JP2013527439A - 高高度宇宙機用途のためのソフトウェア全地球的航法衛星システム受信機 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
および予測コード位相Φkを生じさせる。
(I2 j,k+Q2 j,k)1/2
1. 相関器ステアリングアルゴリズム
アーキテクチャ全体において、ステアリングアルゴリズムの少なくとも2つの変形例を用いることができる。第1の変形例は、コード位相および周波数追跡ループを実施し、ここで、以下の等式を用いて、搬送波周波数、コード周波数およびコード位相コマンドが演算される。
第2の変形例は、コード位相および搬送波位相追跡ループを実施し、ここで、以下の等式を用いて、コード位相および搬送波位相コマンドが演算される。
ここで、fcodeはPRNコード周波数であり、fcarrierは搬送波周波数であり、λは搬送波長であり、fIFは中間周波数であり、fjはサーチ周波数アレイであり、tkはサーチ時刻アレイであり、
は衛星(ユーザ)速度ベクトルであり、
はGNSS衛星速度ベクトルであり、
は衛星(ユーザ)位置ベクトルであり、
はGNSS衛星位置ベクトルであり、かつ、δtGNSSはGNSS衛星クロック誤差である。
およびδtGNSSは、航法メッセージから得られる。fjおよびtkは、サンプルバッファの大きさおよび時刻推定値の精度に依存して設定される。
相関処理のための等式は、以下の通りである。
ここで、Vnはサンプルnのデジタル化された電圧であり、tnはサンプル時刻であり、Dtはコヒーレント積分時刻であり、nsampは積分されるサンプル数(すなわち、サンプルレートのDt倍)、D(tn)はサンプル時刻におけるデータビット位相であり、Ij,kは同相相関値であり、かつ、Qj,kは直交相関値である。
宇宙機が規則正しく周期的に太陽に晒されると仮定すると、クロック誤差もまた、典型的に、周期的挙動を示す。宇宙機の周期的熱プロファイルに対応する周期関数を用いたクロック誤差のモデリングを、ここでは「熱的モデリング」と呼ぶ。これにより、この事実を利用してより良好な性能を達成できる。
ne:クロックレートのシミュレーションに用いられるパラメータ数
η:nexlベクトル、クロックレートモデルにおけるパラメータ
Wη:白色雑音、パラメータの変形例をシミュレートする
ξT(Ωt):周期基底関数の組
例えば、周期的基底関数は、周波数がΩの整数倍である正弦関数および余弦関数のフーリエ基底関数とすることができる。上記組において単一の関数「1」しか用いられないとき、ηは、従来のクロックレートへと劣化する。
意図されたスラスター力と実際のスラスター力との関係が、スラスターモデルがシミュレーションしようとしているものである。モデルの特定の形態は、実際のスラスターにより異なるが、以下の包括的な数学形式を用いて、たいていの可能性を包含することができる。
Accelerationgenerated=f(Accelerationintended,β)
ここで、βはパラメータのベクトルである。
スラスター力モデルをαgenerated=f(αintended,β)とし、βはスラスターモデルに対して不確かであるかもしれないパラメータのベクトルである。
のように記述できる。状態遷移等式は、
のように線形化でき、該等式は、共分散伝播のための標準的カルマンフィルタ等式において用いられる。等式のパラメータは、以下の通りである。
nsv=追跡されるGPS衛星の数、ng=重力モデルパラメータ数、
nb=スラスターモデルパラメータ数、R=3×1の位置ベクトル、
WR,同様に3×1の白色雑音、Rに対する積分の数値誤差をシミュレートする、
V:3×1の速度ベクトル、WV,同様に3×1の白色雑音、シミュレートされていない全加速度誤差をシミュレートする、
β:nb×1スラスターモデルパラメータベクトル、Wβ,同様にnb×1の白色雑音、βの変形例をシミュレートする、
γ:ng×1重力モデルパラメータベクトル、Wγ,同様にng×1の白色雑音、γの変形例をシミュレートする、
