(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星の位置を予想する方法において、
ＧＮＳＳ装置のＲＦアンテナにて衛星に関連した位置データ及び速度を受け取り、前記位置データ及び速度は、有効時間周期中有効であるようにするステップであって、前記ＧＮＳＳ装置は、前記ＲＦアンテナにおいて、前記衛星に関連した少なくとも１つの他の位置データ及び速度を事前に受信している、前記ステップと、
前記ＧＮＳＳ装置が、前記有効時間周期中の時間にて、前記ＧＮＳＳ装置の予測バッファに記憶されている先に計算した軌道状態ベクトルを用いて決定された前記衛星の予想位置データ及び予想速度と、前記衛星の位置データ及び速度との間の半径方向エラー及びアロングトラックエラーを低減することによって、前記ＧＮＳＳ装置の位置決定能力を改善する、前記ＧＮＳＳ装置に記憶される軌道伝播モデルへの入力のための最適化された力モデル係数を計算するステップであって、前記先に計算した軌道状態ベクトルは、前記少なくとも１つの他の位置データ及び速度を前記軌道伝播モデルによって決定可能な予測衛星軌道位置及び速度に最良に整合させるために、力モデル係数の計算によって決定されている、前記最適化されたモデル係数を計算するステップと、
前記ＧＮＳＳ装置が、前記最適化された力モデル係数を用いて現在の軌道状態ベクトルを計算し、前記現在の軌道状態ベクトルを前記メモリ内に記憶して、該現在の軌道状態ベクトルが、前記衛星の軌道を予想時間周期内に伝播させるための初期状態として使用され、該予想時間周期の少なくとも一部が前記有効時間周期の後に生じるようにするステップと、
前記ＧＮＳＳ装置が、前記軌道を使用して前記衛星の位置を決定するステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
衛星の軌道を予想する方法において、
ＧＮＳＳ装置のＲＦアンテナにて衛星に関連した位置データ及び速度を受け取り、前記位置データ及び速度が有効時間周期中有効であるようにするステップであって、前記ＧＮＳＳ装置は、前記ＲＦアンテナにおいて、前記衛星に関連した少なくとも１つの他の位置データ及び速度を事前に受信している、前記ステップと、
前記ＧＮＳＳ装置が、前記有効時間周期中の時間にて、前記ＧＮＳＳ装置の予測バッファに記憶されている先に計算した軌道状態ベクトルを用いて決定された前記衛星の予想位置データ及び予想速度と、前記衛星の位置データ及び速度との間の半径方向エラー及びアロングトラックエラーを低減することによって、前記ＧＮＳＳ装置の位置決定能力を改善する、前記ＧＮＳＳ装置に記憶される軌道伝播モデルへの入力のための最適化された力モデル係数を計算するステップであって、前記先に計算した軌道状態ベクトルは、前記少なくとも１つの他の位置データ及び速度を前記軌道伝播モデルによって決定可能な予測衛星軌道位置及び速度に最良に整合させるために、力モデル係数の計算によって決定されている、前記最適化されたモデル係数を計算するステップと、
前記ＧＮＳＳ装置が、前記最適化された力モデル係数を用いて現在の軌道状態ベクトルを計算し、前記現在の軌道状態ベクトルを前記メモリ内に記憶して、該現在の軌道状態ベクトルが、前記衛星の軌道を予想時間周期内に伝播させるための初期状態として使用され、該予想時間周期の少なくとも一部が前記有効時間周期後に生じるようにするステップと、
を含む、方法。
【請求項３】
前記ＧＮＳＳ装置がＧＰＳ装置である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記有効時間周期が過ぎたときに、前記ＧＰＳ装置が、前記伝播された軌道を使用して前記衛星の位置を決定する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記有効時間周期中、前記ＧＰＳ装置が、前記位置データ及び速度を用いて前記衛星の位置を決定する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記位置データ及び速度が、天体暦内で受け取られる、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記天体暦が、ブロードキャスト天体暦である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記現在の軌道状態ベクトルが、前記メモリ内に多項式として記憶される、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記多項式が、前記衛星の位置を決定するために、前記ＧＰＳ装置により合成天体暦に変換される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＧＰＳ装置のネットワークインターフェイスがＡＧＰＳサーバーと通信状態にあるときに、前記ＡＧＰＳサーバーは、前記有効時間周期が過ぎたときに前記ＧＰＳ装置に前記合成天体暦を提供する、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記力モデル係数が繰り返しによって計算される、請求項３に記載の方法。
【請求項１２】
ＧＮＳＳ装置であって、
有効時間周期中有効である衛星に関連した位置データ及び速度を受け取るためのＲＦ受信器と、
前記有効時間周期中の時間にて、前記衛星の予想位置データ及び予想速度と、前記衛星の位置データ及び速度との間の半径方向エラー及びアロングトラックエラーを低減することによって、前記ＧＮＳＳ装置の位置決定能力を改善する、前記ＧＮＳＳ装置に記憶される軌道伝播モデルへの入力のための最適化された力モデル係数を計算するためのプロセッサと、
を備え、前記予想位置データ及び予想速度が、前記ＧＮＳＳ装置のメモリ内に記憶されている先に計算した軌道状態ベクトルを用いて決定され、前記先に計算した軌道状態ベクトルは、前記ＲＦ受信器によって受信された少なくとも１つの他の位置データ及び速度を前記軌道伝播モデルによって決定可能な予測衛星軌道位置及び速度に最良に整合させるために、力モデル係数の計算によって決定され、前記プロセッサが、前記最適化された力モデル係数を用いて現在の軌道状態ベクトルを計算するようにし、
前記ＧＰＳ装置が更に、前記軌道伝播モデル及び前記現在の軌道状態ベクトルを記憶するためのメモリを備え、前記現在の軌道状態ベクトルが、前記衛星の軌道を予想時間周期内に伝播させるためのものであり、前記予想時間周期の少なくとも一部が前記有効時間周期後に生じる、ことを特徴とするＧＰＳ装置。
【請求項１３】
衛星の位置を予想する方法であって、
ＧＮＳＳ装置のＲＦアンテナにて衛星に関連した天体暦を受け取り、前記天体暦が有効時間周期中有効であるようにするステップであって、前記ＧＮＳＳ装置は、前記ＲＦアンテナにおいて、前記衛星に関連した少なくとも１つの他の天体暦を事前に受信している、前記ステップと、
前記ＧＮＳＳ装置が、前記天体暦を使用して前記有効時間周期にわたる複数の時間間隔に対する前記衛星の位置データ及び速度を計算するステップと、
