JP2021128098A - 測位システム、人工衛星、受信機および測位情報提供方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な測位を短期間で低価格受信機を持って実現することが可能な測位システムを得ること。【解決手段】測距信号を地上へ向けて送信する測位衛星１と、測位衛星１の軌道より軌道高度の低い軌道を周回し、測距信号を観測して得られる観測データを地上へ送信するＬＥＯ衛星３−１，３−２と、観測データと測位補強情報を用いて通信衛星の自己位置を算出する測位演算手段と、観測データおよび自己位置をユーザ受信機４へ提供する提供手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、測位システム、人工衛星、受信機および測位情報提供方法に関する。

近年、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全球測位衛星システム）を用いた測位の利用が急速に拡大している。ＧＮＳＳ測位のためにＧＮＳＳを用いた測位を、以下、ＧＮＳＳ測位と呼ぶ。今後、ＧＮＳＳ測位によって得られた位置情報の利用が進むことが期待されている。

また、ＧＮＳＳ測位の利用の拡大に伴い、ＧＮＳＳ測位の高精度化の検討も進んでいる。ＧＮＳＳ測位の高精度化の一例として、測位の誤差を補正するための測位補強信号を用いる方法がある（例えば、特許文献１参照）。

ＧＮＳＳ測位で用いられる測位衛星としては、従来から用いられているＧＰＳ（Global Positioning System）衛星の他に、天頂付近から測距信号を提供する準天頂衛星（ＱＺＳＳ：Quasi-Zenith Satellite System）衛星、ＩＧＳＯ（Inclined Geosynchronous Orbit）衛星など高仰角の衛星の運用が開始されている。準天頂衛星などの高仰角の衛星は天頂付近にとどまるため、高層ビルの間などに存在するユーザ受信機に対しても測距信号の安定的な提供を図ることができる。また、高層ビルの間などに存在するユーザ受信機では、低仰角のＧＰＳ衛星からの測距信号についてはビル壁等の反射波によってマルチパス誤差が生じるが、高仰角の衛星からの測距信号はマルチパスの影響を受けにくい。

特開２０１４−２０６５０２号公報

従来の測位衛星システムでは、ｃｍ級の高精度な測位を実現するには、ＰＰＰ（Precise Point Positioning）測位の場合に６機、ＰＰＰ−ＲＴＫ（Real Time Kinematic）測位の場合で５機の測位衛星の測距信号を受信する必要がある。ＰＰＰ測位の場合、ｃｍ級の測位精度を得るためには、十分な測位衛星数からの測距信号を直接受信できる場合において、１５分から３０分程度以上の時間がかかっていた。これは、ユーザが高価格の２周波受信機を使用して、周波数ごとに異なる電離層の遅延誤差を推定しつつ、受信機から測位衛星までの２００００ｋｍ以上の距離に含まれる搬送波の波長の１億以上の数を推定しなければならないためである。従って、ビルの谷間や橋梁の下などを通過する自動車等の移動体では、受信できる測距信号が途切れた後に、ｃｍ級の精度を再び得るまでの時間がかかりすぎ、実用に適しにくいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＰＰＰ測位においてｃｍ級の測位精度に達する時間を短縮し、かつ、低価格な１周波受信機で、高精度な測位を実現することが可能な測位システム、人工衛星、受信機および測位情報提供方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、測距信号を地上へ向けて送信する測位衛星と、前記測位衛星の軌道より軌道高度の低い軌道を周回し、前記測距信号を観測して得られる観測データを地上へ送信する通信衛星と、観測データと測位補強情報を用いて測位演算を行うことにより前記通信衛星の自己位置を算出する測位演算手段と、観測データおよび前記自己位置をユーザ受信機へ提供する提供手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、障害物が存在する環境において受信機が測位衛星からの測距信号が途絶えて測位ができなくなった後に、短期間で高精度な測位への復帰を実現することができるという効果を奏する。

本発明にかかる実施例１の測位システムの構成例を示す図である。 実施例１のＬＥＯ衛星の構成例を示す図である。 実施例１のユーザ受信機の構成例を示す図である。 実施例１の測位演算の原理を説明するための図である。 実施例１の測位演算の原理を説明するための図である。 実施例１のユーザ受信機における測位演算処理手順の一例を示すフローチャートである。 実施例１のユーザ受信機における測位演算処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明にかかる実施例２の測位システムの構成例を示す図である。 実施例２のＬＥＯ衛星の構成例を示す図である。 実施例２のユーザ受信機の構成例を示す図である。

以下に、本発明の実施例にかかる測位システム、人工衛星、受信機および測位情報提供方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

実施例１
図１は、本発明にかかる実施例１の測位システムの構成例を示す図である。図１に示すように、実施例の測定システムは、測位衛星１、静止衛星２、ＬＥＯ（Low Earth Orbit）衛星３−１，３−２およびユーザ受信機４を備える。なお、ここでは、測位システムにユーザ受信機４を含めるが、測位システムの定義にユーザ受信機４を含めず、ユーザ受信機４は測位システムから提供される信号を受信するものとしてもよい。

測位衛星１は、例えば、高度２０００ｋｍ〜３６０００ｋｍ程度の軌道５を周回する人工衛星であり、ＧＮＳＳ測位のための測距信号を地上へ向けて送信する。測距信号はＬ１信号、Ｌ２信号およびＬ５信号のうちの少なくとも１つであり、Ｃ／Ａコード、航法メッセージなどを含む信号である。測位衛星１の軌道は、準天頂軌道（ＱＺＯ：Quasi-Zenith Orbit）、ＩＧＳＯなどを周回する高仰角の衛星であるが、これら以外の軌道の測位衛星１であってもよい。なお、以下では、測位衛星１がＱＺＯを周回する人工衛星である例を挙げて説明するが、測位衛星１は、測位補強情報の対象となる測位衛星であればどのような衛星であってもよい。ＱＺＯ，ＩＧＳＯ以外の軌道の衛星であっても、高仰角が高いときに使用されれば、高仰角の衛星と同様にマルチパスの影響を受けにくいため、高仰角の衛星と同様の効果を奏することができる。ＱＺＯ，ＩＧＳＯは離心率の小さい軌道であるが、測位衛星１の軌道は、所望の地上領域の上空にとどまる時間の長い楕円軌道であってもよい。楕円軌道の場合、測位衛星１を複数機用いることで、いずれかの衛星は所望の地上領域で高仰角となる。準天頂軌道の測位衛星１の例は日本のみちびきであり、ＩＧＳＯ軌道の測位衛星１の例は中国のＢｅｉＤｏｕ、インドのＮＡＶＩＣであり、その他の軌道の衛星の例は、欧州のＧａｌｉｌｅｏ、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳ、アメリカのＧＰＳなどである。楕円軌道の測位衛星１の例は、現在計画中のロシアの測位衛星１のようなＩＧＳＯ軌道を周回する衛星である。

