JP2011163833A - Satellite positioning system - Google Patents

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JP2011163833A JP2010024811A JP2010024811A JP2011163833A JP 2011163833 A JP2011163833 A JP 2011163833A JP 2010024811 A JP2010024811 A JP 2010024811A JP 2010024811 A JP2010024811 A JP 2010024811A JP 2011163833 A JP2011163833 A JP 2011163833A
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実則 河野
Kiminori Kono
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a satellite positioning system at low cost, in which a mobile terminal can determine the position of a self-station with high accuracy. <P>SOLUTION: In the satellite positioning system that uses a plurality of quasi-zenith satellites 201 and 301a-301d, one of the plurality of quasi-zenith satellites positioned at a relatively high elevation angle is used as a reference station 201, at a stage where the plurality of quasi-zenith satellites have been launched toward satellite orbits in an integrated fashion to have the plurality of quasi-zenith satellites, integrally and stably flying along the satellite orbits. Remaining quasi-zenith satellites are dispersed to prescribed orbits, in the periphery of the reference station as relay stations 301a-301d. By making first positioning signals transmitted from the reference station and second positioning signals transmitted from each relay station synchronize, it is possible for the mobile terminal to determine with high accuracy the position of own station. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、比較的に高い仰角に位置する複数個の準天頂衛星の内の1個を基準局とし、前記基準局の周辺に配置された残りの準天頂衛星を中継局として構成され、前記基準局から送信される第1の測位信号と各中継局から送信する第2の測位信号とを同期させることによって、移動端末が自局の位置を高精度で測位できる衛星測位システムを安価に実現するためのものである。
In the present invention, one of a plurality of quasi-zenith satellites positioned at a relatively high elevation angle is used as a reference station, and the remaining quasi-zenith satellites arranged around the reference station are configured as relay stations. By synchronizing the first positioning signal transmitted and the second positioning signal transmitted from each relay station, a mobile terminal can realize a satellite positioning system that can measure the position of the own station with high accuracy at low cost. Is.

従来から、準天頂衛星を利用して移動体の位置を測位する装置あるいはシステムが提案されている。(例えば、特許文献1〜4参照)
特開2003−187395号公報 特開2004−144709号公報 特開2004−309364号公報 特開2005−106568号公報
Conventionally, an apparatus or a system for positioning the position of a moving body using a quasi-zenith satellite has been proposed. (For example, see Patent Documents 1 to 4)
JP 2003-187395 A JP 2004-144709 A JP 2004-309364 A JP 2005-106568 A

図9は、特許文献1に記載されている従来の「準天頂衛星用車載器、準天頂衛星及び準天頂衛星システム」である。図9において、移動体と衛星との間で各種情報を授受する方法として、高い軌道で地球の自転に同期して周回する同期軌道衛星−例えば、静止衛星−を用いる方法がある。この場合、衛星の仰角が45゜程度と低いため、移動しながら各種情報の授受を行うと、建物、地形等に遮られて各種情報授受が途切れるという問題があった。
静止衛星等と比較して高い仰角に位置する数個の準天頂衛星を使用することで、建物、地形等に各種情報授受が遮られることが無い。また、準天頂衛星は仰角が高く、常に上方にあるため、静止衛星を使用するときの様に衛星の方向を気にする必要が無く、よってアンテナなどの駆動機構を要しない構成となるとされている。
しかしながら、数個の準天頂衛星を使用して移動端末の位置を測位する具体的な方法が記述されいない問題点がある。
FIG. 9 illustrates a conventional “quasi-zenith satellite vehicle-mounted device, quasi-zenith satellite, and quasi-zenith satellite system” described in Patent Document 1. In FIG. 9, as a method for exchanging various kinds of information between a mobile body and a satellite, there is a method using a synchronous orbit satellite that rotates in a high orbit in synchronization with the rotation of the earth, for example, a geostationary satellite. In this case, since the elevation angle of the satellite is as low as about 45 °, there is a problem that when various information is exchanged while moving, various information is interrupted by being blocked by buildings, topography and the like.
By using several quasi-zenith satellites located at higher elevation angles than geostationary satellites, various information exchanges are not obstructed by buildings, topography, and the like. Also, since the quasi-zenith satellite has a high elevation angle and is always above, there is no need to worry about the direction of the satellite as in the case of using a geostationary satellite. Yes.
However, there is a problem that a specific method for positioning the position of the mobile terminal using several quasi-zenith satellites is not described.

また、特許文献2では、例えば準天頂衛星から測位信号を受信する測位信号受信部と、センター局から測位信号に含まれる誤差を補正する誤差補正データが含まれたセンターデータを受信するセンターデータ受信部と、測位信号を用いて移動体端末の位置を測位するとともに、誤差補正データを用いて移動体端末の位置を補正して位置データを出力する測位処理部とを備えた。このため、移動体端末の位置をcm級の測位精度で測位する。また、補正後の位置データをセンター局に送信する端末データ送信部を備えた。このため、センター局側で、センター局が管理する移動体端末の位置をcm級の精度で一括管理するとされている。
しかしながら、準天頂衛星局と非準天頂衛星局たが混在しているため、センター局から測位信号に含まれる誤差を補正する誤差補正データを受信する必要があり、複雑なシステムとなる問題点がある。
In Patent Document 2, for example, a positioning signal receiving unit that receives a positioning signal from a quasi-zenith satellite and a center data reception that receives center data including error correction data for correcting an error included in the positioning signal from a center station. And a positioning processing unit for positioning the position of the mobile terminal using the positioning signal and correcting the position of the mobile terminal using the error correction data and outputting the position data. For this reason, the position of the mobile terminal is measured with a positioning accuracy of cm class. In addition, a terminal data transmission unit that transmits the corrected position data to the center station is provided. For this reason, the center station side is supposed to collectively manage the positions of mobile terminals managed by the center station with the accuracy of cm level.
However, since there are a mixture of quasi-zenith satellite stations and non-quasi-zenith satellite stations, it is necessary to receive error correction data for correcting errors included in the positioning signal from the center station, and there is a problem that it becomes a complicated system. is there.

また、特許文献3では、準天頂衛星140から送信される信号に基づい測位情報を提供する。地上に置かれた複数の基準局110が複数の測位衛星170、181、182からの信号を受信する。通信局130は基準局が受信した信号を補正して準天頂衛星に送信する。測位情報提供装置150は準天頂衛星から送信された信号と自己の測位情報とを測位装置160に送信するとされている。
しかしながら、準天頂衛星局と非準天頂衛星局たが混在しているため、基準局が受信した信号を補正して準天頂衛星に送信する必要があり、複雑なシステムとなる問題点がある。
In Patent Document 3, positioning information is provided based on a signal transmitted from the quasi-zenith satellite 140. A plurality of reference stations 110 placed on the ground receive signals from a plurality of positioning satellites 170, 181, and 182. The communication station 130 corrects the signal received by the reference station and transmits it to the quasi-zenith satellite. The positioning information providing device 150 is supposed to transmit a signal transmitted from the quasi-zenith satellite and its own positioning information to the positioning device 160.
However, since there are a mixture of quasi-zenith satellite stations and non-quasi-zenith satellite stations, it is necessary to correct the signal received by the reference station and transmit it to the quasi-zenith satellite, resulting in a complicated system.

また、特許文献4では、衛星方向検出部10は、1機の準天頂衛星システム500の存在する方向を検出する。抽出部30は、前記1機の準天頂衛星システム500の送信した測位情報の中から、前記衛星方向検出部10が検出した前記方向に対応する衛星方向対応情報を抽出する。測位位置概算部61は、検出した前記方向と抽出した前記衛星方向対応情報とにより、ユーザ粗位置を求める。レンジ方程式作成・算出部62aは、1機の準天頂衛星システム500から送信された3つの異なる時刻における3つの測位情報を用いてレンジ方程式を作成し、ユーザ位置候補を算出する。比較決定部62bは、レンジ方程式作成・算出部62aが算出したユーザ位置候補を前記ユーザ粗位置と比較することにより、ユーザ位置候補の中からユーザ位置を決定するとされている。
しかしながら、1機の準天頂衛星システム500の存在する方向を検出する必要があり、パラボラアンテナを有する測位装置が必要であり、複雑なシステムとなる問題点がある。
In Patent Document 4, the satellite direction detection unit 10 detects the direction in which one quasi-zenith satellite system 500 exists. The extraction unit 30 extracts satellite direction correspondence information corresponding to the direction detected by the satellite direction detection unit 10 from the positioning information transmitted by the one quasi-zenith satellite system 500. The positioning position approximating unit 61 obtains a user rough position from the detected direction and the extracted satellite direction correspondence information. The range equation creation / calculation unit 62a creates range equations using three pieces of positioning information transmitted from one quasi-zenith satellite system 500 at three different times, and calculates user position candidates. The comparison determination unit 62b determines the user position from among the user position candidates by comparing the user position candidate calculated by the range equation creation / calculation unit 62a with the rough user position.
However, it is necessary to detect the direction in which one quasi-zenith satellite system 500 exists, and a positioning device having a parabolic antenna is necessary, which causes a problem that the system becomes complicated.

この発明が解決しようとする課題は、比較的に高い仰角に位置する複数個の衛星の内の1個を基準局とし、前記基準局の周辺に配置される残りの衛星を中継局として構成され、前記基準局から送信される測位信号と各中継局から送信する測位信号とを同期させることによって、移動端末が高精度で位置を測位できる衛星測位システムを安価に実現することである。
A problem to be solved by the present invention is that one of a plurality of satellites positioned at a relatively high elevation angle is used as a reference station, and the remaining satellites arranged around the reference station are configured as relay stations, By synchronizing the positioning signal transmitted from the reference station and the positioning signal transmitted from each relay station, a satellite positioning system capable of positioning the position with high accuracy by the mobile terminal is realized at low cost.

この発明に係わる衛星測位システムでは、複数個の衛星局をロケットを使って個別に打ち上げ、所定の軌道に乗せるためには大きなコストが発生するのに対して、基準となる衛星局(以下基準局と称する)に複数個の衛星局(以下中継局と称する)を付属させて一体として単一のロケットを使って打ち上げ、前記複数個の衛星が一体として衛星軌道に沿って安定に飛行する段階において、前記複数個の衛星の内の少なくとも1個を位置の基準となる基準局とし、前記基準局を中心として残りの衛星が中継局として切り離されて所定の軌道に分散して配置することで、前記打ち上げコストを大幅に節約することができるメリットが得られる。
なお、前記複数個の中継局を分散して配置するためには、前記基準局と各中継局との間の3次元の相対位置を高精度で検知し、前記検知した3次元の相対位置を用いて各中継局のスラスタを制御して3次元の相対位置を所定の誤差内に収める必要がある。
In the satellite positioning system according to the present invention, while a plurality of satellite stations are individually launched using a rocket and a large cost is required to place them in a predetermined orbit, a reference satellite station (hereinafter referred to as a reference station) is used. A plurality of satellite stations (hereinafter referred to as "relay stations") are attached together and launched using a single rocket, and the plurality of satellites integrally fly along the satellite orbit, At least one of the plurality of satellites is used as a reference station serving as a position reference, and the remaining satellites are separated as relay stations around the reference station and arranged in a predetermined orbit so that the launch cost is reduced. The merit that can be saved significantly is obtained.
In order to disperse and arrange the plurality of relay stations, a three-dimensional relative position between the reference station and each relay station is detected with high accuracy, and the detected three-dimensional relative position is used. Thus, it is necessary to control the thruster of each relay station so that the three-dimensional relative position falls within a predetermined error.

