JP2008544216A - 大気モデル - Google Patents

Abstract

本発明は時刻および位置に依存する大気モデルに関し、特にこのモデルおよび移動端末の位置で測定された気圧に基づいて端末の高度を決定する方法に関する。大気モデルは、長期の広域な気圧モデル推定を提供する。
【選択図】図２

Description

発明の技術

本発明は大気モデルに関し、特に時刻および位置に依存する広域の長期間大気モデルの使用に関する。本発明はさらに、対応する端末、システム、ネットワークエレメント、ソフトウェアコード、およびソフトウェアプログラムに関する。

発明の背景

圧力センサまたは気圧計は、大気圧の測定に使用される機器である。大気圧とは、地球上の大気の各領域における圧力であり、空気の重さによって生じるものである。高度が上がると空気分子が少なくなるので、高所になるほど大気圧は低くなる。

大気圧という用語は、地球を取り巻く空気の重さによって生じる圧力を意味する。高度が低くなるほど大気が濃くなり空気が圧縮されるため、圧力を高度の関数として表しても直線的にはならない。さらに、大気は一定ではなく、小丘および谷によって圧力が高い領域ができたり、低い領域ができたりする。気象学者が使用する気圧計の示度では大気圧が測定され、一般に海面に標準が合わせられている。この標準化された海面での圧力を、絶対圧力変換器が現在の高度の大気圧に変換する。標準化された海面での圧力と現在の高度がわかれば、この変換は可能である。

気圧高度とは、地表上空の大気中の物体の垂直方向の高さを表す際に一般に使用される表現である。気圧高度は実際には周囲圧力を示すものであるが、国際標準大気（International Standard Atmosphere: ISA）によって定義される標準日にその気圧が生じると考えられる高度として表現される。

さらに、地球上では大気圧の状態が大きく変化し、これらの変化が天候および気候を研究する上で重要となる。大気圧は、日周的に変動する。この効果は、熱帯で非常に強く、極地ではほぼゼロである。気圧計は、液体式およびアネロイド式の異なる２種類のグループに分類できる。液体式気圧計はさらに、水ベースの気圧計と水銀気圧計に分類できる。

受信機の位置を決定するには、全世界的衛星航法システム（Global navigation satellite systems: GNSS）を使用できる。これらのシステムの例として、米国のGPS、ロシアのGLONASS、欧州のガリレオなどが挙げられる。GPSおよびGLONASSは現在稼働中であり、ガリレオは２００８年に完全稼働することになっている。全世界的衛星航法システムの１つの欠点は、そもそも高度の測定が水平方向の測定よりも正確さに欠けることである。この原因は幾何学によるものであり、すなわち、正確な高度測定値を得るためには、衛星がほぼ頭上になければならない点にある。残念ながら、こういった状態になることはあまりない。

２０００年１１月２０日に出願されたルーセントテクノロジーズ株式会社（LUCENT TECHNOLOGIES INC.）による欧州特許第１１５４２３１号明細書では、大気圧測定を利用して通信デバイスのさらに正確な垂直位置または高度を正確に推定する通信デバイスおよび方法が開示されている。通信デバイスは、通信デバイスに備えられた圧力センサを用いて局所的な大気圧を測定し、局所的に測定された気圧と基地局などによって送信される大気圧モデル情報とを用いて通信デバイスの高度を推定する。大気圧モデル情報は、通信デバイス付近で既知の高さで別に測定した大気圧測定に相当する。

通信デバイスの使用者が頻繁に移動したり、天候が急速に変化したりすると問題が発生する。従来の解決法によると、天候が変わっても較正情報が最新になるようにするには、通信デバイスの使用者は自分の電話に最新の大気モデルを頻繁にダウンロードしなければならない。

欧州特許第１１５４２３１号明細書

発明のまとめ

出願人は、大気圧モデルすなわち大気モデルをうまく活用する必要のあることを認識した。特に、長期間で広域な大気モデルであれば、さまざまな目的にうまく活用することができるだろう。

本発明の第１の態様によれば、大気モデルおよび気圧測定を利用して、移動端末の高度を決定する方法であって、大気モデルが時刻に依存する気圧推定値を提供する方法が提供される。

この方法はさらに、位置に依存する気圧推定値を提供する大気モデルを含むことができる。

１つの実施形態の利点は、最新の大気モデルを提供するために通信ネットワークが通信デバイスの位置を知る必要がないことである。さらに、大気モデルの更新を頻繁に送る必要もない。

