JP2023505436A - 測位ネットワークの回復力（ｒｅｓｉｌｉｅｎｃｅ）を改善する方法および装置 - Google Patents

Abstract

自機の信号内のタイミング情報を介してネットワーク時間基準を制御する基準装置の故障に対する測位ユニット装置のネットワークの回復力を改善する方法および装置を提供する。いくつかの実施形態では、測位ユニット装置のうちの所定の１つが、基準信号をモニタリングし、この信号の使用可能性を評価し、この信号が使用可能でないと判定した場合にネットワークを制御するように構成される。これにより、基準信号が使用可能でないにもかかわらずネットワーク同期の継続性が維持される。所定の測位ユニット装置は、基準信号の使用可能性を評価するために、少なくとも１つの他の測位ユニット装置から基準信号に関する情報を取得するように構成されることが好ましい。基準装置は、故障から回復した場合、測位ユニット装置のうちの１つからの信号に自機の信号を同期させることによって再びネットワークに参加し、その後に所定の測位ユニット装置とネゴシエートしてネットワークの制御を再開することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、測位ネットワークの回復力を改善する方法および装置に関し、具体的には、測位信号のソースが、その測位信号を、指定された基準装置（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｄｅｖｉｃｅ）から受信された基準信号（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ）に同期させる測位ネットワークのための方法および装置に関する。しかしながら、本発明はこの特定の使用分野に限定されるものではないと理解されるであろう。

〔関連出願〕
本出願は、２０１９年１２月３日に出願されたオーストラリア国仮特許出願第２０１９９０４５６６号に基づく優先権を主張するものであり、この文献の内容はその全体が引用により本明細書に組み入れられる。

本明細書全体を通じた先行技術の説明については、決してこのような先行技術が広く知られていることまたはこの分野における一般常識の一部を形成していることを認めるものであると捉えるべきではない。

引用により内容が本明細書に組み入れられる公開ＰＣＴ出願番号ＷＯ０３／０３８４６９Ａ１には、測位ユニット装置として知られている地上トランシーバの同期ネットワークから送信される測位信号を使用してモバイル装置のための正確な位置解（ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）を生成する方法およびシステムが開示されている。各測位ユニット装置は、いわゆる時間ロックループ（ＴＬＬ）を使用して、指定基準送信機の時間基準（ｔｉｍｅｂａｓｅ）に対するタイミング誤差を測定して修正し、これによって基準送信機の時間基準に時系列的に同期した測位信号を送信する測位ユニット装置のネットワークを確立して維持する。所与の測位ユニット装置は、基準送信機の時間基準に同期すると、指定基準送信機をはっきりと視認できない他の測位ユニット装置にこの時間基準を中継することにより、測位ユニット装置の拡張ネットワークを通じて時間基準を伝搬することができる。

ＷＯ０３／０３８４６９Ａ１に開示されているＴＬＬ方法論では、基準送信機および測位ユニット装置が基準座標系に関して既知の固定位置に存在する必要がある。引用により内容が本明細書に組み入れられる公開特許出願番号ＷＯ２０１６／０１１５０５Ａ１には、基準送信機および測位ユニット装置が互いに対して移動している状況に対処するＴＬＬ方法論の拡張が開示されている。一般に、基準送信機または測位ユニット装置は、たとえば慣性航法システムまたは位置受信機を使用して自機の位置および速度を自己モニタリングし、これらの情報を測位信号でブロードキャストする。速度情報は、相対的移動によって測位信号に課されるドップラーシフトの推定を可能にし、位置情報は、測位信号の伝搬遅延の推定を可能にする。

このＴＬＬ同期プロセスは、周波数整合ステップおよび時間整合ステップを含み、周波数整合ステップは、信号が時間的に整合する前に測位ユニット装置の信号が指定基準装置の信号と周波数コヒーレントであるように最初に実行されることが好ましい。簡単に言えば、周波数整合は、測位ユニット装置の内部クロックが基準送信機のクロックと同じ速度で「時を刻む」ことを確実にする。一般に、測位ユニットは、クロックドリフトおよび基準送信機との同期の喪失を防ぐために、その測位信号と基準信号との間の周波数整合を積極的に維持する必要がある。しかしながら、たとえば停電またはハードウェア故障などによって指定基準送信機が基準信号の送信を停止した場合、測位ユニットは測位信号の送信を停止する必要があり、そうでなければそのクロックが単独でドリフトすることによって同期を失い、結果として測位ネットワークに障害が発生してしまう。さらに、ネットワーク始動時に基準送信機の故障が発生した場合には、測位ユニット装置自体も同期がとれなくなってしまう。

本明細書および以下の特許請求の範囲における「～を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などの用語は、「～を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」などの用語と同義の包括的な意味で解釈されたい。たとえば、「ＡおよびＢを備える装置」という表現は、要素ＡおよびＢのみを含む装置に限定すべきではない。同様に、「または（ｏｒ）」という用語も排他的な意味ではなく包含的な意味で解釈されたい。たとえば、文脈上明らかに他の意味で解釈する必要がない限り、「ＡまたはＢ」という表現は、ＡまたはＢ、或いはＡおよびＢの両方を意味するものと解釈されたい。

本発明の目的は、先行技術の不利点のうちの少なくとも１つを克服または改善し、或いは有用な代替手段を提供することである。

好ましい形態における本発明の目的は、基準装置の時間基準に同期した複数の測位ユニット装置を含み、基準装置の故障に対する改善された回復力を有する測位ネットワークを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、
自機の時間基準に従って基準信号を生成するとともに送信するように構成された基準装置と、
それぞれが固有の測位信号を生成するとともに当該固有の測位信号を前記基準信号に時系列的に同期させるように構成された複数の測位ユニット装置と、
を備え、前記測位ユニット装置のうちの所定の測位ユニット装置が、
（ｉ）前記基準信号をモニタリングし、
（ｉｉ）前記基準信号の使用可能性（ｓｅｒｖｉｃｅａｂｉｌｉｔｙ）を評価し、
（ｉｉｉ）前記基準信号が使用可能でないと判定した場合に測位ネットワークを制御する、
ように構成され、他の測位ユニット装置が、自機の固有の測位信号を所定の測位ユニット装置の固有の測位信号に時系列的に同期させることにより、前記基準信号が使用可能でないにもかかわらず前記ネットワークの同期を維持または確立する、
測位ネットワークが提供される。