また、前記基準局および複数個の中継局から地上に向けて測位信号を含む無線信号を送信する場合、前記基準局で生成される測位信号と各中継局で生成される測位信号とは高精度で同期している必要があり、かつ搬送波信号の周波数も同一である必要がある。
前記基準局と各中継局との間の3次元の相対位置を高精度で検知する課題については、前記基準局と各中継局との間の距離を高精度で測定し、かつ各中継局が位置する方向を高精度で測定して、距離と方向との測定結果から3次元の相対位置を高精度で検知することで解決できる。
In addition, when transmitting a radio signal including a positioning signal from the reference station and a plurality of relay stations to the ground, the positioning signal generated by the reference station and the positioning signal generated by each relay station are synchronized with high accuracy. And the frequency of the carrier signal must be the same.
Regarding the problem of detecting the three-dimensional relative position between the reference station and each relay station with high accuracy, the distance between the reference station and each relay station is measured with high accuracy, and each relay station is located. This can be solved by measuring the direction with high accuracy and detecting the three-dimensional relative position with high accuracy from the measurement results of the distance and direction.

一方、前記基準局で生成される測位信号と各中継局で生成される測位信号とを高精度で同期させかつ搬送波信号の周波数を同一にする課題については、前記基準局から送信される第1の測位信号を含む無線信号を中継局によって受信し、無線信号の搬送波信号の周波数を同一にしたままで、前記第1の測位信号に同期しあるいは直交しかつ異なった拡散符号の第2の測位信号を含む無線信号に変換して移動端末に向けて送信することで解決できる。
なお、前記基準局と各中継局との間の3次元の相対位置を高精度で維持するためには各中継局の位置制御のための燃料消費が大きくなるので、ある程度の相対位置の誤差を許容し、該3次元の相対位置の誤差情報を前記基準局、各中継局、もしくはこれらの両方から送信する測位信号の中にデータとして含めることで解決できる。
On the other hand, regarding the problem of synchronizing the positioning signal generated at the reference station and the positioning signal generated at each relay station with high accuracy and making the frequency of the carrier signal the same, the first positioning signal transmitted from the reference station is used. A radio signal including a signal is received by the relay station, and a second positioning signal having a different spreading code is synchronized with or orthogonal to the first positioning signal while keeping the frequency of the carrier signal of the radio signal the same. This can be solved by converting to a wireless signal including the signal and transmitting it to the mobile terminal.
In addition, in order to maintain the three-dimensional relative position between the reference station and each relay station with high accuracy, fuel consumption for position control of each relay station becomes large, so that a certain amount of relative position error is allowed. However, this can be solved by including the error information of the three-dimensional relative position as data in the positioning signal transmitted from the reference station, each relay station, or both.

本発明の衛星測位システムでは、複数個の衛星が一体として衛星軌道に沿って安定に飛行する段階において、前記複数個の衛星の内の少なくとも1個が位置の基準となる基準局を中心とし、残りの衛星が中継局として切り離されて所定の軌道に分散して配置し、前記基準局信から送信される測位信号と、前記基準局の周辺に配置された複数個の中継局から送信する測位信号とを高精度で同期させ、かつ搬送波信号の周波数を同一とすることによって、移動端末の位置を高精度で測位する衛星測位システムを安価に実現できる効果がある。
In the satellite positioning system of the present invention, at the stage where a plurality of satellites fly together stably along the satellite orbit, at least one of the plurality of satellites is centered on a reference station serving as a position reference, and the rest Are separated as relay stations and arranged in a predetermined orbit, positioning signals transmitted from the reference station signal, and positioning signals transmitted from a plurality of relay stations arranged around the reference station. Synchronizing with high accuracy and making the frequency of the carrier wave signal the same has the effect of realizing an inexpensive satellite positioning system that measures the position of the mobile terminal with high accuracy.

この発明に係わる衛星測位システムは、図1、図3、図5、および請求項1に本発明の第1の実施の形態を示すように、複数個の衛星201、301a〜301dを用いた衛星測位システムにおいて、前記複数個の衛星が一体として衛星軌道に向けて打ち上げられ、前記複数個の衛星が一体として該衛星軌道に沿って安定に飛行する段階において、前記複数個の衛星の内の少なくとも1個を位置の基準となる基準局201とし、残りの衛星を中継局301a〜301dとして前記基準局の周辺の所定の軌道に分散させて配置し、   The satellite positioning system according to the present invention is a satellite using a plurality of satellites 201, 301a to 301d as shown in FIGS. 1, 3, 5, and 1 according to the first embodiment of the present invention. In the positioning system, the plurality of satellites are integrally launched toward the satellite orbit, and the plurality of satellites integrally fly along the satellite orbit at a stable stage, at least of the plurality of satellites. One is used as a reference station 201 serving as a position reference, and the remaining satellites are arranged as relay stations 301a to 301d in a predetermined orbit around the reference station,

前記基準局201が、少なくとも、第1の位置検知手段と、遠隔制御手段と、送信手段とを有し、前記第1の位置検知手段が、前記各中継局301a〜301dからの距離と前記各中継局が位置する方向とを測定して、前記各中継局との3次元の相対位置を検知し、前記遠隔制御手段が、前記第1の位置検知手段が検知した結果を用いて前記各中継局301a〜301dとの3次元の相対位置を規定値内に保持するよう遠隔制御し、前記送信手段が、基準となる第1の測位信号を含む無線信号を、前記移動端末101、各中継局301a〜301d、もしくはこれらの両方に向けて送信し、前記各中継局301a〜301dが、少なくとも、第2の位置検知手段と、位置制御手段と、無線中継手段とを有し、   The reference station 201 includes at least first position detection means, remote control means, and transmission means, and the first position detection means determines the distance from each of the relay stations 301a to 301d and each of the relays. The direction in which the station is located is measured to detect a three-dimensional relative position with respect to each relay station, and the remote control means uses the result detected by the first position detection means to use each relay station. Remote control is performed so that the three-dimensional relative position with respect to 301a to 301d is maintained within a prescribed value, and the transmission means transmits a wireless signal including a reference first positioning signal to the mobile terminal 101 and each relay station 301a. To 301d, or both, and each of the relay stations 301a to 301d has at least second position detection means, position control means, and wireless relay means,

前記第2の位置検知手段が、前記基準局201からの距離と前記基準局が位置する方向とを測定して、前記基準局との3次元の相対位置を検知し、前記位置制御手段が、前記第2の位置検知手段が検知した結果を用い、かつ/または前記基準局の遠隔制御手段からの指示に従って、前記基準局からの3次元の相対位置を規定値内に保持するよう自局の位置を制御し、前記無線中継手段が、前記基準局から送信される第1の測位信号を含む無線信号を受信して、前記第1の測位信号に同期しあるいは直交しかつ異なった拡散符号の第2の測位信号を含む無線信号に変換して移動端末に向けて送信し、   The second position detection unit measures a distance from the reference station 201 and a direction in which the reference station is located, detects a three-dimensional relative position with respect to the reference station, and the position control unit includes the second position detection unit. Control the position of the own station so as to keep the three-dimensional relative position from the reference station within a specified value in accordance with an instruction from the remote control means of the reference station and / or in accordance with an instruction from the remote control means of the reference station. The wireless relay means receives a wireless signal including a first positioning signal transmitted from the reference station, and synchronizes with or orthogonally intersects the first positioning signal and outputs a second positioning signal having a different spreading code. Converted to a wireless signal that is transmitted to the mobile terminal,

前記移動端末が、少なくとも、受信手段と、測位信号再生手段と、同期発振手段と、位相測定手段と、位置測位手段とを有し、前記受信手段が、前記基準局から送信される無線信号、前記各中継局から送信される無線信号、もしくはこれらの両方を受信して、前記第1の測位信号、第2の測位信号、もしくはこれらの両方を再生し、前記同期発振手段が、前記再生した第1の測位信号、第2の測位信号、もしくはこれらの両方と高精度で同期しあるいは直交するクロック信号を生成し、前記位相測定手段が、前記クロック信号から、前記第1の測位信号、前記第2の測位信号、もしくはこれらの両方の、伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、あるいはこれらの両方の差を測定し、前記位置測位手段が、前記測定結果から自局の位置を高精度で測位する。   The mobile terminal has at least receiving means, positioning signal reproducing means, synchronous oscillation means, phase measuring means, and position measuring means, and the receiving means transmits a radio signal transmitted from the reference station, Receiving the radio signal transmitted from each relay station, or both of them, reproducing the first positioning signal, the second positioning signal, or both of them, and the synchronous oscillating means reproduces the reproduced first signal The first positioning signal, the second positioning signal, or a clock signal that is synchronized or orthogonal with high precision to the first positioning signal, the second positioning signal, or both of them, and the phase measuring means generates the first positioning signal, 2 positioning signals, or both of them, the propagation time, the propagation phase, or both of them are measured, or the difference between them is measured. To positioning position with high accuracy.

