JP2013506818A - 測位システム - Google Patents

Abstract

測位データを含む伝達メッセージを送信するように構成された１つ以上の送信機を備える測位システム（１）であって、前記システムは、前記伝達メッセージを基準時刻と同期化するように構成される。前記伝達メッセージは、複数のチップを含む繰り返し疑似乱数（ＰＲＮ）符号を用いて形成される。前記システム（１）は、前記第１の伝達メッセージと前記基準時刻との間のタイミングバイアス（４４；５４）を判定するように構成される。前記システム（１）は、後に続く疑似乱数（ＰＲＮ）符号の前記タイミングバイアスが減らされるように、前記伝達メッセージの内の１つ以上におけるチップの数を変更するように構成される。

Description

本発明は、同期化された測位システムまたはナビゲーションシステムに関係する。特に、本発明は、位置を測定するために使用されるシュードライト（擬似衛星：pseudolite）の同期化されたネットワークに関係する。

衛星を基盤とする測位システム、特に全地球的測位システム（Global Positioning System：ＧＰＳ）は、受信機の位置を測定するための良く知られた手段を提供する。衛星からの信号は、受信機の環境によって、例えば高層建築物によって、妨害される可能性がある。劣化が、衛星信号の反射、またはマルチパス伝播のために発生し得る。

米国特許第5,686,924号において示されるように、人工衛星（satellite）に加えて、擬似衛星（pseudo-satellite）またはシュードライト（擬似衛星：pseudolite）を使用することが知られている。シュードライトは、一般的に、地上の固定された位置にあるか、あるいは固定された建造物の固定された位置にあると共に、衛星ナビゲーションの伝達メッセージ（transmissions）を模倣（mimic）する。そのようなシュードライトは、ローカルな（local：局地的な）領域における受信機の測位（positioning：位置測定）を向上させ得る。

シュードライトは、それらの信号が常に受信されるように配置されることができると共に、それらの位置は、受信機における位置測定の解決法（position solution）においてエラーを最小限にするために、正確に測量され得る。衛星を信号源とする信号に存在し得るドップラー問題は、最小限にされると共に、地上波に基づく送信機として、シュードライトの信号は、電離層の状態による影響を受けない。

米国特許第5,686,924号

シュードライトは、それぞれ、システムにおける他のシュードライト、または衛星のクロックと同期化されなければならない内部クロックを有する。シュードライトによって送信される信号は、位置を計算するために受信機によって使用されるクロックのデータを含む。従って、クロックにおけるタイミングエラーは、位置測定のエラーに変換され得る。

本発明は、第１の態様において、測位データを含む伝達メッセージを送信するように構成された送信機を備える測位システムであって、前記システムが、前記伝達メッセージを基準時刻と同期化するように構成され、前記伝達メッセージが、複数のチップを含む繰り返し疑似乱数（ＰＲＮ）符号を用いて形成されると共に、前記システムが、前記伝達メッセージと前記基準時刻との間のタイミングバイアスを判定するように構成され、前記システムが、後に続く疑似乱数（ＰＲＮ）符号の前記タイミングバイアスが減らされるように、前記伝達メッセージにおけるチップの数を変更するように構成されることを特徴とする測位システムを提供する。

従って、伝達メッセージは、外部の基準時刻と近似的に同期化されることができる。

好ましくは、前記伝達メッセージは、繰り返し疑似乱数（ＰＲＮ）符号を用いて形成された複数のスーパーフレームを含むと共に、前記チップの数の変更は、後に続くスーパーフレームの前記タイミングバイアスが減らされるように、スーパーフレームの終わりで発生する。

本発明は、第２の態様において、基準時刻と比較した第１のクロックの１つ以上のクロック項（clock term）を送信するように構成された送信機を備える測位システムであって、前記クロック項が、前記第１のクロックと前記基準時刻との間のタイミングバイアスの変化率を指定するドリフト項（drift term）を含み、前記ドリフト項が、最近判定されたドリフト、及び前記ドリフト項の以前の値から計算され、前記システムが、前記第１のクロックの周波数変更の後に時刻に対して適用できる修正されたドリフト項を送信するように構成されると共に、前記修正されたドリフト項が、予測された周波数変更に基づく調整項を含むことを特徴とする測位システムを提供する。

従って、周波数変更の後におけるドリフト項の正確度は向上する。

好ましくは、前記修正されたドリフト項における前記ドリフト項の以前の値が、前記ドリフト項の予測値、及び前記予測された周波数変更に基づく前記調整項によって置き換えられる。

好ましくは、ドリフト項は、下記の式を用いて計算される。

ここで、“β”は、“０”と“１”との間の定数であり、“Ｂ_ｎ１（ｔ）”は、時刻“ｔ”におけるドリフトの推定値であり、“δ_ｎ０（ｔ）”は、時刻“ｔ”における第１のクロックのオフセットの測定値であり、前記測定値は、期間“Δｔ”において取得される。

好ましくは、第１のクロックの周波数変更の後で、数式の項“Ｂ_ｎ１（ｔ−Δｔ）”は、下記の式によって置き換えられる。

ここで、“ｂ_ｎ１”は、周波数変更の時の予測されたドリフト項（ドリフトの項）であり、

は、周波数変更の時における基準時刻の周波数によって割られた、第１のクロックの実際の周波数変化である。

好ましくは、前記伝達メッセージは、複数のスーパーフレームを含むと共に、前記周波数における変化は、スーパーフレームの終わりで発生する。

本発明は、更に、測位データを提供する方法であって、基準時刻と比較した第１のクロックの１つ以上のクロック項を送信する段階を含み、前記クロック項が、前記第１のクロックと前記基準時刻との間のタイミングバイアスの変化率を指定するドリフト項を含み、前記ドリフト項が、最近判定されたドリフト、及び前記ドリフト項の以前の値から計算され、前記方法が、前記第１のクロックの周波数変更の後に時刻に対して適用できる修正されたドリフト項を送信する段階を含み、前記修正されたドリフト項が、予測された周波数変更に基づく調整項を含むことを特徴とする方法を提供する。

本発明は、第３の態様において、基準時刻と比較した第１のクロックの１つ以上のクロック項を含む伝達メッセージを送信するように構成された送信機を備える測位システムであって、前記クロック項が、前記第１のクロックと前記基準時刻との間で定義された１つ以上のタイミングプロパティを含み、前記システムが、前記第１のクロックの周波数を変更するように構成され、前記システムが、前記周波数変更より前に、前記周波数変更の後の時刻に関連するクロック項を計算して送信するように構成されることを特徴とする測位システムを提供する。

従って、受信機は、即座に正確なタイミングオフセット値を使用することができ、判定された受信機の位置の正確度を向上させる。

本発明によるシステムの概要の概観図である。 本発明によるシュードライトの一部分の概略図である。 本発明によるシュードライトによって使用される伝達メッセージのタイミングの概略図である。 本発明によるシュードライトによって使用されるタイミング構造の概略図である。 本発明によるシュードライトによって使用されるタイミング構造の概略図である。 本発明によるシュードライトによって使用されるタイミング構造の概略図である。

本発明は、添付図面を参照して、単なる一例として、ここから説明されることになる。

図１は、本発明によるシュードライトシステム１を示す。シュードライトシステム１は、少なくとも１つのシュードライト２を備えると共に、好ましくは、１つより多い遠く隔たって設置されたシュードライト２を備える。システムは、好ましくは、２個から１０個のシュードライトを備え、図１は、単なる一例として、５個のシュードライトを示す。シュードライト２は、測位信号（positioning signal）を、定義された領域２０におけるユーザ受信機５に送信するように準備される。領域２０は、数キロメートルの範囲（大きさ）であり得る。領域２０は、入り江（harbor）、港（port）、空港、鉄道、道路、または、ユーザ受信機５の位置測定（測位）の信頼性及び／または正確度が増加するべきであるあらゆる領域を含み得る。特に、シュードライトシステム１は、生命の安全及び／または高品質のシステム性能の連続性が必要とされる危機的状況領域（critical situation area）において使用され得る。シュードライトシステム１は、全地球的航法衛星システム（Global Navigation Satellite System：ＧＮＳＳ）の信号が、いくつかある障害の中で特に、ビルの谷間（urban canyon）及び室内動作（indoor operation）を含む局地的な（local）障害によって妨害された状態になる可能性がある状況を含む困難な環境において、同様に使用され得る。それらのシュードライトは、領域２０の中、あるいは領域２０の周辺における現存する建造物または地面に取り付けられる。

システム１は、更に、監視及び制御局１０を備える。データが監視及び制御局１０と各シュードライト２との間で交換されることを可能にする通信リンクが、監視及び制御局１０と各シュードライト２との間に存在する。監視及び制御局１０は、シュードライト２から遠く離れた場所における地上に存在することができるか、または、シュードライト２と共に共同設置されることができる。

