JPH10221109A - プラットホームのロール、ピッチおよび機首方位を判断するカルマンフィルタプロセスへの入力のための可観測値を得るための方法および装置 - Google Patents

プラットホームのロール、ピッチおよび機首方位を判断するカルマンフィルタプロセスへの入力のための可観測値を得るための方法および装置

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JPH10221109A
JPH10221109A JP10018746A JP1874698A JPH10221109A JP H10221109 A JPH10221109 A JP H10221109A JP 10018746 A JP10018746 A JP 10018746A JP 1874698 A JP1874698 A JP 1874698A JP H10221109 A JPH10221109 A JP H10221109A
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JP10018746A
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J Buckler Robert
ロバート・ジェイ・ブックラー
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    • G01—MEASURING; TESTING
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラットホームの姿勢を判断するカルマンフ
ィルタプロセスへの入力のための可観測物を得るための
方法を提供する。 【解決手段】 プラットホーム上の慣性測定ユニット
（ＩＭＵ）および関連のプロセッサと、プラットホーム
上の複数の信号受信用アンテナと、複数の衛星トランス
ミッタとを利用する。ＩＭＵおよび関連のプロセッサの
みによって定められるプラットホームの機首方位は大幅
に誤差が生じることがある。プラットホームのアンテナ
から衛星トランスミッタの異なる群までの距離に関する
姿勢に敏感な関数の値を、まずＩＭＵデータを用い、次
にプラットホームのアンテナで受信した衛星トランスミ
ッタの信号の測定された位相を用いて得て、その値を比
較することで非常に正確なレンジ関数の値が得られる。
このレンジ関数の値をカルマンフィルタプロセスに用い
て非常に正確なプラットホームの姿勢の値を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】この発明は一般的に、衛星−慣性航法シ
ステムに関し、より特定的には衛星−慣性航法環境にお
けるプラットホームの姿勢を判断するための方法および
装置に関する。「衛星」とは、地球を中心に回るあらゆ
る種類の衛星だけでなく、慣性航法システムを担持する
プラットホームの位置および姿勢を確立するのに協働的
に用いることができる他の形のプラットホームも含む意
味で用いられる。
【０００２】地球の周囲を軌道を描いて回る現在の衛星
航法システムの典型である全世界測位システム（ＧＰ
Ｓ）は、同期電子クロックを備えた、全世界にわたって
散在する２４個の衛星からなる。各衛星は符号化された
信号を送信し、符号化された信号は、中に衛星クロック
時間が埋込まれており、衛星の天体暦と、それ自体の日
々の天体暦およびクロック補正とに関する情報を保持し
ている。ユーザは自分の位置およびクロック誤差を判断
するのに必須のデータを、自分の受信機のクロック時間
と、少なくとも４個の観ることのできる衛星からの信号
に埋込まれた衛星クロック時間との差異を測定すること
によって得る。受信機クロック時間と衛星クロック時間
との差異に電波の伝搬速度を乗算したものは擬似レンジ
と称され、衛星までの距離に、衛星クロック誤差から受
信機クロック誤差を減じたものと等しい増分レンジを加
えたものに等しい。
【０００３】また、ユーザは自分の速度を判断するのに
必須なデータを、各衛星に対して、実際の衛星信号の周
波数と、受信機クロックを用いて発生した場合の衛星信
号の周波数との差異を測定することによって得る。この
周波数の差異から生じる、固定された期間にわたっての
累積した位相の変化を距離の単位で表わしたものはデル