また、請求項2に示すように、前記複数個の衛星201、301a〜301dの一部あるいは全部が複数個の準天頂衛星である。
また、図2、図5、図6、図7、図8、および請求項3に本発明の第2の実施の形態を示すように、前記第1の位置検知手段10と第2の位置検知手段10が、少なくとも、送信手段12と、受信手段13と、制御手段11と、アンテナ切替手段14と、複数の指向性アンテナ15a〜15dとを含み、前記送信手段が、少なくとも、起点信号、距離測定信号、方向測定信号、もしくはこれらの組み合わせを含む無線信号を、前記アンテナ切替手段によって複数の指向性アンテナを周期的に切替えかつ/または送信手段に時分割で切替えて送信し、
Moreover, as shown in claim 2, some or all of the plurality of satellites 201, 301a to 301d are a plurality of quasi-zenith satellites.
Further, as shown in FIGS. 2, 5, 6, 7, 8, and 3 according to the second embodiment of the present invention, the first position detecting means 10 and the second position detecting means are used. The means 10 includes at least a transmission means 12, a reception means 13, a control means 11, an antenna switching means 14, and a plurality of directional antennas 15a to 15d, and the transmission means includes at least a starting signal, a distance. A radio signal including a measurement signal, a direction measurement signal, or a combination thereof is transmitted by periodically switching a plurality of directional antennas by the antenna switching unit and / or switching to a transmission unit in a time division manner,

前記受信手段が、前記無線信号を、前記アンテナ切替手段によって複数の指向性アンテナを周期的に切替えかつ/または受信手段に時分割で切替えて受信し、前記制御手段が、少なくとも、前記起点信号、距離測定信号、方向測定信号、もしくはこれらの組み合わせを生成するための信号生成手段と、前記起点信号、距離測定信号、方向測定信号、もしくはこれらの組合せを再生するための信号再生手段と、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを高精度で検出するための同期検出手段と、   The reception means receives the wireless signal by periodically switching a plurality of directional antennas by the antenna switching means and / or switching to the reception means in a time division manner, and the control means at least the starting signal, Signal generation means for generating a distance measurement signal, direction measurement signal, or a combination thereof; signal reproduction means for reproducing the origin signal, distance measurement signal, direction measurement signal, or combination thereof; and the reproduction Synchronization detecting means for detecting the timing of the rising point, falling point, or zero crossing of the generated origin signal or distance measurement signal with high accuracy;

前記検出されたタイミングで、前記起点信号もしくは距離測定信号と、短時間で同期を確立し、同期を保持してクロック信号を生成するための同期発振手段と、前記再生された距離測定信号の位相と方向測定信号の位相とを高精度でリアルタイムに測定するための位相測定手段と、前記測定した位相から、前記第1の位置検知手段と第2の位置検知段との間の3次元の相対位置を算出するための位置算出手段とを含む。
また、請求項4に示すように、前記起点信号、距離測定信号、方向測定信号、もしくはこれらの組み合わせが、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せである。
Synchronized oscillation means for establishing a synchronization with the origin signal or distance measurement signal in a short time at the detected timing, and generating a clock signal while maintaining the synchronization, and a phase of the reproduced distance measurement signal And a phase measurement means for measuring the phase of the direction measurement signal in real time with high accuracy, and a three-dimensional relative between the first position detection means and the second position detection stage from the measured phase. Position calculation means for calculating the position.
According to a fourth aspect of the present invention, the origin signal, the distance measurement signal, the direction measurement signal, or a combination thereof is a carrier signal, a subcarrier signal, a modulation signal, a spread spectrum code, or a combination thereof.

また、請求項5に示すように、前記中継局の無線中継手段が、少なくとも、受信アンテナと、受信手段と、同期発振手段と、第2の測位信号生成手段と、中間周波増幅手段と、送信手段と、送信アンテナとを有し、前記受信アンテナが基準局から送信される無線信号を受信し、前記受信手段が受信した無線信号から搬送波信号と第1の測位信号とを再生し、前記同期発振手段が再生した第1の測位信号と高精度で同期を確立してクロック信号を生成し、   According to a fifth aspect of the present invention, the radio relay unit of the relay station includes at least a reception antenna, a reception unit, a synchronous oscillation unit, a second positioning signal generation unit, an intermediate frequency amplification unit, and a transmission Means and a transmitting antenna, wherein the receiving antenna receives a radio signal transmitted from a reference station, reproduces a carrier wave signal and a first positioning signal from the radio signal received by the receiving means, and the synchronous oscillation A clock signal is generated by establishing synchronization with the first positioning signal reproduced by the means with high accuracy,

前記第2の測位信号生成手段がクロック信号に同期しあるいは直交し少なくとも拡散符号が異なる第2の測位信号を生成し、前記中間周波増幅手段が再生された搬送波信号を中間周波信号に変換して増幅し、元の搬送波信号と同一の周波数の搬送波信号に変換し、記送信手段が増幅した搬送波信号を生成した第2の測位信号によってスペクトル拡散し、前記送信アンテナがスペクトル拡散した無線信号を再送信する。
また、請求項6に示すように、前記受信アンテナと送信アンテナとの間の結合損が、前記中間周波信号増幅手段の増幅度からスペクトル拡散された測位信号のプロセス利得を差し引いた値より大きいことが必要である。
The second positioning signal generating means generates a second positioning signal synchronized with or orthogonal to the clock signal and having at least different spreading codes, and the intermediate frequency amplifying means converts the reproduced carrier signal into an intermediate frequency signal. Amplified, converted to a carrier signal having the same frequency as the original carrier signal, spread spectrum by the second positioning signal generated by the transmission means, and retransmits the radio signal spread by the transmitting antenna. Send.
In addition, as shown in claim 6, the coupling loss between the receiving antenna and the transmitting antenna is larger than the value obtained by subtracting the process gain of the spectrum spread positioning signal from the amplification factor of the intermediate frequency signal amplifying means. is required.

また、請求項7に示すように、前記移動端末が自局の位置を測位する際に、前記同期発振手段が生成するクロック信号の周波数を前記位相測定手段の測位レンジに応じて可変とし、あるいは前記同期発振手段が生成する周波数が異なる複数のクロック信号の中から前記位相測定手段の測位レンジに応じて最適なものを選択することによって、高い測位精度を実現する。
また、請求項8に示すように、前記位相測定手段の測位レンジを長い尺度のものから順次短い尺度のものに変化させ、あるいは前記位相測定手段の測位レンジを長い尺度のものから順次短い尺度のものに切替えて選択することによって、最適の測位レンジを用いて自局の位置を高精度で測位する。
Further, as shown in claim 7, when the mobile terminal measures the position of its own station, the frequency of the clock signal generated by the synchronous oscillation means is variable according to the positioning range of the phase measuring means, or A high positioning accuracy is realized by selecting an optimum signal according to the positioning range of the phase measuring means from a plurality of clock signals generated by the synchronous oscillating means having different frequencies.
Further, as shown in claim 8, the positioning range of the phase measuring means is changed from a long scale to a short scale, or the positioning range of the phase measuring means is changed from a long scale to a short scale sequentially. By switching to the selected one, the position of the local station is measured with high accuracy using the optimum positioning range.

また、請求項9に示すように、前記信号生成手段、信号再生手段、もしくはこれらの両方において、前記起点信号、距離測定信号、もしくは方向測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みおよび遅延誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に前記帯域通過フイルタを通して再生する。   In addition, as described in claim 9, in the signal generation means, the signal reproduction means, or both, the origin signal, distance measurement signal, or direction measurement signal is a carrier signal or subcarrier signal of a radio signal In some cases, an analog demodulator with low delay error or a high frequency is passed through a band-pass filter with low group delay distortion and delay error, or a modulated signal obtained by modulating a carrier signal or subcarrier signal of a radio signal. After being demodulated by a digital demodulator with a small delay error using this clock signal, it is reproduced through the band pass filter.

また、請求項10に示すように、前記同期発振手段が、位相同期振器によって駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記同期検出手段によって、少なくとも16MHz以上の周波数のクロック信号を用いて検出した、前記起点信号もしくは距離測定信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記起点信号もしくは距離測定信号と短時間で同期を確立し、かつ前記起点信号もしくは距離測定信号が消滅した後も、比較的に長時間、同期を保持できる。   Further, according to a tenth aspect of the present invention, the synchronous oscillating means is constituted by a counter with a set or reset or a numerically controlled oscillator driven by a phase synchronous oscillator, and the synchronous detecting means has a frequency of at least 16 MHz or more. By setting or resetting the counter or numerically controlled oscillator at the timing of the rising point, falling point, or zero crossing point of the starting point signal or distance measurement signal detected using the clock signal, the starting point signal or Synchronization with the distance measurement signal can be established in a short time, and the synchronization can be maintained for a relatively long time after the origin signal or the distance measurement signal has disappeared.

また、請求項11に示すように、前記位相測定手段が、測定する信号周波数の4の整数倍のサンプリング周波数で、かつ4ビット以上のアナログデジタル変換器を用いてデジタル信号に変換し、Sinのルックアップテーブルとして0、1、0、−1、もしくは1、1、−1、−1、を用い、Cosのルックアップテーブルとして1、0、−1、0もしくは1、−1、−1、1、を用い、前記変換したデジタル信号とルックアップテーブルとの積和演算を行う。
また、請求項12に示すように、前記無線信号の周波数として、GPSに割当てられた周波数、その近傍の周波数、法令によって定められた周波数、基準局および各中継局で異なる拡散符号、もしくはこれらの組み合わせを割当てる。
In addition, as shown in claim 11, the phase measuring means converts the signal into a digital signal using an analog-digital converter having a sampling frequency that is an integral multiple of 4 of the signal frequency to be measured and 4 bits or more. Use 0, 1, 0, -1 or 1, 1, -1, -1 as the lookup table, and 1, 0, -1, 0 or 1, -1, -1, as the Cos lookup table 1 is used to perform a product-sum operation on the converted digital signal and the lookup table.
Further, as shown in claim 12, as the frequency of the radio signal, a frequency assigned to GPS, a frequency in the vicinity thereof, a frequency defined by laws and regulations, a spreading code different between the reference station and each relay station, or a combination thereof Is assigned.

(実施の形態1)
図1、図3、図4は本発明の第1の実施の形態による衛星測位システムの構成図、およびタイミングチャートである。図1において、101は移動端末、201は基準局、301a〜301dは中継局、1a〜1dは基準局から中継局に向けて送信される無線信号の伝搬経路、2、3a〜3dは中継局301a〜301dによって中継され、地上400に存在する移動端末101に向けて送信される無線信号の伝搬経路である。
(Embodiment 1)
1, 3 and 4 are a configuration diagram and a timing chart of the satellite positioning system according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 101 is a mobile terminal, 201 is a reference station, 301a to 301d are relay stations, 1a to 1d are propagation paths of radio signals transmitted from the reference station to the relay station, and 2 and 3a to 3d are relay stations 301a to 301a. This is a propagation path of a radio signal relayed by 301d and transmitted toward the mobile terminal 101 existing on the ground 400.

