JP2011513726A - Ｓｐｓ受信機のための衛星時刻決定 - Google Patents

Abstract

特に、弱いカバレッジエリアにおいて、位置特定性能を向上させる方法および装置をここで説明する。少なくとも２つの衛星信号を受信できるが、１つのタイムスタンプだけを無事に復調できる状況において、ＳＰＳ受信機は、位置特定を解決できる。受信機は、無事にデコードされた時間基準を利用して、その衛星からの信号に対するビット端遷移に関係する時間を決定できる。受信機は、既知の時間を有するビット端遷移を利用して、タイムスタンプが復調されない他の衛星からの信号に対する少なくとも１つのビット端遷移に対して時間を設定する。受信機は、既知の時間を有するビット端遷移を含む、予め定められている窓内で発生するビット端遷移に対して時間仮説を設定する。位置は、時間仮説に基づいて決定できる。時間仮説および窓の配置は、無効な位置解にしたがって修正できる。

Description

関連出願に対する相互参照

本出願は、その全体が参照により明白にここに組み込まれ、“ＧＰＳ受信機のための暗黙の時間設定”と題する、２００８年２月２９日に出願された米国仮出願第６１／０３２，８５２号の利益を主張する。

背景

多くのワイヤレス通信システムは、直接シーケンススペクトラム拡散を利用して情報を伝達する。信号を拡散させるのに使用されるコードは一般に、擬似ランダムコードである。受信機は一般に、拡散コードを、ローカルに発生させたコードと相関させることにより、基礎情報を回復する。

受信機は、コードに関係する時間オフセットを利用して、タイミング基準を確立できることが多く、タイミング基準は、位置特定を実行するのに使用できる。擬似ランダム拡散信号から確立されたタイミングに基づいて位置を決定することは、さまざまな位置特定システムにおいて実行されている。

全地球測位システム（ＧＰＳ）の航法システムは、地球の周りの軌道上にある衛星を用いる衛星測位システム（ＳＰＳ）の１つの例である。地球上のどこででも、ＧＰＳのあらゆるユーザは、３次元の位置、３次元の速度、および時間を含む正確な航法情報を導出できる。ＧＰＳシステムは、赤道に対して５５度の傾斜を持つ６つの面において、２６，６００キロメートルの半径を有する円形の軌道上に配備され、互いに対して１２０度の間隔が空けられている、３２基までの衛星を含む。通常、４ないし６基の衛星が、６つの軌道面のそれぞれの内部に等間隔に配置されている。ＧＰＳを使用する位置測定は、軌道を描いて回る衛星からＧＰＳ受信機へのＧＰＳ信号のブロードキャストの伝搬遅延時間の測定に基づいている。通常、４基の衛星からの信号の受信が、４次元（緯度、経度、高度および時間）の正確な位置決定に対して必要とされる。いったん受信機がそれぞれの信号伝搬遅延を測定すると、各衛星への距離が、各遅延に光の速度を掛けることにより計算される。次に、測定された距離と、衛星の既知の位置とを組み込んでいる４つの未知数を有する、１組の４つの方程式を解くことにより、位置および時間が見つけられる。ＧＰＳシステムの正確な機能は、各衛星に対する、搭載された原子時計により、ならびに、衛星時計および軌道パラメータを同時に監視して補正する地上追跡局により維持されている。

各ＧＰＳ衛星は、Ｌバンドにおいて、少なくとも２つの直接シーケンスコード化スペクトラム拡散信号を送信し、それらは、１．５７５４２ＧＨｚの搬送波周波数におけるＬ１信号と、１．２２７６ＧＨｚにおけるＬ２信号とである。Ｌ１信号は、直角位相で変調された、２つの位相偏移変調（ＰＳＫ）スペクトラム拡散信号で構成されており、それらは、Ｐコード信号（Ｐは、正確（precise）に対する）と、Ｃ／Ａコード信号（Ｃ／Ａは、粗い／捕捉に対する）とである。Ｌ２信号は、Ｐコード信号だけを含む。ＰおよびＣ／Ａコードは、搬送波上に変調される、繰返しの擬似ランダムのビットのシーケンス（“チップ”とも呼ばれている）である。これらのコードの、時計のような性質は、時間遅延測定を実施する際に受信機によって利用される。各衛星に対するコードは固有であり、それらがすべて同じ搬送波周波数におけるものである場合でさえ、どの衛星が所定のコードを送信したのかを受信機が区別することを可能にする。また、航法の計算に対して必要である、システムのステータスおよび衛星軌道パラメータに関する情報を含む５０ビット／秒のデータストリームが、各搬送波上に変調される。Ｐコード信号は、暗号化され、一般に、商業上のユーザおよび私用のユーザに対して利用可能ではない。Ｃ／Ａコードは、あらゆるユーザに利用可能である。

ＧＰＳ受信機中で実行される動作は、主に、任意の直接シーケンススペクトラム拡散受信機中で実行される典型的な動作である。逆拡散として知られているプロセスにおいて、時間的に整合され、ローカルに発生された、コードのコピーを各信号に掛けることにより、擬似ランダムコード変調の拡散の影響は、各信号から除去されなければならない。適切な時間的整合またはコード遅延が、受信機の開始において知られる見込みが薄いことから、それは、ＧＰＳ受信機の動作の初期の“捕捉”段階の間にサーチすることにより決定されなければならない。いったん決定されると、適切な、コードの時間的整合が、ＧＰＳ受信機動作の“追跡”段階の間維持される。

いったん受信信号が逆拡散されると、各信号は、中間搬送波周波数における５０ビット／秒ＰＳＫ信号で構成される。この信号の正確な周波数は、衛星と端末ユニットとの間の相対的な動きによりもたらされるドップラー効果と、ローカル受信機ＧＰＳのクロック基準誤差とに起因し、不確定である。通常ドップラー周波数は、捕捉の前に知られていないことから、初期の信号捕捉の間に、このドップラー周波数をサーチしなければならない。いったんドップラー周波数がおおよそ決定されると、搬送波復調が進行する。

搬送波復調後に、データビットタイミングが、ビット同期ループにより導出され、データストリームが最終的に検出される。いったん、４基の衛星からの信号が捕捉されて同期化され、必要な時間遅延およびドップラーの測定が実施され、（ＧＰＳ時間基準および軌道パラメータを決定するのに十分な）十分な数のデータビットが受信されると、航法の計算が着手され得る。

位置決定に対するＧＰＳシステムの、および、一般にほとんどのＳＰＳシステムにおける、１つの欠点は、初期の信号捕捉段階に対して必要とされる長い時間である。上述したように、４つの衛星信号が追跡され得る前に、次元がコード位相遅延と、ドップラー周波数偏移である、２次元サーチ“空間”において、それらをサーチしなければならない。通常、受信機の“コールドスタート”後のケースのように、このサーチ空間内での信号の位置に関する予備知識がない場合、非常に多くのコード遅延（約２０００）およびドップラー周波数（おそらく、１５以上）を、捕捉および追跡すべき各衛星に対してサーチしなければならない。したがって、各信号に対して、サーチ空間における、３０，０００まで、または、それよりも多い位置を調べなければならない。通常、これらの位置は、順次、一度に１つ調べられ、プロセスは数分かかる可能性がある。受信アンテナの視野内の４基の衛星の識別（すなわち、ＰＮコード）が知られていない場合、捕捉時間はさらに長くなる。

ＳＰＳ受信が衛星信号をすでに捕捉しており、追跡モードにあるケースにおいて、位置決定プロセスは通常、初期の捕捉に対して必要とされる時間フレームよりもはるかに小さい時間フレーム中で実行され得る。しかしながら、ワイヤレス端末の日常の使用において、ユーザは、電源を投入し、すぐに動作を開始する。緊急の通信が意図されるときは、このケースにあてはまるかもしれない。そのような状況において、位置決定を得ることができる前の、ＳＰＳ／ワイヤレス端末ユニットによる、数分のＳＰＳ衛星信号捕捉のコールドスタートに関係する時間遅延は、システムの応答時間を制限する。

したがって、ＳＰＳ衛星信号に関係する時間を決定して、ＳＰＳ／ワイヤレス端末ユニット中で位置決定を得る能力を向上させるシステムおよび方法に対する必要性が残っている。

