JP7190501B2 - Ｇｎｓｓ信号生成手段と放射ケーブルとを備えた測位システム - Google Patents

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Description

本発明は、概して、衛星測位信号の受信状態が悪化した場合の屋内測位又は屋外測位システムの分野に関する。
ＧＮＳＳ（全地球航法衛星システム）信号と称される衛星測位信号が屋内環境では欠落することにより、このような環境のための特別な測位システムが開発されている。この目的のために、多数の可能な技術が用いられている。例えば、ビーコンネットワークをこのような環境で用いることで、受信機が、その位置を、ＴＤＯＡ（到達時間差）により、又は、ＴＯＡ（到着時間）からの三角測量により推定できる。既存のアクセスポイントも使用でき、例えばＷｉＦｉネットワークを使用して、端末の位置を、電力測定値（ＲＳＳＩ）のフィンガープリントから特定できる。トンネル内部のような特殊なケースに関し、非特許文献１が、放射ケーブル（リーキーフィーダー）を使用する測位システムを開示している。このシステムにおいて、端末の位置が、ＧＳＭ信号（事前にケーブルの一端に注入されて端末により受信される）の電力レベル（ＲＳＳＩ）から特定される。この測位システムには２つの欠点がある。第１に、このシステムは、（電力測定に基づいているために）比較的不正確である。（環境により、十分な範囲のＲＳＳＩレベルが得られる場合には、マッピング技術（ＲＳＳＩフィンガープリント）を用いてこの精度を向上させることも可能ではあるが）。そして第２に、より基本的には、上記のその他の屋内測位システムと同様に、屋外環境と屋内環境の間での連続測位システムを提供しないという大きな制限がある。すなわち、特定のアプリケーションを開発しなければならず、各ユーザがこのアプリケーションを自分の端末（通常はスマートフォン）にダウンロードしなければならない。
この制限を克服するために、提出会社は「Ｓｕｂｗａｖｅ」として知られている測位システムを設計して販売した。ＧＰＳ受信機を有するユーザは誰でも、この測位システムを使用して、屋内環境（地下鉄など）で、この環境に出入りするときにサービスを中断されることなく測位できる。Ｓｕｂｗａｖｅ測位システムは放射ケーブルを使用し、屋内環境に配置されたＧＮＳＳ信号生成器を利用する。ＧＮＳＳ信号生成器は、ＧＮＳＳ信号のセットを、オープンスカイ状態で放射ケーブルの端部で受信されるであろうように生成するように適合されている。これらのＧＮＳＳ信号は、屋外環境で受信された実際のＧＮＳＳ信号と同期される。このシステムは、この同期により、屋内環境と屋外環境との間での測位の動作継続性を保証するという点で満足である。しかし、このシステムを使用しても、ユーザの位置を放射ケーブルに沿って特定することはできない。すなわち、放射ケーブルに沿った任意のポイントからＧＮＳＳ信号を受信しているユーザは、自分の位置が放射ケーブルの端部にあると認識されることになる。
ケーブルの長さに沿って空間分解能を取得する第１の方法は、上記の論文で推奨されている解決方法を採用することである。すなわち、受信信号の強度を利用して、ケーブルに沿った位置を推定する。しかしこれは、ユーザの端末に特別なアプリケーションをインストールすることを必要とするであろう。さらに、電力変動（干渉、特には、ケーブルの異なるセクションからの信号間の干渉）により、測定に誤差が生じる可能性がある。
別の方法は、ケーブルを独立した個別のセクションに分割し、上述のようなＧＮＳＳ生成器を各セクションに関連付けて、各セクションに対応するＧＮＳＳ信号を注入することであろう。しかし、この個別の分割により、ＧＮＳＳ生成器の個数が増え、システム全体のコストが増大する。さらに、このようなシステムは、これらのセクションが互いに近すぎると干渉を生じる可能性がある。
２０１６年１月にポルト大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｒｔｏ）で主張された、Ｆ．Ｊ．レイテペレイラ（Ｆ．Ｊ．Ｌｅｉｔｅ Ｐｅｒｅｉｒａ）による「地下トンネル環境のための測位システム」（"Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ"）と題された論文
従って、本発明の目的の１つは、少なくとも１つの放射ケーブルの長さに沿った測位システムであって、屋内環境で（或いは受信状態が悪化している屋外環境で）、屋外環境でのサービス継続性を中断せずに（又は、サービス不連続性を最小限にして）、ユーザが前記放射ケーブルに沿ったユーザの位置を正確に得られることを保証する測位システムを開示することである。
本発明は、少なくとも１つの放射ケーブルに沿った測位システムにより定義される。当該システムは、前記放射ケーブルに加えて、