複数個の衛星201、301a〜301dを用いた衛星測位システムにおいて、前記複数個の衛星が一体として衛星軌道に向けて打ち上げられ、前記複数個の衛星が一体として該衛星軌道に沿って安定に飛行する段階において、前記複数個の衛星の内の少なくとも1個を位置の基準となる基準局201とし、残りの衛星を中継局301a〜301dとして前記基準局の周辺の所定の軌道に分散させて配置し、   In a satellite positioning system using a plurality of satellites 201, 301a to 301d, the plurality of satellites are launched together toward a satellite orbit, and the plurality of satellites integrally fly along the satellite orbit. In this step, at least one of the plurality of satellites is used as a reference station 201 serving as a position reference, and the remaining satellites are arranged as relay stations 301a to 301d in a predetermined orbit around the reference station,

前記基準局201が、少なくとも、第1の位置検知手段と、遠隔制御手段と、送信手段とを有し、前記第1の位置検知手段が、前記各中継局301a〜301dからの距離と前記各中継局が位置する方向とを測定して、前記各中継局との3次元の相対位置を検知し、前記遠隔制御手段が、前記第1の位置検知手段が検知した結果を用いて前記各中継局301a〜301dとの3次元の相対位置を規定値内に保持するよう遠隔制御し、前記送信手段が、基準となる第1の測位信号を含む無線信号を、前記移動端末101、各中継局301a〜301d、もしくはこれらの両方に向けて送信し、少なくとも、前記基準局201から送信される第1の測位信号に、前記各中継局との3次元の相対位置に関するデータを含むよう構成され、   The reference station 201 includes at least first position detection means, remote control means, and transmission means, and the first position detection means determines the distance from each of the relay stations 301a to 301d and each of the relays. The direction in which the station is located is measured to detect a three-dimensional relative position with respect to each relay station, and the remote control means uses the result detected by the first position detection means to use each relay station. Remote control is performed so that the three-dimensional relative position with respect to 301a to 301d is maintained within a prescribed value, and the transmission means transmits a wireless signal including a reference first positioning signal to the mobile terminal 101 and each relay station 301a. To 301d, or both, and at least the first positioning signal transmitted from the reference station 201 includes data on a three-dimensional relative position with each relay station,

前記各中継局301a〜301dが、少なくとも、第2の位置検知手段と、位置制御手段と、無線中継手段とを有し、前記第2の位置検知手段が、前記基準局201からの距離と前記基準局が位置する方向とを測定して、前記基準局との3次元の相対位置を検知し、前記位置制御手段が、前記第2の位置検知手段が検知した結果を用い、かつ/または前記基準局の遠隔制御手段からの指示に従って、前記基準局からの3次元の相対位置を規定値内に保持するよう自局の位置を制御し、前記無線中継手段が、前記基準局から送信される第1の測位信号を含む無線信号を受信して、前記第1の測位信号に同期しあるいは直交しかつ異なった拡散符号の第2の測位信号を含む無線信号に変換して移動端末に向けて送信し、   Each of the relay stations 301a to 301d includes at least a second position detection unit, a position control unit, and a wireless relay unit, and the second position detection unit determines the distance from the reference station 201 and the reference station. Is measured to detect a three-dimensional relative position with respect to the reference station, the position control means uses a result detected by the second position detection means, and / or is remote from the reference station. According to an instruction from the control means, the position of the own station is controlled so as to keep the three-dimensional relative position from the reference station within a specified value, and the wireless relay means outputs a first positioning signal transmitted from the reference station. Including a radio signal including the second positioning signal synchronized with or orthogonal to the first positioning signal and converted to a radio signal including a second positioning signal of a different spreading code, and transmitted to the mobile terminal,

前記移動端末が、少なくとも、受信手段と、測位信号再生手段と、同期発振手段と、位相測定手段と、位置測位手段とを有し、前記受信手段が、前記基準局から送信される無線信号、前記各中継局から送信される無線信号、もしくはこれらの両方を受信して、前記第1の測位信号、第2の測位信号、もしくはこれらの両方を再生し、前記同期発振手段が、前記再生した第1の測位信号、第2の測位信号、もしくはこれらの両方と高精度で同期しあるいは直交するクロック信号を生成し、   The mobile terminal has at least receiving means, positioning signal reproducing means, synchronous oscillation means, phase measuring means, and position measuring means, and the receiving means transmits a radio signal transmitted from the reference station, Receiving the radio signal transmitted from each relay station, or both of them, reproducing the first positioning signal, the second positioning signal, or both of them, and the synchronous oscillating means reproduces the reproduced first signal Generating a clock signal that is synchronized or orthogonal with high accuracy to one positioning signal, a second positioning signal, or both,

前記位相測定手段が、前記クロック信号から、前記第1の測位信号、前記第2の測位信号、もしくはこれらの両方の、伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、あるいはこれらの両方の差を測定し、前記位置測位手段が、前記測定結果から自局の位置を高精度で測位し、別途受信した前記各中継局301a〜301dとの3次元の相対位置に関するデータによって前記測位結果を補正する。   The phase measuring means measures a propagation time, a propagation phase, or both of the first positioning signal, the second positioning signal, or both from the clock signal, or both of them. A difference is measured, and the positioning means measures the position of the own station from the measurement result with high accuracy, and the positioning result is obtained from data relating to a three-dimensional relative position with each of the relay stations 301a to 301d separately received. to correct.

また、図3において、400は地面、301a、301bは中継局、302aは前記中継局の中間点の真下の位置、302bは前記中継局301bの真下の位置、302cは前記中間点の真下の位置302aから10,000kmの位置、303aは各中継局の間隔、303bは各中継局の高度、303c、303dは中間点の真下302aから、地点302b、地点302cまでの距離である。各中継局301a、301bが準天頂衛星であり、高度303bの周回軌道は地面400の上空40,000kmであり、間隔303aは24km程度であるとする。   In FIG. 3, 400 is the ground, 301a and 301b are relay stations, 302a is a position directly below the intermediate point of the relay station, 302b is a position immediately below the relay station 301b, and 302c is a position immediately below the intermediate point. 302a to 10,000km, 303a is the distance between the relay stations, 303b is the altitude of each relay station, and 303c and 303d are the distances from 302a directly below the intermediate point to points 302b and 302c. It is assumed that the relay stations 301a and 301b are quasi-zenith satellites, the orbit of the altitude 303b is 40,000 km above the ground 400, and the interval 303a is about 24 km.

移動端末101が地点302aにある場合には各中継局301a、301bから受信する無線信号に含まれる第2の測位信号は同相であるが、地点302b、302cにある場合には中継局301aから受信する無線信号に含まれる第2の測位信号の方が中継局301b受信する無線信号に含まれる第2の測位信号より遅れていることになる。ここで、中継局301aから地点302bまでの距離は40,000,007.2mであり、中継局301bから地点302bまでの距離より7.2m長いことになる。   When the mobile terminal 101 is at the point 302a, the second positioning signal included in the radio signal received from each of the relay stations 301a and 301b is in phase, but when it is at the point 302b and 302c, it is received from the relay station 301a. Therefore, the second positioning signal included in the wireless signal to be transmitted is delayed from the second positioning signal included in the wireless signal received by the relay station 301b. Here, the distance from the relay station 301a to the point 302b is 40,000,007.2m, which is 7.2m longer than the distance from the relay station 301b to the point 302b.

前記移動端末101の同期発振手段が生成するクロック信号の周波数を30MHzとすると、前記測位レンジは10mとなるので、前記7.2mの距離差に対応する位相差ΔΦは、ΔΦ=360°×(7.2m/10m)=259.2°である。前記位相測定手段の位相測定精度として10ミリ秒間の平均値として±1°程度が実現可能であるので、1秒間の移動平均値では±0.1°程度が実現できるので、位置の測位精度ΔLは、距離303cが12kmであることから、ΔL=0.1×(12km/7.2m)/259.2°≒±64cmとなる。これらの他に、4個の中継局を利用して双曲線航法により測位をすると、測位誤差は更に2分の1程度に削減でき、測位誤差として±30cm程度が実現できることになる。   If the frequency of the clock signal generated by the synchronous oscillating means of the mobile terminal 101 is 30 MHz, the positioning range is 10 m. Therefore, the phase difference ΔΦ corresponding to the distance difference of 7.2 m is ΔΦ = 360 ° × ( 7.2 m / 10 m) = 259.2 °. As the phase measurement accuracy of the phase measuring means, an average value of about ± 1 ° can be realized for 10 milliseconds, so that a moving average value of 1 second can achieve about ± 0.1 °. Since the distance 303c is 12 km, ΔL = 0.1 × (12 km / 7.2 m) /259.2°≈±64 cm. In addition to these, when positioning is performed by hyperbolic navigation using four relay stations, the positioning error can be further reduced to about one half, and a positioning error of about ± 30 cm can be realized.

また、中継局301aから地点302cまでの距離は約41,236,883m、中継局301bから地点302cまでの距離は約41,231,056mから、両者の距離差は5,827mとなる。前記移動端末101の同期発振手段が生成するクロック信号の周波数を50kHzとすると、前記測位レンジは6,000mとなるので、前記5,827mの距離差に対応する位相差ΔΦは、ΔΦ=360°×(5,827m/6,000m)=349.6°である。位置の測位精度ΔLは、距離303dが10,024kmであることから、ΔL=0.1×(10,024km/5,827m)/349.6°≒±49cmとなり、双曲線航法により測位をすると、測位誤差として±30cm程度が実現できることになる。
Also, the distance from the relay station 301a to the point 302c is about 41,236,883m, the distance from the relay station 301b to the point 302c is about 41,231,056m, and the distance difference between them is 5,827m. Assuming that the frequency of the clock signal generated by the synchronous oscillation means of the mobile terminal 101 is 50 kHz, the positioning range is 6,000 m. Therefore, the phase difference ΔΦ corresponding to the distance difference of 5,827 m is ΔΦ = 360 °. X (5,827m / 6,000m) = 349.6 [deg.]. Since the distance 303d is 10,024 km, the positioning accuracy ΔL is ΔL = 0.1 × (10,024 km / 5,827 m) /349.6°≈±49 cm. When positioning by hyperbolic navigation, A positioning error of about ± 30 cm can be realized.

一方、図4において、61aは基準局201から送信される第1の測位信号、61bは中継局301aによって受信される第1の測位信号、62aは中継局301aによって再送信される第2の測位信号、63aは移動端末101によって受信される第2の測位信号、64aは前記第2の測位信号に同期した第2クロック信号、61cは中継局301bによって受信される第1の測位信号、62bは中継局301bによって再送信される第2の測位信号、63bは移動端末101によって受信される第2の測位信号、64bは前記第2の測位信号に同期した第1のクロック信号、65は第1のクロック信号と第2のクロック信号との位相差、66aは基準局201の時間軸、67a、68aは中継局301aの時間軸、67b、68bは中継局301bの時間軸、69a、69b、70a、70bは移動端末101の時間軸、1a、1b、3a、3bは伝搬経路である。   On the other hand, in FIG. 4, 61a is a first positioning signal transmitted from the reference station 201, 61b is a first positioning signal received by the relay station 301a, and 62a is a second positioning signal retransmitted by the relay station 301a. 63a is a second positioning signal received by the mobile terminal 101, 64a is a second clock signal synchronized with the second positioning signal, 61c is a first positioning signal received by the relay station 301b, and 62b is a relay The second positioning signal retransmitted by the station 301b, 63b is the second positioning signal received by the mobile terminal 101, 64b is the first clock signal synchronized with the second positioning signal, and 65 is the first positioning signal. Phase difference between the clock signal and the second clock signal, 66a is the time axis of the reference station 201, 67a and 68a are the time axis of the relay station 301a, and 67b and 68b are relays Time axis 301b, 69a, 69b, 70a, the 70b time axis of the mobile terminal 101, 1a, 1b, 3a, is 3b is the propagation path.

