JP3262332B2 - 位置指示システム - Google Patents

位置指示システム

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JP3262332B2 JP50217993A JP50217993A JP3262332B2 JP 3262332 B2 JP3262332 B2 JP 3262332B2 JP 50217993 A JP50217993 A JP 50217993A JP 50217993 A JP50217993 A JP 50217993A JP 3262332 B2 JP3262332 B2 JP 3262332B2
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    • G08G5/0013—Transmission of traffic-related information to or from an aircraft with a ground station

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、移動物体の位置を指示するシステムに関
し、このシステムは、集団をなす移動物体または移動ス
テーションが互いに追跡し合うことと、中央ステーショ
ン、またはある場合にはいくつかの中央ステーション
が、個々の、および／または全ての、その集団のメンバ
ーの位置を追跡することと、を可能ならしめる。
位置決定システム、例えばDECCAシステム、LORANシス
テム、VLF OMEGAシステム、NDB、VOR、およびDMEは、
古くから公知である。中央ステーションにおける使用の
ためには、１次レーダ（PSR）および２次監視レーダ（S
SR）などの、さまざまな形式のレーダシステムが知られ
ている。SSRレーダシステムは、地上設置呼掛器と、移
動物体内のSSR応答器とを含む。
近年には、米国のGPS（地球規模位置決定システム）
およびGLONASSと呼ばれるロシアの対応システムが作ら
れ、これら双方は、既知の軌道要素を有する人工衛星か
ら送られる時間信号に基づいて構成されている。少なく
とも４つのそのような人工衛星が水平線上にあれば、明
確な位置を極めて高い精度で局地的に得ることができ
る。そのような位置情報を得るための装置は公知で、か
つ商業的に入手可能であり、ここで本発明の説明に要す
る以上に詳細にそれらを説明する必要はない。
適度の価格の装置により正確な位置を得ることができ
る事実は、航法および監視のため、例えば、近年過密さ
が問題化している航空のため、の使用を提案させた。GB
−Ａ−２ 155 720には、管制ステーションからの呼掛
けに対する航空機の応答器の応答に、その通常の識別応
答のみでなく、応答器を担持する移動物体のGPSにより
決定される位置をも含めることが提案されている。
ここで参照されてその開示が本願に取込まれる米国特
許第4,835,537号には、航空機、滑走路、空港内の固定
障害物および陸上車両が、それらの位置を全ての関与者
に報知する衝突防止システムの実現が提案されている。
その場合、報知は、全関与者に対する単一無線チャネル
によって行われ、それぞれの関与者は、そのチャネルが
占有されていない瞬間を探索し、ランダムな待ち時間の
経過後にそのメッセージを送り始める。送信電力は、到
達距離が監視下の空港の上空部分の半径を超えないよう
に、低レベルに保たれる。
現在は、地球の回りの航空交通の監視および管制の責
任は、いくつかの区域管制センタ（ACC）または飛行情
報センタ（FIC）に分割され、それらはそれぞれ専有の
領域（飛行情報領域−FIR）における責任を有し、該領
域内においては、地上監視と、上空のある部分または全
ての部分における航空交通の管制と、が行われ、かつ／
または、飛行計画を提出した航空機に対するあるサービ
スが行われる。航空機がこれらのFIRの１つを離れる度
に、次のFIRは、その航空機を検出し識別しうるよう
に、その予定航空路について知らされる。航空機の乗員
は、次のFIRに入る前に、航空機がどのFIRに入ろうとし
ているかについて、管制センタに無線連絡するように命
じられている。
航空機は、しばしば「航空路」と呼ばれる限られた数
の空中回廊、すなわち所定の経路を通らなくてはならな
い。航空路は、地上設置無線航法標識、またはそのよう
な無線航法標識およびそのような地上設置標識への／か
らの距離および相対位置により決定される「固定点」、
に沿って設定され、航空機は、地上設置無線航法標識か
らの信号を検出しうる搭載受信機を用いて飛行し、該地
上設置標識に対する航空機の位置を示すディスプレイユ
ニットを有する。陸地の上空および付近においては、管
制センタもレーダにより航空機の飛行を監視し、かつ制
御する。これらのレーダ管制区域内において同じ高度で
飛行する航空機間の最小横方向間隔は、通常9.26−18.5
2Km（５−10海里）の間で変化しうる。空港への最後の
接近時には、航空機間の最小レーダ間隔は通常5.56Km
（３海里）である。レーダの有効範囲外の区域において
は、同じ高度および航跡における航空交通の最小間隔は
通常10分であり、これは、航空機の速度に依存し、148.