いくつかの実施形態では、基準信号のモニタリングが、所定の測位ユニット装置において受け取られた基準信号の品質を測定することを含む。好ましい実施形態では、所定の測位ユニット装置が、基準信号の使用可能性の評価に使用するために、測位ユニット装置のうちの少なくとも１つの他の測位ユニット装置から基準信号に関する情報を取得するように構成される。この情報は、基準信号の品質のまたは１以上の測定値、または基準信号の使用可能性の評価を含むことができる。評価は、基準信号の品質のまたは１以上の測定値に基づくことができる。

好ましい実施形態では、所定の測位ユニット装置が、基準信号を定期的に受け取るとともに所定の測位ユニット装置から固有の測位信号を定期的に受け取るまたは１以上の他の測位ユニット装置から基準信号に関する情報を取得するように構成される。いくつかの実施形態では、他の測位ユニット装置の各々が、それまでの所定の期間の少なくとも所定の割合にわたって信号を受け取っていた場合、この信号を定期的に受け取っていると判定するように構成される。他の測位ユニット装置の各々は、所定の測位ユニット装置から基準信号または固有の測位信号を定期的に受け取っているかどうかをブロードキャストするように構成されることが好ましい。

いくつかの実施形態では、基準信号の品質が、受信信号電力、信号対雑音比、または信号連続性を含む。

いくつかの実施形態では、基準装置が、始動時に、測位ユニット装置のうちの１または以上からの固有の測位信号を探し、固有の測位信号を第１の所定の始動期間内に検出した場合、固有の測位信号のうちの選択された固有の測位信号に自機の信号を同期させるように構成される。基準装置は、所定の測位ユニット装置の固有の測位信号が検出された場合、固有の測位信号に自機の信号を同期させるように構成されることが好ましい。基準装置および所定の測位ユニット装置は、基準装置が固有の測位信号のうちの１つに自機の信号を同期させた後に、測位ネットワークの制御を基準装置に戻すことをネゴシエートするように構成することができる。

いくつかの実施形態では、基準装置および所定の測位ユニット装置が、時間基準を複数の測位ユニット装置またはまたは１以上の位置受信機に転送できるように、時間基準を外部ソースから受信できるように構成される。

本発明の第２の態様によれば、自機の時間基準に従って基準信号を生成するとともに送信するように構成された基準装置と、それぞれが固有の測位信号を生成するとともに当該固有の測位信号を前記基準信号に時系列的に同期させるように構成された複数の測位ユニット装置とを備えた測位ネットワークにおいて、使用可能な基準信号の不在時に前記測位ユニット装置の同期を維持または確立する方法が提供され、当該方法は、前記測位ユニット装置のうちの所定の測位ユニット装置が、
（ｉ）前記基準信号をモニタリングするステップと、
（ｉｉ）前記基準信号の使用可能性を評価するステップと、
（ｉｉｉ）前記基準信号が使用可能でないと判定した場合に測位ネットワークを制御するステップと、
を含み、他の測位ユニット装置が、自機の固有の測位信号を所定の測位ユニット基準装置の固有の測位信号に時系列的に同期させることにより、前記基準信号が使用可能でないにもかかわらず前記ネットワークの同期を維持または確立する。

いくつかの実施形態では、基準信号をモニタリングするステップが、所定の測位ユニット装置において受け取られた基準信号の品質を測定することを含む。好ましい実施形態では、基準信号をモニタリングするステップが、基準信号の使用可能性の評価に使用するために、測位ユニット装置のうちの少なくとも１つの他の測位ユニット装置から基準信号に関する情報を取得することを含む。この情報は、基準信号の品質のまたは１以上の測定値、または基準信号の使用可能性の評価を含むことができる。評価は、基準信号の品質のまたは１以上の測定値に基づくことができる。

好ましい実施形態では、所定の測位ユニット装置が、基準信号を定期的に受け取るとともに所定の測位ユニット装置から固有の測位信号を定期的に受け取るまたは１以上の他の測位ユニット装置から基準信号に関する情報を取得する。いくつかの実施形態では、他の測位ユニット装置の各々が、それまでの所定の期間の少なくとも所定の割合にわたって信号を受け取っていた場合、この信号を定期的に受け取っていると判定する。他の測位ユニット装置の各々は、所定の測位ユニット装置から基準信号または固有の測位信号を定期的に受け取っているかどうかをブロードキャストすることが好ましい。

いくつかの実施形態では、基準信号の品質が、受信信号電力、信号対雑音比、または信号連続性を含む。

いくつかの実施形態では、基準装置が、始動時に、測位ユニット装置のうちの１または以上からの固有の測位信号を探し、固有の測位信号を第１の所定の始動期間内に検出した場合、固有の測位信号のうちの選択された固有の測位信号に自機の信号を同期させる。基準装置は、所定の測位ユニット装置の固有の測位信号が検出された場合、固有の測位信号に自機の信号を同期させることが好ましい。基準装置および所定の測位ユニット装置は、基準装置が固有の測位信号のうちの１つに自機の信号を同期させた後に、測位ネットワークの制御を基準装置に戻すことをネゴシエートすることができる。

いくつかの実施形態では、基準装置および所定の測位ユニット装置が、時間基準を複数の測位ユニット装置またはまたは１以上の位置受信機に転送できるように、時間基準を外部ソースから受信することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態をほんの一例として説明する。

自機の測位信号を基準装置の時間基準に同期させる測位ユニット装置を示す図である。 基準装置および複数の同期した測位ユニット装置を含み、ロービング位置受信機（ｒｏｖｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒｅｃｅｉｖｅｒ）が位置解を決定できる測位ネットワークを示す図である。 本発明の実施形態による測位ネットワークを示す図である。 本発明の実施形態による、測位ユニット装置の分類を示す測位ネットワークを示す図である。 本発明の実施形態による、ネットワーク同期の連続性を維持する際に一連のステップが代替基準装置によって実行される測位ネットワークの動作方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による、始動時に測位ネットワークの基準装置によって実行されるステップを示すフローチャートである。 本発明の実施形態による測位ネットワークを示す図である。

