(57)【要約】  基準局と連動する主受信機とユーザと連動する副受信機との間の相対位置ベクトルを判定する方法及びシステムを提供する。本方法及びシステムは、複数の衛星から受信した信号に応じて基準局において基準局の位置を判定し、ユーザにおいて得られた測定値と基準局において計算した誤差補正値とに基づいて、ユーザにおいてユーザの位置を判定し、基準局の位置及びユーザの位置の差を取ることによって、相対位置ベクトルを計算する。
2008508515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１物体を、第２物体を基準にして誘導する方法であって、
複数の衛星から前記第１物体において受信した信号に応じて、キャリア位相測定値集合を得るステップと、
前記第２物体において計算された補正値を用いて、前記キャリア位相測定値集合を補正するステップと、
前記補正したキャリア位相測定値集合を用いて、前記第１物体に対する位置補正値を決定するステップと
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、該方法は更に、前記第１物体の補正位置を得るために、前記第１物体の計算位置に前記位置補正値を加算するステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、該方法は更に、前記第１物体において前記複数の衛星から得られた前記キャリア位相測定値の一連の変化を用いて、前記第１物体に対する位置更新値を計算するステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、前記キャリア位相測定値の変化は、屈折補正されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、前記位置補正値を決定するステップは、前記キャリア位相測定値における整数曖昧さを解明するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、前記第２物体は移動物体であることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、該方法は更に、
前記第２物体から、当該第２物体の計算位置を受信するステップと、
前記第１物体の計算位置と前記第２物体の計算位置との間のベクトル差を計算するステップと
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項８】
基準局が測定補正値を少なくとも１つの航行物体に供給する方法であって、
複数の衛星からの信号に基づいて、前記基準局においてコード及びキャリア位相測定値を得るステップと、
前記コード及びキャリア位相測定値に対応するキャリア平滑コード測定値を形成するステップと、
前記キャリア平滑コード測定値を用いて、前記基準局の位置を判定するステップと、
前記基準局と前記複数の衛星の各々との間の理論的標的間距離を、前記基準局の位置を用いて計算するステップと、
前記理論的標的間距離を用いて、測定補正値を計算するステップと、
前記測定補正値を、少なくとも１つの航行物体に送信するステップと
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、前記コード及びキャリア位相測定値は、広域又は大域ナビゲーション・システムが供給する測定補正値を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８記載の方法において、前記キャリア平滑コード測定値は、広域又は大域ナビゲーション・システムが供給する測定補正値を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
移動基準局を備えている衛星ナビゲーション・システムにおいて、前記移動基準局の位置に対する前記衛星ナビゲーション・システムのユーザの位置を判定する方法であって、
前記移動基準局において複数の衛星から受信した信号に基づいて、前記移動基準局の位置を判定するステップと、
前記ユーザが前記複数の衛星から受信した信号に応じて前記ユーザにおいて得られた測定値、及び前記移動基準局から受信した測定値に対する補正値に基づいて、前記ユーザの位置を判定するステップと、
前記ユーザの位置と前記移動基準局との間のベクトル差を計算するステップと
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、前記ベクトル差は、ユーザにおいて計算されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の方法において、前記ベクトル差は、前記移動基準局において計算されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の方法において、前記ユーザからの前記ユーザの位置と前記移動基準局からの前記移動基準局の位置とを受信する別個のデータ処理システムにおいて、前記ベクトル差が計算されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１１記載の方法において、前記基準局の位置を判定するステップは、前記複数の衛星からの信号に応じて、前記基準局において得られたキャリア位相測定値の変化に基づいて、前記基準局の位置変化を判定するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１１記載の方法において、前記ユーザの位置を判定するステップは、前記複数の衛星からの信号に応じて、前記ユーザにおいて得られたキャリア位相測定値の変化に基づいて、前記ユーザの位置変化を反転するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
衛星ナビゲーション・システムであって、
基準サブシステムであって、
複数の衛星から前記基準サブシステムが受信した信号に応じて、第１衛星標的間距離測定値を得て、
前記第１衛星標的間距離測定値に応じて、前記基準サブシステムに関連付けられた基準位置を判定し、
前記第１衛星標的間距離測定値に対する誤差補正値であって、キャリア位相測定値に対する誤差補正値を含む誤差補正値を計算する
ように構成されている基準サブシステムと、
ユーザ・サブシステムであって、
前記基準サブシステムから前記誤差補正値を受信し、
前記複数の衛星から前記ユーザ・サブシステムが受信した信号に応じて、第２衛星標的間距離測定値を得て、該第２衛星標的間距離測定値がキャリア位相測定値を含み、
前記誤差補正値を用いて前記第２衛星標的間距離測定値を調節し、
前記調節した第２衛星標的間距離測定値に基づいてユーザ位置を判定する
ように構成されているユーザ・サブシステムと
を備えており、
前記ユーザ位置と前記基準位置との差を取ることによって相対位置ベクトルを判定することを特徴とする衛星ナビゲーション・システム
【請求項１８】
プロセッサによって実行されると、該プロセッサに、第１物体を第２物体を基準に誘導する方法を実行させるコンピュータ読み取り可能命令が格納されているコンピュータ読み取り可能記憶媒体であって、前記命令は、
複数の衛星から前記第１物体において受信した信号に応じて、キャリア位相測定値集合を得る命令と、
前記第２物体において計算した補正値を用いて、前記キャリア位相測定値集合を補正する命令と、
前記補正したキャリア位相測定値集合を用いて、前記第１物体に対する位置補正値を決定する命令と
を備えていることを特徴とするコンピュータ読み取り可能記憶媒体。
【請求項１９】
請求項１８記載のコンピュータ読み取り可能記憶媒体において、前記命令は更に、前記第１物体の補正位置を得るために、前記第１物体の計算位置に前記位置補正値を加算する命令を備えていることを特徴とするコンピュータ読み取り可能記憶媒体。
【請求項２０】
請求項１９記載コンピュータ読み取り可能記憶媒体において、前記命令は更に、前記第１物体において前記複数の衛星から得た前記キャリア位相測定値の連続変化を用いて、前記第１物体に対する位置更新値を計算する命令を備えていることを特徴とするコンピュータ読み取り可能記憶媒体。
【請求項２１】
プロセッサによって実行されると、該プロセッサに、基準局が測定補正値を少なくとも１つの航行物体に供給する方法を実行させるコンピュータ読み取り可能命令が格納されているコンピュータ読み取り可能記憶媒体であって、前記命令は、
