(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上の異なる場所の間に共通タイムベースを提供するためのシステムであって、
通信路の構成要素を搭載する宇宙飛行体であって、該宇宙飛行体の位置が既知である宇宙飛行体と、
地上の異なる場所にある複数の受信局であって、各受信局が前記構成要素からの基準信号の受信に適合されている複数の受信局と、
前記複数の受信局間で同期化されたタイムベースの提供に適合されている同期化手段と、
前記同期化されたタイムベースの同期誤差の補正に適合されている補正手段であって、該補正が前記宇宙飛行体の既知の位置と前記複数の受信局の既知の位置との間の各受信基準信号の伝搬時間の測定値を利用してなされる補正手段とを備え、
前記複数の受信局のうち少なくとも一つの受信局が、前記基準信号を受信するための相関利得を生み出す相関受信機を備え、
前記宇宙飛行体がペイロード信号のカバー領域である覆域内に前記基準信号を送信し、
前記相関受信機が前記宇宙飛行体の覆域外で前記基準信号を受信することを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記相関受信機が前記基準信号に含まれる所定の信号パターンの相関を基礎とすることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記相関受信機がスペクトラム拡散信号のスペクトラム拡散復調を基礎とすることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムにおいて、前記スペクトラム拡散復調が前記相関利得に対応する処理利得を生み出すことを特徴とするシステム。
【請求項５】
通信路の構成要素を搭載する位置が既知である宇宙飛行体の助力を得ながら地上の異なる場所の間に共通タイムベースを提供するための方法であって、
地上の異なる場所にある複数の受信局により前記構成要素からの基準信号を受信する手順と、
前記複数の受信局間で同期化されたタイムベースを提供する手順と、
前記同期化されたタイムベースの同期誤差を補正する手順であって、該補正が前記宇宙飛行体の既知の位置と前記複数の受信局の既知の位置との間の各受信基準信号の伝搬時間の測定値を利用してなされる手順とを有し、
前記複数の受信局のうち少なくとも一つの受信局に対して、第１及び／又は第２基準信号を受信するための相関利得を生み出す相関方法が適用され、
前記宇宙飛行体がペイロード信号のカバー領域である覆域内に前記基準信号を送信し、
前記相関利得を生み出す相関方法が前記宇宙飛行体の覆域外での前記第１及び／又は第２基準信号の受信に対して行われることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記相関方法が前記第１及び／又は第２基準信号に含まれる所定の信号パターンの相関を基礎とすることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法において、前記相関方法がスペクトラム拡散信号のスペクトラム拡散復調をを基礎とすることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記スペクトラム拡散復調が前記相関利得に対応する処理利得を生み出すことを特徴とする方法。
【請求項９】
通信路の構成要素を搭載する位置が既知である宇宙飛行体の助力を得ながら地上の異なる場所の間に共通タイムベースを提供するための処理局であって、
地上の異なる場所にある複数の受信局からの伝搬時間データの受信に適合されている伝搬時間データ受信手段であって、各受信局が前記構成要素からの基準信号の受信に適合されていて、該複数の受信局間で同期化されたタイムベースが提供される伝搬時間データ受信手段と、
前記同期化されたタイムベースの同期誤差の補正に適合されている補正手段であって、該補正が前記宇宙飛行体の既知の位置と前記複数の受信局の既知の位置との間の各受信基準信号の伝搬時間の測定値を利用してなされる補正手段とを備え、
前記複数の受信局のうち少なくとも一つの受信局が、前記基準信号を受信するための相関受信機を備え、
前記宇宙飛行体がペイロード信号のカバー領域である覆域内に前記基準信号を送信し、
前記相関受信機が前記宇宙飛行体の覆域外で前記基準信号を受信することを特徴とする処理局。
【請求項１０】
通信路の構成要素を搭載する位置が既知である宇宙飛行体の助力を得ながら地上の異なる場所の間に共通タイムベースを提供するための処理方法であって、
地上の異なる場所にある複数の受信局からの伝搬時間データを受信する手順であって、各受信局が前記構成要素からの基準信号の受信に適合されていて、該複数の受信局間で同期化されたタイムベースが提供される手順と、
前記同期化されたタイムベースの同期誤差を補正する手順であって、該補正が前記宇宙飛行体の既知の位置と前記複数の受信局の既知の位置との間の各受信基準信号の伝搬時間の測定値を利用してなされる手順とを有し、
前記複数の受信局のうち少なくとも一つの受信局が、前記基準信号を受信するための相関利得を生み出す相関受信機を備え、
前記宇宙飛行体がペイロード信号のカバー領域である覆域内に前記基準信号を送信し、
前記相関受信機が前記宇宙飛行体の覆域外で前記基準信号を受信することを特徴とする処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は通信路の構成要素を搭載した宇宙飛行体の測距情報を決定するための測距システム及び測距方法に関する。更に、本発明は、受信局及び受信局の作動方法、処理局及び処理方法、宇宙飛行体及び宇宙飛行体の作動方法、並びに、送信ユニットおよび送信ユニットの作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静止通信衛星は国際電気通信連合（ＩＴＵ）により正確に定められた宇宙空間の割り当て区画内に配置されなければならない。ところが、傾き及び偏心に起因する主経線の２４時間周期の振動の効果とその長期ドリフトの効果の組み合わせにより、衛星は公称位置に対して明らかに移動する。従って、こういった摂動の効果の下で、衛星をいわゆるステーションキーピングボックスの内部に留まらせるべく最も経済的な方法で周期的に衛星の軌道を修正することにより、衛星を制御しなければならない。このような制御を行うには、衛星の位置及び／又は運動を正確に決定する必要がある。これは通常、測距と呼ばれる。
【０００３】
静止衛星の高度な軌道位置決め技術のおかげで、最近では要求される測距精度が高くなっている。DE 198 36 602 A1により、狭い軌道空間の利用効率を高めるために、複数の衛星を静止軌道上のある位置に存在するいわゆる衛星クラスタ内に配置することが知られている。これは、ただ１個の衛星ではなく、複数の衛星を１つのステーションキーピングボックスの内部に留まるように制御することを意味する。
【０００４】
衛星の宇宙座標を決定する基本的な方法は下記のような三辺測量法に基づいている。三辺測量の基本構成を図１に示す。３基の送信局１０１、１０２及び１０３が地上に配置されており、各送信局の位置Ｐ１、Ｐ２及びＰ３は既知である。もし距離d1、d2及びd3が測定できれば、衛星１０４の未知の位置Ｐ４も決定することができる。各送信局に対応する距離の測定値をdiとし、衛星１０４及び各送信局Ｐｉのデカルト座標をそれぞれ(x, y, z)及び(xi, yi, zi)とする。このとき、次の関係が成り立つ。
【０００５】
【数１】
0004421819.tif 000002
【０００６】
