(57)【要約】【課題】衛星ナビゲーションのためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】一実施形態では、衛星ナビゲーション・システム用のモバイル・ユニットが開示される。このモバイル・ユニットは、衛星ビークルへ要求無線信号を送信する手段と、１又は複数の衛星ビークルの軌道座標を含む応答無線信号を受信する手段と、要求無線信号を送信する手段と応答無線信号を受信する手段とに応答するものであり、送信された要求無線信号と受信された応答無線信号とに基づいて到来時間差レンジを計算することにより、衛星ビークルまでのレンジを計算する手段と、レンジを計算する手段に応答するものであり、少なくとも３つの衛星ビークルまでのレンジと少なくとも３つの衛星ビークルの軌道座標とに基づいて位置を計算する手段とを備える。【選択図】  図１Ｂ
2007101535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星ナビゲーション・システムであって、
空間を周回する少なくとも３つの衛星ビークル（１２０−１〜１２０−３）と、
前記少なくとも３つの衛星ビークル（１２０−１〜１２０−３）への到着の時間差を計算することにより、前記少なくとも３つの衛星ビークルまでのレンジに基づいて位置を計算するように適合されたモバイル・ユニット（１１０）と、
前記少なくとも３つの衛星ビークル（１２０−１〜１２０−３）の校正された軌道座標を決定し、前記少なくとも３つの衛星ビークル（１２０−１〜１２０−３）へ前記校正された軌道座標を含む校正信号を送信するように適合された、少なくとも１つの支援局（５２０）と
を備えるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記モバイル・ユニット（１１０）は、物体上のモバイル・ユニットの位置を判定する方法を実施することによって位置を計算し、前記方法は、
前記物体を軌道周回する３以上の衛星ビークル（１２０−１〜１２０−３）へ１又は複数の要求信号を送信するステップと、
少なくとも３つの衛星ビークル（１２０−１〜１２０−３）から、前記少なくとも３つの衛星ビークルの軌道座標と、モバイル・ユニット識別コードと、衛星ビークル識別コードと、処理遅延ファクタと、健康状態コードとの内の１又は複数のものを含む応答信号を受信するステップと、
前記少なくとも３つの衛星ビークル（１２０−１〜１２０−３）に対する到来時間差レンジと、前記少なくとも３つの衛星ビークル（１２０−１〜１２０−３）の前記軌道座標とに基づいて、位置を判定するステップと
を含む、
システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記モバイル・ユニット（１１０）が、
第１の無線送信機（１０５）と、
前記第１の無線送信機（１０５）に結合され、前記第１の無線送信機（１０５）を介して１又は複数の衛星ビークル（２００）へ１又は複数の要求信号を送信するように適合された第１のプロセッサ（１０８）と、
前記第１のプロセッサ（１０８）に結合される第１の無線受信機（１０６）であって、前記第１のプロセッサ（１０８）が、前記１又は複数の衛星ビークル（２００）から応答信号を受信するように更に適合され、前記応答信号が、前記１又は複数の衛星ビークル（２００）の軌道座標と、モバイル・ユニット識別コードと、衛星ビークル識別コードと、処理遅延ファクタと、健康状態コードとの内の１又は複数のものを含むものである、第１の無線受信機（１０６）と
を備え、
前記第１のプロセッサ（１０８）は、前記要求信号と前記応答信号とに基づいて到来時間差レンジを計算することにより、前記１又は複数の衛星ビークル（２００）までのレンジを計算するように更に適合され、
前記第１のプロセッサ（１０８）は、前記１又は複数の衛星ビークル（２００）の内の少なくとも３つの衛星ビークル（２００）から応答信号を受信したときに、前記少なくとも３つの衛星ビークル（２００）までの前記レンジと、前記少なくとも３つの衛星ビークル（２００）の前記軌道座標とに基づいて、位置を計算するように更に適合される、
システム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、前記要求信号が、質問コードと、モバイル・ユニット識別コードと、衛星ビークル識別コードとの内の１又は複数のものを含む、システム。
【請求項５】
請求項３に記載のシステムであって、前記第１のプロセッサ（１０８）が、前記モバイル・ユニット識別コードと、前記衛星ビークル識別コードと、前記健康状態コードとの内の１又は複数のものに基づいて、１又は複数の衛星ビークル（２００）からの応答信号のデータを廃棄するように更に適合される、システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムであって、前記少なくとも３つの衛星ビークル（１２０−１〜１２０−３）（２００）のそれぞれが、