タレンジと称され、固定された期間にわたっての衛星の
レンジの変化に、同じ固定された期間にわたっての受信
機クロックと衛星クロックとの差異の変化を加え、これ
に電波の伝搬速度を乗算したものに等しい。
【０００４】ユーザは衛星の位置、速度、およびクロッ
ク誤差を知ると、測定した擬似レンジおよびデルタレン
ジから自分自身の位置、速度、およびクロック誤差を計
算できる。
【０００５】近くにあるプラットホームのＧＰＳによっ
て定められた位置に関するより重大な誤差は相関性が高
いため、これらの誤差はプラットホームの相対的な位置
を判断する上で相殺される傾向がある。近くにあるプラ
ットホームの相対的な位置を非常に正確に判断するため
にＧＰＳを用いることをディファレンシャルＧＰＳと称
する。
【０００６】ディファレンシャルＧＰＳによって精度が
得られることは、プラットホームの姿勢を判断するため
に干渉計ＧＰＳが用いられることを示唆する。干渉計Ｇ
ＰＳとは、プラットホーム上の異なる点における衛星信
号のキャリア位相測定値を用いて、高精度の位置情報の
更新を元にプラットホームの配向（および他のカルマン
状態）を正確に定めることを意味する。
【０００７】プラットホーム上に空間的に分布した３個
のアンテナを用いることで、ＧＰＳ信号のみを用いてピ
ッチ、ロール、および機首方位を正確に判断することが
可能となる。しかしながら、プラットホームが操作性の
高い航空機であった場合、プラットホームＧＰＳ装置を
慣性航法装置と一体化することが必要となる。ＧＰＳは
慣性航法システムのずれを補い、プラットホームの操作
または他の事象によってＧＰＳが一時的に操作不能にな
る場合、慣性航法システム（ＩＮＳ）はＧＰＳが再び操
作可能になるまで動作を続ける。
【０００８】
【発明の概要】この発明は、プラットホームのロール、
ピッチ、および機首方位を判断するカルマンフィルタプ
ロセスへの入力のための可観測値を得るための方法およ
びその方法を実行する装置である。この発明は、プラッ
トホームに装着される慣性測定ユニット（ＩＭＵ）およ
び関連づけられたプロセッサと、プラットホームに装着
される複数の信号受信用アンテナと、複数の衛星トラン
スミッタとを利用する。プラットホームはＩＭＵが基準
にされる基準点を有し、アンテナはプラットホームの基
準点に対して既知の位置を有する。この発明の方法は、
方法間隔と称される時間間隔において繰返し実行され
る。カルマンフィルタプロセスは、カルマンフィルタ間
隔と称される時間間隔でＩＭＵおよびその関連づけられ
たプロセッサにロール、ピッチ、および機首方位の補正
を提供する。カルマンフィルタ間隔は方法間隔の倍数で
ある。
【０００９】この方法の第１のステップは、１個または
２個以上の衛星トランスミッタからなる複数の衛星トラ
ンスミッタ群の各々に対して位相関数の値を定めること
である。位相関数とは、複数のアンテナにおいて衛星ト
ランスミッタ群内の衛星トランスミッタから受信した信
号の位相の関数である。
【００１０】第２のステップは、ＩＭＵおよびその関連
づけられたプロセッサからプラットホームのピッチ、ロ
ール、および機首方位を得ることであり、この機首方位
はＩＭＵ機首方位と称する。
【００１１】第３のステップは、衛星トランスミッタ群
の各々および複数の候補機首方位の各々に対する計算さ
れたレンジ関数の値を定めることである。レンジ関数と
は、衛星トランスミッタ群内の衛星トランスミッタから
複数のアンテナまでの距離の関数であり、計算されたレ
ンジ関数のための距離は、衛星トランスミッタの位置、
プラットホームの基準点の位置、プラットホームの基準
点に対するアンテナの位置、プラットホームのピッチお
よびロール、ならびに候補機首方位から計算される距離
から定められる。複数の候補機首方位は、ＩＭＵ機首方
位から第１の値を引いたものから、ＩＭＵ機首方位に第
２の値を加えたものまでの機首方位の範囲にわたる。
【００１２】第４のステップは、各衛星トランスミッタ
群および各候補機首方位に対して整数関数の値を定める
ことであり、整数関数とは、計算されたレンジ関数と位
相関数との差異を最も近い整数に丸めたものである。
【００１３】第５のステップは、各衛星トランスミッタ
群および各候補機首方位に対して測定されたレンジ関数
の値を定めることである。測定されたレンジ関数とは、
位相関数と整数関数との和である。