複数の衛星からの信号にしたがって、前記基準局においてコード及びキャリア位相測定値を得る命令と、
前記コード及びキャリア位相測定値に対応するキャリア平滑コード測定値を形成する命令と、
前記キャリア平滑コード測定値を用いて、前記基準局の位置を判定する命令と、
前記基準局と前記複数の衛星の各々との間の理論的標的間距離を、前記基準局の位置を用いて計算す命令と、
前記理論的標的間距離を用いて、測定補正値を計算する命令と、
前記測定補正値を、少なくとも１つの航行物体に送信する命令と、
を備えていることを特徴とする方法コンピュータ読み取り可能記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、衛星測地技術に関し、更に特定すれば、静止又は移動基準受信機によるリアル・タイム力学的測地方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）は、宇宙にある衛星を用いて、地球上にある物体の位置を突き止める。ＧＰＳでは、衛星からの信号がＧＰＳ受信機に到達し、当該ＧＰＳ受信機の位置を判定するために用いられる。現在、民生用ＧＰＳ受信機には、固定ＧＰＳ衛星信号を用いた、各相関チャネル(correlator channel)に対応する２種類のＧＰＳ測定が利用可能となっている。これら２種類のＧＰＳ測定は、それぞれ、周波数が１．５７５４ＧＨｚ及び１．２２７６ＧＨｚ、又は波長が０．１９０３ｍ及び０．２４４２ｍであり、２つのキャリア信号Ｌ１及びＬ２に対する疑似標的間距離(pseudorange)、及びキャリア位相である。疑似標的間距離（又はコード測定）は、基本的なＧＰＳオブザーバブル(observable)であり、全ての種類のＧＰＳ受信機が行うことができる。これは、キャリア信号上に変調されたＣ／Ａ又はＰコードを利用する。測定は、関連するコードが衛星から受信機まで移動するのに要する見かけ上の時間、即ち、受信機クロックによる信号が受信機に到達した時刻から、衛星クロックによる信号が衛星から出射した時刻を減算した値を記録する。キャリア位相測定は、受信機に到達した際の信号の再現キャリアを積分することによって得られる。したがって、キャリア位相測定は、衛星クロックによる信号が衛星を出射した時刻と、受信機クロックによる信号が受信機に到達した時刻とによって決定される遷移時間差の尺度でもある。しかしながら、衛星と受信機との間の遷移における全サイクルの初期数は、受信機が信号のキャリア位相を追跡し始めるときには通常分かっていないので、遷移時間差は、多数のキャリア・サイクルだけ誤差を生ずる場合がある。即ち、キャリア位相測定には、全サイクル曖昧さ(whole-cycle ambiguity)がある。
【０００３】
利用可能なＧＰＳ測定では、ＧＰＳ受信機と多数の衛星の各々との間の標的間距離即ち距離を計算する際、信号の移動時間に光速を乗算する。これらの標的間距離は、通常、疑似標的間距離（偽標的間距離）と呼ばれる。何故なら、受信機クロックは一般に大きな時間誤差を有し、測定した標的間距離において共通の偏倚を生ずるからである。受信機クロックの誤差によるこの共通偏倚は、通常のナビゲーション計算の一部として、受信機の位置座標と共に解明される。種々のその他の要因も、計算された標的間距離における誤差又はノイズを招く可能性があり、エフェメリス誤差(ephemeris error)、衛星クロック・タイミング誤差、大気効果、受信機ノイズ、及びマルチパス誤差が含まれる。単体ＧＰＳナビゲーションでは、ＧＰＳ受信機を所有するユーザが、いずれの基準局も参照せずに、視野内にある複数の衛星に関するコード及び／又はキャリア位相標的間距離を得るが、ユーザが標的間距離における誤差又はノイズを低減する方法は、非常に限定されている。
【０００４】
これらの誤差を解消又は低減するには、通例、ＧＰＳ用途において差動動作が用いられる。差動ＧＰＳ（ＤＰＧＳ）動作は、通例、基地基準ＧＰＳ受信機、ユーザ（又はナビゲーション）ＧＰＳ受信機、及びユーザと基準受信機との間のデータ・リンクを必要とする。基準受信機は既知の場所に置かれ、そこで得られる測定値をユーザ受信機に供給する。基準局及びユーザ受信機において取り込んだ測定値の差を取ることによって、計算した標的間距離における誤差又はノイズの殆どを解消するか、又は大幅に低減することができる。キャリア位相測定値を用いる差動動作のことを、リアル・タイム力学的（ＲＴＫ）測地／ナビゲーション動作と呼ぶことが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
差動ＧＰＳ（ＤＧＰＳ）の基礎的概念は、ＧＰＳ測定値に内在する誤差の空間及び時間的相関を利用して、これらの誤差要因から生ずる疑似標的間距離及び／又はキャリア位相測定値におけるノイズの要因を相殺することである。基準及びユーザ受信機間の距離がある限度以内にある場合、キャリア位相差動即ちＲＴＫ技法は、測地及びナビゲーションの目的に利用可能な最も高精度の技法である。しかしながら、基準及びユーザ受信機間の距離が長くなり過ぎると、誤差要因の相関が縮小し、ＲＴＫ技法の精度は低下する。
【０００６】
広範囲の動作のために、種々の地域的、広域的、又は大域的ＤＧＰＳ（以後広域ＤＧＰＳ又はＷＡＤＧＰＳと呼ぶ）技法が開発されている。ＷＡＤＧＰＳシステムは、計算センタ即ちハブと通信する、多数の基準局のネットワークを含む。誤差補正は、ハブにおいて、基準局の既知の場所、及びそれらが行う測定に基づいて計算される。計算した誤差補正値は、次いで、衛星、電話機、又は無線機のようなデータ・リンクを通じて、ユーザに送信される。ＷＡＤＧＰＳシステムの精度は、多数の基準局を用いることによって向上するが、ローカルＲＴＫシステムの精度と合わせることができなかった。ローカルＲＴＫシステムは、基準及びユーザ受信機間の分離距離が十分に短い限り、１センチメートル程度の精度に達することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態による方法及びシステムは、（１）複数の衛星から受信した信号に応じて基準局において基準局の位置を判定し、（２）ユーザにおいて得られた測定値と基準局において計算した誤差補正値とに基づいて、ユーザにおいてユーザの位置を判定し、（３）基準局の位置及びユーザの位置の差を取ることによって、相対位置ベクトルを計算することによって、基準局と連動する主受信機とユーザと連動する副受信機との間の相対位置ベクトルを判定する。相対位置ベクトルは、基準局、ユーザ、又は基準局から基準局の位置を受信し、ユーザからユーザの位置を受信する別個のデータ処理システムにおいて計算することができる。以下の論述では、基準局の位置を「基準位置」と呼ぶ場合もある。同様に、ユーザの位置を「ユーザ位置」と呼ぶ場合もある。
【０００８】
本発明の一実施形態では、基準局又はユーザにおいてそれぞれ得られるキャリア位相測定値の連続変化を用いて、基準局又はユーザの位置を高レートで更新する。基準局又はユーザにおいて同時低レート・プロセスも実行し、高レートで生成したそれぞれの位置更新値に対して周期的な位置補正値を供給する。相対位置ベクトルは、高レート又は低レートのいずれでも、あるいは計算に必要なユーザ及び基準位置双方の入手可能性に応じて、その他のいずれかのレートでも計算することができる。
【０００９】
基準局において、キャリア平滑コード測定値を形成し、キャリア平滑コード測定値を用いて、基準局の推定位置に対する補正値を計算し、基準局から複数の衛星の各々までの理論的標的間距離を計算し、理論的標的間距離に基づいて誤差補正値を計算することによって、測定値に対する誤差補正値を計算する。誤差補正値は、ユーザ及び基準局間にあるデータ・リンクを通じて、基準局からユーザに送信される。
【００１０】
基準局において誤差補正値及び基準位置を計算することにより、本発明は、基準及びユーザ受信機間において必要な情報転送を最少に抑える。また、基準及びユーザ受信機間における通信負荷の増大を最少にして、高レートの位置出力を可能にする。更に、本発明は、基準受信機とユーザ受信機との間に必要な計算を自然な状態で分散し、計算負荷が基準又はユーザ受信機にいずれにおいても過剰とならないようにする。その上、本発明は、ユーザが基準受信機からの同期データを用いる必要性をなくすことにより、ユーザ位置更新値を出力する際のレイテンシを最小限に抑える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
