JP3293956B2 - 乗物の位置を決定する方法及びシステム - Google Patents

乗物の位置を決定する方法及びシステム

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に位置測定システム
に係り、より詳細には、地表面又はその付近における乗
物の地球上の位置を決定するシステム及び方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】米国を含む多数の国の政府は、一般に全
世界的な位置決めシステム即ちＧＰＳと称する地球的な
位置測定システムを現在開発している。この全世界的な
位置決めシステムは、地球をめぐる軌道に配置された多
数のサテライトを含んでいる。このＧＰＳサテライト
は、電磁信号を送信するように設計されている。これら
の電磁信号から、地表面又はその付近にあるＧＰＳ受信
局の絶対位置もしくは地球上の位置、即ち、地球の中心
に対する位置を最終的に決定することができる。
【０００３】米国政府は、この全世界的な位置決めシス
テムをＮＡＶＳＴＡＲと命名した。ＮＡＶＳＴＡＲ Ｇ
ＰＳは、１９９３年に米国政府により運営に入ると宣誓
されることが予想される。ＮＡＶＳＴＡＲ ＧＰＳは、
６つの軌道の各々に４個のＧＰＳサテライトを配すると
想定している。全部で２４個のサテライトが常時軌道に
あり、そのうちの２１個のＧＰＳサテライトが動作しそ
して３個のサテライトが予備となる。６つの軌道は、地
球に対して相互に直交する平面を有する。これらの軌道
は極上でもないし赤道上でもない。更に、ＧＰＳサテラ
イトはほぼ１２時間ごとに軌道を１周する。
【０００４】このＮＡＶＳＴＡＲ ＧＰＳを使用する
と、各軌道にあるＧＰＳサテライトからＧＰＳ受信局に
対する相対的な距離即ち範囲を電磁信号を用いて決定す
ることができる。サテライトから受信局までの相対的な
距離を一般に擬似距離と称している。
【０００５】ＮＡＶＳＴＡＲ ＧＰＳにおいては、電磁
信号が全てのＧＰＳサテライトから単一キャリア周波数
で常時送信される。しかしながら、ＧＰＳサテライトの
各々は異なるゴールドコードを有していて、信号を区別
できるようになっている。ＮＡＶＳＴＡＲ ＧＰＳにお
いては、各ＧＰＳサテライトごとに独特の擬似ランダム
信号を用いてキャリア周波数が変調される。従って、Ｎ
ＡＶＳＴＡＲ ＧＰＳの軌道上にあるサテライトは、キ
ャリア周波数を復調したときに識別することができる。
【０００６】更に、ＮＡＶＳＴＡＲ ＧＰＳは、擬似ラ
ンダム番号（ＰＲＮ）信号を用いてキャリア波信号を変
調する２つのモードを想定している。「粗い／収集」モ
ード即ち「Ｃ／Ａ」モードと称する１つのモードにおい
ては、ＰＲＮ信号が１．０２３ＭＨｚのチップレートを
有するゴールドコードシーケンスである。このゴールド
コードシーケンスは、この技術で良く知られた通常の擬
似ランダムシーケンスである。チップとは、擬似ランダ
ムコードの１つの個々のパルスである。擬似ランダムコ
ードシーケンスのチップレートとは、シーケンスにおい
てチップが発生される率である。従って、チップレート
は、コードの繰り返し率をそのコードにおける構成要素
の数で分割したものに等しい。従って、Ｃ／Ａモードに
ついては各ゴールドコードシーケンスに１．０２３のチ
ップが存在し、シーケンスが１ミリ秒ごとに一度繰り返
される。４つのＧＰＳサテライトから１．０２３ＭＨｚ
のゴールドコードシーケンスを使用することにより、地
上受信局の地球上の位置をほぼ６０ないし３００ｍの精
度で決定することができる。
【０００７】ＮＡＶＳＴＡＲ ＧＰＳにおける第２の変
調モードを、「精密」又は「保護」（Ｐ）モードと一般
に称している。このＰモードにおいては、擬似ランダム
コードが１０．２３ＭＨｚのチップレートを有する。更
に、このＰモードシーケンスは非常に長いものであっ
て、シーケンスの繰り返しは２６７日ごとに一度以下で
ある。その結果、地上受信局の地球上の位置は、ほぼ１
６ないし３０ｍの精度内で決定することができる。
【０００８】しかしながら、このＰモードシーケンスは
米国政府によって機密保持されていて公表されていな
い。換言すれば、Ｐモードは、米国政府が許可した地上
受信局しか使用できないようになっている。
【０００９】ＮＡＶＳＴＡＲ ＧＰＳのより詳細な説明
については、参考としてここに取り上げる１９８３年１
０月の「プロシーディングズ・オブ・ザ・ＩＥＥＥ」の
第７１巻、第１０号に掲載されたパーキンソン、ブラッ
ドフォードＷ．及びギルバート、ステファンＷ．著の
「ＮＡＶＳＴＡＲ：グローバルポジショニングシステム
の１０年後」と題する論文を参照されたい。又、ＮＡＶ
ＳＴＡＲ ＧＰＳを用いた乗物の位置決め／航行システ
ムの詳細な説明については、参考としてここに取り上げ
る１９９０年１２月３日に出願された「乗物の位置決定
システム及び方法(Vehicle Position Determination Sy
stem and Method)」と題する米国特許出願第０７／６２
８，５６０号を参照されたい。
【００１０】地上受信局が別々のサテライトからの種々
のＣ／Ａ信号を区別するために、これら受信局は、通
常、ゴールドコードシーケンスを局部的に発生する複数
の種々のゴールドコードソースを備えている。各々の局
部的に導出されるゴールドコードシーケンスは、各々の
ＧＰＳサテライトからの各独特のゴールドコードシーケ
ンスに対応している。
【００１１】擬似距離は、電磁信号の送信時間と受信時
間との間の伝播時間遅延を測定することによって決定さ
れる。ＮＡＶＳＴＡＲ ＧＰＳでは、電磁信号は、これ
らの信号がＧＰＳサテライトから送信される時間に連続
的にエンコードされる。送信時間を受信時間から差し引
いて時間遅延を決定することができる。この計算した時
間遅延から、伝播時間に送信速度（約２．９９７９２４
５８＊１０8 ｍ／ｓ）を乗算することにより擬似距離を
正確に導出することができる。
【００１２】ＧＰＳ受信局の絶対位置は、少なくとも３
つのＧＰＳサテライトの擬似距離を使用し、三角法を含
む簡単な幾何学理論によって決定することができる。地
球上の位置推定の精度は、サンプリングされるＧＰＳサ
テライトの数によっても一部左右される。より多くのＧ
ＰＳサテライトを計算に使用すると、地球上の位置推定
の精度を高めることができる。
【００１３】従来は、４つのＧＰＳサテライトをサンプ
リングして、地球上の各位置推定値が決定される。３つ
のサテライトを使用して三角法を実行することができ
る。第４のサテライトを使用して、ＧＰＳ受信局とＧＰ
Ｓサテライトの間の回路クロックの差に起因するエラー
が修正される。クロックの差は、数ミリ秒程度の大きさ
である。受信局から４つ以上のサテライトが「見える」
のが理想である。即ち、受信局は、４つ以上のサテライ
トから信号を受信する。この場合、最も正確な位置を与
える４つのサテライトが使用される。これらの選択され
た４つのサテライトを通常「コンステレーション（星
座）」と称する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】位置推定の精度は、最
