(57)【要約】【課題】衛星位置一覧表メッセージ送信。【解決手段】航法衛星受信機は短縮GPSエフェメリスパラメータからなる衛星位置一覧表メッセージを受理する。特に、軌道傾斜角CicとCisに対する２つの調和補正のうちの少なくとも一つは演算されず、航法受信機の位置解に使用されない。本発明の第１の方法実施例では、軌道傾斜角CicとCisに対する２つの調和補正を共に演算から除外する。本発明の第２の方法実施例では、Min(Cis sin(2φk), Cic cos(2φk))いかんにより、軌道傾斜角CicとCisに対する２つの調和補正のうちの一つだけが演算から除外される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航法受信機を操作する方法であって、
軌道傾斜角Cic及びCisに対する２つの調和補正のうちの少なくも一つに欠ける、ある衛星のエフェメリス（ephemeris）の均等物である衛星位置一覧表メッセージ（a satellite-position table message）を軌道を回る航法衛星以外の情報ソースから受け取るステップと、
前記衛星位置一覧表メッセージから前記短縮エフェメリス情報を用いて位置解を演算するステップと、
演算のステップにおいて、軌道傾斜角CicとCisに対する前記２つの調和補正のうちのどちらかを省略したことによる精度の低下が１メートル未満の前記位置解を出力するステップを含む方法。
【請求項２】
前記受信のステップでは、軌道傾斜角CicとCisに対する前記２つの調和補正が共に抜けていてゼロに設定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記受信のステップでは、そうした衛星位置一覧表メッセージを受け取るための料金支払済みである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記受信のステップでは、前記衛星位置一覧表メッセージは基準局及びネットワークホストからインターネット接続で提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記演算のステップでは、演算から除外される軌道傾斜角CicとCisに対する２つの調和補正のうちの一つはMin(Cis sin(2φk), Cic cos(2φk))に依存するとして数式で表わすことができる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
航法受信機クライアントであって、
軌道傾斜角Cic及びCisに対する２つの調和補正のうちの少なくも一つに欠けるある衛星のエフェメリス（ephemeris）の均等物である衛星位置一覧表メッセージ（a satellite-position table message）を軌道を回る航法衛星以外の情報ソースから受け取るための入力と、
マイクロ波送信を受け取り、エフェメリスに関するデータを取得できない軌道を回るGPS衛星からの擬似距離（pseudoranges）を測定するための無線電話と、
軌道傾斜角CicとCisに対する前記２つの調和補正のうちの少なくとも一つがゼロに設定された前記衛星位置一覧表メッセージと前記擬似距離とから位置解を判定する位置解出力とを備える航法受信機クライアント。
【請求項７】
前記入力はインターネットで取得した情報を有料で受け取る、請求項６に記載の航法受信機クライアント。
【請求項８】
前記入力では、前記衛星位置一覧表メッセージが基準局及びネットワークホストからインターネット接続で提供される、請求項６に記載の航法受信機クライアント。
【請求項９】
前記無線電話は、前記軌道を回る航法衛星からNAVメッセージを直接取得できない屋内で作動可能である、請求項６に記載の航法受信機クライアント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航法衛星受信機に関し、より具体的には完全でないエフェメリス・アルマナックを用いて航法衛星受信機を操作するための方法及びシステムに関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
全地球測位システム（GPS）は米国国防総省が１３０億ドル以上を投じて構築し運営している衛星に基づく無線航法システムである。衛星測位システム（SPS）にはGPSとロシアのGLONASS航法システムがある。そのほか、日本とヨーロッパ連邦が提案したものもある。
【０００３】
GPSシステムでは、ユーザが一度に最低６個の衛星を見れるように、高度２０，２００ｋｍで地球を回る２４個の衛星が間隔を置いて軌道に配置されている。そうした各衛星は時刻及び位置の正確な信号を送る。GPS受信機は到達する信号の時間遅延を測定し、そこから見かけの受信機‐衛星間の距離を算定する。少なくとも４個の衛星からのこのような測定によってGPS受信機は３次元の位置、速度、システム時刻を算出することができる。
