JPH05180925A - 全世界配置システム（ｇｐｓ）衛星を用いた車両追跡システム - Google Patents

全世界配置システム（ｇｐｓ）衛星を用いた車両追跡システム

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JPH05180925A
JPH05180925A JP4141016A JP14101692A JPH05180925A JP H05180925 A JPH05180925 A JP H05180925A JP 4141016 A JP4141016 A JP 4141016A JP 14101692 A JP14101692 A JP 14101692A JP H05180925 A JPH05180925 A JP H05180925A
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    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/51—Relative positioning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/0009—Transmission of position information to remote stations

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 車両等の移動体の正確な位置、速度及び時間
情報が得られる、ＧＰＳ衛星を用いた追跡システムを提
供する。 【構成】 追跡システムは、各追跡対象に取り付けられ
たセンサ２０と、通信リンク３０と、ワークステーショ
ン４０と、ＧＰＳ基準受信器６０とからなる。センサ
は、通信リンク３０を通してワークステーションによっ
て随時、その位置精度が更新され、可視ＧＰＳ衛星を通
じて、疑似範囲及びデルタ範囲、または時間差、及び周
波数誤差の測定を連続的に行なう。未処理の衛星測定値
は、関連するタイミング及び状態情報と共に、通信リン
ク３０に供給され、周期的にワークステーション４０に
戻される。誤差補正はワークステーションで行なわれ、
対象位置判断の精度を向上している。対象の位置計算に
は通事は、３ヵ所の衛星測定を必要とするが、短期間で
は、ワークステーションにが時間、高度及びマップ支援
情報を与えることによって、最少２ヵ所の衛星測定で
も、受入れ可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に、航行案内シ
ステムに関し、特に全世界配置システム(Global Positi
oning System (GPS)) の衛星を用いて地球上または地表
近くの車両を追跡するシステムに関するものである。Ｇ
ＰＳは、多数の衛星を基本とした無線配置システムであ
り、各ＧＰＳ衛星がデータを送信し、ユーザがＧＰＳ衛
星の選択したものからアンテナまでの距離を正確に測定
し、その後公知の三角測定法を用いて、位置、速度及び
時間パラメータを高精度に計算することができるように
したものである。ＧＰＳが与えた信号は全世界で連続的
に受信することができる。ＧＰＳは、空間、制御及びユ
ーザ部として知られている３つの主要部分からなる。
【０００２】空間部は、完全に動作状態となると、２１
台の衛星及び３台の予備衛星とから構成される。これら
の衛星は、１つの集合内に配置され、典型的には７台、
最小でも４台の衛星が、ユーザによって地上または地表
近くのどこでも観察され得るようになっている。各衛星
は、２種類展開関数を用いる展開スペクトラム技法を用
いて、Ｌ１（１５７５．４２Ｍｚ）及びＬ２（１２２
７．６ＭＨｚ）として知られている２つの周波数の信号
を送信する。Ｃ／Ａ及びＰ疑似ランダムノイズ（ＰＲ
Ｎ）コードを周波数Ｌ１で送信し、Ｐコードのみを周波
数Ｌ２で送信する。Ｃ／Ａ即ち、粗雑／獲得コードは、
軍人及び市民のいかなるユーザにも入手可能であるが、
Ｐコードは許可された軍部及び市民ユーザにしか入手す
ることはできない。Ｐ及びＣ／Ａコードは双方とも、受
信器に衛星とユーザとの範囲を判別させることができる
ようなデータを含んでいる。Ｐ及びＣ／Ａコードの両方
に重畳されているのは、航行案内（Ｎａｖ）メッセージ
である。Ｎａｖメッセージは、１）ＧＰＳシステム時
間、２）Ｃ／ＡコードからＰコードへの遷移に関して用
いられる引渡ワード、３）追跡している特定の衛星の天
体暦データ、４）衛星の健康に関する情報、Ｃ／Ａコー
ドユーザに対する電離層モデルの係数、及び全世界調整
時間（ＵＴＣ）を計算するのに用いる係数を含む、天界
における全衛星の天体暦データを含んでいる。
【０００３】制御部は、マスタ制御ステーション（ＭＣ
