JP6847857B2 - 信号の時刻を決め及び放射体の位置を決めるために放射体からの信号を処理するシステム、及び関連する受信局 - Google Patents

Description

本発明は、地理的に離れた信号を受信するシステムの微調整同期に関する。特に、本発明は、送信機定位の分野に適用され、より具体的には、送信機の位置を特定するために送信機からの信号のタイミングを微調整する目的で、該送信機からの該信号を処理するシステムに関する。本発明は、限定ではなく、角度測定、方向発見、又は信号受信品質を向上するために複数のセンサを作動させようとするＭＩＭＯ（Multiple−Input Multiple−Output）システム若しくはＳＩＭＯ（Single−Input Multiple−Output）システムのような用途に適用できる。

より一般的には、本発明は、複数のセンサを備え、且つ信号の受信、分析、及び利用に専用であり、この目的のために地理的に異なる場所で感知されるような１つの同じ信号のダイバーシチ特性を用いるシステムに関する。特に、上述のシステムは、上述のダイバーシチ特性の適切に利用できるように、これらの信号の時刻決めの微調整を可能にする信号処理サブシステムを含む。

信号を送信する又は送る物体の、正確な遠隔の位置特定のために、使用される主な方法のうちの１つは、幾つかの場所で受信された該信号の１つの特定部分の受信の時間の間の差の微調整された測定を必要とする。

到達時間差（Time Differences of Arrival：ＴＤＯＡ）及び到達周波数差（Frequency Differences of Arrival：ＦＤＯＡ）を測定するために、これらの時刻決めされた信号部分は、送信され、次に、共通処理ユニットにおいて時間及び周波数相関により比較される。１つの知られている微調整時刻決め技術では、位置特定されるべき物体から到来する信号は、例えばＧＰＳ、Ｇｌｏｎａｓｓ、Ｇａｌｉｌｅｏ又はＢｅｉｄｕのようなＧＮＳＳシステム（Global Navigation Satellite System）の信号受信機による同期受信機システムで受信される。衛星ナビゲーションシステムのこれらの信号受信機は、それらの基準時間を送信する。この基準時間は、衛星ナビゲーションシステムの信号により同期化され、他の信号受信機へ送信される。一方、他の信号受信機は、この基準を用いて、関心信号の記録を時刻決めする。

この技術は、時間基準の送信において幾つかの誤りを統合する。これは、絶対時間誤差を生じる。

本発明により、幾つかの位置で受信される信号の時刻決め精度を向上できる。

本発明は、有利なことに、複数のサイトで送信機からの信号を記録することにより、該送信機の位置特定を可能にする。

時間誤差は、通常、互いに独立であり、特に、異なる同期の場合に（つまり、特に送信機位置特定アプリケーションで、時間決めの差が基本的に重要である場合に）互いにずれない。

第１の態様では、本発明は、送信機からの信号を処理するシステムの受信局であって、送信機から信号を取得するよう構成される第１受信機と、衛星ナビゲーションシステムから受信した信号を取得するよう構成される第２受信機と、を有し、前記局は、前記第１受信機及び前記第２受信機が、ローカル時間基準を生成する１つの同じローカルクロックによりペース調整され、前記取得される信号は前記時間基準により時刻を決められる、ことを特徴とする受信局に関する。

本発明の第１の態様において、受信局は、有利なことに、以下の特徴を単独で取り入れること又は技術的に可能な組合せにより達成される。

第２受信機は、衛星ナビゲーションシステムから受信した信号を復調し、該信号から絶対時間基準を抽出し、次に、絶対時間基準に対して送信機からの信を再同期するために該絶対時間基準と各ローカル時間基準との間の差を決定するよう更に構成される。

第１受信機は、絶対時間基準とローカル時間基準との間の差から、絶対時間基準に対して送信機からの信号を時刻決めするよう構成される。

第１受信機は、絶対時間基準の所定期間の間、送信機からの信号の部分を取得し、ローカル及び絶対時間基準における該部分の時間又は時間差と一緒に該部分を処理局へ送信するよう構成される。

前記衛星ナビゲーションシステムは、少なくとも１つの衛星群を有し、各衛星群は複数の衛星を有し、前記第２受信機は、自立又は監督下モードで、前記衛星ナビゲーションシステムの構成群のうちの１つの複数の衛星の中で少なくとも１つの衛星を選択するよう構成され、前記第２受信機により取得される前記信号は、前記選択された衛星から受信される。

