JP5755447B2 - 自律的軌道伝播システム及び方法 - Google Patents
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Description
a)GPS装置でソフトウェアが実行される。ソフトウェアは、予想されるナビゲーション衛星軌道位置データを計算し、次いで、その予想されるナビゲーション衛星軌道位置データを使用して、GPS装置の位置決定能力を加速し且つ改善することができる。全ての予想データ処理機能は、GPS装置に限定され、その中でローカライズされる。
b)シードジェネレータ、プロパゲーター、予想バッファ、及びAGPSインターフェイスエージェントの機能を、個別であるか一緒であるかに関わらず、実施するためにソフトウェア又はハードウェアモジュールがGPS装置に含まれる。
c)シードジェネレータモジュールは、GPS衛星の位置及び速度を決定すると共に、GPS衛星の力モジュールパラメータを、構成可能なインターバルにわたり真のブロードキャスト天体暦のローカル観察に基づいて計算する。
d)シードジェネレータモジュールは、異なるGPS衛星力モデルパラメータ、例えば、太陽圧力、一定加速度及び正弦波放射、クロストラック(cross-track)及びアロングトラック(along-track)項を、GPS装置における利用可能な計算プロセッサリソースに基づいて使用する。
e)シードジェネレータモジュールは、GPS衛星力モデルパラメータと、初期GPS衛星位置及び速度とを、同じGPS装置で実行されるプロパゲーターモジュールへ配送する。
f)プロパゲーターモジュールは、GPS装置内で、衛星位置及び速度を含む1組の予想される軌道状態ベクトル(OSV)を発生する。プロパゲーターは、シードジェネレータ機能により与えられる初期衛星位置及び速度を、シードジェネレータ機能により与えられるGPS衛星力モデルパラメータを使用して、初期衛星位置及び速度の時間とは異なる時間へ伝播することにより、これを行う。次いで、軌道に対する圧縮モデルが、それ自身の時間タグを各々もつ(例えば)1組の多項式の形態で、ローカル予想バッファ140に記憶される。
g)GPS位置計算モジュールも、例えば、チップセットに、又はソフトウェア機能として、搭載される。位置計算モジュールは、適当なモデルからのデータを、GPS計算モジュールに適したフォーマットへマップすることにより、予想バッファ140から導出された支援データで動作する。
h)支援データは、適当な予想バッファ140内のデータを衛星ナビゲーションデータモデルフォーマットへ変換することによってオンデマンドで導出され、そしてAGPSインターフェイスエージェントモデルにより、オンボードGPS位置計算モジュールにより要求される時間に且つそれにより要求されるフォーマットで、オンボードGPS位置計算モジュールに与えられる。
「AGPSインターフェイスエージェント」は、予想バッファを、AGPSモジュールに受け容れられるフォーマットの合成天体暦へと変換するためのソフトウェア又はハードウェアモジュールを意味する。
●太陽圧力:
○Cr[0]及びCr[1](y−バイアス及びx−zコンポーネント)
●一定加速度項:
○アロングトラック加速度:aAccelConst
○クロストラック加速度:cAccelConst
○半径方向加速度:rAcclConst
●及び1組の正弦波項:
○アロングトラック:aAccelS[2]、aAccelC[2]、
周期1、2軌道を有する
○クロストラック:cAccelS[2]、cAccelC[2]、
周期2、4軌道を有する
○半径方向:rAccelS[2]、rAccelC[2]、
周期1、2軌道を有する
●一定加速度項:
○アロングトラック加速度:aAccelConst
●及び正弦波項:
○半径方向:rAccelS[0]、rAccelC[0]
○アロングトラック:aAccelS[0]、aAccelC[0]
1)初速αを繰り返しスケーリングし(ブロードキャスト天体暦から)、第1の6時間に半径方向エラーを受けさせ、希望のスレッシュホールドより小さくし、典型的に、5メーターにセットする。満足すると、この速度をαoptと称し、次のステップへ進む。
2)正弦波半径方向加速度を最適化する(周期=1軌道):