－第１ＧＮＳＳ信号及び第２ＧＮＳＳ信号を生成するための生成手段を備えている。前記第１ＧＮＳＳ信号は、前記ケーブルの第１端部から第１可視円錐（Ｃ１）において目視可能な第１衛星セット（Ｓ１）から、オープンスカイ状態で同一瞬間に第１ポイント（Ａ’）にて受信されるであろう信号として定義される。前記第１可視円錐は、前記ケーブルの前記第１端部と第２端部とを結ぶ軸を中心とし、且つ、前記第２端部とは反対の端部に向かう方向に沿って存在する。前記第２ＧＮＳＳ信号は、前記ケーブルの前記第２端部から第２可視円錐（Ｃ２）において目視可能な第２衛星セット（Ｓ２）から、オープンスカイ状態で同一瞬間に第２ポイント（Ｂ’）にて受信されるであろう信号として定義される。前記第２可視円錐は、前記軸を中心とし、且つ、前記第１端部とは反対の端部に向かう方向に沿って存在する。前記第１可視円錐及び前記第２可視円錐は空の交差を有し、前記第１衛星セット及び前記第２衛星セットは空ではなく、前記第１ポイントは前記軸上に位置し、且つ、前記第１端部を、前記第２端部とは反対の方向に沿って超え、且つ前記第１端部から距離Δだけ離れて存在している。前記第２ポイントは前記軸上に位置し、且つ、前記第２端部を、前記第１端部とは反対の方向に沿って超え、且つ前記第２端部から距離
Figure 0007190501000001
さであり、ｖ及びｃは、それぞれ、前記放射ケーブル内及び真空中での電磁波の伝搬速度である。
前記システムは、さらに、
－前記第１ＧＮＳＳ信号を前記放射ケーブルの前記第１端部に注入するための第１注入手段と、
－前記第２ＧＮＳＳ信号を前記放射ケーブルの前記第２端部に注入するための第２注入手段と、を備えている
一実施形態によれば、前記測位システムは、また、第１の周波数変換手段も備えており、当該第１の周波数変換手段は、中間ＧＮＳＳ信号を得るために前記第２ＧＮＳＳ信号の周波数を第１周波数シフトにより変換するように適合されている。前記中間信号は、前記第１ＧＮＳＳ信号と共に前記第１注入手段により注入されて、前記ケーブルの前記第１端部から前記第２端部に伝搬する。前記測位システムは、また、第２の周波数変換手段も備えており、当該第２の周波数変換手段は、中間ＧＮＳＳ信号を、前記第１周波数シフトとは逆の第２周波数シフトにより変換し、これにより前記第２ＧＮＳＳ信号を再生成して、これらの信号を前記第２注入手段に供給するように適合されている。
有利には、前記周波数シフトは、前記中間ＧＮＳＳ信号が前記ケーブルの放射帯域外にあるように選択される。
また有利には前記周波数シフトは、前記中間ＧＮＳＳ信号がＧＮＳＳ受信機の受信帯域外にあるように選択される。
第２の実施形態によれば、前記第１ＧＮＳＳ信号は前記ケーブルの前記第１端部から前記第２端部に伝搬して前記第２端部にて反射されず、且つ、前記第２ＧＮＳＳ信号は前記ケーブルの前記第２端部から前記第１端部に伝搬して前記第１端部にて反射されない。
前記放射ケーブルは、例えば真直なケーブルであり得る。
前記第１可視円錐及び前記第２可視円錐の半開角度は、９０度未満、又は６０度未満、さらには３０度未満であるように選択され得る。
また、本発明は、少なくとも１つの放射ケーブルに沿って受信機を測位する方法に関する。この方法は、
－第１ＧＮＳＳ信号及び第２ＧＮＳＳ信号を生成する生成ステップを含み、前記第１ＧＮＳＳ信号は、前記ケーブルの第１端部から第１可視円錐において目視可能な第１衛星セットから、オープンスカイ状態で同一瞬間に第１ポイントにて受信されるであろう信号として定義される。前記第１可視円錐は、前記軸を中心とし、且つ、前記第１端部とは反対の端部に向かう方向に沿って存在する。前記第２ＧＮＳＳ信号は、前記ケーブルの第２端部から第２可視円錐において目視可能な第２衛星セットから、オープンスカイ状態で同一瞬間に第２ポイントにて受信されるであろう信号として定義される。前記第２可視円錐は、前記軸を中心とし、且つ、前記第１端部とは反対の端部に向かう方向に沿って存在する。前記第１可視円錐及び前記第２可視円錐は空の交差を有し、前記第１衛星セット及び前記第２衛星セットは空ではない。前記方法は、さらに、
－前記第１ＧＮＳＳ信号を前記放射ケーブルの前記第１端部に注入するための第１注入ステップと、
－前記第２ＧＮＳＳ信号を前記放射ケーブルの前記第２端部に注入するための第２注入ステップと、を含む。
第１の実施形態によれば、前記測位方法はまた、以下のステップ、すなわち、
－中間ＧＮＳＳ信号を供給するために、前記第２ＧＮＳＳ信号の周波数を、第１周波数シフトを利用して変換する第１変換ステップであって、前記中間ＧＮＳＳ信号が、前記第１信号と共に前記第１端部に注入されて、前記放射ケーブルの前記第１端部から前記第２端部に伝搬するステップと、
－前記周波数を、前記第１周波数シフトとは逆の第２周波数シフトを利用して変換し、これにより前記第２ＧＮＳＳ信号を、前記放射ケーブルの前記第２端部に注入する前に再生成する第２変換ステップと、を含む。
好ましくは、前記第１ＧＮＳＳ信号及び前記第２ＧＮＳＳ信号の生成は、
－コンフィギュレーションファイルを用いて前記測位システムを設定するステップであって、前記コンフィギュレーションファイルが、前記第１ポイント及び前記第２ポイントの座標を含み、可視マスクが、前記第１可視円錐及び前記第２可視円錐、並びに、使用される衛星のコンステレーションを画定するステップと、