選択は、自立モードで、可視の群の中の、閾値より高い高度を有する少なくとも１つの衛星を選択することを有する。

前記第２受信機は、可視の群の中の衛星から受信した信号の受信品質指示を生成するよう構成され、自立モードにおける前記選択は、閾値より高い前記品質指示の少なくとも１つの衛星を選択することを有する。

前記第２受信機は、監督下モードで、処理局により送信された衛星の前記選択に関する情報を受信するよう構成される。

前記第２受信機は、可視の群の中の１又は複数の衛星から受信した信号の受信品質指示を生成し、前記品質指示は前記処理局へ送信され、１又は複数の衛星の選択に関する前記情報は、該品質指示から決定される。

第２の態様では、本発明は、送信機からの信号を処理するシステムであって、本発明の第１の態様による少なくとも２つの受信局と、前記受信局により送信され及び時刻決めされた信号を処理するよう構成される処理局と、を有するシステムに関する。

本発明の第２の態様による処理システムは、有利なことに、以下の特徴を単独で取り入れること又は技術的に可能な組合せにより達成される。

処理局は、送信機からの同一信号の部分の間の時間及び／又は周波数における到着差を計算するよう構成される処理ユニットを有する。

前記処理ユニットは、前記の計算した到着差から、取得された信号が受信された送信機の位置を決定できる。

前記受信局の各々の前記第２受信機は、自立モードで、閾値より高い高度にある前記局の各々の可視性の範囲内で、少なくとも１つの衛星を選択するよう構成される。

前記処理局は前記受信局のうちの１つである。

本発明の他の特性、目的、特徴及び利点は、単に説明のためのものであり非限定的であり且つ添付の図面と関連して読まれるべき、以下の説明から明らかになるだろう。
１つの同じ送信機からの遠隔信号を処理するシステムを示す。 本発明による送信機からの遠隔信号を処理するシステムの受信局を示す。 従来の解決策による送信機からの遠隔信号を処理するシステムの受信局を示す。 全ての図面において、同様の部分は同じ参照符号を有する。

図１に関し、送信機２からの信号を処理するシステムは、第１に送信機２からの信号を、第２に<<ＧＮＳＳ>>システム（例えば、ＧＰＳ、Ｇｌｏｎａｓｓ又はＧａｌｉｌｅｏ）として知られる１又は複数の衛星ナビゲーションシステム５から受信した信号を取得する少なくとも２つの受信局を有する。図１では、３つのリモート局１ａ、１ｂ、１ｃが示される。送信機２は、標準的に、位置を特定されることが望ましい衛星であるが、航空機又はモバイル端末のような地上送信機であって良い。

処理システムは、受信局１ａ、１ｂ、１ｃにより送信される、信号Ｓ_１ａ、Ｓ_１ｂ、Ｓ_１ｃとそれら個々のタイミングＴ_１ａ、Ｔ_１ｂ、Ｔ_１ｃとを受信するよう構成される処理局７を更に有する。処理局７は、特に、送信機２の位置を特定できる。同期を必要とする他のアプリケーションが可能である。

有利なことに、処理局７は、受信局１ａ、１ｂ、１ｃのうちの１つに含まれて良い。

図２を参照すると、各受信局１ｘ（ｘ＝ａ又はｂ又はｃ）は、送信機２から信号を取得するよう構成される第１受信機３と、衛星ナビゲーションシステム５から信号（以後、ＧＮＳＳ信号）を取得する第２受信機４と、有する。

第１受信機３は第１アンテナ３１に接続され、第２受信機４は第２アンテナ４１に接続される。第１及び第２受信機３、４は、有利なことに、１つの同一パッケージ内に置かれて良く、受信機３、４の機能をそれぞれ保証する。

受信局１ｘの各々の第１受信機３及び第２受信機４は、受信局１ｘの各々の中でローカルに生成される１つの同一ローカルクロック６ｘにより、ペース調整され時刻を決められる。更に留意すべきことに、各受信局１ｘのローカルクロック６ｘは、互いに同期されない。

ここで、「ローカルクロック」により、第１及び第２受信機３、４による取得のサンプリングのトリガ及びペース調整を可能にし及びそれら個々の取得の成分サンプルの共通タイミング（時間基準）を提供するユニットを指定することを意味する。ＧＮＳＳ信号の及び送信機２からの信号の同時取得は、各受信局１ａ、１ｂ、１ｃにおいて、送信機２からの各信号を正確に時刻決めすることを可能にする。