この方法は、移動端末が自身の現在位置を検出することをさらに含むことができる。

この方法は、移動端末が自身の現在位置を検出し、ネットワークエレメントにそれを送ることをさらに含むことができる。

この方法は、移動端末が自身の現在位置での気圧を測定することをさらに含むことができる。

この方法は、移動端末またはネットワークエレメントが時刻の測定をすることをさらに含むことができる。

この方法は、移動端末がネットワークエレメントから大気モデルを受信することをさらに含むことができる。

この方法は、測定された気圧および大気モデルによって得られる推定値に基づいて、移動端末が自身の現在の高度を計算することをさらに含むことができる。

この方法は、移動端末がネットワークエレメントに気圧測定値を送ることをさらに含むことができる。

この方法は、気圧測定値および大気モデルによって得られる推定値に基づいて、ネットワークエレメントが移動端末の高度を計算することをさらに含むことができる。

この方法は、ネットワークエレメントが移動端末に高度計算値を送信することをさらに含むことができる。

本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様による方法ステップのいずれかを実施するためのソフトウェアコードが提供される。

本発明の第３の態様によれば、本発明の第２の態様によるソフトウェアコードを格納できるソフトウェアプログラムが提供される。

本発明の第４の態様によれば、大気モデルおよび気圧測定を利用して移動端末の高度を決定しうる移動端末であって、前記大気モデルが時刻に依存する気圧推定値を提供する、移動端末が提供される。

本発明の第５の態様によれば、大気モデルを移動端末に送ることが可能なネットワークエレメントであって、前記大気モデルが時刻に依存する気圧推定値を提供する、ネットワークエレメントが提供される。

このネットワークエレメントはさらに、気圧測定値および大気モデルによって得られる推定値に基づいて移動端末の高度を決定してもよく、ここで前記大気モデルは時刻に依存する気圧推定値を提供する。

本発明の第６の態様によれば、本発明の第４および第５の態様による移動端末およびネットワークエレメントを含むシステムが提供される。

本発明の他の特徴は、以下の発明の実施形態の詳細な説明を添付の図面とともに考慮することで明らかになるであろう。

発明の実施形態の詳細な説明

発明の実施形態をここでいくつか説明する。これらの実施形態は、通信デバイスの高度を計算するための広域の長期間大気モデルを使用する。大気モデルは、少なくとも時刻に依存する気圧推定値を提供する。広域の長期間大気モデルは、例えば天気予報を出したり、漁業区域を見つけたりするためにも使用できることは注目すべきである。

図１は、本発明の実施形態があるとよい動作環境を例示している。特に図１において、通信デバイス１１０が示されている。このデバイスはこの場合、携帯電話機であり、本実施形態によれば気圧計を含む。通信デバイス１１０は、その他の電子デバイスであってもよい。

図１では、２つの通信ネットワークエレメントも示されている。第１のネットワークエレメントは、アクセスポイント１２０であり、この場合は基地局である。第１のネットワークエレメントは、通信デバイス１１０と通信可能なその他のアクセスポイントであってもよい。基地局１２０は、例えばＧＳＭ、ＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ、ＨＳＣＳＤ、ＵＭＴＳ、ＣＤＭＡ ２０００、ＩＳ９５などの任意の既存、または今後のセルラネットワーク規格に従って動作できる。あるいは基地局１２０は、各種改変した８０２．１１規格の無線ローカルエリアネットワークのアクセスポイントとして機能することもできる。さらに、基地局１２０は、その他の無線または有線接続方法によって携帯電話機に接続することもできる。第２のネットワークエレメントは、サーバ１３０である。第２のネットワークエレメントは、データを格納でき他のネットワークエレメントと通信することもできるその他のネットワークエレメントであってもよい。さらに、図１では２つの衛星１４０が備えられている。

基地局１２０は、任意の適当な通信手段を使用して携帯電話機１１０と通信する。本実施形態では、基地局１２０は、携帯電話機１１０に信号を送信するためにＲＦ伝送を使用する。したがって携帯電話機は、基地局１２０によって送られた伝送を受信する。携帯電話機は基地局１２０に信号を送ることもできる。よって、通信は双方向とすることができる。サーバ１３０は、基地局１２０と物理的に同じ位置に配置できる。サーバ１３０は、通信ネットワークのその他の適当な場所に配置してもよい。サーバ１３０は、任意の適当な通信手段を使用して基地局１２０と通信する。本実施形態では、サーバ１３０は有線リンクを用いて基地局１２０と通信する。衛星１４０は、携帯電話機１１０および基地局１２０の少なくとも１つと通信する。衛星１４０と電話機１１０との間および衛星１４０と基地局１２０との間の信号送信には、無線通信リンクが使用される。