第２の無線受信機（２１５）と、
前記第２の無線受信機（２１５）に結合され、１又は複数のモバイル・ユニット（１１０）から１又は複数の要求信号を受信するように適合された第２のプロセッサ（２３０）と、
前記第２のプロセッサ（２３０）に結合される第２の無線送信機（２１０）であって、前記第２のプロセッサ（２３０）が、前記１又は複数の要求信号の受信に応答して第１の応答信号を送信するように更に適合され、前記第１の応答信号が、前記衛星ビークル（２００）の現在の軌道座標と、処理遅延ファクタと、健康状態コードと、衛星ビークル識別コードと、モバイル・ユニット識別コードとの内の１又は複数のものを含むものである、第２の無線送信機（２１０）と、
前記第２のプロセッサ（２３０）に結合される第１の時計（２２２）であって、前記第２のプロセッサ（２３０）は、校正軌道座標と、前記処理遅延ファクタの値との内の少なくとも１つを含む校正信号を受信するように更に適合され、前記第２のプロセッサ（２３０）は、前記校正信号を受信してからの経過時間と、前記校正信号を受信してからの移動距離と、前記校正信号から受け取られた前記校正された軌道座標とに基づいて、前記衛星ビークル（２００）の現在の軌道座標を計算するように更に適合される、第１の時計（２２２）と
を備える、
システム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムであって、前記第２のプロセッサ（２３０）は、前記校正信号から受け取られた速度値に基づく、前記校正信号を受信してからの前記移動距離と、要求信号を受信して、現在の軌道座標を計算して、前記第１の応答信号を送信するのに要した経過時間に基く、前記処理遅延ファクタの値とのうちの１又は複数のものの計算を行うように更に適合される、システム。
【請求項８】
請求項６に記載のシステムであって、前記少なくとも３つの衛星ビークル（１２０−１〜１２０−３）（２００）のそれぞれが、
前記第２のプロセッサ（２３０）に結合された高度計（２２０）
を更に備え、
前記第２のプロセッサ（２３０）は、前記少なくとも１つの支援局（５２０）から１又は複数の質問信号を受信するように更に適合され、
前記第２のプロセッサ（２３０）は、前記１又は複数の質問信号の受信に応答して、第２の応答信号を送信するように更に適合され、前記第２の応答信号は、前記衛星ビークル（２００）の現在の高度と、衛星ビークル識別コードとの内の１又は複数のものを含む、
システム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムであって、前記少なくとも１つの支援局（５２０）が、
第３の無線送信機（５４０）と、
前記第３の無線送信機（５４０）に結合され、前記第３の無線送信機（５４０）を介して１又は複数の衛星ビークル（２００）へ質問信号を送信するように適合された第３のプロセッサ（５３０）と、
衛星ビークル（２００）から、前記衛星ビークルの前記現在の高度を含む応答信号を受信するように適合された第３の無線受信機（５５０）と、
前記第３の無線受信機（５５０）に結合された指向性アンテナ・アレイ（５６０）と
を備え、
前記第３のプロセッサ（５３０）は、受信された前記応答信号に基づいて前記衛星ビークルの仰角を判定し、前記衛星ビークルの仰角と現在の高度とに基づいて前記衛星ビークルに対する真のレンジ距離を計算し、前記真のレンジ距離に基づいて前記衛星ビークルの校正された軌道座標を計算し、前記衛星ビークルの前記校正された軌道座標を含む校正信号を送信するように更に適合され、
前記第３のプロセッサ（５３０）は、前記質問信号と前記応答信号とに基づいて前記到来時間差レンジを計算することにより、前記衛星ビークル（２００）までのレンジを計算するように更に適合され、
前記第３のプロセッサ（５３０）は、前記到来時間差レンジと前記真のレンジ距離との差に基づいて前記衛星ビークル（２００）の処理遅延ファクタを計算するように更に適合されるものであり、
前記校正信号は前記処理遅延ファクタを更に含む、
システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、前記第３のプロセッサ（５３０）が、前記衛星ビークル（２００）の軌道速度を計算するように更に適合され、
前記校正信号が前記衛星ビークル（２００）の前記軌道速度を更に含む、
システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にナビゲーションに関し、より詳細には、衛星ベースのナビゲーション・システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
