JP2014130156A - Ｇｎｓｓ衛星軌道延長情報の利用方法及びｇｎｓｓ衛星軌道延長情報の利用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＮＳＳ衛星軌道延長情報の利用方法及びＧＮＳＳ衛星軌道延長情報の利用装置を提供する。
【解決手段】ＧＮＳＳ衛星軌道延長情報の利用装置は、衛星の少なくとも一つの衛星航法メッセージを取得する（Ｓ９２１）インターフェースと、取得された前記衛星航法メッセージに基づいて計算条件を確定して（Ｓ９２３）、前記計算条件に基づいて衛星軌道予測モデルの複数のパラメータを概算し（Ｓ９２５）、概算された衛星軌道予測モデルを確立して、前記概算された衛星軌道予測モデルによって、一組の衛星軌道延長情報を計算して（Ｓ９２７）、前記一組の衛星軌道延長情報に基づいて取得補助情報を計算して（Ｓ９５０）、前記取得補助情報によって、前記衛星の信号を取得する（Ｓ９７０）マイクロプロセッサーとを含む。
【選択図】図９

Description

本発明は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星の軌道予測に関し、特にＧＮＳＳ衛星軌道延長情報の利用方法及びＧＮＳＳ衛星軌道延長情報の利用装置に関する。

ＧＮＳＳ（例えばGPS（全地球測位システム））受信装置では感度が性能を判断する主要な基準であり、感度を判断する代表的な基準として初期測位時間（time to first fix、 TTFF）が利用される。初期測位時間を短縮して、TTFF特性を上げるために、アシステッドGPS（Assisted Global Positioning System、AGPS）の技術が発展している。アシステッドGPSにおいて、リモート受信機（remote receiver）へ補助情報（assistant information）が提供され、短い期間で衛星の位置を確定することができる。補助情報中の一つ重要な部分は、衛星航法メッセージ（satellite navigation message）、例えば、エフェメリス（ephemeris）または衛星軌道予測データ（satellite trajectory prediction data）である。地上局（reference ground network station）の大量の測距観測情報（ranging observations）によって、軌道決定技術（orbit determination technology）及び衛星軌道予測を実行することができる。ここで、地上局の測距観測情報も、地上観測情報（ground observations）と呼ばれる。実際に製造された物において、地上観測情報の処理は複雑なので、強力な計算能力が必要である。周知のように、衛星軌道予測モデルは完璧ではないので、衛星軌道延長（satellite trajectory extension）、すなわち衛星軌道予測において、必ず多少の予測誤差が存在する。従って、制限なく衛星軌道予測の延長はできない。現在、７〜１４日先の衛星軌道を予測することができる。

上述の理由によって、強力な計算能力を有する装置（例えばサーバー）のみが衛星軌道予測をサポートすることができる。このようなサーバーは、予測された衛星軌道を計算して、計算された衛星軌道または衛星軌道と等価であるデータ群（equivalent data set）をアシステッドGPSサーバーへ転送する。その後、アシステッドGPSサーバーは、通信を介して、使用者に衛星軌道の予測情報または衛星軌道と等価であるデータ群を提供する。従来技術において、モバイル装置、例えば、携帯情報端末（Personal Digital Assistant、PDA）、スマートフォン (Smartphone)、ＧＰＳ装置またはこれらと同様な装置では、衛星軌道予測を実行することが難しい。本発明の一つの目的は、ホストプロセッサー（host processor）によって実施させることができ、かつ常に備えられる衛星軌道予測方法及びその装置を提供する。前記ホストプロセッサーは、モバイル装置に埋め込まれることができる。

図１０は、従来技術によって、取得補助情報（acquisition assistance、AA）を取得して利用することで衛星信号を取得するフローチャートである。図１０に示すように、概算された時間（ステップ１００２）、リモート受信機のおおよその使用者の位置（ステップ１００４）及び概算された衛星の位置と速度（ステップ１００６）は、衛星軌道予測（例えば、サーバーまたは放送されているエフェメリスの長期軌道情報）に基づく計算によって得られる。通常に放送されているエフェメリスは、二時間以内であれば有効である。リモート受信機は、ステップ１０１０において、ステップ１００２、ステップ１００４及びステップ１００６で得られた位置及び時間情報に基づいて取得補助情報を計算する。例えば、リモート受信機は、リモート受信機に対する衛星の可能なドップラー周波数偏移（Doppler shifts）を予測する。すなわち、取得補助情報は、少なくとも予測された衛星のリモート受信機に対するドップラー周波数偏移を含む。ＧＰＳにおいて、各衛星は、自身の周波数が1575.42 MHzである衛星信号を放送する。周知のように、リモート受信機と衛星とは相対運動をしているので、リモート受信機で観察する衛星信号の周波数は、±4.5 KHzの周波数偏移が発生している。これは周知のドップラー周波数偏移である。ステップ１０２０において、取得補助情報に基づいて、概算された位置と時間の精度によって、衛星に一つの捜索範囲のウィンドウを提供する。このウィンドウは、衛星のドップラー周波数偏移の確定範囲及びコードチップ（code chips）の範囲（すなわち衛星信号の確定コードチップ）である。ステップ１０３０において、ウィンドウの範囲でリモート受信機は取得補助情報を利用して衛星信号を取得する。従って、広すぎる範囲（全部のドップラー周波数偏移及び全部のコードチップ）、すなわちオープン スカイ サーチ（open sky search）の捜索を回避できる。ステップ１０４０において、取得された衛星信号によって、時間領域（time domain）の仮想距離と周波数領域（frequency domain）のドップラー周波数偏移を計算する。仮想距離は、衛星からリモート受信機までの衛星信号の所要の時間である。ステップ１０５０において、取得された衛星の数量が四つ以上であるか否かを確定する。本技術分野において周知のことであるが、位置を確定するために、最少四つの衛星の信号が必要である。四つ以上であれば、ステップ１０６０において、使用者の位置（リモート受信機の位置）を確定できる。もし四つ以上でなければ、リモート受信機の捜索状態を維持して続けて（ステップ１０７０）、ステップ１０２０へ戻る。

