(57)【要約】  本発明は、衛星測位信号を受信するための装置（１）および方法からなる。上記装置（１）は、少なくとも１つの人工衛星コンステレーション（Ｃ）が生成する衛星測位信号を受信することが可能な少なくとも２つのアンテナ（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）を含むアンテナアレイ（２）と、上記アンテナ（２１ａ〜２１ｄ）の下流に位置する少なくとも２つの位相シフタ（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）とを含む。上記位相シフタ（２２ａ〜２２ｄ）の出力端は、測位デバイス（４）と通信することが可能な出力コレクタ（２３）により互いに接続されている。出力コレクタでは、衛星測位信号間で強め合う干渉を発生させることが可能であり、かつ／または、上記衛星測位信号の反射間および／もしくは上記人工衛星コンステレーション（Ｃ）の衛星の位置以外にあるソースから来る信号間で崩壊的干渉を発生させることが可能である。
2020522682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星測位信号を受信するための装置であって、
アンテナアレイを備え、
前記アンテナアレイが、
少なくとも１つの人工衛星コンステレーションにより生成される衛星測位信号を受信することが可能な少なくとも２つのアンテナ、
少なくとも２つの位相シフタであって、それぞれが、入力端および出力端を含み、前記入力端を介して入り、前記出力端を介して出る信号を特定の位相角だけ遅らせるように構成され、前記入力端が、前記アンテナのうちの１つに直接通信する、位相シフタ、および
測位デバイスと通信することが可能な出力コレクタを有し、
前記位相シフタの前記出力端が、前記出力コレクタを介して互いに接続され、前記出力コレクタでは、前記衛星測位信号間で強め合う干渉を発生させることが可能であり、かつ／または、前記衛星測位信号の反射間および／もしくは前記人工衛星コンステレーションの衛星の位置以外にあるソースから来る信号間で崩壊的干渉を発生させることが可能である、装置。
【請求項２】
前記アンテナアレイが、前記少なくとも２つのアンテナを、前記少なくとも２つの位相シフタと通信させ、前記少なくとも２つの位相シフタを、前記出力コレクタと通信させるビームフォーミングネットワークを有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ビームフォーミングネットワークが、前記衛星測位信号の半波の長さと等しい距離だけ、前記アンテナに電力を供給するそれぞれのポイントが隔てられるように設計される、
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ビームフォーミングネットワークが、前記衛星測位信号の１／４の波長の長さに等しい距離で、前記アンテナが前記ビームフォーミングネットワークの上に位置するように設計される、
請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
制御ユニットであって、
前記位相シフタの前記出力端と通信し、少なくとも１つの衛星測位信号を受信するように構成される受信手段、
前記位相シフタと信号通信を行い、かつ、各位相シフタが接続される前記アンテナから来る信号に前記各位相シフタが適用しなければならない遅れを特定する少なくとも１つのデータ要素を含む少なくとも１つの制御信号を出力するように構成される制御手段、ならびに
前記受信手段および前記制御手段と信号通信を行う処理手段、
を含む制御ユニットを備え、
前記処理手段が、
前記受信手段を介して、前記少なくとも１つの衛星測位信号を取得し、
前記少なくとも１つの衛星測位信号に基づいて前記制御信号を生成し、
前記制御手段により、前記少なくとも１つの制御信号を発して、各位相シフタが自体を通過する信号に適用しなければならない位相遅れを構成する
ように構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記処理手段が、
前記装置に対する、前記少なくとも１つの衛星測位信号の発射源の位置を決定する段階、
前記位置に基づいて少なくとも１つの指示データ要素を決定する段階であって、前記少なくとも１つの指示データ要素が、前記アンテナの少なくとも１つの放射ローブを特定の方向に方向づけるために、前記位相シフタが適用しなければならない１組の位相遅れを規定する段階、および
このように生成された前記少なくとも１つの指示データ要素に基づいて前記制御信号を生成する段階
を実施することで前記少なくとも１つの制御信号を生成するように構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記処理手段が、
前記装置に対する前記少なくとも１つの衛星の前記位置に基づいて、前記アンテナの少なくとも１つの放射ローブの向きを規定する放射データを計算する副段階、および
前記放射データに基づいて前記少なくとも１つの指示データ要素を生成する副段階
を実施することで前記少なくとも１つの指示データ要素を決定するようにも構成される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
メモリ手段が、少なくとも１組の指示データを含み、
前記処理手段が、前記１組の指示データから選択することで少なくとも１つの指示データ要素を決定するように構成される、
請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの衛星測位信号が、前記発射源からの前記信号の発射の時刻を示す少なくとも１つの発射データ要素を運び、