シュードライト２は、それぞれが、衛星測位システムによって送信された測位信号（positioning signal）と共通点がある、測位データを含む測位信号（positioning signal）を送信するように構成された送信機６を備える送信局（transmit station）である。各シュードライトアンテナ６の位置は、好ましくはＧＰＳ座標系において正確に測量されると共に、ユーザ受信機５に送信される。特に、シュードライト２は、ガリレオ衛星システム（Galileo satellite system）によって使用される構造に対応する信号を送信する。好ましくは、伝送信号（transmission signal）は、ガリレオ（Galileo）の“Ｅ５ Ａｌｔ−ＢＯＣ”信号構造を使用する。測位信号は、連続して送信され得るか、またはパルス状で送信され得る。それらのシュードライトは、好ましくは、それぞれ、個別のタイムスロットにおいて、パルス状で送信する。完全な一次符号（primary code）のための符号長（code length）は、１［ｍｓ］である。各パルスのタイミングスロットは、１［ｍｓ］／１１であり、すなわち符号繰り返し（code repeat）の１／１１である。更に、シュードライト２は、それぞれ、通信リンクを介して監視及び制御局１０からのデータを受信するためのアンテナ（aerial：空中線）４を有する。

各シュードライト２は、局部発振器によって供給されたクロックを含む演算処理装置８を有している。システムにおけるシュードライトのそれぞれは、遠く離れており、そしてタイミングの基準を得るためにそれ自身の発振器を使用する。そのクロックは、好ましくは、恒温槽付水晶発振器（ovenised crystal oscillator：ＯＣＸＯ）を使用する。そのような発振器は、比較的安いという利点を有する。しかしながら、水晶発振器は、衛星に使用される原子時計ほど正確ではない。例えば、全地球的測位システム（Global Positioning System：ＧＰＳ）は、ルビジウム（Rubidium）及びセシウム（Caesium）の原子時計を使用すると共に、ガリレオシステム（Galileo system）は、水素メーザー（Hydrogen Maser）及びルビジウム（Rubidium）の原子時計を使用する。

監視及び制御局１０は、演算処理装置１８を備える。演算処理装置１８は、シュードライト２が、相互に同期化されるか、及び／または、外部の基準値に同期化されることを保証するための同期化データを生成するように構成される。監視及び制御局１０は、演算処理装置１８に接続されると共に、シュードライト２にコンフィギュレーションデータ（設定データ）を送信し、シュードライト２からのデータを受信するためのアンテナ１２を備える。監視及び制御局１０とシュードライト２は、好ましくは、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（wireless local area network：ＷＬＡＮ、無線ＬＡＮ）によって接続される。その代わりに、監視及び制御局１０とシュードライト２は、有線ネットワーク、またはあらゆる適当な通信リンクによって接続され得る。監視及び制御局１０は、シュードライトによって放送された伝達メッセージ（transmissions）を受信するように準備されたアンテナ１４及び基準値受信機１６を備える。

監視及び制御局１０は、衛星測位システムにおける中央管理機能の機能を模倣して（emulate）、シュードライト２によって送信されるべきナビゲーションメッセージを生成する。ナビゲーションメッセージは、ＷＬＡＮを介して、各シュードライト２に送信される。監視及び制御局１０は、好ましくは、シュードライト２から遠く離れている。

監視及び制御局１０は、アンテナ１４及び基準値受信機１６を経由して各シュードライト２によって送信された測位信号を監視する。監視及び制御局１０は、各シュードライトのクロックバイアス（タイミングオフセット）、クロックドリフト（オフセットの変化率）、及び、加速度（ドリフトの変化率）をマスタクロック（master clock：親時計）と比較する。監視及び制御局１０は、各シュードライト２に関するタイミング補正情報（バイアス、ドリフト、及び加速度）を計算すると共に、各シュードライト２にタイミング補正情報を送信する。

マスタクロックは、好ましくは、マスタシュードライトと呼ばれるシュードライトの内の１つにおけるクロックである。システム１における他の全てのシュードライトのクロックは、マスタクロックと比較して計算された補正量を有すると共に、スレーブクロック（slave clock：子時計）と呼ばれる。マスタシュードライト以外のシュードライトであって、スレーブクロックを有するシュードライトは、スレーブシュードライトと呼ばれる。マスタシュードライトは、好ましくは、スレーブシュードライトに対して、物理的な相違点を有していないと共に、従って、どのシュードライトがマスタシュードライトであるかという選択は、起動時の任意の選択である。監視及び制御局１０は、タイミング情報のために直接使用されるクロックを有していない。マスタシュードライトと比較されたスレーブシュードライトの時刻の瞬間的なオフセットは、スレーブシュードライト２の擬似距離（pseudo range：疑似距離）測定値をスレーブシュードライト２の既知の位置と比較することによって判定される。この情報は、各シュードライトにアップロードされるタイミング補正情報を導き出すために、フィルタ処理されて使用されると共に、各シュードライト２によってナビゲーションメッセージの中で送信される。

一実施例において、スレーブクロックは、マスタクロックと近似的に同期化されるか、及び／または、タイミング補正情報が、各スレーブシュードライトに送信される。特に、マスタクロックは、外部の基準値と全く同期化されないと共に、特に、マスタクロックは、衛星測位信号が提供する外部の基準値と同期化されない。マスタクロックは、一般的に、時間がたてば、より正確な外部の基準値から逸脱する（deviate）であろう。シュードライトクロックの相対的なタイミングがシステム１の中で十分に定義されているので、領域２０におけるユーザ受信機５は、シュードライトシステムのみから、正確で信頼できる位置をまだ獲得することができる。最低限の５個の信号の測定値が、同期化されないシステム時刻（system time：システム時間）を有するユーザナビゲーションの解決法（user navigation solution）を獲得するのに必要とされる。

好ましい実施例において、監視及び制御局１０は、外部の基準値、特に衛星からの信号を受信するように準備されたアンテナ１４及び基準値受信機１６を備える。基準値受信機１６は、信号を処理すると共に、処理された信号を演算処理装置１８に渡す。衛星信号は、好ましくは、特に全地球的航法衛星システム（Global Navigation Satellite System：ＧＮＳＳ）、例えばガリレオ測位システム（Galileo positioning system）において動作する衛星が提供する測位信号である。監視及び制御局１０は、衛星信号を、外部のタイミング基準値として使用する。アンテナ１４及び基準値受信機１６は、更に、シュードライト２によって放送された測位伝達メッセージ（positioning transmissions）を受信する。

好ましい実施例において、外部のタイミング基準値が提供するタイミング情報は、マスタシュードライトに送信される。マスタクロックが、外部のタイミング基準値と同期化されるか、及び／または、マスタクロックと外部基準値との間の差異に関連するオフセット時間が、タイミング信号と共に送信される。ユーザ受信機５は、シュードライト２及び置き替え可能な外部のタイミング基準値を提供する衛星測位システムの内の一方、またはシュードライト２及び衛星測位システムの両方からの信号を使用することができる。タイミング補正値は、（マスタシュードライトクロックが提供する）シュードライトシステム時刻（Pseudolite System Time）に基づいて、及び／または、（例えば衛星が提供する）外部の基準時刻に基づいて、各シュードライト２によって、基準時刻に対する送信シュードライト時刻（transmitting pseudolite time）のオフセットをユーザ受信機５に示すためのタイミングメッセージの中で、送信される。最低限の４個の信号の測定値が、そのような同期化されたシステム時刻（system time：システム時間）を有するユーザナビゲーションの解決法（user navigation solution）を獲得するのに必要とされる。

ユーザ受信機５は、好ましくは、シュードライトシステム１の一部分ではないが、しかし、システム１と共に動作するように構成される。その代わりに、ユーザ受信機５は、システム１の一部分であると考えられ得る。

基準値受信機１６から受信されるデータは、擬似距離（Pseudorange）、搬送波位相、ドップラー、Ｃ／Ｎｏ、及びロック時刻の測定値、；加工していない生のナビゲーションシンボル（Navigation symbol）、及び追跡／受信機状態（tracking & receiver status）のようなデータを含むことになる。演算処理装置１８は、各シュードライトにナビゲーションパラメータ及び多岐にわたる（miscellaneous）データを渡すための通信リンクを介した伝搬に関する命令（command）を生成するための仕組みを提供する。演算処理装置１８と連結されているのは、通信リンクを介して受信されたシュードライトのそれぞれからの肯定応答及び他の調子（health）／状態データを、受け入れて処理するための仕組みである。ユーザインタフェースは、適当な媒体上の状態データの記憶のための機能性と同様に、パラメータを入力すること、及び、一般的なシステムの日常業務におけるシステム状態を獲得することを可能にするために提供される。監視及び制御局１０の演算処理装置１８は、更に、システム１の中のタイミングに関する下位の（low-level：下層の）アルゴリズムを提供する。演算処理装置１８は、各シュードライト２に送信されるべきタイミングオフセットを判定するためのアルゴリズムを含む。

