JP3549893B2 - マルチパスを除去するための複数のｇｐｓの受信装置 - Google Patents

Description

発明の背景
1.発明の技術分野
本発明は、電磁受信機に関し、特に人工衛星に設置された送信機からの信号を受信する地上基地アンテナを採用した衛星航法用受信機に関する。
2.従来技術
従来技術において、衛星航法システム用の地上基地受信機は知られている。そのような航法において、１個の地上基地アンテナは人工衛星から伝送されてきた信号を受信するように位置を定めて設置され、そして位置決め用に航空機に搭載されているような遠隔の受信機に伝送するためにその信号を処理する。地上基地アンテナにとって遭遇する問題は、電磁信号のマルチパス伝搬が、地上基地受信機によって発生させられる信号にエラーを与える原因となっていることである。特に、地上からとアンテナの水平位置の上にある物体からの放射の反射が、人工衛星から直接受信した信号と不必要な干渉を起こしている。これまでに、この問題に対するいくつもの解決策が提案されてきた。例えば、地上と物体からの反射を抑制すために、チョークコイルや吸収部材の様な保護部材がアンテナの周りを囲んで設けられている。
この方法は殆どの場合に充分な保護を提供しているが、アンテナの出力がなお、エラー信号が航空機に伝送されるかもしれないという結果を持ったエラー状態にある可能性がある。
本発明の簡単な説明
本発明は、相互に位置を離して設置され、それぞれが人工衛星からの伝送を示す出力信号を発生する複数のアンテナを提供することで、従来の問題を克服するものである。信号の位置は僅かに異なるので、受信機で発生させられた信号は僅かに異なるであろう。それ故、これらの信号は、予め定められたプログラムに従って、受信機の僅かな位置の違いに対して各信号を補正するように作動する１個または複数のディファレンシャル補正プロセッサに与えられる。このディファレンシャル補正プロセッサは、もしあったならば、受信機出力のどれがマルチパスエラーに起因したエラー状態にあるかを決定するのにも用いられ、且つ、処理結果の出力を発生する際にそれを除去する。本出願人の関連出願中のロッド スタンゲランド（Rod Stangeland）の出願PCT/US/ に開示され且つ請求範囲に記載されている如く、２個又はそれ以上のディファレンシャル補正プロセッサを用いることは、もしプロセッサが正確に作動しているならば全てが同じでなければならない３個のプロセッサの出力がヴォーティング（voting）回路に提供されることが可能であり、このヴォーティング回路はどれが誤りのあるプロセッサ出力であるかを決定するので、「フェイルセーフ」又は「フェイルオペレーショナル」なシステムを考慮に入れている。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の好ましい実施形態を示す回路図である。
好ましい実施形態の詳細な説明
図１において、３個のアンテナ10、12、及び14は、補正板と吸収部材16、18、及び20の上に、上記の関連出願ギル（Gille）に開示された方法でそれぞれ取り付けるように示されている。これらのアンテナは最大で凡そ100mの範囲で相互に異なる距離にある敷地の回りに注意深く位置を定めて設置されており、且つ、相互に関する位置は正確に知られている。これらのアンテナは離してあり、且つ、アンテナ用の敷地は適切に選定されているので、エラーを引き起こす反射信号の可能性は減少させられる。これらのアンテナは離れて設置されているので、もしエラーがあれば、それはこれらのアンテナの中の１個だけに通常は影響を及ぼし、少なくとも残りのアンテナには殆ど影響は及ぼさないであろう。それでもエラーが持続している場合、その基になっているアンテナは再度位置を変えて設置されてもよいし、又は、以下に記述するごとく、位置の違いに従って出力を調整するために用いられるアゴリズムによって補正されてもよい。
アンテナ10、12、及び14の出力は線22、24、及び26をそれぞれ経て、受信機30、32、及び34にそれぞれ与えられる。これらの受信機はアンテナの近く、又は要すれば、もっと離して設置されているが、そこからの出力は線36、38、及び40を経て、３個のディファレンシャル補正プロセッサ50、52、及び54に与えられる。各受信機30、32、及び34の出力は３個のディファレンシャル補正プロセッサ50、52、及び54の全てに与えられ、従って全てのディファレンシャル補正プロセッサは全ての受信機からのデータを受信するということを特に挙げておきたい。上述の如く、ディファレンシャル補正プロセッサは３個のアンテナ10、12、及び14の位置の違いに対応して補正するようにプログラムされ、且つマルチパス伝搬に起因するエラーを受信機出力のいずれか１つが含むならば、それを検出するようにようにプログラムされている。