JP3545657B2

JP3545657B2 - 測位情報提供システム

Info

Publication number: JP3545657B2
Application number: JP28050699A
Authority: JP
Inventors: 裕昭前田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP2001099908A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば測位衛星を利用して位置計測を行なう衛星ナビゲーションシステムに適用される測位情報提供システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、測位衛星を利用して位置計測を行なう位置計測システムには、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）がある。
【０００３】
ところで、この種のＧＰＳでは、利用者から以下のようなことが要望されている。
【０００４】
（１）ユーザが自分自身の位置や速度を決定する。
（２）ＧＰＳのもつ種々の誤差源を除去できる。
（３）信頼性の高い測位サービスが受けられる。
（４）高精度に位置を計測できる。
しかしながら、（１）の場合、ＧＰＳ衛星及びＧＰＳ用の受信装置には通信機能がないため、ユーザが自分自身の位置や速度を決定してもその結果を他に知らせることができないという問題が生じる。（２）の場合、ＧＰＳのもつ種々の誤差源を除去すべく差分システムが考案されているが、ＧＰＳには通信機能がないので、差分情報の伝送のためには他の通信システムに頼らざるを得ないという不都合が生じる。（３）の場合、４機のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信しないと、受信装置側での位置決めを行なうことができないという制約があるため、１つのＧＰＳ信号に大きな誤差があると３つのＧＰＳ信号により測位するため測位精度に大きく影響することになり、測位における信頼性を低下させてしまうことになる。（４）の場合、受信装置の個別認識ができないため、本来は５ｍ程度の精度を提供できるにも関わらず、安全保証上の観点から、不特定多数の受信装置利用者に意図的に悪くした精度のサービスしか提供できない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来考えられている位置計測システムでは、利用者の要望を満足させるための有効な手段がなかった。例えばＧＰＳでは通信機能がないために、誤差補正を行なう場合に他の通信システムを頼らざるを得ないことにより、システム上コストアップを招いてしまう。自分の位置を計測する場合に、４個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信しなければならないため、周囲の状況によっては、１つのＧＰＳ信号に大きな誤差が与えられることになり、測位における信頼性を大幅に劣化させてしまうことになる。
【０００６】
この発明の目的は、測位においてシステムのコストアップを極力抑え信頼性を向上させ得る測位情報提供システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る測位情報提供システムは、位置計測を行なう位置計測システムに適用され、受信装置と、この受信装置との間で移動通信用共用・共通チャネル及び移動通信用個別チャネルから成る移動通信回線を介して通信を行なう通信衛星とを具備し、通信衛星は、位置計測システムにより自衛星の位置を計測する衛星側位置計測手段と、この衛星側位置計測手段により計測された測位情報を移動通信回線を介して受信装置に送信する衛星側送信手段とを備え、受信装置は、通信衛星により送信される測位情報を受信する受信手段と、この受信手段で受信された測位情報に基づいて、自装置の位置を計測する受信側位置計測手段とを備えるようにしたものである。
【０００８】
この構成によれば、通信衛星に位置計測システムにより自衛星の位置を計測する機能を設け、通信衛星は計測した測位情報を移動通信回線の移動通信用共通チャネルを介して受信装置に送信し、受信装置は受信された測位情報に基づいて、自装置の位置を計測できるようになる。また、受信装置は、計測した測位情報を通信衛星に送信することもできるようになる。すなわち、受信装置は、通信衛星を利用する移動通信システムにより自装置の位置を計測できるようになる。