－前記コンフィギュレーションファイルにて識別された前記コンステレーション内の衛星の軌道パラメータを算出し、そして、前記識別されたコンステレーション内の前記第１衛星セット及び前記第２の衛星セットを、前記第１可視円錐及び前記第２可視円錐からスタートして選択するステップと、
－前記第１セットに属する衛星から前記第１ポイントにて受信された前記第１ＧＮＳＳ信号、及び、前記第２セットに属する衛星から前記第２ポイントにて受信された前記第２ＧＮＳＳ信号のパラメータを算出するステップと、
－前記第１セット及び前記第２セットに属する衛星からの疑似ランダムシーケンスを外部同期クロックから生成し、そして、これらの衛星からのナビゲーションメッセージを、ナビゲーションデータからスタートして生成するステップと、
－疑似ランダムシーケンスをナビゲーションメッセージのビットと組み合わせることにより、及び、このように組み合わされた前記シーケンスを使用して少なくとも１つのキャリアを変調することにより、第１ＧＮＳＳ信号及び第２ＧＮＳＳ信号を生成するステップと、を含む。
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面に関して与えられる本発明の好ましい実施形態を読んだ後に明らかになろう。
本発明の一般的な実施形態による、放射ケーブルに沿った測位システムを図式的に示す。 本発明の動作原理を図式的に示す。 図１のシステムにおいてＧＮＳＳ信号を生成するための衛星の選択の例を示す。 図１の生成手段において第１及び第２ＧＮＳＳ信号を生成する方法を図式的に示す。 本発明の第１の特定の実施形態による、放射ケーブルに沿った測位システムを図式的に示す。 本発明の第２の特定の実施形態による、放射ケーブルに沿った測位システムを図式的に示す。 真直でない放射ケーブルへの本発明の適用を図式的に示す。
以下に、ＧＮＳＳ信号の受信が低下又は欠落する環境、特に屋内環境について考察する。この説明のために、「ＧＮＳＳ（全地球航法衛星システム）信号」とは、考察されるシステム（ＧＰＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｂｅｉｄｏｕなど）に関係なく、測位のために使用され得るあらゆるタイプの衛星信号を指す。本発明の、典型的であるが非限定的な使用事例は、例えば、線形ゾーンを含むインフラストラクチャ又は建物、例えば、地下鉄、トンネル又は鉱山などを含む。
放射ケーブルは、上述のような環境に配置されると仮定する。「放射ケーブル（リーキーフィーダ）」とは、具体的には、外部導体がその全長に沿って放射状に放射できるように等間隔に設けられたスリット又は開口部を含む同軸ケーブルを指す。ケーブルに沿った損失はいずれも、必要な個数数の増幅器を設けることにより補償され得る。同等の方法で、長い寸法のスリット又は開口部を長手方向軸に沿って有する任意の導波管を使用して、この軸の全長に沿って放射状に放射させることが可能である。放射ケーブルは必ずしも真直である必要はなく、後に示すように湾曲部分を含んでもよい。しかし、まず最初は、説明を簡単に行うために、放射ケーブルが真直であると仮定する。
図１は、本発明の一般的な実施形態による、放射ケーブルの長さに沿った測位システムを図式的に示している。
システム１００は、前記放射ケーブル１１０と、第１ＧＮＳＳ信号及び第２ＧＮＳＳ信号を生成する手段１２０と、第１ＧＮＳＳ信号をケーブルの第１端部に注入する手段１３１と、第２ＧＮＳＳ信号をケーブルの第２端部に注入する手段１３２とを含む。
Figure 0007190501000002
として受信する。
コンフィギュレーションファイルは、サーバからダウンロードされ得るか、或いは、ＨＭＩインタフェイスを用いて入力され得る。詳細には、コンフィギュレーションファイル
Figure 0007190501000003
らの角度範囲は２つの端部で異なり得る）により画定される、ケーブルの各端部のための可視マスク、
－ケーブルの端部の対応する位置、
－ケーブルの物理的特性、すなわち、ケーブルの長さ、ケーブル内での電磁波の伝搬速度（又は等価的に、内部導体と外部導体との間の絶縁体の誘電率）、
－可能であれば、使用される衛星コンステレーション（複数可）の識別。
ケーブル端部の位置及び上述の物理的特性の代わりに、ケーブルの仮想端の位置を直接提示できる。これについては以下に定義する。
最後に、生成器がケーブルの端部から所定の距離を有する場合、コンフィギュレーションファイルは、ケーブルの第１端部及び第２端部のそれぞれにおける、第１信号及び第２信号の伝搬時間に対応するクロックオフセットを含み得て、これにより、これらの信号を、それらの生成ステップ中に補償できる。
Figure 0007190501000004
タ、電離層における伝搬条件、及び、様々な衛星のためのクロック補正データを含む。これらのナビゲーションデータは、リモートＧＮＳＳ受信機により供給される（受信されたナビゲーションメッセージから抽出される）か、或いは、インターネット経由でダウンロードされ得る。
Figure 0007190501000005
高精度時間プロトコル（ＰＴＰ）を用いたローカルネットワークを介して入力され得る。