図２は、シュードライト２の演算処理装置８のコアの概略図を示す。演算処理装置８は、４つの区別可能な部分、すなわちタイミング及び周波数生成セクション３０、無線周波数（ＲＦ）セクション３２、ＦＰＧＡデバイスを含むリアルタイムファームウェアセクション２４、及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）上で実行される制御及び“ソフトリアルタイム（soft real-time）”ソフトウェアセクション２６を備える。そのような演算処理装置８の構成は、当業者にとって可能であろうということが考えられる。

シュードライトの伝達メッセージは、高いスペクトル性能（spectral performance）を一貫して供給し得る、単一のステージの単側波帯アップコンバージョン処理（up-conversion process）に基づいている。単一のステージの単側波帯出力は、シングルチップの複素アップコンバータを用いて生成される。このデバイスは、局部発振器が同相及び直交の位相を有する、２つのステージの両側波帯抑圧搬送波ミキサを組み込む。ベースバンド入力信号は、同様に、同相及び直交の位相を有し、これらのミキサによって高い周波数に変換される（アップコンバートされる）。それらの出力は、ベースバンド入力の間の進み／遅れ（lead/lag）の関係に応じて、上方側波帯信号または下方側波帯信号を生成するように結合される。回路構成の残りは、アップコンバージョン処理を最大限に引き出すであろう、これらのベースバンド信号の生成及び制御に関係する。

システム１におけるシュードライトの伝達メッセージは、周波数及び変調に関して、ガリレオ衛星の伝達メッセージ（Galileo satellite transmission）と同じである。それらの伝達メッセージは、Ｅ５Ａ及びＥ５Ｂと呼ばれる同相成分及び直交成分（Ｉ成分及びＱ成分）の２つのペアを含み、それは、１１９１．７９５［ＭＨｚ］を中心とするＲＦキャリア（無線周波数搬送波）上において変調されたＡｌｔＢＯＣ（alternative binary offset carrier）信号である。

シュードライトの伝達メッセージは、符号分割多元接続（code division multiple access：ＣＤＭＡ）を使用する。それらの伝達メッセージは、各シュードライトに特有の所定の符号である疑似乱数（ＰＲＮ）符号で変調される。ＰＲＮ符号は、１０２３０個の一次符号チップ（primary code chip）を含む。

システム１におけるクロック補正値に関する更新率（update rate：更新レート）は、一般的なＧＮＳＳシステムより高い。本発明において、クロック補正値は、好ましくは、２５秒当たりに１度と１００秒当たりに１度との間の基準レート、好ましくは２５秒当たりに１度または５０秒当たりに１度で送信される。５０秒当たりに１度のレートは、Ｅ５ａ及びＥ５ｂの搬送波上のガリレオメッセージフレーム構造による位置合せ及び同期化を提供する。

シュードライトシステム１の起動時に、各シュードライト時刻を開始（initiate：起動）して、マスタシュードライトによって定義されたシュードライトシステム時刻（Pseudolite System Time）にそろえるために、同期化処理が開始される。ネットワークにおける各シュードライトを同期化するために、各シュードライト２に対して周波数及び時刻調整が行われる。一度システム１が動作状態になれば、タイミングアルゴリズムによって判定されたタイミング情報は、個々の発振器が完璧な同期化を達成しないか、または維持しないことになるので、各シュードライトの間の時間的整合における小さな差異を示す。

各シュードライトが送信している間、監視及び制御局１０によって実行されたタイミングアルゴリズムは、マスタシュードライト時刻からの各スレーブシュードライト時刻の時刻補正値（バイアス、ドリフト、及び加速度）を判定する。バイアス、ドリフト、及び加速度は、監視及び制御局１０から各シュードライト２に中継されると共に、シュードライト２によってナビゲーションメッセージの中で放送される。更に、衛星航法システム時刻（satellite navigation system time）からのオフセットが判定されて、ユーザ受信機５に対する伝送のために、同じ方法によって各シュードライト２に送信される。そのドリフトは、スレーブシュードライト発振器の周波数を調整することによって、実質的に取り除かれ得る。

監視及び制御局１０は、シュードライト２を監視すると共に、送信されたタイミング情報の品質を評価する。監視及び制御局１０は、シュードライトを、シュードライトの性能が所定のパラメータ外に低下するであろう“非動作”状態（“non operational” status）に設定する能力を持っている。もし、基準値受信機１６においてシュードライト信号の受信が中断され、それにより、タイミング情報を判定するために利用可能なデータの量が減る場合、そのような場合の一例が発生するであろう。監視及び制御局１０におけるタイミングアルゴリズムは、失敗した（取り損ねた）測定値に対処することができるが、しかし、失敗した（取り損ねた）データの量が増加すると、タイミング情報の正確度は、悪化することになると共に、位置測定の精度は影響を受けることになる。

整合性を監視することに加えて、監視及び制御局１０におけるタイミングアルゴリズムは、更に、システム１が動作している間に、スレーブシュードライトの発振器周波数を調整する能力を提供する。シュードライト時刻が定義された許容差を越えてドリフトを始めているならば、シュードライトにおいて、同期化処理と類似の方法で、周波数調整が判定されて実行される。位置測定の精度を維持するために、周波数調整量は、シュードライトによって送信されたタイミング情報で提供される。

ユーザ受信機５は、シュードライトの伝達メッセージが受信される時刻、及び伝達メッセージ内のタイミングオフセット情報に基づいてクロックモデルを計算する。ユーザ受信機５で適用されたクロックモデルは、およそ１メートルである、タイミングエラーによる位置の不確定性（uncertainty）を維持するように、約３［ｎｓ］以内の真のクロックオフセットに対して正確であるに違いない。時間がたてば、モデル化されたクロックオフセットは、真のクロックオフセットから逸脱する（diverge）ことになると共に、従って、送信されたナビゲーションタイミングメッセージにおけるクロック項（clock terms：クロックの項）（タイミングプロパティまたはタイミング補正値）は、ユーザ受信機５が十分な正確度に対するシュードライトのクロックバイアスを常に知っているであろう程度に十分な頻度で更新されなければならない。クロック項（clock term）の更新スキームは、ガリレオ信号のメッセージ構造によって規定されると共に、特にこの場合において、タイミングメッセージは、スーパーフレーム（既知の階層への多くのナビゲーションフレームのカプセル化）の中に含まれる。スーパーフレームには、Ｅ５ａに関する５０秒の継続期間、及びＥ５ｂに関する２５秒の継続期間がある。一般的に、ユーザ受信機５が、ナビゲーションメッセージから放送のクロック項を完全に受信して利用することができる前に、スーパーフレームの継続期間が必要とされる。

図３は、システム１のためのタイミング更新スキームを示す。クロック項は、監視及び制御局１０によって判定されると共に、スーパーフレームの境界線３９より前に、同様に“ｘ”と呼ばれる期間３８において、シュードライト２に送信される。スーパーフレームの境界線３９は、Ｅ５ａに関しては５０秒毎に発生すると共に、一つおきの（alternate）境界線３９のみが示される。好ましくは、“ｘ”は、次のスーパーフレームの伝達メッセージの約５秒前にある。

各シュードライトに関するタイミング情報は、シュードライト２によってユーザ受信機５に送信されたナビゲーションメッセージに含まれる。シュードライト２は、クロック項（バイアス、ドリフト、及び加速度の内の１つ以上）を送信するのに、スーパーフレームの全体を必要とすると仮定される。クロック項は、従って、伝達メッセージの開始の後、同様に“ｔ_ｓｆ”（Ｅ５ａに関して５０秒）と呼ばれるスーパーフレーム４０の長さの後で、ユーザ受信機５において知られる。Ｅ５ｂの周波数を使用するユーザ受信機５に関して、Ｅ５ｂのスーパーフレームが２５秒の長さであるので、それらの項は、２５秒後に知られることになる。簡単化のために、そのスケジュールは、Ｅ５ａのスーパーフレーム（５０秒）のみの期間に基づいて示される。

クロック項は、ユーザ受信機５によって、好ましくは長さにおいて２つのスーパーフレーム（１００秒）になる期間４２の間に使用される。クロック項は、好ましくは、２つのスーパーフレーム毎に１度の更新率において、例えばＥ５ａに関しては１００秒毎に、更新される。１００秒毎に１度の更新頻度に対して、クロック項は、約１５５秒になる、期間３８、４０、及び４２の合計の期間の間、有効でなければならない。