メモリ手段が、前記少なくとも１つの衛星測位信号を発した可能性のある少なくとも１つの衛星に関するエフェメリスデータを少なくとも含み、
前記処理手段が、
前記装置の概算位置を決定し、
前記エフェメリスデータ、前記発射データ要素、および前記概算位置に基づいて、前記装置に対する前記発射源の前記位置を決定するようにも構成される、
請求項６〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記処理手段が、
前記アンテナが受信する衛星測位信号にそれぞれが関する複数のキャリア対雑音比を、前記受信手段を介して決定し、
前記複数のキャリア対雑音比に基づいて前記制御信号を生成するように構成される、
請求項５〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記処理手段が、
前記アンテナが受信する衛星測位信号に関する少なくとも１つのキャリア対雑音比を、前記受信手段を介して決定し、
前記キャリア対雑音比に基づいて前記制御信号を生成するように構成される、
請求項５〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記制御ユニットが、
加速度計が生成し得る方位信号であって、前記アンテナアレイの空間的方位を規定する方位情報を少なくとも含む前記方位信号を、前記受信手段を介して取得し、
前記方位情報にも基づいて前記制御信号を生成するように構成される、
請求項５〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記制御ユニットが、前記少なくとも２つのアンテナにより受信される前記少なくとも１つの衛星測位信号に基づいて、前記装置の位置を決定するようにも構成される、
請求項５〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
ボート、航空機、または地上車などの移動手段上での、請求項１２による、または、請求項１２と請求項１３との組み合わせによる装置の用途。
【請求項１５】
衛星測位信号を受信する方法であって、
少なくとも２つの位相シフタを含むアンテナアレイと通信することができる受信手段を介して、少なくとも１つの衛星測位信号が取得される信号取得フェーズであって、前記位相シフタのそれぞれが、アンテナと通信する入力端および前記受信手段と通信する出力端を含む信号取得フェーズと、
処理手段が、前記少なくとも１つの衛星測位信号に基づいて少なくとも１つの制御信号を生成する制御生成フェーズと、
前記位相シフタと通信することが可能な制御手段が、前記少なくとも１つの制御信号を発することにより、各位相シフタが自体を通過する信号に適用しなければならない位相遅れを構成するアンテナ構成フェーズと
を備える方法。
【請求項１６】
前記制御生成フェーズ中に、
前記アンテナアレイに対する、前記少なくとも１つの衛星測位信号の発射源の位置を決定する段階、
前記位置に基づいて少なくとも１つの指示データ要素を決定する段階であって、前記少なくとも１つの指示データ要素が、前記アンテナの少なくとも１つの放射ローブを特定の方向に方向づけるために、前記位相シフタが適用しなければならない１組の位相遅れを規定する段階、および
このように生成された前記少なくとも１つの指示データ要素に基づいて前記制御信号を生成する段階
を実施することで前記少なくとも１つの制御信号が生成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記制御生成フェーズ中に、
前記アンテナアレイに対する前記少なくとも１つの衛星の前記位置に基づいて、前記アンテナの少なくとも１つの放射ローブの向きを規定する放射データを計算する副段階、および
前記放射データに基づいて前記少なくとも１つの指示データ要素を生成する副段階
を実施することで前記少なくとも１つの指示データ要素が決定される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記制御生成フェーズ中に、１組の指示データから選択することで少なくとも１つの指示データ要素が決定される、
請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの衛星測位信号が、前記発射源からの前記信号の発射の時刻を示す少なくとも１つの発射データ要素を運び、
前記制御生成フェーズ中に、
前記少なくとも１つの衛星測位信号を発した可能性のある少なくとも１つの衛星に関するエフェメリスデータ、
前記発射データ要素、および
前記アンテナアレイの概算位置
に基づいて装置に対する前記発射源の前記位置が決定される、請求項１６〜１８のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記制御生成フェーズ中に、前記受信手段が、複数のキャリア対雑音比を決定し、
各キャリア対雑音比が、前記アンテナが受信する衛星測位信号に関し、
前記制御信号が、前記複数のキャリア対雑音比に基づいて生成される、
請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記制御生成フェーズ中に、前記受信手段が、前記アンテナが受信する衛星測位信号に関する少なくとも１つのキャリア対雑音比を決定し、前記制御信号が、前記キャリア対雑音比に基づいて生成される、
請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記信号取得フェーズ中に、加速度計が生成し得る方位信号であって、前記アンテナアレイの空間的方位を規定する方位情報を少なくとも含む方位信号も取得され、
前記制御生成フェーズ中に、前記制御信号が、前記方位情報にも基づいて生成される、