2−166.7Km（80−90海里）の距離に相当する。
大洋上における航空交通は、所定の経路に従う。大洋
上で飛行する時の航空機の位置を、地上設置無線標識に
よって、またはレーダによって決定することは不可能で
ある事実により、航空機間の間隔をかなり増大させる必
要がある。通常は、同じ航跡および同じ高度で飛行する
航空機間の最小横方向間隔は、北大西洋上の場合におけ
るように111.1Km（60海里）である。
現在は、航空路および経路の数は限られており、航空
機は、航空会社または個々の航空機にしばしば長期間前
に割当てられる、いわゆる「スロット」内に制限されな
くてはならない。航空機が万一なんらかの理由で地上で
数分間遅れ、そのスロットを逸すれば、これは、その航
空機が新しい空きスロットを利用しうるまでの、数時間
に達する追加の遅延の原因になりうる。
特殊な流れ管理ユニットまたは流れ管制ユニットが、
世界の多くの区域に設置されている。これらの流れ管理
ユニットおよびスロット割当てプロシージャの必要は、
飛行経路に沿っての、また過密空港においての、航空路
系の容量の不足に起因する。
空港において、容量は、いくつかの異なる因子によっ
て制限される。基本的には、滑走路、誘導滑走路および
航空機ゲート、気象条件、航法および着地装置、航空交
通管制プロシージャなど、が重要な要素であり、これら
が個々に、または集合的に容量に影響する。視界が悪い
場合は、容量問題は、主として現在の技術が航空機およ
び地上車両の移動を監視する能力を有する航空交通管制
を提供しえないことにより、増大する。滑走路の占有時
間もまた視界が悪い時には、地上における滑走が困難で
あるために航空機が低速度で誘導滑走しなくてはならな
いので、増大する。これもまた、空港の容量を減少させ
る。
地上の航空機間の、および航空機と地上車両との間
の、潜在的な、または実際の衝突に起因する事故および
重大事故の数は、過去数十年にわたって増加してきた。
米国において報告されたそのような深刻な事故の数は、
100,000回の離着陸につき、５−７回の程度である。い
くつかの重大事故は、何年かにわたって発生してきてい
る。
航空機の地上運転および地上車両の移動を監視および
制御するための航空交通管制の可能性を与えうるシステ
ムであって、該システム内のそれぞれのメンバーが、航
空交通管制装置、例えばディスプレイ上に表示される情
報を与えるその位置および識別名を送信し、また同じ情
報をパイロットにも提供し、その情報が航空機の移動を
案内するために用いられうる前記システムは、空港の容
量および安全性の改善のために著しく重要である。
容量および安全性の問題は、航空交通が比較的に高速
度で成長を続けることが予想されるので、一層悪化する
ものと推測される。航空機の現在の乗客数（約12億人）
の倍加と、ほぼそれに比例する航空機運転数の増加と
が、これからの10−12年において推測される。
ドイツ航空宇宙研究所（German Aerospace Research
Establishment）のスポークスマンによれば、「もしフ
ランクフルトにおいて毎時間１回の着陸が追加されれ
ば、年間にすると、それは１千万ドイツマルクの節減の
遅滞を意味する。」（1991年11月16日発行のNew scient
istの第23頁）。
現在の状況を調査して、現在の航空航法および航空交
通管制システムの容量の改善と、以上における安全性の
改善とのためにとるべき行動を勧告する、いくつかの国
際的な研究集団が設立されている。これらの研究集団の
いくつかは、国際民間航空機構−ICAOの援助のもとに研
究を行いつつある。特にアメリカ合衆国のいくつかの地
方においては、空港における地上作業に関連する安全問
題を解決するために、かなりの努力がなされつつある。
このように、容量に不足があることと、もし航空交通
を制御しかつ監視する改善された能力が、安全性および
容量の双方を改善できれば、かなりの経済的な節約が可
能であることと、が広く認識されている。
発明の目的および要約 本発明の一般的目的は、集団をなす移動物体を、それ
らの物体の位置に関し、それぞれのメンバーが自身の位
置を共通の無線チャネルにより送信するのを利用して制
御し、衝突を回避し、中央管制を可能ならしめるシステ
ムを得ることである。予想される集団は、航空機、地上
車両、または船舶でありうる。そのようなシステムが最
善の働きをするためには、純粋に物理的性質の衝突のみ
でなく、通信性の衝突をも避けなくてはならない。これ
らの双方は、１つ以上の関与者が同時に送信を行い、そ
のためにそれらが互いに妨害し、共通の通信チャネルの
過密により送信が不可能になることを意味する実際の衝
突に関連する。
特に航空に関しては、例外なくどこでも航空機により
使用されうるシステムを得ることを目的とする。衝突の
危険は、もちろん交通密度の高い場所で最高となるが、
航空機のランダムな集中は、世界中どこでも急に起こり
うる。
航空上のもう１つの目的は、上空の容量を増大させる
ために、航空機の分配された配置によって標識施設の必
要性を回避しつつ、より良い航空機分配の可能性を作り
だすことである。それぞれの航空機は、任意の所定の空
中回廊すなわち経路の飛行を可能にする自身の手段を有
し、それは通常の陸上設置ハードウェアにより実現され
る必要はない。特に、標識システムがまだ設置されてい