月や火星等の地球外の世界を探査するための任務では、地球外の世界の表面の上方と表面上との両方でモバイル・ビークル（ｍｏｂｉｌｅ  ｖｅｈｉｃｌｅｓ）を操作する必要がある。現在、かかるビークルは、配備されたときに、それらの場所では地球上の全地球測位システム（ＧＰＳ）等の測位システムが使用可能でない故に、ビークル自体の位置を正確に確認することができない。ＧＰＳ等の既存の衛星ナビゲーション・ソリューションは、余りに高額で大規模なものであり、また複雑過ぎるため、地球外での用途のために配備することができない。例えば、各ＧＰＳ衛星は、高精度の軌道及び多重信号伝送を維持する機器アレイを備えており、高精度で高額な原子時計を機能させる必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の理由から、また、本明細書を読み理解すれば当業者には明らかとなるはずの後述のその他の理由から、当技術分野には、地球外任務のための低コストの汎用測位ナビゲーション・ソリューションに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の諸実施形態は、衛星ナビゲーションのための方法及びシステムを提供し、以下の詳細な説明を読み検討することによって理解されるはずである。
【０００５】
一実施形態では、衛星ナビゲーション・システム用の移動（モバイル）ユニットが提供される。モバイル・ユニットは、無線送信機と、無線送信機に結合され、無線送信機を介して１又は複数の衛星ビークル（ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  ｖｅｈｉｃｌｅ）へ１又は複数の要求信号を送信するように適合されたプロセッサと、プロセッサに結合される無線受信機とを備え、プロセッサは、１又は複数の衛星ビークルから応答信号を受信するように更に適合され、応答信号は、１又は複数の衛星ビークルの軌道座標と、モバイル・ユニット識別コードと、衛星ビークル識別コードと、処理遅延ファクタ（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｄｅｌａｙ  ｆａｃｔｏｒ）と、健康状態（ｈｅａｌｔｈ  ｓｔａｔｕｓ）コードとの内の１又は複数のものを含む。プロセッサは更に、要求信号と応答信号とに基づいて到来時間差レンジ（ｔｉｍｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｆ  ａｒｒｉｖａｌ  ｒａｎｇｅ）を計算することにより、１又は複数の衛星ビークルに対するレンジを計算するように適合される。更に、プロセッサは、１又は複数の衛星ビークルの内の少なくとも３つの衛星ビークルから応答信号を受信したときは、少なくとも３つの衛星ビークルまでのレンジと少なくとも３つの衛星ビークルの軌道座標とに基づいて、位置を計算するように適合される。
【０００６】
別の実施形態では、物体（ｂｏｄｙ）上のモバイル・ユニットの位置を判定するための方法が提供される。この方法は、物体を軌道周回する３つ以上の衛星ビークルに１又は複数の要求信号を送信するステップと、少なくとも３つの衛星ビークルから、少なくとも３つの衛星ビークルの軌道座標と、モバイル・ユニット識別コードと、衛星ビークル識別コードと、処理遅延ファクタと、健康状態コードとの内の１又は複数のものを含む応答信号を受信するステップと、少なくとも３つの衛星ビークルに対する到来時間差レンジと少なくとも３つの衛星ビークルの軌道座標とに基づいて位置を判定するステップとを含む。
【０００７】
他の実施形態では、衛星ナビゲーション・システム用のモバイル・ユニットが提供される。モバイル・ユニットは、１又は複数の衛星ビークルへ要求無線信号を送信する手段と、１又は複数の衛星ビークルから１又は複数の衛星ビークルの軌道座標を含む応答無線信号を受信する手段と、要求無線信号を送信する手段と応答無線信号を受信する手段とに応答し、送信された要求無線信号と受信された応答無線信号とに基づいて到来時間差レンジを計算することにより、１又は複数の衛星ビークルまでのレンジを計算する手段と、レンジを計算する手段に応答し、少なくとも３つの衛星ビークルまでのレンジと少なくとも３つの衛星ビークルの軌道座標とに基づいて位置を計算する手段とを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
好ましい諸実施形態及び添付の図面に関する説明に照らして検討されれば、本発明がより容易に理解され得、更なる利点及びその使用もより容易に明らかとなり得る。
【０００９】
一般的な慣行に従って、記載の様々な特徴は縮尺通りには示されておらず、本発明に関連する諸特徴を強調するように示されている。参照文字は、添付の図面及び本文全体を通して同様の要素を表す。
【００１０】