同じ精度を維持しつつ、従来のＲＴＫシステムの欠陥を克服するために、移動基準局の概念が開発されつつある。しかしながら、移動基準局を採用した従来の技法は、全て、ユーザ受信機と移動基準局との間のキャリア位相測定値の差を形成し、ユーザ受信機と移動基準局との間の分離ベクトルを直接解くことを必要とする。また、文献には、多数のビヒクルの相対ナビゲーションの技法も記載されている。しかしながら、これらの技法は、通例、共通の静止基準地を採用している。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態によるナビゲーション・プロセスを実行することができる衛星ナビゲーション・システム１００を示す。図１に示すように、システム１００は、移動又は静止物体１１０Ａに付随するユーザ・サブシステム１１０と、移動又は静止物体１２０Ａに付随する基準サブシステム１２０とを含む。ユーザ・サブシステム１１０及び基準サブシステム１２０は、互いにデータ・リンクを通じて通信するように結合されており、無線周波数信号のような機構を用いて、２つのサブシステム１１０及び１２０間でデータを転送することが可能となっている。また、基準サブシステム１２０は、データ・リンク１２３を通じてローカル静止基準局１３０にリンクしてもよい。ローカル静止基準局１３０は、大域又は広域衛星ナビゲーション・ネットワークにおける静止基準局１３０のネットワークの１つとすることができる。この場合、静止基準局１３０のネットワークは、広域１０５又は地球全体にわたって既知の場所に設置され、連続的にＧＰＳオブザーバブルを、広域又はグローバル衛星ナビゲーション・ネットワークの１つ以上のハブ１４０に処理のために供給する。これらのオブザーバブルは、ＧＰＳコード及びキャリア位相測定値、エフェメリデス(ephemerides)、ならびに静止基準局１３０において複数の衛星１０１から受信した信号に応じて得られたその他の情報を含む。ハブ１４０は、ＧＰＳオブザーバブルを処理し、補正値を計算する設備である。多数の独立したハブが設けられている場合、これらを地理的に分離し、並列して動作することが好ましい。基準サブシステム１２０は、処理ハブ１４０から、衛星ブロードキャスティング、ワイヤレス・インターネット接続などのような通信チャネル１２４を通じて、ＧＰＳ補正値のような計算結果を追加的に又は任意に受信することができる。基準サブシステム１２０は、ユーザＧＰＳサブシステム１１０とのデータ・リンク１２、そして近隣の静止基準局１３０又はハブ１４０とのデータ・リンク１２３を維持するために、必要に応じて物体１２０Ａを用いて位置付ける。
【００１３】
図２は、本発明の一実施形態によるユーザ・サブシステム１１０を示す。サブシステム１１０は、ユーザＧＰＳ受信機２１０と、該ユーザＧＰＳ受信機２１０に結合されている、マイクロプロセッサに基づくコンピュータ・システム２２０とを含む。ユーザ受信機２１０は、物体１１０Ａに取り付けられており、生のＧＰＳオブザーバブルを、システム２２０が処理するために供給する。これらのオブザーバブルは、ＧＰＳコード及びキャリア位相測定値を含み、エフェメリデスや、複数の衛星１０１から受信した信号に応じて得られるその他の情報も含むことができる。コンピュータ・システム２２０は、中央演算装置（ＣＰＵ）２３０、メモリ・デバイス２４０、入力ポート２５１及び２５２、１つ以上の出力ポート２５３、ならびに任意のユーザ・インターフェース２５７を含み、これらは１つ以上の通信バス２５０によって相互接続されている。入力ポート２５１及び２５２は、ユーザ受信機２１０及び基準サブシステム１２０からそれぞれデータを受信するためにある。出力ポート（複数の出力ポート）２５３は、計算結果を、移動する基準局１２０及び／又はその他のデータ処理システム（複数のシステム）（図示せず）に出力するために用いることができる。計算結果は、ユーザ・インターフェース２５７の表示装置上に示すこともできる。
【００１４】
メモリ２４０は、高速ランダム・アクセス・メモリを含むことができ、１つ以上の磁気ディスク記憶デバイスのような、不揮発性大容量記憶装置を含むことができる。また、メモリ２４０は、中央演算装置２３０から離れて位置する大容量記憶装置を含むこともできる。メモリ２４０は、オペレーティング・システム２６２、及びＧＰＳアプリケーション・プログラム又は手順２６４を格納することが好ましい。手順２６４は、本発明の一実施形態による、キャリア位相測定値の連続変化を用いたナビゲーション方法を実施する手順２６６を含む。メモリ２４０に格納されているオペレーティング・システム２６２ならびにアプリケーション・プログラム及び手順２６４は、コンピュータ・システム２２０のＣＰＵ２３０が実行するためにある。また、メモリ２４０は、ＧＰＳ測定値２７２及び補正値２７４のような、ＧＰＳアプリケーション手順２６６の実行中に用いられるデータ構造、ならびに本文書において論じられているその他のデータ構造を含む、データベース２７０も格納することが好ましい。オペレーティング・システム２６２は、埋め込み型オペレーティング・システム、ＵＮＩＸ、Ｓｏｌａｒｉｓ、あるいはＷｉｎｄｏｗｓ９５、９８、ＮＴ４．０、２０００又はＸＰとすればよいが、これらに限定する訳ではない。より一般的には、オペレーティング・システム２６２は、データを通信し、処理し、アクセスし、格納し、検索するための手順及び命令を有する。
【００１５】
以下に述べる理由のために、メモリ２４０は、リアル・タイム・エクゼキュティブ（ＲＴＸ：real time executive）２６８も格納するとよい。これは、リアル・タイム・マルチタスキング動作のためのコンピュータ・プログラムである。本発明の一実施形態では、ＲＴＸ２６８は、オペレーティング・システム２６２を手順２６６に埋め込み、多数のスレッドを提供し、手順２６６における異なるタスクを「ほぼ同時に」実行することができるようにする。これが意味するのは、異なるタスクが同時に実行しているように見えること、そしてシステム２２０が同時に異なるジョブを行っているように見えることである。これによって、手順２６６は、異なるスレッドにおいて実行する２つ以上の同時タスク又はプロセスを含むことが可能となる。ＲＴＸ２６８は、スレッドの各々の開始及び停止を制御し、スレッドが互いに相互作用することを可能にする。また、ＲＴＸ２６８は、スレッドにデータを整列させ、スレッド間でデータを通信させ、そしてイベントを順序通りに維持することによってプロセスを直列化させる。
【００１６】
加えて、ＲＴＸ２６８は、スレッドの実行を、別のスレッド上のイベントによってトリガされるイベント上で待たせるというような、標準的なマルチスレッド制御も支援する。イベントとは、スレッド上において設定又は消去することができる状態のことである。スレッドを１つ以上のイベント上で待つように設定すると、このスレッドは、これらのイベントが全て設定されるまで保留されることになる。これによって、スレッド間における同期及び通信が大幅に簡素化する。ＲＴＸ２６８では、スレッドの実行は優先度に基づく。優先度が高いスレッドの方が、優先度が低いスレッドよりも先に実行する。優先度が同じスレッド間では、順繰りに実行する。各スレッドには、タイム・スライスが与えられ、その中で実行することになる。市販の商用ＲＴＸをＲＴＸ２６８として用いることができる。このような市販のリアル・タイム・エクゼキュティブには、CMX-Systems, Inc.のＣＭＸ−ＲＴＸ、Australian Real Time Embedded Systems (ARTESYS)のConcurrent Real time Executive （ＣＯＲＴＥＸ）、及びAccelerated Technology Inc.のＮｕｃｌｅｕｓ  ＲＴＸが含まれる。
【００１７】
実施形態の中には、ユーザ受信機２１０及びコンピュータ・システム２２０の一部又は全部を、可搬、ハンドヘルド、又は装着可能な位置追跡デバイス、あるいは車両装備又はその他の移動測地及び／又はナビゲーション・システムのような、単一ハウジング内にある単一デバイスに統合する場合もある。他の実施形態では、ＧＰＳ受信機２１０及びコンピュータ・システム２２０を単一のデバイスとして一体化しない。
【００１８】