有効なエフェメリスが存在しない場合に、リモート受信機は、アシステッドGPSのサーバーの補助が必要である。このサーバーは、リモート受信機に位置と時間に関する必要な情報を提供する。従って、リモート受信機は、取得補助情報を計算してTTFF特性を上げることができる。リモート受信機は、サーバーと何らかの方式の通信を確立することもできない場合、取得補助情報の計算ができないので、オープン スカイ サーチ（例えば全部のドップラー周波数偏移及び全部のコードチップ）を実行しなければならない。周知のように、オープン スカイ サーチは、非常に長い期間が必要であるので、TTFFに不利な影響がある。

米国特許第５９０９３８１号明細書 米国特許第６５４２８２０号明細書 米国特許第７１５８０８０号明細書 米国出願公開第２００２/０１９０８９８号明細書

Peter J.G.Teunissen, Alfred Kleusberg 著「GPS for Geodesy」Springer出版、October 16, 1998、Chapter2

本発明の一つの目的は、ＧＮＳＳ衛星軌道延長情報の利用方法及びＧＮＳＳ衛星軌道延長情報の利用装置を提供することを課題とする。

上記目的を達成するために、本発明によるモバイル装置に用いられるＧＮＳＳ衛星軌道延長情報の利用方法は、モバイル装置に用いられる衛星軌道延長情報の利用方法であって、一つの衛星の少なくとも一つの衛星航法メッセージを取得するステップと、取得された前記衛星航法メッセージに基づいて計算条件を確定するステップと、前記計算条件に基づいて衛星軌道予測モデルの複数のパラメータを概算して、概算された衛星軌道予測モデルを確立するステップと、前記概算された衛星軌道予測モデルによって、一組の衛星軌道延長情報を計算するステップと、前記一組の衛星軌道延長情報に基づいて取得補助情報を計算するステップと、前記取得補助情報によって、前記衛星の信号を取得するステップとを含む。

なお、本発明によるモバイル装置に用いられるＧＮＳＳ衛星軌道延長情報の利用装置は、インターフェース及びマイクロプロセッサーを含む。インターフェースは、一つの衛星の少なくとも一つの衛星航法メッセージを取得する。マイクロプロセッサーは、取得された前記衛星航法メッセージに基づいて計算条件を確定して、前記計算条件に基づいて衛星軌道予測モデルの複数のパラメータを概算し、概算された衛星軌道予測モデルを確立して、前記概算された衛星軌道予測モデルによって、一組の衛星軌道延長情報を計算して、前記一組の衛星軌道延長情報に基づいて取得補助情報を計算して、前記取得補助情報によって、前記衛星の信号を取得する。

本発明によって提供されたＧＮＳＳ衛星軌道延長情報の利用方法及びＧＮＳＳ衛星軌道延長情報の利用装置は、リモート受信機がサーバーと通信接続できないとき、オープン スカイ サーチ（Open Sky Search）を実行しなくても取得補助情報を計算することができ、モバイル装置に対する計算能力の要求を下げることができる。