ここで、ベクトルq＝[x, y, z]Ｔは衛星１０４の未知の位置ベクトルである。測定距離のベクトルは次のように表される。
【０００７】
【数２】
0004421819.tif 000003
【０００８】
この非線形方程式をqについて解くために一般的に用いられる方法の１つにガウス-ニュートン反復法がある。ベクトルqの最良推定値は近似的に次の反復式で表される。
【０００９】
【数３】
0004421819.tif 000004
【００１０】
ここで、Fは次のヤコビ行列である。
【００１１】
【数４】
0004421819.tif 000005
【００１２】
しかし、実際には図１にあるような三辺測量法の構成だけでなく、他の構成、例えば二辺測量法や四辺測量法の構成を採用することもできる。
【００１３】
二辺測量法では宇宙飛行体の完全な測距情報を出すことはできないが、宇宙飛行体の特定の座標だけに関心がある場合には、二辺測量法でも有用な場合がある。
【００１４】
また、四辺測量法の構成なら、追加の未知値の解を求めることもできる。四辺測量法の実際の構成を図２に示す。いま、宇宙飛行体の宇宙座標の他に、衛星に搭載されたトランスポンダのトランスポンダ遅延Dが未知量であるものとする。通常、この種のトランスポンダは周波数変換器、大電力増幅器等を備えている。このとき、各距離の測定値diを求める方法は次のようになる。
【００１５】
【数５】
0004421819.tif 000006
【００１６】
ここでも、ベクトルq＝[x, y, z]Ｔは衛星の未知の位置ベクトルである。ベクトルqの解は、式(2)、(3)及び(4)をそれぞれ書き換えることにより求めることができる。このとき、ヤコビ行列は次のようになる。
【００１７】
【数６】
0004421819.tif 000007
【００１８】
更に別の未知量としては、未知の遅延に起因して受信機構により導入される時間遅延がある。この遅延は、例えばエラー回復機構に起因する。
【００１９】
WO 00/48018により、１つの送信／受信局に２つの受信機構を別個に設けることにより上記のような未知の遅延を補償することが知られている。受信機構により導入される時間遅延の補償手段を備える送信／受信局を図３に示す。送信・受信局３０１はマルチプレクサ／エンコーダ３０２、ＱＰＳＫ変調器３０３、アップコンバータ３０４及び衛星アンテナ３０５を備えている。デジタルペイロード信号３０６は要素データストリームから成り、マルチプレクサ／エンコーダ３０２に送られる。マルチプレクサ／エンコーダ３０２は、例えばＭＰＥＧ−２規格やＤＶＢ規格に従って、複数のデジタルペイロード信号を単一のデジタルトランスポートストリームに変換する。デジタルトランスポートストリームはＱＰＳＫ変調器３０３により変調され、アップコンバータ３０４に送られる。アップコンバータ３０４は、ＱＰＳＫ変調器３０３の出力を、衛星に搭載されたトランスポンダへの送信のために衛星アンテナ３０５に送ることができる信号に変換するために必要な装置を表す。通常、トランスポンダは、周波数変換器、大電力増幅装置等を備えている。
【００２０】
ＱＰＳＫ変調器３０３の出力信号、つまり変調されたデジタルトランスポートストリームは第１の受信機構３０７にも送られる。プロセッサ３０８が一連のサンプルを解析し、所定の信号パターンを追跡する。所定の信号パターンが見つかると、プロセッサ３０８は開始信号ＳＴＡＲＴを時間測定回路３０９に送る。開始信号ＳＴＡＲＴを受けると、時間測定回路３０９は時間測定を開始し、停止信号ＳＴＯＰを受けるまで測定を継続する。
【００２１】
停止信号ＳＴＯＰは、第２の受信機構３０７’からの出力信号を受ける第２のプロセッサ３０８’により生成される。第１及び第２の受信機構３０７、３０７’はその構造及び構成要素に関して同一である。第２の受信機構３０７１への入力信号はダウンコンバータ３１０から供給される。ダウンコンバータ３１０は衛星アンテナ３０５からの信号を受信するもので、衛星アンテナ３０５からの受信信号をＱＰＳＫ変調器３０３の出力信号に相当する信号に変換するために必要な全ての装置を備えている。
【００２２】
しかし、受信信号には遅延が生じている。なぜなら、信号は衛星アンテナ３０５から衛星３１２に搭載されたトランスポンダまで伝わって帰ってくるからである。
【００２３】
停止信号ＳＴＯＰを生成するため、第２のプロセッサ３０８’は、第１のプロセッサ３０８と同様に、第２の受信機構３０７’の出力信号に含まれる所定のビットシーケンスを追跡する。所定のビットシーケンスが検出されると、第２のプロセッサ３０８’は停止信号ＳＴＯＰを時間測定回路３０９に送り、時間測定回路３０９は時間測定を停止する。測定時間は地上局３０５と衛星３１２に搭載されたトランスポンダとの間の距離の２倍に相当する。ここで、アップコンバータ３０４、衛星アンテナ３０５及び衛星３１２に搭載されているトランスポンダ内の固定した時間遅延はそれぞれ減算することができる。同一の受信機構３０７、３０７’を用いているため、例えばエラー回復機構等による未知の遅延を補償することができる。
【００２４】
図４はＭＰＥＧ−２規格に従ったトランスポートストリームの図である。トランスポートストリームＴＳは、ヘッダＨ（４ビット）及びペイロード（１８４ビット）を基本構成要素とするパケットシーケンスである。ヘッダＨは、同期情報（１ビット）、各種フラグ（トランスポートエラーインジケータ、ペイロードユニット開始インジケータ、トランスポート優先順位等）、ペイロード識別子ＰＩＤ（１３ビット）及び連続性カウンタ（４ビット）を含む。ペイロード識別子ＰＩＤは個々の要素データストリームを逆多重化するために必要である。アダプテーションフィールドは必須ではないが、少なくとも０．１秒毎に送信される。このフィールドには補助的なプログラムデータ、特に、受信側で27MHzクロックを再生するために必要なプログラム参照クロックＰＣＲが含まれる。
【００２５】
続いて、トランスポートストリームが送信チャンネルに応じた異なる規格に従って処理される。衛星を介した送信の場合、ヨーロッパＤＶＢ衛星規格（ＤＶＢ−Ｓ）が適用できる。この規格は、数あるメカニズムの中から畳み込み符号化及びリードソロモン符号化を規定するとともに、エラー制御ビットを追加して前方向誤り訂正（ＦＥＣ）を行うことを可能にしている。同様に、地上波放送（ＤＶＢ−Ｔ）及びケーブル放送（ＤＶＢ−Ｃ）に関するヨーロッパＤＶＢ規格も存在する。
【００２６】
トランスポートストリームＴＳに含まれる前記所定のビットシーケンスは、衛星地上局から衛星に搭載されたトランスポンダまでの往復伝達経路を計算するための基礎になるトリガ信号又は所定の信号パターンの生成に利用できる。このビットシーケンスは、例えば特定のペイロードＰの形で、アップリンク側においてトランスポートストリームＴＳに挿入することができる。追加パケットの挿入を避けるため、プログラム識別子ＰＩＤ又はその一部を所定のビットシーケンスとして利用してもよい。トランスポートストリームには数個のＰＩＤが必ず存在するはずであるが、その繰り返し速度は測距情報の決定にとっては高すぎる場合がある。このようなときは、所定のビットシーケンスを定義するために、ＰＩＤをトランスポートストリームヘッダＨの他の情報、例えば連続性カウンタと組み合わせても良い。
【００２７】
図２に記載の構成に基づく場合、各局はそれ自身で距離測定を行うことができる。次のステップでは、中央処理局において、上記のように式(5)及び(6)に基づいて衛星の位置が計算される。しかし、独立局を複数設置するには、各局に送信装置を設ける必要があり、それには相当な投資が必要となる。
【００２８】