図３は、本発明の一実施形態による基準サブシステム１２０を示す。サブシステム１２０は、基準ＧＰＳ受信機３１０と、当該基準ＧＰＳ受信機３１０に結合されている、マイクロプロセッサに基づくコンピュータ・システム３２０とを含む。基準受信機３１０は、物体１２０Ａに取り付けられており、生のＧＰＳオブザーバブルを、システム３２０が処理するために供給する。これらのオブザーバブルは、ＧＰＳコード及びキャリア位相測定値を含み、エフェメリデスや、複数の衛星１０１から受信した信号に応じて得られるその他の情報も含むことができる。コンピュータ・システム３２０は、中央演算装置（ＣＰＵ）３３０、メモリ・デバイス３４０、入力・ポート３５１、３５２、及び３５３、１つ以上の出力ポート３５４、ならびに任意のユーザ・インターフェース３５７を含み、これらは１つ以上の通信バス３５０によって相互接続されている。入力ポート３５１、３５２、及び３５３は、基準受信機３１０、ユーザ・サブシステム１１０、及び静止基準局１３０又はハブ１４０からそれぞれデータを受信するためにある。出力ポート３５４は、計算結果を、ユーザ・サブシステム１１０及び／又はその他のデータ処理システム（複数のシステム）（図示せず）に出力するために用いることができる。計算結果は、ユーザ・インターフェース３５７の表示装置上に示すこともできる。
【００１９】
メモリ３４０は、高速ランダム・アクセス・メモリを含むことができ、１つ以上の磁気ディスク記憶デバイスのような、不揮発性大容量記憶装置を含むことができる。また、メモリ３４０は、中央演算装置３３０から離れて位置する大容量記憶装置を含むこともできる。メモリ３４０は、オペレーティング・システム３６２、及びＧＰＳアプリケーション・プログラム又は手順３６４を格納することが好ましい。手順３６４は、本発明の一実施形態による、キャリア位相測定値の連続変化を用いたナビゲーション方法を実施する手順３６６を含む。メモリ３４０に格納されているオペレーティング・システム３６２ならびにアプリケーション・プログラム及び手順３６４は、コンピュータ・システム３２０のＣＰＵ３３０が実行するためにある。また、メモリ３４０は、ＧＰＳ測定値３７２及び補正値３７４のような、ＧＰＳアプリケーション手順３６６の実行中に用いられるデータ構造、ならびに本文書において論じられているその他のデータ構造を含む、データベース３７０も格納することが好ましい。オペレーティング・システム３６２は、オペレーティング・システム２６２と同様である。以下に述べる理由のために、メモリ３４０は、ＲＴＸ２６８と同様のリアル・タイム・エクゼキュティブ（ＲＴＸ）３６８も格納するとよい。
【００２０】
実施形態の中には、ユーザ受信機３１０及びコンピュータ・システム３２０の一部又は全部を、可搬、ハンドヘルド、又は装着可能な位置追跡デバイス、あるいは車両装備又はその他の移動測地及び／又はナビゲーション・システムのような、単一ハウジング内にある単一デバイスに統合する場合もある。他の実施形態では、ＧＰＳ受信機３１０及びコンピュータ・システム３２０は、単一のデバイスには一体化しない。
【００２１】
図４Ａは、本発明の一実施形態にしたがって、手順２６６内に実現されユーザ・サブシステム１１０が実行するナビゲーション・プロセス４１０、及び手順３６６内に実現され基準サブシステム１２０が実行するナビゲーション・プロセス４２０を示す。図４Ａに示すように、ナビゲーション・プロセス４１０は、初期化プロセス４０１ならびに２つの同時プロセス、高レート・プロセス４１２及び低レート・プロセス４１４を含む。初期化プロセス４０１は、物体１１０Ａに取り付けられているユーザ受信機２１０の初期位置、及び高レート・プロセス４１２が必要とするその他の初期パラメータを計算するために用いられる。高レート・プロセス４１２は、一連の位置伝搬プロセス４１３を含み、その各々が一連の短期エポックの１つにおいてユーザの位置に対する更新を計算する。低レート・プロセス４１４は、一連の位置補正プロセス４１５を含み、その各々が一連の長期エポックの１つにおいてユーザの位置に対する補正値を計算する。図５に示すように、長期エポックＴｍの中には、１０個というようなある数の短期エポックｔｍｎ（ｍ＝０，１，２，３，．．．、ｎ＝０，１，２，３，．．．）があるとよい。高レートで位置を計算して生成する必要がなければ、短期エポックが長期エポックと一致していてもよい。
【００２２】
同様に、図４Ａにも示すように、ナビゲーション・プロセス４２０は、初期化プロセス４０２ならびに２つの同時プロセス、高レート・プロセス４２２及び低レート・プロセス４２４を含む。初期化プロセス４０２は、基準受信機３１０の初期位置、及び高レート・プロセス４２２が必要とするその他の初期パラメータを計算するために用いられる。また、初期化プロセス４０２は、ユーザ・サブシステム１１０における処理によって用いられる測定補正値も計算することができる。高レート・プロセス４２２は、一連の位置伝搬プロセス４２３を含み、その各々が一連の短期エポックの１つにおいて基準位置に対する更新を計算する。低レート・プロセス４１４は、一連の位置補正プロセス４２５を含み、その各々が一連の長期エポックの１つにおける基準位置に対する補正値、及び測定補正値を計算する。
【００２３】
位置伝搬プロセス４１３の一部又は全部において計算されるユーザ位置に対する更新、及び位置伝搬プロセス４２３の一部又は全部において計算される基準位置に対する補正は、図４Ｂに示すような一連の相対位置計算プロセスを用いて、物体１２０Ａに取り付けられている基準受信機３１０から、物体１１０Ａに取り付けられているユーザ受信機２１０までの相対位置ベクトルに対する更新を計算するために用いられる。相対位置計算プロセス４３３は、基準又はユーザ受信機あるいは双方にいずれでも実行することができ、あるいは別個のデータ処理システムにおいて実行することもできる。これについては、以下で更に詳しく説明する。
【００２４】
基準局においてキャリア位相曖昧さを解明することが困難であるため、従来のＲＴＫ計算は、キャリア位相測定値の「二重差(double difference)」を利用して、衛星及び受信機のクロック誤差を相殺し、ＧＰＳキャリア位相測定値における整数の曖昧さを判定し易くしている。二重差は、４本の異なる経路（２つの観察地の各々から２機の衛星の各々まで）に沿った観察を含むので、この手法では、基準地における生のキャリア位相測定値をユーザに送信しなければならず、そしてユーザは、二重差を形成する前に、基準地からのデータが到達するまで待たなければならない。本発明は、新規な方法を用いて、基準サブシステム１１０においてキャリア位相測定値に対する補正値を生成し、生測定値の代わりに補正値を基準サブシステム１１０からユーザ・サブシステム１２０にデータ・リンク１１２を通じて送信することにより、従来の技法とは一線を画している。
【００２５】
基準サブシステム１２０においてキャリア位相測定値に対する補正値を計算することにより、ユーザ・サブシステム１１０が実行しなければならない計算量が減少し、基準受信機３１０がどこに位置するかに関する情報をユーザ・サブシステム１１０が有する必要性の大部分が消滅する。更に、生の測定値は衛星１０１（及び測定値を形成する受信機）の全体的な動力学を反映するが、補正値からは動力学が除去されており、したがって時間と共にゆっくりと変化するだけである。これが意味するのは、計算時間及びデータ・リンク転送時間によって混入するレイテンシ効果の重要性が低下するということである。また、基準サブシステム１２０において補正値を計算することにより、基準サブシステム１２０からユーザ・サブシステム１１０へのデータ転送レートを低下させることができる。例えば、１０ヘルツのユーザ位置出力を支援するために、１ヘルツのデータ転送レートを容易に用いることができる。
【００２６】
