JP2014228537A - マルチモード測位のための受信機と方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの衛星測位システムからしか衛星信号を受信して位置決めまたは測位を行う従来式の受信機において、位置決め精度を向上する。
【解決手段】マルチモード測位システムのための受信機がベースバンド・ユニットと計算ユニットを備える。該ベースバンド・ユニットは、１つまたは複数の測位システムの各々における位置決め衛星にリソースを割り当て、前記リソースを有する位置決め衛星を追跡して当該位置決め衛星の各衛星情報を取得するように構成される。該衛星情報は、該位置決め衛星の疑似距離、位置座標、速度情報、および周波数情報のうち１つまたは複数を含む。該計算ユニットは、受信した前記衛星情報から、各測位システムにおける位置決め衛星を評価して、受信機の位置決めパラメータを決定する。位置決めパラメータの決定は、最小二乗アルゴリズムで衛星情報に基づいて受信機の位置と速度を計算することを含む。
【選択図】図１

Description

関連出願の記載
本願は、中華人民共和国国家知的産権局（ＳＩＰＯ）に２０１３年５月２４日に出願された特許出願番号第２０１３１０１９９０１９．９号に対する優先権を主張し、その内容を引用により本明細書に取り込む。

現時点で、世界には４つの衛星測位システム、即ち、それぞれ中国、米国、ロシア、およびヨーロッパで開発された北斗（Ｃｏｍｐａｓｓ）衛星測位システム、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＧＬＯＮＡＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星測位システム、およびガリレオガリレオ衛星測位システムがある。北斗衛星測位システムは、中国により独自に開発され、他の衛星測位システムから独立して動作することができる。

従来、受信機は、１つの衛星測位システムからしか衛星信号を受信して位置決めまたは測位を実施することができない。しかし、かかる従来式の受信機の位置決め精度は比較的低い。

本発明では、マルチモード測位システムのための受信機を説明する。当該受信機は、ベースバンド・ユニットと計算ユニットを備える。ベースバンド・ユニットは、リソースを１つまたは複数の測位システムの各々の位置決め衛星に割当て、割り当てたリソースを有する位置決め衛星を捕捉し追跡して、当該位置決め衛星の各々の衛星情報を取得するように構成される。衛星情報は、位置決め衛星の疑似距離、位置座標、速度情報、および周波数情報のうち１つまたは複数を含む。計算ユニットは、衛星情報をベースバンド・ユニットから受信し、各測位システムにおいて位置決め衛星を評価し、受信機の位置決めパラメータを決定するように構成される。位置決めパラメータの決定には、受信機の位置と速度を衛星情報に基づいて最小二乗アルゴリズムに従って計算するステップが含まれる。

さらに別の実施形態では、本発明は測位方法を説明する。当該方法は、少なくとも１つの測位システムから衛星測位信号を受信し処理するステップと、検出した位置決め衛星にリソースを割り当てるステップと、割り当てたリソースを有する位置決め衛星を捕捉し追跡して衛星情報を取得するステップであって、当該衛星情報は、当該位置決め衛星の疑似距離、位置座標、速度情報、および周波数情報のうち１つまたは複数を含むステップと、当該衛星情報に従って当該得位置決め衛星を評価するステップと、受信機の位置決めパラメータを決定するステップとを含む。受信機の位置決めパラメータを計算するステップは、当該受信機の位置と速度を最小二乗アルゴリズムに基づいて計算するステップを含む。

諸請求項の発明の要旨の諸実施形態の機能と利点は、図面を参照して下記の発明を実施するための形態を説明するにつれ明らかになろう。図面では、同じ参照番号は同じ部分を指す。これらの例示的な諸実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。これらの諸実施形態は非限定的かつ例示的な実施形態であり、同じ参照番号は幾つかの図面にわたって同じ構造を表すものである。

本発明の１実施形態に従う例示的な受信機を示すブロック図である。 本発明の１実施形態に従う測位方法を示す流れ図である。 本発明の１実施形態に従う測位方法のプロセスを示す流れ図である。 本発明の１実施形態に従う例示的な測位方法を示す流れ図である。 本発明の１実施形態に従う複数の測位システムのためのマルチモード測位システムのブロック図である。 本発明の１実施形態に従う計算ユニットにより実装されるプロセスを示す流れ図である。 本発明の１実施形態に従う、最小二乗アルゴリズムに基づく位置計算方法を示す流れ図である。 本発明の１実施形態に従う、最小二乗アルゴリズムに基づく速度計算方法を示す流れ図である。

次に、本発明の諸実施形態を詳細に参照する。本発明をこれらの諸実施形態に関して説明するが、当該諸実施形態が本発明をこれらの諸実施形態に限定しようするものではないことは理解される。その反対に、本発明は代替物、修正物、および均等物を包含しようとするものであり、これらは添付の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨と範囲内に含まれる。

さらに、本発明の以下の詳細な説明では、多数の具体的な詳細を説明して本発明の徹底的な理解を与える。しかし、これらの具体的な詳細なしに本発明を実施できることは当業者には理解される。他の事例では、公知な方法、手続き、構成要素、および回路については、本発明の諸態様を不必要に不明瞭にしないために詳細には説明していない。

本発明の測位システムには、北斗（Ｃｏｍｐａｓｓ）衛星測位システム、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星測位システム、ガリレオ衛星測位システム、および／または今日もしくは将来利用可能な他の任意の衛星測位システムを含めてもよい。各衛星測位システムが１つまたは複数の衛星を含んでもよい。例えば、北斗衛星測位システムは、９個の北斗衛星を含み、２０２０年までには３０個までの利用可能な衛星を含むかもしれない。本発明では、受信機が受信できる信号を送信する衛星を位置決め衛星と称する。位置決め衛星から送信された信号を衛星信号と称することもある。例えば、受信機が６個の北斗衛星から北斗衛星信号を受信できる場合には、これらの６つの北斗衛星は北斗位置決め衛星と呼ばれる。

図１は、本発明の１実施形態に従う受信機１００のブロック図を示す。本実施形態では、受信機１００は、検出モジュール１０と計算モジュール２０を備える。検出モジュール１０を、測位に関する１つまたは複数の信号を検出および／または受信し、１つまたは複数の信号を送信した１つまたは複数の衛星測位システムを決定するように構成してもよい。当該１つまたは複数の信号が、１つまたは複数の衛星測位システムにおける衛星から送信された衛星信号であってもよい。

検出モジュール１０が、受信衛星信号が１つまたは複数の衛星測位システムから送信されたかどうかを検出してもよい。例えば、検出モジュール１０が、受信衛星信号のＩ分岐通常測位信号に従って、北斗衛星信号、ＧＰＳ衛星信号およびガリレオ衛星信号を検出してもよく、受信衛星信号の周波数に従ってＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号を検出してもよい。

計算モジュール２０を、検出モジュール１０に接続し、１つまたは複数の信号に基づいて受信機１００にある測位信号を取得し計算するように構成してもよい。当該測位情報を、決定された１つまたは複数の測位システムに関連付けてもよい。計算モジュール２０をさらに、受信機１００と衛星測位システムの間のクロック・バイアスに対応する受信機１００の変位を受信衛星信号に基づいて計算するように構成してもよい。例えば、計算モジュール２０が、受信機１００と各衛星測位システムの間の各クロック・バイアスに対応する受信機１００の各変位を受信衛星信号に基づいて計算することができる。計算モジュール２０は、本例では、割当てユニット２１、捕捉追跡ユニット２２、および計算ユニット２３を備える。

割当てユニット２１は、検出した各衛星測位システムにおける位置決め衛星にリソースを割り当てるように構成してもよい。捕捉追跡ユニット２２を、割当てユニット２１により配分したリソースを有する位置決め衛星を捕捉して追跡して、衛星情報を位置決め衛星を取得するように構成してもよい。衛星により提供された衛星情報が、対応する位置決め衛星の疑似距離、位置座標、速度情報および／または周波数情報のうち１つまたは複数を含んでもよい。計算ユニット２３を、受信機の測位情報、受信機１００と各衛星測位システムの間の各クロック・バイアスに対応する受信機１００の各変位を計算するように構成してもよい。

計算モジュール２０がさらに、識別ユニット（図１では図示せず）を備えることができる。当該識別ユニットを、受信した衛星信号に対応する各衛星測位信号における冗長な位置決め衛星を特定するように構成してもよい。例えば、当該識別ユニットが、多数の誤差を有する衛星情報（例えば、疑似距離およびドップラ測定）を提供する位置決め衛星を冗長な衛星と特定してもよい。識別した衛星からの衛星信号を破棄し、受信機の位置の計算に使用しなくともよい。１実施形態では、当該識別ユニットが、ＲＡＩＭ（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）方法に従って冗長な衛星を識別してもよい。当該識別ユニットが、各受信機ループの出力パラメータ、例えば、キャリア周波数の変動、疑似距離測定の変動、および／またはそれらの任意の組合せに従って冗長な衛星を識別することもできる。