本発明のモバイル装置１００を示す略図である。 本発明の衛星軌道延長情報の利用方法を示す流れ図である。 モバイル装置１００に利用される各類の衛星航法メッセージを示す略図である。 図１に示すホスト装置３０が取得する衛星航法メッセージのセグメントを示す図である。 図３に示すホスト装置３０が取得するＴＯＥ（０）からＴＯＥ（２ｎ）までの全部の衛星航法メッセージのセグメントを示す図である。 衛星航法メッセージより取得された衛星アークス情報を示す図である。 衛星軌道予測モデルによって、一組の衛星軌道延長情報を処理するフローチャートである。 調整された衛星軌道予測モデルによって、軌道を計算するフローチャートである。 本発明の一つの実施例に衛星軌道延長情報を利用して、衛星信号を取得するフローチャートである。 従来技術によって、取得補助情報を取得して利用することで衛星信号を取得するフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明のモバイル装置１００を示す略図である。モバイル装置１００は、ＧＮＳＳ衛星の信号を受信するアンテナ１０と、本技術分野において周知のＧＮＳＳ受信機２０とを有する。モバイル装置１００は、さらに、ホスト装置（host device）３０を有する。ホスト装置３０は、インターフェース３２、マイクロプロセッサー３５及びメモリー３７を含む。図２を参照する。図２は、本発明の衛星軌道延長情報の利用方法を示す流れ図である。ステップＳ２０１において、ＧＮＳＳ受信機２０は、アンテナ１０を介して、放送（broadcasting）されているＧＮＳＳ衛星航法メッセージ、例えばエフェメリス、アルマナック、衛星の位置ベクトル及び衛星の速度ベクトルを収集する。ＧＮＳＳ受信機２０は、ホスト装置３０へ衛星航法メッセージを転送する。ＧＮＳＳ受信機２０は、ホスト装置３０へ衛星航法メッセージのみを転送してもよい。ホスト装置３０に埋め込まれるマイクロプロセッサー３５が衛星航法メッセージを復号する。或いは、ＧＮＳＳ受信機２０は直接に衛星航法メッセージを復号して、ホスト装置３０へ復号された衛星航法メッセージを転送してもよい。その後、取得され、復号された衛星航法メッセージはメモリー３７に保存される。その他の衛星に関する情報は、先に全てホスト装置３０のメモリー３７に保存される。前述したその他の衛星に関する情報は、例えば、衛星地理情報（satellite geometric information）、地球方位情報（earth orientation information）、座標変換情報（coordinates transformation information）、地球重力モデル情報（例えばＪＧＭ３、ＥＧＭ９６...等）、エフェメリス（例えばＪＰＬ ＤＥ２００、ＤＥ４０５...等）、潮汐モデル（tidal model）である。

図３は、モバイル装置１００に利用される各類の衛星航法メッセージを示す略図である。図３に示すように、モバイル装置１００は、外部情報源から衛星航法メッセージを取得することもできる。アンテナ１０を介して取得されたエフェメリスまたはアルマナック以外に、ホスト装置３０は、さらに、インターネットまたは無線通信を介して外部情報源から衛星軌道延長情報が予測されるための情報を取得する。前述した外部情報源は、例えば、軌道データベースサーバー５０または他のモバイル装置１１０である。モバイル装置１００のホスト装置３０は、自身に保存する情報履歴に基づいて衛星軌道延長情報を予測することもできる。衛星軌道延長情報の予測を実行する前に、マイクロプロセッサー３５は、各種類の情報源（例えばアンテナ１０を介して取得されたエフェメリスまたは他のモバイル装置１１０）から取得された衛星航法メッセージの間の一致性を検査することもできる。

図４は、図１に示すホスト装置３０が取得する衛星航法メッセージのセグメントを示す図である。図４において、陰影をつけている部分は、対応する期間以内に衛星航法メッセージのセグメントが取得されたことを示している。図４では、ホスト装置３０が取得した放送されているエフェメリスを示す。例えば、図４に示すように、衛星ＰＲＮ０１に対して、ＴＯＥ（２）（時間ｔ２からｔ４までのエフェメリス）とＴＯＥ（２ｋ）（時間ｔ２ｋからｔ２ｋ＋２までのエフェメリス）のエフェメリスのセグメントが取得されている。すなわち、二つの離れている期間の衛星情報が取得されている。他の衛星ＰＲＮ０２に対して、ＴＯＥ（２ｋ）とＴＯＥ（２ｎ）のエフェメリスのセグメントが取得されている。他の衛星ＰＲＮ３２に対して、ＴＯＥ（０）等のエフェメリスのセグメントが取得されている。周知のことであるが、エフェメリスの軌道精度はアルマナックの軌道精度より高い。従って、隣のアルマナック時間のセグメント（time of almanac, ＴＯＡ）のアルマナックのみが利用できる。マイクロプロセッサー３５は、取得された衛星航法メッセージに基づいて、衛星軌道の延長部分を予測することができる。通常は、複数の離れているエフェメリスのセグメントによって、完全な衛星航法メッセージ情報組が提供できる。ただし、一つエフェメリスのセグメントのみでも軌道の延長を予測できる。逆に全部のエフェメリスのセグメント及び/又はアルマナックのセグメントを取得した場合には、延長時間がより長く、精度がより高い衛星軌道の延長を予測することができる。図５は、図３に示すホスト装置３０が取得するＴＯＥ（０）からＴＯＥ（２ｎ）までの全部の衛星航法メッセージのセグメントを示す図である。図１に示すホスト装置３０によってＴＯＥ（０）からＴＯＥ（２ｎ）までの全部の衛星航法メッセージのセグメントを取得することは難しい。ただし、追加情報源（additional source）、たとえば、他のモバイル装置１１０または軌道データベースサーバー５０によって、図３に示すホスト装置３０は、容易に全部の衛星航法メッセージのセグメントを取得することができる。