【００１４】第６のステップは、ある条件において候補
機首方位をさらなる考慮の対象から除外することであ
り、その条件とは、第１のセットの１つまたは２つ以上
の品質要件が特定され、候補機首方位がその第１のセッ
トの品質要件を満たさないことである。
【００１５】第７のステップは、１つまたは２つ以上の
評価間隔の間に得られた衛星トランスミッタ群に対する
測定されたレンジ関数の値を利用して、残りの候補機首
方位の各々に対して１つまたは２つ以上の評価間隔の各
々に対する細分された候補機首方位を定めることであ
り、評価間隔は、現在の方法間隔と０または１つ以上の
前の方法間隔とを含む。細分された候補機首方位とは、
品質基準が最高である機首方位のことである。
【００１６】第８のステップは、ある条件において特定
の候補機首方位をさらなる考慮の対象から除外すること
であり、その条件とは、第２のセットの１つまたは２つ
以上の品質要件が特定され、特定の候補機首方位と関連
する細分された機首方位が第２のセットの品質要件を満
たさないことである。
【００１７】第９のステップは、ある条件において前の
方法間隔に対する候補機首方位に関連するデータを廃棄
することであり、その条件とは、第３のセットの１つま
たは２つ以上の品質要件が特定され、候補機首方位と関
連する細分された機首方位が第３のセットの品質要件を
満たさないことである。
【００１８】最後の第１０のステップは、細分された機
首方位に関連する候補機首方位をある条件において正し
い候補機首方位と断定することであり、その条件とは、
第４のセットの１つまたは２つ以上の品質要件が特定さ
れ、細分された機首方位が第４のセットの品質要件を満
たすことであり、レンジ関数残差がカルマンプロセスに
よって利用可能となる。レンジ関数残差とは、計算され
たレンジ関数の値と、対応する測定されたレンジ関数と
の差異であり、対応する測定されたレンジ関数は正しい
候補機首方位と関連する細分された機首方位に関連づけ
られている。
【００１９】
【好ましい実施例の説明】この発明の好ましい実施例
は、干渉計ＧＰＳと低コストの慣性航法システム（ＩＮ
Ｓ）とが完全に一体化した組合せを利用して、ＩＮＳ解
法の一部として姿勢を提供する。ＧＰＳ環境における姿
勢判断の基礎が図１に示されており、これはベースライ
ンの端点である２個のアンテナへの衛星送信の入射に関
連づけられる波面を示す。ベースラインの２つの端での
衛星信号位相の差異は、アンテナと観測中の衛星との平
面において、ベースラインと衛星信号の波面との間の角
度を計算するための手段を提供する。
【００２０】従来このアプローチを用いる場合、各アン
テナで得られたキャリア位相は各時点において２つの衛
星信号に対して差分され、これらの差異は次に、２個の
アンテナ間でさらに（２次）差分され、未知の伝搬経路
の影響、衛星クロック誤差、およびＧＰＳ衛星軌道のど
んな未知の摂動も取り除く。このように差分することに
よって、非常に低ノイズの受信機位相測定ができ、ベー
スラインの角度を高精度で判断することが可能となる。
【００２１】２個の衛星の衛星信号位相の差異は機首方
位を計算するための手段となり、これはＩＮＳを統合す
ると、アンテナのベースラインとアンテナを担持するプ
ラットホームとの姿勢を判断するのに十分である。
【００２２】そのジオメトリーは図２に示される。慣性
航法装置（ＩＮＵ）と、２つの受信機ｒｃｖｒ１および
ｒｃｖｒ２に関連する、擬似レンジ、デルタレンジ、お
よびキャリア位相を測定するための２個のアンテナと、
２個の衛星ｓａｔ１およびｓａｔ２との位置が図に示さ
れるベクトルによって地球の中心Ｏに対して規定され
る。
【００２３】図２のジオメトリーはさらに図３に規定さ
れ、２つの受信点ｒｃｖｒ１およびｒｃｖｒ２ならびに
２個の衛星ｓａｔ１およびｓａｔ２の位置を地球の中心
Ｏに関して特定するベクトルが付け加えられている。図
の上部に、これらの４つのベクトルが図の中の他のベク
トルによって規定される。
【００２４】擬似レンジおよびキャリア位相の数学的定
義は図４および図５に規定される。位相ごとに単一の差
異をとることでクロック誤差をなくすことができること
が図６に示される。１個の受信機が２個の衛星から受信
した信号の位相を差分することで、双方の位相に現われ
る受信機クロック誤差を取り除くことができる。同じ衛