図６Ａは、本発明の一実施形態による、ユーザ・サブシステム１１０が実行する初期化プロセス４０１を示す。図６Ａに示すように、初期化プロセス４０１は、ステップ６０２を含み、ここで、キャリア平滑コード測定値(carrier -smoothed code measurement)を形成する。ステップ６０２では、Ｌ１及びＬ２周波数における対応するキャリア位相測定値の組み合わせを用いて、ユーザ受信機２１０において得られたコード測定値を平滑する。多くのＧＰＳ受信機が、Ｌ１又はＬ２周波数上でＣ／Ａ−コード測定及びＰ−コード測定の双方を行い、Ｃ／Ａ又はＰ−コード測定値のいずれでも、Ｌ１又はＬ２コード測定値として用いることができる。しかしながら、２つの内どちらを基準サブシステム３１０において用いても、２つの異なるコード上での測定値間には小さな偏倚があるので、ユーザ・サブシステム２１０における同等のプロセスにも、同じものを用いてしかるべきである。以下の論述では、ユーザ受信機２１０において見ることができる衛星毎に、そして測定エポック毎に、Ｌ１及びＬ２周波数をそれぞれｆ１及びｆ２で示し、Ｌ１及びＬ２周波数上における生の疑似標的間距離コード測定値をそれぞれＰ１及びＰ２で示し、更にＬ１及びＬ２周波数上における生のキャリア位相測定値をそれぞれφ１及びφ２で示すこととする。
【００２７】
本発明の一実施形態では、Ｌ１及びＬ２周波数における各衛星１０１に関するキャリア位相測定値の線形結合を形成し、Ｌ１及びＬ２周波数上での対応するコード測定値に対する電離層屈折効果を一致させる。Ｐ１コード測定値に対する電離層屈折効果と一致するキャリア位相結合にＭ１という符号を付け、以下のように形成する。
【数１】
2008508515.tif 000003
Ｐ２コード測定値に対する電離層屈折効果と一致するキャリア位相結合にＭ２という符号を付け、以下のように形成する。
【数２】
2008508515.tif 000004
ここで、Ｌ１及びＬ２は、それぞれ、Ｌ１及びＬ２信号の波長によって倍率調整(scale)したキャリア位相測定値であり、各々近似全サイクル曖昧値を含み、この値は、倍率調整したキャリア位相測定値を、対応するコード測定値と同じ値に近づけるために加算されている。つまり、
【数３】
2008508515.tif 000005
ここで、Ｎ１及びＮ２の全サイクル値は、キャリア位相追跡の開始時に初期化されており、対応するコード測定値の１つのキャリア波長以内であり、倍率調整したキャリア位相測定値と対応するコード測定値との間の差を小さく抑えるようにしている。
【００２８】
キャリア位相結合Ｍ１及びＭ２を用いて、平滑コード測定値を次のように形成することができる。
【数４】
2008508515.tif 000006
ここで、下付き文字ｉは、個々の測定エポックを示すために用いられており、下付き文字ｊは、２つの異なる周波数における測定値を示すために用いられており、したがって、ｊ＝１又は２であり、Ｏは、コード測定値と対応するキャリア位相結合との間の平滑オフセットを示し、Ｓは、平滑コード測定値を示す。ηの値は、平均の最大値に達するまで、ｉに等しい。例えば、キャリア位相測定値がコード測定値のノイズの約１００分の１を有すると仮定すると、「η」の値は、１００の二乗、即ち、１０，０００までに制限される。
【００２９】
あるいは、平滑コード測定値は、以下のように得ることができる。
【数５】
2008508515.tif 000007
この代替平滑プロセスは、キャリア位相結合の変化を用いて、コード測定値を前方に投影し、次いでその投影とコード測定値との間の差の平均を取る。
【００３０】
２つの周波数上での平滑コード測定値を組み合わせると、屈折補正（ＲＣ）平滑コード測定値を以下のように形成することができる。
【数６】
2008508515.tif 000008
【００３１】
本願と所有権者が同一の特許出願"Method for Generating Clock Corrections for a Wide-Area or Global Differential GPS System"（広域又は大域差動ＧＰＳシステムのためのクロック補正値生成方法）、米国特許出願第１０／６３０，３０２号において、ＲＣキャリア平滑コード測定値を得るための異なるプロセスを見出すことができる。その開示内容は、ここで引用したことにより本願にも含まれるものとする。
【００３２】
ある数の測定エポックをカバーする初期化期間を設け、その後に連続する各測定エポックにおいて信頼性の高いＲＣキャリア平滑コード測定値を生成できるようにしてもよい。初期化期間が過ぎた後、初期化プロセス４０１は更にステップ６０４を含み、ここで推定ユーザ位置に対する補正値を計算する。ステップ６０４では様々な従来の衛星ナビゲーション方法のいずれでも用いることができるが、本発明の一実施形態では、最少二乗プロセスを用いて、ステップ６０４において位置補正値を計算する。最少二乗プロセスでは、衛星に関する測定値を用いたナビゲーションは、各々衛星１０１の１つに対応する１組の線形統計的差分方程式によって支配される、離散時間制御プロセスとして記述することができる。関与する衛星の各々について、方程式は次のように表すことができる。
【数７】
2008508515.tif 000009
ここで、ｘは、離散時間制御プロセスの状態に対する補正値を表す状態補正ベクトルであり、この場合、ユーザ位置及びユーザ受信機２１０と関連するクロック時間に対する補正値を含むことができ、ｚは測定インノベーション(measurement innovation)の値を表し、衛星に対してユーザ受信機２１０が取り込んだ測定値と本来の推定状態から計算される測定値に対する期待値との間の差によって定義され、ｎは測定値におけるノイズを表し、ｈは測定感度ベクトルであり、状態変化に対する測定値の感度を特徴付ける。
【００３３】
インノベーションにおける測定値は、ステップ６０２において計算したＬ１又はＬ２周波数のいずれかにおける衛星に関するキャリア平滑コード測定値であり、あるいはＲＣキャリア平滑コード測定値とすることができる。インノベーションにおいていずれの測定値を用いても、基準サブシステム１２０において実行した初期化プロセス４０２において計算し、ユーザ・サブシステム１１０に送信した補正値を用いて補正しなければならない。これについては、以下で更に詳しく説明する。ｈベクトルは、疑似標的間距離測定値をＧＰＳ受信機の位置と関係付ける方程式をテーラー級数に展開することによって形成する。ｈの要素は、補正ベクトルに対する測定インノベーションの一次導関数を含む。状態補正ベクトルｘは、少なくともＧＰＳ受信機の位置に対する補正値を含む。また、これはユーザ受信機のクロックに対する補正値も含むことができる。以下の論述を容易にするために、状態ベクトルは４要素ベクトルである、即ち、状態は受信機の位置及び受信機のクロック時間のみを含むと仮定する。
【００３４】
式（９）は、状態補正ベクトルを、共通エポックにおける多数の衛星に対する１組の測定値と関係付けるように拡張することができる。
【数８】
2008508515.tif 000010
この式において、ｚは、多数の衛星に対するインノベーションから成るベクトルであり、Ｈは多数の衛星に対する測定感度から成る行列であり、ｘは状態ベクトルのままであり、ｎはｚにおけるインノベーションに伴う１組の測定ノイズ値を含む測定ノイズ・ベクトルである。測定感度行列Ｈは、衛星１０１の幾何学的形状に依存し、受信機２１０と衛星１０１との間の幾何学的関係の総合を示す。ベクトルｚにおける測定インノベーションは、プレフィックス残差(prefix residual)と呼ばれることが多い。式（１０）に対する最少二乗解は次のようになる。
【数９】
2008508515.tif 000011
ここで、上付き文字Ｔは、転置動作を表し、上付き文字「−１」は行列反転動作を表す。
式（３）用いて式（２）を解くことに対する代替案では、以下の式で示される加重最少二乗解について解く。
【数１０】
2008508515.tif 000012
ここで、Ｗは、ノイズ・ベクトルｎにおける測定ノイズの標準偏差を表す対角要素と、測定値間の共分散を表す非対角要素とを有する測定共分散行列である。測定値間の共分散は、一般に０である仮定するので、Ｗの非対角要素は一般には０である。
【００３５】
説明を容易にするために、以下の論述では、単純な最少二乗式、式（３）を用いる。式（３）を更に簡略化して、次の式を得ることができる。
【数１１】
2008508515.tif 000013
【００３６】
また、場合によっては、残差感度行列Ｓを形成することが有用なこともある。これは、インノベーションｚ又はプレフィックス残差を、インノベーションｚにおけるＧＰＳ測定値に対応するポストフィックス残差にマッピングする。ポストフィックス残差は、残差ベクトルΔにおける要素として表される。
【数１２】
2008508515.tif 000014
ここで、Ｉは、階数が測定値の数又はｚにおける要素の数に等しい、正方単位行列である。
【００３７】