前記ＧＮＳＳ装置が、前記有効時間周期にわたる前記複数の時間間隔の各々にて、前記ＧＮＳＳ装置のメモリ内に記憶されている先に計算した複数の軌道状態ベクトルを用いて決定された前記衛星の予想位置データ及び予想速度と、前記有効時間周期にわたる前記複数の時間間隔の各々にて前記衛星の天体暦から導出された位置データ及び速度との間の半径方向エラー及びアロングトラックエラーを低減することによって、前記ＧＮＳＳ装置の位置決定能力を改善する、前記ＧＮＳＳ装置に記憶される軌道伝播モデルへの入力のための最適化された力モデル係数を計算するステップであって、前記先に計算した軌道状態ベクトルは、前記少なくとも１つの他の天体暦の導出された位置データ及び速度を前記軌道伝播モデルによって決定可能な予測衛星軌道位置及び速度に最良に整合させるために、力モデル係数の計算によって決定されている、前記最適化されたモデル係数を計算するステップと、
前記ＧＮＳＳ装置が、前記最適化された力モデル係数を用いて現在の軌道状態ベクトルを計算し、前記現在の軌道状態ベクトルを前記メモリ内に記憶して、該現在の軌道状態ベクトルが、前記衛星の軌道を予想時間周期内に伝播させるための初期状態として使用され、該予想時間周期の少なくとも一部が前記有効時間周期後に生じるようにするステップと、
前記ＧＮＳＳ装置が、前記軌道を用いて前記衛星の位置を決定するステップと、
を含む、方法。
【請求項１４】
前記ＧＮＳＳ装置がＧＰＳ装置である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記有効時間周期が過ぎたときに、前記ＧＰＳ装置が、前記伝播された軌道を使用して前記衛星の位置を決定する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記有効時間周期中、前記ＧＰＳ装置が、前記位置データ及び速度を用いて前記衛星の位置を決定する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記天体暦が、ブロードキャスト天体暦である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記天体暦が、合成天体暦である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記現在の軌道状態ベクトル及び先の時間周期に対する軌道状態ベクトルが、前記メモリ内に多項式として記憶される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記多項式が、前記衛星の位置を決定するために、前記ＧＰＳ装置により合成天体暦に変換される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＧＰＳ装置のネットワークインターフェイスがＡＧＰＳサーバーと通信状態にあるときに、前記ＡＧＰＳサーバーは、前記有効時間周期が過ぎたときに前記ＧＰＳ装置に前記合成天体暦を提供する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記力モデル係数が繰り返しによって計算される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）衛星、並びに他のグローバルナビゲーション衛星システム（ＧＮＳＳ）及び他の衛星システム又はその組合せによって与えられるもののようなナビゲーション衛星軌道位置データを予想しそして使用するための方法及び装置に係る。
【０００２】
関連出願：本出願は、参考としてここにそのまま援用する２００７年１１月９日に出願された米国プロビジョナル特許出願第６０／９８６，９７２号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００３】
衛星ポジショニング及び衛星位置予想は、例えば、乗物ナビゲーションシステム及びポータブルＧＰＳ装置のような多数の用途に広く使用されている。例えば、位置を計算するために、ＧＰＳ装置のＧＰＳ受信器は、時間レンジ信号（即ち、衛星アンテナから信号が送信されるときの信号の時間タグ）におけるＧＰＳ衛星の位置を要求する。この衛星軌道情報は、衛星により衛星位置モデルの形態で高周波（ＲＦ）データリングに与えられる。このモデルは、「天体暦(Ephemeris)」として知られている１組の軌道要素を使用し、これは、典型的に４時間の限定期間中有効であるが、６時間程度使用することができる。ＧＰＳ衛星は、天体暦データをＲＦデータリンクにブロードキャストし、そしてＧＰＳ受信器は、このデータストリームを連続的に監視し復調して、更新された天体暦を得る。衛星から送信された天体暦は、「ブロードキャスト天体暦」として知られている。
【０００４】
天体暦データは、ＧＰＳ装置が１組の方程式を評価し、そして４ないし６時間のモデル適合周期中にいつでも衛星位置を得ることができるようにする数学的軌道アークモデルである。このモデルは、有効な４ないし６時間を越えて衛星位置を評価できるが、その精度は、典型的に、１日に約１キロメーターのレベルまで低下する。ＧＰＳ及び天体暦モデルのより詳細な説明については、Parkinson及びSpilkerにより編集された“Global Positioning System: Theory and Applications”、第１巻、第２章（信号構造）、第４章（天体暦モデル）、及び第９章（ナビゲーション解決策）を参照されたい。
【０００５】
ＧＰＳのケースでは、典型的に、良好な観察条件において且つ天体暦が第１パスで復調される場合に特定の衛星から受信されるブロードキャスト天体暦を復調するのに約１８ないし３０秒を要する。ジャム及び／又は減衰のあるＲＦ環境、例えば、都市環境又は屋内位置では、復調を質的にむらのあるものにしたり又は困難にしたりする。これは、４５秒以上の初期位置決定時間（ＴＴＦＦ）を招く（全く位置が決まらないこともある）ことによりユーザの経験に影響を及ぼし、そしてＧＰＳ装置のバッテリ寿命が短縮されることがある。ＴＴＦＦとは、ＧＰＳ装置が衛星信号及びナビゲーションデータを取得して位置解を計算するのに要する時間である。ＧＰＳ装置のコールドスタートの場合、ＴＴＦＦは、１５分を越える。あるケースでは、ＧＰＳ信号は、ナビゲーションデータを忠実に復調するには弱過ぎるが、現世代の受信器を使用して追跡するには充分な強さである。ブロードキャスト天体暦の復調に依存するのではなく、これらの受信器に天体暦の別のソースを設ける場合には、ＧＰＳ装置の性能を改善できると共に、ＴＴＦＦを、減衰条件のもとでも数秒に減少することができ、バッテリ寿命が延長される。又、ＧＰＳ装置は、Ｚカウント技術を使用せずに位置を計算することもでき、ナビゲーション装置の利用が増加される。
【０００６】
ブロードキャスト天体暦に加えて、天体暦の別のソースを設ける技術は、一般的に、支援型ＧＰＳ（ＡＧＰＳ）と称される。リアルタイム支援技術及び合成支援（予想又は拡張天体暦）技術を含む多数の形式のＡＧＰＳを利用することができる。リアルタイム支援技術は、固定ＧＰＳ基準ステーションのネットワークから予め収集された実際のブロードキャスト天体暦を配信するもので、各基準ステーションの視野内にある各衛星から受信された全ての現在ブロードキャスト天体暦が中央データセンターへ中継される。この基準データ（又は支援）は、ＡＧＰＳサーバーにより、通信ネットワーク接続を経てＧＰＳ装置へ配信できるフォーマットに変換される。
