搬送波信号と、受信機内の発振器によって生成される基準搬送波信号との間の位相差を表す。擬似コードによって測定される擬似距離ρと比較して、搬送波位相Φは、マルチパス又は干渉によってより影響を受けにくい。従って、搬送波位相Φは、ＣＳＣによる平滑化を実行するために利用されることができる。
【００２３】
具体的には、ハッチフィルタ（図２には図示せず）は、以下のような平滑化された擬似距離の式を取得するために、擬似距離測定式（１）と搬送波位相観測式（２）との間の関係を利用する。
【数４】
2015025804.tif 000006
Ｗは重量を表し、ｋはｋ番目の時間を表し、
【数５】
2015025804.tif 000007
はＣＳＣを介して平滑化した後のｊ番目の衛星の擬似距離を表し、ΔΦjは、ｊ番目の衛星の搬送波位相の増分を表している。一実施形態では、重量Ｗは０．１である。なお、重量の値が、実際の状況に応じて設定され得ることは、当業者によって理解されることができるとともに、上記の実施例は、本発明を限定するものとしてみなされることはできない。さらに、ＣＳＣは、簡潔にするために本明細書では説明されていない、他のアルゴリズムや処理方法を有してもよい。擬似距離に関する、上述のＣＳＣ処理は、本発明の実施形態であり、本発明を限定するものとしてみなされることはできない。
【００２４】
このように、ＣＳＣによって擬似距離が平滑化された後、衛星の擬似距離の精度は改善され、一方で測位の精度も同様に改善される。擬似距離処理ユニット２０１は、より正確な衛星の擬似距離値を取得するために、擬似距離上のＣＳＣ平滑化を実行する。一実施形態では、ＣＳＣによって平滑化された擬似距離に基づいて、クロックバイアスtuは、上述の連立方程式を直接解くことによって、計算されることができる。この方法で計算されるクロックバイアスtuは、従来の方法で計算されるものと比較して、より正確である。このように、クロックバイアスtuの精度は、間接的に改善される。スクリーニングユニット２０２は、衛星信号の全体的な環境に加えて、主に、衛星の強度と、標高と、衛星追跡品質と、種類とに基づいて、捕捉及び追跡された衛星をスクリーニング及びフィルタリングするように構成される。スクリーニングユニット２０２はまた、フィルタリング又は選択された特定の衛星に基づいて、受信機１００の位置及び速度を計算する。衛星をスクリーニング及びフィルタリングする具体的な方法は、当業者にはよく知られているため、簡潔にするために本明細書では言及されない。
【００２５】
前記フィルタユニット２０２は、計算のための１又は２以上の衛星を決定するように構成される。計算ユニット２０３は、１又は２以上の衛星に対応する、擬似距離処理ユニット２０１によって取得される擬似距離値と、衛星の周波数情報とに基づいて、受信機１００の計算された位置及び速度を取得する。一実施形態では、ＧＰ１〜ＧＰ４は、ＧＰＳシステムにおいて衛星をフィルタリングした後の、位置座標が（x1, y1, z1）〜（x4, y4, z4）の、４つの選択されたＧＰＳ衛星であり、受信機の位置座標は、（xu, yu, zu）である。４つの式は、４つのＧＰＳ衛星の位置及び擬似距離に基づいて取得されることができる。受信機１００に関連する、位置座標（xu, yu, zu）とクロックバイアスtuは、４つの式を解くことによって取得されることができる。さらに、受信機１００に関連する速度とクロックドリフトt*uはまた、当業者に知られた技術に基づいて計算されることができ、前記技術は本明細書では詳細に説明されない。
【００２６】
前記計算ユニット２０３が、受信機１００の位置及び速度を計算した後、計算ユニット２０３はまた、ＣＳＣ平滑化された擬似距離に基づいて、クロックバイアスtuとクロックドリフトt*uを取得することができる。ナビゲーションシステム時間は、クロックバイアスtuに基づいて直接計算されることができるとともに、クロックドリフトt*uは本方法で計算されることができる。一実施形態では、上記の方法に加えて、クロックバイアスtu及びクロックドリフトt*uは、より正確なナビゲーションシステム時間を取得するために、ＰＰＳ処理ユニット２０４を通して計算されることができる。クロックバイアスtu及びクロックドリフトt*uを計算するためのプロセスは、以下の実施形態で詳細に説明される。
【００２７】