別の解決策としては、いわゆる疑似測距構成を利用するというものがある。疑似測距による四辺測量法の実際の構成を図５に示す。本願における疑似測距は、ある場所より信号が送信されてから別の場所でその信号を受信するまでの経過時間を測定するという単純な遅延測定を意味する。実際には、図５に示したように１つの送信局と複数の受信局を設ける。好ましくは、受信局の１つを送信局と組み合わせるようにする。しかし、各局について送信遅延を決定するには、全ての局間で時間を同期させる必要がある。送信機が実際にいつ信号を出したのかが受信機側でも分かる場合にのみ、遅延すなわちいわゆる疑似測距が可能である。静止衛星の測距の場合、この遅延はよりいっそう相対的に短い（約250ミリ秒）ため、クロック同期は短い時間に対して高度に安定的でなければならない。より具体的に言えば、同期精度は少なくとも10ナノ秒以下である必要がある。
【００２９】
当然ながら、WO 00/48018により知られているものと同じ補償技術は疑似測距にも適用可能である。受信機構により導入される時間遅延を補償する手段を有する別個の送信局及び受信局を図６に示す。送信局６０１はマルチプレクサ／エンコーダ６０２、ＱＰＳＫ変調器６０３、アップコンバータ６０４及び第１の衛星アンテナ６０５を備えている。デジタルペイロード信号６０６は要素データストリームから成り、マルチプレクサ／エンコーダ６０２に送られる。マルチプレクサ／エンコーダ６０２は、図３を参照しながら説明したように、複数のデジタルペイロード信号を、例えばＭＰＥＧ−２規格やＤＶＢ規格に従った単一のデジタルトランスポートストリームに変換する。このデジタルトランスポートストリームはＱＰＳＫ変調器６０３により変調され、アップコンバータ６０４に送られる。アップコンバータ６０４は、ＱＰＳＫ変調器６０３の出力を、衛星６１４に搭載されたトランスポンダへの送信のために衛星アンテナ６０５に送ることができる信号に変換するための装置を表す。通常、このような設備は、周波数変換器、大電力増幅装置等を備えている。
【００３０】
ＱＰＳＫ変調器６０３の出力信号、すなわち変調されたデジタルトランスポートストリームは第１の受信機構６０７にも送られる。第１の受信機構６０７の出力信号はプロセッサ６０８により処理される。プロセッサ６０８はその出力信号を追跡して所定の信号パターンを探す。前記所定の信号パターンを見つけると、プロセッサ６０８は第１のトリガ信号ＥＭＩＳＳＩＯＮを時間測定回路６０９に送る。第１のトリガ信号ＥＭＩＳＳＩＯＮを受けると、時間測定回路６０９は第１のクロック回路６１１により与えられるタイムスタンプ情報（送信時刻）を登録する。
【００３１】
また、受信局６１２は第２の衛星アンテナ６１３及びダウンコンバータ６１０’を備えている。ダウンコンバータ６１０’は第２の衛星アンテナ６１３から信号を受け取るもので、衛星アンテナ６１３からの受信信号をＱＰＳＫ変調器６０３の出力信号に相当する信号に変換するために必要な全ての設備を備えている。しかし、受信信号には遅延が生じている。なぜなら、信号は第１の衛星アンテナ６０５から衛星６１４に搭載されたトランスポンダを経由して第２の衛星アンテナ６１３まで伝わるからである。
【００３２】
ダウンコンバータ６１０’の出力信号は第２の受信機構６０７’に送られる。第１及び第２の受信機構６０７、６０７’は、構造及び構成要素に関して、つまり処理信号に与える影響に関して同一である。第２のプロセッサ６０８’は第２の受信機構６０７’の出力信号を受け、その出力信号を追跡して所定の信号パターンを探す。前記所定の信号パターンが見つかると、第２のプロセッサ６０８’はトリガ信号ＲＥＣＥＰＴＩＯＮを時間測定回路６０９’に送る。時間測定回路６０９’は第２のクロック回路６１１’により与えられるタイムスタンプ情報（つまり受信時刻）を登録する。
【００３３】
その後、第２の時間測定回路６０９’がタイムスタンプ情報（受信時刻）を第１の時間測定回路６０９に送る。第１の時間測定回路６０９は、第２の時間測定回路６０９’から受け取ったタイムスタンプ情報及び先に第１の時間測定回路６０９により登録されたタイムスタンプ情報（送信時刻）に基づいて、信号遅延を計算する。
【００３４】
今後の通信衛星については、現在使われている広域ビームを狭角スポットビームで置き換えることが予定されている。
【００３５】
地球全体を覆域とする従来のトランスポンダを搭載した衛星を図７に示す。このトランスポンダのアンテナは、地球の可視領域全体が広域ビームによりカバーされるように、17.5度の3dBビーム幅を有している。従って、送信局は全て同一の広域ビームの下に位置している。この場合、図２または図５の構成が可能である。しかし、既に説明したように、今後の衛星については、現在使われている広域ビームを狭角スポットビームで置き換えることが予定されている。
【００３６】
複数本の狭角ビームを出すアンテナに接続されたトランスポンダを搭載した衛星を図８に示す。ここでは例として3dBビーム幅が1.75度の場合を示している。例えば、狭角スポットビーム８０１をアップリンク送信経路として利用する一方、１本又は２本以上の狭角スポットビーム８０２をダウンリンク送信経路として利用することができる。しかし、狭い非対称なスポットビームしか使わないこれら将来の衛星の場合、測距局が、送信ビームと受信ビームの交差部分に位置している場合を除いて送信しかできず、自分で発した信号を受信することはできないという問題が出てくる。これは、図２のような構成が不可能になり、図５のような構成だけが可能になることを意味している。更に、小径のスポットビームの使用により、異なる疑似測距局間の空間距離が非常に短かくなり、それに応じて軌道決定精度が低下する。特に、単一の軌道スロットにある複数の衛星（つまり、衛星クラスタ）を同時に測位する場合、精度はもはや十分ではなくなる。
【００３７】
異なる測距局間の空間距離の短縮による効果を図９に示す。問題を簡単にするため２次元表現にしてあるが、これは容易に３次元の場合に拡張できる。左側には空間距離が最適化された構成が示されている。２つの局（I、II）が基線ｂで与えられる距離をおいて地上に配置されている。各局は図２に従った双方向構成又は図５に従った疑似測距構成により測距測定を行う。測定の不確定性は伝搬方向に関して異なることが示されている。伝搬方向に直交する方向では測距測定の不確定性は相対的に低いのに対し、伝搬方向に沿う方向では測距測定の不確定性は相対的に高い。この効果は２個の誤差楕円で表されている。一方の誤差楕円は局Iに対応し、もう一方の誤差楕円は局IIに対応している。局I及びIIの２本のビームが垂直に交差する場合、衛星の目標位置の誤差は両方の誤差楕円の交差により与えられる円で表すことができる。これは、伝搬方向に沿う方向における高い不確定性が、他局の伝搬方向に直交する方向における低い不確定性により補償されることを意味している。
【００３８】
図９の右側には、異なる２つの測距局I及びIIの間の空間距離が短い構成が示されている。この場合、交差角は直角よりもかなり小さいため、伝搬方向に沿った方向における高い不確定性を他の局で補償することはもはやできない。従って、衛星の目標位置の交差誤差は両局I及びIIの共通誤差楕円により表される。この結果、両局I及びIIの伝搬方向に直交する方向における測距測定の不確定性が高くなる。
【特許文献１】DE 198 36 602 A1号公報
【特許文献２】WO 00/48018号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
従って、本発明の目的は、トランスポンダを搭載した衛星の測距情報を決定するための測距システム及びその方法であって、トランスポンダにより狭角スポットビームを用いる場合に追加コストを発生させることなく十分な精度が得られる測距システム及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
