JP2006502417A - 遠隔受信器において長期衛星追跡データを使用する方法及び装置 - Google Patents

遠隔受信器において長期衛星追跡データを使用する方法及び装置 Download PDF

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Abstract

遠隔受信器において長期衛星追跡データを使用する方法及び装置。一例においては、遠隔受信器にてサーバーから長期衛星追跡データを受信する。長期衛星追跡データは、遠隔受信器において取得支援データを計算する目的に使用する。遠隔受信器は、取得支援データを使用して衛星信号を取得する。取得した衛星信号を使用して、遠隔受信器の位置を特定することができる。

Description

関連出願
[0001]本出願は、本文書に参考とすることにより全体が組み込まれる米国仮特許出願第６０／４１５，３６４号（出願日：２００２年１０月２日）の利益を享受する。
発明の分野
[0002]本発明は、位置特定システムに関し、より詳細には、遠隔受信器における長期衛星追跡データの使用に関する。
関連技術の説明
[0003]全地球測位システム（ＧＰＳ）の受信器は、いくつかの衛星からの測定値を使用して位置を計算する。ＧＰＳ受信器は、通常、衛星から送信されて地球の表面又は表面付近の受信器によって受信される信号の、送信と受信との間の時間遅延を計算することによって、自身の位置を確定する。時間遅延に光の速度を乗じると、受信器から、受信器から可視である衛星のそれぞれまでの距離が得られる。ＧＰＳ衛星は、衛星測位データ、いわゆる「エフェメリス（ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）」データを受信器に送信する。エフェメリスデータに加えて、衛星は、その衛星に関連付けられている絶対時刻情報を受信器に送信し、すなわち、絶対時刻信号が週秒信号として送られる。受信器は、この絶対時刻信号を使用することで、受信した信号のそれぞれが各衛星によっていつ送信されたかに関する時刻タグ（ｔｉｍｅ ｔａｇ）を厳密に確定することができる。信号のそれぞれが送信された正確な時刻を知ることによって、受信器は、衛星のそれぞれが信号を送信したときの位置を、エフェメリスデータを使用して計算する。最後に、受信器は、衛星の位置の情報と、衛星までの距離の計算値とを組み合わせて、受信器の位置を計算する。
[0004]より具体的には、ＧＰＳ受信器は、軌道周回中のＧＰＳ衛星から送信される、一意の疑似ランダムノイズ（ＰＮ）コードが含まれているＧＰＳ信号を受信する。ＧＰＳ受信器は、受信したＰＮコード信号列と内部で生成したＰＮ信号列との間で時間的なずれを比較することによって、信号の送信と受信との間の時間遅延を確定する。
[0005]送信されるＧＰＳ信号のそれぞれは、直接拡散方式（ｄｉｒｅｃｔ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）信号である。商業用に利用可能な信号は、標準測位サービスによって提供されている。この信号は、１５７５．４２ＭＨｚ（Ｌ１周波数）の搬送波上での拡散率１．０２３ＭＨｚの直接拡散方式信号を利用している。各衛星は、その特定の衛星を識別する一意のＰＮコード（Ｃ／Ａコードとして知られている）を送信する。ＰＮコードは、いくつかの衛星から同時に送信された信号を、それぞれの信号同士がほとんど干渉することなく受信器によって同時に受信することを可能にする。ＰＮコードの符号列の長さは１０２３チップであり、これは１ミリ秒の時間間隔に相当する。１０２３チップの１サイクルをＰＮフレームと称する。受信されるＧＰＳ信号のそれぞれは、１０２３チップのＰＮパターンの１．０２３ＭＨｚでの繰り返しから構成されている。ＰＮパターンは、極めて低い信号レベルにおいても依然として観測することができ、多数のＰＮフレームを処理し、基本的に平均化を行うことによって、明確な時間遅延測定値が得られる。これらの時間遅延測定値を「サブミリ秒疑似距離」（ｓｕｂ−ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ ｐｓｅｕｄｏｒａｎｇｅｓ）と称し、なぜなら、これらは１ミリ秒のＰＮフレームの境界を法としている（ｋｎｏｗｎ ｍｏｄｕｌｏ ｔｈｅ １ ＭＩＬＬＩＳＥＣＯＮＤ ＰＮ ｆｒａｍｅ ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ）ことが公知であるためである。各衛星の各遅延に対応するミリ秒の整数を解くことによって、明確な真の疑似距離が得られる。明確な疑似距離を解くプロセスは、「整数ミリ秒のアンビギュイティー解法」（ｉｎｔｅｇｅｒ ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ ａｍｂｉｇｕｉｔｙ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）として知られている。
[0006]ＧＰＳ受信器の位置を解くためには、４つの疑似距離のセットと、ＧＰＳ信号の送信の絶対時刻と、それらの絶対時刻における衛星の位置の情報とがあれば十分である。送信の絶対時刻は、送信時における衛星の位置を確定するうえで、従ってＧＰＳ受信器の位置を確定するうえで必要である。ＧＰＳ衛星は約３．９ｋｍ／ｓにて移動しており、従って、地球から観測したときの衛星までの距離は、最大で±８００ｍ／ｓの割合で変化する。絶対時刻に誤差があると、時刻の誤差１ミリ秒あたり最大で０．８ｍの距離の誤差が生じる。この距離の誤差によって、ＧＰＳ受信器の位置に同程度の誤差が生じる。従って、約１０ｍの位置精度を得るには、絶対時刻の精度は１０ｍｓで十分である。絶対時刻の誤差が１０ｍｓを大きく超えると、位置誤差が多くなり、従って、一般的なＧＰＳ受信器では、絶対時刻の精度として約１０ミリ秒又はそれ以上が要求される。
[0007]ＧＰＳ受信器が衛星からエフェメリスデータをダウンロードすることは、常に時間がかかり（１８秒以上）、困難であることも多く、（信号強度が非常に小さい環境においては）場合によっては不可能である。これらの理由から、衛星からの送信を待つ代わりに、衛星の軌道データ及びクロックデータを何らかの別の手段によってＧＰＳ受信器に送信することが有利であることが、長い間知られている。衛星の軌道データ及びクロックデータ、すなわち「支援データ」を提供するこの手法は、「アシステッドＧＰＳ（Ａｓｓｉｓｔｅｄ−ＧＰＳ）」又はＡ−ＧＰＳとして知られている。