a)A cos(ωt)+B sin(ωt)=C cos(ωt+δ)、即ちωの大きさ及び位相を表す。C=1e-8ms-2とする。異なる位相δ1・・・δmに対しC=1e-8ms-2で主たる半径方向エラーを計算し、そして半径方向エラーを最小にする位相δoptを保持する。
b)δoptを使用してCにわたって最適化し、半径方向エラーを最小にするCoptを得る。
c)先に計算した最悪のケースのアロングトラックエラー>スレッシュホールドの場合には、最大繰り返し数に達するまで、又は最悪のケースのアロングトラックエラー<希望のスレッシュホールドになるまで、アロングトラック加速度Aを適用し、その時点でAoptを決定する。
3)次いで、力モデル係数αopt、δopt、Copt及びAoptを軌道状態ベクトルと一緒にシードデータの一部分として合体する。プロパゲーター120は、それがシードデータを使用するときに、軌道の半径方向及びアロングトラック部分においてαoptをV0に、そしてCoptcos(ωt+δopt)及びAoptを適用することにより、衛星ごとに軌道を伝播することができる。
1.太陽/月の天体暦をモデリングするための(4日間有効な)多項式モデルの使用。これらのモデルは、月/太陽の国際天文基準事業(ICRS)の位置計算に対して固定点一致するようにポートすることができる。
2.回転当たり一度又は二度の半径方向及びアロングトラック正弦波摂動に関して半径方向及びアロングトラックの加速度エラーの一部分に対する分析方程式を決定する。
3.所与の1組の位置に関して半径方向及びアロングトラックの加速度エラーに対する初速の小さな変化の影響を決定する。
4.グロナス(GLONASS)ナビゲーションメッセージを使用し、グロナスシステムにおいて1時間有効基準を越えて軌道を伝播する。グロナスナビゲーションメッセージは、初速を24ビットに量子化し、そして(本発明に使用されるものより)低い精度の力モデルを使用して計算を最適化し、約1時間有効な天体暦を生じさせる。本発明において力モデル及びGPS天体暦フォーマットを使用するために、グロナスブロードキャスト位置及び速度は、(7パラメータ変換としても知られた)ヘルマート変換によりPZ90基準楕円体からWGS84楕円体へマップされるだけでよい。
1.GPS装置200がパワーオンされ且つAGPSチップセット130がRF信号からブロードキャスト天体暦データを復調するときに、このブロードキャスト天体暦が特定の構成可能なインターバル(例えば、6時間ごとに一度、又は12時間ごとに一度、等)で得られる場合には、そのコピーがシードジェネレータ110に与えられる(ステップ700)。
●GPS装置200のような衛星ナビゲーション又はポジショニング装置は、外部ネットワーク接続から外部支援を要求せずに、それ自身の支援データを自律的に予想し発生することができる。
●GPS装置200は、衛星軌道位置及び速度の予想を遂行するためにシードジェネレータ110及びプロパゲーター120を有している。
●シードジェネレータ110及び軌道プロパゲーター120は、GPS装置のプロセッサ能力及びアプリケーション要求に基づいて、異なる複雑さ及び精度の軌道予想モデルを使用することができる。
●一連の衛星位置及び初速がシードジェネレータ110により使用されて、GPS装置200の軌道プロパゲーター120への入力を準備する。
●GPS装置200が外部ネットワークインターフェイス540を有する場合に、外部支援データは、リアルタイムであるか合成であるかに関わらず、シードジェネレータ110及び軌道プロパゲーター120への入力として任意に使用することができる。
●ネットワークデータトラフィックのオーバーヘッドは、支援型GPSのような既存の外部支援技術に比して減少され又は排除される。
●本発明によるシステム及び方法は、いかなる衛星ナビゲーション又はポジショニングシステムにも適用できる。
●本発明によるシステム及び方法は、固定又は移動のいかなる形式のGPS装置/受信器と共に適用することもできる。
●本発明によるシステム及び方法は、通信ネットワークにわたってGPS及びAGPS技術との相補的な形態で使用することができる。
120:プロパゲーター
130:AGPSモジュール
140:予想バッファ
150:AGPSインターフェイスエージェント
180:AGPSサーバー
200:GPS装置
510:RF受信器
520:プロセッサ
530:メモリ
540:ネットワークインターフェイス
Claims (22)
- 衛星の位置を予想する方法において、