【０００９】
このため、受信装置を所持するユーザは、通信衛星を利用した単一の移動通信システムにより測位サービスを受けることができるとともに、ユーザが自分自身の位置や速度を決定したその結果を他に知らせることができる。従って、測位において信頼性が高くかつ安価なシステムを提供することができる。
【００１０】
また、この発明に係る測位情報提供システムは、位置計測を行なう位置計測システムに適用され、受信装置と、この受信装置との間で移動通信用共用・共通チャネル及び移動通信用個別チャネルから成る移動通信回線を介して通信を行なう通信衛星と、予め基準座標系で位置計測された地点に設置され、通信衛星及び受信装置との間で移動通信回線を介して通信を行なう地上装置とを具備し、地上装置は、位置計測システムにより自装置の設置位置を計測する地上側位置計測手段と、この地上側位置計測手段で計測された測位情報を通信衛星に送出する地上側送信手段とを備え、通信衛星は、地上装置から送信される測位情報を受信する衛星側受信手段と、この衛星側受信手段で受信された測位情報を移動通信回線を介して受信装置に送信する衛星側送信手段とを備え、受信装置は、通信衛星により送信される測位情報を受信する受信手段と、この受信手段で受信された測位情報に基づいて、自装置の位置を計測する受信側位置計測手段とを備えるようにしたものである。
【００１１】
この構成によれば、地上装置に位置計測システムにより自装置の位置を計測する機能を設け、地上装置は、計測した測位情報を移動通信回線の移動通信用共通チャネルを介して通信衛星もしくは受信装置に送信するようにしているので、上記と同様に、受信装置を所持するユーザは、通信衛星を利用した単一の移動通信システムにより測位サービスを受けることができる。
【００１２】
また、上記構成において、通信衛星の送信手段は、受信装置に送出すべき測位情報にチャネル毎に異なる拡散符号を乗じることによりスペクトラム拡散変調して伝送する機能を有し、受信装置は、通信衛星からの伝送信号を受信し、指定されたチャネル番号に相当する測位情報をスペクトラム逆拡散復調する機能を有してなることを特徴とする。このようにすることで、受信装置側で通信衛星との疑似距離を測定することが可能となる。
【００１３】
さらに、上記構成において、通信衛星の送信手段は、受信装置に送出すべき測位情報を暗号化して受信装置へ送出するとともに、暗号鍵信号を暗号化信号とは別の移動通信用個別チャネルを介して受信装置に送出する機能を有し、受信装置は、通信衛星から送出される暗号化信号を受信するとともに、移動通信用個別チャネルを介して送出された暗号鍵信号を受信し、この暗号鍵信号を使用して暗号化信号を解読する機能を有してなることを特徴とする。このようにすることで、測位情報が平常な情報でなく暗号化されて送信され、その暗号鍵信号が正当な契約者であるユーザに送信されることになるので、測位サービスにおけるセキュリティが強化されるだけでなく、個人認証が可能な測位システムを構築でき、これにより、ユーザの管理が可能となり、技術とは関連のない政治的及び軍事的状況に関わりなく、全世界的な測位サービスの提供が可能となる。また、個人認証により課金が可能であることにより、通常行われている通信に対する課金と同様に、必要に応じて測位サービスの利用に対する課金も可能である。
【００１４】
また、上記構成において、地上装置は、受信装置から送信される測位情報の受信結果と、地上側位置計測手段により計測された測位情報とを比較照合し、この比較照合結果に基づき位置計測システムによる測位情報を基準座標系での位置情報に補正するための誤差補正情報を算出する誤差補正情報算出手段と、この誤差補正情報算出手段により算出された誤差補正情報を受信装置に送出する誤差補正情報送信手段とをさらに備えてなることを特徴とする。このようにすることで、受信装置では、単一の移動通信システムにより測位サービスを受けることができるとともに誤差補正情報を受信して測位における誤差補正が行なえて高精度の位置決めができる。
【００１５】