静止衛星２は、測位の誤差を補正するための測位補強情報を含む測位補強信号を地上へ送信する。測位補強情報は、例えば、ＰＰＰ補強情報、ＰＰＰ−ＲＴＫ補強情報などである。測位補強情報は、例えば、測位衛星１から送信された測距信号を複数の観測点である電子基準点で観測することで得られる複数の観測データに基づいて生成された情報である。測位補強方式には、大きく分けて、固定された位置の観測データそのものを用いたＯＳＲ（Observation Space Representation）方式と位置依存性の無い（位置が固定されていない）ＳＳＲ（State Space Representation：状態空間表現）方式とに分類できる。ＯＳＲ方式は、位置に依存するデータを用いる方式であり、ＳＳＲ方式は位置依存性のないデータを用いる方式である。本実施例では、測位補強情報は、ＯＳＲ方式であってもＳＳＲ方式であってもよい。なお、図１に示す構成例では、静止衛星２が測位補強信号を送信しているが、測位補強信号は、測位衛星１または他の準天頂衛星から送信されてもよいし、地上のネットワーク経由で携帯電話網から送信されてもよい。測位補強情報は、例えば、測位衛星１の時計誤差（スカラー）、バイアス誤差（スカラー）および軌道誤差（ベクトル）の補正値を含む。

ＬＥＯ衛星３−１，３−２は、測位衛星１の軌道より軌道高度の低い軌道を周回し、測位衛星１から送信された測距信号を観測して得られる観測データを地上へ送信する人工衛星である。ＬＥＯ衛星３−１，３−２は、測距信号を受信する機能は有するが、測位衛星１とは異なり自分自身は測距信号を送信しない通信衛星である。なお、図１では、図の簡略化のため、ＬＥＯ衛星３−１，３−２の２機を図示しているが、実際にはＬＥＯ衛星はより多数である。本実施例のＬＥＯ衛星を個別に区別せずに示す場合には、ＬＥＯ衛星３と呼ぶ。なお、ここでは、ＬＥＯ衛星３は、測距信号を送信しない例を説明するが、ＬＥＯ衛星３が測距信号を送信する測位衛星としての機能も有していてもよい。

ＬＥＯ衛星３の軌道は円軌道であっても楕円軌道であってもよく、また、ＬＥＯ衛星３のすべてが同じ高度の軌道を周回する必要はなく、複数のＬＥＯ衛星３間で軌道高度が異なっていてもよい。ただし、後述するように、ＬＥＯ衛星３が衛星間通信を行う場合には、衛星間通信ができるように軌道が設定される。ＬＥＯ衛星３の軌道高度は、対流圏および電離層より高い高度であればよく、例えば、４００ｋｍ〜１０００ｋｍ程度である。ＬＥＯ衛星３の軌道は、後述するＬＥＯ衛星の測位演算における電離層誤差の影響を抑制するために電離層より高い高度であることが望ましいが、誤差の許容量によっては、電離層誤差がある程度含まれていてもよいため、電離層を通過する高度であってもよい。すなわち、ＬＥＯ衛星３の軌道高度は、ユーザ受信機４の位置の算出精度の要求値によって定まる電離層遅延誤差に対する許容値に基づいて選定されてもよい。

ＧＮＳＳ測位を実施するには、ユーザ受信機４から複数の測位衛星が見えている必要がある。ＱＺＯ、ＩＧＳＯなどの軌道を周回する測位衛星は高仰角であるため、高層ビルの間、トンネルの近くといった障害物が存在する環境で、ユーザ受信機４から見える衛星だけではユーザ受信機４が測位を行うために十分ではない。従って、高層ビル間やトンネルの近くでは高精度な測位はもとより、測位そのものに失敗する可能性が高かった。この測位失敗後に十分な測位衛星が見える環境に戻ったとしても、従来のＰＰＰ補強情報を用いた測位では、再度高精度な測位結果を得るために１５分から３０分以上の時間を要するため、移動体などへの利用が困難であった。この高精度は測位結果を得るための時間を大幅に短縮するため、本実施例では測位衛星に加え、測位衛星１から測距信号を受信して観測データを得て、地上へ送信する通信衛星であるＬＥＯ衛星３をＬＥＯ軌道６に配置することで、高精度な測位を短時間で実現する。また、ＬＥＯ衛星３は、地上へ測距信号を送信する必要がなく、地上への信号の送信において測距信号のための周波数帯を用いる必要がないことから、ＬＥＯ衛星３が地上との間の通信で使用する周波数帯は、飽和状態に近い測距信号用の周波数帯域ではなく、地上と人工衛星間との間の通信で使用可能な周波数帯であればどのような周波数帯であってもよい。

図１では、測距信号を破線で示し、測位補強情報（ＰＰＰ補強情報）を一点鎖線で示している。実線は、通信信号を示している。この場合の通信信号は、Ｌ１信号、Ｌ２信号、Ｌ５信号、Ｌ６信号など、測位のために定められた信号ではないこと意味しており、送受信を必須とせず、情報が一方向のみに送信される信号すなわち情報が放送される信号も含む。

次に、本実施例の測位システムを構成する各装置について説明する。図２は、本実施例のＬＥＯ衛星３−１の構成例を示す図である。ＬＥＯ衛星３−２の構成もＬＥＯ衛星３−１と同様であり、図示しない他のＬＥＯ衛星３の構成もＬＥＯ衛星３−１と同様である。

図２に示すように、ＬＥＯ衛星３−１は、ＧＮＳＳアンテナ３０、補強情報用アンテナ３１、衛星間通信アンテナ３２、ＧＮＳＳ受信部３３、測位計算部３４、補強情報受信部３５、衛星バス部３６、通信部３７、ＴＴＣ（Telemetry Tracking and Command）用アンテナ３８および情報配信用アンテナ３９を備える。

補強情報用アンテナ３１は、静止衛星２などから測位補強信号を受信し、受信した測位補強信号を補強情報受信部３５へ出力する。補強情報受信部３５は、測位補強信号を復調し（デコードし）、復調により得られた測位補強情報を測位計算部３４へ出力する。

ＧＮＳＳアンテナ３０は、測位衛星１から測距信号を受信し、受信した測距信号をＧＮＳＳ受信部３３へ出力する。ＧＮＳＳ受信部３３は、測距信号を観測して、ＬＥＯ衛星３における観測データをもとめ、観測データを測位計算部３４へ出力する。ＬＥＯ衛星３における観測データは、疑似距離（測位衛星１とＬＥＯ衛星３との間）、搬送波位相などを含む。

測位計算部３４は、測位補強情報と観測データとに基づいて測位演算を行うことによりＬＥＯ衛星３の自己位置を算出する測位演算手段である。この測位演算は、例えば、ＰＰＰ演算、ＰＰＰ−ＡＲ（Ambiguity Resolution）演算などを用いることができるが、測位補強情報を用いた高精度な演算であればどのような演算であってもよい。測位計算部３４は、観測データと計算により得られたＬＥＯ衛星３の自己位置を通信部３７へ出力する。

衛星バス部３６は、ＬＥＯ衛星３の電源となる電力を生成する太陽電池パネル、太陽電池パネルにより発電された電力を蓄えるバッテリ、ＬＥＯ衛星３の姿勢や軌道を制御するための制御機器、ＬＥＯ衛星３内の各機器の機能を監視制御する制御部などで構成される。衛星バス部３６は、通常の人工衛星のバスと同様でありどのような構成でもよく特に制約はないためここでは説明を省略する。衛星バス部３６は、通信部３７を介して地上の追跡管制局７から受信する制御信号であるコマンドに基づいて動作し、各機器の状態を示す情報であれるテレメトリを、通信部３７へ出力する。図２では、テレメトリおよびコマンドをＴＴＣと記載している。

通信部３７は、ＴＴＣ用アンテナ３８を介して追跡管制局７からコマンドを受信し、衛星バス部３６へ出力する。また、通信部３７は、衛星バス部３６から取得したテレメトリを、ＴＴＣ用アンテナ３８を介して追跡管制局７へ送信する。追跡管制局７は、ＬＥＯ衛星３から受信したテレメトリに基づいて、ＬＥＯ衛星３の衛星バス部３６を制御するためのコマンドを送信する地上局である。