概要

ＳＰＳ位置特定性能を向上させる方法および装置。ここで記述する方法および装置を使用して、ＳＰＳにより決定される位置の決定に対する時間を改善し、弱く、不明瞭な、または、他の困難なカバレッジエリアにおいて位置を決定する能力に寄与できる。２つないし４つの衛星信号、または、より多い衛星信号を受信できるが、１つの衛星時間だけを無事に復調できる状況において、ＳＰＳ受信機は、位置特定を解決できる。受信機は、無事にデコードされた時間基準を利用して、その衛星からの信号に対するビット端遷移に関係する時間を決定できる。受信機は、既知の時間を有する、衛星からのビット端遷移を利用して、時間が復調されない、他の衛星からの信号に対する少なくとも１つのビット端遷移に対して時間を設定する。受信機は、既知の時間を有するビット端遷移を含む、予め定められている窓内で発生するビット端遷移に対して時間を設定する。位置は、時間に基づいて決定できる。復調されていない衛星時間および窓の配置は、無効な位置解の仮説にしたがって修正できる。

本発明の観点は、ワイヤレスデバイス中での、位置特定の方法を含む。方法は、少なくとも２つの衛星ビークルのそれぞれから、擬似雑音コード拡散信号を受信することと、各擬似雑音コード拡散信号に対する、ビット遷移端のタイミングを決定することと、擬似雑音コード拡散信号のうちの少なくとも１つに対する時間基準を決定することと、時間基準と、少なくとも２つの衛星ビークルのそれぞれからの擬似雑音コード拡散信号に対する、ビット遷移端のタイミングとに基づいて、ワイヤレスデバイスに対する位置特定解を決定することとを含む。

本発明の観点は、ワイヤレスデバイス中での、位置特定の方法を含む。方法は、少なくとも２つの衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）衛星ビークルのそれぞれから、擬似雑音コード拡散信号を受信することと、各擬似雑音コード拡散信号に対するビット遷移端のタイミングを決定することと、第１の擬似雑音コード拡散信号に対する時間基準を決定することと、第１の擬似雑音コード拡散信号に対する第１のビット遷移に関係する時間を決定することと、第１の擬似雑音コード拡散信号に対する第１のビット遷移と、時間基準が知られていない第２の擬似雑音コード拡散信号からの、少なくとも１つのビット遷移とを取り込む時間窓を構成することと、第２の擬似雑音コード拡散信号からの少なくとも１つのビット遷移に対して時間仮説を発生させることと、第１のビット遷移に関係する時間と、第２の擬似雑音コード拡散信号からの少なくとも１つのビット遷移に対する時間仮説とに基づいて、ワイヤレスデバイスに対する位置特定解を決定することと、位置特定解を有効性確認することとを含む。

本発明の観点は、ワイヤレスデバイス中での、位置特定の方法を含む。方法は、複数のＳＰＳ信号のそれぞれに対する、ビット端遷移のタイミングを決定することと、少なくとも１つのビット端遷移に対する時間基準を決定することと、時間仮説と時間基準とに基づいて、複数のビット端遷移に対する時間仮説を発生させることと、時間仮説に基づいて、位置特定解を決定することとを含む。

本発明の観点は、ワイヤレスデバイス内の位置特定装置を含む。装置は、複数のＳＰＳ衛星ビークルから、複数の擬似雑音コード拡散信号を受信するように構成されている受信機と、複数の擬似雑音コード拡散信号のそれぞれから、ビット端遷移のタイミングを決定するように構成されている相関器と、擬似雑音コード拡散信号のうちの少なくとも１つに対する時間基準を決定するように構成されているタイミングメッセージデコーダと、複数の擬似雑音コード拡散信号のそれぞれからのビット端に対する時間を決定するように構成されている仮説選択器と、時間基準と、複数の擬似雑音コード拡散信号のそれぞれからのビット端に対する時間仮説とに基づいて、位置特定解を決定するように構成されている位置解モジュールとを含む。

同一の要素が同一の参照文字を有する図面を参照すると、以下で示される詳細な説明から、本開示の実施形態の特徴、目的、および利点がより明白となろう。

図１は、位置特定システムの実施形態の簡略化したシステム図である。 図２は、位置特定受信機の実施形態の簡略化した機能ブロック図である。 図３は、有効性確認モジュールの実施形態の簡略化した機能ブロック図である。 図４は、仮説時間設定を使用する位置特定の方法の実施形態の簡略化したフローチャートである。 図５は、位置解の有効性確認の方法の実施形態の簡略化したフローチャートである。 図６は、仮説時間設定を使用する位置解の例の簡略化したタイミング図である。 図７は、仮説時間設定を使用する位置解の例の簡略化したタイミング図である。

発明の実施形態の詳細な説明

衛星ビークルの擬似雑音コード拡散信号に対するわずか１回の時間基準を捕捉することに基づいて、衛星測位システム（ＳＰＳ）の位置解を決定する方法および装置をここで記述する。ＳＰＳ受信機は、衛星ビークルから２以上の擬似雑音コード拡散信号を受信でき、信号を、ローカルに発生させた擬似雑音コードシーケンスと相関させて、衛星ビークルの識別を決定し、かつ、信号のそれぞれに対する相対的なビット端遷移のタイミングを決定できる。受信機は、衛星信号のうちのわずか１つを復調して、ビット端遷移の関連するタイミングを決定できる時間基準を決定できる。

説明目的のために、ＧＰＳシステムをここで使用するが、ＳＰＳは、ロシアにより稼動されているＧＬＯＮＡＳＳシステムや、欧州連合による開発途中のガリレオシステムのような他の衛星測位システムと、中国により将来の開発が予定されているＣＯＭＰＡＳＳシステムのような全地球衛星航法プロジェクトとを含むことができることが認識されるであろう。

さらに、ＳＰＳは、その特定の衛星の軌道により規定される特定の地理的領域（“カバレッジエリア”）を担当する、地域航法衛星システムを含むことができる。例えば、ＲＮＳＳは、米国をカバーしている広域補強システム（ＷＡＡＳ）と、欧州および、その周辺エリアをカバーしている欧州静止航法オーバーレイサービス（ＥＧＮＯＳ）と、日本を担当しているＭＴＳＡＴ静止衛星型衛星航法補強システム（ＭＳＡＳ）と、準天頂衛星システム（ＱＺＳＳ）とを含むことができる。ＲＮＳＳはまた、インドにより開発途中のＧＰＳ支援Ｇｅｏ補強航法（ＧＡＧＡＮ）およびインド地域航法衛星システム（ＩＲＮＳＳ）システムのような他の地域衛星システムと、他の同様のシステムとを含むことができる。ここで記述する方法および装置が、ＳＰＳ衛星ビークルからの信号に依拠するか、さもなければ、それらの信号を利用する場合、ＳＰＳ衛星ビークルの信号は、単一のＳＰＳから、または、複数のＳＰＳからのＳＶの組み合わせから、生じてもよい。

１つの衛星に対するビット端遷移のタイミングと、他の衛星に対するビット端遷移の相対的なタイミングとに関する知識を有する受信機は、予め定められている継続時間を有する時間窓を構成して、既知のタイミングを有する少なくとも１つのビット端遷移を含む時間窓を位置付けることができる。受信機は、時間窓中のビット端遷移の時間が、既知のタイミングを有するビット端遷移に基づいて設定される仮説を調べることができる。

受信機は、仮説の時間設定により位置決定を試みて、位置解を有効性確認できる。１つ以上の予め定められている制約条件に対して、位置解と、位置解に関係するパラメータとを調べることにより、解を有効性確認できる。すべての制約条件を満たす位置解が、有効な位置解と考えられる。

いくつかの予め定められている数の制約条件を満たさない位置解は、無効の位置解と考えることができる。受信機は、時間窓の位置を変えることができ、無効の位置解に応答して、タイミング仮説を更新できる。位置解は、再度試みられて、有効性確認される。有効な位置解が生成されるか、または、すべての異なる時間窓構成およびタイミング仮説が試みられるまで、受信機は、時間窓の位置を変え、タイミング仮説を更新し、位置解を試みるプロセスを繰り返すことができる。