ここで、中継局301aで受信される第1の測定信号61bと中継局301aで生成される第2の測定信号62aと、および中継局301bで受信される第1の測定信号61cと中継局301bで生成される第2の測定信号62bとは、拡散符号は異なるが高精度で同期しているものとする。
また、第1のクロック信号の周波数と第2のクロック信号の周波数は、測位レンジに応じて切替えられあるいは選択されうものとする。
また、各拡散符号系列のヘッダ部分は共通とし、クロック信号との同期起点として用いるものとする。
Here, the first measurement signal 61b received by the relay station 301a, the second measurement signal 62a generated by the relay station 301a, and the first measurement signal 61c received by the relay station 301b and the relay station 301b. It is assumed that the second measurement signal 62b generated in step (b) is synchronized with high accuracy although the spreading code is different.
In addition, the frequency of the first clock signal and the frequency of the second clock signal are switched or selected according to the positioning range.
In addition, the header part of each spreading code sequence is common and used as a starting point of synchronization with the clock signal.

(実施の形態2)
図2、図5、図6、図7、図8は本発明の第2の実施の形態による衛星測位システムの構成図、およびタイミングチャートである。図2において、201は基準局、301a〜301dは中継局、4a〜4dは基準局と中継局との間で送信し受信される無線信号の伝搬経路であり、
(Embodiment 2)
2, 5, 6, 7, and 8 are a configuration diagram and a timing chart of a satellite positioning system according to the second embodiment of the present invention. 2, 201 is a reference station, 301a to 301d are relay stations, 4a to 4d are radio signal propagation paths transmitted and received between the reference station and the relay station,

前記基準局201が、少なくとも、前記各中継局301a〜301dからの距離と前記各中継局が位置する方向とを前記伝搬経路4a〜4dを介して測定し、前記各中継局との3次元の相対位置を検知するための第1の位置検知手段10と、前記第1の位置検知手段が検知した結果を用いて前記各中継局との3次元の相対位置を規定値内に保持するよう遠隔制御するための遠隔制御手段と、   The reference station 201 measures at least the distance from each of the relay stations 301a to 301d and the direction in which each relay station is located via the propagation paths 4a to 4d, and the three-dimensional relative to each of the relay stations. Remote control so that the first position detection means 10 for detecting the position and the result of detection by the first position detection means are used to maintain the three-dimensional relative position with each relay station within a specified value. Remote control means for

前記各中継局301a〜301dが、少なくとも、前記基準局201からの距離と前記基準局201が位置する方向とを前記伝搬経路4a〜4dを介して測定し、前記基準局201との3次元の相対位置を検知するための第2の位置検知手段10と、前記第2の位置検知手段が検知した結果を用い、かつ前記遠隔制御手段からの指示に従って、前記基準局からの3次元の相対位置を規定値内に配置されるよう位置を制御するための位置制御手段とを有する。   Each of the relay stations 301a to 301d measures at least the distance from the reference station 201 and the direction in which the reference station 201 is located via the propagation paths 4a to 4d, and determines the three-dimensional relative position with respect to the reference station 201. Using the second position detection means 10 for detection and the result detected by the second position detection means, and in accordance with an instruction from the remote control means, the three-dimensional relative position from the reference station is within a specified value. And a position control means for controlling the position so as to be disposed in the position.

また、図5、図6において、10aは第1の位置検知手段、10bは第2の位置検知手段、11は制御手段、12は送信手段、13は受信手段、14はアンテナ切替手段、15a〜15dは複数の指向性アンテナ、41は基準発振器、42は位置特定手段、43は位相測定手段、44は距離測定信号再生手段、45は起点信号生成手段、46は同期発振手段、47は距離測定信号生成手段、48は位相同期発振器、49は同期検出手段、50は起点信号再生手段である。   5 and 6, 10a is a first position detection means, 10b is a second position detection means, 11 is a control means, 12 is a transmission means, 13 is a reception means, 14 is an antenna switching means, 15a to 15d is a plurality of directional antennas, 41 is a reference oscillator, 42 is a position specifying means, 43 is a phase measuring means, 44 is a distance measuring signal reproducing means, 45 is a starting signal generating means, 46 is a synchronous oscillating means, 47 is a distance measuring A signal generating means, 48 is a phase-locked oscillator, 49 is a synchronization detecting means, and 50 is a starting point signal reproducing means.

前記第1の位置検知手段10aの起点信号生成手段45が起点信号を生成し、前記送信手段12が、少なくとも、前記起点信号と、システム同期信号と、識別番号とを含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、アンテナ15a〜15dを前記送信手段12に切替え、かつ周期的に切替えながら、伝搬経路4a〜4dを経由して送信し、前記第2の位置検知手段10bの受信手段13が、前記無線信号を、アンテナ15a〜15dを前記受信手段13に切替え、かつ周期的に切替えながら、伝搬経路4a〜4dを経由して受信し、   The starting point signal generating unit 45 of the first position detecting unit 10a generates a starting point signal, and the transmitting unit 12 converts a radio signal including at least the starting point signal, a system synchronization signal, and an identification number into a burst signal. And intermittently, the antennas 15a to 15d are switched to the transmission unit 12 and periodically switched while being transmitted via the propagation paths 4a to 4d. The reception unit 13 of the second position detection unit 10b The radio signal is received via the propagation paths 4a to 4d while the antennas 15a to 15d are switched to the receiving means 13 and periodically switched.

前記第2の位置検知手段10bの起点信号再生手段50が、前記第1の位置検知手段10aから受信する無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記同期検出手段49が、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段46が、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持してクロック信号を生成し、前記距離信号生成手段47が、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、これとは別に生成した方向測定信号とともに、前記送信手段12から、少なくとも、前記生成した距離測定信号と方向測定信号とを含む無線信号を、時分割の間隔でかつバースト信号として、アンテナ15a〜15dを介し、伝搬経路4a〜4dを経由して送信し、   The starting point signal reproducing means 50 of the second position detecting means 10b reproduces the starting point signal included in the radio signal received from the first position detecting means 10a, and the synchronization detecting means 49 reproduces the reproduced starting point signal. The timing of the rising point, falling point, or zero-crossing point is detected, and the synchronous oscillation means 46 instantly establishes synchronization with the starting signal at the detected timing, and generates a clock signal while maintaining synchronization. The distance signal generator 47 generates a distance measurement signal that is synchronized with or orthogonal to the clock signal, and at least the generated distance measurement from the transmitter 12 together with a direction measurement signal generated separately from the distance measurement signal. A radio signal including the signal and the direction measurement signal is transmitted as a burst signal at time-division intervals through the antennas 15a to 15d and the propagation paths 4a to 4d. And send it via,

前記第1の位置検知手段10aの受信手段13が、前記第2の位置検知手段10bから送信される無線信号を、アンテナ15a〜15dを介して受信し、前記距離測定信号再生手段44が、前記第2の位置検知手段10bから受信した無線信号に含まれる距離信号と方向測定信号を再生し、前記位相測定手段43が、自局で生成した起点信号を基準として、前記距離測定信号の位相を測定し、これとは別に、アンテナ15a〜15dに対応した方向測定信号の位相を測定し、前記位置特定手段42が、前記距離測定信号の位相と方向測定信号の位相との測定結果から、前記第2の位置検知手段10bの位置を検知するとともに、   The receiving means 13 of the first position detecting means 10a receives the radio signal transmitted from the second position detecting means 10b via the antennas 15a to 15d, and the distance measurement signal reproducing means 44 is The distance signal and the direction measurement signal included in the radio signal received from the second position detection unit 10b are reproduced, and the phase of the distance measurement signal is determined by the phase measurement unit 43 with reference to the origin signal generated by the own station. Separately, the phase of the direction measurement signal corresponding to the antennas 15a to 15d is measured, and the position specifying means 42 determines the phase measurement signal from the measurement result of the phase of the distance measurement signal and the phase of the direction measurement signal. While detecting the position of the second position detection means 10b,

前記同期検出手段49が、前記再生した距離測定信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段46が、前記検出したタイミングで、距離測定と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持してクロック信号を生成し、前記距離信号生成手段47が、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、これとは別に生成した方向測定信号とともに、前記送信手段12から、少なくとも、前記生成した距離測定信号と方向測定信号とを含む無線信号を、時分割の間隔でかつバースト信号として、アンテナ15a〜15dを介し、伝搬経路4a〜4dを経由して送信し、   The synchronization detection means 49 detects the timing of the rising point, falling point, or zero crossing of the reproduced distance measurement signal, and the synchronous oscillation means 46 synchronizes with the distance measurement instantly at the detected timing. The distance signal generating means 47 generates a distance measurement signal that is synchronized with or orthogonal to the clock signal, and generates a clock signal separately from the direction signal, A radio signal including at least the generated distance measurement signal and direction measurement signal from the transmission unit 12 is transmitted as time-division intervals and burst signals via the antennas 15a to 15d and the propagation paths 4a to 4d. Send

前記第2の位置検知手段10bの受信手段13が、前記第1の位置検知手段10aから送信される無線信号を、アンテナ15a〜15dを介して受信し、前記距離測定信号再生手段44が、前記第1の位置検知手段10aから受信した無線信号に含まれる距離信号と方向測定信号を再生し、前記位相測定手段43が、自局で生成した距離測定信号を基準として、前記受信した距離測定信号の位相を測定し、これとは別に、アンテナ15a〜15dに対応して受信した方向測定信号の位相を測定し、前記位置特定手段42が、前記距離測定信号の位相と方向測定信号の位相との測定結果から、前記第1の位置検知手段10aの3次元の位置を検知する。   The receiving means 13 of the second position detecting means 10b receives the radio signal transmitted from the first position detecting means 10a via the antennas 15a to 15d, and the distance measurement signal reproducing means 44 is The distance signal and the direction measurement signal included in the radio signal received from the first position detection unit 10a are reproduced, and the received distance measurement signal is received by the phase measurement unit 43 with reference to the distance measurement signal generated by the own station. In addition, the phase of the direction measurement signal received corresponding to the antennas 15a to 15d is measured, and the position specifying means 42 determines the phase of the distance measurement signal and the phase of the direction measurement signal. From the measurement result, the three-dimensional position of the first position detecting means 10a is detected.

