JP2014530354A

JP2014530354A - アンチジャミングアンテナを含むｇｎｓｓポジションニングシステムおよび位相中心補正搬送波の利用

Info

Publication number: JP2014530354A
Application number: JP2014531055A
Authority: JP
Inventors: エル．ピーターセンジェイムズ
Original assignee: Novatel Inc
Current assignee: Novatel Inc
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-11-17
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: EP2758805B1; EP2758805A1; US20130241768A1; CA2846096C; CN103814307B; CA2846096A1; CN103814307A; AU2012313315B2; US9612342B2; JP6242794B2; WO2013040701A1; AU2012313315A1; EP2758805A4

Abstract

アクティブヌルおよびビームステアリングＣＲＰＡ（controlled radiation pattern antenna）を利用するＧＮＳＳ受信器に使用される搬送波位相補正サブシステムにより、ＣＲＰＡ濾波信号から取得した搬送波位相測定値におけるアンテナ位相中心移動を補償する搬送波位相補正値を求める。この搬送波位相サブシステムは、測定した放射パターンと、ＣＲＰＡにおける衛星信号の入射角と、適用された重みとを利用して、上記のＣＲＰＡ濾波信号に適用される搬送波位相補正値を求める。このＣＲＰＡ濾波信号からは、ジャミング信号の動的変化に依存して搬送波位相測定値が後に取得されるかまたは搬送波位相測定値が得られる。上記のように搬送波位相を補正すれば、ＧＮＳＳ受信器は、公知のＲＴＫ技術を利用して搬送波サイクルアンビギュイティを解決することができる。

Description

関連する明細書への相互参照
本発明は、GNSS POSITIONING SYSTEM INCLDUCING AN ANTI-JAMMING ANTENNA AND UTILIZING PHASE CENTER CORRECTED CARRIERという名称でJames L.Petersenによって２０１１年９月２０日に提出された米国暫定特許明細書第６１／５３６，８２７号に優先権を主張するものであり、この明細書の内容は、参照によって本明細書に含まれるものとする。

発明の分野
本発明は、一般的には搬送波位相測定値を使用する全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）ポジションニングシステムに関しており、殊にアンチジャミングアンテナを利用するＧＮＳＳポジションニングシステムに関する。

背景情報
多重アンテナ素子ヌルステアリングアンテナは、意図してまたは意図せずに加えられたジャミング信号のような干渉信号が、このようなマルチアンテナ素子ヌルステアリングアンテナが使用されない状況において、ＧＮＳＳ衛星信号に基づく位置決定に悪影響を及ぼし得る環境において殊に有効である。各アンテナ素子によって受信されるこれらの信号は、複数のジャミング信号を打ち消す１つまたはそれ以上のヌルを有効に形成するため、重み付けされて結合される。この重み付けはまた必要に応じて、１つまたはそれ以上のトランスミッタに向かって上記のアンテナビームを配向するか、または１つまたはそれ以上のトランスミッタの方向にこのアンテナの利得を増大させる。関心の対象であるこのアクティブヌルステアリングは、一種の制御放射パターンアンテナ（ＣＲＰＡ controlled radiation pattern antenna）である。

ＣＲＰＡのアンテナ素子によって受信した信号は、ジャミング信号が存在する場合にはその方向および仰角を求めるために解析される。各アンテナ素子から得られるこれらの信号はつぎに重み付けされ、これにより、ジャミング信号を実質的に打ち消しひいては位置決定のために処理される信号に対するジャミング信号の寄与を打ち消すヌルが得られる。さらに上記の信号に適用される重み付けは、視野内のＧＮＳＳ衛星に向かってビームを配向することもでき、これは、上空に向かうポインティングのような単一のオーバヘッド位置決め制約に基づき、所望の方向における利得を増大させる。特定の衛星または衛星群に向かってアンテナを配向するため、および／またはマルチパス信号を回避するためなどに複数の位置決め制約を使用することも可能である。択一的にはこれらの制約は、所定の衛星に向かってアンテナビームを配向するために利用することができ、また位置決定のために分析される複数の信号に対するマルチパス信号およびジャミング信号の双方の寄与を有効に打ち消すため、上記のビームの周りに複数のヌルを形成することができる。

ＣＲＰＡは、ジャミング信号が存在する環境において、コード遅延に基づいて擬似距離を求めることができる衛星信号を有効に供給する。しかしながら精密ＧＮＳＳ位置測定は、各ＧＮＳＳ衛星信号の搬送波位相測定値を使用して行われる。一般的には短基線リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ real time kinematik）情報は、ＣＲＰＡと共に動作する受信器またはローバーによって利用され、これによってこのローバーは、搬送波サイクルアンビギュイティを高速に解決し、環境条件および衛星位置エラーに対する補正するなどを行うことができるため、複数のＧＮＳＳ衛星信号の搬送波位相測定値から位置をセンチメートル精度で測定することができる。

短基線ＲＴＫ情報を使用するこのシステムは一般的には、数キロメートルだけ、例えば１０キロメートル未満だけ離れたベースＧＮＳＳ受信器およびローバーＧＮＳＳ受信器と共に動作する。位置が既知のこのベース受信器は、視野内にあるＧＮＳＳ衛星から送信されたＧＮＳＳ信号を使用して搬送波位相測定値を形成し、各衛星からの擬似距離を計算する。つぎにこのベース受信器は、衛星信号を使用して計算した上記の擬似距離と、上記の受信器の既知の位置に基づく距離と、上記の衛星の既知の位置との間の差分を求めて、擬似距離補正情報を求める。公知のように動作する上記のベース受信器は、ＲＴＫ情報を、すなわち距離補正情報、擬似距離、搬送波位相測定値および種々異なる別の情報を上記のローバー受信器に一斉送信する。