ない場合は、この点において大きい節約が可能である。
さらに、標識システムに依存しない経路が定められうる
場合は、経路の数は実際的には意のままに増大させるこ
とができ、少なくとも空港付近の外側における現在の過
密を回避することが可能である。離着陸における隘路も
また、もし航空交通管制システムが改善されれば大きく
回避でき、それによって航空機間の横方向および／また
は垂直方向の間隔を減少させ、衝突の危険を増大させず
に上空の容量を改善することができる。
海上または不居住地域上の長時間の飛行においては、
航空機が例えばレーダによって検出されえないので、地
表からの正確な航空管制を行うシステムは現在のところ
得られない。本発明のもう１つの目的は、そのような位
置における航空機が、それらの位置を中央管制ステーシ
ョンへ、好ましくは衛星通信により報告しうるようにす
ることであり、その際報告の頻度は、システムにより決
定されるべき局地交通の激しさによって決定されうる。
前記諸目的および他の諸目的および諸利点は、本発明
の位置指示システムによって実現され、該システムは、
集団をなす同時に活動する移動ステーションであって、
そのそれぞれが、幾何学的に分布した既知の位置を有す
る送信機からの信号を受信することにより、該ステーシ
ョンの地理学的位置を感知し、それぞれの関与ステーシ
ョンが、自身の識別名および地理学的位置を示す信号
を、システムに共通する無線チャネルにより送信する送
信機と、他の関与移動ステーションからの信号を記憶す
るメモリ手段とを有し、本発明によれば、それぞれのス
テーションはコンピュータとしての処理手段を有し、該
処理手段は、前記幾何学的に分布した送信機から受信す
る時間信号により精密制御されるタイムベースであっ
て、該タイムベースが、標準化されかつ所定の反復最大
フレーム内において可算的である時間ブロックを画定す
る該タイムベースと、前記送信の感知されない空き時間
ブロックを登録するようになっている前記メモリ手段
と、該空き時間ブロックの１つをその中における識別名
および位置の自身の反復送信のために選択する手段と、
実質的に見通し範囲に限定される範囲を有する周波数に
よって動作する前記送信機と、好ましくは、前記時間ブ
ロックの使用されている１つを、空いているとして登録
されている他のブロックへランダムにスイッチする手段
と、を有する。実施例においては、それぞれのステーシ
ョンはまた、その周囲における交通密度を決定し、かつ
その機能により、相次ぐフレームにおいて使用されるべ
き時間ブロックの数を決定する。
それぞれのステーション内には、例えば地図上に重ね
られた他のステーションの位置を示すモニタなどを設置
するとよい。もう１つの有利な特徴は、地理学的近隣か
らの実際の衝突の危険を決定して、乗員に危険信号の警
報を与えることである。全ての航空交通上の移動を制御
または監視するための地上管制センタ（区域管制センタ
−ACCまたは飛行情報センタ−FIC）のネットワークが確
立されているので、全ての航空機の移動は地上へ報告さ
れるはずであり、それゆえ原理的には、航空交通管制の
みが高度を含む経路の変更を割当てうる。不居住地域に
おいては、地上の管制センタへの危険な過密状態の報告
は衛星通信によって行わなくてはならない。
特殊な安全性および冗長度の特徴は、他の移動物体お
よび／または地上ステーションから２次位置測定の目的
の送信を用いる可能性があることである。もし航空機が
衛星による位置測定の手段を失えば、その航空機は、他
の移動物体の、および／または、地上ステーションの送
信に対する同期により、そのタイムベースに基づく動作
を保つことができ、それらの航空機は、UTC時間におけ
る良好なタイミングによる正確なタイミングで位置信号
を発射するので、それらは、人工衛星に代わる地理学的
に分布した２次送信機系として役立ちうる。
本発明の実施例においては、例えば空港における地上
ステーションは、近くの航空機に、送信を自発的に停止
し、ステーションが指示した最大フレームの時間ブロッ
ク内における命令されたモードでの送信へスイッチする
ことを命令できるように考えられている。地上ステーシ
ョンは、この命令を１回だけ与える必要があるだけで、
これは従来のポーリングに比し、チャネルの占有が大き
く節約できることを意味する。現在使用されているレー
ダ監視と比較すると、空港に向かって進入する航空機
は、たとえそれらが共通の方向に進入しても、互いに隠
蔽することがない。地上ステーションからの命令は、航
空機が接近した時は、例えば、それぞれの最大フレーム
内において数回送信するというように、より頻繁に送信
するよう変更される。
もう１つの実施例においては、同じシステムが、例え
ば空港における地上交通の追跡のために用いられうる。
その場合、飛行場に許されたそれぞれの車両は、関係の
地上管制ユニットへ信号を送り、また他の車両または航
空機により受信される完全なシステムを具備している。
少なくとも地上管制ステーションは、その場合、全ての
車両および航空機の移動を示す、地図を有するディスプ
レイを有し、もし所望ならば車両も同様に装備されう
る。同様に装備された航空機も見られる。大きい空港で
は、数百の車両および航空機が動き回っているので、そ
のシステムは安全性を改善するのに大きく寄与するはず
である。
局地的タイムベースは、GPSシステムによって動作す
