JP2003518632A - Ｇｐｓ地上ハイブリッド位置決定システム方程式に対する代数的解を決定する方法および装置 - Google Patents
Ｇｐｓ地上ハイブリッド位置決定システム方程式に対する代数的解を決定する方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＧＰＳ地上ハイブリッド位置決定システム方程式に対する代数的解を決定する方法および装置
【解決手段】 ハイブリッド位置決定システムで使用するための方法および装置。この方法および装置は、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）および地上トランシーバ局からの測定値を結合して、装置の位置を計算する。ハイブリッド位置決定システム方程式の代数的解は、開示された方法および装置から出力される。この方法および装置は、従来の反復最少平均二乗法の使用に対して非反復方法を使用する装置の位置を決定する。本発明の方法は、非反復解法が望ましいシナリオで位置決定システムの方程式を解くために使用できる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、一般に装置の位置を決めること、特にグローバルポジショニングシ
ステム（ＧＰＳ）衛星から供給される、位置決定システム(position location s
ystems)に関する情報に基づいて装置の位置を決める方法と装置に関するもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】 グローバルポジションシステム（ＧＰＳ）および地上移動通信の最近の発達は
、ＧＰＳ機能性をセルラ移動局のような移動通信装置に統合することを望ましく
する。セルラ地球位置(geolocation)問題は、ネットワークベース方法あるいは
ハンドセットベース方法のいずれかを使用して解決できる。 【０００３】 地上の位置 ネットワークベース解法は、移動局から送信され、複数の固定基地局で受信さ
れる信号による。これは、基地局で移動局信号の到達時間（ＴＯＡ）を測定する
ことによって行うことができる。移動体は、異なる基地局における同じ信号の到
達時間の差によって規定される双曲線上にある。正確な位置推定値は、正確な同
期化および信号構造（帯域幅等）によって決まる。 【０００４】 ＧＰＳベース位置決定 ＧＰＳベース位置決定は、１２時間毎に地球を回る２４の衛星（加えて１つあ
るいはそれ以上の軌道上の予備）の集合体による。この衛星は２６，０００ｋｍ
の高度にある。各衛星は、２つの信号、すなわちＬ１（１５７５．４２ＭＨｚ）
およびＬ２（１２２７．６０ＭＨｚ）を送信する。Ｌ１信号は、２つの擬似ラン
ダム雑音（ＰＮ）コード、すなわち保護（Ｐ）コードおよび粗／同期補足(coars
e/acquisition)（Ｃ／Ａ）コードで変調される。Ｌ２信号はＰコードだけを伝送
する。各衛星は、固有コードを送信し、受信機が信号を識別することを可能にす
る。民間のナビゲーション受信機はＬ１周波数のＣ／Ａだけを使用する。 【０００５】 ＧＰＳを支持する考え方は、位置を決定する基準点として宇宙の衛星を使用す
る。３つの衛星からの距離を正確に測定にすることによって、受信機は、地球上
のどこであろうとその位置を「三角測量する」。受信機は、信号が衛星から受信
機に伝わるのに必要とされる時間を測定することによって距離を測定する。しか
しながら、伝達時間を測定する際の問題は、信号が衛星を出た時間を正確に知ら
なければならないことにある。これを行うために、全衛星および受信機は、正確
に同じ時刻に同じコードを発生するように同期化される。したがって、信号が衛
星を出た時間を知り、その信号を受信する時間を内部時計に基づいて観測するこ
とによって、受信機は信号の移動時間を決定できる。受信機がＧＰＳ衛星と同期
される正確な時計を有する場合、３つの衛星からの３つの測定値は、３次元の位
置を決定するのに十分である。各擬似距離（ＰＲ）測定値は、対応する衛星に中
心がある球体の表面上の位置を示している。ＧＰＳ衛星は、ＧＰＳマスタプラン
（master plan）に従って非常に正確な軌道に配置されている。ＧＰＳ受信機は
、各衛星が所定の時間に上空のどこにあるかを示す記憶された「暦」を有する。
地上局は、ＧＰＳ衛星の軌道の変化を観測するためにＧＰＳ衛星を連続して監視
する。一旦衛星位置が測定されると、この情報は、中継され衛星に戻され、衛星
は、ナビゲーションメッセージの一部として衛星のタイミング情報とともにこれ
らの若干の誤差「天体位置表」を受信機に送る放送する。 【０００６】 ＧＰＳ受信機に正確な時計を具備ことは非常に高価である。実際には、ＧＰＳ
受信機は、それ自体の時計に対して４つの衛星からの到達時間差を測定し、次に
ユーザの位置およびＧＰＳ時間に対する時計のバイアスの両方に対する値を求め
る。図１は、４つの衛星１０１、１０２、１０３、１０４およびＧＰＳ受信機１
０５を示している。４つの衛星からの到達時間差を測定することは、図１に示さ
れるようなＰＲ測定値および衛星位置（衛星データ）を与える４つの未知数を有
する４つの方程式の系を解くことを含む。換言すると、受信機の時計の誤差のた
めに、４つの球は、単一点で交差しない。この受信機は、それで、４つの球が１
つの点で交差するようにその時計を調整する。 【０００７】 ハイブリッド位置決定システム 地上の位置決定の解法およびＧＰＳの解法は互いに補足する。例えば、田舎の
地域および郊外地域では、あまり多くの基地局は移動局と連絡を取れないが、Ｇ
ＰＳ受信機は、４つあるいはそれ以上の衛星を認識できる。反対に、密集した都
市圏および建物内部では、ＧＰＳ受信機は、十分な衛星を検出できない。しかし
ながら、移動局は、２つあるいはそれ以上の基地局を認識できる。ハイブリッド
解法は、移動局およびネットワークの両方に既に利用可能であるセルラ／ＰＣＳ
情報を利用する。ＧＰＳ測定値および地上測定値を結合することは、位置の決定
の有効性にかなり改良を与える。ハイブリッド位置決定システムは、地上ネット
ワークからの往復遅延（ＲＴＤ）測定値およびパイロット位相測定値をＧＰＳ測
定値と結合してもよい。 【０００８】 ハイブリッド方式は、ＧＰＳ測定値およびネットワーク測定値を組み合わせ、
移動局の位置を計算する。移動局は、ＧＰＳ集合体およびセルラ／ＰＣＳネット
ワークから測定値を収集する。これらの測定値は、移動局位置の推定値を生成す
るように結合される。 【０００９】 十分なＧＰＳ測定値が使用可能である場合、ネットワーク測定値を使用するこ
とは必要ない。しかしながら、衛星が４個未満の場合、あるいは幾何学的配列が
良くない場合、４つあるいはそれ以上の衛星測定値、該測定値は、ネットワーク
測定値で補足されねばならない。解を得るための最少数の測定値は、未知数の数
に等しい。このシステムは、４つの未知数（３つの座標およびＧＰＳ受信機時間
バイアス）を有するので、解を得るための最少数の測定値は４である。利用可能
でない、いかなる衛星測定値の場合も往復遅延（ＲＴＤ）測定値は、基地局まで
の距離を決定するために使用されてもよい。ＲＴＤ測定値も、時間補助情報を与
えるために使用されてもよい。さらに、ＰＮオフセット擬似距離のような他の情
報（時間バイアスが衛星に対して同じである場合）、ＰＮオフセット差（時間バ
イアスが異なる場合）および高度補助は、付加的情報をもたらすので、求める未
知数（すなわち、ｘ、ｙ、ｚ、および時間オフセット）を含む方程式の数を増加
させる。方程式の全数が４よりも大きい限り、解を見つけることができる。 【００１０】 往復遅延（ＲＴＤ） 基地局の各セクターの順方向リンク上のパイロットタイミングは、ＧＰＳシス
テム時間と同期される。移動局の時間基準は、復調で使用される最も早く到達す
る使用可能なマルチパス構成要素の移動局アンテナコネクタで測定されるような
発生の時間である。移動局の時間基準は、逆トラフィックチャネルおよびアクセ
スチャネルの送信時間として使用される。 【００１１】 図２は、１つの地上トランシーバ局２０１および移動局２０２を示している。
図２に示されるように、移動体２０２は、サービング（serving）基地局２０１
からの受信時間の基準をそれ自体の時間基準として使用する。それ自体のハード
ウェア遅延およびソフトウェア遅延の原因を示すと、移動局は、順方向リンクお
よび逆方向リンクが本質的に等しい伝搬遅延を有すると仮定すると、合計２τだ
け遅延されるサービング基地局２０１に受信して戻されるようにその信号を送信
する。全遅延は、移動局２０２からの受信信号を時間Ｔｓｙｓの基準信号と相関
付けることによって基地局で測定される。測定されたＲＴＤは、（基地局側のハ
ードウェア遅延の校正後の）移動体２０２と基地局２０１との距離の２倍に相当
する。 【００１２】 サービング基地局のＰＮの情報は、（おおまかな到達角（ＡＯＡ）測定のよう
な区分化のために）不明確さを解決することを助けるためにも使用することがで
きることに注意しなければならない。 【００１３】 パイロット位相測定 移動局は、アクティブパイロットおよび隣接パイロットを連続して探索してい
る。この過程では、移動局は、受信する各パイロットのＰＮオフセットを測定す
る。時間基準がＰＮオフセットおよび衛星測定値の両方で同じである場合、（対
応するアンテナコネクタで測定されるような）これらの測定値のバイアスは同じ
である。そのときこれらは、両方擬似距離とみなすことができる。 【００１４】 時間基準が異なる場合、単に各パイロットと基準（最も早い到達）パイロット
とのＰＮオフセット差を使用できる。パイロットＰＮ位相差は、２つの基地局か
らの２つのパイロットの到達時間差（ＴＤＯＡ）と同じである。図４は、２つの
このような基地局４０１および移動局４０５を示している。 【００１５】 大部分のセルラシステムでアンテナは区分化され、各ＰＮは、基地局よりもむ
しろセクターに関連していることに注目せよ。したがって、各測定値は、ＴＤＯ
Ａ情報に加えて、不明確さを解決するために使用できるあるレベルの到達角度情
報（ＡＯＡ）を与えることができる。 【００１６】 高度補助測定 常に電話がどのセクターと通信しているかを決定することができる。これは、
電話の位置の推定値を３キロメートルから５キロメートル以内に与えることがで
きる。ネットワーク計画は、通常カバレージエリアのディジタルマップに基づい
て行われる。地形情報およびセクターの情報に基づいて、常にユーザ仰角の申し
分のない推定値を得ることができる。 【００１７】 ３つの衛星による３Ｄ位置決め 図３は、３つの衛星３０１、３０２、３０３、地上トランシーバ局３０４、お
よび移動局３０５を示している。図３に示されるように、移動局３０５は少なく
とも１つの基地局３０４からＣＤＭＡ信号を受信するので、移動体３０５は、シ
ステム時間を得る。システム時間のその検知は、移動局３０５と基地局３０４と
の間の伝搬遅延τだけサービング基地局３０４の正確なシステム時間に対して遅
延される。一旦移動局３０５がシステムにアクセスしようと試みるかあるいはト
ラフィックチャネル上にあると、伝搬遅延τは、ＲＴＤ／２によって推定される
。この推定値は、「正確な」ＧＰＳ時間に一致するように移動システム時間を調
整するために使用できる。いま、移動局３０５内の移動時計はＧＰＳ時間と同期
化される。したがって、３つの衛星３０１、３０２、３０３からの３つの測定値
が必要される。移動システム時間はこの信号が直接パスあるいは反射パスをとる
かどうかにかかわらずτだけＧＰＳ時間からシフトされているために、マルチパ
スはシステムの性能に影響を及ぼさないことに注目せよ。基地局３０のＲＴＤ測
定の代わりに、パイロット位相オフセットの移動局の測定値は、必要とされる衛