以下の詳細な説明では、説明の一部を形成し且つ本発明が実施され得る個々の例示的な実施形態が例示的に示される添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することが可能となるように十分詳細に説明されており、又、本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を用いることもでき、また、論理的、機械的、及び電気的な変更が加えられてもよいことが理解されるべきである。従って、以下の詳細な説明は限定的な意味に解釈されるべきではない。
【００１１】
以下で詳細に説明され示されるように、本発明の諸実施形態は、３つの主なサブ・システム、即ち、１）それぞれが空間における現在位置を認識する軌道周回衛星ビークル（ｏｒｂｉｔｉｎｇ  ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  ｖｅｈｉｃｌｅ）システムと、２）それぞれの衛星ビークルの位置とクロック（時計）のバイアスを校正するように適合された少なくとも１つの支援局と、３）軌道周回衛星ビークルの内の少なくとも３つのものと通信するモバイル・ユニットとから、構成される。今日の当技術分野で使用可能なＧＰＳ衛星測位システムとは異なり、本発明の諸実施形態は、到着時間（ＴＯＡ、time of arrival）法に依存せずに位置を計算するので、高度に正確な原子時計を各衛星が所有する必要がない。ＴＯＡ法は、或る対象物（ｏｂｊｅｃｔ）が別の対象物から送信された信号を受信するまでにかかる時間に基づいて、レンジを判定する。ＴＯＡは、正確な測定を保証するために、２つの対象物間での高い時計同期性を必要とする。それに対して、本発明の諸実施形態は、周期的に校正される、衛星ビークルを用いる到来時間差（ＴＤＯＡ、time difference of arrival）法を利用する。ＴＯＡ法とは異なり、ＴＤＯＡは、第１の対象物が第２の対象物へ信号を送信してから、第２の対象物から戻ってくる応答信号を受信するまでにかかる往復（ラウンド・トリップ）時間の関数として、第２の対象物から第１の対象物までのレンジを判定する。ラウンド・トリップ時間は、２つの対象物間の時計同期化の必要なしに、第１の対象物によって測定され得る。
【００１２】
本明細書で提供される諸実施形態の例は、地球の衛星を対象とする月衛星測位システムに関して説明されるが、本発明の諸実施形態は、地球の衛星を対象とする形態に限定されるものではない。これとは対照的に、本発明の諸実施形態は、火星や、土星や木星の衛星等の地球外の衛星や、或いは他の地球外物体等の、任意の地球外物体にも適用可能であり、また、それらのものだけに限られるものではない。更に、本発明の諸実施形態を利用して地球を対象とする別の衛星測位システムを確立することを妨げるような制限もない。
【００１３】
図１Ａに示されるように、本発明の一実施形態におけるモバイル・ユニット１１０は、ＳＶ  １２０−１、ＳＶ  １２０−２、ＳＶ  １２０−３等の３つ以上の軌道周回衛星ビークル（ＳＶ）に関する既知の位置と突き合わせて三角測量を行うことによって、月面１０５との相対的なモバイル・ユニット１１０自体の位置を判定する。一実施形態では、モバイル・ユニット１１０は、図１Ｂに示されるように、無線送信機１０５と、無線受信機１０６と、プロセッサ１０８とを備える。本明細書で後に詳細に説明されるように、ＳＶ  １２０−１、ＳＶ  １２０−２、及びＳＶ  １２０−３はそれぞれ、後述のように軌道におけるそれぞれの現在位置座標を認識している。一実施形態では、モバイル・ユニット１１０は、ＳＶ  １２０−１〜１２０−３のそれぞれによって受信される無線信号を送信する。ＳＶ  １２０−１〜１２０−３はそれぞれ、軌道内のそれぞれの位置を示すデータを含む信号を送信することによって、モバイル・ユニット１１０に応答する。各ＳＶから送信された信号を受信すると、モバイル・ユニット１１０は次いで、各ＳＶに対しての到来時間差（ＴＤＯＡ）レンジを計算することにより、モバイル・ユニット１１０自体とＳＶ  １２０−１との間（距離ｄ１で示される）と、ＳＶ  １２０−２との間（距離ｄ２で示される）と、ＳＶ  １２０−３との間（距離ｄ３で示される）との各レンジ（即ち、距離）を判定する。ＴＤＯＡレンジは、モバイル・ユニット１１０が無線信号を送信してから、ＳＶから応答信号を受信するまでに経過した時間の関数である。一実施形態では、モバイル・ユニット１１０とＳＶ  １２０−１との間の距離は、例えば次の式から計算される。
【００１４】
【数１】
2007101535.tif 000003
【００１５】
上記の式において、ｃは、光の速さに等しく、Δｔは、モバイル・ユニット１１０が無線信号を送信してＳＶ  １２０−１から応答信号を受信するまでの経過時間に等しく、Δｔ＿ｓｙｎｃは、ＳＶ  １２０−１がモバイル・ユニット１１０からの信号を内部で認識して、それ自体の応答信号を送信するのに掛かる時間に等しい処理遅延ファクタである。一実施形態では、Δｔ＿ｓｙｎｃの値は、ＳＶ  １２０−１からの応答信号に含まれてモバイル・ユニット１１０へ送信される。モバイル・ユニット１１０は同様に、ＳＶ  １２０−２及び１２０−３に関してそれぞれに距離ｄ２及びｄ３を計算する。
