JP2010539452A - 衛星測位システムにおける独立した高度測定 - Google Patents

Abstract

本発明は、衛星測位システムにおける独立な高度測定の装置及び方法に関する。衛星測位装置を有する衛星測位システムにおける位置決定装置において、衛星測位装置は、ロケーションプロセッサ３０４に結合される衛星データ信号受信機３０２、ロケーションプロセッサ３０４に結合され、受信された衛星データ信号とは独立に衛星測位装置の高度を決定可能である高度決定装置３０６とを有する。高度決定装置３０６は、衛星データ信号受信機３０２からの測位データを補うために高度データを発生可能である。

Description

本発明は、衛星測位システムにおける独立した高度測定に関する。

多くの装置は、今日、たとえばグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）レシーバを含む装置のような衛星測位システムの技術を利用している。ＧＰＳは、正確なデータ信号をブロードキャストする地球の周りの軌道に乗っている２４の衛星のコンステレーションに基づいた衛星測位システムである。特定の実施の形態では、衛星は、Ｌ１信号とＬ２信号である２つの信号を送信する場合がある。Ｌ１信号は、プロテクトコードとＣ／Ａ（course/acquisition）コードといった２つの擬似ランダムノイズコードで変調される場合がある。特定の実施の形態によれば、衛星は、それ自身の固有な擬似ランダムノイズコードを有する場合がある。ＧＰＳレシーバは、衛星により送信された擬似ランダムノイズコードのレプリカを発生し、どの位長く衛星のコードがＧＰＳレシーバに到達するのに要したかを判定するために２つのコードを正確に同期させることで、衛星からレシーバに信号が進行するために必要な時間を測定する場合がある。位置決定方法は、時間、高度、緯度、経度といったレシーバの座標パラメータを測定するため、少なくとも４つの衛星からの信号を取得することを含む。したがって、ＧＰＳレシーバは、ＧＰＳ衛星のダイレクトビューが利用可能な惑星のどこかに自身の位置を特定する。

ＧＰＳを利用した測位装置は、あるポジションを発見すること又はあるロケーションを決定することにおいて有効なツールである場合がある。しかし、ＧＰＳを利用した装置は、衛星信号のブロッキング及びマルチパスの伝播のために都会の屋外及び屋内の測位の用途について適さない場合がある。

衛星測位システムの特定の実施の形態を例示する図である。 衛星測位システムの特定の実施の形態を例示する図である。 衛星測位システムの特定の実施の形態における位置決定方法を説明するブロック図である。

以下の詳細な説明では、特許請求された主体の完全な理解を提供するために様々な特定の詳細が述べられる。しかし、特許請求された主体はこれらの特定の詳細なしに実施される場合があることを当業者により理解されるであろう。他の例では、特許請求された主体を曖昧にしないように、公知の方法、手順及びコンポーネントが詳細に記載されていない。この開示を通して、用語「ロケーション“location”」及び「ポジション“position”」は交互に用いられ、ある人物又はオブジェクトにより占有される物理的な場所を示すことが意図される。

図１は、衛星測位システム（ＳＰＳ）１００の実施の形態を例示する。特定の実施の形態では、ＳＰＳ１００は、グローバルなカバレッジをもつ地理空間ポジショニングを提供可能なグローバルナビゲーションサテライトシステムである場合がある。グローバルナビゲーションサテライトシステムの２つの例は、米国ＮＡＶＳＴＡＲグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）及びロシアＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal Navigation Satellite System）である。衛星測位システム１００では、ＳＰＳ装置１０１は、ＳＰＳレシーバ１０２を有する場合がある。ＳＰＳレシーバ１０２は、衛星信号を受信し、衛星信号１０５，１０７，１０９及び１１１に基づいてそのポジションを計算する場合がある。特定の実施の形態では、ＳＰＳレシーバ１０２は、たとえば３つの空間座標とローカルタイムシフトのような多数のパラメータを決定することでそのポジションを計算する。特定の実施の形態では、係る計算は、衛星１０４，１０６，１０８及び１１０のような４つの衛星から受信された信号を使用して実行される場合がある。しかし、これは、４つの衛星を有する衛星測位システムの単なる例であって、特許請求された主体はそのように限定されるものではない。たとえば、別の実施の形態では、別の数の衛星がポジションの決定のために使用される。一般に、ポジションの決定の精度は、使用される衛星の数が増加するにつれて増加する。

