JP6545971B2 - デュアル処理を使用して過度遅延勾配の検出を拡張するための地上型システムおよび方法 - Google Patents

Description

政府実施許諾権
[1]本発明は、政府契約＃ＤＴＦＡＣＴ−１０−Ｃ−０００１３のもとでＦＡＡ ＷＭ Ｊ Ｈｕｇｈｅｓ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒにより授与された政府の助成によってなされたものである。政府は、本発明において一定の権利を有する。

[2]電離層の電子密度は、地理的場所および時間の関数として変動する。国際民間航空機関（ＩＣＡＯ）は、電離層異常、すなわち、電離層の電子密度の極端な変化から起こる航空機内の航法および誘導のシステムに対する脅威に対処するための規格を開発している。規格開発が示したことは、電離層異常に起因する衛星信号においての遅延勾配に対する地上モニタリングは、絶対的であり、以前の衛星測定値に対して相対的ではないということが非常に重要であるということである。衛星が地上型ＧＰＳ補強システム（ｇｒｏｕｎｄ−ｂａｓｅｄ ＧＰＳ ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）の視界内に移動する際に、その衛星から入手される測定値のまさに最初の集合からの極端な勾配を検出することが重要である。

[3]ＧＢＡＳ（地上型補強システム）アプローチサービスタイプＤ（ＧＡＳＴ Ｄ）規格では、地上サブシステムと機上サブシステムとの間で電離層勾配誤差を分担して軽減する。このことが、システムのインテグリティが電離層勾配の存在下で危うくされないということを確実にするために、地上サブシステムに設けられる電離層勾配モニタ（ＩＧＭ：ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒ）に対する必要性につながる。電離層勾配が存在する場合、ある特定の衛星に対する基準受信機対の間には、その衛星が、共通モード誤差を除去するためにすべての他の衛星の平均との差計算が行われた後に、無視できない位相差が存在することになる。非共通衛星誤差に起因して、すべての他の衛星の平均とのこの差計算が、搬送波位相差に対して±λ／２以下にＩＧＭを制限する。このように、±λ／２より大きな搬送波位相差を回避するために、基準受信機のベースライン分離が、衛星信号の波長、および、検出されることが求められる最も大きな電離層勾配に基づいて制限される。

米国特許出願第１４／２５３，４４５号、ＧＲＯＵＮＤ−ＢＡＳＥＤ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＴＯ ＥＸＴＥＮＤ ＴＨＥ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＯＦ ＥＸＣＥＳＳＩＶＥ ＤＥＬＡＹ ＧＲＡＤＩＥＮＴＳ ＵＳＩＮＧ ＰＡＲＩＴＹ ＣＯＲＲＥＣＴＩＯＮＳ（パリティ補正を使用して過度遅延勾配の検出を拡張するための地上型システムおよび方法） 米国特許第８，０９４，０６４号、Ｂｒｅｎｎｅｒ、「Ｇｒｏｕｎｄ−ｂａｓｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ Ｍｏｎｉｔｏｒ ｆｏｒ Ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ Ｄｅｌａｙ Ｇｒａｄｉｅｎｔｓ（過度遅延勾配に対してモニタするための地上型システムおよび方法）」

本願発明の一実施例は、例えば、デュアル処理を使用して過度遅延勾配の検出を拡張するための地上型システムおよび方法に関する。

[4]本出願は、衛星信号においての水平遅延勾配をモニタするための処理モジュールに関する。処理モジュールは、デュアル処理衛星差計算モジュール、二重差計算モジュール、および、勾配推定器モジュールを含む。デュアル処理衛星差計算モジュールは、少なくとも２つの基準受信機から少なくとも２つの衛星に対する搬送波位相測定値を受信することであって、少なくとも２つの衛星が、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星を含み、少なくとも２つの基準受信機が、相互に対する知られている幾何学的関係性を有する、受信することと、＋λ／２から−λ／２の間で第１の衛星差を正規化するための第１の処理モードを実装することと、０からλの間で第２の衛星差を正規化するように構成される第２の処理モードを実装することと、第１の処理モードによって処理された第１の衛星差を指し示すデータ、および、第２の処理モードによって処理された第２の衛星差を指し示すデータのうちの１つをさらなる処理のために選択することとを行うように動作可能である。二重差計算モジュールは、デュアル処理衛星差計算モジュールから入力される選択されたデータに基づいて、少なくとも２つの基準受信機の１つまたは複数の対の間の二重差を形成するように構成される。勾配推定器モジュールは、モニタされる衛星に対する平均化された補整された二重差に基づいて水平遅延勾配の大きさを推定するように構成される。

[5]衛星信号においての過度遅延勾配に対してモニタするための地上局の実施形態を示す図である。 [6]図１の地上局内の処理モジュールの実施形態を示す図である。 [7]図２の処理モジュール内のデュアル処理衛星差計算モジュールで、基準受信機から搬送波位相測定値を受信するための方法の１つの実施形態を表す流れ図である。 [8]第１の処理衛星差モジュールおよび第２の処理衛星差モジュールで、搬送波位相測定値をデュアル処理するための方法の１つの実施形態を表す流れ図である。 [9]図５Ａは、通常の障害のない処理モードに対する−λ／２から＋λ／２の間の不連続点を伴う波長円線図である。

[10]図５Ｂは、大きな勾配処理モードに対する０から＋λの間の不連続点を伴う波長円線図である。
[11]水平遅延勾配の大きさを決定するための方法の１つの実施形態を表す流れ図である。

[12]常識にしたがって、様々な説明される特徴は、一定の縮尺で描画されるのではなく、本発明に関連性のある特徴を強調するように描画される。類似する参照符号は、図および本文を通して類似する要素の印となる。

[13]過度遅延勾配モニタは、地上局での最も要求の厳しいモニタの１つである。過度遅延勾配モニタは、搬送波の正確さがミリメートルのレベルに保たれることを必要とする。本明細書で説明される水平遅延勾配モニタは、水平面内に設けられる少なくとも２つの基準受信機に対する搬送波位相測定値を比較することにより、地上局で受信される信号に影響を与える遅延勾配の水平成分を検出する。遅延勾配の水平成分は、これらの基準受信機が設けられる平面の内部にある。水平遅延勾配モニタは、遅延勾配が過度であるかどうかもまた決定する。遅延勾配が過度であるのは、モニタされる衛星から送信される信号に関する基準受信機の対での遅延差が、他の衛星から送信され、基準受信機の同じ対で同時に受信される信号に関する平均化された遅延差より（選択された勾配しきい値より多くの量だけ）大きいときである。

[14]最小の２つの基準受信機が、１つの方向での勾配を測定するために必要とされる。２つのみの基準受信機を伴うこの構成は、線に沿った遅延勾配の検出を必要とするだけである地上局設備に対して有用である。例えば水平勾配モニタは、着陸帯の方向に平行である線に沿って布置される２つの基準受信機を含み得る。そのような水平勾配モニタは、「線勾配モニタ」である。最小の３つの非共線の基準受信機が、３つの非共線の基準受信機の水平面の内部の任意の線に沿った勾配を測定するために水平勾配モニタで必要とされる。

[15]４つ以上の基準受信機が利用可能であるならば、冗長な情報が、水平遅延勾配に対する感度を向上させるために使用される。「異常遅延勾配」、「遅延勾配」、「電離層遅延勾配」、および「水平遅延勾配」の用語は、本明細書では互換的に使用される。

[16]本明細書で説明される技法は、不連続点で（すなわち、０で、またはλ／２でのいずれかで）測定値を検出し回避するために使用される衛星差のデュアル処理を実装することにより、電離層遅延勾配モニタの検出能力を拡張する。本明細書で説明されるデュアル処理衛星差計算モジュールの第１の処理は、＋λ／２から−λ／２の間に衛星の間の搬送波位相差を正規化し、第１の分散を生成する。本明細書で説明されるデュアル処理衛星差計算モジュールの第２の処理は、０からλの間に衛星の間の搬送波位相差を正規化し、第２の分散を生成する。選択論理が、第１および第２の分散の値に基づいて、下流の処理のためにどちらの処理結果を使用すべきかを決定する。第１の処理からの出力は、第１の分散が第２の分散未満であるときに、追加的な下流の処理のために選択される。同様に第２の処理からの出力は、第２の分散が第１の分散未満であるときに、追加的な下流の処理のために選択される。他のパラメータが、両方の分散が比較的小さい場合に選択プロセスにおいて使用され得る。このデュアル処理は、２つの処理方法の少なくとも１つが、任意の所与の時間での衛星差の任意の所与の集合に対する波長制限を回避するということを保証する。このようにして、基準受信機の対の間のベースラインが、ＧＢＡＳ空港でのより柔軟性のある据え付けの選択肢を考慮に入れて増大され得る。