これは、クロック項の導出（derivation：派生）とそれらの最終の使用との間の時間である。基準値受信機１６は、１秒毎に１度データを出力すると共に、従って、少なくとも１００個の瞬間的なクロックオフセットの測定値が、新しいクロック項を判定するために使用される。瞬間的なクロックオフセットの測定値は、期間４１にわたって発生するとして示される。期間４１は、クロック項の判定の前に始まり、そしてシステム１の動作の間中、細かく間隔を開けられた個々の期間において継続する。

監視及び制御局１０は、クロック項を生成するための特定のアルゴリズムを使用すると共に、同期化機能（synchronization function）を実行する。これらのアルゴリズムは、ここから詳細に説明されることになる。

「指数関数型補正フィルタ（Exponential correction filter）」
指数関数型補正フィルタは、監視及び制御局１０によって実行されるアルゴリズムである。指数関数型補正フィルタは、最近の絶対測定値の加重和（weighted sum）に基づく最近の測定値、及び多くの以前の絶対測定値（履歴）から形成された無雑音（noise free）のタイムオフセットの推定量の両方に基づいて、システム時刻からのスレーブシュードライト２の未来のタイムオフセット（クロック項またはタイミングプロパティ）の推定値を提供する。

指数関数型補正フィルタは、雑音を効果的にフィルタ処理して取り除く。最近の測定値は、現在のタイムオフセットに関する情報を提供するが、しかし、最近の測定値には、それが雑音によって影響を受けているという欠点がある。以前の測定値の履歴は、単一の最近の測定値よりあまり雑音によって影響を受けていないが、しかし、その履歴は、最近の測定値より古いタイミング情報を含む。指数関数型補正フィルタは、バイアス、ドリフト、及び加速度の正確な推定値を提供するために、最近の測定値と履歴とを結合する。最近の測定値は、“判定されたタイミングプロパティ”と呼ばれると共に、バイアス、タイミングドリフト、またはタイミング加速度の内の１つ以上であり得る。履歴値は、「補償されたタイミングプロパティ」と呼ばれ得ると共に、測定値と、補償されたバイアス、タイミングドリフト、またはタイミング加速度の内の１つ以上に関する履歴との結合の以前の計算値（または係数）に関係し得る。その履歴は、フィルタによって雑音がフィルタ処理されて取り除かれたので、あまり雑音によって影響を受けていない。以前の測定値は、それら自体まだ雑音を含んでいるであろう。

その履歴は、各測定サイクルにおける新しい絶対測定値によって更新される。重み係数は、最近の測定値と比較した履歴の相対的な加重（weight：重み）を判定するために使用される。これは、雑音によって引き起こされた測定値変化に対して、測定値が、履歴の影響（平均化効果)を通して、平滑化されることを可能にする。新しい測定値により多くの加重を適用すると、より多くの雑音が影響力を有する。履歴により多くの加重を適用すると、より多くの雑音が減らされる。しかしながら、その履歴が更に大きな程度まで依存されると、オフセットの急速な変化（すなわち、雑音ではない真の変化）を追跡するための指数関数型補正フィルタの能力は減少する。

指数関数型補正フィルタは、スレーブシュードライト２の擬似距離（pseudorange：疑似距離）から判定された瞬間的なクロックオフセットの測定値を取り入れる。指数関数型補正フィルタは、マスタシュードライトに関連するスレーブシュードライトの数“ｎ”に対する次の無雑音（noise free）の値“Ｂ_ｎ０”に関する推定値を判定する。“０”の下付き文字が示すのは、“Ｂ”がタイムオフセット（バイアス）そのものであるということである。これは、本質的にクロックバイアスの推定値であると共に、ある程度以前の測定値の履歴に基づいている。同じアプローチ（approach：やり方）が、時刻“ｔ”におけるタイムバイアスのドリフト“Ｂ_ｎ１（ｔ）”（時折スロープまたはレートと言われる）及び加速度“Ｂ_ｎ２（ｔ）”を判定するために使用される。“Ｂ_ｎ”の項は、減少した雑音を有する現在のタイムバイアス、ドリフト、及び加速度の推定値を提供すると共に、それは、補償された推定値と呼ばれることになるか、あるいは、以前の値は、“補償されたタイミングプロパティ”と呼ばれることができる。

加速度の予測値“Ｂ_ｎ２（ｔ）”は、下記の（式１）によって与えられる。

ここで“δ_ｎ０（ｔ）”は、（“０”で表示された）マスタシュードライトに対するスレーブシュードライト“ｎ”に関する瞬間的なクロックオフセットの時刻“ｔ”における測定値である。“Δｔ”は、各測定値間の時刻における差異である（例えば、“δ_ｎ０（ｔ）”は現在の測定値であり、そして“δ_ｎ０（ｔ−Δｔ）”は以前の測定値である。）。“Δｔ”は、一般的に、１秒であろう。“γ”は、加速度の予測値が、どのくらい実際の測定値と以前の予測値に依存するかを定義するために使用される重み係数である。“（δ_ｎ０（ｔ）−２δ_ｎ０（ｔ−Δｔ）＋δ_ｎ０（ｔ−２Δｔ））／Δｔ^２”は、バイアスされない（unbiased）クロック加速度の現在の推定値を表すと共に、“Ｂ_ｎ２（ｔ−Δｔ）”は、加速度の予測値の“履歴”または以前の値を表す。

ドリフトの推定値“Ｂ_ｎ１（ｔ）”は、下記の（式２）によって与えられる。

ここで、βは、スロープの推定値が測定値または以前の推定値にどのくらい依存しているかを表すために使用される重み係数である。他の全ての項は、上記で定義された通りである。“β”（または“α”または“γ”）が“０”に設定されるならば、スロープが単に最後のスロープの推定値から判定され、そして、それが“１”に設定されるならば、そのスロープが単に測定値から判定されることは、明白である。それらの測定値に雑音が多い（noisy）と仮定すると、“０”と“１”との間の“β”の適切な値が、雑音を十分にフィルタ処理して取り除くために使用されなければならない。例えば、“β”は、“０．１”として設定され得る。更なる例として、“β”は、“０．０５”として設定され得ると共に、一般的に、“β”は、“０．２”未満であろう。同様の値が、“α”または“γ”のために使用され得る。一般的に、“α”、“β”、及び“γ”の値は、異なることになるが、しかし、同じである可能性もある。

タイムオフセット“Ｂ_ｎ０”の次の無雑音（noise free）の値の時刻“ｔ”における予測値は、下記の（式３）によって与えられる。

この場合、“α”は、重み係数であると共に、雑音をフィルタ処理して取り除くために、適切に選択されなければならない。

“０”と“１”との間で“γ”、“β”、及び“α”の適切な値を選択することによって、タイムオフセットの無雑音（noise free）の測定値の予測値は、最後の３つの測定値と、以前の予測値の加重平均値との結合によって生成される。その代わりに、“γ”、“β”、及び“α”は、“０”と異なる極大値（maximum value）との間にあり得る。“γ”、“β”、及び“α”の値は、上述の式の第１の項において選択された最大数（maximum number）から減算されると共に、それらの項は、選択された最大数（maximum number）を用いて正規化される。

各予測値は、以前の予測値に基づいており、従って、最後の３つの測定値は、下記の（式４）のタイムオフセット“Δｔ_ＰＳＬ”によって表されたデータに適合する多項式を与えられて、クロックバイアス、ドリフト、及び加速度の項を推定するために使用される。

スレーブシュードライト“ｎ”に関する多項式の係数は、下記の（式５）、（式６）、（式７）によって与えられる。

特に、クロック周波数変更の時に、上記のクロック項が、前ではなく必要とされるとき、ユーザ受信機５によって利用されるということが重要である。これは、“ｔ_ｏｃ”を、それらの項が使用されるべきであるスーパーフレーム（ナビゲーションページのデータのストリームへのカプセル化）の始まりとして定義することによって、ある程度強要され得る。図３において示されたように、クロック項は、１つのスーパーフレームの後で、すなわちそれらの項が最初に送信されたスーパーフレームの始まりの５０［ｓ］後で使用され得る。

時刻“ｔ_ｏｃ”において有効であるように調整された時刻“ｔ”における現在のフィルタの予測値である、パラメータ“ｂ_ｎ０”、“ｂ_ｎ１”、及び“ｂ_ｎ２”の新しいセットが定義され得る。これらは、加速度フィルタがオフセットの二次導関数であると共に、ドリフトフィルタが一次導関数であることに注目することによって決定される。従って、“ｔ_ｏｃ＝ｔ＋ｔ_ｓｆ＋ｘ”として、下記の（式８）、（式９）、（式１０）によって与えられる。

ここで、“ｔ_ｓｆ”は、スーパーフレームの長さ（好ましくはＥ５ａのスーパーフレームに関しては５０秒）であり、“ｘ”は、最後の予測値の“ｔ”とクロック項が使用されるスーパーフレームの始まりとの間で設定された時刻である。（例えば、“ｔ_ｓｆ＋ｘ”は、クロック項がスーパーフレーム境界の５秒前に判定されるならば（すなわちｘ＝５）、約５５秒であろう。）

