(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの地上の管理センタ(４)により管理される中高度軌道(２)に位置した複数の航法衛星(１)を使用する地球(Ｔ)上の使用者の位置決め方法において、
各々の航法衛星(１)は固有の第１の時間・位置情報を送信し、
−  上記の地上の管理センタ(４)により管理され、特有の第２の時間・位置情報と特有の電波信号を送信できる複数個の基準無線標識(１１)が地球を含む宇宙空間に配分されており、
−  各航法衛星(１)内では
・上記の基準無線標識(１１)の少なくとも１つから送信された第２の時間・位置情報が検知され、
・上記の第１および第２の時間・位置情報に基づき、上記の航法衛星(１)と上記の基準無線標識(１１)の各々との間の距離およびこれらの距離の変化率とをそれぞれ示す第１の値と第２の値が計算され、
・上記の基準無線標識(１１)により送信された上記の電波信号に現れるドップラー周波数の変化が測定され、
・ドップラー周波数の上記の変化に基づき、上記の航法衛星(１)と上記の基準無線標識の各々との間の距離およびこれらの距離の変化率とをそれぞれ示す第３の値と第４の値が計算され、
・各基準無線標識(１１)について、上記の第１の距離値と第３の距離値、ならびに第２の距離変化率値と第４の距離変化率値とが比較され、
・この比較の結果を示す信号が発生され、
・少なくとも上記の比較が変則を示すとき、上記の航法衛星(１)を介してこの比較結果信号を使用者に送信することを特徴とする地球上の使用者の位置決め方法。
【請求項２】
少なくとも１つの基準無線標識(１１)が地球(Ｔ)上に配置されている請求項１に記載の地球上の使用者の位置決め方法。
【請求項３】
少なくとも１つの基準無線標識(１１)が高軌道(１５)の衛星(１４)に搭載されている請求項１に記載の地球上の使用者の位置決め方法。
【請求項４】
上記の高軌道(１５)の衛星(１４)が静止衛星である請求項３に記載の地球上の使用者の位置決め方法。
【請求項５】
少なくとも１つの地上の管理センタ(４)により管理され、中高度軌道(２)に位置する複数個の航法衛星(１)を用いる地球(Ｔ)上の使用者の位置決めシステムにおいて、
前記航法衛星(１)と前記地上の管理センタ(４)により管理された複数個の基準無線標識(１１)とを具備し、
航法衛星(１)は、原子時計(８)と、上記の地上管理センタ(４)により送信された通信指令のレシーバ・デコーダ(７)と、上記の時計(８)と上記のレシーバ・デコーダ(７)とに連結されている上記の第１の時間・位置情報の発生器(９)と、この第１の情報を使用者に送信する送信器(１０)とをそれぞれ具備しており、
上記のシステムが、地球を含む宇宙空間に配分され、上記の地上の管理センタにより管理される複数個の基準無線標識(１１)からなり、上記の各無線標識(１１)が第２の時間・位置情報と電波信号とを送信でき、
更に、各航法衛星(１)が、
・上記の基準無線標識(１１)の少なくとも１つにより送信された上記の第２の時間・位置情報を受信する受信手段(１８)であって、上記の基準無線標識(１１)により送信された電波信号に現れるドップラー周波数の変化を測定するものと、
・上記の受信手段(１８)が受信した上記の第２時間・位置情報をデコード(解読)する手段(２１)と、
・上記のデコード手段(２１)により解読された上記の第２の時間・位置情報と、ドップラー周波数における上記の変化と、第１情報発生器(９)により送信された上記の第１の時間・位置情報とを受け取る計算手段(１９)であって、
この計算手段(１９)が、
＊上記の第１と第２の時間・位置情報及びドップラー周波数の上記の変化の１つに基づいて上記の第１、第３の距離値および第２、第４の距離変化率値を計算し、
＊各基準無線標識(１１)に対し、上記の第１の距離値と上記の第３の距離値とを比較し、また上記の第２の距離変化率の値と第４の距離変化率の値とを比較し、
＊  この比較結果を上記の発生器に伝達し、この発生器がこれらの結果を上記の第１の時間・位置情報に組み込むことのできる、
ものを 具備している請求項１から４のいずれか１項に記載した地球(Ｔ)上の使用者の位置決め方法を実施する地球上の使用者の位置決めシステム。
【請求項６】
上記の計算手段(１９)に送られた第１の情報が第１時間・位置情報発生器(９)の出力で標本抽出される請求項５に記載した地球上の使用者の位置決めシステム。
【請求項７】