なお、このシステムにおいて、受信装置は、移動通信用共用チャネルを介して２以上の通信衛星に信号を送出し、地上装置は、２以上の通信衛星からの信号を受信することで、受信装置の水平方向への位置決めを行ない、この位置決め結果を移動通信用共通チャネルを介して受信装置に送出することを特徴とする。このようにすることで、受信装置を所持するユーザは、２つの通信衛星を利用することにより信頼性の高い測位サービスを受けることができる。特に、建物が林立する都市部での継続的な測位が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、この発明に係わる測位情報提供システムの一実施形態を示す概略構成図である。
この実施形態のシステムでは、地球の軌道上を周回する例えば４個の通信衛星Ｓ１〜Ｓ４を利用してユーザＵの位置を計測している。そして、地球上の予め基準座標系で位置計測された地点には、航法局Ｅ１〜Ｅ３、軌道局１、運営局２、ゲートウェイ局ＧＷ及び管制局３が設置されている。このうち、航法局Ｅ１〜Ｅ３は、それぞれ例えば通信衛星Ｓ１から送出されるナビゲーション信号に基づいて通信衛星Ｓ１との疑似距離及び疑似距離の変化率及び通信衛星Ｓ１の基準動作時刻誤差を観測し、この観測データを軌道局１に送信する。
【００１８】
軌道局１は、航法局Ｅ１〜Ｅ３からそれぞれ送出される観測データに基づいて、通信衛星Ｓ１の位置・速度及び基準動作時刻誤差とその変化量、航法局Ｅ１〜Ｅ３の基準動作時刻誤差とその変化量を算出し、この算出結果情報を運営局２に送出する。運営局２は、システム全体の運営を行なっており、軌道局１から送出された算出結果情報をゲートウェイ局ＧＷに送出する。ゲートウェイ局ＧＷは、運営局２から送出された算出結果情報を通信衛星Ｓ１に送出する。
【００１９】
通信衛星Ｓ１は、ゲートウェイ局ＧＷから送出される算出結果情報に基づいて、ユーザＵに対し位置計測を行なうためのナビゲーション信号を移動通信用共通チャネルを介して送信することができる。
【００２０】
ユーザＵは、受信装置を用いて通信衛星Ｓ１から送出されるナビゲーション信号により、自分の位置を計測し、この計測位置情報を移動通信用チャネルを介して例えば通信衛星Ｓ１及び運営局２に送出する。また、ユーザＵは、受信装置を用いて通信衛星Ｓ１，Ｓ２に測位を正確に行なうために必要な信号を送出する。そして、例えば航法局Ｅ１が通信衛星Ｓ１，Ｓ２からの信号を受信してユーザＵの位置を計測する。
【００２１】
なお、運営局２は、ユーザＵからの受信結果と、ＧＰＳ等の位置計測システムにより計測した測位情報とを比較照合し、この比較照合結果に基づき位置計測システムによる測位情報を基準座標系での位置情報に補正するための誤差補正情報を算出し、この誤差補正情報をユーザＵに送出する。
【００２２】
また、管制局３は、例えば通信衛星Ｓ１との間でテレメトリ／コマンド信号の授受を行なうことで、通信衛星Ｓ１の健康状態のモニタと運営局２に対する動作指示を行なうものである。
【００２３】
図２は、ユーザＵが所持するユーザセットの構成を示す斜視図である。
【００２４】
図中符号１００はユーザセットで、通信衛星Ｓ１〜Ｓ４との間で通信を行なうためアンテナ１１０と、内部にＮチャネルの受信系統１２１〜１２Ｎと、Ｎチャネルの送信系統１３１〜１３Ｎとを備えている。
【００２５】
このユーザセット１００と通信衛星Ｓ１〜Ｓ４との間の通信回線は、移動通信用個別チャネルとナビゲーション用共通チャネル（アップリンク）とナビゲーション用公共チャネル（ダウンリンク）とから成る。ナビゲーション用公共チャネルには、通信衛星Ｓ１〜Ｓ４からのナビゲーション信号及び誤差補正信号が伝送される。ナビゲーション用共通チャネルには、ユーザセット１００から各通信衛星Ｓ１〜Ｓ４へユーザセット１００で計測された計測位置情報が伝送される。
【００２６】
少なくともナビゲーション用共通チャネルの信号は、通信衛星Ｓ１〜Ｓ４との疑似距離を測定できるようなタイムマーカが付与されている。このタイムマーカで一般的なものとしては、スペクトラム拡散技術が挙げられる。すなわち、通信衛星Ｓ１〜Ｓ４はユーザセット１００に送出すべきナビゲーション信号にチャネル毎に異なる拡散符号を乗じることによりスペクトラム拡散変調する機能を有し、ユーザセット１００は、通信衛星Ｓ１〜Ｓ４からのナビゲーション信号を受信し、指定されたチャネル番号に相当する信号をスペクトラム逆拡散復調する機能を有している。