星数を３つに減らすために使用できる。 【００１８】 ２つの衛星による３Ｄ位置決め タイミングのためにサービング基地局のＲＴＤを使用することに加えて、サー
ビング基地局は、図５に示されるように距離を突き止めるためにも使用できる。
図５は、２つの衛星５０１、５０２、基地局５０４、および移動局５０５を示し
ている。サービング基地局５０４の距離は、Ｒ３＝Ｃτによって示され、ここで
、Ｃは光速である。ここでマルチパスは位置決め精度に影響を及ぼす。所定の幾
何学的配置のシナリオの下では、２つの不明確な解を得ることができることに注
目せよ。この不明確さは、区分化情報あるいは順方向リンク情報のいずれかを使
用することによって解決できる。例えば、隣接するパイロットのパイロットＰＮ
位相差は、生じる不明確さを解決するために使用できる。さらに、パイロット位
相測定値は、ＲＴＤ測定値の代わりにあるいはＲＴＤ測定値に加えて使用されて
もよい。 【００１９】 １つの衛星による３Ｄ位置決め このシナリオでは、提案された方式は、セルラ／ＰＣＳネットワークからの１
つの付加測定値を必要とする。この付加測定値は、順方向リンク上の第２のＲＴ
Ｄ測定値あるいはパイロット位相オフセットのいずれかであり得る。図６は、衛
星６０１、２つの地上トランシーバ局６０４および移動局６０５を示している。
計算された位置に及ぼすマルチパスの影響を減らすために、移動局６０５は、最
も早い到達路のパイロット位相を報告する。 【００２０】 異なる種類の測定値を結合する場合、反復解法（例えば、周知の「ニュートン
アルゴリズム」ベース傾斜方式）は、解（すなわち、求められる装置の位置）を
決定するために使用されてもよい。しかしながら、反復解法が使用される所定の
シナリオでは、２つの解が可能である。反復解法で使用される測定値の二次特性
（すなわち、解が必要とされる未知数の少なくとも１つが２乗されるという事実
）のために２つの解が可能である。２つの解の可能な存在は解の不明確さを形成
する。すなわち、２つの解のどれが求められる位置を示しているかは明らかであ
る。これは、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）を含む（ＡＯＡを除
く）全種類のポジショニングシステムに応用する。 【００２１】 不明確さの存在は、測定値の冗長性の存在および位置情報を供給する衛星およ
び地上トランシーバ局の相対位置による。測定値に冗長性が全然ない場合常に不
明確さがある。しかしながら、冗長性がある場合、不明確さが常に存在するが、
幾何学的配置は、供給される情報量が付加測定値に照らしてさえ不十分であるほ
どの配置である。しかしながら、これらはまれな出来事である。 【００２２】 反復方法は、他の解の存在あるいは位置の少しの指示なしに解の中の１つに集
束する。集束する特定の解は、使用される初期条件によって単に決まる。 【００２３】 ＧＰＳの場合、衛星の距離のために、不明確な解は、一般的には地球の表面か
ら非常に離れている。したがって、地球の表面に近い初期条件が与えられる場合
、反復方法が間違った解に集束することは不可能である。しかしながら、衛星測
定値を基地局測定値と結合する場合、２つの不明確な解が互いに接近しているこ
とはまさしく可能である。したがって、反復方法は、集束される解が正確な解で
あるかどうかあるいはともかく２つの解があるかどうかに関する明らかな決定な
しに２つの解の中の１つに任意に集束する。 【００２４】 ２つの解が存在する場合、徹底的な探索は両方の解を識別するために実行でき
る。しかしながら、１つの解だけが存在する場合、１つの解だけが存在するとい
う決定を行うことができる前に最少平均二乗法（ＬＭＳ）反復方法を数回実行す
る必要があり得る。バンクロフト（Ｂａｃｒｏｆｔ）（１９８４年１月８日にＩ
ＥＥＥによって発行された「ＧＰＳ方程式の代数的解法（Ａｎ Ａｌｇｅｂｒａ
ｉｃ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＧＰＳ ｅｑｕａｔｉｏｎ）」）およ
びシッパア（Ｓｃｈｉｐｐｅｒ）（１９９７年８月５日に出願された米国特許第
５，９１４，６８６号の「擬似距離方程式の正確な解の利用（Ｕｔｉｌｉｓａｔ
ｉｏｎ ｏｆ Ｅｘａｃｔ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｓｅｕｄ−ｒ
ａｎｇｅ Ｅｑｕａｉｔｏｎ）」）の両方によって示された代数的方法は、全測
定値が同じ時間バイアスを有することを必要とする。これは、代数的方法と併用
できる測定値の種類に対する抑制する要求である。したがって、ＣＤＭＡ通信シ
ステム基地局からの測定値が情報源の中の１つとして使用される場合、ＰＮ位相
測定値は、基地局への擬似距離を決定するために使用される。ＰＮ位相測定値の
使用は、ＧＰＳ受信機が時計周波数に対してばかりでなく、時計位相に対しても
なくセルラトランシーバと同期化されるべきである。 【００２５】 前述されるように、使用することは有利である他の測定値は、その位置が求め
られる装置とセルラ通信基地局のような地上トランシーバとの間でのＲＴＤの測
定値である。しかしながら、（０である）ＲＴＤの測定値から生じる距離測定値
の時間バイアスはＧＰＳ測定値に関連した時間バイアスと同じでないので、ＲＴ
Ｄから得られる距離測定値は代数的解法には全然使用できない。代数的解法が不
明確な解を識別する最も有用な方法であるために、この方法は、使用可能である
測定値の全てを使用できるべきである。 【００２６】 したがって、ハイブリッド位置決めシステム方程式と併用するための方法を実
行するより用途の広い代数的方法および装置が示されている。 【００２７】 【発明の概要】 開示された方法および装置は、ハイブリッド位置決定システムで使用される。
開示された方法および装置は、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）お
よび地上トランシーバ局からの測定値を結合して、装置の位置を計算する。ハイ
ブリッド位置決定システム方程式の代数的解は、開示された装置から出力される
。この方法および装置は、従来の反復最少平均二乗法の使用に対して非反復方法
を使用する装置の位置を決定する。本発明の方法は、非反復解法が望ましいシナ
リオで位置決定システムの方程式を解くために使用できる。あるシナリオ（scen
arios）では、位置決定システム方程式は２つの可能な解を有してもよい。反復
方法は、他の不明確な解の存在のいかなる指示もなしに解の１つに集束する。さ
らに、反復方法は、２つの不明確な解のうち不正確な解に集束してもよい。現在
開示されている方法および装置の使用は両方不正確な解を生じる。この代数的方
法は、次に代数的方法からの解を装置位置の初期の推定値として使用する反復方
法で対処されてもよい。異なる処理はそれで正確な解を選択できる。したがって
代数的方法は、不正確な解の存在を検出し、両方の解を探すために使用できる。 【００２８】 開示された方法および装置がハイブリッドＧＰＳおよびセルラ位置決定システ
ムに関して説明されることは当業者によって理解されるべきである。しかしなが
ら、開示された方法および装置は、同様に統合ＧＰＳおよび長距離ナビゲーショ
ン（ＬＯＲＡＮ）あるいは他のこのような地上システムのような衛星測定値ある
いは地上測定値を結合するいかなる位置決定のシステムにも応用できる。 【００２９】 本発明は、下記の図面とともに行われるその好ましい実施形態の下記の詳細な
説明からより詳細に理解される。 【００３０】 【発明の実施の形態】 【数１】 概要 開示された方法および装置は、位置決定システムで装置の位置を決定するため
に地上トランシーバ局および衛星（すなわち、ハイブリッド位置決定システム）
の両方を使用するシステムである。現在示されている方法および装置は、受信機
の位置を決定するのに十分な衛星測定値がないかあるいはより正確な位置が衛星
およびセルラ通信システムの基地局のような地上トランシーバ局の組み合わせを
使用して決定できるハイブリッド位置決定システムで最も有用である。 【００３１】 開示された方法および装置によれば、「代数的」方法は、２つの解が存在し、
両方の解の値が反復なしであるかどうかを決定するために使用される。したがっ
て、代数的方法の使用は、不正確な解の両方を得るのに好ましい。開示された方
法および装置は、ナビゲーションの方程式のシステムの代数的（すなわち、非反
復近似）解を与える。この系のナビゲーションの方程式は、下記の各々に対する
１つの方程式を含む。すなわち、（１）高度補助情報によって決定されるような
装置の高度、（２）衛星測定値、（３）時間補助情報（すなわち、受信機時計バ
イアスの推定値）および（４）地上測定値。開示された方法および装置は、非反
復解法が望ましいシナリオで系のナビゲーションの方程式を解くために使用でき
る。 【００３２】 ここで提示された近似は、衛星測定値およびユーザ位置の初期推定値の近くの
高度補助測定値を線形化することによる。衛星測定値および高度測定値を線形化
することは、平方にされる（すなわち２乗にされる）項を取り除くことを意味す
る。開示された方法および装置の一実施形態では、ユーザ位置の初期推定値は、
ユーザがどの区分化された地上トランシーバ局と通信しているかを示す情報（Ｅ
９１１フェーズ１に対する情報と等しい）を使用することによって得られる。そ
れとは別に、最初の位置決定は、前述の位置決定、他の位置決定技術等によって
得られる情報のような当該位置を推定するいかなる他の手段によっても決定でき
る。開示された方法および装置の他の実施形態では、初期推定値は、サービング
セクター(serving sector)の中心あるいはサービング基地局そのもののいずれか
である。推定がこのサービングセクターの位置および／またはサービング基地局
に関する情報あるいは求められる位置決定の妥当な推定値を与える任意の他の情
報を使用して行うことができることを理解すべきである。 【００３３】 サービング基地局の位置決定に基づいた初期推定値は、一般的には正確に１０
〜１５ｋｍ内にある。２乗される未知数（すなわち、二次未知数）が単一変数を
形成するように一緒にグループ化できる場合、代数的位置決定方法を利用できる
ために、衛星測定値および高度補助測定値を線形化することによって行われる近
似が必要とされる。この変数は、ナビゲーションの方程式の各々において同じ方
法を規定されねばならない。これは、上記に示された４つの種類のナビゲーショ
ンの方程式がこれらの方程式の各々の形式の差により示されている場合に可能で
ある。衛星測定値および高度補助測定値を線形化することは、二次未知数の数を
減らすので、二次未知数を一緒にグループ化し、ナビゲーションの方程式の各々
を通じて一貫した定義を有する二次変数として規定することを可能にする。 【００３４】 解の１つが基準点から１５ｋｍ以上である場合、この解は不正確である。しか
しながら、この解が基準点の１５ｋｍ以内にあるべきであると予め決めたので、
このような不正確な解は、所望の解でない。基準点がユーザの１５ｋｍ以内にあ
ると予め決定できない場合（すなわち、セルがオーストラリアにあるような１５
ｋｍよりも大きい半径を有するシステムでは）、高度情報が平面波近似によって
近似されない場合、近似の精度を改良できる。 【００３５】 したがって、高度情報が線形化される場合、不正確な解の１つだけが基準点の
中心の１０〜１５ｋｍ以内にある限り、不正確さを解決できる。両方の解が基準
点の１５ｋｍ以内にある場合、この近似は両方の解に対して有効である。したが
って、両方の解に対する推定値は正確であり、一方の解は、他方の解に対して選
択できない。したがって、他の基準は、所望の解と間違った解とを識別するため