Figure 0007190501000006
により提供されるクロック信号であり得る。
生成手段１２０は、第１ＧＮＳＳ信号及び第２ＧＮＳＳ信号を供給する。第１ＧＮＳＳ信号及び第２ＧＮＳＳ信号が、衛星から受信した実際の信号ではなく、伝搬のシミュレーションによりローカルに生成されることを理解することが重要である。
第１ＧＮＳＳ信号は、以下のように生成される。すなわち、第１ＧＮＳＳ信号がケーブルの第１端部に注入されたとき、第１ＧＮＳＳ信号は、オープンスカイ（開放空間）状態で仮想の第１端部（以下に定義する）にて第１衛星セットから受信される信号と同一である。第１衛星セットは、第１可視円錐に属するコンフィギュレーションファイルにて識別される衛星のコンステレーションの中から選択される。第１可視円錐は、仰角の角度間隔［αｍｉｎ，αｍａｘ］及び方位角の角度間隔［βｍｉｎ，βｍａｘ］により定義される。この場合、角度は、ケーブルの第２端部から第１端部に向かう方向における軸から画定される。第１衛星セットは、少なくとも１つのそのような衛星を含む。
第２ＧＮＳＳ信号は、以下のように生成される。すなわち、第２ＧＮＳＳ信号がケーブルの第２端部に注入されたとき、第２ＧＮＳＳ信号は、オープンスカイ（開放空間）状態で第２端部の位置（以下に定義する）にて第２衛星セットから受信される信号と同一である。第２衛星セットは、第２可視円錐に属するコンフィギュレーションファイルにて識別される衛星のコンステレーションの中から選択される。第２可視円錐は、仰角の角度間隔［αｍｉｎ，αｍａｘ］及び方位角の角度間隔［βｍｉｎ，βｍａｘ］により定義される。この場合、角度は、ケーブルの第１端部から第２端部に向かう方向における軸から画定される。第２衛星セットは、少なくとも１つのそのような衛星を含む。
さらに、第１衛星セットと第２衛星セットとの集合体は、少なくとも４つの衛星を含まなければならない。
最後に、第１可視円錐／第２可視円錐の下限は、これらの可視円錐が水平線より下の衛星を全く含まないように選択される。なぜなら、このような衛星は、慣用的な受信機により拒絶されるからである。また、第１可視円錐及び第２可視円錐は、それらの交差が空であるように（すなわち、この交差が、コンフィギュレーションファイルにて識別されたコンステレーション内の衛星を含まないように）選択されなければならない。
從って、水平放射ケーブルの場合、第１可視円錐／第２可視円錐の下限はαｍｉｎ≧０°のようになり、実際にはαｍｉｎ≧５°、さらにはαｍｉｎ≧１０°である。同様に、第１可視円錐／第２可視円錐の上限は、αｍａｘ≦９０°のようになる。これは、好ましくは、６０度未満、さらには３０度であるように選択される。
図２は、本発明の動作原理を概略的に示している。
この図において、動作原理が立面図に示されているが、この動作原理を一般的なケースにも適用可能であることは明らかであろう。
真直であると仮定されている放射ケーブルが、真直なセグメント［ＡＢ］により示されており、Ａ及びＢは、ケーブルの端部である。第１可視円錐及び第２可視円錐がＣ１及びＣ２として示されており、第１衛星ＳＶ１がＣ１に属し、第２衛星ＳＶ２が第２可視円錐に
Figure 0007190501000007
Figure 0007190501000008
。
Figure 0007190501000009
が、受信機から衛星ＳＶ２までの疑似距離を示すために用いられるならば、以下が受信機により推定される。すなわち、
Figure 0007190501000010
Figure 0007190501000011
は、真空中での光速度であり、ｖはケーブル内での電磁波の伝搬速度であり、δは、クロックオフセットに相当する距離である。
さらに、単純な三角関係は以下のようになる。すなわち、
Figure 0007190501000012
可視円錐Ｃ１が、仰角において小さい開口角度αｍａｘ－αｍｉｎを有するならば、
Figure 0007190501000013
Figure 0007190501000014
となり、
従って、
Figure 0007190501000015
Figure 0007190501000016
Figure 0007190501000017
である。
もし、ユーザがポイントＭに位置し、横座標ｘを、Ａを原点と仮定する軸ＡＢ上に配置するならば、
Figure 0007190501000018
Figure 0007190501000019
であり、
Figure 0007190501000020
Figure 0007190501000021
Figure 0007190501000022
である。
自由空間内とケーブル内との伝搬速度の相違をなくすために、衛星（ＳＶ２）から受信されたであろう信号が、ケーブル端部Ｂに、ケーブルの仮想端Ｂ’にて注入される。仮想端Ｂ’は、ケーブルの、端部Ｂ側の仮想延長部上の、ケーブル端部Ｂから距離ΔＢの位置にある。同様に、衛星（ＳＶ１）から受信されたであろう信号が、ケーブル端部Ａに、ケーブルの仮想端Ａ’にて注入される。仮想端Ａ’は、ケーブルの、端部Ａ側の仮想延長部上の、ケーブル端部Ａから距離ΔＡの位置にある。