る時は、それぞれの人工衛星がUTC時間での時間信号を
発射するので、極めて正確になされうる。位置を計算す
るためには、未知の３つの空間座標および時間が存在す
るので、最少限４つの人工衛星から受信しなくてはなら
ない。光速度は既知であから、衛星までのそれぞれの距
離と真のUTC時間とは、それらの時間信号から決定され
る。（もし高度が既知ならば、理論的には３つの衛星の
みが必要となる）。その場合、得られるUTC時間は、約1
00nsの精度を有することが期待されうる。明白な軍事上
の考慮により、（選択使用可能信号−S/A、と呼ばれ
る）衛星の時間信号にランダムな特性の時間ジッタが加
算されたものが作られ、極めて正確な位置決定には、こ
の時間ジッタを補償するために通達範囲内にある（基準
ステーションと呼ばれる）地上ステーションにアクセス
することが必要となる。しかし、時間精度は、それぞれ
のステーションがこの種の精度を有するタイムベースへ
のアクセスを有するので、本発明の目的上極めて十分で
ある。
そのような高精度のタイムベースを用いる代わりに、
移動ステーションの１つが、くじ引きによって時間マス
タとして指定されるように手配することができる。GPS
衛星から得られる良好な標準時間にかんがみ、この時間
を利用することは好ましい。しかし、もし１ステーショ
ンのGPS衛星受信機が故障すると、他の移動ステーショ
ンのタイマが予備手段として用いられうる。もしGPS衛
星自体が故障すれば、空港内に存在する固定ステーショ
ンから送信チャネルへ送られる信号を頼ることにより、
移動ステーションは、それら自身の位置を既知のものと
して送信することができ、劣りはするが非常の際にはな
お使用可能な位置決定システムを与える。本発明におい
ては、従って、それぞれの移動ステーションは、送信の
ために、共通のタイムベースにより定められた時間ブロ
ックを利用する。それぞれのステーションは、他のステ
ーションにより占有されていない時間ブロックの選択を
試みる。同時に、それぞれのステーションは、所定の無
線周波数を受信して、自身の位置に対する、少なくとも
最も近い隣接ステーションの相対位置を決定する。自身
のステーションは、そこから出発して、どれだけ頻繁に
送信すべきかを決定する。何もない海上の航空機は、そ
の位置を多分毎分１回送信し、一方密度の高い交通の中
の他の航空機は、その位置を極めて短い間隔で送信しな
くてはならないはずである。
実施例においては、送信の衝突の危険は、自発的に送
信するステーションが、時間ブロックをスイッチしよう
としていること、および空いているどの時間ブロックへ
スイッチしようとしているか、の指示をを定期的送信に
よって知らせることにより、大幅に減少せしめられう
る。この情報は、旧ブロック内の最後のメッセージおよ
び多分このブロック内の１つまたはそれ以上の以前の送
信において送られる。その時他の関与者はこれを知るの
で、この時間ブロックを専有しようとして衝突を起こす
ことはなくなる。新たな参入者は、送信前に１つまたは
それ以上の最大フレームを受信するので、このように前
もって専有されている時間ブロックにおいて送信を試み
ることはないはずである。従って、この形式の衝突は、
２つの新たな参入者が同時に進入してきて偶然双方が空
き時間ブロックを専有する稀な場合を除外すれば、ほと
んど起こらない。この確率は、システムへの参入が通常
は空港から出発する時に行われ、そこの中央管制ステー
ションにより命令されて送信を開始する事実によって、
さらに減少する。
本発明は、航空交通または海上における使用に制限さ
れるものではなく、陸上において、必要な装置を有する
列車、トラック、タクシー、または動物、を追跡するた
めにも使用されうる。ある場合、および特定の実施例に
おいては、中央ステーションは、関与者に、それ自身の
位置より多くのものを送信することを命令しうる。それ
ぞれのステーションは、そのメモリ内に、それが受信し
た信号である他の移動ステーションの位置を記憶する。
そこで、中央ステーションは、このメモリの内容を送信
を要求して、多分中央ステーションにより送信が受信さ
れていない諸ステーションの位置決定をすることができ
る。
システム内の全ての移動ステーションが正確なタイム
ベースを有するという基本原理から出発すると、多様な
時間ブロックの割当てを可能にし、それらの長さの多様
な選択を可能にし、さらに送信速度および送信において
用いられる帯域幅を多様にする事もできる。
代表的な場合、また状況により、それぞれの送信にお
いて交換される情報は、150−200ビットでありうる。96
00ボーの送信速度による時、そのようなメッセージが要
する時間は最大で20msをやや超える。受信モードから送
信モードへスイッチするために１−3msの時間を要し、
ステーションは送信のない全ての時間ブロックを受信し
なくてはならないので、そのような死んだ時間をそれぞ
れの時間ブロック内に最初に配置して光速度を補償し、
かつ送信しているステーションが次に続く時間ブロック
において最後のメッセージを受信しうるようにすること
が必要である。その場合、適切な時間ブロックの長さは
26.66msでありうるので、毎分2250個の時間ブロックを
含むことになる。実用上の理由から、ある期間、例えば
１分を、大体の最大フレームとすることが適切である。