に使用されねばならない。 【００３６】 一旦近似解が決定されると、近似解は、より正確な反復解を決定する初期条件
として使用できる。近似解からの解を移動局位置決定の初期推定値として使用す
ることは、近似によって導入されるエラーがない解への速い集束を行う。 【００３７】 正確な解を識別するために使用できる基準のいくつかは、下記のことを含むが
、これに限定されない。（１）セクター角開口（すなわち、セクターの角度の大
きさ）および配置、（２）予想されるセルサイズに対するサービング基地局への
距離、（３）冗長性がある場合、２つの解の相対ＬＭＳコスト、（４）受信信号
電力および（５）ネットワーク計画に役立つカバレージマップ。カバレージマッ
プは最適基準を構成する。 【００３８】 本書の方法の説明はハイブリッドＧＰＳおよびセルラ位置決定システムを一例
として使用するが、この方法は、衛星測定値および地上測定値を結合する、統合
ＧＰＳおよびＬＯＲＡＮのようないかなる位置決定システムに容易に用いること
ができる。 【００３９】 異なる種類の地上測定値がある。これらは、３つのカテゴリー、すなわち距離
、擬似距離あるいは距離差の１つに属するものとみなされてもよい。さらに、時
計バイアスおよび／または高度推定値は利用可能であってもよい。後述される代
数的方法および装置は、衛星測定値および基地局測定値の下記の組み合わせのい
ずれかを処理できる。 【００４０】 １．同じバイアス（平面波近似がある場合あるいは平面波近似がない場合）を
有する擬似距離としての地上測定値および衛星測定値。 【００４１】 ２．（平面波近似を使用する）距離差としての地上測定値および擬似距離とし
ての衛星測定値。これは、擬似ランダム雑音（ＰＮ）オフセット差（衛星とは異
なるバイアス）およびＲＴＤの両方が利用可能である場合に相当する。次に、距
離測定値は全距離差を距離に変換するために使用される。 【００４２】 これらの測定値の組み合わせのいずれかにも追加できる。 【００４３】 ・時計バイアス推定値 ・高度補助（地球を平面として近似する） 本文で説明された技術は他の種類の測定値まで拡張できる。 【００４４】 定義 この節では、本文の残りを通じて使用される表記法が定義される。下つき添字
「ｓ」は、衛星測定値および衛星位置を示すために使用される。下つき添字「ｂ
」は基地局測定値および基地局位置を示すために使用される。記号γ、ρ、δは
、距離、擬似距離および距離差をそれぞれを示すために使用される。エンティテ
ィの座標は、ｘｅｎｔ −＝［ｘｅｎｔ ｙｅｎｔ ｚｅｎｔ］として示される。
この系の未知数は、ｕ−＝［ｘ− ｂ］Ｔ＝［ｘ ｙ ｚ ｂ］Ｔとして示され
る。変数ｂは衛星測定値時間バイアスを示している。文字「ｂ」は、バイアスが
衛星測定値の場合と同じであると仮定できる場合に基地局測定値のために使用で
きる。従来の表記法および従来の定義は、ベクトルの規準、すなわち｜ｘｉ −｜
＝（ｘｉ ２＋ｙｉ ２＋ｚｉ ２）１／２および２つのベクトルの内積、すなわち＜
ｘｉ −、ｘｊ −＞＝ｘｉｘｊ＋ｙｉｙｊ＋ｚｉｚｊのために使用される。 【００４５】 ナビゲーションの方程式の操作で行われる近似は、受信機位置の推定値が１０
〜１５ｋｍ以内にあるために正確であると仮定する。一般に、電話への最も早い
到達時間を有するセクターはサービングセクターと呼ばれる。この基準点は、サ
ービングセクターのカバレージエリアの中心である。セクターのサイズが１０〜
１５ｋｍよりも大きい場合、基準点がこの結果に従って更新される開示された方
法の反復を実行する必要があり得る。しかしながら一般には、これは必要でない
。 【００４６】 高度補助 移動局の高度推定値は、地上情報、前述の位置決定、あるいは他のソースある
いは測定値から利用できてもよい。移動位置ｘｍ −＝［ｘｍ ｙｍ ｚｍ］が地
球に中心がある地球固定（ＥＣＥＦ）座標で規定される場合、高度推定値は、｜
ｘｍ −｜の推定値である。代数的解法を助ける高度を含むために、代数的方法の
二次項の選択を制限しないように高度補助方程式を一次方程式として示さなけれ
ばならない。これは、高度推定値が（回転基準点の所定の半径内の）系の方程式
の未知数の線形結合になるように座標フレームを回転させることによって行うこ
とができる。 【００４７】 Ｚ軸が移動局の位置の初期推定値として選択される点を通過するようにＥＣＥ
Ｆ座標フレームを回転させる。セルラ基地局およびＧＰＳ衛星のような地上トラ
ンシーバ局を使用するハイブリッド位置決定システムの場合、この初期推定値は
、選択された基地局のカバレージエリアの点であり得る。基地局測定値が擬似距
離あるいは距離である場合、サービングセクターの中心は初期推定値として使用
できる。基地局測定値が距離差である場合、サービング基地局（距離差基準）は
、初期推定値として使用されねばならない。これは、距離差測定値の場合この方
法によって課された制約による。 【００４８】 移動局位置の初期推定値が移動局の正確な位置に近い場合、移動局高度の推定
値は、新しい回転座標フレームの移動局のＺ座標の推定値である。線形化は、高
度推定値を移動局のＸ座標あるいは（前述されるようなＺ軸の代わりに）Ｙ座標
の推定値に変換することによって二者択一的に行うことができる。回転マトリッ
クスＴは下記のように計算される。 【００４９】 ｒ０ −＝［ｘ０ ｙ０ ｚ０］が移動局位置のための初期推定値のＥＣＥＦ座
標を示す場合、これらの座標は、下記のように球座標系に変換できる。θ、ψお
よびｒは球座標フレームの座標である場合、 【数２】 である。 【００５０】 回転マトリックスは球座標の関数として示すことができる。 【００５１】 【数３】 回転マトリックスＴを使用し、回転座標系の全衛星および基地局の新しい座標
を計算する。 【００５２】 【数４】 ｓｉ −は、ＥＣＥＦ座標の衛星ｉの座標を示し、ｓｉＴ −は、回転座標系の衛
星ｉの座標を示す。したがって、式（５）は、ＥＣＥＦ座標の衛星の座標から計
算されるように回転座標系の衛星ｉの座標を示す。したがって、回転座標系の移
動局のＺ座標のための推定値が与えられる。Ｚ座標の推定値は、新しい一次方程
式、ｚ＾＝ｚを系の方程式に加えることによって単に考慮することができる。こ
の方法の１つの目的は、λによって系の方程式を定義することにある。式６ａは
、一次変数λによって求められる位置を示す手段をもたらす。変数Ａａ、ｌａ、
およびｃａは、等号を正確にするために選択される。 【００５３】 【数５】 式６ｂでは、ＡＡは、一次元マトリックス［００１０］に等しく、λは、４つ
の未知数ｘ、ｙ、ｚ、およびｂを含む一次元マトリックスに等しく、ｌａはゼロ
に等しく、ｃａはｚ＾に等しい。 【００５４】 【数６】 式６ｂの形式は、下記で分かるように、高度情報を既知であり、衛星測定値お
よび基地局測定値のような他の情報と結合することをより容易にする。 【００５５】 衛星測定値 ［ｘｍ ｙｍ ｚｍ］をその位置が求められる移動局の位置とし、［ｘｓｉ
ｙｓｉ ｚｓｉ］を衛星Ｓｉの位置とする。ｂを受信機時計バイアスとする。し
たがって、各衛星に対する擬似距離測定値ρｉ（ここで、ｉ＝１、．．．ｎ）は
下記のように示すことができる。 【００５６】 【数７】 衛星は地球からはるかに離れているために、平面波近似を使用することは妥当
である。平面波近似は、衛星からある距離の球体の代わりに、衛星測定表面は衛
星からある距離の平面である。 【００５７】 ベクトルは、ν ｓｉ＝（ｘｒ−ｘｓｉ）／｜ｘｒ−ｘｓｉ｜として規定され、
照準線は、衛星からの基準になる。衛星測定方程式は、下記のように記述できる
。 【００５８】 【数８】 式８ｂは式８ａから続くことが分かる。 【００５９】 【数９】 系の方程式は、求められる位置に対する各セットの衛星測定値の関係を示す下
記の形式に記述できる。 【００６０】 【数１０】 式８ｂを複数の衛星ｓ１からｓｎの各々に対して式９ａの形式で記述すると、
下記のようになる。 【００６１】 【数１１】 時間補助 基準基地局で行われるＲＴＤ測定は、移動局時計のバイアスを推定するために
使用できる。ＲＴＤ測定は、移動局に到達するために基地局から送信され、移動
局によって再送信され、基地局によって受信される信号に対して必要とされる時
間量を測定し、移動局による同期再送信（すなわち、送受信信号が同期している
）をとることによって行われる。伝搬時間が両方向で等しいとの仮定が行われる
場合、信号が基地局から移動局まで移動するのに必要とされる時間量は、ＲＴＤ
測定値の１／２から決定できる。したがって、移動局時計は、信号が基地局と移
動体との距離を通過するのに必要とされる時間量だけ基地局時計からずらされる
ので、基地局に対する移動局時計バイアスを決定できる。移動局時計は、ＧＰＳ
擬似距離を測定するために時間基準として使用されることに注目すべきである。
したがって、 【数１２】 である。 【００６２】 ここで、ｂ＾は、ＧＰＳ擬似距離測定を実行するために使用される時間基準の
バイアスｂの推定値である。時計バイアスは、前述のナビゲーション解法のよう
な他のソースあるいは測定値からも利用可能であり得る。時計バイアスの推定値
は、新しい一次方程式、ｂ＾＝ｂを系の方程式のために使用される形式で示すこ
とによって単に考慮できる。 【００６３】 【数１３】 地上測定値およびシステム解法 地上測定値は３つの方法で処理できる。 【００６４】 １．地上擬似距離 ２．地上距離 ３．地上到達時間差 擬似距離としての地上測定値 移動局によって形成されるパイロット位相測定値は擬似距離とみなされる。Ｇ
ＰＳおよびＬＯＲＡＮの両方を使用する系では、ＬＯＲＡＮ測定値は擬似距離と
みなされてもよい。地上測定値が擬似距離とみなされる場合、これらは下記のよ
うに示すことができる。 【００６５】 【数１４】 ここでｂｔは各測定値のバイアスである。 【００６６】 測定値の各々に対して、下記の操作を実行する。最初にｂｔを両辺から減算す
る。次に、式の両辺を二乗すると下記のようになる。 【００６７】 【数１５】 次に、各辺が展開されると、下記のようになる。 【００６８】 【数１６】 次に、二次項の全ては式の右辺に集められると下記のようになる。 【００６９】 【数１７】 二次変数、λ＝｜ｘ｜２−ｂｔが定義される。式（１３ｃ）は下記のように記
述できる。 【００７０】 【数１８】 各基地局に対する演算を擬似距離測定値の式（１３）および（１４）で実行で
きる。したがって、複数の基地局ｂ１からｂｎに対する系の方程式は、そのとき
下記のように所望の形式で示すことができる。 【００７１】 【数１９】 高度補助、衛星測定値および式（６）、（９）、および（１１）のそれぞれに
に規定されるような時間バイアス測定値は、この段階でこの系に付加できる。こ
の場合、二次項はとにかく同じであるので衛星測定値に対する平面波近似を使用
する必要がないことを注目せよ。したがって、ここで基地局測定値に用いられた
同じ操作は衛星測定値に対しても実行できる。 【００７２】 この式のセットは、一つの方程式のセットを得るように連結できる。 【００７３】 【数２０】 Ｂを一般化されたＡの逆数とすると（この場合の共分散は測定値の共分散マト
リックスと同じでないことに注目せよ）、そのとき下記のようになる。 【００７４】 【数２１】 ベクトルｐおよびｑのｘ成分、ｙ成分、およびｚ成分を示す一対のベクトルｄ
およびｅを下記のように規定し、 【数２２】かつベクトルｐおよびｑのオフセットｂを示す一対のスカラーｆおよびｇを下記
のように規定する。 【００７５】 【数２３】 したがって、下記のことが分かる。 【００７６】 【数２４】 【数２５】 したがって、式２８ｂをλの定義に代入すると、下記のようになる。 【００７７】 【数２６】 次に、λ２に関連した項の全部、λに関連した項の全部、λに関連していない