Figure 0007190501000023
）及び式（６－２）は、以下のようになる。すなわち、
Figure 0007190501000024
Figure 0007190501000025
すなわち、スケールを変更することにより、
Figure 0007190501000026
Figure 0007190501000027
受信機の異なる実施形態も想定できる。
第１の実施形態において、受信機は、ＧＰＳ層の上にアプリケーション層を有さない。従って、受信機により行われる位置の計算は、屋外位置の計算と同じである（その場合、少なくとも４つの衛星が必要である）。この計算が、疑似距離間のオフセットδの排除により、ケーブルに沿ったポイントＭの位置Ｘの推定値を提供することになる。この推定値
Figure 0007190501000028
する。
第２の実施形態において、受信機は、ＧＰＳ層の上にアプリケーション層を有し、変換
Figure 0007190501000029
置（又はケーブルの仮想端）における伝搬速度を知っている。
選択された第１衛星セット及び／又は第２衛星セットが２つ以上の衛星を含む場合に、位置の精度が測定の冗長性により高められることに留意されたい。
さらに、実施形態に関係なく、第１セットと第２セットとの集合体が少なくとも４つの衛星を含む場合、受信機は、放射ケーブルのすぐ近くにあるならば、これらの衛星の位置を正確に決定できる。
ポイントＭが放射ケーブルのすぐ近くにない場合には、受信機により第１ＧＮＳＳ信号及び第２ＧＮＳＳ信号から特定される位置が、ケーブル上のこのポイントの投影に相当することに留意されたい。ケーブルと受信機との間の放射伝搬軌跡は、第１ＧＮＳＳ信号と第２ＧＮＳＳ信号とに共通である。従って、放射軌跡における空間的区別はできない。ケーブルと受信機との間での伝搬時間は共通のオフセットと見なされて、位置計算において受信機のクロックオフセットとして排除される。
図３は、図１の生成手段においてＧＮＳＳ信号を生成するために選択した衛星の例を示している。
この例において、１つの衛星コンステレーションのみが示されている。衛星は、それらが生成する疑似ランダムシーケンス番号により識別される。
図の面における方向は方位角を示し、図の上部の北（Ｎ）は０度の方位角に相当し、角度は、この原点から時計回りに度単位で測定される。外側の円は０度の仰角に相当し、従って、水平線上にある衛星である。中心点は９０度の仰角に相当し、従って、衛星は天頂にある。
ここで、放射ケーブルが東西方向に向けられ、端部Ａが西にあり、端部Ｂが東にあると仮定すると、第１衛星セットは、衛星番号１５，２１，２４から構成され得る。同様に、第２衛星セットは、衛星番号２８及び７から構成され得る。
図４は、図１の生成手段により第１ＧＮＳＳ信号及び第２ＧＮＳＳ信号を生成する方法を図式的に示す。
ステップ４１０にて、生成手段は、コンフィギュレーションファイルを、ＨＭＩインターフェースを用いた入力により、或いは、リモートサーバからファイルをダウンロードすることにより、回復する。コンフィギュレーションファイルは、上述のように測位システムを構成する。
ステップ４２０にて、生成手段は、コンフィギュレーションファイルで識別された衛星の軌道パラメータを計算し、衛星の対応する位置及び速度を推定する。次いで、生成手段は、第１可視円錐に属する第１衛星セット（空ではない）及び第２可視円錐に属する第２衛星セット（空ではない）を選択する。
ステップ４３０にて、生成手段は、第１衛星セット及び第２衛星セットにそれぞれ関連する第１ＧＮＳＳ信号及び第２ＧＮＳＳ信号のパラメータを決定する。第１ＧＮＳＳ信号のパラメータは、詳細には、第１衛星セットの第１注入ポイントで受信される信号の強度、これらの信号の周波数、これらの信号のドップラーシフト（注入ポイントに対する衛星の変位速度による）、及び、これらの信号の時間シフトを含む。これらの時間シフトは、対応する衛星クロック誤差を考慮して、前記衛星と仮想端との間の伝搬時間を示している。第２ＧＮＳＳ信号のパラメータも、同様の方法で決定される。
最後に、ステップ４４７において、生成手段は、実際の第１ＧＮＳＳ信号及び第２ＧＮＳＳ信号を生成する。
これを行うために、ステップ４４３にて、第１衛星セット及び第２衛星セットに属する衛星の疑似ランダムシーケンス（ＰＲＮ）が最初に生成される。これは、同期信号
Figure 0007190501000030
ス時間と衛星クロック誤差及びシフトを考慮することにより行われる。
これらのＰＲＮシーケンスは、ステップ４４５にてナビゲーションメッセージのビットと組み合わせられる。ナビゲーションメッセージ自体は、ＰＲＮシーケンスと同期して送
Figure 0007190501000031
、或いは、リモートのＧＮＳＳ受信機から受信される。
様々な衛星からのＰＲＮシーケンスをナビゲーションメッセージのビットと組み合わせて、キャリア（例えば、Ｌ１，Ｌ２）を変調し、それにより、公知の方法でＧＮＳＳ信号を生成する。
従って、例えば、ＧＰＳ信号の場合、Ｃ／Ａコードに対応するキャリアＬ１のチャンネ
Figure 0007190501000032