衛星測位システムは、広々とした空の状態において高いポジションの精度を提供する。しかし、衛星信号のブロッキング及びマルチパスの伝播のような干渉のため、ロケーションの精度は、都会の屋外及び屋外の状態において低い。たとえば、特定の実施の形態では、ＳＰＳレシーバ１０２は、広々とした空の状態において数メートルの精度を有する場合がある。しかし、都会の屋外の環境では、ＳＰＳレシーバ１０２の精度は、１００ｍよりも大きい場合がある。屋内のロケーションの決定精度は、４００ｍから１０００ｍ以上の範囲のような、ＳＰＳレシーバ１０２にとって非常に低い場合がある。残念なことに、屋内の精度の要件は、屋外の精度の要件よりも高い。

特定の実施の形態では、都会の屋外の条件における建物及び他の建物は、信号干渉及びマルチパス伝播につながる場合があり、ＳＰＳレシーバ１０２のロケーションの決定精度を減少させる。屋内の状態におけるＳＰＳレシーバ１０２の精度は、壁及び天井のような構造により生じる干渉のために減少される場合がある。衛星信号は、これらの構造を通して良好に伝播することができないことがある。したがって、ＳＰＳレシーバは、２以下の衛星からの信号をロバストに受信する場合がある。

特定の実施の形態では、ＳＰＳレシーバ１０２は、緯度、経度、高度、速度、機首方位及び正確な遅延時間を計算する。しかし、高度は、垂直座標の測定について一般に乏しい幾何学的な衛星の分布のため、ＳＰＳレシーバにとって正確に決定するのが困難である場合がある。これは、信号が受信される衛星が常にＳＰＳレシーバ１０２の下にあるためである。水平座標は、衛星信号が異なる方向から受信される場合を考えると、幾何学的な衛星の分布により実質的に影響されない。ロケーションの精度への幾何学的な衛星の分布の影響は、ＤＯＰ（Dilution of Precision）ファクタにより測定される場合がある。特定の実施の形態では、垂直方向のＶＯＰ（ＶＤＯＰ）値は、高度の推定の精度に影響を及ぼし、水平方向のＤＯＰ（ＨＤＯＰ）値は、水平方向の座標の精度に影響を及ぼす。特定の実施の形態によれば、ＶＤＯＰ値は、ＨＤＯＰ値よりも大きい。したがって、水平面におけるロケーションの精度は、垂直面におけるよりも高い。言い換えれば、緯度及び経度の測定は、一つには幾何学的な衛星の分布のため、高度の測定よりも高い精度を有する。

図２は、衛星測位システム（ＳＰＳ）２００の実施の形態を例示する。特定の実施の形態では、ＳＰＳ２００は、３つの衛星２０６，２０８及び２１０、並びにＳＰＳ装置２０１を有する。たとえば、レシーバのロケーションの周りの乏しい信号伝播状態のため、ＳＰＳ２００の３つのみの衛星の信号がＳＰＳレシーバ２０２で利用可能である。特定の実施の形態によれば、ＳＰＳ装置２０１は、ＳＰＳレシーバ２０２、独立の高度計２０４及びロケーションプロセッサ２１２を有する。特定の実施の形態では、ＳＰＳレシーバ２０２は、衛星信号２０７，２０９及び２１１をアンテナ（図示せず）を介して受信する。特定の実施の形態によれば、独立の高度計２０４は、衛星信号２０７，２０９及び２１１を使用することなしに、ＳＰＳ装置２０１の高度を独立に決定する。特定の実施の形態によれば、ロケーションプロセッサ２１２は、少なくとも、受信された衛星信号２０７，２０９及び２１１と独立の高度計２０４により行われた高度の決定とに基づいてＳＰＳ装置２０１のポジションを計算する。特定の実施の形態によれば、独立の高度の決定は、受信された衛星信号のデータに基づいて計算された高度の決定よりも正確である。特定の実施の形態では、高度の決定の精度を改善することは、他の座標の更に正確な計算を可能にし、したがってロケーションプロセッサ２１２によるロケーションの決定の全体の精度が改善される。

