JPH083522B2 - 衛星を用いる航行方法 - Google Patents

衛星を用いる航行方法

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JPH083522B2
JPH083522B2 JP60160036A JP16003685A JPH083522B2 JP H083522 B2 JPH083522 B2 JP H083522B2 JP 60160036 A JP60160036 A JP 60160036A JP 16003685 A JP16003685 A JP 16003685A JP H083522 B2 JPH083522 B2 JP H083522B2
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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、衛星を用いる航行方法に関するものであ
る。 〔従来の技術〕 交通機関の航行においては、該交通機関の正しい位置
と正しい速さを与えられた基準系内で決定せねばならな
い。従来使用されていた基準点は、正確に知られている
固定位置にあるラジオビーコンである。 衛星の位置決定角度がしだいに高くなるにつれて、高
精度位置決定および航行のための基準点として衛星を使
用することが可能になってきた。 衛星を使用することにより、高い周波数を使用するた
めに測定確度が高くなること、到達距離が長い地球表面
の広い地域がカバーされるために一層経済的なシステム
を開発できる。衛星により与えられる三次元基準点によ
り交通機関の位置の三次元的な決定、すなわち、一層精
密な決定を行うことができ、ほとんどの利用者の要求を
満すことができる等の大きな利点がもたらされる。 しかし、地上のラジオビーコンと比較して、衛星の位
置が常に変化すること、それらの衛星に搭載されている
高安定時間信号送信器の動作と同期のために特殊な措置
を講じなければならないことから、引用が余分にあか
る。 したがって、受信信号から正しい位置を決定できるよ
うに、衛星からの距離信号の受信器には他の情報、すな
わち、それぞれの衛星の位置についてのデータと、信号
の送信時刻における衛星クロックの正確な指示について
のデータを常に供給さねばならない。 現在では、既存の航行システムとは無関係に、地球の
赤道上の地球静止軌道上に位置する衛星を用いて、航海
中の船舶と海岸局の間の通信を行っている。遭難信号の
送信のために極地域を横切る軌道上の衛星または赤道上
の地球静止軌道上の衛星による実験が行われている。ま
た、地球静止衛星によって各交通機関にそれらの位置に
ついての質問を同時に行い、それに基づいて、それらの
交通機関から上記位置についての情報を送るという提案
が行われた。 特定の意味における衛星航行というのは、正しい位置
を決定すること、および必要があれば衛星を用いて交通
機関の適切な動きを決定することを意味する。 地球無線位置決定システムにおけるように、交通機関
といくつかの基準点の間の電磁波の伝わる時間、または
電磁波の伝わる時間の変化の少くとも一方により決定さ
れる。 二次元位置決定または三次元位置決定は、一方向法ま
たは双方向法のいずれが使用されるかに応じて、２〜４
個所の基準点を含む測定作業を必要とし、測定確度を高
くするためには、それらの基準点は航行している交通機
関に対して好ましい地幾何学的位置に設けなければなら
ない。 地球の全表面を覆うそのような好ましい幾何学的な分
類は、地球静止軌道上の衛星を用いて満足に実現するこ
とはできないから、全地球的航行衛星システムは地球静
止衛星の軌道より低い軌道を有する非地球静止位置にあ
る軌道衛星を常に備えている。 これまで知られており、運用された唯一かつ最良の上
記の種類の航行衛星システムは、いわゆるTRANSITシス
テムである。このシステムにおいては、各空間区画が極
軌道上に位置する５個の衛星を備え、２種類の周波数で
時間信号を送信するとともに、それぞれの衛星の軌道に
