JP6165430B2 - 衛星システムからの精確な絶対時刻の転送 - Google Patents

Description

本発明は概して時刻の転送に関し、さらに具体的には、衛星ベースの時刻転送及びナビゲーション技術に関するものである。

様々な既存の衛星ナビゲーションシステムによって提供されている既存のナビゲーション及びタイミング信号はしばしば十分なシステム性能を提供しないことがある。具体的には、上記ナビゲーション及びタイミング信号の信号出力、帯域幅、及び幾何学的効力は概して、多くの厳しい運用例の要件を満たすのに不十分である。

例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ）信号に基づく既存のナビゲーション及びタイミング法は、多くの場合ナビゲーションのユーザに利用可能なものではない。通常、ＧＰＳ受信機は三次元の位置決定及び精確な時刻転送を可能にするために、少なくとも４つの同時測距源を受信しなければならない。しかしながら、ＧＰＳ信号は多くの場合、提供される信号出力又は形状がビルの谷間又は建物の壁を容易に通り抜けるには不十分である。例えば、携帯電話又はテレビ信号に基づくその他のナビゲーション法では通常、垂直方向のナビゲーション情報が欠落している。

既存のシステムでは、例えば慣性ナビゲーションシステム、特殊化した航路標識、及び感度の高いＧＰＳシステム等の様々な方法を使用することによって、屋内のナビゲーション能力不足に対処しようと試みてきた。しかしながら、慣性ナビゲーションシステムには、ずれが生じ、費用も高くかかる。航路標識は費用が高く、標準化されていないために特殊な有用性のみを有する特殊な固定資源が必要であり、高精度のＧＰＳシステムは多くの場合、屋内環境でのＧＰＳ信号の弱さのためにユーザの期待に応えるように機能しない。

ある実施形態において、衛星から精確な絶対時刻を転送取得する方法は、衛星から周期的な反復コードを含む精確な時刻信号を受信し、コードのタイミング位相を決定し、追加の支援情報を受信し、タイミング位相と追加の支援情報を使用して、精確な絶対時刻を決定することを含む。

別の実施形態では、減衰又は妨害環境においてナビゲーションを行う方法は、第１衛星から受信した信号のフレーム構造を検出し、受信装置のクロックを検出したフレーム構造に整合させ、フレーム構造にしたがってそれぞれ分かれた複数の時刻推定値を生成し、ここでは少なくとも一つの時刻推定値が第２衛星の信号に整合され、時刻推定値を受信装置のシステム相関器に供給し、システム相関器を時刻推定値に整合させ、第２衛星からの信号源に整合した少なくとも１つの時刻推定値を識別し、ここでは少なくとも１つの時刻推定値により、受信装置に良好な支援情報が提供され、検出効率が大幅に向上することを含む。

別の実施形態では、減衰又は妨害環境における使用に適した受信装置は、衛星から周期的な反復コードを含む精確な時刻信号を受信し、追加の支援情報を受信するアンテナと、プロセッサと、コンピュータによって読取可能な複数の命令を記憶するメモリを含み、このコンピュータによって読取可能な複数の命令がプロセッサによって実行されると、受信装置が、コードのタイミング位相を決定し、タイミング位相と追加の支援情報を使用して精確な絶対時刻を決定する。

別の実施形態では、減衰又は妨害環境での使用に適した受信装置は、第１衛星から周波数帯域のフレーム構造を含む精確な時刻信号を受信し、第２衛星から第２信号を受信するアンテナと、プロセッサと、コンピュータによって読取可能な複数の命令を記憶するメモリを含み、このコンピュータによって読取可能な複数の命令がプロセッサによって実行されると、受信装置が、第１衛星のフレーム構造を検出し、受信装置の内部クロックを第１衛星のフレーム構造に整合させ、第１衛星のフレーム構造にしたがってそれぞれ分かれた複数の時刻推定値を生成し、ここでは少なくとも１つの時刻推定値が第２衛星からの信号に整合されており、受信装置のシステム相関器を時刻推定値に整合させ、良好な支援情報が受信装置に供給されるように第２衛星からの信号に整合された少なくとも１つの時刻推定値を識別する。

別の実施形態では、衛星からの精確な絶対時刻をデバイスへ転送する方法は、メッセージングチャネルからフレーム構造を有するデータを受信し、このデータを使用して衛星と衛星の位置を識別し、衛星の識別と位置を使用して信号の移動時間についての修正を行い、データを時刻基準として使用して、受信機のクロックをフレーム構造に整合させ、受信機のクロックがフレーム構造に整合したら、衛星から周期的な反復コードを含む精確な時刻信号を受信し、コードのタイミング位相を決定し、タイミング位相を使用して精確な絶対時刻を決定することを含む。

別の実施形態では、減衰又は妨害環境における使用に適した受信装置は、衛星捕捉チャネル又はメッセージングチャネルから信号を受信するアンテナと、プロセッサと、受信機のクロックと、機械によって読取可能な複数の命令を記憶するメモリを含み、この機械によって読取可能な複数の命令がプロセッサによって実行されると、受信装置が、捕捉チャネル又はメッセージングチャネルからフレーム構造を有するデータを受信し、データを使用して衛星の識別と衛星の位置を決定し、衛星の識別と衛星の位置を使用して信号の移動時間についての修正を行い、データを時刻標準として使用して、受信機のクロックをフレーム構造に整合させ、受信機のクロックがフレーム構造に整合されたら、衛星から周期的な反復コードを含む精確な時刻信号を受信し、コードのタイミング位相を決定し、タイミング位相を使用して精確な絶対時刻を決定する。

別の実施形態では、衛星システムは衛星を含み、この衛星は、第１データ信号を捕捉チャネルで伝送し、第２データ信号をメッセージングチャネルで伝送し、メッセージチャネルにより、時間パラメータ値から推定可能な既知のパターンにしたがって周波数が変更され、タイムスロットが変更され、各データ信号には、受信機が精確な絶対時刻を利用できる情報が含まれている。

本発明の範囲は、参照することによってこの部分に組み込まれる請求項によって定義される。当業者は、一又は複数の実施形態の下記の詳細説明を考慮すると同時に追加の利点を認識することによって、本発明の実施形態をさらに完全に理解することができる。添付の図面を参照し、まず簡単に説明する。

図１は本発明の一実施形態による、閉塞又は妨害環境において機能できるナビゲーションシステムの概観図である。 図１Ａは本発明の一実施形態による受信装置３０２の機能ブロック図である。 図２は本発明の一実施形態による衛星から精確な絶対時刻を転送取得する方法を示すフローである。 図３は本発明の一実施形態による低地球軌道（ＬＥＯ）衛星の時刻転送構造信号の図である。 図３Ａは一実施形態による受信した衛星信号のコード位相を決定する方法のフロー図である。 図３Ｂは本発明の一実施形態による減衰又は妨害環境において時刻の転送とナビゲーションを行う方法を示すフロー図である。 図４は本発明の一実施形態にしたがって無線ネットワークステーションの位置特定を行うために衛星を使用する自己形成ナビゲーションシステムを示す図である。 図５は本発明の一実施形態にしたがって衛星信号と無線ネットワーク信号を統一させることによってジオロケーションを行う方法を示すフロー図である。 図６は本発明の別の実施形態にしたがって、衛星信号と無線ネットワーク信号を統一することによってジオロケーションを行う方法を示すフロー図である。 図７は本発明の一実施形態によるシンプレックスタイムスロットとその他のタイムスロットを含む時間間隔の図である。 図８は本発明の一実施形態にしたがって衛星から精確な絶対時刻を転送取得するための受信機を起動する方法を示すフロー図である。 図９は本発明の一実施形態にしたがって受信装置を実装するのに使用可能な様々なコンポーネントを示すブロック図である。

本発明の実施形態、及びそれらの利点は下記の詳細説明を参照することによって最適に理解される。一又は複数の図面に示す類似の要素を識別するために同じ参照番号が使用されている。

本明細書で説明した様々な実施形態によれば、衛星、例えば低地球軌道（ＬＥＯ）衛星を採用するシステムは例えば携帯電話、又はその他の小型デバイス等の受信装置（又は受信機とも呼ばれる）を強化して、かなりの減衰、閉塞又は妨害環境においてでさえも機能できるようにするために使用可能である。本明細書の一又は複数の実施形態によるナビゲーションシステムは、全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星等の既存の発信源から受信した基本的に弱い信号に起因する受信装置の現在の問題に対処可能である。

例えば通信衛星等の特定の衛星からの信号は一般に、例えばＧＰＳ等のその他既存の測位システムからの信号よりも強力である。上記衛星のうちの一つは低地球軌道衛星（ＬＥＯ）のコンステレーション・イリジウムである。ある実施例では、ＬＥＯ衛星、例えばイリジウム衛星から受信した信号と連動する受信装置は、受信機のアンテナにおける減衰が約４５ｄＢ未満の信号レベルと連動可能であるが、ＧＰＳ構成の受信装置は通常上記レベルでは機能しない。イリジウム構成の受信装置は、イリジウム衛星信号をより効果的に利用することによって、通常のＧＰＳ構成の受信装置が動作を停止するであろうレベルよりも約１５〜２０ｄｂ低いところで動作可能である。