ＧＮＳＳシステムの全ての衛星は、共通ＧＮＳＳ時間基準ｔ_ＧＮＳＳ（絶対時間基準と称される）により互いに同期される。

受信局１ｘの各々の第１受信機３は、ペース調整された方法で且つローカルクロック６により提供される時間基準ｔ_６１ｘ（ｘ＝ａ又はｂ又はｃ）により時刻決めされた送信機２からの信号Ｓ_１ｘ（ｘ＝ａ又はｂ又はｃ）の取得を得るよう構成される
受信局１ｘの各々の第２受信機４は、ＧＮＳＳ信号の処理及び復調により、再構成された絶対時間基準ｔ_ＧＮＳＳ（ｘ＝ａ又はｂ又はｃ）のローカル再構成を実行するために、ＧＮＳＳ信号を処理するよう構成される。追加で、ローカルクロック６ｘによりペース調整されるので、第２受信機は、永久に、ローカルクロック６により生成されるローカル時間基準ｔ_６１ｘと再構成ＧＮＳＳ時間基準ｔ_{ＧＮＳＳ−ｘ}との間の時間差の値Δ_１ｘ（ｘ＝ａ又はｂ又はｃ）を決定するよう構成される。

クロック差信号Δ_１ａ、Δ_１ｂ、Δ_１ｃを追加することにより、受信局１ａ、１ｂ、１ｃは、ローカル時間基準ｔ_６１ａ、ｔ_６１ｂ、ｔ_６１ｃにより時刻決めされた信号Ｓ_１ａ、Ｓ_１ｂ、Ｓ_１ｃを、時間Ｔ_１ａ、Ｔ_１ｂ、Ｔ_１ｃを有するＧＮＳＳシステムの再構成ＧＮＳＳ時間基準ｔ_{ＧＮＳＳ−ａ}、ｔ_{ＧＮＳＳ−ｂ}、ｔ_{ＧＮＳＳ−ｃ}により時刻決めされた信号Ｓ_１ａ、Ｓ_１ｂ、Ｓ_１ｃに変換できる。したがって、信号は、最小限である時間基準ｔ_{ＧＮＳＳ−ａ}、ｔ_{ＧＮＳＳ−ｂ}、ｔ_{ＧＮＳＳ−ｃ}を生成するときの再構成誤差にまで低減された精度で、時間基準ｔ_ＧＮＳＳに従い、時刻決めされ、処理システムの受信局１ａ、１ｂ、１ｃが時間及び周波数において同期されると断言できる。

各受信局１ａ、１ｂ、１ｃは、送信機２からの信号Ｓ_１ａ、Ｓ_１ｂ、Ｓ_１ｃを、時間基準ｔ_ＧＮＳＳで再構成されたそれらの再構成時間Ｔ_１ａ、Ｔ_１ｂ、Ｔ_１ｃと一緒に、処理局７へ送信する。

したがって、従来のシステムとは反対に、第２受信機４は、ＧＮＳＳ時間基準と同期されたローカル基準クロックを再構成しないが、時間差を計算して、受信機３、４に共通に、ローカルクロックｔ_６１ａ、ｔ_６１ｂ、ｔ_６１ｃの絶対ＧＮＳＳ時間基準ｔ_{ＧＮＳＳ−ａ}、ｔ_{ＧＮＳＳ−ｂ}、ｔ_{ＧＮＳＳ−ｃ}への変換を可能にする。

従来のアーキテクチャの範囲では、この再構成クロックは、第１受信機３をペース調整するために使用されるだろう。したがって、この種の従来アーキテクチャでは、クロックの合成及びその転送は、受信機４による絶対時間基準ｔ_{ＧＮＳＳ−ａ}、ｔ_{ＧＮＳＳ−ｂ}、ｔ_{ＧＮＳＳ−ｃ}の再構成の精度に加えて、同期誤差の主な原因である。図３は、各受信機３、４がそれら自体のクロックｈ３、ｈ４を有する従来アーキテクチャを示す。