[17]図１は、完全な波長範囲にわたって、衛星信号においての過度遅延勾配に対してモニタするための地上局９０の実施形態を示す。図１に示されるように地上局９０は、水平遅延勾配モニタ９５および地上局ブロードキャスト９２を含む。地上局ブロードキャスト９２は、地上局９０の付近の航空機４０に通信リンク４１を介して信号を送信する地上局９０の一部分である。水平遅延勾配モニタ９５は、モニタされる衛星２００−１から送信される信号４５０−１に対して水平面内に存在する過度遅延勾配に対してモニタする。地上局９０は、本明細書では「地上型システム９０」とも呼ばれる。

[18]水平遅延勾配モニタ９５は、相互に対する知られている幾何学的関係性で布置される少なくとも２つの基準受信機、および、プロセッサにより実行可能な複数の機能モジュールを含む処理モジュール１００を含む。図１に示される実施形態は、４つの基準受信機２５１〜２５４を含む。水平遅延勾配は、４つの基準受信機２５１〜２５４が網羅する平面内にある水平成分を有する。処理モジュール１００は、基準受信機２５１〜２５４の各々に通信可能に結合される。動作の間に、水平遅延勾配モニタ９５は、少なくとも２つの衛星２００（１〜Ｎ）から信号を受信する。基準受信機２５１〜２５４は、本明細書では「ＲＲ」とも指示される地上基準受信機である。

[19]同位相波面として全体的に示される無線周波数信号４５０（１〜Ｎ）は、それぞれ衛星２００（１〜Ｎ）から放出される（ただし、Ｎは正の整数である）。無線周波数信号、ＲＦ信号、および衛星信号の用語は、本明細書では互換的に使用される。無線周波数信号４５０（１〜Ｎ）は、２０により全体的に表される電離層を通って地上局９０に伝搬する。４つの基準受信機２５１〜２５４は、モニタされる衛星２００−１から、および、他の衛星２００（２〜Ｎ）から無線周波数信号４５０（１〜Ｎ）を受信する。理解されるように、各々の基準受信機２５１〜２５４は、基準受信機２５２上のアンテナ２６２などのアンテナを伴う無線周波数受信機である。（第２の基準受信機２５２上に認められる）１つのアンテナ２６２のみが、例示を明瞭にするために示される。

[20]電離層２０内には異常遅延勾配２２が存在し得るものであり、その異常遅延勾配２２は、異常遅延勾配２２を通って伝搬する無線周波数信号の位相に影響を与える。異常遅延勾配２２は、電離層２０内のクロスハッチングの増大された密度により指示される。例えば図１に示されるように、モニタされる衛星２００−１からの無線周波数信号４５０−１は、その信号が４つの基準受信機２５１〜２５４に向かって伝搬する際に、異常遅延勾配２２を通過する。遅延勾配２２によって、信号が地球の表面上で受信される際に水平勾配が結果として生じる。このことは、受信される信号の電離層遅延が、受信機が地球の表面上で移動させられる際に変化するということを意味する。

[21]それぞれの衛星２００（１〜Ｎ）から送信される無線周波数信号４５０（１〜Ｎ）は、基準受信機２５１〜２５４で近似的に同じ時間にサンプリングされる。基準受信機２５１〜２５４内のレジスタ（図示されない）が、受信される第ｎの衛星無線周波数信号４５０−ｎの瞬時搬送波位相角を指し示す数を記憶するものであり、ただし、ｎは正の整数である。レジスタは、基準受信機２５１〜２５４の各々で第ｎの衛星２００−ｎから受信される無線周波数信号に対して継続的に更新される。第ｎの衛星無線周波数信号４５０−ｎは、少なくとも２つの衛星の１つからのものである。レジスタの瞬時読み出し情報は、本明細書では、「搬送波位相測定値」または「瞬間的搬送波位相測定値」と呼ばれる。基準受信機２５１〜２５４での搬送波追跡ループ（図示されない）が、基準受信機２５１〜２５４の視界内のＮ個の衛星２００（１〜Ｎ）の各々に対して、結果として生じる位相およびＤｏｐｐｌｅｒ誤差を推定し、そのようなレジスタを更新する。各々の基準受信機に対するダウンコンバージョンは、すべてのＮ個の衛星２００（１〜Ｎ）に共通であり、したがって、レジスタにより指示される瞬間的搬送波位相は、０°から３６０°の範囲内で、受信される衛星信号の間の相対位相を決定するために使用され得る。相対位相は、少なくとも２つの衛星から送信され、基準受信機２５１〜２５４で同時に受信される信号の間の位相関係性である。したがって相対位相は、基準受信機２５１〜２５４で同時に受信される、少なくとも２つの衛星から送信される信号の間の搬送波位相測定値の差である。

[22]少なくとも２つの基準受信機２５１〜２５４の間の知られている幾何学的関係性は、第１の基準受信機２５１から第２の基準受信機２５２へのベクトルａ、第１の基準受信機２５１から第３の基準受信機２５３へのベクトルｂ、および、第１の基準受信機２５１から第４の基準受信機２５４へのベクトルｃにより指示される。したがって、基準受信機対２７０〜２７２内の基準受信機は、すべての対２７０〜２７２に共通である、基準受信機２５１に対する知られている位置の差を有する。例えばベクトルａは、対２７０を形成する基準受信機２５１および２５２の知られている位置の差であり、ベクトルｂは、対２７１を形成する基準受信機２５１および２５３の知られている位置の差であり、ベクトルｃは、対２７２を形成する基準受信機２５１および２５４の知られている位置の差である。

[23]モニタされる衛星は、水平電離層遅延勾配の大きさが、選択された勾配しきい値と比べてモニタされる対象となる衛星である。第１の衛星２００−１は、本文書ではモニタされる衛星２００−１と呼ばれているが、地上局９０は、Ｎ個の衛星２００（１〜Ｎ）の２つ以上に対して電離層遅延勾配をモニタすることが可能であるということが理解されるべきである。したがって処理モジュール１００内のソフトウェアモジュールは、衛星２００（１〜Ｎ）の２つ以上が、モニタされる衛星であるように、Ｎ個の衛星２００（１〜Ｎ）の２つ以上をモニタするように実行可能である。実施形態ではすべての衛星２００（１〜Ｎ）が、モニタされる衛星２００（１〜Ｎ）である。

[24]本明細書で説明されるデュアル処理は、ベクトルａ、ｂ、およびｃの長さが、同じ位相関係の周期性の繰り返しにより引き起こされる搬送波位相アンビギュイティを回避するように制限される要件を緩和する。１つの実施形態では、地上局９０はＧＢＡＳ地上局９０である。本明細書で説明される地上局９０は空港着陸システムに対するものであるが、本発明は、全地球的航法衛星システムからの正確な入力を必要とするシステムで実装され得るものであり、航空機、および／または航空機に対する地上局による使用に対して限定されない。

[25]図２は、図１の地上局９０内の処理モジュール１００の実施形態を示す。処理モジュール１００は、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０、二重差計算モジュール１２０、勾配推定器モジュール１３０、メモリ１５０、および、少なくとも１つのプロセッサ１６０を含む。デュアル処理衛星差計算モジュール１１０、二重差計算モジュール１２０、および、勾配推定器モジュール１３０は、記憶媒体１７０内に記憶されるソフトウェアモジュールである。デュアル処理衛星差計算モジュール１１０、二重差計算モジュール１２０、および、勾配推定器モジュール１３０は、本明細書で説明される機能を遂行するためのコンピューター命令によってコード化されるコンピューター可読媒体を含む。この実施形態の１つの実装形態では、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０、二重差計算モジュール１２０、および、勾配推定器モジュール１３０の１つまたは複数は、同じモジュールである。

[26]デュアル処理衛星差計算モジュール１１０は、第１の処理衛星差モジュール１１１と、第１の分散算出モジュール１１３と、第２の処理衛星差モジュール１１２と、第２の分散算出モジュール１１４と、選択論理１１５とを含む。この実施形態の１つの実装形態では、基準受信機２５１〜２５４からの搬送波位相測定値が、第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２に入力される。この実施形態の別の実装形態では、モニタされる衛星、および、少なくとも１つの他の衛星２００（２〜Ｎ）の少なくとも１つからの衛星信号の間の搬送波位相測定値での衛星差が、第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２に入力される。この後者の事例において、基準受信機２５１〜２５４からの搬送波位相測定値が、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０に入力され、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０内のソフトウェアが、モニタされる衛星、および、少なくとも１つの他の衛星２００（２〜Ｎ）の少なくとも１つからの衛星信号の間の搬送波位相測定値での衛星差を算出するために使用される。算出された衛星差は、次いで、第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２に入力される。