請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
電子コンピュータのメモリにロードすることが可能なコンピュータプログラム製品であって、請求項１５〜２２のうちのいずれか１項に記載の方法の前記フェーズを実施するためのソフトウェアコードの少なくとも一部分を備えるコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ＧＰＳ、ＧＡＬＩＬＥＯ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＱＺＳＳのコンステレーションの人工衛星または他の任意の衛星航法システムからの信号などの衛星測位信号を受信するための装置および方法に関する。
【０００２】
周知の通り、低コストのグローバル測位デバイスが利用可能である結果、大規模な商用サービスおよび商品が発達していることで、世界中で人および車両の位置を特定することが可能になっている。しかし、こうした低コストのデバイスは、１メートル未満の精度で位置が分かる必要のある用途で使用することができない。なぜなら、衛星から受信する信号は、衛星から送られる各測位信号の飛行時間を十分な精度レベルで推定するのに十分に高いキャリア対雑音比（ＣＮＲまたはＣ／Ｎ）を有さないからである。
【０００３】
実際には、こうした測位デバイスは、以下の連立方程式を解くことにより、自体の位置（緯度、経度、および高さ）を決定するように構成される。
【数１】
2020522682.tif 000003
ただし、Ｘｕ、Ｙｕ、ＺｕおよびＣｕは、決定するべき未知の項であり、それぞれ、緯度、経度、高さ、および、衛星クロックからのデバイスクロックのずれを表し、これらは全て互いに同調している。項Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１...Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４は、４つの衛星（デバイスの位置を決定するのに必要である）の位置であり、各測位信号に含まれるデータ（すなわち、信号を送信する衛星のエフェメリスおよび送信が発生する時刻）の一部分に基づいて、デバイスにより決定される。項Ｒ１、...、Ｒ４は、以下のようにして決定される。
【数２】
2020522682.tif 000004
ただし、ｃは、光の速度であり、Ｔｉは、ｉ番目の衛星により発される測位信号の飛行時間である。飛行時間Ｔｉは、信号が受信された時刻（デバイスの内部クロックにより決定される）と、その信号の送信が発生した時刻（信号自体に含まれる情報に基づき決定される）の算術差の結果である。
【０００４】
この概要から、衛星測位信号の受信時刻を決定する精度に、キャリア対雑音比がどのように影響し得るのかを理解することができる。実際には、キャリア対雑音比が高いほど、信号を効果的にデバイスの受信器が検出することが可能なので、デバイスが信号の受信時刻を決定することができる精度が高くなる。
【０００５】
測位の正確度を上げるために、ある既知の解決策では、互いから既知の距離をおいて配置された２つ以上の測位装置と、これら測位装置それぞれからの情報を使用し、ノイズ効果の大部分を取り除くことが可能なように、受信器が互いから離隔された距離を考慮に入ることで、位置を決定するように構成される処理デバイス（例えば、ＰＣ、スマートフォンなど）とが利用される。しかし、この解決策は、スペースおよびエネルギー消費が重要な要素である用途では容易に活用することができない。なぜなら、２つ以上の測位装置の使用が必要な結果、エネルギー消費およびスペースの占有が２倍になるからである。
【０００６】
他のノイズ源は、マルチパス効果に起因するもの、ならびに／または、干渉（ジャミング）源および／もしくは測位の誤り（なりすまし）を意図したフェイク信号を挿入することで衛星測位信号をまねることを試みる信号源の効果に起因するものである。ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  ＡＮＤ  ＴＥＬＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ  ＲＥＳＥＡＲＣＨ  ＩＮＳＴＩＴＵＴＥの米国特許出願公開第２０１４／３７５５００  Ａ１号に記載されているように、これらのノイズ源が起こす効果を、ビームフォーミングネットワークにより互いに接続された複数の受信器を使用することで軽減することができる。このネットワークの主な課題は、測位デバイスにおいて、最も大きなノイズを導入する受信器を選択的にオフにすることで特定の方向から来るノイズ（更には、人工ノイズ）を低減することである。この解決策は、特定の状況では測位デバイスに信号が入ることが阻止されるので、キャリア対雑音比を増大させることには適切でないことが明らかである。
【０００７】
さらに、ＲＯＣＫＷＥＬＬ  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ  ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮの米国特許出願公開第５，９５２，９６８号では、アンテナの下流にそれぞれ位置する複数の周波数変換器（ダウンコンバータ）の下流で動作するビームフォーミングネットワークを使用することで、干渉（ジャミング）源の効果を低減するための解決策が記載されている。しかし、この解決策は、受信装置の改変が必要であり、よって、既存の受信器を伴って用いることができない。さらに、こうした解決策は、変換器が存在することで平均故障時間間隔が短くなるので、信頼性に関する限りではいくつかの臨界性を被る。これに加えて、測位デバイスにより算出される位置は、超えてしまうと正常な機能ができなくなる（不変の）最低測位誤差に不利なことに影響されてしまうが、これは、熱現象の影響を回避できない発振回路の存在に起因する、正確には定量化できないバックグラウンド雑音および位相遅れの両方を変換器が導入するからである。