τ:スカラー:受信機クロックバイアス、Wτ,同様にスカラーである白色雑音、クロック位相雑音をシミュレートする、
η:ne×1ベクトル、クロックレート誤差パラメータ、Wη,白色雑音ベクトル、パラメータ変形例をシミュレートする、
N:メートルで表したnsv×1搬送波位相整数サイクルアンビギュイティ、
WN,同様にnsv×1である白色雑音、数値誤差をシミュレートする
PRk=||R−Rk||+cτ+Vk PR
CPk=||R−Rk||+cτ+N+Vk CP
であり、ここで、Vk PRはコード位相雑音であり、かつ、Vk CPは搬送波位相雑音である。
IQk=IQk(prk,prratek,cpk)+Vk IQ
ここで、
prk(R,τ)=||R−Rk||+cτは擬似距離、
は擬似距離レート、
cpk(R,τ,τ)=||R−Rk||+cτ+Nは搬送波位相である。
A17. アナログGPS信号の検出に応答してアナログGPS信号データを生成するためのアンテナと、前記アンテナから前記アナログGPS信号データを受信するよう接続されているフロントエンド回路であって、アナログGPS信号データをデジタルGPS信号データに変換するA/D変換器を含む前記フロントエンド回路と、(a)航法メッセージのビットの期間より長い時間間隔にわたって前記フロントエンド回路により出力されるデジタルGPS信号データをバッファに格納する工程、(b)前記時間間隔の間に前記衛星の軌道状態データを伝播させる工程、(c)前記時間間隔の間に伝播させられた前記軌道状態データをバッファに格納する工程、(d)サーチアレイにおける各データ点についてそれぞれのパラメータの組を算出する工程であって、前記パラメータの値が、前記バッファに格納された軌道状態データに含まれる位置および速度データに部分的に基づいており、かつ、前記検出されたアナログGPS信号以外のソースから受信される航法メッセージから導き出されるGNSS衛星位置および速度データに部分的に基づいている工程、(e)前記サーチアレイにおける各データ点についての前記それぞれのパラメータの組の関数として、時間領域平均化I信号成分およびQ信号成分を算出する工程、(f)前記サーチアレイにおける各データ点についての前記時間領域平均化I信号成分およびQ信号成分に基づいてそれぞれの相関の高さを算出する工程、および、(g)前記相関の高さに部分的に基づいて軌道状態補正を決定する工程を行うようプログラムされているコンピュータプロセッサと、を含む衛星に搭載されているGNSS受信機。
A18. 前記パラメータの組が、予測搬送波中間周波数、予測コード周波数および予測コード位相のうちの少なくとも1つを含む、請求項A17に記載の受信機。
A19. 前記コンピュータプロセッサが、前記衛星の周期的熱プロファイルに対応する周期関数を用いて、クロック誤差をシミュレートする工程を行うようさらにプログラムされており、かつ、前記それぞれのパラメータの組が、前記シミュレートされたクロック誤差に部分的に基づいて工程(d)において算出される、請求項A17に記載の受信機。
A20. 前記コンピュータプロセッサが、クロック誤差モデルおよびスラスター誤差モデルに対する補正を推定する工程を行うようさらにプログラムされている請求項A17に記載の受信機。
Claims (12)
- アナログGPS信号の検出に応答してアナログ全地球測位システム「GPS」信号データを生成するためのアンテナと、
前記アンテナから前記アナログGPS信号データを受信するよう接続されているフロントエンド回路であって、アナログGPS信号データをデジタルGPS信号データに変換するA/D変換器を含む前記フロントエンド回路と、
(a)航法メッセージのビットの期間より長い時間間隔にわたって前記フロントエンド回路により出力されるデジタルGPS信号データをバッファに格納する工程、
(b)サーチアレイにおける各データ点について航法データの一掃後に残るデジタルGPS信号データに部分的に基づいてそれぞれのパラメータの組を算出する工程、