終的に、コンステレーションにおけるサテライト間の空
間関係に基づいている。即ち、多数の見ることのできる
サテライトから「最良」の４つのサテライトが選択され
たとしても、位置決定の精度はコンステレーションごと
に変化する。４つのサテライトについての「理想的」な
コンステレーションは、受信局の真上にある１つのサテ
ライトと、互いに且つ受信局から等距離にある３つのサ
テライトとで構成される。この「理想的」なコンステレ
ーションからずれると、位置推定の精度が悪化する。
【００１５】例えば、２つのサテライトが互いに相対的
に接近することによって問題が顕著になる。各サテライ
トからの擬似距離は、受信局が存在する地表面上に特定
の幾何学的な領域又はエリアを与えるものとして考える
ことができる。擬似距離を追加するごとに、この領域が
限定されていく。２つのサテライトが互いに離れるほ
ど、２つの領域の重畳が少なくなる。即ち、各々の擬似
距離は位置の推定に対して大きな限定効果を与える。こ
れとは逆に、２つのサテライトが空間的に接近するほ
ど、領域の一致が大きくなり、限定効果が小さくなる。
これは、位置推定のエラーを増大する。
【００１６】本発明は、上記した問題の１つ以上を解消
するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの特徴にお
いては乗物の位置を推定するシステムが提供される。こ
のシステムは、複数のソースから電磁信号を受け取り、
それに応答して、各ソースから乗物までの各距離と、各
ソースの各位置とを形成する。又、このシステムは、１
つのソースの位置を地球の反対側に投影し、それに応答
して、乗物の位置を決定する。
【００１８】本発明の別の特徴においては、乗物の位置
を推定する方法が提供される。この方法は、複数のソー
スから電磁信号を受け取り、それに応答して、各ソース
から乗物までの各距離と、各ソースの各位置とを形成す
る段階を備えている。更に、この方法は、１つのソース
の位置を地球の反対側に投影し、その投影された位置及
び投影された距離を決定し、そしてそれに応答して、乗
物の位置を決定するという段階を備えている。
【００１９】
【実施例】図１を参照すれば、本発明は、米国政府のＮ
ＡＶＳＴＡＲ全世界的位置決めシステム（ＧＰＳ）のサ
テライトからの電磁信号を受け取るように構成される。
図示されたＧＰＳ１００は、地球１０２の周りの６つの
相互に直交する軌道１０６Ａないし１０６Ｆにある２１
個のサテライト１０４Ａないし１０４Ｕで構成される。
又、ＧＰＳ１００は、３つの別のサテライト（図示せ
ず）も備えている。しかしながら、本発明は、他の全世
界的位置決めシステムと共に機能するように適用するこ
ともでき、従って、１つのこのようなシステムに限定さ
れるものではない。
【００２０】図２を参照すれば、本発明、即ち位置決定
システムもしくは乗物の位置決めシステム（ＶＰＳ）２
０２は、航行システム２０４と共に機能するように構成
される。この航行システム２０４は、位置決定システム
２０２から位置情報を受け取りそして所与の経路に沿っ
た乗物２００の動きを制御することにより乗物２００を
操縦する。好ましい実施例では、航行システム２０４は
乗物２００に搭載されている。航行システム２０４は、
経路のモデル又は概念的表示を発生することにより予め
確立されているか又は動的に形成される経路に沿って乗
物２００を誘導する。例えば、線や弧を用いて目的ポイ
ント間に乗物経路を確立することができる。更に、数学
的なＢスプライン又はクロソイド曲線を用いて乗物２０
０を航行すべき実際の経路モデルを作ることもできる。
【００２１】ＶＰＳ２０２は、ＧＰＳサテライト１０４
からの信号を受信する。更に、１つ以上の擬似サテライ
ト２０８も使用される。この擬似サテライトは、ＧＰＳ
サテライトをエミュレートするために地表面上又はその
付近に置かれたシステムとして定義される。この擬似サ
テライトは、典型的に、充分なサテライトを見ることの
できない地域に使用される。好ましい実施例では、ベー
スステーション２０６が設けられる。このベースステー
ション２０６は、サテライト１０４及び擬似サテライト
２０８からの信号を受け取る。ベースステーション２０
６はホスト処理システム２２４を備えているのが好まし
い。このホスト処理システム２２４は、位置決定システ
ム２０２と航行システム２０４の両方に対し機能を遂行
する。
【００２２】位置決定システム２０２については、ホス
ト処理システム２２４がＧＰＳデータ及び／又は擬似サ
テライトからのデータを受け取りそして既知の基準ポイ
ントとして働いて、乗物位置推定の精度を向上する助け
となる（以下参照）。ホスト処理システム２２４は、受
け取ったデータのバイアス又はエラーを決定することに
より位置推定の精度を向上させる。次いで、このバイア
スが、乗物２００に搭載の位置決定システム２０２へ送
られる。これらのバイアスは、サテライトからの電磁信
号のエラーによって生じる位置推定のエラーを排除する
助けとして使用される。
【００２３】ホスト処理システム２２４は、更に、航行
システム２０４に関連した機能を備えている。ホスト処
理システム２２４は、人間の運行管理者とほぼ同じ結果
になるように乗物２００のスケジュール及び発進を取り
扱う。従って、ホスト処理システム２２４は、乗物２０
０の運行サイクルを決定することができる。
【００２４】ホスト処理システム２２４は、更に、ＧＰ
Ｓ処理システムを備えている。ホスト処理システム２２
４のＧＰＳ処理システムは、空間バイアスを計算するの
に使用すべきＧＰＳデータ及び位置推定値を発生する。
ベースステーション２０６におけるホスト処理システム
２２４の目的は、（１）乗物２００の運行を監視し、
（２）空間的バイアスを形成するところの既知の地球上
の基準ポイントを与え、そして（３）必要に応じて高速
データ通信チャンネルを経て乗物２００に追加の情報を
与えることである。
【００２５】好ましい実施例において、ベースステーシ
ョン２０６は乗物２００に接近して配置され、好ましく
は２０マイル以内に配置される。この地理的に接近した
関係は、ベースステーション２０６と乗物２００との間
に通信チャンネルを介して効果的な無線通信を与える。
又、乗物２００により受信されるサテライトの送信をベ
ースステーション２０６によって受信されるものと比較
するための正確な基準ポイントも与える。
【００２６】正確な空間的バイアスを計算するためには
地理的に接近した基準ポイントが必要とされる。空間的
及びクロックのバイアスは、実際には、ＮＡＶＳＴＡＲ
ＧＰＳ及びＧＰＳ処理システム２１０に本来存在する
コモンモードノイズである。空間的バイアスは、ベース
ステーション２０６においていったん計算されると、乗
物２００へ送られる。
【００２７】１つの実施例において、空間的バイアス
は、最良に適合する方法を用いてサテライトの軌道モデ
ルをパラボラとして最初に形成することにより決定され
る。このパラボラモデルを用いて、サテライトの軌跡ポ
イント即ち予想位置が決定される。これらの軌跡ポイン