【００１６】
本明細書を読めば当業者には容易に理解されるように、モバイル・ユニット１１０は、ＳＶ  １２０−１、２、及び３のそれぞれからモバイル・ユニット１１０自体までの距離を認識し、ＳＶ  １２０−１〜１２０−３の軌道内の位置を認識することにより、幾つかの三角法の式のうちの任意の式を用いて、月面１０５上でのモバイル・ユニット１１０自体の位置を計算することができる。モバイル・ユニット１１０がそれ自体の位置の座標を計算するのに必要な式は、最終的には、月面１０５上及び月面上方の位置を指定するために採用される座標系に依存するが、このことは、本発明の諸実施形態の目的に関しては完全に任意に決定できるものである。
【００１７】
モバイル・ユニット１１０が月面１０５上又は月面１０５との相対的な位置を三角測量し計算するには、少なくとも３つの衛星ビークルからの有効な応答信号が必要とされる。しかしながら、本明細書を読めば当業者には理解されるように、本発明の諸実施形態は、３つの軌道周回衛星ビークルだけを用いるナビゲーション・システムに限定されるものではない。一実施形態では、モバイル・ユニット１１０は、測位確度を向上させるために、４つ以上の衛星ビークルを用いて三角測量するようにも適合される。
【００１８】
図２に示されるように、ＳＶ  ２００は、無線送信機２１０と、無線受信機２１５と、高度計２２０と、クロック（時計）２２２とを備え、それぞれがプロセッサ２３０と結合されている。一実施形態では、受信機２１５は、モバイル・ユニット１１０から要求信号を受信する。一実施形態では、プロセッサ２３０は、要求信号に応答して、送信機２１０を介してＳＶ  ２００の現在位置を送信する。（プロセッサ２３０がどのようにしてＳＶ  ２００の現在位置を判定するかに関する詳細は、以下に示される。）一実施形態では、モバイル・ユニット１１０へ返信されるデータは、ＳＶ  ２００の軌道座標と、Δｔ＿ｓｙｎｃと、健康状態データと、ＳＶ  ２００を識別し且つ他のＳＶと区別する一意のＩＤコードと、ＳＶ  ２００が応答しているモバイル・ユニット１１０のＩＤコードとのうちの１又は複数のものを含むが、これに限定されるものではない。
【００１９】
一実施形態では、ＳＶ  ２００は、衛星の北極と南極との両方を周回毎に正確に１度ずつ通過するように、極軌道を移動する。本発明の諸実施形態は、極軌道上を移動するＳＶに限定されるものではないが、極軌道は幾つかの利点を有する。第１に、極軌道は、本質的に安定している。第２に、極軌道を用いることにより、１００％カバレージの測位ソリューションを提供するために必要なＳＶの総数を減少させる。第３に、極軌道を用いることにより、ＳＶを校正するのに必要とされる支援局の数を減少できるが、それは、本質的に極軌道を移動する何れのＳＶも、各周回中に月の北極又は南極の何れかに位置する一つの支援局を通過することになるからである。極軌道ではない軌道を移動する１又は複数のＳＶを備える本発明の一実施形態の衛星ナビゲーション・システムでは、本明細書の後段で説明される校正を周期的に実施するために、それらのＳＶが支援局に十分に近い範囲内を通過する必要がある。
【００２０】
一実施形態では、プロセッサ２３０は、支援局からの校正信号から与えられる座標と、最後の校正信号を受信してから経過した時間とに基づいて、ＳＶ  ２００の現軌道座標を判定する。例えば、一実施形態では、ＳＶ  ２００は、月の北極の上方を通過するときに、支援局から校正信号を受信する。校正信号は、ＳＶ  ２００にそれ自体の精密な座標を提供する。ＳＶ  ２００が北極を通過して移動を続けると、プロセッサ２３０は、校正信号を受信してから経過した時間と、ＳＶ  ２００が既知の円経路の周りを移動するときの速度（ＳＶ  ２００が安定した期道に維持される限り、この速度は既知の定数である）とに基づいて、ＳＶ  ２００の現座標の計算を続けることができる。ＳＶ  ２００は各周回毎に１度校正されるので、時計２２２の不正確さや、速度の変動や、軌道経路の変動に起因する誤差が過度に蓄積することはない。
【００２１】