それぞれのステーションは、割当てられた周波数によ
ってトラヒックを受信し、どの時間ブロックが空いてい
るかと、検出された信号をよこしたステーションの位置
とを、そのメモリ内に登録する。この情報は、近隣の諸
ステーションがどのような近さにあるかと、自身の送信
がどのような頻繁さでなされるべきかと、を決定するた
めに自動的に処理される。近くに近隣のステーションを
持たないものは、頻繁に送信する必要はなく、例えば毎
分２回または数回送信しさえすればよい。
情報はまた、モニタ上への表示のためにも処理されう
る。その場合、周囲の諸ステーションは、適切な縮尺で
ベクトルによって示され、その長さは速度を示し、高度
を示す数を有する。通常のレーダとは異なり、この画像
または地図は、（プロットされた）固定座標系に関する
ものである。これによって、最終的な衝突の危険の視覚
による解析は著しく簡単化される。−ある場合、例えば
目的が、衝突を避けために空港におけるサービス車両の
秩序を保つことである場合には、それぞれの車両のモニ
タは省略することができる。そのわけは、その場合に
は、もし中央管制ステーションがモニタ上においてシス
テムを監視していれば十分であるからである。
上述のように、ステーションは自発モードで、または
地上ステーション命令モードで動作するように考えられ
ている。自発送信モードにおいては、個々のステーショ
ンは、前の受信において占有されていないことがわかっ
た時間ブロックを選択する。１つより多くのステーショ
ンが同じ時間ブロックおよび諸時間ブロックを専有する
ことを避けるためには、それらのどれもが知りえない、
同時の送信および受信を行うことは不可能なので、それ
らは、乱数発生器（擬似ランダムアルゴリズム）の使用
により頻繁に生じる間隔で、時間ブロックの選択を計画
的に変化せしめる。例えば、ステーションは、空き時間
ブロックまで、ランダムに決定された数の占有された時
間ブロックを飛越しうる。もし前述のように、飛越しが
前に告知されており、従って新しい時間ブロックが先に
専有されれば、相互妨害は実際上排除されうる。
命令モードは、通常固定ステーション、例えば飛行場
の航空管制ステーションからの命令によってセットされ
る（地上ステーション命令モード）。固定ステーション
は同じタイムベースを有し、空き時間ブロック内におい
て移動ステーションを呼出し、それらに個々の時間ブロ
ック系列を割当て、それらが自発送信を停止し、その後
該時間ブロック系列内においてのみ送信するようにす
る。航空管制ステーションは、その場合、選択された諸
ステーションから任意の間隔で位置情報を得ることがで
きる。命令モードにおいては利用可能な時間ブロック
を、例えば全最大フレームの75％に制限するのが適切で
あるが、たとえこの制限をしても、上述の例においては
毎分1685個ほどの時間ブロックが利用可能となる。たと
えもし、50機ほどの多さの航空機が正確に追跡されるべ
き場合でも、それらはその場合、約２秒の間隔で送信し
うる。これは、毎回転６−８秒ほどよりも遅く回転する
アンテナを有する、標準的な回転レーダシステムと比較
されるべきである。航空機は通常異なるレートで送信
し、最高レートは空港に極めて近い航空機においてのみ
必要であるから、この例は極めて概略的なものである。
航空交通管制ステーションはまた、適切な縮尺のディ
スプレイ上で交通を監視でき、これまで可能であったよ
り遙かに正確な品質の監視を続けることが可能で、特に
レーダシステムが配置されえなかった、または配置され
なかった区域においてそうである。航空機管制のための
重要な地上設置航空交通管制施設がまだ利用できない地
方に対し、本発明は、現在それらの地方が入手できる手
段を超えた投資対象施設の、高品質、高コスト効果の代
用施設を与えうる。現在レーダの有効範囲外にある地域
上において、移動ステーションは、識別名、位置、高度
などを衛星通信によって、全ての位置の責任ある地上管
制センタへ報告し、そこで地上ステーションは航空機
に、衝突を避けるためにその機首方位または高度を変え
るよう命令する。正確な時刻に到着し、それによって空
港に着陸する前の待機パターンにおける混雑および待ち
行列または旋回を避けるために、航空交通管制は航空機
がある速度で巡航すべきことを示唆する。
本発明は、航空交通に対して可能ないくつかの利点を
与える。第１の利点は、無線標識によって定められ、以
前には過密を招来し、時々は飛行場間の飛行の長さを必
要以上に長くした、飛行回廊−航空路を不要にしうるこ
とである。第２の利点は、航空機および地上車両の移動
の追跡の可能性を改善することである。多くの場合、滑
走路の容量は増大せしめられうる。大なぎにおいては、
滑走路上の航空機により作りだされる空気の混乱は数分
間残るが、通常は、それらは風により極めて速やかに除
去されるので、たとえ弱い横方向からの風によっても、
衝突の危険性を増大させることなく、相次ぐ着陸航空
機、または出発航空機間の間隔が減少せしめられうるの
で、容量は増大せしめられうる。視界が悪い場合でも、
航空機は地上において高速度で誘導滑走しうるので、滑
走路の占有時間は減少せしめられ、容量は改善される。
付録Ｘには、民間航空に対するある可能な応用の概要
が与えられている。
海上交通における大問題は、多くの航路および港が過
酷な過密状態にあって、特に悪天候の場合に危険を生じ