関連する衛星信号からの１つよりも多い時間基準を復調する能力は、異なる時間窓の構成の数を低減させ、それゆえに、有効な解を決定するか、または、すべての可能性を尽くす前にテストする必要があるタイミング仮説の総数を低減させる。

一般的なケースにおいて、受信機が、ＳＰＳ衛星ビークルからの信号だけに基づいて３次元の位置を決定するように構成されているとき、受信機は、少なくとも４基の異なるＳＰＳ衛星ビークルからの信号を必要とする。一般的なケースよりも限定されている条件の下では、受信機は、４基よりも少ない、異なるＳＰＳ衛星ビークルからの信号を使用して位置を決定できるかもしれない。

位置またはシステムタイミングに関連する追加の知識により、受信機は、わずか３基の異なるＳＰＳ衛星ビークルからの信号を使用して位置を決定できる。例えば、受信機が、高度に関する知識を有するか、高度を仮定するか、さもなければ、２次元の位置を決定することだけを必要とする場合、受信機は、３基の異なるＳＰＳ衛星ビークルからの信号だけを必要としてもよい。さらに、受信機が最初の位置の知識を持たないが、ＳＰＳシステム時間に関する知識を有する場合、受信機は、わずか３基の異なるＳＰＳ衛星ビークルからの信号を使用して位置を決定してもよい。例えば、外部の情報源から、および、これに類似するものから、または、これらの何らかの組み合わせから、システム時間情報を受信することにより、システム時間に同期しているローカルの時計を使用して、以前の測位において決定された、以前の時間の解明を通して、受信機は、ＳＰＳシステム時間に関する知識を有してもよい。

受信機が、位置計算のために、２基の衛星ビークルに対する擬似距離およびドップラーに関する知識を有するか、さもなければ、それらの知識と組み合わせて高度を仮定する場合、受信機は、わずか２基の異なるＳＰＳ衛星ビークルからの信号を使用して、位置を決定できるかもしれない。

一般に、受信機は、３次元の位置の未知数（デカルト座標系におけるｘ、ｙおよびｚ）を解くのに十分な情報を取得することを必要とする。３次元の位置またはシステム時間のうちの１つ以上が知られているか、さもなければ、独自に決定できる場合、受信機は、位置解を決定するのに必要な、異なるＳＰＳ衛星ビークル信号の数を低減させることができる。

有効な３次元の位置を決定するために、受信機は、上述の状況のそれぞれにおいて、１基の衛星ビークルに対するビット端遷移のタイミングを決定するか、さもなければ導出することだけを必要とする。１つ以上の追加の衛星からの信号に対するビット端遷移のタイミングは、高度、擬似距離、ドップラー、または他の何らかのパラメータのような、何らかの追加の位置関連の情報またはパラメータとの組合せで、仮説テストに基づいて決定できる。

時間基準を復調するのに十分な信号品質を有する１つの衛星ビークル信号だけが存在するときに、有効な位置を決定する能力のために、ＳＰＳ受信機の機能が改善される。ビット端遷移を決定する能力だけが必要とされる場合、位置決定のために必要な残りの衛星信号は、比較的弱い信号とすることができる。成功の位置解を決定する能力は、何らかの最初の位置不確定性にかかわらず依然として有効である。したがって、最初の位置不確定性が大きいか、さもなければ知られていないが、衛星天体暦データが容易に受信されるか、または決定されるかもしれない場合、方法および装置は、グローバルなローミングデバイスにおいて実現してもよい。弱い衛星ビークルからの信号を利用する能力に起因して、ＳＰＳ受信機の、最初に決定し、産出するための時間と、精度とが向上する。成功の位置解を決定する能力は、国ベースの支援テーブルにおいて受信される情報のような、支援データまたは最初の仮定が不正確である状況において特に役に立ち得る。

さらに、位置解を取得する容易さにより、他の位置選定技術により実施される検証位置決定として、開示した方法および装置を利用することが可能になる。方法および装置は、パーソナル航法デバイスのような、独立のＳＰＳ受信機中で実行でき、支援データの受信を必要としない。

図１は、位置特定システム１００の実施形態の簡略化したシステム図である。位置特定システム１００は、複数の衛星１３０を含む。位置特定システム１００はまた、１つ以上の地上のビーコン１２０、シュードライト、または他の信号送信機を含むことができる。図１の実施形態において、地上ビーコン１２０は、ワイヤレス通信システムの基地局のような基地局として描写されている。基地局は、例えば、ハイブリッドＧＰＳのような、ハイブリッド位置特定システム中で使用してもよいタイミング信号を提供できる。代わりに、または、さらに、基地局は、位置の不確定性を低減させるための、最初の位置特定の情報源とすることができ、ＧＰＳ支援データのような、支援データを提供するように構成できる。支援データは、限定ではないが、地平線よりも上の衛星の識別、提案されたコード位相サーチ開始ポイントおよび／または距離、ＧＰＳ暦データ、衛星天体暦データ、およびこれらに類似するもの、あるいは、これらの組み合わせを含むことができる。

ワイヤレスデバイス１１０は、それが、２つの異なるタイミング信号を受信する場合、その位置を決定できる。説明は、衛星ビークル信号だけに基づく位置決定に焦点を合わせているが、ハイブリッドＧＰＳのような、何らかの位置特定システムまたは位置特定システムの変形は、位置決定の一部として、地上ビーコン１２０からの信号を利用できる。

ワイヤレスデバイス１１０は、少なくとも２基の衛星ビークル、例えば、１３０−１および１３０−ｎのそれぞれから、擬似ランダムコード拡散信号を受信でき、１３０−１および１３０−ｎは、衛星のＧＰＳコンステレーションのような、衛星のコンステレーションの一部である。有効な位置決定のためにワイヤレスデバイス１１０によって必要とされる、異なる衛星信号の数は、ワイヤレスデバイス１１０に利用可能な、追加の位置関連情報の量に基づいている。上述したように、ワイヤレスデバイス１１０が、衛星ビークルからの信号だけに基づいて、３次元の位置を決定する場合、ワイヤレスデバイス１１０は、少なくとも４基の異なる衛星ビークル１３０−１、１３０−２、１３０−３および１３０−ｎからの信号を必要とする。ワイヤレスデバイス１１０が、追加の位置関連情報に関する知識を有するか、さもなければ、追加の位置関連情報を決定できる場合、ワイヤレスデバイス１１０は、例えば、１３０−１および１３０−ｎのような、わずか２基の異なる衛星ビークルからの信号を必要とするかもしれない。

ワイヤレスデバイス１１０は、ドップラー偏移に対処する周波数オフセットであってもよい、擬似雑音コードシーケンスのローカルに発生させたバージョンに対して、受信信号を相関させることができる。ワイヤレスデバイス１１０は、相関結果に基づいて衛星を識別できる。

ワイヤレスデバイス１１０はまた、衛星信号のそれぞれに対する相対的なビット端の遷移を決定できる。ビット端の遷移は、衛星信号に変調されている基礎情報の遷移において発生する。基礎情報は、例えば、航法メッセージ、暦データ、衛星天体暦データ、時間基準または時間スタンプ情報を含むことができる。ワイヤレスデバイスは通常、ビット端の遷移を正確に決定でき、受信信号の積分時間を増加させることにより、ビット端遷移決定の感度を向上させることができる。ＧＰＳ衛星信号およびＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号において、基礎データは、５０Ｈｚレートで発生し、したがって、ビット端の遷移は、２０ミリ秒ごとに発生してもよい。提案されるガリレオ衛星システムにおいては、ビット継続時間は、４ミリ秒間隔で発生する。

ワイヤレスデバイス１１０は、衛星１３０のそれぞれから、基礎メッセージを復調して時間メッセージをデコードしようと試みることができる。ＧＰＳ擬似ランダムコード拡散信号中の時間メッセージは、６秒毎に繰り返す。したがって、時間メッセージをデコードする機会は、それぞれ６秒の間隔において一度だけ発生する。しかしながら、ワイヤレスデバイス１１０は、例えば、弱い衛星信号に起因して、すべての衛星１３０からの時間メッセージ情報を無事にデコードできないかもしれない。ワイヤレスデバイス１１０が、少なくとも１つの他の衛星ビークルに対する相対的なビット端遷移のタイミングを識別することに加えて、少なくとも１つの時間メッセージをデコードできる場合、ワイヤレスデバイス１１０は、正確な位置決定を実施できる。