図３は、図２に関して説明されたようなＳＶによって実施される、本発明の一実施形態の方法３００を示す流れ図である。方法３００は、モバイル・ユニット１１０等のモバイル・ユニットから要求信号を受信するステップ（３１０）を含む。一実施形態では、この要求信号に応答して、プロセッサは、最後の支援局の校正以降の経過時間を判定する。３２０で、プロセッサは、ＳＶの現座標を計算する。プロセッサは、校正以降にＳＶが移動した距離と、ＳＶの軌道経路と、最後の軌道で支援局から供給された校正座標とに基づいて計算結果に至る。一実施形態では、１つのオプションとして、プロセッサは、Δｔ＿ｓｙｎｃも判定する。一実施形態では、プロセッサは、プロセッサが要求信号を受信して、座標を計算して、モバイル・ユニットへ応答を送信する準備が整うまでに要した経過時間に基づいて、Δｔ＿ｓｙｎｃを計算する。別の実施形態では、Δｔ＿ｓｙｎｃは、周期的に更新され、必要に応じてメモリから呼び出される。別の実施形態では、Δｔ＿ｓｙｎｃは、支援局がＳＶの視野内にあるときに支援局から計算され、ＳＶによるデータ送信のために使用される。
【００２２】
位置データを要求するアクティブモバイル・ユニットが、月面上に１より多く存在する場合もあるので、一実施形態では、要求信号は、質問コード（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ  ｃｏｄｅ）（即ち、ＳＶに位置データを要求するもの）と、モバイル・ユニットが要求を行うためのモバイル・ユニットＩＤコードとを含む。一実施形態では、或るＳＶが、ＩＤコードを提供するモバイル・ユニットから要求信号を受信したとき、そのＳＶの応答信号は、更に、そのＳＶが応答しているモバイル・ユニットを識別するモバイル・ユニットＩＤコードを含む。このことは、モバイル・ユニットが、別のモバイル・ユニットに宛てられたＳＶの応答信号に基づいて、ＴＤＯＡレンジを誤って計算する問題を解消する。更に、モバイル・ユニットは、その時々に特定のＳＶからの情報を取得したいと望み得るので、要求信号は更に、特定のＳＶのＳＶ  ＩＤコードを含み得る。一実施形態では、ＳＶのプロセッサは、それ自体のＳＶ  ＩＤ以外のＳＶ  ＩＤを含む要求信号には応答しないように適合される。
【００２３】
３３０で、ＳＶは、モバイル・ユニットの要求信号に応答して、応答信号を送信する。一実施形態では、応答信号は、ＳＶの現在座標と、Δｔ＿ｓｙｎｃと、モバイル・ユニットＩＤコードと、ＳＶ  ＩＤコードとを含むが、これに限定されるものではない。
【００２４】
図４は、図１に関して説明されたようなモバイル・ユニットによって実施される、本発明の一実施形態の方法４００を示す流れ図である。方法４００は、モバイル・ユニットから１又は複数の要求信号を送信するステップ（４１０）を含む。一実施形態では、要求信号は、質問コードと、要求を行っているモバイル・ユニットを識別するモバイル・ユニットＩＤコードとを含む。一実施形態では、１つの要求信号がブロードキャストされて、少なくとも３つのＳＶからの応答を引き出す。一実施形態では、３以上の要求信号がモバイル・ユニットから順に送信され、それにより、特定のＳＶ（応答を出すことを望まれるＳＶ）が識別される。次に、方法４００は更に、３以上のＳＶから応答信号を受信するステップ（４２０）を含む。一実施形態では、応答信号は、応答するＳＶのＳＶ  ＩＤと、ＳＶの現在座標と、Δｔ＿ｓｙｎｃと、応答対象のモバイル・ユニットを識別するモバイル・ユニットＩＤコードとの内の１又は複数のものを含む。一実施形態では、モバイル・ユニットは、他のモバイル・ユニットからの要求信号に応答する応答信号を無視する。モバイル・ユニットは、ＴＤＯＡレンジを計算することにより、それ自体と少なくとも３つのＳＶとの間のレンジを計算し、また、それらのＳＶから供給される座標に基づいて三角測量を行って、それ自体の位置を判定する（４３０）。
【００２５】
一実施形態では、各ＳＶのプロセッサは更に、内部システムに関する１回又は複数回の自己診断を実施して、それ自体の健康状態を判定する。一実施形態では、ＳＶの応答信号は更に健康状態データを含み、これに限られるものではないが、健康状態フラグを含み、それにより、信号を受信するモバイル・ユニットが、当該ＳＶから供給された座標を三角測量計算に含めるか否かを判定することを可能にする。ＳＶが、それ自体の健康状態が完全ではないことを示した場合、支援局は、当該ＳＶから供給された座標データを無視するように適合される。
【００２６】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の一実施形態の、支援局と、支援局によるＳＶの校正とを示す。一実施形態では、軌道５１０を移動するＳＶ  ２００が、支援局５２０から校正信号を受信する。校正信号は、ＳＶ  ２００の校正された軌道座標を含み、この校正軌道座標は、支援局５２０が以下のように決定する。一実施形態では、支援局５２０は図５Ｂに示されるように、時計５３５と、送信機５４０と、受信機５５０と、指向性アンテナ・アレイ５６０とに結合されたプロセッサ５３０を備える。プロセッサ５３０は、月面上での支援局５２０の正確な座標を認識するように適合される。一実施形態では、支援局５２０は、接近中のＳＶへ質問信号を送信する。一実施形態では、質問信号は、質問コード（即ち、ＳＶに位置データを要求するもの）と、ＳＶ  ＩＤとを含む。