図２を参照する。ステップＳ２０３において、マイクロプロセッサー３５は、衛星航法メッセージに基づいて、相次いで衛星アークス（satellite arcs）を計算する。衛星アークスは、一つのエフェメリスまたはアルマナックのセグメントの期間に対応する衛星軌道のセグメント（弧）である。周知のように、エフェメリスは毎二時間で更新する。エフェメリス時間ｔ２ｋからｔ２ｋ＋２までの間の任意の時刻でＧＮＳＳ受信機２０が起動して衛星を捕らえると（すなわち衛星軌道の情報を取得する）、ＴＯＥ（２ｋ）期間のエフェメリスを取得する。換言すれば、ＴＯＥ（２ｋ）期間のエフェメリスを取得することによって、ｔ２ｋからｔ２ｋ＋２までの期間の衛星アークスを取得することができる。

図６は、衛星航法メッセージより取得された衛星アークス情報を示す図である。衛星航法メッセージは、図４に示す衛星ＰＲＮ０１から取得するエフェメリスのように、実線のそれぞれが取得されたエフェメリス及び/又はアルマナックの期間に対応する衛星アークスを示し、点線が近似の衛星軌道を示す。図６に示すように、ＴＯＥ（２）（すなわちｔ２からｔ４まで）及びＴＯＥ（２ｋ）（ｔ２ｋからｔ２ｋ＋２まで）期間の衛星アークス情報が知られている。その後、複数の方式で一組の軌道延長情報をシミュレートすることができる。例えば、ＴＯＥ（２）とＴＯＥ（２ｋ）の衛星アークスは、点線の曲線のうち、対応する部分をシミュレートするために組み合わされることができる。ここで、ＴＯＥ（２）とＴＯＥ（２ｋ）の間の衛星アークスは、無視されることができる。或いは、必要になれば、補間法に基づいてＴＯＥ（２）とＴＯＥ（２ｋ）の間の衛星アークスを算出することもできる。前述したＴＯＥ（２）、ＴＯＥ（２ｋ）の衛星アークス及び算出されたＴＯＥ（２）とＴＯＥ（２ｋ）との間の衛星アークスの情報によって、ＴＯＥ（２ｋ）後の延長衛星アークスを予測することができる。

衛星アークスの表示方式は、位置/速度/時間（position、 velocity and time; ＰＶＴ）タイプまたはケプラー要素（Keplerian element）タイプである。軌道の測定において、楕円軌道を例として説明する。楕円軌道の特性を定義する軌道要素は、六つのケプラー軌道要素を含む。前述の六つのケプラー軌道要素は、半長径（semi-major axis）a、離心率（eccentricity）e、軌道傾斜（inclination）i、近地点引数（argument of perigee）ω、昇交点赤経（right ascension of ascending node）Ω及び平均近点角（true/mean anomaly）νである。半長径aは軌道サイズを定義する。離心率eは軌道形状を定義する。軌道傾斜iは衛星の軌道面と赤道面とのなす角を定義する。近地点引数ωは軌道が地球にもっとも近づく点を定義する。昇交点赤経Ωは衛星が赤道面に対する上下の軌道位置を定義する。平均近点角νは衛星が軌道面上と近地点（perigee）とのなす角を定義する。位置/速度ベクトルとケプラー軌道要素との間には、１対１の関係がある。位置/速度ベクトルによりケプラー軌道要素を計算することができる。本発明は、参考時間（epoch time）上の衛星の位置及び速度または同じ参考時間上の六つのケプラー軌道要素によって、衛星軌道延長情報を計算（propagate）できる。

また図２を参照する。ステップＳ２０３において、マイクロプロセッサー３５は、さらに、衛星軌道予測モデルの計算条件（propagating condition）を確定する。マイクロプロセッサー３５で衛星軌道予測モデルの計算条件を調整して、衛星軌道予測モデルの最適化状態を捜し出すことができる。下述は本発明実施例の二種類の衛星軌道予測モデルを説明する。以下の実施例は本発明の好適な実施形態を開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。第一種類の衛星軌道予測モデルは作用力簡単化モデル（compact force model）である。第二種類の衛星軌道予測モデルは軌道調整モデル（adjusted orbit model）である。
人工衛星の一般の軌道モデルを表示する運動方程式は、下記の方程式（１）で示される。
[方程式（１）]
第一項（item）は中心重力（central gravity）である。
は全体の摂動加速度（total perturbing acceleration）である。ＧＭは重力定数と地球質量を乗じたものである。
は衛星の地球中心半径（geocentric radius）である。一般的に、二階微分方程式を解析的（analytically）に解くことができない。過程は本当に複雑なので、作用力簡単化モデルまたは軌道調整モデルを利用して、計算アルゴリズム（propagation algorithm）を解して、相似解が得られる。作用力簡単化モデルまたは軌道調整モデルの方程式が方程式（１）から派生する。

実際に、衛星ごととセグメントごとの衛星アークスに対して別々に作用力簡単化モデルまたは軌道調整モデルを概算することが必要である。下記の方式のようにステップＳ２０５及びステップＳ２０７を実行する。ステップＳ２０５において、マイクロプロセッサー３５は、計算条件と衛星に関連する情報に基づいて、衛星軌道予測モデルの複数のパラメータを概算する。作用力簡単化モデルは、パラメータ化された複数の摂動力成分により、複数のパラメータが得られる。前記複数のパラメータは、前記複数の摂動力成分に関連する。すなわち、作用力簡単化モデルにおいて、各摂動力成分を計算して前記複数のパラメータが得られる。ただし、軌道調整モデルは、複数の軌道パラメータによって、パラメータ化されたが、軌道パラメータは、一組の未知のパラメータである。これら未知のパラメータは、軌道の運動方程式を定義する。上述の二種類の処理方式は、下記で詳しく説明する。前述のように、先にメモリー３７に保存される衛星に関する情報（例えば、衛星地理情報、座標変換情報、衛星質量、衛星体積等）は、パラメータの最適化に利用される。