様々な実施形態によれば、衛星システムからの精確な時刻信号を含む上記の強力な信号を使用して、例えば約１〜１０マイクロ秒の精度で精確な絶対時刻を決定することができる。また、上記の強力な信号を例えば携帯電話ネットワーク、インターネットネットワーク、又はＷｉＦｉ等のその他の地上ベースのインフラストラクチャからの情報とともに受信装置に転送することができる。一又は複数の実施形態によれば、衛星信号から導出した精確な絶対時刻は十分精確であるため、システム相関器が非常に狭い期間に焦点を合わせやすくなる。複数の相関器が閉塞又は妨害環境において使用される時に、精確な時刻基準という強みがないと、相関プロセスは長時間にわたる検索によって計算の負担がかかり、このような条件下においては受信機は機能し得ない。しかしながら、（約１０マイクロ秒内の精度を有する）精確な絶対時刻の転送では、受信装置（又はユーザ）は、大幅な減衰又は妨害環境においてでさえも受信装置のシステム相関器を整合させることによって、ＧＰＳ等の測位システムからナビゲーション信号をより良好に受信しトラッキングすることができる。したがって、本発明の実施形態は、大幅な減衰又は妨害環境においてＧＰＳ又はその他何らかの測位衛星システムを支援することができる。当然ながら、精確な絶対時刻転送を、例えばネットワークの同期等のその他の用途に使用することもできる。

様々な実施形態において、上述した受信装置は既知の周波数（例えば、いくつかの実施形態ではイリジウムリングチャネルを捕捉に使用する）を使用して、（例えば受信機の起動とも呼ばれる）ＬＥＯ衛星信号を捕捉することができる。捕捉チャネルが利用できない環境（例えば、捕捉チャネルの特定の周波数において信号が妨害される、又はその他の干渉が起きる場合）では、代替実施形態の受信機は衛星システムの（例えば捕捉チャネルとは別のチャネル等の）捕捉チャネルを使用して、時刻交替伝送（例：周波数ホッピング）のために受信機を起動させることができる。ある実施形態では、例えば（受信機を含む）システムは、「一次的な」衛星捕捉周波数（例：チャネル）が妨害されている、又はそうでない場合受信機に届いておらず、同じ衛星の伝送内でありうる「二次的な」周波数（例：チャネル）を使用して、精確な絶対時刻を受信機に供給することができるチャネルを捕捉する方法を使用することができる。

妨害器は捕捉チャネルだけに力を集中させてその妨害の可能性を高めて、捕捉チャネルの機能性、したがってそのシステムの機能性を不能にすることができるため、例えばイリジウムリングチャネル（例：捕捉チャネル）等の（例えばそのタイムスロットの一定の搬送周波数と結合した一定のタイムスロット等の）既知の固定チャネルを使用して衛星と受信機との間の通信を確立するシステムは、妨害の影響を受けやすい。上記問題に対処するために、衛星システムの追加のチャネルでタイミング及びその他の情報の二次的な伝送を提供することができる。例えば、イリジウムでは、追加情報を４つの追加のメッセージングチャネルで提供する、又は１０メガヘルツ（ＭＨｚ）のイリジウム周波数帯域全体にわたって同報伝送することも可能であり、妨害器が効果的になるためには帯域の全範囲に力を及ぼす必要があるため、妨害器の妨害の可能性が下がる。４つの周波数のみにおいてでさえ、上記同報伝送の相対伝送出力及び信号符号化スキームにより、捕捉チャネル（例：既知の固定チャネル）の処理利得を超える追加の処理利得を得ることができ、既知の固定チャネルだけを使用するシステムと比較して、妨害に対する脆弱性がさらに低減する。

代替実施形態では、一次的な（例：捕捉チャネル）及び二次的な（例：追加の）チャネルは同じ衛星コンステレーション内の異なる衛星にあってよく、または異なるコンステレーションにあってもよい。ある実施形態では、代替伝送情報及びタイミングデータを一よりも多いチャネル（例えば異なる周波数及びタイムスロット）を介して伝送して、妨害に対する抵抗性を最大限にすることができる。別の実施形態では、システムは衛星以外の伝送源を使用して、例えば無線のネットワーク信号を介して、又は無線通信を含む地上ネットワークを通して衛星から代替情報を伝送することができる。

ここで、本発明の実施形態を示すためであり、本発明の実施形態を限定するものではない図面を参照する。図１は、本発明の一実施形態にしたがって閉塞又は妨害環境において機能できるナビゲーションシステム３００の概観図である。

図１の実施形態に示すように、ナビゲーションシステム３００において、受信装置３０２（例：携帯電話）は衛星３０６から信号３０９を受信し、この信号３０９には従来のナビゲーション衛星からの全地球測位システム（ＧＰＳ）信号（保護された及び／又は保護されていないＧＰＳ信号）を含むことができる。加えて、受信装置３０２は低地球軌道（ＬＥＯ）衛星であってよい衛星３０４から信号３０５を受信する。さらに、受信装置３０２は例えば携帯電話ネットワーク、インターネットネットワーク、ＷｉＦｉネットワーク、及び／又はその他のネットワークを含みうるネットワーク３０８から信号３０７を受信する。衛星３０４から受信した信号３０５は、衛星３０４で符号化された精確な時刻信号を含む。ネットワーク３０８を介して受信した信号３０７は、例えば衛星３０４に関連する軌道情報、受信装置３０２のおおよその位置、衛星３０４と受信装置３０２間のおおよその範囲（例：約３０００m以内）、おおよその時刻情報（例：約５秒以内のおおよその時刻）、衛星３０４に関連するタイミングバイアス情報（例：衛星クロックのオフセット）、及び／又はその他の情報等の追加の支援情報を含むことができる。

一以上の実施形態によれば、衛星３０６はｉＧＰＳシステム等の統合された高性能ナビゲーション及び通信システムの一部であってよい。衛星３０６はまた、例えば全地球軌道ナビゲーションシステム（ＧＬＯＮＡＳＳ）を含むその他何らかの測位システム衛星の一部であってもよい。

ある実施例では、衛星３０４はＬＥＯ衛星であってよく、ＬＥＯ衛星は（例えばイリジウム又はグローバルスター衛星システム等の）既存の通信システムの衛星によって実行可能である。イリジウム衛星を使ってＬＥＯ衛星１０８を実装する一実施例においては、ナビゲーション信号の処理を円滑化するため、イリジウム衛星のフライトコンピュータのプログラムを適当なソフトウェアを用いて作り直すことができる。グローバルスター通信衛星を使って衛星３０４を実装する別の実施例では、衛星ベントパイプアーキテクチャにより新しい種々の信号形式に対応する形に地上機器を改良することができる。

ＬＥＯ通信衛星として衛星３０４を実装する実施形態では、ＬＥＯ通信衛星は通信信号だけでなくナビゲーション信号をサポートすることができる。この点において、マルチパス拒否、測距精度、相互相関、対妨害・干渉耐性、及び選択的アクセス、スプーフィング防止、及び低傍受確率を含む安全性等の様々な因子を考慮して、上記ナビゲーション信号を実行することができる。

受信装置３０２は、適切なハードウェア及び／又はソフトウェアで実行して、様々な宇宙及び地上の測距発信源から信号を受信しデコードしてナビゲーションを行うことができる。上記信号は例えば、ＧＰＳ（又はその他何らかの測位システム（例：Ｇｌｏｎａｓｓ））、ＬＥＯ（例：イリジウム又はグローバルスター衛星システム）、広域補強システム（ＷＡＡＳ）、欧州静止ナビゲーションオーバーレイサービス（ＥＧＮＯＳ）、多機能衛星補強システム（ＭＳＡＳ）、ガリレオ、準天頂衛星システム（ＱＺＳＳ）、及び／又は移動衛星ベンチャー（ＭＳＶ）衛星からの衛星ブロードキャストを含む。上記信号はまた、携帯電話ネットワーク、テレビネットワーク、インターネットネットワーク、ＷｉＦｉ、ＷｉＭＡＸ、全国車両インフラ統合（ＶＩＩ）ノード、及びその他の好適な発信源を含みうるネットワーク３０８からの地上ブロードキャストを含む。受信装置３０２は、参照することにより全体が本明細書に組み込まれる、２００８年５月１３日発行の米国特許第７３７２４００号明細書に記載された様々な実施形態にしたがって、実装することができる。

受信装置３０２はさらに、他の宇宙・地上測距発信源のブロードキャスト信号を受信し、これをもとにナビゲーションを遂行するように構成でき、実施形態によってはかかる構成が望ましい。加えて、ここで説明する妨害保護を提供するため、例えば微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスとして実装された、慣性測定装置（ＩＭＵ）により受信装置３０２を構成することもできる。