上記のローバー受信器は、上記の一斉送信された擬似距離、搬送波位相測定値および別の情報を利用し、既知の処理負荷の高い処理を使用して、搬送波サイクルアンビギュイティを解決する。このローバー受信器は、距離補正情報を利用して擬似距離誤差を補正する。ここでこの擬似距離誤差はすべて公知のように、受信器間の基線が短いことに起因して上記のベース受信器およびローバー受信器の両方に同様に影響を及ぼす衛星軌道、周囲条件などの変化に関連するものである。

短基線システムによっては固定の基線を利用するものもある。この固定の基線により、例えばローバー受信器に配置された２つのアンテナを使用してこのローバー受信器の配向またはアジマス角を求めることができる。これらのアンテナは、自動車または船舶のような車両に固定することができ、また例えば、わずかに１〜０．５メートル以下だけ離すことができる。各アンテナは情報を供給し、この情報は一般的に知らされている処理負荷の高い短基線ＲＴＫ処理に利用され、これにより、各アンテナに対して整数の搬送波サイクルアンビギュイティを解決するのに必要な計算が容易になる。一旦、整数の搬送波サイクルアンビギュイティが解決されてしまえば、上記のシステムは、上記の２つのアンテナにおいて測定した搬送波位相における差分に基づいて上記の車両のアジマス各または配向を求めることができる。この技術分野においてよく知られているように、上記の短基線は、３次元における問題の解から、２次元における問題の解にその解に移し替えることにより、整数サイクルアンビギュイティの複雑さを実質的に低減する。

残念なことに上記のＣＲＰＡのアクティブヌルおよびビーム形成ステアリングは、受信したＧＮＳＳ衛星信号の搬送波位相を保持しない。その代わりにこのアクティブヌルおよびビームステアリングは、すなわち、各アンテナ素子によって受信した信号に、関連した重み付けを適用することは、各衛星信号に対してアンテナ位相中心を別の位置に移動させるという作用を有する。したがって上記のヌルおよびビームステアリングにより、複数の搬送波位相測定値に誤差が発生して位置決定に悪影響を及ぼすのである。なぜならば複数の衛星からの複数の搬送波位相測定値が必要となるためである。さらにアンテナ位相中心移動は、各衛星に対する複数の搬送波位相測定値に対して全く異なる端点を生じさせ、したがって短基線はもはや固定であるとは考えられないため、上記の短基線ＲＴＫ情報は、搬送波サイクルアンビギュイティを解決するのに有効には使用できないかまたはまったく使用できないのである。

必要になるのは、アクティブヌルステアリングＣＲＰＡにおける複数のアンテナ素子から得られる信号の重み付けに起因するアンテナ位相中心の移動を求めてこれを補正するメカニズムである。さらに、ＲＴＫ情報を有効に利用できるＣＲＰＡと共に動作する既存のＧＮＳＳ受信器を扱うメカニズムが必要になるのである。

発明の要約
アクティブヌルステアリングＣＲＰＡ（controlled radiation pattern antenna）を利用するＧＮＳＳ受信器に使用される搬送波位相補正サブシステムによって複数の搬送波位相補正値が求められ、これらの搬送波位相補正値は、各アンテナ素子において受信した複数の信号を重み付けした複数の信号の結合からなる１つの信号を使用して形成される複数の搬送波位相測定値において、複数のアンテナ位相中心運動を補償する。このサブシステムは、ＣＲＰＡアンテナ素子のアレイの上記の配向を基準にして、各衛星に対するアジマス角および仰角を求める。つぎにこのサブシステムは、これらのアジマス角および仰角と、衛星に関連するベクトルと、各アンテナ素子に関連する対応する測定放射パターンと、各アンテナ素子によって受信した信号に適用される重みとに基づき、所定の衛星から受信した信号のＣＲＰＡ濾波信号に対する位相調整または補正を計算する。この補正は、上記のＣＲＰＡヌルステアリング処理によって発生した位相移動に対する補償を行うため、ＣＲＰＡ重み付けまたは濾波された受信信号に適用される。

上記の位相調整は、ＣＲＰＡ濾波信号から搬送波位相測定値を取得する前に行われて、異なる衛星に対する搬送波位相測定値がすべて、１つの端点として上記のＣＲＰＡの位相中心を有するようにする。つぎに上記のシステムは、公知のように動作して、上記の位相調整された搬送波位相測定値を使用して位置を計算する。

本発明にしたがって構成されたシステムの機能ブロック図である。図１のシステムの択一的な構成を示す機能ブロック図である。基準フレームおよびアンテナ素子のポジショニングを示す一般的なＣＲＰＡアンテナの機能ブロック図である。アンテナ基準フレームと、各ＧＮＳＳ衛星との間の関係を示す一般的なＣＲＰＡアンテナの機能ブロック図である。本発明にしたがって構成されたＧＮＳＳ基地局の択一的な構成を示す機能ブロック図である。

本発明の以下の説明では、添付の図面を参照する。

実施形態の詳細な説明
図３ＡおよびＢを参照すると、Ｎ個のアンテナ素子１０４_iのアレイ１０５から構成されるＣＲＰＡ（controlled radiation pattern antenna）１０２は、複数のＧＮＳＳ衛星１００_jからの信号を受信する。これらのアンテナ素子および衛星はまた、集約的に参照符号１０４および１００によって示される。このＣＲＰＡの基準フレームは、このアレイのアンテナ位相中心点４０５にあるＸＹＺ座標軸の原点と、アンテナ表面から外側を指し示すＺ軸とによって定められる。位相中心４０５から各アンテナ素子１０４_iに至るベクトルは、