ついてのデータを送信する。 低速交通機関は、２〜10時間の間隔で繰返えされる各
送信中にドップラー効果を測定し、かつドップラー効果
を利用することにより、より長い時間間隔で位置を決定
できる。 しかし、地球表面上の各場所において任意の時刻に位
置決定を行うために十分な数の衛星を利用できるように
するために（三次元一方向位置決定には、たとえば同時
に見える４個の衛星を必要とする）、複数の衛星が高さ
の異なる軌道面で地球を連続して回らなければならな
い。 1987年または1988年の運用開始をめざして、米国にお
いて現在設置されつつあるいわゆるNAVSTAR−GPS（全地
球的位置決定システム）と呼ばれるシステムは、そのよ
うな航行衛星を24個有する。費用は節約するために、衛
星の数は現在は18個にまで減少されている。 現在は計画段階にあるヨーロッパにおけるNAVSATシス
テムおよびGRANASシステムは、ほぼ同数の航行衛星を必
要とするようである。しかし、それらのヨーロッパシス
テムにおいては、個々の衛星に要する費用を少くし、そ
の代りに地上装置にかかる費用を多くすることにより、
総経費を米国のシステムの総経費より少くしようとして
いる。 したがって、両方のヨーロッパシステムのために提案
されている航行衛星は、米国の航行システムであるNAVS
TAR−GPSの費用の大きい部分を占める高安定発振器を使
用しない。 その代りに、一方向距離測定作業のために必要とする
同期された時間信号を地上で発生せねばならない。それ
らの時間信号は、地球上に配置されている地上局から前
記付加データとともに航行衛星へ向けて送信され、それ
らの衛星からの航行中の交通機関へ向けて再送信され
る。しかし、それらの大規模で複雑な地上局は、衛星の
装置において節約された費用の大部分を消費してしま
う。 ヨーロッパのGRANASシステムの提案されている改良シ
ステムにおいても、システムの総経費は目立って低減さ
れていない。衛星のカバー範囲内に地上局を適正に配置
することによる地上局を簡単にしようという所期のもく
ろみも、衛星にかかる費用が増大する結果となる。 その他の衛星航行システムのうち、現在ソ連邦におい
て設置されつつあるGLONASについては、米国のNAVSTAR
−GPSシステムに極めて類似していることが判明してい
るだけである。 衛星を利用する既存の航行システムまたは現在計画段
階にある航行システムは、同じように設計された複数の
軌道衛星が時間マークの形で位置決定信号を送信すると
ともに、衛星に特殊な付加情報、すなわち、位置決定お
よび航行においてそれらの時間信号を読取って利用する
ために必要とされるデータを送信すること、およびその
データが地上の管制装置によりある間隔で修正されてか
ら、蓄積のために衛星へ再び送信されることが共通であ
る。 別の航行衛星に接触するため、および伝播修正を行う
ためにデータがそれに加えられ、または第２の搬送周波
数での位置決定信号の再送信が行われる。 更に、従来提案されている全てのシステムは、交通機
関の正しい位置と正しい速さの決定に限られ、かつ、そ
れらのシステムは互いにコンパチブルではないから、各
種のシステムの航行衛星からの信号を受信したい場合に
は利用者は各種の装置を用意せねばならない。 したがって、上記のような諸機能を果す各衛星にかか
る費用が高くつくから、地球全体を適切にカバーするた
めにはそのような衛星を18〜24個必要とする全地球的航
行システムを構成するための費用は非常に高くつく。
【発明の目的】
本発明の目的は、とくに航行衛星の費用をかなり低減
して、費用がかなり少ない衛星航行システムを得ること
である。また、最近の警報信号および遭難信号のような
付加データを送信でき、かつ他の種類の航行システムと
通信でき、または他の種類の航行システムと協働できる
衛星航行システムも設けなければならない。 〔発明の概要〕 本発明の航行方法においては、従来の航行衛星の諸機
能は、航行衛星と、地球静止軌道または準地球静止軌道
上の衛星（以下、静止衛星と呼ぶ）に割当てられる。諸
機能をできるだけ簡単にし、したがって個々の航行衛星
の機器をできるだけ簡単にすることにより、かつ地球静