Ｓ）と多数のモニタステーションとから構成される。モ
ニタステーションは、見える範囲の全ＧＰＳ衛星を受動
的に追跡し、各衛星からの範囲データ及び衛星クロック
データを収集する。情報はＭＣＳに送られ、そこで衛星
の将来の天体暦及びクロックの浮遊を予測する。更新さ
れた天体暦及びクロックデータは、各衛星にアップロー
ドされ、各衛星の航行案内メッセージの再送信に用いら
れる。制御部の目的は、衛星から送信される情報をでき
るだけ正確であることを保証することである。
【０００４】ＧＰＳは、宇宙、航空、海上、及び地上の
車両の航行案内、正確な配置、時間転送、高度基準、調
査等を含む、広範囲の用途に用いられるように、意図し
たものである。ＧＳＰは、全世界の種々の民間及び軍事
機関に用いられるであろう。多様なユーザグループの要
求に答えるために多数のＧＰＳが従来から開発されてい
る。従来技術によるＧＰＳは、連続追跡、連続受信、多
重化、全視野、時間転送及び受信器の調査等、多数の異
なる形式のものがある。
【０００５】ＧＰＳ受信器は、アンテナ集合体、ＲＦ集
合体、及びＧＰＳプロセッサ集合体等を含む、多数のサ
ブシステムから構成されている。アンテナ集合体は、Ｌ
バンドのＧＰＳ信号を受信し、ＰＲ集合体に挿入する前
に増幅する。計算した位置、速度または時間パラメータ
の精度に影響を与える重要な要素は、範囲の測定のため
に選択あれた衛星の位置的幾何学である。通常、広い分
離角度を有する複数の衛星を用いると、最良の位置の解
が得られる。したがって、半球のいかなる地点からで
も、均一な利得で信号を受信するアンテナシステムの設
計に、かなり重点を置いていた。このような設計法で
は、結果的にアンテナ集合体が非常に高価なものとな
る。
【０００６】ＲＦ集合体は、ＬバンドのＧＰＳ信号を都
合のよりＩＦ周波数と混合するものである。種々の既知
の技術を用いて、ＰＲＮコード変調Ｌバンド信号を、コ
ード補正を加えて追跡し、衛星から信号を送信した時間
を測定する。受信したＬバンド信号のドプラシフト（ｄ
ｏｐｐｌｅｒ ｓｈｉｆｔ）も、搬送追跡ループを介し
て測定する。コード補正及び搬送追跡機能は、アナログ
またはデジタル処理を用いることによって、実現するこ
とができる。
【０００７】コード及び搬送追跡ループの制御は、ＧＰ
Ｓプロセッサ集合体によって得られるものである。受信
器のクロックが決めるように、この測定を受信時間を変
えて行なうことによって、受信器と追跡中の衛星との間
の疑似範囲を判定することができる。この疑似範囲は、
衛星への範囲及びＧＰＳマスタ時間基準からの受信器の
クロックのずれを含んでいる。疑似範囲測定及び４箇所
の衛星からの航行案内データを用いて三次元位置及び速
度ｆｉｘを計算し、受信器のクロックのずれを更正し、
ＧＰＳ時間の指示を与える。
【０００８】ある既知の受信器では、航行案内機能を実
行中のコンピュータとは別個のコンピュータを用いて、
受信器プロセッサ制御装置（ＲＰＣ）機能を実行してい
る。別の既知の受信器では、これら両方の機能を単一の
コンピュータで実行するものもある。典型的なＧＰＳ受
信器が行なうＲＰＣ処理及びメモリ機能は、例えば、モ
ニタチャンネルの状態及び制御、信号獲得及び再獲得、
コード及び搬送追跡ループ、疑似範囲（ＰＲ）及びデル
タ範囲（ＤＲ）測定の計算、データ端タイミングの決
定、天体暦データの獲得及び記憶、プロセッサの制御及
びタイミング、アドレス及びコマンドのデコード、適切
な割り込みの発生、割り込み承認制御、及びＧＰＳタイ
ミングを含む。これらの機能は、固定小数点処理であ
り、浮動小数点コプロセッサを必要としない。
【０００９】典型的なＧＰＳ受信器が行なう航行案内処
理及びメモリ機能は、例えば、衛星軌道の計算、衛星の
選択、待機遅延補正計算、航行解決計算、クロックバイ
アス及びレートの概算、入力情報の計算、及び補助情報
の前処理及び座標変換等を含む。これらの機能は、多量
の処理とメモリとを必要とし、通常浮動小数点コプロセ
ッサを用いて、実行するものである。
【００１０】ＧＰＳ標準配置サービスは、１００ｍ２ｄ
ＲＭＳの航行精度を与えるものでる。このＧＰＳの多数
の用途では、これより高いレベルの精度を必要とする。
精度の向上は、作動ＧＰＳ（ＤＧＰＳ）として知られて
いる技術を用いる。この技術は、ＧＰＳ受信器をある既
知の場所で作動させることを含む。この受信器を用い
て、正確な衛星疑似範囲の以前の知識を基に、衛星疑似
範囲補正データを計算し、同一地理領域内のユーザに伝
える。疑似範囲補正は、別のＧＰＳ受信器の航行解法に
組み込まれており、観察している衛星疑似範囲の測定を
補正し、これによって、位置判別の精度を向上してい
る。基準ステーション及びユーザ位置にて経験されたエ