[0008]Ａ−ＧＰＳシステムの１つのタイプにおいては、ＧＰＳ受信器が疑似距離を測定してサーバーに送信し、サーバーがＧＰＳ受信器の位置を特定する。このようなシステムを、本明細書においては「モバイル支援型」システムと称する。モバイル支援型システムにおいては、位置計算のたびに、ＧＰＳ受信器とサーバーとの間のトランザクションが４つあり、すなわち、受信器から支援をサーバーに要求し、サーバーから支援情報を受信器に送信し、受信器から疑似距離測定値をサーバーに送信し、最後に、サーバーから位置を受信器に送信する。ほとんどのモバイル支援型システムにおいては、支援データは短い期間（例えば数分）のみ有効であるため、新しい位置ごとに新しい要求と新しい支援情報とが送信される。従って、モバイル支援型システムの場合、位置を決定するまでの合計時間は、受信器とサーバーとの間のトランザクションの数によって悪い影響を受ける。更に、支援データを配信するネットワークのサービスエリアの外側に受信器がローミングする場合、受信器に同等の自立運転の能力があると想定して、受信器は衛星信号を取得して位置を自立的に計算しなければならない。
[0009]もう１つのタイプであるＡ−ＧＰＳシステムにおいては、ＧＰＳ受信器は、サーバーからの支援データを使用して自身の位置を特定する。このようなシステムは、本明細書においては「モバイルベース」システムと称する。モバイルベースシステムにおいては、位置計算ごとの受信器とサーバーとの間のトランザクションは最大で２つであり、すなわち、受信器がサーバーからの支援を要求し、サーバーが支援情報を受信器に送信する。位置は、支援情報を使用して受信器内部で計算される。従来のモバイルベースシステムにおいては、支援情報は、２〜４時間有効であるエフェメリスデータである。すなわち、エフェメリスデータは、衛星によってブロードキャストされるデータと同じデータである。従って、従来のモバイルベースシステムの場合、支援データが有効である２〜４時間を超えて受信器が位置を計算しなければならない場合、受信器とサーバーとの間で更なるトランザクションが必要となるため、位置を決定するまでの合計時間に悪影響が及ぶことがある。更に、支援データが配信されるネットワークのサービスエリアの外側に、２〜４時間より長い期間にわたって受信器がローミングしている場合、受信器は衛星信号を取得して自立的に位置を計算しなければならない。
[0010]従って、受信器とサーバーとの間のトランザクションの数が最小になり、且つネットワークのサービスエリアの外側でも動作することが可能になるように、遠隔受信器において衛星追跡データを使用する方法及び装置のニーズが、この分野に存在する。
発明の概要
[0011]遠隔受信器において長期衛星追跡データを使用する方法及び装置について説明する。本発明の１つの実施形態においては、遠隔受信器にて長期衛星追跡データをサーバーから受信する。長期衛星追跡データは、例えば、生成後少なくとも６時間有効である衛星軌道情報若しくは衛星クロック情報、又はその両方を含んでいることができる。長期衛星追跡データは、基準局ネットワーク（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｎｅｔｗｏｒｋ）若しくは衛星制御ステーション（ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔａｔｉｏｎ）、又はこの両方から得られる衛星追跡情報を使用して、サーバーにて生成することができる。長期衛星追跡データは、例えば、衛星軌道若しくはクロックモデル、又はその両方のブロック（エフェメリスデータなど）を使用して生成することができる。
[0012]長期衛星追跡データは、遠隔受信器において取得支援データを計算する目的に使用される。取得支援データは、例えば、遠隔受信器から可視である衛星によって送信される衛星信号のドップラーシフトの予測値を含んでいることができる。ドップラーシフトは、推定位置と、推定時刻と、長期衛星追跡データとを使用して計算することができる。次いで、遠隔受信器は、取得支援データを使用して衛星信号を取得する。取得した衛星信号を使用して、遠隔受信器の位置を特定することができる。
[0013]上述した本発明の特徴を詳しく理解することができるように、上記に簡潔に要約した本発明について、実施形態を参照しながら具体的に説明する。いくつかの実施形態は、添付の図面に図解してある。しかしながら、添付の図面は、本発明の代表的な実施形態を図解しているに過ぎず、従って、本発明の範囲を制限するものではなく、本発明は、同等の効果を有する他の実施形態もその範囲に含むものとする。
[0021]理解を容易にする目的で、図面に共通する同一要素は、可能な限り同一参照番号を用いて表してある。
本発明の詳細説明
[0022]図１は、位置特定システム１００の模範的な実施形態を描いているブロック図である。システム１００は、サーバー１０２と複数の遠隔受信器１０４（実例として、遠隔受信器１０４１と、遠隔受信器１０４２と、遠隔受信器１０４３）とを含んでいる。遠隔受信器１０４は、位置を特定する目的で、衛星コンステレーションのうちの複数の衛星までの疑似距離を測定する。例えば、遠隔受信器１０４は、ＧＰＳコンステレーションのうちの複数の全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星までの疑似距離を測定することができる。サーバー１０２は、遠隔受信器１０４の動作を支援することを目的とする、衛星軌道情報若しくは衛星クロック情報、又はその両方を表すデータ（衛星追跡データ）を配信する。特に、遠隔受信器１０４は、衛星信号の取得若しくは位置の計算、又はその両方を支援することを目的とする衛星追跡データを使用することができる。