[27]第１の処理が、＋λ／２から−λ／２の間の第１の不連続点の制限に対して、第１の処理衛星差モジュール１１１により行われる。第２の処理が、０からλの間の第２の不連続点に対して、第２の処理衛星差モジュール１１２により行われる。第１および第２の処理は、同じ時間に、および同じ入力データに関して、第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２により行われる。

[28]第１の処理衛星差モジュール１１１は、＋λ／２から−λ／２の間で正規化された差を第１の分散算出モジュール１１３に出力し、その第１の分散算出モジュール１１３が、＋λ／２から−λ／２の間で正規化された差に対する第１の分散を決定する。第２の処理衛星差モジュール１１２は、０からλの間で正規化された差を第２の分散算出モジュール１１４に出力し、その第２の分散算出モジュール１１４が、０からλの間で正規化された差に対する第２の分散を決定する。

[29]第１の分散算出モジュール１１３および第２の分散算出モジュール１１４からの出力が、選択論理１１５に入力される。選択論理１１５は、第１の処理および第２の処理のどちらが最も小さな分散を生成したかを決定する。第１の分散算出モジュール１１３の出力からの第１の分散が、第２の分散算出モジュール１１４の出力からの第２の分散より小さいならば、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０は、＋λ／２から−λ／２の間で正規化された差に関連するデータを二重差計算モジュール１２０に出力するように構成される。第２の分散算出モジュール１１４から出力される第２の分散が、第１の分散算出モジュール１１３の出力からの第１の分散より小さいならば、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０は、０からλの間で正規化された差に関連するデータを二重差計算モジュール１２０に出力するように構成される。

[30]二重差計算モジュール１２０は、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０からデータを入力するように、および、勾配推定器モジュール１３０に入力を提供するように通信可能に結合される。プロセッサ１６０は、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０、二重差計算モジュール１２０、および、勾配推定器モジュール１３０内のソフトウェアを実行するように通信可能に結合される。メモリ１５０は、本明細書で説明される機能を遂行するために必要とされるように、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０、二重差計算モジュール１２０、および、勾配推定器モジュール１３０を相互にインターフェース接続するように通信可能に結合される。

[31]メモリ１５０は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性メモリ、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、および／または、プロセッサ１６０の内部のレジスタなどの、現在知られている、または後に開発される任意の適したメモリを備える。記憶媒体１７０は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）などの、現在知られている、または後に開発される任意の記憶デバイスを備える。１つの実装形態ではプロセッサ１６０は、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを備える。さらにプロセッサ１６０およびメモリ１５０は、図２では別個の要素として示されるが、１つの実装形態では、プロセッサ１６０およびメモリ１５０は、単一のデバイス（例えば、単一の集積回路デバイス）で実装される。１つの実装形態ではプロセッサ１６０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの、プロセッササポートチップおよび／またはシステムサポートチップを備える。

[32]次に処理モジュール１００の実装形態が、図２〜図６を参照して詳細に説明される。方法３００が、モニタされる衛星２００−１との比較のために、衛星の部分集合２００（２〜Ｋ）（Ｋは、Ｎ以下の整数である）を使用する４つの基準受信機２５１〜２５４に対して説明される。衛星２００（１〜Ｎ）は、基準受信機２５１〜２５４の視界内にある。本明細書で規定されるように、衛星から送信される無線周波数信号が、基準受信機で追跡されるのに充分なパワーを伴ってアンテナにより受信される場合に、衛星は基準受信機の視界内にある。

[33]図３は、図２の処理モジュール１００内のデュアル処理衛星差計算モジュール１１０で、基準受信機から搬送波位相測定値を受信するための方法３００の１つの実施形態を表す流れ図を示す。方法３００は、図１に示されるような電離層遅延勾配に対してモニタするための地上局９０を参照して説明されるが、方法３００は、本文書を読む当業者により理解可能であるように、システムの他の実施形態を使用して実装され得るということが理解されるべきである。

[34]ブロック３０２では、少なくとも２つの基準受信機２５１〜２５４が、相互に対する知られている幾何学的関係性で布置される。この実施形態の１つの実装形態では、４つの基準受信機２５１〜２５４が、相互に対する知られている幾何学的関係性で布置される。この実施形態の別の実装形態では、４つの基準受信機２５１〜２５４が、処理モジュール１００の近傍に布置される。ブロック３０４では、無線周波数信号４５０−１および４５０−２が、最も少ない２つの基準受信機２５１〜２５４で、モニタされる衛星２００−１および少なくとも１つの他の衛星２００−２から同時に受信される。この実施形態の１つの実装形態では、無線周波数信号４５０（１〜Ｋ）が、４つの基準受信機２５１〜２５４で、それぞれのモニタされる衛星２００−１およびＫ−１個の他の衛星２００（２〜Ｋ）から同時に受信されるものであり、ただし、ＫはＮ以下の整数である。基準受信機は、どの信号がどの衛星から来たかを、各々の衛星に固有の擬似ランダムコードにより、または、衛星を識別するために使用される衛星から受信される他のデータにより決定することが可能である。

[35]ブロック３０６では、基準受信機２５１〜２５４が、モニタされる衛星２００−１から受信される無線周波数信号４５０−１に対する、および、別の衛星２００−２から同時に受信される無線周波数信号に対する搬送波位相測定値を生成する。４つの基準受信機２５１〜２５４が存在し、Ｋ−１個の他の衛星２００（２〜Ｋ）が、モニタされる衛星２００−１に加えて使用されている場合、基準受信機２５１〜２５４は、モニタされる衛星２００−１から受信される無線周波数信号４５０−１に対する、および、Ｋ−１個の他の衛星２００（２〜Ｋ）から同時に受信される無線周波数信号４５０（２〜Ｋ）に対する搬送波位相測定値を生成する。１つの実施形態では、他の衛星２００（２〜Ｎ）のすべてが、モニタされる衛星２００−１をモニタするために使用される。基準受信機２５１〜２５４は、ワイヤレスまたは有線のリンク１０５（図１）を介して、処理モジュール１００に、生成された搬送波位相測定値を指し示す情報を送出する。

[36]ブロック３０８では、処理モジュール１００のデュアル処理衛星差計算モジュール１１０が、少なくとも２つの基準受信機２５１〜２５４から、生成された搬送波位相測定値を受信する。この実施形態の１つの実装形態では、処理モジュール１００のデュアル処理衛星差計算モジュール１１０内の第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２が各々、少なくとも２つの基準受信機２５１〜２５４から、生成された搬送波位相測定値を受信し、衛星差が、第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２の両方で計算される。この実施形態の別の実装形態では、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０内のソフトウェアが、少なくとも２つの基準受信機２５１〜２５４から、生成された搬送波位相測定値を受信し、衛星差を決定し、次いで、第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２に差を提供する。この実施形態では、図４を参照して下記で説明されるブロック４０４および４０６でのプロセスは実装されない。

[37]ブロック３１０では、方法３００のフローが、次いで、図４を参照して下記で説明される方法４００のブロック４０２に進行する。
[38]図４は、第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２で、搬送波位相測定値をデュアル処理するための方法４００の１つの実施形態を表す流れ図を示す。方法４００は、図１に示されるような電離層遅延勾配に対してモニタするための地上局９０を参照して、および、図２に示される処理モジュール１００を参照して説明されるが、方法４００は、本文書を読む当業者により理解可能であるように、システムの他の実施形態を使用して実装され得るということが理解されるべきである。方法４００に対するフローは、各々の基準受信機２５１〜２５４に対する各々のサンプル期間の間に行われる。

[39]処理モジュール１００内のプロセッサ１６０は、プロセッサ可読媒体（その媒体上でプログラム命令が実施される）を備えるプログラム製品を実行して、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０に、方法４００のブロック４０４〜４２６を参照して下記で説明される機能を遂行させる。ブロック４０４、４０８、４１２、および４１６で実装されるプロセスは、本明細書では、「第１の処理モード」または「通常の障害のない処理モード」とも呼ばれる第１の処理である。ブロック４０６、４１０、４１４、および４１８で実装されるプロセスは、本明細書では、「第２の処理モード」または「大きな勾配処理モード」とも呼ばれる第２の処理である。

[40]ブロック４０２では、フローが、図３の方法３００のブロック３１０からブロック４０４およびブロック４０６に進行する。
[41]ブロック４０４では、第１の処理衛星差モジュール１１１が衛星差を計算する。デュアル処理衛星差計算モジュール１１０内の第１の処理衛星差モジュール１１１は、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星からの信号の間の搬送波位相測定値の差を決定する。搬送波位相測定値は、少なくとも２つの基準受信機２５１〜２５４から第１の処理衛星差モジュール１１１に入力される。第１の処理衛星差モジュール１１１は、基準受信機２５１〜２５４で、モニタされる衛星２００−１から受信される無線周波数信号４５０−１と、基準受信機２５１〜２５４で、他の衛星の少なくとも部分集合２００（２〜Ｋ）から受信される無線周波数信号４５０（２〜Ｋ）との間の搬送波位相測定値の差を決定する。