ＴＬＬ同期プロセスの概要
図１を参照しながら、上記ＷＯ０３／０３８４６９Ａ１に開示されている時間ロックループ（ＴＬＬ）プロセスについて簡単に説明する。地球中心地球固定（Ｅａｒｔｈ Ｃｅｎｔｅｒｅｄ Ｅａｒｔｈ Ｆｉｘｅｄ：ＥＣＥＦ）座標系などの基準座標系に対して固定された既知の場所に存在する測位ユニット装置２は、別の固定された既知の場所に存在する基準装置６によって送信された基準信号４を受け取り、基準装置の内部クロック８によって決定される時間基準に自機を同期させる。測位ユニット装置２は、受信機１０、送信機１２、被誘導送信機クロック（ｓｔｅｅｒｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｃｌｏｃｋ）１４、ＣＰＵ１６および発振器１８を含む。測位ユニット装置２は、基準信号４を受け取ると送信機１２から測位信号２０のスレーブバージョンを送信し、これが受信機１０によって受け取られる。基準信号４およびスレーブ測位信号２０の各々は、搬送波成分、疑似ランダムコード成分およびデータ成分を有する。受信機１０は、基準信号４およびスレーブ測位信号２０を同時に受け取ってサンプリングし、両信号間の積分搬送波位相（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃａｒｒｉｅｒ ｐｈａｓｅ：ＩＣＰ）差を測定する。ＣＰＵ１６は、受信機１０内の基準信号およびスレーブ測位信号４、２０のＩＣＰ測定値をゼロに設定した後に、スレーブ測位信号２０が基準信号４との間に周波数コヒーレンスを有するように、被誘導送信機クロック１４に連続的に補正を適用する制御ループを関与させてＩＣＰ差をゼロに維持する。

周波数コヒーレンスが達成されると、基準測位信号４の疑似ランダムコードおよびデータ成分とスレーブ測位信号２０の疑似ランダムコードおよびデータ成分との間に観察される時間差が一定になる。この時間差は、測位ユニット装置アンテナ２１と基準装置アンテナ２３との間の既知の幾何学的距離２２から計算される伝搬時間遅延と、被誘導送信機クロック１４と基準装置クロック８との間の時間バイアスとも呼ばれる時間オフセットとを含む。次に、時間バイアスを補正して、基準およびスレーブ測位信号４、２０を時系列的に整合させることができる。

スレーブ測位信号２０は、基準信号４との間に周波数コヒーレンスを有して基準装置の時間基準と時系列的に整合すると、基準装置の時間基準に完全に同期する。次に、送信機１２はスレーブ測位信号２０の強度を高め、この時点でスレーブ測位信号２０が測位ユニット装置２に固有の測位信号２４になる。基準信号および測位信号４、２４がそれぞれ搬送波成分、疑似ランダムコード成分およびデータ成分を有することを想起すると、これらの信号は各装置に固有のものであり、従って典型的にはその疑似ランダム（ＰＲＮ）コードまたはそのデータ成分内の情報によって区別可能である。

図２を参照すると、基準装置６および時系列的に同期した測位ユニット装置２を含むネットワーク内に位置するロービング位置受信機２６の形態のモバイル装置が、測位ユニット装置から位置信号２４を、また場合によっては基準信号４も受け取って、コードまたはキャリアベースの位置解を自律的に計算することができる。より一般的には、ロービング位置受信機は、視界内のいずれかの測位ユニット装置からの測位信号を利用して位置解を計算することができ、通常は３または４以上の測位ユニット装置からの信号が必要である。時系列的に同期した測位ネットワークの、たとえばＣＤＭＡ測位信号の送信および解釈、並びに装置ハードウェアに関するさらなる実装の詳細は、上述したＰＣＴ公開ＷＯ０３／０３８４６９Ａ１に記載されている。

改善された回復力を有する同期測位ネットワーク
上記のＴＬＬ同期プロセスの説明から、所与の測位ユニット装置が指定基準装置の時間基準に同期したままであるには、基準装置が明確に視認できる場合には直接的に、或いはまたは１以上の中間測位ユニット装置を介して転送される基準信号に符号化された時間基準を受信し続けなければならないと理解されるであろう。基準装置が基準信号の送信を停止した場合、または何らかの理由で基準信号が別様に使用不可になった場合には、測位ユニットのクロックが単独で予測不能な形でドリフトし始め、結果的にネットワーク同期が失われるようになる。この状態は、測位ユニット装置が温度制御式水晶発振器（ＴＣＸＯ）などの比較的安価なクロックを有している場合には一瞬で、より安定したクロックを有している場合にはゆっくりと発生するが、最終的にはネットワークがシャットダウンされない限り、ロービング位置受信機によって計算された位置解の精度はすぐに損なわれてしまう。

図３に、本発明の実施形態による改善された回復力を有する測位ネットワーク２８を示す。ネットワーク２８は、内部クロック８から導出された時間基準に従って基準信号４を生成して送信するように構成された基準装置６と、複数の測位ユニット装置２とを含む。各測位ユニット装置２は、固有の測位信号２４を生成してその固有の測位信号を基準信号４に時系列的に同期させることで、ロービング位置受信機２６が、場合によっては基準信号４を含む受信測位信号２４を使用してその位置を決定することを可能にするように構成される。測位ユニット装置２が直接、或いはまたは１以上の中間測位ユニット装置を介してこれらの固有の測位信号２４を基準信号４に同期させている場合、ネットワーク２８は基準装置６の制御下にあると言われる。

