JP2013522582A - 補助されたモードにおいて動作する擬似衛星を用いた位置決定システム - Google Patents

Abstract

本発明は、受信機（Ｒ）を備える目標物の位置決定用のシステムに関し、位置決定信号を送信し制約された領域内に分配される一組の擬似衛星と、前記受信機（Ｒ）と通信可能であり目標物の位置を計算できる補助手段（Ｓ）と、擬似衛星のグループを動的に構成可能なサーバー（Ｓ）とを備え、衛星ナビゲーションシステムにおける人工衛星の集団に属する人工衛星のものに対応する拡散符号を前記擬似衛星の各々がさらに有し、サーバーによる擬似衛星の動的構成は、前記擬似衛星の拡散符号が、目標物の受信機（Ｒ）にとって可視でない人工衛星集団（ＳＮ）の人工衛星の拡散符号に対応するような構成であり、ここで、擬似衛星により送信された位置決定信号を取得でき、そして補助手段に目標物の位置を計算させるために補助手段（Ｓ）と通信する受信機（Ｒ）を騙すために、補助手段（Ｓ）が前記受信機（Ｒ）に対して、前記受信機（Ｒ）にとって可視である人工衛星のものであるように見なされているが、実際には擬似衛星のグループの拡散符号に対応する拡散符号のリストを伝える。

Description

本発明は、制約された領域において、適切な受信機を装備した目標物がその位置決定を可能にするシステムに関する。

より具体的には、本発明による位置決定システムは、擬似衛星の使用に基づく。

当技術分野において知られているように、"ｐｓｅｕｄｏ−ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ"の短縮形である"ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅｓ"＝擬似衛星は、全地球測位システム（ＧＰＳ）、又はガリレオ（Ｇａｌｉｌｅｏ）システムのような、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）として知られる衛星ナビゲーションシステムにおいて利用される、人工衛星の集団に属する人工衛星と同じ原理に従って動作する装置である。人工衛星と異なり、擬似衛星は地上に配置される。典型的には、それらは建物内に、そして一般的にいわゆる制約された領域内に分配され得る。

擬似衛星による位置決定用システムの一般原理は、フォーマットが衛星ナビゲーションシステムの人工衛星により送信されるメッセージと同一か、又は類似である位置決定信号を、前記擬似衛星が送信するという事実に基づく。既存のシステム、とりわけ受信機との良好な適合性のために、各々の擬似衛星は人工衛星のものに相当する識別子を一般的に割り当てられる。人工衛星の集団との関係において、これらの識別子は当業者が知っているように拡散符号と呼ばれる。擬似衛星により送信される信号の範囲は可変である。それは擬似衛星の出力及び用途に依存する。適切な受信機を装備する目標物は、これらの位置決定信号を取得できる。従来の衛星ナビゲーションシステムの場合のように、前記目標物と、位置決定信号を取得した擬似衛星との間の擬似距離計算の後に三角測量計算が続くと、目標物の位置決定を可能にする。三角測量による位置決定の原理は本質的に知られている。それは受信機の位置を、送信機に中心を置く球面と、半径としての受信機と送信機との間の距離との交点にあるとして決定することに関する。その計算は、目標物自体に搭載されたやり方でも、サーバーにより分散化されたやり方でも行なわれ得る。

擬似衛星による位置決定用システムは、一般にいわゆる「制約された」領域内に配置される。それらは、典型的には、地球を回る軌道にある人工衛星によって送信された位置決定信号が、壁、天井等による遮蔽効果のために内部で取得され得ない建物に関し得る。それらは、関係する衛星ナビゲーションシステムが及ばない領域に関し得る。一般的に、制約された領域とは、人工衛星によって送信された位置決定信号が、そこで正しく取得され得ない領域として定義されるであろう。逆に、「オープン領域」の表現は、人工衛星によって送信された位置決定信号が、そこで適切な受信機によって取得され得る領域に関して用いられ得る。さらに、受信機が、前記人工衛星と前記受信機の間の適切な相対位置のために、位置決定信号を理論的にそこから受信できる人工衛星は、受信機にとって「可視である」と称され、一方で集団におけるその他の人工衛星は「非可視である」と称される。これらの認められた用語「可視である」及び「非可視である」は、擬似衛星の場合に使用可能である。

上記で与えられている用語「制約された領域」、「オープン領域」、「可視である人工衛星」、及び「非可視である人工衛星」の定義は、明細書の残り全体及び請求項を通して有効である。