【０００８】
本発明の目的は、衛星測位信号を受信するための装置および方法を提供することにより、上記の課題および他の課題を解決することである。
【０００９】
本発明の基本的思想は、衛星測位信号を受信するための複数のアンテナであって、上記アンテナのそれぞれが位相シフタに（直接的に）接続され、上記位相シフタの出力端が、出力コレクタにより互いに接続され、この出力コレクタでは、衛星から来る（かつ、アンテナが受信する）信号間で強め合う干渉を発生させることが可能であり、かつ／または、上記信号の反射間および／もしくは人工衛星コンステレーションの衛星の位置以外にあるソースから来る信号（例えば、地上局または海局から送信されるフェイク信号など）間で崩壊的干渉を発生させることが可能である、アンテナを使用することである。
【００１０】
このようにして、信号のキャリア対雑音利得を増大させることが可能である。次いで、この信号は、上記位相シフタの下流に位置する測位デバイスにより取得することが可能であり、したがって、マルチパス効果を低減することが可能であるが、これは、強め合う干渉が、衛星から直接受信する信号間でのみ発生し、その信号の反射間では発生せず、有利なことに、崩壊的に互いに干渉しあうからである。
【００１１】
本発明の更なる有利な特徴が、添付の特許請求の範囲内に記載されている。
【００１２】
これらの特徴ならびに本発明の更なる長所が、発明の実施形態の以下での記載からより明らかになるであろう。こうした実施形態を、添付の図面中に示しており、これら図面は、非限定的な例として提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】衛星測位信号を受信するための本発明による装置のブロック図である。
【００１４】
【図２】図１の装置が備えるアンテナアレイの主要要素を示すブロック図である。
【００１５】
【図３】図１の装置のブロック図であって、その装置が備え得る制御ユニットの主要要素を示す図である。
【００１６】
【図４】本発明による、衛星測位信号を受信する方法を示すブロック図である。
【００１７】
【図５】図２のアンテナアレイが備えるビームフォーミングネットワークの図である。
【００１８】
【図６】図５のビームフォーミングネットワークのブロック図である。
【００１９】
【図７】図６の詳細の回路図であって、詳細には、位相シフタの実行可能な一物理的実装形態の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
この説明で「一実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」と言った場合、特定の構成、構造または特徴が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを示す。したがって、本説明の様々な箇所で使用され得る「一実施形態では（ｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」という表現および他の同様な表現は、必ずしも全てが同一の実施形態に関するものではない。さらに、任意の特定の構成、構造または特徴を、１つまたは複数の実施形態内で適宜組み合わせることができる。したがって、以下の記載は、簡単のためのみに使用されるものであり、様々な実施形態の保護範囲や外延を限定するものではない。
【００２１】
図１および２を参照して、以下では、衛星信号を受信するための本発明による装置１を説明する。
【００２２】
装置１は、アンテナアレイ２を備える。アンテナアレイ２は、少なくとも１つの人工衛星コンステレーションＣ（例えば、ＧＰＳ、ＧＡＬＩＬＥＯ、ＧＬＯＮＡＳＳの衛星コンステレーションなど）により生成される衛星測位信号を受信することが可能な少なくとも２つのアンテナ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄであって、すなわち、１５７５．４２ＭＨｚおよび／もしくは１２２７．６ＭＨｚの周波数、ならびに／または、衛星測位信号の送信に使用される他の周波数を有する無線信号を受信するように設計されたアンテナと、アンテナ２１ａ〜２１ｄのうちの１つに接続される、すなわち、これらのアンテナ２１ａ〜２１ｄのうちの１つと直接通信する入力端をそれぞれが有する少なくとも２つの位相シフタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄと、好ましくは無線周波数信号のための誘導構造からなる出力コレクタ２３であって、既知のインピーダンス値を有し、測位デバイス４（外部受信器とも称する）と通信することが可能であり、上記位相シフタ２２ａ〜２２ｄの出力端が、上記出力コレクタ２３により互いに接続（好ましくは直列または並列に）されており、出力コレクタ２３では、衛星測位信号間で強め合う干渉を発生させることが可能であり、かつ／または、上記衛星測位信号の反射間で崩壊的干渉を発生させることが可能である出力コレクタ２３とを含む。
【００２３】
このようにして、アンテナ２１ａ〜２２ｄが受信し、位相シフタ２２ａ〜２２ｄにより（適宜）位相シフトされる衛星測位信号間で、強め合う干渉を生成させることが可能であり、かつ／または、上記衛星測位信号の反射間で、崩壊的干渉を発生させることが可能であるので、キャリア対雑音比が増大され、この結果、測位デバイスの測位誤差が低減される。
【００２４】
