(57)【要約】【課題】衛星追跡情報の生成／配信方法と装置を提供する。【解決手段】先の長い期間にわたって有効な衛星追跡データを提供する方法と装置。少なくとも一部の衛星追跡データは、リモート受信機で規定されるフォーマットにフォーマット化される。フォーマット化されたデータは、配信ネットワークを介してリモート受信機に伝送される。このように、リモート受信機は、最新の衛星追跡データを受信しなくても数日間正確に動作することができる。
2004529032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長期衛星追跡データをリモート受信機に提供する方法であって、
少なくとも１つの受信局で少なくとも１つの衛星から衛星信号を受信する工程と、
前記衛星信号からの情報から長期衛星追跡データを生成する工程と、
前記長期衛星追跡データの少なくとも一部をリモート受信機に伝送する工程を備える方法。
【請求項２】
前記情報は、コード位相測定値、搬送波位相測定値、ドップラ測定値、軌道暦データのうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記長期衛星追跡データは、将来の期間での時間に関する複数の衛星位置と、将来の期間での時間に関する複数の衛星時計オフセット値のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記長期衛星追跡データは、衛星位置や速度や加速度を表すデータと、衛星の時計オフセットやドリフトやドリフトレートを表すデータのうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記生成工程は、過去の期間の衛星軌道データを生成する工程と、前記衛星軌道データを将来にまで拡張する工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記生成工程は、過去の期間の衛星時計の誤差データを算出する工程と、前記衛星時計の誤差データを将来にまで拡張する工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記長期衛星追跡データは、４時間より長い期間で有効である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つの衛星は、全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの衛星は、衛星測位システムで使用される衛星である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記リモート受信機は、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記リモート受信機は、衛星測位システムの受信機である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記伝送工程は、無線通信リンクを用いて伝送する工程を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記伝送工程は、前記長期衛星追跡データの少なくとも一部をリモート受信機に配信する工程をさらに備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記伝送工程は、コンピュータネットワークを用いて伝送する工程を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記伝送工程は、前記長期衛星追跡データの少なくとも一部をリモート受信機に配信する工程をさらに備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記伝送工程は、インターネットを用いて伝送する工程を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記伝送工程は、前記長期衛星追跡データの少なくとも一部をリモート受信機に配信する工程をさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
長期衛星追跡データを全地球測位システム（ＧＰＳ）のリモート受信機に提供する方法であって、
複数の受信局で少なくとも１つの衛星から衛星信号を受信する工程と、