止軌道または準地球静止軌道上の特殊な衛星、すなわ
ち、いわゆる静止衛星を有して他の任意の仕事、および
衛星を用いる従来の航行システムによっては行うことが
できなかったいくつかの付加機能を行わせることにより
システム全体の費用は大幅に低減された。 たとえば、本発明の方法によれば、適切な受信器およ
び読取器が設けられている任意の交通機関へ警報データ
または付加データを送信でき（遭難信号では自動送信が
好ましい）、利用者とある地上管制局の間の通信を本発
明の方法により特に容易に行うことができる。 本発明の航行方法により、軌道を回る避けることがで
きないほど多数の航行衛星の機能における絶対に必要な
機能、すなわち、時間信号の送信機能まで、NAVSTARま
たはGRANASのような計画中の米国またはヨーロッパのシ
ステムよりもはるかに大きく減少できる。 本発明の方法によれば、全ての衛星の軌道データを前
記付加データとともに、衛星をある地上管制局の可視距
離内に永久に、または少なくとも非常に長い期間にわた
って維持するように、地球静止軌道または準地球静止軌
道に位置させられる１個の衛星を通じて種々の利用者へ
送ることで十分である。 その静止衛星が前記付加データとともに時間信号を送
り出し、第１の搬送周波数（f1）で送信される付加デー
タは利用者により受信され、第２の搬送周波数（f2）送
信される付加データは航行衛星の信号を同期させる。 上記簡単な基本手段により、隣接する静止衛星により
同時にカバーされる範囲内で位置を正確に決定できるば
かりでなく、下記のような他の機能も行う。 地球静止軌道または準地球静止軌道上にある１個の静
止衛星では、地球表面の一部をカバーできるだけである
から、本発明の方法を全地球的に適用するには、地球全
体に情報を供給するために少くとも３個の静止衛星を有
しなければならない。 〔実施例〕 以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。 第１図には、利用者Ｐの位置決定中における本発明の
航行方法の最も重要な機能が示されている。同図には、
地球静止軌道または準地球静止軌道上の衛星、すなわ
ち、いわゆる静止衛星Ｍと、軌道を回る簡単な衛星、い
わゆる航行衛星N1〜N3が示されている。 利用者Ｐたる航海中の船は、円で表されている地球の
表面Ｅの上に位置する。地球表面Ｅには、地上管制局Ｋ
と、それに組合わされた監視局ｍも配置される。静止衛
星Ｍと、航海衛星N1〜N3と、利用者Ｐと、地上管制局Ｋ
との間の接続が実線および破線で示されており、それぞ
れの線には適切な記号がつけられている。 利用者Ｐは、航行衛星N1〜N3と静止衛星Ｍからの時間
信号を周波数f1で受ける。それらの時間信号は、互いに
直交関係にあるコードにより識別できる。それぞれのコ
ードは、各種の「接続線」により指定される。 静止衛星Ｍから来る信号は、位置決定および以後の航
行のために必要とするデータIs（静止衛星と航行衛星の
位置に関するデータ、後述の質問情報）も含む。そのデ
ータIsは、地上管制局Ｋで発生され、別の周波数f3で静
止衛星Ｍへ連続して送信される。識別コードKMを含む時
間信号が周波数f3で同時に静止衛星へ送信されて、地上
管制局Ｋにおけるクロックの時刻と静止衛星Ｍにおける
クロックの時刻の基準となる。 航行衛星N1〜N3がそれに搭載されている安定な発振器
により送信すべき時間信号を発生するものとすると、本
発明の装置においては、衛星のパラメータとクロックの
修正を行うために一般に24時間のリズムをとらなければ
ならない計画中の米国のNAVSTAR−GPSシステムにおける
よりもはるかに頻繁にパラメータとクロックの修正と更
新が行われるから、それらの発振器の安定度はNAVSTAR
−GPSの発振器の安定度より１桁低くできる。 しかし、原理的には、他のシステムの航行衛星は、搬
送周波数として使用される周波数f1と識別コードKNiを
含む時間信号が互いに同期されているならば、本発明の
システムにも使用できる。 本発明の航行システムにおいては、種々の航行衛星N1
〜N3におけるいわゆるクロック発振器を省くことができ