GNSS装置のRFアンテナにて衛星に関連した位置データ及び速度を受け取り、前記位置データ及び速度は、有効時間周期中有効であるようにするステップであって、前記GNSS装置は、前記RFアンテナにおいて、前記衛星に関連した少なくとも1つの他の位置データ及び速度を事前に受信している、前記ステップと、
前記GNSS装置が、前記有効時間周期中の時間にて、前記GNSS装置の予測バッファに記憶されている先に計算した軌道状態ベクトルを用いて決定された前記衛星の予想位置データ及び予想速度と、前記衛星の位置データ及び速度との間の半径方向エラー及びアロングトラックエラーを低減することによって、前記GNSS装置の位置決定能力を改善する、前記GNSS装置に記憶される軌道伝播モデルへの入力のための最適化された力モデル係数を計算するステップであって、前記先に計算した軌道状態ベクトルは、前記少なくとも1つの他の位置データ及び速度を前記軌道伝播モデルによって決定可能な予測衛星軌道位置及び速度に最良に整合させるために、力モデル係数の計算によって決定されている、前記最適化されたモデル係数を計算するステップと、
前記GNSS装置が、前記最適化された力モデル係数を用いて現在の軌道状態ベクトルを計算し、前記現在の軌道状態ベクトルを前記メモリ内に記憶して、該現在の軌道状態ベクトルが、前記衛星の軌道を予想時間周期内に伝播させるための初期状態として使用され、該予想時間周期の少なくとも一部が前記有効時間周期の後に生じるようにするステップと、
前記GNSS装置が、前記軌道を使用して前記衛星の位置を決定するステップと、
を備えた方法。 - 衛星の軌道を予想する方法において、
GNSS装置のRFアンテナにて衛星に関連した位置データ及び速度を受け取り、前記位置データ及び速度が有効時間周期中有効であるようにするステップであって、前記GNSS装置は、前記RFアンテナにおいて、前記衛星に関連した少なくとも1つの他の位置データ及び速度を事前に受信している、前記ステップと、
前記GNSS装置が、前記有効時間周期中の時間にて、前記GNSS装置の予測バッファに記憶されている先に計算した軌道状態ベクトルを用いて決定された前記衛星の予想位置データ及び予想速度と、前記衛星の位置データ及び速度との間の半径方向エラー及びアロングトラックエラーを低減することによって、前記GNSS装置の位置決定能力を改善する、前記GNSS装置に記憶される軌道伝播モデルへの入力のための最適化された力モデル係数を計算するステップであって、前記先に計算した軌道状態ベクトルは、前記少なくとも1つの他の位置データ及び速度を前記軌道伝播モデルによって決定可能な予測衛星軌道位置及び速度に最良に整合させるために、力モデル係数の計算によって決定されている、前記最適化されたモデル係数を計算するステップと、
前記GNSS装置が、前記最適化された力モデル係数を用いて現在の軌道状態ベクトルを計算し、前記現在の軌道状態ベクトルを前記メモリ内に記憶して、該現在の軌道状態ベクトルが、前記衛星の軌道を予想時間周期内に伝播させるための初期状態として使用され、該予想時間周期の少なくとも一部が前記有効時間周期後に生じるようにするステップと、
を含む、方法。 - 前記GNSS装置がGPS装置である、請求項2に記載の方法。
- 前記有効時間周期が過ぎたときに、前記GPS装置が、前記伝播された軌道を使用して前記衛星の位置を決定する、請求項3に記載の方法。
- 前記有効時間周期中、前記GPS装置が、前記位置データ及び速度を用いて前記衛星の位置を決定する、請求項3に記載の方法。
- 前記位置データ及び速度が、天体暦内で受け取られる、請求項3に記載の方法。
- 前記天体暦が、ブロードキャスト天体暦である、請求項6に記載の方法。
- 前記現在の軌道状態ベクトルが、前記メモリ内に多項式として記憶される、請求項3に記載の方法。
- 前記多項式が、前記衛星の位置を決定するために、前記GPS装置により合成天体暦に変換される、請求項8に記載の方法。
- 前記GPS装置のネットワークインターフェイスがAGPSサーバーと通信状態にあるときに、前記AGPSサーバーは、前記有効時間周期が過ぎたときに前記GPS装置に前記合成天体暦を提供する、請求項3に記載の方法。
- 前記力モデル係数が繰り返しによって計算される、請求項3に記載の方法。
- GNSS装置であって、
有効時間周期中有効である衛星に関連した位置データ及び速度を受け取るためのRF受信器と、