ネットワーク２８に改善された回復力を提供するために、測位ユニット装置２のうちの所定の測位ユニット装置２が「代替基準装置」３０として指定され、基準信号４をモニタリングし、基準信号の使用可能性を評価して、基準信号４が使用可能でないと判定した場合にネットワーク２８の制御を担うように構成される。一般に、この状態は基準装置６の部分的なまたは完全な故障の結果として生じ、基準信号４の完全な損失、或いは基準信号が弱く、雑音が多くまたは断続的なものとして現れることができる。基準装置６は、代替基準装置３０の測位信号２４－Ｂを含む測位ユニット装置２の測位信号２４が既に基準信号４に同期し終えているはずであるネットワーク２８の通常の同期後動作中、またはネットワーク２８の始動中に故障することがある。代替基準装置３０、すなわち所定の測位ユニット装置がネットワークの制御を担うようになると、他の測位ユニット装置２は、代替基準装置３０によって送信された測位信号２４－Ｂに自機の測位信号２４を時系列的に同期させ、または測位信号２４－Ｂとの同期を維持することができるようになる。これにより、基準信号４が使用可能でないまたは使用可能でなくなったにもかかわらず、ネットワーク同期の継続性を維持することができる。また、ネットワーク２８は、基準装置６の故障にかかわらず始動することができる。しかしながら、通常のネットワーク動作中には基準装置６が「アクティブな基準」であり、代替基準装置３０はその固有の測位信号２４－Ｂを基準信号４に同期させる。

好ましい実施形態では、基準装置６および代替基準装置３０が、ネットワーク始動前に特別なステータスを指定された測位ユニット装置である。基準装置および代替基準装置は、その信号４、２４－Ｂのデータ成分にこのステータス情報を含むことが好ましい。これに代えてまたはこれに加えて、他の測位ユニット装置２には、ネットワーク始動前に基準装置および代替基準装置６、３０のアイデンティティに関する情報が提供される。複数の測位ユニット装置２の中からの基準装置６および代替基準装置３０の選択は、複数の要因の影響を受けることができる。たとえば、測位ユニット装置が全方向性アンテナではなく指向性アンテナを備えている場合には、他の数多くの測位ユニット装置２をはっきりと視認できるネットワーク２８のエッジまたはその付近の測位ユニット装置を基準装置６として選択することが一般的に有利である。代替基準装置３０の選択にも同様の考察が当てはまる。代替基準装置３０としては、基準信号４を直接受信できる測位ユニット装置２を選択することが好ましい。同様に、基準装置６も、図３に示すような代替基準装置３０から固有の測位信号２４－Ｂを直接受信できるべきである。基準装置６または代替基準装置３０として指定されていない測位ユニット装置２は、便宜上「スレーブ」と呼ぶことができる。代替基準装置３０は、基準装置６によって送信された基準信号４に自機の測位信号２４－Ｂが同期している時には「スレーブモード」にあると言われ、同様に基準装置６も、代替基準装置３０によって送信された信号２４－Ｂに自機の信号４が同期している時には「スレーブモード」にあると言われる。

図４に、基準装置６と、代替基準装置３０と、複数のカテゴリーに分割できる複数の測位ユニット装置または「スレーブ」２とを含む測位ネットワーク２８を示す。特に、基準装置６および代替基準装置３０の両方から定期的に信号４、２４－Ｂを受け取るスレーブは「第１層スレーブ」２－１として分類される。小規模ネットワークでは、全てのスレーブが第１層スレーブの場合もある。相互依存性により、基準装置６および代替基準装置３０は、いずれも第１層スレーブ２－１から定期的に信号２４を受け取ると予想される。基準装置６または代替基準装置３０から定期的に信号を受け取って両方からは受け取らないスレーブは「第２層スレーブ」２－２に分類され、基準装置６または代替基準装置３０のいずれかから定期的に信号を受け取らないスレーブは「第３層スレーブ」２－３に分類することができる。場合によっては、第３層スレーブは、既に同期している他のスレーブの信号２４を介して、基準装置６または代替基準装置３０から導出されるネットワーク時間基準を間接的に受け取る。後述するように、動作可能な測位ネットワーク２８は、常に少なくとも１つの第１層スレーブ２－１を有することが好ましい。動作可能なネットワーク２８には、複数の第１層スレーブ２－１が存在することがさらに好ましい。

好ましい実施形態では、動作可能なネットワーク２８の基準装置６、代替基準装置３０およびスレーブ２が、たとえばステータスデータまたは意図の交換のために、これらの信号のデータ成分に含まれる情報を介して互いに定期的にまたは常に通信している。他の実施形態では、これらが有線または無線ローカルエリアネットワークなどの他の手段を介して通信することができる。基準装置６によって無線または有線手段を介してブロードキャストされるステータスデータは、たとえば基準装置６のアイデンティティおよび基準装置６が現在「アクティブな基準」であるかどうかに関するデータを含むことができ、代替基準装置３０についても同様である。好ましい実施形態では、スレーブ２が、（ｉ）自機の層ステータスに関する情報、および（ｉｉ）基準装置または代替基準装置６、３０から受け取られた信号４、２４－Ｂのステータスに関する情報を定期的にその信号２４のデータ成分に含める。他の実施形態では、スレーブが、基準装置６または代替基準装置３０のいずれかによってポーリングされた時にこの情報を提供する。第１層スレーブが使用可能な基準信号４を現在受信中でないこと、或いは基準信号が特に弱いこと、過度な雑音を含むことまたは断続的であることを示す第１層スレーブからの情報は、たとえば基準装置６に問題があることを示唆することができる。

所与のスレーブ２の層ステータスは、ネットワーク２８の動作中に、たとえば基準装置または代替基準装置６、３０からの信号が一時的に閉塞した場合に変化することがある。ＷＯ２０１６／０１１５０５Ａ１に記載されるような動的ネットワークでは、スレーブまたは基準装置が移動した時に層ステータスが変化することもある。たとえば、第１層スレーブは、もはや定期的に基準信号４を受信していない位置または基準信号を全く受信していない位置に移動した場合には第１層ステータスから降格し、これに応じて提供する情報も変更する。