と記され、各衛星１００_jから位相中心部４０５に至る波の伝搬方向における位相の変化速度を表す波ベクトルは、

と記される。所定の衛星１００_mに関連するアジマス角φ_mおよび仰角Θ_mも同様に上記の座標軸を基準にして定められる。

ここで図１も参照すると、Ｎ個のアンテナ素子１０４からの受信信号は、ＲＦフロントエンド１０６の対応するＮ個のチャンネルに供給され、このＲＦフロントエンドは、公知のように動作してこれらの信号をフィルタリングし、増幅し、必要であればダウンコンバートする。つぎにこれらの信号は、複数のアナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１０８に供給される。これらのＡＤＣは公知のように動作して上記のＲＦフロントエンドによって供給された上記のＮ個のアナログ信号をＮ個のデジタル信号に変換する。

これらのＮ個のデジタル信号は、アクティブヌルおよびビームステアリングプロセッサ１１０に供給され、このプロセッサは公知のように、ヌルおよびビームステアリング計算にしたがって各アンテナ素子１０４_iからの信号に重みを割り当て、これにより、ジャミング信号が存在する場合には、その方向にヌルを形成する。このヌルステアリングにより、各アンテナ素子に関連する上記の重み付き信号が結合された場合には、上記のジャミング信号の寄与が有効に打ち消される。

また上記の重みは、必要に応じ、１つまたは複数のオーバヘッド制約にしたがい、すべてのＧＮＳＳ衛星１００またはこれらのＧＮＳＳ衛星のそれぞれ１つずつにアンテナビームを配向する。例えば、上記のアンテナビームは、視界内の複数のＧＮＳＳ衛星の方向における利得を増大するため、上方の点すなわち空に制約することができる。択一的には上記のアンテナビームは、特定の衛星または衛星群などに向かって配向することができる。さらに上記のジャミング信号および必要に応じてマルチパス信号を打ち消すため、複数のヌルを上記の配向されたビームの周りに供給することができる。この例では、上記のアクティブヌルおよびビームステアリングプロセッサは、公知の技術を使用して上記の重み付けを計算する。この技術は、各アンテナ素子において受信した複数の信号の一般的に知られたＱＲ分解に基づく。

上記のアクティブヌルおよびビーム形成ステアリングは公知のように、各アンテナ素子によって受信した信号に上記の計算した重みを適用し、これらの重み付けした信号を結合して１つまたは複数のＣＲＰＡ濾波信号を形成するすることによって行われる。上記の重みは、複素数値であり、これが、各アンテナ素子によって受信した信号に適用されると、信号の利得および相回転に影響を及ぼして例えばヌルが得られ、このヌルにより、位置決定のために処理される複数の信号における１つのジャミング信号が実質的に打ち消される。したがって上記の重みは、上記のＣＲＰＡ濾波信号に位相移動を生じさせる。

図１のシステムにおいて、上記の重みはまた、搬送波位相補正サブシステムによって使用される。このサブシステムは実質的に、搬送波位相補正プロセッサ１２０と、衛星ベクトルプロセッサ１２２と、複素数加算器１１８_jとから構成される。このサブシステムは、搬送波位相調整値または補正値を計算し、これらは、搬送波位相トラッキングプロセッサ１１４の各衛星トラッキングチャネル１１５_jにおける上記の複数の信号から搬送波位相測定値が取り出される前に上記の加算器により、上記のＣＲＰＡ濾波信号に適用される。これらの補正値によって結果的に、各アンテナ素子信号のＣＰＲＡ重み付けに起因し得る位相中心移動が上記の搬送波位相測定値から取り除かれる。複数の複素数加算器１１８_jは、図面において、搬送波トラッキングプロセッサ１１４の各チャネルから分かれているように描かれているが、これらの加算器は、これとは異なり、チャンネルに含めることも可能である。択一的にはこれらの複素数加算器は、上記の搬送波位相補正プロセッサに含めることができ、またこの場合には上記のＣＰＲＡ濾波信号も上記のプロセッサに供給される。これらの複素数加算器およびチャネルはまた集約的に参照符号１１８および１１５で表される。

上記の位相調整の前または位相調整の後のいずれのＣＰＲＡ濾波信号もコードトラッキングプロセッサ１１６に供給され、このプロセッサは、各衛星信号に関連したコード遅延を求めるため、慣用のように（図示しない）遅延ロックループを動作させる。このコード遅延は、位置プロセッサ１３０によって利用されて擬似距離および位置が求められる。このコード遅延に基づく位置は、オンライン１３４で供給され、また以下で説明するように上記の衛星信号の入射角を求めるために衛星ベクトルプロセッサ１２２によって使用可能である。位置プロセッサ１３０は、（図示しない）ＲＴＫ基地局によって供給されるＲＴＫ情報および上記の位相調整ＣＲＰＡ濾波信号から得られる搬送波位相測定値を使用して求められる一層精度の高い位置をオンライン１３２で供給する。

搬送波位相補正プロセッサ１２０は、アクティブヌルおよびビームステアリングプロセッサ１１０から、各アンテナ素子１０４_iによって受信した信号に適用される重み値ｗ_iを含む重みベクトル

を受け取り、また衛星ベクトルプロセッサ１２２からは、ＣＲＰＡにおける衛星信号の入射角に関連する情報を受け取る。搬送波位相補正プロセッサはつぎに、上記のヌルステアリングによって上記の受信衛星信号に発生した位相移動をＣＲＰＡ濾波信号から取り除くため、位相調整値を計算する。搬送波位相補正プロセッサの動作を詳しく説明する前に衛星ベクトルプロセッサ１２２の動作を説明する。

