JP6195264B2 - 自己供給型未来エフェメリスおよびクロック予測を備えた衛星航法受信機 - Google Patents
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Description
P:歳差;
N:章動、
θ:地球回転;
π:極運動であり、
上付き文字「conj」は、四元数の共役を省略したものである。
x=0.0972+0.1154cosA+0.0380sinA-0.0411cosC+0.0729sinC;
y=0.3418+0.0313cosA-0.1043sinA+0.0729cosC+0.0411sinC;
UT1-UTC=-0.0677-0.00081(MJD-55435)-(UT2-UT1);
ここでは、A=2*pi*(MJD-55427)/365.25およびC=2*pi*(MJD-55427)/435;ならびにMJDは周知の修正したユリウス日時間枠である。
a_gravity=G*M_heavy_body/r^2;
ここでは、Gは重力加速度であり、M_heavy_bodyは、太陽および月の質量である(定数でもある)。「r」は重量物と衛星との間の距離である。
Block II-A SV: mass=984.5kg, area=8.133m^2;
Block II-R SV: mass=1100kg, area=17.66 m^2
Block II-AのGPS衛星は、継続してBlock II-R衛星に置き換えられている。交換がそれぞれ生じたときには、そのような情報が受信機には通常利用可能にならない。しかし、実験は、Block II-Rの衛星の物理的パラメータが、受信機の位置解における重要な悪影響なしに、すべてのSV(II-Aを含む)に想定されることができることを示している。
dT=6秒
h=dT/2=3秒
1)6秒間の間隔の始点、中間点、および終点での加速度を演算する:
A1=Accel(T)=totalAcceleration(T, r(T));
r_est(T+h)=r(T)+h*A1;
A2=Accel(T+h)=totalAcceleration(T+h, r_est(T+h));
r_est(T+dT)=r(T)+dT*A2;
A3=Accel(T+dT)=totalAcceleration(T+dT, r_est(T+dT));
2)T+dTでの状態を次のように演算する:
r(T+dT)=0.5*(r_est(T+h)+r_est(T+dT)+h*A3)
102、122 GPS衛星ビークル(SV)
104 プロセッサ
106 エフェメリスおよびアルマナックの完全なコレクション
108 マイクロコンピュータ
110 軌道積分アルゴリズム・プログラム・コード
112 力モデル
114 座標変換プログラム・コード
115 ケプラー解法プログラム・コード
116 更新処理
118 LTCSMライブラリ
120 未来の航法解処理
124 位置fix
202 無線周波数(RF)ステージ
204 デジタル信号処理(DSP)ステージ
206 ARM-9プロセッサ・コア
208 温度制御水晶発振器(TCXO)
210 フラッシュ・メモリ
212 スケジューラ
214 バッテリ
Claims (7)
- 軌道上のナビゲーション・システム衛星からマイクロ波伝送を受信し、それらのナビゲーション・システム衛星用のエフェメリスを含んだ航法メッセージを復調することが可能な完全自律型の衛星航法受信機を備えた拡張エフェメリス航法受信機において、
特定の衛星ビークル(SV)に作用する加速度の力モデルを備え、該力モデルは、前記受信機にのみ配置され、各SVに対するエフェメリスについての単一の観測が、入力され、その対応する力モデルで各SVの軌道位置を積分することによって各SVの軌道位置が今後何日かに伝搬され、
それぞれのSVからの前記航法メッセージを直ちに得て復調することができない場合、完全自律型の衛星航法受信機は、その後、完全自律型の衛星航法受信機で利用可能となる、代替物として使用することができる拡張エフェメリス予測値を有する拡張エフェメリス航法受信機。 - 前記完全自律型の衛星航法受信機に配置された機能制限付きマイクロコンピュータと、
該機能制限付きマイクロコンピュータ上で実行され、比較的僅かな演算努力で常微分方程式(ODE)に対する高精度な数値解を得るために、リチャードソン外挿法と、該リチャードソン外挿法の活用において有理関数外挿法を使用することと、中点法とを組み合わせたBulirsch-Stoer型アルゴリズムを使用することによって、このようなBulirsch-Stoer型アルゴリズムを使用しなければ生じ得る演算負荷を低減する軌道積分アルゴリズム・プログラム・コードとをさらに備え、
前記Bulirsch-Stoer型アルゴリズムは、2ステップだけを各々の積分サンプリング期間に対して行い、前記力モデルの加速度は、各サンプリング期間で2回だけ演算を行うことによって、従来のBulirsch-Stoer法の外挿法ステージの介在物は不必要とされる請求項1記載の拡張エフェメリス航法受信機。 - 前記完全自律型の衛星航法受信機に配置された機能制限付きマイクロコンピュータと、