トとベースステーション２０６の既知の位置との間の距
離を決定することができ、これを「予想擬似距離」と称
する。空間的バイアスとは、実際の擬似距離と「予想擬
似距離」との間の差である。
【００２８】別の実施例においては、空間的バイアス
は、基準ポイントの既知の位置をその推定位置と比較す
ることにより決定される。例えば、ＧＰＳデータを使用
し、ベースステーション２０６のＧＰＳ処理システム
は、ベースステーション２０６の位置を推定する。この
推定値が既知の位置と比較され、その差が乗物２００へ
送られて、将来の乗物位置推定に加味される。
【００２９】本発明の好ましい実施例では、ベースステ
ーション２０６のホスト処理システム２２４は、更に、
乗物２００の自主的な活動を整合し、そして位置決定シ
ステム２０２を人間の監視者とインターフェイスさせ
る。
【００３０】位置決定装置２０２は、ＧＰＳ処理システ
ム２１０を備えている。このＧＰＳ処理システム２１０
は、複数のＧＰＳサテライト１０４及び／又は擬似サテ
ライト２０８から電磁信号を受け取り、そしてそれに応
答して、第１の位置推定値を形成する。
【００３１】図３を参照すれば、ＧＰＳ処理システム２
１０のハードウェア構成の一実施例が示されている。乗
物に搭載のＧＰＳ処理システム２１０は、ＧＰＳアンテ
ナ３０２を備えている。好ましい実施例では、ＧＰＳア
ンテナ３０２は、電磁放射の無線スペクトルを受信す
る。しかしながら、本発明では、ＧＰＳサテライトがデ
ータをエンコードできるようにする信号の受信も意図さ
れる。適当なアンテナは米国マサチューセッツ州リトレ
トンのチュー・アソシエート・インクからモデル番号Ｃ
Ａ３２２４として入手できる。
【００３２】ＧＰＳアンテナ３０２は、ＧＰＳ受信器３
０６に接続される。この「接続」という用語は、通信を
確立するシステム又は方法を意味する。この接続システ
ム又は方法には、例えば、電子、光学及び／又は音響技
術が含まれると共に、ここに記載しない他のものも含ま
れる。
【００３３】好ましい実施例では、ＧＰＳ受信器３０６
は、ＧＰＳサテライト１０４及び／又は擬似サテライト
２０８によって送信されたＧＰＳデータを処理する。Ｇ
ＰＳ受信器３０６は、データを受信したＧＰＳサテライ
トの各々に対し擬似距離（距離）を計算する。これらの
サテライトは、ＧＰＳ受信器３０６の「視界」内にある
といえる。擬似距離とは、ＧＰＳ受信器３０６と選択さ
れたサテライトとの間の距離を、サテライトからの電磁
信号の送信時間と受信時間との間の時間遅延の関数とし
て推定したものをいう。好ましい実施例では、ＧＰＳ受
信器３０６は、実際の擬似距離全てを並列に処理する。
適当な受信器は、米国カリフォルニア州トーランスのマ
グナボックス・アドバンスト・プロダクト・アンド・シ
ステムズ社からモデル番号ＭＸ４２００、ＭＸ４８１８
及びＭＸ７１２０として入手できるものである。
【００３４】ＧＰＳ相互通信プロセッサ３０８は、ＧＰ
Ｓ受信器３０６をＧＰＳプロセッサ３１０及び第１ＧＰ
Ｓコンソール３１６に接続する。好ましい実施例では、
このＧＰＳ相互通信プロセッサ３０８はマイクロプロセ
ッサを備えている。適当なマイクロプロセッサは、米国
イリノイ州シャウンバーグのモトローラ社からモデル番
号ＭＣ６８０００として入手できる。ＧＰＳ相互通信プ
ロセッサ３０８は、ＧＰＳ受信器３０６と、ＧＰＳプロ
セッサ３１０と、第１ＧＰＳコンソール３１６との間の
データ交換を整合する。より詳細には、ＧＰＳ相互通信
プロセッサ３０８は、ＧＰＳ受信器３０６から擬似距離
データを受け取り、その擬似距離データをＧＰＳプロセ
ッサ３１０へ中継する。好ましい実施例においては、こ
の擬似距離データは、ＧＰＳ受信器３０６によって計算
された実際の擬似距離と、受信器３０６によって現在観
察されているサテライトの個数と、ＧＰＳプロセッサ３
１０により必要とされるその他のＧＰＳデータとを備え
ている。又、ＧＰＳ相互通信プロセッサ３０８は、ＧＰ
Ｓ受信器３０６及びＧＰＳプロセッサ３１０に関連した
状態情報を第１ＧＰＳコンソール３１６へ中継する。
【００３５】ＧＰＳプロセッサ３１０は、これがＧＰＳ
受信器３０６から受け取ったデータを処理するために多
数のアルゴリズム及び方法を使用する。ＧＰＳプロセッ
サ３１０によって行われる機能は、図４及び図８ないし
１２に関連して以下に説明する。好ましい実施例では、
ＧＰＳプロセッサ３１０はマイクロプロセッサを含んで
いる。適当なマイクロプロセッサは、モトローラ社から
部品番号ＭＣ６８０２０として入手できるものである。
【００３６】ＧＰＳプロセッサ３１０は、第２ＧＰＳコ
ンソール３１８及びＧＰＳ通信インターフェイスプロセ
ッサ３１２に接続される。この第２ＧＰＳコンソール３
１８は、ＧＰＳプロセッサ３１０を操作しそして監視で
きるようにするユーザインターフェイスである。このＧ
ＰＳコンソール３１８は公知のものであり、所望のコン
ソール機能を与える多数の形式の装置を入手することが
できる。１つの適当な装置は、米国マサチューセッツ州
メイナードのデジタル・イクイップメント社からモデル
番号ＶＴ２２０として入手できる。
【００３７】ＧＰＳ通信インターフェイスプロセッサ３
１２は、本質的に入力／出力（Ｉ／Ｏ）ボードである。
これはデータ無線３２０及びＧＰＳデータ収集装置３１
４に接続される。ＧＰＳ通信インターフェイスプロセッ
サ３１２は、ＧＰＳプロセッサ３１０と、データ無線３
２０及びＧＰＳデータ収集装置３１４との間のデータ交
換を整合する。１つの適当な通信インターフェイスプロ
セッサは、モトローラ社からモデル番号ＭＶＭＥ３３１
として入手できる。
【００３８】データ無線３２０は、乗物２００のＧＰＳ
プロセッサ３１０と、ベースステーション２０６に配置
された同様のデータ無線との間に通信リンクを確立す
る。好ましい実施例では、データ無線３２０は、ＲＦ周
波数を用いて９６００のボーレートで同期通信する。ベ
ースステーション２０６のデータ無線は、各サテライト
の空間バイアスの量に関する周期的な更新情報を乗物２
００のデータ無線３２０へ２Ｈｚ（１秒に２回）のレー
トで供給する。
【００３９】ＧＰＳデータ収集装置３１４は、デスクト
ップ又はポータブルコンピュータのような多数の一般的
な電子処理及び記憶装置のいずれかである。
【００４０】図４を参照すれば、ＧＰＳ相互通信プロセ
ッサ３０８は、ＧＰＳデータ要求・デコード機能４０４
を組み込んでいる。図示されたように、ＧＰＳ受信器３
０６から送信されたデータは、このＧＰＳデータ要求・
デコード機能４０４に入り、ＧＰＳプロセッサ３１０へ
中継される。
【００４１】ＧＰＳプロセッサ３１０は、第１の位置推
定値を決定する手段４０６を組み込んでいる。コンソー
ル機能４０８は、第１の位置推定値決定手段４０６と第
２のＧＰＳコンソール３１８との間のデータ交換を制御
する。それに応答して、ＶＰＳ通信機能４１２は、第１
の位置推定値決定手段４０６とＶＰＳシステム２１４と
の間のデータ交換を制御する。
【００４２】制御ファイル４１０は、前にセーブしたフ
ァイルを含んでいて、第１の位置推定値決定手段４０６
によってＧＰＳデータをいかに使用すべきかを示す。好
