JP2602246B2 - 移動体衛星通信/測位方式 - Google Patents

移動体衛星通信/測位方式

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JP2602246B2 JP62246284A JP24628487A JP2602246B2 JP 2602246 B2 JP2602246 B2 JP 2602246B2 JP 62246284 A JP62246284 A JP 62246284A JP 24628487 A JP24628487 A JP 24628487A JP 2602246 B2 JP2602246 B2 JP 2602246B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、3個以上の静止衛星を用いて基地局と移動
局間で双方向ディジタル通信を行うとともに、基地局が
移動局の位置検出を行う移動体衛星通信/測位方式に関
する。
(従来の技術) 衛星通信技術の進展に伴い移動体衛星通信システムに
大きな期待が寄せられている。この移動体衛星通信シス
テムを構築する場合、衛星通信の広域性という特徴を活
かし、移動体との通信の併行して移動体の測位をなし得
る通信/測位の機能をどのように実現するかがひとつの
開発課題となっているが、少なくとも3個の静止衛星を
用いれば移動体の位置検出を高精度になし得ることが知
られている。
即ち、通信と測位をなし得る移動体衛星通信/測位方
式を、例えば第3図に示す如く、3個の静止衛星S1,同S
2,同S3と、この3個の静止衛星(S1,S2,S3)と電波授受
を行う低指向性アンテナ31を有する移動局Mと、3個の
静止衛星S1,同S2,同S3のそれぞれと個別に電波授受を行
う3個の高指向性アンテナ32a,同32b,同32cを有する基
地局Bとで構成し、移動局Mが発した信号を異なる3個
の伝搬路を通って基地局Bに到達させる。なお、通信は
いずれか1の静止衛星を利用すれば良いことは勿論であ
る。そして、測位を行う基地局Bでは、第4図に示す如
く、異なる3個の伝搬路における伝搬時間t1,同t2,同t3
をそれぞれ検出し、伝搬路間の時間差t1−t3、同t2−t3
をそれぞれ算出し、この時間差に基づく曲線の交点から
移動局Mの位置決定を行うのである。
従来提案されている移動体衛星通信/測位方式として
は、例えば文献「Analysis of the GEOSTAR Positi
on Determination System」(L、O.Snively,W.P.Osb
orne:AIAA,1986 pp.50−58)に記載のものが知られて
いる。この従来方式は、その詳細説明は割愛するが、信
号スペクトルが第5図に示す如く衛星回線の全使用帯域
に広がることとなるスペクトル拡散変調信号を用いる方
式である。この方式では、移動局は図示省略したが高速
のスペクトル拡散変調器を有し、また基地局は第6図に
示す如く3系統の受信系を有する構成となる。なお、送
信系は図示省略した。第6図において、33a,33b,33cは
低雑音増幅器、34a,34b,34cはダウンコンバータ、35a,3
5b,35cは逆拡散回路、36はデータ復調器、37はスペクト
ル拡散コード比較回路である。即ち、基地局では3系統
の逆拡散回路(35a,35b,35c)においてスペクトル拡散
コードを再生し、その1のスペクトル拡散コードがデー
タ復調器36を介して図外の受信処理手段へ受信信号とし
て送出される一方、3系統の再生スペクトル拡散コード
をスペクトル拡散コード比較回路37へ送出される。その
結果、スペクトル拡散コード比較回路37において3つの
伝搬路における伝搬路時間差が精度良く求められそれが
測位信号として図外の測位演算手段へ与えられる。この
従来方式は移動局の位置決定を高精度に行い得る点に特
徴がある。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、前述した従来方式には次の如き種々の
問題点がある。
まず、スペクトル拡散方式では本質的に高速の変復調
動作を必要とするので、移動局,基地局ともその回路規
模が大きくなる。
また、逆拡散回路は通常ディレーロックループ(Dela
y Lock Loop)を利用するので、同期確立に長大な時
間を要し迅速性に欠ける。
本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、
その目的は、双方向通信に加えて、回路規模を増大させ
ず、かつ迅速に測位をなし得る移動体衛星通信/測位方
式を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明の移動体衛星通信
/測位方式は次の如き構成を有する。
即ち、本発明の移動体衛星通信/測位方式は、少なく
とも3個の静止衛星と、基地局と、移動局とを含み、 前記基地局は、 前記静止衛星を介して基地局送信信号を前記移動局へ