各位相シフタ２２ａ〜２２ｄは、制御線２４（破線の束として図２に示す）を介して制御信号を受信することが可能な制御入力端を含む。これらの制御線は、ポイントツーポイント型になっていてもよく、すなわち、（図２に示すように）位相シフタごとの１つの線であってもよい。
【００２５】
上記の代わりに、例えば、Ｉ２Ｃバスまたは制御線を介して送信されるデータを誘導することを可能にする他の種類のバスを使用して、制御線が２つ以上の位相シフタにより共有されてもよい。
【００２６】
好適な実施形態では、アンテナアレイ２が、４つのアンテナ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを使用して実装されるのが好ましく、次いで、出力コレクタ２３が、送信線、好ましくは同軸送信線を介して衛星測位デバイス４に接続される。この衛星測位デバイス４は、当技術分野で周知の種類のものであってもよい（例えば、ＵＢＸ−Ｇ７０２０受信器、ＵＢＸ−Ｇ８０２０受信器など）。
【００２７】
図２に示す位相シフタ２２ａ〜２２ｄの出力端は、互いに並列に接続されているが、それらを、直列に接続することも、直列接続と並列接続の組み合わせにより接続することもでき、これにより、有利なことに、衛星測位デバイス４の入力インピーダンス、すなわち５０オームまたは７５オームに通常は対応する送信線の出力インピーダンスに、より類似した出力インピーダンスが得られることを指摘しておかなければならない。
【００２８】
上記に加えて、装置１は、アンテナ２１ａ〜２１ｄにより受信される信号のうちの少なくとも１つの信号のキャリア対雑音比を増大させるように、少なくとも１つの制御ロジックに従って位相シフタ２２ａ〜２２ｄを制御するように構成される制御ユニット３（後で更に説明する）を備えてもよい。
【００２９】
また、図３を参照して、以下では制御ユニット３について説明する。制御ユニット３は、マイクロコンピュータを使用して実装することが好ましい場合があり、適切な命令の実行を通して、好ましくはプログラマブルにデバイス３の動作を管理する処理手段３１（例えば、１つまたは複数のＣＰＵ）と、処理手段３１と信号通信を行うメモリ手段３２（例えば、Ｆｌａｓｈ、ＲＯＭ、磁気メモリなど）であって、処理手段３１により読み取り可能で、上記少なくとも１つの制御ロジックを実装する命令を少なくとも記憶するメモリ手段３２と、少なくとも１つの受信信号のキャリア対雑音比に少なくとも基づいて、処理手段が上記少なくとも１つの制御ロジックを適用可能なように、上記キャリア対雑音比を決定するように構成される受信手段３３（例えば、無線信号の受信および復調のための回路（ＲＦフロントエンド）と、位相シフタ２２ａ〜２２ｄと信号通信を行うことが可能であり、かつ、各位相シフタが接続されるアンテナ２１ａ〜２１ｄから来る各信号に各位相シフタが適用しなければならない位相遅れを特定する少なくとも１つのデータ要素を含む制御信号を出力するように構成される制御手段３４（例えば、プログラマブルな電圧レギュレータなど）と、処理手段３１と、メモリ手段３２と、受信手段３３と、制御手段３４の間での情報の交換を可能にする通信バス３７とを含むことが好ましい場合がある。
【００３０】
通信バス３７の代わりに、処理手段３１と、メモリ手段３２と、受信手段３３と、制御手段３４を、星状アーキテクチャにより接続することも可能である。
【００３１】
上記のように、制御手段３４は、プログラマブルな電圧レギュレータを含むことが好ましい場合があり、したがって、制御信号は、少なくとも１つの定電圧電流であってもよい。実際には、更には後述するように、各位相シフタが発生させる位相遅れは、制御信号の電圧値に依存する場合がある。
【００３２】
本発明の教示内容から逸脱することなく、上記の以外の種類の制御信号（例えば、Ｉ２Ｃ通信プロトコルに準拠した制御信号）を生成する制御手段３４を当業者が使用可能であろうことを指摘しなければならない。
【００３３】
また、図４を参照して以下では、本発明による、衛星測位信号を受信する方法について説明する。デバイス１が動作状態のとき、制御ユニット３の処理手段３１は、本発明による方法の以下のフェーズを実行する。
ａ．人工衛星コンステレーションＣの少なくとも１つの衛星により好ましくは発される少なくとも１つの衛星測位信号が、受信手段３３を介して取得される信号取得フェーズＰ１
ｂ．例えば、メモリ手段３２に格納される少なくとも１つの制御ロジックを使用することにより、上記の少なくとも１つの衛星測位信号に基づいて、少なくとも１つの制御信号が生成される制御生成フェーズＰ２であって、上記制御ロジックが、制御信号の少なくとも１つの属性（例えば、電圧、デューティサイクルなど）を、上記少なくとも１つの信号の１つの特性（この信号のキャリア対雑音比、内容等を示す値など）に関連付ける、制御生成フェーズＰ２
ｃ．制御手段が、上記少なくとも１つの制御信号を発し、これにより、各位相シフタ２２ａ〜２２ｄが自体を通過する信号に適用することとなる位相遅れが構成される、アンテナ構成フェーズＰ３。
【００３４】
このようにして、有利なことに、キャリア対雑音比を増大させることが可能であるので、衛星測位デバイス４により得ることできる測位精度が改善される。
【００３５】
処理ユニット３１は、アンテナ２１ａ〜２１ｄが受信する複数の衛星測位信号（例えば、これらアンテナが受信し得る全ての測位信号、または、位置を算出するために測位デバイス４により使用される、もしくは使用され得る全ての測位信号）の複数のキャリア対雑音比に基づいて制御信号を（制御生成フェーズ中に）生成するように構成することが可能である。つまり、制御生成フェーズの過程で、受信手段３３は、複数のキャリア対雑音比を決定するが、各キャリア対雑音比は、アンテナ２１ａ〜２１ｄが受信する１つの衛星測位信号に関するものであり、上記制御信号は、これらのキャリア対雑音比に基づいて生成される。制御ロジックは、上記デバイスが自体の初期位置を決定するのに要する時間（いわゆる初期位置算出時間（Ｔｉｍｅ  ｔｏ  Ｆｉｒｓｔ  Ｆｉｘ−ＴＴＦＦ）を低減することに活用できる。