該機能制限付きマイクロコンピュータ上で実行され、地球中心・地球固定(ECEF)座標系における一連のX−Y−Z型SV位置サンプルに最も良く適合するエフェメリス・パラメータと等価な、
前記エフェメリス・パラメータは、ローカル・メモリにおけるコンパクトな記憶を可能にした長期コンパクト衛星モデル(LTCSM)として保存され、位置fixを演算する際には、前記機能制限付きマイクロコンピュータが今後の何日かの15個のケプラー・パラメータの推定値の演算を要しない請求項1または2記載の拡張エフェメリス航法受信機。 - 前記軌道積分アルゴリズム・プログラム・コードが前記機能制限付きマイクロコンピュータ上での実行をスケジュールされる際に管理し、前記実行を最優先またはその他の処理の空き時間で行ない、電力を抑えるべく前記受信機のハードウェアの様々な部分に供給される動作電力を制御するスケジューラをさらに備える請求項2記載の拡張エフェメリス航法受信機。
- 前記完全自律型の衛星航法受信機に配置された機能制限付きマイクロコンピュータと、
該機能制限付きマイクロコンピュータによって実行される座標変換プログラム・コードとをさらに備え、
2つの座標系が軌道積分演算に使用され、
ECEFから国際天文基準座標系(ICRF)へのおよびICRFからECEFへの座標変換は、4つの四元数回転と、地球方位パラメータ(EOP)に基づく極運動回転四元数とを含んでいる請求項2乃至4記載の拡張エフェメリス航法受信機。 - 前記極運動回転四元数に対する最新のEOP正弦関数の多項式を取得し、使用する装置をさらに備える請求項5記載の拡張エフェメリス航法受信機。
- 軌道上のナビゲーション・システム衛星からマイクロ波伝送を受信し、それらのナビゲーション・システム衛星用のエフェメリスを含んだ航法メッセージを復調することが可能な完全自律型の衛星航法受信機と、
前記完全自律型の衛星航法受信機に配置された機能制限付きマイクロコンピュータとを備えた拡張エフェメリス航法受信機において、
特定の衛星ビークル(SV)に作用する加速度の力モデルであって、該力モデルが、前記受信機にのみ配置され、各SVに対するエフェメリスについての単一の観測が、入力され、その対応する力モデルで各SVの軌道位置を積分することによって各SVの軌道位置が今後何日かに伝搬されることと、
前記機能制限付きマイクロコンピュータ上で実行され、比較的僅かな演算努力で常微分方程式(ODE)に対する高精度な数値解を得るために、リチャードソン外挿法と、該リチャードソン外挿法の活用において有理関数外挿法を使用することと、中点法とを組み合わせたBulirsch-Stoer型アルゴリズムを使用することによって、このようなBulirsch-Stoer型アルゴリズムを使用しなければ生じ得る演算負荷を低減する軌道積分アルゴリズム・プログラム・コードと、
該機能制限付きマイクロコンピュータ上で実行され、地球中心・地球固定(ECEF)座標系における一連のX−Y−Z型SV位置サンプルに最も良く適合するエフェメリス・パラメータと等価な、
前記機能制限付きマイクロコンピュータによって実行される座標変換プログラム・コードと、
前記軌道積分アルゴリズム・プログラム・コードが前記機能制限付きマイクロコンピュータ上での実行をスケジュールされる際に管理し、前記実行を最優先またはその他の処理の空き時間で行ない、電力を抑えるべく前記受信機のハードウェアの様々な部分に供給される動作電力を制御するスケジューラと、
極運動回転四元数に対する最新のEOP正弦関数の多項式を取得し、使用する装置とを備え、
それぞれのSVからの前記航法メッセージを直ちに得て復調することができない場合、完全自律型の衛星航法受信機は、その後、完全自律型の衛星航法受信機で利用可能となる、代替物として使用することができる拡張エフェメリス予測値を有し、
前記Bulirsch-Stoer型アルゴリズムは、2ステップだけを各々の積分サンプリング期間に対して行い、前記力モデルの加速度は、各サンプリング期間で2回だけ演算を行うことによって、従来のBulirsch-Stoer法の外挿法ステージの介在物は不必要とされ、
前記エフェメリス・パラメータは、ローカル・メモリにおけるコンパクトな記憶を可能にした長期コンパクト衛星モデル(LTCSM)として保存され、位置fixを演算する際には、前記機能制限付きマイクロコンピュータによる今後の何日かの15個のケプラー・パラメータの推定値の演算を単純化し、
2つの座標系が軌道積分演算に使用され、ECEFから国際天文基準座標系(ICRF)へのおよびICRFからECEFへの座標変換は、4つの四元数回転と、地球方位パラメータ(EOP)に基づく前記極運動回転四元数とを含んでいる拡張エフェメリス航法受信機。
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