上記の手順によって、前記第1の位置検知手段10aと第2の位置検知手段10bの両側において、相手の位置を高精度で検知することができるので、これらの検知結果を利用して、遠隔制御手段により相手を遠隔制御し、あるいは位置制御手段によって自局の位置を制御することができる。
なお、前記検知手段10a、10bが受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位置の検知結果をフイルタリングし、荷重平均し、補正し、補完し、あるいはこれらの組み合わせを行うことで、位置検知精度を改善できる。
According to the above procedure, the positions of the other party can be detected with high accuracy on both sides of the first position detecting means 10a and the second position detecting means 10b. The other party can be remotely controlled by the means, or the position of the own station can be controlled by the position control means.
The channel quality is analyzed from the result of measuring the power of the radio signal or the signal-to-noise ratio received by the detection means 10a, 10b, and the detection result of the position is filtered, weighted, corrected, and supplemented. Alternatively, the position detection accuracy can be improved by performing a combination thereof.

また、前記起点信号、距離測定信号、もしくはこれらの両方が、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せである。
また、前記起点信号再生手段50もしくは距離測定信号再生手段44において、前記起点信号、距離測定信号、もしくは方向測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みおよび遅延誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に前記帯域通過フイルタを通して再生することで、位置特定精度を向上させることができる。
Further, the origin signal, the distance measurement signal, or both of them are a carrier signal, a subcarrier signal, a modulation signal, a spread spectrum code, or a combination thereof.
Further, in the starting point signal reproducing means 50 or the distance measuring signal reproducing means 44, when the starting point signal, the distance measuring signal or the direction measuring signal is a carrier signal or subcarrier signal of a radio signal, direct group delay distortion is performed. And a delay signal using an analog demodulator with a small delay error or a high-frequency clock signal when the signal is passed through a band-pass filter with a small delay error or is a modulated signal obtained by modulating a carrier signal or subcarrier signal of a radio signal. The position identification accuracy can be improved by demodulating with a digital demodulator with a small amount of data and reproducing through the band-pass filter.

また、前記同期発振手段46が位相同期発振器48によって駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを、同期検出手段49によって少なくとも16MHz以上のサンプリング周波数を用いて検出し、前記検出したタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記起点信号もしくは距離測定信号と短時間で同期を確立し、かつ前記起点信号もしくは距離測定信号が消滅した後も、比較的に長時間、同期を保持することができる。   The synchronous oscillating means 46 is constituted by a counter with a set or reset or a numerically controlled oscillator driven by a phase-locked oscillator 48, and a rising point, a falling point of the reproduced starting point signal or distance measuring signal, or The zero crossing timing is detected by the synchronization detecting means 49 using a sampling frequency of at least 16 MHz, and the counter signal or the numerically controlled oscillator is set or reset at the detected timing to thereby measure the starting point signal or the distance. Synchronization with the signal can be established in a short time, and the synchronization can be maintained for a relatively long time even after the origin signal or the distance measurement signal has disappeared.

また、前記位相測定手段が、測定する信号周波数の4倍以上のサンプリング周波数で、かつ4ビット以上のアナログデジタル変換器を用いてデジタル信号に変換し、Sinのルックアップテーブルとして0、1、0、−1、もしくは1、1、−1、−1、を用い、Cosのルックアップテーブルとして1、0、−1、0もしくは1、−1、−1、1、を用い、前記変換したデジタル信号とルックアップテーブルとの積和演算を行うことで、高精度でかつリアルタイムに位相を測定することができる。   The phase measuring means converts the signal into a digital signal using an analog-to-digital converter having a sampling frequency of 4 times or more of the signal frequency to be measured and 4 bits or more, and 0, 1, 0 as a Sin lookup table , −1, or 1, 1, −1, −1, and 1, 0, −1, 0 or 1, −1, −1, 1 as the Cos lookup table, and the converted digital By performing a product-sum operation between the signal and the lookup table, the phase can be measured with high accuracy and in real time.

図7は、本発明の衛星測位システムで用いられる無線信号の構成図であり、71a〜71fはシステム同期信号、72a〜72fはMACレイヤ、73a〜73fは起点信号もしくは距離測定信号、74は基準局から送信される無線信号の時間軸、74は中継局から送信される無線信号の時間軸である。なお、太線で囲まれた部分は送信されるものを、細線の部分は受信されるものを示す。   FIG. 7 is a configuration diagram of radio signals used in the satellite positioning system of the present invention. 71a to 71f are system synchronization signals, 72a to 72f are MAC layers, 73a to 73f are origin signals or distance measurement signals, and 74 is a reference station. The time axis of the radio signal transmitted from the relay station 74 is the time axis of the radio signal transmitted from the relay station. A portion surrounded by a thick line indicates what is transmitted, and a thin line portion indicates what is received.

前記システム同期信号71a〜71fは複数ビットのユニークワードであり、±100ナノ秒程度の精度で前記基準局と中継局との間の制御タイミングを合わせることができるが、この程度の精度で前記位相差を検出すると、距離の測定誤差が数十mと大きくなる問題点がある。
前記MACレイヤ72a〜72fは、少なくとも、符号長、識別番号、相手先番号、報知信号、誤り訂正符号、もしくはこれらの組合せから構成され、前記システム同期信号71a〜71fとセットになって生成される。
The system synchronization signals 71a to 71f are unique words of a plurality of bits, and the control timing between the reference station and the relay station can be adjusted with an accuracy of about ± 100 nanoseconds. Is detected, the distance measurement error increases to several tens of meters.
The MAC layers 72a to 72f include at least a code length, an identification number, a partner number, a broadcast signal, an error correction code, or a combination thereof, and are generated as a set with the system synchronization signals 71a to 71f. .

最初、基準局から、システム同期信号71aと、MACレイヤ72aと、起点信号73aとが送信され、引き続き時分割の間隔後に、中継局からシステム同期信号71dと、MACレイヤ72dと、第1の距離起点信号73dとが送信され、引き続き時分割の間隔後に、基準局からシステム同期信号71eと、MACレイヤ72eと、第2の距離起点信号73eとが送信される。   Initially, the system synchronization signal 71a, the MAC layer 72a, and the origin signal 73a are transmitted from the reference station, and after the time division interval, the system synchronization signal 71d, the MAC layer 72d, and the first distance origin from the relay station. The signal 73d is transmitted, and subsequently, after the time division interval, the system synchronization signal 71e, the MAC layer 72e, and the second distance start signal 73e are transmitted from the reference station.

ここで、前記MACレイヤ72a〜72fの継続時間を各々0.5ms〜1ms程度とし、前記起点信号もしくは距離測定信号73a〜73fの継続時間を各々1ms程度とすると、合計で1.5ms〜2ms程度の継続時間となるので、基準発振器の周波数安定度を±0.25ppm程度にすると、同期保持誤差は±2nsとなるので、高精度で同期を保持できる。   Here, if the durations of the MAC layers 72a to 72f are about 0.5 ms to 1 ms, respectively, and the durations of the origin signal or distance measurement signals 73a to 73f are about 1 ms, respectively, the total is about 1.5 ms to 2 ms. Therefore, if the frequency stability of the reference oscillator is set to about ± 0.25 ppm, the synchronization holding error is ± 2 ns, so that synchronization can be maintained with high accuracy.

図8は、本発明の第2の実施の形態による無線信号のタイミングチャートであり、81aは第1の位置検知手段10aで生成される起点信号、81bは第2の位置検知手段10bで受信される起点信号、82aは第2の位置検知手段10bで生成される第1の距離測定信号、82bは第1の位置検知手段10aで再生される第1の距離測定信号、83aは第1の位置検知手段10bで生成される第2の距離測定信号、83bは第2の位置検知手段10bで受信される第2の距離測定信号、4aa、4acは第1の位置検知手段10aから第2の位置検知手段10bに向けた無線信号の伝搬経路、4abは第1の位置検知手段10aから第2の位置検知手段10bに向けた無線信号の伝搬経路、   FIG. 8 is a timing chart of a radio signal according to the second embodiment of the present invention, in which 81a is a start signal generated by the first position detecting means 10a, and 81b is received by the second position detecting means 10b. 82a is a first distance measurement signal generated by the second position detection means 10b, 82b is a first distance measurement signal reproduced by the first position detection means 10a, and 83a is a first position. The second distance measurement signal generated by the detection means 10b, 83b is the second distance measurement signal received by the second position detection means 10b, 4aa and 4ac are the second positions from the first position detection means 10a. Radio signal propagation path toward the detection means 10b, 4ab is a radio signal propagation path from the first position detection means 10a to the second position detection means 10b,

84aは第1の位置検知手段10aで生成された起点信号の位相と再生された第1の距離測定信号との位相差、84bは第2の位置検知手段10bで生成された第1の距離測定信号と再生された第2の距離測定信号との位相差、85a、85bは時分割の間隔、86a〜86cは第1の位置検知手段10aの時間軸、87a〜87cは第2の位置検知手段10bの時間軸である。   84a is a phase difference between the phase of the origin signal generated by the first position detection means 10a and the reproduced first distance measurement signal, and 84b is a first distance measurement generated by the second position detection means 10b. The phase difference between the signal and the reproduced second distance measurement signal, 85a and 85b are time division intervals, 86a to 86c are time axes of the first position detecting means 10a, and 87a to 87c are second position detecting means. It is a time axis of 10b.

前記第1の位置検知手段10aで生成され基準局201から送信される起点信号81aをASin(2πf1t)とすると、前記起点信号81aが、距離L1(m)の伝搬経路4aaを伝搬し、前記中継局301aによって受信され、第2の位置検知手段10bで起点信号81bとして再生されると、BSin{2πf1t+(2πL1(f1/C)}に位相が変化する。
前記再生された起点信号81bと、同期確立誤差がゼロで同期した距離測定信号82aを生成すると、生成された距離測定信号82aは、同じくBSin{2πf1t+(2πL1(f1/C)}で表される。
Assuming that the starting signal 81a generated by the first position detecting means 10a and transmitted from the reference station 201 is ASin (2πf1t), the starting signal 81a propagates through the propagation path 4aa of the distance L1 (m), and the relay station When the signal is received by 301a and reproduced as the starting signal 81b by the second position detecting means 10b, the phase changes to BSin {2πf1t + (2πL1 (f1 / C)}.
When the distance measurement signal 82a synchronized with the reproduced starting point signal 81b and the synchronization establishment error is zero, the generated distance measurement signal 82a is also expressed by BSin {2πf1t + (2πL1 (f1 / C)}. .

前記時分割の間隔85a後に、前記生成された距離測定信号82aが、前記中継局301aから送信され、距離L1(m)の伝搬経路4abを伝搬し、前記基準局の第1の位置検知手段10aで再生される距離測定信号82bは、CSin{2πf1t+(2L1)(2πf1)/C)}で表わされる。ここで、Cは光の速度とする。   After the time division interval 85a, the generated distance measurement signal 82a is transmitted from the relay station 301a, propagates through the propagation path 4ab of the distance L1 (m), and is transmitted by the first position detection means 10a of the reference station. The reproduced distance measurement signal 82b is represented by CSin {2πf1t + (2L1) (2πf1) / C)}. Here, C is the speed of light.