いくつかの実施形態では、各スレーブ２が、その層ステータスを決定する目的で、それまでの所定の期間のうちの少なくとも所定のパーセンテージにわたって信号を受け取っていた場合、その信号を定期的に受け取っていると判定するように構成される。たとえば、スレーブの層ステータスが変化すると予想できる動的ネットワークでは、所与のスレーブ２が、それまでの１０分間のうちの少なくとも７５％にわたって基準信号４を受信していた場合にはこの信号を定期的に受信していると判定することができる。一方で、静的ネットワークでは、ネットワークが始動した後の時間の少なくとも９０％にわたって関連する信号を受け取っていた場合、定期的な信号受信の要件を満たすことができる。すなわち、それまでの所定の期間は、ネットワークが動作していた時間の長さに対応することができる。或いは、関連する信号がそれまでの５分間にわたって継続的に受け取られていた場合にも要件を満たすことができる。ある実施形態では、スレーブ２が信号を受け取っている基準が、このスレーブがＣＤＭＡ信号処理の技術において周知の手段などによって信号を「追跡」できるかどうかである。他の実施形態では、この基準を、受信信号電力が－９０～－１１０ｄＢｍの範囲の閾値などの所定の閾値を上回ることとすることができる。スレーブの層ステータスの決定のために所与の信号が定期的に受け取られているかどうかを評価することには、この信号が現在受信中であるかどうか、または現在使用可能であるかどうかという問題とは異なる履歴的要素が組み込まれていると理解されるであろう。一般に、信号の定期的受信を評価する基準は設定可能であることが好ましい。

いくつかの実施形態では、基準装置６が、測位ネットワーク２８の通常動作中に自機が「アクティブな基準」であって代替基準装置３０が「スレーブモード」であることを主張する。ネットワーク２８の信頼できるまたはロバストな動作のためには、基準装置６が故障した場合、或いはより一般的には基準信号４が使用可能でない場合または使用可能でなくなった場合に、代替基準装置３０がスレーブモードから退出してネットワークの制御を担えることが重要である。ネットワーク２８内に少なくとも１つの第１層スレーブ２－１が存在する場合には、一般に基準信号４の代わりに代替基準装置３０の固有の測位信号２４－Ｂを介してネットワークが同期を維持できるホールドオーバー期間が存在する。ネットワーク同期の安定性のためには、代替基準装置３０ができるだけ早くネットワークの制御を担うことが好ましいが、一般に代替基準装置３０は、「アクティブな基準」状態を主張してネットワーク２８の制御を担う前に、ホールドオーバー期間中に基準信号４の使用可能性を評価する時間を有する。

理想的には、任意の時点で基準装置６および代替基準装置３０の一方のみが「アクティブな基準」状態を主張すべきであるが、問題のある基準装置６は、その信号４が使用可能でないにもかかわらずこの状態を主張し続け得る。従って、測位ユニット装置２は、代替基準装置３０が「アクティブな基準」状態を主張した時点で基準信号４を無視するように、或いは基準信号４が使用可能でないと評価した時点でこれを無視するように構成することができる。

いくつかの実施形態では、代替基準装置３０が一方的な行動を取って、自機において受け取られた基準信号４の受信信号電力、信号対雑音比または信号連続性などのまたは１以上の品質の測定に基づいて基準信号４が使用可能でないと判定した後にスレーブモードから抜け出してネットワーク２８を制御する。たとえば、基準信号４の受信電力が瞬間的にまたは所定のホールドオーバー期間にわたって継続的に所定の閾値未満に低下した場合、代替基準装置３０は、基準信号４が使用可能でないと判定してネットワークを制御し始めることができる。この時点で代替基準装置３０が「アクティブな基準状態」を主張すると、他の測位ユニット装置２は、代替基準装置３０によって送信された信号２４－Ｂに自機の信号２４を同期させようと努める。基準信号４の使用可能性を決定する基準は、システム要件に従って設定できることが好ましい。たとえば、受信信号電力の所定の閾値は－９０～－１１０ｄＢｍの範囲とすることができ、所定のホールドオーバー期間は、測位ユニット装置クロックの典型的な安定性に応じて０．５～１８秒の範囲とすることができる。しかしながら、この一方的アプローチは、たとえば一時的な閉塞によって代替基準装置３０が完全に動作可能な基準装置６から基準信号４を受信できない場合に、代替基準装置３０が誤ってネットワークの制御を主張するというリスクを伴う。

好ましい実施形態では、これに加えてまたはこれに代えて、代替基準装置３０が、基準信号の使用可能性の評価へのさらなる入力のために、ネットワーク２８内の他の測位ユニット装置２のうちの少なくとも１つから基準信号４に関する情報を取得する。代替基準装置３０は、たとえば信号２４のデータ成分を介して他の測位ユニット装置２のうちの１または以上から基準信号に関する情報を定期的に受け取ることが好ましいが、他の実施形態では、代替基準装置３０が他の測位ユニット装置２に対して積極的にポーリングを行う。基準信号情報は、受信信号電力、信号対雑音比または信号連続性などの、基準信号４の品質のまたは１以上の測定値を含むことができる。或いは、基準信号情報は、たとえば基準信号の品質のまたは１以上の測定値に基づく基準信号４の使用可能性の評価を含むこともできる。

好ましい実施形態では、代替基準装置３０が、または１以上の第１層スレーブ２－１、すなわち基準装置６および代替基準装置３０の両方から信号４、２４－Ｂを定期的に受け取る測位ユニット装置から「直接」受け取った基準信号情報を利用する。或いは、第２層スレーブ２－２を介して中継される情報を「間接的に」受け取ることもできるが、この方法は、一般にネットワーク２８内に第１層スレーブ２－１が存在しない場合にのみ必要となる。好ましい実施形態では、代替基準装置３０が、ネットワーク２８を制御し始める前に、所定数のまたは所定の割合の第１層スレーブ２－１からの基準信号４に関する裏付け情報（ｃｏｒｒｏｂｏｒａｔｉｖｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を必要とする。たとえば、代替基準装置３０は、ネットワークの制御を主張する前に、第１層スレーブ２－１のうちの少なくとも１つまたは２つ、或いは少なくとも５０％～１００％からの裏付け情報を必要とすることができる。一般に、代替基準装置３０が基準信号の使用可能性を評価する所定のホールドオーバー期間の継続時間は、第１層のスレーブ２－１が自機の層ステータスをダウングレードする前に代替基準装置３０が所望の基準信号情報を取得できるように、スレーブ２が自機の層ステータスを決定するために使用する期間の継続時間よりも短くすべきである。