クロック項は、従って下記の（式１１）、（式１２）、（式１３）によって与えられる。

適用（applicability）の時刻“ｔ_ｏｃ”と同調して、バイアス、ドリフト、及び加速度の項は、ナビゲーションメッセージにおける伝送のために、シュードライトに送信される。ユーザ受信機５は、その場合に、位置を測定する際に、送信クロックバイアスを判定するために、下記の（式１４）によって与えられる“Δｔ_ＰＳＬ”を使用する。

に関して、それらの係数が、システム時刻の点から見て表されるべきであるのに対して、それらの項は、基準値受信機のクロックの時刻における瞬間的な測定値から判定される。ユーザ受信機５は、未来の時刻における利用のためのクロック補正値を提供される。監視及び制御局１０と、シュードライト２は、未来の時刻“ｔ_ｏｃ”の前に、タイミングオフセット（バイアス、ドリフト、及び加速度）を送信する。特に、監視及び制御局１０によるシュードライト２に対する伝達メッセージ、そして、ユーザ受信機５に対する伝達メッセージは、未来の補償されたタイミングプロパティ（バイアス、ドリフト、及び加速度の項ｂ_ｎ０、ｂ_ｎ１、ｂ_ｎ２の内の１つ以上）をスーパーフレーム内に含み得る。未来のタイミングプロパティまたは複数のタイミングプロパティは、好ましくは、次のスーパーフレームに関係する。その代わりに、総計のタイミングオフセット“Δｔ_ＰＳＬ”が、シュードライト２によって送信され得る。

下記で説明されたように、スレーブシュードライトのクロック発振器の周波数は、起動時に、もしくは、動作中に変更され得る。もはや未来のタイミングオフセットを正確に予測しないので、周波数の変更に続いて、上記の方法を用いて、タイミングドリフトの履歴、及びタイミング加速度の履歴が計算される。バイアスの履歴は、一般的に、周波数変更によって影響を受けない。

周波数調整の後に続く、そして過去の測定値を使用した、未来の時刻“ｔ_ｏｃ”におけるタイミングドリフトの計算は、周波数変更によって提供された補正にすぐには応答しないことにより“オーバーシュートする（overshoot：超過する）”タイミングオフセットになり得る。周波数調整、特にドリフトの調整の後に続く、クロック項の補正の詳細は、下記で説明される。

「周波数調整」
各シュードライトのクロックは、発振器に基づいている。シュードライト２の発振器が相互にできる限り近い周波数で動作するということが好ましい。各発振器の周波数は、好ましくは、起動手続きの間に調整されると共に、更に、使用する間に調整され得る。

起動手続きの間の周波数調整の目的は、各スレーブシュードライトの発振器の周波数を、マスタシュードライトの発振器の周波数にできる限り近くなるように調整することである。周波数調整は、クロックドリフトが、できる限り小さくなるまで、もしくは事前に定義されたしきい値以内になるまで、クロック周波数を調整することによって実行される。

時刻“ｔ”において、マスタシュードライト（システム時刻）と比較したスレーブシュードライト周波数は、下記の（式１５）によって与えられる。

ここで、“ｆ_ＰＳＬ（ｔ）”は、時刻“ｔ”におけるスレーブシュードライトの発振器の周波数であると共に、“ｆ_{ｓｙｓｔｅｍ}（ｔ）”は、時刻“ｔ”におけるマスタシュードライトの発振器の周波数（またはシステム時刻）である。“Ｂ_ｎ１（ｔ）”は、時刻“ｔ”における現在のドリフトの予測値である。名目上は、周波数調整は、次の、しかし１つのスーパーフレームの境界上で行われることになると共に、従って、周波数調整は、現在のドリフトが一定ではないならば、これを考慮するべきである。例えば、次の、しかし１つのスーパーフレームの境界（ｔ_ｏｃ）におけるシュードライトの周波数は、下記の（式１６）によって与えられる。

ここで、“ｔ_ｏｃ＝ｔ＋ｔ_ｓｆ＋ｘ”であり、“ｔ_ｓｆ”は、スーパーフレームの長さ（好ましくはＥ５ａのスーパーフレームに関しては５０秒）であると共に、“ｘ”は、最後の予測値の“ｔ”とクロック項が使用されるスーパーフレームの始まりとの間で設定された時刻であり、それは、下記の（式１７）に示されるように簡単化され得る。

シュードライトの発振器を、マスタシュードライトの周波数と同じ周波数になるように調整するために、必要とされる調整量、“Δｆ_ＰＳＬ”は、下記の（式１８）を使用して判定される。

ここで、“ｂ_ｎ１”は、上記で計算されたドリフトパラメータである。

システム時刻の絶対周波数、特にマスタシュードライトの発振器は、正確に知られていなくても良い。“ｆ_{ｓｙｓｔｅｍ}＝所定の値、例えば（正確に）１０．２３［ＭＨｚ］”の近似は、一般的に十分である。その代わりに、“ｆ_{ｓｙｓｔｅｍ}”は、スレーブシュードライトの周波数として近似され得る。

起動時に、各シュードライトの発振器のクロック周波数を、できる限りマスタシュードライトのクロックに近づけるように設定することが望ましい。一般的に、正確に周波数を一致させることは、可能ではない。スレーブシュードライトに、システム時刻と比較したわずかなドリフトを与えることは、望ましいかもしれず、動作しているときに、意図的なドリフトは、現在のバイアスオフセットに対して反対の方向にある。シュードライトの発振器のクロック周波数は、マスタシュードライトのクロックと比較して、オフセットの大きさを減少させるように選択される。従って、バイアスオフセットは、時間がたてば徐々に減少することになる。例えば、スレーブシュードライトが、正のバイアスを有している、例えばマスタシュードライトの時刻より１［μs］進んでいるならば、スレーブシュードライトの周波数は、マスタシュードライトの周波数より僅かに低くなるように調整され得る。スレーブシュードライトの時刻とマスタシュードライトの時刻との間の差異は、従って時間がたてば減少することになる。その周波数が“超過して調整される（over adjusted）”ならば、シュードライトの時刻は、システム時刻と比較してドリフトすることになる。本発明に基づいた方法は、制御限界に到達する場合に、時刻を反対の方向に制御可能にドリフトさせるように超過した（over：余分な）調整が行われることによって、スレーブシュードライトの発振器の周波数が、正の限界及び負の限界の範囲内に制御されることを可能にする。

必要とされる周波数変更は、従って、下記の（式１９）によって与えられる。

ここで、“Δｆ^{ｅｘｔｒａ}”は、シュードライトの時刻をドリフトさせるために使用される特別な（extra）周波数調整量である（“Δｆ^{ｅｘｔｒａ}”は、最初にスレーブシュードライトをシステム時刻に同期化しようとする起動時にはゼロであり得る。）。“Δｆ^{ｅｘｔｒａ}”は、シュードライトのクロック時刻を現在のバイアスに対して反対の方向に設定することによって、シュードライトのクロック時刻を制御限界の間にドリフトさせるために使用されることができる。例えば、現在のバイアスが正方向であるならば、特別な周波数調整は負方向であるべきであり、そして、現在のバイアスが負方向であるならば、特別な周波数調整は正方向であるべきである。このような方法で、クロック時刻は、システム時刻と比較してドリフトすることになると共に、大きなバイアスは、従って減らされることになる。特に、下記の（式２０）が与えられる。

クロック周波数の変更は、電圧制御発振器を制御する基準値の値を決定するデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を調整することによって行われる。ＤＡＣは、必要とされる周波数調整に関する適当量によって調整される。ＤＡＣ出力の量子化のために、正確な周波数調整が可能ではない場合があり、従って、周波数調整は、最も近いＤＡＣレベルに丸められることになる。これをする際に、現在のバイアスは、調整の丸み付け（rounding）を決定するために使用され得る。例えば、クロックバイアスが大きく、そしてその場合に減少させることを必要とするならば、ＤＡＣレベルは、クロック周波数をマスタシュードライトのクロック周波数の方へドリフトさせるように丸められ得る。

時刻“ｔ_ｏｃ”におけるドリフト“ｂ_ｎ１”は、下記の（式２１）に示されるようにクロックドリフトの項を定義するために、周波数変更によって調整される。

ここで“ａｃｔｕａｌ”は、必要とされる周波数調整とは対照的に（有限のＤＡＣ調整に関して）実行される周波数変更のことを指す。

ユーザ受信機５は、ユーザ受信機とシュードライトを同期状態に維持するために、シュードライトの発振器が調整されるのと同時に、すなわちスーパーフレーム境界で、このクロック項を利用する。