図３は、本発明の一実施形態による、例えば図１に示される計算モジュール１０６のような、計算モジュール１０６によって実行される、クロックバイアスtu及びクロックドリフトt*uを計算するための例示的なプロセス３００を示すフローチャートである。図３は、図２と併せて説明される。図３に示されるように、本実施形態における例示的なプロセス３００は、以下のステップを有する。
【００２８】
Ｓ３１０では、擬似距離と周波数に関する衛星情報が受信され、受信された擬似距離上でＣＳＣ平滑化を実行することによって、より正確な擬似距離の値が取得され、プロセスはＳ３２０に進む。
【００２９】
Ｓ３２０では、衛星の受信機は追跡および捕捉された衛星をスクリーニング及びフィルタリングし、プロセスはＳ３３０に進む。
【００３０】
Ｓ３３０では、フィルタリングされた衛星の擬似距離及び周波数に関する情報に基づいて、受信機の位置及び速度が計算され、プロセスはＳ３４０に進む。
【００３１】
Ｓ３４０では、クロックバイアスtu及びクロックドリフトt*uがナビゲーションシステム時間を計算するために分析され、その結果、ナビゲーションシステム時間はＰＰＳを介して出力されることができる。
【００３２】
Ｓ３４０でのプロセスは、図４に示されるようなＳ４１０〜Ｓ４３０を通して実現されてもよい。図４に示されるように、Ｓ４１０でクロックドリフトt*uが最初に分析される。Ｓ４１０でのプロセスは、図５に示されるようなＳ５１０〜Ｓ５３０を通して実現されてもよい。
【００３３】
図５に示されるように、Ｓ５１０では、クロックドリフトt*uの計算のために、衛星がスクリーニング及び選択される。取得された衛星信号の強度は、クロックドリフトt*uの精度に影響を与えるため、実際には、衛星信号の強度が、選択のための一つの指標として利用されてもよい。一実施形態では、全ての捕捉された衛星信号の強度を平均することによって、平均信号強度が最初に決定される。衛星からの信号が、平均信号強度よりも高い場合、その衛星が選択される。そうでない場合、その衛星は選択されない。衛星をスクリーニングするための方法が周知であることは当業者によって理解されることができる。上述の強度に基づく方法は、周知のスクリーニング方法の一つであり、本発明を限定するものとしてみなされることはできない。
【００３４】
Ｓ５２０では、クロックドリフトt*uが計算される。クロックドリフトt*uのような周波数ドリフトは、デバイス（例えば、受信機）自身によって引き起こされるため、クロックドリフトt*uの値は、速度情報に基づいて取得されてもよい。一実施形態では、比較的正確な速度が知られている場合、受信機のクロックドリフトt*uはまた、以下のように計算されることができる。ＰＰＳは、典型的には、受信機の正確な速度（ｖｅｌｏｃｉｔｙ又はｓｐｅｅｄ）が0である、静的なシナリオにおいて適用される。高精度条件を持つ他のシナリオでは、受信機の正確な速度は、いくつかの速度測定装置によって取得されることができる。衛星速度に基づいて、衛星から受信機への周波数のより正確な計算を実現できる。
【数６】
2015025804.tif 000008
fTjは、衛星送信信号の周波数を表し、ajは受信機から衛星へ向けられた直線に沿った単位ベクトルを表し、vjは衛星の速度を表し、
【数７】
2015025804.tif 000009
は、受信機の速度を表す。
【００３５】
受信機によって測定される周波数fjは、クロックドリフトt*uを含み、すなわち、
【数８】
2015025804.tif 000010
である。
【００３６】
式（５）に基づいて実現されてもよい。
【数９】
2015025804.tif 000011
【００３７】
式（６）が、単一衛星に基づいて計算されるクロックドリフトt*uを表す一方で、実際にはクロックドリフトt*uの平均は、良質な衛星追跡に選択される複数の衛星に基づいて計算されてもよく、以下の式を使用して計算される。
【数１０】
2015025804.tif 000012
ｊはｊ番目の衛星を表し、Ｎは計算に使用される衛星の数を表す。このように、クロックドリフトの計算の精度は、上記の方法によって改善されることができる。一実施例では、本方法によって計算されるクロックドリフトは、ナビゲーションシステム時間を計算するために直接使用されてもよい。他の実施例では、本方法によって計算されるクロックドリフトは、より正確なクロックドリフトを取得するためにフィルタリングされてもよい。