Figure 0007190501000033
Figure 0007190501000034
キャリアＬ１の直交チャンネル上の信号Ｌ１Ｐ（Ｙ）とキャリアＬ２上の信号Ｌ２Ｐ（Ｙ）も同様に生成される。
同様に、その他のＧＮＳＳ信号が、その他のコンステレーションのために、当業者に知られている方法で生成され得る。
そして、ステップ４４７で生成されたＧＮＳＳ信号が、注入モジュール１３１～１３２に供給される。
図５Ａは、本発明の第１の特定の実施形態による、放射ケーブルに沿った測位システムを図式的に示している。
この実施形態において、生成手段５２０は、第１ＧＮＳＳ信号を、放射ケーブル５２０の第１端部Ａに位置する第１注入手段５３１に供給し、第２ＧＮＳＳ信号を、放射ケーブルの第２端部Ｂに位置する第２注入手段５３２に供給する。第１ＧＮＳＳ信号がポイントＡにて注入され、これらの信号は、ＡからＢに伝搬し、且つ、放射ケーブルにより、放射ケーブルの全長に沿って放射状に放出される。同様に、第２ＧＮＳＳ信号がポイントＢにて注入され、これらの信号は、ＢからＡに伝搬し、且つ、放射ケーブルにより、放射ケーブルの全長に沿って放射状に放出される。好ましくは、第１（及び第２）注入手段が方向性結合器を含み、方向性結合器の入力は生成手段に接続され、第１出力が同軸ケーブルの端部に接続され、第２出力は整合負荷（ケーブルの特性インピーダンス）で閉じている。従って、放射ケーブルの端部におけるＧＮＳＳ信号の多重反射が回避される。放射ケーブルが非常に長い場合には、放射損を補償するために、ケーブルの中間ポイントに２方向増幅器を設けることが可能である。
図５Ｂは、本発明の第２の特定の実施形態による、ケーブルの長さに沿った測位システムを図式的に示している。
この第２の実施形態において、生成手段により出力された第２ＧＮＳＳ信号が、第１の
Figure 0007190501000035
けシフトされる。均等的に、第２ＧＮＳＳ信号の周波数は、それらの生成時に周波数がシフトされる（ステップ４４７、図４）。そして、第１注入手段が、第１ＧＮＳＳ信号に加えて、中間ＧＮＳＳ信号を放射ケーブルに注入する。
Figure 0007190501000036
される。好ましくは、中間ＧＮＳＳ信号のスペクトル帯域は、スリットのカットオフ周波数を超えて位置し、それにより、第２端部に向かって伝搬する間の放射損失を抑制する。
第２端部において、第２ＧＮＳＳ信号を再生成するために、第２の周波数変換モジュー
Figure 0007190501000037
帯域に変換されたこれらの第２信号は、その後、放射ケーブルの第２端部Ｂに再注入され
Figure 0007190501000038
ってきたときには、受信帯域外に、さらにはスリットの放射帯域にある。
当業者は、第２の実施形態が、放射ケーブル自体がＧＮＳＳ信号を遠端に送信するために使用されるという点で有利であることを理解するであろう。さらに、場合により、放射ケーブルを使用して、周波数変換モジュール５４２に電力供給するためのＤＣ電圧を伝送することもできる。従って、放射ケーブルの両端に電源を設ける必要がなくなる。
第２の実施形態において、第１の実施形態と同様に、第２ＧＮＳＳ信号の有効注入ポイントがケーブルの第２端部に位置し、第１端部での注入は第１ＧＮＳＳ信号及び中間ポイントに対してのみ行われることに留意されたい。
実施形態に関係なく、慣用的なＧＮＳＳ受信機と同様に、注入された信号の位相を使用して、推定された位置の精度を高めることが可能である。
ここまで、放射ケーブルは真直であると仮定してきた。しかし、主題専門家は、図６に示されているように、本発明がいずれの形状の放射ケーブルにも適用され得ることを理解するであろう。
上述と同様に、第１ＧＮＳＳ信号は放射ケーブルの第１端部に注入され、第２ＧＮＳＳ信号は放射ケーブルの第２端部に注入される。第１ＧＮＳＳ信号は、ケーブルの仮想第１端部Ａ’により、可視円錐（２つの端部ＡとＢとを結ぶ軸を中心とし、且つ、Ｂとは反対の側に向かう方向にある）においてピックアップされるであろう信号である。真直ケーブルの場合と同様に、仮想第１端部Ａ’は軸ＡＢ上に位置し、ポイントＡを、Ｂとは反対側に超え、且つポイントＡから距離Δだけ離れている。同様に、第２ＧＮＳＳ信号は、ケーブルの仮想第２端部Ｂ’により、可視円錐（２つの端部ＡとＢとを結ぶ軸を中心とし、且つ、Ａとは反対の側に向かう方向にある）においてピックアップされるであろう信号である。仮想第２端部Ｂ’は軸ＡＢ上に位置し、ポイントＢを、Ａとは反対側に超え、且つポイントＢから距離Δだけ離れている。
可視円錐は、ケーブルに沿った空間識別を可能にするために、交差が空になるように選択される。
そして、ＧＮＳＳ受信機により推定された位置は、ＧＮＳＳ受信機が配置されているポイントＭの、ケーブルにより形成された曲線上への投影Ｈに相当する。より正確には、受信機は、Ｈから曲線横座標を、式（８－１）、（８－２）を用いて決定でき、擬似距離
Figure 0007190501000039
線横座標）。受信機が曲線の記述を有する場合、受信機はその位置を決定できる。しかし、曲線の記述は、曲線横座標を空間内の受信機の位置に関連付けられる追加の層を導入せずには使用できない。