また通信部３７は、他のＬＥＯ衛星３との間で衛星間通信アンテナ３２を用いて衛星間通信を行うことが可能である。通信部３７は、ＬＥＯ衛星３における観測データとＬＥＯ衛星３の自己位置とを衛星間通信アンテナ３２を介して、他のＬＥＯ衛星に送信する。また、通信部３７は、他のＬＥＯ衛星３から、当該他のＬＥＯ衛星３における観測データおよび当該ＬＥＯ衛星３によって算出された自己位置を受信する。さらに、通信部３７は、他のＬＥＯ衛星３から、当該他のＬＥＯ衛星３における観測データおよび当該ＬＥＯ衛星３によって算出された自己位置を、衛星間通信アンテナ３２を介して、当該情報の送信元以外のＬＥＯ衛星３へ転送する。これを繰り返すことにより、複数のＬＥＯ衛星３が、全ＬＥＯ衛星３における観測データと自己位置とを共有することができる。

また、通信部３７は、共有しているＬＥＯ衛星３ごとの、ＬＥＯ衛星３における観測データとＬＥＯ衛星３の自己位置とを情報配信用アンテナ３９を介して地上へ送信する。このとき、ＬＥＯ衛星３の通信部３７は、測位衛星１の測位補強情報についても、観測データおよび自己位置とともに送信する。情報配信用アンテナ３９から送信された情報は、後述するように、地上のユーザ受信機４で受信されて測位に使用される。このように、本実施例では、通信部３７および情報配信用アンテナ３９が、観測データおよび自己位置をユーザ受信機４へ提供する提供手段となる。すなわち、測位演算手段（測位計算部３４）および提供手段（通信部３７および情報配信用アンテナ３９）は、ＬＥＯ衛星３に搭載され、提供手段は、衛星回線を用いてユーザ受信機４へ観測データおよび自己位置を提供する。情報配信用アンテナ３９から送信される情報は、測距信号ではないため、測距信号用の周波数帯を用いる必要がない。また、情報配信用アンテナ３９から送信される情報は、測距信号ではなくＬＥＯ衛星３において計算された結果であるため、この情報を含む信号がマルチパス経路でユーザ受信機４によって受信されたとしても測位におけるマルチパス誤差とはならない。情報配信用アンテナ３９から送信される信号は、通信信号であるため、Ｋａ帯、Ｋｕ帯、Ｌ帯など通信用に割当てられた任意の周波数帯を用いることができる。

ＬＥＯ衛星３は、ＱＺＯの衛星などに比べて、地上のある個所から見えている時間が短い。このように、衛星間通信を用いて、ＬＥＯ衛星３が観測データおよび自己位置を共有することで、ユーザ受信機４は、見えていないＬＥＯ衛星３の観測データおよび自己位置を用いて測位演算を行うことも可能となる。

なお、以上説明した例では、衛星間通信アンテナ３２を介して、全ＬＥＯ衛星３が、互いに観測データと自己位置とを共有する例を説明したが、ＬＥＯ衛星３が衛星間通信アンテナ３２を備えずに、自身の観測データと自己位置とを情報配信用アンテナ３９から送信してもよい。この場合には、ユーザ受信機４は、見えているＬＥＯ衛星３からしか観測データおよび自己位置を取得できないが、見えているＬＥＯ衛星の数が十分な数であれば、高精度な測位を行うことができる。

次に、ユーザ受信機４について説明する。本実施例では、ユーザ受信機４は、測位衛星１から送信された測距信号を観測して得られる観測データと、ＬＥＯ衛星３における観測データおよび自己位置と、測位補強情報とに基づいて、ユーザ受信機４の位置の測位計算を行う。図３は、本実施例のユーザ受信機４の構成例を示す図である。図３に示すように、ユーザ受信機４は、ＧＮＳＳアンテナ４１、ＬＥＯ衛星用アンテナ４２、ＧＮＳＳ受信部４３、測位計算部４４、表示部４５、ＬＥＯ衛星受信部４６および外部Ｉ／Ｆ（Interface）部４７を備える。ここでは、ユーザ受信機４が、自動運転車両などに搭載されることを前提として、車載機器などの外部機器と接続するための外部Ｉ／Ｆ部４７を備える例を説明するが、ユーザ受信機４がスマートフォンなどの携帯端末などである場合には、外部Ｉ／Ｆ部４７を備えなくてもよい。また、外部機器で測位演算結果を表示する場合には、ユーザ受信機４は表示部４５を備えていなくてもよい。

ＬＥＯ衛星用アンテナ４２は、ＬＥＯ衛星３から送信された情報、すなわちＬＥＯ衛星３における観測データおよび自己位置を含む信号を受信し、ＬＥＯ衛星受信部４６へ出力する。ＬＥＯ衛星受信部４６はＬＥＯ衛星用アンテナ４２から受け取った信号からＬＥＯ衛星３における観測データおよび自己位置を抽出して、測位計算部４４へ出力する。

ＧＮＳＳ受信部４３は、測位衛星１から測距信号を受信し、測距信号をＧＮＳＳ受信部４３へ出力する。ＧＮＳＳ受信部４３は、測距信号を観測して観測データを求め、求めた観測データを測位計算部４４へ出力する。測位計算部４４は、ＬＥＯ衛星３における観測データおよび自己位置と、ＧＮＳＳ受信部４３から入力される観測データとに基づいて、測位演算を実施し、演算結果を外部Ｉ／Ｆ部４７および表示部４５へ出力する。表示部４５は、演算結果を表示する。外部Ｉ／Ｆ部４７は、演算結果を外部機器または外部システムへ出力する。外部機器または外部システムは、例えば、自動運転における車載機器、測量システムなどであるが、これらに限定されない。

本実施例では、ＧＮＳＳアンテナ４１およびＧＮＳＳ受信部４３が、測位衛星から測距信号を受信して第１観測データを求める第１受信部である。また、ＬＥＯ衛星用アンテナ４２およびＬＥＯ衛星受信部４６が、測位衛星１の測距信号を受信して得られる第２観測データを地上へ送信するＬＥＯ衛星３に関して、第２観測データに基づいて算出されたＬＥＯ衛星３の位置と第２観測データとをＬＥＯ衛星３から受信する第２受信部である。

本実施例のＬＥＯ衛星３およびユーザ受信機４のハードウェア構成について説明する。ＬＥＯ衛星３のＧＮＳＳ受信部３３、補強情報受信部３５は、受信機であり、少なくとも一部の機能が処理回路により構成されてもよい。測位計算部３４は、処理回路により実現される。これらの処理回路は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの回路であってもよいし、プロセッサおよびメモリを備える制御回路であってもよい。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などであり、メモリは、揮発性、不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスクなどを含む。処理回路が制御回路である場合、処理回路により実現される機能は、メモリに格納されたプログラムがプロセッサにより実行されることにより実現される。ＬＥＯ衛星３の測位計算部３４を実現するためのプログラムは、記録媒体または通信媒体により提供されて実装されてからＬＥＯ衛星３が打ち上げられてもよいし、ＬＥＯ衛星３の打ち上げ後に追跡管制局７からプログラムが送信されてもよい。