ましい実施例では、制御ファイル４１０は、ノイズスレ
ッシュホールド、応答速度、乗物の位置及び速度の初期
状態、第１の位置推定値決定手段４０６のリセットが生
じる前のずれの程度、許された不良測定の回数、及び／
又は測定と測定との間に割り当てられた時間を示す。
【００４３】通信マネージャ機能４１６は、ＧＰＳ相互
通信プロセッサ３０８の要求・デコード機能４０４を制
御し、そして無線リンクデータデコード機能４１８を経
て第１の位置推定値決定手段４０６へデータを中継す
る。通信マネージャ機能４１６は、更に、データ無線３
２０から第１の位置推定値決定手段４０６へのデータの
流れを制御する。第１の位置推定値決定手段４０６から
データ無線３２０へのデータは、生のＧＰＳデータ出力
機能４２０を経て流れる。
【００４４】再び図２を参照すれば、ＶＰＳ２０２は、
第２の位置推定値を形成する手段２１２と、第１及び第
２の位置推定値を受け取ってそれに応答して第３の位置
推定値を形成する手段２１４とを備えている。第２及び
第３の位置推定値を形成する手段２１２、２１４は、以
下、運動位置決めシステム（ＭＰＳ）及びＶＰＳ処理シ
ステムと各々称することにする。通常、第２の位置推定
値は第１の位置推定値と組み合わされてフィルタされ、
より正確な第３の位置推定値を形成する。しかしなが
ら、ある場合に、第１の位置推定値が甚だしく不正確で
あると思われるときには、第２の位置推定値のみを使用
することが考えられる。
【００４５】好ましい実施例では、ＭＰＳ２１２は、走
行距離計２１６と、慣性基準ユニット（ＩＲＵ）２１８
とを備えている。しかしながら、ＩＲＵ２１８は、走行
距離計２１６なしで使用することもできる。ＩＲＵ２１
８は、リングレーザジャイロ２２２と、既知の設計の加
速度計２２０とを備えている。好ましい実施例では、Ｉ
ＲＵ２１８は、ボーイング７６７航空機に使用されてい
るシステムの複製であるが、この７６７航空機に対して
乗物２００の力学的レベルが低いことを加味するように
変更されている。
【００４６】ＩＲＵ２１８は、乗物の位置を５Ｈｚで、
速度を１０Ｈｚで、そしてロール、ピッチ及びヨーを５
０Ｈｚで出力するように構成される。更に、走行距離計
２１６は、乗物２００が走行した距離を２０Ｈｚで出力
するように構成される。
【００４７】ＩＲＵ２１８のレーザジャイロスコープに
は、最初に、乗物２００の緯度、経度及び高度の推定値
を与えなければならない。このデータを基線位置推定値
として使用し、ジャイロスコープ２２２は、予め定めた
目盛りを地球１０２の回転に関連した力と共に用いて、
乗物２００の現在位置の推定値を決定する。
【００４８】この情報は、次いで、ＩＲＵ２１８によ
り、加速度計２２０で得たデータと合成され、乗物の現
在位置の更に正確な第２の位置推定値が形成される。
【００４９】図５を参照すれば、ＭＰＳ２１２は、ＭＰ
Ｓ相互通信プロセッサ５０２を備えている。走行距離計
２１６及びＩＲＵ２１８は、このＭＰＳ相互通信プロセ
ッサ５０２によってＶＰＳ２１４に接続される。第２の
位置推定値及び走行距離計２１６からのデータは、ＭＰ
Ｓ相互通信プロセッサ５０２によってＶＰＳ２１４に送
信される。好ましい実施例では、ＭＰＳ相互通信プロセ
ッサ５０２はマイクロプロセッサを備えている。１つの
適当なマイクロプロセッサは、モトローラ社から部品番
号ＭＣ６８０００として入手できるものである。ＭＰＳ
相互通信プロセッサ５０２は、ＭＰＳ２１２とＶＰＳ２
１４との間のデータ交換を整合する。
【００５０】図７には、ＶＰＳ処理システム２１４のア
ーキテクチャの好ましい実施例が示されている。ＧＰＳ
処理システム２１０及びＭＰＳ２１２は、ＶＰＳメイン
プロセッサ７０２に独自に接続されている。これらは独
立しているので、システムのうちの１つが故障しても、
他のものが不作動になることはない。従って、ＧＰＳ処
理システム２１０が作動しない場合にも、データを収集
して、ＭＰＳ２１２、ひいては、ＶＰＳ２１４で処理す
ることができる。ＧＰＳ処理システム２１０とＭＰＳ２
１２は、図示されたように、ＶＰＳメインプロセッサ７
０２へ信号を送信する。これらの信号は、位置、速度、
時間、ピッチ、ロール、ヨー及び距離のデータを含んで
いる。
【００５１】ＶＰＳメインプロセッサ７０２は、ＶＰＳ
Ｉ／Ｏプロセッサ７０４に接続される。ＶＰＳメイン
プロセッサ７０２は、図示されたように、第３の位置推
定値をＶＰＳ Ｉ／Ｏプロセッサ７０４に送信する。第
３の位置推定値は、上記したＧＰＳ、ＩＲＵ及び走行距
離計のデータから導出され、より詳細には、乗物２００
の第１及び第２の位置推定値から導出される。
【００５２】本発明では、ＶＰＳメインプロセッサ７０
２によりＧＰＳ処理システム２１０及びＭＰＳシステム
２１２から信号を受け取り、ＶＰＳメインプロセッサ７
０２へ送り込むシステム及び方法が意図される。好まし
い実施例では、ＶＰＳメインプロセッサ７０２はマイク
ロプロセッサを含んでいる。１つの適当なマイクロプロ
セッサは、モトローラ社から部品番号ＭＣ６８０２０と
して入手できるものである。
【００５３】図６を参照すれば、ＶＰＳメインプロセッ
サ７０２は、ＶＰＳカルマンフィルタ６０２及び重み付
け合成器６０４を組み込んでいる。図示されたように、
ＧＰＳ信号と走行距離計信号は、重み付け合成器６０４
に直接送られる。ＩＲＵ信号は、ＶＰＳカルマンフィル
タ６０２へ送られる。好ましい実施例においては、ＧＰ
Ｓ信号は２Ｈｚのレートで送られる。走行距離計信号は
２０Ｈｚのレートで送られる。更に、第２の位置推定値
を含むＩＲＵ信号は、５０Ｈｚのレートで送られる。
【００５４】ＶＰＳカルマンフィルタ６０２はＩＲＵ信
号を処理し、そのデータから余計なノイズをフィルタ
し、そして処理されたデータを重み付け合成器６０４へ
出力する。更に、ＶＰＳカルマンフィルタ６０２は重み
付け合成器６０４からの信号を受け取り、これはＶＰＳ
カルマンフィルタ６０２を新たな位置情報でリセットす
るのに用いられる。
【００５５】重み付け合成器６０４は信号を処理し、そ
して使用されたデータ収集技術の推定精度に基づいて各
データに所定の重み付け係数を付与する。従って、好ま
しい実施例では、第１の位置推定値は、ＩＲＵ信号の第
２の位置推定値よりも強く重み付けされる。この重み付
け構成の理由は、第１の位置推定値の方がＩＲＵからの
第２の位置推定値よりも本来正確だからである。
【００５６】しかしながら、速度は、ＩＲＵ２２２によ
って更に正確に決定することができる。それ故、ＩＲＵ
信号の速度成分は、ＧＰＳ信号の速度成分よりも強く重
み付けすることができる。本発明の好ましい実施例で
は、ＧＰＳ信号の速度成分を除いて、ＩＲＵ信号の速度
成分が使用される。
【００５７】重み付けされた合成器６０４は、２０Ｈｚ
の出力を発生する。この出力は計算された全てのデータ
を含んでおり、ＶＰＳカルマンフィルタ６０２及びＶＰ
ＳＩ／Ｏプロセッサ７０４の２つの位置に送られる。こ
の出力は、ＧＰＳサテライトに対する時間情報を含んで
いる。又、この出力は、乗物の位置、速度、ヨー、ピッ
チ及びロールに対する情報も含んでいる。更に、ＶＰＳ