(c)前記サーチアレイにおける各データ点についての前記それぞれのパラメータの組の関数として、時間領域平均化I信号成分およびQ信号成分を算出する工程、
(d)前記サーチアレイにおける各データ点についての前記時間領域平均化I信号成分およびQ信号成分に基づいてそれぞれの相関の高さを算出する工程、および、
(e)前記相関の高さに部分的に基づいて軌道状態補正を決定する工程
を行うようプログラムされているコンピュータプロセッサと、
を含む、衛星に搭載されている全地球的航法衛星システム「GNSS」受信機。 - 前記パラメータの組が、予測搬送波中間周波数、予測コード周波数および予測コード位相のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の受信機。
- 前記時間間隔が、およそ1秒である、請求項1に記載の受信機。
- 前記コンピュータプロセッサが、前記時間間隔の間に前記衛星の軌道状態データを伝播させる工程、およびその後の、前記時間間隔の間に伝播させられた前記軌道状態データをバッファに格納する工程を行うようさらにプログラムされており、かつ、前記それぞれのパラメータの組が、前記バッファに格納された軌道状態データに部分的に基づいて工程(b)において算出される、請求項1に記載の受信機。
- 前記コンピュータプロセッサが、前記衛星の周期的熱プロファイルに対応する周期関数を用いて、クロック誤差をシミュレートする工程を行うようさらにプログラムされており、かつ、前記それぞれのパラメータの組が、前記シミュレートされたクロック誤差に部分的に基づいて工程(b)において算出される、請求項1に記載の受信機。
- 前記コンピュータプロセッサが、クロック誤差モデルおよびスラスター誤差モデルに対する補正を推定する工程を行うようさらにプログラムされている、請求項1に記載の受信機。
- 高高度で周回している衛星に搭載されている弱い全地球測位システム「GPS」信号を取得する方法であって、
(a)アナログGPS信号の検出に応答してアナログGPS信号データを生成する工程、
(b)前記アナログGPS信号データをデジタルGPS信号データに変換する工程、
(c)航法メッセージのビットの期間より長い時間間隔にわたって前記デジタルGPS信号データをバッファに格納する工程、
(d)サーチアレイにおける各データ点について航法データの一掃後に残るデジタルGPS信号データに部分的に基づいてそれぞれのパラメータの組を算出する工程、
(e)前記サーチアレイにおける各データ点についての前記それぞれのパラメータの組の関数として、時間領域平均化I信号成分およびQ信号成分を算出する工程、
(f)前記サーチアレイにおける各データ点についての前記時間領域平均化I信号成分およびQ信号成分に基づいてそれぞれの相関の高さを算出する工程、および、
(g)前記相関の高さに部分的に基づいて軌道状態補正を決定する工程
を含む、方法。 - 前記パラメータの組が、予測搬送波中間周波数、予測コード周波数および予測コード位相のうちの少なくとも1つを含む、請求項9に記載の方法。
- 前記時間間隔が、およそ1秒である、請求項9に記載の方法。
- 前記時間間隔の間に前記衛星の軌道状態データを伝播させる工程、およびその後の、前記時間間隔の間に伝播させられた前記軌道状態データをバッファに格納する工程をさらに含み、前記それぞれのパラメータの組が、前記バッファに格納された軌道状態データに部分的に基づいて工程(d)において算出される、請求項9に記載の方法。
- 前記衛星の周期的熱プロファイルに対応する周期関数を用いて、クロック誤差をシミュレートする工程をさらに含み、前記それぞれのパラメータの組が、前記シミュレートされたクロック誤差に部分的に基づいて工程(d)において算出される、請求項9に記載の方法。
- クロック誤差モデルおよびスラスター誤差モデルに対する補正を推定する工程をさらに含む、請求項9に記載の方法。
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