ユーザ受信機４のＧＮＳＳ受信部４３は、受信機であり、少なくとも一部の機能が処理回路により構成されてもよい。ユーザ受信機４の測位計算部４４は、上述した測位計算部３４と同様に、処理回路により実現される。これらの処理回路は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなどの回路であってもよいし、プロセッサおよびメモリを備える制御回路であってもよい。ユーザ受信機４の測位計算部４４を実現するためのプログラムは、記録媒体により提供されてもよいし、通信媒体により提供されてもよい。

次に、本発明にかかる測位演算の原理について説明する。図４−１，図４−２は、本実施例の測位演算の原理を説明するための図である。ユーザ受信機４の位置、すなわちユーザ位置をＲとし、ユーザ位置Ｒの座標を(ｘ_Ｒ，ｙ_Ｒ，ｚ_Ｒ)とすると、(ｘ_Ｒ，ｙ_Ｒ，ｚ_Ｒ)は未知であることから、ユーザ受信機４が様々な誤差を含んだ観測データを取得する測位衛星１の見かけの（誤差を含んだ）位置Ｉ_ｒ１からユーザ位置Ｒへ向かうベクトルＩ_ｒ１Ｒは未知である。なお、本明細書では、ベクトルは式中において文字の上に矢印をつけて示すが、文章中は文字の上の矢印を省略する。

一方、ユーザ受信機４が測位衛星１から送信された測距信号を受信することにより得られる観測データＯＳＲ_Ｉｒ１Ｒは、測位衛星１の見かけの位置Ｉ_ｒ１からユーザ位置Ｒまでの距離に対応するスカラー量である。このため、測位衛星１の見かけの位置Ｉ_ｒ１からユーザ位置Ｒに向かうベクトルの方向余弦を(ｘ_Ｒ，ｙ_Ｒ，ｚ_Ｒ)で表し、観測データＯＳＲ_Ｉｒ1Ｒと方向余弦を用いてベクトルＩ_ｒ１Ｒを表し、後に連立方程式を解くことによって未知数を求める。

まず、ユーザ受信機４は、測位衛星１の概略位置Ｉ_ｅの座標（ｘ_Ｉｅ，ｙ_Ｉｅ，ｚ_Ｉｅ）を、測位衛星１からの放送やその他の手段で取得できる測位衛星１のエフェメリスデータから求める。

次に、ユーザ受信機４はＰＰＰ補強を測位衛星１から、又は別手段で取得し、その中の軌道誤差ベクトルｅ_０を用いて、概略位置Ｉ_ｅから測位衛星１の真の位置Ｉ_ｒ０を式（１）および式（２）によって求める。測位衛星１の真の位置Ｉ_ｒ０が、ユーザ受信機が取得する観測データＯＳＲ_Ｉｒ１Ｒが乗るベクトルと、ＬＥＯ衛星３が取得する観測データＯＳＲ_{Ｉｒ１Ｊｐ}が乗るベクトルが交差する点である。なお、式（２）の下部には、本実施例の説明で使用する記号の定義を示している。

次に、ベクトルＩ_ｒ０Ｒの単位ベクトルをＵ_Ｉｒ０Ｒとし、未知数であるユーザ受信機Ｒの座標(ｘ_Ｒ，ｙ_Ｒ，ｚ_Ｒ)と測位衛星１の真の位置Ｉ_ｒ０の座標(ｘ_ｒ０，ｙ_ｒ０，ｚ_ｒ０)を用いて、測位衛星１からユーザ受信機４に向かうベクトルベクトルＩ_ｒ０Ｒを、ＬＥＯ衛星３において以下の式（３）、式（４）で表す。ここでｅ_ｔ、ｅ_ｂ、（ｅ_ｉ＋ｅ_Ｒ）は、それぞれ測位衛星の時計誤差、バイアス誤差、電離層遅延および対流圏遅延とユーザ受信機誤差との和、であり全てスカラーであって長さの単位で表される。また、ＰＰＰ補強情報から衛星時計誤差ｅ_ｔ、バイアス誤差ｅ_ｂは既知量である。

次に、複数のＬＥＯ衛星３のそれぞれは、ＧＮＳＳ受信部３３と、ＰＰＰ測位演算を行うことが可能な測位計算部３４とを備えていることから、電離層より上または電離層の影響が少ない軌道において、測位衛星１から受信した測距信号を用いて、観測データＯＳＲ_ＩｒＪｐを取得するとともにＰＰＰ−ＡＲ測位により自己位置を数ｃｍの精度で算出することができる。また、ＬＥＯ衛星３はユーザ受信機４に対して、ＬＥＯ衛星３における観測データＯＳＲ_ＩｒＪｐと自己位置Ｊ_ｐの座標（ｘ_Ｊｐ，ｙ_Ｊｐ，ｚ_Ｊｐ）とを含む情報を通信信号として地上へ送信する。なお、Ｊ_ｐにおけるｐはｐ番目のＬＥＯ衛星３であることを示し、Ｊ_ｐはｐ番目のＬＥＯ衛星の自己位置を示す。上述したとおり、ＬＥＯ衛星３における観測は電離層より上または電離層の影響が少ない軌道上で行われ、かつＰＰＰ−ＡＲ測位演算のように高精度な測位演算が行われるため、ＬＥＯ衛星３が算出した自己位置Ｊ_ｐの座標（ｘ_Ｊｐ，ｙ_Ｊｐ，ｚ_Ｊｐ）は、ＬＥＯ衛星３の真の位置を示すとみなすことができる。

ユーザ受信機４は、これらの情報と、上記式（３）、式（４）と同様な手法を用いて、測位衛星１の真の位置Ｉ_ｒ０からＬＥＯ衛星３の位置Ｊ_ｐへ向かうベクトルＩ_ｒ０Ｊ_ｐを、式（５）、式（６）にて求める。

ＬＥＯ衛星３の位置Ｊ_ｐからユーザ受信機４の位置Ｒへ向かうベクトルＪ_ｐＲは、測位衛星１の真の位置Ｉ_ｒ０からユーザ受信機４の位置Ｒへ向かうベクトルＩ_ｒ０Ｒから、測位衛星１の真の位置Ｉ_ｒ０からＬＥＯ衛星３の位置Ｊ_ｐへ向かうベクトルＩ_ｒ０Ｊ_ｐを引いたものであるから、式（７）で表すことができる。したがって、ベクトルＪ_ｐＲの絶対値の２乗は、式（８）で表すことができる。

上記の式（７）および式（８）から、ユーザ受信機４が観測した測位衛星１に関する観測データＯＳＲ_Ｉｒ０Ｒがそのまま保存されて、ＬＥＯ衛星３からユーザ受信機４の位置Ｒに向かうベクトルＪ_ｐＲに含まれていることがわかる。一方、この観測データＯＳＲ_ＩｒＲは、測位衛星１の時計誤差ｅ_ｔ（スカラー量）、測位衛星１のバイアス誤差ｅ_ｂ（スカラー量）、測位衛星１から送信されてユーザ受信機４が受信する測距信号が通過する電離層および対流圏の遅延誤差の和ｅ_ｉ（スカラー量）、ユーザ受信機４の時計等の誤差ｅ_Ｒ、およびＬＥＯ衛星３のＧＮＳＳ受信部３３の時計等の誤差を含んでいる。

次に、ユーザ位置Ｒの座標(ｘ_Ｒ，ｙ_Ｒ，ｚ_Ｒ)とＬＥＯ衛星３の位置Ｊ_ｐの座標（ｘ_Ｊｐ，ｙ_Ｊｐ，ｚ_Ｊｐ）とを用いると、ユーザ位置ＲとＬＥＯ衛星３の位置Ｊ_ｐとの間の幾何距離｜Ｊ_ｐＲ｜および｜Ｊ_ｐＲ｜^２は、以下の式（９）、式（１０）で表すことができる。