項の全部を式の左辺に一緒に集めると、下記のようになる。 【００７８】 【数２７】 式（１９ｂ）は、λの二次項であり、下記の解を有する。 【００７９】 【数２８】 λのこれらの２つの値をλの関数としてシステム変数の定義に代入することに
よってλのこれらの２つの値に相当する解を求めることができる。 【００８０】 【数２９】 正しい解を区別するために、２つの解を系の方程式に戻して代入し、非常にわ
ずかな残差を生じる解を求める。両方の解がわずかな残差を生じる場合、このシ
ステムには２つの不正確な解がある。 【００８１】 距離としての地上測定値 基地局によって実行されるＲＴＤ測定値は、移動局と基地局との距離を概算す
るために使用できる。基地局で行われるＲＴＤ測定値は距離測定値とみなすこと
ができる。基準局で行われるＲＴＤ測定値は、他の基地局への距離を得るために
基準基地局および他の基地局からのパイロット信号の到達時間差の移動局の測定
値と結合することができる。 【００８２】 この場合、前述された高度補助に対する近似を使用する必要がないことを注目
せよ。 【００８３】 地上測定値が距離とみなされる場合、この地上測定値は、下記の形式で示すこ
とができる。 【００８４】 【数３０】 測定値の各々に対して、下記の操作を実行できる。 【００８５】 【数３１】 次に、この式の右辺の項が展開される。 【００８６】 【数３２】 次に、二次項は、式の右辺に集められ、分離される。 【００８７】 【数３３】 二次変数はλ＝｜ｘ−｜２として規定される。式（２３ｃ）は下記のように示
すことができる。 【００８８】 【数３４】 全距離測定値に対する演算を式（２３）および（２４）で実行できる。次に、
この系の方程式は下記のように記述できる。 【００８９】 【数３５】 高度補助、衛星測定値および式（６）、（９）、および（１１）のそれぞれに
に規定されるような時間バイアス測定値は、この段階でこの系に付加できる。こ
の式のセットは、一つの式のセットを得るように連結できる。 【００９０】 【数３６】 Ｂを一般化されたＡの逆数とすると（この場合の共分散マトリックスは共分散
マトリックスと同じでないことに注目せよ）、そのとき下記のようになる。 【００９１】 【数３７】 ベクトルｐおよびｑのｘ成分、ｙ成分、およびｚ成分を示す一対のベクトルｄ
およびｅを下記のように規定し、 【数３８】 かつベクトルｐおよびｑのオフセットｂ成分を示す一対のスカラーｆおよびｇを
下記のように規定する。 【００９２】 【数３９】 したがって、下記のことが分かる。 【００９３】 【数４０】 【数４１】 したがって、下記のようになる。 【００９４】 【数４２】 λを式２９ａの両辺から減算することによって、等号がゼロに設定される： 【数４３】 式（２９ｂ）はλの二次方程式であり、下記の解を有する。 【００９５】 【数４４】 λのこれらの２つの値をλの関数としてシステム変数の定義に代入することに
よってλのこれらの２つの値に相当する解を求めることができる。 【００９６】 【数４５】 正しい解を区別するために、２つの解を系の方程式に戻して代入し、非常にわ
ずかな残差を生じる解を求める。両方の解がわずかな残差を生じる場合、このシ
ステムには２つの不正確な解がある。 【００９７】 距離差としての基地局測定値 移動局は、異なる基地局からのパイロット信号の到達時間差を測定する。これ
らの測定値は距離差とみなすことができる。ＧＰＳおよびＬＯＲＡＮの両方を使
用するシステムでは、ＬＯＲＡＮ測定値は距離差とみなされてもよい。基地局の
１つ（例えば、ｂ０）は全距離差の測定値に対する基準であり、この基地局が座
標フレームの原点である、と、一般性の損失なしに仮定する。したがって、距離
差測定値は下記のように示すことができる。 【００９８】 【数４６】 測定値の各々に対して下記の操作を実行する。 【００９９】 【数４７】 両辺を展開する： 【数４８】 次に、方程式の右辺に二次項を集める。 【０１００】 【数４９】 二次変数はλ＝｜ｘ−｜として規定される。式（３３ｃ）は下記のように記述
できる。 【０１０１】 【数５０】 全距離差測定値の式（３３）および（３４）の操作を実行できる。次に、この
系の方程式は下記のように記述できる。 【０１０２】 【数５１】 高度補助、衛星測定値および式（６）、（９）、および（１１）のそれぞれに
に規定されるような時間バイアス測定値は、この段階でこの系に付加できる。こ
の式のセットは、単一の式のセットを得るように連結できる。 【０１０３】 【数５２】 Ｂを一般化されたＡの逆数とすると（この場合の共分散マトリックスは共分散
マトリックスと同じでないことに注目せよ）、そのとき下記のようになる。 【０１０４】 【数５３】 この点で２つの新しいベクトルｄおよびｅと２つの新しいスカラーｆおよびｇ
を規定する。 【０１０５】 【数５４】 ｐ−（１） ｐ−（２） ｐ−（３） はベクトルｐのｘ成分、ｙ成分および
ｚ成分である。 【０１０６】 ｑ−（１） ｑ−（２） ｑ−（３） はベクトルｑのｘ成分、ｙ成分および
ｚ成分である。 【０１０７】 ｐ−（４） はベクトルｐのｂ成分である。 【０１０８】 ｑ−（４） はベクトルｑのｂ成分である。 【０１０９】 これによって、ｘ成分、ｙ成分およびｚ成分は、ｂ成分とは別個であるみなす
ことができる。 【０１１０】 式３８を式３７に代入する場合、下記の式を得る。 【０１１１】 【数５５】 下記であることを分かるべきである。 【０１１２】 【数５６】 したがって、この系の未知数ｘ、ｙ、およびｚは、下記のようにλの関数とし
て示すことができる。 【０１１３】 【数５７】 式３９ａは、λを両辺から減算することによってゼロに等しく設定される。 【０１１４】 【数５８】 式（３９ｂ）は、λの二次項であり、下記の解を有する。 【０１１５】 【数５９】 λのこれらの２つの値をλの関数としてシステム変数の定義に代入することに
よってλのこれらの２つの値に相当する解を求めることができる。 【０１１６】 【数６０】 不明確な解 二次系の代数的解法は、冗長性がある場合さえ、常に２つの解を生じる。開示
された方法および装置によれば、正しい解を区別するために、これら２つの解を
系の方程式に戻して代入し、非常にわずかな残差を生じる解を求める。両方の解
がわずかな残差を生じる場合、この系は２つの明確な解を有する。正しい解は、
基地局測定値に関連したセクター情報と矛盾のない解である。それとは別に、求
められる位置の最初の推定値を決定するために使用されるこの方法のいずれかが
不明確さを解決する（すなわち２つの解の中の１つを選択する）のに役立つため
にも使用されてもよいことを当業者は理解するであろう。例えば、その位置が求
められる装置と通信しているセクターは、解の１つ、その代わりにサービング基
地局の位置、この装置内の高度センサによって決定されるような装置の高度、あ
るいは解の１つが正しいより可能性があるという可能性を制限するために使用さ
れてもよいいかなる他の情報も取り除いてもよい。前述のように、不明確さを解
決するために使用できる基準のいくつかは、下記のことを含むが、これに限定さ
れない。（１）セクター角開口（すなわち、セクターの角度の大きさ）および配
置、（２）予想されるセルサイズに対するサービング基地局への距離、（３）冗
長性がある場合、２つの解の相対ＬＭＳコスト、（４）受信信号電力および（５
）ネットワーク計画に役立つカバレージマップ。 【０１１７】 図７は、開示された方法および装置を実施するために使用される１つの装置７
００の構造を示している。図７に示されるように、この装置は、アンテナ７０２
と、トランシーバ７０４と、プロセッサ７０６とを含む。このアンテナは、衛星
および地上トランシーバ局のような信号源の各々から信号を受信する。この信号
は、アンテナ７０２からトランシーバ７０４に結合される。次に、この信号は、
当業者に周知であるようにトランシーバ７０４によって処理される。このトラン
シーバは、アナログ通信トランシーバ、ディジタル通信トランシーバ、ＧＰＳ位
置決定トランシーバ、ロラントランシーバ、あるいはこれらもしくは他の種類の
トランシーバの任意の組み合わせであってもよい。次に、処理信号はプロセッサ
７０６に結合される。このプロセッサ７０６は、前述された機能を実行でき、メ
モリを含む汎用マイクロプロセッサと、メモリを含む特別なマイクロプロセッサ
、専用集積回路（ＡＳＩＣ）（あるいはＡＳＩＣの一部）、個別部品を含む専用
回路、状態機械を含む専用コンピュータと、あるいはミニコンピュータ、デスク
トップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、あるいはメインフレームコン
ピュータを含む任意の汎用コンピュータを含む任意の種類の計算装置であっても
よい。このプロセッサ７０６は、この装置７００の位置を出力する。プロセッサ
７００によって実行される処理機能が、同じ物理位置にあってもよいしあるいは
なくてもよいいくつかの部品の中に分散されてもよい。例えば、情報が、必要と
される計算および操作のいくつかを実行する可能な決定装置（ＰＤＥ）のような
装置によって収集され、外部装置に送信されることは一般的である。 【０１１８】 前述された好ましい実施形態は例として引用されることに注目すべきであり、
本発明の全範囲は特許請求の範囲だけに限定される。例えば、本出願は上記のい
くつかの例の通信基地局の使用を示しているが、地上トランシーバ局は、信号を
供給でき、位置探索を決定する本方法および装置を受け入れる任意の局であって
もよい。同様に、上記の例の多くで参照される衛星はＧＰＳ衛星である。それに
もかかわらず、衛星は、位置探索決定のために前述のように使用できる位置探索
をもたらす付加信号を供給する任意のシステムであってもよい。 【図面の簡単な説明】 【図１】 ４つの衛星およびＧＰＳ受信機を示している。 【図２】 地上トランシーバ局および移動局を示している。 【図３】 ３つの衛星、地上トランシーバ局、および移動局を示している。 【図４】 ２つの基地局および移動局を示している。 【図５】 ２つの衛星５０１、５０２、基地局５０４、および移動局５０５を示している
。 【図６】 衛星６０１、２つの地上トランシーバ局６０４、および移動局を示している。 【図７】 開示された方法および装置を実施するために使用される１つの例の構造を示し
ている。 【符号の説明】 １０１…衛星、１０２…衛星、１０３…衛星、１０４…衛星、２０１…基地局、
２０２…移動局、３０１…衛星、７０４…トランシーバ、７０６…プロセッサ、
ステム（ＧＰＳ）衛星から供給される、位置決定システム(position location s
ystems)に関する情報に基づいて装置の位置を決める方法と装置に関するもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】 グローバルポジションシステム（ＧＰＳ）および地上移動通信の最近の発達は
、ＧＰＳ機能性をセルラ移動局のような移動通信装置に統合することを望ましく
する。セルラ地球位置(geolocation)問題は、ネットワークベース方法あるいは
ハンドセットベース方法のいずれかを使用して解決できる。 【０００３】 地上の位置 ネットワークベース解法は、移動局から送信され、複数の固定基地局で受信さ
れる信号による。これは、基地局で移動局信号の到達時間（ＴＯＡ）を測定する
ことによって行うことができる。移動体は、異なる基地局における同じ信号の到
達時間の差によって規定される双曲線上にある。正確な位置推定値は、正確な同
期化および信号構造（帯域幅等）によって決まる。 【０００４】 ＧＰＳベース位置決定 ＧＰＳベース位置決定は、１２時間毎に地球を回る２４の衛星（加えて１つあ
るいはそれ以上の軌道上の予備）の集合体による。この衛星は２６，０００ｋｍ
の高度にある。各衛星は、２つの信号、すなわちＬ１（１５７５．４２ＭＨｚ）