ワイヤレスデバイス１１０が、第１の衛星ビークル１３０−１からの信号から、時間メッセージを無事にデコードできることを仮定する。ワイヤレスデバイス１１０は、その衛星ビークルに対するビット端遷移の時間を関係付けることができる時間基準として、時間メッセージを利用できる。したがって、ワイヤレスデバイス１１０は、タイミングメッセージをデコードする能力に基づいて、ビット端遷移のタイミングに関する知識を有する。

ワイヤレスデバイス１１０はまた、時間メッセージがまだデコードされていない衛星ビークルのそれぞれに対する、相対的なビット端の遷移を知っていることから、ワイヤレスデバイス１１０は、第１の衛星ビークル１３０−１に対する既知のビット端の遷移を基準として、各ビット端の遷移の時間を決定できる。

衛星ビークル１３０−１ないし１３０−ｎのそれぞれからの信号のタイミングは、同じＧＰＳ時間ベースに同期化される。しかしながら、ワイヤレスデバイス１１０に到着する信号は、異なる衛星信号により経験される異なる伝搬遅延に起因して、時間に対して変化するかもしれない。それゆえに、ワイヤレスデバイス１１０は、タイミングメッセージをデコードすることから、第１の衛星１３０−１に対するビット端の遷移の時間を知るが、ワイヤレスデバイスは、他の衛星ビークルのそれぞれからの信号が、第１の衛星ビークル１３０−１からの信号の先を行くのか、または第１の衛星ビークル１３０−１からの信号に遅れるのかを知らない。したがって、ワイヤレスデバイスは、第２ないし第ｎの衛星１３０−２ないし１３０−ｎに対する各ビット端遷移の時間を直ちに導出することができない。ワイヤレスデバイス１１０は、２０ミリ秒の倍数の誤差を有する、各ビット遷移の時間を直ちに決定できるだけである。

ワイヤレスデバイス１１０は、ビット端の遷移に窓をつけることと、仮説テストとにより、ビット端遷移中のあいまいさを解決できる。ワイヤレスデバイス１１０は、予測される時間変化よりも小さい継続時間を有する窓をビット端遷移に課すことができる。

衛星がゼロ度の地平線よりも上にあるという条件で、ＧＰＳ衛星ビークルから、衛星が目に見える、実質的に地球上の任意のポイントへの伝搬遅延が、約６５ミリ秒の絶対的最小から、約８８ミリ秒の絶対的最大まで変化することを、経験的な分析およびモデリングは示している。同じ位置が、最小よび最大の衛星伝搬遅延の両方を同時に経験することは、まずない。しかしながら、最大伝搬遅延と最小伝搬遅延とにおける差に基づいて、窓を設定できる。したがって、窓のサイズは、おおよそ２２ミリ秒よりも小さいものとすることができ、おおよそ２３ミリ秒よりも小さいものとすることができ、または、他の何らかの値とすることができる。不十分な窓の継続時間を利用することは、有効な位置決定をもたらす時間仮設を決定できないという結果をもたらすかもしれない。しかしながら、窓の時間を拡張することは、検証する多数の時間仮説を過度に生成させ、有効な位置決定を適度にもたらさないであろう。おおよそ２０、２１または２２ミリ秒の窓のサイズは、単に、それが伝搬遅延の全範囲を実質的に包含するからではなく、継続時間が、ほぼ、２０ミリ秒の単一ビット期間の大きさであることから、便利である。したがって、あらゆる可能性にわたって、おおよそ２０、２１または２２ミリ秒の窓のサイズの位置を変えることは、時間仮説テストにおいて対処する必要がある、単一の衛星ビークルからの、せいぜい３つの異なるビット端遷移をもたらす。

ワイヤレスデバイス１１０は、受信した衛星信号のそれぞれに対するビット端遷移に関して窓を位置付け、第１の衛星１３０−１からの少なくとも１つの既知のビット端遷移を含むように窓を位置付ける。ワイヤレスデバイス１１０は次に、窓の位置と、既知のビット端遷移の時間と、既知のビット端遷移を基準とした、他の衛星に対するビット端遷移の位置とに基づいて、１組の時間仮説を決定できる。

１つの実施形態において、ワイヤレスデバイス１１０は、既知のビット端時間の時間に対して、既知のビット端時間の最も近くで発生する、知られていないそれぞれのビット端遷移タイミングのタイミングを仮説として取り上げる。ワイヤレスデバイス１１０は、時間仮説に対する位置解を決定する。ワイヤレスデバイス１１０は、例えば、擬似距離測定に基づいて、実質的に任意のタイプの位置解を実現できる。ワイヤレスデバイス１１０は、例えば、衛星に対する有効な天体暦データに基づいて、または、衛星軌道予測アルゴリズムに基づいて、衛星の位置に関する知識を有することができる。

ワイヤレスデバイス１１０は、例えば、加重最小二乗法、最小二乗法、加重回帰、カルマンフィルタリング、およびこれらに類似するもの、または、これらのいくつかの組み合わせのような、反復位置解技術を実現できる。ワイヤレスデバイス１１０は、位置解を有効性確認できる。位置解が無事に有効性確認される場合、それは、ワイヤレスデバイス１１０に対する位置解である。しかしながら、位置解が有効でない場合、ワイヤレスデバイス１１０は、窓の位置を、シフトするか、さもなければ更新して、時間仮説を更新する。すべての異なる窓の配置および時間仮説がテストされるまで、または、有効な位置解が決定されるまで、ワイヤレスデバイス１１０は、窓の位置を変えるプロセスが後に続く、位置解および有効性確認のプロセスを繰り返す。

図２は、位置特定受信機２００の実施形態の簡略化した機能ブロック図である。位置特定受信機２００は、例えば、位置特定を実行する、図１のワイヤレスデバイス内で実現できる。

受信機２００は、受信フロントエンド２１０に結合されているアンテナ２０２を含む。受信フロントエンドの出力は、サンプラー２１２に結合されている。サンプラー２１２の出力は、バッファ２１４に結合されている。

受信フロントエンド２１０は、ＧＰＳ衛星信号の公称受信周波数に同調させて、複数の衛星ビークルに対応する複数の擬似雑音コード拡散信号を含むことができる複合信号を受信するように構成されている。受信フロントエンド２１０は、複合受信信号をフィルタリングし、増幅し、周波数変換する。サンプラー２１２は、受信フロントエンドの出力をサンプリングし、受信フロントエンドからのアナログ信号出力をデジタル表現に変換するように構成できる。サンプラー２１２は、擬似雑音コードに関係付けられているチップレートよりも高いレートで受信信号をサンプリングするように構成できる。例えば、サンプラー２１２は、チップレートで、チップレートの２倍で、チップレートの４倍で、あるいは、チップレートの他の何らかの倍数または非倍数で、サンプリングするように構成できる。サンプラー２１２は、サンプルをバッファ２１４中に記憶させるように構成できる。

バッファ２１４は、複数の相関器２２０−１ないし２２０−ｋによりアクセスされ得る。複数の相関器２２０−１ないし２２０−ｋは、信号の捕捉を加速するために、実質的に並列に構成できる。各相関器２２０は、異なる擬似雑音コード空間をサーチするように構成できる。代わりに、複数の相関器２２０は、同じ擬似雑音コード空間をサーチするように構成されていてもよいが、バッファ２１４からの異なるサンプルに動作してもよい。いくつかの実施形態において、相関器２２０の異なる部分集合は、バッファ２１４からの異なるサンプルのグループにわたる、別個の擬似雑音コード空間のサーチに対して構成される。各相関器２２０は、特定のコード位相に対するコード位相オフセットを決定でき、また、相関器２２０が構成されている擬似雑音コードに関係する特定の衛星信号に対するビット端の遷移を決定できる。

相関器２２０からの出力は、航法メッセージ復調器／デコーダ２３０に結合されており、航法メッセージ復調器／デコーダ２３０は、信号が検出される衛星ビークルのそれぞれからの航法メッセージをデコードするように構成できる。航法メッセージデコーダ２３０は、タイミングメッセージデコーダ２３４に結合でき、タイミングメッセージデコーダ２３４は、無事に復調されてデコードされた航法メッセージを調べて、それらからタイミングメッセージをデコードすることを試みることができる。