出力は、乗物２００の第３の位置推定値を構成すること
に注意されたい。
【００５８】重み付け合成器６０４からの別の出力は、
乗物２００に関する速度データのみを含む。この速度デ
ータは、ＶＰＳメインプロセッサ７０２からＧＰＳ処理
システム２１０へ送られる。この速度データを用いて、
第１の位置推定値の精度が高められる。
【００５９】図７に説明を戻すと、ＶＰＳ Ｉ／Ｏプロ
セッサ７０４は、ＶＰＳ通信インターフェイスプロセッ
サ７０６に接続される。好ましい実施例では、この通信
インターフェイスプロセッサ７０６は、モトローラ社か
ら入手できるＭＶＭＥ３３１プロセッサである。以下に
述べるように同じ目的を達成するものであればどんなプ
ロセッサでも使用できる。
【００６０】好ましい実施例では、ＶＰＳ通信インター
フェイスプロセッサ７０６は、３つの異なる装置、即ち
（１）ＶＰＳコンソール７１０、（２）データ収集装置
７０８、及び（３）航行システム２０４に接続される。
ＶＰＳ通信インターフェイスプロセッサ７０６は、第３
の位置推定値を含むデータを２０Ｈｚのレートで上記３
つの装置へ送り込む。
【００６１】ＶＰＳコンソール７１０はこの技術で良く
知られており、米国ミネソタ州ミネアポリスのデジタル
・イクイップメント社からモデル番号ＶＴ２２０として
入手できるものである。このＶＰＳコンソール７１０
は、ＶＰＳ Ｉ／Ｏプロセッサ７０４の現在状態を表示
するのに使用される。
【００６２】ＶＰＳデータ収集装置７０８は、例えば、
デスクトップ又はポータブルコンピュータのような多数
の市販の電子処理・記憶装置のいずれかである。
【００６３】図８ないし１２を参照すれば、本発明は、
第１の位置推定値の精度を向上させることにより、乗物
の位置即ち第３の位置推定値の精度を向上させる。図８
に示すように、第１の位置推定値を形成する手段４０６
は、カルマンフィルタ８０２を備えている。
【００６４】カルマンフィルタ８０２の機能の一部は、
擬似距離データに関連したノイズをフィルタ除去するこ
とである。このノイズは、例えば、電離層、クロック及
び／又は受信器ノイズを含む。ベースステーション２０
８にあるホスト処理システム２２４のＧＰＳカルマンフ
ィルタ８０２は、第１の位置推定値の精度を高めるため
に乗物２００へ送られる空間的バイアスを計算する。こ
れに対し、乗物２００のＧＰＳカルマンフィルタ８０２
は、ベースステーション２０６から受け取る空間的バイ
アスを考慮に入れる。
【００６５】ＧＰＳカルマンフィルタ８０２は、半適応
的に機能する。換言すれば、ＧＰＳカルマンフィルタ８
０２は、許容できるデータ擾乱のスレッシュホールドを
乗物２００の速度に基づいて自動的に修正する。「擾
乱」という用語は、規則的なコースからのずれを意味す
る。ＧＰＳカルマンフィルタ８０２の半適応機能は、本
発明の応答性及び精度を最適なものにする。
【００６６】一般に、乗物２００がその速度を特定量だ
け高めると、ＧＰＳカルマンフィルタ８０２はその許容
ノイズスレッシュホールドを上昇させる。同様に、乗物
２００がその速度を所定量だけ下げると、ＧＰＳカルマ
ンフィルタ８０２はその許容ノイズスレッシュホールド
を下降させる。本発明のこの自動最適化技術は、移動及
び静止の両状態のもとで最も高レベルの正確さを与え
る。
【００６７】本発明の最良の態様においては、ＧＰＳカ
ルマンフィルタ８０２のスレッシュホールドは、連続的
にも非常に短い個別間隔でも変化しない。むしろ、これ
らの間隔は長い個別間隔であり、従って、連続的に変化
するフィルタよりも正確さが劣る。しかしながら、本発
明のカルマンフィルタ８０２は、この連続変化フィルタ
よりも実施が容易で、コストが安く、しかも計算時間が
短くてすむ。しかし、連続的に変化するフィルタを使用
することもでき、本発明に包含されることに注意された
い。
【００６８】動作に際し、ＧＰＳカルマンフィルタ８０
２にはシステム始動時に初期値を与えねばならない。こ
の初期値と、ＧＰＳ受信器３０６により収集されたＧＰ
Ｓデータから、ＧＰＳカルマンフィルタ８０２は現在状
態（これは第１の位置推定値と、北航、東航及び高度に
ついての乗物速度とを含む）を推定する。ＧＰＳカルマ
ンフィルタ８０２は、繰り返し式に動作する。換言すれ
ば、この推定した状態は、次の繰り返しに対する初期値
であると仮定される。これは、新たなＧＰＳデータ（更
新）と合成／フィルタされて、新たな現在状態を導出す
る。
【００６９】通常の動作においては、第１の位置推定値
決定手段４０６は、受け取ったＧＰＳデータを用いて第
１の位置推定値を計算する。このＧＰＳデータは、少な
くとも４つのサテライトからの信号を含む。これらの受
け取った信号から、乗物位置決定手段２０２は実際の擬
似距離を計算する。三角法技術を使用し、その計算した
実際の擬似距離を用いて、乗物２００の位置を推定する
ことができる。本発明は、少なくとも１つのサテライト
を地球の中心に対して１８０°のところに投影すること
により位置決定の精度を高める装置及び方法を具備す
る。
【００７０】例えば、図９を参照すれば、通常の動作中
に、乗物２００のＧＰＳ受信器３０６は、４つのサテラ
イトＳＶ1 、ＳＶ2 、ＳＶ3 及びＳＶ4 からＧＰＳデー
タを受け取る。地球の中心ＣＥに対する乗物のカルテシ
アン座標が三角法技術を用いて決定される。乗物のＸ、
Ｙ及びＺ座標は、次の式を解くことによって決定され
る。
【００７１】 （Ｘ1 −Ｕx )2＋（Ｙ1 −Ｕy )2＋（Ｚ1 −Ｕz )2＝（Ｒ1 −Ｃb )2 式１ （Ｘ2 −Ｕx )2＋（Ｙ2 −Ｕy )2＋（Ｚ2 −Ｕz )2＝（Ｒ2 −Ｃb )2 式２ （Ｘ3 −Ｕx )2＋（Ｙ3 −Ｕy )2＋（Ｚ3 −Ｕz )2＝（Ｒ3 −Ｃb )2 式３ （Ｘ4 −Ｕx )2＋（Ｙ4 −Ｕy )2＋（Ｚ4 −Ｕz )2＝（Ｒ4 −Ｃb )2 式４ 但し、Ｘn 、Ｙn 、Ｚn はｎで指示された各サテライト
のカルテシアン座標であり、Ｒn は各々の実際の擬似距
離であり、Ｃb はクロックバイスであり、そしてＵx 、
Ｕy 、Ｕz は乗物２００の推定座標である。
【００７２】乗物の緯度と経度はほぼ次の式で決定され
る。 Ｕ1at ＝ｃｏｓ-1｛〔Ｕx 2 ＋Ｕy 2 〕1/2 ／｜Ｕ上バー｜｝ 式５ Ｕlong＝ｔａｎ-1（Ｕy ／Ｕx ） 式６ 但し、Ｕ上バーは、Ｕの上にバー符号（−）を付したも
ので、これは次のように定められる。
【００７３】 ｜Ｕ上バー｜＝〔Ｕx 2 ＋Ｕy 2 ＋Ｕz 2 〕1/2 式７
【００７４】乗物の位置は上記したように決定されるの
が好ましい。しかしながら、上記したように、第１の位
置推定値の精度は、サテライト間の空間関係によって左
右される。一般的なルールは、コンステレーションにお
いてサテライトが離れているほど、位置決定の精度が高
くなることである。図９を参照すれば、例えば、サテラ
イトＳＶ3 とＳＶ4 が互いに接近している場合に、第１
の位置推定値は不正確にバイアスされる。
【００７５】それ故、このバイアスを修正するか、又は
最も正確な第１の位置推定値を確保するために、第１の
位置推定値形成手段４０６は、少なくとも１つのサテラ