[42]ブロック４０６では、第２の処理衛星差モジュール１１２が衛星差を計算する。ブロック４０４および４０６は、同じ時間に、またはほとんど同じ時間に行われる。搬送波位相測定値は、少なくとも２つの基準受信機２５１〜２５４から第２の処理衛星差モジュール１１２に入力される。処理衛星差計算モジュール１１０内の第２の処理衛星差モジュール１１２は、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星からの信号の間の搬送波位相測定値の差を決定する。第２の処理衛星差モジュール１１２は、基準受信機２５１〜２５４で、モニタされる衛星２００−１から受信される無線周波数信号４５０−１と、基準受信機２５１〜２５４で、他の衛星の少なくとも部分集合２００（２〜Ｋ）から受信される無線周波数信号４５０（２〜Ｋ）との間の搬送波位相測定値の差を決定する。

[43]例えば第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２は各々、第１の基準受信機２５１での第１の衛星２００−１に対する瞬間的搬送波位相測定値と、第１の基準受信機２５１での第２の衛星２００−２に対する瞬間的搬送波位相測定値との間の差を入手する。第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２は各々、第２の基準受信機２５２での第１の衛星２００−１に対する瞬間的搬送波位相測定値と、第２の基準受信機２５２での第２の衛星２００−２に対する瞬間的搬送波位相測定値との間の差を入手する。第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２は各々、第３の基準受信機２５３での第１の衛星２００−１に対する瞬間的搬送波位相測定値と、第３の基準受信機２５３での第２の衛星２００−２に対する瞬間的搬送波位相測定値との間の差を入手する。

[44]他の衛星の部分集合内に２つの衛星２００（２〜３）が存在する場合、第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２は各々、第１の基準受信機２５１での第１の衛星２００−１に対する瞬間的搬送波位相測定値と、第１の基準受信機２５１での第３の衛星２００−３に対する瞬間的搬送波位相測定値との間の差を入手する。第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２は各々、第２の基準受信機２５２での第１の衛星２００−１に対する瞬間的搬送波位相測定値と、第２の基準受信機２５２での第３の衛星２００−３に対する瞬間的搬送波位相測定値との間の差を入手する。第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２は各々、第３の基準受信機２５３での第１の衛星２００−１に対する瞬間的搬送波位相測定値と、第３の基準受信機２５３での第３の衛星２００−３に対する瞬間的搬送波位相測定値との間の差を入手する。

[45]このようにして、第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２は各々、各々の基準受信機に対して（適切な波長領域での）（Ｋ−１）個の差δΦ^ｍ _ｎ，ｋを確立するものであり、ただし「ｍ」は、第ｍの基準受信機を表す正の整数であり、「ｎ」は、第ｎの共通に評価される衛星（モニタされる衛星）を表す正の整数であり、「ｋ」は、第ｋの他の衛星を表す正の整数である。

[46]本明細書で規定されるように、通常の障害のない処理モードによる、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０内の第１の処理衛星差モジュール１１１で処理される搬送波位相測定値の差は、「第１の衛星差」である。同様に本明細書で規定されるように、大きな勾配処理モードによる、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０内の第２の処理衛星差モジュール１１２で処理される搬送波位相測定値の差は、「第２の衛星差」である。この実施形態の１つの実装形態では、第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２は各々、搬送波位相測定値の差を決定するためのソフトウェアを別個に実行して、それぞれの第１の衛星差および第２の衛星差を決定する。この実施形態の別の実装形態では、差が、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０の内部で生成され、次いで差が、さらなる処理のために第１の処理衛星差モジュール１１１および第２の処理衛星差モジュール１１２の両方に入力される。

[47]搬送波位相測定値の差（すなわち、第１の衛星差および第２の衛星差）は、行列フォーマットで示され得る。４つの衛星（モニタされる衛星を含む）が存在するとき、第１の基準受信機２５１に対する差行列は、以下の形式を有する。

[48]デュアル処理衛星差計算モジュール１１０は同様に、以下の形式を有する、第２の基準受信機２５２に対する差行列を生成する。

[49]デュアル処理衛星差計算モジュール１１０は同様に、以下の形式を有する、第３の基準受信機２５３に対する差行列を生成する。

[50]デュアル処理衛星差計算モジュール１１０は同様に、以下の形式を有する、第４の基準受信機２５４に対する差行列を生成する。

[51]このようにデュアル処理衛星差計算モジュール１１０は、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０に入力を提供する各々の基準受信機に対して（Ｋ−１）個の差δΦを算出するものであり、ただし、Ｋは部分集合内の衛星の数である。これらの差は、第１の衛星２００−１、および、部分集合内の他の衛星２００（２〜Ｋ）から送信される無線周波数信号４５０（１〜Ｋ）の間の、０°から３６０°での範囲内の相対位相を反映する。

[52]ブロック４０８では、第１の処理衛星差モジュール１１１が、＋λ／２から−λ／２の間で、ブロック４０４で計算された第１の衛星差を正規化する（すなわち、制限する）。

[53]ブロック４１０では、第２の処理衛星差モジュール１１２が、０からλの間で、ブロック４０６で計算された第２の衛星差を正規化する（すなわち、制限する）。ブロック４０８および４１０は、同じ時間に、またはほとんど同じ時間に行われる。

[54]ブロック４１２では、第１の処理衛星差モジュール１１１が、ブロック４０８で算出された、正規化された第１の衛星差の平均を計算する。ブロック４１４では、第２の処理衛星差モジュール１１２が、ブロック４１０で算出された、正規化された第２の衛星差の平均を計算する。ブロック４１２および４１４は、同じ時間に、またはほとんど同じ時間に行われる。

[55]第１の処理衛星差モジュール１１１は、ブロック４０８で計算された、正規化された第１の衛星差、および、ブロック４１２で算出された、正規化された第１の衛星差の平均を、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０内の第１の分散算出モジュール１１３に出力する。第２の処理衛星差モジュール１１２は、ブロック４１０で計算された、正規化された第２の衛星差、および、ブロック４１４で算出された、正規化された第２の衛星差の平均を、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０内の第２の分散算出モジュール１１４に出力する。

[56]ブロック４１６では、第１の分散算出モジュール（ＶＣＭ）１１３が、第１の衛星差の第１の分散を計算する。第１の分散算出モジュール１１３は、第１の分散を、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０内の選択論理１１５に出力する。

[57]ブロック４１８では、第２の分散算出モジュール１１４が、第２の衛星差の第２の分散を計算する。ブロック４１６および４１８は、同じ時間に、またはほとんど同じ時間に行われる。第２の分散算出モジュール１１４は、分散を、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０内の選択論理１１５に出力する。

[58]デュアル処理衛星差計算モジュール１１０内の選択論理１１５は、第１の分散算出モジュール１１３および第２の分散算出モジュール１１４からの分散を入力する。ブロック４２０では、選択論理１１５は、第１の処理モードによって処理された選択された差、または、第２の処理モードによって処理された選択された差のうちの１つをさらなる処理のために出力することを選択する。選択論理１１５が、第１の処理モードによって計算されたデータ（第１のデータ）をさらなる処理のために出力することを選択するとき、第１の処理モードによって処理された第１の衛星差を指し示すデータは、「選択されたデータ」、「搬送波位相測定値での選択された差」、または「選択された第１のデータ」と呼ばれる。選択論理１１５が、第２の処理モードからのデータ（第２のデータ）をさらなる処理のために出力することを選択するとき、第２の処理モードによって処理された第２の衛星差を指し示すデータは、「選択されたデータ」、「搬送波位相測定値での選択された差」、または「選択された第２のデータ」と呼ばれる。選択は、第１の処理モードおよび第２の処理モードの差の計算された分散に基づく。この実施形態の１つの実装形態では、選択論理１１５は、＋λ／２から−λ／２の間で正規化された差に対して第１の分散算出モジュール１１３により計算された分散が、０からλの間で正規化された差に対して第２の分散算出モジュール１１４により計算された分散未満であるかどうかを決定する。

[59]この実施形態の１つの実装形態では、選択論理１１５は、第１の処理モードにより生成された第１の分散が分散しきい値未満であり、平均値が（−λ／４から＋λ／４の）間であるならば、通常の障害のない処理モードを選択する。この後者の事例において、通常の障害のない処理モードに対して生成された分散が分散しきい値より大きく、平均値が（−λ／４から＋λ／４の）間であるとき、選択論理１１５は、０からλの間で正規化された差を伴う、大きな勾配処理モードを選択する。