図２は、本発明の１実施形態に従う測位方法を示す。図２を、図１と組み合わせて説明する。具体的なプロセスを図２に示してあるが、かかるプロセスは例である。即ち、本発明は、図２に示すプロセスの変形を実施するのに良く適している。

Ｓ１０で、受信機１００の検出モジュール１０が測位に関する１つまたは複数の信号を受信してもよい。Ｓ２０で、１つまたは複数の測位システムを決定してもよい。当該１つまたは複数の信号を、１つまたは複数の測位システムから送信してもよい。例えば、当該１つまたは複数の測位システムが衛星測位システムと異なってもよい。Ｓ３０で、測位情報を当該１つまたは複数の信号に基づいて取得してもよい。当該測位情報を、決定した１つまたは複数の測位システムに関連付けてもよい。受信機１００の計算モジュール２０が当該測位情報を計算してもよい。計算モジュール２０が、衛星信号を複数の衛星測位システムから受信したときに、受信機１００と各衛星測位システムの間の各クロック・バイアスに対応する受信機１００の各変位を、検出した衛星測位システムから受信した衛星信号に従って計算してもよい。

位置決め衛星により提供された衛星信号が、限定ではなく、位置決め衛星の疑似距離、位置座標情報、周波数情報、ドップラ情報、天体暦情報、速度情報、および／またはその任意の組合せを含むことができる。受信機１００の測位情報が、受信機１００の位置座標情報と受信機１００の速度情報を含んでもよい。

例えば、北斗衛星信号、ＧＰＳ衛星信号およびガリレオ衛星信号がＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）技術に基づき、グロナス衛星信号がＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）技術に基づく。したがって、Ｓ１０で、受信機１００は、受信衛星信号が１つまたは複数の衛星信号からのものかどうかを検出することができる。受信機１００は、Ｉ分岐通常測位符号を用いることによってＧＰＳ衛星信号、北斗衛星信号、およびガリレオ衛星信号を受信衛星信号から区別することができ、周波数に従ってグロナス衛星信号を受信衛星信号から区別することができる。

１実施形態では、ＣＤＭＡ技術に基づく衛星信号を次式で表すことができる。

ここで、ＡはＩ分岐で変調した通常測位符号の振幅を表し、ＣはＩ分岐通常測位符号を表し、ＤはＩ分岐における測位メッセージ・データを表し、ｆは衛星信号のキャリア周波数を表し、ｔは衛星信号の送信時刻を表し、ｊは衛星の識別（ＩＤ）を表し、Ｓ^ｊはＩＤがｊである衛星から送信された衛星信号を表し、θは各衛星信号の初期キャリア位相を表す。θの値は衛星ごとに異なってもよい。上述のパラメータは全て、対応する衛星に既知であってもよい。当該パラメータを、衛星信号を捕捉し追跡することによって受信機１００で取得することができる。各衛星測位システムにおけるｆの値は異なってもよい。北斗衛星信号、ＧＰＳ衛星信号およびガリレオ衛星信号がＣＤＭＡ技術に基づくので、同一信号セグメントにおける当該３つの衛星測位システムの送信周波数は同一であってもよい。グロナス衛星信号はＦＤＭＡ技術に基づくので、グロナス衛星信号を周波数に従って区別することができる。

各北斗衛星、ＧＰＳ衛星、およびガリレオ衛星の疑似乱数（ＰＲＮ）列は一意であってもよい。したがって、衛星の種類を疑似乱数列、即ち、式（１）のパラメータＣに基づいて決定することができる。受信機１００に関して、利用可能な衛星信号を、衛星の疑似乱数列を再確立することによって捕捉し識別することができる。

例えば、ＰＲＮ列を確立するための方法を、各衛星測位システムのＩＣＤ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ）から取得することができる。したがって、受信機１００が、衛星信号の可能な受信周波数とＰＲＮ情報を検索してもよい。衛星から衛星信号を受信した後、受信機１００は、Ｉ分岐における測位メッセージ・データと衛星信号の初期キャリア位相θを取得することができる。ベースバンド・チャネルが、衛星のＰＲＮ列に従ってＰＲＮ列を確立してもよい。受信機１００が衛星を捕捉し追跡してもよい。衛星の捕捉と追跡に成功した場合には、現在の衛星信号を入力信号に含めることができる。さらに、確立したＰＲＮ列が、捕捉し追跡した衛星信号のＰＲＮ列に従うときには、ＣＤＭＡ信号関して相関ピークが現れる。例えば、確立したＰＲＮ列が捕捉し追跡した衛星信号のＰＲＮ列と同じであるときには、相関ピークがＣＤＭＡ信号に関して現れる。したがって、受信機１００は、衛星の捕捉が成功したかどうかを、閾値の捕捉に基づいてＣＤＭＡ信号の相関ピークを検出することによって検出することができる。

衛星は、２種類の測位信号をブロードキャストすることができる。これらはそれぞれ、衛星のＩ分岐とＱ分岐にロードされる。北斗衛星測位システムに関して、例えば、衛星信号のＩ分岐は民間の通常測位符号であり、衛星信号のＱ分岐は専門の精度測位符号（例えば、軍事利用）であり、受信機１００は認証後にＱ分岐を受信できるにすぎない。

ここで、受信機１００の位置情報を計算するための詳細な方法を、図３を参照して説明する。図３は、本発明の１実施形態に従う、複数の衛星測位システムに基づいて測位するためのプロセスを示す。図３を、図１および図２と組み合わせて説明する。１実施形態では、図３のプロセスを図２のＳ３０に含めてもよい。

受信機１００は、検出した衛星測位システムの位置決め衛星にリソースを割り当てることができる。例えば、Ｓ１７１で、受信機１００は、位置決め衛星の可視性、性能および環境に基づいて位置決め衛星にリソースを配分してもよい。割り当てたリソースが、例えば、ハードウェア・リソースである捕捉チャネルと追跡チャネルを含んでもよく、ソフトウェア・リソースであるＣＰＵシステム・リソースを含んでもよい、等である。

衛星の可視性を、受信機１００が受信した位置決め衛星の天体暦に基づいて決定することができる。換言すれば、受信機１００が、位置決め衛星が受信機１００の視界内にあるかどうかを検出してもよい。位置決め衛星が受信機１００の視界内にある場合には、受信機１００は位置決め衛星にリソースを割り当てることができ、そうでなければ、受信機１００はリソースを配分せず、または、位置決め衛星に対して割り当てられたリソースを減らしてもよい。さらに、衛星信号の符号化形式が異なってもよい。さらに、異なる形式での衛星信号のスキャン時間が同一でなくともよい。スキャン時間が長すぎる場合には、位置決め効率が低下するおそれがある。したがって、リソースを割り当てるときに、スキャン時間を受信機１００により考慮してもよい。

Ｓ１７２で、受信機１００が、割り当てられたリソースを有する位置決め衛星を捕捉し追跡して、例えば各位置決め衛星の疑似距離、位置座標、速度情報および周波数情報等ならびに／またはそれらの任意の組合せのような衛星情報を位置決め衛星から取得してもよい。位置決め衛星の測定した疑似距離が誤差を有することがある。他の衛星により生じた測定誤差の位置決め結果に及ぼす影響を軽減するために、誤差が許容可能でないときに位置決め衛星の数を増加させることができる。したがって、位置決め精度を改善させることができる。例えば、１実施形態では、位置決め衛星の数が１２であってもよい。様々な実施形態では、位置決めの衛星がそれより多くても少なくてもよい。

Ｓ１７４で、受信機１００が、受信機１００の位置情報、速度情報、および受信機１００と各衛星測位システムの間の各クロック・バイアスに対応する受信機１００の各変位を、Ｓ１７２で受信した衛星情報に従って計算してもよい。受信機１００が、ｋを１より大きい整数として、受信した衛星信号がｋ個の衛星測位システムからのものであるときに、以下の式に従って位置情報と変位を計算してもよい。