他の２つのクロック項は、“ｔ_ｏｃ＝ｔ＋ｔ_ｓｆ＋ｘ”として、下記の（式２２）、（式２３）によって与えられる。

バイアス項、及び加速度項は、レート変更に影響されないと共に、まだ、

を使用して判定される。その代わりに、加速度の履歴項は、ゼロに設定され得る。

クロック項における履歴のより高い重み付けは、ドリフトにおける変化を追跡する際、フィルタのより長い応答を提供する。これは、結果として、周波数調整の後の、クロック項の正確度の減少になる。周波数調整の後の正確度は、その周波数が調整されるときに、履歴を修正することによって向上し得る。その履歴は、周波数調整の後のクロック項の期待値に等しくなるように修正され得る。

そのシステムは、シュードライトのクロックの周波数を変更するように構成されると共に、そのシステムは、周波数変更に基づいて調整項を計算するように構成される。そのシステムは、周波数変更の後の時刻に適用できる（指数関数型補正フィルタの一部分としての）ドリフト項を送信するように構成され、前記ドリフト項は、調整項を使用する。

クロックの調整の後で、時刻“ｔ_ｏｃ”における周波数の測定値は、無視されるかもしれないと共に、そのフィルタは、（式２）におけるドリフトの履歴“Ｂ_ｎ１（ｔ−Δｔ）”を調整することによって、ドリフトの新しい値に即座に適応しなければならない。下記の（式２４）を用いたフィルタにおいて、ドリフトの履歴項は、（式２１）に明記されるように（この場合、“ｔ”は“ｔ_ｏｃ＋Δｔ”である）、クロックのドリフト項によって置き換えられる。

ここで“ａｄｊｕｓｔｅｄ”は、現在の値からのフィルタの履歴値の変更のことを指す。この調整項は、通常は以前の履歴項に部分的に基づくタイミングオフセットに起因する予測されたタイミングオフセットの時刻の“超過（overshooting）”を減少させる。

フィルタの履歴に対する調整は、クロックの調整が実行される時刻“ｔ_ｏｃ”において実行されると共に、それがクロックの調整が実行された後の“Δｔ”の時刻におけるフィルタ（（ｔ−Δｔ））の履歴部分であるということを示すために、“Ｂ_ｎ１（（ｔ_ｏｃ＋Δｔ）−Δｔ）”と書かれる。調整されたドリフトの履歴は、判定されたドリフト項に等しいと共に、ユーザ受信機５によってこの時に利用される。従って、時刻“ｔ”より前の時刻において計算された補償されたタイミングプロパティ（例えばドリフト）の以前の値は調整されると共に、それは、判定されたタイミングプロパティ（例えばドリフト）と同じ値になる可能性がある。

要するに、測位システムは、第１のクロックの１つ以上のクロック項を送信するように構成された送信機を備える。クロック項は、前記第１のクロックと前記基準時刻との間のタイミングオフセットの変化率を指定するドリフト項を含む。

ドリフト項は、最近判定されたドリフト、及びドリフト項の以前の値から計算される。好ましくは、ドリフト項は、測定されたドリフトと、多くの以前の測定値から形成されたドリフトの履歴の推定量との加重和（weighted sum）から計算される。

好ましくは監視及び制御局１０によって制御された第１のクロックの周波数の変更に続いて、システム（スレーブシュードライト）が、ドリフト項の調整された以前の値を用いて計算されたドリフト項を送信するように構成される。好ましくは、（式２）におけるドリフト項の履歴成分、すなわち“Ｂ_ｎ１（ｔ−Δｔ）”は、レート変更の後の予測されたドリフトを提供する調整項を含む下記の（式２５）で与えられる項

によって置き換えられる。

ここで、“ｂ_ｎ１”は、周波数変更が発生するように予定されるスーパーフレームの境界において予測されたドリフト項である。周波数変更が発生する前に、項“ｂ_ｎ１”は計算される。

従って、周波数変更の後の時刻におけるドリフト項は、ドリフト項の以前の値（履歴）に対して、減らされた依存関係によって、あるいは全く依存関係なしに、計算される。履歴部分は、好ましくはレート変更の後のドリフトにおける予測された変化である調整項を含む修正された項によって置き換えられる。代わりの項

は、周波数変更の時の予測されたドリフトに、実際の周波数変更によるドリフトにおける予測される変化を加えたものから構成される。

特に、指数関数型補正フィルタに関して説明されたように、タイミングオフセットは、１つ以上の補償されたタイミングプロパティから計算される。時刻“ｔ”における補償されたタイミングプロパティは、受信された判定されたタイミングプロパティ、すなわちシュードライトの伝達メッセージから監視及び制御局１０によって測定されたドリフトから計算される。監視及び制御局１０は、更に、時刻“ｔ”より前の時刻に計算された、フィルタの履歴と呼ばれると共に、計算されたタイミングプロパティのより古い値である、補償されたタイミングプロパティの以前の値を受信する。監視及び制御局１０は、第１の重み係数を判定されたタイミングプロパティに適用すると共に、第２の重み係数を補償されたタイミングプロパティの以前の値に適用する。第１の重み係数及び第２の重み係数は、補足的であり、すなわち、もし第１の重み係数“α”が“０”と“１”との間にあるならば、第２の重み係数は、“（ｌ−α）”である。監視及び制御局１０は、重み付けされた判定された時刻プロパティ、補償されたタイミングプロパティの重み付けされた以前の値、１つ以上の補償されたタイミングプロパティを用いて計算されたタイミングオフセットに基づいて、補償されたタイミングプロパティを計算する。そのシステムは、第１のクロックの周波数を第２のクロックの周波数の方へ向けて調整するように構成される。特に、監視及び制御局１０は、制御信号を、最初の伝達メッセージを送信する関連したシュードライトに送信する。そのシステムは、最初の伝達メッセージを制御するクロックの周波数の調整の後で、次の補償されたタイミングプロパティを計算するために使用される補償されたタイミングプロパティ（ドリフト）の以前の値を調整するように構成される。フィルタの履歴項は、推定されたタイミングプロパティに等しくなるようにリセットされ、従って、指数関数型補正フィルタによるタイミングドリフトの次の計算は、現在の測定された（判定された）タイミングプロパティのみに基づくことになる。

実際の周波数調整は、システムが完全な動作状態であると考えられる前の発振器の較正を通して予測されることになるが、しかし、真の周波数調整は、多くの測定値が受信されて、クロック項が再び判定され得るまで、見分けられないであろう。起動に関して、これは問題を全く引き起こさないが、しかし、動作状態のときに、真の周波数変更と予測される周波数変更とにおけるあらゆる差異が、クロック項が再び更新され得るまで大きくなり得るタイミングエラーとして明らかになるであろう。従って、発振器制御電圧の正確な較正は不可欠であり、従って、ＤＡＣの既知の調整は、周波数における既知の調整量を生成する。

システム時刻に対するバイアスまたはドリフトが大きくなりすぎるならば、スレーブシュードライトのクロック周波数に対する調整が実行され得る。バイアスの制限がクロック項を判定することに基づいて誘発されるならば、その場合に、適切なクロック項の調整量が計算されることになると共に、放送のクロック項が、従って合わせられることになる。好ましくは、周波数変更は、スーパーフレームの終りにおいて発生すると共に、調整されたクロック項は、次のスーパーフレームの間有効である。

スレーブシュードライトの発振器のクロック周波数変更の前に、スレーブシュードライトは、クロック項をユーザ受信機５に送信すると共に、前記クロック項は、周波数変更後のシュードライトの発振器クロックに対応する。ユーザ受信機５は、周波数変更の前に、スーパーフレームを介してクロック項を受信すると共に、意図したスーパーフレーム境界において、新しいクロック項を使用する。新しいクロック項が使用されるのと同時に、スレーブシュードライトの発振器クロックの周波数調整が実施される。

上記の計算されたタイムオフセットは、マスタシュードライトのクロック（基準時刻）とスレーブシュードライトのクロックとの間、及び／または、（例えば衛星からの）外部基準時刻とスレーブシュードライトのクロックとの間のタイミング差のことを指し得る。

「チップスリッピング（chip slipping：チップスリップ化）」
各スレーブシュードライトの絶対時刻（absolute time）は、パルス化の位置合せ（pulsing alignment）を保証するために、好ましくは、約９［μｓ］以内までマスタシュードライトに同期化される。時間９［μｓ］は、パルス伝送スロットの時間の１／１０に対応する。一度十分な周波数の調節（alignment）がスレーブシュードライトのクロックとマスタシュードライトのクロックとの間で達成されれば、タイムオフセットまたはバイアスは、本発明による“チップスリップ（chip slip）”と呼ばれる処理によって取り除かれるか、もしくは減らされる。当該技術において知られているように、ＰＲＮ符号は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）変調を提供するために、データ信号を変調する。図４ａは、５０秒の等しい長さをそれぞれが有する一連のスーパーフレーム４０を示す。示された例において、マスタシュードライトによって判定されたように、第１のスーパーフレーム４０は、５００秒のシステム時刻において始まる。各スーパーフレーム４０は、その開始時刻を示すタイミングデータを伝送する。スーパーフレームを形成するＰＲＮ符号は、１０２３０個のチップを含む。ＰＲＮ符号は、好ましくは、長さ１［ｍｓ］であると共に、従って、各チップは、約９８［ｎｓ］の長さを有している。