タイミングメッセージデコーダ２３４は、制御装置２４０に結合できる。タイミングメッセージデコーダ２３４は、タイミングメッセージ情報および関連する衛星ビークル情報を、制御装置２４０に知らせるか、さもなければ伝達できる。タイミングメッセージ情報に基づいて、制御装置２４０は、タイミングメッセージに対応する衛星ビークルからのビット端遷移の時間を割り当てるか、さもなければ決定できる。ビット端遷移の時間は、衛星ビークルから受信機２００への伝搬遅延を表すことができる。制御装置２４０は、この時間において、ビット端遷移タイミングの絶対時間における何らかのあいまいさを解決する必要はないが、代わりに、受信機２００において測定される総伝搬遅延が、予測される伝搬遅延範囲の中心近くであるように、ビット端遷移タイミングを選択してもよい。実際のビット端遷移タイミングは、位置解が決定されるときに解決できる。

制御装置２４０は、メモリ２４２のようなコンピュータ読取り可能媒体と通信できる。メモリは、ここで記述する方法のいくつかまたはすべてを制御装置に実質的に実行させる、１つ以上のコンピュータ読取り可能命令を記憶できる。いくつかの構成において、制御装置２４０は、メモリ２４２中の命令と組み合わせて、窓モジュール２５０と、仮説選択器２６０と、位置解モジュール２７０と、有効性確認器２８０との機能のいくつかまたはすべてを実行するように構成できる。

窓モジュール２５０は、各相関器２２０に結合されており、相関器２２０からビット端遷移情報を受け取る。窓モジュール２５０は、窓の継続時間内で発生する、それらのビット端遷移だけをフィルタリングするか、さもなければ選択するように構成できる。

制御装置２４０は、時間が知られていないビット端遷移の位置に基づいて、窓を最初に位置付けるように構成できる。制御装置２４０または窓モジュール２５０は、無効なタイミング仮説の決定に従って、窓の位置を変えることができる。

仮説選択器２６０は、窓モジュール２５０から、ビット端遷移、ビット端遷移に対するポインタ、または、ビット端遷移の識別を受け取るように構成されている。仮説選択器２６０は、既知のビット端遷移の時間に基づいて、窓内のビット端のそれぞれに対するタイミングを設定するように構成できる。１つの実施形態において、仮説選択器２６０は、既知のビット端遷移の時間に基づいて、窓内に各ビット端遷移を設定する。同じ衛星ビークルに対する、１つより多いビット端遷移が、窓内に位置する場合、仮説選択器２６０は、調停ルールを使用できる。例えば、仮説選択器２６０は、既知のビット端遷移の時間に基づいて、既知のビット端遷移の最も近くで発生するビット端遷移を設定するように構成できる。

位置解モジュール２７０は、仮説選択器２６０により設定されたタイミング仮説に基づいて、位置解を決定するように構成されている。この時点で、さまざまな衛星に対する疑似距離測定値は、従来のアプローチを使用して取得される擬似距離測定値に対して、位置解モジュール２７０に区別できない。したがって、位置解モジュール２７０は、従来の技術を使用して位置解を決定するように構成でき、従来の技術は、例えば、加重最小二乗法や、最小二乗法や、加重回帰や、カルマンフィルタリング、および、これらに類似するもの、または、これらのいくつかの組み合わせを含んでもよい位置解技術である。

位置解モジュール２７０は、メモリ２４２中に記憶できる衛星位置情報とともに、解を決定できる。衛星位置情報は、例えば、衛星暦、衛星天体暦、衛星軌道予測関数、または、これらのいくつかの組み合わせのうちの１つ以上として、記憶できる。

有効性確認器２８０は、位置解モジュール２７０からの結果を処理して、解が有効であるかどうかを決定する。そうである場合、処理は完了し、受信機２００の位置が決定される。位置解が無効である場合、窓モジュールが窓の位置を変えて、仮説選択器２６０が、テストすべき別のタイミング仮説を発生させる。例えば、反復位置解アルゴリズムが、予め定められている何らかの数の反復の後に収束しない場合、有効性確認器２８０は、無効解を決定できる。

図３は、有効性確認器２８０の実施形態の簡略化した機能ブロック図である。有効性確認器２８０は、例えば、図２の受信機中の有効性確認器とすることができる。有効性確認器２８０は、位置解モジュールから位置解情報を受け取り、位置解の有効性を決定するために、多数の制約条件にしたがって情報を処理する。

有効性確認器２８０は、高度有効性確認器３１０、送信遅延有効性確認器３２０、衛星ビークル仰角有効性確認器３３０、ユーザ速度有効性確認器３４０、ドップラー残留有効性確認器３５０、または、これらの何らかの組み合わせを含んでもよい。有効性確認器２８０のモジュールのそれぞれは、互いから独立して動作するか、または、１つ以上のモジュールは、互いに依存していてもよい。有効性確認器２８０内のモジュールの数およびタイプは、図３の実施形態中で図示した、それらのタイプおよび構成に限定されない。

高度有効性確認器３１０は、位置解を調べて、最小および最大の高度に対する制限に対して、位置解の高度を比較できる。例えば、高度有効性確認器３１０は、有効な高度が下限に該当しないかもしれない、海水位以下の深さを含むことができる。同様に、有効性確認器３１０は、有効な高度位置解によって超えられないかもしれない、予め定められている高度を含むことができる。予め定められている範囲を超える高度は、無効な解として識別される。

受信機が、高度に関する知識を有するか、さもなければ２次元の位置を決定するように構成されている状況において、高度有効性確認器３１０は、省略してもよく、動きを止めてもよく、さもなければ、無視してもよい。

同様に、送信遅延有効性確認器３２０は、位置解から決定されるような、補正されたタイミングに対する伝搬遅延を調べて、伝搬遅延が、予め定められた範囲から外れているかどうかを決定する。例として、衛星ビークルがゼロ度の地平線よりも上にあるという条件で、地球上の任意の点に対する伝搬遅延の範囲は、おおよそ６５ミリ秒から８８ミリ秒にわたると推定される。位置解からの補正された伝搬遅延が、この範囲から外れている場合、送信遅延有効性確認器３２０は、無効として解を識別できる。

衛星ビークル仰角有効性確認器３３０は、位置解において利用される衛星ビークルのすべてが、ゼロ度の地平線よりも上にあるかどうかを決定できる。衛星ビークル仰角有効性確認器３３０は、位置解を生成するために使用された衛星ビークルの仮定された位置に対して位置解を調べることができる。衛星ビークルの仰角は、位置解と、仮定された衛星位置との知識に基づいて決定できる。ＳＶ仰角検出器３３０は、衛星ビークルの仰角のいずれかがゼロより小さい場合、無効として解を識別できる。

ユーザ速度有効性確認器３４０は、位置解と、４基の衛星ビークルのそれぞれからのドップラー値とに基づいてワイヤレスデバイスの速度を計算できる。予め定められている範囲外の速度は、位置解を無効として識別するユーザ速度有効性確認器をもたらすことができる。

ドップラー残留有効性確認器３５０は、測定された擬似距離レートに対して、計算された擬似距離レートを比較する。ドップラー残留有効性確認器３５０は、位置解に基づいて、理論上のドップラーに対して、測定されたドップラーを比較して、残留が、予め定められているしきい値よりも大きいかどうかを決定できる。ドップラー残留有効性確認器３５０は、残留が予め定められている範囲外にある場合、位置解を無効として識別できる。

各有効性確認器が、別の有効性確認器から独立して、位置解を無効として識別してもよいが、有効性確認器の出力値はすべて、有効性確認ロジック３６０に提供され、有効性確認ロジック３６０は、無効の１つ以上の指示に基づいて、位置解の有効性に関して最終決定を実施できる。有効性確認ロジックは、例えば、無効指示の予め定められている組合せに、または、無効指示の重みつけされた組み合わせに基づいて、単一の無効指示、複数の無効指示、の無効結果を示すように構成できる。