ＳＶ  ２００は、支援局からの質問信号に対して、高度計２２０によって判定される月面１０５の上方のＳＶ  ２００の高度（ｈ）を含む応答信号によって応答するように、適合される。一実施形態では、高度計２２０は、レーダ高度計とレーザ高度計の一方又は両方を備える。プロセッサ５３０は更に、指向性アンテナ・アレイ５６０のアンテナによって受信された応答信号の位相角の差の測定結果に基づいて、ＳＶの仰角（θ）と方位角とを判定するように、適合される。角θと、高度（ｈ）と、月の半径（地球の衛星（月）では、Ｒｍ＝１７３８ｋｍ）とに基づいて、プロセッサ５３０は、下記の式を使用して、支援局５２０からＳＶ  ２００までの真のレンジ距離（ｔｒｕｅ  ｒａｎｇｅ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）を計算するように、適合される。
【００２７】
【数２】
2007101535.tif 000004
【００２８】
支援局５２０とＳＶ  ２００の間の真のレンジ距離と、月面１０５の上方のＳＶ  ２００の高度（ｈ）と、ＳＶ  ２００の方位とが与えられた場合は、当業者には理解されるように、プロセッサ５３０は、ＳＶ  ２００の校正軌道座標を容易に計算することができ、この校正軌道座標は校正信号でＳＶ  ２００へ送り戻され得る。
【００２９】
一実施形態では、プロセッサ５３０は更に、一般にデルタ・レンジ（ｄｅｌｔａ  ｒａｎｇｅ）と呼ばれる、ある経過時間に渡ってのＳＶ  ２００と支援局５２０との間のレンジ測定の搬送波信号におけるドップラー・シフト（即ち、レンジ・レート）の測定結果に基づいて、ＳＶ  ２００の正確な速度を計算することができる。一実施形態では、測定されたドップラー・シフトのデルタ・レンジは、ＳＶ  ２００の時計バイアスに関して修正される。別の実施形態では、ＳＶ  ２００の速度は、慣性ジャイロや加速度計等の１又は複数のナビゲーション・センサ２４０によって定量化されるが、これに限られるものではない。この速度測定値もまた、上述のようにプロセッサ２３０がＳＶ  ２００の現在位置を計算するときに使用するために、校正信号でＳＶ  ２００へ送り戻され得る。
【００３０】
更に、一実施形態では、プロセッサ５３０は、ＳＶ  ２００に関してΔｔ＿ｓｙｎｃを計算し、その値を校正信号でＳＶ  ２００へ送信するように適合される。図１に関して上述したように、支援局５２０は、ＴＤＯＡ測定に基づいてＳＶ  ２００までのレンジを計算することもできる。次いで、ＳＶ  ２００に関するΔｔ＿ｓｙｎｃの値が、ＴＤＯＡレンジとＴｒｕｅ＿Ｒａｎｇｅ（真のレンジ）との差の関数として計算され得る。一実施形態では、プロセッサ５３０は、時計５３５を用いて、プロセッサ５３０がＳＶ  ２００へ質問信号を送信したときと、ＳＶ  ２００から折り返し応答信号を受信したときとの間の時間の差（Δｔ）を測定するように、適合される。次いで、プロセッサ５３０は、次の式を用いてＳＶ  ２００までのＴＤＯＡレンジを計算する。
【００３１】
【数３】
2007101535.tif 000005
【００３２】
上記の式において、ｃは、光の速さに等しい。次いで、次の式を用いて、ＳＶ  ２００に関するΔｔ＿ｓｙｎｃの値が決定される。
【００３３】
【数４】
2007101535.tif 000006
【００３４】
一実施形態では、このΔｔ＿ｓｙｎｃの測定値もまた、校正信号でＳＶ  ２００へ送信されて、それをＳＶ  ２００が後にモバイル・ユニットへの応答信号に含めるようにする。
【００３５】
図６は、図５に関して上述されたようなＳＶを校正するための支援局によって実施される、本発明の一実施形態の方法６００を示す流れ図である。方法６００は、ＳＶへ１又は複数の質問信号を送信するステップ（６１０）を含む。一実施形態では、質問信号は、質問コードと、ＳＶのＳＶ  ＩＤとを含む。次に、方法６００は、月面の上方のＳＶの高度（ｈ）に関するデータを含む、ＳＶからの応答信号を受信するステップ（６２０）を含む。この方法は、ＳＶの仰角（θ）を判定するステップ（６３０）へと進む。一実施形態では、ＳＶの仰角（θ）は、指向性アンテナ・アレイのアンテナによって受信された応答信号の位相角の差を測定することによって判定される。角θと、高度（ｈ）と、月の半径とに基づいて、方法６００は更に、支援局からＳＶまでのＴｒｕｅ＿Ｒａｎｇｅ（真のレンジ）距離を計算するステップ（６４０）を含み、ＳＶの校正された軌道座標を計算する。上述のように、本発明の諸実施形態では、月面上及び月面の上方の位置を指定するために採用される座標系は任意である。ＳＶの校正された軌道座標を計算するのに必要な式は、当業者が本明細書を読めば、採用された座標系に基づいて容易に決定され得る。一実施形態では、方法６００はオプションとして、ＴＤＯＡレンジとＴｒｕｅ＿Ｒａｎｇｅとの差に基づいて、ＳＶに関するΔｔ＿ｓｙｎｃを計算する。