[0023]サーバー１０２は、無線通信システム１０８或いはネットワーク１１０などの通信リンクを使用して、遠隔受信器に衛星追跡データを配信することができる。例えば、遠隔受信器１０４１は、無線通信システム１０８のサービスエリア１１２の中に位置している。本発明の１つの実施形態においては、無線通信システム１０８のサービスエリア１１２の中に位置している基地局１１６と遠隔装置１０４１との間の無線リンク１１４を通じて、衛星追跡データを遠隔装置１０４１に送信することができる。例えば、無線通信システム１０８は携帯電話網とすることができ、サービスエリア１１２はセルサイト（ｃｅｌｌ ｓｉｔｅ）とすることができ、基地局１１６は、セルサイト内にサービスを提供するセルタワー（ｃｅｌｌ ｔｏｗｅｒ）とすることができる。別の実施形態においては、サーバー１０２によって衛星追跡データをネットワーク１１０に提供し、遠隔受信器１０４２に送信することができる。例えば、遠隔受信器１０４２は、インターネットから衛星追跡データをダウンロードすることができる。場合によっては、１基以上の遠隔受信器１０４（例えば遠隔受信器１０４３）がサーバー１０２から衛星追跡データを受信することができないことがある。例えば、遠隔受信器１０４３がサービスエリア１１２の外側にローミングしており、無線通信システム１０８に接続することができないことがある。更に、遠隔受信器１０４３がネットワーク１１０に接続することができないことがある。後から詳しく説明するように、サーバー１０２によって遠隔受信器１０４に配信される衛星追跡データは、標準の放送歴（ｂｒｏａｄｃａｓｔ ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）と比較して長時間（例えば２〜４日）有効である。従って、遠隔受信器１０４３は、サーバー１０２に接続することができない場合でも、長時間にわたり動作を続行することができる。
[0024]衛星追跡データは、様々なタイプの衛星測定データ（「衛星追跡情報」）を使用して生成することができる。具体的には、サーバー１０２は、追跡ステーション（ｔｒａｃｋｉｎｇ ｓｔａｔｉｏｎ）のネットワーク（「基準局ネットワーク１１８」）若しくは衛星制御ステーション（ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔａｔｉｏｎ）１２０、又はこの両方などの外部情報源から衛星追跡情報を受信する。基準局ネットワーク１１８は、コンステレーションのすべての衛星から衛星追跡情報を集めるいくつかの追跡ステーション、又は２〜３基の追跡ステーション、又は世界の特定地域の衛星追跡情報を集めるのみである１基の追跡ステーション、を含んでいることができる。基準局ネットワーク１１８から受信される衛星追跡情報は、例えば、衛星エフェメリス、コード位相（ｃｏｄｅ ｐｈａｓｅ）測定値、搬送波位相測定値、ドップラー測定値のうち、少なくとも１つを含んでいる。基準局ネットワークを使用してエフェメリスデータを収集及び配信する模範的なシステムは、本文書に参考とすることにより全体が組み込まれる米国特許第６，４１１，８９２号明細書（出願日２００２年６月２５日）に説明されている。サーバー１０２は、衛星制御ステーション１２０（例えばＧＰＳ内のマスター制御ステーション）から通信リンク１２２を介して衛星追跡情報（例えばエフェメリス）を受信することができる。衛星制御ステーションからエフェメリス情報を直接取得する模範的なシステムは、本文書に参考とすることにより全体が組み込まれる米国特許出願第１０／０８１，１６４号明細書（出願日：２００２年２月２２日）（整理番号ＧＬＢＬ０２０）に説明されている。
[0025]サーバー１０２は、基準局ネットワーク１１８若しくは衛星制御ステーション１２０、又はその両方から受信する衛星追跡情報を使用して、遠隔受信器１０４に配信するための衛星追跡データを生成する。サーバー１０２によって生成される衛星追跡データは、衛星軌道データ若しくは衛星クロックデータ、又はその両方を含んでいる。衛星追跡データは、衛星１０６によってブロードキャストされるエフェメリスデータと比較して長い期間にわたり有効である。本発明の１つの実施形態においては、衛星軌道データは、少なくとも６時間有効である。別の実施形態においては、衛星軌道データは、最大４日間有効である。従って、遠隔受信器１０４に配信される衛星追跡データは、本明細書においては、放送歴からのそのようなデータ（一般にはわずか２〜４時間有効）と区別する目的で、「長期衛星追跡データ」と称する。衛星追跡データを生成する模範的なシステムは、本文書に参考とすることにより全体が組み込まれる米国特許第６，５４２，８２０号明細書（公開日：２００３年４月１日）に説明されている。
[0026]図２は、衛星追跡データ２００の模範的な実施形態を描いているブロック図である。衛星追跡データ２００は、複数のモデル２０２１〜２０２Ｎ（まとめてモデル２０２と称する）を含んでおり、Ｎは１又は１より大きい整数である。モデル２０２のそれぞれは、生成後の特定の期間（例えば、この実施形態においては６時間）有効である。モデル２０２のそれぞれは、衛星軌道データ若しくは衛星クロックデータ、又はその両方を含んでいる。モデル２０２のそれぞれの衛星軌道データ部分は、衛星の位置を表すデータ、衛星の速度を表すデータ、衛星の加速度を表すデータのうち１つ以上を含むものとすることができる。モデル２０２のそれぞれの衛星クロックデータ部分は、衛星のクロックオフセットを表すデータ、衛星のクロックずれを表すデータ、衛星のクロックずれの割合を表すデータのうち１つ以上を含むものとすることができる。本発明の１つの実施形態においては、モデル２０２のそれぞれは、基準局ネットワーク１１８若しくは衛星制御ステーション１２０、又はその両方から収集したエフェメリスデータを含んでいる。別の実施形態においては、モデル２０２のそれぞれは、軌道パラメータ若しくはクロックパラメータ、又はその両方を表す何らかの別の形式としてもよい。衛星追跡データの模範的なモデルは、米国特許第６，５４２，８２０号明細書に説明されている。
[0027]衛星追跡データ２００は、衛星軌道データ若しくはクロックデータ、又はその両方のＮ個の連続するブロック（すなわちＮ個のモデル２０２）によって定義される。説明のための一例として、モデル２０２のそれぞれは６時間有効であり、従って、衛星追跡データは６Ｎ時間有効である。しかしながら、モデル２０２のそれぞれは、有効期間が６時間以外であってもよいことを理解されたい。例えば、１６個の連続するモデル２０２を使用して、４日間有効な衛星追跡データを生成することができる。