る。航行衛星の時間信号は、識別コード信号KMを含む時
間信号を周波数f2で送信することにより静止衛星Ｍを介
して制御できる。この場合には、それぞれの航行衛星Ni
（＝1,2,3,…Ｎ−1,N）における再生トランスポンタ
は、静止衛星Ｍからの時間信号f2＋KMを受信すると同時
に識別コードKNiを含む周波数f1の時間信号f1＋KNiを送
信するだけでよい。 航行データIsにより供給される情報のために、どの利
用者も各航行衛星Niの正確な位置を任意の時刻に知るこ
とができ、したがって、衛星Niによる識別コードKNiを
含む時間信号の送信と、静止衛星Ｍによる識別コードKM
を含む時間信号の送信の間の遅れ時間を計算できる。 測定した一方向伝播時間を正しく修正することによ
り、正確に同期されたクロックを有する４個の衛星から
得た測定データと同じやり方で読出し、処理できる一連
の測定データを利用者Ｐは得る。 ここで、利用者Ｐの位置の決定方法について説明す
る。 第１図に示すように、地上管制局Ｋは、識別コードKM
を含む時間信号および静止衛星Ｍと航行衛星Niの位置に
関する情報を含む航行データIsを静止衛星Ｍに送信す
る。 静止衛星Ｍは、地上管制局Ｋから送信された時間信号
および航行データIsを受信し、同時に、この時間信号お
よび航行データIsを周波数f1で送信するとともに、上記
時間信号を周波数f2で送信する。また、各航行衛星N
iは、衛星Ｍから送信された上記周波数f2の時間信号を
受信し、同時に、該時間信号を識別コードKNiとともに
周波数f1で送信する。 利用者Ｐは、上記静止衛星Ｍから送信された時間信号
および航行データIsと、上記各航行衛星Niから送信され
た時間信号とを受信し、それらにに基づいて以下のよう
にそれ自身の位置を決定する。 いま、静止衛星Ｍでの時刻をtMとすると、この時刻tM
での静止衛星Ｍの位置XM,YMおよびZMは、地上管制局Ｋ
によって知られている。 そして、上記時刻tMに静止衛星Ｍから周波数f1で送信
された時間信号が利用者Ｐに到達する時刻tsatは、静止
衛星Ｍから見た場合、下式のように表される。 tsat＝tM＋（rMP/C） …（１） ただし、 rMP:静止衛星Ｍと利用者Ｐ間の距離 C:電波の伝搬速度 利用者Ｐの時計の時刻は、静止衛星Ｍの時刻から未知
量ΔτMPだけずれており、したがって、静止衛星Ｍから
の時間信号が到達した瞬間での利用者Ｐの時計の時刻
は、以下のように表される。 tuser＝tM＋（rMP/C）＋ΔτMP …（２） そこで、利用者Ｐは、静止衛星Ｍの信号送信時刻tMを
用いて、この静止衛星Ｍからの時間信号の伝搬遅れ
τＭ′を下式によって知ることができる。 tuser−tM＝（rMP/C）＋ΔτMP＝τＭ′ …（３） 地上管制局Ｋと静止衛星Ｍ間における電波の伝搬時間
は既知であるから、上式の時刻tuser,tMはいずれも既知
であり、したがって、上記伝搬遅れτＭ′が知られる。 一方、前述したように、航行衛星Niは静止衛星Ｍから
の時間信号（f2＋KM）を受信するが、静止衛星Ｍから見
たその受信時刻は、以下のように表される。 tsat i＝tM＋（rMi/C） …（４） ただし、rMi:静止衛星Ｍと航行衛星Ni間の距離 tMの間空としての航行衛星Niの位置Xi,YiおよびZiは
知られており、したがって、航行衛星Niの信号受信時刻
は上式から決定することができる。 また、航行衛星Niは、静止衛星Ｍから信号（f2＋KM）
を受信した時点で時間信号（f1＋KNi）を送信するが、
利用者Ｐの時計におけるこの信号（f1＋KNi）の受信時
刻は、下式で与えられる。 tuser i＝tM＋（rMi/C）＋（riP/C）＋ΔτMP ……
（５） ただし、riP:航行衛星Niと利用者Ｐ間の距離 それ故、利用者Ｐは、航行衛星Niを経由して到達する
静止衛星Ｍからの信号の伝搬遅れτｉ′を下式によって
決定することができる。 tuser i−tM＝（rMi/C）＋（riP/C）＋ΔτMP＝Δｉ′
…（６） 静止衛星Ｍと利用者Ｐとの間の距離rMPは、（３）式
から明らかなように、Ｃ（τＭ′−ΔτMP）であり、下