【０００７】
合成支援技術は、真のブロードキャスト天体暦データをリアルタイムで収集して中継するのではなく、ＡＧＰＳサーバーを使用して、数日又は数週間の衛星位置データ（又は支援）を将来に向かって予想し又は合成し、そしてこの非リアルタイムの合成支援データを、通信ネットワーク接続を経て、又はパーソナルコンピュータのようなホストを伴う直接接続を経て、ＧＰＳ装置へ配信する。上述したＡＧＰＳ技術の重要な制約は、支援データをＧＰＳ装置へダウンロードするために、サーバーへのある形式の接続、ネットワーク、又は直結を必要とすることである。
【０００８】
あるＧＰＳ装置は、外部接続容量、ネットワーク、等に欠けており、あるケースでは、接続可能な装置がサーバーへの長期間の接続を確立することができない。これらの状態のもとで、ＧＰＳ装置は、上述したＡＧＰＳ技術を使用することができず、性能に影響が及ぶ。更に、リアルタイム支援技術を使用する装置は、支援をダウンロードするときにネットワークリソースを消費する。ブロードキャスト天体暦の有効周期を、通常の４ないし６時間ウインドウを越えて、長期間にわたり延長できる場合には、ネットワークオーバーヘッドを減少できると共に、ほとんどのＧＰＳ装置の使用についてＴＴＦＦ性能を改良することができる。ＧＰＳ産業は、ブロードキャスト天体暦モデルの種々のケプラー項の将来値を直接予想するように試みることにより、ブロードキャスト天体暦の使用可能周期を延長する努力を示している。しかしながら、ケプラーモデル内での動作は、ＧＰＳ装置が１日を越える等のこれら値を確実に予想する能力を甚だしく制限する。
【０００９】
ＡＧＰＳ支援を与える別の技術が、米国特許出願第１１／７４０，２０６号“Distributed Orbit Modeling and Propagation Method for a Predicated and Real-Time Assisted GPS System”に開示されている。このシステムにおいて、ＧＰＳ装置、即ちクライアントは、合成支援データそれ自体を予想するが、それは、リモートサーバーからイネーブルデータ（「シードデータ(Seed Data)」と称される）を周期的に受信した後である。
【００１０】
この技術では、高精度軌道モデリングが知られている。衛星の位置及び速度を予想し、即ちそれを将来の時点へ伝播することは、軌道軌跡に影響する特定の力モデルの選択と組み合せて、現在及び／又は過去の真の軌道状態ベクトルサンプルを分析するという機能である。典型的な軌道モデリングの事柄は、太陽、月及び地球を含めて、広範囲な種々の力モデルの影響を含む。このような軌道モデルのソフトウェア実施は、典型的に、現在及び／又は従来の真の軌道状態ベクトルサンプルを使用して、それらを将来の時点へ伝播できる積分器の形態である。力モデルを評価し、そして力モデルを共通の基準フレームへ結び付けるというＣＰＵ集中特性のために、このコードは、サーバークラスコンピュータ上で動作するように形成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の技術は、位置計算に必要な精度をもつ軌道情報を伝播する能力をＧＰＳ装置に与えるものではない。天体暦データをＧＰＳ装置に与えることに関連した従来の技術は、衛星から受信されるブロードキャスト天体暦データに使用されるケプラー数学モデルに限定される。支援を与えるために、従来の技術は、サーバーが支援情報を発生しそしてＧＰＳ装置がその支援情報を受け取るためのある形式のネットワーク接続を有することを要求する。従来の技術では、ＧＰＳ装置は、ブロードキャスト天体暦を、それ自身の支援データを合成するための直接的な入力として使用することができない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、それ自身「クライアント」とも称されるＧＰＳ装置により支援データが発生されるようにリアルタイム及び合成ＡＧＰＳ技術の制限に対処する新規な支援データ発生方法を提案する。予想に関連した全ての態様は、ケプラーモデル表現ではなく軌道モデル表現を使用するＧＰＳ装置それ自体の中で遂行することができる。本発明によれば、クライアントは、合成支援データ予想プロセスを推進するためのそれ自身のシードデータを発生することにより、利用可能な接続なしに、完全に自律的に動作することができる。
【００１３】
本発明は、力モデル係数及び観察の選択の使用を通して、軌道伝播を生じるように実施できるプロパゲーター(Propagator)のＧＰＳ装置バージョンを提供し、軌道伝播は、ケプラーモデルへ変換して戻されると、予想がケプラードメインにおいて単純に遂行された場合より実際上高い精度で、ブロードキャスト天体暦の発生のための合成支援データを生じる。
【００１４】
本発明の重要な特徴は、支援データをダウンロードするためのＡＧＰＳサーバーへの接続を必要とせずにＡＧＰＳの利益を維持することである。ＧＰＳ装置は、利用可能な手段を通して（ブロードキャスト天体暦又はＡＧＰＳ技術から）異なる時間間隔で以前に取得し記憶した天体暦データを有する。ネットワーク接続又はＡＧＰＳが利用できない場合には、ＧＰＳ装置は、時間と共にブロードキャスト天体暦を収集する。ＧＰＳ装置は、ＡＧＰＳサーバーを通して与えられたこれらの観察又はリアルタイム支援データを軌道伝播モデルへの入力として使用して、最初に受信したブロードキャスト天体暦の満了時間を越えて正確な支援データを予想し合成する。このローカルに発生される合成支援データは、伝播された軌道の形態であるか実際の天体暦の形態であるかに関わらず、軌道を確実に予想できる限り将来も与えることができる。典型的に、この予想周期は、ブロードキャスト天体暦データ観察が軌道伝播モデルへの入力として使用される場合には１日ないし３日であり、そしてＡＧＰＳサーバーからの合成支援データに関連して使用される場合には数週間までである。許容される精度低下に基づき、より長い予想周期が可能である。ＧＰＳ装置は、最初に、支援なしに始動するが、自己発生された支援データが、その後の迅速なＴＴＦＦをイネーブルする。又、ＧＰＳ受信器の感度は、ＧＰＳ装置がブロードキャスト天体暦又は支援データを規則的な間隔で周期的に取得できる限り、その後の始動に対して良好に利用することができる。
【００１５】
本発明は、次のような衛星ナビゲーション又はポジショニング能力をもつ装置のための自律的軌道伝播及び自己支援方法を包含する。
ａ）ＧＰＳ装置でソフトウェアが実行される。ソフトウェアは、予想されるナビゲーション衛星軌道位置データを計算し、次いで、その予想されるナビゲーション衛星軌道位置データを使用して、ＧＰＳ装置の位置決定能力を加速し且つ改善することができる。全ての予想データ処理機能は、ＧＰＳ装置に限定され、その中でローカライズされる。
ｂ）シードジェネレータ、プロパゲーター、予想バッファ、及びＡＧＰＳインターフェイスエージェントの機能を、個別であるか一緒であるかに関わらず、実施するためにソフトウェア又はハードウェアモジュールがＧＰＳ装置に含まれる。
ｃ）シードジェネレータモジュールは、ＧＰＳ衛星の位置及び速度を決定すると共に、ＧＰＳ衛星の力モジュールパラメータを、構成可能なインターバルにわたり真のブロードキャスト天体暦のローカル観察に基づいて計算する。
