(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワーク支援型ナビゲーション衛星受信機システムであって、
正確なシステム絶対時間を認識するための初期化された第１のナビゲーション衛星受信機を有するネットワークサーバと、
前記ネットワークサーバから離れて位置し、前記正確なシステム絶対時間を認識しておらず、初期化されていない第２のナビゲーション衛星受信機を有するネットワーククライアントと、
前記ネットワークサーバと前記ネットワーククライアントとの間に位置し、一義的に決定できない時間遅延をメッセージに課するとともに、前記ネットワークサーバから前記ネットワーククライアントに前記正確なシステム絶対時間でのネットワーク通信遅延推定値を通信する相互接続ネットワークと、
前記ネットワークサーバから前記クライアントサーバへのメッセージの最速の送信時間（Ｌ１）を判定するとともに、前記ネットワーククライアントから前記ネットワークサーバへの返信メッセージの最速の送信時間（Ｌ２）を判定するメッセージ遅延テスト手段と、
前記最速の送信時間Ｌ１及びＬ２の平均値を計算し、前記ネットワーククライアントのために前記ネットワーク通信遅延推定値を前記平均値から計算するオフセット計算器とを備え、
前記ネットワーク通信遅延推定値は、前記第２のナビゲーション衛星受信機を速やかに初期化するために前記第２のナビゲーション衛星受信機によって使用される、ネットワーク支援型ナビゲーション衛星受信機システム。
【請求項２】
ネットワーク支援型ナビゲーション衛星受信機システムであって、
初期化されていないナビゲーション衛星受信機を初期化して初期定点化時間を向上させるためにオン状態に維持され、衛星を追尾して、正確なシステム絶対時間を識別するためのナビゲーション衛星受信機を有するネットワークサーバと、
初期定点化時間を向上させるために前記ネットワークサーバから時刻情報を受信するナビゲーション衛星受信機を有するネットワーククライアントと、
前記ネットワークサーバから受信した前記時刻情報を調整するために計算・使用される一義的に決定できない時間遅延をメッセージに課するとともに、前記ネットワークサーバから前記ネットワーククライアントに前記正確なシステム時間に関する情報を通信する相互接続ネットワークと、
前記ネットワークサーバから前記クライアントサーバへのメッセージの最速の送信時間（Ｌ１）を判定するとともに、前記ネットワーククライアントから前記ネットワークサーバへの返信メッセージの最速の送信時間（Ｌ２）を判定するメッセージ遅延テスト手段と、
前記最速の送信時間Ｌ１及びＬ２の平均値からオフセット時間を計算するオフセット計算器と、
を備え、
前記ネットワーククライアントで、前記オフセット計算機により前記正確なシステム絶対時間に前記オフセット時間を加算することにより、受信機の初期化時間の改善を図り、
前記オフセット計算機は下記式によって表すことができる前記オフセットの解を提供する、ネットワーク支援型ナビゲーション衛星受信機システム。
【数１】
0004167911.tif 000003
ここで、Ｔ１はテストメッセージがネットワークサーバを出る時間、Ｔ２はそのメッセージがネットワーククライアントに到着する時間、Ｔ３は返信メッセージがネットワーククライアントを出る時間、Ｔ４はその返信メッセージがネットワークサーバに到着する時間で、Ｌ１はＴ１−Ｔ２に等しく、Ｌ２はＴ４−Ｔ３に等しい。
【請求項３】
ネットワーク支援型ナビゲーション衛星受信機システムであって、
正確なシステム絶対時間を認識するための初期化された第１のナビゲーション衛星受信機を有すると共に、データネットワークへの接続可能なネットワークサーバと、
前記ネットワークサーバから離れて位置し、前記正確なシステム絶対時間を認識しておらず、初期化されていない第２のナビゲーション衛星受信機を有すると共に、前記データネットワークへ接続可能なネットワーククライアントと、
前記ネットワークサーバから前記ネットワーククライアントへのメッセージの転送時間（Ｌ１）を判定するとともに、前記ネットワーククライアントから前記ネットワークサーバへの返信メッセージの転送時間（Ｌ２）を判定するメッセージ遅延テスト手段と、
前記転送時間Ｌ１及びＬ２の平均値を計算し、前記ネットワーククライアントのために前記正確なシステム絶対時間でのネットワーク通信遅延推定値を計算するためのオフセット計算器とを備え、
前記ネットワーク通信遅延推定値は、前記第２のナビゲーション衛星受信機を速やかに初期化するために前記第２のナビゲーション衛星受信機によって使用される、ネットワーク支援型ナビゲーション衛星受信機システム。
【請求項４】
ナビゲーション衛星受信機の高速初期化のための方法であって、当該方法は、
初期化された第１ナビゲーション衛星受信機によって、第１衛星群のナビゲーション衛星をロックオンして追跡するステップと、
前記第１ナビゲーション衛星受信機によりシステム絶対時間を取得するステップと、