上の式において、ρ_１１乃至ρ_１ｍはそれぞれ第１の衛星測位システムからのｍ個の位置決め衛星の疑似距離を表し、ρ_ｋ１乃至ρ_ｋｐはそれぞれｋ番目の衛星測位システムからのｐ個の位置決め衛星の疑似距離を表す。例えば、ρ_２１乃至ρ_２ｎは、第２の衛星測位システムからのｎ個の位置決め衛星の疑似距離を表す。位置決め衛星の疑似距離を、受信機１００の追跡ループにより測定することができる。上の式において、（ｘ_１ｉ、ｙ_１ｉ、ｚ_１ｉ）は第１の衛星測位システムからのｉ番目の位置決め衛星の位置座標を表し、１≦ｉ≦ｍである。（ｘ_２ｊ、ｙ_２ｊ、ｚ_２ｊ）は、第２の衛星測位システムからのｊ番目の位置決め衛星の位置座標を表し、１≦ｊ≦ｎである。（ｘ_ｋｏ、ｙ_ｋｏ、ｚ_ｋｏ）は、ｋ番目の衛星測位システムのｏ番目の位置決め衛星の位置座標を表し、１≦ｏ≦ｐである。受信機１００がリソースを１２個の位置決め衛星に割り当てる実施形態では、１≦ｍ＋ｎ＋ｐ≦１２である。各位置決め衛星の位置座標を、対応する位置決め衛星の軌道パラメータと位置決め時刻に従って計算することができる。上の式において、ｂ_ｕ１は受信機１００と第１の衛星測位システムの間のクロック・バイアスに対応する受信機１００の変位、即ち、受信機１００の局所クロックと第１の衛星測位システムのクロックの間のクロック・バイアスに対応する変位を表す。同様に、ｂ_ｕ２は、受信機１００と第２の衛星測位システムの間のクロック・バイアスに対応する受信機１００の変位を表す。ｂ_ｕｋは、受信機１００とｋ番目の衛星測位システムの間のクロック・バイアスに対応する受信機１００の変位を表す。（ｘ_ｕ、ｙ_ｕ、ｚ_ｕ）は受信機１００の位置座標を表す。

例えば、受信衛星信号が２つの衛星測位システム、例えば、北斗衛星測位システムとＧＰＳシステムからのものであるとき、上述の式では、ｋは２に等しく、式（２−１１）乃至（２−２ｎ）を使用して、受信機１００の位置情報を計算することができる。かかる状況では、５つの未知数、即ち、ｘ_ｕ、ｙ_ｕ、ｚ_ｕ、ｂ_ｕ１およびｂ_ｕ２が存在する。その結果、位置決め計算を実施するのに少なくとも５つの位置決め衛星が必要である。

衛星情報が２つの衛星測位システムから受信される第１の状況を当該衛星情報が１つの衛星測位システムから受信される第２の状況と比較すると、第１の状況では、受信機１００と追加の衛星測位システムの間のクロック・バイアスに対応する受信機１００の変位をさらに計算して、計算した測位情報を訂正することを含んでもよい。したがって、第２の状況と比較して、位置決め精度を第１の状況において改善することができる。同様に、受信した衛星情報が３つ以上の衛星測位システムからのものである場合には、受信機１００と各衛星測位システムの間の各クロック・バイアスに対応する受信機１００の各変位を利用して、受信機１００の位置情報を計算してもよい。さらに、受信機１００が北斗衛星測位システム、ＧＰＳシステム、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星測位システムおよびガリレオ衛星測位システムを全て利用することができるとき、即ち、受信した衛星情報が上述の衛星測位システムの１つまたはそれらの組合せからのものであってもよい。

上述の式（２−１１）乃至（２−ｋｐ）を

のように簡略化することができる。ここで、ρ_ｉｊは、ｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星の疑似距離を表し、ｂ_ｕｉは、受信機１００とｉ番目の衛星測位システムの間のクロック・バイアスに対応する受信機１００の変位、即ち、受信機１００の局所クロックとｉ番目の衛星測位システムのクロックの間のクロック・バイアスに対応する変位を表し、（ｘ_ｉｊ、ｙ_ｉｊ、ｚ_ｉｊ）は、ｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星の位置座標を表し、（ｘ_ｕ、ｙ_ｕ、ｚ_ｕ）は受信機１００の位置座標を表す。

幾つかの領域では、衛星測位システムで利用可能な位置決め衛星の数が比較的少ない場合がある。したがって、利用可能な位置決め衛星が比較的少ないかかる衛星測位システムからの衛星情報を用いる場合には、位置決め精度が低下する可能性がある。受信機１００が複数の衛星測位システムから衛星信号を受信できる場合には、利用可能な位置決め衛星の数を増加させることができる。したがって、位置決め精度と速度測定精度の両方を大幅に改善することができる。

受信機１００の速度情報を、式

に従って計算することができる。ここで、ｆ_ｉｊは、ｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星から受信機１００が受信した衛星信号の受信周波数を表し、ｆ_Ｔｉｊは、ｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星により送信された衛星信号の送信周波数を表す。同一の衛星測位システムからの衛星信号の送信周波数が同一であってもよい。例えば、ｉ番目の衛星測位システムが３つの衛星を含む場合には、ｆ_Ｔｉ１＝ｆ_Ｔｉ２＝ｆ_Ｔｉ３である。例えば、北斗衛星からの衛星信号の送信周波数Ｂ１が１．５６１０９８ｅ９Ｈｚであってもよく、ＧＰＳ衛星からの衛星信号の送信周波数Ｌ１が１．５７５４２ｅ９Ｈｚであってもよい。本実施形態では、受信周波数と送信周波数を周波数情報に含めてもよい。式（４）では、ｃは光速（ｃ＝２．９９７９２４５８ｅ８ｍ／ｓ）を表す。（ｖ_ｉｊ＿ｘ、ｖ_ｉｊ＿ｙ、ｖ_ｉｊ＿ｚ）は、ｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星の速度ベクトルを表し、位置決め衛星の天体暦と現在時刻に従って計算することができる。（ａ_ｉｊ＿ｘ、ａ_ｉｊ＿ｙ、ａ_ｉｊ＿ｚ）は、受信機１００に対するｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星の方向ベクトルを表し、ａ_ｉｊ＿ｘ＝（ｘ_ｉｊ−ｘ_ｕ）／ｒ、ａ_ｉｊ＿ｙ＝（ｙ_ｉｊ−ｙ_ｕ）／ｒ、ａ_ｉｊ＿ｚ＝（ｚ_ｉｊ−ｚ_ｕ）／ｒである。ここで、ｒは受信機１００からｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星への距離を表し、（ｘ_ｉｊ、ｙ_ｉｊ、ｚ_ｉｊ）はｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星の位置座標を表し、（ｘ_ｕ、ｙ_ｕ、ｚ_ｕ）は当該受信機の位置座標を表し、

は、当該受信機の速度ベクトルを表し、

は、受信機１００におけるクロックのタイミング変化率、即ち、受信機１００におけるクロック変動の割合を表す。衛星測位システムにおけるクロックは安定であるためタイミング変動率を受信機１００のクロックと関連付けることができると仮定できる。タイミング変動率は、受信機１００と衛星測位システムの間のクロック・バイアスの一次導関数であってもよい。

受信機１００の位置情報と速度情報を上述の式に従って計算した後、受信機１００は測位に対する測位経路を生成することができる。

１例では、衛星の疑似距離の測定やドップラ測定において比較的誤差が少ないときには、位置決め衛星の数を増加させることによって位置決め計算の精度を高めることができる。例えば、衛星により提供された衛星情報の中の衛星の疑似距離とドップラ測定における測定誤差のために、衛星の追跡品質が貧弱な場合には、位置決め衛星の数が増加したときに位置決め精度が実際に低下する可能性がある。したがって、衛星情報（例えば、疑似距離とドップラ測定）に多数の誤差をもたらす位置決め衛星を特定する必要がある場合がある。

したがって、別のプロセスＳ１７３（図３では図示せず）を、Ｓ１７２を実施した後かつＳ１７４を実施する前に実施することができる。受信機１００の計算モジュール２０の識別ユニットが、受信した衛星情報に従って各衛星測位システムにおける冗長な位置決め衛星を特定してもよい。特定した冗長な衛星からの衛星信号を破棄し、受信機１００の位置を計算するために使用しなくともよい。例えば、当該識別ユニットが、多数の誤差を有する衛星情報（例えば、疑似距離およびドップラ測定）を提供する位置決め衛星を冗長な衛星と特定することができる。１実施形態では、ＲＡＩＭ（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）の方法に従って冗長な衛星を特定することができる。当該識別ユニットはまた、各受信機ループの出力パラメータ、例えば、キャリア周波数の変動、疑似距離測定の変動等に従って冗長な衛星を特定することができる。

図４は、本発明の１実施形態に従う例示的な測位方法を示す。北斗（Ｃｏｍｐａｓｓ）衛星測位システムとＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の例を用いて、図４を図１と組み合わせて説明する。

Ｓ１１で、受信機１００の検出モジュール１０がＧＰＳ衛星信号を受信してもよい。受信機１００がＧＰＳ衛星信号を受信した場合には、Ｓ１２で、検出モジュール１０がさらに、受信機１００が北斗衛星信号を受信したかどうかを検出してもよい。そうではなく、受信機１００がＧＰＳ衛星信号を受信しない場合には、Ｓ１３で、受信機１００の検出モジュール１０は依然として、北斗衛星信号を受信したかどうかを検出してもよい。衛星信号がＧＰＳシステムまたは北斗システムの何れかからも受信されない場合には、Ｓ１４で、位置検出を実施することができず、検出モジュール１０は、衛星信号の検出を継続してもよい。即ち、Ｓ１１に戻ってもよい。