図２は、携帯電話機１１０の高度を決定する方法を示している。通常、ステップ２０１において、携帯電話機１１０は通信ネットワークから大気モデル情報を取得するために通信ネットワークへ要求を送る。電話機１１０の位置は、電話機１１０自体またはその他のネットワークエレメントのいずれかによって検出することもできる。この位置がネットワークエレメントによって検出されると、位置情報が電話機１１０へ送られればよい。ステップ２０２において、通信ネットワークは、広域の長期間大気モデルを携帯電話機１１０に送る。ステップ２０３において、携帯電話機は現在位置での時刻および現在の大気圧を決定する。なお、時刻はステップ２０４より前の任意の時点で決定することができる。ステップ２０４において、携帯電話機は、現在測定された大気圧および大気モデルに基づいて、その高度すなわち高さを決定する。ステップ２０１は任意であり、ステップ２０３はステップ２０２の前に行われてもよいことは注意されたい。位置検出はステップ２０１の後に行われてもよい。電話機の位置は、電話機が有効な大気モデルを要求することができるように検出される。

図３は、図１の携帯電話機１１０のブロック図である。電話機１１０は、例えばＧＳＭ、ＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ、ＨＳＣＳＤ、ＵＭＴＳ、ＣＤＭＡ ２０００、ＩＳ９５などの１つまたは複数の規格に従ってセルラ式電話として機能する。電話機１１０は、メモリ３０５も備える。メモリは、ランダムアクセス（ＲＡＭ）およびリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）パーツを有していればよい。このメモリには、適当なデータを格納できる。さらに電話機１１０は、入力／出力（Ｉ／Ｏ）手段３０６を含む。入力手段は、例えばキーボードであってもよいが、タッチパッドまたはタッチスクリーンであってもよい。音声情報の受信のための入力手段としてマイクロフォンが備えられていてもよい。出力手段は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のようなディスプレイによって提供されればよい。音声または音を出力するための出力手段としてスピーカが提供されてもよい。その他の適当な入力／出力手段も可能である。

電話機１１０は、気圧計３０４も含む。気圧計３０４は、電話機１１０の現在位置での大気圧を測定するために用いられる。信号の送受信のために、電話機１１０はアンテナ３０１を含む。２つ以上のアンテナを使用することもできるが、本実施形態では同一のアンテナで衛星およびセルラ信号を送受信できる。アンテナ３０１を介した信号の送信を制御するために、電話機１１０はトランシーバユニット（ＴＲＸ）３０２を備える。

電話機１１０は、トランシーバユニット（ＴＲＸ）３０２を制御し電話機１１０の機能を中央で制御するための中央処理装置３０３（ＣＰＵ）も含む。中央処理装置は、データを処理するために少なくとも１つのプロセッサを含む。中央処理装置はメモリユニット３０５およびＩ／Ｏ手段３０６に直接または間接的に接続される。本実施形態によれば、電話機１１０は位置決めエンジン３０７（ｐｏｓエンジン）も含む。位置決めエンジンは、電話機１１０の位置を計算するために衛星から受信される情報を使用する。

ここで、図２のフローチャートを参照しながら図３の電話機１１０の動作をさらに詳しく説明する。この例としての実施形態では、電話機１１０はセルラ通信ネットワーク内で動作し、アクセスポイント１２０はセルラ通信ネットワークの基地局である。ステップ２０１において、電話機１１０がネットワークからの大気モデル情報を要求する。この要求は、例えば特定の周波数および／またはタイムスロットを使用して送ることができる。基地局１２０では、特別な識別子、ヘッダまたは末尾ビットのシーケンスを使用することによっても、大気モデルの要求を識別することができる。電話機１１０がセルラ通信ネットワーク内以外の別の環境で使用される場合には、代わりに要求を識別する別の手段を使用すればよい。このステップにおいて、電話機１１０の位置は電話機１１０自体または別のネットワークエレメントによって検出することもできる。位置は後ほど検出することもできる。

基地局１２０は、電話機１１０によって送られた要求を受信し識別する。基地局は、セルラ通信ネットワークに位置するサーバ１３０へこの要求を転送すればよい。サーバ１３０上には、天候の情報が格納されている。この天候の情報には、さまざまな地理的エリアの大気圧予測が含まれる。この大気圧予測は、例えば１週間の予測のような長期予測とすることができる。あるいは、これよりも短い予測をサーバ１３０にいくつか格納することもできる。