受信装置３０２は特定の用途に応じて所望の構成で実装できる。例えば受信装置３０２は種々の実施形態において、携帯電話として、ｉＧＰＳ受信機として、手持ち型ナビゲーション装置として、車両搭載ナビゲーション装置として、航空機搭載ナビゲーション装置として、またはその他のタイプの装置として、実装できる。ある実施形態では、受信装置３０２の位置はユーザの位置と一致する。

図１Ａは、本発明の実施形態によって示す受信装置３０２の機能ブロック図である。受信装置３０２は、一以上の衛星から衛星信号３０１０を受信する多重周波数アンテナ３０２０を含む。アンテナ３０２０はまた、例えば図１のネットワーク３０８から信号を受信することもできる。アンテナ３０２０は、一以上の予め選択したフィルタ３０３０、増幅器３０４０、及びＡ／Ｄ変換器３０５０に連結される。合成器３０７０は、温度制御水晶振動子（ＴＣＸＯ）３０８０から信号を受信し、Ａ／Ｄ変換器３０５０、慣性３０８５及びメモリとプロセッサ（図示せず）を含むコンピュータ３０６０に連結される。システム相関器はプロセッサによって実装される。コンピュータ３０６０は、慣性３０８５からの生の測定値と合成器３０７０及びＡ／Ｄ変換器３０５０からの入力値を受信して、位置、高度、及び時刻３０９０の出力を生成する。Ａ／Ｄ変換器３０５０のサンプリング速度は、受信装置３０２が対象の全てのバンドをベースバンドにダウンコンバートするように、おおむね決定される。

一以上の実施形態によれば、稼働中に受信装置３０２が閉塞又は妨害され信号３０９（例：ＧＰＳ信号）を衛星３０６から受信できない位置において、受信装置３０２はネットワーク３０８に支援を要求するメッセージを送ることができる。ネットワーク３０８は次に追加の支援情報を決定する。受信装置３０２は次にネットワーク３０８を通して取得した追加の支援情報を含む信号３０７を、衛星３０４から受信した精確な時刻信号を含む信号３０５と併せて使用して、そのシステム相関器を整合させて衛星３０６からの信号３０９（例：ＧＰＳ信号）受信を改善することにより、閉塞環境又は妨害環境においてであってもナビゲーションを遂行することが可能になる。

ここで、本発明の実施形態にしたがって衛星から精確な絶対時刻を転送取得する方法を示すフロー図である図２を参照する。ある実施形態において、図２は図１のナビゲーションシステム３００とともに使用するように実装できるが、例えばネットワーク同期等のその他のシステム又は用途に使用するように実装することも可能である。（図１に示すような）衛星３０４から受信した信号３０５により、追加の支援情報を含む信号３０７と結合した時に位置特定が可能になる。追加の支援情報はネットワーク３０８を通して受信装置３０２に送ることができる。

ブロック３５０では、受信装置３０２は衛星３０４からの精確な時刻信号を含む信号３０５を受信する。精確な時刻信号は、衛星３０４から周期的に反復する特定のコードとして受信される。当然ながら、特定のコードは例えば擬似ランダムコード等の任意の数のコードを含む。ある実施例では、イリジウム衛星はおおむね２３秒ごとに反復する擬似ランダムコードをブロードキャストする。その他の実行形態は、交互コード構造を含む。例えば、上記のある実行形態では、粗いタイミングコードの次に擬似ランダムコードが続く。この実行形態では、粗いタイミングコードは純粋な搬送周波数の反復セグメントを含み、このセグメントは受信装置３０２によって簡単に検出され、例えばドップラーシフトを決定する等の様々な工程に使用可能である。この実行形態の擬似ランダムコードを使用して、高い精度で絶対時刻を決定することができるが、受信装置３０２にとっては粗いタイミングコードよりも検出するのが難しい。この点において、受信装置３０２は粗いタイミングコードを使用して擬似ランダムコードを受信すると予想されるおおむねの時刻を効率的に決定することができる。

様々な実施形態において、衛星３０４から受信した信号３０５には詳細のナビゲーション情報を含む必要がなく、衛星３０４のうちの一つの衛星からの信号３０５の単一ブロードキャストを使用して支援技術を開始することができる。さらに、信号３０５のタイミング精度は通常のＧＰＳ衛星の性能より十分低下しているが、１０マイクロ秒の規模の精度で十分である。ある実施例では、受信装置３０２は減衰環境又は閉塞環境（例：屋内）において動作可能であり、ここでは受信装置３０２は衛星３０４から信号３０５を受信することができるが、信号３０９の低電力及び環境の減衰により、衛星３０６から信号３０９を受信することができない。イリジウム衛星については例えば、反復可能な擬似ランダムコードの構造により、アンテナにおける減衰が最大約４５ｄＢ、つまりほとんどのＧＰＳ受信機が受信できない値よりもさらに約１５ｄＢ上回る大幅に減衰した環境においてでさえも、受信装置３０２が擬似ランダムコードを追尾することが可能になる。受信装置３０２はまた、例えば民間背景において競合信号によって信号３０９が妨害される可能性のある環境、又は例えば軍事背景において敵によって信号３０９が意図的に妨害される環境においても動作可能である。

ブロック３５２では、衛星３０４からの信号３０５の（下記において「ｎ」又は「コード位相」とも呼ばれる）コードの相対タイミング位相は、受信装置３０２によって低データ速度相関を使用して決定される。例えば、受信装置３０２を使用して信号３０５によって供給される高電力の非ＧＰＳの精確な時刻信号のコードを追尾し、タイミング位相を約３マイクロ秒未満以内で決定することができる。

ブロック３５４では、受信装置３０２はネットワーク３０８を通して追加の支援情報を含む信号３０７を受信する。あるいは、例えば受信装置３０２が減衰環境を出たり入ったり移動している場合に、衛星３０４から追加の支援情報を受信することができる。一般には、追加の支援情報のアップデート速度はどちらかといえば遅く、原則的には２４時間以上記憶されうる。ある実施形態では、追加の支援情報は、コードのブロードキャストの開始時刻、タイミング伝送の予想周波数、非ＧＰＳ衛星軌道のモデル、及びブロック３５０で説明した衛星３０４から受信する精確な時刻信号の忠実度を改善しうる時刻バイアス修正情報を含むことができる。さらに、（例えば数秒以内の精度の）おおよその時刻はネットワーク３０８を通して又は受信装置３０２のローカルクロックによって提供される。

ブロック３５６では、コードのタイミング位相を例えば、図３に関連して下に説明する数式４０６にしたがってネットワーク３０８を通して受信可能な追加の支援情報と組み合わせることによって、コードのタイミング位相が精確な絶対時刻に変換される。

ここで、本発明の一実施形態による低地球軌道（ＬＥＯ）衛星の時刻転送構造信号を示す図３を参照する。図３の時刻転送構造は、ある実施形態にしたがって図１のナビゲーションシステム３００で使用するように実装可能であるが、その他のシステム又は例えばネットワーク同期等の用途にも使用することができる。この実施形態では、衛星３０４はイリジウム衛星とともに実装される。イリジウム衛星用の時刻転送信号が記載されているが、当然ながら本明細書の説明を変更してその他の衛星システムに適切なものとすることができる。図３の実施例において、信号３０５は各衛星３０４によって繰り返しブロードキャストされている１０Ｋバッファサイクル４０２を含む。各１０Ｋバッファサイクルは９９８３バイト、又は７９８７２ビット、又は２５６メッセージ、又は４６．０８秒と等しい。１日当たりは１８７５バッファサイクルである。バースト当たり３１２ビット又は８．２８ミリ秒（ｍｓ又はｍｓｅｃ）と等しい（メッセージとも呼ばれる）メッセージフレーム４０４も記載されている。その他のビットは衛星３０４によって予め規定されている。メッセージフレーム４０４の３１２ビットはおおむね、声が９０ミリ秒ごとにアップデートされる例えば電話等の通信が発生するペイロードビットである。各フレームは０．１８秒（１８０ミリ秒）ごとに反復し、全てのビットを使用してメッセージフレーム４０４の端を検出することができる。バーストはメッセージフレーム４０４内の特定された「タイムスロット」だけオフセットされる。

例えば擬似ランダムコードが３１２ビットの場合、２５６メッセージを有する完全バッファがある。この実施例では、各メッセージはその他のコードと混同しないためにそれ自体の擬似ランダムコードを有する。擬似ランダムコードは約２０〜４０秒ごとに反復する。既知の単純な擬似ランダムコード（又はその他のコード）を用いて、２５６のメッセージ間を区別して大幅な処理利得を得ることができる。ある実施形態では、（例えば搬送周波数の検出を促進する）粗い単純なコードと、（例えばより精確な時刻の整合を可能にする）より精確な擬似ランダムコードとを交互にすることができる。

ある実施例において、受信装置３０２を使用して今の時刻を決定することができる。バッファがロードされブロードキャストが開始する。受信装置３０２は正確な周波数に変更され、Ｌ帯域フレームのビットを探す。受信装置３０２はバッファのｎ番目のメッセージと一致するコードを見つける。しかしながらこれでは時刻を知ることができず、ただｎ番目のメッセージ（または反復コードの「コード位相」）であることのみがわかる。Ｌ帯域フレームは約９０ミリ秒ごとに反復し、バッファに対するＬ帯域フレームカウント（ＬＢＦＣ）は、バッファの開始からカウント中のＬ帯域フレームへ経過したおおよそ９０ミリ秒間隔の数として各Ｌ帯域フレームについて計算することができる。