北斗衛星信号とＧＰＳ衛星信号がＣＤＭＡ技術に基づくので、受信機１００は、それぞれ、Ｓ１１、Ｓ１２、およびＳ１３でＩ分岐通常測位符号を使用することによってＧＰＳ衛星信号と北斗衛星を受信衛星信号から区別することができる。

受信機１００が北斗衛星信号ではなくＧＰＳ衛星信号を検出した場合には、Ｓ１５で、受信機１００は、ＧＰＳ衛星信号に基づいて単一モードで位置決めを実施することができる。受信機１００がＧＰＳ衛星信号を受信せず、北斗衛星信号を受信した場合には、Ｓ１６で、受信機１００は北斗衛星信号に基づいて単一モードで位置決めを実施してもよい。

Ｓ１６で、例えば、受信機１００が北斗衛星信号を受信したとき、受信機１００の位置情報、および、受信機１００と北斗衛星測位システムの間のクロック・バイアスに対応する受信機１００の変位を、以下のように式（５−１）乃至（５−ｍ）に従って計算することができる。

ここで、ρ_１乃至ρ_ｎは、それぞれｎ個の北斗位置決め衛星の疑似距離を表し、ρ_１乃至ρ_ｎを受信機１００の追跡ループにより計算することができる。（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ、ｚ_ｉ）はｉ番目の北斗位置決め衛星の位置座標を表し、１≦ｉ≦ｎである。（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ、ｚ_ｉ）を、ｉ番目の北斗位置決め衛星の軌道パラメータと位置決め時刻に従って計算することができる。当該軌道パラメータを、Ｉ分岐での測位メッセージ・データＤを復調し、衛星信号を追跡し固定した後に衛星測位システムのＩＣＤドキュメントを分析し収集することによって、取得することができる。座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ、ｚ_ｉ）は地球中心・地球固定（ＥＣＥＦ）座標であってもよい。地球中心・地球固定（ＥＣＥＦ）座標システムでは、地球の中心が座標の原点を表す。Ｚ軸は地球の回転軸方向に沿って北向きを指し、Ｘ軸は緯度経度位置（０、０）を指し、Ｙ軸は９０度の経度を指す。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は右手系の座標システムから成る。式（５−１）乃至（５−ｍ）では、ｂ_ｕは、受信機１００と北斗衛星測位システムの間のクロック・バイアスに対応する受信機１００の変位を表し、（ｘ_ｕ、ｙ_ｕ、ｚ_ｕ）は受信機１００の位置座標を表す。式（５−１）乃至（５−ｍ）には４つの未知数、即ち、ｘ_ｕ、ｙ_ｕ、ｚ_ｕおよびｂ_ｕがある。当該４つの未知数を、少なくとも４つの北斗位置決め衛星からの衛星情報に従って計算することができる。

受信機１００がＧＰＳ衛星信号だけでなく北斗衛星信号も受信する場合には、Ｓ１７で、受信機１００が、位置決めを２相モードで実施することができる。即ち、受信機１００はＳ１７でＧＰＳ衛星信号と北斗衛星信号に同時に従って位置決めを実施することができる。受信機１００は、式（２−１１）乃至（２−２ｎ）に従って位置情報を計算することができる。かかる状況では、５つの未知数、即ち、ｘ_ｕ、ｙ_ｕ、ｚ_ｕ、ｂ_ｕ１およびｂ_ｕ２が存在し、その結果、位置決め計算を実施するのに少なくとも５つの位置決め衛星が必要な場合がある。

以上の説明は例示の目的のためにすぎず、本発明の範囲を限定しようとするものではないことは理解される。検出モジュール１０がさらに、受信衛星信号がガリレオ衛星信号、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号、または現在もしくは将来利用可能な他の任意の衛星測位システムであるかどうかを検出できることは理解される。衛星信号を様々な衛星測位システムから検出する順序をランダムに選択することができ、当該順序は上の例で開示した順序に限定されないことも理解される。

図５は、本発明の１実施形態に従う、複数の測位システムのためのマルチモード測位システムのブロック図である。図５を図４と組み合わせて説明する。

１実施形態では、マルチモード測位システムは、複数の衛星測位システム、例えば、衛星測位システム５０１、衛星測位システム５０２、衛星測位システム５０３、および衛星測位システム５０４のためのものであり、受信機５１０とクライアント端末５１２を備える。衛星測位システム５０１、５０２、５０３、および５０４はそれぞれ、北斗衛星システム、ＧＰＳ衛星システム、グロナス衛星システムおよびガリレオ衛星システムに対応してもよい。衛星測位システムは他の衛星測位システムであることができ、上述の衛星測位システムには限定されないことに留意されたい。１実施形態では、受信機５１０はさらに、アンテナ５０５、 無線周波数信号処理ユニット５０６、ベースバンド・ユニット５１４、および計算ユニット５１１を備える。１実施形態では、アンテナ５０５は、少なくとも１つの衛星測位信号を受信するように構成される。例えば、アンテナ５０５は、少なくとも１つの衛星測位信号を、北斗衛星システム、ＧＰＳ衛星システム、グロナス衛星システムおよびガリレオ衛星システムのうち少なくとも１つから受信する。

無線周波数信号処理ユニット５０６は、アンテナ５０５により受信された衛星測位信号を処理し、それに応じて中間周波数信号を生成する。１実施形態では、アンテナ５０５が受信する衛星測位信号は高周波のアナログ信号であり、したがって、無線周波数信号処理ユニット５０６はこれらの高周波数信号を、フィルタリング、周波数処理（即ち、周波数シフト）、アナログ・デジタル変換等のような幾つかのステップで処理し、ベースバンド・ユニット５１４により処理できる中間周波数信号をそれに対応して生成する。次いで、無線周波数信号処理ユニット５０６がこれらの中間周波数信号をベースバンド・ユニット５１４に転送する。

ベースバンド・ユニット５１４はさらに、捕捉ユニット５０７、追跡ユニット５０８、および復号器５０９を備える。１実施形態では、ベースバンド・ユニット５１４は、受信衛星測位信号を示す中間周波数信号を受信し、位置決め衛星の可視性、性能、および環境に基づいて衛星測位信号がそこから送信される位置決め衛星にリソースを割り当てる。割り当てたリソースは、ハードウェア・リソースである捕捉チャネルと追跡チャネル、および、ソフトウェア・リソースであるＣＰＵシステム・リソースを備えてもよい、等である。捕捉ユニット５０７と追跡ユニット５０８は、リソースを割り当てた位置決め衛星を捕捉し追跡し、捕捉し追跡した中間周波数信号に従ってこれらの位置決め衛星に対応する測位メッセージを生成する。復号器５０９は、測位メッセージを受信し、当該測位メッセージを復調して、衛星情報、即ち、疑似距離、位置座標情報、および周波数情報等を取得する。

大部分の衛星測位システムは様々な周波数と様々な変調モードを有するので、測位メッセージの形式も様々であることに留意されたい。受信機は、対応する様々な測位システムをサポートするために、様々なアンテナ、無線周波数信号処理ユニットおよびベースバンド・ユニットで設計される。１実施形態では、受信機は、様々な衛星測位システム、即ち、北斗衛星システムおよびＧＰＳ衛星システムをサポートするために、アンテナ、無線周波数信号処理ユニット、およびベースバンド・ユニットに関して様々なハードウェア構造を有する。１実施形態では、受信機は、同一のハードウェア構造を有するけれども、様々なソフトウェアを実行して、様々な衛星測位信号を処理し、様々な衛星測位システム、即ち、グロナス・システムおよびガリレオ・システムをサポートする。

計算ユニット５１１は、衛星情報、例えば、疑似距離、位置座標情報、速度情報、および周波数情報等、ならびに／またはそれらの任意の組合せを含む衛星信号を受信し、受信機５１０の位置情報および速度情報を計算する。１実施形態では、計算ユニット５１１が受信衛星信号を評価して最適な組合せを決定する。即ち、これらの測位システムから測位システムと衛星を選択して、位置と速度を計算する。受信衛星信号の評価には、受信衛星信号のソートとフィルタが含まれる。

計算ユニット５１１は、受信機５１０の位置情報と速度情報を計算し、当該情報をＮＭＥＡ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）コードの標準形式の情報へと変換する。ＮＭＥＡ情報はさらにクライアント端末５１２に出力される。したがって、ユーザは受信機５１０の位置情報と速度情報を取得して使用することができる。