およびＬ２（１２２７．６０ＭＨｚ）を送信する。Ｌ１信号は、２つの擬似ラン
ダム雑音（ＰＮ）コード、すなわち保護（Ｐ）コードおよび粗／同期補足(coars
e/acquisition)（Ｃ／Ａ）コードで変調される。Ｌ２信号はＰコードだけを伝送
する。各衛星は、固有コードを送信し、受信機が信号を識別することを可能にす
る。民間のナビゲーション受信機はＬ１周波数のＣ／Ａだけを使用する。 【０００５】 ＧＰＳを支持する考え方は、位置を決定する基準点として宇宙の衛星を使用す
る。３つの衛星からの距離を正確に測定にすることによって、受信機は、地球上
のどこであろうとその位置を「三角測量する」。受信機は、信号が衛星から受信
機に伝わるのに必要とされる時間を測定することによって距離を測定する。しか
しながら、伝達時間を測定する際の問題は、信号が衛星を出た時間を正確に知ら
なければならないことにある。これを行うために、全衛星および受信機は、正確
に同じ時刻に同じコードを発生するように同期化される。したがって、信号が衛
星を出た時間を知り、その信号を受信する時間を内部時計に基づいて観測するこ
とによって、受信機は信号の移動時間を決定できる。受信機がＧＰＳ衛星と同期
される正確な時計を有する場合、３つの衛星からの３つの測定値は、３次元の位
置を決定するのに十分である。各擬似距離（ＰＲ）測定値は、対応する衛星に中
心がある球体の表面上の位置を示している。ＧＰＳ衛星は、ＧＰＳマスタプラン
（master plan）に従って非常に正確な軌道に配置されている。ＧＰＳ受信機は
、各衛星が所定の時間に上空のどこにあるかを示す記憶された「暦」を有する。
地上局は、ＧＰＳ衛星の軌道の変化を観測するためにＧＰＳ衛星を連続して監視
する。一旦衛星位置が測定されると、この情報は、中継され衛星に戻され、衛星
は、ナビゲーションメッセージの一部として衛星のタイミング情報とともにこれ
らの若干の誤差「天体位置表」を受信機に送る放送する。 【０００６】 ＧＰＳ受信機に正確な時計を具備ことは非常に高価である。実際には、ＧＰＳ
受信機は、それ自体の時計に対して４つの衛星からの到達時間差を測定し、次に
ユーザの位置およびＧＰＳ時間に対する時計のバイアスの両方に対する値を求め
る。図１は、４つの衛星１０１、１０２、１０３、１０４およびＧＰＳ受信機１
０５を示している。４つの衛星からの到達時間差を測定することは、図１に示さ
れるようなＰＲ測定値および衛星位置（衛星データ）を与える４つの未知数を有
する４つの方程式の系を解くことを含む。換言すると、受信機の時計の誤差のた
めに、４つの球は、単一点で交差しない。この受信機は、それで、４つの球が１
つの点で交差するようにその時計を調整する。 【０００７】 ハイブリッド位置決定システム 地上の位置決定の解法およびＧＰＳの解法は互いに補足する。例えば、田舎の
地域および郊外地域では、あまり多くの基地局は移動局と連絡を取れないが、Ｇ
ＰＳ受信機は、４つあるいはそれ以上の衛星を認識できる。反対に、密集した都
市圏および建物内部では、ＧＰＳ受信機は、十分な衛星を検出できない。しかし
ながら、移動局は、２つあるいはそれ以上の基地局を認識できる。ハイブリッド
解法は、移動局およびネットワークの両方に既に利用可能であるセルラ／ＰＣＳ
情報を利用する。ＧＰＳ測定値および地上測定値を結合することは、位置の決定
の有効性にかなり改良を与える。ハイブリッド位置決定システムは、地上ネット
ワークからの往復遅延（ＲＴＤ）測定値およびパイロット位相測定値をＧＰＳ測
定値と結合してもよい。 【０００８】 ハイブリッド方式は、ＧＰＳ測定値およびネットワーク測定値を組み合わせ、
移動局の位置を計算する。移動局は、ＧＰＳ集合体およびセルラ／ＰＣＳネット
ワークから測定値を収集する。これらの測定値は、移動局位置の推定値を生成す
るように結合される。 【０００９】 十分なＧＰＳ測定値が使用可能である場合、ネットワーク測定値を使用するこ
とは必要ない。しかしながら、衛星が４個未満の場合、あるいは幾何学的配列が
良くない場合、４つあるいはそれ以上の衛星測定値、該測定値は、ネットワーク
測定値で補足されねばならない。解を得るための最少数の測定値は、未知数の数
に等しい。このシステムは、４つの未知数（３つの座標およびＧＰＳ受信機時間
バイアス）を有するので、解を得るための最少数の測定値は４である。利用可能
でない、いかなる衛星測定値の場合も往復遅延（ＲＴＤ）測定値は、基地局まで
の距離を決定するために使用されてもよい。ＲＴＤ測定値も、時間補助情報を与
えるために使用されてもよい。さらに、ＰＮオフセット擬似距離のような他の情
報（時間バイアスが衛星に対して同じである場合）、ＰＮオフセット差（時間バ
イアスが異なる場合）および高度補助は、付加的情報をもたらすので、求める未
知数（すなわち、ｘ、ｙ、ｚ、および時間オフセット）を含む方程式の数を増加
させる。方程式の全数が４よりも大きい限り、解を見つけることができる。 【００１０】 往復遅延（ＲＴＤ） 基地局の各セクターの順方向リンク上のパイロットタイミングは、ＧＰＳシス
テム時間と同期される。移動局の時間基準は、復調で使用される最も早く到達す
る使用可能なマルチパス構成要素の移動局アンテナコネクタで測定されるような
発生の時間である。移動局の時間基準は、逆トラフィックチャネルおよびアクセ
スチャネルの送信時間として使用される。 【００１１】 図２は、１つの地上トランシーバ局２０１および移動局２０２を示している。
図２に示されるように、移動体２０２は、サービング（serving）基地局２０１
からの受信時間の基準をそれ自体の時間基準として使用する。それ自体のハード
ウェア遅延およびソフトウェア遅延の原因を示すと、移動局は、順方向リンクお
よび逆方向リンクが本質的に等しい伝搬遅延を有すると仮定すると、合計２τだ
け遅延されるサービング基地局２０１に受信して戻されるようにその信号を送信
する。全遅延は、移動局２０２からの受信信号を時間Ｔｓｙｓの基準信号と相関
付けることによって基地局で測定される。測定されたＲＴＤは、（基地局側のハ
ードウェア遅延の校正後の）移動体２０２と基地局２０１との距離の２倍に相当
する。 【００１２】 サービング基地局のＰＮの情報は、（おおまかな到達角（ＡＯＡ）測定のよう
な区分化のために）不明確さを解決することを助けるためにも使用することがで
きることに注意しなければならない。 【００１３】 パイロット位相測定 移動局は、アクティブパイロットおよび隣接パイロットを連続して探索してい
る。この過程では、移動局は、受信する各パイロットのＰＮオフセットを測定す
る。時間基準がＰＮオフセットおよび衛星測定値の両方で同じである場合、（対
応するアンテナコネクタで測定されるような）これらの測定値のバイアスは同じ
である。そのときこれらは、両方擬似距離とみなすことができる。 【００１４】 時間基準が異なる場合、単に各パイロットと基準（最も早い到達）パイロット
とのＰＮオフセット差を使用できる。パイロットＰＮ位相差は、２つの基地局か
らの２つのパイロットの到達時間差（ＴＤＯＡ）と同じである。図４は、２つの
このような基地局４０１および移動局４０５を示している。 【００１５】 大部分のセルラシステムでアンテナは区分化され、各ＰＮは、基地局よりもむ
しろセクターに関連していることに注目せよ。したがって、各測定値は、ＴＤＯ
Ａ情報に加えて、不明確さを解決するために使用できるあるレベルの到達角度情
報（ＡＯＡ）を与えることができる。 【００１６】 高度補助測定 常に電話がどのセクターと通信しているかを決定することができる。これは、
電話の位置の推定値を３キロメートルから５キロメートル以内に与えることがで
きる。ネットワーク計画は、通常カバレージエリアのディジタルマップに基づい
て行われる。地形情報およびセクターの情報に基づいて、常にユーザ仰角の申し
分のない推定値を得ることができる。 【００１７】 ３つの衛星による３Ｄ位置決め 図３は、３つの衛星３０１、３０２、３０３、地上トランシーバ局３０４、お
よび移動局３０５を示している。図３に示されるように、移動局３０５は少なく
とも１つの基地局３０４からＣＤＭＡ信号を受信するので、移動体３０５は、シ
ステム時間を得る。システム時間のその検知は、移動局３０５と基地局３０４と
の間の伝搬遅延τだけサービング基地局３０４の正確なシステム時間に対して遅
延される。一旦移動局３０５がシステムにアクセスしようと試みるかあるいはト
ラフィックチャネル上にあると、伝搬遅延τは、ＲＴＤ／２によって推定される
。この推定値は、「正確な」ＧＰＳ時間に一致するように移動システム時間を調
整するために使用できる。いま、移動局３０５内の移動時計はＧＰＳ時間と同期
化される。したがって、３つの衛星３０１、３０２、３０３からの３つの測定値
が必要される。移動システム時間はこの信号が直接パスあるいは反射パスをとる
かどうかにかかわらずτだけＧＰＳ時間からシフトされているために、マルチパ
スはシステムの性能に影響を及ぼさないことに注目せよ。基地局３０のＲＴＤ測
定の代わりに、パイロット位相オフセットの移動局の測定値は、必要とされる衛
星数を３つに減らすために使用できる。 【００１８】 ２つの衛星による３Ｄ位置決め タイミングのためにサービング基地局のＲＴＤを使用することに加えて、サー
ビング基地局は、図５に示されるように距離を突き止めるためにも使用できる。
図５は、２つの衛星５０１、５０２、基地局５０４、および移動局５０５を示し
ている。サービング基地局５０４の距離は、Ｒ３＝Ｃτによって示され、ここで
、Ｃは光速である。ここでマルチパスは位置決め精度に影響を及ぼす。所定の幾
何学的配置のシナリオの下では、２つの不明確な解を得ることができることに注
目せよ。この不明確さは、区分化情報あるいは順方向リンク情報のいずれかを使
用することによって解決できる。例えば、隣接するパイロットのパイロットＰＮ
位相差は、生じる不明確さを解決するために使用できる。さらに、パイロット位
相測定値は、ＲＴＤ測定値の代わりにあるいはＲＴＤ測定値に加えて使用されて
もよい。 【００１９】 １つの衛星による３Ｄ位置決め このシナリオでは、提案された方式は、セルラ／ＰＣＳネットワークからの１
つの付加測定値を必要とする。この付加測定値は、順方向リンク上の第２のＲＴ
Ｄ測定値あるいはパイロット位相オフセットのいずれかであり得る。図６は、衛
星６０１、２つの地上トランシーバ局６０４および移動局６０５を示している。
計算された位置に及ぼすマルチパスの影響を減らすために、移動局６０５は、最
も早い到達路のパイロット位相を報告する。 【００２０】 異なる種類の測定値を結合する場合、反復解法（例えば、周知の「ニュートン
アルゴリズム」ベース傾斜方式）は、解（すなわち、求められる装置の位置）を
決定するために使用されてもよい。しかしながら、反復解法が使用される所定の
シナリオでは、２つの解が可能である。反復解法で使用される測定値の二次特性
（すなわち、解が必要とされる未知数の少なくとも１つが２乗されるという事実
）のために２つの解が可能である。２つの解の可能な存在は解の不明確さを形成
する。すなわち、２つの解のどれが求められる位置を示しているかは明らかであ
る。これは、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）を含む（ＡＯＡを除
く）全種類のポジショニングシステムに応用する。 【００２１】 不明確さの存在は、測定値の冗長性の存在および位置情報を供給する衛星およ
び地上トランシーバ局の相対位置による。測定値に冗長性が全然ない場合常に不
明確さがある。しかしながら、冗長性がある場合、不明確さが常に存在するが、
幾何学的配置は、供給される情報量が付加測定値に照らしてさえ不十分であるほ