[60]次にこのデュアル処理の利点が、図５Ａおよび図５Ｂを参照して説明される。図５Ａは、通常の障害のない処理モードに対する−λ／２から＋λ／２の間の不連続点５０５を伴う波長円線図５０１を示す。図５Ｂは、大きな勾配処理モードに対する０から＋λの間の不連続点５０７を伴う波長円線図５０２を示す。

[61]波長円線図５０１および５０２は、不連続点の近くの搬送波位相差が、衛星２００（１〜Ｎ）から来る信号４５０（１〜Ｎ）での誤差にどのように関連付けられるかの視覚的指示を提供する。理想的には差／誤差は、波長円線図５０１上の０である。搬送波位相の差／誤差は、本来は角度単位（すなわち、度）であるが、３６０度を衛星搬送波信号の１つの波長（λ）に等しいと設定することにより、距離単位にもまた変換される。例えば衛星搬送波波長が１９０ｍｍであるならば、１８０度の角度位相差は「半波長」または「９５ｍｍ」に等しい。

[62]波長円線図５０１は、通常の障害のない処理モードでの各々のサンプル時間期間での基準受信機２５１〜２５４（図１）の各々に対する衛星搬送波位相差を表す。通常の障害のない処理モードは、本明細書では、「定格処理」または「定格処理モード」とも呼ばれる。通常の障害のない処理モードに対しては、±λ／２の近くに不連続点が存在する。信号が０から負の方向に（波長円線図５０１の周囲を時計回りで）−λ／４を通って−λ／２に進み、１８０°を通過する場合、衛星搬送波位相差は不連続点５０５に遭遇し、−λ／２から＋λ／２に急転する。同様に、信号が０から正の方向に（波長円線図５０１の周囲を反時計回りで）＋λ／４を通って＋λ／２に進み、１８０°を通過する場合、衛星搬送波位相差は不連続点５０５に遭遇し、＋λ／２から−λ／２に急転する。衛星搬送波位相差が、波長円線図５０１において＋λ／２から−λ／２への不連続点５０５を通過するとき、通常の障害のない処理モードに対しての電離層勾配モニタからの出力には不正確さが存在する。この事例では、ブロック４１６で算出される分散の平均は大きい。

[63]波長円線図５０２は、大きな勾配処理モードでの各々のサンプル時間期間での基準受信機２５１〜２５４の各々に対する衛星搬送波位相差を表す。大きな勾配処理モードに対しては、０およびλの近くに不連続点が存在する。信号が＋λ／２から負の方向に（波長円線図５０２の周囲を時計回りで）＋λ／４を通って０に進み、０を通過する場合、衛星搬送波位相差は不連続点５０７に遭遇し、０から＋λに急転する。同様に、信号が＋λ／２から正の方向に（波長円線図５０２の周囲を反時計回りで）＋３λ／４を通って＋λに進み、＋λを通過する場合、衛星搬送波位相差は不連続点５０７に遭遇し、＋λから０に急転する。衛星搬送波位相差が、波長円線図５０２において＋λから０への不連続点５０７を通過するとき、大きな勾配処理モードに対しての電離層勾配モニタからの出力には不正確さが存在する。この事例では、ブロック４１８で算出される分散の平均は大きい。

[64]デュアル処理衛星差計算モジュール１１０は、基準受信機からのデータを処理するように、および、不連続点を通り過ぎる処理モードを拒絶する（または排除する）ように構成される。所与の基準受信機２５１〜２５４（図１）に対するデータが＋λから０での不連続点５０７を通過する場合、ブロック４１８で算出される分散の平均は大きい。この事例では、定格処理モード（第１のプロセス）からの出力が、下流でのさらなる処理のために選択される。

[65]所与の基準受信機に対するデータが＋λ／２から−λ／２での不連続点５０５を通過する場合、ブロック４１６で算出される分散の平均は大きい。この事例では、大きな勾配処理モード（第２のプロセス）からの出力が、下流でのさらなる処理のために選択される。

[66]データが５０５または５０７での不連続点を通り過ぎない場合でも、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０は、分散しきい値に基づいて、さらなる下流の処理のために最適な処理モードからの出力を選択するように構成される。

[67]図５Ａに表されるような通常の障害のない処理モードが、最も小さな分散を有すると（ブロック４２０で）決定される場合、方法４００のフローは、ブロック４２０からブロック４２２に進行する。ブロック４２２では、第１の処理モードによって計算された第１の衛星差を指し示す出力（第１のデータ）が、第１の分散算出モジュール１１３から二重差計算モジュール１２０に送出される。この実施形態の１つの実装形態では、第１の衛星差を指し示すデータは、選択論理１１５を介して二重差計算モジュール１２０に送出される。この実施形態の別の実装形態では、選択論理１１５は、第１の分散算出モジュール１１３に、二重差計算モジュール１２０に直接、第１の衛星差を指し示すデータを送出するように命令する。この後者の事例の一部の実施形態において、選択論理１１５は、第２の分散算出モジュール１１４に、そのサンプル時間期間の間、第２の衛星差を指し示すデータを削除するように命令する。方法４００のフローは、ブロック４２２からブロック４２８に進行する。第１の衛星差を指し示すデータは、水平勾配を推定するためのさらなる処理のために必要とされる、第１の衛星差を指し示す情報である。同様に第２の衛星差を指し示すデータは、水平勾配を推定するためのさらなる処理のために必要とされる、第２の衛星差を指し示す情報である。

[68]図５Ｂに表されるような大きな勾配処理モードが、最も小さな分散を有すると（ブロック４２０で）決定される場合、方法４００のフローは、ブロック４２０からブロック４２４に進行する。ブロック４２４では、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０が、サンプル時間期間の間の測定値に＋λ／２を加算することにより、＋λ／２から−λ／２の範囲内で、逆戻りして平均差を正規化する。ブロック４２６では、第２の処理モードによって計算された第２の衛星差を指し示す出力（第２のデータ）が、第２の分散算出モジュール１１４から二重差計算モジュール１２０に送出される。この実施形態の１つの実装形態では、第２の衛星差を指し示す第２のデータは、選択論理１１５を介して二重差計算モジュール１２０に送出される。この実施形態の別の実装形態では、選択論理１１５は、第２の分散算出モジュール１１４に、二重差計算モジュール１２０に直接、第２の衛星差を指し示すデータを送出するように命令する。この後者の事例の一部の実施形態において、選択論理１１５は、第１の分散算出モジュール１１３に、そのサンプル測定期間の間、第１の衛星差を指し示すデータを削除するように命令する。方法４００のフローは、ブロック４２６からブロック４２８に進行する。

[69]ブロック４２８では、フローが図６内のブロック６０２に進行する。図６は、水平遅延勾配の大きさを決定するための方法６００の１つの実施形態を表す流れ図を示す。方法６００は、図１に示されるような電離層遅延勾配に対してモニタするための地上局９０を参照して、および、図２に示される処理モジュール１００を参照して説明されるが、方法６００は、本文書を読む当業者により理解可能であるように、システムの他の実施形態を使用して実装され得るということが理解されるべきである。方法６００に対するこのフローは、各々の基準受信機２５１〜２５４に対する各々のサンプル期間の間に行われる。

[70]図４を参照して上記で説明されたように、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０内の第１の分散算出モジュール１１３、または、デュアル処理衛星差計算モジュール１１０内の第２の分散算出モジュール１１４のいずれかが、それぞれブロック４２２または４２６で、二重差計算モジュール１２０に、選択された出力（すなわち、選択されたデータ）を送出する。

[71]二重差計算モジュール１２０は、第１の処理モードおよび第２の処理モードのうちの選択された１つによって処理された、選択されたデータを入力するように構成される。具体的には二重差計算モジュール１２０は、第１の分散算出モジュール１１３または第２の分散算出モジュール１１４のいずれかから、差δΦ^ｍ _ｎ，ｋを受け入れる。

[72]方法６００のフローは、ブロック６０２からブロック６０４に進行する。ブロック６０４では、二重差計算モジュール１２０は、基準受信機の対２７０、２７１、および２７２の間の二重差（ｄ_ｎ，ｋ）を形成する。第１の対２７０に対する二重差は、第１の基準受信機２５１と第２の基準受信機２５２との間のδΦ^ｍ _ｎ，ｋの差であり、そのことは数学的には次式のように表される。

ｄ_ｎ，ｋ［ＲＲ１，ＲＲ２］＝δΦ^２ _ｎ，ｋ−δΦ^１ _ｎ，ｋ （５）
[73]４つの基準受信機が存在する場合、第１の対２７０の間の二重差は、ｄ_ｎ，ｋ［ＲＲ１，ＲＲ２］＝δΦ^２ _ｎ，ｋ−δΦ^１ _ｎ，ｋにより得られ、第２の対２７１の間の二重差は、ｄ_ｎ，ｋ［ＲＲ１，ＲＲ３］＝δΦ^３ _ｎ，ｋ−δΦ^１ _ｎ，ｋにより得られ、第３の対２７２の間の二重差は、ｄ_ｎ，ｋ［ＲＲ１，ＲＲ４］＝δΦ^４ _ｎ，ｋ−δΦ^１ _ｎ，ｋにより得られる。