１実施形態では、受信機５１０の位置情報を式（３）に従って計算することができ、当該受信機の速度情報を式（４）に従って計算することができる。

１実施形態では、式（３）と（４）を最小二乗（ＬＳ）アルゴリズムで解くことができる。最小二乗アルゴリズムは、幾つかの未知数の真の値を求めるための単純な方法である。多くの最適化問題を、エネルギを最小化するかまたはエントロピを最大化することによって、最小二乗の形式で表現することができる。

１実施形態では、マルチモード測位システムにおいて、ＬＳアルゴリズムに基づいて位置を計算するための観測式は、
Ｚ＝ＨＸ＋ｖ （６−１）
で与えられる。ここで、Ｘは推定すべき状態ベクトルであり、Ｚは観測ベクトルであり、Ｈはシステムの観測行列であり、ｖは当該観測ベクトルの雑音ベクトルを表す。ＬＳアルゴリズムに基づく当該状態ベクトルＸの推定式は、

である。重み付け最小二乗方法に基づく状態ベクトルＸの推定式は、

である。ここで、Ｒはｖの共分散行列であって各観測値の雑音を示す。

１実施形態では、マルチモード測位システムにおいて、各衛星測位システムは受信機とのクロック・バイアスを有する。各クロック・バイアスは様々な変位に対応する。Ｍが位置決め衛星の数を表すとして、受信機の座標と変位の初期値が

である場合には、ＬＳアルゴリズムの原理によればこの初期値に基づく式（３）の１次テイラー列は以下の式のようになる。
Δρ＝ＨΔｘ＋ｖ （７）
式（７）はＬＳアルゴリズムに基づいて受信機の位置を計算するための観測式である。Δρは測定した疑似距離と推定した疑似距離の間のバイアスを表し、Δｘは受信機の位置および初期位置の間のバイアスと当該変位および初期変位の間のバイアスとを含み、ｖは観測ベクトルの雑音ベクトルを表し、Ｈは（（Ｎ_１＋Ｎ_２＋・・・Ｎ_Ｍ）＊（３＋Ｍ））行列であり、Ｎ_ｉはｉ番目の測位システムの位置決め衛星の数を表す。したがって、ＬＳアルゴリズムに基づく位置計算のための状態ベクトルと観測ベクトルは以下のようになる。

ここで、Ｎ_１、Ｎ_２、・・・Ｎ_Ｍはそれぞれ、１番目、２番目、・・・Ｍ番目の測位システムの位置決め衛星の数を表す。雑音ベクトルは（Ｎ_１＋Ｎ_２＋・・・Ｎ_Ｍ）＊１行列であり、当該行列の各要素は観測ベクトルＺの観測値の雑音に対応する。行列Ｈにおいては、

はｉ番目の測位システムのｊ番目の位置決め衛星のパラメータを表し、

は、地球中心地球固定（ＥＣＥＦ）座標系における受信機の初期座標を表し、

は、ｉ番目の測位システムのｊ番目の位置決め衛星から受信機への推定距離を表す。最初の反復計算では、

は初期座標（ｘ_ｕ０、ｙ_ｕ０、ｚ_ｕ０）と等しい。後続の反復計算では、

は最後の反復計算から計算した受信機の座標に等しい。

上述の観測式に基づいて、状態ベクトルＸの推定値をＬＳアルゴリズム／重み付け最小二乗（ＷＬＳ）アルゴリズムに基づいて式（６−２）／（６−３）に従って取得することができ、受信機の位置情報を取得することができる。この計算モデルは、ＬＳアルゴリズム、ＷＬＳアルゴリズムおよび再帰最小二乗（ＲＬＳ）アルゴリズムに基づくマルチモード測位システムにも適用可能である。状態ベクトルＸは受信機の位置と受信機の初期位置の間のバイアスを含み、したがって、受信機の位置を受信機の状態ベクトルと初期位置に従って取得できることに言及しておく。

ＬＳアルゴリズムに基づく上述の位置計算は、Ｍ≧１として、Ｍ個の衛星測位システムに基づく位置計算に適している。例えば、１個の衛星測位システム（例えば、単一の衛星測位システム）が存在し、位置を計算するためのＮ個の位置決め衛星が当該衛星測位システムに存在すると受信機が判定した場合には、Ｈは次式に示すようにＮ×４行列である。

Ｎは、当該測位システムにおいて位置を計算するための位置決め衛星の数である。

であり、

は、地球中心地球固定（ＥＣＥＦ）座標系における受信機の初期座標を表し、

は、ｊ番目の位置決め衛星から受信機までの推定距離を表す。したがって、位置計算のための状態ベクトルと観測ベクトルは、
Ｘ＝［Δｘ_ｕ、Δｙ_ｕ、Δｚ_ｕ、Δｂ_ｕ］^Ｔ （７−５）
Ｚ＝［Δρ_１、Δρ_２、．．．、Δρ_Ｎ］^Ｔ （７−６）
である。

状態ベクトルＸの推定値を、ＬＳアルゴリズム／重み付け最小二乗（ＷＬＳ）アルゴリズムに基づいて式（６−２）／（６−３）に従って取得することができ、受信機の位置情報を取得することができる。

同様に、１実施形態において位置を計算するための２つの衛星測位システムが存在する場合には、Ｈは以下に示すように（Ｎ_１＋Ｎ_２）＊５行列である。

ここで、Ｎ_１は位置を計算するための１番目の測位システムの位置決め衛星の数であり、Ｎ_２は、位置を計算するための２番目の測位システムの位置決め衛星の数である。したがって、位置計算のための状態ベクトルと観測ベクトルは、次式の通りである。
Ｘ＝［Δｘ_ｕ、Δｙ_ｕ、Δｚ_ｕ、Δｂ_１ｕ、Δｂ_２ｕ］^Ｔ （７−８）
Ｚ＝［Δρ_１１、Δρ_１２、．．．、Δρ_１Ｎ１、Δρ_２１、Δρ_２２、．．．、Δρ_２Ｎ２］^Ｔ （７−９）

状態ベクトルＹの推定値を、ＬＳアルゴリズム／重み付け最小二乗（ＷＬＳ）アルゴリズムに基づいて式（６−２）／（６−３）に従って取得することができ、受信機の位置情報を取得することができる。当該速度を式（４）により計算することができる。より具体的には、式（４）の左辺は式（８−１）に示すｄ_ｉｊにより表される。

の値は１に非常に近く、

と１の差分は百万分の２か３でありうるので、式（４）は次式のように簡略化できる。

１組の４変数式が変数

に対して以下のように確立される。
ｄ＝Ｈｇ （８−３）
ここで、

である。ここで、Ｔは速度計算のための位置決め衛星の数を表す。したがって、速度とび時間シフトは式（８−５）により次のように得られる。
ｇ＝Ｈ^−１ｄ （８−５）
ここで、Ｈ^−１は行列Ｈの逆行列を表す。

したがって、式（８−３）をＬＳアルゴリズムに基づいて受信機の速度を計算するための観測式とみなすことができる。ここで、ｇは状態ベクトルであり、ｄは観測ベクトルである。状態ベクトルｇは受信機の速度情報

を含む。状態ベクトルｇを式（８−５）に従って計算することができ、受信機の速度が取得される。

式（８−３）乃至（８−５）に従って、受信機は、衛星信号の周波数、キャリア信号の周波数、位置決め衛星の速度、位置決め衛星の位置座標、および速度を計算する前の受信機の位置座標を取得する必要がある。キャリア信号の周波数は既知であり、他の情報は測定と位置計算により取得することができる。未知数には

がある。ここで、

は受信機のシステム時刻の時間シフトを表す。システム時刻は、受信機のシステムの特性に依存し、測位システムには依存しない。したがって、マルチモード測位システムでは、受信機は、未知数の数を増加させずに位置決め衛星の数を増加させることによって速度を計算する。したがって、速度計算の精度を大幅に高めることができる。

図６は、本発明の１実施形態に従う計算ユニット、例えば、図５の計算ユニット５１１により実装されるプロセスを示す。図６を図５と組み合わせて説明する。

ステップ６０１で、受信機が、衛星測位信号を少なくとも１つの測位システムから受信する。測位システムには、北斗衛星システム、ＧＰＳ衛星システム、グロナス衛星システム、およびガリレオ衛星システムが含まれるがこれらに限定されない。受信機はさらに、フィルタ、周波数シフト、アナログ・デジタル変換等のようなステップでこれらの衛星測位信号を処理する。

ステップ６０３で、受信機が、検出した位置決め衛星にリソースを割り当てる。具体的には、受信機が、位置決め衛星の可視性、性能、および環境に基づいて位置決め衛星にリソースを割り当ててもよい。割り当てたリソースが、ハードウェア・リソースである捕捉チャネルと追跡チャネルを含んでもよく、ソフトウェア・リソースであるＣＰＵシステム・リソースを含んでもよい、等である。