ることであり、衝突が深刻な結果を与えるのは船舶に対
してだけではない。この場合にも、本発明は極めて価値
がある。もし海上交通および航空交通の双方が本発明の
装置を備え、それぞれの装置が自身の割当て周波数を有
すれば、追加の利点が得られうる。海における遭難の場
合、遭難した船舶は、航空交通周波数に割込んでメーデ
ーメッセージを送信することを許され、航空機は高高度
にあるので、そのメッセージは航空機のステーションに
より捕捉されやすい。飛行中の該ステーションはその
時、海上交通周波数に割込むことができ、その送信は他
の船舶に到達しうるが、遭難した船舶からの位置信号は
該他の船舶に到達することはできない。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明のステーションの概略ブロック図を
示す。
第２図は、ステーション用の通信プロセッサを示す。
第３図から第７図までは、コンピュータプログラムの
例に対するそれぞれのフローダイアグラムを示す。
発明の実施例の詳細な説明 例 第１図に示されている移動ステーションは、交通の追
跡を行うユニット１と、プレゼンテーションコンピュー
タ２と、パイロットが交通を監視するための、交通を視
覚的に観察しうるモニタ３と、を含む。ユニット１は、
複数の人工衛星からの信号を受信する、GPSのための衛
星受信機４を含み、該信号は、時間信号および軌道要素
を含む。原理的には、本発明は、GPS衛星の使用に制限
されるわけではなく、ロシアのGLONASSシステムまたはG
PSとGLONASSとの組合せも、移動物体の位置の決定に用
いられうる。そのようなGPSユニットは、例えば米国のM
agnavox Corp.から発売されているMagnavox MX 4200
のように、市販されている。従って、そのようなユニッ
トが、高精度の経度および緯度による地理学的位置と、
いくらか精度の低い高度と、極めて高精度のUTC時間
と、を供給しうること以外には何も説明する必要はな
い。さらに、速度および進路についての情報も得られ
る。この情報は、通信プロセッサ５において利用されう
るものであり、このプロセッサはさらに送受信機６に接
続されている。衛星受信機４は1,4GHzで働き、一方該送
受信機は141MHzで働く。
第２図には、通信プロセッサの例がさらに詳細に示さ
れている。
それぞれの送信動作においては、以下の情報が送り出
される。
1.開始フラグおよび自発発射モードであるか、命令送信
モードであるかを示すコード。（８ビット） 2.ステーションの識別コード。（それぞれが６ビットの
８符号で、48ビット） 3.経度および緯度で表された位置。（1/1000分を単位と
する24ビットの経度;1/1000分を単位とする25ビットの
緯度） 4.速度、11ビット、1.03m/sec（２ノット）間隔。
5.飛行方向、12ビット、1/10度単位。
6.高度、12ビット、4.88m（16フィート）間隔。
7.時間、６ビット、送信された値が実際の値だったとき
の時刻（０−60sec）。
8.ブロックの変更の早期告知などを宣言する、状態ビッ
ト。
9.制御チェックサム。
10.終了フラグ。
第２図から明らかなように、通信プロセッサ５は、マ
イクロプロセッサ10と、RAM11と、プログラムメモリPRO
M12と、タイマ回路13と、を含み、これらは全てデータ
バス14およびアドレスバス15を経て協働する。他の諸ユ
ニットとの接続のために直列通信回路16があり、また、
送信および受信のために同期通信コプロセッサ17があ
る。前記マイクロプロセッサはHD64180チップ（日
立）、コプロセッサはシーメンスSAB82525（バージョン
VA3）であればよい。時間多重信号の追跡を行うタイマ
回路13は、UTCで時間同期された信号を、導線18（第２
図）を経てGPSユニット４（第１図）から供給され、毎
秒１信号を受信し、さらにGPSシステムから時間情報を
受信する。ドライバ19および20は、信号の適切な整合を
得るための動作を行う。
RAMメモリ11は、識別名および位置が記憶されかつ更
新されるように、他のステーションからの全ての受信信
号のカタログを記憶する。全ての関与者は最大フレーム
内において受信され、メモリを真実でない関与者で満た
さないように、そのような関与者は、もし定められた時
間内に再び受信されなければ除去される。さらに、どの
時間ブロックが空いているかについての情報が記憶され
る。通信プロセッサはまた、交通の密度により、または
中央地上ステーションからの命令により、信号発射の反
復レートを決定する。
マイクロプロセッサ10は、下記のいくつかの異なるプ
ログラムを異なる優先順位で駆動する、リアルタイムの
オペレーティブシステムを含むソフトウェアによって動
作する。
プログラム１は、第１図のコンピュータ２であるか、
または、固定ステーションの場合にはそれ自身のホスト
コンピュータでありうる、ホストコンピュータからデー
タを読取りかつデコードする。第３図には、このプログ
ラムのフローダイアグラムが示されている。
プログラム２は、第４図のフローダイアグラムに従っ
て、GPS受信機４から来るデータを読取りかつデコード
する。
プログラム３は、第５図に示されているフローダイア
グラムに従って、トランシーバ６（第１図）に対するメ
ッセージ、メッセージの伝送、および他の制御特性を発