ステップＳ２０７において、マイクロプロセッサー３５は、計算条件と作用力簡単化モデルまたは軌道調整モデルのパラメータに基づいて、計算ユニット（propagator）（図１に示していない）で一組の衛星軌道延長情報を計算する。前述の計算ユニットは、マイクロプロセッサー３５のプログラムである。実際に製造された物において、一組の衛星軌道延長情報は、複数の軌道セグメントに分割して、複数の軌道セグメントが相次いで整合されるように計算して得る。前記一組の衛星軌道延長情報は、複数の期間情報を含み、期間ごとが少なくとも一時間である。

ステップＳ２０９において、マイクロプロセッサー３５は、計算された衛星軌道延長情報の有効性を確定する。計算された衛星軌道延長情報が有効な場合に、ステップＳ２１１において、マイクロプロセッサー３５は、ＧＮＳＳ受信機２０へ計算された衛星軌道延長情報を転送する。計算された衛星軌道延長情報は、次に衛星を取得し、または、捜し出すために利用できる。まず、ＧＮＳＳ受信機２０へ衛星軌道延長情報または衛星軌道と等価であるデータ群が転送される。有効性の確定の一つの利点は、有効期限が切れた軌道延長情報のために起こすエラーを排除することができることである。このエラーは、軌道延長情報と真実の軌道との偏差または異差を起こす可能がある。有効性の確定によって、軌道延長情報の誤差が大き過ぎたり、増加したりすることを防止することができる。

図７は、衛星軌道予測モデルによって、一組の衛星軌道延長情報を処理するフローチャートである。本発明の一つの実施例において、方程式（１）の
は一層に詳しく説明する。作用力簡単化モデルによって、ＧＮＳＳ衛星に作用する各加速度を統合（summarize）する。作用力簡単化モデルは、衛星軌道への作用力を近似することに基づいて衛星軌道を計算する。上述の作用力は、地球重力成分FGravity、多体作用力成分（n-body force）、太陽輻射圧成分FSrad、地球輻射圧成分FErad、海洋潮汐引力成分FOcen_tide、固体潮汐引力成分FSold_tide、関連重力成分Frelatを含む。作用力簡単化モデルにおいて、方程式（１）は、下記の方程式（２）になる。
[方程式（２）]
方程式（２）において、これら作用力は加速度成分で表示する。より精確的に近似解を得るために、計算区間[t0, tf]は、使用者の指定の長さで複数のサブ区間に分割される。まずステップＳ７０２において、取得された衛星航法メッセージに基づいて、少なくとも一つの衛星アークスを計算する。ステップＳ７０５において、ステップＳ７０２において計算した衛星アークスに基づいて計算条件を確定する。すなわち、一つの衛星の位置を選択し、第一サブ区間において、ステップＳ２０３またはステップＳ２０７で確定の衛星の位置により計算条件を得る。その後、任意の次のサブ区間において、計算条件は前のサブ区間の近似解から得る。本発明の他の実施例において、マイクロプロセッサー３５は、衛星航法メッセージに対する全部の衛星の衛星アークスを計算しなくても、収集された衛星航法メッセージのみに基づいて、一つの衛星の位置を計算して計算条件を得ることができる。

ステップＳ７１０において、選択された衛星の位置に対する作用力成分を利用して作用力簡単化モデルF(X*, ti)の複数のパラメータを概算する。任意参考時間（reference epoch）ｔｋに、X*は六つのケプラー軌道要素で代替できる。その他、作用力簡単化モデルのパラメータ、たとえば各作用力成分は、衛星に関連する情報を考えて概算しなければいけない。衛星に関連する情報は、衛星地理情報及び座標変換情報等を含む。座標変換情報は、地球方位因子（earth orientation factor）と、天球と地球システム（celestial and terrestrial system）との間の座標変換パラメータを含む。その後、ステップＳ７３０において、衛星の運動方程式
を生成する。ステップＳ７４０において、作用力簡単化モデルの計算ユニット（図１に示していない）によって、ステップＳ７５０において衛星軌道延長情報のセグメントX*(ti+1)を生成するために、運動方程式を計算する。衛星軌道延長情報のセグメントX*(ti+1)は時間tiから時間ti+1までの軌道である。その後、ステップＳ７６０において、マイクロプロセッサー３５は、参照時間ti+1が予定期間の最後の参照時間か否かを検査する。参照時間ti+1が予定期間の最後の参照時間でなければ、ステップＳ７６５において、マイクロプロセッサー３５はi=i+1をセットする。すなわち、マイクロプロセッサー３５は、衛星軌道延長情報の次のセグメントの計算を実行する。予定期間t0からtfまでの衛星軌道延長情報の全部のセグメントが計算された後、全部の延長の衛星軌道X*(ti)が得られた（ステップＳ７７０）。ステップＳ７５０においてX*(ti)は衛星軌道の近似解である。従って、実際にX*(ti)は参考軌道である。計算を高速化するために、参考軌道は、短期軌道延長（short-term trajectory extension）に利用する。別の状況では、軌道調整モデルによって参考軌道の延長は、より長くて精確になる。