星から２個の受信機が受信した信号の位相を差分するこ
とで、双方の位相に現われる衛星クロック誤差を取り除
くことができる。
【００２５】図７には、二重差分の２つの方法が同じ結
果を生むことが示される。換言すると、二重差分のプロ
セスは交換可能である。
【００２６】図７の位相二重差異は図８においてその構
成要素部分（図６参照）に拡張される。括弧内の各対
は、２つの受信点に到達するにあたって同じ宇宙空間領
域を通って移動する、共通の衛星からの信号に対応する
ため、対流圏および電離層の影響を反映する項は相殺さ
れる傾向がある。
【００２７】以下の段落に現われる項の定義の一部は図
９に示される。等式Ｅ１は真の二重差分レンジを規定す
る。等式Ｅ２は、二重差分位相ＤＤΦおよび二重差分整
数ＤＤＮ（＝−Ｎ２２＋Ｎ２１＋Ｎ１２−Ｎ１１）によ
って、測定された二重差分レンジを規定する。等式Ｅ３
は、受信点および衛星の位置から得られる計算された二
重差分レンジを規定する。
【００２８】等式Ｅ２は、根本的な二重差分位相可観測
値を表わす。これはどの衛星対にもあてはまる。Ｍ個の
衛星に対して、Ｍ−１個の等式があり、これらは各々Ｅ
２の形である。すなわち、姿勢を更新するためにはＭ−
１個の可観測値が存在するが、決定すべきＭ−１個の二
重差分整数ＤＤＮもまた存在する。
【００２９】ＩＭＵデータを用いなくても整数を分解で
きることは周知である。２個のアンテナ（すなわち受信
点）間の距離が既知であることは大きな制約となり、そ
のため、この半径の球の表面上に第２のアンテナを置く
ことで、これらの解に可能な整数を制限する。典型的に
は４個の衛星が必要であり、３つの未知の二重差分整数
ＤＤＮを含む３つの測定された二重差分レンジの等式Ｅ
２を提供する。
【００３０】ＩＭＵによって提供されたデータが問題に
加えられると、捜索空間はさらにひどく制約される。Ｉ
ＭＵのピッチおよびロール誤差は１ｍｒのオーダである
傾向がある。この誤差は、１ｍのアンテナ間隔では、１
−ｍｍの誤差を生じるだけであり、これは二重差分整数
を定める限りにおいては無視できる。アンテナ間の距離
はわかっているため、第２のアンテナの位置を第１のア
ンテナに対して完全に特定するのに欠けているただ１つ
の情報は第１のアンテナから見た第２のアンテナの方向
である。第２のアンテナの方向はプラットホームの機首
方位に関しては正確に特定されるが、あるいは１０°の
プラットホームの１シグマ機首方位誤差（緯度７０°に
おける１度／時の東ジャイロバイアス）は、そのまま１
０°の第２のアンテナの１シグマ方向誤差を意味する。
単一差分位相では１サイクルの不確定性を生じる第２の
アンテナの方向の不確定性は、二重差分位相では２サイ
クルの不確定性を生じることがある。二重差分整数を明
確に判断するためには、第２のアンテナの方向の不確定
性が、半サイクル以下の二重差分位相の不確定性とな
り、４分の１サイクル以下の単一差分位相の不確定性と
なることを要する。ＧＰＳ Ｌ１の波長は約０．１９ｍ
であるため、４分の１サイクルの単一差分位相の不確定
性（０．１９／４ｍ）は２．７度の第２のアンテナの方
向の不確定性に等しい。そのため、プラットホーム機首
方位の不確定性から生じる方向の不確定性は、二重差分
整数を明確に決定するのに許容できる第２のアンテナの
方向の不確定性をほぼ４倍超える。したがって、プラッ
トホーム機首方位は二重差分整数の明確な決定には直接
はつながらない。
【００３１】この発明の好ましい実施例のブロック図が
図１０に示される。アンテナＡ１およびＡ２は、少なく
とも２個の衛星からの、好ましくはすべての観ることの
できる衛星からの信号を２個のＧＰＳ受信機Ｒ１および
Ｒ２へ送り込む。
【００３２】ＧＰＳ受信機Ｒ１は、コンバイナ（combin
er）Ｃ１へ、複数の観ることのできる衛星に関連する測
定された擬似レンジおよびデルタレンジを供給する。カ
ルマンフィルタＫ１は、コンバイナＣ１へ（点線を介し
て）計算されたユーザクロック誤差およびユーザクロッ
クレート誤差を供給し、これらはコンバイナＣ１内でそ
れぞれ擬似レンジおよびデルタレンジから減算される。
この結果生じるユーザクロック調整（ＵＣＡ）擬似レン
ジおよびＵＣＡデルタレンジはコンバイナＣ１によって
カルマンフィルタＫ１へ供給される。
【００３３】ＧＰＳ受信機Ｒ２は、コンバイナＣ２へ測
定された擬似レンジおよびデルタレンジを供給し、これ