[74]ブロック６０６では、二重差計算モジュール１２０は、対内の基準受信機の知られている位置の差に対して二重差を補整する。この補整は、位置の差が衛星への見通し線上に投射される、幾何学的補整プロセスである。（対２７０〜２７２内の）共通の基準受信機２５１の、他の基準受信機２５２〜２５４に対する知られている幾何学的関係性、および、見通し線を規定する単位ベクトルが、プロセスのこのステップで使用される。上記で説明されたように、知られている幾何学的関係性は、第１の基準受信機２５１から第２の基準受信機２５２へのベクトルａ、第１の基準受信機２５１から第３の基準受信機２５３へのベクトルｂ、および、第１の基準受信機２５１から第４の基準受信機２５４へのベクトルｃにより指示される。

[75]ブロック６０８では、二重差計算モジュール１２０は、それぞれの少なくとも２つの基準受信機２５１〜２５４に関連するアンテナに対して、仰角および方位角依存のアンテナ変動に対して補整する。この実施形態の１つの実装形態では、二重差計算モジュール１２０は、（球面調和関数などの）関数級数を使用して、アンテナに対して、仰角および方位角依存のアンテナ変動に対して補整する。この実施形態の別の実装形態では、二重差計算モジュール１２０は、作表された数および補間を使用して、アンテナに対して、仰角および方位角依存のアンテナ変動に対して補整する。ブロック６０８は随意であり、一部の実施形態では、それぞれの基準受信機に関連するアンテナに対する、仰角および方位角依存のアンテナ変動に対する補整はない。

[76]ブロック６１０では、二重差計算モジュール１２０は、補整された二重差に関する剰余演算を遂行する。剰余演算は、自然数の波長を減算することにより、マイナス２分の１波長からプラス２分の１波長（±λ／２）の範囲に位相を制限する。

[77]この実施形態の１つの実装形態では、剰余の結果が、搬送波位相二重差ノイズ１σにより重み付けされるものであり、様々な基準受信機対に対するノイズ成分は、すべてが同じ重みを有するとは限らない。無線周波数信号４５０（１〜Ｎ）での大部分のノイズ誤差は、標準的なマルチパスおよび熱のノイズモデルに基づいて予測され得る。

[78]１つの実施形態では、二重差計算モジュール１２０はさらに、二重差をフィルタリングして、ノイズ内容物を低減する。別の実施形態では、二重差計算モジュールは、補整された二重差を経時的に平均化するようにさらに構成される。さらに別の実施形態では、二重差計算モジュールは、補整された二重差を経時的に平均化することと、二重差をフィルタリングして、ノイズ内容物を低減することとを行うように構成される。

[79]二重差計算モジュール１２０は、勾配推定器モジュール１３０に入力を提供するように通信可能に結合される。勾配推定器モジュール１３０に提供される入力は、（剰余演算を含めて）平均化された補整された二重差である。平均化された補整された二重差は、勾配推定器モジュール１３０で受け入れられる。この実施形態の１つの実装形態では、パリティチェックが、平均化された補整された二重差が勾配推定器モジュール１３０に送出される前に行われる。例えばパリティチェックは、ＧＲＯＵＮＤ−ＢＡＳＥＤ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＴＯ ＥＸＴＥＮＤ ＴＨＥ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＯＦ ＥＸＣＥＳＳＩＶＥ ＤＥＬＡＹ ＧＲＡＤＩＥＮＴＳ ＵＳＩＮＧ ＰＡＲＩＴＹ ＣＯＲＲＥＣＴＩＯＮＳ（パリティ補正を使用して過度遅延勾配の検出を拡張するための地上型システムおよび方法）という名称の、出願第１４／２５３，４４５号として、本明細書とともに同じ日に出願された特許出願において説明されているように、平均化された補整された二重差が勾配推定器モジュール１３０に送出される前に行われる。

[80]ブロック６１２では、勾配推定器モジュール１３０は、モニタされる衛星２００−１と、基準受信機２５１〜２５４の対２７０〜２７２との間の電離層２０内の勾配２２から結果として生じる水平遅延勾配の大きさを推定する。水平遅延勾配は、地上基準受信機から衛星への見通し線に沿った異常電離層遅延勾配により引き起こされる。水平遅延勾配は、他の異常信号条件から結果として生じる場合もある。この実施形態の１つの実装形態では、水平遅延勾配は、Ｂｒｅｎｎｅｒによる、「Ｇｒｏｕｎｄ−ｂａｓｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ Ｍｏｎｉｔｏｒ ｆｏｒ Ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ Ｄｅｌａｙ Ｇｒａｄｉｅｎｔｓ（過度遅延勾配に対してモニタするための地上型システムおよび方法）」という名称の、本明細書に参照により完全に組み込まれる米国特許第８，０９４，０６４号において説明されているように決定される。

[81]ブロック６１４では、勾配推定器モジュール１３０は、推定された勾配

の少なくとも１つが、選択された勾配しきい値Ｔを上回るかどうかを決定する。選択された勾配しきい値は、メモリ１５０または記憶媒体１７０内に記憶される。選択された勾配しきい値は、そのしきい値がノイズのみにより上回られないように十分高く設定される。ノイズは、異なる方向では異なり得るものであり、このことは、勾配しきい値を設定するときに考慮される。勾配異常が存在するとき、し損なわれる検出の確率ｐ_ｍｄは、非心χ^２分布を使用することにより算出され得る。

[82]ブロック６１６では、勾配推定器モジュール１３０は、水平遅延勾配の推定された大きさが、選択された勾配しきい値を上回る場合、警告を発する。警告は、警告信号および／または除外コマンドであり得る。１つの実施形態では、除外コマンドが、水平遅延勾配モニタ９５から地上局ブロードキャスト９２に送出される。別の実施形態では、警告信号が、水平遅延勾配モニタ９５から地上局ブロードキャスト９２に送出される。別の実施形態では、警告信号はさらに、水平遅延勾配モニタ９５から地上局９０に送出され、地上局９０は、警告の発することに基づいて航空交通管制官に警告するためのディスプレイに通信可能に結合される。

[83]ブロック６１８では、地上局９０は、モニタされる衛星の少なくとも１つが、勾配しきい値を上回った推定された勾配を有する場合、ブロードキャストを中止するための、または、通信リンク４１を介して航空機４０に航法システムデータを提供することから、影響を受けたモニタされる衛星を除外するためのステップをとる。例えば地上局ブロードキャスト９２は、勾配推定器モジュール１３０から出力される除外コマンドを受信し、領域内の航空機４０に対するブロードキャストメッセージを修正して、航空機４０が、勾配異常に遭遇しているモニタされる衛星からの情報を使用することを停止させる。必要であるならば地上局９０は、モニタされる衛星の少なくとも１つが、勾配しきい値を上回った推定された勾配を有する場合、地上局ブロードキャスト９２からのブロードキャストを中止するためのステップをとる。

[84]この実施形態の１つの実装形態では、すべての二重差が、基準受信機２５１〜２５４の視界内のすべての有効な衛星２００（１〜Ｎ）に対して、第１の基準受信機２５１と、すべての他の有効な基準受信機２５２〜２５４との間で形成される。この実施形態の別の実装形態では、二重差が、有効な衛星２００（１〜Ｎ）の部分集合２００（１〜Ｋ）に対して、第１の基準受信機２５１と、すべての他の有効な基準受信機２５２〜２５４との間で形成されるものであり、ただし、Ｋ≦Ｎである。別の実施形態では、基準受信機２５１〜２５４に送信しているすべての衛星２００（１〜Ｎ）が、モニタされる衛星であり、他の衛星の部分集合が、モニタされる衛星の各々からの衛星信号においての水平遅延勾配を決定するために、本明細書で説明されるように使用される。さらに別の実施形態では、基準受信機２５１〜２５４に送信しているすべての衛星２００（１〜Ｎ）が、モニタされる衛星であり、他の衛星のすべてが、モニタされる衛星の各々からの衛星信号においての水平遅延勾配を決定するために、本明細書で説明されるように使用される。

[85]１つの実施形態では、水平面内の二乗ｘ成分および二乗ｙ成分の重み付き組み合わせが形成され、第２のしきい値と比較される。勾配しきい値が１つの衛星（例えば、第ｎの衛星）に対して上回られるが、他の衛星は１つもそれらの第２のしきい値を上回らない場合、異常が第ｎの衛星において検出されたということであり、第ｎの衛星は、航空機に航法データを提供することから除外される。