特定の実施の形態では、独立の高度の決定は、様々な方法により行われる場合がある。たとえば、独立の高度計２０４は、圧力センサチップ又は別の高度に関連する検出装置を有する。特定の実施の形態では、圧力センサは、高精密である場合がある。独立の高度の決定の精度は、たとえば温度センサ（図示せず）及び／又は（図３に示されるような）中間のキャリブレーションテーブルを追加することで温度補償の測定を組み込むような様々な方法により更に改善される場合がある。係る中間のキャリブレーションテーブルは、精度を高めるため、温度測定により独立の高度の決定を調整する。しかし、これらは、衛星信号を介して受信されたデータとは独立に高度を決定する方法の単なる例であり、特許請求された主体はそのように限定されない。

特定の実施の形態では、独立の高度計２０４は、コンパクト且つ安価なデジタルデバイスであり、様々なＳＰＳ装置に組み込まれる場合がある。特定の実施の形態によれば、ＳＰＳ装置２０１は、たとえばモバイルフォン、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータ、及び／又は様々なポータブルエレクトロニクスデバイスの何れかのような様々な装置である場合がある。しかし、これらは、独立の高度計及びＳＰＳ装置の単なる例であり、特許請求された主体はそのように限定されるものではない。

特定の実施の形態では、ロケーションの決定のための独立の高度の決定を得ることで、良好な測位の精度を維持しつつ、ロケーションの決定のために使用される衛星の最少の数を４から３に減少することが可能となる。したがって、独立の高度の決定により、ロケーションの決定は、３つの未知のパラエータ（緯度、経度及び時間シフト）のみが残されているため、ＳＰＳレシーバ２０２を考慮して３つの衛星で行われる。特定の実施の形態では、衛星の数を減少することで、信号の干渉及びマルチパスの伝播の影響を低減することができ、屋内及び都会の屋外の状態におけるロケーションの決定の精度を大幅に改善することができる。

特定の実施の形態では、独立の高度の決定を得ることで、視野における衛星の数が３以上であるときでさえ、ロケーションの決定の精度が改善される場合がある。たとえば、高度が決定される場合、この高度は、衛星から受信された信号に基づいて決定されなければならないパラメータから除外することがでできる。したがって、全ての受信された衛星の信号は、緯度、経度及びタイムシフトのような３つの残りのパラメータの決定の最大の精度を得るために使用される。

図３は、独立の高度の測定をＳＰＳシステムに組み込む方法３００の特定の実施の形態を例示するブロック図である。特定の実施の形態によれば、ＳＰＳレシーバ３０２は、たとえば擬似的な距離及び／又は衛星信号の強度のようなデータをロケーションプロセッサ３０４に供給する。特定の実施の形態では、ＳＰＳレシーバ３０２は、ロケーションの座標をロケーションプロセッサ３０４に伝達せず、むしろ、ＳＰＳレシーバ３０２は、未処理のデータ（Raw Data）をロケーションプロセッサ３０４に送出する。係る未処理データは、たとえば、擬似距離、衛星信号の強度等を有する場合がある。別の特定の実施の形態では、ＳＰＳレシーバ３０２は、ロケーションの座標を計算し、ロケーションプロセッサ３０４に伝達する場合がある。しかし、これらは、ＳＰＳシステムにおけるロケーションデータを伝達して処理する方法の単なる例であって、特許請求される主体はそのように限定されるものではない。

特定の実施の形態によれば、高度データは、高度計３０６における大気圧測定を含む多数の方法により生成され、ロケーションプロセッサ３０４に伝達される。代替的に、高度データは、中間のキャリブレーションテーブル３０８に送出される。特定の実施の形態によれば、キャリブレーションデータは、温度センサにより生成され、中間のキャリブレーションテーブル３０８に供給される。係るキャリブレーションデータは、たとえば温度データである場合がある。特定の実施の形態によれば、高度データは、中間のキャリブレーションテーブル３０８における温度データで較正される。しかし、これらは、ＳＰＳシステムにおけるロケーション及びキャリブレーションデータを伝達して処理する方法の単なる例である、特許請求される主体はそのように限定されるものではない。