図２のブロック３５２及び３５４に記載するように、タイミング位相情報と追加の支援情報を図２のブロック３５６に記載するように組み合わせて、数式を形成して、数式４０６を使用して時刻が決定される図３の実施形態に対して下記の実施例にあるように正確な絶対時刻を得ることができる。数式４０６では、２５６の固有メッセージは４６．０８秒ごとに反復すると仮定する。

（数１）
時刻＝１２：００ａｍ開始時刻＋（Ｎ−１）×４６．０８秒＋（ｎ−１）×０．１８秒＋タイムバイアス＋レンジ／Ｃ（光の速度）

ここで、データリンクを介して送られる衛星３０４のバッファプレイバックの既知の開始時刻は、図３の数式４０６に示すように規定日の１２：００ａｍである。（「現在のバッファサイクル」とも呼ばれる）「Ｎ」は、開始時刻後に２５６メッセージの擬似ランダムコードブロックが反復する回数である。ある実施形態では、「Ｎ」は約１０秒未満の精度で受信装置３０２のローカルクロックによって決定することができる。例えばメッセージが１２：００ａｍにブロードキャストされ、受信装置３０２がネットワーク３０８に同期したクロックを有する場合、受信装置３０２は現在のバッファサイクル「Ｎ」を決定することができる。つまり、受信装置３０２は特定の既知の変数に基づいて回数「Ｎ」の決定を助ける。

パラメータ「Ｎ」は反復シーケンス内のコード位相である。数式４０６の実施例では、時刻メッセージは０．１８秒ごとに再生され、２５６の固有擬似ランダムメッセージを含む。その後、擬似ランダムコードは最初から反復する。したがって、「ｎ」は１〜２５６の間の数である。「ｎ」は例えば擬似ランダムコードを使用して衛星３０４から測定され、約１０マイクロ秒未満の精度である。時刻メッセージは１８０ミリ秒ごとに反復し、Ｌ帯域フレームは９０ミリ秒ごとに反復するため、Ｌ帯域フレームカウント、ＬＢＦＣと、「ｎ」との関係は図３に示すように、おおよそＬＢＦＣ＝２×ｎであることがわかる。

受信装置３０２がどのメッセージを受信したかを認識すると、コード位相「ｎ」を決定することができる。受信装置３０２はノイズが存在するところでおいてさえも、相関を行ってどのメッセージを受信したかを決定することができる。例えば、ノイズがある場合、ランダムビットを受信し、その後メッセージ、そしたまたランダムビットを受信する。このため、メッセージはノイズによって破損し、破損したビット値を含む可能性がある。長いメッセージ、例えば１０００ビットのメッセージが送られたと仮定すると、ビットを受信したビットと比較することができる。例えば９８０ビットが正しい場合、次の１０００ビットを比較し、ピークに到達するまでこれを繰り返す。正しいビットの数が平均数を上回った時にピークに到達する。１０００ビットのメッセージを送る実施例では、ピークが例えば６００である場合、これが正しいメッセージであると決定される。このため、メッセージは特定の時刻においてノイズが存在しているところで受信され統計的に決定される。受信した衛星信号のコード位相「ｎ」を決定する方法は、一実施形態にしたがって下の図３Ａに記載される。

「時刻バイアス」はシステム３００の全てのタイミングバイアスを表すことができ、衛星３０４のクロック及び／又は伝送シーケンスの既知のタイムスロット変更における測定エラーを補正することができる。タイムスロットは衛星３０４によって提供される、又は基準ステーションによって測定される、又はサービスの一部として固定される又は予測可能である。図３の実施例では、９０ミリ秒のイリジウムのメッセージフレームをタイムスロットに分割することができる。図３に示すように、バーストが生じ、メッセージフレーム内の特定のタイムスロットだけオフセットする。受信装置３０２はネットワーク３０８を通してどのタイムスロットを使用するかを知ることができる。ネットワーク３０８は、例えばブロードキャスト周波数及び／又はその他の要因によって頻繁に変化する伝送周波数、つまり伝送サブバンド等の基本情報を提供する。

「レンジ」は、衛星３０４と受信装置３０２との間の距離を表し、データリンクを介して送られる衛星３０４の軌道モデル、受信装置３０２の位置の適切で正確な情報、及び（衛星の軌道モデルへの入力値である）おおよその時刻を使用して計算される。ある実施形態において、約１０マイクロ秒内の精度を得るために、レンジの推定値は約３０００ｍの精度でなければならず、これは地上の水平精度の約２００００ｍに匹敵する。このレベルの位置づけは簡単に、例えばセルネットワーク技術を介して実現可能である。さらに、単純なビームカバレッジ法を用いて、ユーザがどの非ＧＰＳ衛星ビームに現在位置しているか、及び最新のビームの時間履歴の情報に基づいて受信装置３０２の位置を決定することができる。その他多数の粗い位置決定法も適切に用いることができる。ある実施形態では、衛星３０４の衛星軌道情報（天体位置表）は、様々な時点における衛星のコンステレーション内の衛星３０４の位置等の情報、及び受信装置３０２が衛星３０４から精確なクロック値を取得するために使用することができるその他の情報を含む。この実施形態では、ネットワーク３０８は１キロ未満以内で受信装置３０２（又はユーザ）の位置を簡単に決定することができる。レンジの精度は約３キロであってよい。受信装置３０２のおおよその時刻を軌道情報とともに使用して、衛星３０４の位置を決定することができる。衛星３０４のレンジが決定した後で、これを次に（「Ｃ」とも呼ばれる）光の速さで割る。

図３Ａは一実施形態にしたがって受信した衛星信号のコード位相を決定する方法のフロー図である。図３Ａに衛星３０４がイリジウム衛星を含むある実施例を示す。ブロック２０１０では、データを含む信号をイリジウム衛星から受信し、（図１Ａに示すように）適切なアンテナ、増幅器及びダウンコンバータを有する受信装置で全イリジウム周波数帯域にわたって収集することができる。ブロック２０２０では、受信データを例えば１６０６ＭＨｚだけダウンコンバートし、データを例えば一秒あたり５０Ｍサンプルでサンプリングすることができる。

ブロック２０３０において、サンプリングされたデータを捕捉し、適切なブロック、例えば一秒セグメントのブロックのメモリに記憶することができる。

ブロック２０４０では、サンプリングされたデータの粗い取得検索が行われる。この実施例では、詳細処理のために約９ミリ秒のデータを選択する。捕捉データのドップラーは、既知の軌道モデル及び推定時刻を使用して推定することができる。データは既知の（又は推定される）周波数のサブバンド及びアクセスに基づく正弦及び余弦関数でデジタル的に復調される。復調はまた推定ドップラー周波数も含む。データは次に、例えば約１１１の因数で間引きすることができる。高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を間引きデータに使用して、最高ピークと関連周波数を決定することができる。関連周波数を使用して次の反復における復調をさらに改善することができることを注記したい。一般に復調の結果ＤＣが発生するが、不完全なドップラー推定では一般に低周波数成分が発生する。次に、下記の１ミリ秒ブロックのサンプリングデータを考察し、プロセスを繰り返し行う。

ブロック２０５０では、処理データのピークについてスクリーニングして整合性のチェックを行う。例えば、ピークは「ｎ」×９０ミリ秒だけ離れている。

ブロック２０６０においてピークがスクリーニングされたら、粗いピーク＋１８０ミリ秒−０．５×ウィンドウの位置において詳細の取得を行うことができる。ウィンドウはコードがあると予想される時刻のレンジを表す。例えば、受信データをコードの１２８の非ゼロメッセージに対して相互相関し、その次に相互相関の最高ピークを記録し、タイムステップを特定の数のマイクロ秒で増加させることができる。このプロセスはその後、ウィンドウの持続時間中繰り返すことができる。

ブロック２０７０では、どのメッセージによって最高ピークが生成されたかを知ることにより、また相対時刻を知ることによって、データが捕捉された時に受信装置によりコード位相が決定される。コード位相が決定されると、図３の数式４０６に対して上述したように、精確な絶対時刻を決定することができる。

一以上の実施形態にしたがって上述した技術により精確な絶対時刻が計算された後で、精確な絶対時刻は例えばネットワーク同期等の多様な用途に、又は例えばＧＰＳ等の位置決定システムへの支援として使用することができる。

位置決定支援実施形態において、上述したように決定された精確な絶対時刻を用いて、例えばＧＰＳ受信機等の受信装置３０２の「焦点を合わせる」又は受信装置３０２の相関器の調整をすることができる。この場合、ＧＰＳ受信機は多様な平行位置決定システム相関器を有することができ、（本明細書に説明した技術を使用して）十分に時刻整合されると、この平行位置決定システム相関器は妨害環境又は減衰環境においてでさえも、例えばＧＰＳ衛星等の衛星３０６から例えばＧＰＳ信号等の信号３０９をロックオンすることができる。