[0028]図１に戻って、本発明の１つの実施形態においては、サーバー１０２によって生成される衛星追跡データは、コンステレーションのすべての衛星に関連付けられている。従って、遠隔受信器１０４が位置を計算する場所がどこであろうとも、遠隔受信器１０４は、可視である衛星の正しい情報を持つ。別の実施形態においては、サーバー１０２によって生成される衛星追跡データは、中の軌道データ及びクロックデータが有効である期間中に特定地域（例えば遠隔受信器１０４が動作中の国）において可視となる衛星のみに関連付けられる。衛星追跡データは、例えば、上述したように、軌道若しくはクロック、又はその両方の６時間有効なモデルが１６個連続する、トータルで生成後の４日間をカバーするデータから形成することができる。６時間の期間のうちのいくつかについては、遠隔受信器１０４が動作中の国の中のどこかでいくつかの衛星が可視ではなく、衛星追跡データを遠隔装置１０４に配信する前にこれらのモデルを衛星追跡データから削除するようにサーバー１０２を設定することができる。サーバー１０２は、使用される可能性のある衛星すべて（例えば、コンステレーションの衛星すべて、又は特定地域内で可視である衛星すべて）の衛星追跡データを提供するため、遠隔受信器が特定地域内のどこかに存在している限り、データは、衛星追跡データの配信時における遠隔受信器１０４の位置には依存しない。
[0029]図３は、遠隔受信器３００の模範的な実施形態を描いているブロック図である。遠隔受信器３００は、図１に示した遠隔受信器１０４のいずれとしても使用することができる。遠隔受信器３００は、実例として、衛星信号受信器３０２と、無線送受信器３０４と、マイクロコントローラ３０６と、メモリ３０８と、モデム３１０と、クロック３１１とを含んでいる。衛星信号受信器３０２は、アンテナ３１２を通じて衛星信号を受信する。衛星信号受信器３０２は、周知の方法によって衛星信号を処理して疑似距離を形成する。アシステッドＧＰＳの模範的な信号受信器は、本文書に参考とすることにより全体が組み込まれる米国特許第６，４５３，２３７号明細書（公開日：２００２年９月１７日）に説明されている。クロック３１１は、推定時刻を確立する目的に使用することができる。
[0030]メモリ３００は、ランダムアクセスメモリ、読取り専用メモリ、リムーバルストレージ、ハードディスクストレージ、又はこのようなメモリ装置データベースの任意の組み合わせでよい。メモリ３０８は、衛星信号の取得若しくは位置の計算、又はその両方を支援する目的で使用することができる衛星追跡データ３１６を格納することができる。衛星追跡データ３１６は、無線送受信器３０４を使用してアンテナ３１４を通じて受信する、又は、モデム３１０を使用してコンピュータネットワーク（例えばインターネット）を通じて受信することができる。メモリ３００は、位置のテーブル（「テーブル３１８」）も格納することができる。テーブル３１８は、遠隔受信器４００の最近に計算された位置、若しくは、遠隔受信器３００が最近に通信した基地局又はセルサイトの位置、又はその両方を含むものとすることができる。テーブル３１８は、遠隔受信器３００の推定位置を確立する目的に使用することができる。後から説明するように、遠隔受信器３００の推定位置と推定時刻は、衛星信号の取得を支援するためのデータ（「取得支援データ」３２０）を衛星追跡データ３１６から生成する目的に使用することができる。
[0031]図４は、サーバー４００の模範的な実施形態を描いているブロック図である。サーバー４００は、図１に示したサーバー１０２として使用することができる。サーバー４００は、実例的に、中央処理ユニット（ＣＰＵ）４０２と、入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路４０４と、サポート回路４０６と、メモリ４０８とを含んでいる。サポート回路４０６は、クロック回路、キャッシュ、電源など、ＣＰＵ ４０２の動作を助ける周知の回路を備えている。メモリ４０８は、ランダムアクセスメモリ、読取り専用メモリ、リムーバルストレージ、ハードディスクストレージ、又はこのようなメモリ装置データベースの任意の組み合わせとしてもよい。
[0032]衛星追跡情報４１０（例えば、エフェメリス、コード位相測定値、搬送波位相測定値、ドップラー測定値）は、そのような情報の外部源（基準局ネットワーク若しくは衛星制御ステーション、又はその両方）からＩ／Ｏ回路４０４を使用して受信され、メモリ４０８に格納される。サーバー４００は、衛星追跡情報４１０を使用して、遠隔装置が使用する長期衛星追跡データを計算する。Ｉ／Ｏ回路４０４は、セルデータベース４１２にも結合することができる。セルデータベース４１２は、無線通信システムの様々な基地局又はセルサイトの識別証（ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃｉａ）（「セルＩＤ」）と、基地局又はセルサイトの位置のデータベースを格納している。後から説明するように、基地局又はセルサイトの位置は、遠隔受信器のおよその位置として使用することができる。これに代えて、セルサイト間又は基地局間での移行、或いは最後の既知の位置などを使用して、遠隔受信器のおよその位置を確定してもよい。
[0033]Ｉ／Ｏ回路４０４は、装置データベース４１４にも結合することができる。装置データベース４１４は、特定の衛星追跡データがどの遠隔受信器に配信されたかと、そのような衛星追跡データの有効期間がいつ終了するかを常に認識しておく目的に使用することができる。サーバー４００は、装置データベース４１４を使用することにより、新しい衛星追跡データによって遠隔受信器を更新するタイミングを確定することができる。衛星追跡データを遠隔受信器に送信する模範的なプロセスについては、以下で説明する。
[0034]衛星追跡データは、遠隔受信器からの要求に応答して遠隔受信器に配信することができる。例えば、遠隔受信器のユーザーは、サーバーからの衛星追跡データを手動で要求する、又は、衛星追跡データを必要とする位置計算を開始することができる。衛星追跡データは、遠隔受信器に自動的に配信することもできる。図５は、衛星追跡データを遠隔受信器に自動的に送信するプロセス５００の模範的な実施形態を描いている流れ図である。プロセス５００は、サーバー又は遠隔受信器のいずれかによって実行することができる。すなわち、遠隔受信器が衛星追跡データを必要とするときを遠隔受信器自身が確定するか、又は、遠隔受信器が衛星追跡データを必要とするときをサーバーが確定することができる。