SCPC(Single Channel Per Carrier)方式にて送信
する送信手段と、 前記移動局から前記衛星を介して前記SCPC方式にて送
信された1チャンネルの移動局送信信号を前記衛星ごと
に別々に受信して得られた再生データ及び再生クロック
の1組を基地局受信信号として受信する受信手段と、 前記再生データ及び再生クロックに基づき各々の時間
差を検出し、前記移動局の位置を算出するための測位信
号を形成する時間差検出手段とを備え、 前記移動局は、 前記基地局から送信された前記基地局送信信号を受信
し移動局受信信号を得る受信手段と、 一定周期のデータ及びクロックを含む移動局送信信号
を前記衛星に送信する手段とを備えることを特徴とする
ものである。
(作 用) 次に、前記の如く構成される本発明の移動体衛星通信
/測位方式の作用を説明する。
例えば、3個の静止衛星を用いるシステムでは、双方
向通信は次の如くして行われる。まず、移動局が送信す
る場合、FDM送受信手段が、通信信号を自局に割り当て
られた通信周波数チャネルにて低指向性アンテナから3
個の静止衛星へ向けて送信する。つまり、移動局が複数
ある場合には周波数分割多重化された通信信号が3個の
異なる伝搬路を通って基地局へ伝達される。これは3個
の高指向性アンテナの対応するものを介してそれぞれの
FDM受信手段に至り、そこで通信周波数チャネルごとに
3組の再生データおよび再生クロックが形成され、その
うちの1の組の再生データおよび再生クロックは受信信
号として受信処理系へ送出される一方、3組の再生デー
タおよび再生クロックは時間差検出手段へ送出される。
その結果、時間差検出手段では測位すべき移動局の通信
信号に係る3組の再生データおよび再生クロックの時間
差を検出しその移動局の位置を算出するための測位信号
を形成する。
一方、基地局が送信する場合、FDM送信手段が、通信
信号の挿入される1または複数の通信周波数チャネルの
信号を少なくとも1の高指向性アンテナから対応する静
止衛星へ向けて送信する。すると、移動局は、低指向性
アンテナが受けた1または複数の通信周波数チャネルの
信号から自局に割り当てられた通信周波数チャネルの信
号を周波数選択受信する。
以上要するに、本発明の移動体衛星通信/測位方式に
は、従来存在するSCPC(Single Channel Per Carrie
r)−FDMA(周波数分割多元接続)方式の移動体衛星通
信システムにおいて、測位のために少なくとも2個の静
止衛星を追加し、基地局において静止衛星の数に対応し
た受信系を設けるとともに時間差検出手段を設けたので
あり、移動局は何の変更もないのである。そして、従前
のSCPC−FDMA方式と同様に本発明方式においてもディジ
タル通信方式が当然に採用可能なのである。
なお、静止衛星の個数であるが、移動体が地上や海上
を移動するものであるときは3個で足りる。
しかし、移動体が航空機のときは高度を求める必要が
あるので4個は必要になる。
このように、本発明の移動体衛星通信/測位方式によ
れば、従来存在するSCPC−FDMA方式を採用したので、構
成簡易な通常のディジタル変復調器を用いることがで
き、双方向通信に加えて、回路規模を増大させずかつ迅
速に測位をなし得る。また、スペクトル拡散方式では通
信の形態がメッセージ通信に限定されるが、本発明方式
ではディジタル変調を用いるものであればよくディジタ
ル化音声やデータ通信等通信の形態に制約なく広汎な応
用が可能である。
さらに、移動局は経済性が要求されるが、本発明方式
では移動局はSCPC−FDMA方式での形態に何等変更を加え
る必要がなく経済的である、等種々の優れた効果があ
る。
(実 施 例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の移動体衛星通信/測位方式を実施す
る基地局の受信系統の一例を示す。なお、従来と同一名
称部分には同一符号を付しその説明を省略する。
第1図において、1a,1b,1cはデータ復調器、2はタイ
ミング差検出回路であり、低雑音増幅器33a,ダウンコン
バータ34aおよびデータ復調器1aの組、低雑音増幅器33
b,ダウンコンバータ34bおよびデータ復調器1bの組、低
雑音増幅器33c,ダウンコンバータ34cおよびデータ復調
器1cの組はそれぞれFDM受信手段を構成する。
即ち、本発明の移動体衛星通信/測位方式は、第2図
に示す如く、衛星回線の全使用帯域を複数の通信周波数
チャネル(CH1,CH2,……,CHn−1,CHn)に周波数分割す
るSCPC−FDMA方式に基づくものであるから、基地局のFD
M送信手段は図示省略した。これはディジタル変調器、
アップコンバータや高電力増幅器等を含み、いずれか1
の高指向性アンテナ(32a,32b,32c)が送信アンテナと
して使用される。また、移動局は、低指向性アンテナ
と、FDM送受信手段を備え、FDM送受信手段はディジタル
変復調器、アップ/ダウンコンバータ、高電力増幅器/