前記衛星信号を処理して衛星軌道データと時計データを生成する工程と、
前記衛星追跡データと時計データから長期衛星追跡データを生成する工程と、
前記長期衛星追跡データの少なくとも一部を含む軌道モデルを生成する工程と、
前記軌道モデルをリモートＧＰＳ受信機に伝送する工程を備える方法。
【請求項１９】
前記衛星追跡データは、前記少なくとも１つの衛星の過去の位置のデータを含み、前記時計データは、過去の時計オフセットのデータを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記長期衛星追跡データは、将来の期間の時間に関する複数の衛星の位置と衛星時計の誤差のデータを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
長期衛星追跡データをリモート受信機に提供する装置であって、
少なくとも１つの受信局で少なくとも１つの衛星から衛星信号を受信する手段と、
前記衛星信号からの情報から長期衛星追跡データを生成する手段と、
前記長期衛星追跡データの少なくとも一部をリモート受信機に伝送する手段を備える装置。
【請求項２２】
前記情報は、コード位相測定値と搬送波位相測定値とドップラ測定値と軌道暦データのうちの少なくとも１つを含む、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記長期衛星追跡データは、将来の期間の時間に関する複数の衛星位置と、将来の期間の時間に関する複数の衛星時計オフセットのうち少なくとも１つを含む、請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
前記長期衛星追跡データは、衛星位置や速度や加速度を表すデータと、衛星の時計オフセットやドリフトやドリフトレートを表すデータのうち少なくとも１つを含む、請求項２１に記載の装置。
【請求項２５】
前記生成工程は、
過去の期間の衛星軌道データを生成する手段と、前記衛星軌道データを将来まで拡張する手段をさらに備える、請求項２５に記載の装置。
【請求項２６】
前記生成手段は、過去の期間の衛星時計の誤差データを算出する手段と、前記衛星時計の誤差データを将来に拡張させる手段をさらに備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項２７】
前記伝送手段は、無線通信リンクである、請求項２１に記載の装置。
【請求項２８】
前記伝送手段は、コンピュータネットワークである、請求項２１に記載の装置。
【請求項２９】
長期衛星追跡データをリモート受信機に提供する装置であって、
少なくとも１つの受信局で少なくとも１つの衛星から衛星信号を受信する受信機と、
前記衛星信号からの情報から長期衛星追跡データを生成するコンピュータと、
前記長期衛星追跡データの少なくとも一部をリモート受信機に配信する配信ネットワークを備える装置。
【請求項３０】
前記情報は、衛星追跡デ―タと衛星時計の誤差である、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの受信局は、全地球測位システム（ＧＰＳ）の衛星信号を受信する受信局のネットワークである、請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
前記コンピュータは、前記長期衛星追跡データをデータベースに記憶するためのメモリを備える、請求項２９に記載の装置。
【請求項３３】
前記配信ネットワークは無線ネットワークである、請求項２９に記載の装置。
【請求項３４】
前記配信ネットワークはコンピュータネットワークである、請求項２９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に地球軌道衛星の衛星追跡情報の生成に関する。特に、本発明は、ネットワークや通信リンクを介して衛星追跡情報を生成し配信する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の記載）
全地球測位システム（ＧＰＳ）測位受信機では、複数の衛星からの測定値を用いて位置の計算を行う。ＧＰＳ受信機が衛星軌道と衛星時計のモデルを既に利用している場合、ＧＰＳ無線信号を捕捉するプロセスのスピードと感度が向上する。このモデルは、ＧＰＳ衛星から配信され、軌道暦、即ち、衛星軌道情報として知られている。各衛星は、３０秒毎に独自の軌道暦を配信する。一旦ＧＰＳ無線信号が捕捉されると、位置を計算するプロセスでは軌道暦情報が必要になる。