【００３６】
上記の制御ロジックの代わりに、処理ユニット３１が、１組の制御信号を（制御生成フェーズの過程で）生成するように構成されてもよい。これらの制御信号のそれぞれは、アンテナ２１ａ〜２１ｄが受信する単一の衛星測位信号のキャリア対雑音比に基づいて生成される。つまり、制御生成フェーズ中に、受信手段３３が、アンテナ２１ａ〜２１ｄが受信する衛星測位信号に関する少なくとも１つのキャリア対雑音比を決定し、上記制御信号が、このキャリア対雑音比に基づいて生成される。制御ロジックは、測位デバイス４が決定する位置の精度を改善するのに活用できる。実際には、デバイス４が、先行技術のどの解決策よりも高いキャリア対雑音比を有する信号を内部で受信することになるので、受信可能な測位信号を１つ１つ周期的に最適化することで、信号の飛行時間を、先行技術によるどの解決策よりも高い精度レベルでデバイス４に決定させることが可能である。十分な数の信号飛行時間（すなわち、４つの飛行時間）が決定されると、デバイス４は、これらの飛行時間に基づいて位置を決定することが可能になる。
【００３７】
上記の代わりに、または、上記と組み合わせて、処理ユニット３１は、以下の段階を制御生成フェーズ中に実施するように構成されてもよい。装置１（またはアンテナアレイ２）に対する上記少なくとも１つの衛星の位置を決定する段階であって、例えば、上記衛星のエフェメリスと、上記衛星が発する信号の信号発射時刻と、デバイス４により（例えば、位相シフタに適当な遅れを設定せずに）計算される、または、他の技術で（例えば、セルラ局もしくはＷｉＦｉネットワークなどの位置に基づいて）計算される装置１の概算位置データ要素とに基づいて上記位置を計算することにより行う段階。上記位置に基づいて少なくとも１つの指示データ要素を決定する段階であって、この少なくとも１つの指示データ要素が、アンテナ２１ａ〜２１ｄの少なくとも１つの放射ローブを特定の方向に方向づけるために、位相シフタ２２ａ〜２２ｄが適用しなければならない１組の位相遅れを規定する段階。これは、例えば、装置１（またはアンテナアレイ２）の位置を決定するのに使用される衛星から来る信号を可能な限り最適に受信することを可能にする方向にアンテナ２１ａ〜２１ｄの放射ローブのそれぞれを方向づける指示データ要素を生成することにより行うことが可能である。
このように生成された少なくとも１つの指示データ要素に基づいて制御信号を生成する段階。
【００３８】
装置１（またはアンテナアレイ２）に対する衛星の位置は、方位や地平線からの高さなどの角度量により規定することが可能である。
【００３９】
デバイス４に入る信号を最適化するように、本発明による方法が装置１によりリアルタイムで実施されることを指摘しなければならない。具体的には、処理ユニット３１が、以下の副段階を実行することで、少なくとも１つの指示データ要素を（リアルタイムで）決定するように構成される場合もある。
装置１（またはアンテナアレイ２）に対する上記少なくとも１つの衛星の位置に基づいて、アンテナ２１ａ〜２１ｄの少なくとも１つの放射ローブの向きを規定する放射データ（例えば、理想的な放射図）を計算する副段階。これは、例えば、装置１（またはアンテナアレイ２）の位置を決定するのに使用される衛星それぞれの最高のキャリア対雑音比を有する信号を受信することを可能にする放射図を生成することにより行うことが可能である。
例えば、先の副段階で生成された理想的な放射図に可能な限り近くなることを可能にする技術を使用することで、上記放射データに基づいて、上記少なくとも１つの指示データ要素を生成する副段階。
【００４０】
上記と組み合わせて、または、上記の代わりに、受信器に対する少なくとも１つの衛星位置に指示データを関連付けることもできる。このために、処理ユニット３１を、メモリ手段３２に含まれる１組の指示データから選択することで少なくとも１つの指示データ要素を決定するように構成することが可能である。実際には、装置１が動作状態でない場合にも、有利なことに、位相情報を決定することが可能である。例えば、第１の指示データの組を、一連の実験室試験により決定することが可能である。この一連の実験室試験の間、信号源（測位信号の信号をシミュレートする）を、装置１に対して特定の位置に置き、十分に高いキャリア対雑音比が得られるまで、位相シフタによりもたらされる遅れを変動させ、この後、信号源を移動させ、同様にして、第２の指示データの組を決定することが可能である。このプロセスを、十分に高い装置１の空間的選択性を実現することを可能にするいくつかの位置が得られるまで繰り返すことができる。
【００４１】
既に説明したように、制御生成フェーズＰ２の間、上記装置（１）に対する上記発射源の位置は、以下の要素に基づいて決定される。
上記少なくとも１つの衛星測位信号を発した可能性のある少なくとも１つの衛星に関するエフェメリスデータ
アンテナ２１ａ〜２１ｄが受信し、発射源が上記信号を発したはずの時刻を示す衛星測位信号により運ばれる発射データ要素
既に説明したように、デバイス４により（例えば、位相シフタに適当な遅れを設定せずに）計算すること、または、他の技術を使用して（例えば、セルラ局もしくはＷｉＦｉネットワークなどの位置を使用して）計算することが可能な上記アンテナアレイ（２）の概算位置
【００４２】
このようにして、有利なことにキャリア対雑音比を増大させることが可能なので、衛星測位デバイス４により得ることが可能な測位精度が改善される。さらに、人工衛星コンステレーションＣの衛星の位置以外（例えば、地球表面または海）の局が発するいかなるフェイク信号の存在の影響をも低減することが可能である。