大気圧予測は、広範囲の地理的エリアも対象とすることができる。例えば、国または州全体の大気圧予測も可能である。大気モデルは、周知の高度すなわち高さでの大気圧を示す。この周知の高度は、例えば海面とすることができる。

ステップ２０２において、サーバ１３０は基地局１２０に大気モデルを送る。基地局１２０はさらに、この情報を電話機１１０に転送する。大気モデルの送信では、再び特定の周波数および／またはタイムスロットを使用することができる。大気モデルの要求は、特別な識別子、ヘッダ、または末尾ビットのシーケンスを使用して識別することもできる。

ステップ２０３において、電話機１１０は気圧計３０４を使用して現在位置での時刻および大気圧または気圧を決定する。時刻はステップ２０３より前に決定することもでき、後述するように別のネットワークエレメントによって決定することもできる。時刻が電話機自体ではなく別のエレメントによって測定される場合には、その時刻情報を電話機１１０に送ることが必要となるであろう。

ステップ２０４において、電話機１１０は現在位置での高度を決定する。電話機１１０の現在位置の既知レベルでの大気圧がわかっており、電話機１１０の高度での大気圧もわかっているので、これで高度が決定できる。電話機１１０の現在位置での高度は、例えば大気のラプラス法則を基にこれらの大気圧の差から引き出すことができる。

P = P0e-MgA/RT

ここで、Ｐ０は海面での気圧、Ｍは空気の平均モル質量、Ｒは理想気体定数、Ｔは気体温度、Ａは所与の大気圧Ｐの高度である。この式は、−１０００から３５３３２フィートまでの高度に近似することができる。

A = 145375 (1 - (P/P0)0,1923)

なお、電話機１１０が大気モデルを必ずしも要求しなければならないわけではない。電話機１１０の使用者が大気モデルを要求する代わりに、ネットワークが電話機１１０に自動的に一定間隔で大気モデルを送ることもできる。あるいは、大気モデルに著しい変更がればその都度、または大気モデルの有効期限が切れるごとに、ネットワークが大気モデルを送ることもできる。電話機１１０が大気モデルの有効なエリアから移動して離れた場合にも、電話機１１０に更新された大気モデルを送る必要がある。さらに、ステップ２０３はステップ２０１および／または２０２より前に行われてもよい。

第２の実施形態によれば、サーバ１３０が電話機１１０の高度を算出し、電話機１１０には大気モデルは送信されない。ステップ４０１において、電話機は、気圧計３０４を使用して現在位置での大気圧を決定する。

ステップ４０２において、電話機１１０は測定された大気圧をネットワークに送る。基地局１２０は、電話機１１０によって送られた大気圧を受信し識別する。基地局１２０はさらに、測定された大気圧をサーバ１３０へ転送してもよい。

ステップ４０３において、電話機１１０の位置が検出される。これは、電話機１１０自体またはネットワークのいずれかによって行うことができる。電話機１１０は、位置決めエンジン３０７を使用してこの位置を検出できる。位置決めエンジン３０７は、例えばGPSエンジンのような衛星位置決めエンジンとすることができる。それ以外の適当な位置決めエンジンを使用することもできる。電話機１１０がその位置を検出したとき、基地局１２０に位置情報を送信し、基地局１２０はサーバ１３０にその位置情報を転送することもできる。あるいは、電話機１１０の位置をネットワークによって検出することもできる。このために例えばセルＩＤを使用することもできる。これは、セルラ通信ネットワークの各セルがセルＩＤとして周知の一意のコードを取得しており、現在のセルの識別にこれを使用できるので可能となる。さらにステップ４０３において、時刻を決定できる。これは、電話機１１０またはその他のネットワークエレメントのいずれかによって行うことができる。ネットワークエレメントに時刻情報を送ることが必要となるであろう。このネットワークエレメントでは電話機１１０の高度を計算する。ステップ４０３よりも前に時刻を決定することもできる。

ここで、電話機１１０の現在位置がわかったので、サーバ１３０は電話機の現在位置の例えば海面での大気圧を定義できる。このために大気モデルが必要となる。電話機１１０の現在位置の既知レベルでの大気圧がわかっており、電話機１１０の高度での大気圧もわかっているので、高度が決定できる。電話機１１０の現在位置の高度は、本発明の第１の実施形態に従って、例えば大気のラプラスの法則を使用してこれらの大気圧の差から引き出すことができる。