各航法衛星(１)が、更に、上記の送信器(１０)により送信された上記の第１時間・位置情報を受信しデコードする補助レシーバ・デコーダ(２４)を備え、この補助レシーバ・デコーダ(２４)が上記の第１時間・位置情報を上記の計算手段(１９)に送る請求項５に記載した地球上の使用者の位置決めシステム。
【請求項８】
地球を含む宇宙空間に配分され、上記の地上の管理センタ(４)により管理される複数個の基準無線標識(１１)を備え、各基準無線標識(１１)が第２の時間・位置情報および電波信号を送信できるように構成された地球上の使用者の位置決めシステムに使用するための航法衛星(１)であって、
この航法衛星(１)は、原子時計(８)と、地上の管理センタ(４)により送信される通信指令のレシーバ・デコーダ(７)と、上記の時計(８)とレシーバ・デコーダ(７)とに連結されている第１の時間・位置情報発生器(９)と、上記の第１の時間・位置情報を使用者に送信する送信器(１０)とを具備し、
、更に、
−  上記の基準無線標識(１１)の少なくとも１つから送信された第２の時間・位置情報を受信するレシーバ(１８)であって、上記の基準無線標識(１１)により送信された電波信号に現れるドップラー周波数の変化を測定するものと、
−  上記の受信手段(１８)が受信した上記の第２の時間・位置情報をデコードする手段(２１)と、
−  上記のデコード手段(２１)によりデコードされた上記の第２の時間・位置情報と、上記のドップラー周波数の変化と、第１の時間・位置情報発生器(９)により送信された第１の時間・位置情報とを受け取る計算手段(１９)であって、
この計算手段(１９)が
・第１と第２の時間・位置情報、及びドップラー周波数の前記変化の少なくとも１つに基づき第１、第３の距離値および第２、第４距離変化率の値を計算し、
・各基準無線標識(１１)に対し、第１の距離値と第３の距離値、ならびに第２の距離の変化率値と第４の距離の変化率値とを比較し、
・この比較の結果を上記の発生器に送信して、この発生器がこれらの結果を上記の第１の時間・位置情報に組み込むことのできる
地球上の使用者の位置決めシステムに使用する航法衛星。
【請求項９】
上記の計算手段(１９)に送られた上記の第１の時間・位置情報が第１の時間・位置情報発生器(９)の出力で標本抽出される請求項８に記載した地球上の使用者の位置決めシステムに使用する航法衛星。
【請求項１０】
更に、上記の送信器(１０)により送信された上記の第１の時間・位置情報を受信しデコードする補助レシーバ・デコーダ(２４)を備え、この補助レシーバ・デコーダ(２４)が上記の第１の時間・位置情報を上記の計算手段(１９)に送る請求項８に記載した地球上の使用者の位置決めシステムに使用する航法衛星。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星を用いて地球上の使用者の位置決め方法、システム、並びに該システムに使用する航法衛星に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星を用いた地上使用者の位置決めシステムは、地球の周囲の(約２５,０００ｋｍ)の中間高度の軌道に位置する航法衛星の一群からなることは既知である。これらの航法衛星とそれらの軌道は一般に、当業界では“ＭＥＯ衛星”および“ＭＥＯ軌道”(Medium Earth Orbit (中高度軌道))と称される。ＭＥＯ衛星は幾つかの軌道面上に一様に配分されており、地球上のどの点でも、使用者は幾つかのＭＥＯ衛星(少なくとも３つ、使用者がその高度を確定するためには４つ)を、即ち、これらをまっすぐに見ることができ、これらからそれ自体の地上の位置を推論することができる。
【０００３】
各ＭＥＯ衛星は高安定性で高精密な原子時計と、地上の使用者に(共通基準に対する)修正時間と衛星の天体暦とからなるメッセージを宛てる装置の電子部品とを有する。幾つかのＭＥＯ衛星から受け取ったこれらのメッセージに基づき、使用者は色々の衛星からその距離を視認で決定し、よってこれから地上の座標上の位置を推論する。上記の一群のＭＥＯ衛星の公称操作を確実にするため、地上の管理センタは各ＭＥＯ衛星の軌道と衛星内の時間とを測定する。この管理センタは、次回のために、各ＭＥＯ衛星より送出される、ＭＥＯ衛星の天体暦と時間の修正を計算する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの衛星を用いた地上使用者の位置決めシステムの主たる欠点は、地上の使用者の位置決めに関する品質が、各ＭＥＯ衛星により送出される天体暦と修正された時間との品質に基づくことである。そこで、管理センタのエラーあるいはＭＥＯ衛星内での故障に引き続き、１つ以上のＭＥＯ衛星により送出される実際の位置、修正時間および／または天体暦が間違い、よって衛星の視認領域における全ての使用者に対し位置決めエラーを生じる。このエラーは最終的には、ＭＥＯ衛星を監視している管理センタにより検知され、修正されるが、その間、そのシステムを、重要な機能、例えば、航行に用いている幾人かの使用者は非常に危険な状態に陥る。