特別なケースの１つは、開放円の形態の放射ケーブルから構成され、これにより、第１ＧＮＳＳ信号を第１端部に注入して時計回りに伝搬させ、第２端部から注入されるＧＮＳＳ信号は反時計回りに伝搬する。
最後に、本発明による測位システムは、複数の放射ケーブルを含み得る。これらの放射ケーブルは、非同一平面上で且つ有利には直交する（空間分解能用）軸、及び、非平行で且つ有利には直交する（面の分解能用）軸に沿って方向付けられている。各放射ケーブルは、その第１端部にて注入される第１ＧＮＳＳ信号に関連付けられ、また、その第２端部にて注入される第２ＧＮＳＳ信号に関連付けられる。ケーブルに関連付けられる第１（及び第２）ＧＮＳＳ信号は、オープンスカイ状態においてその第１（及び第２）端部にて取得されたであろう信号である。このシステムは、複数の非同一平面上の軸（少なくとも３つ）に沿った受信機の位置を特定でき、これを用いて空間内での位置を特定できる。
１００ システム
１１０ 放射ケーブル
１２０ ＧＮＳＳ信号の生成手段
１３１ 第１注入手段
１３２ 第２注入手段
Ｃ１ 第１可視円錐
Ｃ２ 第２可視円錐
Ａ’ 仮想端
Ｂ’ 仮想端
ＳＶ１ 第１衛星
ＳＶ２ 第２衛星
５１０ 放射ケーブル
５２０ ＧＮＳＳ信号の生成手段
５３１ 第１注入手段
５３２ 第２注入手段
５４１ 第１の周波数変換モジュール
５４２ 第２の周波数変換モジュール

Claims (10)

  1. 少なくとも１つの放射ケーブルの長さに沿った測位システムであって、前記測位システム（１００）が、前記放射ケーブル（１１０，５１０）に加えて、
    －第１ＧＮＳＳ信号及び第２ＧＮＳＳ信号を生成するための生成手段（１２０，５２０）を備え、前記第１ＧＮＳＳ信号が、
    前記放射ケーブルの第１端部から第１可視円錐（Ｃ１）において目視可能な第１衛星セット（Ｓ１）から、オープンスカイ状態で同一瞬間に第１ポイント（Ａ’）にて受信されるであろう信号として定義され、前記第１可視円錐が、前記放射ケーブルの前記第１端部と第２端部とを結ぶ軸を中心とし、且つ、前記第２端部とは反対の端部に向かう方向に沿って存在し、前記第２ＧＮＳＳ信号が、
    前記放射ケーブルの前記第２端部から第２可視円錐（Ｃ２）において目視可能な第２衛星セット（Ｓ２）から、オープンスカイ状態で同一瞬間に第２ポイント（Ｂ’）にて受信されるであろう信号として定義され、前記第２可視円錐が、前記軸を中心とし、且つ、前記第１端部とは反対の端部に向かう方向に沿って存在し、前記第１可視円錐及び前記第２可視円錐が空の交差を有し、前記第１衛星セット及び前記第２衛星セットが空ではなく、前記第１ポイントが前記軸上に位置し、且つ、前記第１端部を、前記第２端部とは反対の方向に沿って超え、且つ前記第１端部から距離Δだけ離れて存在し、前記第２ポイントが前記軸上に位置し、且つ、前記第２端部を、前記第１端部とは反対の方向に沿って超え、且つ前記第２端部から距離Δだけ離れて存在し、
    Figure 0007190501000040
    であり、式中、ｌは前記放射ケーブルの長さであり、ｖ及びｃは、それぞれ、前記放射ケーブル内及び真空中での電磁波の伝搬速度であり、
    前記測位システムが、さらに、
    －前記第１ＧＮＳＳ信号を前記放射ケーブルの前記第１端部に注入するための第１注入手段（５３１）と、
    －前記第２ＧＮＳＳ信号を前記放射ケーブルの前記第２端部に注入するための第２注入手段（５３２）と、を備えていることを特徴とする、測位システム。
  2. さらに、第１の周波数変換手段（５４１）も備えた測位システムであって、当該第１の周波数変換手段（５４１）が、中間ＧＮＳＳ信号を得るために前記第２ＧＮＳＳ信号の周波数を第１周波数シフトにより変換するように適合されており、前記中間ＧＮＳＳ信号が、前記第１ＧＮＳＳ信号と共に前記第１注入手段により注入されて、前記放射ケーブルの前記第１端部から前記第２端部に伝搬し、前記測位システムが、また、第２の周波数変換手段（５４２）も備えており、当該第２の周波数変換手段（５４２）が、中間ＧＮＳＳ信号を、前記第１周波数シフトとは逆の第２周波数シフトにより変換し、これにより、前記第２ＧＮＳＳ信号を再生成して、これらの信号を前記第２注入手段に供給するように適合されている、請求項１に記載の、少なくとも１つの放射ケーブルに沿った測位システム。
  3. 前記第一周波数シフトが、前記中間ＧＮＳＳ信号が前記放射ケーブルの放射帯域外にあるように選択されることを特徴とする、請求項２に記載の、少なくとも１つの放射ケーブルに沿った測位システム。
  4. 前記第一周波数シフトが、前記中間ＧＮＳＳ信号がＧＮＳＳ受信機の受信帯域外にあるように選択されることを特徴とする、請求項２に記載の、少なくとも１つの放射ケーブルに沿った測位システム。
  5. 前記第１ＧＮＳＳ信号が、前記放射ケーブルの前記第１端部から前記第２端部に伝搬して前記第２端部にて反射されず、且つ、前記第２ＧＮＳＳ信号が、前記放射ケーブルの前記第２端部から前記第１端部に伝搬して前記第２端部にて反射されないことを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の、少なくとも１つの放射ケーブルに沿った測位システム。