次に、式（８）と式（１０）を等しいと置いて式（１１）、式（１２）を作る。

測位補強情報には、測位衛星１の時計誤差ｅ_ｔ（スカラー量）、測位衛星１のバイアス誤差ｅ_ｂ（スカラー量）および測位衛星１の軌道誤差ｅ_ｏ（ベクトル量）が含まれている。また、ユーザ受信機４の時計等の誤差ｅ_Ｒは、ユーザ受信機４ごとに固有であるため、電離層および対流圏の遅延誤差の和ｅ_ｉ（スカラー量）とユーザ受信機４の時計等の誤差ｅ_Ｒの和である未確定誤差は、１つの変数とみなすことができる。また、ＬＥＯ衛星３に搭載されたＧＮＳＳ受信部３３の時計塔の誤差ｅ_Ｌは、ＬＥＯ衛星３の位置を決定するためのＰＰＰ−ＡＲの演算によって消えている。従って、上記式（１２）のうち、含まれる未知数は、ユーザ位置Ｒの座標(ｘ_Ｒ，ｙ_Ｒ，ｚ_Ｒ)と未確定誤差との合計４つである。従って、４機以上の位置の異なる測位衛星１に関して式（１２）を求め、連立方程式を解くことによって解が得られる。

なお、上記式（１２）の左辺内の観測データは波数不確定性（Ambiguity）Ｎを含んでいることから、このＮを更に未知数として追加し、上記式（１２）を解けば、波数Ambiguityも解けることとなる。この場合には、未知数が１つ増え５つになることから、５機以上の位置の異なる測位衛星１に関して式（１３）を解くこととなる。

以上説明した原理を用いた本実施例における測位演算処理手順の一例を説明する。なお、上述したとおり、ＬＥＯ衛星３では、ＧＮＳＳ受信部３３は測位衛星１から受信した測距信号を用いて観測データを求め、測位計算部３４は、測位衛星１から受信した測距信号と測位補強信号とを用いてＰＰＰ測位演算により自己位置を求めるが、これらの算出方法は一般的な手法を用いることができるため、詳細な説明は省略する。

図５および図６は、本実施例のユーザ受信機４における測位演算処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、ユーザ受信機４では、図５に示すように、５機以上の測位衛星１の観測データＯＳＲ_Ｉｒ０Ｒとエフェメリスデータを取得する（ステップＳ１）。

ユーザ受信機４は、各測位衛星１のＰＰＰ補強情報を受信する（ステップＳ２）。測位計算部４４は、各測位衛星１のエフェメリスデータから各測位衛星１の概略位置座標（エフェメリス座標）Ｉｅ（ｘ_Ｉｅ，ｙ_Ｉｅ，ｚ_Ｉｅ）を算出し、かつＰＰＰ補強情報内に含まれる各測位衛星の軌道誤差補正値（ベクトル）を用いて、各測位衛星１の真の位置Ｉ_ｒ０を算出する（ステップＳ３）。測位計算部４４は、各測位衛星の真の位置Ｉ_ｒ０からユーザ受信機４へ向かう単位ベクトルＵ_Ｉｒ０Ｒを測位衛星１ごとに算出する（ステップＳ４）。

測位計算部４４は、ユーザ受信機４における測位衛星１の観測データＯＳＲ_Ｉｒ０Ｒから、観測データに含まれる衛星時計誤差（ＰＰＰ補強情報にて既知）、衛星バイアス誤差（ＰＰＰ補強情報にて既知）、電離層と対流圏の遅延誤差にユーザ受信機の誤差の和（未知数）を引いた式に、ステップＳ４で得られた単位ベクトルＵ_Ｉｒ０Ｒを乗じて、測位衛星１の真の位置からユーザ受信機４へ向かうベクトルＩ_ｒ０Ｒを算出する（ステップＳ５）。詳細には、ＧＮＳＳ受信部４３が、測位衛星１から受信した測距信号に基づいて観測データを求め、測位計算部４４が、この観測データに誤差補正を行った上で、ステップＳ４で算出した単位ベクトルＵ_Ｉｒ０Ｒを乗じて、ベクトルＩ_ｒ０Ｒを算出する。

ＬＥＯ衛星３における５機以上の測位衛星１の観測データと、ＬＥＯ衛星３のＰＰＰ−ＡＲ後の自己位置を、ＬＥＯ衛星３から受信する（ステップＳ６）。この際、ＬＥＯ衛星３は１機で良いが、複数機を用いても構わない。詳細には、各ＬＥＯ衛星３が互いに観測データと自己位置とを共有している場合には、ユーザ受信機４のＬＥＯ衛星受信部４６が、１つのＬＥＯ衛星３から受信した情報に基づいて、５機以上の測位衛星１の観測データとＬＥＯ衛星３の自己位置とを取得することができる。各ＬＥＯ衛星３が互いに観測データと自己位置とを共有していない場合には、ユーザ受信機４のＬＥＯ衛星受信部４６が、各ＬＥＯ衛星３からＬＥＯ衛星３の観測データと自己位置とを受信する。ＬＥＯ衛星受信部４６は、取得したデータを測位計算部４４へ出力する。

次に、測位計算部４４は、ＬＥＯ衛星３が取得した観測データＯＳＲ_Ｉｒ０Ｒと測位衛星１の真の位置Ｉ_ｒ０、ＬＥＯ衛星３の自己位置（ＰＰＰ−ＲＴＫ後の位置）を用いて、Ｉ_ｒ０からＬＥＯ衛星３に向かうベクトルＩ_ｒ０Ｊ_ｐを算出する（ステップＳ７）。詳細には、測位計算部４４は、ステップＳ３で算出した各測位衛星１の真の位置Ｉ_ｒ０と、ステップＳ６で受信した各ＬＥＯ衛星３の自己位置とを用いて、測位衛星１ごとに、測位衛星１の真の位置からＬＥＯ衛星３に向かう単位ベクトルＵ_{Ｉｒ０Ｊｐ}を算出する。次に、測位計算部４４は、ＬＥＯ衛星３における各測位衛星１の観測データから、ＰＰＰ補強情報から取得した測位衛星１の時計誤差とバイアス誤差（ともにスカラーで長さの単位）を引いた上で、その数値に単位ベクトルＵ_{Ｉｒ０Ｊｐ}を乗じて、測位衛星１からＬＥＯ衛星３へ向かうベクトルＩ_ｒ０Ｊ_ｐを算出する（ステップＳ７）。

次に、測位計算部４４は、ベクトルＩ_ｒ０ＲからベクトルＩ_ｒ０Ｊ_ｐを引いてベクトルＪ_ｐＲを算出し、ベクトルＪ_ｐＲの絶対値の２乗を、未知数を含む量として各測位衛星１ごとに算出する（ステップＳ８）。以上の処理により、｜Ｊ_ｐＲ（ＯＳＲ）｜^２が算出される。

次に、測位計算部４４は、未知数であるユーザ座標Ｒ（ｘ_Ｒ，ｙ_Ｒ，ｚ_Ｒ）とＬＥＯ衛星の自己位置とに基いて、ユーザ受信機４とＬＥＯ衛星３の間の幾何距離を定式化する（ステップＳ９）。詳細には、測位計算部４４が、式（９）に、ステップＳ６で受信したＬＥＯ衛星３の自己位置を代入する。