【００３８】
Ｓ５３０では、計算されたクロックドリフトがフィルタリングされる。ローカルクロックドリフトはデバイス特性によって決定されるため、クロックドリフトt*uは、異なるデバイス特性に基づいて、リアルタイムでフィルタリング又は適合されることができる。一般的な移動平均フィルタが使用される。
【数１１】
2015025804.tif 000013
ｉはｉ番目の時点を表し、t*u(i)はｉ番目の時点でリアルタイムに計算されるクロックドリフトを表し、Ｍはスライディング時間ウィンドウの長さを表し、スライディング時間ウィンドウの長さは、異なるデバイス特性に基づいて、異なってもよい。
【００３９】
クロックドリフトがフィルタリングされるとき、式（８）におけるクロックドリフトt*u(i)は、Ｓ５２０での方法又は通常の方法によって計算されてもよい。一実施形態では、式（８）におけるクロックドリフトt*u(i)は、より高精度のクロックドリフトを実現するために、Ｓ５２０での方法によって計算される。
【００４０】
Ｓ４２０では、クロックバイアスtuが分析される。上述のように、従来の方法と比較すると、ＣＳＣによる平滑化によって、より正確な擬似距離測定が得られる。擬似距離の精度を向上させる以外に、クロックバイアスtuの精度もまた、図６において示される以下の方法によって改善されることができる。具体的には、図６に示されるような、Ｓ６１０〜Ｓ６３０を通して、Ｓ４２０での処理が実現されることができる。
【００４１】
図６に示されるように、Ｓ６１０では、クロックバイアスの計算に加わるために、衛星はスクリーニング及び選択される。ここで、衛星は、擬似距離の品質、信号強度、衛星仰角、ループ追跡品質等に基づいて、スクリーニング及び選択される。Ｓ６２０では、クロックバイアスが計算される。クロックバイアスの計算のための衛星が決定した後、クロックバイアスの推定は以下のように表されることができる。
【数１２】
2015025804.tif 000014
ρi(k)は、ｋ番目の時点でのｉ番目の衛星の擬似距離を表し、Di(k)は、ｋ番目の時点でのｉ番目の衛星と受信機との間の実距離を表し、Ｉｏｎｏは電離層遅延を表し、Ｔｒｏｐｏは対流圏遅延を表す。Di(k)のための詳細な計算は、当業者にはよく知られており、簡潔にするために、ここでは記載されない。本発明の一実施形態では、Di(k)は、地球の自転の影響を考慮して計算される。
【００４２】
一実施形態では、前記受信機は静止しているとともに、受信機の静止位置は、受信機の静止位置の精度を改善するために静的モデルを用いてモデル化されることができ、それによって、Di(k)の精度が改善する。Di(k)を取得するための本発明における方法はまた、受信機の正確な位置を示す外部からの入力に対するサポートを含む。さらに、式（９）におけるρi(k)が、ＣＳＣ平滑化された擬似距離
【数１３】
2015025804.tif 000015
によって置き換えられる場合、クロックバイアスの精度はさらに改善されることができる。クロックドリフトと同様に、式（９）に基づいて計算されるクロックバイアスは、ナビゲーションシステム時間を計算するために直接使用されることができる。又は、計算されたクロックバイアスはより正確なクロックバイアスを取得するためにフィルタリングされることができる。
【００４３】
Ｓ６３０では、クロックバイアスがフィルタリングされる。本発明の様々な実施形態によると、フィルタは加重和であってもよい。このフィルタリング方法に基づいて、クロックバイアスの推定は、以下のように表されてもよい。
【数１４】
2015025804.tif 000016
【数１５】
2015025804.tif 000017
は、クロックドリフトの推定値を表し、前記推定値は、フィルタリング後の、図５におけるＳ５３０からの値であってもよく、ｋはｋ番目の時点を表し、ΔＴは、ｋ−１番目の時点とｋ番目の時点との間の時間差を表し、Ｗは重量を表す。フィルタリングされたクロックバイアスは、従来の方法によって計算されるか、ＣＳＣ平滑化の後に計算されるか又は以下の式（９）によって計算されてもよい。クロックバイアスをフィルタリングすることがまた、クロックバイアスの精度を改善することもできる。
【００４４】