初期化プロセス４０１は更にステップ６０６を含み、ここで、補正ベクトルｘにおけるユーザ位置に対する補正値を、最初に推定したユーザ位置に加算して、ユーザ受信機位置の補正推定値を与える。ユーザ受信機クロックに対する補正は撹乱パラメータとして扱われ更新されない場合が多い。この可能性があるのは、受信機クロックの依存性が線形であり、その値における大きな誤差が解に影響を及ぼさないためである。標的間距離の式、式（９）〜式（１５）は非線形であるので、初期の位置推定値に大きな誤差があると、ステップ６０４及び６０６を繰り返す必要がある場合がある。初期化プロセス４０１におけるステップ６０４及び６０６は、ある測定エポックにおいて得られたのと同じ１組の測定値を用いて繰り返せばよい。あるいは、ステップ６０４及び６０６に加えて、ステップ６０２の一部も含み、多数の測定エポックをカバーしてもよい。つまり、高精度のユーザ位置推定値ならびに付随する行列Ａ及びＨ（又はＢ及びＳ）が得られるまでには、初期化プロセス２０１において数回の長期エポックを要する場合もある。
【００３８】
その後、初期化プロセス４０１は、更に、ステップ６０８を含み、ここでは、最初にキャリア位相測定値における整数曖昧さを解明することにより、ユーザ位置のこの高精度推定値の周囲でＲＴＫ位置を判定することができる。従来の曖昧検索技法をこの目的に用いることができる。あるいは、本願と所有権者が同一の特許出願"Fast Ambiguity Resolution for Real-Time Kinematic Survey and Navigation"（リアル・タイム力学検査及びナビゲーションのための高速曖昧さ分解）に記載されている曖昧検索技法、米国特許出願第    号を用いることもできる。その開示内容は、ここで引用したことにより、本願にも含まれるものとする。解明した全サイクル曖昧さを用いて、キャリア位相測定値を調節し、更に調節したキャリア位相測定値を用いて、式（９）〜（１５）を用いてユーザ受信機の位置を計算し、初期ユーザ位置を得て、後続の処理において用いる。
【００３９】
図６Ａに示すように、基準サブシステム１２０が実行する初期化プロセス４０２は、ステップ６０８が実行されないことを除いて、初期化プロセス４０１と同様である。また、静止基準局１３０又はハブ１４０からの補正値を用いて、インノベーション・ベクトルｚを形成するために用いられる測定値を補正してもよい。更に、追加のステップ６０９が含まれており、データ・リンク１１２を通じてユーザ・サブシステム１１０に送信するための測定補正値を計算する。ステップ６０９において測定補正値を計算するには、補正したユーザ位置を用いて、計算に関与する衛星１０１の各々までの理論的標的間距離を計算する。この理論的標的間距離を測定値から減算して、測定値に対する生の補正値を得る。即ち、
【数１３】
2008508515.tif 000015
ここで、上付き文字ｉは個々の衛星１０１を示し、ｍｉは、平滑コード又はキャリア位相測定値のような特定の形式の衛星に関する測定値を示し、ρｉは、衛星に関して計算した理論的標的間距離を示し、εｉは測定値に対する生の補正値を示す。
【００４０】
生の補正値は、共通の受信機クロック誤差だけ偏倚している。この誤差は、関与する衛星１０１全てにわたって特定形式の測定値に対する生の補正値の平均を取ることによって推定することができる。次いで、生の補正値からこの共通偏倚を除去することによって、偏倚されていない補正値δが得られる。
【数１４】
2008508515.tif 000016
これらの補正値の集合を、関与する各衛星１０１に関して、測定形式毎に、即ち、Ｌ１平滑コード、Ｌ２平滑コード、Ｌ１キャリア位相、及びＬ２キャリア位相について生成する。この補正値計算方法は、大域、広域、又はＲＴＫ補正値のいずれが、移動する基準受信機の位置を計算する際に用いられても、ユーザ受信機に送信するために生成した補正値において補正値が自動的に反映されることを確保する。移動する基準位置が滑らかである場合、即ち、位置に急激なジャンプがない場合、補正値は滑らかであり、その値は時間と共にゆっくりと変化するだけである。
【００４１】
一旦初期化プロセス４１０において初期ユーザ位置ならびに付随する行列Ａ及びＨ（又はＢ及びＳ）を計算したなら、高レート・プロセス４１２及び低レート・プロセス４１４を開始する。同様に、一旦初期化プロセス４０２において初期基準位置ならびに付随する行列Ａ及びＨ（又はＢ及びＳ）を計算したなら、高レート・プロセス４２２及び低レート・プロセス４２４を開始する。本発明の一実施形態では、プロセス４１２及び４１４（又はプロセス４２２及び４２４）の実行をＲＴＸ２６８（又はＲＴＸ３６８）によって制御し、初期化プロセス４０１（又は４０２）の後に２つの別個のスレッドを開始して、プロセス４１２及び４１４（又はプロセス４２２及び４２４）をそれぞれ実行する。高レート・プロセス４１４（又は４２４）を実行するスレッドに高い優先度を与えるとよく、低レート・プロセス４１２（又は４２２）を実行するスレッドには低い優先度を与えるとよい。また、ＲＴＸは、各スレッド上におけるデータの整列、及びスレッド間におけるデータの受け渡しも制御する。これについては、以下で更に詳しく説明する。
【００４２】
低レート・プロセス４１４（又は４２４）は、位置補正プロセス４１５（又は４２５）を用いて、各長期エポックにおいて、対応する受信機位置ならびに付随するマトリクスＡ及びＨ（又はＢ及びＳ）に対する補正値を計算する。図６Ｂは、本発明の一実施形態によるユーザ・サブシステム１１０が実行する位置補正プロセス４１５、及び基準サブシステム１２０が実行する位置補正プロセス４２５を示す。図６Ｂに示すように、基準サブシステム１２０が実行する位置補正プロセス４２５は、ステップ６１０を含み、ここで、初期化プロセス（４０２）又は以前の位置補正プロセス４２５からのキャリア平滑コード測定値を更新することによって、キャリア平滑コード測定値を形成する。キャリア平滑コード測定値を計算するために用いられる生の測定値は、静止基準局１３０又はハブ１４０から基準受信機３１０が受信した補正値を含むことができる。前述のように、Ｌ１及びＬ２周波数における各衛星に関するキャリア平滑コード測定値を用いて、キャリア平滑コード測定値の屈折補正（ＲＣ）結合を形成することができる。
【００４３】
基準サブシステム１２０が実行する位置補正プロセス４２５は更に、ステップ６２０を含み、ここで、高レート・プロセス４２２において最近計算した基準位置更新値に対する補正を計算する。式（９）〜（１５）と関連付けて先に説明した位置補正値計算プロセスを含む、ステップ６０４におけると同様のプロセスを用いて、ステップ６２０において基準位置ならびに付随する行列Ａ及びＨ（又は行列Ｂ及びＳ）を得ることができる。基準位置に対して計算した補正値を整列し、同様に基準サブシステム１２０が実行する高レート・プロセス４２２が用いるようにする。これについては、以下で更に詳しく説明する。
基準サブシステム１２０が実行する位置補正プロセス４２５は、更に、ステップ６３０を含み、ここで、測定補正値を計算する。この補正値を計算する際、基準位置に対して計算した補正値を、高レート・プロセスからの基準位置更新値に加算して、基準位置の補正推定値を得る。次いで、これを用いて、計算に関与する衛星１０１の各々までの理論的標的間距離を計算する。次いで、前述のように、式（１６）及び（１７）にしたがって測定補正値を計算する。図６Ｂに示すように、計算した補正値をデータ・リンク１１２を通じてユーザ・サブシステム１１０に送信する。
【００４４】
ユーザ・サブシステム１１０におけるあらゆるレイテンシの問題をも招かないように、低レート・プロセス４２０において計算した補正値がゆっくりと変化するのみとすることを確保するためには、非常に滑らかな基準位置出力が望まれる。前述のように、平滑コード測定値を用いて基準位置補正値を計算すると、基準位置更新値が確実に滑らかになり易くなる。加えて、１つ以上の衛星からの測定値の欠落又は追加により、位置の変化が段階状とならないように注意しなければならない。滑らかな基準位置出力を確保するために測定値の欠落又は追加に対処するには、多数の異なる方法を用いることができる。１つの方法は、低レート・プロセス４２４においてカルマン・フィルタを採用することであり、コード測定値よりもかなり高くキャリア位相測定値に重み付けする。別の方法は、最少二乗技法を低レート・プロセス４２４において用いるときに、残差を０に向かわせる測定偏倚状態を導入することである。これらの偏倚状態は、非常に迅速に変化することは許されない。新たな衛星からの測定値を解に導入する場合、測定値が他の衛星から得た位置と一致するように、そのバイアス状態を設定する。１つ以上の衛星からの測定値が失われた場合、偏倚状態はゆっくりと調節することだけが許される。