ラーの相関関係は、それらの距離に依存するが、それら
は特にユーザが基準ステーションの３５０キロメートル
以内にある時に、通常高い相関を示す。
【００１１】従来技術で知られているＧＰＳ受信器の代
替物は、ＧＰＳ変換器であり、これはＧＰＳ受信器のア
ンテナ組立体とＲＦ組立体部分のみを備えたものであ
る。変換器は典型的にミサイル追跡の用途に用いられ、
そのためには小型軽量かつ消耗用センサが必要とされ
る。変換器によって受信されたＧＰＳ Ｃ／Ａコード展
開スペクトラム信号は、パイロット搬送波と組み合わさ
れ、Ｓ−帯域周波数（２２００−２４００ＭＨｚ）で送
信される。遠隔測定信号追跡地に配置されたＧＰＳの変
換器用プロセッサは、これらの変換されたＧＰＳ Ｃ／
Ａコード信号を受け取り、車両の位置及び速度を推定す
る。
【００１２】既知のＧＰＳ変換器の変更例は、デジタル
変換器及び変換デジタイザである。車両搭載式ＧＰＳデ
ジタル変換器または変換デジタイザは、ＧＰＳ Ｃ／Ａ
コード展開スペクトラム信号をベースバンドに変換し、
同位相で約２ＭＨｚのサンプリングレートで直角位相サ
ンプリングを行なう。地上における変換処理システムに
おいて、デジタル変換されたＧＰＳ信号は、ＧＰＳ信号
と全く同様に処理される。
【００１３】要約すれば、従来技術のＧＰＳ受信器は上
述の２つの内のいずれかである。最初の形式のもので
は、全ての航行処理動作が受信器内で起こり、単一のコ
ンピュータまたはＲＰＣ及び航行コンピュータを用い
て、車両の位置及び速度を出力する。ここで、ＲＰＣ機
能及び衛星選択及び獲得用の航行案内機能との間に実質
的な相互接続がある。第２の形式のＧＰＳ受信器では、
ＧＰＳ信号を変換等で遠隔操作し、信号を地上の処理施
設で追跡し、車両の位置及び速度を得る。後者の方法で
は、変換した信号を送信するにはかなりの帯域を必要と
する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
主要な目的は、低帯域データリンクを用いて数百の車両
またはプラットホームの追跡を可能とする、ＧＰＳ衛星
を用いた、低価格の車両及びその他の対象の追跡システ
ムを提供することである。
【００１５】本発明の他の目的は、高い軌道の衛星用に
最適化されたアンテナシステムを用いることにより、及
びＶＬＳワークステーションにマッピング支援機能を用
いて、システムが短期間の間に受信しなくてはならない
衛星の数を減少させることによって、高地の市街地でも
正確に機能する性能を有する、ＧＰＳ衛星を用いた低価
格の車両追跡システムを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上述の及びその他の目的
は、本発明の例示実施例によって達成される。本発明に
よれば、特定の車両の位置を知るのに必要なデータを供
給するＧＰＳセンサモデュール、２方向車両検出システ
ム（ＶＬＳ）通信リンク、及びデータを処理し、その車
両の位置を表示するＶＬＳワークステーションが提供さ
れる。ＧＰＳセンサモデュールは、アンテナとセンサか
らなる。
【００１７】
【作用】センサは、ネットワーク管理設備によって初期
化に続いて自動的に動作する。センサは、可視ＧＰＳ衛
星を通じて、疑似範囲（ＰＲ）及びデルタ範囲（ＤＲ）
または時間誤差（ＴＤ）、及び周波数誤差（ＦＤ）の測
定を連続的に行なう。センサは航行案内機能は何も果た
さないので、コストの大幅減少が可能となる。関連する
タイミング及び状態情報を備えた未処理の衛星測定値
を、ＶＬＳ通信リンクに供給し、周期的にＶＬＳワーク
ステーションに中継する。この未処理衛星測定値を用い
て、センサの位置を１００メートルの精度で判別するこ
とができる。差動補正をＶＬＳワークステーションに備
えれば、車両の位置決定の精度を１０メートル以上に改
善することができる。通常の動作では、車両の位置を計
算するのに、３箇所の衛星測定が必要となる。しかし、
短期間では最少２箇所の衛星測定でも、ＶＬＳワークス
テーションから供給される時間、高度、及びマップ支援
情報を用いれば、受け入れ可能である。本発明によって
得られる実際の利点は、低価格の車両センサ及び移動式
無線通信システムまたは情報システムを用いて、車両に
対する、高地市街地の場合も含む、非常に正確な位置速
度及び時間情報を供給できる性能である。従来のＧＰＳ
センサにおいて行なわれる航行案内機能を省略したこと
により、低価格のコンピュータを用いることができ、し
たがって、既存のＧＰＳ受信器に対して、大幅な価格の
低減が可能となる。
【００１８】
【実施例】本発明は、中央制御ステーションによって監
視され追跡される、多数の低価格車両搭載センサの位置
及び速度を測定する装置及び方法に関するものである。
本発明では、受信器の処理機能を物理的に航行案内機能