ｄ）シードジェネレータモジュールは、異なるＧＰＳ衛星力モデルパラメータ、例えば、太陽圧力、一定加速度及び正弦波放射、クロストラック(cross-track)及びアロングトラック(along-track)項を、ＧＰＳ装置における利用可能な計算プロセッサリソースに基づいて使用する。
ｅ）シードジェネレータモジュールは、ＧＰＳ衛星力モデルパラメータと、初期ＧＰＳ衛星位置及び速度とを、同じＧＰＳ装置で実行されるプロパゲーターモジュールへ配送する。
ｆ）プロパゲーターモジュールは、ＧＰＳ装置内で、衛星位置及び速度を含む１組の予想される軌道状態ベクトル（ＯＳＶ）を発生する。プロパゲーターは、シードジェネレータ機能により与えられる初期衛星位置及び速度を、シードジェネレータ機能により与えられるＧＰＳ衛星力モデルパラメータを使用して、初期衛星位置及び速度の時間とは異なる時間へ伝播することにより、これを行う。次いで、軌道に対する圧縮モデルが、それ自身の時間タグを各々もつ（例えば）１組の多項式の形態で、ローカル予想バッファ１４０に記憶される。
ｇ）ＧＰＳ位置計算モジュールも、例えば、チップセットに、又はソフトウェア機能として、搭載される。位置計算モジュールは、適当なモデルからのデータを、ＧＰＳ計算モジュールに適したフォーマットへマップすることにより、予想バッファ１４０から導出された支援データで動作する。
ｈ）支援データは、適当な予想バッファ１４０内のデータを衛星ナビゲーションデータモデルフォーマットへ変換することによってオンデマンドで導出され、そしてＡＧＰＳインターフェイスエージェントモデルにより、オンボードＧＰＳ位置計算モジュールにより要求される時間に且つそれにより要求されるフォーマットで、オンボードＧＰＳ位置計算モジュールに与えられる。
【００１６】
本発明による方法及びシステムの付加的な特徴は、外部接続能力がＧＰＳ装置において利用できるときに、シードジェネレータモジュールは、ＧＰＳ衛星位置及び速度を決定することができると共に、真のブロードキャスト天体暦のローカル観察と、構成可能なインターバルにわたるＧＰＳ支援データのリモート合成又はリアルタイムソースとに基づいて、ＧＰＳ衛星力モデルパラメータを計算できることである。
【００１７】
この方法の付加的な特徴は、外部接続能力が利用できるときに、初期衛星位置及び速度と、ＧＰＳ衛星力モデルパラメータとを、リモートシードサーバーにより計算して、ネットワーク又は直接的接続を経てプロパゲーターに付与できることである。
【００１８】
この方法の付加的な特徴は、シードジェネレータモジュールが、複数のＧＰＳ衛星力モデルを使用してＧＰＳ衛星力モデルパラメータを計算できることである。プロパゲーターモジュールは、シードジェネレータモジュールにより与えられる初期衛星位置及び速度を伝播することにより、（位置及び速度の）予想される軌道状態ベクトルを発生する。
【００１９】
この方法の付加的な特徴は、リモートシードサーバーモジュールが、複数のＧＰＳ衛星力モデルを使用してＧＰＳ衛星力モデルパラメータを計算し、そしてプロパゲーター機能が、より正確な力モデルを使用してリモートシードサーバーによって与えられる初期衛星位置及び速度並びに補正項を伝播することにより、軌道予想を発生することである。
【００２０】
この方法の付加的な特徴は、シードジェネレータにより複数の衛星位置及び速度並びに補正項をプロパゲーターに与えることである。
【００２１】
この方法の付加的な特徴は、リモートシードサーバーにより複数の衛星位置及び速度並びに補正項をプロパゲーターに与えることである。
【００２２】
この方法の付加的な特徴は、ソフトウェアモジュールが、ホスト装置のプロセッサ、オンボードＧＰＳ位置計算要素のプロセッサ、又はその両方において実行されるように実施できることである。
【００２３】
この方法の付加的な特徴は、衛星ナビゲーション又はポジショニング装置が移動装置又は固定装置のいずれかであることである。
【００２４】
この方法の付加的な特徴は、オンボードＧＰＳ位置計算要素をもたない装置でソフトウェアモジュールを実行できることである。
【００２５】
衛星の位置を予想する方法において、（ａ）ＧＰＳ装置を準備するステップであって、ＧＰＳ装置は、衛星に関連した複数の位置及び速度を受け取るように構成されたＲＦアンテナを有し、その複数の位置及び速度は、有効時間周期中に有効であるようなステップと、（ｂ）ＧＰＳ装置が複数の位置及び速度から衛星の補正加速度を計算するステップと、（ｃ）ＧＰＳ装置が、複数の位置、速度及び補正加速度を使用して、予想される時間周期内の衛星の軌道を伝播するステップであって、その予想される時間周期の少なくとも一部分は、有効時間周期の後に生じるようなステップと、（ｄ）ＧＰＳ装置が軌道を使用して衛星の位置を決定するステップと、を備えた方法が提供される。複数の位置及び速度は、ブロードキャスト天体暦のような天体暦内に受け取られる。
【００２６】
ＧＰＳ装置におけるソフトウェアモジュールは、天体暦を使用して力モデル係数及び軌道状態ベクトルを発生する。ＧＰＳ装置における伝播ソフトウェアモジュールは、軌道を計算する。軌道が伝播された後に、前記ＧＰＳ装置のメモリ内に多項式として記憶される。軌道は、有効時間周期後に衛星の位置を決定するために、ＧＰＳ装置により使用される合成天体暦へと変換される。ＧＰＳ装置は、ネットワークインターフェイスも有し、そのネットワークインターフェイスがＡＧＰＳサーバーと通信する場合に、ＡＧＰＳサーバーは、衛星の前記位置を決定する上でＧＰＳ装置へ支援を与えるか、又はＡＧＰＳサーバーは、伝播モジュールへシードデータを通信するか、又はＧＰＳ装置へ合成天体暦を通信する。
【００２７】
ａ）衛星に関連した複数の位置及び速度の通信を受信するように構成されたＲＦ受信器であって、その複数の位置及び速度は、有効時間周期中有効であるようなＲＦ受信器と、ｂ）通信を復調するように構成されたデジタル信号プロセッサと、ｃ）複数の位置及び速度から、衛星の補正加速度を計算するように構成されたシードジェネレータと、ｄ）複数の位置、速度及び補正加速度を使用して、予想される時間周期内の衛星の軌道を伝播するように構成されたプロパゲーターであって、その予想される時間周期の少なくとも一部分は、有効時間周期の後に生じるようなプロパゲーターと、を備えたＧＰＳ装置が提供される。
【００２８】
複数の位置及び速度は、ブロードキャスト天体暦のような天体暦内に受け取られる。前記シードジェネレータは、更に、天体暦を使用して力モデル係数及び軌道状態ベクトルを発生するように構成される。又、ＧＰＳ装置は、軌道が伝播された後に軌道を記憶するためのメモリも有する。又、ＧＰＳは、有効時間周期の後に衛星の位置を決定するために軌道を合成天体暦へ変換するように構成されたＡＧＰＳインターフェイスモジュールも有する。又、ＧＰＳ装置は、ＡＧＰＳサーバーと通信すると共に、ＡＧＰＳサーバーから支援を受け取るように構成されたネットワークインターフェイスも有する。このようなケースでは、伝播モジュールが、ＡＧＰＳサーバーからシードデータを受け取るように構成されるか、又はＧＰＳ装置が、ＡＧＰＳサーバーから合成天体暦を受け取るように構成されたネットワークインターフェイスを有する。