生する。
プログラム４は、第６図のフローダイアグラムに従っ
て、前記トランシーバからのデータメッセージの受信お
よびデコーディングを支援し、占有されている時間ブロ
ックまたは時間スロットのマッピングを含む他の使用者
のディレクトリを更新する。
プログラム５は、着陸および送信停止のため、または
到達範囲外へ出たために受信されなくなった関与者を除
去することにより更新された使用者ディレクトリを、保
持する。さらに、自身の報告レートが、例えば、所定距
離以内にある近隣ステーションの数を計算することによ
って、計算される。最低送信レートは前もって定められ
ており、それより低くはなれない。さらに、無線チャネ
ル負荷が決定される。プログラム５のフローダイアグラ
ムは、第７図に示されている。
プレゼンテーションコンピュータ２は、データを通信
プロセッサのメモリから取出し、その情報を、一部はモ
ニタにおける必要のために、また一部はパイロットへの
必要な活動の告知を可能ならしめるために、操作する。
刺激のレベルおよび頻度が低い長い期間中において、十
分な注意深さを保つことは困難であるから、従って、あ
る判断基準（近くの他のステーションが自身のステーシ
ョンへ近づきつつある、など）により、注意を要求する
正確な信号を発生しうる価値は極めて高い。
適正な機能が行われるためには、全てのステーション
に十分に保護されたタイムベースを配置することが特に
重要である。前記例においては、これは、GPSユニット
から時間パルスを毎秒１回受けるタイマ回路13において
行われ、該回路は、前記プロセッサのクロック周波数を
要求される精度内で同期させることができ、すなわち、
それによって、割当てられる、または専有される、時間
ブロックが保持されうる。
もしなんらかの理由で、ステーションのGPS受信機が
使用されなくなれば、地上ステーションを含めての近隣
ステーションから受信される時間信号の援助を受けるこ
ともできる。ラジオによって受信される信号は、既知の
位置を有する、もう１つの複数の幾何学的に分布した送
信機として用いられうる。位置の精度は、もちろん低下
しうる。その場合は、メッセージの中に位置情報の精度
が劣る旨の情報を含めるとよい。可能性の少ない事態で
あるが、なんらかの理由で万一GPS衛星が故障しても、
このシステムはなお、複数の地上ステーションが共通の
時間を、例えば、存在する諸静止衛星から選択された衛
星により校正される正確な時計によって保ちうる限り、
制約された限度で働きうる。
本システムを全世界的システムとして役立つものにす
るためには、使用されるべき周波数のため、また、例え
ば時間ブロックおよび時間フレームの配置のために、共
通のプロトコルが用いられることが必要である。従っ
て、本例は、本技術分野にたずさわる者が容易に理解す
るように、本発明の限定的な意味をもたない適用例とし
てのみ解釈されうるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ９１０３５４２−８ (32)優先日 平成３年11月28日(1991．11．28) (33)優先権主張国 スウェーデン（ＳＥ） (56)参考文献 特開 平１−181336（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−273999（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−30024（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−80141（ＪＰ，Ａ) 特表 平１−501177（ＪＰ，Ａ) 特表 平１−500691（ＪＰ，Ａ) 米国特許4835537（ＵＳ，Ａ) 英国特許出願公開2155720（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 5/00 - 5/14 G08G 1/00 - 9/02

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】同時に関与する移動ステーションの集団で
    あって、それぞれのステーションが、複数の幾何学的に
    分布した既知の位置を有する送信機からの信号を受信す
    ることにより、その地理学的位置を知り、それぞれの関
    与ステーションが、自身の識別名および地理学的位置を
    示す信号を共通無線チャネルにより送信する送信機と、
    他の関与移動ステーションからの受信情報を記憶するメ
    モリ手段とを有する、前記同時に関与する移動ステーシ
    ョンの集団、を含む位置指示システムにおいて、それぞ
    れの移動ステーションが、 ａ）前記複数の幾何学的に分布した送信機からの時間信
    号により正確に制御されるタイムベースであって、該タ
    イムベースが、正規化され、可算的であり、かつ共通
    の、正確な、所定の、反復する最大フレームを形成する
    時間ブロックを画定する前記タイムベースと、 ｂ）それぞれの最大フレーム内の空き時間ブロックを占
    有し、その中で位置信号を前記共通無線チャネルにより
    自発的に送信する手段と、 を有することを特徴とする、位置指示システム。
  2. 【請求項２】前記共通無線チャネルが、周波数の検出範