一実施形態では、１又は複数の質問信号を送信するときと、応答信号を受信するときとの間の時間の差（Δｔ）が測定され、式ＴＤＯＡ＿Ｒａｎｇｅ＝２（ｃ）／Δｔを使用してＴＤＯＡレンジが計算される（ｃは光の速さ）。一実施形態では、次いで式Δｔ＿ｓｙｎｃ＝（ＴＤＯＡ＿Ｒａｎｇｅ  −  Ｔｒｕｅ＿Ｒａｎｇｅ）／ｃを用いて、Δｔ＿ｓｙｎｃの値が決定される。一実施形態では、方法６００はオプションとして、ＳＶの速度も計算する。一実施形態では、ＳＶの速度は、送信されたＳＶの搬送波のドップラー・シフト（デルタ・レンジとしても知られる）の測定結果に基づいて決定される。別の実施形態では、１又は複数のレンジ測定値と、ＳＶと支援局との現在の遭遇（ｅｎｃｏｕｎｔｅｒ）と以前の遭遇との間に経過した時間とを使用して、速度が測定される。次いで、方法６００は、ＳＶへ校正信号を送信するステップ（６７０）を含む。一実施形態において、ＳＶへ送信される校正信号は、ＳＶ  ＩＤと、ＳＶの校正された軌道座標と、ＳＶに関するΔｔ＿ｓｙｎｃ値と、ＳＶの速度との内の１又は複数のものを含む。
【００３６】
本発明の図１、図２、及び図５に関して論じられたプロセッサを実施するために幾つかの手段が使用可能である。これらの手段は、デジタル・コンピュータ・システム、プログラマブル・コントローラ、現場でプログラム可能なゲート・アレイなどを含むが、これらに限られるものではない。従って、本発明の他の実施形態は、コンピュータ読取可能媒体上に所在するプログラム命令であり、かかるプロセッサによって実施されたときにそのプロセッサが本発明の諸実施形態を実施することを可能にする。コンピュータ読取可能媒体は任意の形態のコンピュータ・メモリを含み、例えば、パンチ・カード、磁気ディスク又はテープ、任意の光データ記憶システム、フラッシュ読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ＲＯＭ、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能及びプログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、他の任意の形態の恒久的、半恒久的、又は一時的なメモリ記憶システム又はデバイスを含むが、これらに限られるものではない。プログラム命令は、コンピュータ・システムのプロセッサによって実行されるコンピュータ実行可能な命令や、超高速集積回路（ＶＨＳＩＣ）ハードウェア記述言語（ＶＨＤＬ）等のハードウェア記述言語を含むが、これらに限られるものではない。
【００３７】
本明細書では個々の実施形態が示され説明されてきたが、同じ目的を達成することが企図される任意の構成を、図示の個々の実施形態と置き換えられ得ることが、当業者には理解されるであろう。本出願は、本発明の任意の適応形態や変形形態をカバーすることを意図している。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその等価物によってのみ限定されることが明白に意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態のモバイル・ユニットと衛星ビークルとの間での三角測量を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の一実施形態のモバイル・ユニットのブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態の衛星ビークルのブロック図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態の方法を示す流れ図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態の方法を示す流れ図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の一実施形態の支援局による衛星ビークルの校正を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の一実施形態の支援局のブロック図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態の方法を示す流れ図である。
【図１Ａ】
2007101535.tif 000007
【図１Ｂ】
2007101535.tif 000008
【図２】
2007101535.tif 000009
【図３】
2007101535.tif 000010
【図４】
2007101535.tif 000011
【図５Ａ】
2007101535.tif 000012
【図５Ｂ】
2007101535.tif 000013
【図６】
2007101535.tif 000014
【外国語明細書】
2007101535000001.pdf