【０００３】
放送軌道暦情報は、ＧＰＳ衛星信号内で９００ビットのメッセージに符号化される。軌道暦情報は毎秒５０ビットのレートで伝送され、全軌道暦情報を伝送するためには１８秒かかる。通常、放送軌道暦情報は（配信時より）２〜４時間先まで有効である。有効期間が切れる前に、ＧＰＳ受信機は最新の放送軌道暦情報を獲得して、正しい動作を継続し、正確な位置を算出する必要がある。一般的に、ＧＰＳ受信機が衛星から軌道暦をダウンロードするためには時間がかかり（１８秒以上）、困難も多く、（微弱な信号強度の環境では）受信不能な時もある。このため、衛星からの伝送を待つのではなく、他の手段でＧＰＳ受信機に軌道暦を送信することが有効であると長い間認識されている。
【０００４】
１９８４年４月２４日発行の米国特許第４４４５１１８号には、ＧＰＳ基準局で軌道暦情報を収集し、無線伝送でリモートＧＰＳ受信機に軌道暦情報を伝送する技術が記載されている。ＧＰＳ受信機に軌道暦もしくはそれと等価なデータを提供するこの技術は、「支援型ＧＰＳ」として知られるようになっている。支援型ＧＰＳの軌道暦源は衛星信号であるため、軌道暦情報は数時間しか有効でない。従って、リモートＧＰＳ受信機は、衛星から直接受信するかあるいは無線伝送によって受信して、軌道暦情報源に定期的に接続する必要がある。そのように定期的に更新をしないと、リモートＧＰＳ受信機は正確な位置を求めることはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現行技術の欠点は、先の２，３時間以上の期間有効な軌道暦情報と衛星軌道／時計情報源が無いことと、軌道暦情報を必要とする多くの遠隔装置に情報を繰り返し送信するにはコストがかかることである。さらに、現在の軌道暦が無効になると、移動装置は支援型ＧＰＳの情報源と交信ができなくなることがある。
従って、先の長い期間、例えば、数日先まで有効な衛星軌道／時計情報を提供する方法と装置が、当技術分野で求められている。
【発明が解決するための手段】
【０００６】
（発明の要約）
本発明は、長期間有効な衛星追跡データ（ＳＴＤ）、言い換えれば、長期ＳＴＤ、即ち、ＬＴ−ＳＴＤの生成方法と装置である。ＳＴＤには、将来の衛星軌道情報や衛星時計情報が含まれていてもよい。ＳＴＤは、少なくとも１つの衛星からの信号を１つ以上の衛星追跡局で受信し、受信信号から衛星追跡情報（ＳＴＩ）を求めることによって得られる。ＳＴＩには、現在の衛星軌道データと衛星時計情報が含まれている。
【０００７】
ネットワークや通信システムを介してリモート衛星信号受信機にＳＴＤを与えてもよい。衛星システムには、ＳＴＤを用いて受信機の性能を向上させる全地球測位システム（ＧＰＳ）、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＧＡＬＩＬＥＯ、その他の衛星システムが含まれていてもよい。ＬＴ−ＳＴＤを用いることによって、リモート受信機は、衛星から通常提供される最新の放送軌道暦情報を受信しなくても数日間正確に動作することができる。
上の本発明の特徴を達成する方法を十分に理解することができるように、添付図面に示される本発明の実施形態を援用するものとして、上で要約した本発明の詳細な説明が提供される。
添付図面は本発明の一般的な実施形態だけを示しており、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は、同様に有効なその他の実施形態を許容するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、衛星追跡データ（ＳＴＤ）を生成し配信するシステム１００のブロック図である。衛星システムには、全地球測位システム（ＧＰＳ）、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＧＡＬＩＬＥＯ、もしくは、ＳＴＤを利用して受信機の性能を向上させることのできるその他の衛星システムが含まれていてもよい。以下の開示では、本発明が動作するシステムの一例としてＧＰＳを使用している。以下の開示から、当業者であればその他の衛星システムでも本発明を実施することができるであろう。
【０００９】