イトの位置を、図９に示すように、地球の中心に対して
１８０°のところに投影する手段８０４を備えている。
カルテシアン座標系９００は、少なくとも１つの既知の
基準ポイント、例えば、ベースステーション２０６と、
地球の中心とによって定められた平面を含むものが使用
される。図９を参照すれば、例えば、平面ＹＺは、地球
の中心ＣＥと、既知の位置のベースステーション２０６
を含んでいる。Ｘ及びＺ軸は、互いに且つＹ軸に対して
直角である。
【００７６】投影された位置ＳＶ4'のカルテシアン座標
は、Ｘ4'、Ｙ4'及びＺ4'である。この投影された位置
は、次の式で決定される。 Ｘ4'＝−Ｘ4 式８ Ｙ4'＝−Ｙ4 式９ Ｚ4'＝−Ｚ4 式１０ 投影された位置ＳＶ4'をサテライトの元の即ち実際の位
置に代わって使用して、乗物の位置が推定される。
【００７７】手段８０６は、投影された位置を使用し、
それに応答して、有効擬似距離（破線９０２で示した）
を決定する。図１０を参照すれば、有効擬似距離は幾何
学的に決定される。図１０は、地球の中心ＣＥ、乗物２
０２、第４サテライトＳＶ4及び第４サテライトの投影
された位置ＳＶ4'の相対的な位置を示している。図示さ
れた各エレメントは、地球の中心ＣＥ、乗物２０２及び
第４サテライトＳＶ4によって定められた平面内にあ
る。第４サテライトＳＶ4 と乗物２０２との間の計算さ
れた擬似距離は１００２で示されている。第４サテライ
トと地球の中心ＣＥとの間の距離は既知であり、１００
４で示されている。更に、地球の中心ＣＥと乗物２０２
との間の距離は１００６で示されている。第４サテライ
トＳＶ4 は地球の反対側へ投影される。有効擬似距離Ｒ
E （９０２で示す）を決定するために、次のような幾何
学的な観察を行う。
【００７８】線１００２の長さ＝線１００２’の長さ、
線１００４の長さ＝線１００４’の長さ、そして線１０
０６の長さ＝線１００６’の長さ。これは各線上にクロ
スするマークで示されている。同じ本数のクロスマーク
をもつ線が同じ長さを有する。更に、図における角度
は、次の関係を有する。
【００７９】角度ａ＝角度ａ’、角度ｂ＝角度ｂ’、そ
して角度ｃ＝角度ｃ’。乗物２０２と投影されたサテラ
イトとの間の有効擬似距離ＲE は、線９０２の長さに等
しい。それ故、ＲE は幾何学の合同によって導出するこ
とができる。１つの実施例では、ＲE が次のように決定
される。
【００８０】 ＲE ＝〔Ｂ2 ＋Ｃ2 −２ＢＣ ｃｏｓ ｐ〕1/2 式１１ 但し、ｐ＝π−ａ 式１２ 但し、ａ＝ｃｏｓ-1〔（Ｂ2 ＋Ｃ2 −Ａ2 ）／２ＢＣ〕 式１３ ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは、ＧＰＳデータから決定され、各
々線１００２、１００４及び１００６の長さに等しい。
【００８１】有効擬似距離ＲE は第１の位置推定値を決
定するのに用いられる。それ故、式４は、次のようにな
る。 （Ｘ4'−Ｕx )2＋（Ｙ4'−Ｕy )2＋（Ｚ4'−Ｕz )2＝（ＲE −Ｃb )2 式１４
【００８２】図１１を参照し、乗物２００の位置を推定
する本発明の方法の一実施例を説明する。第１の制御ブ
ロック１１０２において、複数のサテライト（ＳＶ1 な
いしＳＶ4 ）からの電磁信号が受信される。第２の制御
ブロック１１０４において、この受信した信号がデコー
ド又は処理され、実際の擬似距離が決定される。実際の
擬似距離は、その受信信号が送信されたときから受信さ
れたときまでの時間差から決定される。第３の制御ブロ
ック１１０６において、１つのサテライトの位置が地球
の中心に対して１８０°のところに投影される（式７な
いし９参照）。第４の制御ブロック１１０８において、
その投影されたサテライトの有効擬似距離（ＲE ）が決
定される（式１２参照）。更に、第５の制御ブロック１
１１０において、その計算された有効擬似距離と、他の
３つのサテライトに対する実際の擬似距離とを用いて、
乗物の位置が決定される。
【００８３】図１２を参照し、乗物２００の位置を推定
する本発明の方法の別の実施例を説明する。第６の制御
ブロック１２０２において、複数のサテライト（ＳＶ1
ないしＳＶ4 ）からの電磁信号が受信される。第７制御
ブロック１２０４において、この受信した信号がデコー
ド又は処理され、実際の擬似距離が決定される。実際の
擬似距離は、その受信信号が送信されたときから受信さ
れたときまでの時間差から決定される。第８の制御ブロ
ック１２０６において、１つのサテライトの位置が地球
の中心に対して１８０°のところに投影される（式７な
いし９参照）。第９の制御ブロック１２０８において、
その投影されたサテライトの有効擬似距離（ＲE ）が決
定される（式１２参照）。第１０の制御ブロック１２１
０において、その計算された有効擬似距離と、他の３つ
のサテライトに対する実際の擬似距離とを用いて、乗物
の位置の第１推定値が決定される。第１１の制御ブロッ
ク１２１２において、乗物位置の第２の推定値がＭＰＳ
２１２により決定される。この第２の位置推定値は、第
１の位置推定値とは独立して決定されることに注意され
たい。即ち、第２の位置推定値は、手前のステップ（制
御ブロック１２０２ないし１２１０）の前に決定されて
もよいし、その後に決定されてもよいし又はその間に決
定されてもよい。第１２の制御ブロックにおいて、乗物
位置の第３の推定値が、第１及び第２の位置推定値に基
づいて決定される。
【００８４】
【発明の効果】以上、添付図面を参照してその動作を説
明したように、本発明は、ＧＰＳサテライトデータに基
づく位置推定の精度を高めるものである。乗物位置決定
システム２０２は、視界内にある全てのＧＰＳサテライ
トから電磁信号を受信する。これらの電磁信号は、ＧＰ
Ｓ受信器３０６によってデコードされる。最良の結果を
得るためには、少なくとも４つのサテライトからの信号
が必要である。４つ以上のサテライトが使用できる場
合、即ち視野内にある場合には、乗物位置決定システム
２０２は、選択したコンステレーションの空間関係を最
適化するように最良の４つのサテライトを選択する。
【００８５】更に、本発明は、考えられるコンステレー
ションの個数を増加することができる。換言すれば、サ
テライトの１つを地球の中心に対して１８０°のところ
に投影することにより、考えられるコンステレーション
の個数を顕著に増加することができる。例えば、５個の
サテライトが視野にある場合に、通常は４個のコンステ
レーションが考えられる。しかしながら、１つ以上のサ
テライトを１８０°投影することにより、考えられるコ
ンステレーションの個数を著しく増加することができ
る。唯一の制約は、サテライトが視界内になければなら
ないこと、即ち、ＧＰＳ受信器３０６が特定のサテライ
トを使用するためにそこからの信号を受信しなければな
らないことである。更に、４つのサテライトしか使用で
きない場合にも、１つ以上のサテライトを投影すること
により、位置推定の精度を高めることができる。
【００８６】１つ以上のサテライトを投影することによ
り、より正確な三角法を確保することができる。サテラ
イトは、最適な又は「最良」のコンステレーションに基