この目的は請求項１及び２に記載の測距システム及び測距方法により解決される。更に、請求項３及び４に記載の受信局及び受信局の作動方法、請求項５及び６に記載の処理局及び処理方法、請求項７及び８に記載の宇宙飛行体及び宇宙飛行体の作動方法、並びに、請求項９及び１０に記載の送信ユニット及び送信ユニットの作動方法によっても解決される。
【発明の実施の形態及び効果】
【００４１】
本発明に係る測距システムは、少なくとも複数の受信局の間で同期化されたタイムベースを提供するための同期化手段を備える図５に示したような疑似測距構成を基にしている。更に、前記同期化されたタイムベースに加えて、少なくとも１つの受信局が基準信号を受信するための相関受信機を備えている。相関受信機を備える前記少なくとも１つの受信局はペイロード信号の覆域の範囲外に配置することができる。これにより、異なる測距局間の基線を長くすることができる。この結果、交差角が大きくなり、図９に従って説明したように、空間距離が大きくなる。
【００４２】
スポットビームにより覆域１００１を作り出すトランスポンダを搭載した衛星を図１０に示す。ただし、本発明に従って相関受信機を用いることにより、基準信号を受信するための受信局を覆域１００１の外に配置することができる。原理的には、このような受信機は覆域１００２の内側に配置することも可能である。スポットビーム１００１はここでも1.75度の3dBビーム幅を有しており、ペイロード信号と基準信号の両方の送信に利用することができる。スポットビーム１００１の電波到達範囲外に複数の受信局を配置できるようにするために、受信局１００３及び１００４には基準信号を受信するための相関受信機が備えられている。なお、基準信号の処理は時間制限が厳しくなく、ペイロード信号のようにリアルタイムで処理する必要はないことに注意が必要である。これにより、所定信号パターンを長くし、それをオフラインで処理することが可能になる。相関利得が高ければ高いほど、受信信号の信号対雑音比は低くてもよくなる。これは、言い換えれば、受信局を電波到達範囲１００１からより遠くに配置できるということを意味する。
【００４３】
衛星アンテナのアンテナパターンを図１１に示す。実効放射電力（ＥＩＲＰ）が方位角（ＡＺ）又は仰角（ＥＬ）に対してそれぞれプロットされている。この図はまた、皿形アンテナの電波到達範囲の中心を基準とする、対応する受信局の位置に応じたＥＩＲＰの変化を表すものと説明することもできる。例えば、もし受信局が主ビームから0.75度分（38,400km離れた場所における500kmに相当）だけ移動すると、ペイロード信号の受信電力は50dBWから46.7dBWに低下する。更に電波到達範囲の中心から1.25度（約840km）まで外側に移動すると、ＥＩＲＰは40dBWまで低下する。
【００４４】
しかしながら、受信したペイロード信号の品質を決定するために重要な値はＥＩＲＰではなく搬送波電力対雑音電力比（Ｃ／Ｎ）である。そこで、例として、受信局で受信された信号のダウンリンクＥＩＲＰとＣ／Ｎ比との関係を図１２に示す。曲線Ａは帯域幅36MHzの通常のペイロード信号の場合の関係を示し、曲線Ｂは、ペイロード信号と同時に送信される、非常に高い処理利得を有するスペクトラム拡散信号の場合の関係を示す。いずれの曲線についても、口径1.2mの皿形アンテナを通じてＫｕバンドトランスポンダからペイロード信号を受信するものとする。
【００４５】
まず第１に、ペイロード信号の搬送波電力対雑音電力比Ｃ／ＮがＥＩＲＰに対して曲線Ａに従った線形関係を有することは明らかである。ペイロード信号を正しく受信するには最低6dBのＣ／Ｎが必要であると推定できる。従って、それに対応する40dBWのＥＩＲＰが受信局において必要になる。静止衛星が高度38,400kmにあり、1.2mの皿形アンテナでペイロード信号を受信するものとした場合、図１１に従った説明から、受信局を電波到達範囲の中心から840km以上離して配置することはできないことになる。従って、図９に従って説明したような精度上の理由から電波到達範囲の中心からの距離を大きくしたい場合は、アンテナ利得を増大させること、つまり、皿形アンテナの口径を大きくすることが必要になる。例えば、図１に示した第１サイドローブに受信局を配置したい場合、約20dBのＥＩＲＰ損失をアンテナ利得の増大で補償しなければならない。これを、Ｋｕバンドに対して口径1.2mでアンテナ利得が41dBの皿形アンテナを使う場合と比較すると、口径約10mでアンテナ利得が61dBの皿形アンテナが必要になることになる。
【００４６】
しかし、本発明では、「相関利得」を生み出す相関受信機を使用するため、たとえペイロード信号が負のＣ／Ｎ比を有していても、アンテナを大型化することなく基準信号を処理することができる。本発明では、相関利得を生み出すあらゆる種類の相関法が利用可能である。２通りの相関法、すなわち、所定の信号パターンの処理とスペクトラム拡散変復調について、図１２を参照しながら詳細に説明する。
【００４７】
ペイロード信号又は別の基準信号に導入された所定の信号パターンを使用する方法では、原理的には、先に説明した曲線Ａと同じ結果になる。しかし、今の場合、相関利得が導入されているため、曲線Ａが上方向にシフトする。従って、曲線ＡにおいてＣ／Ｎ比が負であっても、それに応じた相関利得によりそれを補償することができるため、同じ大きさのアンテナが利用できる。なお、ペイロード信号では処理時間を準リアルタイムにする必要があるが、基準信号ではその必要はないことに注意すべきである。従って、相関受信機が信号を非常に低い又は負の信号対雑音比で受信することのできるものであれば、狭角スポットビームの電波到達範囲の外側に受信局を配置することも問題なく可能である。所定の信号パターンの受信時刻がわかっており、その時刻が相関受信機の内部で前記所定の信号パターンと相互に関連づけられていれば、やはり処理は可能である。この場合、測距信号の長さと、送信信号と受信信号との間の相関ピークの高さによって、受信信号に重なったノイズの許容レベルが決まる。相関利得が高ければ高いほど、受信信号の信号対雑音比が低くてもよくなる。これは、言い換えれば、電波到達範囲の主要領域からより遠くに受信局を配置できることを意味する。こうして、異なる受信局間の距離を相当に大きくすることができる。
【００４８】
もう１つの相関技術はスペクトラム拡散変復調である。この場合、ペイロード信号は変調された搬送波信号とすることができる一方、基準信号はスペクトラム拡散信号とする。スペクトラム拡散変復調では、送信される変調波の帯域幅を通信路に送信する前に拡散（増大）させ、受信機ではその帯域幅を同じ量だけ逆拡散（縮小）する。とりわけ最もよく利用されている拡散技法は直接拡散（ＤＳ）変調と周波数ホッピング（ＦＨ）変調である。
【００４９】
直接拡散変調波は、疑似乱数生成器の出力系列をパルス列に線形変調することにより形成される。このタイプの変調は、通常、２値位相遷移変調（ＢＰＳＫ）された信号情報とともに使用される。この変調信号は、次のようにして形成される。まず純粋な情報ビットストリームに疑似雑音シーケンスを乗算し（モジュロ２）、次にこうして生成された信号を用いてクリーン搬送波の位相を変調する。
【００５０】
受信機では、通常、この疑似雑音（ＰＮ）波形が既に利用可能になっている（ただし、受信信号から疑似雑音波形を取得するアプリケーションもある）。受信機側の疑似雑音波形は、受信信号を逆拡散して元の帯域幅に戻すために用いられる。
【００５１】