図４は、仮説時間設定を使用する位置特定の方法４００の実施形態の簡略化したフローチャートである。方法４００は、例えば、図１のワイヤレスデバイス中の図２の受信機によって実現できる。

方法４００は、ブロック４１０において開始し、受信機は、少なくとも２つの衛星ビークル擬似雑音コード拡散信号を受信する。受信機は、ブロック４１２に進み、例えば、擬似雑音コードシーケンスのローカルに発生させたバージョンに対して、受信信号を相関させることにより、衛星ビークルの識別を決定する。

受信機は、ブロック４１４に進み、少なくとも２つの衛星ビークル信号のそれぞれに対するビット端の遷移を決定する。受信機は、相関を使用してビット端の遷移を決定でき、検出の感度を向上させるために、いくつかの完全な擬似雑音コード期間にわたって積分してもよい。

受信機は、ブロック４２０に進み、少なくとも１つのタイムスタンプをデコードするか、さもなければ、衛星ビークル信号のうちの少なくとも１つに関係する時間基準を決定する。受信機は、例えば、航法メッセージを復調して、衛星ビークル信号から時間メッセージをデコードすることができる。

受信機は、無事に方法４００を実行するために、少なくとも１つの時間基準を決定する必要がある。しかしながら、調べる必要がある、あいまいな時間仮説の数は、それぞれの追加の時間基準により低減される。４つの時間基準の限定において、衛星ビークル信号だけに基づいて発生される解に対して、方法４００は、もはや必要ではなく、受信機は直接擬似距離を決定できる。しかしながら、受信機は依然として本方法を利用して、時間基準を必要としない第５の衛星ビークルを使用して、位置解の検証を可能にしてもよい。

受信機はブロック４３０に進み、時間基準が知られている衛星ビークルに対応する既知のビット端遷移の位置に基づいて、ビット端遷移に関して時間窓を構成する。窓の継続時間は、最大および最小の衛星ビークル伝搬遅延の間の差に対応する、おおよその継続時間となるように選択できる。

受信機は、ブロック４４０に進み、窓内のビット端遷移に対するタイミング仮説を決定する。受信機は、例えば、窓中のビット端遷移のそれぞれが、既知のビット端遷移の時間に基づいて発生することを仮定できる。

受信機は、ブロック４５０に進み、擬似距離の測定値と、例えば、暦、衛星天体暦データ、衛星軌道予測、または、これらのいくつかの組み合わせに基づいて決定される、衛星ビークルの位置に関する知識とに基づいて、位置解を決定する。位置解はまた、もしあれば、受信機に利用可能な関連位置情報に依拠してもよい。そのような関連位置情報は、例えば、受信機の高度の推定、対応する擬似距離と組み合わせて受信機において観測されるドップラー測定値、および、これらに類似するもの、または、これらのいくつかの組み合わせを含むことができる。

受信機は、例えば、加重最小二乗アルゴリズムのような、反復位置決定アルゴリズムに基づいて、位置を決定できる。受信機は決定ブロック４５２に進み、位置決定アルゴリズムが解に収束したかどうかを決定する。収束していない場合、解は無効である。受信機は、ブロック４６０に進む。

決定ブロック４５２において、受信機が、位置決定アルゴリズムが位置解を返したことを決定する場合、受信機は決定ブロック４７０に進み、解が有効性確認プロセスをパスするかどうかを決定する。パスしない場合、受信機はブロック４６０に進む。

ブロック４６０において、受信機は窓の位置をシフトするか、さもなければ再設定して、異なる１組のビット端遷移の仮説を取り込む。受信機はブロック４６０からブロック４４０に戻って、タイミング仮説／位置解プロセスを繰り返す。

決定ブロック４７０において、位置解が、有効性確認プロセスを満たす場合、受信機はブロック４８０に進んで、受信機の位置として位置解を返す。

図５は、位置解の有効性確認の方法４７０の実施形態の簡略化したフローチャートである。方法４７０は、図５の方法を実行する受信機によって実現できる。

方法４７０は、決定ブロック５１０において開始し、受信機は、位置解が、予め定められている範囲内の高度を含んでいるかどうか決定する。そうでない場合、受信機はブロック５６０に進み、解を無効として識別する。

受信機が、高度の制約条件が満たされていることを決定する場合、受信機は決定ブロック５２０に進み、位置解決定において使用される衛星ビークルからの伝搬遅延が、予め定められている値の範囲内にあるかどうかを決定する。そうでない場合、受信機はブロック５６０に進み、解を無効として識別する。位置解の高度が範囲内であるかどうかを決定する、このステップは、受信機が既知のまたは所定の高度を使用して２Ｄ位置を実行するときは、もちろんバイパスされる。

受信機が、伝搬遅延の制約条件が満たされていることを決定した場合、受信機は決定ブロック５３０に進み、位置解において使用される衛星ビークルが、位置解の位置に位置付けられているデバイスに対して地平線よりも上にあるかどうかを決定する。そうでない場合、受信機はブロック５６０に進み、解を無効として識別する。

受信機が、衛星ビークルの仰角の制約条件が満たされていることを決定した場合、受信機は決定ブロック５４０に進み、ユーザ速度が、予め定められている範囲または制限内に収まっているかどうかを決定する。そうでない場合、受信機はブロック５６０に進み、解を無効として識別する。

受信機が、ユーザ速度が、速度の制約条件を満たしていることを決定した場合、受信機は決定ブロック５５０に進み、ドップラー残留が、予め定められている範囲内であるかどうかを決定する。受信機は、位置解と、受信機のクロック周波数バイアスとに基づいて、理論上のドップラーに対して、測定されたドップラーを比較して、残留が、予め定められているしきい値よりも大きいかどうかを決定できる。そうである場合、受信機はブロック５６０に進み、解を無効として識別できる。そうでない場合、受信機はブロック５７０に進んで、位置解を有効として識別する。

図６は、仮説時間設定を使用する位置解の例の簡略化したタイミング図６００である。タイミング図６００は、４基の衛星ビークルに対するビット端の遷移と、おおよそ２２ミリ秒の、予め定められている窓の継続時間に対して発生させてもよい、４つの可能性のあるタイミング仮説とを図示する。

第１の衛星ビークルは、時間基準が知られている衛星ビークルであると仮定する。したがって、第１のＳＶのビット端遷移６１０は、既知であり、時間があいまいでない、ビット端の遷移であり、１つのビット端の遷移だけを図示することを必要とする。第１のＳＶに対する、隣接のビット端遷移の時間は、既知のビット端遷移から２０ミリ秒を減算するか、または既知のビット端遷移に２０ミリ秒を加算することにより決定できる。ここで２０ミリ秒は、各ビットの期間である。

第２の衛星ビークルは、２つのビット端遷移６２０−１および６２０−２を有し、２つのビット端遷移６２０−１および６２０−２は、第１のＳＶの既知のビット端遷移６１０を基準として識別できる。しかしながら、より早いビット端遷移６２０−１、または、より遅いビット端遷移６２０−２が、既知のビット端遷移６１０に同期しているかどうかに関してはあいまいさがある。

同様に、第３の衛星ビークルに対する２つのビット端遷移６３０−１および６３０−２を、第１のＳＶの既知のビット端遷移６１０を基準として示す。第４の衛星ビークルに対する２つのビット端遷移６４０−１および６４０−２を、第１のＳＶの既知のビット端遷移６１０を基準として示す。

第１のタイミング仮説が、時間窓の第１の位置６５２に基づいて図示されている。窓６５２内に、各ビット遷移６１０、６４０−２、６２０−２および６３０−２が、第１のＳＶの既知のビット端遷移の時間を基準として設定される。位置解は、タイミング仮説から、各衛星ビークルからの擬似距離に基づいて決定できる。

第２のタイミング仮説が、時間窓の第２の位置６５４に基づいて図示されている。時間窓は、窓の第１の位置中にない、少なくとも１つの異なるビット端遷移を取り込むようにシフトされている。時間窓の第２の位置６５４内に、ビット遷移６３０−１、６１０、６４０−２および６２０−２が、第１のＳＶの既知のビット端遷移の時間を基準として設定される。位置解は、第２のタイミング仮説から、各衛星ビークルからの擬似距離に基づいて決定できる。