[86]本明細書で説明されるシステムおよび方法の実施形態は、電離層の電子密度での異常勾配に起因する航空機内の航法システムに対する脅威を低減するために使用され得る。
例示的な実施形態
[87]例１は、衛星信号においての水平遅延勾配をモニタするための処理モジュールであって、少なくとも２つの基準受信機から少なくとも２つの衛星に対する搬送波位相測定値を受信することであって、少なくとも２つの衛星が、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星を含み、少なくとも２つの基準受信機が、相互に対する知られている幾何学的関係性を有する、受信することと、＋λ／２から−λ／２の間で第１の衛星差を正規化するための第１の処理モードを実装することと、０からλの間で第２の衛星差を正規化するように構成される第２の処理モードを実装することと、第１の処理モードによって処理された第１の衛星差を指し示すデータ、および、第２の処理モードによって処理された第２の衛星差を指し示すデータのうちの１つをさらなる処理のために選択することとを行うように動作可能なデュアル処理衛星差計算モジュール、デュアル処理衛星差計算モジュールから入力される選択されたデータに基づいて、少なくとも２つの基準受信機の１つまたは複数の対の間の二重差を形成するように構成される二重差計算モジュール、ならびに、モニタされる衛星に対する平均化された補整された二重差に基づいて水平遅延勾配の大きさを推定するように構成される勾配推定器モジュールを備える、処理モジュールを含む。

[88]例２は、デュアル処理衛星差計算モジュールが、正規化された第１の衛星差を平均化するように構成される第１の処理衛星差モジュールと、正規化された第１の衛星差の第１の分散を計算するための第１の分散算出モジュールと、正規化された第２の衛星差を平均化するように構成される第２の処理衛星差モジュールと、正規化された第２の衛星差の第２の分散を計算するための第２の分散算出モジュールと、第１の衛星差の第１の分散、および第２の衛星差の第２の分散に基づいてさらなる処理のために出力を選択するための選択論理とをさらに備える、例１の処理モジュールを含む。

[89]例３は、第１の処理モードが、モニタされる衛星、および、少なくとも１つの他の衛星の少なくとも１つからの衛星信号の間の搬送波位相測定値の差を計算することと、第１の処理衛星差モジュールで＋λ／２から−λ／２の間で正規化された第１の衛星差の平均を計算することと、第１の分散算出モジュールで第１の衛星差の第１の分散を計算することとを、デュアル処理衛星差計算モジュール内で行うようにさらに構成され、第２の処理モードが、第２の処理衛星差モジュールで０からλの間で正規化された第２の衛星差の平均を計算することと、第２の分散算出モジュールで第２の衛星差の第２の分散を計算することとを、デュアル処理衛星差計算モジュール内で行うようにさらに構成される、例１〜２のいずれかの処理モジュールを含む。

[90]例４は、二重差計算モジュールが、それぞれの１つまたは複数の対内の基準受信機の、１つまたは複数の知られている位置の差に対して、１つまたは複数の対の間の二重差を補整することと、剰余演算を遂行して、補整された二重差を、マイナス２分の１波長からプラス２分の１波長の範囲に制限することとを行うようにさらに構成される、例１〜３のいずれかの処理モジュールを含む。

[91]例５は、二重差計算モジュールが、補整された二重差をフィルタリングして、ノイズ内容物を低減するようにさらに構成される、例４の処理モジュールを含む。
[92]例６は、二重差計算モジュールが、補整された二重差を経時的に平均化するようにさらに構成される、例４〜５のいずれかの処理モジュールを含む。

[93]例７は、二重差計算モジュールが、少なくとも２つの基準受信機にそれぞれ関連するアンテナに対して、仰角および方位角依存のアンテナ変動に対して補整するようにさらに構成される、例４〜６のいずれかの処理モジュールを含む。

[94]例８は、勾配推定器モジュールが、遅延勾配の推定された大きさを、選択された勾配しきい値と比較するようにさらに構成される、例１〜７のいずれかの処理モジュールを含む。

[95]例９は、モニタされる衛星に対する遅延勾配に対してモニタする方法であって、処理モジュールのデュアル処理衛星差計算モジュールで少なくとも２つの基準受信機から搬送波位相測定値を受信するステップであって、少なくとも２つの基準受信機が、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星から無線周波数信号を実質的に同時に受信する、受信するステップと、デュアル処理衛星差計算モジュール内の第１の処理衛星差モジュールでの、＋λ／２から−λ／２の間で、計算された第１の衛星差を正規化するための第１の処理モードを実装するステップと、デュアル処理衛星差計算モジュール内の第２の処理衛星差モジュールでの、第２の処理衛星差モジュールで、０からλの間で、計算された第２の衛星差を正規化するための第２の処理モードを実装するステップと、第１の処理モードによって処理された第１の衛星差を指し示すデータ、および、第２の処理モードによって処理された第２の衛星差を指し示すデータのうちの１つをさらなる処理のために選択するステップと、処理モジュール内の二重差計算モジュールで、デュアル処理衛星差計算モジュールから入力される選択されたデータに基づいて、少なくとも２つの基準受信機の１つまたは複数の対の間の二重差を形成するステップと、処理モジュール内の勾配推定器モジュールで、モニタされる衛星に対する平均化された補整された二重差に基づいて水平遅延勾配の大きさを推定するステップとを含む、方法を含む。

[96]例１０は、第１の処理モードを実装するステップが、第１の処理衛星差モジュールで、少なくとも２つの基準受信機に対して、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星からの無線周波数信号の間の搬送波位相測定値の差を計算するステップと、＋λ／２から−λ／２の間で正規化された第１の衛星差を平均化するステップと、正規化された第１の衛星差の第１の分散を計算するステップとをさらに含む、例９の方法を含む。

[97]例１１は、第２の処理モードを実装するステップが、０からλの間で正規化された第２の衛星差を平均化するステップと、正規化された第２の衛星差の第２の分散を計算するステップとをさらに含み、さらなる処理のために選択するステップが、第１の分散および第２の分散に基づく、例１０の方法を含む。

[98]例１２は、補整された二重差に関する剰余演算を遂行して、補整された二重差を、マイナス２分の１波長からプラス２分の１波長の範囲に制限するステップをさらに含む、例９〜１１のいずれかの方法を含む。

[99]例１３は、水平遅延勾配の推定された大きさが、選択された勾配しきい値を上回るかどうかを決定するステップをさらに含む、例９〜１２のいずれかの方法を含む。
[100]例１４は、水平遅延勾配の推定された大きさが、選択された勾配しきい値を上回る場合、警告を発するステップと、警告の発するステップに基づいて、航空機に航法システムデータを提供することから衛星を除外するステップとをさらに含む、例１３の方法を含む。

[101]例１５は、水平遅延勾配の推定された大きさが、選択された勾配しきい値を上回る場合、航空機に航法システムデータを提供することから、モニタされる衛星を除外するステップをさらに含む、例１３〜１４のいずれかの方法を含む。

[102]例１６は、モニタされる衛星に対する水平遅延勾配に対してモニタするための地上型システムであって、相互に対する知られている幾何学的関係性で布置される少なくとも２つの基準受信機であって、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星から無線周波数信号を実質的に同時に受信するように構成される、少なくとも２つの基準受信機、ならびに、少なくとも２つの基準受信機に通信可能に結合される処理モジュールであって、少なくとも２つの基準受信機から少なくとも２つの衛星に対する搬送波位相測定値を受信することであって、少なくとも２つの衛星が、モニタされる衛星および少なくとも１つの他の衛星を含み、少なくとも２つの基準受信機が、相互に対する知られている幾何学的関係性を有する、受信することと、＋λ／２から−λ／２の間で第１の衛星差を正規化するための第１の処理モードを実装することと、０からλの間で第２の衛星差を正規化するように構成される第２の処理モードを実装することと、第１の処理モードによって処理された第１の衛星差を指し示すデータ、および、第２の処理モードによって処理された第２の衛星差を指し示すデータのうちの１つをさらなる処理のために選択することとを行うように動作可能なデュアル処理衛星差計算モジュールを含む、処理モジュールを備える、地上型システムを含む。

[103]例１７は、デュアル処理衛星差計算モジュールが、正規化された第１の衛星差を平均化するように構成される第１の処理衛星差モジュールと、正規化された第１の衛星差の第１の分散を計算するための第１の分散算出モジュールと、正規化された第２の衛星差を平均化するように構成される第２の処理衛星差モジュールと、正規化された第２の衛星差の第２の分散を計算するための第２の分散算出モジュールと、第１の分散および第２の分散に基づいてさらなる処理のために出力を選択するための選択論理とを含む、例１６の地上型システムを含む。