周波数ホッピング変調波は、疑似ランダムに生成される周波数偏移系列を用いてパルス列を非線形変調することにより形成される。この変調信号に、多値周波数遷移変調（ＭＦＳＫ）された複素情報信号が乗算される。受信機では、送信信号と通信路干渉とを合算したものに上記周波数ホッピング変調波と同じものが複素乗算される。これにより、送信信号が元のＭＦＳＫの形態に戻る。直接拡散の場合と同様に、受信機側では逆ホッピング波形が分かっているか、そうでなければ周波数ホッピング信号を取得及び追跡しなければならない。
【００５２】
基準信号のスペクトラム拡散変調波を用いると図１２の曲線Ｂのようになる。曲線Ｂは曲線Ａとは異なる。その理由は、基準信号ＲＳが、アンテナで捕らえられる雑音Ｎだけでなくペイロード信号そのものによっても乱されるからである。ＥＩＲＰ値が高い場合、Ｃ＞＞Ｎであるため、測距信号の劣化は搬送波のレベルに左右される。例えば、ＥＩＲＰが高い場合、Ｃ／Ｎは通常12〜14dB程度になる。受信局が電波到達範囲から動かされた場合、Ｃ及びＲＳは同じ量だけ減衰する。一方、Ｎは一定のままである。このことから、なぜＲＳ／（Ｃ＋Ｎ）の減少がＣの減少に比べてはるかに小さいかが分かる。このため、スペクトラム拡散変調を相関技術としても利用できるのである。例えば、電波到達範囲の中心においてＣ／Ｎが約16dB、ＲＳ／（Ｃ＋Ｎ）が-25dBであったとする。もし基準信号の処理利得が約40dBであれば、その信号はなおも受信及び処理可能である。ＥＩＲＰが40dBWのとき、Ｃ／Ｎは10dB低下して約6dBとなる一方、拡散信号は-25.8dBまでしか低下しない。この値は電波到達範囲の中心における値より0.8dB低いだけである。更に、もしＥＩＲＰが20dB低下して30dBWになると、ペイロード信号のＣ／Ｎは20dB低下して-3dBとなる。こうなると、標準的なビデオ信号のデコードは不可能である。一方、基準信号は5dBだけ低下して約-30dBとなるが、この信号は、処理利得が35dBより大きければなおデコード可能である。
【００５３】
EP 1 041 397 A2により、ＭＰＥＧデータストリームを受信するための更に別の相関技術が知られている。通常、ＭＰＥＧストリームに現れる所定の信号パターンは、受信機内の時間測定素子を始動させるためには利用できない。なぜなら、デコーダ内に非確定的な信号遅延があるため、時間分解能が十分に高くないからである。その精度を高めるため、デコーダより後段におけるＭＰＥＧストリームの直接処理と、デコーダより前段におけるアナログ信号の直接相関との組み合わせを用いた２段階法が提案されている。デコーダより後段におけるＭＰＥＧストリームの直接処理では、デコーダ内の非確定的な信号遅延を含む所定の信号パターンの伝搬時間を概算的に推定する。この概算的推定に基づき、デコーダより前段において、デジタル化されたアナログ信号に対する高精度の相互関連付けが行われる。この高精度の相互関連付けの結果を用いて概算的推定が補正される。しかし、この方法でも、復調信号の概算処理を可能にするには、なお十分高いＣ／Ｎが必要である。第１段階での概算処理が不可能な場合、アナログ基準信号に相互関連付けを適用できるようにするには、ＬＮＢより後段かつ復調器より前段における変調信号の正確な信号パターンが分からなければならない。
【００５４】
最後に、言うまでもないことであるが、相関利得を更に大きくするために相関技術をあらゆる形で組み合わせることが可能である。特に、所定の信号パターンを含むスペクトラム拡散基準信号を用いることが可能である。この場合、逆拡散された信号が、予め保存された所定の信号パターンとの相互相関処理、あるいは自己相関処理を再度受けることになる。
【００５５】
このように、あらゆる場合において、受信局で相関受信機を使用すれば、追加的な相関利得及び／又は処理利得により信号対雑音比の不足が補償されるという利点があり、アンテナの口径を大きくせずに基準信号を受信できるようになる。
【００５６】
異なる受信局間で時刻を同期させるにはいくつか可能な方法がある。１つは高精度ＧＰＳ時刻転送を行うことである。全地球測位システム（ＧＰＳ）は航法システムであるだけなく時刻転送システムでもある。現在のＧＰＳ時刻転送の精度は、大陸間距離に対しては10-20ナノ秒のオーダー、同一大陸内では2-3ナノ秒である。例えば、Wlodzimierz Lewandowski と Claudine Thomasの「GPS Time Transfer」（Proceedings of the IEEE, vol. 79, No. 7, 1991年7月）には様々なＧＰＳ時刻転送技術が提案されている。時刻転送のもう１つの技法は通信衛星を経由したいわゆる双方向時刻転送である。この方法は、例えばDieter Kirchnerの「Two-Way Time Transfer via Communication Satellites」（Proceedings of the IEEE, vol. 79, No. 7, 1991年7月）で詳しく説明されている。通常の単方向モードと比べると、双方向技術では、時刻転送に関与する各局が衛星経由でタイミング信号を交換しなければならず、従って、例えば図２に示した構成のように、受信局と送信局が必要になる。一般的には、これは、単方向法に比べて設備が高額になり、動作行程が複雑になることを意味する。更に、双方向モードはポイント・ツー・ポイントの技術であるため、ユーザはペアになって働き、測定データを交換しなければならない。双方向時刻転送技法の主な利点は、単方向法とは対照的に、衛星やユーザの位置に関する知識が、達成可能な精度の制限要因にならないことである。なぜなら、局間の相互往復経路については、経路遅延が相殺され、計算上考慮する必要がないからである。このことがあるため、双方向法は最も精度の高い時刻転送方法となる可能性を持っており、従って、双方向時刻転送法にも何らかの応用可能性がある。
【００５７】
本発明の更なる特徴によると、従来技術では知られていない時刻同期化方法が提供される。この新規な時刻同期化方法は、共通タイムベースと、基準衛星の基準測距情報による前記共通タイムベースの補正との組合わせにより時刻同期化を行うという知見に基づいている。従って、その位置を決定すべき衛星の他に、予め位置が正確に分かっている基準衛星が別途必要となる。このような基準衛星が利用可能であれば、中央送信局に対するある受信局の同期誤差は２機の衛星に対してほぼ同じになることが観察できる。これは、位置の分かっている基準衛星の測距測定値を利用して時刻同期誤差を補償することにより、通常なら十分に時刻が同期していない共通タイムベースであっても利用可能になることを意味する。
【００５８】
本発明によれば、衛星に搭載されたトランスポンダアンテナの電波到達範囲の中心に対する受信局の位置をいくつかの方法で求めることが可能になる。いずれの場合も、測距情報の計算精度を最適化するために受信局の位置を求めることが目的となる。通常の場合、１つの送信局と４つの受信局を含み、そのうち送信局が予め受信局のうちの１つを備えているという構成が考えられる。この構成の場合、３つの受信局を円周上に等間隔で配置し、送信局を中心に配置することにより、衛星に対して正三角形を形成すれば、計算精度を最適化することができる。
【００５９】
なお、本発明はトランスポンダを搭載した衛星に限られるものではなく、通信衛星の測距は本発明の好ましい側面に過ぎないものと理解すべきである。一般に、通信路の構成要素を搭載しており、その構成要素と複数の受信局との伝送遅延を測定できるようないかなる宇宙飛行体の座標でも、本発明により決定可能である。これは、その構成要素はトランスポンダでもよいが、リピータやミラー等でもよいことを意味する。更に、本発明において「宇宙飛行体」という語は移動する又は移動可能ないかなる物体をも包含するものである。