ＰＲＮ符号のチップは、次のフレームの始まりを遅らせるか、あるいは早めるために、ナビゲーションフレームの終わりに加えられるか、またはナビゲーションフレームの終わりから取り除かれると共に、従って、シュードライトの時刻を調整する。一度十分な調節（alignment）がチップスリッピング（chip slipping：チップスリップ化）を通して達成されれば、シュードライトは、動作用として使用される（used for operations）ことができる。“チップスリップ（chip slip）”処理は、シュードライトの時刻の比較的大きな調整を可能にすると共に、一般的に、最初の同期化手続きの間にだけ実行される。周波数調整は、一般的に、動作の間にバイアスを制御するために使用されると共に、従って、更なる“チップスリップ”は、一般的に必要ではない。最初の同期化の後で“チップスリップ”が必要とされる場合には、シュードライトは、一時的に、クロック項はユーザ受信機によって使用されるべきでないという識別子（identification）を送信し得る。

タイミングバイアスは、基準時刻とスレーブシュードライトの時刻との間の差異である。加えられるか、もしくは取り除かれるべきチップの数は、タイミングバイアスの長さに相当する。監視及び制御局１０は、加えられるか、もしくは取り除かれるべきチップの数を計算すると共に、計算された数をスレーブシュードライト２に送信する。従って、測位データの伝達メッセージは、第１の場所から送信されると共に、基準時刻は、第１の場所から遠く離れた第２の場所から送信される。第１の伝達メッセージと基準時刻との間のタイミングバイアスは、第１の場所及び第２の場所から遠く離れた第３の場所において判定されると共に、タイミングバイアスは、第３の場所から第１の場所に送信される。

マスタシュードライトは、基準時刻を生成すると共に、それは、複数のチップを含む繰り返し疑似乱数（ＰＲＮ）符号を用いてそれ自体が形成された伝達メッセージから判定され得る。

起動時において、周波数同期化（周波数調整）の後で、次のスーパーフレームの始まりを遅らせるか、あるいは早めるために、スーパーフレームの終わりにチップを加えるか、もしくはスーパーフレームの終わりからチップを取り除くことによって、各スレーブシュードライトの時刻のパルス化の位置合せ（pulsing alignment）が実行される。このような方法で、加えられるか、もしくははずされた（slipped：スリップされた）チップの数によって絶対時刻が調整されると共に、タイミングバイアスが減らされる。チップの加算または減算の後で、（ＰＲＮ符号が変わることによって）ユーザ受信機５がシュードライトに対する同期を失うことが有り得ると共に、従って、時刻同期化処理をスピードアップするために、全てのシュードライトを同時にチップスリップ（chip slip）させることが望ましいかもしれない。更に、取り除かれたチップは、ナビゲーションフレームのデータ内容を含む可能性が高く、その場合にそれらは失われ、その結果、サービスの中断を引き起こす。それでもなお、動作の最初に１度だけ実行されるか、もしくは、全体の同期化エラーを修正するための、この粗調整は、同期化を達成する最も効率的な方法であると考えられる。

加えられるか、もしくは取り除かれたいくらかの符号チップは、ＰＲＮ符号の一部分に対応し得る。その代わりに、加えられるか、もしくは取り除かれた符号チップは、少なくとも１つの全体のＰＲＮ符号に対応し得ると共に、全体のＰＲＮ符号の整数、及び更なるＰＲＮ符号のあらゆる小数に対応し得る。

周波数同期化（周波数調整）処理に関しては、シュードライトのクロックバイアス及びドリフト（同期化手続きにおいてチップスリッピング（chip slipping：チップスリップ化）が周波数調整の後に続くので、この段階のドリフトは小さいであろう。）を判定するためにフィルタが使用される。チップスリップ（chip slip）は、全てのアルゴリズム処理を、歩調を合わせて類似した状態に保つために、次の、しかし１つのスーパーフレーム境界において（すなわち時刻“ｔ_ｏｃ”において）実行されることになる。チップスリッピング（chip slipping：チップスリップ化）は、あらゆるタイムバイアスを除去しなければならないと共に、従って、必要とされる調整量は、現在のバイアスに等しいと共に、現在のバイアスと方向は反対である。例えば、必要とされる調整量Δ^{Ｔｒｅｑｕｉｒｅｄ}は、下記の（式２６）によって与えられる。

ここで、

は、上記で定義されたように、予測されたタイミングオフセットである。

図４ｂは、正のバイアス４４を有するスーパーフレーム４２を示す。スーパーフレーム４２は、５００秒の時刻において始まることを意図しており、そして、スレーブシュードライト２によって、マスタシュードライトによって設定されたシステム時刻と比較して、遅れて送信された。スレーブシュードライト２によって送信されたスーパーフレームをシステム時刻に同期化するために、スーパーフレーム４６は、スーパーフレーム４６の終わりからチップを取り除くことによって長さが減らされる。取り除かれたチップは、長さ４８を有していると共に、それは、量子化された正のバイアス４４に相当する。次のスーパーフレーム５０は、直接、減らされたスーパーフレーム４６の後に続く。スーパーフレーム４６の長さが減らされたために、次のスーパーフレーム５０は、６００秒のほぼ正しい時刻において始まる。スーパーフレーム５０は、正確なタイムオフセットを示す追加のデータと共に、約６００秒のシステム時刻における始まりを示すデータを含む。

チップの長さは、約９８［ｎｓ］であると共に、ユーザ受信機５は、好ましくは、１［ｍ］以内のエラーを有する位置を計算するために、３［ｎｓ］以内の正確な時刻情報を必要とする。従って、一般的に、単に全てのチップが取り除かれるか、もしくは加えられるかもしれないので、正確な時刻調整を、チップスリッピング（chip slipping：チップスリップ化）だけで獲得することは、可能ではない。更なる同期化、または既知のタイミングオフセットを提供するデータが、同様に必要とされる。必要とされる時刻調整量は、チップを最も近い数に丸めることによって、量子化されたチップスリッピングの量に修正されるべきである。好ましくは、チップの数は、チップの除去（chip removal）によって変更される。

図４ｃは、チップが加えられるべきであることを意味している現在のバイアスが負である場合の、チップスリッピング（chip slipping：チップスリップ化）の実施例を示す。示された実施例は、タイミングデータに対する修正が後に続く、チップの除去の好ましい方法を使用する。この実施例は、従ってチップを加える必要性を回避する。図４ｃの実施例では、スーパーフレーム５６は、負の調整によって、チップの除去によって、複数のチップ５８によって、変更される。チップ５８の除去は、スーパーフレーム５６の終わりを、６００秒の時刻における、システム時刻のスーパーフレームの終わりと同期化する。次のスーパーフレーム６０は、標準的な長さである。次のスーパーフレーム６０は、スーパーフレーム５６における時刻データと同じである時刻データを含み、すなわち時刻データは６００秒の開始時刻を示す。次のスーパーフレーム６０は、次のフレームの予測された開始時刻（すなわち６５０秒）に関してタイミングデータを有していない。予測される時刻データのこの修正は、システム時刻上の正しいフレームとの対応を保証する。従って、チップスリップの後に続くスーパーフレーム６０は、短くされたスーパーフレーム５６と同じ時刻タグを有していなければならない。

もしバイアス“ｂ_ｎ０”が負であるならば、必要とされるチップスリップ量は、下記の（式２７）を使用して判定される。

もし現在のクロックドリフトが負であるならば、その場合に、バイアスを正の状態にすることが望ましいと共に、もしドリフトが正であるならば、バイアスは負であるべきである。これは、より長い間クロックを管理限界（control limit）の中に維持すると共に、最も近いチップに丸められているときに実行され得る。チップスリップが周波数調整の後で行われるので、そのドリフトは非常に小さくなるべきであるが、しかし、そのドリフトは一般的にゼロではなく、従って、バイアスは、ドリフトに対して反対の方向に設定され得る。