[0035]プロセス５００は、ステップ５０２にて開始され、このステップにおいて、最後の衛星追跡データトランザクションから経過した時間を確定する。ステップ５０４において、経過時間が所定のしきい値を超えているかを判定する。しきい値は、衛星追跡データの有効期間の百分率でよい。例えば、衛星追跡データが４日間有効である場合、しきい値を２日間と設定することができる。この場合、最後の衛星追跡データトランザクションから２日が経過している場合、しきい値を超えている。しきい値を超えている場合、プロセス５００はステップ５０６に進む。そうでない場合、プロセス５００はステップ５０２に戻る。
[0036]ステップ５０６において、サーバーとの接続が利用可能であるかを判定する。例えば、遠隔受信器の電源が切られている、又は遠隔受信器がシステムのサービスエリアの外側にローミングしている場合、サーバーとの接続が利用可能でないことがある。接続が利用可能である場合、プロセス５００はステップ５０８に進む。
[0037]ステップ５０８において、トラフィックが少ない期間内に新しい衛星追跡データを遠隔受信器に送信するスケジュールを立てる。ステップ５０４のしきい値は衛星追跡データの有効期間の百分率に設定されているため、現在格納されている衛星追跡データは依然として有効であり、遠隔受信器は新しい衛星追跡データをただちには必要としない。従って、無線通信システム又はその他のネットワークのいずれかを使用して、そのようなネットワークのアクティビティが少ない期間内に新しい衛星追跡データを遠隔受信器に送信することができる。
[0038]ステップ５０６において、接続が利用できない場合、プロセス５００はステップ５１０に進む。ステップ５１０において、経過時間が衛星追跡データの有効期間を超えているかを判定する。超えていない場合、プロセス５００は、上述したステップ５０８に進む。すなわち、サーバーは、トラフィックの少ない期間内に新しい衛星追跡データを遠隔受信器に送信するスケジュールを立てる。ステップ５０４のしきい値は衛星追跡データの有効期間の百分率に設定されているため、遠隔受信器は新しい衛星追跡データをただちには必要としない。遠隔受信器は、接続が利用可能になるまで、有効な衛星追跡データを使用して動作を続行することができ、接続が利用可能になった後、トラフィックが少ない期間内に新しい衛星追跡データを送信することができる。
[0039]ステップ５１０において、経過時間が衛星追跡データの有効期間を超えている場合には、プロセス５００はステップ５１２に進む。ステップ５１２においては、接続が利用可能になったときに新しい衛星追跡データを遠隔受信器に送信するスケジュールを立てる。すなわち、遠隔装置が再びシステムに接続したときに、新しい衛星追跡データを遠隔装置にアップロードすることができる。
[0040]従って、すべての遠隔受信器は、サーバーに接続することのできる時間のほとんどすべての間、有効な衛星追跡データを持つ。更に、遠隔受信器のほとんどすべては、位置を特定する必要があるときにアシステッドＧＰＳの動作によって処理が行われ、衛星追跡データを要求したり衛星追跡データが配信されるのを待つ必要がない。従って、サーバーのトランザクションの数が最小になる。サーバーに接続することのできない遠隔受信器は、サーバーから切断されている間、長期間（例えば４日間）にわたり衛星追跡データを使用して動作を続行することができる。更に、衛星追跡データは、遠隔受信器によって使用される正確な時刻に依存しない。
[0041]図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、長期衛星追跡データを使用して遠隔受信器の位置を特定するプロセス６００の模範的な実施形態を描いている流れ図である。プロセス６００は、ステップ６０２にて開始され、このステップにおいては、最後の衛星追跡データトランザクションから経過した時間を確定する。ステップ６０４において、衛星追跡データの有効期間を超えているかを判定する。例えば、衛星追跡データは４日間有効である。衛星追跡データが無効である場合、プロセスはステップ６０６に進む。そうでない場合、プロセス６００はステップ６１０に進む。
[0042]ステップ６０６において、サーバーと遠隔受信器との間の接続が利用可能であるかを判定する。利用可能でない場合、プロセス６００はステップ６０８に進み、このステップにおいて、接続を利用不可とマークを付ける。利用可能である場合、プロセスはステップ６０７に進む。ステップ６０７において、遠隔受信器は、新しい衛星追跡データを要求し、サーバーから受信する。ステップ６０９において、格納されている衛星追跡データを新しい衛星追跡データによって更新する。次いで、プロセスはステップ６１０に進む。
[0043]ステップ６１０において、時刻を確定する。１つの実施形態においては、推定時刻は、遠隔受信器内のクロックを使用して求めることができる。ステップ６１２において、遠隔受信器の位置を推定する。ステップ６１４において、時刻と、推定位置と、格納されている衛星追跡データとを使用して、取得支援データを計算する。取得支援データは、遠隔受信器が衛星信号を取得するうえで役立つ。１つの実施形態においては、取得支援データは、遠隔受信器から可視である衛星のそれぞれの予測されるドップラーシフトを含んでいる。ＧＰＳにおいては、すべての衛星信号は正確に同じ周波数１５７５．４２ＭＨｚにて衛星から発信される。しかしながら、遠隔受信器にて観測される衛星信号の周波数は、衛星の相対的な動きに起因して±４．５ＫＨｚずれる。地平線を超えて上昇している衛星は、最大で４．５ＫＨｚ高いドップラーシフトを示し、地平線に向かって下降している衛星は最大で４．５ＫＨｚ低いドップラーシフトを示し、天頂（遠隔受信器から見た空の最高点）における衛星は、ドップラーシフトを示さない。