ステップ６０５で、受信機が、割り当てたリソースを有する位置決め衛星を捕捉し追跡して、各位置決め衛星の疑似距離、位置座標、速度情報および周波数情報等のような衛星情報を取得する。

ステップ６０７で、マルチモード測位システムの計算ユニット、例えば、図５に示す計算ユニット５１１が、受信衛星信号に従って位置決め衛星を評価し、これらの測位システムにおける測位システムと位置決め衛星を決定し、位置と速度を計算する。受信衛星信号の評価には、受信衛星信号のソートとフィルタが含まれる。計算ユニット５１１は測位システムにより衛星をソートする。１実施形態では、計算ユニット５１１が、衛星信号のＩ分岐通常測位符号に従って北斗衛星信号、ＧＰＳ衛星信号、およびガリレオ衛星信号を検出し、衛星信号の周波数に従ってグロナス衛星信号を検出する。

計算ユニット５１１は、位置または速度を計算するための適切な測位システムと位置決め衛星をフィルタする。フィルタのステップは以下のステップを含む。第１のステップでは、受信衛星信号に従って位置と速度を計算するための衛星を決定する。測定誤差が小さくなれば、衛星割当てのＤＯＰが小さくなり、したがって、位置計算の精度が高まる。したがって、位置を計算する前に受信機が衛星を選択するのが良い。位置決め衛星を、衛星信号強度、衛星仰角、および追跡品質等に基づいて選択することができる。

第２のステップでは、受信衛星信号に従って位置と速度を計算するための測位システムを決定する。上述のように、位置決めのための測位システムを増加させると、位置を計算するときに未知数が増加する。したがって、測位システムを決定するとき、受信機は、各測位システムの位置決めに対する寄与を推定し、位置決めに対する測位システムを選択する必要がある。推定の条件には、位置決め衛星の数、衛星仰角、追跡品質、ＤＯＰ等を含めることができる。１実施形態では、位置決めのときに、測位システムと位置決め衛星の両方を位置決めのためにフィルタする。速度を計算するとき、受信機がマルチモード測位システムにおける未知数の数を増加させずに速度を計算するので、当該速度を計算するための衛星が第１のステップで説明したようにフィルタされる。

ステップ６０９で、計算ユニット５１１は、位置計算式およびＬＳアルゴリズムに基づいて、フィルタされた衛星に従って受信機の位置を計算する。

ステップ６１１で、計算ユニット５１１は、速度計算式とＬＳアルゴリズムに基づいて、フィルタされた衛星に従って受信機の速度を計算する。

図７は、本発明の１実施形態に従う、最小二乗アルゴリズムに基づく位置計算方法を示す。図７を図５および図６と組み合わせて説明する。

ステップ７０１で、マルチモード測位システムの計算ユニット、例えば、図５に示す計算ユニット５１１が、受信衛星信号に従って位置決め衛星を評価する。受信衛星信号の評価には、受信衛星信号のソートとフィルタが含まれる。計算ユニット５１１は、測位システムにより受信衛星信号に従って衛星をソートする。計算ユニット５１１は、衛星をフィルタして、図６のステップ６０７に従って、貧弱な品質の冗長な衛星を排除し適切な測位システムと衛星を選択する。

ステップ７０３で、計算ユニット５１１が、位置決めのための測位システムの数と衛星の数を決定する。マルチモード測位システムでは、Ｍ個の測位システムが位置決め（Ｍは、１より大きい整数である）に使用される場合には、３＋Ｍ個の未知数、即ち、（ｘ_ｕ、ｙ_ｕ、ｚ_ｕ）、ｂ_ｕ１、ｂ_ｕ２、．．．、ｂ_ｕＭ、ｂ_ｕＭが存在する。ここで、ｂ_ｕ１、ｂ_ｕ２、．．．、ｂ_ｕＭ、ｂ_ｕＭはそれぞれ、受信機とＭ個の衛星測位システムの間のクロック・バイアスに対応する変位を表す。したがって、受信機の位置を計算するために、少なくとも（３＋Ｍ）個の位置決め衛星をＭ個の測位システムから選択すべきである。受信機は、位置決めのための測位システムを選択するときに、各測位システムの位置決めに対する寄与を推定する必要がある。推定の条件に、衛星の数、衛星仰角、追跡品質、ＤＯＰ等を含めることができる。各測位システムでは、位置決め衛星を、衛星信号強度、衛星仰角、追跡品質等に基づいて選択する。

ステップ７０５で、受信機が、ＬＳ／ＷＬＳアルゴリズムに基づいて、位置決めのための状態ベクトルＸ、観測ベクトルｚ、および観測行列Ｈを決定する。１実施形態では、状態ベクトルＸ、観測ベクトルＺ、および観測行列Ｈを式（７）乃至（７−９）に従って決定することができる。例えば、Ｍ個の測位システムが位置決めに使用される場合には、状態ベクトルＸは式（７−１）で示され、観測ベクトルＺは式（７−２）で示され、観測行列Ｈは式（７−３）で示され、（（Ｎ_１＋Ｎ_２＋・・・Ｎ_Ｍ）＊（３＋Ｍ））行列である。ここで、Ｎ_ｉはｉ番目の測位システムの位置決め衛星の数を表す。

ステップ７０７で、受信機は状態ベクトルＸを初期化する。１実施形態では、受信機の座標の初期値とクロック・バイアスに対応する変位は

であり、当該初期値を任意の値に設定することができる。

ステップ７０９で、受信機はＬＳ／ＷＬＳアルゴリズムに基づいて式（６−２）と（６−３）に従って状態ベクトルＸの推定値を計算する。当該計算アルゴリズムはＬＳアルゴリズムとＷＬＳアルゴリズムには限定されないことは理解される。例えば、上述のようにＲＬＳアルゴリズムを位置計算に使用することができる。

ステップ７１１で、受信機が、ＬＳ／ＷＬＳアルゴリズムに基づく状態ベクトルＸの推定値が許容範囲に収束するかどうかを判定する。１実施形態では、次式を使用して、状態ベクトルＸの推定値Ｘ１が許容範囲に収束するかどうかを判定することができる。

Ｖ_ＴＨの値を設計時に考慮する必要がある。１実施形態では、Ｖ_ＴＨは１メートルに設定される。１実施形態では、状態ベクトルＸの推定値Ｘ１が当該許容範囲に収束しない場合には、プロセスはステップ７１３に進み、そうでない場合には、プロセスはステップ７１５に進む。ステップ７１５で、受信機の位置情報を状態ベクトルＸの推定値Ｘ１に従って取得することができる。

ステップ７１３で受信機が状態ベクトルＸを更新する。例えば、状態ベクトルＸの値を、以前の反復計算で計算された推定値Ｘ１として更新する。次に、プロセスはステップ７０９に戻り、状態ベクトルＸは新たな初期値Ｘ１を有することとなる。次に、受信機が、ＬＳ／ＷＬＳアルゴリズムに基づき、式（６−２）と（６−３）に従って状態ベクトルＸの値を推定する。

図８は、本発明の１実施形態に従う最小二乗アルゴリズムに基づく速度計算方法を示す。図８を図５乃至図７と組み合わせて説明する。

ステップ８０１で、マルチモード測位システムの計算ユニット、例えば、図５に示す計算ユニット５１１が、受信衛星信号に従って衛星を評価する。受信衛星信号の評価には、受信衛星信号のソートとフィルタが含まれる。計算ユニット５１１は、速度計算のための衛星を受信衛星信号に従ってソートしフィルタする。ステップ８０１は、ステップ６０７およびステップ７０１と同様に実装される。

ステップ８０３で、計算ユニット５１１が速度計算のための衛星の数を決定する。計算ユニット５１１は測位システムの数が増加したときに未知数の数を増加させずに速度を計算するので、このステップで、計算ユニットが速度計算のための衛星を選択し速度計算のための衛星の数を決定してもよい。

ステップ８０５で、計算ユニット５１１は、速度計算のためのＬＳ／ＷＬＳアルゴリズムに基づいて、式（８−１）と（８−４）とこれらの選択された衛星の衛星情報とに従って、状態ベクトルｇ、観測ベクトルｄ、および観測行列Ｈを決定する。

ステップ８０７で、計算ユニット５１１は、観測ベクトルｄ、観測行列Ｈおよび式（８−５）に従って状態ベクトルｇの値を計算し、状態ベクトルｇに従って受信機の速度情報を取得する。