式（７）によって与えられる。 一方航行衛星Niと利用者Ｐ間の距離riPは、（６）式
から明らかなように、Ｃ｛τｉ′−（rMi/C）−Δ
τMP｝であり、下式（８）によって与えられる。 （７）式における伝搬遅れτＭ′は（３）式によって
与えられ、（８）式における伝搬遅れτｉ′は（６）式
によって与えられる。また、（８）式における距離
rMi、（７）式における静止衛星Ｍの位置（XM,YM,ZM）
および（８）式における航行衛星Niの位置（Xi,Yi,Zi）
は、それぞれ前記航行データIs中に含まれた静止衛星Ｍ
の位置に関する情報および航行衛星Niに関する情報に基
づいて知られる。 上記（７），（８）式において重要な点は、伝搬遅れ
時間（τＭ′−ΔτMP）および｛τｉ′−（rMi/C）−
ΔτMP｝が同じ時間要素ΔτMPを含んでいることであ
る。 したがって、利用者Ｐは、（７），（８）式に基づい
て、４つの未知数XP,YP,ZPおよびΔτMPを決定すること
ができる。すなわち、（８）式は、ｉを1,2,3とした３
つの式に分解されるので、これに（７）式を加えた４つ
の式に上記４つの未知数が存在することになるので、こ
れらの連立方程式を解くことによって利用者Ｐの位置
（XP,YP,ZP）が決定される。 現在運用中または計画中のシステムとは対照的に、地
上管制局Ｋから静止衛星Ｍに到達した時間信号が上述の
ように航行衛星Niの時間サイクルを制御するために直接
使用されるならば、静止衛星Ｍには高安定度発振器を搭
載する必要はない。 このように簡単なやり方で、地上管制局Ｋおよび静止
衛星Ｍの範囲内の全ての航行信号の時間の相関性を確保
できるから、衛星のクロックに関連して従来生じていた
諸問題はもはや存在しない。 静止衛星Ｍの軌道経路と航行衛星Niの軌道経路の監
視、および衛星のクロックと地上管制局Ｋのクロック間
の比較検査は、第２図に示す従来の単一方向距離測定方
法に従って行われる。 ４局の同期された受信監視局ｍが種々の衛星、すなわ
ち、静止衛星Ｍと航行衛星Niからの時間信号の到達時刻
を、地上の基準時刻と比較して決定する。衛星の軌道経
路を計算し、衛星の時間のずれを計算するために、その
測定結果が地上管制局Ｋへ送られる。 電離層の影響を計算および修正できるようにするため
に、従来のシステムの各軌道航行衛星は２種類の周波数
で時間信号を送らなければならない。 本発明の航行システムにおいては、静止衛星Ｍにより
２種類の周波数で送られる時間信号により電離層の影響
を任意の時刻に決定できるから、航行衛星がそれらの時
間信号を１つの周波数で送るだけで十分である。 希望によっては、周波数f2の時間信号を受信すること
により利用者は上記電離層の影響について情報を直接得
ることができる。しかし、監視局ｍと地上管制局Ｋに常
時蓄積され、データIs（第１図）とともに利用者へ送ら
れるデータにより、利用者が必要な伝播修正を行うこと
で十分であり、かつそうすると一層経済的である。 静止衛星Ｍを導入することにより、各種の航行衛星Ni
は１つの周波数を送るだけでよく、利用者はその特定の
周波数を受信する必要があるだけである。しかし、従来
の周波数で伝播修正を行うことも可能である。 ここで、上記伝搬修正について更に詳しく説明する。 電波の伝搬遅れに関する電離層の影響は、該電波の周
波数および電波伝搬路に沿った総電子量TEC（Total Ele
ctron Content el/m2）によって決定される。 すなわち、もし、同一の時間を表わすように変調され
た２つの周波数f1およびf2の時間信号が同一の伝搬路上
の電離層を通過したとすると、それらは、下式（９），
（10）にしたがった異なる時間遅れΔτ１およびΔ２を
生じる。 Δτ１＝1.34・10-7・TEC/（２・f1 2） …（９） Δτ２＝1.34・10-7・TEC/（２・f2 2） …（10） 上記TECの値は、各時間遅れΔτ1,Δτ２の差（Δτ
１−Δτ２）に基づき、以下のように決定される。 TEC＝２（Δτ１−Δτ２）・f1 2・f2 2/ ｛1.34・10-7・（f2 2−f1 2）｝ …（11） そして、このTECの値を上記式（９），（10）に代入