受信装置３０２はまたドップラーシフトを補正することもでき、ドップラーシフトとは、オブザーバーに対して放射源が動くことよって発生する放射波の周波数の変化である。衛星が空を移動すると、衛星信号の伝送周波数が変化する。時刻の情報を使用することによって、受信装置３０２はドップラーシフトを予測し補正して正しい周波数を取得することができる。一実施形態では、ドップラーシフトを下記の数式によって計算することができる。

（数２）
ドップラー＝レンジレート ÷ Ｃ × 標準の伝送周波数

上述したように、衛星３０４のレンジとは、受信装置３０２の位置と衛星３０４の位置との間の距離である。レンジレートとは、例えば２つの異なる時点の間を移動した距離に基づく速度の測定値とは違う、レンジ及び時刻の関数である。最後に、上記のドップラー数式において、例えばイリジウム衛星の予定伝送周波数はおよそ１．６ＧＨｚである。「Ｃ」は光の速さである。

ネットワーク３０８は、衛星の情報だけでなく信号の前調整情報を提供し、これによりドップラーシフトが発生した時に、信号は必要に応じて変化して調和したままに保たれる。

衛星３０４のドップラープロファイルもまたタイミング情報を決定するための支援となる。受信装置３０２は経時的に衛星３０４から受信する様々な信号３０５を監視することができる。衛星３０４が頭上を移動する時に発生するドップラーシフトを決定することによって、受信装置３０２は、受信装置３０２の位置の精確な決定とタイミング情報を得ることができる。したがって、図３の数式４０６を再び参照すると、受信装置３０２の位置の推定は衛星３０４のドップラープロファイルを参照することによって行うことができる。

したがって、上述した実施形態において、数式４０６による精確な絶対時刻を、宇宙ネットワーク（例：一以上の衛星３０４及び／又は３０６）をサポートする地上ネットワーク（例：ネットワーク３０８）がある受信装置３０２に送ることができる。

下に図３Ｂに対してさらに詳しく説明する別の実施形態では、例えば、イリジウム衛星のネイティブＬ帯域バースト構造信号を使用することによって、上述したように提供される追加の支援情報なしに精確な絶対時刻を得ることができる。様々な実施形態では、衛星３０４は例えばイリジウム等のＬＥＯ衛星であってよく、衛星３０６はＧＰＳ衛星であってよい。上記実施形態では、イリジウム衛星は１６１０〜１６２５ＭＨｚのＬ帯域構造による周波数を使用することが知られている。ＧＰＳキャリアはまたＬ帯域内にあり、１１７６．４５ＭＨｚ（Ｌ５）、１２２７．６０ＭＨｚ（Ｌ２）、１３８１．０５ＭＨｚ（Ｌ３）、及び１５７５．４２ＭＨｚ（Ｌ１）周波数に中心をおく。イリジウムとＧＰＳ周波数が近接しているために、受信装置３０２は余分なアンテナを必要とせずに、イリジウム及びＧＰＳ衛星システムの両方の衛星システムから信号を受信することができる。

各イリジウム衛星は、協定世界時（ＵＴＣ、Ｆｒ．Ｔｅｍｐｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｅｌ Ｃｏｏｒｄｏｎｎｅ、グリニッジ標準時又はグリニジ平均時）に対し１０マイクロ秒の精度でクロックドリフトなしに監視され維持される内部クロックを維持する。したがって、イリジウム衛星によって提供されるＬ帯域信号はおおよそ１０マイクロ秒内でＵＴＣ時と正確に協調する。Ｌ帯域イリジウム衛星信号は９０ミリ秒フレームで構造化されている。したがって、イリジウム衛星信号のＬ帯域フレームの端を決定することによって、正確なタイミング情報を得ることができる。

ここで、本発明の一実施形態にしたがって減衰環境又は妨害環境において時刻の転送及びナビゲーションを行う方法のフロー図を示す図３Ｂを参照する。図３Ｂに示す方法は、図１のナビゲーションシステムとともに実行可能であるが、この実施形態においてはネットワーク３０８を介して提供される追加の支援情報は利用できない。

ブロック５０２では、衛星３０４から（例えばＬ帯域イリジウム衛星信号によって実行された時に）ブロードキャストされた信号３０５のフレーム構造が受信装置３０２によって検出される。明確に定義された又は正確なコードがなくても、受信装置３０２はイリジウム伝送信号のＬ帯域フレームを検出することができる。この実施形態ではネットワーク３０８からの追加の支援情報が利用できないと仮定しているため、受信装置３０２は絶対時刻の連続的な推量又は推定を行う。十分な事前情報を有することにより、時刻推定の数は多くの場合妥当な数となるはずである。例えば、イリジウムフレーム構造の１００フレーム内に一つＧＰＳ秒が含まれる。したがって、時刻推定又は推測の数は１００回に減らすことができる。

ブロック５０４では、連続的な推定値が生成された後で、受信装置３０２のローカルクロックを衛星３０４の信号３０５のフレーム構造に整合させる。

ブロック５０６において、フレーム構造信号にしたがってそれぞれ分離された複数の時刻推定値が生じ、少なくとも一つの時刻推定値が衛星３０６の信号３０９に整合される。

ブロック５０８において、時刻推定値は受信装置３０２の平行相関器に供給される。平行相関器は次に時刻推定値にしたがって整合される。

ブロック５１０において、衛星３０６の信号３０９に整合した時刻推定値が識別され、受信装置３０２に支援情報が供給される。この支援情報により、衛星３０６の信号３０９を効率的に検出する受信装置３０２の性能が上がる。つまり、衛星３０４の実装にイリジウム衛星が使用される実施形態にしたがって上述したように、多数の平行通話を効果的に利用して、例えば衛星信号のフレーム構造のフレーム端を決定することが可能である。この実施例において、イリジウムは９０ミリ秒のフレーム構造を有する。１００フレームごとに、それと並んで対応するＧＰＳ秒がある。したがって、１００フレームを試みることによって支援情報を得ることは、無限数の推定を試みることによって支援情報を得るよりもたやすいため、フレーム端を知るだけで、ＧＰＳ処理が大幅に改善される。

図面１〜３Ｂに対して上述された一以上の実施形態にしたがって精確な絶対時刻を取得するシステム及び方法を使用して、（例えばＷｉＦｉ送受信機、ＷｉＦｉ対応デバイス、８０２．１１対応デバイス、又はその他の無線デバイス等の）無線ネットワークステーションの調査を即時に開始することによって屋内のナビゲーションを促進することができる。一以上の実施形態によれば、上述した精確な絶対時刻を使用することによって、無線ネットワークステーション（例：インターネットホットスポット及び／又はその他の種類の無線ネットワークステーション）は受信装置３０２に対し（調査対象の位置を有する）位置決定航路標識として機能する。この結果、受信装置３０２のローミングユーザが屋内環境においてナビゲーションを行うことができる。

図４は本発明の一実施形態による、衛星を使用して無線ネットワークステーションの位置特定を可能にする自己形成型ナビゲーションシステム３００ａを示すものである。図４において、受信装置３０２ａは、無線ネットワークステーション７０２、７０４、及び７０６からの支援情報を含む測距信号７０１、７０３、及び７０５を受信するように構成されている。各無線ネットワークステーション７０２、７０４、及び７０６はネットワーク７０８と信号通信しており、衛星３０４ａからも精確な時刻及び測距信号７１０を受信する。ある実施形態では、受信装置３０２ａの位置はローミングユーザの位置と対応する。

当然ながら、無線ネットワークステーション７０２、７０４、及び７０６は、ＷｉＦｉ送受信機だけでなくその他の無線ネットワークステーションデバイス、機器構成、及び／又はネットワークを含むことができる。さらに、ネットワーク７０８はインターネット又は例えば携帯電話ネットワーク又はＴＶネットワーク等のその他の適切なネットワークを含みうる。

本発明の実施形態にしたがって、供給された衛星信号と無線ネットワークステーション信号を統合することによってジオロケーションを行う方法のフロー図を示す図５を参照する。図５のフロー図は、図４のナビゲーションシステムで使用するように実行可能である。この実施形態において、例えばイリジウム衛星及びＧＰＳ衛星からの衛星信号をＷｉＦｉ又は８０２．１１タイプの信号と統合させることができる。

ブロック８０２において、受信装置３０２ａは精確な絶対タイミングコード信号７１０を、（図１〜３Ｂに対し一以上の実施形態にしたがって上述したように）例えばＬＥＯ衛星等の衛星３０４ａから例えばブロードキャストされた擬似ランダムコード等の反復コードの形態で受信する。1-3B).