必要な情報が充分である場合に、マイクロプロセッサー３５は、軌道の延長の計算を開始できる。例えば、ＧＮＳＳ受信機２０が、短時間で放送されている衛星航法メッセージを受信した後、すぐに衛星信号の連絡がなくなっても、マイクロプロセッサー３５は、延長の軌道セグメントに対する衛星軌道延長情報を計算して得ることができる。もしも他の衛星信号が受信されると、マイクロプロセッサー３５は、延長の軌道を再計算する。前述のように、マイクロプロセッサー３５も、先にメモリー３７に保存された古い情報に基づいて、衛星軌道延長情報を計算することができる。

前述のように、作用力簡単化モデル以外に、軌道調整モデルでも、衛星軌道を予測することができる。図８は、調整された衛星軌道予測モデルによって、軌道を計算するフローチャートである。通常、軌道は、運動方程式の唯一解（特別解）である。軌道調整モデルには、一組の未知のパラメータで衛星軌道を定義して、衛星の運動を述べる。軌道パラメータは、ｎ個が限定され、六つのケプラー軌道要素及び追加の動的パラメータ（dynamic parameter）を含む。軌道調整モデルにおいて、追加の動的パラメータqmはＧＮＳＳ衛星に作用される摂動加速度である。軌道調整モデルにおいて、方程式（１）は、下記の方程式（３）になる。
[方程式（３）]
未知のパラメータ
は、軌道の特別解
を定義する。時間ｔ０の六つのケプラー軌道要素（または対応の位置及び速度ベクトル）は、計算条件で決定する。

前述のように、方程式（３）は、追加の動的パラメータqmが動的パラメータとなる。衛星アークスごと及び単一衛星ごとに対して、信頼できる軌道の一致（orbital fit）の程度を得るために、これら動的パラメータを概算しなければいけない。例えば、ＧＮＳＳ衛星の確定中、追加の動的パラメータとしては、ＧＮＳＳ衛星の摂動加速度及び/又は調和周期加速度（harmonic periodic acceleration）に限定する。調和周期加速度は、正弦及び余弦の形式である。高等な軌道測定において、使用者は、軌道をパラメータ化して軌道精度を上げるために、他の追加のランダムパラメータも利用することができる。

図８に示すように、衛星航法メッセージによって衛星アークスを計算する（ステップＳ８０５）。衛星航法メッセージは、例えば、放送されているエフェメリス及び/又はアルマナックである。マイクロプロセッサー３５は、衛星アークス情報に基づいて、軌道パラメータに利用される計算条件を確定する（ステップＳ８１０）。ステップＳ８２０において、マイクロプロセッサー３５は、計算条件に基づいて、軌道を確定して軌道パラメータを解く。軌道パラメータの解は、方程式（３）から得る。衛星軌道予測モデルパラメータの概算は、衛星に関連する情報を考えることが必要である。衛星に関連する情報は、衛星地理情報及び座標変換情報等を含む。座標変換情報は、例えば、地球方位因子（earth orientation factor）と、天球と地球システム（celestial and terrestrial system）との間の座標変換パラメータである。ステップＳ８３０において、マイクロプロセッサー３５は、得た衛星アークスの解が、取得された衛星航法メッセージによって計算された衛星アークスと合うか否かを検査する。得た衛星アークスの解が、取得された衛星航法メッセージによって計算された衛星アークスと合わなければ、ステップＳ８１０へ戻って、モデルの調整、即ち軌道パラメータの調整を実行する。もう一度上述の処理を行う。得た衛星アークスの解が、取得された衛星航法メッセージによって計算された衛星アークスと合う場合に、ステップＳ８５０において、計算ユニット（図１に示していない）によって、衛星軌道延長情報を計算する。例えば、この計算は、数値積分(numerical integration)で実行する。その後、ステップＳ８６０において、全組の衛星軌道延長情報X*(t0:tf)を取得することができる。

本発明に基づいて、ホスト装置３０に接続され、または埋め込まれたＧＮＳＳ受信機２０に衛星信号の連絡がなくなっても、ホスト装置３０のマイクロプロセッサー３５は、衛星軌道予測を完成することができる。特に、マイクロプロセッサー３５の計算能力は、パソコンの計算能力より低くても良くなった。

図９は、本発明の一つの実施例に衛星軌道延長情報を利用して、衛星信号を取得するフローチャートである。本実施例において、モバイル装置は、二種類のモードでワーキングできる。そのモバイル装置（例えば前述のモバイル装置１００）は、衛星軌道延長予測機能を有する。第一モードにおいて、有効なエフェメリスが受信される。前記エフェメリスに基づいて取得補助情報が計算される。第二モードにおいて、有効なエフェメリスまたは他の有効な情報は存在しない。その場合に、モバイル装置１００は、衛星軌道延長情報を利用して、取得補助情報を計算する。モバイル装置１００は、秒ごとに衛星軌道延長情報を生成する（後程に詳しく説明する）。ただし、他の実施例において、有効なエフェメリスが存在する場合に、モバイル装置１００は、常に衛星軌道延長情報を利用して、取得補助情報を計算する。その上、モバイル装置１００は、秒ごとに衛星軌道延長情報を生成する。