衛星ベクトルプロセッサ１２２は、上記の衛星信号におけるナビゲーションデータに含まれている上記の時間および衛星位置情報を利用して、および／または、必要な場合にはＲＴＫ一斉通信の一部として受信される上記の時間および衛星位置情報を利用して、視野内にある各衛星の位置を求める。

衛星ベクトルプロセッサ１２２はさらにＣＲＰＡの、またより正確にアンテナアレイ１０５の姿勢または配向を求め、ここでこれは、オペレータによって供給されるか、またはアンテナ位置が固定されている場合には構成設定か、またはアンテナが例えば車両と共に移動する場合には（図示しない）ジャイロスコープまたは慣性センサのようなセンサによって供給される情報に基づいて行われる。択一的には上記の衛星ベクトルプロセッサは、衛星位置と、ＣＲＰＡの計算した位置と、衛星から各アンテナ素子１０４_iに信号が到着時間と基づいてアンテナアレイの姿勢を求める。この際に前提とするのは、ヌルステアリングが行われない場合には上記のジャミング信号により、上記の衛星信号の到着時間の算出が妨げられないことである。

上記とは異なり、アンテナ素子１０４_iの少なくとも１つのペアが、関心対象の搬送波信号の１波長以下だけ離れている場合、アレイ１０５の姿勢および方向は、ULTRA SHORT BASELINE GNSS RECEIVERという名称で２０１１年４月２１に刊行された米国特許第２０１１／００９０１１４号に記載された方法で求めることができる。この明細書においても同じ代理人が指定されており、また参照によってこの明細書内容全体が本明細書に含まれているものとする。択一的には上記の配向は、米国特許第６，９９２，６２４号に記載されているように関心対象のＧＮＳＳ信号源におけるヌルのポジショニングおよび衛星位置から求めることができる。この明細書においても同じ代理人が指定されており、また参照によってこの明細書内容全体が本明細書に含まれているものとする。

上記に加えてまたは択一的に、SHORT AND ULTRA SHORT BASELINE PHASE MAPSという名称の２０１１年４月２１に刊行された米国特許第２０１１００９０１１３号に記載された（図示しない）位相マップを使用して上記のアンテナアレイの配向を決定することができる。この明細書においても同じ代理人が指定されており、また参照によってこの明細書内容全体が本明細書に含まれているものとする。

アンテナ素子アレイ１０５の姿勢が一旦求められると、衛星ベクトルプロセッサ１２２は、所定の衛星１００_mに対し、上記のアレイの配向を基準にして仰角Θ_mおよびアジマス角φ_mを計算する。このプロセッサはさらに、上記の所定の衛星からの波の伝搬方向における位相の変化速度を表す波ベクトル

を計算する。この波ベクトルは、上記のＣＲＰＡの位相中心４０５から上記の所定の衛星に至る見通し線に沿っており、また

のデカルト座標は、

によって定められ、ここでλは、受信した搬送波信号の波長である。

上記の衛星ベクトルプロセッサは、視界内にある少なくとも４つの衛星に対する角度およびベクトルを搬送波位相補正プロセッサ１２０に供給する。搬送波位相補正プロセッサ１２０は、仰角Θ_mおよびアジマス角φ_mを使用して、（アンテナ素子１０４_i毎に１つの）Ｎ個の放射パターンテーブル１２４からなる集合を入力し、また各アンテナ素子１０４_iに対し、関連する放射パターンに対応する値Ｒ_iを抽出する。上記の複数のアンテナ素子を基準にした衛星信号の入射角に関連する利得および／または位相応答を含むこれらの放射パターン値Ｒ_iは、較正処理中に公知のように求められ、また衛星の方向におけるアンテナ素子の位相変化および場の相対強度を表す。

搬送波位相補正プロセッサ１２０は、各衛星信号のＣＲＰＡ濾波信号に対する位相補正値を、

で計算し、ただし
Ｙ_mは、ｍ番目の衛星から受信した信号の位相に対する、ＣＲＰＡによって形成された複素数の歪みであり、
Θ_mは、上記のアンテナアレイ配向を基準にして上記の衛星位置によって定められるｍ番目の衛星の仰角であり、
φ_mは、上記のアンテナアレイの方向を基準にして上記の衛星位置によって定められるｍ番目の衛星のアジマス角であり、
ｗ_iは、ＣＲＰＡヌルおよびビームステアリングアルゴリズムによって求められるｉ番目のアンテナ素子に対する複素数の重み付けファクタであり、
Ｒ_iは、ｉ番目のアンテナ素子に対する放射パターン値であり、

は、監視中のｍ番目の衛星から上記のアンテナアレイの位相中心に至る波の伝搬方向における位相の変化速度を表す波ベクトルであり、

は、上記のアンテナアレイの位相中心からｉ番目のアンテナ素子の位置にいたる変位ベクトルであり、

は、ｍ番目の衛星から到来する上記の信号に対し、ＣＲＰＡステアリングプロセスによって生じた位相中心移動に起因する搬送波位相における変化であり、

である。

各衛星１００_mに関連する一意の搬送波位相補正値

は、オンライン１１９_mで複素数加算器１１８_mに供給され、搬送波位相測定値を取り出す前にこれらの加算器によってＣＲＰＡ濾波信号に適用され、これによって上記の複数の搬送波位相測定値の端点と、アンテナアレイ１０５の物理的な位相中心４０５とが揃えられる。つぎにアンテナアレイの上記の精密位置を求めるため、少なくとも４つの衛星からの上記の信号の搬送波位相測定値を公知のように使用することができる。