【０００５】
ＭＥＯ衛星の設計を変えて、それを外側の時間基準に従動させてＭＥＯ衛星により送信されるメッセージの信頼性を増加させる幾つかの解決策が既に提案されている。然し、これら全ての解決策では、ＭＥＯ衛星での変則を地上の監視ステーションのネットワークが確実に検知し、これらの変則に関する情報キュー(合図)を管理センタに送信し、これらの変則の修正が上記の管理センタに任される。加えて、効果的であるためには、これらの解決策は、並列の複数チャネルにより上記の管理センタに永久に連結された少なくとも５０の監視ステーションを駆使し、この結果、設置と使用費用が高くなる。
【０００６】
更に、地上の監視ステーションのネットワークの変則の検知によりＭＥＯ衛星の位置の回復の正確さが非常に薄弱となる。特に、特定のＭＥＯ衛星にとっては、地球の直径がＭＥＯ軌道の直径に対し小さいので、小さい立体角内に全て位置する地上のステーションから全ての距離測定が行なわれる。よって、水平面内での正確さが制限され、従って、変則の瞬間的検知の信頼性が減少する。
【０００７】
加えて、地上の監視ステーションのそのようなネットワークにより行なわれる全て測定は局部的影響(対流圏誤差、電離層誤差、多光路誤差)により乱され、よって測定誤差を生じ、これらの誤差が、これらに非常に近い許容閾値が固定されていれば、変則と危険とを生じる誤った態勢を検知する確実性を悪化させる。
【０００８】
地上の監視ステーションのネットワークにより変則を検知することのもう１つの欠点は、変則がＭＥＯ衛星で生じる時点と使用者がこの変則を最終的に警告される瞬間との間の潜伏時間により生じる。特に、検知／通知チェーンは世界的ネットワーク・ステーションと、このステーションの全ての測定に基づき、変則を検知する管理センタと、警告メッセージを衛星に送出するステーションと警告メッセージをＭＥＯ衛星で繰り返すシステムとを含む。この長くて複雑なチェーンは、変則の発生と使用者への通知との間の潜伏時間を導き、この潜伏時間は、例えば、空力学的分野で応用されるような最も高い操作信頼性要件に適合するのが難しい。
【０００９】
本発明の目的はこれらの欠点を解消することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このため、本発明による地球上の使用者の位置決め方法は、中高度の軌道に位置し、少なくとも１つの地上の管理センタにより管理される複数の航法衛星を駆使し、この航法衛星の各々は固有の第１の時間・位置情報を送信し、
−  上記の地上の管理センタ(４)により管理され、特定の第２の時間・位置情報と特定の電波信号を送信できる複数個の基準無線標識(１１)が地球を含む宇宙空間に配分されており、
−  各航法衛星内では
・上記の基準無線標識(１１)の少なくとも１つから送信された第２の時間・位置情報が検知され、
・上記の第１および第２の時間・位置情報に基づき、上記の航法衛星と上記の基準無線標識の各々との間の距離およびこれらの距離の変化率とをそれぞれ示す第１の値と第２の値が計算され、
・上記の基準無線標識により送信された上記の電波信号に現れるドブラー(Doppler)周波数の変化が測定され、
・ドップラー周波数の上記の変化に基づき、上記の航法衛星と上記基準無線標識の各々との間の距離およびこれらの距離の変化率とをそれぞれ示す第３の値と第４の値が計算され、
・各基準無線標識について、上記の第１の距離値と第３の距離値、ならびに第２の距離変化率値と第４の距離変化率値とが比較され、
・この比較の結果を示す信号が発生され、
・少なくとも上記の比較が変則を示すとき、上記の航法衛星を介してこの比較結果の信号を上記の使用者に送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
よって、本発明によれば、各ＭＥＯ航法衛星は上記の基準無線標識と一方向に連絡し、使用者に送信する必須の情報が各瞬間で有効であることを自主的に確認できる。この確認が邪魔されたり、この必須の情報から逸脱していることを顕せば、当該航法衛星は上記の必須の情報に、上記の情報が疑わしい(確認チェーンが邪魔されたり、あるいは検知された逸脱がかなりではあるが許容できる場合)か、間違っていると示すメッセージを含ませる。よって、使用者は、対応する航法衛星から生じる情報を即無視するか、位置計算におけるこの情報に割り当てられたウエイト(重要性)を少なくする。