他方で、同じローカルクロックによりペース調整された２つの同一の受信機３、４の使用は、第１及び第２受信機３、４の間の同期誤差を、アナログ−デジタル変換器の固有ジッタにまで低減することを可能にする。このジッタは、ＧＮＳＳ信号処理に基づくクロック信号の再生成及び受信機から受信機へのその伝送を必要とするクロックドメインの変化により課されるものより遙かに低い。絶対時間基準に対する受信機３の同期の精度は、したがって、基本的に、受信機４による絶対時間基準ｔ_{ＧＮＳＳ−ａ}、ｔ_{ＧＮＳＳ−ｂ}、ｔ_{ＧＮＳＳ−ｃ}の再構成の精度にまで低減される。

図１に戻ると、処理局７は、処理ユニット８を有する。処理ユニット７は、送信機２からの、Ｔ_１ａ、Ｔ_１ｂ、Ｔ_１ｃと時刻決めされた全ての信号Ｓ_１ａ、Ｓ_１ｂ、Ｓ_１ｃを比較し、次に、２つの異なる取得の間で、信号Ｓ_１ａ、Ｓ_１ｂ、Ｓ_１ｃの２つの同じ部分の間の時間差Δｔ１、Δｔ２を決定するよう構成される。

これらの時間差は、したがって、送信機２からの且つ２つの地理的に離れた局により受信された１つの同じ信号の到着時間差（differences in arrival time：ＴＤＯＡ）である。

局１ａと１ｂとの間で測定されるようなＴＤＯＡは、正確に、局１ａに達するまで及び局１ｂに達するまでに送信機２からの信号により取り入れられる伝搬時間における、送信機２かの動きの既知の物理モデルにより正確に決定される伝搬時間における、送信機から受信局１ａ及び１ｂへの信号伝搬の、及び決定されるべき未知のままの信号送信時における送信機２の位置及び受信局の非常に正確な既知の地理的位置の差である。

局の正確な地理座標、特定の測定期間中に少なくとも２つの局ペアから得られたＴＤＯＡ、送信機２の動きモデル、及び送信機２を受信局から分離する媒体中の信号の伝搬モデルを用いて、送信機を正確に位置特定し、その経路を決定することが可能である。

前述のように、再構成絶対時間基準ｔ_{ＧＮＳＳ−ａ}、ｔ_{ＧＮＳＳ−ｂ}、ｔ_{ＧＮＳＳ−ｃ}は同一であると考えられる。しかしながら、絶対同期誤差が生じることがある。この同期誤差は、ジッタ誤差ＪｉｔｔｅｒＥｒｒ_ｘ（ｘ＝ａ又はｂ又はｃ）（第１及び第２受信機３、４への転送時間Ｔ_６１ａにおける差の誤差である）にまで及び再構成誤差（ｔ_{ＧＮＳＳ−ｘ}−ｔ_ＧＮＳＳ）にまで低減される。

したがって、２つの受信局１ａ、１ｂの間の同期差Ｄｅｌｔａ Ｔの精度を見ると、例えば以下を得る。

ここで、ＥｒｒＲｅｃＧＮＳＳａは、局１ａの受信機３におけるＧＮＳＳ時間の再構成誤差信号である。

ジッタに関連する誤差は、再構成誤差と比べて非常に低いレベルにまで低減され得るので、同期誤差の主要な項は、再構成誤差の差ｔ_{ＧＮＳＳａ}−ｔ_ＧＮＳＳである。

本発明の一実施形態では、ＧＮＳＳ時間の再構成誤差の差は、単に、各受信局の第２受信機４に、１つの（又は複数の）ＧＮＳＳ群の中の１又は複数の衛星の特定の選択を考慮させることにより、低減される。この選択は、時間に伴い変化して良い。選択基準は、局の各々により自律的に自動的に適用されて良い。

この選択は、単に、全ての受信局からの、最小値より高い、最高高度で受信される群のＮ個の衛星を考慮することであって良い。

別の実施形態では、第２受信機は、ＧＮＳＳ信号の、ＧＮＳＳ群の異なる衛星から信号の受信品質指示を生成して良い。これらの条件下で、同期のために使用される衛星の選択基準が、受信品質指示が全ての受信局の閾値より高い衛星に適用されるだけである。特に、選択基準が各受信局により自律的に計算される場合、これは、予め局の各々に利用可能にされた、グローバルシステムに固有の情報（例えば、各局の地理座標）を用いて決定できる。