上方のポインティングの単一オーバヘッド制約を使用する場合、アンテナ素子１０４によって受信される信号に適用される、アンチジャミング処理用の重み付けは、視界内にあるすべての衛星について同じである。したがって図１に示したように搬送波トラッキングプロセッサ１１４のすべての処理チャネル１１５において使用するため、オンライン１１１で単一のＣＲＰＡ濾波信号が形成される。この処理の前に、各衛星信号に対して一意である位相補正値

が、複素数加算器１１８_mによって上記のＣＲＰＡ濾波信号に適用されて、上記の位相が調整されるかまたは補正され、各処理チャネル１１５_mにおいて信号が処理される。したがってこれらの搬送波位相測定値は、補正したＣＲＰＡ濾波信号を使用して形成され、これらの搬送波位相測定値は、上記のＣＲＰＡの物理的な位相中心４０５に共通の１つの端点を有するのである。

位相を調整または補正した上記のＣＲＰＡ濾波信号は、公知のようにチャネル１１５の搬送波位相トラッキングループにおいて処理されて、衛星１００に対応する搬送波位相測定値が求められる。上で述べたようにジャミング信号が存在する場合、上記のアクティブヌルおよびビームステアリングプロセッサ１１０によってアンテナ素子信号に適用される上記の重みは、上記の搬送波位相補正サブシステムによって供給される補正値がなければ、結果的に各ＣＲＰＡ濾波衛星信号に対する有効アンテナ位相中心移動を生じさせ、ひいては搬送波位相測定値に誤差を生じさせることになる。したがって補正を行わなければ、上記のシステムは不正確な位置を計算することになる。さらに基線も実質的に移動することになるため、位相中心移動は、搬送波サイクルアンビギュイティを解決するために短基線ＲＴＫ技術が使用ができないようにし得る。

位置プロセッサ１３０は、搬送波位相測定値における搬送波サイクルアンビギュイティを解決するため、ＲＴＫ情報を公知のように利用する。搬送波位相補正サブシステムによってＣＲＰＡ濾波信号の位相調整が行われることにより、上記の搬送波位相測定値がすべて１つの端点として上記のアンテナ位相中心４０５を有することが保証されるため、上記のＲＴＫ情報を公知のように使用することができる。このため、位置決定プロセッサは、比較的迅速に搬送波サイクルアンビギュイティを解決することができ、また補正しなければ位置計算に悪影響を及ぼし得る衛星位置エラーおよび周囲条件も補正することができる。したがって上記の位置プロセッサは、上記のＲＴＫ情報を公知のように利用し、上記の位相調整ＣＲＰＡ濾波信号の搬送波位相測定値に基づいてセンチメートルの精度で精密位置を形成するのである。

例えば製造またはコンポーネントのばらつきを含む多くのファクタに起因して、ＲＦフロントエンド１０６および／またはＡＤＣ１０８のＮ個のチャネルを通る際に発生する遅延があまりにも異なる場合、過剰なチャネル遅延差は擬似距離測定値の精度および安定性に影響を及ぼすため、これらの遅延は再度揃えなければならない。必要であれば、位相および遅延等化較正データを供給してこれらの位相および遅延の不整合を補正するようにする。この較正データは、メーカによって供給されるか、またはジャミング信号のない環境においてＧＮＳＳ衛星信号を使用して較正処理を行うことによって求めることができる。衛星ベクトルプロセッサ１２２は、この較正データを維持管理することができるか、またはこのデータは、このプロセッサがアクセスできる（図示しない）テーブルに記憶することができる。必要であれば、アンテナアレイ１０５の姿勢を求める前に、各アンテナ素子からの信号にラインバイアスに対する補正を適用する。さらに上記のコードトラッキングプロセッサに供給されるＣＲＰＡ濾波信号に対し、ラインバイアスに対するこの補正を行うことができる。

上で述べた位相マップを利用する場合、ラインバイアスに対する補正は、この位相マップに含めることができる。さらにアンテナ素子を所定の位置に支持するフレームに起因するマルチパスおよびアンテナクロストークに対する補正も上記位相マップに含めることが可能である。択一的には（図示しない）遅延補正プロセッサを使用することができる。このようなプロセッサはまた、アンテナ素子間の利得差分および個別位相を補償して正規化することができる。この代わりに上記のアクティブヌルおよびビームステアリングプロセッサ１１０において適用される重みにおいて、個別アンテナ素子位相および利得差分を補償することができる。択一的には、搬送波位相補正プロセッサ１２０は、ＣＲＰＡ濾波信号に適用される位相調整における上記のラインバイアス補正を含むことができる。

図２を参照すると、１つまたは複数の制約によって各衛星または衛星群に向かってアンテナビームが配向される場合、アクティブヌルおよびビームステアリングプロセッサ１１０によって形成される重みベクトル

は、衛星によって異なる。したがって上記の受信器はすべて公知のように、各処理チャネル１１５に対して異なるＣＲＰＡ濾波信号を形成する。ＣＲＰＡ濾波信号はオンライン１１１上でマルチプレクサ２１４に供給され、このマルチプレクサは、これらの信号を複素数加算器１１８に供給する。所定のＣＲＰＡ濾波信号は、上述のように、対応するチャネル１１５_mにおける位置決定に対してこの信号が処理される前に、複素数加算器１１８_mを介して一意の位相補正ΔΨ_mを信号に適用することによって位相調整される。

対応する濾波ＣＰＲＡ信号は、位相調整の前および後のいずれであれ、コードトラッキングプロセッサ１１６の各チャネルにも供給され、このコードトラッキングプロセッサは、図１を参照して上で説明した慣用の仕方で動作する。