Ｓ４３０では、ナビゲーションシステム時間ＰＰＳの境界情報（毎秒）が計算される。上述のように、ナビゲーションシステム時間は、決定されたクロックバイアス及びクロックドリフトに基づいて、受信機のローカルクロックを補正することによって取得されることができる。一実施形態では、受信機でのローカル時間は、
【数１６】
2015025804.tif 000018
であると想定され、ローカル時間クロック数はNrであり、クロック周波数はfであり、ナビゲーションシステム時間はTrである。その後、以下のような関係が存在する。
【数１７】
2015025804.tif 000019
f = f0・(1 + t*u)であり、f0は受信機の基準周波数であるため、ナビゲーションシステム時間ＰＰＳのための次の第２境界時間は、
【数１８】
2015025804.tif 000020
であり、floor(Tr)はTr以下の最大の整数を表す。ＰＰＳの次の第２境界に対応するローカルクロック数は、
【数１９】
2015025804.tif 000021
である。ローカルクロック数が、Nppsに達すると、受信機は第２境界を決定及び出力することができ、すなわち、構成されたフォーマットに従って、ＰＰＳを出力する。
【００４５】
クロックバイアスとクロックドリフトを計算する上記の方法が、相互に矛盾しないことが留意されるべきである。クロックバイアス又はクロックドリフトの精度を改善するための上述の方法のそれぞれは、独立して適用されることができ、又は共に重畳されても良い。例示的な試験では、上述の方法の重畳が、最高のパフォーマンスを達成することができる。
【００４６】
さらに、本発明の実施形態は、デュアルモードの受信機だけでなく、シングルモードの受信機にも適用可能である。本発明の実施形態は、ＧＰＳ受信機とＢＤ受信機だけでなく、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機とＧａｌｉｌｅｏ受信機にも適用可能である。
【００４７】
当業者は、上述の実施形態における全てのプロセス又は一部のプロセスの実施が、関連するハードウェアに命令するコンピュータプログラムによって実行されることができることを理解できる。前記プログラムは、コンピュータ可読記憶媒体において格納されてもよく、実行時のプログラムは、上記の実施形態で説明された方法を含んでも良い。これらの間で、記憶媒体は、磁気ディスク、光ディスク、メモリ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）又はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等であってもよい。
【００４８】
上記の説明及び図面が本発明の実施形態を表す一方で、様々な追加、修正及び置換が、添付の特許請求の範囲において定義される本発明の原理の主旨及び範囲から逸脱することなく、その中で実施され得ることが理解される。当業者は、本発明は、形状、構成、配置、比率、材料、要素及び構成要素の多くの修正とともに使用されてもよく、そうでなければ、本発明の実施において使用されてもよく、前記修正は、本発明の主旨から逸脱することなく、特定の環境及び動作要件に特に適合されることを理解する。ここに開示される実施形態は、従って、全ての点で、例示的であって限定的でない、添付の特許請求の範囲及びその法的に均等なものによって示される発明の範囲としてみなされるべきであるとともに、上記の説明に限定はされない。
【符号の説明】
【００４９】
１０１  アンテナ
１０２  ＲＦ処理ユニット
１０３  捕捉ユニット
１０４  追跡ユニット
１０５  デコーダ
１０６  計算モジュール
１０７  ユーザアプリケーション
１０８  ベースバンド処理モジュール
２０１  擬似距離処理ユニット
２０２  フィルタユニット
２０３  計算ユニット
２０４  ＰＰＳ処理ユニット
【図１】
2015025804.tif 000038
【図２】
2015025804.tif 000039
【図３】
2015025804.tif 000040
【図４】
2015025804.tif 000041
【図５】
2015025804.tif 000042
【図６】
2015025804.tif 000043
【外国語明細書】
2015025804000001.pdf