【００１２】
上記の基準無線標識は、少なくとも一部分、地球上か、好ましくは高い軌道(例えば、約４０,０００ｋｍ)の衛星内に配置される。後者の場合、上記の無線標識保持衛星が、上記の管理センタの視野に絶えず居るように静止軌道であるのが望ましい。高軌道が静止軌道でない場合、幾つかのステーションが地球の周りに設けられ、配分され、上記の管理センタに連結される。
【００１３】
本発明によれば、ＭＥＯ衛星位置決めシステムは、少なくとも１つの地上の管理センタにより管理される中高度軌道に位置した複数個の航法衛星と上記の地上の管理センタにより管理された複数個の基準無線標識とを具備してなり、これらの航法衛星の各々は、原子時計と、上記の地上管理センタにより送信される通信指令のレシーバ・デコーダと、上記の時計と上記のレシーバ・デコーダとに連結されている上記の第１の時間・位置情報の発生器と、この第１の情報を上記の使用者に送信する送信器とをそれぞれ具備してなり、
−  上記の地上の管理センタ(４)により管理され、特定の第２の時間・位置情報と特定の電波信号を送信できる複数個の基準無線標識(１１)が地球を含む宇宙空間に配分されており、、
−  各航法衛星が、更に、
・上記の基準無線標識の少なくとも１つにより送信された上記の第２時間・位置情報を受信する受信手段であって、上記の基準無線標識により送信された電波信号に現れるドップラー周波数の変化を測定するものと、
・上記の受信手段が受信した上記の第２時間・位置情報をデコード(解読)する手段と、
・上記のデコード手段により解読された上記の第２の時間・位置情報と、ドップラー周波数における上記の変化と、上記の第１情報発生器により送信された上記の第１の時間・位置情報とを受け取る計算手段であって、この計算手段が、
＊上記の第１と第２の時間・位置情報及びドップラー周波数の上記の変化の１つに基づいて上記の第１、第３の距離値及び第２、第４の距離変化率値を計算し、
＊各基準無線標識に対し、上記の第１距離値と上記の第３の距離値、ならびに、上記の第２の距離変化率の値と第４の距離変化率の値とを比較し、
＊この比較結果を上記の発生器に伝達し、この発生器がこれらの結果を上記の第１の情報に組み込むことのできることを特徴とする。
【００１４】
航行データの質と安定性を決定するため上記の計算手段により用いられる決定論理は以下のものでありえる。
−  所定の制限内で全てのものが一貫していれば、上記の比較手段はこの事実を、ＭＥＯ衛星の航行フレーム発生器に信号で送り、この発生器は使用者に送られた航行情報に、ＭＥＯ衛星の位置決めデータが正しいことを(信号で)知らせるメッセージを組み込み、
−  基準無線標識との連結が弱い(十分な基準無線標識が得られないあるいは弱いバジェット(相互協力方式)の)場合、データは疑わしく、計算手段は信号でこの事実を航行フレーム発生器に知らせ(第１情報)、この発生器は使用者に送られた航行情報に、ＭＥＯ衛星の位置決めデータの品質は有効ではなく、よって疑わしいことを(信号で)知らせるメッセージを組み込み、
−  最後に、基準無線標識から受け取ったドップラー信号および／またはこれらの基準無線標識からのＭＥＯ衛星の距離が、ＭＥＯ衛星航行データと一致しなければ、コンピュータはこの事実を航行フレーム発生器に知らせ(第１情報)、この発生器は使用者に送られた航行情報に、ＭＥＯ衛星位置決めデータが間違っていることを知らせる警告メッセージを組み込む。
【００１５】
上記の計算手段に伝達された第１情報は、この第１情報の上記の発生器の出口で直接標本抽出できる。然し、最後に送信された信号の品質が良いことを確信するため、各航法衛星に、上記の送信器により送信された上記の第１の情報を受信しデコードするための補助レシーバ・デコーダを更に設けることができる。この補助レシーバ・デコーダは上記の第１情報を上記の計算手段に伝達される。
【００１６】
本発明は更に上記のような航法衛星を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
添付図面の図は本発明が実施される方法を明確にする。これらの図中、同一符号は同一要素を示す。
【００１８】
図１に１部が略示されている衛星位置決めシステムは
−  地球Ｔの周りに中間高度軌道２(ＭＥＯ軌道)を描き、アンテナ・システム３を備えるＭＥＯ衛星と称される航法衛星１と、