【００４５】
John Deere and Company, U.S.A.から入手可能なＳｔａｒＦｉｒｅ大域及び広域ネットワークによって得られる大域又は広域差動ＧＰＳ補正値を用いて、低レート・プロセス４２４において補正値を計算するために用いる測定値を補正すると、基準解の精度が向上し、位置の解が滑らかになることを確保し易くなる。また、基準位置にＲＴＫ解を用いることも可能になる。これは、他のいずれかの（恐らくは固定の）基準地１３０からの補正値に依存する。この種の実施態様は、例えば、障害又は丘がある環境において、見通し線を延長する方法として用いることもできる。基準受信機３１０は、携帯用又は車載受信機とすることができ、必要に応じて、ユーザ受信機２１０がその見通し線内にあり、しかも固定基準受信機１３０の見通し線内にも残留することを確保するように位置付けられる。
【００４６】
米国政府が開発した広域拡大システム(Wide Area Augmentation System)が提供する補正値は、位置の解において１０センチメートル以上の段階的変化を招く可能性がある。したがって、平滑してこれらの段階を取り除くために何らかの方法を用いなければ、これらはユーザ受信機における相対ナビゲーション又はレイテンシ効果に悪影響を及ぼす可能性がある。
図６Ｂに示すように、ユーザ・サブシステムが実行する位置補正プロセス４１５は、ステップ６４０を含み、ここで、初期化プロセス４０１又は以前の位置補正プロセス４１５からのキャリア平滑コード測定値を更新することにより、キャリア平滑コード測定値を形成する。前述のように、Ｌ１及びＬ２周波数における各衛星に関するキャリア平滑コード測定値を用いて、キャリア平滑コード測定値の屈折補正（ＲＣ）結合を形成することができる。
【００４７】
ユーザ・サブシステム１１０が実行する位置補正プロセス４１５は更に、ステップ６５０を含み、ここで、データ・リンク１１２を通じて基準サブシステム１２０から最後に受信したＧＰＳ測定値に対する補正値を用いて、キャリア位相測定値及びステップ６４０において計算したキャリア平滑コード測定値を含む、それぞれのＧＰＳ測定値を補正し、それぞれの補正測定値を得る。補正値は時間と共にゆっくりと変化するので、ユーザ・サブシステム１１０における位置補正プロセス４１５が１秒以上古い補正値を用いることは容認することができる。これによる位置ノイズの増大は無視できる量に過ぎないことが、検査によって示されている。したがって、ユーザ・サブシステム１１０は、基準サブシステム１２０からの同期補正値が生成されるのを待って、それ自体のＧＰＳ測定値の処理を開始する必要はない。これが意味するのは、ユーザ・サブシステム１１０における位置更新プロセス４１０は、基準サブシステム１２０における補正の計算における遅延、又はデータ・リンク１１２を用いての基準サブシステム１２０からユーザ・サブシステム１１０への補正値の送信における遅延によって受けるレイテンシが少ないということである。
【００４８】
基準サブシステム１２０がある形態のナビゲーションを採用し、基準位置が多少の急激な位置ジャンプを行うことが許される場合、非標準的な処理手順を行う。例えば、指定されたアルゴリズムを用いて物体１２０Ａを誘導するためにＷＡＡＳ差動システムを用いる場合、１０センチメートルの位置ジャンプは珍しくない。相対ベクトル差における同様の大きさの位置ジャンプを回避するためには、同じタイム・エポックからの補正値がユーザ・サブシステム１１０によって受信されるまで、ユーザ・システム１１０における最少二乗計算を遅らせなければならない。これによって、ユーザ受信機の位置更新の出力におけるレイテンシが増大する。
【００４９】
ユーザ・サブシステム１１０が実行する位置補正プロセス４１５は、更に、ステップ６６０を含み、ここで、高レート・プロセス４１２において最近計算され整列されたユーザ位置更新値に対する補正値を計算する。前述のステップ６０４におけると同様のプロセスを用いれば、ステップ６６０においてユーザ位置ならびに付随するマトリクスＡ及びＨ（又はＢ及びＳ）に対する補正値を得ることができる。同様にユーザ・サブシステム１１０が実行する高レート・プロセス４１２が用いるために、ユーザ位置に対して計算した補正値を整列させる。これについては、以下で更に詳しく説明する。
【００５０】
高レート・プロセス４１２は、位置伝搬プロセス２１４を用いた初期化プロセスの後に、各短期エポック又は連続する短期エポックにおいて、更新ユーザ位置を計算することによって、ユーザ位置を時間的に前方に伝搬させる。キャリア位相測定値は通例１センチメートル未満の精度があるので、これらを用いれば、誤差が殆ど増大することなく、受信機の位置を時間的に前方に伝搬させることができる。図７に示すように、高レート・プロセス２１２内にある個々の短期エポックにおける位置伝搬プロセス２１３は、ステップ７２０を含み、ここで、２つの連続する短期エポック間のキャリア位相測定値の変化を計算する。この変化は、Ｌ１キャリア位相測定値を用いて、即ち、関与する衛星１０１毎に計算すればよい。
【数１５】
2008508515.tif 000017
ここで、ΔＬは、個々の衛星に関するキャリア位相測定値の変化を表し、Ｌｍ１及びＬｍ−１１は、それぞれ、個々の短期エポックｍ、及びこの短期エポックｍの直前の短期エポックｍ−１における衛星に関するＬ１キャリア位相測定値を表す。あるいは、変化ΔＬは、対応するＬ１及びＬ２キャリア位相測定値の平均を用いて計算してもよい。
【数１６】
2008508515.tif 000018
ここで、Ｌｍ１２及びＬｍ−１１２は、それぞれ、個々の短期エポックｍ、及びこの短期エポックｍの直前の短期エポックｍ−１における衛星に関するＬ１及びＬ２キャリア位相測定値の平均を表す。
【００５１】
電離層屈折が関与する場合、屈折補正（ＲＣ）キャリア位相測定値を用いて、変化ΔＬを、即ち、衛星毎に計算することができる。
【数１７】
2008508515.tif 000019
ここで、ＬｍＲＣ及びＬｍ−１ＲＣは、それぞれ、個々の短期エポックｍ、及びこの短期エポックｍの直前の短期エポックｍ−１における衛星に関する屈折補正キャリア位相測定値を表す。ＬｍＲＣ又はＬｍ−１ＲＣは、Ｌ１及びＬ２周波数における対応するキャリア位相測定値の線形結合を計算することによって得ることができる。
【数１８】
2008508515.tif 000020
殆どの場合、式（１９）による電離層屈折補正プロセスは、測定値においてノイズを増幅することが多く、したがって高レート位置伝搬プロセス２１３又は２２３の間に用いることは望ましくない。また、２つの連続する短期エポック間の時間間隔において電離層屈折効果の変化を無視しても、キャリア位相測定値におけるノイズよりも小さいノイズを混入させるだけに過ぎないはずである。したがって、変化ΔＬを計算する際には、Ｌ１キャリア位相測定値又はＬ１及びＬ２キャリア位相測定値の平均を用いることが好ましい。何故なら、これらはＲＣキャリア位相測定値よりもノイズが少ないからである。
【００５２】
位置伝搬プロセス２１３は更にステップ７３０も含み、ここで、ステップ７２０において計算したΔＬを用いて、２つの隣接する短期エポックｍ及びｍ−１の間におけるユーザ受信機位置の変化を計算する。キャリア位相測定値の変化を用いてユーザ位置の変化を計算するために、式（１３ａ）を、低レート・プロセス４１４において最後に整列したＡ及びＨ行列と共に用いる。特定の短期エポックが、初期化プロセス４０１の後における最初の数個の短期エポックの内の１つである場合、初期化プロセスにおいて計算したＡ及びＨ行列を用いる。更に効率的には、Ｂ行列及び式（１３ｂ）を用いてもよい。しかしながら、Ｂ行列を用いると、高レート処理中におけるサイクル・スリップ(cycle slip)又は信号の損失に対処する代替方法を設けるために、Ｓ行列及び式（１４）も用いることが必要となる。これは、本願と所有権者が同一の特許出願"GPS navigation using successive difference of Carrier-phase measurements"（キャリア位相測定値の連続差を用いたＧＰＳナビゲーション）、代理人整理番号第６０８７７−００５０において論じられている。その開示内容は、ここで引用したことにより、本願にも含まれるものとする。Ｓ行列は通常ユーザ位置に対して非常に感度が低い。このため、最後の位置補正プロセス４１３以来ユーザ受信機２１０が相当な距離を横断した場合にのみ、再計算することが必要となる。