次に、測位計算部４４は、ステップＳ８で算出された｜Ｊ_ｐＲ（ＯＳＲ）｜^２と、ステップＳ９で幾何距離を用いて定式化した｜Ｊ_ｐＲ（ＧＥＯ）｜２とが等しいとした方程式をユーザ受信機４が観測した測位衛星１の数で求め（ステップＳ１０）、その方程式を解いて未知数を算出して（ステップＳ１１）、処理を終了する。詳細には、測位計算部４４は、測位衛星１ごとに、ステップＳ８で算出された｜Ｊ_ｐＲ（ＯＳＲ）｜^２と、ステップＳ９で幾何距離から定式化した｜Ｊ_ｐＲ（ＧＥＯ）｜^２とが等しいとした方程式を各測位衛星１に対して求め、これらの複数の方程式を連立方程式として解くことにより未知数を求める。これにより、ユーザ位置Ｒの座標(ｘ_Ｒ，ｙ_Ｒ，ｚ_Ｒ)を求めることができる。

ステップＳ９、Ｓ１０の定式化は、実際の式に、上述した各値を代入する必要はなく、定式化された連立方程式は、未知数を用いて定義しておくことができる。このため、連立方程式を数値演算で解くアルゴリズムに応じた処理で、上述した各値が代入されて未知数が算出されればよい。

また、以上述べた処理手順は一例であり、同様の結果が得られる手順であれば、上記の例に限らず任意の処理手順を適用可能である。例えば、ユーザ受信機４は、測位補強情報をＬＥＯ衛星３からではなく、静止衛星２または測位衛星１から受信してもよいし、地上回線から取得してもよい。また、追跡管制局７から測位衛星１の測位補強情報をＬＥＯ衛星３へ送信することにより、ＬＥＯ衛星３が地上から測位補強情報を取得してもよい。

なお、ＬＥＯ衛星３の測位計算部３４が用いる測位補強情報およびユーザ受信機４が用いる測位補強情報はＰＰＰ補強情報であってもよい。また、ＬＥＯ衛星３の測位計算部３４が用いる測位補強情報がＰＰＰ補強情報であり、ユーザ受信機４が用いる測位補強情報がＰＰＰ−ＲＴＫ情報あってもよい。

従来のＰＰＰ測位においては、ユーザ受信機４では、１機の測位衛星が可視である場合、複数のエポックの測距信号の受信により、連立方程式の解を求める。この場合、測距信号の通過する電離層における遅延誤差の変化が十分大きくなるまで待つ必要がある。ユーザ受信機４から測位衛星までの距離が２００００ｋｍ以上と遠いため、ユーザ受信機４から見た測位衛星の移動速度は遅い。このため、従来のＰＰＰ測位では、解の収束に時間を要していた。これに対して、本発明の方式では、電離層遅延の変化がエポックごとに殆ど変わらなくても、ＬＥＯ衛星３と測位衛星１との距離がエポックごとに大きく変わることにより、式（９）、式（１０）における左辺がエポックごとに大きく変換するため、解の収束が早い。

なお、上記の説明では、５機の測位衛星１と１機のＬＥＯ衛星３が用いられる例を示したが、ユーザ受信機４からＬＥＯ衛星３が複数観測できる場合には、複数のＬＥＯ衛星３から受信した情報を用いて処理が行われてもよい。また、Ambiguityを解かない場合は、測位衛星１の数は最低４機でよい。

測位衛星１の軌道高度は２０００ｋｍ〜３６０００ｋｍであり、ユーザ受信機４から遠いため、ユーザ受信機４からみた測位衛星１の動きは遅い。このため、従来のＰＰＰ−ＡＲ測位では、２周波対応の受信機を用いて、電離層遅延量の周波数特性の差を利用して電離層遅延誤差を推定しながら、かつ、電離層遅延誤差が有意な変化を得るまで測位衛星方向変化を待って解を収束させていた。このため、ｃｍ級の測位結果を得るため１５〜３０分程度の時間を要しており、準天頂衛星みちびきのＭＡＤＯＣＡを含むＰＰＰ補強情報を利用するユーザ拡大の弊害となっていた。本発明においては、例えばＬＥＯ衛星３が軌道高度４００ｋｍの場合のＬＥＯ衛星３の軌道周期は約１時間３０程度であり、ＧＰＳ衛星の場合の軌道周期１２時間の約１／８である。このため、ユーザ受信機４からみたＬＥＯ衛星３の移動速度はＧＰＳ衛星に比べて早くなり、上述した式（９）、式（１０）の左辺の時間変化が大きくなる。このため、電離層遅延そのものは殆ど変化しなくても、方程式の既知数が大きく変化することから、解の収束までの時間が大幅に短縮でき、１分以内の収束が期待できる。また、大多数のユーザがＰＰＰ補強情報を受信可能なＰＰＰ受信機を使用するようになるには、受信機そのもののコストが下がらなければならないが、本発明では、電離層遅延誤差も未知数として解くことができるため、安価な１周波受信機で良い。従って、ＭＡＤＯＣＡ等のＰＰＰ補強情報の普及とユーザの拡大に貢献できる。

また、軌道高度４００ｋｍ程度のＬＥＯに打ち上げる衛星は、軌道高度３６０００ｋｍ程度の準天頂軌道に打ち上げる衛星より、小型でかつ低価格で済むことから、測位衛星として準天頂衛星を増やす場合より、安価な測位システムの構築が可能である。本発明におけるＬＥＯ衛星３は、自己位置を測位計算によってｃｍ級で算出することから精密な軌道制御は不要である。よって、上述したＬＥＯ衛星３としての最低限の機能を有する小型で簡易な衛星を量産すれば、ＬＥＯ衛星３の製造コストも、他の測位衛星などに比べて抑えることができる。打ち上げ費用についても、ＬＥＯに打ち上げることができればよいため、安価な打ち上げサービスを利用可能である。したがって、例えば、１００機程度のＬＥＯ衛星３を打ち上げたとしても、製造および打ち上げの総コストは、１機の準天頂衛星の製造および打ち上げの総コスト以下となると予想される。

また、本発明では、ＬＥＯ衛星３間でＬＥＯ衛星３の観測データおよび自己位置を共有する場合には、測位を行うユーザ受信機４から見て地平線より下に位置するＬＥＯ衛星３の観測データおよび自己位置も、ＬＥＯ衛星３がユーザ受信機から可視の測位衛星からの測位信号を取得できている限り、測位に利用可能である。このため、ＬＥＯ衛星３を効率よく配置すれば、多数のＬＥＯ衛星３を用いずに、広いエリアで高精度な測位サービスを提供することができ、システム構築コストの大幅な低減を図ることができる。

また、ＬＥＯ衛星３が衛星間通信を行う場合、各ＬＥＯ衛星３の観測データの中に測位衛星１の時刻が含まれていることから、各ＬＥＯ衛星３が、例えば測位衛星１の時刻に時刻を同期させることができる。これによって、ＬＥＯ衛星３は精密な時計を内蔵する必要がないため、安価な構成が可能である。また、ＬＥＯ衛星３が測距信号に基づいた観測データの算出対象とする測位衛星１を、ＧＰＳ衛星（３２機）、Ｇａｌｉｌｅｏ（２５機）、ＱＺＳＳ（７機）、ＧＬＯＮＡＳＳ（３０機）としても、せいぜい合計で１００機程度であることから、ＬＥＯ衛星３から地上に向けた観測データなどの情報の伝送速度は、４０〜５０ｋｂｐｓ（ＲＴＣＭ（Radio Technical Commission For Maritime Services）３．２の場合）と小さく、この伝送は安価な通信機器で実現できる。