低雑音増幅器等を含むが、SCPC−FDMA方式におけるもの
と同様構成なので図示省略した。そして、基地局の受信
系統の構成から明らかなように、本実施例では従来方式
と同様に3個の静止衛星を用い1の移動局から通信信号
を受けてその通信信号の受信処理を行うとともに、その
1の移動局の位置決定を行う場合を示している。移動局
が複数ある場合には、各高指向性アンテナごとに第1図
と同様のFDM受信手段が通信周波数チャネルの個数分設
けられるのである。
通信方式は従前のSCPC−FDMA方式と同様であり、その
説明を省略する。また、測位の原理は従来方式と同様で
あって、3個のデータ復調器(1a,1b,1c)で再生した3
組の再生データおよび再生クロックの時間差をタイミン
グ差検出回路2で検出しそれを測位信号として図外の測
位演算手段へ送出するのである。
このようにして、移動局から送信された同一信号を位
置の異なる衛星を介して受信することにより得られる再
生データ及び再生クロックの遅延時間差は、移動局から
各衛星を介して基準局に至る距離の差であるため、衛星
の位置が既知で有れば、3角測量の原理で移動局の位置
を容易に決定できることになる。
なお、移動局からのデータ信号およびクロック信号
は、一定の繰り返し周期で送出されているため検出は比
較的容易である。
ここで、本発明では狭帯域信号を用いるので、当然測
定時間精度は従来方式よりも劣るが、それでも実用上支
障ない程度の精度を得ることができる。以下、具体例を
挙げて説明する。
例えば、タイミング差検出回路2でのクロック位相の
比較が6度の精度で行えるとすれば、データ速度が4.8K
b/s(BPSK変調:2相位相シフトキーイング)の場合、時
間誤差の精度は、 である。故に、距離誤差Διは、cを光速(3×108m/
s)とすれば、 Δι=c・Δt=1042[m] ……(2) となる。即ち、約1kmであり、これは通常の目的には十
分な値である。また、データ速度が64Kb/s(QPSK変調:4
相位相シフトキーイング)の場合では、同様の計算によ
って求められ、距離誤差Διは約78mとなる。残んどの
目的に十分な精度となる。
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明の移動体衛星通信/測位
方式によれば、従来存在するSCPC−FDMA方式を採用した
ので、構成簡易な通常のディジタル変復調器を用いるこ
とができ、双方向通信に加えて、回路規模を増大させず
かつ迅速に測位をなし得る。また、スペクトル拡散方式
では通信の形態がメッセージ通信に限定されるが、本発
明方式ではディジタル変調を用いるものであればよくデ
ィジタル化音声やデータ通信等通信の形態に制約なく広
汎な応用が可能である。
さらに、移動局は経済性が要求されるが、本発明方式
では移動局はSCPC−FDMA方式での形態に何等変更を加え
る必要がなく経済的である、等種々の優れた効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の移動体衛星通信/測位方式を実施する
基地局の受信系統の構成ブロック図、第2図は送受信信
号スペクトル、第3図は移動体衛星通信/測位方式の構
成ブロック図、第4図は測位の原理説明図、第5図は従
来方式(スペクトル拡散方式)の送受信信号スペクト
ル、第6図は従来の基地局の受信系統の構成ブロック図
である。 1a,1b,1c,36……データ復調器、2……タイミング差検
出回路、31……低指向性アンテナ、32a,32b,32c……高
指向性アンテナ、33a,33b,33c……低雑音増幅器、34a,3
4b,34c……ダウンコンバータ、35a,35b,35c……逆拡散
回路、B……基地局、M……移動局、S1〜S3……静止衛
星。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも3個の静止衛星と、基地局と、
    移動局とを含み、 前記基地局は、 前記静止衛星を介して基地局送信信号を前記移動局へSC
    PC(Single Channel Per Carrier)方式にて送信す
    る送信手段と、 前記移動局から前記衛星を介して前記SCPC方式にて送信
    された1チャンネルの移動局送信信号を前記衛星ごとに
    別々に受信して得られた再生データ及び再生クロックの
    1組を基地局受信信号として受信する受信手段と、 前記再生データ及び再生クロックに基づき各々の時間差
    を検出し、前記移動局の位置を算出するための測位信号
    を形成する時間差検出手段とを備え、 前記移動局は、 前記基地局から送信された前記基地局送信信号を受信し
    移動局受信信号を得る受信手段と、 一定周期のデータ及びクロックを含む移動局送信信号を
    前記衛星に送信する手段とを有すること を特徴とする移動体衛星通信/測位方式。
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