次に、基準装置６が始動する状況について考察する。好ましい実施形態では、基準装置６が、始動時に、ネットワーク２８が動作可能であるかどうか、すなわちネットワーク内のスレーブ２のうちの１または以上から、一般に「アクティブな基準」状態を主張している代替基準装置３０からの信号２４－Ｂを含む信号２４を受信できるかどうかをチェックするように構成される。基準装置６は、ネットワーク始動時の状況のように第１の所定の始動期間中にネットワーク信号を検出しなかった場合には通常通りに起動し、アクティブな基準としてネットワークの制御を主張する。一方で、基準装置６は、故障から回復している場合の状況のように始動時にネットワーク信号２４を検出した場合にはスレーブモードでネットワーク２８に参加し、標準的なＴＬＬプロセスを介して検出信号のうちの選択された１つに自機の信号４を同期させる。基準装置６は、たとえば６０～３６０秒の範囲とすることができる第１の所定の始動期間中に代替基準装置３０によって送信された信号２４－Ｂを検出した場合、この信号２４－Ｂに自機の信号４を同期させることが好ましい。

いくつかの実施形態では、基準装置６が期限無くこの状態に留まり、代替基準装置３０が使用可能な信号を供給できなければ、代替基準装置３０について上述した方法論と同様の方法論を使用してネットワークの制御を担う準備を整える。基本的に、基準装置６と代替基準装置３０は役割を交換したことになる。他の実施形態では、基準装置６が、自機の信号４をネットワーク時間基準に、すなわち同期している測位ユニット装置２からの選択された信号２４に同期させると、代替基準装置３０からのネゴシエートされたハンドオーバにおいて「アクティブな基準」状態を再主張しようと努めることができる。好ましい実施形態では、この動作が、基準装置および代替基準装置６、３０が互いの信号２４－Ｂ、４のデータ成分内の適切なデータビットをモニタリングして適宜に応答することを介して実行される。１つの実施形態では、同期した基準装置６がネットワークの制御を再開する準備が整っている旨のフラグを立て、代替基準装置３０から承認を受けた後に直ちにまたは合意時点で制御を再開する。他の実施形態では、最初に基準装置６が制御再開の準備が整っていることを示した後に合意時点で制御を再開する意図を示すさらなるレベルのネゴシエーションが存在する。基準装置６が状態を「アクティブな基準」に変更すると、代替基準装置３０は自機の「アクティブな基準」状態をオフにしてスレーブモードに戻る。

使用可能な基準信号４の喪失を通じてネットワーク同期の連続性を維持する上で代替基準装置３０によって実行されるステップを示す図５のフローチャートを参照しながら、本発明の実施形態による測位ネットワーク２８の動作方法を説明する。破線の外枠は任意のステップを示す。プロセスは、代替基準装置３０が基準装置６の制御下にあるネットワークを正常に動作しているものとみなす状態から開始して、ステップ４２において代替基準装置３０が基準信号４を定期的にモニタリングし、その後にステップ４４において基準信号の使用可能性を評価する。任意に、ステップ４６によって示すように、代替基準装置３０は、基準信号の使用可能性の評価へのさらなる入力のために、または１以上の第１層スレーブ２－１から基準信号に関する情報を取得する。判定ポイント４８において、代替基準装置は、基準信号４が使用可能であるかどうかを判定する。使用可能である場合、代替基準装置３０はステップ４２に戻る。使用可能でない場合、代替基準装置３０は、ステップ５０において、たとえばスレーブモードを終了して自機の信号２４－Ｂのデータ成分において「アクティブな基準」状態を主張することによってネットワークを制御する。任意に、ステップ５２において、代替基準装置３０または別の測位ユニット装置２は、故障判定または修復のためにネットワーク監視者に基準装置６に問題がある旨を示す。

いくつかの実施形態では、ここでプロセスが終了し、測位ネットワーク２８は代替基準装置３０の制御下で同期を維持する。他の実施形態では、代替基準装置３０が、ステップ５４において定期的または継続的に基準信号４を探し、判定ポイント５６において、基準装置がその信号４をネットワーク時間基準に同期させたかどうかを判定する。同期させていない場合、代替基準装置３０はステップ５４に戻り、「アクティブな基準」状態を維持しながら基準信号を探し続ける。代替基準装置３０および基準装置６は、ステップ５８において制御のハンドオーバをネゴシエートし、その後にステップ６０において、代替基準装置が基準装置にネットワークの制御を戻す。この実施形態では、測位ネットワーク２８が基準装置６の制御下で同期を維持してプロセスは終了する。

図６は、本発明の実施形態による、始動時に測位ネットワーク２８の基準装置６によって実行されるステップを示すフローチャートである。ステップ６２において、基準装置は、第１の所定の始動期間にわたってネットワーク内のまたは１以上の測位ユニット装置２からの信号２４を探し、次に判定ポイント６４において、場合によっては代替基準装置３０からの信号２４－Ｂを含むこのようなネットワーク信号を受け取っているかどうかを判定する。基準装置６は、ハードウェア故障後にオンラインに復帰している場合の状況のようにネットワーク信号を受け取っている場合、ステップ６６において、選択されたネットワーク信号２４、２４－Ｂに自機の信号４を同期させ、すなわちスレーブモードで始動する。基準装置がスレーブモードのままの状態でここでプロセスが終了することも、或いは図５を参照しながら上述したように、基準装置が代替基準装置とネゴシエートしてネットワークを制御することもできる。一方で、基準装置６は、一般にネットワーク始動時の状況のようにネットワーク信号が存在しないと判定した場合、ステップ６８において通常の始動手順を継続してネットワーク２８の制御を担う。

好ましい実施形態では、代替基準装置３０が、基準装置が動作していないと結論付ける前に、好ましくは基準装置６によって使用される第１の所定の始動期間よりも長い第２の所定の始動期間内にネットワーク信号を探し、これに応じてネットワークの制御を主張する点を除き、基準装置６が始動する際と同様の挙動を行うように構成される。測位ネットワーク２８の始動時には、基準装置および代替基準装置６、３０がこれらの始動手順をほぼ同時に開始し、従って第１の所定の始動期間は第２の所定の始動期間の前に終了するはずであると予想される。しかしながら、第２の始動期間が先に終了した場合には、代替基準装置３０がネットワークを制御して基準装置６がスレーブモードでネットワークに参加するので、このことは必須ではない。第２の所定の始動期間は、たとえば第１の所定の始動期間よりも１．５倍～３倍長いことができる。