  6. 前記放射ケーブルが真直であることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の、少なくとも１つの放射ケーブルに沿った測位システム。
  7. 前記第１可視円錐及び前記第２可視円錐の半開角度が、９０度未満、又は６０度未満、さらには３０度未満であることを特徴とする、請求項６に記載の、少なくとも１つの放射ケーブルに沿った測位システム。
  8. 少なくとも１つの放射ケーブルの長さに沿って受信機を測位する方法であって、
    －第１ＧＮＳＳ信号及び第２ＧＮＳＳ信号を生成する生成ステップを含み、前記第１ＧＮＳＳ信号が、前記放射ケーブルの第１端部から第１可視円錐において目視可能な第１衛星セットから、オープンスカイ状態で同一瞬間に第１ポイントにて受信されるであろう信号として定義され、前記第１可視円錐が、前記放射ケーブルの前記第１端部と第２端部とを結ぶ軸を中心とし、且つ、前記第１端部とは反対の端部に向かう方向に沿って存在し、前記第２ＧＮＳＳ信号が、前記放射ケーブルの前記第２端部から第２可視円錐において目視可能な第２衛星セットから、オープンスカイ状態で同一瞬間に第２ポイントにて受信されるであろう信号として定義され、前記第２可視円錐が、前記軸を中心とし、且つ、前記第１端部とは反対の端部に向かう方向に沿って存在し、前記第１可視円錐及び前記第２可視円錐が空の交差を有し、前記第１衛星セット及び前記第２衛星セットが空ではなく、前記第１ポイントが前記軸上に位置し、且つ、前記第１端部を、前記第２端部とは反対の方向に沿って超え、且つ前記第１端部から距離Δだけ離れて存在し、前記第２ポイントが前記軸上に位置し、且つ、前記第２端部を、前記第１端部とは反対の方向に沿って超え、且つ前記第２端部から距離Δだけ離れて存在し、
    Figure 0007190501000041
    であり、式中、ｌは放射ケーブルの長さであり、ｖ及びｃは、それぞれ、放射ケーブル内及び真空中での電磁波の伝搬速度であり、
    前記方法が、さらに、
    －前記第１ＧＮＳＳ信号を前記放射ケーブルの前記第１端部に注入するための第１注入ステップと、
    －前記第２ＧＮＳＳ信号を前記放射ケーブルの前記第２端部に注入するための第２注入ステップと、を含むことを特徴とする、測位方法。
  9. －中間ＧＮＳＳ信号を供給するために、前記第２ＧＮＳＳ信号の周波数を、第１周波数シフトを利用して変換する第１変換ステップであって、当該中間ＧＮＳＳ信号が、前記第１ＧＮＳＳ信号と共に前記第１端部に注入され、前記放射ケーブルの前記第１端部から前記第２端部に伝搬するステップと、
    －前記周波数を、前記第１周波数シフトとは逆の第２周波数シフトを利用して変換し、これにより前記第２ＧＮＳＳ信号を、前記放射ケーブルの前記第２端部に注入する前に再生成する第２変換ステップとを含む、請求項８に記載の、少なくとも１つの放射ケーブルの長さに沿った測位方法。
  10. 前記第１ＧＮＳＳ信号及び前記第２ＧＮＳＳ信号の生成が、
    －コンフィギュレーションファイルを用いて、少なくとも１つの放射ケーブルの長さに沿った測位システムを設定するステップ（４１０）であって、前記コンフィギュレーションファイルが、前記第１ポイント及び前記第２ポイントの座標を含み、可視マスクが、前記第１可視円錐及び前記第２可視円錐、並びに、使用される衛星のコンステレーションを画定するステップと、
    －前記コンフィギュレーションファイルにて識別された前記コンステレーション内の衛星の軌道パラメータを算出し、そして、前記識別されたコンステレーション内の前記第１衛星セット及び前記第２衛星セットを、前記第１可視円錐及び前記第２可視円錐からスタートして選択するステップ（４２０）と、
    －前記第１衛星セットに属する衛星から前記第１ポイントにて受信されるであろう信号として定義される前記第１ＧＮＳＳ信号、及び、前記第２衛星セットに属する衛星から前記第２ポイントにて受信されるであろう信号として定義される前記第２ＧＮＳＳ信号のパラメータを算出するステップ（４３０）と、
    －前記第１衛星セット及び前記第２衛星セットに属する衛星からの疑似ランダムシーケンスを外部同期クロックから生成し（４４３）、且つ、これらの衛星からのナビゲーションメッセージを、ナビゲーションデータからスタートして生成するステップ（４４５）と、
    －疑似ランダムシーケンスをナビゲーションメッセージのビットと組み合わせることにより、及び、このように組み合わされた前記疑似ランダムシーケンスを使用して少なくとも１つのキャリアを変調することにより、第１ＧＮＳＳ信号及び第２ＧＮＳＳ信号を生成するステップ（４４７）と、を含むこと特徴とする、請求項８又は９に記載の、少なくとも１つの放射ケーブルの長さに沿った測位方法。
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