【００４３】
また、図５、６および７を参照して、以下ではアンテナアレイ２の一例示的実施形態について説明する。具体的には、ここでの説明では、上記のアンテナアレイ２に含まれるビームフォーミングネットワーク２５、つまり、アンテナ２１ａ〜２１ｄを位相シフタ２２ａ〜２２ｄに接続し、位相シフタ２２ａ〜２２ｄをデバイス４に接続するネットワークを取り扱う。
【００４４】
ビームフォーミングネットワーク２５は、誘電定数が約４．４６、厚さが約１．５５ｍｍ、誘電摂動（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）／損失係数が約０．０１６３のＩＳ４００材料の基板上に実装されることが好ましい。
【００４５】
図５は、受信手段３３および測位デバイス４と信号通信を行うことが可能である出力ポートＰ１（出力コレクタ２３とも称され、好ましくは５０オームのインピーダンスを有する）含むビームフォーミングネットワーク２５の実行可能な一実施形態の型を示す。さらに、ネットワーク２５は、それぞれが５０オームのインピーダンスを好ましくは有する少なくとも２つの（好ましくは４つの）入力ポートＰ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５を含む。これら入力ポートはそれぞれ、アンテナ２１ａ〜２１ｄのうちの１つと信号通信を行うことが可能である（添付フォトグラフ中には示していない）。これらアンテナは、当技術分野で周知の種類のものであることが好ましく、例えば、サイズが７０ｍｍ×７０ｍｍで、ＧＰＳのＬ１帯（１５７５．４２１０ＭＨｚ）で、インピーダンスが５０オームであり、指向性が７ｄＢｉのパッチアンテナである。
【００４６】
ビームフォーミングネットワーク２５は、アンテナ２１ａ〜２１ｄに電力を供給するポイント、すなわちポートＰ２〜Ｐ５が（受信されるべき）衛星測位信号の波長の約半分より短い距離だけ隔てられるように設計されることが好ましい。この距離は、６０分法角度で５０°の最大走査角の場合、ＧＰＳのＬ１帯（１５７５．４２ＭＨｚが中心）について約８５ミリメートルと同等である。これにより、アンテナ間の結合レベルが低く維持され、６０分法で約５０°の最大空間選択性（すなわち、放射ローブの最大回転）を得ることが可能になる。このようにして、受信される衛星測位信号のうちの少なくとも１つの信号のキャリア対雑音比を増大させることができ、これにより、測位デバイス４の測位誤差が低減される。
【００４７】
さらに、ビームフォーミングネットワーク２５は、アンテナ２１ａ〜２１ｄが（受信されるべき）衛星測位信号の約１／４波長の長さに等しい距離（中空）でネットワーク２５の上に位置することが可能なように設計されることが好ましい。この距離は、ＧＰＳのＬ１帯について約４７．５ミリメートルと同等である。こうして、約−１９ｄＢｉの最大利得を有する後方ローブが得られる。このようにして、地表で反射される信号が引き起こす擾乱を減少させることが可能であり、受信される衛星測位信号のうちの少なくとも１つの信号のキャリア対雑音比を増大させることができ、これにより、測位デバイス４の測位誤差が低減される
【００４８】
信号ビームフォーミングネットワーク２５の幾何形状に関するこれらの技術的特徴の組合せにより、際立った空間的指向性を得ることが可能になる。実際には、主ローブの最大指向性が約１２ｄＢｉであり、副ローブ（すなわち、主ローブに対して６０分法で±４５°のローブ）の利得は、主ローブの最大指向値よりも１５ｄＢ低い。位相シフタが、主ローブに６０分法で約５０°の角をなさせるように構成される場合、主ローブの最大指向性は１１ｄＢｉになり、副ローブの指向性は、主ローブの最大指向値よりも５ｄＢ低くなる。これらの値に基づき、どのようにして装置１が地表で反射される信号に起因する擾乱を低減して、受信される衛星測位信号のうちの少なくとも１つの信号のキャリア対雑音比を増大させることができるのかを理解することが可能である。このようにして、測位デバイス４の測位誤差を低減することが可能である。
【００４９】
また、ビームフォーミングネットワーク２５は、１つまたは複数のカプラ２６を含んでもよく、カプラ２６は、制御ユニット３により生成される電圧Ｖ１、Ｖ２の一対の直流電流を用いて制御される９０°分岐カプラであることが好ましい。カプラ２６は、マイクロストリップ線と無線周波数信号通信を行う。これらマイクロストリップ線は、それぞれポートＰ２〜Ｐ５のうちの１つと（位相シフタ２２ａ〜２２ｄのうちの１つを通じて）通信し、同一の電気的長さを有する。また、カプラ２６は、シフタ２２ａ〜２２ｄに類似する更なる４つの位相シフタを含み、これらは、ネットワークに移相を導入する容量を更に増大して、測位デバイス４の測位誤差を低減する。
【００５０】
図６および図７は、位相シフタ２２ａ〜２２ｄを示す。これら位相シフタは、例えば、Ｅ．Ｃ．Ｎｉｅｈｅｎｋｅ、Ｖ．Ｖ．Ｄ．Ｍａｒｃｏ、Ａ．Ｆｒｉｅｄｂｅｒｇの論文「Ｌｉｎｅａｒ  ａｎａｌｏｇ  ｈｙｐｅｒａｂｒｕｐｔ  ｖａｒａｃｔｏｒ  ｄｉｏｄｅ  ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔｅｒｓ」（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ、ＩＥＥＥ  ＭＴＴ−Ｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌで公開。ｐｐ．６５７−６６０、１９８５年６月）中の記載に従って実装される。この論文を、本説明の必須部分の１つであるとみなされたい。
【００５１】