【００２９】
衛星の位置を予想する方法において、（ａ）ＧＮＳＳ能力をもつ装置を準備するステップであって、この装置は、衛星に関連した複数の位置及び速度を受け取るように構成されたＲＦアンテナを有し、その複数の位置及び速度は、有効時間周期中に有効であるようなステップと、（ｂ）その装置が複数の位置及び速度から衛星の補正加速度を計算するステップと、（ｃ）その装置が、複数の位置、速度及び補正加速度を使用して、予想される時間周期内の衛星の軌道を伝播するステップであって、その予想される時間周期の少なくとも一部分は、有効時間周期の後に生じるようなステップと、（ｄ）その装置が軌道を使用して衛星の位置を決定するステップと、を備えた方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による自己支援ＧＰＳアーキテクチャーを示すブロック図である。
【図２】本発明によるシードデータ構造を示すテーブルである。
【図３】本発明による合成支援データレコード構造を示すテーブル。
【図４】シードサーバーへアクセスする自己支援ＧＰＳアーキテクチャーを示すブロック図である。
【図５】本発明によるＧＰＳ装置のブロック図である。
【図６】本発明により、ＧＰＳ装置が軌道伝播モデルを伝播するプロセスを示すフローチャートである。
【図７】本発明により、シードサーバーへアクセスするＧＰＳ装置が軌道伝播モデルを伝播するプロセスを示すフローチャートである。
【図８】衛星軌道予想における非半径方向成分エラーの貢献を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本明細書において、次の用語は、次の意味を有する。
「ＡＧＰＳインターフェイスエージェント」は、予想バッファを、ＡＧＰＳモジュールに受け容れられるフォーマットの合成天体暦へと変換するためのソフトウェア又はハードウェアモジュールを意味する。
【００３２】
「ＡＧＰＳモジュール」は、ＧＰＳ装置への入力、例えば、真の又は合成天体暦又は時間周波数及び推定される衛星位置を管理するためのソフトウェア又はハードウェアモジュール、例えば、チップセットを意味する。
【００３３】
「ＡＧＰＳサーバー」は、ＡＧＰＳサーバーとの通信においてＧＰＳ装置のシードジェネレータ又はプロパゲーターにより使用される支援を発生するサーバーを意味する。
【００３４】
「ＧＰＳ装置」は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信して処理するためのＧＰＳ受信器及び関連デジタルプロセッサを有するオブジェクトを意味する。ＧＰＳ装置は、乗物のような大きな構造物の一部分でもよいし、又はそれにより取り扱われてもよい。
【００３５】
「軌道状態ベクトル」は、所与のエポックにおける衛星の位置及び速度に関する情報を含むベクトルを意味する。
【００３６】
「プロパゲーター(Propagator)」は、シードデータを入力として使用して軌道状態ベクトルを計算するためのハードウェア又はソフトウェアモジュールを意味する。
【００３７】
「予想バッファ」は、インターバルごとに衛星軌道アークをパラメータ化する１組の予想されるモデルを記憶するメモリを意味する。
【００３８】
「シードジェネレータ」は、天体暦のような、複数の時間タグ付き衛星位置及び速度からプロパゲーターにより使用されるシードデータを計算するソフトウェア又はハードウェアモジュールを意味する。
【００３９】
「シードデータ」は、衛星の位置を予想するための力モデル及び初期状態ベクトルに対応する１組の係数を意味する。
【００４０】
「シードサーバー」は、シードサーバーとの通信においてＧＰＳ装置のプロパゲーターにより使用されるシードデータを発生するＡＧＰＳサーバーを意味する。
【００４１】
「合成天体暦」は、衛星から直接受信されるのではなく、予想される軌道状態ベクトルから発生される天体暦を意味する。
【００４２】
本発明は、ここでは、ＧＰＳ装置に関して説明するが、他のＧＮＳＳもここに開示するシステム及び方法に使用することができる。
【００４３】
本発明は、ＧＰＳ又は他のグローバルナビゲーション衛星システムブロードキャスト天体暦観察を使用して、ＧＰＳ装置２００におけるプロパゲーター１２０と称される軌道伝播モデラーへの入力を発生する（シードジェネレータ１１０を使用して）。プロパゲーター１２０は、次いで、衛星の将来位置を予想するのに使用される支援データを予想し又は合成することができる。予想の精度は、シードジェネレータ１１０により使用される観察の数及びインターバル、ＧＰＳ装置２００内で実施されるプロパゲーター１２０の忠実度、ＧＰＳ衛星に作用する力を正確にモデリングできないこと、並びにプロパゲーター１２０に使用される初期位置及び速度の精度によって限定される。プロパゲーター１２０は、地球、月及び太陽の重力、並びに太陽の圧力モデルを使用する。太陽の圧力モデルは、唯一のＧＰＳコンステレーション依存力である。というのは、異なる衛星形式が異なる質量を有し且つそれらの表面に当たる光子の作用により異なる影響を受け、それ故、異なる衛星に対して異なるモデルが必要となるからである。本発明の説明上、上述した太陽圧力モデル以外に、ここに述べる方法は、他のＧＰＳコンステレーションにも等しく適用することができる。又、軌道決定及び予想技術も知られており、更なる詳細については、Escobal著の“Methods of Orbit Determination”を参照されたい。
【００４４】
本発明は、軌道予想の責務を、図５に見られるようにＧＰＳ装置２００内に収容されたシードジェネレータ１１０及びプロパゲーター１２０に課するものである。更に、ＧＰＳ装置２００は、ＲＦ受信器５１０（及びその関連デジタル信号プロセッサ）と、ＡＧＰＳモジュール１３０と、ＡＧＰＳインターフェイスエージェント１５０と、プロセッサ５２０と、メモリ５３０（これは、予想バッファ１４０を含む）とを備えている。又、ＧＰＳ装置は、ＡＧＰＳサーバー１８０と通信するためのネットワークインターフェイス５４０も有する。シードジェネレータ１１０は、単一のブロードキャスト天体暦の読み、又は任意の数までのその後のブロードキャスト天体暦の読みを使用して、シードデータを発生し、これは、次いで、プロパゲーター１２０への入力として使用されて、軌道状態ベクトルを発生する。このシステムの一般的なアーキテクチャーが図１に示されている。
【００４５】
完全に自律したモード、即ちＧＰＳ装置がネットワークインターフェイス５４０のような外部接続能力をもたないか、又はＧＰＳ装置がネットワークインターフェイス５４０をもつが、ＡＧＰＳサーバー１８０に接続できない場合には、この方法の基本的なステップは、次のようになる（図６に示す）。
【００４６】
１．ＧＰＳ装置２００がパワーオンされ、ＡＧＰＳチップセット１３０がＲＦ信号からブロードキャスト天体暦データを復調すると、シードジェネレータ１１０には、特定の構成可能なインターバル（例えば、各６時間に一度又は各１２時間に一度、等）で、このブロードキャスト天体暦のコピーが与えられる（ステップ６００）。
【００４７】