図９と図１を参照する。モバイル装置１００は、定位を実行する。ステップＳ９１０において、モバイル装置１００は、一つの衛星から放送されているエフェメリスを受信することができれば、ホスト装置３０のマイクロプロセッサー３５へエフェメリスを転送する。放送されているエフェメリスは、通常、二時間以内であれば有効である。ステップＳ９１５において、受信されたエフェメリスが有効期間以内か否かを検査する。通常に放送されているエフェメリスは、二時間以内であれば有効である。ステップＳ９４０において、前記エフェメリスが有効である場合に、前記エフェメリスを利用して衛星の概算時間、位置（と速度）及びモバイル装置１００のおおよその位置を確定する。ステップＳ９５０において、ステップＳ９４０で取得された情報（衛星の概算時間、位置、速度及びモバイル装置１００のおおよその位置）を利用して、取得補助情報を計算する。ステップＳ９７０において、取得補助情報を利用して、衛星信号を取得する。

ステップＳ９１５において、受信されたエフェメリスが無効である場合に（例えばエフェメリスの有効期限切れ）、または、放送されているエフェメリスが存在しない場合に、衛星軌道延長情報または衛星軌道と等価であるデータ群が利用される。前述のように、モバイル装置１００は、秒ごとに衛星軌道延長情報を生成する。その後、ステップＳ９３０を実行する。下記で詳しく説明する。

ステップＳ９２１において、衛星航法メッセージを取得する。ここで、衛星航法メッセージは、任意の種類の情報であり、例えばアルマナック、エフェメリス（有効期限切れまたは有効期限以内）、または他の外部情報源から受信した衛星に関する情報である。その場合に、モバイル装置１００のメモリー３７に前記アルマナック、エフェメリス、及び外部情報源から受信した衛星に関する情報を保存する。なお、前述のように、前記モバイル装置１００のメモリー３７に保存された古い情報、例えば、先にモバイル装置１００に保存された情報を利用することができる。ステップＳ９２３において、取得された前記衛星航法メッセージに基づいて、計算条件を確定する。ステップＳ９２５において、一種類の衛星軌道予測モデルを選択して、前記計算条件に基づいて衛星軌道予測モデルの複数のパラメータを概算して、選択された概算された衛星軌道予測モデルのパラメータに基づいて、衛星軌道予測モデルを確立する。ステップＳ９２７において、マイクロプロセッサー３５は、概算された衛星軌道予測モデルによって、一組の衛星軌道延長情報を計算する。ステップＳ９３０において、マイクロプロセッサー３５は、衛星軌道延長情報または衛星軌道と等価であるデータ群を読み込む。前記衛星軌道と等価であるデータ群は、衛星軌道延長情報から得られる。ステップＳ９３５において、前記ステップＳ９３０で得られる衛星軌道と等価であるデータ群が存在し、且つ有効か否かを検査する。存在しない場合に、ステップＳ９６０において、一つのフラッグを設定する。このフラッグは、衛星軌道延長情報が存在しないことを表示する。存在する場合には、ステップＳ９４０において、衛星軌道延長情報を利用して、衛星の概算時間、位置及び使用者（モバイル装置１００）のおおよその位置を確定する。モバイル装置１００は、秒ごとに衛星軌道延長情報を生成する。ステップＳ９５０において、ステップＳ９４０で取得された情報（衛星の概算時間、位置及び使用者のおおよその位置）を利用して、取得補助情報を計算する。ステップＳ９７０において、取得補助情報を利用して、衛星信号を取得する。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と範囲を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

１０ アンテナ、２０ ＧＮＳＳ受信機、３０ ホスト装置、１００ モバイル装置、３２ I/Oインターフェース、３５ マイクロプロセッサー、３７ メモリー、５０ 軌道データベースサーバー、 １１０ 他のモバイル装置

Claims (22)