    囲が実質的に見通し範囲に限定される該周波数を有し、
    前記複数の幾何学的に分布した送信機が時間信号を発射
    する人工衛星を含み、それぞれの関与移動ステーション
    が、該発射された時間信号を用いて、その地理学的位置
    と、そのタイムベースを更新するための絶対時間と、を
    計算する手段を有することを特徴とする、請求項１記載
    の位置指示システム。
  3. 【請求項３】前記移動ステーションが、地球の周囲に分
    布しうる航空機内に配置されることを特徴とする、請求
    項２記載の位置指示システム。
  4. 【請求項４】地上ステーションからの送信命令信号を感
    知し、また該命令信号を受信した時前記自発送信を中断
    して、次に前記地上ステーションにより指示された時間
    ブロック内において地上ステーション命令モードで送信
    する、それぞれの移動ステーション内の手段を特徴とす
    る、請求項３記載の位置指示システム。
  5. 【請求項５】それぞれの移動ステーションが、使用され
    る時間ブロックの計画的な配置換えを行う手段と、他の
    ステーションからの送信が検出されない前記最大フレー
    ム内の空き時間ブロックを登録するメモリ手段を含む手
    段と、を備えており、前記配置換え手段が、前記最大フ
    レーム内において所定の間隔毎に新しい占有されていな
    い時間ブロックをその送信のために選択することを特徴
    とする、請求項３記載の位置指示システム。
  6. 【請求項６】新しく選択された時間ブロック内における
    送信の前に、それぞれのステーションが、その現に占有
    されている時間ブロック内において該新しい占有されて
    いないブロックへスイッチするその意向を送信すること
    を特徴とする、請求項５記載の位置指示システム。
  7. 【請求項７】占有されていない時間ブロックが検出され
    ない時、地理学的に遠隔位置にある移動ステーションに
    より使用中の時間ブロックを占有するための、それぞれ
    の移動ステーション内の手段を特徴とする、請求項５記
    載の位置指示システム。
  8. 【請求項８】それぞれの移動ステーションが、その最も
    近い近隣の移動ステーションまでの地理学的距離を決定
    する手段と、前記共通無線チャネル上の負荷を減少させ
    るために、それぞれの最大フレーム内の送信するための
    時間ブロックの数を前記距離の関数として決定する手段
    と、を有することを特徴とする、請求項１記載の位置指
    示システム。
  9. 【請求項９】人工衛星からの前記信号が受信されない
    時、自身の位置を決定するために、人工衛星内の前記複
    数の幾何学的に分布した送信機の１つまたはそれ以上の
    代わりに近隣ステーションからの信号を用いる手段を特
    徴とする、請求項１記載の位置指示システム。
  10. 【請求項１０】前記地上ステーションが、前記人工衛星
    の故障の場合に同期せしめられた信号の発射を可能なら
    しめる、正確な時計を備えていることを特徴とする、組
    合わされた請求項４および請求項９、に記載の位置指示
    システム。
  11. 【請求項１１】位置指示システムのための位置決定ステ
    ーションにおいて、該ステーションが、地理学的位置を
    供給するために配置されたGPS衛生信号受信機と、該地
    理学的位置を無線チャネルによって送信するトランシー
    バと、を含み、前記ステーションが、前記衛生信号受信
    機（４）と前記トランシーバとに接続された通信プロセ
    ッサ（５）を含み、前記無線チャネルが物理的に制限さ
    れた範囲を有する周波数のものであり、前記通信プロセ
    ッサが、タイムベース（13）と、該タイムベースと前記
    衛星受信機との間の時間同期接続と、マイクロプロセッ
    サ（10）と、該タイムベースにより決定される時間ブロ
    ック内において前記トランシーバによって受信される位
    置信号を収集するRAMメモリ（11）と、プログラムメモ
    リ（12）と、データバス（14）と、アドレスバス（15）
    と、近隣ステーションから受信され、前記RAMメモリか
    ら取出された位置メッセージを評価する手段と、自身の
    位置信号を前記トランシーバへ、他のステーションによ
    り占有されていない時間ブロック内におけるそれらの発
    射のために、自発モードで送信する手段と、を含むこと
    を特徴とする、位置決定ステーション。
  12. 【請求項１２】前記無線チャネルの範囲が実質的に視線
    へ制限されていることを特徴とする、請求項11記載の位
    置決定ステーション。
  13. 【請求項１３】地上ステーションからの地上ステーショ
    ン命令信号を感知し、該命令信号の受信後、自発送信モ
    ードによる代わりに該地上ステーションから命令された
    ようにのみ、前記無線チャネルにより位置信号を送信す
    る手段を特徴とする、請求項11記載の位置決定ステーシ
    ョン。
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