【０００４】
受信機の位置解は関係ある衛星が各々３次元空間でどこにあるかを知ることにかかっている。それぞれの位置は方程式の集合に属するパラメータとして報告される。従来のGPSシステムで、GPSエフェメリスは次の一覧表、表１に載っている全項目を含んでいる。
【０００５】
【表１】
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【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開  第２００４０１９２３３４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エフェメリスメッセージの有効期間中、航法受信機にダウンロードされた完全GPSエフェメリスメッセージ情報を用いて一瞬に飛行中の衛星のほぼ正確な位置と速度を演算することが可能である。本願の発明者たちは、衛星の算定位置はほとんどのこれらのパラメータのわずかな変動に非常に敏感だから、各エフェメリスダウンロード中にそうした変動をもれなく通信しなければならないことを観察した。しかし、それと同時に、軌道傾斜角（Cic及びCis）に対する調和補正はそれほど決定的な要素ではないことも観察した。必要なのは、衛星位置の演算でこの２個のパラメータのうち少なくとも１個を無視できて、しかも解の精度をほとんど劣化させずにそうできるGPS受信機／システムである。
【０００８】
本願の発明者の一人、Paul McBurneyは、他の発明者と共に、本発明の実施例に関連すると共に一般的にはGPS受信機クライアント補助に関する複数の米国特許出願を最近手続きしている。そうした出願を表IIにまとめた。特許出願は全て同じ譲渡人に譲渡されており、参照することによって本明細書に組み込まれているものとする。
【０００９】
【表２】
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【００１０】
GPS衛星は１２．５分毎の繰り返しで５０bpsの航法（NAV）データメッセージを送信する。このメッセージは、GPS受信機が十分な数の衛星の信号を捕捉して航法解を生じるのに欠かせないシステム時刻、衛星エフェメリス、アルマナック情報から構成されている。それぞれ３０秒かかるフレームが２５個あり、各フレームには５個のサブフレームがあり、各サブフレームは１０語を有する。各サブフレームの始まりのZカウントは衛星からの送信時刻を示す。最初の３サブフレームがエフェメリスで、サブフレーム４〜５は５０ページを越えるアルマナックデータである。NAVデータの１データフレーム全体は１５００ビット長で、伝送するのに３０秒かかる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
手短に言えば、本発明の航法衛星受信機の実施例は、短縮(truncated)GPSエフェメリスパラメータからなる衛星位置一覧表メッセージを受け入れる。特に、軌道傾斜角CicとCisに対する２つの調和補正の少なくとも一つを通信せず、航法受信機の位置解に使用しない。本発明の第１の方法実施例では、軌道傾斜角CicとCisに対する調和補正を２つとも演算から除外する。本発明の第２の方法実施例では、Min(Cis sin(2φk), Cic cos(2φk))いかんにより、演算から軌道傾斜角CicとCisに対する２つの調和補正のうちの一つだけ除外する。
【００１２】
本発明の有益な効果は、あるGPS衛星について完全でないエフェメリスを用いて航法受信機を正確に操作するためのシステム及び方法を提供していることである。
【００１３】
本発明のこれらの又その他の目的並びに効果は、図面に示した好適なSPS受信機の詳細な以下の説明を読めば、当業者ならば容易に分かることは疑いの余地がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１に本発明の衛星航法受信機システムを、大まかな参照番号１００を付けて示している。システム１００は、可視GPS衛星（SV）１０１〜１０３からなる衛星群を用いてマイクロ波信号１０４〜１０７の擬似距離を演算する。基準局１０８は信号１０６、１０７で表わした送信を受け取り、GPS衛星１０１〜１０３の完全なアルマナック及びエフェメリスを取得する。完全エフェメリス１１０は、例えば、インターネットで配信するために、ネットワークホスト１１２に転送可能である。例えば、衛星位置一覧表メッセージ１１４など、部分エフェメリスは同報通信されるか、航法受信機クライアント１１６から要求される。本発明の第１の方法実施例において、そうした衛星位置一覧表メッセージには軌道傾斜角CicとCisに対する２つの調和補正が共に欠けている。表III参照。そのために、この２つのパラメータをゼロに設定して通常の演算から省略する。本発明の第２の方法実施例において、Min(Cis sin(2φk), Cic cos(2φk))いかんにより、演算から軌道傾斜角CicとCisに対する２つの調和補正のうちの一つだけを省略する。全てのエフェメリスパラメータが手元にあって位置解に使用できる理想的な状況と比べてほんのわずかしか劣化していない位置解１１８が出力される。