Ａ及びＨ又はＢ及びＳマトリクスは、長期エポック毎に１回位置補正プロセス４１５において計算するので、どちらを用いても、一連の短期エポックにおいて高レート位置更新値を十分な精度で計算するために繰り返し用いることができ、したがって短期エポック毎に再計算する必要はない。このため、高レート・プロセス４１３における計算負荷が大幅に簡素化され、式（１３ａ）又は式（１３ｂ）及び（１４）を実施するために各短期エポックにおいて再計算する必要がある具体的な値は、インノベーション・ベクトルｚの要素だけであり、式（１８ａ）、（１８ｂ）、又は（１８ｃ）を用いて計算したように、これらは単に関与する衛星１０１に関するキャリア位相測定値の変化に過ぎない。
【００５３】
位置伝搬プロセス２１３は更にステップ７４０を含み、ここでは、ＲＣキャリア位相変化即ち差ΔＬを用い、式（１３ａ）又は式（１３ｂ）及び（１４）を用いて、ユーザ受信機１１０の状態変化を計算する。状態変化は、短期エポックｍ−１において計算したユーザ受信機の位置Ｘ→ｍｕｓｒに対する変化ｘ→を含む（ただし、→はそれぞれ、Ｘ及びｘの上部の矢印）。つまり、短期エポックｍにおけるユーザ受信機の位置Ｘ→ｍｕｓｒに対する更新値は、以下のようにして得ることができる。
【数１９】
2008508515.tif 000021
ここで、ｘ→は、受信機位置Ｘ→に対する補正値を表す。受信機位置Ｘ→は、ｘｙｚデカルト座標であり、地球中心、地球固定座標系に関する。ｘ→が、北、東、増大座標系(up coordinate system)である場合、位置変化ｘ→は、最初にしかるべき回転行列Ｒと乗算しなければならない。回転行列も、低レート・プロセス４１４において計算され、Ａ及びＨ（又はＢ及びＳ）行列と共に、高レート・プロセスが用いるために整列させられなければならない。この場合、
【数２０】
2008508515.tif 000022
ここで、ｘ→は、北、東、増大座標における位置変化を表し、Ｘ→ｍｕｓｒ及びＸ→Ｘ→ｍ−１ｕｓｒはデカルト座標における受信機位置を表す。
【００５４】
各長期エポックにおいて１回、位置補正値Δｘ→を位置変化ｘ→又は伝搬位置Ｘ→ｍｕｓｒに加算することによって、受信機位置Ｘ→ｍｕｓｒを補正する。先に論じたように、追加の補正値Δｘ→は、低レート・プロセス４１４によって得られ、高速レート・プロセス４１２が用いるために整列させられる。Δｘ→を周期的に加算することにより、高レート更新値Ｘ→ｍｕｓｒのいずれの低精度が蓄積されるのも防止するのに役立つ。Δｘ→の加算は、低レート・プロセス４１４における計算結果の最後の整列に応答して、ｘ→の計算の前又は後のいずれかに行えばよい。また、位置伝搬プロセス２１３は、更に、ステップ７６０を各長期エポックに１回含み、ここで、先に論じたように高レート・プロセス４１４が用いるために、ユーザ位置更新値Ｘ→ｍｕｓｒを整列させる。
【００５５】
位置伝搬プロセス２１３は、更に、ステップ７７０を含み、ここで、ユーザ位置更新値Ｘ→ｍｕｓｒを別個のデータ処理システム又は基準サブシステム１２０に出力し、ステップ４３３における相対ユーザ位置の計算を行う。あるいは又は加えて、ユーザ・サブシステム１１０及び基準サブシステムにおけるクロックが同期していると仮定して、相対ユーザ位置は、同じ短期エポックｍに対する基準位置更新値Ｘ→ｍｒｅｆの受信を待って、ユーザ・サブシステム１１０においてステップ７７０で計算してもよい。これがどこで計算されようと、相対位置Ｘ→ｍｒは次のように計算することができる。
【数２１】
2008508515.tif 000023
【００５６】
先に論じたように、基準位置更新値Ｘ→ｍｒｅｆは、高レート・プロセス４２２において同じ短期エポックｍに対して、位置伝搬プロセス４２３において計算され、ユーザ・サブシステム１１０又は別個のデータ処理システムに送信され、相対ユーザ位置Ｘ→ｍｒを計算する。基準サブシステム１２０における位置伝搬プロセスの実行は、先に論じたように、ユーザ・サブシステム１１０における位置伝搬プロセス４１３の実行と同様であるが、ユーザ受信機２１０に関する部分が、基準受信機３１０に関する対応部分で置き換えられていることを除く。
【００５７】
先に論じたように、高レート・プロセスにおいて生成したユーザ位置更新値及び低レート・プロセス４２２において生成した基準位置更新値は、図４Ｂに示したように、プロセス４３３を用いて相対位置ベクトルを計算するために用いられる。プロセス４３３は、ユーザ・サブシステム１１０において、高レート・プロセス４１２の一部として、又は、計算に必要な基準位置更新値を丁度良い時期にユーザ・サブシステム１１０に送信することができるのであれば、初期化プロセス４０１の別個のスレッドにおいて実行することができる。相対位置ベクトルの計算を高レート・プロセス４１２において行う場合、特定の短期エポックに対する基準位置更新値を、当該短期エポック以内でユーザ・サブシステム１１０に送信する必要がある。プロセス４３３のために別個のスレッドを用いることによって、特定の短期エポックに対するプロセス４３３は、当該短期エポックに対する相対位置ベクトルを計算する前に、短期エポックに対する基準位置更新値の到達を待つことができる。このように、短期エポックに対する基準位置更新値は、当該短期エポック以内にユーザ・サブシステム１１０に送る必要はないが、短期エポックに対するプロセス４３３の結果は、数短期エポック後まで得られない場合がある。同様に、プロセス４３３も基準サブシステム１２０において、高レート・プロセス４２２の一部として、又は、計算に必要なユーザ位置更新値を丁度良い時期に基準サブシステム１２０に送信することができるのであれば、初期化プロセス４０２後の別個のスレッドにおいて実行することができる。また、プロセス４３３は、別個のデータ処理システムにおいて実行することもできる。相対位置ベクトルを計算するために必要なことは、ユーザ及び基準受信機双方の位置が得られることだけである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態による衛星ナビゲーション・システムを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による衛星ナビゲーション・システムのユーザに付随するナビゲーション・サブシステムのブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態によるナビゲーション・システムにおける移動基準局に付随するナビゲーション・サブシステムのブロック図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態によるユーザ・サブシステム及び基準サブシステムが実行するナビゲーション・プロセスを示すフローチャートである。
【図４Ｂ】相対位置ベクトルに対する更新を計算するための一連のプロセスを示すフローチャートである。
【図５】ユーザ・サブシステム又は基準サブシステムが用いる２つの同時のタイム・エポック系列を示す図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による、ユーザ・サブシステム及び基準サブシステムがそれぞれ実行する初期化プロセスを示すフローチャートである。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による、ユーザ・サブシステム及び基準サブシステムがそれぞれ実行する位置補正プロセスを示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態によるユーザ・サブシステムが実行する位置伝搬プロセスを示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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