どの配置である。しかしながら、これらはまれな出来事である。 【００２２】 反復方法は、他の解の存在あるいは位置の少しの指示なしに解の中の１つに集
束する。集束する特定の解は、使用される初期条件によって単に決まる。 【００２３】 ＧＰＳの場合、衛星の距離のために、不明確な解は、一般的には地球の表面か
ら非常に離れている。したがって、地球の表面に近い初期条件が与えられる場合
、反復方法が間違った解に集束することは不可能である。しかしながら、衛星測
定値を基地局測定値と結合する場合、２つの不明確な解が互いに接近しているこ
とはまさしく可能である。したがって、反復方法は、集束される解が正確な解で
あるかどうかあるいはともかく２つの解があるかどうかに関する明らかな決定な
しに２つの解の中の１つに任意に集束する。 【００２４】 ２つの解が存在する場合、徹底的な探索は両方の解を識別するために実行でき
る。しかしながら、１つの解だけが存在する場合、１つの解だけが存在するとい
う決定を行うことができる前に最少平均二乗法（ＬＭＳ）反復方法を数回実行す
る必要があり得る。バンクロフト（Ｂａｃｒｏｆｔ）（１９８４年１月８日にＩ
ＥＥＥによって発行された「ＧＰＳ方程式の代数的解法（Ａｎ Ａｌｇｅｂｒａ
ｉｃ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＧＰＳ ｅｑｕａｔｉｏｎ）」）およ
びシッパア（Ｓｃｈｉｐｐｅｒ）（１９９７年８月５日に出願された米国特許第
５，９１４，６８６号の「擬似距離方程式の正確な解の利用（Ｕｔｉｌｉｓａｔ
ｉｏｎ ｏｆ Ｅｘａｃｔ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｓｅｕｄ−ｒ
ａｎｇｅ Ｅｑｕａｉｔｏｎ）」）の両方によって示された代数的方法は、全測
定値が同じ時間バイアスを有することを必要とする。これは、代数的方法と併用
できる測定値の種類に対する抑制する要求である。したがって、ＣＤＭＡ通信シ
ステム基地局からの測定値が情報源の中の１つとして使用される場合、ＰＮ位相
測定値は、基地局への擬似距離を決定するために使用される。ＰＮ位相測定値の
使用は、ＧＰＳ受信機が時計周波数に対してばかりでなく、時計位相に対しても
なくセルラトランシーバと同期化されるべきである。 【００２５】 前述されるように、使用することは有利である他の測定値は、その位置が求め
られる装置とセルラ通信基地局のような地上トランシーバとの間でのＲＴＤの測
定値である。しかしながら、（０である）ＲＴＤの測定値から生じる距離測定値
の時間バイアスはＧＰＳ測定値に関連した時間バイアスと同じでないので、ＲＴ
Ｄから得られる距離測定値は代数的解法には全然使用できない。代数的解法が不
明確な解を識別する最も有用な方法であるために、この方法は、使用可能である
測定値の全てを使用できるべきである。 【００２６】 したがって、ハイブリッド位置決めシステム方程式と併用するための方法を実
行するより用途の広い代数的方法および装置が示されている。 【００２７】 【発明の概要】 開示された方法および装置は、ハイブリッド位置決定システムで使用される。
開示された方法および装置は、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）お
よび地上トランシーバ局からの測定値を結合して、装置の位置を計算する。ハイ
ブリッド位置決定システム方程式の代数的解は、開示された装置から出力される
。この方法および装置は、従来の反復最少平均二乗法の使用に対して非反復方法
を使用する装置の位置を決定する。本発明の方法は、非反復解法が望ましいシナ
リオで位置決定システムの方程式を解くために使用できる。あるシナリオ（scen
arios）では、位置決定システム方程式は２つの可能な解を有してもよい。反復
方法は、他の不明確な解の存在のいかなる指示もなしに解の１つに集束する。さ
らに、反復方法は、２つの不明確な解のうち不正確な解に集束してもよい。現在
開示されている方法および装置の使用は両方不正確な解を生じる。この代数的方
法は、次に代数的方法からの解を装置位置の初期の推定値として使用する反復方
法で対処されてもよい。異なる処理はそれで正確な解を選択できる。したがって
代数的方法は、不正確な解の存在を検出し、両方の解を探すために使用できる。 【００２８】 開示された方法および装置がハイブリッドＧＰＳおよびセルラ位置決定システ
ムに関して説明されることは当業者によって理解されるべきである。しかしなが
ら、開示された方法および装置は、同様に統合ＧＰＳおよび長距離ナビゲーショ
ン（ＬＯＲＡＮ）あるいは他のこのような地上システムのような衛星測定値ある
いは地上測定値を結合するいかなる位置決定のシステムにも応用できる。 【００２９】 本発明は、下記の図面とともに行われるその好ましい実施形態の下記の詳細な
説明からより詳細に理解される。 【００３０】 【発明の実施の形態】 【数１】 概要 開示された方法および装置は、位置決定システムで装置の位置を決定するため
に地上トランシーバ局および衛星（すなわち、ハイブリッド位置決定システム）
の両方を使用するシステムである。現在示されている方法および装置は、受信機
の位置を決定するのに十分な衛星測定値がないかあるいはより正確な位置が衛星
およびセルラ通信システムの基地局のような地上トランシーバ局の組み合わせを
使用して決定できるハイブリッド位置決定システムで最も有用である。 【００３１】 開示された方法および装置によれば、「代数的」方法は、２つの解が存在し、
両方の解の値が反復なしであるかどうかを決定するために使用される。したがっ
て、代数的方法の使用は、不正確な解の両方を得るのに好ましい。開示された方
法および装置は、ナビゲーションの方程式のシステムの代数的（すなわち、非反
復近似）解を与える。この系のナビゲーションの方程式は、下記の各々に対する
１つの方程式を含む。すなわち、（１）高度補助情報によって決定されるような
装置の高度、（２）衛星測定値、（３）時間補助情報（すなわち、受信機時計バ
イアスの推定値）および（４）地上測定値。開示された方法および装置は、非反
復解法が望ましいシナリオで系のナビゲーションの方程式を解くために使用でき
る。 【００３２】 ここで提示された近似は、衛星測定値およびユーザ位置の初期推定値の近くの
高度補助測定値を線形化することによる。衛星測定値および高度測定値を線形化
することは、平方にされる（すなわち２乗にされる）項を取り除くことを意味す
る。開示された方法および装置の一実施形態では、ユーザ位置の初期推定値は、
ユーザがどの区分化された地上トランシーバ局と通信しているかを示す情報（Ｅ
９１１フェーズ１に対する情報と等しい）を使用することによって得られる。そ
れとは別に、最初の位置決定は、前述の位置決定、他の位置決定技術等によって
得られる情報のような当該位置を推定するいかなる他の手段によっても決定でき
る。開示された方法および装置の他の実施形態では、初期推定値は、サービング
セクター(serving sector)の中心あるいはサービング基地局そのもののいずれか
である。推定がこのサービングセクターの位置および／またはサービング基地局
に関する情報あるいは求められる位置決定の妥当な推定値を与える任意の他の情
報を使用して行うことができることを理解すべきである。 【００３３】 サービング基地局の位置決定に基づいた初期推定値は、一般的には正確に１０
〜１５ｋｍ内にある。２乗される未知数（すなわち、二次未知数）が単一変数を
形成するように一緒にグループ化できる場合、代数的位置決定方法を利用できる
ために、衛星測定値および高度補助測定値を線形化することによって行われる近
似が必要とされる。この変数は、ナビゲーションの方程式の各々において同じ方
法を規定されねばならない。これは、上記に示された４つの種類のナビゲーショ
ンの方程式がこれらの方程式の各々の形式の差により示されている場合に可能で
ある。衛星測定値および高度補助測定値を線形化することは、二次未知数の数を
減らすので、二次未知数を一緒にグループ化し、ナビゲーションの方程式の各々
を通じて一貫した定義を有する二次変数として規定することを可能にする。 【００３４】 解の１つが基準点から１５ｋｍ以上である場合、この解は不正確である。しか
しながら、この解が基準点の１５ｋｍ以内にあるべきであると予め決めたので、
このような不正確な解は、所望の解でない。基準点がユーザの１５ｋｍ以内にあ
ると予め決定できない場合（すなわち、セルがオーストラリアにあるような１５
ｋｍよりも大きい半径を有するシステムでは）、高度情報が平面波近似によって
近似されない場合、近似の精度を改良できる。 【００３５】 したがって、高度情報が線形化される場合、不正確な解の１つだけが基準点の
中心の１０〜１５ｋｍ以内にある限り、不正確さを解決できる。両方の解が基準
点の１５ｋｍ以内にある場合、この近似は両方の解に対して有効である。したが
って、両方の解に対する推定値は正確であり、一方の解は、他方の解に対して選
択できない。したがって、他の基準は、所望の解と間違った解とを識別するため
に使用されねばならない。 【００３６】 一旦近似解が決定されると、近似解は、より正確な反復解を決定する初期条件
として使用できる。近似解からの解を移動局位置決定の初期推定値として使用す
ることは、近似によって導入されるエラーがない解への速い集束を行う。 【００３７】 正確な解を識別するために使用できる基準のいくつかは、下記のことを含むが
、これに限定されない。（１）セクター角開口（すなわち、セクターの角度の大
きさ）および配置、（２）予想されるセルサイズに対するサービング基地局への
距離、（３）冗長性がある場合、２つの解の相対ＬＭＳコスト、（４）受信信号
電力および（５）ネットワーク計画に役立つカバレージマップ。カバレージマッ
プは最適基準を構成する。 【００３８】 本書の方法の説明はハイブリッドＧＰＳおよびセルラ位置決定システムを一例
として使用するが、この方法は、衛星測定値および地上測定値を結合する、統合
ＧＰＳおよびＬＯＲＡＮのようないかなる位置決定システムに容易に用いること
ができる。 【００３９】 異なる種類の地上測定値がある。これらは、３つのカテゴリー、すなわち距離
、擬似距離あるいは距離差の１つに属するものとみなされてもよい。さらに、時
計バイアスおよび／または高度推定値は利用可能であってもよい。後述される代
数的方法および装置は、衛星測定値および基地局測定値の下記の組み合わせのい
ずれかを処理できる。 【００４０】 １．同じバイアス（平面波近似がある場合あるいは平面波近似がない場合）を
有する擬似距離としての地上測定値および衛星測定値。 【００４１】 ２．（平面波近似を使用する）距離差としての地上測定値および擬似距離とし
ての衛星測定値。これは、擬似ランダム雑音（ＰＮ）オフセット差（衛星とは異
なるバイアス）およびＲＴＤの両方が利用可能である場合に相当する。次に、距
離測定値は全距離差を距離に変換するために使用される。 【００４２】 これらの測定値の組み合わせのいずれかにも追加できる。 【００４３】 ・時計バイアス推定値 ・高度補助（地球を平面として近似する） 本文で説明された技術は他の種類の測定値まで拡張できる。 【００４４】 定義 この節では、本文の残りを通じて使用される表記法が定義される。下つき添字
「ｓ」は、衛星測定値および衛星位置を示すために使用される。下つき添字「ｂ
」は基地局測定値および基地局位置を示すために使用される。記号γ、ρ、δは
、距離、擬似距離および距離差をそれぞれを示すために使用される。エンティテ
ィの座標は、ｘｅｎｔ −＝［ｘｅｎｔ ｙｅｎｔ ｚｅｎｔ］として示される。
この系の未知数は、ｕ−＝［ｘ− ｂ］Ｔ＝［ｘ ｙ ｚ ｂ］Ｔとして示され