前記第1の位置検知手段10aで生成された起点信号と同期したクロック信号を用いて、前記第1の位置検知手段10aで再生された距離測定信号75aの位相を測定すると、位相差84aが測定され、ΔΦ={4π(2L1)(f1/C)}となることから、L1=CΔΦ/4πf1から、距離L1(m)が算出できる。
同様に、位相差84bから、中継局301a側でも、距離L1(m)が算出できる。
When the phase of the distance measurement signal 75a reproduced by the first position detecting means 10a is measured using a clock signal synchronized with the starting point signal generated by the first position detecting means 10a, the phase difference 84a is measured. Since ΔΦ = {4π (2L1) (f1 / C)}, the distance L1 (m) can be calculated from L1 = CΔΦ / 4πf1.
Similarly, the distance L1 (m) can be calculated from the phase difference 84b also on the relay station 301a side.

以上の説明では、前記中継局から送信される距離測定信号として、単一の周波数の距離測定信号を再送信する場合について説明したが、単一の周波数の距離測定信号を用いる場合、ΔΦの変化を0<ΔΦ<2πに制限する必要があることから、再生された起点信号81bに同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の距離測定信号を用いると、複数の測位レンジで位置を検知できることになり、検知したい位置に最適の測位レンジを合わせることで、精密な位置の検知が可能となるメリットが得られる。   In the above description, a case where a single frequency distance measurement signal is retransmitted as the distance measurement signal transmitted from the relay station has been described. However, when a single frequency distance measurement signal is used, ΔΦ changes. Must be limited to 0 <ΔΦ <2π, and using a plurality of distance measurement signals synchronized with or orthogonal to the reproduced starting signal 81b and having at least different frequencies, the position can be detected in a plurality of positioning ranges. Therefore, by adjusting the optimum positioning range to the position to be detected, the merit that precise position detection is possible can be obtained.

また、前記中継局から送信する距離測定信号は、周波数分割多重方式で同時送信することができる。
また、前記中継局と中継局のいずれか一方あるいは両方に、複数のアンテナを接続し、周期的に切替えながら距離測定信号を発受信して前記複数のアンテナに対応する位相差を測定することで、無線信号の伝搬路で生じるマルチパスによって生じる検知誤差を軽減し、補正し、あるいは補完することによって、信頼性の高い高精度の位置検知システムを実現できる。
Further, the distance measurement signal transmitted from the relay station can be transmitted simultaneously by the frequency division multiplexing method.
In addition, by connecting a plurality of antennas to one or both of the relay station and the relay station, transmitting and receiving distance measurement signals while periodically switching, and measuring a phase difference corresponding to the plurality of antennas By reducing, correcting, or complementing a detection error caused by multipath generated in a radio signal propagation path, a highly reliable and highly accurate position detection system can be realized.

また、前記無線信号として、超音波信号、高周波信号、もしくは光信号を用いることができる。なお、超音波信号もしくは光信号の場合には、アンテナの代わりに、送受波器を用いる。
また、無線信号として、時分割同時送受話(TDD)方式の代わりに、周波数分割同時送受話(FDD)方式を用いても同様な効果が得られる。
また、前記無線信号の周波数として、GPSに割当てられた周波数、その近傍の周波数、法令に定められた周波数、基準局および各中継局で異なる拡散符号、もしくはこれらの組み合わせによる周波数を割当てることが出来れば、GPSを補完することができる。
Moreover, an ultrasonic signal, a high frequency signal, or an optical signal can be used as the wireless signal. In the case of an ultrasonic signal or an optical signal, a transducer is used instead of an antenna.
The same effect can be obtained by using a frequency division simultaneous transmission / reception (FDD) method as a radio signal instead of the time division simultaneous transmission / reception (TDD) method.
In addition, as a frequency of the radio signal, a frequency assigned to GPS, a frequency in the vicinity thereof, a frequency stipulated by laws and regulations, a spreading code different between the reference station and each relay station, or a frequency of a combination thereof can be assigned. , GPS can be complemented.

本発明によれば、複数個の準天頂衛星を経済的な方法で打ち上げられ、しかも高精度の衛星測位システムが実現できるので、現在のGPSを補完することができる。
なお、本発明の衛星測位技術は基盤技術であり、上記以外に多分野での利用が期待できる。
According to the present invention, a plurality of quasi-zenith satellites can be launched in an economical manner, and a highly accurate satellite positioning system can be realized, so that the current GPS can be supplemented.
Note that the satellite positioning technology of the present invention is a basic technology and can be expected to be used in many fields other than the above.

本発明の第1の実施の形態による衛星測位システムの構成図Configuration diagram of the satellite positioning system according to the first embodiment of the present invention 本発明の第2の実施の形態による衛星測位システムの構成図The block diagram of the satellite positioning system by the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第1の実施の形態による衛星測位システムの他の構成図Another block diagram of the satellite positioning system according to the first embodiment of the present invention 本発明の第1の実施の形態による測位信号のタイミングチャートPositioning signal timing chart according to the first embodiment of the present invention 本発明の第2の実施の形態による位置検知手段の構成図The block diagram of the position detection means by the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施の形態による制御手段の構成図The block diagram of the control means by the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施の形態による無線信号の構成図Configuration diagram of radio signal according to second embodiment of the present invention 本発明の第2の実施の形態による無線信号のタイミングチャートRadio signal timing chart according to the second embodiment of the present invention 従来の実施例を示す構成図Configuration diagram showing a conventional example

1a〜1d 基準局と中継局の間の無線測位信号の伝搬経路
2、3a〜3d 移動端末と基準局と、移動端末と中継局との間の無線信号の伝搬経路
4a〜4d 基準局と中継局との間の位置検知信号の伝搬経路
100 衛星測位システム
101 移動端末
200 中継局の位置制御システム
201 基準局
301a〜301d 中継局
10a、10b 第1、第2の位置検知手段
11 制御手段
12 送信手段
13 受信手段
14 アンテナ切替手段
15a〜15d 複数のアンテナ
1a to 1d Radio positioning signal propagation path 2, 3a to 3d between the reference station and the relay station Radio signal propagation path 4a to 4d between the mobile terminal and the reference station, and the mobile terminal and the relay station Between the reference station and the relay station Position detection signal propagation path 100 Satellite positioning system 101 Mobile terminal 200 Relay station position control system 201 Reference stations 301a to 301d Relay stations 10a and 10b First and second position detection means 11 Control means 12 Transmission means 13 Reception means 14 Antenna switching means 15a to 15d Multiple antennas

Claims (12)