ブロック８０４では、受信装置３０２ａは無線ネットワークステーション７０２、７０４、及び／又は７０６を介して支援情報を受信する。

ブロック８０６では、精確な絶対タイミングコード信号７１０を無線ネットワークステーション７０２、７０４、及び／又は７０６からの支援情報とともに使用して、数マイクロ秒の精度内の精確な絶対時刻を決定する。

ブロック８０８では、例えばＧＰＳ相関器等の受信装置３０２ａのシステム相関器を、精確な絶対時刻を使用して整合させて、閉塞環境における例えばＧＰＳ位置決定等の位置決定をしやすくする。

ブロック８１０では、受信装置３０２ａは、精確な絶対時刻を使用することによって決定した位置決定情報を使用して、無線ネットワークステーション７０２、７０４、及び７０６の位置を調査する。

ブロック８１２では、受信装置３０２ａは測距コードで伝送される無線ネットワークステーション７０２、７０４、及び７０６の位置情報を受信する。

ブロック８１４では、受信装置３０２ａは一以上の無線ネットワークステーション７０２、７０４、及び７０６からの位置決定情報と測距情報を結合させることによって絶対ジオロケーションを行う。

ある実施形態において、所望する場合は、ローミングユーザの位置（例：受信装置３０２ａの位置）を無線ネットワークステーション７０２、７０４、及び７０６を通して伝えることにより、ユーザのトラッキングをしやすくすることができる。

図６は、本発明の別の実施形態にしたがって衛星信号と無線ネットワーク信号を統合することによってジオロケーションを行う方法のフロー図を示す。図６のフロー図を図４のナビゲーションシステムに使用するように実行可能である。この実施形態において、航路標識として機能している無線ネットワークステーションの位置決定はまた、例えばイリジウム衛星信号（のみ）とＷｉＦｉ又は８０２．１１タイプの信号を（より長い統合時間で）統合することによって実現可能である。

当然ながら、ブロック８０２〜８０６の図５に対して上述した方法をこの実施形態において使用して、数マイクロ秒の精度内で精確な絶対時刻を決定することができる。絶対時刻が決定したら、図６のブロック９１０において、受信装置３０２ａのシステム相関器は絶対時刻を使用して整合し、閉塞環境における位置決定をしやすくする。

ブロック９１２では、受信装置３０２は経時的に複数の衛星の（例えばイリジウムｉＧＰＳ測距コード等の）衛星の測距コードを測定する。

ブロック９１４において、無線ネットワークステーション７０２、７０４、及び７０６は不動であり、測距コードは例えば軌道情報等の衛星の情報及びタイミング信号が結合される。

ブロック９１６では、受信装置３０２ａは繰り返して通過する複数の衛星（例：イリジウム）を統合することによってマルチラテレーションを使用して位置決定の計算をする。

ブロック９１８では、ＷｉＦｉ送受信機７０２、７０４、及び７０６の位置が位置決定情報を使用することによって調査される。

ブロック９２０では、受信装置３０２ａは測距コードで伝送されたＷｉＦｉ送受信機７０２、７０４、及び７０６の位置の情報を受信する。

ブロック９２２では、受信装置３０２ａは一以上のＷｉＦｉ送受信機７０２、７０４、及び７０６からの位置決定情報及び測距情報を結合させることによって、絶対ジオロケーションを行う。

図７は本発明の一実施形態によるシンプレックスタイムスロット及びその他のタイムスロットを含む（フレーム又はタイムフレームとも呼ばれる）時間間隔７００を示す。図７に示すように、時間間隔７００は約９０ミリ秒の長さであり、約２０．３２ミリ秒にわたるシンプレックスタイムスロット、各々約８．２８ミリ秒の長さの４つのアップリンクタイムスロットＵＬ１〜ＵＬ４、及び４つのダウンリンクタイムスロットＤＬ１〜ＤＬ４を含む。

通信チャネルは（例えばナビゲーションシステム３００又はイリジウム衛星ネットワーク等の）通信システム又は衛星システムにおいて、（例えば時間間隔７００等の）９０ミリ秒フレームを使用した時分割二重（ＴＤＤ）に基づくハイブリッド時分割多重アクセス周波数分割多重アクセス（ＴＤＭＡ／ＦＤＭＡ）アーキテクチャを使用して実行することができる。特有のチャネルは例えば特定のＦＤＭＡ周波数（例：搬送周波数帯域）及びＴＤＭＡタイムスロット（例：図７に示すシンプレックス、アップリンク、又はダウンリンクタイムスロット）であってよい。チャネルはまた、例えば許容範囲の同一チャネル干渉制限、又はタイム多重化等のその他のチャネル干渉回避法を実行することによって異なる地理的な位置において再利用することもできる。したがって、チャネルの割り当てには周波数キャリアとフレーム内のタイムスロットの両方が含まれうる。

ある実施形態では、シンプレックスタイムスロットは、世界中のユーザが広く捕捉チャネルを使用できるように、全世界的に一定に保たれる既知の周波数を使用することができる捕捉チャネルを含むことができる。 捕捉チャネルはダウンリンクチャネルであってよく、ダウンリンクチャネルはユーザの呼出しを完了させるためにどの周波数にアクセスすべきかを含みうる警告をユーザのデバイスに送るＴＤＭＡを使用してフォーマットされている。捕捉チャネルのＴＤＭＡ構造により、例えば時間間隔７００等の一フレームで複数の警告を送ることが可能になる。また、例えばその他のチャネルは、チャネルの捕捉及びハンドオフを可能にするために必要な情報を提供することによって、（例えば携帯電話、又はその他の小型電子デバイス等の）ユーザのデバイスをサポートすることができる。

捕捉チャネルを同様に用いて、（例えば携帯電話、又はその他の小型電子デバイス等の）ユーザの機器にチャネル捕捉及びハンドオフの情報を提供することができる。これが攻撃下のクリティカルアセットに関連して使用されるかもしれない状況では、捕捉チャネルが妨害された場合に、緊急に必要とするときに主要なアセットが利用できない可能性がある。このような状況を緩和するには、一以上の周波数（例えば、イリジウム衛星システムでは４つのメッセージングチャネルが利用可能である）で第２の送信をブロードキャストすることができる。原則的には、第２の送信は例えば、１０ＭＨｚのイリジウム周波数帯域全体にわたってブロードキャストすることができる。上記の広域スペクトルの第２送信には例えば、衛星システムを妨害しようとする上で、１０ＭＨｚのスペクトル全体にわたってその力を広げるための妨害器が必要であり、このため、妨害器の妨害する潜在能力を低下させることになる。

ある例示の実施形態、例えばイリジウムシステムでは、シンプレックスタイムスロットチャネル（例：捕捉チャネル及びメッセージングチャネル）に対して１２周波数のアクセス帯域がリザーブされている。これらのチャネルは世界的に割り当てられている１６２６．０〜１６２６．５ＭＨｚの５００ｋＨｚ帯域に位置している。これらの周波数アクセスはダウンリンク信号にのみ使用可能であり、シンプレックスタイムスロットにおいてはこれらの周波数のみが送信されうる。イリジウム実施例の下記の表１に示すように、シンプレックスタイムスロットにおいては４つのメッセージングチャネルと一つのリングアラートチャネルが利用可能である。

リングチャネルが何らかの理由で利用できない（例えばリングチャネルが妨害されている）時は、シンプレックスタイムスロットにおいてリングチャネル（リングアラートチャネル）とともに代替周波数に位置する４つのメッセージングチャネルを、チャネル捕捉及び精確な絶対時刻の転送に使用することができる。（表１に示す）イリジウムのメッセージングチャネルはそれぞれ第４、第３、第２、及び第１のメッセージングチャネルであるチャネル３、４、１０、及び１１である。このため、ある実施形態では、衛星は時間パラメータ値（例：周波数ホッピング、ＴＤＭＡ／ＦＤＭＡ）から計算できる既知の（推測的な）又は予測可能なパターンにしたがって、捕捉チャネル（例：イリジウムのリングチャネル）で、及びメッセージングチャネル（例：タイムスロット及び周波数）で、（例えば受信装置が精確な絶対時刻を利用可能なＬ帯域フレームを含むリングメッセージデータ等の）データ信号を送信することができる。

特定の情報（例えばＬＢＦＣ，宇宙ビークル特定（ＳＶＩＤ）、衛星のｘ、ｙ、及びｚ位置座標）を使用して、受信機のクロックを許容可能な精度に整合させて、（例えば表１に示すメッセージング周波数のうちの一つ等の）周波数の検出を可能にすることができる。捕捉チャネルの利用可能性がないところにおいて（例えばＬＢＦＣ、ＳＶＩＤ等の）捕捉に使用されるデータを全体的に、ある代替メッセージングチャネル内で位置確認することができる。ある代替実施形態では、捕捉データは例えば異なる暗号を有する複数の代替メッセージングチャネル全体のパーツに位置していてもよい。上記実施形態は、一般的な情報の権限なしのアクセス利用の可能性をさらに低減するために、又は一つの暗号化又は両方の暗号化方法を悪徳ユーザが利用する心配がある場合に、有用に実行することができる。例えば、高い安全性が要求される状況においては、一つのメッセージングチャネルでは捕捉データの第１部分が一つの暗号化方法を介して受信装置に供給され、捕捉データの第２部分が第２の暗号化方法を介して供給される。さらに、別のチャネルにアクセスするために一つのチャネルを介して追加の安全性情報にアクセスできるという点において、捕捉データを入れ子化することができる。