当技術分野において、人工衛星による位置決定用システムは、しばしば補助システムによって補完されることもまた知られている。この技術は補助されたＧＮＳＳ（Ａｓｓｉｓｔｅｄ−ＧＮＳＳ）として、当業者に知られている。これらの補助システムは一般に、可視である人工衛星の位置のような人工衛星の集団に関する情報を受信機に送ること、及び位置決定信号の処理を容易にするその他の支援を役割とする、補助サーバーと呼ばれるサーバーに基づく。擬似衛星による位置決定用システムもまた、この種の補助サーバーを有し得る。いわゆる「補助された」モードにおいて、この補助サーバーは一般に、受信機が補助サーバーに提供する擬似距離の計算に基づいて、受信機の位置を計算する。この動作モードはまた、ＭＳで補助された（ＭＳ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ）（移動局で補助された（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ａｓｓｉｓｔｅｄ））モード、又はＵＥで補助された（ＵＥ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ）（ユーザー機器で補助された（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ａｓｓｉｓｔｅｄ））モードとして、当業者に良く知られている。

本発明はそのような補助された動作のモードにおいて使用される。

先行技術は様々な技術を開示している。第一に、擬似衛星の位置決定の代わりとして既知のＷｉＦｉ位置決定技術が存在するが、しかしこの解決策は静的な環境においてのみ許容可能であり、制約された領域において位置測定のための専用機器の配備、及び比較的重荷となる較正段階を必要とする。依然として代案に関連して、携帯電話機をカバーされる領域内で位置確認できるようにする、例えばＧＳＭ又はＵＭＴＳ規格に基づく位置決定技術もまた用いられる。しかしながら、達成される精度は数十ｍ程度であり、それは不十分である。

最後に、既知の擬似位置決定システムは多くの欠点を有する。特に、それらは連続的及び自律的なやり方において、制約された領域からオープン領域への移行、及びその逆の移行を可能にしない。さらに、それらは一般に、受信機の初期位置の知識なしではコールドスタートを可能にしない。既知のシステムは、制約された領域において動作し、擬似衛星によって送信された位置決定信号を取得するために特別に設計された受信機の使用を一般に含む。

別の場合にそれらは、人工衛星を利用することを使命とし、結果的に前記人工衛星の拡散符号しか知らない受信機にとって潜在的に既知でない、特定の拡散符号により識別される、擬似衛星によって送信された信号を、受信機が取得し始めるために、受信機に対する介入を必要とする。どのような場合でも、制約された領域とオープン領域における動作モードは、それらが同時に機能し得ないという意味で、一般に両立しない。

さらに、考慮されるべき重要な制約は、人工衛星の集団に属する人工衛星の拡散符号が、前記人工衛星のために保存されるという事実にある。市販の受信機は、人工衛星から発する位置決定信号を取得するように設計されているため、専用の受信機を設計する必要なしに他の符号を使用することが出来ない。

本発明の１つの目的は、あたかも衛星ナビゲーションシステムの人工衛星の集団に属する人工衛星により送信された位置決定信号であるかのように、受信機の視点から透明なやり方で、擬似衛星により送信された位置決定信号を取得できる、標準的な受信機を用いて動作するのに適した、擬似衛星による位置決定用のシステムを提案することによって、これらの欠点を解決することである。

本発明の全般的原理は、それゆえ、受信機が位置する制約された領域内で、擬似衛星によって送信された位置決定信号を受信機が取得するとき、前記受信機が、可視である人工衛星により送信された信号を正常に取得した印象を持つように、受信機を騙すことにある。これは請求項１により定義されるシステムによって可能にされる。

従って、本発明は、受信機を備える目標物の位置決定用のシステムであって、位置決定信号を送信し制約された領域内に分配される一組の擬似衛星と、前記受信機と通信可能であり目標物の位置を計算できる補助手段と、擬似衛星のグループを動的に構成可能なサーバーとを備え、衛星ナビゲーションシステムにおける人工衛星の集団に属する人工衛星の拡散符号に対応する拡散符号を前記擬似衛星の各々がさらに有し、サーバーによる擬似衛星の動的構成は、前記擬似衛星の拡散符号が目標物の受信機にとって可視でない人工衛星集団の人工衛星の拡散符号に対応するような構成であり、ここで、擬似衛星により送信された位置決定信号を取得でき、そして補助手段に目標物の位置を計算させるために補助手段と通信する受信機を騙すために、補助手段が、前記受信機に対して、前記受信機にとって可視である人工衛星のものであるように見なされているが実際には擬似衛星のグループの拡散符号に対応する拡散符号のリストを伝える。

本発明の１つの実施形態において、制約された領域における擬似衛星のグループの、各擬似衛星の位置は補助手段に知られており、目標物の位置は、擬似衛星の既知の位置及び受信機によって行なわれる擬似距離の測定値から、三角測量により計算される。

別の実施形態において、受信機は人工衛星の集団の位置推算表にアクセスしてもよく、位置推算表を参照する受信機が、擬似衛星の拡散符号を、前記受信機にとって可視であると見なされる人工衛星集団の人工衛星の拡散符号に対応すると判断するように、補助手段がまた、前記受信機に対して、偏り分だけずらされた現在時刻に対応する誤った現在時刻を伝える。