前記システム絶対時間でのネットワーク通信遅延推定値を送信するためにサーバをネットワーク上に設けるステップと、
クライアントとして前記ネットワークに接続するステップと、
前記サーバと前記クライアント間の前記ネットワークのパス遅延をテストするステップと、
前記ネットワーク通信遅延推定値を算出して前記クライアントに送信するために、前記ネットワーク通信遅延及び前記システム絶対時間を推定するステップと、
第２衛星群のナビゲーション衛星を捕らえてロックオンできるように、前記クライアントに位置する初期化されていない第２ナビゲーション衛星受信機に前記ネットワーク通信遅延推定値を提供するステップとを有し、
前記第２ナビゲーション衛星受信機は、前記ネットワーク通信遅延推定値を用いて求められた時刻情報によってより速やかに初期化可能となることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記時刻情報を提供するための手数料を、前記クライアントのユーザに請求するステップをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ネットワーク上のクライアントとサーバ間のパス遅延を判定するための方法であって、当該方法は、
時間Ｔ１でサーバからクライアントに第１メッセージ（Ｌ１）を送るステップと、
時間Ｔ２で前記第１メッセージ（Ｌ１）を前記クライアントで受け取るステップと、
時間Ｔ３で前記クライアントから前記サーバに第２メッセージ（Ｌ２）を送るステップと、
時間Ｔ４で前記第２メッセージ（Ｌ２）を前記サーバで受け取るステップと、
前記第１メッセージ及び前記第２メッセージの送信を繰り返すステップと、
前記第１メッセージ及び前記第２メッセージそれぞれから最も速い走行時間をそれぞれ選択するステップと、
前記選択のステップで選ばれた走行時間からネットワークパス遅延を推定するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項７】
前記サーバで絶対時間を刻時するステップと、
前記クライアントで相対時間を刻むステップと、
前記推定のステップで得られた情報から、前記相対時間の前記絶対時間からのオフセットを計算するステップとをさらに有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記計算のステップで得られた時間情報によってナビゲーション衛星受信機を初期化するステップをさらに有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記計算のステップで得られた時間情報によってナビゲーション衛星受信機の初期化を加速するステップをさらに有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記計算のステップで得られた任意の「絶対＋オフセット」の時刻情報のユーザ料金を請求するステップをさらに有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
コールドスタート時にＧＰＳ受信機が探索する正しいＧＰＳ衛星を選択するための方法であって、
ネットワーククライアントに関連付けられた第１のＧＰＳ受信機をコールドスタートさせるステップと、
ナビゲーション衛星群を既に追尾しており、それらからＧＰＳシステム時間を取得する第２のＧＰＳ受信機を備えたサーバを用意するステップと、
前記ネットワーククライアントと前記サーバとの間を移動する最速時間のテストメッセージを平均化することによって前記ネットワーククライアントと前記サーバとの間のネットワーク通信遅延をテストするステップと、
テストステップの結果を前記第２のＧＰＳ受信機が決定したＧＰＳシステム時間に加算することによって、前記第１のＧＰＳ受信機のＧＰＳシステム時間を推定するステップと、
前記第２のＧＰＳ受信機において得られた推定値を使用して、初期化時に信号を探索する正しいＧＰＳ衛星を選択するステップと、を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正確な絶対時間を知り、それをネットワーククライアントに通信するネットワークサーバの使用に関し、より具体的には、時間情報を適切に補正できるようにサーバとクライアント間のネットワークパス遅延を推定するための方法及びシステムに関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
全地球測位システム（GPS）の受信機は地球の軌道を回る複数の衛星から受け取った信号を用いて位置や速度などナビゲーションデータを判定する。電源投入直後のナビゲーション受信機は、水晶発振器の誤差がどの程度あるのか分かっていないし、正確な時刻も分かっていない。衛星の送信を見出してロックオンするにはその両方が必要である。初期化の間に、ナビゲーション衛星受信機は、時間スペクトル並びに周波数スペクトルを探索して利用できる衛星を見つけ出す。しかしながら、ブラインドサーチでは非常に時間がかかる。そこで、正確な時刻が分かっている他の装置を利用して、ナビゲーション衛星受信機の初期化を支援する方法が考えられる。