づいて選択される。上記システム及び方法を使用した場
合、「最良」のコンステレーションは、「実際」のサテ
ライトと、「投影」されたサテライトとの組み合わせを
含んでもよい。これは、サテライト間のあり得べき最良
の「分散」、即ち空間関係を確保する。
【００８７】以上のように、乗物位置決定システム２０
２は、サテライトを選択的に地球の反対側へ投影し、そ
して最も正確な位置推定値を与えるように最良のサテラ
イトコンステレーションを選択することができる。
【００８８】好ましい実施例を特に図示して詳細に説明
したが、特許請求の範囲に規定する本発明の精神及び範
囲から逸脱せずに、その態様及び細部に種々の変更がな
され得ることは当業者に明らかであろう。
【００８９】本発明の他の特徴、目的及び効果は、添付
図面、上記説明及び特許請求の範囲から明らかとなるで
あろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】６つの軌道に２１個のサテライトをもつ全世界
的位置決めシステム（ＧＰＳ）の概略図である。
【図２】本発明の一実施例による地球上の位置を決定す
るシステムもしくは乗物の位置を決定するシステム（Ｖ
ＰＳ）のブロック図で、ＧＰＳ処理システム、移動位置
決めシステム（ＭＰＳ）及びＶＰＳ処理システムを含む
ブロック図である。
【図３】本発明の一実施例による図２のＧＰＳ処理シス
テムのブロック図で、ＧＰＳ相互通信プロセッサ及びＧ
ＰＳプロセッサを含むブロック図である。
【図４】本発明の一実施例による図３のＧＰＳ相互通信
プロセッサ及びＧＰＳプロセッサの機能的ブロック図
で、第１の位置推定値を決定する手段を含むブロック図
である。
【図５】本発明の一実施例による図２の移動処理システ
ムのブロック図である。
【図６】本発明の一実施例による図２のＶＰＳの機能的
ブロック図である。
【図７】本発明の一実施例による図２のＶＰＳのブロッ
ク図である。
【図８】本発明の一実施例による図４の第１の位置推定
値決定手段を示す機能的ブロック図である。
【図９】本発明の一実施例によるサテライトの投影を示
すグラフである。
【図１０】本発明の一実施例によるサテライトの投影を
幾何学的に示す図である。
【図１１】本発明の一実施例により乗物の位置を決定す
る制御概念を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の別の実施例により乗物の位置を決定
する制御概念を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００ 全世界的位置決めシステム（ＧＰＳ） １０２ 地球 １０４ サテライト １０６ 軌道 ２００ 乗物 ２０２ 乗物位置決定システム（ＶＰＳ） ２０４ 航行システム ２０６ ベースステーション ２０８ 擬似サテライト ２１０ ＧＰＳ処理システム ２１２ 移動位置決めシステム（ＭＰＳ） ２１４ ＶＰＳ処理システム ２１６ 走行距離計 ２１８ 慣性基準ユニット（ＩＲＵ） ２２０ 加速度計 ２２２ ジャイロ ２２４ ホスト処理システム ３０２ ＧＰＳアンテナ ３０６ ＧＰＳ受信器 ３０８ ＧＰＳ相互通信プロセッサ ３１０ ＧＰＳプロセッサ ３１２ ＧＰＳ通信インターフェイスプロセッサ ３１４ ＧＰＳデータ収集装置 ３１６ 第１ＧＰＳコンソール ３１８ 第２ＧＰＳコンソール ３２０ データ無線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アダム ジェイ グッダート アメリカ合衆国 イリノイ州 61526 エーデルスタイン アールアール １ ボックス 66エイ (56)参考文献 国際公開91／9275（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 5/00 - 5/14 G01C 21/00 - 21/24 G01C 23/00 - 25/00

Claims (31)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 乗物の地球上の位置を推定するシステム
    において、 複数のソースから電磁信号を受け取り、それに応答し
    て、各々の上記ソースから上記乗物までの各距離と、各
    々の上記ソースの各位置とを形成する手段と、 １つの上記ソースの位置を地球の中心に対し地球の反対
    側に投影し、それに応答して、投影された位置を決定す
    る手段と、 上記投影された位置を受け取り、それに応答して、投影
    された距離を形成する手段と、 上記投影された距離及び他のソースからの距離を受け取
    り、それに応答して、上記乗物の位置を決定する手段と
    を備えたことを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】 上記各位置は基準平面に対して決定され
    る請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】 上記基準平面は、地球上の２つの既知の
    位置を含む請求項２に記載のシステム。
  4. 【請求項４】 ベースステーションを備え、上記既知の
    位置の１つはこのベースステーションに対応する請求項
    ３に記載のシステム。
  5. 【請求項５】 上記ソースの位置は、カルテシアン座標
    において定められる請求項１に記載のシステム。
  6. 【請求項６】 上記１つのソースの位置は、Ｘm 、Ｙm
    、Ｚm として定められ、そして上記投影された位置
    は、 Ｘ'm＝−Ｘm 、 Ｙ'm＝−Ｙm 、及び Ｚ'm＝−Ｚm によって決定される請求項５に記載のシステム。
  7. 【請求項７】 上記ソースは、全世界的な位置決めシス
    テムからの少なくとも４つのサテライトを含む請求項１
    に記載のシステム。
  8. 【請求項８】 上記ソースは、全世界的な位置決めシス
    テムからのサテライトと、少なくとも１つの擬似サテラ
    イトとを含む請求項１に記載のシステム。
  9. 【請求項９】 既知の位置にベースステーションを備
    え、このベースステーションは、基準受信器と、空間的
    なバイアスを決定する手段とを備えている請求項１に記
    載のシステム。
  10. 【請求項１０】 上記空間的なバイアスは上記乗物へ戻
    すように通信される請求項９に記載のシステム。
  11. 【請求項１１】 上記ベースステーションは、上記ソー
    スから上記基準受信器までの推定擬似距離、実際の擬似
    距離及びクロックバイアスを決定する手段を備えている
    請求項９に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 上記空間的なバイアスは、上記推定擬
    似距離及び上記クロックバイアスを上記実際の擬似距離
    から差し引くことによって決定される請求項１１に記載
    のシステム。
  13. 【請求項１３】 上記ベースステーションは、上記ソー
    スから上記基準受信器までの擬似距離及びクロックバイ