実施例２
図７は、本発明にかかる実施例２の測位システムの構成例を示す図である。図２に示すように、実施例の測定システムは、測位衛星１、ＬＥＯ衛星３ａ−１，３ａ−２、ユーザ受信機４ａ、追跡管制局７および地上演算装置８を備える。なお、ここでは、測位システムにユーザ受信機４ａを含めるが、測位システムの定義にユーザ受信機４ａを含めず、ユーザ受信機４ａは測位システムから提供される信号を受信するものとしてもよい。測位衛星１は、実施例１の測位衛星１と同様である。実施例１と同様の機能を有する構成要素は、実施例１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施例１と異なる部分を主に説明する。

ＬＥＯ衛星３ａ−１，３ａ−２は、測位衛星１より低高度のＬＥＯ軌道６を周回する人工衛星である。なお、図７では、図の簡略化のため、ＬＥＯ衛星３ａ−１，３ａ−２の２機を図示しているが、実施例１と同様に、実際にはＬＥＯ衛星はより多数である。本実施例のＬＥＯ衛星を個別に区別せずに示す場合には、ＬＥＯ衛星３ａと呼ぶ。なお、ここでは、ＬＥＯ衛星３ａは、測距信号を送信しない例を説明するが、ＬＥＯ衛星３ａが測距信号を送信する測位衛星としての機能も有していてもよい。

実施例１では、ＬＥＯ衛星３が自己位置を算出していたが、本実施例ではＬＥＯ衛星３ａは観測データを求めて地上に送信するものの、自己位置は算出しない。本実施例では、地上演算装置８が各ＬＥＯ衛星３ａの自己位置を演算する。これにより、ＬＥＯ衛星３ａの構成を簡素化することができ、実施例１に比べてＬＥＯ衛星のコストを抑制することができる。

各ＬＥＯ衛星３ａは、測位衛星１から受信した測距信号に基づく観測データを、追跡管制局７へ送信する。地上演算装置８は、追跡管制局７から各ＬＥＯ衛星３ａの観測データを取得する。また、地上演算装置８は、地上ネットワークで配信される測位補強情報（ＰＰＰ補強情報）を受信し、各ＬＥＯ衛星３ａの観測データと測位補強情報とを用いて、ＰＰＰ−ＡＲ測位などにより各ＬＥＯ衛星３ａの自己位置を算出する。地上演算装置８は、ネットワーク９を介して、ユーザ受信機４ａへ、各ＬＥＯ衛星３ａの観測データおよび自己位置と、測位補強情報とを配信する。なお、ここでは、地上演算装置８が、測位補強情報を、地上ネットワークを介して受信しているが、実施例１の静止衛星２などの衛星から受信してもよい。また、ここでは、地上演算装置８が測位補強情報を、ユーザ受信機４ａへ配信しているが、この代わりに、実施例１のように、ユーザ受信機４ａが静止衛星２などから測位補強情報を受信してもよい。

図８は、本実施例のＬＥＯ衛星３ａ−１の構成例を示す図である。ＬＥＯ衛星３ａ−２の構成もＬＥＯ衛星３ａ−１と同様であり、図示しない他のＬＥＯ衛星３ａの構成もＬＥＯ衛星３ａ−１と同様である。図８に示すように、本実施例のＬＥＯ衛星３ａ−１は、実施例１のＬＥＯ衛星３−１から補強情報用アンテナ３１、測位計算部３４、補強情報受信部３５および情報配信用アンテナ３９を削除した構成である。

実施例２のＬＥＯ衛星３ａ−１では、ＧＮＳＳ受信部３３は実施例１と同様に測位衛星１から受信した測距信号に基づいて観測データを求める。ＧＮＳＳ受信部３３は観測データを通信部３７へ出力する。通信部３７は、観測データを、ＴＴＣ用アンテナ３８を介して追跡管制局７へ送信する。また、通信部３７は、実施例１と同様に、ＴＴＣ用アンテナ３８を介して追跡管制局７からコマンドを受信し、衛星バス部３６へ出力する。また、通信部３７は、衛星バス部３６から取得したテレメトリを、ＴＴＣ用アンテナ３８を介して追跡管制局７へ送信する。なお、ここでは、テレメトリと観測データとを同じ周波数帯で送信する例を示すが、ＬＥＯ衛星３ａ−１が観測データの送信用に別のアンテナを備え、テレメトリと異なる周波数で、地上へ観測データを送信してもよい。この場合、観測データを受信する地上局は追跡管制局７と異なっていてもよい。観測データを受信する地上局が追跡管制局７と異なる場合、この地上局が、ＬＥＯ衛星３ａの観測データを地上演算装置８へ送信する。

追跡管制局７は、実施例１と同様の機能を有するとともに、ＬＥＯ衛星３ａから受信した観測データを地上演算装置８へ送信する。地上演算装置８は、例えば、コンピュータであり、測位補強情報を提供する図示しない装置、追跡管制局７、ネットワーク９などと通信を行う通信部と、実施例１のＬＥＯ衛星３の測位計算部３４と同様の機能を有する測位演算手段とを有する。本実施例では、地上演算装置８の通信部が、ＬＥＯ衛星３の観測データおよび自己位置をユーザ受信機４ａへ提供する提供手段である。地上演算装置８は、測位補強情報とＬＥＯ衛星３ａの観測データとに基づいて、ＬＥＯ衛星３ａごとに、ＬＥＯ衛星の自己位置を算出する。地上演算装置８は、ＬＥＯ衛星３ａごとの観測データおよび自己位置と、測位補強情報とを、ネットワーク９を介してユーザ受信機４ａへ送信する。このように、本実施例では、測位演算手段および提供手段は地上演算装置８に搭載され、提供手段は、地上回線を用いてユーザ受信機４ａへＬＥＯ衛星３の観測データおよび自己位置を提供する。ユーザ受信機４ａはネットワーク９から有線通信によってＬＥＯ衛星３ａごとの観測データおよび自己位置と、測位補強情報とを受信してもよいが、ここでは、ネットワーク９から無線通信によってこれらを受信することとする。

図９は、本実施例のユーザ受信機４ａの構成例を示す図である。図９に示すように、ユーザ受信機４ａは、実施例１のユーザ受信機４に地上回線用アンテナ４８と地上回線受信部４９が追加され、ＬＥＯ衛星用アンテナ４２およびＬＥＯ衛星受信部４６が削除されている。地上回線用アンテナ４８は、ネットワーク９を介して地上演算装置８からＬＥＯ衛星３ａごとの観測データおよび自己位置と、測位補強情報とを受信し、受信した信号を地上回線受信部４９へ出力する。地上回線受信部４９は、受信した信号を復調して、測位計算部４４へ渡す。以上述べた以外のユーザ受信機４ａの構成および動作は、実施例１のユーザ受信機４と同様である。

本実施例では、ＧＮＳＳアンテナ４１およびＧＮＳＳ受信部４３が、測位衛星から測距信号を受信して第１観測データを求める第１受信部である。また、地上回線用アンテナ４８および地上回線受信部４９が、測距信号をして得られる第２観測データを地上へ送信するＬＥＯ衛星３に関して、第２観測データに基づいて算出されたＬＥＯ衛星３の位置と第２観測データとを地上演算装置８から受信する第２受信部である。