複数個の衛星を利用して移動端末の位置を高精度で測位するための衛星測位システムにおいて、
前記複数個の衛星が一体として衛星軌道に向けて打ち上げられ、前記複数個の衛星が一体として該衛星軌道に沿って安定に飛行する段階において、前記複数個の衛星の内の少なくとも1個を位置の基準となる基準局とし、残りの衛星を中継局として前記基準局の周辺の所定の軌道に分散させて配置し、
前記基準局が、少なくとも、第1の位置検知手段と、遠隔制御手段と、送信手段とを有し、
前記第1の位置検知手段が、前記各中継局からの距離と前記各中継局が位置する方向とを測定して、前記各中継局との相対位置を検知し、
前記遠隔制御手段が、前記第1の位置検知手段が検知した結果を用いて前記各中継局との相対位置を規定値内に保持するよう遠隔制御し、
前記送信手段が、基準となる第1の測位信号を含む無線信号を、前記移動端末、各中継局、もしくはこれらの両方に向けて送信し、
前記各中継局が、少なくとも、第2の位置検知手段と、位置制御手段と、無線中継手段とを有し、
前記第2の位置検知手段が、前記基準局からの距離と前記基準局が位置する方向とを測定して、前記基準局との相対位置を検知し、
前記位置制御手段が、前記第2の位置検知手段が検知した結果を用い、かつ/または前記基準局の遠隔制御手段からの指示に従って、前記基準局からの相対位置を規定値内に保持するよう自局の位置を制御し、
前記無線中継手段が、前記基準局から送信される第1の測位信号を含む無線信号を受信して、前記第1の測位信号に同期しあるいは直交しかつ異なった拡散符号の第2の測位信号を含む無線信号に変換して移動端末に向けて送信し、
前記移動端末が、少なくとも、受信手段と、測位信号再生手段と、同期発振手段と、位相測定手段と、位置測位手段とを有し、
前記受信手段が、前記基準局から送信される無線信号、前記各中継局から送信される無線信号、もしくはこれらの両方を受信して、前記第1の測位信号、第2の測位信号、もしくはこれらの両方を再生し、
前記同期発振手段が、前記再生した第1の測位信号、第2の測位信号、もしくはこれらの両方と高精度で同期しあるいは直交するクロック信号を生成し、
前記位相測定手段が、前記クロック信号から、前記第1の測位信号、前記第2の測位信号、もしくはこれらの両方の、伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、あるいはこれらの両方の差を測定し、
前記位置測位手段が、前記測定結果から自局の位置を高精度で測位する
ことを特徴とする衛星測位システム。
In a satellite positioning system for positioning a mobile terminal with high accuracy using multiple satellites,
The plurality of satellites are integrally launched into a satellite orbit, and at least one of the plurality of satellites is positioned when the plurality of satellites integrally fly along the satellite orbit stably. The reference station serving as the reference of the reference, and the remaining satellites as relay stations arranged in a predetermined orbit around the reference station,
The reference station has at least first position detection means, remote control means, and transmission means,
The first position detecting means measures a distance from each relay station and a direction in which each relay station is located, and detects a relative position to each relay station;
The remote control means is remotely controlled so as to maintain the relative position with each relay station within a specified value using the result detected by the first position detection means,
The transmission means transmits a radio signal including a first positioning signal as a reference to the mobile terminal, each relay station, or both,
Each relay station has at least second position detection means, position control means, and wireless relay means,
The second position detecting means measures a distance from the reference station and a direction in which the reference station is located, and detects a relative position with respect to the reference station;
The position control means uses the result detected by the second position detection means and / or keeps the relative position from the reference station within a specified value according to an instruction from the remote control means of the reference station. Control the position of
The wireless relay means receives a wireless signal including a first positioning signal transmitted from the reference station, and synchronizes with or orthogonally intersects the first positioning signal and outputs a second positioning signal having a different spreading code. Converted to a wireless signal that is transmitted to the mobile terminal,
The mobile terminal has at least receiving means, positioning signal reproducing means, synchronous oscillation means, phase measuring means, and position measuring means,
The receiving means receives a radio signal transmitted from the reference station, a radio signal transmitted from each relay station, or both, and receives the first positioning signal, the second positioning signal, or these Play both
The synchronous oscillation means generates a clock signal that is synchronized with or orthogonal to the reproduced first positioning signal, the second positioning signal, or both of them with high accuracy;
The phase measuring means measures a propagation time, a propagation phase, or both of the first positioning signal, the second positioning signal, or both from the clock signal, or both of them. Measure the difference
The satellite positioning system, wherein the position measuring means measures the position of the own station with high accuracy from the measurement result.
前記複数個の衛星の一部あるいは全部が準天頂衛星であることを特徴とする請求項第1項に記載の衛星測位システム。
The satellite positioning system according to claim 1, wherein a part or all of the plurality of satellites are quasi-zenith satellites.
前記第1の位置検知手段と第2の位置検知手段が、少なくとも、送信手段と、受信手段と、制御手段と、アンテナ切替手段と、複数の指向性アンテナとを含み、
前記送信手段が、少なくとも、起点信号、距離測定信号、方向測定信号、もしくはこれらの組み合わせを含む無線信号を、前記アンテナ切替手段によって複数の指向性アンテナを周期的に切替えかつ/または送信手段に時分割で切替えて送信し、
前記受信手段が、前記無線信号を、前記アンテナ切替手段によって複数の指向性アンテナを周期的に切替えかつ/または受信手段に時分割で切替えて受信し、
前記制御手段が、少なくとも、前記起点信号、距離測定信号、方向測定信号、もしくはこれらの組み合わせを生成するための信号生成手段と、前記起点信号、距離測定信号、方向測定信号、もしくはこれらの組合せを再生するための信号再生手段と、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを高精度で検出するための同期検出手段と、前記検出されたタイミングで、前記起点信号もしくは距離測定信号と、短時間で同期を確立し、同期を保持してクロック信号を生成するための同期発振手段と、前記再生された距離測定信号の位相と方向測定信号の位相とを高精度でリアルタイムに測定するための位相測定手段と、前記測定した位相から、前記第1の位置検知手段と第2の位置検知段との間の相対位置を算出するための位置算出手段とを含むことを特徴とする請求項第1項に記載の衛星測位システム。
The first position detection means and the second position detection means include at least a transmission means, a reception means, a control means, an antenna switching means, and a plurality of directional antennas,
The transmitting unit periodically switches a plurality of directional antennas by the antenna switching unit and / or transmits to the transmitting unit a radio signal including at least a starting point signal, a distance measurement signal, a direction measurement signal, or a combination thereof. Switch by split and send,
The receiving means receives the radio signal by periodically switching a plurality of directional antennas by the antenna switching means and / or switching to the receiving means in a time division manner,
The control means includes at least signal generation means for generating the origin signal, distance measurement signal, direction measurement signal, or a combination thereof; and the origin signal, distance measurement signal, direction measurement signal, or a combination thereof. Signal reproducing means for reproducing, synchronization detecting means for detecting the timing of the rising point, falling point, or zero crossing of the reproduced starting point signal or distance measurement signal with high accuracy, and the detected timing The synchronous oscillation means for establishing the synchronization with the origin signal or the distance measurement signal in a short time and generating the clock signal while maintaining the synchronization, and the phase and direction measurement signal of the reproduced distance measurement signal A phase measuring means for measuring the phase in real time with high accuracy; and from the measured phase, the first position detecting means and the second Satellite positioning system of claim 1 wherein which comprises a position calculating means for calculating the relative position between the location detection stage.
前記起点信号、距離測定信号、方向測定信号、もしくはこれらの組み合わせが、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであることを特徴とする請求項第3項に記載の衛星測位システム。
4. The origin signal, distance measurement signal, direction measurement signal, or a combination thereof is a carrier signal, a subcarrier signal, a modulation signal, a spread spectrum code, or a combination thereof. Satellite positioning system.
前記中継局の無線中継手段が、少なくとも、受信アンテナと、受信手段と、同期発振手段と、第2の測位信号生成手段と、中間周波増幅手段と、送信手段と、送信アンテナとを有し、
前記受信アンテナが基準局から送信される無線信号を受信し、前記受信手段が受信した無線信号から搬送波信号と第1の測位信号とを再生し、前記同期発振手段が再生した第1の測位信号と高精度で同期を確立してクロック信号を生成し、前記第2の測位信号生成手段がクロック信号に同期しあるいは直交し少なくとも拡散符号が異なる第2の測位信号を生成し、前記中間周波増幅手段が再生した搬送波信号を中間周波信号に変換して増幅し、元の搬送波信号と同一の周波数の搬送波信号に変換し、記送信手段が増幅した搬送波信号を生成した第2の測位信号によってスペクトル拡散し、前記送信アンテナがスペクトル拡散した無線信号を再送信することを特徴とする請求項第1項に記載の衛星測位システム。
The radio relay unit of the relay station has at least a reception antenna, a reception unit, a synchronous oscillation unit, a second positioning signal generation unit, an intermediate frequency amplification unit, a transmission unit, and a transmission antenna.
The reception antenna receives a radio signal transmitted from a reference station, reproduces a carrier wave signal and a first positioning signal from the radio signal received by the reception means, and a first positioning signal reproduced by the synchronous oscillation means; The synchronization is established with high accuracy to generate a clock signal, and the second positioning signal generating means generates a second positioning signal synchronized with or orthogonal to the clock signal and having at least a different spreading code, and the intermediate frequency amplifying means The carrier signal reproduced by the transmitter is converted to an intermediate frequency signal, amplified, converted to a carrier signal having the same frequency as the original carrier signal, and spread by the second positioning signal generated by the transmitting means. The satellite positioning system according to claim 1, wherein the transmitting antenna retransmits a radio signal subjected to spectrum spread.
前記受信アンテナと送信アンテナとの間の結合損が、前記中間周波信号増幅手段の増幅度からスペクトル拡散された測位信号のプロセス利得を差し引いた値より大きいことを特徴とする請求項第5項に記載の衛星測位システム。
6. The coupling loss between the receiving antenna and the transmitting antenna is larger than a value obtained by subtracting a process gain of a spectrum spread positioning signal from an amplification degree of the intermediate frequency signal amplifying means. The satellite positioning system described.
前記移動端末が自局の位置を測位する際に、前記同期発振手段が生成するクロック信号の周波数を前記位相測定手段の測位レンジに応じて可変とし、あるいは前記同期発振手段が生成する周波数が異なる複数のクロック信号の中から前記位相測定手段の測位レンジに応じて最適なものを選択することによって、高い測位精度を実現することを特徴とする請求項第1項に記載の衛星測位システム。
When the mobile terminal measures the position of its own station, the frequency of the clock signal generated by the synchronous oscillating means is variable according to the positioning range of the phase measuring means, or the frequency generated by the synchronous oscillating means is different. 2. The satellite positioning system according to claim 1, wherein a high positioning accuracy is realized by selecting an optimum signal from a plurality of clock signals according to a positioning range of the phase measuring means.
前記位相測定手段の測位レンジを長い尺度のものから順次短い尺度のものに変化させ、あるいは前記位相測定手段の測位レンジを長い尺度のものから順次短い尺度のものに切替えて選択することによって、最適の測位レンジを用いて自局の位置を高精度で測位することを特徴とする請求項第7項に記載の衛星測位システム。
By changing the positioning range of the phase measurement means from a long scale to a short scale sequentially, or by switching and selecting the positioning range of the phase measurement means from a long scale to a short scale in order 8. The satellite positioning system according to claim 7, wherein the position of the local station is measured with high accuracy using the positioning range.
前記信号生成手段、信号再生手段、もしくはこれらの両方において、前記起点信号、距離測定信号、もしくは方向測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みおよび遅延誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に前記帯域通過フイルタを通して再生することを特徴とする請求項第1項、第3項もしくは第5項の何れかに記載の衛星測位システム。
In the signal generation means, the signal reproduction means, or both, when the origin signal, distance measurement signal, or direction measurement signal is a carrier signal or subcarrier signal of a radio signal, direct group delay distortion and delay Low-error delay using an analog demodulator with low delay error or a high-frequency clock signal when the signal is passed through a band-pass filter with low error or is a modulated signal obtained by modulating a carrier signal or subcarrier signal of a radio signal 6. The satellite positioning system according to claim 1, wherein the satellite positioning system reproduces through the band pass filter after demodulating by a digital demodulator.
前記同期発振手段が、位相同期振器によって駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記同期検出手段によって、少なくとも16MHz以上の周波数のクロック信号を用いて検出した、前記起点信号もしくは距離測定信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記起点信号もしくは距離測定信号と短時間で同期を確立し、かつ前記起点信号もしくは距離測定信号が消滅した後も、比較的に長時間、同期を保持できることを特徴とする請求項第1項、第3項もしくは第5項の何れかに記載の衛星測位システム。
The synchronous oscillating means is constituted by a counter with a set or reset or a numerically controlled oscillator driven by a phase synchronous vibrator, and detected by the synchronous detection means using a clock signal having a frequency of at least 16 MHz, By setting or resetting the counter or numerically controlled oscillator at the timing of the rising point, falling point, or zero-crossing point of the origin signal or distance measurement signal, synchronization with the origin signal or distance measurement signal is established in a short time 6. The satellite according to claim 1, 3 or 5, wherein the synchronization can be maintained for a relatively long time after the origin signal or the distance measurement signal disappears. Positioning system.
前記位相測定手段が、測定する信号周波数の4の整数倍のサンプリング周波数で、かつ4ビット以上のアナログデジタル変換器を用いてデジタル信号に変換し、Sinのルックアップテーブルとして0、1、0、−1、もしくは1、1、−1、−1、を用い、Cosのルックアップテーブルとして1、0、−1、0もしくは1、−1、−1、1、を用い、前記変換したデジタル信号とルックアップテーブルとの積和演算を行うことを特徴とする請求項第1項、第3項もしくは第5項の何れかに記載の衛星測位システム。
The phase measuring means converts the signal into a digital signal using an analog-to-digital converter having a sampling frequency that is an integer multiple of 4 of the signal frequency to be measured and 4 bits or more, and uses 0, 1, 0, -1, or 1, 1, -1, -1 and 1, 0, -1, 0 or 1, -1, -1, 1 as the Cos lookup table, and the converted digital signal 6. The satellite positioning system according to any one of claims 1, 3, and 5, wherein a sum-of-products operation is performed with a lookup table.
前記無線信号の周波数として、GPSに割当てられた周波数、その近傍の周波数、法令によって定められた周波数、基準局および各中継局で異なる拡散符号、もしくはこれらの組み合わせを割当てることを特徴とする請求項第1項に記載する衛星測位システム。   The frequency of the radio signal is assigned to a frequency assigned to GPS, a frequency in the vicinity thereof, a frequency determined by laws and regulations, a spreading code different between the reference station and each relay station, or a combination thereof. The satellite positioning system described in item 1.
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