第３のタイミング仮説が、時間窓の第３の位置６５６に基づいて図示されている。時間窓は、少なくとも１つの異なるビット端遷移を取り込むようにシフトされている。時間窓の第３の位置６５６内に、ビット遷移６２０−１、６３０−１、６１０および６４０−２が、第１のＳＶの既知のビット端遷移の時間を基準として設定される。位置解は、第３のタイミング仮説から、各衛星ビークルからの擬似距離に基づいて決定できる。

第４のタイミング仮説が、時間窓の第４の位置６５８に基づいて図示されている。時間窓は、少なくとも１つの異なるビット端遷移を取り込むようにシフトされている。時間窓の第４の位置６５８内に、ビット遷移６４０−１、６２０−１、６３０−１および６１０が、第１のＳＶの既知のビット端遷移の時間を基準として設定される。位置解は、第４のタイミング仮説から、各衛星ビークルからの擬似距離に基づいて決定できる。

図６中で示した継続時間の窓を使用する、４つの可能性のあるタイミング仮説だけがあることに注目すべきである。時間窓のさらなるシフトは、既知のビット端遷移を除外する。したがって、受信機は、正しい位置解を決定する前に、４つのタイミング仮説に基づいて、せいぜい４つの位置解を試みることを必要とするだろう。

図７は、仮説のタイミング設定を使用する位置解の例の簡略化したタイミング図７００である。図７のタイミング図７００は、２つの衛星ビークルに対する２つの既知の時間基準を図示する。タイミング図７００は、時間窓が、示した大きさの継続時間を有するとき、第２の時間基準に関する追加の知識が、可能性のあるタイミング仮説の数をわずか２つに低減させる方法を図示する。

タイミング図７００は、時間基準が知られている第１の衛星ビークルに対する第１のビット端遷移７１０を図示する。同様に、第２のビット端遷移７２０が、時間基準が知られている第２の衛星ビークルに対して示されている。

第３の衛星ビークルに対する、あいまいなビット端遷移７３０−１および７３０−２と、第４の衛星ビークルに対する、あいまいなビット端遷移７４０−１および７４０−２とが示されている。時間基準は、第３および第４の衛星ビークルに対して決定していないか、または、決定できない。

第１のタイミング仮説は、少なくとも第１および第２の既知のビット端遷移７１０および７２０と、既知の時間基準を欠いている衛星ビークルのそれぞれからの、少なくとも１つのビット端遷移７４０−２および７３０−２とを取り込むように第１の時間窓７５２を位置付けることによって発生できる。

第２のタイミング仮説は、少なくとも第１および第２の既知のビット端遷移７１０および７２０と、既知の時間基準を欠いている衛星ビークルのそれぞれからの、少なくとも１つのビット端遷移７３０−１および７４０−２とを取り込むように第２の時間窓７５４を位置付けることによって発生できる。図７中で示すように、これらは、このサイズの時間窓と、既知のビット端遷移７１０および７２０の位置とに対する、わずか２つの、可能性のあるタイミング仮説である。時間窓のさらなるシフトは、窓から既知のビット端遷移のうちの１つを排除するだろう。

複数のＳＰＳ衛星信号に対する１つの時間基準だけが知られているが、少なくとも４つの衛星信号に対するビット端遷移が知られており、衛星位置情報が利用可能であるときに、位置特定の解を決定する方法および装置をここで記述している。方法および装置は、受信機が、複数の衛星信号に対する航法メッセージ中の時間情報を復調できない乏しいカバレッジ環境において位置解を決定することを可能にする。

ここで使用するとき、用語“結合され”または“接続され”は、間接的な結合と、直接的な結合または接続を意味するように使用される。２以上のブロック、モジュール、デバイスまたは装置が結合される場合、２つの結合されたブロックの間に１つ以上の介在するブロックがあってもよい。

汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラム可能論理デバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタ論理、ディスクリートハードウェアコンポーネント、あるいはここで記述した機能を実行するために設計された、これらの任意の組み合わせにより、ここで開示した実施形態に関して記述した、さまざまな実例となる、論理ブロック、モジュールおよび回路を実現または実行してもよい。汎用プロセッサはマイクロプロセッサでもよいが、代わりに、プロセッサは任意のプロセッサ、制御装置、マイクロ制御装置、または状態遷移機械であってもよい。計算デバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアに関連した１つ以上のマイクロプロセッサ、または他の任意のこのような構成として、プロセッサを実現してもよい。

ここで開示した実施形態に関して記述した方法、プロセスまたはアルゴリズムのステップを、ハードウェア中で直接、プロセッサにより実行されるソフトウェアモジュール中で、またはその２つの組み合わせ中で具体化してもよい。方法またはプロセスにおける、さまざまなステップまたは動作は、示されている順序で実行してもよく、または、別の順序で実行してもよい。さらに、１つ以上のプロセスまたは方法のステップを省略してもよく、あるいは、１つ以上のプロセスまたは方法のステップを、方法およびプロセスに加えてもよい。追加のステップ、ブロックまたは動作は、方法およびプロセスの、開始の、終わりの、または、間にある、既存の要素に加えてもよい。

１つ以上の例示的な実施形態において、記述した機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組み合わせ中で実現してもよい。ソフトウェアまたはファームウェアにおいて実現する場合、物理的なコンピュータ読み取り可能媒体上に、１つ以上の命令、情報、またはエンコードされたコードとして、機能を記憶させてもよい。コンピュータ読み取り可能媒体は、物理的なコンピュータ記憶媒体を含む。記憶媒体は、コンピュータによりアクセスできる任意の利用可能な物理媒体であってもよい。一例として、限定ではないが、そのようなコンピュータ読み取り可能媒体は，ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置または他の磁気記憶デバイス、あるいは、命令またはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを記憶するために使用でき、コンピュータによりアクセスできる他の任意の媒体を備えることができる。ここで使用されるディスク（Ｄｉｓｋおよびｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザーディスク（登録商標）、光ディスク、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク、およびブルーレイディスクを含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は通常、磁気的にデータを再生し、一方、ディスク（ｄｉｓｃ）は、レーザにより光学的にデータを再生する。

いかなる当業者であっても本開示を実施しまたは使用できるように、開示した実施形態の記述をこれまでに提供している。これらの実施形態に対してさまざまな修正が当業者に容易に明らかであり、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、ここで規定した一般的な原理を、他の実施形態に適用してもよい。したがって、本開示は、ここで示した実施形態に限定されるように意図されていないが、ここで開示した原理および新規な特徴に矛盾しない最も広い範囲に一致すべきである。

Claims (29)