【００６０】
本発明の更なる解決策によると、通信路の構成要素を搭載した宇宙飛行体の位置を制御するための制御ユニット及び制御ユニットの作動方法が提供される。衛星用制御局の機能はテレメトリ・トラッキング・コマンド（ＴＴＣ）という語で要約される。ＴＴＣでは次のような処理を行う。
・地上から制御信号を受け取って動作を開始し、装置の動作状態又は動作モードを変更する。
・測定結果、衛星の動作に関する情報、装置の動作及びコマンド実行の確認を地上に送信する。
・衛星の位置確認を可能にするため、地上・衛星間距離の測定と、もし可能なら視線速度の測定を有効にする。
【００６１】
まとめると、上述した本発明の目的は、先に言及した各主題に従って従属関係の順で一覧にした次のような特徴により解決される。
【００６２】
１．通信路の構成要素を搭載した宇宙飛行体の測距情報を決定するための測距システムであって、
地上の異なる場所にある複数の受信局であって、各受信局が前記構成要素からの基準信号を受信するように配置されている複数の受信局、
前記複数の受信局間で同期化されたタイムベースを提供するための同期化手段、
受信された各基準信号の伝搬時間及び前記同期化されたタイムベースに従って前記測距情報を計算する計算手段
を備え、
少なくとも１つの受信局が前記基準信号を受信するための相関受信機を備えるもの。
【００６３】
２．主題１に記載の測距システムであって、前記構成要素は基準信号を前記複数の受信局に送信する送信機であるもの。
【００６４】
３．主題１〜２のいずれかに記載の測距システムであって、前記構成要素はトランスポンダであり、少なくとも１つの送信局がペイロード信号及び基準信号を前記トランスポンダ経由で送信するもの。
【００６５】
従って、宇宙飛行体と複数の受信局との間の相互接続を可能にするいかなる構成要素
でも可能である。これは、送信機でもトランスポンダでも利用できることを意味する。例えば衛星を使う場合、アップリンクパスが存在しなければ送信機を利用し、アップリンクパスとダウンリンクパスとの間の相互接続にはトランスポンダを利用する。
【００６６】
４．主題１〜３のいずれかに記載の測距システムであって、相関受信機を備える前記少なくとも１つの受信局のアンテナの大きさが、前記相関受信機の受信利得を利用することにより最小化されているもの。
【００６７】
これは、本発明では安価な受信素子を備える受信局でも利用することができるということを意味する。更に、先に述べたように、相関受信機を使えば、測距情報の計算精度を高めるために、対応する受信局を衛星の前記構成要素の電波到達範囲外に配置することができる。
【００６８】
本発明によれば、基準信号の信号対雑音比を向上させるためのある種の相関利得を生み出すようなあらゆる種類の相関受信機が利用可能である。特に、次の種類の相関受信機が利用可能である。
【００６９】
５．主題１〜４のいずれかに記載の測距システムであって、前記基準信号に含まれる所定の信号パターンを検出するために、それに対応する所定の信号パターンが前記相関受信機に保存されているもの。
【００７０】
６．主題５に記載の測距システムであって、変調後の基準信号に含まれる所定の信号パターンを検出するために、前記所定の信号パターンが変調後の形式で保存されているもの。
【００７１】
７．主題５に記載の測距システムであって、復調後の基準信号に含まれる所定の信号パターンを検出するために、前記所定の信号パターンが復調後の形式で保存されているもの。
【００７２】
８．主題１〜７のいずれかに記載の測距システムであって、前記相関受信機がスペクトラム拡散受信機であり、前記基準信号がスペクトラム拡散信号であるもの。
【００７３】
本発明のもう１つの重要な特徴は、複数の受信局の時刻同期化である。静止衛星の測距を行う場合、遅延は相対的に短い（約250ミリ秒）ため、クロック同期は短い時間に対して高度に安定である必要がある。より具体的には、同期精度は少なくとも１０ナノ秒未満にする必要がある。時刻同期化の好ましい技術は次の通りである。
【００７４】
９．主題１〜８のいずれかに記載の測距システムであって、前記同期化手段が高精度ＧＰＳ時刻転送を行うもの。
【００７５】
１０．主題１〜８のいずれかに記載の測距システムであって、前記同期化手段が双方向時刻転送を行うもの。
【００７６】
１１．主題１〜８のいずれかに記載の測距システムであって、前記同期化手段が共通タイムベースを供給し、前記共通タイムベースの同期誤差が基準衛星の基準測距情報により補正されるもの。
【００７７】
ペイロード信号及び基準信号は前記通信路を通じて送信される同一の情報ストリームの一部とすることができることは言うまでもない。
【００７８】
１２．主題１〜１１のいずれかに記載の測距システムであって、前記ペイロード信号及び基準信号が一又は複数のデジタルトランスポートストリームの一部であるもの。
【００７９】
測距システムについて述べた前記主題２〜１２は他のカテゴリの主題にも適用可能である。他のカテゴリの主題は次の通りである。
【００８０】
１３．通信路の構成要素を搭載した宇宙飛行体の測距情報を決定するための測距方法であって、
前記構成要素からの基準信号を地上の異なる場所にある複数の受信局によりそれぞれ受信する手順、
前記複数の受信局間で同期化されたタイムベースを提供する手順、
受信された各基準信号の伝搬時間と前記同期化されたタイムベースとに従って前記測距情報を計算する手順、
を備え、
少なくとも一つの受信局が前記基準信号を受信するための相関演算を実行するもの。
【００８１】
１４．主題１３に記載の測距方法であって、前記構成要素が前記基準信号を前記複数の受信局に送信するもの。
【００８２】
１５．主題１３〜１４のいずれかに記載の測距方法であって、前記構成要素が前記基準信号を前記複数の受信局に中継するもの。
【００８３】
１６．主題１３〜１５のいずれかに記載の測距方法であって、相関受信機を備える前記少なくとも１つの受信局のアンテナの大きさが、前記相関受信機の受信利得を利用することにより最小化されているもの。
【００８４】
１７．主題１３〜１６のいずれかに記載の測距方法であって、前記基準信号に含まれる所定の信号パターンを検出するために、それに対応する所定の信号パターンが前記相関受信機に保存されているもの。
【００８５】
１８．主題１７に記載の測距方法であって、変調後の基準信号に含まれる所定の信号パターンを検出するために、前記所定の信号パターンが変調後の形式で保存されているもの。
【００８６】
１９．主題１７に記載の測距方法であって、復調後の基準信号に含まれる所定の信号パターンを検出するために、前記所定の信号パターンが復調後の形式で保存されているもの。
【００８７】
２０．主題１３〜１９のいずれかに記載の測距方法であって、前記相関演算がスペクトラム拡散技術に基づいており、前記基準信号がスペクトラム拡散信号であるもの。
【００８８】
２１．主題１３〜２０のいずれかに記載の測距方法であって、高精度ＧＰＳ時刻転送により時刻同期化を行うもの。
【００８９】
２２．主題１３〜２０のいずれかに記載の測距方法であって、双方向時刻転送により時刻同期化を行うもの。
【００９０】
２３．主題１３〜２０のいずれかに記載の測距方法であって、共通タイムベースにより時刻同期化を行い、前記共通タイムベースの同期誤差が基準衛星の基準測距情報により補正されるもの。
【００９１】
２４．主題１３〜２３のいずれかに記載の測距方法であって、前記ペイロード信号及び基準信号が一又は複数のデジタルトランスポートストリームの一部であるもの。