    アスを決定する手段を備え、そして上記空間的なバイア
    スは、パラボラモデル及び１つの上記クロックバイアス
    についての関連値を各々の擬似距離から差し引くことに
    よって決定され、上記パラボラモデルはその手前の擬似
    距離からの時間にわたって構成される請求項９に記載の
    システム。
  14. 【請求項１４】 上記空間的なバイアスは、上記ベース
    ステーションの既知の位置と、上記ベースステーション
    の位置の推定値との間の差によって決定される請求項９
    に記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 上記空間的なバイアスは上記乗物へ戻
    すように通信される請求項９に記載のシステム。
  16. 【請求項１６】 乗物の地球上の位置を推定するシステ
    ムにおいて、 複数のソースから電磁信号を受け取り、それに応答し
    て、各々の上記ソースから上記乗物までの各距離と、各
    々の上記ソースの各位置とを形成する手段と、 １つの上記ソースの位置を地球の中心に対し地球の反対
    側に投影し、それに応答して、投影された位置を決定す
    る手段と、 上記投影された位置を受け取り、それに応答して、投影
    された距離を形成する手段と、 上記投影された距離及び他のソースからの距離を受け取
    り、それに応答して、上記乗物の第１の位置推定値を形
    成する手段と、 第２の位置推定値を形成する手段であって、走行距離計
    及び慣性基準ユニットを含んでいる手段と、 上記第１及び第２の位置推定値を受け取り、それに応答
    して、第３の位置推定値を形成する手段とを備えたこと
    を特徴とするシステム。
  17. 【請求項１７】 上記第１の位置推定値を形成する手段
    は、カルマンフィルタを備えている請求項１６に記載の
    システム。
  18. 【請求項１８】 上記第３の位置推定値を形成する手段
    は、カルマンフィルタを備えている請求項１６に記載の
    システム。
  19. 【請求項１９】 上記第３の位置推定値を形成する手段
    は、重み付け合成器を備えている請求項１６に記載のシ
    ステム。
  20. 【請求項２０】 上記第３の位置推定値を形成する手段
    は、カルマンフィルタ及び重み付け合成器を備えている
    請求項１６に記載のシステム。
  21. 【請求項２１】 上記各々の位置は基準平面に対して決
    定され、上記基準平面は地球上に２つの既知の位置を含
    むと共にベースステーションを含んでおり、上記既知の
    位置の１つは上記ベースステーションに対応する請求項
    １６に記載のシステム。
  22. 【請求項２２】 上記ソースの位置はカルテシアン座標
    で定められ、上記１つのソースの位置は、Ｘm 、Ｙm 、
    Ｚm として定められ、そして上記投影された位置は、 Ｘ'm＝−Ｘm 、 Ｙ'm＝−Ｙm 、及び Ｚ'm＝−Ｚm によって決定される請求項１６に記載のシステム。
  23. 【請求項２３】 上記ソースは、全世界的位置決めシス
    テムの少なくとも４つのサテライトより成る請求項１６
    に記載のシステム。
  24. 【請求項２４】 上記ソースは、全世界的な位置決めシ
    ステムからの４つのサテライトと、少なくとも１つの擬
    似サテライトとで構成される請求項１６に記載のシステ
    ム。
  25. 【請求項２５】 既知の位置にベースステーションを備
    え、このベースステーションは、基準受信器を含み、そ
    して空間的なバイアスを決定するのに用いられる請求項
    １６に記載のシステム。
  26. 【請求項２６】 上記空間的なバイアスは、上記乗物へ
    戻すように通信される請求項１６に記載のシステム。
  27. 【請求項２７】 乗物の地球上の位置を推定するシステ
    ムにおいて、該システムは、 複数のソースから電磁信号を受け取り、それに応答し
    て、第１の位置推定値を形成する手段と、走行距離計と慣性基準ユニットとを含む、第２の位置推
    定値を形成する手段と、 上記第１及び第２の位置推定値を受け取り、それに応答
    して、第３の位置推定値を形成する手段と、を備え、 上記第１の位置推定値を形成する手段は、更に、 上記電磁信号を受け取るアンテナと、上記ソースを追跡して各々の擬似距離を決定するように
    なっている、上記アンテナに接続された受信器と、 上記各々の擬似距離を受け取るようになっており、地球
    の中心に対し地球の反対側への上記ソースのうち１つの
    ソースの投影に基づいて、上記１つのソースに対応する
    有効擬似距離を決定する手段を含み、上記第１の位置推
    定値が上記有効擬似 距離及び他のソースの上記各擬似距
    離の関数となるようにするプロセッサと、を含むことを
    特徴とするシステム。
  28. 【請求項２８】 上記第１の位置推定値を形成する手段
    は、上記アンテナを上記受信器に接続する前置増幅器を
    備えている請求項２７に記載のシステム。
  29. 【請求項２９】 上記第１の位置推定値を形成する手段
    は、上記受信器を上記プロセッサに接続する相互通信プ
    ロセッサを備えている請求項２７に記載のシステム。
  30. 【請求項３０】 乗物の位置を推定する方法において、 複数のソースから電磁信号を受け取り、それに応答し
    て、各々の上記ソースから上記乗物までの各距離と、各
    々の上記ソースの各位置とを形成し、 １つの上記ソースの位置を地球の中心に対し地球の反対
    側に投影し、それに応答して、投影された位置を決定
    し、 上記投影された位置を受け取り、それに応答して、その
    投影された距離を形成し、そして上記投影された距離及
    び他のソースからの距離を受け取り、それに応答して、
    上記乗物の位置を決定する、 という段階を備えたことを特徴とする方法。
  31. 【請求項３１】 乗物の位置を推定する方法において、 複数のソースから電磁信号を受け取り、それに応答し
    て、各々の上記ソースから上記乗物までの各距離と、各
    々の上記ソースの各位置とを形成し、 １つの上記ソースの位置を地球の中心に対し地球の反対
    側に投影し、それに応答して、投影された位置を決定
    し、 上記投影された位置を受け取り、それに応答して、その
    投影された距離を形成し、 上記投影された距離及び他のソースからの距離を受け取
    り、それに応答して、第１の位置推定値を形成し、 走行距離計及び慣性基準ユニットから信号を受け取り、
    それに応答して、第２の位置推定値を形成し、そして上
    記第１及び第２の位置推定値を受け取り、それに応答し
    て、第３の位置推定値を形成する、 という段階を備えたことを特徴とする方法。
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