することにより、上記の各遅れ時間Δτ１およびΔτ２
を決定することができる。 本発明の実施例の場合、例えば静止衛星Ｍから送信さ
れる２種類の周波数の時間信号を利用者Ｐが受信するこ
とにより、それらの時間信号の受信時刻の差に基づいて
電離層の影響による伝搬遅れが知られるので、この遅れ
に基づいて電波の伝搬時間の修正を行うことができる。 本発明の実施例においては、種々の航行衛星Niの任意
の機能をある地上管制局により行うことができる。これ
においてとくに興味のあることは、再生トランスポンダ
を設置された地上局である。それらのトランスポンダは
静止衛星Ｍから受けた時間信号を周波数とコードに置き
換えてから再び送信するだけである。 地球上の座標系においては、各地上局の位置は一定で
あるから、それぞれの位置を静止衛星Ｍを介して常に送
信することは必要ではなく、かつ有用でもない。その理
由から、各地上トランスポンダの位置およびコード信号
は、それぞれのトランスポンダの時間信号に通常のやり
方で適当に変調される。 第３図は、利用者Ｐが自身の位置を静止衛星Ｍを用い
てどのようにして決定できるかを示すものである。図示
の場合には、利用者Ｐは３つの地上トランスポンダT1〜
T3が設けられている。各トランスポンダT1,T2,T3は、衛
星Ｍから送信された前記時間信号f2＋KMをそれぞれ受信
し、同時に上記時間信号を個々の識別コード共に送信す
る。つまり、各トランスポンダT1,T2,T3は，時間信号f1
＋KT1,f1＋KT2,f1＋KT3をそれぞれ送信する。 そして、利用者Ｐは、静止衛星Ｍから送信された前記
時間信号f1＋KMおよび航行データIsと各トランスポンダ
T1,T2,T3からの時間信号f1＋KT1,f1＋KT2,f1＋KT3とを
受信し、これらと前記（１）〜（８）式に準じた式とに
基づいて正しい位置座標を決定する。 この場合、上述したように、トランスポンダT1〜T3の
位置を静止衛星Ｍを介して送信することは有用でないの
で、変調等の手段を用いて時間信号f1＋KT1〜f1＋KT3に
トランスポンダT1〜T3の位置に関する情報をそれぞれ含
ませる。 位置を二次元的にだけ決定する必要がある場合、また
はそれを決定することを希望した場合には、利用者Ｐは
３つの地上トランスポンダT1〜T3から信号を受ける必要
があるだけである。しかし、この場合には、少なくとも
１つのトランスポンダが静止衛星Ｍから受けた航行デー
タIsも送信せねばならない。 それらの地上トランスポンダTiは、比較的狭い地域内
で既存の固定基準点に対する正確な航行を求められる場
合、たとえば、空港附近を飛行する航空機、港内または
海岸を航海する船、および陸上交通車両の場合には興味
がある。 そのような地上トランスポンダTiの特別な利点は送信
電力を大きくでき、送信器すなわち地上トランスポンダ
と利用者Ｐの間の距離が短いこと、トランスポンダTiが
互いにあまり離れていない時には電離層の影響が実用上
ほとんどないこと、したがって、ある地域においては固
定基準点の永久的な最新の幾何学的配置を行えることで
ある。 衛星を使用する既存の航行システムまたは計画中の航
行システムによって得られない別の機能は、監視機能
と、遭難信号の発信である。監視は、前記航行データIs
に含ませた質問情報を所定の時間をおいて監視すべき交
通機関へ送って、それらの交通機関にそれらの位置をそ
れぞれの識別コードとともに送信させることによって、
地上管制局により行うことができる。位置コードと識別
コードの自動送信はとくに便利である。交通機関に対す
る質問は、第４図に示す以上管制局Ｋから送信されるデ
ータIs内に比較的少数のアドレスビットを必要とする。 したがって、監視すべき交通機関Piは、地上管制局Ｋ
で決定された時間間隔でそれぞれの位置を順次送信させ
られる。 個々の交通機関Piより送信される位置データは、静止
衛星Ｍに周波数f4で送信される。そして、静止衛星Ｍは
上記位置データを周波数f5で地上管制局Ｋに送信する。 なお、上記位置データは、近くの他の交通機関や、附