いくつかの実施形態では、基準装置６および代替基準装置３０がいずれも使用可能な信号を供給できない場合、ネットワーク始動前にネットワークの様々なメンバー間の通信のための適切なプロトコルを規定して別の測位ユニット装置２を第２の代替基準装置として指定することによって、同期測位ネットワークの回復力がさらに改善される。必要であれば、たとえばネットワークのサイズまたはその連続動作の重要性に応じてさらに多くのフォールバック基準装置（ｆａｌｌ－ｂａｃｋ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｄｅｖｉｃｅｓ）をこのように指定することもできる。

上述した実施形態では、測位ユニット装置２のネットワーク２８に広めるべき基準装置６の時間基準が、基準装置によって内部的に生成される。或いは、基準装置は、外部ソースから時間基準を取得することもできる。このような実施形態は、たとえば万国標準時（ＵＴＣ）などの時間基準を測位ユニット装置の拡張ネットワーク、およびネットワークからの信号を受け取って処理できる位置受信機などの装置に転送するのに有用である。

図７に、基準装置６および複数の測位ユニット装置２を含み、測位ユニット装置のうちの所定の１つが代替基準装置３０として指定された、本発明の実施形態による測位ネットワーク７０を示す。基準装置６および代替基準装置３０の各々は、外部ソース７２から時間基準を受け取って、この時間基準に自機のそれぞれの信号４、２４－Ｂを整合できるように構成される。なお、基準装置６の故障時に確実に外部時間基準を広めるために、基準装置６だけでなく代替基準装置３０も外部時間基準を受信できることが必要である。好ましい実施形態では、外部ソース７２が、たとえばＧＰＳなどの全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）、またはＵＴＣに誘導された原子時計などの、ＵＴＣのソースである。他の実施形態では、基準装置６および代替基準装置３０が、ＵＴＣとは異なる、場合によってはＵＴＣと無関係な時間基準を受信できるように構成される。

ネットワーク７０の通常動作では、基準装置６が外部ソース７２から時間基準を受け取り、この時間基準に従って基準信号４を生成して送信する。基準装置６の視野内の、所定の代替基準装置３０を含むことが好ましいが必ずしもその必要はない測位ユニット装置２は、基準信号４を受け取って独自の信号２４を生成し、上述したＴＬＬプロセスを使用して、この信号を、受信した基準信号４と時系列的に同期させる。基準装置６の視野外の測位ユニット装置は、既に基準信号４に同期している測位ユニット装置から送信された信号を受け取ってこれに同期することによって、自機の信号を基準信号４に時系列的に同期させることができる。従って、任意の数多くの測位ユニット装置から送信された信号２４を外部ソース７２から取得された時間基準に整合させ、この時間基準を任意の広い範囲または距離にわたって広めることができる。従って、ネットワークからの信号４、２４、２４－Ｂを受け取って処理できる位置受信機２６などの装置は、位置解を計算できることに加えて、このＵＴＣであることが有利な時間基準を受け取ることができる。

この通常動作モードでは、所定の代替基準装置３０が、ネットワーク７０内の標準的な測位ユニット装置として挙動し、その固有の信号２４－Ｂを基準信号４に同期させて、効果的に外部ソース７２を無視する。しかしながら、代替基準装置３０は、基準装置６が使用可能な基準信号４を送信していないと判定した場合、一方的にまたは他のまたは１以上の測位ユニット装置２からの基準信号に関する情報を考慮して「アクティブな基準」モードに切り替わり、その独自の信号２４－Ｂを外部ソース７２から取得された時間基準に同期させる。その後、他の測位ユニット装置２は、代替基準装置によって送信された信号２４－Ｂの直接受信、または使用可能な基準信号４の不在時に外部時間基準が転送されることを可能にするカスケーディングによって、自機の信号２４を信号２４－Ｂに同期させる。

図７を参照しながら説明したネットワーク７０の動作は、ネットワーク化された測位ユニット装置信号が時間基準のソースに同期される点を別にすれば、図３および図４を参照しながら説明したネットワーク２８の動作に類似する。一般に、たとえば代替基準装置３０がネットワークを制御すべきであるか、それとも基準装置６に制御を戻すべきであるかについては同じプロトコルが当てはまる。

具体例を参照しながら本発明を説明したが、当業者であれば、本発明は他の多くの形態で具体化することもできると理解するであろう。

Claims (28)