【００２７】
また、ナビゲーション用共通チャネルの信号は、暗号化されている。この暗号を解くための暗号鍵信号は、移動通信用個別チャネルでユーザセット１００に対して個別に送信されている。これにより、認証されたユーザセット１００のみが暗号鍵信号を取得し、ナビゲーション用共通チャネルの信号を解読することができるようになっている。
【００２８】
なお、ユーザセット１００は、航法局Ｅ１〜Ｅ３、軌道局１及び運営局２との間でも移動通信回線を介して通信を行なうことが可能である。
【００２９】
以上のように上記実施形態によれば、予め基準座標系で位置計測された地点に設置される航法局Ｅ１〜Ｅ３により例えば通信衛星Ｓ１との疑似距離及び疑似距離の変化率及び基準動作時刻誤差が観測され、この観測結果に基づいて軌道局１により通信衛星Ｓ１の位置・速度及び基準動作時刻誤差と、航法局Ｅ１〜Ｅ３の基準動作時刻誤差とが算出され、この算出結果情報が運営局２及びゲートウェイ局ＧＷを介して通信衛星Ｓ１に通知される。そして、通信衛星Ｓ１は、通知された算出結果に基づいて、ユーザセット１００に対しナビゲーション信号を送出して位置を計測させることができる。さらにユーザセット１００で計測された計測位置信号を通信衛星Ｓ１に送信することもできるようになる。すなわち、ユーザセット１００は、１つの通信衛星Ｓ１による移動通信システムで自装置の位置を計測できるようになる。
【００３０】
このため、ユーザセット１００を所持するユーザＵは、通信衛星Ｓ１を利用した単一の移動通信システムにより測位サービスを受けることができるとともに、ユーザが自分自身の位置や速度を決定したその結果を他に知らせることができる。従って、測位において信頼性が高くかつ安価なシステムを提供することができる。
【００３１】
また、上記実施形態では、ユーザセット１００と通信衛星Ｓ１との間の疑似距離測定手順において、通信衛星Ｓ１からユーザセット１００に送出すべきナビゲーション信号にチャネル毎に異なる拡散符号を乗じることによりスペクトラム拡散変調して送り、ユーザセット１００は、通信衛星Ｓ１からのナビゲーション信号を受信し、ユーザＵにより指定されたチャネル番号に相当する信号をスペクトラム逆拡散復調するようにしている。このため、ユーザセット１００側で通信衛星Ｓ１との疑似距離を測定することが可能となる。
【００３２】
さらに、上記実施形態では、ユーザセット１００の認証手順において、例えば通信衛星Ｓ１からユーザセット１００に送出すべきナビゲーション信号及び誤差補正信号を暗号化してユーザセット１００へ送出するとともに、暗号を解くための暗号鍵信号を暗号化信号とは別の移動通信用個別チャネルを介してユーザセット１００に送出し、ユーザセット１００は通信衛星Ｓ１から送出される暗号化信号を受信するとともに、移動通信用個別チャネルを介して送出された暗号鍵信号を受信し、この暗号鍵信号を使用して暗号化信号を解読するようにしている。このため、ナビゲーション信号及び誤差補正信号が平常な信号でなく暗号化されて送信され、その暗号鍵信号が正当な契約者であるユーザＵに送信されることになるので、測位サービスにおけるセキュリティが強化されるだけでなく、個人認証が可能な航法システムを構築でき、これにより、ユーザの管理が可能となり、技術とは関連のない政治的及び軍事的状況に関わりなく、全世界的な測位サービスの提供が可能となる。また、個人認証により課金が可能であることにより、通常行われている通信に対する課金と同様に、必要に応じて測位サービスの利用に対する課金も可能である。
【００３３】
また、上記実施形態では、運営局１は、ユーザセット１００から送信される測位情報の受信結果と、位置計測システムにより計測された測位情報とを比較照合し、この比較照合結果に基づき位置計測システムによる測位情報を基準座標系での位置情報に補正するための誤差補正情報を算出し、この誤差補正情報をユーザセット１００に送出するようにしている。このため、ユーザセット１００では、単一の移動通信システムにより測位サービスを受けることができるとともに誤差補正情報を受信して測位における誤差補正が行なえて高精度の位置決めができる。
【００３４】