る。変数ｂは衛星測定値時間バイアスを示している。文字「ｂ」は、バイアスが
衛星測定値の場合と同じであると仮定できる場合に基地局測定値のために使用で
きる。従来の表記法および従来の定義は、ベクトルの規準、すなわち｜ｘｉ −｜
＝（ｘｉ ２＋ｙｉ ２＋ｚｉ ２）１／２および２つのベクトルの内積、すなわち＜
ｘｉ −、ｘｊ −＞＝ｘｉｘｊ＋ｙｉｙｊ＋ｚｉｚｊのために使用される。 【００４５】 ナビゲーションの方程式の操作で行われる近似は、受信機位置の推定値が１０
〜１５ｋｍ以内にあるために正確であると仮定する。一般に、電話への最も早い
到達時間を有するセクターはサービングセクターと呼ばれる。この基準点は、サ
ービングセクターのカバレージエリアの中心である。セクターのサイズが１０〜
１５ｋｍよりも大きい場合、基準点がこの結果に従って更新される開示された方
法の反復を実行する必要があり得る。しかしながら一般には、これは必要でない
。 【００４６】 高度補助 移動局の高度推定値は、地上情報、前述の位置決定、あるいは他のソースある
いは測定値から利用できてもよい。移動位置ｘｍ −＝［ｘｍ ｙｍ ｚｍ］が地
球に中心がある地球固定（ＥＣＥＦ）座標で規定される場合、高度推定値は、｜
ｘｍ −｜の推定値である。代数的解法を助ける高度を含むために、代数的方法の
二次項の選択を制限しないように高度補助方程式を一次方程式として示さなけれ
ばならない。これは、高度推定値が（回転基準点の所定の半径内の）系の方程式
の未知数の線形結合になるように座標フレームを回転させることによって行うこ
とができる。 【００４７】 Ｚ軸が移動局の位置の初期推定値として選択される点を通過するようにＥＣＥ
Ｆ座標フレームを回転させる。セルラ基地局およびＧＰＳ衛星のような地上トラ
ンシーバ局を使用するハイブリッド位置決定システムの場合、この初期推定値は
、選択された基地局のカバレージエリアの点であり得る。基地局測定値が擬似距
離あるいは距離である場合、サービングセクターの中心は初期推定値として使用
できる。基地局測定値が距離差である場合、サービング基地局（距離差基準）は
、初期推定値として使用されねばならない。これは、距離差測定値の場合この方
法によって課された制約による。 【００４８】 移動局位置の初期推定値が移動局の正確な位置に近い場合、移動局高度の推定
値は、新しい回転座標フレームの移動局のＺ座標の推定値である。線形化は、高
度推定値を移動局のＸ座標あるいは（前述されるようなＺ軸の代わりに）Ｙ座標
の推定値に変換することによって二者択一的に行うことができる。回転マトリッ
クスＴは下記のように計算される。 【００４９】 ｒ０ −＝［ｘ０ ｙ０ ｚ０］が移動局位置のための初期推定値のＥＣＥＦ座
標を示す場合、これらの座標は、下記のように球座標系に変換できる。θ、ψお
よびｒは球座標フレームの座標である場合、 【数２】 である。 【００５０】 回転マトリックスは球座標の関数として示すことができる。 【００５１】 【数３】 回転マトリックスＴを使用し、回転座標系の全衛星および基地局の新しい座標
を計算する。 【００５２】 【数４】 ｓｉ −は、ＥＣＥＦ座標の衛星ｉの座標を示し、ｓｉＴ −は、回転座標系の衛
星ｉの座標を示す。したがって、式（５）は、ＥＣＥＦ座標の衛星の座標から計
算されるように回転座標系の衛星ｉの座標を示す。したがって、回転座標系の移
動局のＺ座標のための推定値が与えられる。Ｚ座標の推定値は、新しい一次方程
式、ｚ＾＝ｚを系の方程式に加えることによって単に考慮することができる。こ
の方法の１つの目的は、λによって系の方程式を定義することにある。式６ａは
、一次変数λによって求められる位置を示す手段をもたらす。変数Ａａ、ｌａ、
およびｃａは、等号を正確にするために選択される。 【００５３】 【数５】 式６ｂでは、ＡＡは、一次元マトリックス［００１０］に等しく、λは、４つ
の未知数ｘ、ｙ、ｚ、およびｂを含む一次元マトリックスに等しく、ｌａはゼロ
に等しく、ｃａはｚ＾に等しい。 【００５４】 【数６】 式６ｂの形式は、下記で分かるように、高度情報を既知であり、衛星測定値お
よび基地局測定値のような他の情報と結合することをより容易にする。 【００５５】 衛星測定値 ［ｘｍ ｙｍ ｚｍ］をその位置が求められる移動局の位置とし、［ｘｓｉ
ｙｓｉ ｚｓｉ］を衛星Ｓｉの位置とする。ｂを受信機時計バイアスとする。し
たがって、各衛星に対する擬似距離測定値ρｉ（ここで、ｉ＝１、．．．ｎ）は
下記のように示すことができる。 【００５６】 【数７】 衛星は地球からはるかに離れているために、平面波近似を使用することは妥当
である。平面波近似は、衛星からある距離の球体の代わりに、衛星測定表面は衛
星からある距離の平面である。 【００５７】 ベクトルは、ν ｓｉ＝（ｘｒ−ｘｓｉ）／｜ｘｒ−ｘｓｉ｜として規定され、
照準線は、衛星からの基準になる。衛星測定方程式は、下記のように記述できる
。 【００５８】 【数８】 式８ｂは式８ａから続くことが分かる。 【００５９】 【数９】 系の方程式は、求められる位置に対する各セットの衛星測定値の関係を示す下
記の形式に記述できる。 【００６０】 【数１０】 式８ｂを複数の衛星ｓ１からｓｎの各々に対して式９ａの形式で記述すると、
下記のようになる。 【００６１】 【数１１】 時間補助 基準基地局で行われるＲＴＤ測定は、移動局時計のバイアスを推定するために
使用できる。ＲＴＤ測定は、移動局に到達するために基地局から送信され、移動
局によって再送信され、基地局によって受信される信号に対して必要とされる時
間量を測定し、移動局による同期再送信（すなわち、送受信信号が同期している
）をとることによって行われる。伝搬時間が両方向で等しいとの仮定が行われる
場合、信号が基地局から移動局まで移動するのに必要とされる時間量は、ＲＴＤ
測定値の１／２から決定できる。したがって、移動局時計は、信号が基地局と移
動体との距離を通過するのに必要とされる時間量だけ基地局時計からずらされる
ので、基地局に対する移動局時計バイアスを決定できる。移動局時計は、ＧＰＳ
擬似距離を測定するために時間基準として使用されることに注目すべきである。
したがって、 【数１２】 である。 【００６２】 ここで、ｂ＾は、ＧＰＳ擬似距離測定を実行するために使用される時間基準の
バイアスｂの推定値である。時計バイアスは、前述のナビゲーション解法のよう
な他のソースあるいは測定値からも利用可能であり得る。時計バイアスの推定値
は、新しい一次方程式、ｂ＾＝ｂを系の方程式のために使用される形式で示すこ
とによって単に考慮できる。 【００６３】 【数１３】 地上測定値およびシステム解法 地上測定値は３つの方法で処理できる。 【００６４】 １．地上擬似距離 ２．地上距離 ３．地上到達時間差 擬似距離としての地上測定値 移動局によって形成されるパイロット位相測定値は擬似距離とみなされる。Ｇ
ＰＳおよびＬＯＲＡＮの両方を使用する系では、ＬＯＲＡＮ測定値は擬似距離と
みなされてもよい。地上測定値が擬似距離とみなされる場合、これらは下記のよ
うに示すことができる。 【００６５】 【数１４】 ここでｂｔは各測定値のバイアスである。 【００６６】 測定値の各々に対して、下記の操作を実行する。最初にｂｔを両辺から減算す
る。次に、式の両辺を二乗すると下記のようになる。 【００６７】 【数１５】 次に、各辺が展開されると、下記のようになる。 【００６８】 【数１６】 次に、二次項の全ては式の右辺に集められると下記のようになる。 【００６９】 【数１７】 二次変数、λ＝｜ｘ｜２−ｂｔが定義される。式（１３ｃ）は下記のように記
述できる。 【００７０】 【数１８】 各基地局に対する演算を擬似距離測定値の式（１３）および（１４）で実行で
きる。したがって、複数の基地局ｂ１からｂｎに対する系の方程式は、そのとき
下記のように所望の形式で示すことができる。 【００７１】 【数１９】 高度補助、衛星測定値および式（６）、（９）、および（１１）のそれぞれに
に規定されるような時間バイアス測定値は、この段階でこの系に付加できる。こ
の場合、二次項はとにかく同じであるので衛星測定値に対する平面波近似を使用
する必要がないことを注目せよ。したがって、ここで基地局測定値に用いられた
同じ操作は衛星測定値に対しても実行できる。 【００７２】 この式のセットは、一つの方程式のセットを得るように連結できる。 【００７３】 【数２０】 Ｂを一般化されたＡの逆数とすると（この場合の共分散は測定値の共分散マト
リックスと同じでないことに注目せよ）、そのとき下記のようになる。 【００７４】 【数２１】 ベクトルｐおよびｑのｘ成分、ｙ成分、およびｚ成分を示す一対のベクトルｄ
およびｅを下記のように規定し、 【数２２】かつベクトルｐおよびｑのオフセットｂを示す一対のスカラーｆおよびｇを下記
のように規定する。 【００７５】 【数２３】 したがって、下記のことが分かる。 【００７６】 【数２４】 【数２５】 したがって、式２８ｂをλの定義に代入すると、下記のようになる。 【００７７】 【数２６】 次に、λ２に関連した項の全部、λに関連した項の全部、λに関連していない
項の全部を式の左辺に一緒に集めると、下記のようになる。 【００７８】 【数２７】 式（１９ｂ）は、λの二次項であり、下記の解を有する。 【００７９】 【数２８】 λのこれらの２つの値をλの関数としてシステム変数の定義に代入することに
よってλのこれらの２つの値に相当する解を求めることができる。 【００８０】 【数２９】 正しい解を区別するために、２つの解を系の方程式に戻して代入し、非常にわ
ずかな残差を生じる解を求める。両方の解がわずかな残差を生じる場合、このシ
ステムには２つの不正確な解がある。 【００８１】 距離としての地上測定値 基地局によって実行されるＲＴＤ測定値は、移動局と基地局との距離を概算す
るために使用できる。基地局で行われるＲＴＤ測定値は距離測定値とみなすこと
ができる。基準局で行われるＲＴＤ測定値は、他の基地局への距離を得るために
基準基地局および他の基地局からのパイロット信号の到達時間差の移動局の測定
値と結合することができる。 【００８２】 この場合、前述された高度補助に対する近似を使用する必要がないことを注目
せよ。 【００８３】 地上測定値が距離とみなされる場合、この地上測定値は、下記の形式で示すこ
とができる。 【００８４】 【数３０】 測定値の各々に対して、下記の操作を実行できる。 【００８５】 【数３１】 次に、この式の右辺の項が展開される。 【００８６】 【数３２】 次に、二次項は、式の右辺に集められ、分離される。 【００８７】 【数３３】 二次変数はλ＝｜ｘ−｜２として規定される。式（２３ｃ）は下記のように示
すことができる。 【００８８】 【数３４】 全距離測定値に対する演算を式（２３）および（２４）で実行できる。次に、
この系の方程式は下記のように記述できる。 【００８９】 【数３５】 高度補助、衛星測定値および式（６）、（９）、および（１１）のそれぞれに
に規定されるような時間バイアス測定値は、この段階でこの系に付加できる。こ
の式のセットは、一つの式のセットを得るように連結できる。 【００９０】 【数３６】 Ｂを一般化されたＡの逆数とすると（この場合の共分散マトリックスは共分散
マトリックスと同じでないことに注目せよ）、そのとき下記のようになる。 【００９１】 【数３７】 ベクトルｐおよびｑのｘ成分、ｙ成分、およびｚ成分を示す一対のベクトルｄ
およびｅを下記のように規定し、 【数３８】 かつベクトルｐおよびｑのオフセットｂ成分を示す一対のスカラーｆおよびｇを
下記のように規定する。 【００９２】 【数３９】 したがって、下記のことが分かる。 【００９３】 【数４０】 【数４１】 したがって、下記のようになる。 【００９４】 【数４２】 λを式２９ａの両辺から減算することによって、等号がゼロに設定される： 【数４３】 式（２９ｂ）はλの二次方程式であり、下記の解を有する。 【００９５】 【数４４】 λのこれらの２つの値をλの関数としてシステム変数の定義に代入することに