【００１６】
【表３】
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【００１７】
航法受信機クライアント１１６がエフェメリス及びアルマナック収集で支援を必要とするのは、マイクロ波１０４、１０５が弱すぎて無線受信機が擬似距離情報以外何も収集できないことがあるためである。例えば、受信機アンテナが屋内にあったり、その他の理由で空が見えない場合に起きるように、NAVメッセージを収集し難いことがある。
【００１８】
例えば、特許侵害を回避するために、予約契約収益を徴収するために、私企業の船団をサポートするために、或いは公共サービスとしてなど、ビジネス目的で衛星位置一覧表メッセージ１１４を提供することができる。
【００１９】
本発明の第１の方法実施例では、Cic及びCisパラメータを共に受信機への通信と位置解の演算から除外している。図２は、Cic=0及びCis=0として、１年にわたって１時間毎にサンプリングしたデータを演算した１５個の衛星の位置誤差を表わしたグラフである。衛星毎に演算された平均誤差はわずか数メートルだけだった。
【００２０】
本発明の第２の方法実施例では、２つのパラメータのうちの１個、例えば、位置への影響が一番小さいパラメータを省略する。φkを緯度引数とすると、平均運動の摂動はΔ=Cis sin(2φk)+Cic cos(2φk)となり、Min(Cis sin(2φk), Cic cos(2φk))いかんによりCisかCicかどちらか一方を省略する。図３は、そうした方法を用いて１０個の衛星について演算した位置誤差を表わす。演算でパラメータを一つだけ省略した場合、平均誤差はおよそ４倍小さくなった。例えば、位置解の誤差は１メートル未満である。
【００２１】
図４は、本発明の一般化された方法実施例を表わしており、大まかな参照番号４００を付けて示している。方法４００は軌道傾斜角Cic及びCisに対する２つの調和補正のうちのいずれか一方か又はその両者が送られなかったか或いはゼロに設定されている短縮エフェメリスメッセージを受け取るステップ４０２を有する。そうしたステップは予約代金を支払い済みであるということを前提条件にすることができ、アクセスはインターネットを介してである。ステップ４０４はそうした短縮エフェメリスから位置解を演算する。例えば、アンテナが屋内にあって信号強度が弱すぎるといったように、演算を行なうローカル受信機が自分のエフェメリスを直接取得することができないので、そうしたステップが必要である。ステップ４０６は位置解を出力し、時間が経っても、例えば、精度１メートル以内という正確さである。方法４００の別の実施例では、ステップ４０２はCisとCicが共に抜けているか或いはゼロに設定されている。それにもかかわらず、ステップ４０６で結果として生じる誤差はユーザの用途の容認可能な限度内である。
【００２２】
本発明を現時点で好適なSPS受信機により説明してきたが、開示を限定と解釈すべきではないことを理解するべきである。上記の開示を読めば、当業者ならば様々な変更例及び修正例が明白になることは疑いの余地がない。したがって、添付請求項は発明の「真の」精神並びに範囲から逸脱しない限りにおいて変更例及び修正例を全て含むと解釈されるものと考える。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のネットワーク型航法システム実施例の機能ブロック図。
【図２】位置解の演算から２つのパラメータCicとCisを省略した本発明の第１方法実施例を用いたときに演算された誤差を表わすグラフ。
【図３】位置解の演算からパラメータCicとCisのうちの一つを省略した本発明の第２方法実施例を用いたときに演算された誤差を表わすグラフ。
【図４】本発明の方法実施例のフローチャート。
【符号の説明】
【００２４】
１００・・・衛星航法受信機システム
１０１・・・GPS衛星
１０２・・・GPS衛星
１０３・・・GPS衛星
１０４・・・マイクロ波信号
１０５・・・マイクロ波信号
１０６・・・マイクロ波信号
１０７・・・マイクロ波信号
１０８・・・基準局
１１０・・・完全エフェメリス
１１２・・・ネットワークホスト
１１４・・・部分エフェメリス
１１６・・・航法受信機クライアント
１１８・・・位置解
４０２・・・短縮エフェメリスメッセージを受け取る
４０４・・・短縮エフェメリスメッセーから解を演算
４０６・・・解を出力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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