図１および２のシステムに含まれている搬送波位相補正サブシステムは、ＣＲＰＡを利用する既存のＧＮＳＳ受信器の動作に容易に組み込むことができ、これは、公知のように、例えばジャミング信号を打ち消すヌルを形成するために、アンテナ素子からの信号を重み付けて結合するように動作する。このように搬送波位相補正サブシステムを組み込むことにより、上記の受信器は、位相調整したＣＲＰＡ濾波信号から形成した搬送波位相測定値を使用して精密位置を求めることができ、またこの受信器は、搬送波サイクルアンビギュイティを解決するためにＲＴＫ情報を利用することができる。上記の搬送波位相調整がなければ、上記の信号の重み付けに伴うアンテナ位相中心移動は、搬送波サイクルアンビギュイティを解決するための短基線ＲＴＫ技術の使用に悪影響を及ぼすかまたはこれをできなくしてしまうことさえあり、また搬送波位相測定値を使用して決定される位置に誤差を生じさせる。したがって搬送波位相調整サブシステムがなければ、ＧＮＳＳ受信器は、より精度の低い位置を形成するためであっても、より処理負荷の高い処理を実行しなければならなくなってしまうのである。

ジャミング信号が大きな動的変化を有する環境において、関連するヌルを形成するために適用される上記の重みベクトルは比較的高速に変化する。したがってこの重みの適用に関連する位相中心移動も同様に比較的高速に変化する。このような環境においては、上記の搬送波トラッキングループにおいて上記の濾波ＣＲＰＡ信号を処理する前に、この位相中心運動を除去するための搬送波位相補正を適用し、これにより、狭帯域搬送波位相トラッキングループがこのような高速の位相中心運動をどのように追跡するかを求めるのに伴う問題が回避される。これが行われない場合、上記のシステムは、上記の搬送波位相の計算の一部として、上記の信号に対する上記のトラッキングループ応答を求めなければならないことになる。ジャミング信号の動的変化が小さいことが予想される環境においては、濾波ＣＲＰＡ信号を搬送波位相トラッキングループによって処理した後に、上記の搬送波補正を行うことができる。なぜならば上記の狭帯域トラッキングループは、上記の緩慢に変化する位相中心運動を追従するからである。

ここで図４を参照すると、ＧＮＳＳ基地局５００は、位置固定テレコミュニケーション装置から、例えば１つまたは複数の（図示しない）セルタワーから生じるジャミング信号、および／または、比較的緩慢に移動する歩行者の（図示しない）携帯電話トラヒックから生じるジャミング信号が予想される都市環境において動作する。このような環境では、ジャミング信号の動的変化は小さく、またヌルステアリングベクトルの更新も、緩慢に移動する歩行者のトラヒックに対しては１秒に１回のように周期的に行うことができ、また位置固定ジャミング信号に対しては１時間に１回のようにより少ない頻度で行うことができる。上記の重みの適用に伴う位相中心移動を補償する上記の搬送波位相補正もまた緩慢に変化する。したがって上記の補正は、各搬送波位相測定値に直接適用することができるのである。

上述のような公知のヌルステアリング技術を使用するアクティブヌルおよびビームステアリングプロセッサ５１０は、収集されるデジタイズＲＦサンプルのひとまとまりを周期的に処理することによって上記の更新したヌルステアリングベクトルを計算するかまたは重み付けを行う。これらの重みは、各受信信号に適用され、重み付けされた信号は結合されて上記の濾波ＣＲＰＡ信号が形成されて、上記の位置計算からジャミング信号が除去される。つぎにＣＲＰＡ濾波信号は搬送波位相トラッキングプロセッサ１１４に供給され、このプロセッサは公知のように搬送波位相測定値を形成する処理を行う。

上記の重みは位置プロセッサ５３０にも供給され、この位置プロセッサは、各衛星信号に対して搬送波位相補正値を計算して、これらの信号の重み付けに関連した位相中心運動を補償する。この位置プロセッサは上述のように、各衛星信号の搬送波位相測定値に対する補正ΔΨ_mを計算する処理を行う。また衛星ベクトルプロセッサ１２２は、上述のように動作してアジマス角および仰角ならびに関連する波ベクトルを位置プロセッサ５３０に供給し、この位置プロセッサは計算時に、すべて上で説明したように、上記の角度および波ベクトルも、放射テーブル１２４₁…１２４_Nから得られる放射値も共に利用する。位置プロセッサはまた、擬似距離と、位置と、ＲＴＫ情報のような別の基地局生成物とを求めるため、上記の補正値を搬送波位相測定値に適用する。上記の受信器はつぎに（図示しない）トランスミッタを使用して上記のＲＴＫ情報を一斉送信することができる。

ＧＮＳＳ基地局５００は、上記の代わりにまたは例えば地域のビルディングまたはインフラストラクチャにおける歪監視にも使用可能である。したがって計算した位置は、歪みを示す移動を検出するために分析される。

ステアリングされたアンテナアレイで動作する既存のＧＮＳＳベース受信器は、位置計算の一部として上記の補正値を計算するソフトウェアまたはハードウェアを含めることにより、上記の搬送波位相補正の利点を活用するように容易に更新可能である。したがってこのＧＮＳＳ基地局は、上記の補正した搬送波位相測定値を使用して、精密位置、擬似距離などを計算することができ、また必要であれば、ＲＴＫ情報の一部としてエリアローバーに擬似距離および位置情報を提供することができる。