近の監視局Ｂにも周波数f6で送信される。また、交通機
関Piから遭難信号を地上監視局Ｋに送信する場合には、
上記質問のための通信チャンネルを共用することができ
る。 いわゆるスペクトラム拡張技術および交通機関の低指
向性アンテナにより行うことができる情報の前記狭帯域
送信以外に、利用者Ｐすなわち交通機関と地上管制局Ｋ
の間の広帯域送信路がしばしば要求される。そのため
に、交通機関Ｐの一層高い指向性のアンテナをいわゆる
通信衛星に向けて、交通機関が移動している間は切れ目
なしにその衛星を正しく追尾しなければならない。この
問題は、静止衛星Ｍにより送信された航行信号により解
決でき、トラッキング方法によって入来信号の方向が決
定されて、アンテナの自動追尾のために使用される。 いわゆる通信アンテナの自動位置合せは、静止衛星が
通信衛星としても機能するのであればとくに容易であ
る。しかし、地球静止軌道上の他の衛星（静止衛星Ｍに
対するそれの近似位置は既知であるとする）が通信衛星
として用いられたとすると、そうすることによりかかる
余分な費用はあまり多くはない。 本発明の航行システムの以上説明した全ての機能は、
地球表面上の１個の静止衛星Ｍによりカバーされる地域
に限定される。地球表面Ｅを完全にカバーするために
は、少くとも３個の静止衛星Ｍと、地上管制局Kiと、そ
れに組合わされる受信監視局mijを必要とする。第５図
は、３個の静止衛星M1〜M3と、複数の軌道航行衛星N1〜
Nnと、地球表面上に配置される３つの管制局K1〜K3とい
くつかの受信監視局m12、m23′とを必要とする。監視局
m12、m12′;m13、m13′;m23、m23′は、２個の静止衛星
M1,M2;M1,N3;M2,M3から信号を受信できる場所に適当に
配置されて、受信した測定データを地上管制局K1,K3へ
再送信する。 これにより種々のサブシステムの最適な相互接続が確
保される。冗長度を保持し、１つのサブシステムから次
のサブシステムへ、すなわち、一方の地上管制局Kiおよ
び関連する受信監視局mijから次の局へ正しく送信する
ために、４個以上の静止衛星Miを選択することが可能で
あり、可能であれば、２個の静止衛星Miによりカバーさ
れる各地上管制局Kiを有する。 赤道上のある正確な点に静止している静止衛星は、北
緯と南緯で約80度までの地域をカバーできるだけであ
る。ｎ基の本発明の航行システムが情報を極地域へ供給
するものとすると、静止衛星Ｍから受信した航行データ
Isを再送信するための特殊なトランスポンダを有し、極
軌道上を通る、すなわち、地球の極を横切る軌道を通る
航行衛星Niをいくつか設けることができる。または静止
衛星Miは、赤道に対して傾斜している軌道上を回らなけ
ればならない。この場合には、静止衛星Miは時には北半
球の上を通り、別の時には南半球の上を通り、地球表面
上の固定点に対して変化するパターンで動く。それらの
軌道のことを準地球静止軌道と呼ぶ。それらの地球静止
軌道を従来の意味で包括的に述べたが、極地域を完全に
カバーするために更に最適にできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を実施する場合の各要素の配置態様と、
それらの要素間で授受される信号の内容を例示した線
図、第２図は簡単にされた航行衛星により使用されるた
だ１つの周波数で、衛星の軌道経路を決定するため、お
よび衛星に搭載されているクロックと地上のクロックを
比較する一方向方法を示す線図、第３図は簡単な航行衛
星の代りに地上トランスポンダ局を用いて利用者が位置
を正しく決定する方法を示す線図、第４図は本発明の方
法が適用された航行システムにおける遭難信号の監視と
送信の態様を示した線図、第５図は地球の全表面をカバ
ーするシステムの構成を例示した線図である。 Ｋ……地上管制局、Ｍ……静止衛星、Ni……航行衛星、
Ti……トランスポンダ。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】静止衛星（Ｍ）と少なくとも３個の航行衛
    星（Ni）を用い、 時間信号、および、上記静止衛星（Ｍ）と航行衛星