２．シードジェネレータ１１０は、これらのブロードキャスト天体暦観察をそのケプラーモデル表現から現在適用可能な軌道表現（即ち、位置、速度）へ変換し、そして将来の衛星軌道位置及び速度予想に最良に一致する真の観察に基づいて、１組の力モデル係数の計算を開始する（ステップ６１０）。シードジェネレータ１１０は、これを、軌道状態ベクトル及びそれにより生じる力モデル係数を含むシードデータへとアッセンブルする（ステップ６２０）。
【００４８】
３．シードデータがプロパゲーター１２０に与えられる（ステップ６２５）。プロパゲーター１２０は、次いで、シードデータに含まれた各衛星乗物に対する軌道状態ベクトルを計算する（ステップ６３０）。軌道状態ベクトルは、例えば、１５分エポックのような所与のインターバルで計算することができる。プロパゲーター１２０は、この計算をＧＰＳ装置２００におけるバックグランドタスクとして遂行し、そしてそれにより生じる予想データを予想バッファ１４０に多項式として記憶し、例えば、軌道状態ベクトルを容易に計算できるところの４時間の時間フレームを表す第１０次多項式として記憶する（ステップ６４０）。予想バッファ１４０は、希望の時間巾の多項式を記憶できるサイズとされるが、典型的に、期待される予想精度又は有効性のためのサイズとされ、即ち３日又は４日先までのサイズとされる。予想バッファ１４０は、典型的に、そこに含まれたデータを、ＧＰＳ装置２００が次にパワーアップされたときに直ちに使用できるように、不揮発性メモリで実施される。
【００４９】
４．構成可能なインターバル、典型的に、１５分ごとに、又はＡＧＰＳモジュール１３０が支援データを要求するときに、例えば、エラー寛容度を越えるときに、ＡＧＰＳインターフェイスエージェント１５０は、適用可能な多項式を検索し、それを現在時間の軌道状態ベクトルへ変換し、次いで、それを、それと同等のブロードキャスト天体暦ケプラーデータフォーマットへ変換して戻し、そしてそれにより生じる合成支援データを、インターフェイスを経てＡＧＰＳモジュール１３０へ注入して戻す（ステップ６５０）。この合成支援は、実際に、真のブロードキャスト天体暦係数のサブセットを含み、そしてそのＴｏＥ（天体暦の時間）は、構成可能であり、典型的に、１５分以内に満了となるようセットされる。
【００５０】
５．ＡＧＰＳモジュール１３０は、次いで、所与の衛星に対して有効な真のブロードキャスト天体暦が得られない場合に先ず合成支援を使用する（ステップ６６０）が、その合成支援を、真のブロードキャスト天体暦が最終的に受け取られてＲＦ信号から復調されたときに、それに置き換える（ステップ６７０）。
【００５１】
一般的に、より多くのブロードキャスト天体暦の読みが得られるにつれて、合成支援データは、より正確なものになる。このプロセスは、ＧＰＳ衛星のブロードキャスト天体暦からの第１の既知の位置及び速度をシードジェネレータ１１０及びプロパゲーター１２０への入力として使用することによりスタートし、物理的な力のモデリングを使用して、観察されたブロードキャスト天体暦から（又は天体暦の異なるソースから、例えば、ＧＰＳ装置がネットワークインターフェイス５４０を有する場合には支援から）第２の位置への数値積分を許す。第１の位置と共に与えられる初速は、第２の位置の適度な近傍内へ通されるようにスケーリングされる。速度の符号及びスケーリングは、半径方向エラーの符号及び大きさに依存する。長いアークの場合には、初速ベクトルは、その初速ベクトル及び軌道平面に垂直な軸に沿って回転されねばならないが、いずれにせよ、初速には、大きさ及び回転角の２つの自由度しかない。時間が経つにつれて、複数のブロードキャスト天体暦の読みを得ることができ、これらの読みをシードジェネレータ１１０及びプロパゲーター１２０により使用して、シードデータの精度を時間と共に改善することができる。１からｎまで（ｎは整数）の複数のブロードキャスト読みを任意の時間長さで分離できるが、シードジェネレータ１１０及びプロパゲーター１２０により使用される速度ベクトルを調整して、次の数日間に対するシードデータを発生するのに、１２又は２４時間にわたる複数の読みが好ましい。
【００５２】
慣習的な軌道決定は、利用できる最も完全な力モデルを使用して、追跡データに適合する最良の軌道を与える。通常、使用される力モデルがより頑丈で正確であるほど、得られる軌道決定もより正確になる。この頑丈で正確な力モデルのセットは、追跡データの測定時間を越える将来の時間に向かって衛星位置及び速度の正確な予想を与える。力モデルは、本発明によるシステム及び方法の説明上任意の複雑さレベルのものでよく、又、ＧＰＳ装置２００のプロパゲーター１２０は、プロセッサ５２０の負荷を減少するために完全で頑丈な力モデルのサブセットを使用することができる。
【００５３】
軌道予想の精度を更に高めるために、非モデルの半径方向及びアロングトラック加速度に対して一般化された加速度を、Montenbruck及びGillの“Methods of Orbit Determination”のような文献に使用されたものと同様の方法で、ターゲットの第２ポイント（１つ又は複数）の至近を任意に通過するように繰り返しによって調整することができる。クロストラック加速度エラーは、良好にモデリングされ、影響の小さなもので、従って、架空ベクトルにより表す必要がない。ＧＰＳ中間地球軌道衛星のためのブロードキャスト天体暦のレンジエラーは、典型的に、３メーター以内であるが、予想では約１２メーターの大きなアロングトラックエラーが生じ得る。これらのアロングトラックエラー（図８に見られる）は、半径方向エラー（一般的に地上ＧＰＳ装置のレンジエラーの一部分である）と共に、架空加速度でモデリングされる。
【００５４】
図８は、衛星（地球の半径の４倍にある）が直接頭上にあって非半径方向エラーが視線レンジエラーに影響しないときと、衛星がユーザの水平方向にあって非半径方向エラーの１／４だけが視線エラーに投射されるとき、の２つの極端なケースを示す。
【００５５】
シードジェネレータ１１０は、軌道状態ベクトルを、プロパゲーター１２０により使用される力モデル係数と結合するシードデータをアッセンブルする。シードデータの典型的な実施の構造が図２に示されている。
【００５６】
シードジェネレータ１１０は、典型的に、次の４時間に少なくとも１つの有効ブロードキャスト天体暦を受信すると、プロパゲーター１２０からの軌道予想の精度を最適化するプロセスを遂行する。このプロセスの各ステップにおいて、シードジェネレータ１１０は、観察されたブロードキャスト天体暦に対して最悪の半径方向及びアロングトラックエラーを計算するために力モデル係数を推定する。出力であるシードデータは、次の係数を含む構造（図２に示す）を有する。
●太陽圧力：
○Ｃｒ［０］及びＣｒ［１］（ｙ−バイアス及びｘ−ｚコンポーネント）
●一定加速度項：
○アロングトラック加速度：ａＡｃｃｅｌＣｏｎｓｔ
○クロストラック加速度：ｃＡｃｃｅｌＣｏｎｓｔ
○半径方向加速度：ｒＡｃｃｌＣｏｎｓｔ
●及び１組の正弦波項：
○アロングトラック：ａＡｃｃｅｌＳ［２］、ａＡｃｃｅｌＣ［２］、
周期１、２軌道を有する
○クロストラック：ｃＡｃｃｅｌＳ［２］、ｃＡｃｃｅｌＣ［２］、
周期２、４軌道を有する
○半径方向：ｒＡｃｃｅｌＳ［２］、ｒＡｃｃｅｌＣ［２］、
周期１、２軌道を有する
【００５７】