上の説明は、本発明の特定の実施形態に向けられたものであるが、上記の利点の一部またはすべてを達成して、複数のプロセッサなどのシステムコンポーネントを単一のコンポーネントに結合する、または１つのプロセッサを付加的な複数のコンポーネントに分割する、所定のまたはすべての処理動作をソフトウェア、ハードウェアまたはファームウェアで実行するなどの別の変形および修正を、上で説明した実施形態に対して行うことできることは明らかである。殊に位相および遅延等化は、アンテナ素子信号に重みを適用する前に行うことができ、または等化はこれらの重みを適用した後で行うことができる。さらにアンテナアレイの配向は、記憶された情報またはオペレータによって与えられる情報、ローカルなセンサからの信号を使用して、または各アンテナ素子における衛星信号の到着時間から、および／または、位相マップを使用して求めることができる。上記の代わってマルチプレクタは、搬送波トラッキングプロセッサの各処理チャネルにＣＲＰＡ濾波信号を供給するために同じまたは類似の動作を行うスイッチまたは別のコンポーネントとすることが可能である。上記の搬送波トラッキングループは、搬送波位相測定値を得るため、広く知られた任意の技術を使用することができる。さらに上記のヌルステアリングも搬送波位相補正値および位置も共に計算するために、ＧＮＳＳベース受信器内に単一のプロセッサを利用することができ、または受信した衛星信号にヌルステアリング重みを適用するために（図示しない）フィルタを含むことが可能である。したがって添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神および範囲内にある上記のような変形および修正形態のすべてがカバーされるようにすることである。

Claims

全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）ポジショニングシステムにおいて、
該システムは、
複数のアンテナ素子からなる１つのアレイから構成される制御放射パターンアンテナ（ＣＲＰＡ）と、
複数のジャミング信号に応じて１つまたは複数のヌルを形成するために前記アンテナ素子の信号に重みを割り当てるように構成されたヌルおよびビームステアリングプロセッサであって、重み付けされた前記信号を結合して１つまたは複数のＣＲＰＡ濾波信号を形成するヌルおよびビームステアリングプロセッサと、
割り当てられた前記重みと、アンテナ素子の前記アレイの配向を基準にした所定の衛星のアジマス角および仰角と、各アンテナ素子に関連付けられた放射パターン値とに基づいて前記ＣＲＰＡ濾波信号に対する位相補正値を計算するように構成された搬送波位相補正サブシステムであって、前記位相補正値および前記ＣＲＰＡ濾波信号を結合して、補正ＣＲＰＡ濾波信号を形成する搬送波位相補正サブシステムと、
前記補正ＣＲＰＡ濾波信号から搬送波位相測定値を得るように構成された搬送波位相トラッキングプロセッサと、
前記搬送波位相測定値に基づいて位置を求めるように構成された位置プロセッサとを含む、
ことを特徴とするＧＮＳＳ位置決めシステム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記搬送波位相補正サブシステムおよび前記位置プロセッサのうちの１つまたは両方はさらに、前記搬送波位相測定値における搬送波サイクルアンビギュイティを解決するためにリアルタイムキネティック（ＲＴＫ）情報を使用するように構成されている、
ことを特徴とするシステム。
請求項２に記載のシステムにおいて、
前記ヌルおよびビームステアリングプロセッサはさらに、１つまたは複数の制約にしたがい、１つまたは複数のＧＮＳＳ衛星に向かってアンテナビームを配向するように構成されている、
ことを特徴とするシステム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記搬送波位相補正プロセッサはさらに、前記搬送波位相補正値を

として計算し、ただし
Ｙ_mは、ｍ番目の衛星から受信した信号の前記位相に対する、ＣＲＰＡによって形成された複素数の歪みであり、
Θ_mは、前記アンテナアレイ配向を基準にして前記衛星位置によって定められるｍ番目の衛星の仰角であり、
φ_mは、前記アンテナアレイ配向を基準にして前記衛星位置によって定められるｍ番目の衛星のアジマス角であり、
ｗ_iは、ＣＲＰＡヌルおよびビームステアリングアルゴリズムによって求められるｉ番目のアンテナ素子に対する複素数の重みファクタであり、
Ｒ_iは、ｉ番目のアンテナ素子に対する前記放射パターン値であり、