ＧＰＳ追跡局１０２のネットワークを用いて、ＧＰＳ衛星１０４から測定データを収集する。そのようなネットワークについては、２０００年７月１３日出願の米国特許出願０９／６１５１０５で詳細に記載されている。このネットワークには、配置された全衛星から衛星追跡情報（ＳＴＩ）を収集する複数の追跡局、少数の追跡局、もしくは、地球上の特定領域のＳＴＩだけを収集する一追跡局を備えることができる。ＳＴＤ収集／計算サーバ１０６は、測定データを収集して処理する。（この測定データは、本願では衛星追跡情報（ＳＴＩ）と呼び、これには、コード位相測定値、搬送波位相測定値、ドップラ想定値、軌道暦データのうちの少なくとも１つが含まれる）好適な実施形態の測定データは、ＧＰＳ衛星が伝送するＬ１とＬ２の周波数の双方で獲得される。別の一実施形態では、これらの周波数のうちの一方か、その他の衛星システムやＧＰＳシステムの将来のバージョンで使用されるその他の周波数を使用することができる。サーバ１０６は、１）データ収集期間に正確な衛星追跡データ（ＳＴＤ）（例えば、各衛星軌道や時計オフセット値）と、２）各衛星の先のＳＴＤ予測情報と、３）各衛星の先のＳＴＤに合致するモデルを生成する。サーバ１０６は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１１８と、サポート回路１２２と、メモリ１２０を備える。ＣＰＵ１１８は、市場で購入可能で、一般的な計算を行う多くのＣＰＵのうちのいずれか１つであってもよい。あるいは、衛星追跡情報を処理するように設計された特定用途向けプロセッサ、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であってもよい。サポート回路１２２は、クロック回路、キャッシュ、電源などの周知の回路である。メモリ１２０は、読出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、ディスクドライブ記憶装置、リムーバブル記憶装置、もしくは、それらのいずれかの組合せであってもよい。メモリ１２０には、実行可能なソフトウェア、例えば、本発明に基づきシステム１００を動作させるＣＰＵ１１８によって実行されるＬＴ−ＳＴＤソフトウェア１２４が記憶される。
【００１０】
ＬＴ−ＳＴＤソフトウェア１２４によって生成される衛星軌道と衛星時計のデータセットによってＳＴＤ情報が構成され、ＳＴＤデータベース１０８に記憶される。配信サーバ１１０は、データベース１０８にアクセスして最新のデータセットを収集し、そのデータに関するインタフェース規格に従って軌道変換ソフトウェア１１１でフォーマット化し、フォーマット化されたデータを衛星軌道情報を必要とするＧＰＳ装置１１２に配信する。配信プロセスは、無線通信システム１１４の形態か、インターネット１１６か、両方を組合せたものか、あるいは、その他の通信手段によって行われてもよい。ＧＰＳ装置１１２が軌道データを受信すると、衛星やその他の源から新しい放送軌道暦をダウンロードすることなく、数日間継続動作可能になる。ＧＰＳ装置に配信された軌道データは、放送軌道暦と同じフォーマットでも、ＧＰＳ装置によって定義されるその他のモデルフォーマットでもよい。本願では、一般的に、この軌道データを衛星追跡モデル（ＳＴＭ）と呼ぶ。多くの方法でＳＴＭをＧＰＳ受信機にロードすることができる。軌道暦データを受信機に伝送するために、例えば、携帯用情報端末用クレードルを使ってネットワークに直接接続したり、ブルートゥースや携帯ネットワークなどの無線技術を用いることができる。一般的に、ＧＰＳ受信機の具体的な位置把握することなく、ＬＴ−ＳＴＤ（もしくはＬＴ−ＳＴＤの全てか一部を表すモデル）を配信することによって伝送が行われる。従って、ＧＰＳ受信機がネットワークを介して配信サーバへ情報を送信するように、配信サーバが要求することはない。
【００１１】
ＧＰＳは測量システムなので、ＧＰＳ衛星から伝送されるデータを利用することによって、一連の追跡局からＧＰＳ衛星までの距離とレンジレートと時計オフセットを測定することができる。追跡局１０２が生成する一連の観測データは、軌道決定プロセスと衛星時計特性を評価する際に使用される。一連の監視局１０２は、単独局でも、連続動作基準システム（ＣＯＲＳ）などの公的なネットワークでも、私用や専用ネットワークでもよい。
【００１２】