擬似衛星は有利には、誤った現在時刻に人工衛星の拡散符号を取り入れ、人工衛星集団の人工衛星が送信するであろう位置決定信号と同一の位置決定信号を、現在の時刻に送信する。

補助手段は有利には、前記受信機（Ｒ）に対して、擬似衛星に割り当てられない、人工衛星集団の人工衛星の拡散符号のグループに対する、不完全性のフラッグもまた伝える。

サーバーは有利には、適切なプログラミングによって補助手段を利用する。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図に関連して与えられる以下の記述に照らして明らかになるであろう。

衛星ナビゲーションシステムの人工衛星の、地球の周りの配置の一例に関する図である。 補助されたモードにおける、衛星ナビゲーションシステムの動作原理の図式的表示である。

図は用語「可視である人工衛星」及び「非可視である人工衛星」の、上記で与えられ、当業者に良く知られた定義を例証している。図１が示すように、所与の時間に、地球の表面に位置する地点Ａからは、人工衛星ＳＶのみが可視であり、一方で人工衛星ＳＮは可視でない。このため、可視である人工衛星ＳＶにより送信された位置決定信号のみが、地点Ａに置かれた受信機により取得され得る。

他方で、上述のように、本発明の擬似衛星による位置決定用システムは、そこで位置決定されるべき目標物が見出される、関係する制約された領域を備えた全ての擬似衛星を制御する補助サーバーを利用する。この補助サーバーは、とりわけ制約された領域の各擬似衛星への拡散符号の動的割り当ての機能を確保するようにプログラミングされる。

図２は衛星ナビゲーションシステムの、いわゆる「補助された」動作モード（補助されたＧＮＳＳ（Ａｓｓｉｓｔｅｄ ＧＮＳＳ）、上記参照）の一般的原理を表わす。図２の例において、補助サーバーＳは衛星ナビゲーションシステムに属する人工衛星集団ＳＡＴの人工衛星により送信された情報を収集し、任意選択的に、他の人工衛星、例えばデータ収集システムに属する静止衛星Ｇにより送信された情報を収集する。補助サーバーＳはこの情報を、要求に応じて、次のような補助データを、受信機Ｒに提供できる状態にあるように活用する：
・ 位置情報と、
・ 「ＧＰＳ時間」のような時間基準と、
・ 位置推算表、及び人工衛星ＳＡＴのクロックに適用できる修正のようなナビゲーション情報と、
・ 電離層に関連するモデルの最新化修正と、
・ ディファレンシャル・ナビゲーションを行なうための修正情報と、
・ 送信機である人工衛星の関数として受信した位置決定信号の完全性に対する情報と、
・ 人工衛星集団ＳＡＴの暦と、
・ そこに受信機Ｒが位置する領域の関数としての、人工衛星集団ＳＡＴの可視である人工衛星の、一般に拡散符号である識別子のリストと、
・ 数日の期間にわたり延長された、人工衛星集団ＳＡＴの位置推算表
・ 等々

本発明の原理は、補助サーバーＳの適切なプログラミングにより、位置決定される目標物の受信機Ｒを騙すことにある。

第一に、補助サーバーＳは、関係する制約された領域からは可視でない人工衛星のものである拡散符号を、擬似衛星へ動的に割り当てるようにプログラミングされる。これは、関係する人工衛星集団ＳＡＴの全ての人工衛星の位置、及び対応する位置推算表を、補助サーバーＳが知っているために可能である。この点は、一方で制約された領域の外側のユーザーに関して、そして他方で、例え制約された領域においても、例えば建物の内部で窓の近くに位置する領域があり得、人工衛星によって送信された位置決定信号が受信され得る領域内の真の人工衛星に関して、妨害のあらゆる危険性を回避するために極めて重要である。人工衛星により送信された位置決定信号と擬似衛星により送信された位置決定信号とを識別することは、可能ではないかも知れない。