これを達成するために利用できるアルゴリズムと装置の一例は、マッツ ブレンナー（Mats Brenner）等の本出願人の関連出願PCT/US95/ に開示されている。また、適切なシステムは、ナビゲーショナル：ゼネラル オブ インスティチュート オブ ナビゲーション（the Navigational:General of Institute of Navigation）1991年夏、第38巻第２号、103〜122頁に発表されたローレンス ヴァロット、スコット スニーダー、及びブライアン シッパー（Lawrence Valot,Scott Snyder and Brian Schipper）による「進入と着陸ガイダンス用のディファレンシャルGPS/慣性航法システムの設計と飛行試験（“Design and Flight Test of ａ Differential GPS/Inertial Navigation System for Approach/Landing Guidance"）と題する論文に見出すことが出来るであろう。勿論、フェイルセーフ又はフェイルオペレーショナルな作動が必要でなければ、１個のディファレンシャル補正プロセッサのみが必要である。
もし、ディファレンシャル補正プロセッサ50、52、及び54が全て正確に作動するならば、これらのいずれの１つの出力60、62、及び64も最終的な補正出力として利用することが可能であろう。しかしながら、もし、上記スタンゲランド出願に開示されている如く、ディファレンシャル補正プロセッサの１つが不正確な作動をしているか否かを決定するためにフェイルセーフ又はフェイルオペレーショナルなシステムが要求されているならば、ディファレンシャル補正プロセッサの線60、62、及び64上の出力は、この分野で周知の標準的な設計で可能なヴォーティング回路70に与えられる。ヴォーティング回路70はディファレンシャル補正プロセッサ50、52及び54の出力を比較し、もしあるとすれば、どれがエラー状態にあるかを決定し、最終的な結果出力を線72上に発生する。もし、エラーが見つからなければ、線72上のヴォーティング回路70からの出力は、比較された値と同一である。もしディファレンシャル補正プロセッサが２個だけであって、且つ、その出力の１つがエラー状態にあると決定されたならば、システムは「フェイルセーフ」状態にあり、線72上に有効な出力は発生できないということを示すであろう。もし、ディファレンシャル補正プロセッサが３個又はそれ以上用いられたならば、ヴォーティング回路70は誤りのある出力は全て捨て、システムは線72上の最終的な結果出力を正確な大多数の値と同じにする「フェイルオペレーショナル」状態にある。いずれにしても、線72上の出力は航空機に伝送されるべき情報を提供するのにその時は用いられる。
遠隔源からの情報を入手する受信機から正確な出力を発生させるシステムが提供されたこと、及び、マルチパス伝搬に起因する可能性のあるエラーを除去できたことが理解されよう。本発明は好ましい実施形態に関して記述されたが、この分野の通常の知識を有する者は本発明の精神並びに範囲から離れることなく形式や詳細について変更が可能であることを認識されるであろう。

Claims (4)

1. それぞれが遠隔の送信機から受信した値を表す出力を発性する複数の受信機からの信号に対応して正確な値を決定する方法において、
   A.あらゆるマルチパス伝搬が受信機に別々に影響を与えるように、これらの受信機を空間的に離れた場所に位置を定めて設置するステップと、
   B.マルチパス伝搬に起因するエラーがあるか否かを決定し、且つ正確な値を表す結果出力を発生するように受信機の出力を処理するステップと
   を含む方法。
2. 更に、
   A1.異なる位置にある受信機に起因するあらゆる違いに対応して受信機の出力を補正するステップを含む請求項１記載の方法。。
3. 異なる位置に設置されて、遠隔の送信機から伝送されてきた信号を受信して、これらに関連した出力を、その出力の中の１つはマルチパスに起因したエラー状態にある可能性のある出力を発生する複数の受信機と、
   前記受信機の出力を受信し、位置の違いに従って受信機の出力を補正し、且つマルチパス伝搬エラーを包含する全ての受信機の出力も除去するように接続された複数の補正回路手段と
   を有する信号受信装置。
4. 信号受信装置は衛星航法システムの一部であり、且つ遠隔の送信機が人工衛星である請求項３に記載の装置。

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