[0044]遠隔受信器は、推定位置と、時刻と、格納されている衛星追跡データとを使用して、遠隔受信器の推定位置に対するドップラーシフトを計算する。上述したように、１つの実施形態においては、衛星追跡データは、エフェメリスデータのブロックの形式において提供される。そのような衛星追跡データを使用する場合、推定位置及び時刻におけるドップラーシフトの計算は、従来の方法で実行される。取得支援データにより、予測されるドップラーシフトに関連する不確定性のウィンドウ又は範囲が得られる。不確定性範囲の大きさは、位置の初期推定及び時刻の精度に依存する。時刻は、不確定性範囲の大きさにほとんど影響せず、その誤差はＧＰＳ時刻の数秒程度である。位置の推定値は、不確定性範囲に大きく影響する。位置の推定値が遠隔受信器の真の位置の約１０ｋｍ以内である場合、ドップラー範囲は±１０Ｈｚである。位置の推定値が真の位置の広域内（例えば、動作中の国の中、又は３０００ｋｍ以内）である場合、ドップラー範囲は±３０００Ｈｚである。遠隔受信器の位置を推定する模範的なプロセスについて、以下に説明する。この分野において周知であるように、ドップラー探索範囲は、遠隔受信器におけるローカル基準周波数の不確定性も含んでいなければならない。
[0045]ステップ６１６において、遠隔受信器は取得支援データを使用して衛星信号を取得する。１つの実施形態においては、遠隔受信器は、取得支援データとローカル周波数基準（ｌｏｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）とによって定義される周波数範囲内において衛星信号を探索する。初期位置を計算するために必要な衛星信号を取得するのにかかる時間（「最初の確定までの時間」）は、周波数ウィンドウの大きさに依存する。周波数ウィンドウが小さいほど、最初の確定までの時間が短くなる。
[0046]ステップ６１８において、接続が利用不可とマークが付けられていないかを判定する。マークが付けられていない場合、プロセス６００はステップ６２４に進み、このステップにおいて、格納されている衛星追跡データを使用して遠隔受信器の位置を計算する。ステップ６０８において接続が利用不可とマークが付けられている場合、プロセスはステップ６２０に進む。ステップ６２０において、取得した衛星信号からエフェメリスを復号化する。ステップ６１４においては、取得支援データを計算する目的に、無効な、又は「古い」衛星追跡データ、又は衛星アルマナックデータを使用することができるが、遠隔受信器の位置を計算する目的には、そのような有効期間の過ぎた、又は不正確な衛星追跡データを使用することはできない。従って、格納されている衛星追跡データが有効期間を過ぎており、遠隔受信器が新しい衛星追跡データを取得する目的でサーバーに接続することができない場合、遠隔受信器は、衛星信号を復号化してエフェメリス情報を取得する必要がある。ステップ６２２において、そのエフェメリス情報を使用して遠隔受信器の位置を計算することができる。
[0047]図７は、遠隔受信器の位置を推定するプロセス７００の模範的な実施形態を描いている流れ図である。プロセス７００は、プロセス６００のステップ６１２において、主たる推定手法として使用することができる。当業者には、この分野において公知である他の位置推定手法、例えば、遠隔受信器のセルサイト又は基地局の間での移行を使用する、又は、遠隔受信器の最後の既知の位置を使用するなどの手法を使用できることが理解されるであろう。プロセス７００は、ステップ７０２にて開始され、このステップにおいて、遠隔受信器が現在動作しているセルサイト（「アクティブセルサイト」）のセルＩＤを確定する。セルＩＤが存在しない、又はアクティブセルサイトが存在しない場合、プロセス７００はステップ７０６に進む。そうでない場合、プロセス７００はステップ７０４に進む。
[0048]ステップ７０４において、遠隔受信器に格納されているテーブルにセル位置が含まれているかを判定する。すなわち、遠隔受信器は、アクティブセルサイトの位置を識別する目的で、セルＩＤを使用して位置のテーブルを索引化することができる。アクティブセルサイトに関連付けられている位置がテーブル内に含まれている場合、プロセス７００はステップ７０８に進み、このステップにおいて、遠隔受信器の推定位置と、推定位置の不確定性とを出力する。セル位置がテーブル内に含まれていない場合、プロセス７００はステップ７０６に進む。
[0049]ステップ７０６においては、セルＩＤが存在しない（例えば、遠隔受信器が無線通信システムのサービスエリア内で動作していない）か、又は、テーブルに格納されているセルＩＤに関連付けられている位置が存在しないかのいずれかである。従って、最近に確定した位置が存在するかを判定する。例えば、最近に確定した位置として、確定後３分未満の計算位置でよい。遠隔受信器が２００ｋｍ／ｈ未満で移動している場合、３分間に遠隔受信器が移動した距離は１０ｋｍ未満である。これは、セルサイトの位置を使用する場合に遠隔受信器が取得する概略位置の不確定性の範囲内である。最近に確定した位置が存在する場合、プロセス７００はステップ７０８に進み、このステップにおいて、最近に確定した位置を推定位置として使用し、推定位置と不確定性とを出力する。更に、ステップ７１０において、その最近の位置によって位置のテーブルを更新することができる。
[0050]ステップ７０６において最近に確定した位置が存在しない場合、プロセス７００はステップ７１２に進む。ステップ７１２において、サーバーと遠隔受信器との間の接続が利用可能であるかを判定する。利用可能でない場合、プロセス７００はステップ７１８に進み、このステップにおいて、位置推定を広域（例えば、動作中の国又は地域）に設定する。プロセス７００は、ステップ７１８からステップ７０８に進み、このステップにおいて、推定位置と不確定性とを出力する。
[0051]ステップ７１２において、サーバーと遠隔受信器との間の接続が存在する場合、プロセス７００はステップ７１４に進む。ステップ７１４において、サーバーからのアクティブセルサイトの位置を要求する。遠隔受信器は、セルＩＤがすでに確定されている場合、そのセルＩＤをサーバーに送信することができる。ステップ７１６において、サーバーから位置が戻されている場合、プロセスはステップ７０８に進み、このステップにおいて、推定位置と不確定性とを出力する。更に、ステップ７１０において、アクティブセルサイトの新たに戻された位置によって位置のテーブルを更新することができる。ステップ７１６において、サーバーから位置が戻されていない場合、プロセス７００はステップ７１８に進み、このステップにおいて、位置推定を広域に設定する。