と分離して、低レートのデータインターフェースをこれ
らの機能を実行するコンピュータとの間に設けている。
この受信器プロセッサと航行案内機能の分離によって、
各車両に搭載されるＧＰＳセンサの大幅なコストの低減
を実現することができる。ＧＰＳセンサは、ＧＰＳ衛星
測定値を周期的に、従来の帯域の無線通信リンクを介し
てマスタステーションに供給する。ＧＰＳセンサデータ
を低データレートで周期的に送信するので、３００ビッ
ト／秒程度のデータを処理できる従来の送信路を用いる
ことができる。したがって、従来の無線設備を用いて大
量の車両からのデータを送信することができる。マスタ
ステーションは、１００キロメータ程度の半径を有する
共通領域内で同一衛星を追跡している全てのセンサに対
する衛星の幾何学的配置における共通性を利用すること
によって、システムの全ユーザに対して車両の位置を計
算し、大量の車両に対する解答を同時にマスタステーシ
ョンで処理することができる。マスタステーションは、
初期位置推定または衛星選択表のような初期化データを
各センサに、毎日または毎月等周期的に、従来の無線通
信リンクを介してダウンロードする。マスタステーショ
ンに配置される基準ＧＰＳ受信器を用いることによっ
て、各センサに対して、ＧＰＳ誤差精度を得ることがで
きる。マスタステーションにおいて支援する高度、マッ
プ及び時間情報を用いることによって、衛星の幾何学的
配置の要求のいくつかを減少することができ、したがっ
て、高位置の衛星を、衛星獲得の簡素化、サービス機能
の向上、及びアンテナシステムの価格低減の方法として
のみ、用いることができるようになる。
【００１９】次に、図１のブロック図を参照すると、本
発明の車両追跡システムは、主としてアンテナ１０、セ
ンサ２０、通信リンク３０、ＶＬＳワークステーション
４０及びＧＰＳ基準受信器６０とを備えている。
【００２０】アンテナ１０は、商業的に入手可能な低利
得低価格アンテナを何本備えていてもよく、システムの
実施において高位置衛星を必要とする結果としてのみ、
その使用が可能とされている。これは、衛星獲得も簡素
化し、更に高地市街地において車両追跡動作を可能とす
るものでもある。
【００２１】センサ２０の代表的な実施では、簡素化さ
れた周波数合成方法、温度補償クリスタル発振器（ＴＣ
ＸＯ）２１またはその他の低価格発振器、簡素化された
デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２２、及び省略した
計算処理を採用している。センサ２０のブロック図を図
２及び３に示す。センサ２０内の周波数合成は、温度補
償クリスタル発振器２１によって発生される６．１５３
９ＭＨｚの発振周波数（ＦＯ）を基にしている。局部発
振周波数（ＬＯ）は、局部発振器２３で発生され、２５
６ｘＦＯ＝１５７５．３９８４ＭＨｚである。２の乗算
器のべき乗によって、位相ロックループ（ＰＬＬ）２５
の設計を簡素化することができる。ＰＬＬは、局部発振
器２３の周波数をクリスタル発振器２１のそれに固定す
るために用いられるものである。結果として得られる中
間周波数（ＩＦ）は１５７５．４２ＭＨｚ−２５６ＦＯ
＝２１．６ＫＨｚとなる。
【００２２】このＩＦはＤＣより十分高いので、正負ド
プラシフト間で、区別することができる。これはＤＣと
十分近いので、スペクトルノイズの折り返しによる相関
ノイズの増加を最少に抑えることができる。ＤＳＰチッ
プに用いられるサンプリングクロックは、ＦＯ／３＝
２．０１５１３ＭＨｚであり、この周波数は、１．０２
３ＭＢＳのチップレートには関連しないことにおいて、
理想的なものである。固定小数点のみを必要とする、従
来のマイクロコンピュータ２４を用いる。センサ２０
を、特定の用途に応じて、１乃至８個のＤＳＰチャンネ
ル２２で構成することができる。各ＤＳＰチャンネル２
２の詳細は図４に示されているが、Ｃ／Ａコード相関を
行ない、デジタルＧＰＳ信号上のＬ−バンド信号ドプラ
を除去する、カスタムゲートアレイを備えている。誤差
同相（Ｉ）及び直角（Ｑ）信号を、早い、遅い、及び素
早いコード位相に対して１ミリ秒の間蓄積し、信号追跡
のためマイクロコンピュータに供給される。追跡用マイ
クロコンピュータを用いて、追跡すべきＧＰＳ衛星を選
択し、コード及びキャリア追跡ループを閉じる。
【００２３】センサ２０のマイクロコンピュータ２４
は、商業的に入手可能なマイクロコンピュータを、用途
及びシステムの要求に応じて、いかなる数でも備えるこ
とができる。最少システム構成で信号追跡及びセンサ２
０の制御を行なうには、Ｚ８０マイクロコンピュータま
たはその同等品が必要である。マルチチャンネル処理及
び高性能航行案内に関連する他の用途では、適切であれ