らはコンバイナＣ２内でＵＣＡ擬似レンジおよびＵＣＡ
デルタレンジに変換され、ＧＰＳ受信機Ｒ１の数量と同
様にカルマンフィルタＫ１へ供給される。
【００３４】ＧＰＳ受信機Ｒ１およびＲ２は、観ること
のできる衛星から受信する信号のそれぞれの測定された
キャリア位相Φ1iおよびΦ2iを二重差異プロセッサＰ１
へ供給する。ｉは観ることのできる衛星と関連する値を
とる。
【００３５】二重差プロセッサＰ１は、測定された位相
二重差異（ＤＤΦ）ij＝［（Φ2i−Φ2j）−（Φ1i−Φ
1j）］を得て、これをカルマンフィルタＫ１から（点線
を介して）供給されるデータで補正し、補正された位相
二重差異をレンジプロセッサＰ２へ供給する。
【００３６】ＧＰＳ受信機Ｒ１およびＲ２は、衛星信号
から衛星天体暦データ、衛星クロックおよびクロックレ
ート誤差、ならびに同期データを抽出し、このデータを
レンジプロセッサＰ２へ供給する。
【００３７】リットン（Litton）のＬＮ−２００型であ
る慣性測定ユニット（ＩＭＵ）Ｉ１は、プラットホーム
に固定された加速度計で測定したプラットホームの加速
度と、同じくプラットホームに固定されたジャイロで測
定したプラットホームの角回転速度とをコンバイナＣ３
へ供給する。このデータは、加速度計およびジャイロの
バイアス、スケールファクタの誤差、およびミスアライ
メントについて、カルマンフィルタＫ１が点線を介して
供給するデータを用いてコンバイナＣ３内で補正され
る。補正されたデータはコンバイナＣ３によって航法プ
ロセッサＰ３へ供給される。
【００３８】図１０には示していないが、気圧高度計を
用いて、プラットホームの姿勢の入力をコンバイナＣ３
を通して航法プロセッサＰ３に提供する。高度計バイア
スおよびスケールファクタ誤差の補正はカルマンフィル
タＫ１によってコンバイナに供給される。航法プロセッ
サＰ３は、プラットホームの加速度、角回転速度、およ
び高度を用いて、定期的にプラットホームの位置、速
度、および姿勢を計算する。これらの数量はカルマンフ
ィルタＫ１によって（点線を介して）供給されるデータ
で補正され、補正されたデータはレンジプロセッサＰ２
へ送られる。
【００３９】レンジプロセッサＰ２は、この補正された
データを衛星天体暦データとともに用いて、計算された
レンジおよびデルタレンジを得る。レンジプロセッサＰ
２は、衛星クロック誤差を各計算されたレンジから減算
し、衛星クロックレート誤差を各計算されたデルタレン
ジから減算して、それによってＧＰＳ受信機Ｒ１および
Ｒ２によってカルマンフィルタＫ１へそれぞれコンバイ
ナＣ１およびＣ２を介して供給されるＵＣＡ擬似レンジ
およびＵＣＡデルタレンジに類似した数量を得る。これ
らの計算されたＵＣＡ擬似レンジの類似物および計算さ
れたＵＣＡデルタレンジの類似物はカルマンフィルタＫ
１に供給される。
【００４０】レンジプロセッサＰ２は、典型的には１秒
の方法間隔において図１１に示される方法を実行するこ
とによって、測定された二重差分レンジ（ＤＤρ）m を
得る。
【００４１】ステップ１１では、レンジプロセッサＰ２
は、二重差異プロセッサＰ１から１つまたは２つ以上の
衛星の対に対する二重差分位相ＤＤΦを得る。
【００４２】ステップ１３では、レンジプロセッサＰ２
は各衛星対および複数の候補機首方位の各々に対して、
計算された二重差分レンジ（ＤＤρ）c を得る。複数の
候補機首方位は、ＩＭＵ機首方位から第１の値を引いた
ものから、ＩＭＵ機首方位に第２の値を加えたものまで
延在する角領域にわたる。
【００４３】ＩＭＵ機首方位とは、航法プロセッサＰ３
によって定められるプラットホームの機首方位である。
第１および第２の値の値は、好ましくはＩＭＵ機首方位
の誤差分布の標準偏差を４倍または５倍以上したものに
等しくなければならない。レンジプロセッサＰ２は、プ
ラットホームのロール、ピッチ、および公準の機首方位
と、プラットホームの基準点に対する２個のアンテナの
相対的位置とともにプラットホーム上の基準点の位置を
利用して、宇宙空間での２個のアンテナの絶対的位置を
判断する。２個のアンテナから衛星対を構成する衛星ま
での距離は、２個のアンテナの計算された位置と衛星の
既知の位置とから計算される。そこで、計算された二重
差分レンジが図９の等式Ｅ３によって示されるように得
られる。