図２は、ＬＴ−ＳＴＤを計算するプロセスの好適な実施形態を示す。本プロセスは、追跡局のネットワークから衛星測定値を収集するステップ２０２から始まる。コード位相（ＣＰ）、搬送波位相（ＣＰＨ）、ドップラなどの測定値は、ＧＰＳ衛星追跡情報を得るために利用可能である。ステップ２０４では、データ収集期間にその測定値を用いて、衛星軌道と時計オフセットが計算される。このステップは、標準ＧＰＳ処理技術と当技術分野で周知のソフトウェアパッケージを用いて実施される。この種のソフトウェアの例としては、ジェット推進研究所（ＪＰＬ）のＧＩＰＳＹと、ＮＡＳＡゴダード宇宙飛行センター（ＧＳＦＣ）のＧＥＯＤＹＮと、バンマーティンシステムズから市販されているＭｉｃｒｏＣｏｓｍがある。
【００１３】
ステップ２０６では、重力、抗力、太陽放射圧、潮汐、第３体効果、歳差、記号、衛星軌道に影響するその他の保存力や非保存力などの標準軌道モデルを使う同じソフトウェアパッケージを使って、ステップ２０４から得られた衛星軌道や時計オフセット値を伝播して将来のものにする。通常、これらは、データが正常な区間での衛星軌道推定で用いられる同じ力のモデルである。ステップ２０４で述べた軌道推定プロセスでは、これらのモデルのサブセット、例えば、抗力や太陽放射圧のモデルは、軌道に最も合致するように調整される。伝播ステップ２０６では、既知力と推定力のモデルとパラメータの組合せを用いて、伝播された軌道を、データ合致区間外の時間に対して与える。通常、ＧＰＳ衛星の時計オフセットは、非常にわずかであるが、次第に線形に増大する。こうした時計オフセットに関する情報は、時計オフセット、ドリフト、ドリフトレートを含む２次モデルなどの標準モデルを使って伝播されて将来のものとなる。
【００１４】
ステップ２０８では、伝播された衛星軌道や時計オフセットに関する情報はＳＴＤとしてデータベースに記憶される。ステップ２１０では、軌道変換ソフトウェアは、ＬＴ−ＳＴＤデータを、一モデルと、そのモデルが与えられるＧＰＳ装置が期待するフォーマットに変換する。ステップ２１２では、所定のモデルや情報が出力される。既存のＧＰＳ受信機で用いられるモデルの好適な実施形態は、ＩＣＤ−ＧＰＳ−２００で述べられたＧＰＳの軌道暦モデルである。軌道暦モデルは、図３のタイムライン３００に図示されているように、ＬＴ−ＳＴＤから４時間毎に生成される。即ち、異なるモデル３０１、３０２などが６時間の各区間で生成される。従って、複数のモデル３０１、３０２などを累積すると、利用可能なＬＴ−ＳＴＤの長さになる。
別の一実施形態では、ステップ２０４で、衛星から配信されたデータと、ＩＣＤ−ＧＰＳ−２００ｃで与えられた標準式を用いて、衛星軌道と時計オフセットを推定してもよい。
【００１５】
軌道モデルは衛星軌道を少変数の関数として数学的に表現したものであるので、時間対衛星位置テーブルとして明確に衛星位置ベクトルを提供する必要が無くなる。軌道暦モデルの一例としては、古典的な６要素ケプラー軌道モデルがある。このモデルは長い区間にわたって正確ではないが、少変数の関数として衛星軌道情報を提供する機能的な軌道暦モデルである。好適な実施形態では、軌道を表すために用いられるモデルとは、同じ規約や単位に基づくＩＣＤ−ＧＰＳ−２００ｃで示されたＧＰＳ標準軌道暦である。
【００１６】
これは、既存のＧＰＳ受信機との間で最大の互換性をもたらす好適な方法である。しかしながら、その他の軌道モデルを用いて衛星軌道を表すこともできる。精度が高く、長い区間で合致し、軌道を簡潔に表現し、アプリケーションに必要なその他の最適化を実現するように、軌道モデルを選択することができる。
本発明は、ＧＰＳ装置に与えられる軌道モデルが、ＧＰＳ衛星から配信された軌道暦データではないという点で現行技術とは異なる。
現行技術では、ＧＰＳ衛星から配信される軌道暦データをダウンロードし、その後、そのデータをＧＰＳ装置に再送する。本発明では、配信された軌道暦データはどの段階においても不要であり、好適な本実装形態では使用していない。
【００１７】
ＧＰＳ衛星から提供される配信軌道暦データは特定区間（通常、４時間）をカバーし、その区間の終わりには、その情報は使用できなくなる。例えば、ある装置が５分後に失効する放送軌道暦データを受信した場合に、その５分間が経過する前に、新しい放送軌道暦データが必要となる。本発明を用いれば、装置の必要な区間でＳＴＤをフォーマット化することができる。この区間は、現時点からの区間であっても、将来の特定の区間であってもよい。例えば、ある装置は、現時点で標準のＧＰＳ軌道暦フォーマットの軌道情報が必要であるかもしれない。この場合、その装置に与えられる軌道暦データは、次の６時間有効となる。装置は、２つの６時間の軌道暦軌道モデルとして供給可能な、標準ＧＰＳフォーマットの次の１２時間分の軌道情報モデルを要求することができる。さらに、様々な精度と規格に基づく様々な軌道モデルとフォーマットをＬＴ−ＳＴＤから生成することができる。