    （Ni）の位置に関する情報を含む航行データ（Is）を地
    上管制局（Ｋ）から周波数f3で上記静止衛星（Ｍ）に送
    信するステップと、 上記地上管制局（Ｋ）から送信された時間信号および航
    行データ（Is）を上記静止衛星（Ｍ）が受信し、同時
    に、該静止衛星（Ｍ）から上記時間信号および航行デー
    タ（Is）を周波数f1で送信するとともに、上記時間信号
    を周波数f2で送信するステップと、 上記周波数f2で送信された時間信号を上記各航行衛星
    （Ni）が受信し、同時に、該各航行衛星（Ni）から上記
    時間信号を周波数f1で送信するステップと、 上記利用者（Ｐ）の位置を決定するため、上記静止衛星
    （Ｍ）から送信された上記時間信号および航行データ
    （Is）と、上記各航行衛星（Ni）から送信された上記時
    間信号とを上記利用者（Ｐ）が受信する工程と を含む衛星を用いる航行方法。
  2. 【請求項２】静止衛星（Ｍ）と少なくとも３つの地上局
    （Ti）を用い、 時間信号、および、上記静止衛星（Ｍ）の位置に関する
    情報を含む航行データ（Is）を地上管制局（Ｋ）から周
    波数f3で上記静止衛星（Ｍ）に送信するステップと、 上記地上管制局（Ｋ）から送信される時間信号および航
    行データ（Is）を上記静止衛星（Ｍ）が受信し、同時
    に、該静止衛星（Ｍ）から上記時間信号および航行デー
    タ（Is）を周波数f1で送信するとともに、上記時間信号
    を周波数f2で送信する工程と、 上記周波数f2で送信された時間信号を上記各地上局
    （Ti）が受信し、同時に、該各地上局（Ti）から上記時
    間信号および該各地上局（Ti）の位置に関する情報を周
    波数f1で送信するステップと、 上記利用者（Ｐ）の位置を決定するため、上記静止衛星
    （Ｍ）から送信された上記時間信号および航行データ
    （Is）と、上記各地上局（Ti）から送信された上記時間
    信号および位置に関する情報とを利用者（Ｐ）が受信す
    る工程と を含む衛星を用いる航行方法。
  3. 【請求項３】上記利用者（Ｐ）は、電離層の影響による
    電波の伝搬遅れの修正を、上記静止衛星（Ｍ）より送信
    される上記周波数f1の時間信号および周波数f2の時間信
    号を利用して行う特許請求の範囲第（１）項記載の衛星
    を用いる航行方法。
  4. 【請求項４】上記静止衛星（Ｍ）から送信される航行デ
    ータ（Is）中には、上記利用者（Ｐ）に対する監視のた
    めの質問情報が含まれ、該利用者（Ｐ）は上記質問情報
    に基づいて、それ自身の位置を示す信号を周波数f4で上
    記静止衛星（Ｍ）に送信し、該静止衛星（Ｍ）は、上記
    送信された信号を周波数f5で上記地上管制局（Ｋ）に送
    信する特許請求の範囲第（１）項記載の衛星を用いる航
    行方法。
  5. 【請求項５】上記利用者（Ｐ）は、上記静止衛星（Ｍ）
    より送信される該衛星（Ｍ）の位置情報に基づいてその
    アンテナを追尾させる特許請求の範囲第（１）項記載の
    衛星を用いる航行方法。
  6. 【請求項６】上記静止衛星（Ｍ）を少なくとも３個用い
    るとともに、それらの静止衛星（Ｍ）に対応する個数の
    地上管制局（Ｋ）を用い、上記各静止衛星（Ｍ）が上記
    各地上管制局（Ｋ）を介して上記各航行衛星（Ni）を共
    同で利用することを特徴とする特許請求の範囲第（１）
    項記載の衛星を用いる航行方法。
  7. 【請求項７】上記各航行衛星（Ni）の内の極軌道上を通
    る航行衛星に、上記静止衛星（Ｍ）から送信される航行
    データ（Is）をも受信させ、該航行衛星から上記航行デ
    ータ（Is）を極地域等の特定の地域へ再送信するように
    した特許請求の範囲第（１）項記載の衛星を用いる航行
    方法。
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