測位方法の諸態様を、上で概観したように、プログラミングで具体化してもよい。当該技術のプログラム態様を、一般に、一種の機械読取可能媒体に保持されるかまたは当該媒体で具体化される、実行可能データおよび／または関連データの形態の「製品」と考えてもよい。有形の非一時的な「記憶」タイプの媒体には、様々な半導体メモリ、テープ・ドライブ、ディスク・ドライブ等のような、コンピュータ、プロセッサ等に対するメモリもしくは他の記憶、またはそれらの関連モジュールの一部または全部が含まれる。これらは、ソフトウェア・プログラミングに対して任意の時刻に記憶を提供することができる。

ソフトウェアの全部または一部を、種々の時点で、インターネットまたは他の様々な電気通信ネットワークのようなネットワークを介して通信してもよい。かかる通信により、例えば、ソフトウェアを或るコンピュータまたはプロセッサから別のコンピュータまたはプロセッサにロードすることができる。したがって、ソフトウェア要素を運搬する別の種類の媒体には、有線および光の地上線ネットワークを通じて、および、様々なエア・リンクを介して、ローカル装置間の物理インタフェースにわたって使用されるような、光波、電波、電磁波が含まれる。有線リンクまたは無線リンク、光リンク等のような、かかる波を伝播する物理要素を、ソフトウェアを運搬する媒体と考えてもよい。本明細書で使用する際、有形の「記憶」媒体に限定しない限り、コンピュータまたは機械「読取可能媒体」とは、プロセッサに実行用に命令を提供することに参加する任意の媒体をいう。

したがって、機械読取可能媒体は多数の形態をとりうる。この形態には、限定ではなく、有形の記憶媒体、搬送波媒体または物理送信媒体が含まれる。不揮発性記憶媒体には、例えば、任意のコンピュータ（複数可）等における任意の記憶装置のような、光ディスクまたは磁気ディスクが含まれる。これらを使用して、図面に示したシステムまたは任意のその構成要素を実装してもよい。揮発性記憶媒体には、かかるコンピュータプラットフォームのメモリのような、動的メモリが含まれる。有形の送信媒体には、同軸ケーブル、銅線および光ファイバが含まれる。これらは、コンピュータ・システム内部でバスを形成する配線も含む。搬送波送信媒体は、電気信号もしくは電磁信号、または無線周波数（ＲＦ）および赤外線（ＩＲ）データ通信の最中に生成されたもののような音波もしくは光波の形をとることができる。コンピュータ読取可能媒体の一般的な形態には、したがって、例えば、フロッピ・ディスク、フレキシブル・ディスク、ハード・ディスク、磁気テープ、他の任意の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤまたはＤＶＤ−ＲＯＭ、他の任意の光媒体、パンチ・カード、紙テープ、穴のパターンを有する他の任意の物理記憶媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭおよびＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、他の任意のメモリ・チップもしくはカートリッジ、搬送波伝送データもしくは命令、かかる搬送波を伝送するケーブルもしくはリンク、または、コンピュータがプログラミング・コードおよび／もしくはデータをそこから読み取ることができる他の任意の媒体が含まれる。これらの形態のコンピュータ読取可能媒体の多くが、１つまたは複数の命令の１つまたは複数の列を実行用にプロセッサに運搬することを必要としてもよい。

以上の説明と図面は本発明の諸実施形態を提供するが、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の原理の趣旨と範囲から逸脱しない様々な追加、修正、および置換えを行ってもよいことは理解される。形態、構造、配置、比率、材料、要素、および構成要素を多数修正して本発明を使用してもよく、そうでなければ、本開示の実施において本発明を使用してもよく、本開示は本発明の原理から逸脱しない特定の環境および動作要件に特に適合されていることは当業者には理解される。ここで開示した実施形態はしたがって、全ての点において例示的であって限定的ではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲とその法的均等物により示され以上の説明には限定されないと考えるべきである。

１０ 検出モジュール
２０ 計算モジュール
２１ 割当てユニット
２２ 捕捉追跡ユニット
２３ 計算ユニット

Claims (29)

1. 受信機であって、
   リソースを１つまたは複数の測位システムの各々の位置決め衛星に割当て、割り当てたリソースを有する前記位置決め衛星を追跡して、前記位置決め衛星に関連付けられた衛星情報を取得するように構成されたベースバンド・ユニットと、
   前記衛星情報を前記ベースバンド・ユニットから受信し、前記１つまたは複数の測位システムの各々において前記位置決め衛星を評価し、前記受信機の位置決めパラメータを前記衛星情報に基づいて決定するように構成された計算ユニットと、
   を備える、受信機。
2. 前記衛星情報は、前記位置決め衛星の疑似距離、位置座標、速度情報、および周波数情報のうち１つまたは複数を含む、請求項１に記載の受信機。
3. 前記受信機の前記位置決めパラメータを決定するステップは、前記受信機の位置と速度を前記衛星情報に基づいて最小二乗アルゴリズムに従って計算するステップを含む、請求項１に記載の受信機。
4. 衛星の衛星測位信号を前記１つまたは複数の測位システムから受信するように構成されたアンテナと、
   前記衛星測位信号を処理し、中間周波数信号を生成するように構成された信号処理ユニットと、
   をさらに備えた、請求項１に記載の受信機。
5. 前記計算ユニットは、前記位置決め衛星からの受信衛星信号のＩ分岐通常測位符号に従って北斗衛星、ＧＰＳ衛星、およびガリレオ衛星を決定し、受信衛星信号の周波数に従ってグロナス衛星を決定する、請求項１に記載の受信機。
6. 前記計算ユニットはさらに、前記衛星情報に従って前記位置決め衛星をフィルタし、信号品質が貧弱な冗長な衛星を排除し、位置を計算するのに適した衛星を選択するように構成された、請求項１に記載の受信機。
7. 前記最小二乗アルゴリズムに基づく前記位置は、観測式
   Ｚ＝ＨＸ＋ｖ
   に従って計算され、Ｘは状態ベクトルであり、Ｚは観測ベクトルであり、Ｈは観測行列系であり、ｖは前記観測ベクトルの雑音ベクトルを表し、前記観測式に従って前記状態ベクトルＸを計算して前記受信機の位置を求める、
   請求項３に記載の受信機。
8. 前記最小二乗アルゴリズムに基づいて前記位置を計算するための前記状態ベクトルと前記観測ベクトルはそれぞれ、
   

   

   であり、Δｂ_ｕｉは前記受信機およびｉ番目の衛星測位システムの間のクロック・バイアスに対応する変位と初期変位とのバイアスを表し、Δρ_ｉｊはｉ番目の測位システムにおけるｊ番目の衛星の測定した疑似距離と推定疑似距離との間のバイアスを表し、Ｍは前記位置を計算するために使用される測位システムの数を表し、Ｎ_ｉは前記位置を計算するために使用されるｉ番目の測位システムにおける衛星の数を表し、（Δｘ、Δｙ_ｕ、Δｚ_ｕ）は前記受信機の位置座標と初期位置座標の間のバイアスを表す、
   請求項７に記載の受信機。
9. 観測行列Ｈは、（（Ｎ_１＋Ｎ_２＋…Ｎ_Ｍ）＊（３＋Ｍ）行列、即ち、
   

   

   であり、
   

   

   は、ｉ番目の測位システムにおけるｊ番目の衛星のパラメータを表し、
   

   

   は、地球中心地球固定（ＥＣＥＦ）座標系における前記受信機の初期座標を表し、
   

   

   は、ｉ番目の測位システムにおけるｊ番目の衛星と前記受信機の間の推定距離を表す、
   請求項７に記載の受信機。
10. 前記位置を計算するための、前記最小二乗アルゴリズムに基づく前記状態ベクトルＸの推定式は、
    

    

    である、請求項７に記載の受信機。
11. 位置を計算するための、重み付き最小二乗アルゴリズムに基づく前記状態ベクトルＸの推定式は、
    

    

    であり、Ｒはｖの共分散行列であって各観測値の雑音を示す、
    請求項７に記載の受信機。
12. 前記計算ユニットは前記最小二乗アルゴリズムに基づく前記状態ベクトルＸの推定値Ｘ１が許容範囲に収束するかどうかを判定し、前記推定値Ｘ１が前記許容範囲に収束しない場合には、前記計算ユニットは、状態ベクトルＸの値を事前推定値として更新し、前記状態ベクトルＸの値を再度推定し、前記推定値Ｘ１が前記許容範囲に収束する場合には、前記計算ユニットは、前記推定値Ｘ１に従って前記受信機の前記位置決めパラメータを取得する、請求項１０に記載の受信機。
13. 前記計算ユニットは前記重み付き最小二乗アルゴリズムに基づく前記状態ベクトルＸの推定値Ｘ１が許容範囲に収束するかどうかを判定し、前記推定値Ｘ１が前記許容範囲に収束しない場合には、前記計算ユニットは、Ｘの値を事前推定値Ｘ１として更新して、前記状態ベクトルＸの値を再度推定し、前記推定値Ｘ１が前記許容範囲に収束する場合には、前記計算ユニットは、前記推定値Ｘ１に従って前記受信機の前記位置決めパラメータを取得する、請求項１１に記載の受信機。
14. 前記受信機の速度を計算するための観測式は、
    ｄ＝Ｈｇ
    であり、ｇは状態ベクトルであり、ｄは観測ベクトルであり、Ｈは観測行列であり、状態ベクトルｇを前記観測式に従って計算して前記受信機の速度を計算することができる、
    請求項３に記載の受信機。
15. 前記観測ベクトルｄ、前記観測行列Ｈ、および前記状態ベクトルｇは、
    