【００１８】
多くの数学的手法によって、ＬＴ−ＳＴＤを所望の軌道モデルに合致させることができる。好適な実施形態では、最小２乗法を利用して、軌道モデル・パラメータを軌道データに合致させる。また、ケプラーフィルタやその他の推定器などの他の方法を用いて、軌道データに最も合致する軌道モデル・パラメータを得ることもできる。データを軌道モデルに合致させるこれらの技術は、軌道決定と軌道モデリングの技術者には周知のものである。
最小２乗法によって、軌道データを軌道モデル・パラメータに最も合致させることができる。図４は、最小２乗推定法による軌道モデルの生成方法を示すフロー図である。図６に示すように、ＬＴ−ＳＴＤの一実施形態を、各衛星の時間と位置と時計オフセットを表形式で表す。時間と位置と時計オフセットは、時間／座標系であってもよい。単純化して例示するために、時間／座標系とは、世界測地測量１９８４（ＷＧＳ−８４）基準の枠組みに基づくＧＰＳ時間と地球中心−地球固定（ＥＣＥＦ）位置である。
【００１９】
ステップ４０２では、所望の時間インターバルのＳＴＤをＳＴＤデータベースから抽出する。軌道モデル・パラメータは、前のインターバルで同様のプロセスで獲得された軌道モデル値に初期化される。これによって、最初の軌道モデル・パラメータは、所望の時間インターバルの少なくとも初期段階では確実に合致するようになる。プロセス４００の残りの部分では、パラメータを時間インターバル全体にわたって確実に合致するように調整することができる。
【００２０】
好適な実施形態では、調整される１５個の軌道パラメータがある。
主軸の半分の平方根（メートル∧１／２）
離心率（無次元）
軌道半径に対する正弦調和補正項の振幅（メートル）
軌道半径に対する余弦調和補正項の振幅（メートル）
計算値との平均運動差（ラジアン／秒）
基準時間での平均近点離角（ラジアン）
緯度引数に対する余弦調和補正項の振幅（ラジアン）
緯度引数に対する正弦調和補正項の振幅（ラジアン）
傾斜角に対する余弦調和補正項の振幅（ラジアン）
傾斜角に対する正弦調和補正項の振幅（ラジアン）
週間エポックの軌道面の昇交点経度（ラジアン）
基準時間での傾斜角（ラジアン）
傾斜角レート（ラジアン／秒）
近地点引数（ラジアン）
赤経レート（ラジアン／秒）
さらに合致させるためにより多くの項を用いてもよいことは明らかであるが、より簡潔なモデルを生成するためにより少ない項を用いてもよい。
【００２１】
ステップ４０４では、軌道モデルを用いて軌道がなんであるかを予測する。その予測データは「モデル軌道データ」（ＭＴＤ）と呼ばれる。そのモデルが完璧であれば、ＭＴＤはＳＴＤと完全に一致する。ステップ４０６では、ＭＴＤとＳＴＤを比較して、軌道モデルと軌道データがどの位合致しているかを調べる。好適な実施形態の比較ステップ４０６は、ＳＴＤの各軌道点とそれに対応するＭＴＤの各点との差分の２乗を合計し、その合計値を閾値と比較することによって行われる。合致が「良好」な場合は、モデル・パラメータは「良好」と判断され、ステップ４１０でプロセスは終了する。合致が「良好」でない場合は、ステップ４０８でモデル・パラメータが調整される。モデル・パラメータをデータと合致するように調整する技術は多くあり、当技術分野では周知のものである。例えば、図の時間軌道暦モデルは、Coleman T. F.とY. Liの「境界内大規模非線形最小化に関する反射ニュートン法の収束について(On the convergence of reflective Newton methods for large scale nonlinear minimization subject to bounds)」、Mathematical Programming、67巻、No.2、189〜224、1994年、並びに、Coleman T. F.とY. Liの「境界内非線形最小化のための内部信頼領域法(An interior, trust region approach for nonlinear minimization subject to bounds)」、SIAM Journal on Optimization、6巻、418〜445、1996年に記載の内部反射ニュートン法(the interior-reflective Newton method)に基づくサブ空間信頼領域法を用いて、６時間のＳＴＤに合致するように調整された。これらの方法を実施するために使用可能な標準コンピュータパッケージ、例えば、ＭＡＴＬＡＢ最適化ツールボックスなどがある。