1. ワイヤレス受信機中での、位置特定の方法において、
   前記方法は、
   少なくとも２つの衛星ビークルのそれぞれから、擬似雑音コード拡散信号を受信することと、
   各擬似雑音コード拡散信号に対する、ビット遷移端のタイミングを決定することと、
   前記擬似雑音コード拡散信号のうちの少なくとも１つに対する時間基準を決定することと、
   前記時間基準と、前記少なくとも２つの衛星ビークルのそれぞれからの擬似雑音コード拡散信号に対する、ビット遷移端のタイミングとに基づいて、前記ワイヤレスデバイスに対する位置特定解を決定することとを含む方法。
2. 前記擬似雑音コード拡散信号を、ローカルに発生させた擬似雑音コードシーケンスと相関させて、前記少なくとも２つの衛星ビークルを識別することをさらに含む請求項１記載の方法。
3. 前記時間基準に関連したビット端に関係する時間を決定することをさらに含む請求項１記載の方法。
4. 前記擬似雑音コード拡散信号を受信することは、衛星ビークルに対応する擬似雑音コードにより拡散されたグローバルポジショニングシステム航法メッセージを受信することを含む請求項１記載の方法。
5. 前記ビット遷移端のタイミングを決定することは、
   前記擬似雑音コード拡散信号を、ローカルに発生させた擬似雑音コードシーケンスと相関させることと、
   相関位相反転の遷移タイミングを決定することとを含む請求項１記載の方法。
6. 前記時間基準を決定することは、前記擬似雑音コード拡散信号のうちの少なくとも１つからの航法メッセージの、いくつかまたはすべてをデコードすることを含む請求項１記載の方法。
7. 前記位置特定解を決定することは、
   前記時間基準に関連したビット端に関係する既知の時間を決定することと、
   前記少なくとも２つの衛星ビークルのそれぞれからの擬似雑音コード拡散信号のビット遷移を包含している時間窓を構成することと、
   時間基準が知られていない少なくとも１つの衛星ビークルからの信号に対する、前記窓内の少なくとも１つのビット遷移に対して時間仮説を発生させることと、
   前記既知の時間と時間仮説とに基づいて、前記位置特定解を決定することとを含む請求項１記載の方法。
8. 前記時間窓の位置をシフトすることと、
   更新された時間仮説を発生させることと、
   前記既知の時間と、前記更新された時間仮説とに基づいて、更新された位置特定解を決定することとをさらに含む請求項７記載の方法。
9. 前記位置特定解を有効性確認することをさらに含む請求項１記載の方法。
10. 前記解を有効性確認することは、高度の有効性確認と、送信機伝搬遅延の有効性確認と、衛星ビークル仰角の有効性確認と、デバイス速度の有効性確認と、ドップラー残留の有効性確認とのうちの少なくとも１つを含む請求項９記載の方法。
11. 前記解を有効性確認することは、反復の位置解が、予め定められている数の反復内で収束するかどうかを決定することを含む請求項９記載の方法。
12. ワイヤレス受信機中での、位置特定の方法において、
    前記方法は、
    少なくとも２つの擬似雑音コード拡散信号送信機のそれぞれから、擬似雑音コード拡散信号を受信することと、
    各擬似雑音コード拡散信号に対するビット遷移端のタイミングを決定することと、
    第１の擬似雑音コード拡散信号に対する時間基準を決定することと、
    前記第１の擬似雑音コード拡散信号に対する第１のビット遷移に関係する時間を決定することと、
    前記第１のビット遷移と、時間基準が知られていない第２の擬似雑音コード拡散信号からの、少なくとも１つのビット遷移とを取り込む時間窓を構成することと、
    前記第２の擬似雑音コード拡散信号からの少なくとも１つのビット遷移に対して時間仮説を発生させることと、
    前記第１のビット遷移に関係する時間と、前記第２の擬似雑音コード拡散信号からの少なくとも１つのビット遷移に対する時間仮説とに基づいて、前記ワイヤレスデバイスに対する位置特定解を決定することと、
    前記位置特定解を有効性確認することとを含む方法。
13. 前記時間窓の位置をシフトすることと、
    更新された時間仮説を発生させることと、
    前記第１のビット遷移に関係する時間と、前記更新された時間仮説とに基づいて、更新された位置特定解を決定することとをさらに含む請求項１２記載の方法。
14. 前記時間窓を構成することは、２２ミリ秒よりも短い継続時間の時間窓を構成することを含む請求項１２記載の方法。
15. ワイヤレス受信機中での、位置特定の方法において、
    前記方法は、
    複数の衛星ポジショニングシステム（ＳＰＳ）信号のそれぞれに対する、ビット端遷移のタイミングを決定することと、
    少なくとも１つのビット端遷移に対する時間基準を決定することと、
    時間仮説と前記時間基準とに基づいて、前記複数のビット端遷移に対する時間仮説を発生させることと、
    前記時間仮説に基づいて、位置特定解を決定することとを含む方法。
16. ワイヤレスデバイス内の位置特定装置において、
    前記装置は、
    複数の衛星ポジショニングシステムの衛星ビークルから、複数の擬似雑音コード拡散信号を受信するように構成されている受信機と、
    前記複数の擬似雑音コード拡散信号のそれぞれから、ビット端遷移のタイミングを決定するように構成されている相関器と、
    前記擬似雑音コード拡散信号のうちの少なくとも１つに対する時間基準を決定するように構成されているタイミングメッセージデコーダと、
    前記複数の擬似雑音コード拡散信号のそれぞれからのビット端に対して時間仮説を決定するように構成されている仮説選択器と、
    前記時間基準と、前記複数の擬似雑音コード拡散信号のそれぞれからのビット端に対する時間仮説とに基づいて、位置特定解を決定するように構成されている位置解モジュールとを具備する装置。
17. 少なくとも１つのビット端が、少なくとも２つの擬似雑音コード拡散信号のそれぞれから発生する時間窓を決定するように構成されている窓モジュールをさらに具備し、
    前記仮説選択器は、前記時間窓内で発生するビット端に対する時間仮説を決定する請求項１６記載の装置。
18. 前記時間窓は、２２ミリ秒よりも短い継続時間の時間窓を含む請求項１７記載の装置。
19. 少なくとも１つの予め定められている制約条件に基づいて、前記位置特定解を有効性確認するように構成されている有効性確認器をさらに具備する請求項１６記載の装置。
20. 前記少なくとも１つの予め定められている制約条件は、高度の制約条件と、送信機伝搬遅延の制約条件と、衛星ビークル仰角の制約条件と、デバイス速度の制約条件と、ドップラー残留の制約条件とのうちの少なくとも１つを含む請求項１９記載の装置。
21. 前記有効性確認器が、無効な位置解を示す場合、前記仮説選択器は、前記複数の擬似雑音コード拡散信号のそれぞれからのビット端に対する時間仮説を更新する請求項１６記載の装置。
22. 前記タイミングメッセージデコーダは、前記複数の擬似雑音コード拡散信号のうちの第１の信号上でエンコードされたメッセージをデコードすることにより、前記時間基準を決定する請求項１６記載の装置。
23. 前記仮説選択器は、前記複数の擬似雑音コード拡散信号のそれぞれからのビット端に関係する時間を同じ時間に設定する請求項１６記載の装置。
24. 前記同じ時間は、前記時間基準と、前記時間基準が関連する、前記擬似雑音コード拡散信号のうちの少なくとも１つに対する第１のビット端とに基づいて決定される請求項２３記載の装置。
25. ワイヤレスデバイス内の位置特定装置において、
    前記装置は、
    少なくとも２つの衛星ビークルのそれぞれから、擬似雑音コード拡散信号を受信する手段と、
    各擬似雑音コード拡散信号に対する、ビット遷移端のタイミングを決定する手段と、
    前記擬似雑音コード拡散信号のうちの少なくとも１つに対する時間基準を決定する手段と、
    前記時間基準と、前記少なくとも２つの衛星ビークルのそれぞれからの擬似雑音コード拡散信号に対する、ビット遷移端のタイミングとに基づいて、前記ワイヤレスデバイスに対する位置特定解を決定する手段とを具備する装置。
26. 前記位置特定解を決定する手段は、
    前記時間基準に関連したビット端に関係する既知の時間を決定する手段と、
    前記少なくとも２つの衛星ビークルのそれぞれからの擬似雑音コード拡散信号のビット遷移を包含している時間窓を構成する手段と、
    時間基準が知られていない少なくとも１つの衛星ビークルからの信号に対する、前記窓内の少なくとも１つのビット遷移に対して、時間仮説を発生させる手段と、
    前記既知の時間と時間仮説とに基づいて、前記位置特定解を決定する手段とを備える請求項２５記載の方法。
27. 前記時間窓の位置をシフトする手段と、
    更新された時間仮説を発生させる手段と、
    前記最初のビット遷移に関係する時間と、前記更新された時間仮説とに基づいて、更新された位置特定解を決定する手段とをさらに具備する請求項２６記載の装置。
28. 前記位置特定解を有効性確認する手段をさらに具備する請求項２５記載の装置。
29. １つ以上のコンピュータ読取り可能命令によりエンコードされているコンピュータ読取り可能媒体において、
    前記コンピュータにより実行されるとき、前記１つ以上のコンピュータ読取り可能命令は、
    複数の擬似雑音コード拡散信号から、各擬似雑音コード拡散信号に対する、ビット遷移端のタイミングを決定することと、
    前記複数の擬似雑音コード拡散信号のうちの少なくとも１つに対する時間基準を決定することと、
    前記時間基準と、前記擬似雑音コード拡散信号に対する、ビット遷移端のタイミングとに基づいて、ワイヤレスデバイスに対する位置特定解を決定することと、
    の動作を前記コンピュータに実行させるコンピュータ読取り可能媒体。

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