ば、既存のホストシステムマイクロコンピュータのを含
むより強力なマイクロコンピュータを必要とすることも
ある。
【００２４】図２のデジタル信号処理チップ２２の動作
の詳細は、図４の詳細なブロック図を参照することによ
って、理解できよう。１対の排他的オアゲート７１及び
７２が、入力信号上でコード相関を行ない、更にキャリ
ア復調も行なって同相及び直角信号Ｉ及びＱを発生す
る。１対のアップ／ダウンカウンタ７６及び７７は、同
相及び直角信号Ｉ及びＱを蓄積するのに用いられる。Ｃ
／Ａコーダ７３は入力信号Ｇ１及びＧ２から粗雑獲得コ
ードを発生する。Ｇ１はどの衛星を追跡しているかを判
別するメモリマップインターフェース７４から受け取っ
た１０ビット信号である。メモリマップインターフェー
ス７４は、図２のマイクロコンピュータ２４と結合さ
れ、同相及び直角入力信号Ｉ及びＱから多数の信号を発
生する。コード位相によって数値的に制御される発振器
（ＮＣＯ）７５は、コード位相ＮＣＯ７５を増分し、Ｃ
／Ｚコーダ７３にインデックスする、メモリマップイン
ターフェース７４から信号ＴＡＵを受け取る。キャリア
ＮＣＯ７８は、メモリマップインターフェース７４から
受け取った位相ＰＨ及び推定デルタ位相ＥＤＰ信号によ
って初期化され、キャリア復調を行なうのに用いられる
同相Ｉ及び直角Ｑ信号を発生する。キャリアＮＣＯ７８
は、ＤＳＰクロック信号の周波数の１／３０の信号によ
って動作する。１ｍｓの割り込み信号ＩＮＴＰがＤＳＰ
クロック信号から得られ、データが得られることをマイ
クロコンピュータ２４に知らせる役目を果たす。
【００２５】データ及び命令は、毎秒３００ビットのデ
ータレートを処理可能な従来のデータリンク３１を介し
て、センサ２０と通信リンク３０との間を転送される。
この目的のために用いることができる従来の通信リンク
の例は、２方向ページングシステム、個人車両無線、一
般市民用帯域の無線、セルラ無線（ｃｅｌｌｕｌａｒｒ
ａｄｉｏ）、トランク型車両無線システム、局部車両無
線システム、及び軍部通信システムである。
【００２６】ＶＬＳワークステーション４０は、コミュ
ニケーションリンク３０を介してＧＰＳセンサデータを
受け取り、車両（センサ２０）の位置を計算するように
動作する。次に、位置が、その領域のマップに重ねられ
て、顧客に表示される。ＶＬＳワークステーション４０
は、通信インターフェースとしても機能し、センサ２０
からのデータを受け取り、追跡中の車両を識別し、適切
なデータを航行案内機能に受渡して処理を行なう。更に
加えて、ＶＬＳワークステーション４０は、初期化デー
タをセンサ２０に送信し、そこから状態データを要求す
ることによって、センサ２０を制御する。初期化データ
は、報告間隔、衛星選択、及び現在地情報を含んでい
る。ＶＬＳワークステーション４０は、基準受信器６０
からのデータを用いてＧＰＳ衛星の位置を計算するよう
にしてもよい。また、選択的に、ＶＬＳワークステーシ
ョン４０を、衛星測定のためのＤＧＰＳ補正係数を得る
ために用いてもよい。また、ＳＶ位置も計算して、動作
位置から見ることができる各ＧＰＳ衛星に、中央位置ま
でのＰＲまたはＴＤ測定の推定値を与える。ＶＬＳワー
クステーション４０は、動作位置内の中央位置に対する
観察マトリクスを計算する。このマトリクスは、各衛星
への照準ベクトル線から得てもよい。航行案内アルゴリ
ズムを用いて、各車両センサ２０からのデータ及びＳＶ
補正データから、測定誤差を計算する。これらの測定誤
差は、ＶＬＳワークステーション４０によって、観察マ
トリクス計算からのデータを用いて処理され、中央地点
からの車両のずれを得る。この方法を用いて、上記航行
案内アルゴリズムによって１００キロメートル領域にわ
たって、正確な車両の位置を計算することができる。支
援用航行解答をＶＬＳワークステーション４０がセンサ
２０に対して計算してもよく、センサ２０は４箇所以下
の衛星からのデータを報告する。次に、車両の高度をデ
ジタルマップから推定し、３箇所の衛星のみを用いて解
答を計算する。３箇所以下の生成からのデータが与えら
れる短い期間の解答を推定するために、移動方向に関す
る情報を含むようにしてもよい。最後に、ＶＬＳワーク
ステーション４０は、センサ２０が配置されている車両
の位置を、ユーザに目視的に表示するように動作するも
のである。この情報を与えるハードコピー報告を作成す
ることもでき、この情報を例えば従来の処理用ソフトウ
エアと一体化することもできる。
【００２７】次に、図１のシステムブロック図と図５の
流れ図を参照すると、センサからのデータは最初に通信
リンク３０から検索され、メモリに記憶される。ステッ
プ２、１３及び１４において、基準受信器６０からの周
期的（例えば１時間毎）に得られる可視衛星表から決定