ＧＰＳ装置２００における利用可能な計算リソースに基づき、シードジェネレータ１１０は、上述した係数の幾つか又は全部を計算することができる。しかしながら、最低限、次の係数が計算される。
●一定加速度項：
○アロングトラック加速度：ａＡｃｃｅｌＣｏｎｓｔ
●及び正弦波項：
○半径方向：ｒＡｃｃｅｌＳ［０］、ｒＡｃｃｅｌＣ［０］
○アロングトラック：ａＡｃｃｅｌＳ［０］、ａＡｃｃｅｌＣ［０］
【００５８】
更に、ブロードキャスト天体暦観察からの時間及びクロックパラメータがシードデータに含まれる。
【００５９】
このプロセスの主たるステップは、地球中心の慣性項で表されたシードデータ及び関連係数の最小形態について次の通りである。
１）初速αを繰り返しスケーリングし（ブロードキャスト天体暦から）、第１の６時間に半径方向エラーを受けさせ、希望のスレッシュホールドより小さくし、典型的に、５メーターにセットする。満足すると、この速度をαoptと称し、次のステップへ進む。
２）正弦波半径方向加速度を最適化する（周期＝１軌道）：
ａ）Ａ ｃｏｓ(ωｔ)＋Ｂ ｓｉｎ(ωｔ)＝Ｃ ｃｏｓ(ωｔ＋δ)、即ちωの大きさ及び位相を表す。Ｃ＝１ｅ-8ｍｓ-2とする。異なる位相δ1・・・δmに対しＣ＝１ｅ-8ｍｓ-2で主たる半径方向エラーを計算し、そして半径方向エラーを最小にする位相δoptを保持する。
ｂ）δoptを使用してＣにわたって最適化し、半径方向エラーを最小にするＣoptを得る。
ｃ）先に計算した最悪のケースのアロングトラックエラー＞スレッシュホールドの場合には、最大繰り返し数に達するまで、又は最悪のケースのアロングトラックエラー＜希望のスレッシュホールドになるまで、アロングトラック加速度Ａを適用し、その時点でＡoptを決定する。
３）次いで、力モデル係数αopt、δopt、Ｃopt及びＡoptを軌道状態ベクトルと一緒にシードデータの一部分として合体する。プロパゲーター１２０は、それがシードデータを使用するときに、軌道の半径方向及びアロングトラック部分においてαoptをＶ0に、そしてＣoptｃｏｓ(ωｔ＋δopt)及びＡoptを適用することにより、衛星ごとに軌道を伝播することができる。
【００６０】
予想バッファ１４０に記憶された多項式から導出された予想軌道状態ベクトルは、ＡＧＰＳインターフェイスエージェント１５０によりケプラーモデルへ変換されて戻される。これにより得られる合成支援データは、次いで、ＡＧＰＳモジュール１３０へ供給される前にブロードキャスト天体暦ナビゲーションモデルデータレコードと同じフォーマットで現れるようにフォーマットされるが、多数のフィールドが予想される場合には、他の非予想フィールドは、定数又はゼロにセットされる。典型的な実施では、ＡＧＰＳチップセット１３０が取り扱いを期待する又は取り扱いできるフォーマットに基づいて、図３に示す合成支援データレコード構造がＡＧＰＳチップセット１３０へ供給される。
【００６１】
例えば、図３を参照すれば、ａｆ1は、最新の天体暦から取り出され、ａｆ0は、新たなＴocにおけるクロック補正の値であり、そしてＴocパラメータは、Ｔoeに等しくセットされる。
【００６２】
本発明によるシステム及び方法の効果は、ＧＰＳ装置の計算負荷が軽減されることである。例えば、月及び太陽加速度を、地球中心の地球固定基準フレームへ変換することは、典型的な一連の変換ＷＲＮＰなしに行われる（但し、Ｗは、極移動、Ｒは、グリニッチの視恒星角、Ｎは、章動角、そしてＰは、歳差運動である））。典型的に、Ｗは、「国際地球回転観測事業」からダウンロードされ（又は推定され）、そしてＲは、“ＵＴ１”とＵＴＣ（これもダウンロードされるか又は推定される）との間のゆっくり変化するバイアスにより補正される。しかしながら、本発明は、これらの補正を必要とせず、ＵＴ１−ＵＴＣオフセット（現在〜１４秒）を推定せずに単純にＲを使用し、むしろ、上述した正弦波加速度により次に続くエラーが吸収される。
【００６３】
使用できる他の計算方法は、次のものを含む。
１．太陽／月の天体暦をモデリングするための（４日間有効な）多項式モデルの使用。これらのモデルは、月／太陽の国際天文基準事業（ＩＣＲＳ）の位置計算に対して固定点一致するようにポートすることができる。
２．回転当たり一度又は二度の半径方向及びアロングトラック正弦波摂動に関して半径方向及びアロングトラックの加速度エラーの一部分に対する分析方程式を決定する。
３．所与の１組の位置に関して半径方向及びアロングトラックの加速度エラーに対する初速の小さな変化の影響を決定する。
４．グロナス(GLONASS)ナビゲーションメッセージを使用し、グロナスシステムにおいて１時間有効基準を越えて軌道を伝播する。グロナスナビゲーションメッセージは、初速を２４ビットに量子化し、そして（本発明に使用されるものより）低い精度の力モデルを使用して計算を最適化し、約１時間有効な天体暦を生じさせる。本発明において力モデル及びＧＰＳ天体暦フォーマットを使用するために、グロナスブロードキャスト位置及び速度は、（７パラメータ変換としても知られた）ヘルマート変換によりＰＺ９０基準楕円体からＷＧＳ８４楕円体へマップされるだけでよい。
【００６４】
シードデータの生成は、プロセス５２０において直列に行われるが、シードデータは、小さなキャッシュ（７ＫＢのような）を使用して並列に発生されてもよい。シードデータが直列に発生される場合には、大きなキャッシュ（４８ＫＢのような）を使用することができる。
【００６５】
第１のシードデータが伝播されるときにメモリ５３０のバッファに記憶された各シードデータが新たなシードデータでオーバーライトされるが、両シードが同じ予想バッファ１４０の異なるブロックへ書き込まれるようなダブルキャッシング技術を使用することができる。新たな天体暦の入力は、バッファ内のシードデータの両セットにおいてクロックを更新させる。
【００６６】
ブロードキャスト天体暦をプロパゲーター１２０の入力として使用するのに加えて、このシステムは、合成支援データをＡＧＰＳサーバー１８０において発生し、そしてネットワーク接続を通してダウンロードしてプロパゲーター１２０の入力として使用できるようにする。この実施形態は、ＧＰＳ装置２００がブロードキャスト天体暦を取得できない環境において有用である。もし利用できれば、リアルタイム又は合成支援データを使用する別の効果は、全衛星コンステレーションに対する天体暦を一度にプロパゲーター１２０に利用できるようにし、プロパゲーター１２０の性能を改善することである。ＡＧＰＳサーバー１８０からダウンロードされるデータは、複数のフォーマットであり、ＧＰＳ装置２００がそれ自身の長期間の正確な予想データを発生できるようにする。この実施形態の一般的なアーキテクチャーが図４に示されている。
【００６７】