特定の実施の形態では、ロケーションプロセッサ３０４は、少なくとも部分的に、ＳＰＳレシーバ３０２からの入力データと高度計３０６により生成された独立の高度データに基づいてポジションの座標を計算する場合がある。特定の実施の形態によれば、ロケーションアルゴリズムは、汎用プロセッサ３１４で実行されるソフトウェアアルゴリズムとして実現される。代替的に、特定の実施の形態では、ロケーションプロセッサ３０４は、ＳＰＳレシーバ３０２からの入力データと、較正された独立の高度データとに少なくとも基づいてポジションの座標を計算する。上述されたように、高度データは、中間のキャリブレーションテーブル３０８により温度データで較正される。特定の実施の形態によれば、高度キャリブレーションアルゴリズムは、汎用プロセッサ３１４で実行されるソフトウェアアルゴリズムとして実現される。代替的に、ＳＰＳレシーバ３０２及びロケーションプロセッサ３０４は、共通のロケーション決定装置（図示せず）を有する場合がある。したがって、衛星信号処理及び個別の高度測定に基づいたロケーション決定アルゴリズムの実現は、様々な方法で実行される場合がある。しかし、これらは、独立の高度データを使用して衛星測位システムにおけるポジションの座標を計算する方法の例であって、特許請求される主体はそのように限定されるものではない。

特許請求される主体の所定の特徴が本実施の形態で記載されるように例示されたが、多くの変更、置換、変形及び等価な概念が当業者にとって行われるであろう。したがって、添付される特許請求の範囲は全ての係る実施の形態をカバーすることが意図され、特許請求される主体の精神に含まれるように変化することが理解されるべきである

Claims (11)

1. 衛星測位装置を有する衛星測位システムにおける位置決定のための装置であって、
   前記衛星測位装置は、
   ロケーションプロセッサに結合される衛星データ信号受信機と、
   前記ロケーションプロセッサに結合され、受信された衛星データ信号とは独立に前記衛星測位装置の高度を決定可能である高度決定装置とを有し、
   前記高度決定装置は、前記衛星データ信号受信機からの測位データを補うために高度データを発生可能である、
   ことを特徴とする装置。
2. キャリブレーションテーブルに結合されるセンサを更に有し、
   前記キャリブレーションテーブルは、前記プロセッサ及び高度決定装置に結合される手段であって、前記高度決定装置は、前記キャリブレーションテーブルを通して前記プロセッサに結合される、
   請求項１記載の装置。
3. 前記センサは、大気圧センサ又は温度センサ、或いはこれらの組み合わせを有する、
   請求項２記載の装置。
4. 前記衛星データ信号受信機は、前記衛星測位システムからの衛星データ信号を受信可能なアンテナを有する、
   請求項１記載の装置。
5. 前記衛星測位装置は、携帯用電子装置、移動電話、自動誘導装置、パーソナルデジタルアシスタント又はラップトップコンピュータ、或いはそれらの組み合わせを有する、
   請求項１記載の装置。
6. １以上の衛星からの未処理のデータを受信するステップと、
   前記１以上の衛星から受信された未処理のデータとは独立に衛星測位装置の高度を決定するステップと、
   前記衛星測位装置の独立の決定された高度に少なくとも部分的に基づいて高度データを生成するステップと、
   前記高度データに少なくとも部分的に基づいて前記衛星測位装置のロケーションを決定するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
7. 前記衛星測位装置のロケーションを決定するステップは、
   温度データを生成するステップと、
   前記温度データで前記高度データを較正するステップと、
   較正された高度データに少なくとも部分的に基づいて前記衛星測位装置の更新された位置を決定するステップと、
   を更に含む請求項６記載の方法。
8. 前記衛星測位装置のロケーションを決定するステップは、
   衛星データ信号受信機からの未処理の衛星データを受信するステップと、
   受信された未処理のデータに少なくとも部分的に基づいて１以上のロケーションの座標を決定するステップとを更に含み、
   前記衛星測位装置のロケーションを決定するステップは、前記１以上のロケーションの座標に少なくとも部分的に基づく、
   請求項６記載の方法。
9. 前記衛星測位装置のロケーションを決定するステップは、
   衛星データ信号受信機のプロセッサにおいて前記未処理の衛星データを処理して１以上のロケーションの座標を決定するステップと、
   ロケーションプロセッサで前記衛星データ信号受信機からの１以上のロケーションの座標を受信するステップとを含み、
   前記衛星測位装置のロケーションを決定するステップは、前記１以上のロケーションの座標に少なくとも部分的に基づく、
   請求項６記載の方法。
10. 前記衛星測位装置のロケーションを決定するステップは、
    衛星データ信号受信機からの未処理の衛星データを受信するステップを更に含み、
    前記衛星測位装置のロケーションを決定するステップは、前記未処理のデータに少なくとも部分的に基づく、
    請求項６記載の方法。
11. 大気圧データを更に含み、高度データは、前記大気圧データに少なくとも部分的に基づく、
    請求項６記載の方法。

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