ステップ４０５において、ネットワークは電話機１１０の検出された高度を電話機１１０に送る。次いで、電話機１１０はこの情報を受信し識別する。電話機１１０の高度すなわち高さは、例えば衛星測位において取得手順を速めるために使用することができる。電話機１１０の正確な高度がわかっていれば、最初の位置決めをさらに迅速に実施することができ、電話機１１０から見える衛星がさらに少なくて済む。

本発明はさらに、上記の実施形態による方法の少なくともいくつかの部分の実施に使用できる、対応するソフトウェアコードに関する。同様に、本発明はソフトウェアコードを格納できる、対応するソフトウェアプログラムに関する。

電話機１１０において、本発明のすべての発明性のある機能を単一のモジュールに組み込むことができる。

第１の実施形態によれば、このモジュールは少なくとも気圧計３０４を含む。このモジュールは、電話機の高度すなわち高さを算出できるように、少なくとも１つのプロセッサユニットも含むことができる。第２の実施形態によれば、このモジュールはサーバ１３０に配置される。

本発明はさらに、本発明による方法ステップを実施するソフトウェアコードを格納できるソフトウェアプログラムに関する。

本発明はさらに、上記の方法を実施する手段を備える電話機１１０に関する。第１の実施形態によれば、電話機１１０は上記のモジュールも備える。

本発明はさらに、上記の方法ステップを実施する手段を備えるサーバ１３０に関する。第２の実施形態によれば、サーバ１３０は上記のモジュールも備える。さらに、さまざまな地域およびさまざまな時刻のための大気モデルがサーバ１３０上に格納される。

最後に、本発明は電話機１１０を使用できるシステムに関する。このシステムは、少なくとも電話機１１０およびサーバ１３０を備える。

なお、説明した実施形態はさまざまに変えることができるため、これらは単に本発明の例としての実施形態にすぎない。

ネットワークから大気モデルを受信している第１の通信デバイスを示す図である。 本発明による第１の実施形態に従った方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による無線端末を示すブロック図である。 本発明による第２の実施形態に従った方法を示すフローチャートである。

Claims (19)

1. 大気モデルおよび気圧測定を利用して、移動端末の高度を決定する方法であって、前記大気モデルが時刻に依存する気圧推定値を提供する方法。
2. 前記気圧測定は前記移動端末によって行われる請求項１に記載の方法。
3. 前記大気モデルは位置に依存する気圧推定値を提供する請求項１または２に記載の方法。
4. 前記方法は、前記移動端末が自身の現在位置を検出することをさらに含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
5. 前記方法は、前記移動端末が自身の現在位置を検出し、ネットワークエレメントにそれを送ることをさらに含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
6. 前記方法は、前記移動端末が自身の現在位置での前記気圧を測定することをさらに含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
7. 前記方法は、前記移動端末が時刻の測定をすることをさらに含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
8. 前記方法は、ネットワークエレメントが時刻の測定をすることをさらに含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
9. 前記方法は、前記移動端末がネットワークエレメントから前記大気モデルを受信することをさらに含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
10. 前記方法は、
    前記測定された気圧および前記大気モデルによって得られる前記推定値に基づいて、前記移動端末が自身の現在の高度を計算すること
    をさらに含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
11. 前記移動端末は、ネットワークエレメントに前記気圧測定値を送る、請求項１または２に記載の方法。
12. 前記ネットワークエレメントは、前記気圧測定値および前記大気モデルによって得られる前記推定値に基づいて前記移動端末の前記高度を計算する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ネットワークエレメントは前記移動端末に前記高度計算値を送信する、請求項１２に記載の方法。
14. 請求項１から１３に記載の前記方法ステップのいずれかを実施するためのソフトウェアコード。
15. 請求項１４に記載の前記ソフトウェアコードを格納するソフトウェアプログラム。
16. 大気モデルおよび気圧測定を利用して、移動端末の高度を決定しうる移動端末であって、前記大気モデルが時刻に依存する気圧推定値を提供する、移動端末。
17. 大気モデルを移動端末に送ることが可能なネットワークエレメントであって、前記大気モデルが時刻に依存する気圧推定値を提供するネットワークエレメント。
18. 前記ネットワークエレメントは、前記気圧測定値および前記大気モデルによって得られる前記推定値に基づいて移動端末の高度を決定でき、前記大気モデルが時刻に依存する気圧推定値を提供する、請求項１７に記載のネットワークエレメント。
19. 請求項１６から１８に記載の移動端末およびネットワークエレメントを含むシステム。

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