される包含範囲に関して、衛星の位置を各衛星について
計算する。ステップ３では、衛星の位置及びクロック更
正係数を用いて、中央位置に対する疑似範囲の推定値
（範囲及びクロックバイアス）を計算する。この場所に
対して、視界線ベクトル (line-of-sight vector) も決
定する。ステップ４で、基準受信器６０から受信された
ＧＰＳ誤差補正値を疑似範囲推定値に加算し、大気効果
及び衛星位置の誤差並びにクロックのずれに対する補正
を行なう。ステップ５で、ステップ３で決定された視界
線ベクトルを用いて、包含する領域内のセンサ２０によ
って追跡された衛星の全組について、最小二乗変換マト
リクスＨ*を計算する。次にステップ６で、ステップ４
で得られた測定推定値から受信した測定値を差引いて、
測定誤差ベクトルを計算する。車両の中央位置からの高
度ずれ推定値も、測定誤差に含まれている。３ヵ所より
少ない衛星のみしか得られない場合は、デジタルマップ
１５から得られた車両路（移動方向）の知識からの支援
データも含まれる。ステップ７で、各センサ２０の位置
を計算するために、ステップ６で得られた測定誤差ベク
トルを、ステップ５で得られた適当な変換マトリクスＨ
*と乗算し、中央位置からのずれを計算する。得られた
位置が可能性のある解答に対応していないなら（即ち、
デジタルマップ１５１の有効領域にない場合）、更新し
た高度のずれ及びデジタルマップ１５の支援による路を
用いて、位置を再計算する。ステップ８で、センサ２０
の位置をオペレータに表示し、その領域の地図に重ね合
わせる。選択的に、ステップ１１で要求されたなら、ス
テップ９で、各センサ２０の位置を、通信リンク３０を
介して特定のセンサに戻すこともできる。位置情報は、
ずれた座標に関する、またはステップ１０でデジタルマ
ップから得られた道路位置とするものとしてもよい。ス
テップ１２では、ＶＳＬワークステーション７０が周期
的にセンサ２０を可視表から得られた情報を用いて、追
跡すべき衛星の初期データで更新する。
【００２８】本発明のＧＰＳ追跡システムの好適実施例
を地上の車両に関して説明したが、本発明の追跡システ
ムは海洋（海上及び海中）、または空中の移動物（例え
ば、気球、従来の航空機、及び衛星）、人、動物を追跡
するために用いることもできることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＧＰＳ車両追跡システムの主要構成要
素を示したブロック図。
【図２】図１のＧＰＳ車両追跡システムに用いられてい
るセンサのブロック図。
【図３】図２のセンサのＲＦ／ＩＦ部のブロック図。
【図４】図２のセンサのデジタル信号処理チップ（ＤＳ
Ｐ）のブロック図。
【図５】図１のＧＰＳ車両追跡システムを用いて車両の
位置を決定するのに用いた過程の流れ図。
【符号の説明】
１０ アンテナ ２０ センサ ２１ 温度補償クリスタル発振器 ２２デジタル信号プロセッサ ２４ マイクロコンピュータ ２５ 位相ロックループ（ＰＬＬ） ３０ 通信リンク ４０ ＶＬＳワークステーション ６０ ＧＰＳ基準受信器 ７１、７２ 排他的オアゲート ７３ Ｃ／Ａコーダ ７４ メモリマップインターフェース７４ ７５ 数値制御発振器（ＮＣＯ） ７６、７７ アップ／ダウンカウンタ

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】全世界配置システム（ＧＰＳ）衛星を用い
    て１つ以上の追跡対象の位置を判別する追跡システムで
    あって、 各対象に取り付けられ、複数の可視ＧＰＳ衛星によって
    与えられる信号を受信し、選択された未処理衛星測定値
    を含むセンサデータを計算する、センサ手段と、 中央位置に配置され、周期的に前記センサ手段によって
    計算された未処理衛星測定値を受信し記憶し、その測定
    値から１つ以上の対象に関連する位置情報を計算し、計
    算した位置情報を前記中央位置においてオペレータに表
    示し、更に初期化データをセンサ命令の形状で前記セン
    サ手段に供給する、ワークステーション手段と、 前記センサ手段と前記ワークステーション手段とを結合
    し、センサデータ及びセンサ命令の前記センサ手段と前
    記ワークステーション手段との間の転送を容易にする、
    通信リンクとからなることを特徴とする、追跡システ
    ム。
  2. 【請求項２】請求項１の追跡システムにおいて、前記ワ
    ークステーション手段は、前記１つ以上の対象の各々に
    関する路及び高度支援情報を含むデジタルマップを記憶
    するように動作し、これによって、高位置衛星のみを用
    いての前記位置情報の計算、及び前記１つ以上の対象が
    高地の市街地環境で動作する時の前記位置情報の計算を