別の実施形態では、時間ｔ_{ＧＮＳＳ−ａ}、ｔ_{ＧＮＳＳ−ｂ}、ｔ_{ＧＮＳＳ−ｃ}を再構成するために使用されるべき衛星の選択は、局の各々にそれを通知する主局７により実行される。この選択は、局７に利用可能な情報（受信局の位置及び使用されるＧＮＳＳ群の衛星軌道）に基づき、又は異なる受信局により測定された情報に基づき、経験的に決定され得る。最後に、最後の実施形態では、局７と１又は複数の受信局との間の接続に切断があるとき、衛星の選択モードは、局７による監督下モードから、自立モードに変更して良い。

最後に、幾つかの受信局が送信機からの信号の受信に関与する場合、選択された衛星が全ての局について同じであることを保証するよう注意を要する。したがって、この場合に衛星の選択基準は、全ての局について同じである。

Claims (14)

1. 位置を特定されるべき送信機から来る信号を処理するシステムの受信局であって、前記受信局は、前記位置を特定されるべき送信機から来る信号と、少なくとも１つの衛星ナビゲーションシステムから来る信号と、を取得するよう構成され、前記受信局は、
   ローカル時間基準を生成するローカルクロックと、
   位置を特定されるべき送信機から来る信号を取得するよう構成される第１受信機と、
   衛星ナビゲーションシステムから来る信号を取得するよう構成される第２受信機と、
   を有し、
   前記第１受信機及び前記第２受信機が、同じ前記ローカルクロックによりペース調整され、サンプルは前記時間基準によりタイムスタンプを付される、ことを特徴とする受信局。
2. 前記第２受信機は、前記衛星ナビゲーションシステムから受信した信号を復調し、該信号から絶対時間基準を抽出し、次に、前記送信機からの前記信号を前記絶対時間基準に関して再同期するために、該絶対時間基準と各ローカル時間基準との間の差を決定する、請求項１に記載の受信局。
3. 前記第１受信機は、前記絶対時間基準と前記ローカル時間基準との間の前記差から、前記絶対時間基準に関して前記送信機からの前記信号の時刻を決めるよう構成される、請求項２に記載の受信局。
4. 前記第１受信機は、前記絶対時間基準で、所定期間の間、前記送信機からの信号の部分を取得し、前記絶対時間基準のタイミングと一緒に該部分を処理局へ送信する、よう構成される、請求項３に記載の受信局。
5. 前記衛星ナビゲーションシステムは、少なくとも１つの衛星群を有し、各衛星群は複数の衛星を有し、前記第２受信機は、自立又は監督下モードで、前記衛星ナビゲーションシステムに含まれる前記群のうちの少なくとも１つの中で少なくとも１つの衛星を選択するよう構成され、前記第２受信機により取得される前記信号は、前記選択された衛星から受信される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の受信局。
6. 前記選択は、自立モードで、可視の群において、閾値より高い高度を有する少なくとも１つの衛星を選択することを有する、請求項５に記載の受信局。
7. 前記第２受信機は、可視の群の１又は複数の衛星から受信した信号の受信品質指示を生成するよう構成され、自立モードにおける前記選択は、閾値より高い前記品質指示の少なくとも１つの衛星を選択することを有する、請求項５に記載の受信局。
8. 前記第２受信機は、監督下モードで、処理局により送信された１又は複数の衛星の選択に関する情報を受信するよう構成される、請求項５に記載の受信局。
9. 前記第２受信機は、可視の群の中の１又は複数の衛星から受信した信号の品質指示を生成し、前記品質指示は前記処理局へ送信され、１又は複数の衛星の選択に関する前記情報は、該品質指示から決定される、請求項８に記載の受信局。
10. 位置を特定されるべき送信機からの信号の処理システムであって、前記処理システムは、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の、少なくとも２つの受信局と、
    前記受信局により送信され且つ時間の決められた信号を処理するよう構成される処理局と、
    を有する処理システム。
11. 前記受信局の各々の前記第２受信機は、自立モードで、閾値より高い高度にある前記局の各々の可視性の範囲内で、少なくとも１つの衛星を選択するよう構成される、請求項１０に記載の処理システム。
12. 前記処理局は、少なくとも２つの受信局の間の、前記送信機からの同一信号の部分の間の到着差を時間及び／又は周波数で計算するよう構成される処理ユニットを有する、請求項１０乃至１１のいずれか一項に記載の処理システム。
13. 前記処理局は、前記計算した到着差から、前記取得された信号が受信された送信機の位置を決定するよう構成される、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の処理システム。
14. 前記処理局は、前記受信局のうちの１つである、請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の処理システム。
    

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