ステップ４０４、４０６、４０８は、ＳＴＤとよく合致するモデルパラメータを見つけるまで繰り返される。
【００２２】
軌道モデルを軌道データと合致させる際に、軌道モデルを選択する選択手段は多くある。好適な実施形態では、周知の規格で定義されたパラメータをもつ軌道モデルが用いられる。一実施形態では、ＧＰＳインタフェース制御ドキュメントＩＣＴ−ＧＰＳ−２００ｃで定義された軌道暦パラメータが用いられる。ＩＣＤ−ＧＰＳ−２００ｃの定義には、４時間か６時間の合致を示すビットが含まれている。一般的に、４時間の合致に基づいて、衛星データは配信され、衛星の監視局が獲得するまでには、そのデータは合致区間のほぼ終わりに至っていることが多い。本発明の一実施形態では、６時間区間のＳＴＤを利用し、図４と添付のテキストに記載されている技術を用いることによって、６時間軌道暦モデルが生成される。これによって、図３に示した一連の軌道暦モデルが生成される。これらの特定の６時間モデルは、本発明なくして利用することができないが、このモデルは、標準パラメータ（即ち、ＩＣＤ−ＧＰＳ−２００ｃ）を使って定義され、前述の規格と互換性をもつように設計された装置によって認識することができる。
【００２３】
図５は、６時間より長い区間で生成された衛星追跡データ（ＳＴＤ）の一例を示す。そして、図４に記載の技術と添付テキストを利用して、ＩＣＤ−ＧＰＳ−２００ｃの軌道暦モデル・パラメータは、６時間のＳＴＤに最も合致するように調整した。次に、この６時間の軌道暦データによってモデル化された軌道を、実際の軌道と比較した。また、実際の軌道と、配信された軌道暦データによってモデル化された軌道を比較した。その結果を、図５のグラフ５００に示す。縦軸５０２は、メートル単位の位置誤差を示し、横軸５０４は、時間単位の時を表す。グラフ５００には、放送軌道暦データ５０６の有効性がどのように失われ、本発明によって生成された軌道暦データ５０８の有効性は、約１メートルの誤差であることが示されている。
【００２４】
ＧＰＳ衛星の時計オフセットは、３つのパラメータによって容易にモデル化される。好適な実施形態では、測定された時計オフセットは、ＩＣＤ−ＧＰＳ−２００ｃで定義された３つのパラメータによってモデル化される。これらのパラメータは、時計オフセット、ドリフト、ドリフトレートである。パラメータを、上述の方法４００と同じ方法で調整することによって、区間測定されたデータに最も合致するモデルを導出する。
別の実施形態では、より長い合致区間、例えば、各軌道暦モデルに対して８時間、１４時間、２６時間、５０時間、７４時間、９８時間、１２２時間、１４６時間を利用する。これらの合致区間はＩＣＤ−ＧＰＳ−２００ｃで想定されているが、放送軌道暦データにとってはほとんど利用できるものではない。本発明によれば、放送軌道暦データが４時間の合致区間に限定されていても、これらの合致区間のモデルを生成することができる。
【００２５】
別の実施形態のＳＴＤデータには、衛星速度、加速度、時計ドリフト、時計ドリフトレートの観測値が含まれてもよく、これらの項目を、当技術分野で周知の方法でモデルを合致させるプロセスで使用することができる。
別の実施形態の軌道モデルでは、通常のＧＰＳ信号の現在の軌道暦フォーマットの予備データビットを用いて、長区間のデータをより一層合致させるためのモデルパラメータがさらに提供される。例えば、サブフレーム１は、さらに別のパラメータに利用可能な８７予備ビットを有する。本技術によって、標準データフォーマットに拘束されることなく、より多くのパラメータにより衛星軌道の動きを表わすことができる。この新しい軌道暦モデルは、現在の軌道暦モデルと、さらに高い精度でより長い合致区間をサポートするモデルに拡張するために用いられる補正項に基づくものである。
【００２６】