は、監視中の前記ｍ番目の衛星からアンテナアレイの前記位相中心に至る波の伝搬方向における位相の変化速度を表す波ベクトルであり、

は、前記アンテナアレイの前記位相中心からｉ番目のアンテナ素子の前記位置に至る変位ベクトルであり、

は、前記ｍ番目の衛星から到来する信号に対し、ＣＲＰＡステアリングプロセスによって生じた前記位相中心移動に起因する搬送波位相における変化であり、

である、
ことを特徴とするシステム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記ヌルおよびビームステアリングプロセッサはさらに、上方の点に対する制約にしたがってアンテナビームを配向するように構成されている、
ことを特徴とするシステム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記ヌルおよびビームステアリングプロセッサはさらに、
各ＧＮＳＳ衛星の方向を向くようにするための１つまたは複数の制約にしたがってアンテナビームを配向するためにも前記重みを割り当てるように構成されている、
ことを特徴とするシステム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記搬送波位相補正サブシステムは、前記各アンテナ素子に前記衛星信号が到着する時間に基づいて前記アレイの配向を求めるように構成されている、
ことを特徴とするシステム。
請求項７に記載のシステムにおいて、
前記搬送波位相補正サブシステムは、前記配向を求めるため、アジマス角および仰角を使用して入力される位相マップを利用するように構成されている、
ことを特徴とするシステム。
請求項７に記載のシステムにおいて、
前記アンテナ素子のうちの少なくとも２つのアンテナ素子は、関心対象の前記搬送波信号の１波長以下だけ離されており、
前記ＣＲＰＡの前記配向は、前記２つのアンテナ素子における前記衛星信号の前記到着時間から直接求められる、
ことを特徴とするシステム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
さらに前記アレイの前記配向を求めるためのセンサが含まれており、
前記センサにより、前記搬送波位相補正サブシステムに前記配向情報が供給される、
ことを特徴とするシステム。
全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）信号を使用してポジショニングを求める方法において、
該方法は、
複数のアンテナ素子からなる１つのアレイを含む制御放射パターンアンテナ（ＣＲＰＡ）を使用してＧＮＳＳ衛星からの信号を受信し、
１つまたは複数のジャミング信号に応じて１つまたは複数のヌルを形成するために前記アンテナ素子信号に重みを割り当てて、重み付けされた複数の前記信号を結合して１つまたは複数のＣＲＰＡ濾波信号を形成し、
割り当てられた前記重みと、前記アレイの前記配向を基準にした前記衛星信号の入射角と、前記各アンテナ素子に関連する放射パターン値と基づいて前記ＣＲＰＡ濾波信号に対する位相補正値を計算し、
前記位相補正値および前記ＣＲＰＡ濾波信号を結合して、補正ＣＲＰＡ濾波信号を形成し、
前記補正ＣＲＰＡ濾波信号から搬送波位相測定値を取得し、
前記搬送波位相測定値に基づいて位置を求める、
ことを特徴とする方法。
請求項１１に記載の方法において、
前記搬送波位相測定値における搬送波サイクルアンビギュイティを解決するためにリアルタイムキネティック（ＲＴＫ）情報を使用して前記位置を求める、
ことを特徴とする方法。
請求項１２に記載の方法において、
重みの前記割り当てによりさらに、１つまたは複数の制約にしたがい、１つまたは複数のトランスミッタに向かってアンテナビームを配向する、
ことを特徴とする方法。
請求項１１に記載の方法において、
前記搬送波位相補正値を

として計算し、ただし
Ｙ_mは、ｍ番目の衛星から受信した信号の前記位相に対する、ＣＲＰＡによって形成された複素数の歪みであり、
Θ_mは、前記アンテナアレイ配向を基準にして前記衛星位置によって定められるｍ番目の衛星の仰角であり、
φ_mは、前記アンテナアレイの方向を基準にして前記衛星位置によって定められるｍ番目の衛星のアジマス角であり、
ｗ_iは、ＣＲＰＡヌルおよびビームステアリングアルゴリズムによって求められるｉ番目のアンテナ素子に対する複素数の重みファクタであり、
Ｒ_iは、ｉ番目のアンテナ素子に対する前記放射パターン値であり、

は、監視中の前記ｍ番目の衛星からアンテナアレイの前記位相中心に至る波の伝搬方向における位相の変化速度を表す波ベクトルであり、

は、前記アンテナアレイの前記位相中心からｉ番目のアンテナ素子の前記位置に至る変位ベクトルであり、

は、前記ｍ番目の衛星から到来する信号に対し、ＣＲＰＡステアリングプロセスによって生じた前記位相中心移動に起因する搬送波位相における変化であり、

である、
ことを特徴とする方法。
請求項１１に記載の方法において、
重みの割り当てにはさらに、上方の点に対する制約にしたがってアンテナビームを配向することが含まれている、
ことを特徴とする方法。
請求項１１に記載の方法において、
重み割り当てにはさらに、特定のＧＮＳＳ衛星の方向を向くようにするための１つまたは複数の制約にしたがってアンテナビームを配向することが含まれている、
ことを特徴とする方法。
請求項１１に記載の方法において、
前記各アンテナ素子に前記衛星信号が到着する時間に基づいて前記アレイの前記配向を求める、
ことを特徴とする方法。
請求項１６に記載の方法において、
アジマス角および仰角を使用して入力される位相マップを利用してさらに、前記搬送波位相測定値を補正する、
ことを特徴とする方法。
請求項１６に記載の方法において、
前記アンテナ素子のうちの少なくとも２つのアンテナ素子を関心対象の前記搬送波信号の１波長以下だけ離し、
前記２つのアンテナ素子に前記衛星信号の前記到着時間から前記ＣＲＰＡの前記配向を直接求める、
ことを特徴とする方法。
全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）ベース受信器ポジショニングシステムにおいて、
該システムは、
複数のアンテナ素子からなる１つのアレイから構成される制御放射パターンアンテナ（ＣＲＰＡ）と、
固定であるかまたは動的変化の小さい複数のジャミング信号に応じて１つまたは複数のヌルを形成するために前記アンテナ素子信号に重みを割り当てるように構成されたヌルおよびビームステアリングプロセッサであって、重み付けされた複数の前記信号を結合して１つまたは複数のＣＲＰＡ濾波信号を形成するヌルおよびビームステアリングプロセッサと、
前記１つまたは複数のＣＲＰＡ濾波信号に含まれている１つまたは複数の前記衛星信号の搬送波位相測定値を形成するように構成された搬送波位相トラッキングプロセッサと、
位置プロセッサとを有しており、
該位置プロセッサは、
割り当てられた前記重みと、アンテナ素子の前記アレイの配向を基準にした所定の衛星のアジマス角および仰角と、前記各アンテナ素子に対する関連した放射パターン値とに基づいて前記ＣＲＰＡ濾波信号に対する位相補正値を計算し、前記サブシステムにより、前記位相補正値と前記搬送波位相測定値とが結合されて、補正搬送波位相測定値が形成され、
前記補正搬送波位相測定値に基づいて位置が計算されるように構成されている、
ことを特徴とするベース受信器。
請求項２０に記載のベース受信器において、
前記位置プロセッサによってさらに、歪みを示す運動を検出するために前記計算した位置が分析される、
ことを特徴とするベース受信器。
請求項２０に記載のベース受信器において、
前記位置プロセッサによってさらにＲＴＫ情報が供給され、
トランスミッタにより、前記ＲＴＫ情報が一斉送信される、
ことを特徴とする方法。