前記有効時間周期中の時間にて、前記衛星の予想位置データ及び予想速度と、前記衛星の位置データ及び速度との間の半径方向エラー及びアロングトラックエラーを低減することによって、前記GNSS装置の位置決定能力を改善する、前記GNSS装置に記憶される軌道伝播モデルへの入力のための最適化された力モデル係数を計算するためのプロセッサと、
を備え、前記予想位置データ及び予想速度が、前記GNSS装置のメモリ内に記憶されている先に計算した軌道状態ベクトルを用いて決定され、前記先に計算した軌道状態ベクトルは、前記RF受信器によって受信された少なくとも1つの他の位置データ及び速度を前記軌道伝播モデルによって決定可能な予測衛星軌道位置及び速度に最良に整合させるために、力モデル係数の計算によって決定され、前記プロセッサが、前記最適化された力モデル係数を用いて現在の軌道状態ベクトルを計算するようにし、
前記GPS装置が更に、前記軌道伝播モデル及び前記現在の軌道状態ベクトルを記憶するためのメモリを備え、前記現在の軌道状態ベクトルが、前記衛星の軌道を予想時間周期内に伝播させるためのものであり、前記予想時間周期の少なくとも一部が前記有効時間周期後に生じる、ことを特徴とするGPS装置。 - 衛星の位置を予想する方法であって、
GNSS装置のRFアンテナにて衛星に関連した天体暦を受け取り、前記天体暦が有効時間周期中有効であるようにするステップであって、前記GNSS装置は、前記RFアンテナにおいて、前記衛星に関連した少なくとも1つの他の天体暦を事前に受信している、前記ステップと、
前記GNSS装置が、前記天体暦を使用して前記有効時間周期にわたる複数の時間間隔に対する前記衛星の位置データ及び速度を計算するステップと、
前記GNSS装置が、前記有効時間周期にわたる前記複数の時間間隔の各々にて、前記GNSS装置のメモリ内に記憶されている先に計算した複数の軌道状態ベクトルを用いて決定された前記衛星の予想位置データ及び予想速度と、前記有効時間周期にわたる前記複数の時間間隔の各々にて前記衛星の天体暦から導出された位置データ及び速度との間の半径方向エラー及びアロングトラックエラーを低減することによって、前記GNSS装置の位置決定能力を改善する、前記GNSS装置に記憶される軌道伝播モデルへの入力のための最適化された力モデル係数を計算するステップであって、前記先に計算した軌道状態ベクトルは、前記少なくとも1つの他の天体暦の導出された位置データ及び速度を前記軌道伝播モデルによって決定可能な予測衛星軌道位置及び速度に最良に整合させるために、力モデル係数の計算によって決定されている、前記最適化されたモデル係数を計算するステップと、
前記GNSS装置が、前記最適化された力モデル係数を用いて現在の軌道状態ベクトルを計算し、前記現在の軌道状態ベクトルを前記メモリ内に記憶して、該現在の軌道状態ベクトルが、前記衛星の軌道を予想時間周期内に伝播させるための初期状態として使用され、該予想時間周期の少なくとも一部が前記有効時間周期後に生じるようにするステップと、
前記GNSS装置が、前記軌道を用いて前記衛星の位置を決定するステップと、
を含む、方法。 - 前記GNSS装置がGPS装置である、請求項13に記載の方法。
- 前記有効時間周期が過ぎたときに、前記GPS装置が、前記伝播された軌道を使用して前記衛星の位置を決定する、請求項14に記載の方法。
- 前記有効時間周期中、前記GPS装置が、前記位置データ及び速度を用いて前記衛星の位置を決定する、請求項14に記載の方法。
- 前記天体暦が、ブロードキャスト天体暦である、請求項16に記載の方法。
- 前記天体暦が、合成天体暦である、請求項16に記載の方法。
- 前記現在の軌道状態ベクトル及び先の時間周期に対する軌道状態ベクトルが、前記メモリ内に多項式として記憶される、請求項14に記載の方法。
- 前記多項式が、前記衛星の位置を決定するために、前記GPS装置により合成天体暦に変換される、請求項19に記載の方法。
- 前記GPS装置のネットワークインターフェイスがAGPSサーバーと通信状態にあるときに、前記AGPSサーバーは、前記有効時間周期が過ぎたときに前記GPS装置に前記合成天体暦を提供する、請求項14に記載の方法。
- 前記力モデル係数が繰り返しによって計算される、請求項14に記載の方法。
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