[0052]位置のテーブルを使用し、且つ最近に確定した位置を利用することによって、遠隔受信器はサーバーとの不要なトランザクションを回避することができる。遠隔受信器は、セルＩＤを使用してアクティブセルサイトの位置を要求するのではなく、この情報がローカルに格納されているかを最初に判定する。
[0053]ここまで、長期衛星追跡データを使用する方法及び装置について説明してきた。本発明の１つの実施形態においては、長期衛星追跡データは、２日〜４日の間の期間有効である衛星軌道データ若しくはクロックデータ、又はその両方を含んでいる。従って、遠隔受信器は、サーバーに接続して更新された情報を受信することなく、最大４日間動作を続行することができる。遠隔受信器がサーバーに接続することができない場合（例えば、遠隔受信器がネットワークのサービスエリアの外側にローミングしている）、遠隔受信器は、ネットワークに再び接続することができるまで長期衛星追跡データをそのまま使用することができる。従って、サーバーと遠隔装置との間のただ一度のトランザクションは、２日〜４日ごとに１回、すなわち遠隔装置がセルサイト又は基地局の位置をサーバーから必要とするときに起こる。
[0054]ここまでの議論においては、米国の全地球測位システム（ＧＰＳ）への適用に関連して本発明を説明してきた。しかしながら、これらの方法は、類似する衛星システム、特に、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳシステム又はヨーロッパのＧａｌｉｌｅｏシステム、その他、或いは、ＧＬＯＮＡＳＳシステム、Ｇａｌｉｌｅｏシステム、ＧＰＳシステムのうちの任意の組み合わせにも、等しく適用できることが明らかである。本明細書において使用した用語「ＧＰＳ」は、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳシステム、ヨーロッパのＧａｌｉｌｅｏシステムなどの代替の衛星測位システムを含む。
[0055]本発明の方法及び装置についてＧＰＳ衛星に関連して説明したが、本発明の教示内容は、スードライト、又は衛星とスードライトとの組み合わせを利用する測位システムにも等しく適用できることが理解されるであろう。スードライトとは、ＰＮコード（ＧＰＳ信号に似ている）をブロードキャストする地上ベースの送信器であり、この場合のＰＮコードは、Ｌ帯搬送波信号上に変調することができ、一般的にはＧＰＳ時刻と同期している。本明細書において使用した用語「衛星」は、スードライト、又はスードライトの同等物を含むものとする。本明細書において使用した用語「ＧＰＳ信号」は、スードライト、又はスードライトの同等物からのＧＰＳ信号に似た信号を含むものとする。
[0056]ここまで、本発明の実施形態に基づいて説明してきたが、本発明のそれ以外の更なる実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく創案することができる。本発明の範囲は、添付の請求項によって定義されている。
位置特定システムの模範的な実施形態を描いているブロック図である。 衛星追跡データの模範的な実施形態を描いているブロック図である。 遠隔受信器の模範的な実施形態を描いているブロック図である。 サーバーの模範的な実施形態を描いているブロック図である。 衛星追跡データを遠隔受信器に自動的に送信するプロセスの模範的な実施形態を描いている流れ図である。 長期衛星追跡データを使用して遠隔受信器の位置を特定するプロセスの模範的な実施形態を描いている流れ図である。 長期衛星追跡データを使用して遠隔受信器の位置を特定するプロセスの模範的な実施形態を描いている流れ図である。 長期衛星追跡データを使用して遠隔受信器の位置を特定するプロセスの模範的な実施形態を描いている流れ図である。 遠隔受信器の位置を推定するプロセスの模範的な実施形態を描いている流れ図である。

Claims (39)

  1. 遠隔受信器にてサーバーから長期衛星追跡データを受信するステップと、
    前記遠隔受信器にて前記長期衛星追跡データを使用して取得支援データを計算するステップと、
    前記遠隔受信器にて前記取得支援データを使用して衛星信号を受信するステップと
    を含んでいる、方法。
  2. 前記衛星信号と前記長期衛星追跡データとを使用して前記遠隔受信器の位置を計算するステップ
    を更に含んでいる、請求項１に記載の方法。
  3. 前記衛星信号からエフェメリス情報を復号化するステップと、
    前記衛星信号と前記エフェメリス情報とを使用して前記遠隔受信器の位置を計算するステップと
    を更に含んでいる、請求項１に記載の方法。
  4. 取得支援データを計算する前記ステップが、
    前記遠隔受信器の推定位置を確定するステップと、
    推定時刻を確定するステップと、
    前記推定位置と、前記推定時刻と、前記長期衛星追跡データとを使用して、前記衛星信号の周波数に関連する周波数探索ウィンドウを計算するステップと
    を含んでいる、請求項１に記載の方法。
  5. 衛星信号を受信する前記ステップが、
    前記周波数探索ウィンドウ内で前記衛星信号を探索するステップ
    を含んでいる、請求項４に記載の方法。
  6. 前記推定位置が、前記遠隔受信器と通信する基地局の位置である、請求項４に記載の方法。
  7. 推定位置を確定する前記ステップが、
    前記基地局に関連付けられている識別証を受信するステップと、
    前記遠隔受信器に格納されているデータから、前記識別証を使用して前記基地局の前記位置を取得するステップと
    を含んでいる、請求項６に記載の方法。
  8. 推定位置を確定する前記ステップが、
    前記基地局に関連付けられている識別証を受信するステップと、
    前記識別証を前記サーバーに送信するステップと、
    前記基地局の前記位置を前記サーバーから受信するステップと
    を含んでいる、請求項６に記載の方法。
  9. 前記推定位置が前記遠隔受信器の以前に計算された位置である、請求項４に記載の方法。