ＡＧＰＳの実施形態では、シードジェネレータ１１０への入力オプションは、外部ＡＧＰＳサーバー１８０からのリアルタイム又は合成支援データのいずれかを含むように増強できる。このような支援データは、完全自律のＧＰＳ装置の場合の実際の観察に比して、衛星コンステレーションのより完全な視野を与え、それにより、シードジェネレータ１１０が、より多くの衛星乗物に適用できるシードデータを準備できるようにする。ＡＧＰＳサーバー１８０が、参考としてここにそのまま援用する米国特許出願第１１／７４０，２０６号に開示されたシードサーバーである場合には、ＡＧＰＳサーバー１８０によって与えられるシードデータを、プロパゲーター１２０への入力として使用することもできる。シードサーバーからのシードデータが、よりパワフルなプロセッサにおいて発生されて、長期間（例えば、７日間）有効となるときには、シードデータは、プロパゲーター１２０が、ＧＰＳ装置２００のシードジェネレータ１１０より正確な予想を計算できるようにする。しかしながら、ＡＧＰＳサーバー１８０から新たな支援データが得られない場合には、ＧＰＳ装置２００がシードジェネレータ１１０へ戻り、自律モードで動作を続けることができる。本発明のこの実施形態では、ネットワークベースのリアルタイム又は合成支援データが入手できる場合及びそのときに、そのデータの生存性及び有用性を利用することができる。
【００６８】
クロックの年齢及び軌道の精度を考慮に入れた天体暦についてのＧＰＳ装置レンジ精度（ＵＲＡ）を、ＧＰＳ装置２００によって計算することができる。ＵＲＡを計算するのに使用される方法は、シードデータがＧＰＳ装置２００により自己発生されるか又はＡＧＰＳサーバー１８０から受け取られるかに依存する。自己発生されるシードデータの場合には、ＵＲＡは、半径方向エラーの最大値の線型外挿であるか、或いは図８に見られるように、非半径方向エラーの１／４である。
【００６９】
ＧＰＳ装置２００がシードサーバーからのＡＧＰＳ支援を使用するプロセスが、図７に示されており、次のようなステップを含む。
１．ＧＰＳ装置２００がパワーオンされ且つＡＧＰＳチップセット１３０がＲＦ信号からブロードキャスト天体暦データを復調するときに、このブロードキャスト天体暦が特定の構成可能なインターバル（例えば、６時間ごとに一度、又は１２時間ごとに一度、等）で得られる場合には、そのコピーがシードジェネレータ１１０に与えられる（ステップ７００）。
【００７０】
２．シードジェネレータ１１０は、これらのブロードキャスト天体暦観察をそれらのケプラーモデル表現からそれらの現在適用可能な軌道表現（即ち、位置、速度）へ変換し、そして将来の衛星軌道位置及び速度予想に最良に一致する真の観察に基づいて１組の力モデル係数の計算を開始する（ステップ７１０）。シードジェネレータ１１０は、これを、軌道状態ベクトル及びそれにより生じる力モデル係数を含むシードデータへとアッセンブルする（ステップ７２０）。
【００７１】
３．シードデータは、プロパゲーター１２０に与えられる（ステップ７２５）。ＡＧＰＳサーバー（これがシードサーバーである場合に）からのシードデータも、もし得られれば、プロパゲーター１２０に与えられる（ステップ７２８）。次いで、プロパゲーター１２０は、シードデータに含まれた各衛星乗物に対して軌道状態ベクトルを計算する（ステップ７３０）。軌道状態ベクトルは、所与のインターバル、例えば、１５分エポックで、いつでも計算することができる。プロパゲーター１２０は、この計算をＧＰＳ装置２００においてバックグランドタスクとして遂行し、そしてそれにより得られる予想データを、予想バッファ１４０に、軌道状態ベクトルへ変換できる多項式として記憶する（ステップ７４０）。予想バッファ１４０は、希望の時間巾の多項式を記憶するサイズにすることができるが、典型的に、期待される予想精度又は有効性のためのサイズとされ、即ち３日又は４日先までのサイズとされる。予想バッファ１４０は、典型的に、それが含むデータを、ＧＰＳ装置２００が次にパワーアップされたときに直ちに使用できるように、不揮発性メモリで実施される。
【００７２】
４．構成可能なインターバル、典型的に、１５分ごとに、又はＡＧＰＳモジュール１３０が支援データを要求するときに、例えば、エラー寛容度を越えるときに、ＡＧＰＳインターフェイスエージェント１５０は、適用可能な多項式を検索し、それを現在時間の軌道状態ベクトルへ変換し、次いで、それを、それと同等のブロードキャスト天体暦ケプラーデータフォーマットへ変換して戻し、そしてそれにより生じる合成支援データを、インターフェイスを経てＡＧＰＳモジュール１３０へ注入して戻す（ステップ７５０）。この合成支援は、実際に、真のブロードキャスト天体暦係数のサブセットを含み、そしてそのＴｏＥ（天体暦の時間）は、構成可能であり、典型的に、１５分以内に満了となるようセットされる。
【００７３】
５．ＡＧＰＳモジュール１３０は、次いで、所与の衛星に対して有効な真のブロードキャスト天体暦が得られない場合に先ず合成支援を使用する（ステップ７６０）が、その合成支援を、真のブロードキャスト天体暦が最終的に受け取られてＲＦ信号から復調されたときに、それに置き換える（ステップ７７０）。
【００７４】
本発明の重要な要素及び特徴は、次のものを含むが、これらに限定されない。
●ＧＰＳ装置２００のような衛星ナビゲーション又はポジショニング装置は、外部ネットワーク接続から外部支援を要求せずに、それ自身の支援データを自律的に予想し発生することができる。
●ＧＰＳ装置２００は、衛星軌道位置及び速度の予想を遂行するためにシードジェネレータ１１０及びプロパゲーター１２０を有している。
●シードジェネレータ１１０及び軌道プロパゲーター１２０は、ＧＰＳ装置のプロセッサ能力及びアプリケーション要求に基づいて、異なる複雑さ及び精度の軌道予想モデルを使用することができる。
●一連の衛星位置及び初速がシードジェネレータ１１０により使用されて、ＧＰＳ装置２００の軌道プロパゲーター１２０への入力を準備する。
●ＧＰＳ装置２００が外部ネットワークインターフェイス５４０を有する場合に、外部支援データは、リアルタイムであるか合成であるかに関わらず、シードジェネレータ１１０及び軌道プロパゲーター１２０への入力として任意に使用することができる。
●ネットワークデータトラフィックのオーバーヘッドは、支援型ＧＰＳのような既存の外部支援技術に比して減少され又は排除される。
●本発明によるシステム及び方法は、いかなる衛星ナビゲーション又はポジショニングシステムにも適用できる。
●本発明によるシステム及び方法は、固定又は移動のいかなる形式のＧＰＳ装置／受信器と共に適用することもできる。
●本発明によるシステム及び方法は、通信ネットワークにわたってＧＰＳ及びＡＧＰＳ技術との相補的な形態で使用することができる。
【００７５】
本発明の特定の好ましい実施形態を、例示のために詳細に開示したが、本発明の範囲内で、ここに開示した装置を変更又は修正できることが明らかであろう。
【符号の説明】
【００７６】
１１０：シードジェネレータ
１２０：プロパゲーター
１３０：ＡＧＰＳモジュール
１４０：予想バッファ
１５０：ＡＧＰＳインターフェイスエージェント
１８０：ＡＧＰＳサーバー
２００：ＧＰＳ装置
５１０：ＲＦ受信器
５２０：プロセッサ
５３０：メモリ
５４０：ネットワークインターフェイス
【図１】
0005755447.tif 000002
【図２】
0005755447.tif 000003
【図３】
0005755447.tif 000004
【図４】
0005755447.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005755447.tif 000007
【図７】
0005755447.tif 000008
【図８】
0005755447.tif 000009