各位相シフタ２２ａ〜２２ｄは、非常に類似した電気特性を有する２つのバラクタダイオードＤ１、Ｄ２を含む４ポートＲＦデバイスである。これら電気特性を電圧で制御することで、６０分法で０〜１５０°の範囲で入力信号を遅らせることが可能になる。さらに、各位相シフタ２２ａ〜２２ｄは、１対のセラミックコンデンサＣ１、Ｃ２を含む。セラミックコンデンサＣ１は、アンテナ２１ａ〜２１ｄのうちの１つと信号通信を行うポートＰ２〜Ｐ５のうちの１つのポートと直列に接続され、セラミックコンデンサＣ２は、ポートＰ１と信号通信を行う位相シフタ２２ａ〜２２ｄの出力ポートと直列に（カプラ２４を通じて）接続される。ダイオードＤ１、Ｄ２が制御電圧Ｖ１、Ｖ２によりそれぞれ逆向きに分極される間、コンデンサＣ１、Ｃ２は、ポートＰ１、カプラ２４、およびアンテナ２１ａ〜２１ｄを、制御電圧Ｖ１、Ｖ２のうちの１つの電圧が存在することに起因する直接成分から絶縁することで、逆分極電圧に応じた値を有する電気容量（入って来る信号の出力を遅らせるのに必要である）がもたらされる。位相シフタを出る信号に歪みが起こるのを回避する目的で、上記のように、ダイオードＤ１、Ｄ２の電気特性は、可能な限り類似しなければならない。こうしたダイオードＤ１、Ｄ２はＳｋｙｗｏｒｋｓ社のＳＭＶＡ１２４８−０７９ＬＦ型であることが好ましいが、これは、その型が同一の生産ロット内では非常に類似した特性を提供し、要する電圧Ｖ１、Ｖ２が相対的に低いからである。受信した信号が、電源電圧Ｖ１、Ｖ２を供給する線に沿って出て行くことを避けるために、ビームフォーミングネットワーク２５は、当業者には周知の種類のＲＦストップフィルタ２７を、位相シフタ２２ａ〜２２ｄのそれぞれ対して含んでもよい。
【００５２】
位相シフタ２２ａ〜２２ｄのうちの任意のシフタの入力／出力関係を、以下のように記述することができる。
【数３】
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ただし、Ｖｄｃは、電圧（定電圧）Ｖ１またはＶ２であり、Ｖｄｃの値は、実数（非複素数）であるので、電圧Ｖｄｃは、入って来る信号Ｉｎｓｉｇｎａｌに位相シフタ２２ａ〜２２ｄが課す位相遅れを、位相シフタに特有の既知の関数により規定する。
【００５３】
アンテナ２１ａ〜２１ｄを介して入って来る信号の振幅をアンテナアレイ２は決して変えないことを指摘しなければならない。反対に、アンテナアレイ２は、位相シフタ２１ａ〜２１ｄに相変異を課させるのみであり、こうすることで、ポートＰ１を介して出て行く信号が、コンステレーションＣの衛星から直接受信する信号のうちの少なくとも１つの信号間での強め合う干渉の結果、および／または、これら信号の反射間での崩壊的干渉の結果になる。
【００５４】
もちろん、ここまで説明した例に多くの変形を行うこともできる。
【００５５】
第１の別形は、説明を行った装置１と類似する本発明による装置を含み、第１の別形の装置の制御ユニットは、本明細書中で主な実施形態について記載した動作を実施するだけでなく、装置の位置を決定するように、すなわち、測位デバイス４が行う機能を実施するように構成される。
【００５６】
第２の別形は、上記の２つの実施形態の装置に類似する装置を含み、この装置は、例えば、ボート、航空機（例えば、マルチロータ航空機、飛行機、ヘリコプタなど）、または地上車などの移動手段上で動作することも可能である。
【００５７】
より詳細には、第２の別形の装置の制御ユニットの処理ユニットが、信号取得フェーズ中に、好ましくは加速度計（装置内に含まれうる）により生成される方位信号も取得するように構成される。この信号は、装置が搭載される移動手段のフレームと通常は一体になったアンテナアレイの（例えば、重力ベクトルに対する）空間的方位を規定する方位情報を少なくとも含む。さらに、処理ユニットは、制御生成フェーズ中に、方位情報にも基づいて制御信号を生成するように構成される。このようにして、コンステレーションＣの衛星のうちの少なくとも１つの衛星の位置に基づくだけでなく、アンテナアレイの向きにも基づいてアンテナを最適に構成することにより、本発明の装置が少なくとも１つの回転軸に沿って自体の傾きを変化させる場合でも、受信する衛星測位信号のうちの少なくとも１つの信号のキャリア対雑音比を増大させることが可能である。
【００５８】
さらに、本別形は、例えば、建物から僅か数メートルの距離を飛行する航空機に本デバイスが搭載される場合、すなわち、測位信号の反射が多い場合に特に興味深いことが分かっている。こうした状況では、実際に、航空機のトリムが僅か数十度のみ変化する（例えば、方向転換を行う）場合でも、受信されて、航空機の位置を決定するのに使用される信号のうちの少なくとも１つの信号のキャリア対雑音比が変化する可能性が非常に高い。本実施形態を用いれば、この効果を、アンテナアレイの向きの関数として、アンテナアレイを適当に再構成することで軽減することが可能である。
【００５９】
本説明では、本発明の実行可能な別形のうちのいくつかを取り扱ってきたが、他の実施形態を実施することもできることが、当業者には明らかであろう。こうした他の実施形態では、いくつかの要素が、技術的に均等な他の要素と置き換えられることもある。したがって、添付の特許請求の範囲に記載するような基本的な発明思想から逸脱することなく、多くの修正、改良、または、均等部品および要素の置換えを本発明に行うことができるので、本発明は、本明細書に記載する説明用の例に限定されない。
【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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【国際調査報告】
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