本発明によれば、補助サーバーＳは受信機Ｒに対して、前記受信機Ｒを騙すために変更された補助データを提供する。

補助サーバーにより提供される、この変更されたデータは：
・ 非可視である人工衛星ＳＮの拡散符号に対応する、受信機Ｒが位置する制約された領域から可視である擬似衛星の拡散符号のリストと、
・ 好ましくは、受信機Ｒが可視である人工衛星のリストを自律的に決定する目的で内部メモリ内に人工衛星の集団の暦を記憶している場合、前記受信機が―補助サーバーＳにより提供された、可視である擬似衛星のリストに実際に対応する―可視である人工衛星のリストと、受信機Ｒ自体が判断できるであろう可視である人工衛星のリストとの間に矛盾を検知しないような、週の時間（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｗｅｅｋ）と呼ばれる現在時刻に相当すると見なされるが、しかし偏り分だけずらされた現在時刻に等しい、時間基準と
を含む。したがって、適用される偏りは、前記偏り分だけずらされた現在時刻に等しい変更された現在時刻において、可視であると見なされる人工衛星の拡散符号に擬似衛星の拡散符号が対応するように、適切に選ばれなければならない。
・ 任意選択的に、人工衛星用の不完全性のフラッグは、変更された現在時刻において可視でないと見なされているが、実際には真の現在時刻において可視であり得る。不完全性のフラッグは、不完全性のフラッグが関係する人工衛星によって送信された信号が誤りであり、考慮されてはならないことを示すように、受信機Ｒによって解釈される。拡散符号が擬似衛星に割り当てられていない全ての人工衛星に関するそのような不完全性のフラッグは、従って受信機Ｒに配布され得る。このようにして、受信機Ｒはこれらの人工衛星を取得するために探し求めず、それゆえエネルギーを節約するであろう。さらに、擬似衛星及び人工衛星ＳＶの両方から来る位置決定信号から位置を計算する場合に、不一致の危険性が無いであろう。

さらに、本発明の範囲内で使用される補助されたモードにおいて、補助サーバー又は任意の適切なコンピュータにより、擬似距離が好ましくは計算され、受信機の位置が好ましくは決定される。このため、受信機Ｒは擬似衛星の位置情報を操作する必要がない。

変更された補助データを配布する補助サーバーＳは、配布されるべき変更された補助データを計算する補助手段と、前記変更された補助データを配布するためのサーバーとを含む、別個の手段で構成され得る。

本発明の主な利点は、全地球的航法衛星システムの一環として、位置決定信号を取得できる大部分の標準受信機に対して透明な、制約された領域における擬似衛星の位置決定のための解決策を提案することである。前記受信機を騙すことを可能にするプログラミング及び補助サーバーの独自の構成に基づく提案されている解決策を適用するのに、ハードウェアの変更は何ら必要でなく、そして何ら特別なソフトウェアが開発される必要はない。

Claims (6)

1. 受信機（Ｒ）を備える目標物の位置決定用のシステムであって、位置決定信号を送信し制約された領域内に分配される一組の擬似衛星と、前記受信機（Ｒ）と通信可能であり目標物の位置を計算できる補助手段（Ｓ）と、前記擬似衛星のグループを動的に構成可能なサーバー（Ｓ）とを備え、衛星ナビゲーションシステムにおける人工衛星の集団に属する人工衛星の拡散符号に対応する拡散符号を前記擬似衛星の各々がさらに有し、前記サーバーによる前記擬似衛星の前記動的構成は、前記擬似衛星の前記拡散符号が前記目標物の前記受信機（Ｒ）にとって可視でない前記人工衛星集団の人工衛星（ＳＮ）の拡散符号に対応するような構成であり、前記擬似衛星により送信された前記位置決定信号を取得でき、そして前記補助手段に前記目標物の位置を計算させるために前記補助手段（Ｓ）と通信する前記受信機（Ｒ）を騙すために、前記補助手段（Ｓ）が、前記受信機（Ｒ）に対して、前記受信機（Ｒ）にとって可視である前記人工衛星のものであるように見なされているが実際には前記擬似衛星のグループの前記拡散符号に対応する拡散符号のリストを伝えることを特徴とするシステム。
2. 前記制約された領域における前記擬似衛星のグループの、各擬似衛星の位置が前記補助手段（Ｓ）に知られており、前記目標物の位置が、前記擬似衛星の既知の位置及び前記受信機（Ｒ）によって行なわれる擬似距離の測定値から、三角測量により計算されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記受信機（Ｒ）が前記人工衛星の集団の位置推算表にアクセスしてもよく、位置推算表を参照する前記受信機（Ｒ）が、前記擬似衛星の前記拡散符号を、前記受信機（Ｒ）にとって可視であると見なされる前記人工衛星集団の人工衛星の拡散符号に対応すると判断するように、前記補助手段（Ｓ）がまた、前記受信機（Ｒ）に対して、偏り分だけずらされた現在時刻に対応する誤った現在時刻を伝えることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載のシステム。
4. 前記擬似衛星が、誤った現在時刻に人工衛星の前記拡散符号を取り入れ、前記人工衛星集団の人工衛星が送信するであろう前記位置決定信号と同一の位置決定信号を、現在の時刻に送信することを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
5. 前記補助手段（Ｓ）が、前記受信機（Ｒ）に対して、擬似衛星に割り当てられない、前記人工衛星集団の人工衛星の前記拡散符号のグループに対する不完全性のフラッグもまた伝えることを特徴とする，請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記サーバー（Ｓ）が適切なプログラミングによって前記補助手段（Ｓ）を利用することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。

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