    

    であり、
    

    

    であり、Ｔは前記速度を計算するために使用される衛星の数を表し、ｉはｉ番目の衛星測位システムを表し、ｊはｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星を表し、ｃは光速を表し、（ｖ_ｉｊ＿ｘ、ｖ_ｉｊ＿ｙ、ｖ_ｉｊ＿ｚ）はｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星の速度ベクトルを表し、
    

    

    は前記受信機の速度情報を表し、
    

    

    は前記受信機におけるクロックのタイミング変化率を表し、（ａ_ｉｊ＿ｘ、ａ_ｉｊ＿ｙ、ａ_ｉｊ＿ｚ）は前記受信機に対するｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星の方向ベクトルを表し、
    ａ_ｉｊ＿ｘ＝（ｘ_ｉｊ−ｘ_ｕ）／ｒ、ａ_ｉｊ＿ｙ＝（ｙ_ｉｊ−ｙ_ｕ）／ｒ、ａ_ｉｊ＿ｚ＝（ｚ_ｉｊ−ｚ_ｕ）／ｒ
    であり、ｒは前記受信機からｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星への距離を表し、（ｘ_ｉｊ、ｙ_ｉｊ、ｚ_ｉｊ）はｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星の位置座標を表し、（ｘ_ｕ、ｙ_ｕ、ｚ_ｕ）は前記受信機の位置座標を表す、
    請求項１４に記載の受信機。
16. 少なくとも１つの測位システムからの衛星測位信号を受信し処理するステップと、
    検出した位置決め衛星にリソースを割り当てるステップと、
    割り当てたリソースを有する前記位置決め衛星を追跡して衛星情報を取得するステップと、
    前記衛星情報に従って前記位置決め衛星を評価するステップと、
    前記位置決め衛星の評価に基づいて受信機の位置決めパラメータを決定するステップと、
    を含む、測位方法。
17. 前記衛星情報は、前記位置決め衛星の疑似距離、位置座標、速度情報、および周波数情報のうち１つまたは複数を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記受信機の前記位置決めパラメータを計算するステップは、前記受信機の位置と速度を最小二乗アルゴリズムに基づいて計算するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記位置決め衛星を評価するステップは、
    前記衛星情報に従って測位システムにより前記位置決め衛星を整列するステップと、
    前記衛星情報に従って、信号品質が貧弱な冗長な衛星を排除することによって前記位置決め衛星をフィルタし、位置を計算するのに適した位置決め衛星を選択するステップと、
    を含む、請求項１６に記載の方法。
20. 最小二乗アルゴリズムに基づいて位置を計算するための観測式を、
    Ｚ＝ＨＸ＋ｖ
    のように決定するステップであって、Ｘは状態ベクトルであり、Ｚは観測ベクトルであり、Ｈは観測行列系であり、ｖは前記観測ベクトルの雑音ベクトルを表し、前記観測式に従って前記状態ベクトルＸを計算して前記受信機の前記位置決めパラメータを求めるステップをさらに含む、
    請求項１６に記載の方法。
21. 前記最小二乗アルゴリズムに基づく位置計算のための前記状態ベクトルと前記観測ベクトルは、
    

    

    であり、Δｂ_ｕｉは前記受信機およびｉ番目の衛星測位システムの間のクロック・バイアスに対応する変位と初期変位とのバイアスを表し、Δρ_ｉｊはｉ番目の測位システムにおけるｊ番目の衛星の測定した疑似距離と推定疑似距離との間のバイアスを表し、Ｍは前記位置を計算するために使用される測位システムの数を表し、Ｎ_ｉは前記位置を計算するために使用されるｉ番目の測位システムにおける衛星の数を表し、（Δｘ、Δｙ_ｕ、Δｚ_ｕ）は前記受信機の位置座標と初期位置座標の間のバイアスを表す、
    請求項２０に記載の方法。
22. 観測行列Ｈは、（（Ｎ_１＋Ｎ_２＋…Ｎ_Ｍ）＊（３＋Ｍ）行列、即ち、
    

    

    であり、
    

    

    は、ｉ番目の測位システムにおけるｊ番目の衛星のパラメータを表し、
    

    

    は、地球中心地球固定（ＥＣＥＦ）座標系における前記受信機の初期座標を表し、
    

    

    は、ｉ番目の測位システムにおけるｊ番目の衛星と前記受信機の間の推定距離を表す、
    請求項２０に記載の方法。
23. 前記位置を計算するための、前記最小二乗アルゴリズムに基づく前記状態ベクトルＸの推定式は、
    

    

    である、請求項２１に記載の方法。
24. 位置を計算するための、重み付き最小二乗アルゴリズムに基づく前記状態ベクトルＸの推定式は、
    

    

    であり、Ｒはｖの共分散行列であって各観測値の雑音を示す、
    請求項２１に記載の方法。
25. 計算ユニットが、前記最小二乗アルゴリズムに基づく前記状態ベクトルＸの推定値Ｘ１が許容範囲に収束するかどうかを判定し、前記推定値Ｘ１が前記許容範囲に収束しない場合には、前記計算ユニットは、状態ベクトルＸの値を事前推定値Ｘ１で更新し、前記状態ベクトルＸの値を再度推定し、前記推定値Ｘ１が前記許容範囲に収束する場合には、前記計算ユニットは、前記推定値Ｘ１に従って前記受信機の位置情報を取得する、請求項２１に記載の方法。
26. 計算ユニットが、前記重み付き最小二乗アルゴリズムに基づく前記状態ベクトルＸの推定値Ｘ１が許容範囲に収束するかどうかを判定し、前記推定値Ｘ１が前記許容範囲に収束しない場合には、前記計算ユニットは、状態ベクトルＸの値を事前推定値Ｘ１で更新して、前記状態ベクトルＸの値を再度推定し、前記推定値Ｘ１が前記許容範囲に収束する場合には、前記計算ユニットは、前記推定値Ｘ１に従って前記受信機の位置情報を取得する、請求項２４に記載の方法。
27. 前記衛星情報に従って測位システムにより前記位置決め衛星を整列するステップは、
    前記衛星情報のＩ分岐通常測位符号に従って北斗衛星、ＧＰＳ衛星、およびガリレオ衛星を決定するステップと、
    前記衛星情報の周波数に従ってグロナス衛星を決定するステップと、
    をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
28. 前記受信機の速度を計算するステップはさらに、
    前記受信機の速度を計算するための観測式ｄ＝Ｈｇを決定するステップであって、ｇは状態ベクトルであり、ｄは観測ベクトルであり、Ｈは観測行列であるステップと、
    前記状態ベクトルｇを前記観測式に従って計算して前記受信機の速度を計算するステップと、
    を含む、請求項１６に記載の方法。
29. 観測ベクトルｄ、観測行列Ｈ、および状態ベクトルｇは、
    

    

    であり、
    

    

    であり、Ｔは速度を計算するために使用される衛星の数を表し、ｉはｉ番目の衛星測位システムを表し、ｊはｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星を表し、ｃは光速を表し、（ｖ_ｉｊ＿ｘ、ｖ_ｉｊ＿ｙ、ｖ_ｉｊ＿ｚ）はｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星の速度ベクトルを表し、
    

    

    は前記受信機の速度情報を表し、
    

    

    は前記受信機におけるクロックのタイミング変化率を表し、（ａ_ｉｊ＿ｘ、ａ_ｉｊ＿ｙ、ａ_ｉｊ＿ｚ）は前記受信機に対するｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星の方向ベクトルを表し、
    ａ_ｉｊ＿ｘ＝（ｘ_ｉｊ−ｘ_ｕ）／ｒ、ａ_ｉｊ＿ｙ＝（ｙ_ｉｊ−ｙ_ｕ）／ｒ、ａ_ｉｊ＿ｚ＝（ｚ_ｉｊ−ｚ_ｕ）／ｒ
    であり、ｒは前記受信機からｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星への距離を表し、（ｘ_ｉｊ、ｙ_ｉｊ、ｚ_ｉｊ）はｉ番目の衛星測位システムにおけるｊ番目の位置決め衛星の位置座標を表し、（ｘ_ｕ、ｙ_ｕ、ｚ_ｕ）は前記受信機の位置座標を表す、
    請求項２７に記載の方法。

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