[104]例１８は、処理モジュールが、少なくとも２つの基準受信機の対の間の二重差を形成することと、対内の基準受信機の知られている位置の差に対して、対の間の二重差を補整することと、剰余演算を遂行して、補整された二重差を、マイナス２分の１波長からプラス２分の１波長の範囲に制限することとを行うように動作可能な二重差計算モジュールをさらに含む、例１６〜１７のいずれかの地上型システムを含む。

[105]例１９は、処理モジュールが、モニタされる衛星に対する平均化された補整された二重差に基づいて水平遅延勾配の大きさを推定するように構成される勾配推定器モジュールをさらに備える、例１６〜１８のいずれかの地上型システムを含む。

[106]例２０は、勾配推定器モジュールが、遅延勾配の推定された大きさを、選択された勾配しきい値と比較するようにさらに動作可能である、例１９の地上型システムを含む。

[107]特定の実施形態が本明細書で例示および説明されたが、同じ目的を実現するように作られる任意の配置構成が、示された特定の実施形態に対して代用され得るということが、当業者により十分認識されよう。本出願は、本発明の任意の改変または変形に及ぶことが意図される。したがって、本発明は、特許請求の範囲およびその等価物のみにより限定されるということが明白に意図される。

２０ 電離層
２２ 異常遅延勾配、遅延勾配、勾配
４０ 航空機
４１ 通信リンク
９０ 地上局、地上型システム、ＧＢＡＳ地上局
９２ 地上局ブロードキャスト
９５ 水平遅延勾配モニタ
１００ 処理モジュール
１０５ ワイヤレスまたは有線のリンク
１１０ デュアル処理衛星差計算モジュール、処理衛星差計算モジュール
１１１ 第１の処理衛星差モジュール
１１２ 第２の処理衛星差モジュール
１１３ 第１の分散算出モジュール（ＶＣＭ）
１１４ 第２の分散算出モジュール
１１５ 選択論理
１２０ 二重差計算モジュール
１３０ 勾配推定器モジュール
１５０ メモリ
１６０ プロセッサ
１７０ 記憶媒体
２００ 少なくとも２つの衛星
２００（１〜Ｋ） 部分集合
２００（１〜Ｎ） 衛星
２００（２〜Ｋ） 衛星の部分集合、部分集合内の他の衛星、Ｋ−１個の他の衛星、少なくとも部分集合
２００（２〜Ｎ） 他の衛星
２００−１ モニタされる衛星、第１の衛星
２００−２ 少なくとも１つの他の衛星、別の衛星、第２の衛星
２００−３ 第３の衛星
２００−ｎ 第ｎの衛星
２５１ 基準受信機、第１の基準受信機、少なくとも２つの基準受信機
２５２ 基準受信機、第２の基準受信機、少なくとも２つの基準受信機
２５３ 基準受信機、第３の基準受信機、少なくとも２つの基準受信機
２５４ 基準受信機、第４の基準受信機、少なくとも２つの基準受信機
２６２ アンテナ
２７０ 基準受信機対、対、基準受信機の対、第１の対、１つまたは複数の対
２７１ 基準受信機対、対、基準受信機の対、第２の対、１つまたは複数の対
２７２ 基準受信機対、対、基準受信機の対、第３の対、１つまたは複数の対
３００ 方法
３０２、３０４、３０６、３０８、３１０ ブロック
４００ 方法
４０２、４０４、４０６、４０８、４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４、４２６、４２８ ブロック
４５０（１〜Ｋ） 無線周波数信号
４５０（１〜Ｎ） 無線周波数信号、信号、衛星信号
４５０（２〜Ｋ） 無線周波数信号
４５０−１ 信号、無線周波数信号
４５０−２ 無線周波数信号
４５０−ｎ 第ｎの衛星無線周波数信号
５０１、５０２ 波長円線図
５０５、５０７ 不連続点
６００ 方法
６０２、６０４、６０６、６０８、６１０、６１２、６１４、６１６、６１８ ブロック

Claims (3)

1. 衛星信号（４５０（１〜Ｎ））においての水平遅延勾配(horizontal delay gradient)をモニタするための処理モジュール（１００）であって、
   少なくとも２つの基準(reference)受信機から少なくとも２つの衛星（２００）に対する搬送波位相測定値を受信することであって、前記少なくとも２つの衛星（２００）が、モニタされる衛星（２００−１）および少なくとも１つの他の衛星（２００−２）を含み、前記少なくとも２つの基準受信機（２５１〜２５４）が、相互に対する知られている幾何学的(geometric)関係性を有する、受信することと、
   第１の処理モードを実装する(implement)ことであって、前記第１の処理モードにおいて、受信された搬送波位相測定に基づく２つの衛星の信号の間の搬送波位相差が、＋λ／２から−λ／２の間で正規化され、当該正規化された値が、第１の衛星差(satellite differences)を表すものと、
   第２の処理モードを実装することであって、前記第２の処理モードにおいて、受信された搬送波位相測定に基づく衛星の信号の間の搬送波位相差が、０からλの間で正規化され、当該正規化された値が、第２の衛星差(satellite differences)を表すものと、
   前記第１の処理モードによって処理された前記第１の衛星差を指し示すデータ、および、前記第２の処理モードによって処理された前記第２の衛星差を指し示すデータのうちの１つをさらなる処理のために選択することと
   を行うように構成されるデュアル処理衛星差計算モジュール（１１０）と、
   前記デュアル処理衛星差計算モジュール（１１０）から入力される前記選択されたデータに基づいて、前記少なくとも２つの基準受信機（２５１〜２５４）の１つまたは複数の対（２７０〜２７２）の間の二重差(double-differences)を形成するように構成される二重差計算モジュール（１２０）と、
   前記モニタされる衛星に対する平均化された補整された(compensated)二重差に基づいて前記水平遅延勾配の大きさを推定するように構成される勾配推定器モジュール（１３０）と
   を備える、処理モジュール（１００）。
2. 前記デュアル処理衛星差計算モジュール（１１０）が、
   正規化された第１の衛星差を平均化するように構成される第１の処理衛星差モジュール（１１１）と、
   前記正規化された第１の衛星差の第１の分散(variance)を計算するための第１の分散算出モジュール（１１３）と、
   正規化された第２の衛星差を平均化するように構成される第２の処理衛星差モジュール（１１２）と、
   前記正規化された第２の衛星差の第２の分散を計算するための第２の分散算出モジュール（１１４）と、
   前記第１の衛星差の前記第１の分散、および前記第２の衛星差の前記第２の分散に基づいてさらなる処理のために出力を選択するための選択論理（１１５）と
   をさらに備える、請求項１に記載の処理モジュール（１００）。
3. モニタされる衛星（２００−１）からの信号の遅延勾配をモニタする方法であって、
   処理モジュール（１００）のデュアル処理衛星差計算モジュール（１１０）で少なくとも２つの基準受信機（２５１〜２５４）から搬送波位相測定値を受信するステップであって、前記少なくとも２つの基準受信機（２５１〜２５４）が、前記モニタされる衛星（２００−１）および少なくとも１つの他の衛星（２００−２）から無線周波数信号を実質的に同時に受信する、受信するステップと、
   前記デュアル処理衛星差計算モジュール（１１０）内の第１の処理衛星差モジュール（１１１）での、第１の処理モードを実装するステップであって、前記第１の処理モードにおいて、受信された搬送波位相測定に基づく衛星（200-1、200-2）の信号の間の搬送波位相差が、＋λ／２から−λ／２の間で正規化され、当該正規化された値が、第１の衛星差(satellite differences)を表すものと、
   前記デュアル処理衛星差計算モジュール（１１０）内の第２の処理衛星差モジュール（１１２）での、第２の処理モードを実装するステップであって、前記第２の処理モードにおいて、受信された搬送波位相測定に基づく衛星の信号の間の搬送波位相差が、０からλの間で正規化され、当該正規化された値が、第２の衛星差(satellite differences)を表すものと、
   前記第１の処理モードによって処理された前記第１の衛星差を指し示すデータ、および、前記第２の処理モードによって処理された前記第２の衛星差を指し示すデータのうちの１つをさらなる処理のために選択するステップと、
   前記処理モジュール（１００）内の二重差計算モジュール（１２０）で、前記デュアル処理衛星差計算モジュール（１１０）から入力される前記選択されたデータに基づいて、前記少なくとも２つの基準受信機（２５１〜２５４）の１つまたは複数の対（２７０〜２７２）の間の二重差を形成するステップと、
   前記処理モジュール（１００）内の勾配推定器モジュール（１３０）で、前記モニタされる衛星（２００−１）に対する平均化された補整された二重差に基づいて前記水平遅延勾配の大きさを推定するステップと
   を含む、方法。

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