図８は本発明の一実施形態にしたがって衛星から精確な絶対時刻を転送取得するために受信装置を起動させる方法８００を示す。ブロック１０１０において、（例えば本明細書に記載した様々な受信装置のいずれか等の）受信装置が、例えば低地球軌道（ＬＥＯ）衛星（例：イリジウム衛星）であってよい衛星３０４等の衛星から捕捉チャネルを介してデータを受信しようとする。受信装置は、捕捉チャネルから（「訪問メッセージ」とも呼ばれる）リングメッセージの形態でデータを受信しようとする。

通常のリング又は訪問メッセージはデコードされると、ＬＢＦＣ＝４８５２１５７８４；ＳＶＩＤ＝３４；ビームＩＤ＝６；Ｘ座標＝１２７；Ｙ座標＝−１１４０；Ｚ座標＝１１０２等の情報を含むことができる。

これに関しては、ＳＶＩＤを使用してどの衛星がメッセージの情報を中継しているのかを知ることができる。情報を提供するためにビームＩＤ番号を必要としないが、参照することによって全体が本明細書に組み込まれる２０１０年４月８日出願の米国特許出願番号第１２／７５６９６１号明細書に例えば記載されるようなジオロケーションを用いた適用可能な用途の受信装置によって使用されうる。Ｘ、Ｙ、及びＺ座標は、衛星の位置の座標であり、宇宙ビークル（衛星）から受信装置までの信号の移動時間を修正するのに使用できる。Ｘ、Ｙ、Ｚ座標をジオロケーションに使用することもできる。

ＬＢＦＣ番号に関しては、イリジウムバーストシーケンスは９０ミリ秒ごとのいわゆるＬ帯域フレームに生じる。ＬＢＦＣ番号は事実上マイクロ秒の精度を有するクロックである。ＬＢＦＣ番号は例えば、（「ｅｒａ」とも呼ばれる）既知の基準開始時刻から９０ミリ秒フレームの数をカウントする３２ビットの数であってよい。例えば、午前１２時の開始時刻が図３に示されている。Ｌ帯域フレーム（したがってＬＢＦＣ）の端はマイクロ秒のレベルの精度であるため、リングメッセージは９０ミリ秒ごとに時を刻む非常に正確なクロックとして機能し、使用することができる。

ブロック１０１５において捕捉チャネルが利用可能である場合、受信装置は捕捉チャネルからリングメッセージデータを受信することができ、そして本方法はブロック１０３０に続く。さもなければ、本方法はブロック１０２０に続く。

これに関して、既知の固定の周波数チャネル（例：捕捉チャネル）を上述した主要な捕捉情報を得るための唯一の予測可能な位置として頼ると、応用対象をサポートするためにイリジウムを用いるすべての重要な供給源が干渉にさらに弱くなる可能性がある。この同じ主要な捕捉情報を上述のシンプレックスタイムスロットメッセージングチャネルに入力することで、ブロック１０２０において特定された受信装置が、（例えば上述したチャネル３、４、１０、１１等の）メッセージングチャネルの一つから（例えばリングメッセージデータ等の）チャネル捕捉データを受信しようと試みる（例えば代替メッセージングチャネルの中を探索する）。リングメッセージデータをシンプレックスタイムスロットメッセージングチャネルに入力することで、衛星システムが複数の周波数に妨害の脅威を広げることができ、信号出力を９ｄＢ上げて衛星システムを妨害に対してさらに強固にすることができる。

ブロック１０３０では、受信装置はメッセージングチャネルのうちの一つで（例：又はブロック１０１５で決定したように利用可能である場合は捕捉チャネルを介して）暗号化されたリングメッセージデータを受信することができる。様々な実施形態では、リングメッセージデータのコード化を特別なユーザ（例：米軍）のために特に暗号化することができる。

例えば、特別なユーザにさらなる優先度を与えるために既存のイリジウム衛星システムを再フォーマットするいくつかの異なる方法があってよい。あるオプションでは例えば、呼び出し優先順位及び優先レベルを追加的に拡張してさらなるレベル、割り当てレベル、例えばサービス品質（ＱｏＳ）又はサービスレベル（ＬｏＳ）を含める、又はシステムにレベルキューイング方法を加える。例えば、重大な用途に対する呼び出しには、特定の数、例えば４によって表されるより高い優先度を割り当てることができる。これらの呼び出しが捕捉チャネルにアクセスできなかった場合、呼び出しには必要な情報にアクセスするための４つのチャネルのうちの一以上のチャネルのバックアップ周波数が含まれうる。加えて、加入者同定モジュール（ＳＩＭ）カード又はその他同様に機能するデバイスをイリジウムの捕捉制御スキーム用に定義された特定捕捉クラスでプログラミングすることができる、又は捕捉制御スキームをこの特例を満たすように拡張することができる。これらの特例用の信号を暗号化して安全性のレベルをさらに高めることができる。暗号化されたリングメッセージデータは、ブロック１０４０において受信装置によって解読しダウンコンバートすることができる。

ブロック１０５０において、受信装置は解読したリングメッセージデータを使用して、リングメッセージデータが送られた衛星を特定し、リングメッセージデータ内の位置座標情報を使用して、衛星と受信装置との間の信号の移動時間についての修正を行うことができる。精確な時刻を得るために、受信装置は図３に示す数式４０６と類似の下記数式：

（数３）
時刻 ＝ ＬＢＦＣ × ９０ミリ秒 ＋ 現在の日付及び開始時刻
のＬ帯域フレームカウント（ＬＢＦＣ）を使用することができる。

上記の数式において、現在の日付及び開始時刻はシステムに対して定義された既知の日付及び時刻に基づくものであってよく、受信装置はこの事前情報を有していてよい。各Ｌ帯域フレームは９０ミリ秒ごとに繰り返される（ＬＢＦＣインクリメント、例えば勘定に１を加える）。（例えば、受信装置が信号を受信する瞬間等の）Ｌ帯域フレームの端により、受信装置が受信装置の時刻をマイクロ秒レベル（例えばブロック１０６０において受信装置のローカルクロックを整合させる等）の精度に維持することが可能になる。受信装置はまず信号の移動時間に対して修正を行うが、これをするためには、受信装置はデータを供給している衛星（ＳＶＩＤ）、及び衛星が適切な座標系の（Ｘ、Ｙ、及びＺ座標）空のどこに位置しているかを知らなければならない。これらの情報はいずれも上述したように、リングメッセージデータにおいて利用可能である。さらに精度を高めるために、受信装置が衛星の軌道モデルにアクセスできるとよい。受信装置は軌道モデルを局所的に有することができる、又は軌道モデルはネットワーク（例：ネットワーク３０８）上で送られてもよく、受信装置は必要に応じて情報の読み出し及び処理のためにアクセスすることができる。

ブロック１０７０では、受信装置は上述したように受信した衛星信号のコード位相を決定するために、ブロック２０１０から始まる図３Ａのプロセスを行うことができる。

図９は本発明の一実施形態にしたがって受信装置１１００を実行するために使用可能な様々なコンポーネントを示すブロック図である。これについては、受信装置１１００を使用して本明細書に記載される様々な受信装置を全て実行することができる。例えば、ある実施形態において、受信装置１１００を使用してナビゲーションデバイスを実行することができる。

受信装置１１００はアンテナ１１１０、無線周波数（ＲＦ）フロントエンド及びデジタイザー１１１５、プロセッサ１１２０、クロック１１３０、メモリ１１４０、及びその他のコンポーネント１１５０を含むことができる。

アンテナ１１１０は、本明細書に記載される様々な実施形態にしたがって信号を送る及び／又は受けるために使用する一以上のアンテナとして実装可能である。

ＲＦフロントエンド及びデジタイザー１１１５は、増幅器、無線周波数ダウンコンバータ、及びアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータを含むことができる。ＲＦフロントエンド及びデジタイザー１１１５は、アンテナ１１１０からの信号を処理して、信号から得た情報をプロセッサ１１２０へ提供する。

プロセッサ１１２０は、一以上のメモリ１１４０、及び一以上の持続的な機械（又はコンピュータ）によって読み取り可能な媒体１１９０（又は両方）に記憶された（例えばソフトウェア等の）適切な命令を実行することができる一以上のプロセッサとして実装可能である。クロック１１３０（例：受信機のクロック）は、上述した様々な技術によって整合される又は動作するクロックであってよい。

その他のコンポーネント１１５０を使用して、受信装置１１００のその他全ての望ましい特徴を実行することができる。当然ながら、適切な場合には、本明細書に記載した一以上の衛星は、図９に示すのと同じ、類似の、又は補完的なコンポーネントで実行することが可能である。