【０００３】
ただ、ネットワークで正確な絶対時間を通信するには問題がある。インターネットで送られた任意の特定のデータパケットが、その宛先に確実に配達されるという保証はない。ベストエフォード方式が用いらてれる。そうしたデータパケットは、ネットワークを介していろいろな接続を通り、大きな変動をもつ遅延集合を経験することになる。そのために、任意のあるデータパケットがどれだけ遅れるかは不確定となる。ネットワーク上のサーバが正確な時刻を知っていてそれを送信した場合でも、データパケットの到着時間が不確定であると時間情報の価値が低下してしまう。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第５,781,156号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ゆえに、本発明の目的は、クライアントに正しい時間情報を提供できるインターネットベースのサービスを提供することにある。
【０００６】
本発明の別の目的は、ネットワーククライアントナビゲーション装置の初期化に必要な時間を短縮する方法及びシステムを提供することである。
【０００７】
本発明の更なる目的は、安価な衛星ナビゲーションシステムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
要約して言えば、本発明におけるナビゲーション衛星受信機サポートデータネットワークの実施例は、サーバがインターネットに接続され、クライアントに初期化情報を提供して短時間でコールドスタートできる構成になっている。サーバは、ナビゲーション衛星の衛星群を追跡するＧＰＳ受信機を有している。クライアントをコールドスタートした時点では、クライアントは時刻及び周波数が分からない。そこで、テストメッセージがインターネットで送返信され、最も速い走行時間の平均値からパス遅延時間が計算される。ここから、サーバの時刻システムとクライアントの時刻システムとの時間のズレを得ることができる。サーバはクライアントに現在時刻の情報を送り、計算されたパス遅延が加算される。そうすると、クライアントは、サーバ及びパス遅延情報から正しい時刻を計算することができるので、どれが探索すべき衛星かということをはるかに速やかに決めることができる。本発明の効果は、クライアントナビゲーション受信機の初期定点化時間（電源投入後最初の測位までの時間）（time-to-first-fix）を実質的に向上させるシステム並びに方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の効果は、機器の小型化並びに使用コストの削減を可能にするシステム及び方法を提供することにある。
【００１０】
本発明のこうした目的及び効果並びのその他の目的及び効果については、以下に述べる、図面に示した好適な実施例の詳細な説明を読めば、当業者なら容易に分かることは疑いの余地がない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の実施例におけるネットワークシステム１００を示す。ネットワークシステム１００は、サーバシステム（システム１）１０２と、クライアントシステム（システム２）１０４、及びインターネットなどの介在型コンピュータネットワーク１０６を有する。サーバシステム１０２はナビゲーション衛星受信機を有し、この受信機はナビゲーション衛星１０８、１１０、１１２からなる衛星群を既にロックオンして衛星を追尾している。これらの衛星のいくつかはクライアントシステム１０４からも観察可能である。また、ナビゲーション衛星１１４、１１６などの他の衛星群も、クライアントシステム１０４から観察可能である。クライアントシステム１０４は自らナビゲーション衛星受信機を備えているが、ナビゲーション衛星１１２、１１４、１１６の衛星群をロックオンしておらず、追尾していないかもしれない。
【００１２】
サーバシステム１０２は常にオン状態に維持され、ナビゲーション衛星１１２、１１４、１１６の衛星群を追跡している。ゆえに、システムの正確な絶対時間を判別することができ、現在の軌道暦、対流圏、電離層や、その他の情報を、他のまだ初期化されていないナビゲーション衛星受信機に提供することができる。受信機の初期化にあたっては、このような情報を全て判定しなければならないため、これらのどの情報であれ、他のソースから提供できれば、初期定点化時間（電源投入後の最初の測位までの時間）を大幅に短縮することができる。
【００１３】
図１に、任意の数のクライアントシステムにオンラインで情報提供あるいは支援できるインターネット環境を示す。そうした情報を、サービスとして、あるいは利用毎の課金で、もしくは加入申し込みに基づき提供することができる。