−  アンテナ・システム５を備える地上管理センタ４と、
からなる。
−  既知の方式で、各ＭＥＯ衛星１には、上記のアンテナ・システム３の適切な部分３.１を介して上記の管理センタ４により送信される通信指令を受け取り、上記のアンテナ・システム３の適切な部分３.２を介して、地球Ｔに位置する使用者に位置決め信号を送信できる装置６の電子部品が搭載されている。同様に既知の方式で、上記の装置６の電子部品は、アンテナ部分３．１に連結された通信指令のレシーバ・デコーダ７と、原子時計８と、このレシーバ・デコーダ７と時計８とからの信号を受け取る航行フレームの発生器９と、この発生器９から航行フレーム(修正時間と天体暦)を受け取り、アンテナ部分３．２を介して使用者にこれらを送る無線送信器１０とからなる。
【００１９】
本発明によれば、図１の衛星位置決めシステムは、更に、基準無線標識１１を備え、この基準無線標識１１は、それらの(３次元座標あるいは天体暦の形態での)位置と時間基準信号とからなるメッセージを有する無線キャリアを送信するアンテナ１２を備え、上記の時間基準信号は、地球Ｔに対し衛星１により送信される信号の送信サイクルより大きい再現周波数で繰り返される。
【００２０】
上記の基準無線標識１１は地球Ｔあるいは、高軌道１５を描く衛星内に配置される。後者の場合、基準無線標識１１のアンテナ１２は衛星１４のアンテナ・システム１６の１部を構成する。
【００２１】
アンテナ１２を介して基準無線標識１１により送信される信号は地上の管理センタにより管理され、同期される。
【００２２】
本発明によれば、基準無線標識１１から出てくる信号は衛星１によって使用され、それ自体が地上の使用者に送信する信号を有効化する。
【００２３】
このため、図２に略示されているように、各衛星１に搭載されている装置６の電子部品に、上記の衛星１のアンテナ・システム３の適切な部分３.３を介して基準無線標識１１からの信号を受信する装置１７の補足的な電子部品が付けられている。
【００２４】
上記の装置１７の電子部品は上記のアンテナ部分３.３を介して基準無線標識１１からの信号を受信するレシーバ１８からなる。このレシーバ１８は色々の基準無線標識１１により送信された無線周波数のドップラー信号を測定し、これらのドップラー信号を、リンク２０を介して整合性コンピュータ１９に伝達する。更に、このレシーバ１８は基準無線標識１１から受信したデータをデコーダ２１に伝達する。このデコーダ２１は上記の基準無線標識１１から受信した位置・時間情報を抽出し、それを上記の整合性コンピュータ１９に送出する。
【００２５】
加えて、リンク２２を介して、上記の整合性コンピュータ１９は装置６の電子部品である発生器９により発生された航行フレーム受け取る。こうしてこの整合性コンピュータ１９は
−  このコンピュータ１９を保持する衛星１に対して、一方では、デコーダ２１により送られた無線標識の解読された位置・時間情報と、他方では、航行フレームの上記の発生器９から出てくる、修正された衛星内の時間と天体暦とを考慮して、色々の基準無線標識１１からの距離と、これらの距離の変化率とを計算し、
−  計算された距離と距離の変化率とが、レシーバ１８により測定されたドップラー信号と変則を確認し、
−  この変則の確認の結果をリンク２３を介して航行フレームの発生器９に送信する。
【００２６】
更に、図２には、アンテナ・システム３の１部を形成する受信アンテナ３．４を備えた、航行フレーム４のレシーバ・デコーダ２４が示されている。このレシーバ・デコーダ２４は、アンテナ３．２を介して無線送信器１０により送信された航行フレームを摘出でき、それらを整合性コンピュータ１９に送る。上記のレシーバ・デコーダ２４は、よって、リンク２２と入れ替わるおよび／またはこれを補足できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による衛星位置決めシステムの略部分図。
【図２】本発明による航法衛星の電子装置の略図。
【符号の説明】
【００２８】
１…航法衛星、２…中高度軌道、４…地上管理センタ、７…レシーバ・デコーダ、８…原子時計、９…第１の時間・位置情報の発生器、１０…送信器、１１…基準無線標識、１４…高軌道衛星(静止衛星)、１５…高軌道、１８…第２情報を受信する手段、１９…計算手段、２１…第２情報デコード手段、２４…補助レシーバ・デコーダ、Ｔ…地球。
【図１】
0005344674.tif 000002
【図２】
0005344674.tif 000003