【００９２】
２５．通信路の構成要素を搭載した宇宙飛行体の測距情報を提供するための受信局であって、
前記構成要素から基準信号を受信するための相関受信機、及び
前記受信局と地上の基準点との間で同期化されたタイムベースを提供するための同期化手段
を備えるもの。
【００９３】
２６．主題２５に記載の受信局であって、前記受信局のアンテナの大きさが、前記相関受信機の受信利得を利用することにより最小化されているもの。
【００９４】
２７．主題２５〜２６のいずれかに記載の受信局であって、前記基準信号に含まれる所定の信号パターンを検出するために、それに対応する所定の信号パターンが前記相関受信機に保存されているもの。
【００９５】
２８．主題２７に記載の受信局であって、変調後の基準信号に含まれる所定の信号パターンを検出するために、前記所定の信号パターンが変調後の形式で保存されているもの。
【００９６】
２９．主題２７に記載の受信局であって、復調後の基準信号に含まれる所定の信号パターンを検出するために、前記所定の信号パターンが復調後の形式で保存されているもの。
【００９７】
３０．主題２５〜２９のいずれかに記載の受信局であって、前記相関受信機がスペクトラム拡散受信機であり、前記基準信号がスペクトラム拡散信号であるもの。
【００９８】
３１．主題２５〜３０のいずれかに記載の受信局であって、前記同期化手段が高精度ＧＰＳ時刻転送を行うもの。
【００９９】
３２．主題２５〜３０のいずれかに記載の受信局であって、前記同期化手段が双方向時刻転送を行うもの。
【０１００】
３３．主題２５〜３０のいずれかに記載の受信局であって、前記同期化手段が共通タイムベースを供給し、前記共通タイムベースの同期誤差が基準衛星の基準測距情報により補正されるもの。
【０１０１】
３４．通信路の構成要素を搭載した宇宙飛行体の測距情報を提供する受信局の作動方法であって、
前記構成要素から基準信号を受信する手順、及び
前記受信局と地上の基準点との間で同期化されたタイムベースを提供する手順
を含むもの。
【０１０２】
３５．主題３４に記載の方法であって、前記受信局のアンテナの大きさが、相関受信機の受信利得を利用することにより最小化されているもの。
【０１０３】
３６．主題３４〜３５のいずれかに記載の方法であって、前記基準信号に含まれる所定の信号パターンを検出するために、それに対応する所定の信号パターンが相関受信機に保存されているもの。
【０１０４】
３７．主題３６に記載の方法であって、変調後の基準信号に含まれる所定の信号パターンを検出するために、前記所定の信号パターンが変調後の形式で保存されているもの。
【０１０５】
３８．主題３６に記載の方法であって、復調後の基準信号に含まれる所定の信号パターンを検出するために、前記所定の信号パターンが復調後の形式で保存されているもの。
【０１０６】
３９．主題３４〜３８のいずれかに記載の方法であって、相関受信機がスペクトラム拡散受信機であり、前記基準信号がスペクトラム拡散信号であるもの。
【０１０７】
４０．主題３４〜３９のいずれかに記載の方法であって、同期化手段が高精度ＧＰＳ時刻転送を行うもの。
【０１０８】
４１．主題３４〜３９のいずれかに記載の方法であって、同期化手段が双方向時刻転送を行うもの。
【０１０９】
４２．主題３４〜３９のいずれかに記載の方法であって、同期化手段が共通タイムベースを供給し、前記共通タイムベースの同期誤差が基準衛星の基準測距情報により補正されるもの。
【０１１０】
４３．通信路の構成要素を搭載した宇宙飛行体の測距情報を決定するための処理局であって、
地上の異なる場所にある複数の受信局から伝搬時間データを受信するための伝搬時間データ受信手段
を備え、
前記受信局が前記構成要素から基準信号をそれぞれ受信するために配置され、前記複数の受信局の間で同期化されたタイムベースが提供され、少なくとも１つの受信局が前記基準信号を受信するための相関受信機を備えるもの。
【０１１１】
４４．通信路の構成要素を搭載した宇宙飛行体の測距情報を決定するための処理方法であって、
地上の異なる場所にある複数の受信局から伝搬時間データを受信する手順
を備え、
前記受信局が前記構成要素から基準信号をそれぞれ受信するために配置され、前記複数の受信局の間で同期化されたタイムベースが提供され、少なくとも１つの受信局が前記基準信号を受信するための相関受信機を備えるもの。
【０１１２】
４５．地上の異なる場所にある複数の受信局に基準信号を送信又は中継するための通信路の構成要素
を備える宇宙飛行体であって、
前記複数の受信局の間で同期化されたタイムベースが提供され、前記基準信号が相関受信機により受信されるように揃えられているもの。
【０１１３】
４６．宇宙飛行体の作動方法であって、
前記宇宙飛行体に通信路の構成要素を設ける手順
を備え、
前記構成要素は地上の異なる場所にある複数の受信局に基準信号を送信又は中継するように配置され、前記複数の受信局の間で同期化されたタイムベースが提供され、
前記基準信号が相関受信機により受信されるように揃えられているもの。
【０１１４】
４７．以下のものを備える送信ユニット：
宇宙飛行体に搭載されたトランスポンダ経由で地上の異なる場所にある複数の受信局に基準信号を送信するための送信手段であって、前記基準信号は相関受信機により受信されるように揃えられている第１送信手段、及び
前記送信ユニットと前記複数の受信局との間で同期化されたタイムベースを提供するための同期化手段。
【０１１５】
４８．主題４７に記載の送信ユニットであって、前記宇宙飛行体の測距情報が、前記送信ユニットと前記複数の受信局のそれぞれとの間における前記基準信号の伝搬時間と前記同期化されたタイムベースとに従って計算されるもの。
【０１１６】
４９．主題４８に記載の送信ユニットであって、前記測距情報に応じて前記宇宙飛行体の作動状態又は作動モードを変更するために前記トランスポンダにコマンド信号を送信するための第２の送信手段を備えるもの。
【０１１７】
５０．以下の手順を備える送信ユニットの作動方法：
宇宙飛行体に搭載されたトランスポンダ経由で複数の受信局に基準信号を送信する手順、ここで、前記基準信号は相関受信機により受信されるように揃えられている、及び
前記送信ユニットと前記複数の受信局との間で同期化されたタイムベースを提供する手順。
【０１１８】
５１．主題５０に記載の方法であって、前記宇宙飛行体の測距情報が、前記送信ユニットと前記複数の受信局のそれぞれとの間における前記基準信号の伝搬時間と前記同期化されたタイムベースとに従って計算されるもの。
【０１１９】
５２．主題５１に記載の方法であって、前記測距情報に応じて前記宇宙飛行体の作動状態又は作動モードを変更するために前記トランスポンダにコマンド信号を送信するもの。
【０１２０】
上述した本発明のあらゆる特徴は、上記組合わせに限られず、他の組合わせによる応用や単独での応用も可能である。
【実施例】
【０１２１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の一例について説明する。
【０１２２】
図１〜１２については、既に本明細書の導入部で説明済みである。
【０１２３】
図１３は処理局と遠隔の受信局との相互接続を示す。受信局用の疑似測距構成は図５に従ったようなものと仮定することができる。従って、局１３０３、１３０４及び１３０５は受信局であり、局１３０２は送信・受信局である。局１３０２の内部装置は図３に従って設計し、局１３０３、１３０４及び１３０５の内部装置は図６に従って設計することができる。処理局１３０１を送信・受信局１３０２の内部に統合すると有利である。この場合、受信局１３０３、１３０４及び１３０５と処理局１３０１との間に電気通信リンク１３０６、１３０７及び１３０８を設ける。処理局１３０１は、対応する衛星の測距情報を計算するために各受信局から伝搬時間データを受信する。この計算は上述の通り式（１）〜（６）に基づいて行われる。