よってλのこれらの２つの値に相当する解を求めることができる。 【００９６】 【数４５】 正しい解を区別するために、２つの解を系の方程式に戻して代入し、非常にわ
ずかな残差を生じる解を求める。両方の解がわずかな残差を生じる場合、このシ
ステムには２つの不正確な解がある。 【００９７】 距離差としての基地局測定値 移動局は、異なる基地局からのパイロット信号の到達時間差を測定する。これ
らの測定値は距離差とみなすことができる。ＧＰＳおよびＬＯＲＡＮの両方を使
用するシステムでは、ＬＯＲＡＮ測定値は距離差とみなされてもよい。基地局の
１つ（例えば、ｂ０）は全距離差の測定値に対する基準であり、この基地局が座
標フレームの原点である、と、一般性の損失なしに仮定する。したがって、距離
差測定値は下記のように示すことができる。 【００９８】 【数４６】 測定値の各々に対して下記の操作を実行する。 【００９９】 【数４７】 両辺を展開する： 【数４８】 次に、方程式の右辺に二次項を集める。 【０１００】 【数４９】 二次変数はλ＝｜ｘ−｜として規定される。式（３３ｃ）は下記のように記述
できる。 【０１０１】 【数５０】 全距離差測定値の式（３３）および（３４）の操作を実行できる。次に、この
系の方程式は下記のように記述できる。 【０１０２】 【数５１】 高度補助、衛星測定値および式（６）、（９）、および（１１）のそれぞれに
に規定されるような時間バイアス測定値は、この段階でこの系に付加できる。こ
の式のセットは、単一の式のセットを得るように連結できる。 【０１０３】 【数５２】 Ｂを一般化されたＡの逆数とすると（この場合の共分散マトリックスは共分散
マトリックスと同じでないことに注目せよ）、そのとき下記のようになる。 【０１０４】 【数５３】 この点で２つの新しいベクトルｄおよびｅと２つの新しいスカラーｆおよびｇ
を規定する。 【０１０５】 【数５４】 ｐ−（１） ｐ−（２） ｐ−（３） はベクトルｐのｘ成分、ｙ成分および
ｚ成分である。 【０１０６】 ｑ−（１） ｑ−（２） ｑ−（３） はベクトルｑのｘ成分、ｙ成分および
ｚ成分である。 【０１０７】 ｐ−（４） はベクトルｐのｂ成分である。 【０１０８】 ｑ−（４） はベクトルｑのｂ成分である。 【０１０９】 これによって、ｘ成分、ｙ成分およびｚ成分は、ｂ成分とは別個であるみなす
ことができる。 【０１１０】 式３８を式３７に代入する場合、下記の式を得る。 【０１１１】 【数５５】 下記であることを分かるべきである。 【０１１２】 【数５６】 したがって、この系の未知数ｘ、ｙ、およびｚは、下記のようにλの関数とし
て示すことができる。 【０１１３】 【数５７】 式３９ａは、λを両辺から減算することによってゼロに等しく設定される。 【０１１４】 【数５８】 式（３９ｂ）は、λの二次項であり、下記の解を有する。 【０１１５】 【数５９】 λのこれらの２つの値をλの関数としてシステム変数の定義に代入することに
よってλのこれらの２つの値に相当する解を求めることができる。 【０１１６】 【数６０】 不明確な解 二次系の代数的解法は、冗長性がある場合さえ、常に２つの解を生じる。開示
された方法および装置によれば、正しい解を区別するために、これら２つの解を
系の方程式に戻して代入し、非常にわずかな残差を生じる解を求める。両方の解
がわずかな残差を生じる場合、この系は２つの明確な解を有する。正しい解は、
基地局測定値に関連したセクター情報と矛盾のない解である。それとは別に、求
められる位置の最初の推定値を決定するために使用されるこの方法のいずれかが
不明確さを解決する（すなわち２つの解の中の１つを選択する）のに役立つため
にも使用されてもよいことを当業者は理解するであろう。例えば、その位置が求
められる装置と通信しているセクターは、解の１つ、その代わりにサービング基
地局の位置、この装置内の高度センサによって決定されるような装置の高度、あ
るいは解の１つが正しいより可能性があるという可能性を制限するために使用さ
れてもよいいかなる他の情報も取り除いてもよい。前述のように、不明確さを解
決するために使用できる基準のいくつかは、下記のことを含むが、これに限定さ
れない。（１）セクター角開口（すなわち、セクターの角度の大きさ）および配
置、（２）予想されるセルサイズに対するサービング基地局への距離、（３）冗
長性がある場合、２つの解の相対ＬＭＳコスト、（４）受信信号電力および（５
）ネットワーク計画に役立つカバレージマップ。 【０１１７】 図７は、開示された方法および装置を実施するために使用される１つの装置７
００の構造を示している。図７に示されるように、この装置は、アンテナ７０２
と、トランシーバ７０４と、プロセッサ７０６とを含む。このアンテナは、衛星
および地上トランシーバ局のような信号源の各々から信号を受信する。この信号
は、アンテナ７０２からトランシーバ７０４に結合される。次に、この信号は、
当業者に周知であるようにトランシーバ７０４によって処理される。このトラン
シーバは、アナログ通信トランシーバ、ディジタル通信トランシーバ、ＧＰＳ位
置決定トランシーバ、ロラントランシーバ、あるいはこれらもしくは他の種類の
トランシーバの任意の組み合わせであってもよい。次に、処理信号はプロセッサ
７０６に結合される。このプロセッサ７０６は、前述された機能を実行でき、メ
モリを含む汎用マイクロプロセッサと、メモリを含む特別なマイクロプロセッサ
、専用集積回路（ＡＳＩＣ）（あるいはＡＳＩＣの一部）、個別部品を含む専用
回路、状態機械を含む専用コンピュータと、あるいはミニコンピュータ、デスク
トップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、あるいはメインフレームコン
ピュータを含む任意の汎用コンピュータを含む任意の種類の計算装置であっても
よい。このプロセッサ７０６は、この装置７００の位置を出力する。プロセッサ
７００によって実行される処理機能が、同じ物理位置にあってもよいしあるいは
なくてもよいいくつかの部品の中に分散されてもよい。例えば、情報が、必要と
される計算および操作のいくつかを実行する可能な決定装置（ＰＤＥ）のような
装置によって収集され、外部装置に送信されることは一般的である。 【０１１８】 前述された好ましい実施形態は例として引用されることに注目すべきであり、
本発明の全範囲は特許請求の範囲だけに限定される。例えば、本出願は上記のい
くつかの例の通信基地局の使用を示しているが、地上トランシーバ局は、信号を
供給でき、位置探索を決定する本方法および装置を受け入れる任意の局であって
もよい。同様に、上記の例の多くで参照される衛星はＧＰＳ衛星である。それに
もかかわらず、衛星は、位置探索決定のために前述のように使用できる位置探索
をもたらす付加信号を供給する任意のシステムであってもよい。 【図面の簡単な説明】 【図１】 ４つの衛星およびＧＰＳ受信機を示している。 【図２】 地上トランシーバ局および移動局を示している。 【図３】 ３つの衛星、地上トランシーバ局、および移動局を示している。 【図４】 ２つの基地局および移動局を示している。 【図５】 ２つの衛星５０１、５０２、基地局５０４、および移動局５０５を示している
。 【図６】 衛星６０１、２つの地上トランシーバ局６０４、および移動局を示している。 【図７】 開示された方法および装置を実施するために使用される１つの例の構造を示し
ている。 【符号の説明】 １０１…衛星、１０２…衛星、１０３…衛星、１０４…衛星、２０１…基地局、
２０２…移動局、３０１…衛星、７０４…トランシーバ、７０６…プロセッサ、
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ
，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，
ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ
Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ
，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，
ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，
ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ
Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ
，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，
ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ
Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ
，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，
ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ
Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ
，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，
ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
(72)発明者 バヤノス、アルキヌース・ヘクター
アメリカ合衆国、カリフォルニア州
92109 サン・ディエゴ、ナンバー２、サ
ウス・フェルスパー・ストリート 1134
(72)発明者 アガシェ、パラグ・エー
アメリカ合衆国、カリフォルニア州
92126 サン・ディエゴ、ナンバー４、カ
ミノ・ルイズ 10173
(72)発明者 ソリマン、サミール・エス
アメリカ合衆国、カリフォルニア州
92131 サン・ディエゴ、サイプレス・キ
ャニオン・パーク・ドライブ 11412
Ｆターム(参考） 5J062 AA05 AA13 BB01 CC07 DD05
5K067 AA21 BB04 BB21 DD20 DD25
DD30 EE02 EE10 FF03 JJ52
JJ53 JJ56
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】装置の位置を決定する方法であって、 ａ）決定されるように求められる特定の位置に関連した距離情報、擬似距離情
報、および到達差の情報を受信する、 ｂ）前記擬似距離情報に関連した未知数二次項を除去する平面波近似を使用す
る、 ｃ）前記距離情報の前記未知数二次項に二次変数を代入する、 ｄ）送信点の１つを有する座標フレームを前記座標フレームの原点として構成
する、 ｅ）新しく構成された座標フレームによって距離到達差の情報を示す、 ｆ）未知の位置座標に二次変数を代入し、到達差の情報の前記方程式を前記擬
似距離情報および前記距離情報を示すために使用される形式と同じ形式に配置す
る、 ｇ）前記距離、擬似距離および到達差の情報に対する前記方程式を連結して一
つの方程式のセットにする、 ｈ）未知数を前記二次変数の関数として示す、及び ｉ）前記二次変数に対する解を求め、求められる位置に対する２つの解を決定
する、 の工程を含む、装置の位置を決定する方法。
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