1. 自機の時間基準に従って基準信号を生成するとともに送信するように構成された基準装置と、
   それぞれが固有の測位信号を生成するとともに当該固有の測位信号を前記基準信号に時系列的に同期させるように構成された複数の測位ユニット装置と、
   を備え、
   前記測位ユニット装置のうちの所定の測位ユニット装置が、
   （ｉ）前記基準信号をモニタリングし、
   （ｉｉ）前記基準信号の使用可能性を評価し、
   （ｉｉｉ）前記基準信号が使用可能でないと判定した場合に前記測位ネットワークを制御する、
   ように構成され、他の測位ユニット装置が、自機の固有の測位信号を前記所定の測位ユニット装置の前記固有の測位信号に時系列的に同期させることにより、前記基準信号が使用可能でないにもかかわらず前記ネットワークの同期を維持または確立する、
   測位ネットワーク。
2. 前記基準信号の前記モニタリングは、前記所定の測位ユニット装置において受け取られた前記基準信号の品質を測定することを含む、
   請求項１に記載の測位ネットワーク。
3. 前記所定の測位ユニット装置は、前記基準信号の前記使用可能性の評価に使用するために、前記測位ユニット装置のうちの少なくとも１つの他の測位ユニット装置から前記基準信号に関する情報を取得するように構成される、
   請求項１または２に記載の測位ネットワーク。
4. 前記情報は、前記基準信号の品質のまたは１以上の測定値を含む、
   請求項３に記載の測位ネットワーク。
5. 前記情報は、前記基準信号の前記使用可能性の評価を含む、
   請求項３に記載の測位ネットワーク。
6. 前記評価は、前記基準信号の品質のまたは１以上の測定値に基づく、
   請求項５に記載の測位ネットワーク。
7. 前記所定の測位ユニット装置は、前記基準信号を定期的に受け取るとともに前記所定の測位ユニット装置から前記固有の測位信号を定期的に受け取るまたは１以上の他の測位ユニット装置から前記基準信号に関する情報を取得するように構成される、
   請求項３から６のいずれか１項に記載の測位ネットワーク。
8. 前記他の測位ユニット装置の各々は、それまでの所定の期間の少なくとも所定の割合にわたって信号を受け取っていた場合、前記信号を定期的に受け取っていると判定するように構成される、
   請求項７に記載の測位ネットワーク。
9. 前記他の測位ユニット装置の各々は、前記所定の測位ユニット装置から前記基準信号または前記固有の測位信号を定期的に受け取っているかどうかをブロードキャストするように構成される、
   請求項７または８に記載の測位ネットワーク。
10. 前記基準信号の前記品質は、受信信号電力、信号対雑音比または信号連続性を含む、
    請求項２、４または６に記載の測位ネットワーク。
11. 前記基準装置は、始動時に、
    前記測位ユニット装置のうちの１または以上からの固有の測位信号を探し、
    前記固有の測位信号を第１の所定の始動期間内に検出した場合、前記固有の測位信号のうちの選択された固有の測位信号に自機の信号を同期させる、
    ように構成される、請求項１から１０のいずれか１項に記載の測位ネットワーク。
12. 前記基準装置は、前記所定の測位ユニット装置の前記固有の測位信号が検出された場合、前記固有の測位信号に自機の信号を同期させるように構成される、
    請求項１１に記載の測位ネットワーク。
13. 前記基準装置および前記所定の測位ユニット装置は、前記基準装置が前記固有の測位信号のうちの１つに自機の信号を同期させた後に、前記測位ネットワークの制御を前記基準装置に戻すことをネゴシエートするように構成される、
    請求項１１または１２に記載の測位ネットワーク。
14. 前記基準装置および前記所定の測位ユニット装置は、前記時間基準を前記複数の測位ユニット装置またはまたは１以上の位置受信機に転送できるように、前記時間基準を外部ソースから受信できるように構成される、
    請求項１から１３のいずれか１項に記載の測位ネットワーク。
15. 自機の時間基準に従って基準信号を生成するとともに送信するように構成された基準装置と、それぞれが固有の測位信号を生成するとともに当該固有の測位信号を前記基準信号に時系列的に同期させるように構成された複数の測位ユニット装置と、を備えた測位ネットワークにおいて、使用可能な基準信号の不在時に前記測位ユニット装置の同期を維持または確立する方法であって、当該方法は、前記測位ユニット装置のうちの所定の測位ユニット装置が、
    （ｉ）前記基準信号をモニタリングするステップと、
    （ｉｉ）前記基準信号の使用可能性を評価するステップと、
    （ｉｉｉ）前記基準信号が使用可能でないと判定した場合に前記測位ネットワークを制御するステップと、
    を含み、他の測位ユニット装置が、自機の固有の測位信号を前記所定の測位ユニット基準装置の前記固有の測位信号に時系列的に同期させることにより、前記基準信号が使用可能でないにもかかわらず前記ネットワークの同期を維持または確立する、
    方法。
16. 前記基準信号をモニタリングする前記ステップは、前記所定の測位ユニット装置において受け取られた前記基準信号の品質を測定することを含む、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記基準信号をモニタリングする前記ステップは、前記基準信号の前記使用可能性の評価に使用するために、前記測位ユニット装置のうちの少なくとも１つの他の測位ユニット装置から前記基準信号に関する情報を取得することを含む、
    請求項１５または１６に記載の方法。
18. 前記情報は、前記基準信号の品質のまたは１以上の測定値を含む、
    請求項１７に記載の方法。
19. 前記情報は、前記基準信号の前記使用可能性の評価を含む、
    請求項１７に記載の方法。
20. 前記評価は、前記基準信号の品質のまたは１以上の測定値に基づく、
    請求項１９に記載の方法。
21. 前記所定の測位ユニット装置は、前記基準信号を定期的に受け取るとともに前記所定の測位ユニット装置から前記固有の測位信号を定期的に受け取るまたは１以上の他の測位ユニット装置から前記基準信号に関する情報を取得する、
    請求項１７から２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 前記他の測位ユニット装置の各々は、それまでの所定の期間の少なくとも所定の割合にわたって信号を受け取っていた場合、前記信号を定期的に受け取っていると判定する、
    請求項２１に記載の方法。
23. 前記他の測位ユニット装置の各々は、前記所定の測位ユニット装置から前記基準信号または前記固有の測位信号を定期的に受け取っているかどうかをブロードキャストする、
    請求項２１または２２に記載の方法。
24. 前記基準信号の前記品質は、受信信号電力、信号対雑音比または信号連続性を含む、
    請求項１６、１８または２０に記載の方法。
25. 前記基準装置は、始動時に、
    前記測位ユニット装置のうちの１または以上からの固有の測位信号を探し、
    前記固有の測位信号を第１の所定の始動期間内に検出した場合、前記固有の測位信号のうちの選択された固有の測位信号に自機の信号を同期させる、
    請求項１５から２４のいずれか１項に記載の方法。
26. 前記基準装置は、前記所定の測位ユニット装置の前記固有の測位信号が検出された場合、前記固有の測位信号に自機の信号を同期させる、
    請求項２５に記載の方法。
27. 前記基準装置および前記所定の測位ユニット装置は、前記基準装置が前記固有の測位信号のうちの１つに自機の信号を同期させた後に、前記測位ネットワークの制御を前記基準装置に戻すことをネゴシエートする、
    請求項２５または２６に記載の方法。
28. 前記基準装置および前記所定の測位ユニット装置は、前記時間基準を前記複数の測位ユニット装置またはまたは１以上の位置受信機に転送できるように、前記時間基準を外部ソースから受信することができる、
    請求項１５から２７のいずれか１項に記載の方法。

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