  10. 前記推定時刻が前記遠隔受信器内のクロックを使用して確定される、請求項４に記載の方法。
  11. 前記長期衛星追跡データが有効であるかを判定するステップと、
    前記長期衛星追跡データが無効である場合に、新しい長期衛星追跡データを前記サーバーから受信するステップと、
    前記新しい長期衛星追跡データによって前記長期衛星追跡データを更新するステップと
    を更に含んでいる、請求項１に記載の方法。
  12. 前記長期衛星追跡データが生成後少なくとも６時間有効である、請求項１に記載の方法。
  13. 前記長期衛星追跡データが、
    時刻に関連する複数の衛星位置と、時刻に関連する複数の衛星クロックオフセットとのうちの少なくとも一方を含んでいる、請求項１に記載の方法。
  14. 前記長期衛星追跡データが、
    衛星の位置を表すデータと、衛星の速度を表すデータと、衛星の加速度を表すデータと、衛星のクロックオフセットを表すデータと、衛星のクロックずれを表すデータと、衛星のクロックずれの割合を表すデータとのうちの少なくとも１つを含んでいる、請求項１に記載の方法。
  15. 前記長期衛星追跡データがエフェメリスデータを含んでいる、請求項１に記載の方法。
  16. 前記エフェメリスデータが、生成後少なくとも６時間有効なエフェメリスのブロックを含んでいる、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記長期衛星追跡データが、軌道パラメータとクロックパラメータの少なくとも一方を有するモデルを含んでいる、請求項１に記載の方法。
  18. 前記モデルが、生成後少なくとも６時間有効な複数の連続するモデルを含んでいる、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記長期衛星追跡データが、無線通信システムを使用して前記サーバーから前記遠隔受信器にて受信される、請求項１に記載の方法。
  20. 前記長期衛星追跡データが、通信ネットワークを使用して前記サーバーから前記遠隔受信器にて受信される、請求項１に記載の方法。
  21. 前記衛星追跡データが、トラフィックの少ない期間内に通信リンクを使用して前記サーバーから前記遠隔受信器にて受信される、請求項１に記載の方法。
  22. サーバーから長期衛星追跡データを受信する通信送受信器と、
    前記長期衛星追跡データを使用して取得支援データを計算するマイクロコントローラと、
    前記取得支援データを使用して衛星信号を受信する衛星信号受信器と
    を備えている、受信器。
  23. 前記マイクロコントローラが、前記衛星信号を使用して前記受信器の位置を計算するように構成されている、請求項２２に記載の受信器。
  24. 前記通信送受信器が無線送受信器である、請求項２２に記載の受信器。
  25. 時刻を提供するクロックを更に備えている請求項２２に記載の受信器であって、
    前記マイクロコントローラが、前記遠隔受信器の推定位置を確定し、且つ、前記推定位置と、前記時刻と、前記長期衛星追跡データとを使用して、前記衛星信号の周波数に関連する周波数探索ウィンドウを計算するように構成されている、
    受信器。
  26. 前記長期衛星追跡データが、生成後少なくとも６時間有効である、請求項２２に記載の受信器。
  27. 前記長期衛星追跡データが、
    時刻に関連する複数の衛星位置と、時刻に関連する複数の衛星クロックオフセットとのうちの少なくとも一方を含んでいる、請求項２２に記載の受信器。
  28. 前記長期衛星追跡データが、生成後少なくとも６時間有効なエフェメリス情報を含んでいる、請求項２２に記載の受信器。
  29. 衛星信号受信器と無線送受信器とを備えている遠隔受信器と、
    前記遠隔受信器と無線通信するサーバーと、
    を備えている位置特定システムであって、
    前記サーバーが、長期衛星追跡データを前記遠隔受信器に提供し、且つ、
    前記遠隔受信器が、前記長期衛星追跡データを使用して取得支援データを計算し、前記取得支援データを使用して衛星信号を受信する、
    位置特定システム。
  30. 前記遠隔受信器が前記衛星信号を使用して位置を計算する、請求項２９に記載の位置特定システム。
  31. 前記長期衛星追跡データが生成後少なくとも６時間有効である、請求項２９に記載の位置特定システム。
  32. 前記長期衛星追跡データが、
    時刻に関連する複数の衛星位置と、時刻に関連する複数の衛星クロックオフセットとのうちの少なくとも一方を含んでいる、請求項２９に記載の位置特定システム。
  33. 前記長期衛星追跡データが、生成後少なくとも６時間有効なエフェメリス情報を含んでいる、請求項２９に記載の位置特定システム。
  34. サーバーから長期衛星追跡データを遠隔受信器にて受信するステップと、
    前記遠隔受信器内に格納されているデータを使用して前記遠隔受信器の推定位置を確定するステップと、
    前記長期衛星追跡データと前記推定位置とを使用して前記遠隔受信器にて取得支援データを計算するステップと
    を含んでいる、方法。
  35. 前記取得支援データを使用して前記遠隔受信器にて衛星信号を受信するステップ
    を更に含んでいる、請求項３４に記載の方法。
  36. 前記推定位置が、前記遠隔受信器と通信する基地局の位置である、請求項３４に記載の方法。
  37. 前記遠隔受信器に格納されている前記データが基地局の位置のテーブルを含んでおり、且つ、確定する前記ステップが、
    前記基地局に関連付けられている識別証を受信するステップと、
    基地局の位置の前記テーブルから前記識別証を使用して前記基地局の前記位置を取得するステップと
    を含んでいる、請求項３６に記載の方法。
  38. 前記識別証が前記基地局のセルＩＤを含んでいる、請求項３７に記載の方法。
  39. 前記遠隔受信器内に格納されている前記データが、最近に計算された位置のテーブルを含んでおり、且つ、前記推定位置が、以前に計算された位置の前記テーブルから取り出される以前に計算された位置である、請求項３４に記載の方法。
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