【００１４】
本発明の実施例で重要なことは、インターネット１０６経由で、正確なシステム絶対時刻情報を、サーバシステム１０２からクライアントシステム１０４に提供することである。サーバシステム１０２とクライアントシステム１０４間でデータパケットがインターネットを通過することによって発生するパス遅延を確認することも不可欠である。パス遅延の推定を、例えば、サーバシステム１０２から送られた時刻情報にパス遅延を加算することができるので、ペイロードに記述された時間にクライアントシステム１０４に到着する。あるいは、データパケットを送信する際のデータパケットのペイロードは正しい時間になっていて、そのネットワークを経由してクライアントへ届いた後で、クライアントシステム１０４が、そのデータによりパケットが正しい時間に到着したように推定パス遅延を加算してもよい。
【００１５】
クライアントシステム１０４が電源投入されたばかりで、かつシステム自身のが有する振動子に関する周波数と正しいシステム絶対時間とを知らなければならない場合には、本発明の効果をはっきりと理解することができる。これらの数値が分かるまで、クライアントシステムは試行錯誤で探索を行なわなければならない。例えば、可能性のある様々な時間及び周波数を仮定する。
【００１６】
図２は、インフラストラクチャ支援システム２００である。この図で、システム１はサーバ、システム２はクライアントを表わす。図２は、インターネットを経由するデータパケットが遭遇する不確定遅延に起因して生じる問題を例証したものである。時間Ｔ１で、ある時刻のデータパケット２０２が、システム２に送信される。移動時間（time-of-flight）が遅延Ｌ１となる。到着時間は時間Ｔ２で、データパケット２０２を受け取ってから逆算することによってシステム２で判定される。例えば、Ｔ２−Ｌ１＝Ｔ１−Offset。そして、Ｔ２＝Ｔ１＋Ｌ１−offset。システム１からみた、システム２での受け取り時間はＴ１＋Ｌ１となる。ターンアラウンド・プロセス２０４が、時間Ｔ３に応答データパケット２０６を送信する。例えば、Ｔ３＝Ｔ４−Ｌ２−offsetとなる。遅延Ｌ２は移動時間である。応答データパケット２０６は、Ｔ４にシステム１に到着する。システム２は、これをＴ３＋Ｌ２＝Ｔ４−offsetと表わす。そして、これらの連立方程式を用いて「オフセット」変数を得ることができる。
【００１７】
実際のネットワークで実験を行ない、Ｔ１〜Ｔ２及びＴ４〜Ｔ３の実際の値を測定した。様々な遅延量を有するテストメッセージを観察した。
【００１８】
図３は、一連のテストの結果である。Ｔ４〜Ｔ３及びＴ１〜Ｔ２の最も速い時間は、空隙が挟む２つの限界線に対して群をなす傾向がある。空隙の幅は15ミリ秒程度であった。次に、空隙の中心線として推定オフセット値をとる。オフセット値の算出はＴ４〜Ｔ３及びＴ１〜Ｔ２全ての値の平均値ではなく、Ｔ１〜Ｔ２の最大値とＴ４〜Ｔ３の最小値とを用いる。つまり、MAX(Ｔ１−Ｔ２)＜offset＜MIN(Ｔ４−Ｔ３)となる。これをオフセットの公式に変形すると次のようになる。
【００１９】
0004167911.tif 000002
【００２０】
【発明の効果】
従って、本発明の実施例では、一連のテストメッセージがサーバからクライアントに送信され、送り返されてくる。Ｔ１〜Ｔ２の最大値とＴ４〜Ｔ３の最小値の平均値がオフセット値となる。サーバにおける正しい絶対時間にオフセット時間を加算すると、クライアントにおける正しい絶対時間となる。クライアントはこの時間を使って初期化し、より速やかに衛星群の中の衛星を追跡すると共にロックオンすることができる。
【００２１】
本願発明を現時点で好適な実施例として説明してきたが、開示説明は限定として捉えるべきではないことを理解すべきである。上記の開示説明を読めば、当業者なら、様々な変形及び変更が明白になることは疑いの余地がない。従って、添付した特許請求の範囲は、本発明の「真の」精神並びに範囲から逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形並びに変更を網羅していると解釈するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明におけるネットワークシステムの実施例の機能ブロック図。
【図２】  インターネットで通信されたデータパケットの送信時間、移動時間、受け取り時間の関係を示す概略図。
【図３】  サーバ及びクライアント間でのテストメッセージの送信及び返信結果
【符号の説明】
１００  ネットワークシステム
１０２  サーバシステム
１０４  クライアントシステム
１０６  コンピュータネットワーク
１０８、１１０、１１２、１１４、１１６  ナビゲーション衛星
【図１】
0004167911.tif 000004
【図２】
0004167911.tif 000005
【図３】
0004167911.tif 000006