チップスリッピングの後で、クロックバイアスは、下記の（式２８）によって与えられる。

ここで、“ΔＴ^{ａｃｔｕａｌ}”は、チップスリッピングを通して実行された実際の時刻変更量である。これは、調整されたチップの数に比較して生成された絶対時刻調整量であるべきである。“ΔＴ^{ａｃｔｕａｌ}”が実際の時刻変更量を表し、従って、負の“ｂ_ｎ０”に対しては正になると共に、逆もまた同じである点に注意が必要である。例えば、これは、“ｂ_ｎ０”の値に対して、大きさにおいて近く、符号が反対の値であろうと共に、従って、バイアスをゼロの近くまで減らすであろう。

クロックの周波数は、変わらないと共に、従って、他のクロック項は、下記の（式２９）、（式３０）のように、影響を受けない。

そして、チップスリップの時刻において、バイアスフィルタは、下記の（式３１）に示されるように調整される。

バイアスフィルタのこの調整は、上述のように、周波数調整の後で指数関数型補正フィルタにおける履歴をリセットすることに類似している。あらゆるチップ調整の後に受信機５が同期を失うことが有り得ると共に、従って、“ブラックアウト（black out：一時的に同期を失った状態）”の時間次第で、フィルタ項を調整することは必要ではなくなり、しかし、その代わりに、測定値が戻るときに、フィルタを単に再起動することが必要になる。デフォルト値が動作中のこの段階の間に送信されるので、クロック項は、判定される必要はなく、すなわち、シュードライトが無効のフラグを送信していると共に、従ってユーザの測位のために使用されない場合には、始終チップスリッピングだけが行なわれるべきである。

説明された特徴の内のどれでもが、あらゆる実施例からの他の特徴と結合して使用され得る。他の特徴とは無関係に、特徴の内のどれでもが、本発明の主題を形成し得る。

１ シュードライトシステム
２ シュードライト
４ アンテナ（空中線）
５ ユーザ受信機
６ 送信機（シュードライトアンテナ）
８ 演算処理装置
１０ 監視及び制御局
１２ アンテナ
１４ アンテナ
１６ 基準値受信機
１８ 演算処理装置
２０ 定義された領域
２４ リアルタイムファームウェアセクション
２６ 制御及び“ソフトリアルタイム”ソフトウェアセクション
３０ タイミング及び周波数生成セクション
３２ 無線周波数（ＲＦ）セクション

Claims (15)

1. 測位データを含む伝達メッセージを送信するように構成された送信機を備える測位システムであって、
   前記システムが、前記伝達メッセージを基準時刻と実質的に同期化するように構成され、
   前記伝達メッセージが、複数のチップを含む繰り返し疑似乱数（ＰＲＮ）符号を用いて形成されると共に、
   前記システムが、前記伝達メッセージと前記基準時刻との間のタイミングバイアスを判定するように構成され、
   前記システムが、後に続く疑似乱数（ＰＲＮ）符号の前記タイミングバイアスが減らされるように、前記伝達メッセージにおけるチップの数を変更するように構成される
   ことを特徴とする測位システム。
2. １つ以上の伝達メッセージ及び／または基準値を送信するように構成された１つ以上のシュードライトを更に備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の測位システム。
3. 前記伝達メッセージが、繰り返し疑似乱数（ＰＲＮ）符号を用いて形成された複数のスーパーフレームを含むと共に、
   前記チップの数の変更が、後に続くスーパーフレームの前記タイミングバイアスが減らされるように、スーパーフレームの終わりで発生する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測位システム。
4. 前記伝達メッセージと前記基準時刻との間に正のタイミングバイアスが存在するならば、１つ以上の疑似乱数（ＰＲＮ）符号におけるチップの数が減らされるか、または、
   前記伝達メッセージと前記基準時刻との間に負のタイミングバイアスが存在するならば、１つ以上の疑似乱数（ＰＲＮ）符号におけるチップの数が減らされると共に、前記伝達メッセージ内のタイミング情報が、前記基準時刻とそろえるように変更される
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の測位システム。
5. 前記伝達メッセージが、第１の場所から送信され、
   前記基準時刻が、前記第１の場所から遠く離れた第２の場所から送信され、
   前記第１の伝達メッセージと前記基準時刻との間の前記タイミングバイアスが、前記第１の場所及び前記第２の場所から遠く離れた第３の場所で判定されると共に、
   前記タイミングバイアスが、前記第３の場所から前記第１の場所に送信される
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の測位システム。
6. 前記タイミングバイアスが、１つ以上の補償されたタイミングプロパティから計算され、
   時刻“ｔ”における前記補償されたタイミングプロパティが、
   前記基準時刻と比較した最近判定された前記第１の伝達メッセージのタイミングプロパティを受信し、
   時刻“ｔ”より前の時刻に計算された、前記基準時刻と比較した第１の伝達メッセージの前記補償されたタイミングプロパティの以前の値を受信し、
   前記判定されたタイミングプロパティに第１の重み係数を適用すると共に、前記補償されたタイミングプロパティの以前の値に第２の重み係数を適用し、
   前記重み付けされた判定されたタイミングプロパティと、前記重み付けされた補償されたタイミングプロパティの以前の値とに基づいて、前記補償されたタイミングプロパティを計算することによって計算され、
   前記タイミングバイアスが、前記１つ以上の補償されたタイミングプロパティを用いて計算される
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の測位システム。
7. 前記判定されたタイミングプロパティが、前記タイミングバイアス、タイミングドリフト、またはタイミング加速度の内の１つ以上であり、及び／または、前記補償されたタイミングプロパティが、補償されたタイミングバイアス、タイミングドリフト、またはタイミング加速度の内の１つ以上である
   ことを特徴とする請求項６に記載の測位システム。
8. 前記伝達メッセージを制御するクロックの周波数が、前記基準時刻を制御するクロックの周波数に調整され、
   前記システムが、前記伝達メッセージを制御するクロックの周波数の調整の後で、予測された周波数変更を含む前記補償されたタイミングプロパティの修正された以前の値を使用するように構成される
   ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の測位システム。
9. 前記システムが、未来の時刻“ｔ_ｏｃ”における前記タイミングバイアスを判定するように構成され、時刻“ｔ_ｏｃ”における前記タイミングバイアスが、１つ以上の補償されたタイミングプロパティから計算されると共に、
   前記システムが、未来の時刻“ｔ_ｏｃ”より前に前記タイミングバイアスを送信するように構成される
   ことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の測位システム。
10. 測位システムにおいて、複数のチップを含む繰り返し疑似乱数（ＰＲＮ）符号を用いて形成される伝達メッセージを、基準時刻と同期化する方法であって、
    前記伝達メッセージと前記基準時刻との間のタイミングバイアスを判定する段階と、
    後に続く疑似乱数（ＰＲＮ）符号の前記タイミングバイアスが減らされるように、前記伝達メッセージにおけるチップの数を変更する段階と
    を含むことを特徴とする方法。
11. 基準時刻と比較した第１のクロックの１つ以上のクロック項を送信するように構成された送信機を備える測位システムであって、
    前記クロック項が、前記第１のクロックと前記基準時刻との間のタイミングバイアスの変化率を指定するドリフト項を含み、
    前記ドリフト項が、最近判定されたドリフト、及び前記ドリフト項の以前の値から計算され、
    前記システムが、前記第１のクロックの周波数変更の後に時刻に対して適用できる修正されたドリフト項を送信するように構成されると共に、
    前記修正されたドリフト項が、予測された周波数変更に基づく調整項を含む
    ことを特徴とする測位システム。
12. 前記修正されたドリフト項における前記ドリフト項の以前の値が、前記周波数変更の時の前記ドリフト項の予測値、及び前記予測された周波数変更に基づく前記調整項によって置き換えられる
    ことを特徴とする請求項１１に記載の測位システム。
13. 基準時刻と比較した第１のクロックの１つ以上のクロック項を含む伝達メッセージを送信するように構成された送信機を備える測位システムであって、
    前記クロック項が、前記第１のクロックと前記基準時刻との間で定義された１つ以上のタイミングプロパティを含み、
    前記システムが、前記第１のクロックの周波数を変更するように構成され、
    前記システムが、前記周波数変更より前に、前記周波数変更の後の時刻に関連するクロック項を計算して送信するように構成される
    ことを特徴とする測位システム。
14. 前記伝達メッセージが、複数のスーパーフレームを含み、
    前記タイミングプロパティが、前記スーパーフレームの内の１つで送信されると共に、前記タイミングプロパティが、後に続くスーパーフレームに関連する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の測位システム。
15. 測位データを提供する方法であって、
    基準時刻と実質的に同期化された第１のクロックの１つ以上のクロック項であり、前記クロック項が前記第１のクロックと前記基準時刻との間で定義された１つ以上のタイミングプロパティを含む、１つ以上の前記クロック項を送信する段階と、
    前記第１のクロックの周波数を変更する段階と、
    前記周波数変更より前に、前記周波数変更の後の時刻に関連するクロック項を計算して送信する段階と
    を含むことを特徴とする方法。

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