このように、本実施例では、ＬＥＯ衛星３からの情報を、追跡管制局７または他の地上局で一端受信した後、地上のネットワーク９経由でＬＥＯ衛星３の位置と観測データと配信する。地上のネットワーク９において、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、携帯電話網などを用いることで、ユーザ受信機４ａが備える地上回線用アンテナ４８および地上回線受信部４９は汎用のものを用いることができる。これにより、ユーザ受信機４ａの低価格化を図ることができる。また、ユーザ受信機４ａは、地上のネットワーク９を介して、ＬＥＯ衛星３の情報を受信できるため、ユーザ受信機４ａにおいてＬＥＯ衛星３が可視である必要がない。また、ユーザ受信機４ａが、実施例１で述べたＬＥＯ衛星３からの観測データおよび自己位置の直接受信を行う機能と、本実施例の地上のネットワーク９からＬＥＯ衛星３からの観測データおよび自己位置を受信する機能との両方を有してもよい。この場合、災害時やシステム異常時に備えた冗長性が得られ、可用性、継続性面の性能が向上する。

なお、実施例１のように、ＬＥＯ衛星３が自己位置を算出する場合も、ＬＥＯ衛星３が追跡管制局７または他の地上局へ観測データおよび自己位置を送信し、これらの地上局からユーザ受信機４へＬＥＯ衛星３の観測データおよび自己位置が配信されてもよい。この場合、ＬＥＯ衛星３は測位計算部３４を備えることになるが、ユーザ受信機は本実施例と同様の構成および動作となり、ユーザ受信機４ａの低価格化を図ることができ、ＬＥＯ衛星３が可視である必要がなくなる。また、ＬＥＯ衛星３からの直接受信と地上のネットワーク９からの受信とを併用すれば、災害時やシステム異常時に備えた冗長性が得られ、可用性、継続性面の性能が向上する。

また、上記の例では、地上演算装置８が、ＬＥＯ衛星３の自己位置を算出したが、地上演算装置８を備えずに、追跡管制局７または他の地上局が、ＬＥＯ衛星３から受信した観測データをネットワーク９経由でユーザ受信機４ａへ送信し、ユーザ受信機４ａがＬＥＯ衛星３の自己位置を算出してもよい。この場合、ユーザ受信機４ａは、地上で配信される測位補強情報をネットワーク９経由で受信してもよいし、静止衛星２または測位衛星１から配信される測位補強情報を受信してもよい。

また、ＭＡＤＯＣＡ−ＰＰＰ補強情報は、地上ネットワーク配信も計画中であるが、この地上ネットワークサービスにおいて、ＭＡＤＯＣＡ補強対象の測位衛星１に関するＬＥＯ衛星３の観測データを合わせて配信すれば、現在の準天頂サービスの領域（アジアオセアニア）を超えて、ＭＡＤＯＣＡ補強情報が本発明の効果を発揮しながら全世界で使えることとなる。

以上述べた実施例は一例であり、上述した例に限らず、上述した構成および動作を組み合わせてもよく、上述した実施例と主旨が同様の範囲であれば、上述した構成および動作の一部の変更を行ってもよい。

１ 測位衛星、２ 静止衛星、３−１，３−２，３ａ−１，３ａ−２ ＬＥＯ衛星、４，４ａ ユーザ受信機、７ 追跡管制局、８ 地上演算装置、３０ ＧＮＳＳアンテナ、３１ 補強情報用アンテナ、３２ 衛星間通信アンテナ、３３ ＧＮＳＳ受信部、３４ 測位計算部、３５ 補強情報受信部、３６ 衛星バス部、３７ 通信部、３８ ＴＴＣ用アンテナ、３９ 情報配信用アンテナ、４１ ＧＮＳＳアンテナ、４２ ＬＥＯ衛星用アンテナ、４３ ＧＮＳＳ受信部、４４ 測位計算部、４５ 表示部、４６ ＬＥＯ衛星受信部、４７ 外部Ｉ／Ｆ（Interface）部、４８ 地上回線用アンテナ、４９ 地上回線受信部。

Claims (11)

1. 測距信号を地上へ向けて送信する測位衛星と、
   前記測位衛星の軌道より軌道高度の低い軌道を周回し、前記測距信号を観測して得られる観測データを地上へ送信する通信衛星と、
   前記観測データと測位補強情報を用いて測位演算を行うことにより前記通信衛星の自己位置を算出する測位演算手段と、
   前記観測データおよび前記自己位置をユーザ受信機へ提供する提供手段と、
   を備えることを特徴とする測位システム。
2. 前記測位演算手段および前記提供手段は、前記通信衛星に搭載され、
   前記提供手段は、衛星回線を用いて前記ユーザ受信機へ前記観測データおよび前記自己位置を提供することを特徴とする請求項１に記載の測位システム。
3. 前記観測データを受信する地上局と、
   地上に設置され、前記地上局から前記観測データを取得する地上演算装置と、
   を備え、
   前記測位演算手段および前記提供手段は、地上演算装置に搭載され、
   前記提供手段は、地上回線を用いて前記ユーザ受信機へ前記観測データおよび前記自己位置を提供することを特徴とする請求項１または２に記載の測位システム。
4. 前記測位演算手段は、ＰＰＰ（Precise Point Positioning）−ＡＲ（Ambiguity Resolution）演算により前記自己位置を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の測位システム。
5. 前記ユーザ受信機、
   を備え、
   前記ユーザ受信機は、前記測距信号を観測して得られる観測データと、前記提供手段から提供された前記通信衛星における前記観測データおよび前記自己位置と、測位補強情報とに基づいて、前記ユーザ受信機の位置の測位計算を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の測位システム。
6. 前記測位演算手段が用いる前記測位補強情報および前記ユーザ受信機が用いる前記測位補強情報はＰＰＰ補強情報であることを特徴とする請求項５に記載の測位システム。
7. 前記通信衛星の軌道高度は、ユーザ受信機の位置の算出精度の要求値によって定まる電離層遅延誤差に対する許容値に基づいて選定されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の測位システム。
8. 測位衛星の軌道より軌道高度の低い軌道を周回し、前記測位衛星から送信された測距信号を観測して得られる観測データを地上へ送信することを特徴とする人工衛星。
9. 前記観測データと測位補強情報を用いて自己位置を算出する測位計算部、
   を備え、
   前記観測データおよび前記自己位置を地上へ送信することを特徴とする請求項８に記載の人工衛星。
10. 測位衛星から測距信号を受信して第１観測データを求める第１受信部と、
    前記測位衛星の軌道より軌道高度の低い軌道を周回する通信衛星であって前記測距信号を観測して得られる第２観測データを地上へ送信する前記通信衛星に関して、前記第２観測データに基づいて算出された前記通信衛星の位置と前記第２観測データとを受信する第２受信部と、
    前記第１観測データと前記第２観測データと前記通信衛星の位置とに基づいて測位演算を行って自己位置を算出する測位計算部と、
    を備えることを特徴とする受信機。
11. 測距信号を地上へ向けて送信する測位衛星と、前記測位衛星の軌道より軌道高度の低い軌道を周回し、前記測距信号を観測して得られる観測データを地上へ送信する通信衛星とを備える測位システムにおける測位情報提供方法であって、
    前記測位システムが、前記観測データと測位補強情報を用いて測位演算を行うことにより前記通信衛星の自己位置を算出する測位演算ステップと、
    前記測位システムが、前記観測データおよび前記自己位置をユーザ受信機へ提供する提供ステップと、
    を含むことを特徴とする測位情報提供方法。

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