【０１２４】
少なくとも１つの受信局が相関受信機を備えているため、各伝搬時間は電波到達範囲とは無関係に確定することができる。これにより、測距情報の計算精度を高めることができる。更に、処理局において、伝搬時間データの期待値に基づくアンビギュイティ及び信頼性の検査を導入することができる。
【０１２５】
全地球測位システム（ＧＰＳ）に基づく様々な時刻転送技術を図１４〜１７に示す。
【０１２６】
図１４は時刻配信（供給）法の原理を示す。この方法は最も単純で精度も極めて低いが、地球全体をカバーでき、受信機により提供されるデータ以外のデータを必要としない。ＧＰＳ時刻へのアクセス精度は、局所的な観測条件、主に受信アンテナ座標の質と必要なデータの量に依存する。アンテナ座標の不確定性が10mのとき、この精度は13分の航跡に対して100ナノ秒の範囲になる。
【０１２７】
図１５はクロックトランスポーテーション法を示す。クロックトランスポーテーションは10ナノ秒以下の高精度な時刻比較を対象とする。地上における任意の異なる場所にあるクロックＡ及びＢは、12時間未満の観測時間遅延で同一の衛星又は衛星群を順次観測することにより、比較することができる。このようにすると、衛星を最大仰角で観測できるため、大気差モデルに対する感度を低減できるという利点がある。しかし、この方法は衛星クロックの不安定性の影響を受ける。これは12時間に対して5ナノ秒程度である。
【０１２８】
図１６はＧＰＳコモンビュー法を示す。局Ａ及びＢ、あるいは更に多くの局が、同一の衛星からの信号を同時に受け、データを互いに送信し合ってクロックを比較する。この方法の主な利点は、ＧＰＳ時刻が差分計算の際に打ち消されるため、衛星クロックの誤差の影響を受けないということである。コモンビューモードの最高精度は約1ナノ秒である。
【０１２９】
図１７は短い基線によるＶＬＢＩ技法を示す。この方法は超長基線干渉法（ＶＬＢＩ）の技術を利用するもので、100kmオーダーの基線に対して1ナノ秒未満の精度で時刻比較を行う場合に適用できる。
【０１３０】
ＧＰＳ時刻転送法の他に、本発明のもう１つの特徴に従った別の時刻同期化法について図１８〜２１に従って説明する。この時刻同期化法の基本的な考え方は、異なる受信局に共通タイムベースを提供し、その共通タイムベースの同期誤差を、宇宙座標が正確に分かっている基準衛星の基準測距情報により補正するというものである。
【０１３１】
図１８は、１機の衛星に関する、異なる受信局についての時刻同期誤差の測定値を示す。再び図５に従った疑似測距構成を採るものとし、軌道上のある位置に衛星１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ及び１Ｈを含む衛星クラスタが存在するものとする。図１８に示した測定結果から分かるように、局III及びIIの間では時刻同期誤差に相関性がない。しかし、本発明の知見によれば、１つの局についてみた場合、異なる衛星に対する時刻同期誤差はほぼ同じである。この結果を図１９に示す。
【０１３２】
図１９は、２機の異なる衛星に関する、異なる受信局についての時刻同期誤差の測定値を示す。再び図５において、同じ軌道位置にある衛星１Ａ及び１Ｂが選択され、局IIIについての測距誤差が時間をかけて測定されている。左側の図から分かるように、測距誤差はほぼ同じである。右側の図には両方の測定値の差が示されている。
【０１３３】
図１９の結果から次のことが言える。すなわち、２機の衛星のうち一方（例えば衛星１Ｂ）の位置が分かれば、各受信局と送信局との間の同期誤差を求めることができる。同期誤差が分かれば、衛星１Ａについての疑似測距測定データを補正することができる。このような測定のための機構は図２０に示したようなものになる。
【０１３４】
図２０は２機の異なる衛星に関する疑似測距測定の基本構成を示す。局Iが送信及び受信装置を備えるマスタ局であるものとする。
【０１３５】
一方、他の各局は受信局である。ただし、図では例として局IIIだけを示している。局Iの場所においては衛星１Ａの位置が分かっているものとする。この場合、受信局IIIによる疑似測距測定は次のような手順で行われる。
【０１３６】
まず最初のステップでは、２通りの所定の信号パターンが局Iから衛星１Ａ及び２Ａ経由で受信局IIIに送信される。次のステップでは、受信局IIIが軌道１及び軌道２の疑似測距測定に基づく伝搬時間データを局Iに送信する。仮定より、局Iでは軌道１の距離がわかっているから、図１９に従って説明したようにして補正計算を行うことができる。これにより、衛星２Ａの測距情報を計算し、衛星１Ａを基準とすることにより分かる同期誤差によってその情報を修正することができる。結果として、限られた精度しかない任意の共通タイムベースに基づく場合でも、その共通タイムベースを基準衛星１Ａの基準測距情報により補正することで、疑似測距測定を行うことができる。
【０１３７】
図２１は、図１８に従った基本構成を有する１つの受信局用の処理装置を示す。この図からわかるように、この受信装置は構造を非常に簡素にできるので、受信局を低コストで構築することができる。各受信局は、受信アンテナ２１０７、２１０８に接続されたＬＮＢ２１０１、２１０４、ダウンコンバータ２１０２、２１０５、及び復調器２１０３、２１０６を備える類似した２つの受信機構を備えている。各構成要素は周波数・タイミングデバイス２１０９により制御されている。このデバイスはまた共通タイムベース、例えば簡単なＧＰＳ受信機も備えている。データは、軌道１及び軌道２の伝搬時間データを決定するためのデータ収集ユニット２１１０に集められる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】三辺測量法の基本構成を示す。
【図２】四辺測量法の実際の構成を示す。
【図３】受信機構により導入される時間遅延の補償を行う送信・受信局を示す。
【図４】ＭＰＥＧ−２規格に従ったトランスポートストリームの図を示す。
【図５】疑似測距による四辺測量法の実際の構成を示す。
【図６】受信機構により導入される時間遅延の補償を行う別個の送信局及び受信局を示す。
【図７】地球全体を覆域を有するトランスポンダを搭載した衛星を示す。
【図８】数本の狭いビームによる覆域を有するトランスポンダを搭載した衛星を示す。
【図９】異なる測距局間の空間距離の短縮による効果を示す。
【図１０】スポットビーム及び相関受信機による覆域を有するトランスポンダを搭載した衛星を示す。
【図１１】衛星アンテナのアンテナパターンを示す。
【図１２】受信局で受信された信号のダウンリンクＥＩＲＰとＣ／Ｎ比との関係を示す。
【図１３】処理局と遠隔の受信局との相互接続を示す。
【図１４】様々な時刻転送技術を示す。
【図１５】様々な時刻転送技術を示す。
【図１６】様々な時刻転送技術を示す。
【図１７】様々な時刻転送技術を示す。
【図１８】１機の衛星に関する、異なる受信局についての時刻同期誤差の測定値を示す。
【図１９】２機の異なる衛星に関する、異なる受信局についての時刻同期誤差の測定値を示す。
【図２０】２機の異なる衛星に関する疑似測距測定の基本構成を示す。
【図２１】図２０に従った基本構成における１つの受信局用の処理装置を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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