    容易にすることを特徴とする、追跡システム。
  3. 【請求項３】請求項１の追跡システムにおいて、前記初
    期化データは、前記１つ以上の対象の位置の初期推定値
    及び衛星選択表を含むことを特徴とする、追跡システ
    ム。
  4. 【請求項４】請求項１の追跡システムにおいて、前記ワ
    ークステーション手段は、更に、前記通信リンクを介し
    て前記計算した位置情報を前記１つ以上の対象の対応す
    る１つに送信するように動作することを特徴とする、追
    跡システム。
  5. 【請求項５】全世界配置システム（ＧＰＳ）衛星を用い
    た追跡システムにおいて、複数の追跡対象の各々に取り
    付けられたセンサであって、 １つ以上のＧＰＳ衛星からの信号を受信するアンテナ手
    段と、 前記アンテナ手段からの信号を受信し、その信号をデジ
    タルサンプルに変換するＲＦ／ＩＦ手段と、 前記ＲＦ／ＩＦ手段に結合され、前記デジタルサンプル
    を処理済みデジタル信号に変換する、デジタル信号処理
    （ＤＳＰ）手段と、 前記ＲＦ／ＩＦ手段及び前記ＤＳＰ手段に結合され、局
    部発振信号を発生し、該局部発振信号を前記ＲＦ／ＩＦ
    手段及び前記ＤＳＰ手段に供給する、クリスタル発振器
    と、 前記ＤＳＰ手段に結合され、前記１つ以上の衛星から受
    信した信号から、選択した未処理衛星測定値を含むセン
    サデータを計算する、マイクロコンピュータ手段とから
    なることを特徴とする、センサ。
  6. 【請求項６】請求項５のセンサにおいて、前記ＲＦ／Ｉ
    Ｆ手段は、 前記アンテナ手段からの信号を受け取った増幅する前置
    増幅器と、 前記局部発振信号の周波数を制御する位相ロックループ
    手段と、 前記前置増幅器によって増幅した信号を、前記局部発振
    信号で、変換する混合手段と、 前記混合手段によって与えられた信号を濾過する低域通
    過フィルタ手段と、 前記低域通過フィルタ手段によって与えられた信号をデ
    ジタル化する、デジタイザ手段とからなることを特徴と
    する、センサ。
  7. 【請求項７】請求項５のセンサにおいて、前記ＤＳＰ手
    段は、 前記ＲＦ／ＩＦ手段から受け取った信号のコード相関を
    行うと共に、同相及び直角信号Ｉ及びＱを発生するため
    に用いられるキャリア復調を行なう、１対の排他的オア
    ゲートと、 前記１対の排他的オアゲートに結合され、前記同相及び
    直角信号Ｉ及びＱを蓄積する、１対のアップ／ダウンカ
    ウンタと、 前記１対の排他的オアゲートに結合され、追跡中の衛星
    を示す信号から粗雑獲得コードを発生する、Ｃ／Ａコー
    ダと、 前記Ｃ／Ａコーダに結合され、前記Ｃ／Ａコーダのイン
    デックスを作成する、コード位相数値制御発振器と、 前記１対の排他的オアゲートに結合され、分割されたＤ
    ＳＰクロック信号を受け取り、前記同相及び直角信号Ｉ
    及びＱを発生する、キャリア数値制御発振器と、 前記マイクロコンピュータに結合され、前記同相及び直
    角信号Ｉ及びＱを受け取り、それから複数の制御信号を
    発生する、メモリマップインターフェース手段とからな
    ることを特徴とする、センサ。
  8. 【請求項８】全世界配置システム（ＧＰＳ）衛星を用い
    て、１つ以上の追跡対象の各々の位置を判定する追跡方
    法であって、 各対象にセンサを取り付け、 複数の可視ＧＰＳ衛星によって与えられる信号を前記セ
    ンサで受信し、 前記センサ内で、受信した信号から選択した未処理衛星
    測定値を含むセンサデータを計算し、 中央位置にワークステーションを備え、 前記ワークステーションで定期的に前記センサによって
    計算された前記未処理衛星測定値を受け取り、 前記ワークステーション内で、前記未処理衛星測定値か
    ら前記１つ以上の対象の各々に関する位置情報を計算
    し、 前記ワークステーションから前記センサに、通信リンク
    を介して、センサ命令の形状で初期化データを周期的に
    転送するステップからなることを特徴とする、追跡方
    法。
  9. 【請求項９】請求項８の追跡方法は、更に、前記ワーク
    ステーションに前記１つ以上の対象の各々に関する路及
    び高度支援情報を含むデジタルマップを記憶するステッ
    プを含み、高位置衛星のみを用いての位置情報の計算、
    及び高地市街環境において前記１つ以上の対象が動作す
    る場合の位置情報の計算を容易にすることを特徴とす
    る、追跡方法。
  10. 【請求項１０】請求項８の追跡方法において、前記周期