その他の実施形態の軌道モデルでは、衛星軌道を表す一連の新しい軌道パラメータが作成されるが、それらは、ＧＰＳ軌道暦モデル・パラメータ全体、もしくは、その一部が異なっている。合致区間を長くするために、様々なパラメータを用いて衛星軌道をより正確に表すことがある。この一連の新しいパラメータは、既存のデータ構造に適合するように定義可能であるが、利用される実装形態とアルゴリズムは異なるものである。
さらに別の実施形態の軌道モデルでは、既存のＧＰＳ軌道暦モデルフォーマットに適合しない一連の新しい軌道パラメータが作成される。この一連の新しいパラメータは、必要な数のパラメータ、合致区間、モデルから得られる軌道精度のトレードオフに適切に対処するように作成される。この種の軌道暦パラメータセットの一例には、ブラウェル定理と、ＧＰＳ特有の項を考慮してその定理を修正したものがある。Brouwer, D.の「抗力無し人工衛星理論問題の解決策」、Astron J. 64、378〜397、1959.11.に記載されたブラウェル定理の適用は、ＧＰＳ衛星などのほぼ巡回軌道の衛星に限定される。
【００２７】
別の一実施形態では、ＩＣＤ−ＧＰＳ−２００ｃで定義された標準軌道暦パラメータのサブセットが用いられる。この方法は、軌道モデルをリモートＧＰＳ受信機に伝送するために利用される通信リンクの帯域幅やパケットサイズが限定されている場合に特に有効である。そのような一実施形態では、モデルの全調和項をゼロに設定することによって、上述のＩＣＤ−ＧＰＳ−２００ｃの１５個の軌道パラメータを、９個のパラメータのサブセットに削減することができる。
主軸の半分の平方根（メートル１／２）
離心率（無次元）
計算値との平均運動差（ラジアン／秒）
週間エポックの軌道面の昇交点経度（ラジアン）
基準時間での傾斜角（ラジアン）
傾斜角レート（ラジアン／秒）
近地点引数（ラジアン）
赤経レート（ラジアン／秒）
【００２８】
次に、このパラメータのサブセットを用いて、プロセス４００は実行される。これによって、リモートＧＰＳ受信機に送信する必要のあるデータ量が削減される。そして、受信機では、「失われている」調和項をゼロに設定することによって、標準軌道暦モデルを再構築することができる。データ量を削減した上に、ＳＴＤに合致するモデルを提供する多くの別の実施形態があるが、これには、モデルのパラメータを減らし、それらを、上述したようにゼロなどの定数や、リモートＧＰＳ受信機に記憶されるかもしくは時折受信機に送信されるその他の所定値に置き換えることが含まれる。パラメータの分解能をプロセス４００で制限することができるので、これによっても、移動ＧＰＳ受信機に送信する必要のあるデータ量が削減される。２個以上の衛星で同様であるパラメータは、主値にデルタ値を加えた値として表される。尚、このデルタ値は、符号化のために必要な２，３ビットである。この一例としては、異なるＧＰＳ衛星間でわずかに変化する離心率がある。
【００２９】
これらの方法の中には、ある区間（例えば、６時間）のデータに合致するモデルの性能を低下させるものもある。この場合、合致区間を（例えば、４時間に）短くして、補償することができる。
以上は本発明の好適な実施形態に関するものであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明のその他の実施形態を考案することが可能であり、その範囲は、特許請求の範囲によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、衛星追跡データ（ＳＴＤ）を生成し、リモートＧＰＳ受信機へ配信するシステムを示す。
【図２】図２は、衛星追跡局で得られた衛星測定値からＳＴＤを形成する方法を示す。
【図３】図３は、ＩＣＤ−ＧＰＳ−２００Ｃに記載されているように、数時間にもわたる放送軌道暦フォーマットモデルに準拠したＳＴＤデータのタイムラインを示す。
【図４】図４は、軌道モデル・パラメータを更新する最小二乗推定法を利用する方法のフロー図である。
【図５】図５は、ＳＴＤから得られた軌道モデルでの誤差を示し、その誤差と、放送軌道暦の誤差を比較した図である。
【図６】図６は、ＳＴＤデータベースで用いられるデータテーブルの一例を示す。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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