なお、このシステムにおいて、ユーザセット１００は、移動通信用共用チャネルを介して例えば２つの通信衛星Ｓ１，Ｓ２に信号を送出し、航法局Ｅ１では、２つの通信衛星Ｓ１，Ｓ２からの信号を受信することで、ユーザセット１００の水平方向への位置決めを行なうようにしている。そして、位置決めによる測位情報は、ユーザセット１００に送出される。このようにすることで、ユーザセット１００を所持するユーザＵは、２つの通信衛星Ｓ１、Ｓ２を利用することにより信頼性の高い測位サービスを受けることができる。特に、建物が林立する都市部での継続的な測位が可能となる。
【００３５】
なお、上記実施形態では、航法局Ｅ１〜Ｅ３、軌道局１、運営局２及びゲートウェイ局ＧＷを含める地上設備を用いた移動通信システムにより測位を行なう例について説明したが、通信衛星にナビゲーション機能を設けておくようにすれば、通信衛星のみを用いた移動通信システムでも測位を行なうことが可能である。また、上記実施形態では、通信衛星Ｓ１〜Ｓ４を使用する例について説明しているが、１つの通信衛星Ｓ１とＧＰＳ衛星との組み合わせでも十分に実施可能である。
【００３６】
その他、通信衛星の構成や種類、ユーザセットの構成、航法局の数や種類等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、測位においてシステムのコストアップを極力抑え信頼性を向上させた上で、周囲の状況による影響を受けず個別に測位サービスを提供し得る測位情報提供サービスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係わる測位情報提供システムの一実施形態を示す概略構成図。
【図２】同実施形態のシステムで使用されるユーザセットの斜視図。
【符号の説明】
１…軌道局、
２…運営局、
３…管制局、
１００…ユーザセット、
１１０…アンテナ、
１２１〜１２Ｎ…受信系統、
１３１〜１３Ｎ…送信系統、
Ｓ１〜Ｓ４…通信衛星、
Ｅ１〜Ｅ３…航法局、
ＧＷ…ゲートウェイ局。

Claims

位置計測を行なう位置計測システムに適用され、
受信装置と、この受信装置との間で移動通信用共用・共通チャネル及び移動通信用個別チャネルから成る移動通信回線を介して通信を行なう通信衛星とを具備し、
前記通信衛星は、
前記位置計測システムにより自衛星の位置を計測する衛星側位置計測手段と、
この衛星側位置計測手段により計測された測位情報を前記移動通信回線を介して前記受信装置に送信する衛星側送信手段とを備え、
前記受信装置は、
前記通信衛星により送信される測位情報を受信する受信手段と、
この受信手段で受信された測位情報に基づいて、自装置の位置を計測する受信側位置計測手段とを備えてなることを特徴とする測位情報提供システム。
位置計測を行なう位置計測システムに適用され、
受信装置と、
この受信装置との間で移動通信用共用・共通チャネル及び移動通信用個別チャネルから成る移動通信回線を介して通信を行なう通信衛星と、
予め基準座標系で位置計測された地点に設置され、前記通信衛星及び前記受信装置との間で前記移動通信回線を介して通信を行なう地上装置とを具備し、
前記地上装置は、
前記位置計測システムにより自装置の設置位置を計測する地上側位置計測手段と、
この地上側位置計測手段で計測された測位情報を前記通信衛星に送出する地上側送信手段とを備え、
前記通信衛星は、
前記地上装置から送信される測位情報を受信する衛星側受信手段と、
この衛星側受信手段で受信された測位情報を前記移動通信回線を介して前記受信装置に送信する衛星側送信手段とを備え、
前記受信装置は、
前記通信衛星により送信される前記測位情報を受信する受信手段と、
この受信手段で受信された前記測位情報に基づいて、自装置の位置を計測する受信側位置計測手段とを備えてなることを特徴とする測位情報提供システム。
前記通信衛星の送信手段は、前記測位情報を暗号化し、この暗号化信号を前記移動通信用共用・共通チャネルを介して前記受信装置へ送出するとともに、前記暗号化信号を解読するために必要な暗号鍵信号を前記移動通信用個別チャネルを介して前記受信装置に送出し、
前記受信装置の受信手段は、前記通信衛星から前記移動通信用共用・共通チャネルを介して送出される暗号化信号を受信するとともに、前記移動通信用個別チャネルを介して送出された暗号鍵信号を受信し、この暗号鍵信号を使用して暗号化信号から測位情報を生成することを特徴とする請求項１または２記載の測位情報提供システム。