    的に初期化データを転送するステップは、前記１つ以上
    の対象の位置の初期推定値及び衛星選択表を、周期的に
    転送することを含むことを特徴とする、追跡方法。
  11. 【請求項１１】請求項８の追跡方法は、更に、前記通信
    リンクを介して、計算した位置情報を前記１つ以上の対
    象の対応する１つに送信するステップを含むことを特徴
    とする、追跡方法。
  12. 【請求項１２】請求項８の追跡方法において、前記位置
    情報を計算するステップは、 複数の可視ＧＰＳ衛星によって供給される信号を受信す
    るための、ＧＰＳ基準受信器を設け、 前記ＧＰＳ基準受信器を用いて、可視衛星表を作成し、 前記可視衛星表を前記ワークステーションに記憶し、 前記ワークステーション内で、各ＧＰＳ衛星の位置を計
    算し、 前記ワークステーション内で、前記１つ以上の対象の動
    作範囲内で見ることができる複数の衛星の中央位置に対
    する、推定疑似範囲及び対応する視野線ベクトルを計算
    し、 前記ＧＰＳ基準受信器から誤差補正値を得て、 前記誤差補正値を前記計算した疑似範囲の推定値に加算
    し、大気効果及び各可視ＧＰＳ衛星の計算した位置の誤
    差を補正し、 前記ワークステーション内で、前記可視ＧＰＳ衛星の全
    てに対して、前記計算した視野線ベクトルを用いて、最
    小二乗変換マトリクスを計算し、 前記ワークステーション内で、前記１つ以上の対象野動
    作範囲内の中央位置からの推定した高度のずれを含む、
    １つ以上の測定誤差ベクトルを計算し、 前記ワークステーション内で、前記１つ以上の計算した
    測定誤差ベクトルを、前記計算した最小二乗変形マトリ
    クスで乗算するステップからなることを特徴とする、追
    跡方法。
  13. 【請求項１３】請求項８の追跡方法において、前記表示
    ステップは、前記１つ以上の対象の各々に関する計算し
    た位置情報を、前記１つ以上の対象が位置する領域のマ
    ップ上に重ね合わせて表示することを含むことを特徴と
    する、追跡方法。
  14. 【請求項１４】請求項８の追跡方法は、更に、前記１つ
    以上の対象の各々の計算した位置情報を、前記１つ以上
    の対象の対応する１つに送信するステップを含むことを
    特徴とする、追跡方法。
  15. 【請求項１５】請求項８の追跡方法において、前記位置
    情報を計算するステップは、ずれた座標に関して位置情
    報を計算することを含むことを特徴とする、追跡方法。
  16. 【請求項１６】請求項９の追跡方法において、前記位置
    情報を計算するステップは、前記デジタルマップ上の一
    地点を参照とした位置情報の計算を含むことを特徴とす
    る、追跡方法。
  17. 【請求項１７】請求項５のセンサにおいて、前記クリス
    タル発振器は、温度補償クリスタル発振器を備えている
    ことを特徴とする、センサ。
  18. 【請求項１８】請求項５のセンサにおいて、前記クリス
    タル発振器は、温度制御クリスタル発振器を備えている
    ことを特徴とする、センサ。
  19. 【請求項１９】請求項６のセンサにおいて、前記デジタ
    イザはリミッタを備えていることを特徴とする、セン
    サ。
  20. 【請求項２０】請求項５のセンサにおいて、前記ＤＳＰ
    手段は、単一の半導体チップ上に複数の単体ＤＳＰ回路
    を備えており、該単体ＤＳＰ回路の各々は、 前記ＲＦ／ＩＦ手段から受け取った信号のコード相関を
    行うと共に、同相及び直角信号Ｉ及びＱを発生するため
    に用いられるキャリア復調を行なう、１対の排他的オア
    ゲートと、 前記１対の排他的オアゲートに結合され、前記同相及び
    直角信号Ｉ及びＱを蓄積する、１対のアップ／ダウンカ
    ウンタと、 前記１対の排他的オアゲートに結合され、追跡注の衛星
    を示す信号から粗雑獲得コードを発生する、Ｃ／Ａコー
    ダと、 前記Ｃ／Ａコーダに結合され、前記Ｃ／Ａコーダのイン
    デックスを作成する、コード位相数値制御発振器と、 前記１対の排他的オアゲートに結合され、分割されたＤ
    ＳＰクロック信号を受け取り、前記同相及び直角信号Ｉ
    及びＱを発生する、キャリア数値制御発振器と、 前記マイクロコンピュータに結合され、前記同相及び直
    角信号Ｉ及びＱを受け取り、それから複数の制御信号を
    発生する、メモリマップインターフェース手段とからな
    ることを特徴とする、センサ。
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