ある実施形態によれば、ローミングユーザの位置を（必要に応じて）無線ネットワークを通して伝えることによって、ユーザのトラッキングを促進することができる。

測距を決定するために、例えば到着時刻の差が決定される。ＷｉＦｉ送受信機は例えば電話又はコンピュータ等の受信装置３０２ａへメッセージを送ることができ、受信装置がメッセージを受信するとすぐにメッセージがＷｉＦｉ送受信機に返信される。コンピュータ又は電話の処理期間は周知である。ＷｉＦｉ送受信機は、受信装置３０２ａがＷｉＦｉ送受信機に応答するのにかかった時間を知っている。したがって、到着時刻の差（ＤＴＯＡ）を計算することができ、到着時刻の差は受信装置の処理期間と受信装置がＷｉＦｉ送受信機へ返信するのにかかった時間をプラスしたものと等しい。

必要に応じ、本発明によって提供される様々な実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせを使用して実行することができる。また必要に応じ、本発明の精神から逸脱せずに、本発明に記載される様々なハードウェアコンポーネント及び／又はソフトウェアコンポーネントを、ソフトウェア、ハードウェア、及び／又はこれらの両方を含む複合コンポーネントに組み合わせることができる。必要に応じ、本発明の精神から逸脱することなく、本明細書に記載した様々なハードウェアコンポーネント及び／又はソフトウェアコンポーネントを、ソフトウェア、ハードウェア、又はこれら両方を含むサブコンポーネントに分離することができる。さらに、必要に応じ、ソフトウェアコンポーネントをハードウェアコンポーネントとして実装することができ、反対にハードウェアコンポーネントをソフトウェアコンポーネントに実装することができる。

本発明によるソフトウェア、例えばプログラムコード及び／又はデータを、一以上のコンピュータによって読み取り可能な媒体に記憶させることができる。本明細書で特定されたソフトウェアは、ネットワーク化された、及び／又はそれ以外の一以上の汎用コンピュータ又は特定目的のコンピュータ及び／又はコンピュータシステムを使用して実装可能である。必要に応じて、本明細書に記載された様々なステップの順番を変更する、組み合わせて複合ステップにする、及び／又は分けてサブステップとして、本明細書に記載された特徴を提供することができる。

上述した実施形態は説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。また当然であるが、本発明の原則にしたがって多数の変形及び変更が可能である。したがって、本発明の範囲は下記の請求項によってのみ定義されるものである。

３００ ナビゲーションシステム
３０２ 受信装置
３０４ 衛星
３０５ 信号
３０６ 衛星
３０７ 信号
３０８ ネットワーク
３０９ 信号
３０１０ 衛星信号
３０２０ 多重周波数アンテナ
３０３０ フィルタ
３０４０ 増幅器
３０５０ Ａ／Ｄ交換器
３０６０ コンピュータ
３０７０ 合成器
３０８０ 温度制御水晶振動子
３０８５ 慣性
３０９０ 位置、高度、時刻の出力
４０２ バッファサイクル
４０４ メッセージフレーム
４０６ 数式
３００ａ 自己形成型ナビゲーションシステム
３０２ａ 受信装置
３０４ａ 衛星
７００ 時間間隔
７０１ 測距信号
７０２ 無線ネットワークステーション
７０３ 測距信号
７０４ 無線ネットワークステーション
７０５ 測距信号
７０６ 無線ネットワークステーション
７０８ ネットワーク
７１０ 時刻及び測距信号

Claims (11)

1. 衛星からデバイスへ精確な絶対時刻を転送する方法であって、
   捕捉チャネルが利用できないことに応じて、前記捕捉チャネルとは異なるメッセージングチャネルからフレーム構造を有するデータを受信し、
   前記データを使用して、前記衛星の識別及び前記衛星の位置を決定し、
   前記衛星の識別及び前記衛星の位置から得られる、前記衛星と前記デバイスとの間の信号の移動時間を用いて、前記データから得られる時刻についての修正を行い、
   前記データから得られる前記時刻を時刻基準として使用して受信機のクロックを前記フレーム構造に対して整合させ、
   前記受信機のクロックが前記フレーム構造に対して整合されたら、周期的な反復コードを含む精確な時刻信号を前記衛星から受信し、
   前記周期的な反復コードのタイミング位相を決定し、
   前記タイミング位相を使用して精確な絶対時刻を決定する
   ことを含み、
   前記衛星は、前記捕捉チャネル及び前記メッセージングチャネルを介してデータを送信することができ、
   前記捕捉チャネルは、前記デバイスが前記衛星を捕捉するために用いることのできる、方法。
2. 前記メッセージングチャネルは、前記データを伝える複数のメッセージングチャネルのうちの一つである、請求項１に記載の方法。
3. 前記メッセージングチャネルが前記データを伝える複数のメッセージングチャネルのうちの一つであり、受信機は前記データから前記時刻を得るために用いられる少なくとも現在の日付及び時刻の情報を事前に保有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記メッセージングチャネルが、同じ衛星からの前記データを伝える複数の別個のメッセージングチャネルのうちの一つである、請求項１に記載の方法。
5. 前記メッセージングチャネルが、前記データを伝える複数のメッセージングチャネルのうちの一つであり、
   前記メッセージングチャネルのうちの少なくとも一つは、前記衛星と異なる衛星からデータを伝え、
   前記衛星と前記異なる衛星は同じ衛星コンステレーション内にある、請求項１に記載の方法。
6. 前記メッセージングチャネルが、前記データを伝える複数のメッセージングチャネルのうちの一つであり、
   前記メッセージングチャネルのうちの少なくとも一つは、前記衛星と異なる衛星からデータを伝え、
   前記衛星と前記異なる衛星は異なる衛星コンステレーション内にある、請求項１に記載の方法。
7. 前記フレーム構造はＬ帯域フレーム構造であり、
   前記データはＬ帯域フレームカウント（ＬＢＦＣ）を含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記データは前記衛星の位置のＸ、Ｙ、及びＺ座標、又は前記衛星の衛星ビークル特定（ＳＶＩＤ）のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記メッセージングチャネルが、前記データを伝える複数のメッセージングチャネルのうちの一つであり、
   前記デバイスが、前記捕捉チャネルのバックアップのための前記複数のメッセージングチャネルのうちの一以上のメッセージングチャネルのバックアップ周波数でデータを受信する優先レベルキューイング方法にしたがってプログラミングされる、請求項１に記載の方法。
10. 減衰又は妨害環境で使用するのに適した受信装置であって、
    捕捉チャネル又は前記捕捉チャネルとは異なるメッセージングチャネルから信号を受信するのに適したアンテナと、
    プロセッサと、
    受信機のクロックと、
    マシンによって読み取り可能な複数の命令を記憶するメモリと、を備え、
    前記プロセッサによって前記命令が実行されると前記受信装置が、
    前記捕捉チャネルから、又は前記捕捉チャネルが利用できないことに応じて、前記捕捉チャネルとは異なるメッセージングチャネルから、フレーム構造を有するデータを受信し、
    前記データを使用して前記衛星の識別及び前記衛星の位置を決定し、
    前記衛星の識別及び前記衛星の位置から得られる、前記衛星と前記デバイスとの間の信号の移動時間を用いて、前記データから得られる時刻についての修正を行い、
    前記データから得られる前記時刻を時刻基準として使用して前記受信機のクロックを前記フレーム構造に整合させ、
    前記受信機のクロックが前記フレーム構造に整合したら、周期的な反復コードを含む精確な時刻信号を前記衛星から受信し、
    前記周期的な反復コードのタイミング位相を決定し、
    前記タイミング位相を使用して、精確な絶対時刻を決定するステップを行い、
    前記衛星は、前記捕捉チャネル及び前記メッセージングチャネルを介してデータを送信することができ、
    前記捕捉チャネルは、前記デバイスが前記衛星を捕捉するために用いることのできる、受信装置。
11. 受信装置に第１データ信号を捕捉チャネルで送信するのに適しており、前記受信装置に第２データ信号をメッセージングチャネルで送信するのに適した衛星を含む衛星システムであって、
    前記メッセージングチャネルは、前記捕捉チャネルとは異なり、前記捕捉チャネルは、前記受信装置が前記衛星を捕捉するために用いることができ、
    前記メッセージングチャネルは、時間パラメータ値から予測可能な既知のパターンにしたがって、周波数を変更し、かつ、タイムスロットを変更し、
    前記データ信号のうちの各々は、フレーム構造を有するデータ及び周期的な反復コードを含む精確な時刻信号を有するデータを含み、かつ、前記捕捉チャネルが利用できないことに応じて、前記メッセージングチャネルから前記受信装置により受信されるものであり、
    前記フレーム構造は、
    前記データを用いて前記衛星の識別及び前記衛星の位置を決定し、
    前記衛星の識別及び前記衛星の位置から得られる前記衛星と前記受信装置との間の信号の移動時間を用いて、前記データから得られる時刻についての修正を行い、
    前記データから得られる前記時刻を時刻基準として使用して、前記受信装置のクロックを前記フレーム構造に対して整合させるために、前記受信装置により使用され、
    前記周期的な反復コードを含む前記精確な時刻信号は、前記受信装置のクロックが前記フレーム構造に対して整合されたら、前記衛星から前記受信装置により受信され、かつ、
    前記周期的な反復コードのタイミング位相を決定し
    前記タイミング位相を使用して精確な絶対時刻を決定するために、前記受信装置により使用される、衛星システム。

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