1. モバイル装置に用いられる衛星軌道延長情報の利用方法であって、
   一つの衛星の少なくとも一つの衛星航法メッセージを取得するステップと、
   取得された前記衛星航法メッセージに基づいて計算条件を確定するステップと、
   前記計算条件に基づいて衛星軌道予測モデルの複数のパラメータを概算して、概算された衛星軌道予測モデルを確立するステップと、
   前記概算された衛星軌道予測モデルによって、一組の衛星軌道延長情報を計算するステップと、
   前記一組の衛星軌道延長情報に基づいて取得補助情報を計算するステップと、
   前記取得補助情報によって、前記衛星の信号を取得するステップとを含むことを特徴とする衛星軌道延長情報の利用方法。
2. 前記衛星軌道予測モデルの前記計算条件を調整して、前記衛星軌道予測モデルの最適化状態を捜し出すステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の衛星軌道延長情報の利用方法。
3. 前記複数のパラメータは、少なくとも衛星地理情報または座標変換情報の一つを考慮して調整されることを特徴とする請求項２に記載の衛星軌道延長情報の利用方法。
4. 前記衛星軌道予測モデルは、複数の摂動力成分でパラメータ化された、かつ前記複数のパラメータと前記複数の摂動力成分が関連する作用力簡単化モデルであることを特徴とする請求項１に記載の衛星軌道延長情報の利用方法。
5. 前記一組の衛星軌道延長情報は、複数の軌道セグメントに分割して、前記複数の軌道セグメントが相次いで整合されることを特徴とする請求項４に記載の衛星軌道延長情報の利用方法。
6. 前記衛星軌道予測モデルは複数の軌道パラメータによって、パラメータ化された軌道調整モデルであることを特徴とする請求項１に記載の衛星軌道延長情報の利用方法。
7. 前記複数の軌道パラメータは複数のケプラー軌道要素を有することを特徴とする請求項６に記載の衛星軌道延長情報の利用方法。
8. 前記複数の軌道パラメータはさらに、前記衛星に作用される複数の追加の摂動加速度を記述する複数の動的パラメータを有することを特徴とする請求項７に記載の衛星軌道延長情報の利用方法。
9. 前記衛星航法メッセージは、エフェメリス、アルマナック、衛星の位置ベクトル及び衛星の速度ベクトルから選択された情報であることを特徴とする請求項１に記載の衛星軌道延長情報の利用方法。
10. 前記衛星航法メッセージは、前記モバイル装置外の外部情報源から取得する情報であることを特徴とする請求項１に記載の衛星軌道延長情報の利用方法。
11. 前記衛星には有効なエフェメリスが存在するか否かを確定するステップをさらに含み、前記有効なエフェメリスが存在する場合に、前記有効なエフェメリスに基づいて取得補助情報を計算し、前記有効なエフェメリスが存在しない場合に、前記衛星軌道延長情報に基づいて取得補助情報を計算することを特徴とする請求項１に記載の衛星軌道延長情報の利用方法。
12. モバイル装置に用いられる衛星軌道延長情報の利用装置であって、
    一つの衛星の少なくとも一つの衛星航法メッセージを取得するインターフェースと、
    取得された前記衛星航法メッセージに基づいて計算条件を確定して、前記計算条件に基づいて衛星軌道予測モデルの複数のパラメータを概算し、概算された衛星軌道予測モデルを確立して、前記概算された衛星軌道予測モデルによって、一組の衛星軌道延長情報を計算して、前記一組の衛星軌道延長情報に基づいて取得補助情報を計算して、前記取得補助情報によって、前記衛星の信号を取得するマイクロプロセッサーとを含むことを特徴とする衛星軌道延長情報の利用装置。
13. 前記マイクロプロセッサーはさらに、前記衛星軌道予測モデルの前記計算条件を調整して、前記衛星軌道予測モデルの最適化状態を捜し出すことを特徴とする請求項１２に記載の衛星軌道延長情報の利用装置。
14. 前記複数のパラメータは、少なくとも衛星地理情報または座標変換情報の一つを考慮して調整されることを特徴とする請求項１３に記載の衛星軌道延長情報の利用装置。
15. 前記衛星軌道予測モデルは、前記複数のパラメータと関連する複数の摂動力成分によりパラメータ化された作用力簡単化モデルであることを特徴とする請求項１２に記載の衛星軌道延長情報の利用装置。
16. 前記一組の衛星軌道延長情報は、複数の軌道セグメントに分割して、前記複数の軌道セグメントが相次いで整合されることを特徴とする請求項１５に記載の衛星軌道延長情報の利用装置。
17. 前記衛星軌道予測モデルは複数の軌道パラメータによって、パラメータ化された軌道調整モデルであることを特徴とする請求項１２に記載の衛星軌道延長情報の利用装置。
18. 前記複数の軌道パラメータは複数のケプラー軌道要素を有することを特徴とする請求項１７に記載の衛星軌道延長情報の利用装置。
19. 前記複数の軌道パラメータはさらに、前記衛星に作用される複数の追加の摂動加速度を記述する複数の動的パラメータを有することを特徴とする請求項１８に記載の衛星軌道延長情報の利用装置。
20. 前記衛星航法メッセージは、エフェメリス、アルマナック、衛星の位置ベクトル及び衛星の速度ベクトルから選択された情報であることを特徴とする請求項１２に記載の衛星軌道延長情報の利用装置。
21. 前記衛星航法メッセージは、前記モバイル装置外の外部情報源から取得する情報であることを特徴とする請求項１２に記載の衛星軌道延長情報の利用装置。
22. 前記マイクロプロセッサーはさらに、前記衛星には有効なエフェメリスが存在するか否かを確定することで、前記有効なエフェメリスが存在する場合に、前記有効なエフェメリスに基づいて取得補助情報を計算し、前記有効なエフェメリスが存在しない場合に、前記衛星軌道延長情報に基づいて取得補助情報を計算することを特徴とする請求項１２に記載の衛星軌道延長情報の利用装置。