【００４４】ステップ１５では、各々の衛星対および候
補機首方位に対して、レンジプロセッサＰ２は、二重差
分位相ＤＤΦを計算された二重差分レンジ（ＤＤρ）c
から減算し、その結果を最も近い整数に丸めることによ
って二重差分整数ＤＤＮを得る。
【００４５】ステップ１７では、各々の衛星対および候
補機首方位に対して、レンジプロセッサＰ２は二重差分
整数ＤＤＮを二重差分位相ＤＤΦに加算することによっ
て、測定された二重差分レンジ（ＤＤρ）m を得る。レ
ンジプロセッサは、測定された二重差分レンジ（ＤＤ
ρ）m を計算された二重差分レンジ（ＤＤρ）c から減
算することによって二重差分レンジ残差Δ（ＤＤρ）を
得る。
【００４６】各候補機首方位に対して１セットの二重差
分整数が存在し、各衛星対に対して１つの二重差分整数
が存在する。ステップ１９では、レンジプロセッサＰ２
は、第１のセットの品質要件が特定された場合、第１の
セットの品質要件を満たさない、どの候補機首方位にで
も関連するデータを廃棄する。品質とは、ここではこの
発明の意図する目的を達成する上でのデータの適合性の
度合いという意味で用いられる。最高品質のデータと
は、その意図された目的に最も適当なデータである。品
質基準の一例としては、すべての衛星対における二重差
分レンジ残差の２乗の和の逆数である。第１のセットの
品質要件は１つまたは２つ以上の品質要件を含んでもよ
い。
【００４７】候補機首方位の数は、すべての可能なセッ
トの二重差分整数が候補機首方位データ内に表わされる
ように十分大きくなければならない。他方では、候補機
首方位の数は、二重差分整数の二重のセットが候補機首
方位データ内に現われるほど大きくてはならない。二重
のセットが生じた場合、その二重のセットのうちの１つ
だけがさらに処理するために保持される。
【００４８】ステップ２１では、レンジプロセッサＰ２
は、評価間隔の間に得られた候補機首方位データを用い
て各候補機首方位に対して（現在の方法間隔の終わりに
対応する）１つまたは２つ以上の細分された機首方位を
定める。現在の方法間隔に対する評価間隔は、現在の方
法間隔であるか、または１つまたは２つ以上の前の方法
間隔を伴う現在の方法間隔であってもよい。たとえば、
ある細分された機首方位は現在の方法間隔に等しい評価
間隔に対して定められ、別の細分された機首方位は現在
の方法間隔および１０個の前の方法間隔に等しい評価間
隔に対して定められるかもしれない。
【００４９】候補機首方位に関連する細分された機首方
位は、候補機首方位と同じ二重差分整数のセットを有
し、品質基準が最高である機首方位である。２つまたは
３つ以上の方法間隔からなる評価間隔では、ある方法間
隔から次の方法間隔までの機首方位の変化は、航法プロ
セッサＰ３によって定められる変化と仮定する。候補機
首方位データを与えられた場合の細分された機首方位の
判断は簡単な数学的プロセスである。すべての衛星対に
対する候補機首方位データがこの判断に用いられる。し
かしながら、ただ１つの衛星対だけしか利用できなくて
も判断を実行できる。
【００５０】ステップ２３では、レンジプロセッサＰ２
は、細分された機首方位が第２のセットの１つまたは２
つ以上の品質要件を満たさない場合、候補機首方位デー
タを廃棄する。品質要件の一例は以下のとおりである。
すなわち、すべての衛星対における二重差分レンジ残差
の２乗の和の逆数は特定されたしきい値より大きくなけ
ればならない。
【００５１】ステップ２５では、レンジプロセッサＰ２
は、細分された機首方位が第３のセットの１つまたは２
つ以上の品質要件を満たさない場合、現在の方法間隔に
対する候補機首方位データは保持するが、すべての前の
方法間隔に対する候補機首方位データは廃棄する。第３
のセットの品質要件の可能な構成要素の例は以下のとお
りである。 ・ 方法間隔に対する細分された機首方位の品質基準は
しきい値より大きい。 ・ 同じ候補機首方位に関連する二重差分整数は現在お
よび前の方法間隔に対して同じである。 ・ 現在および前の方法間隔に対する同じ候補機首方位
に関連する細分された機首方位において品質基準のより
小さい値のより大きい値に対する比はしきい値より大き
い。 ・ 前の方法間隔から現在の方法間隔までのＩＭＵ機首
方位の変化と細分された機首方位の変化との差異はしき
い値よりも小さい。 ・ 現在および前の方法間隔に対する同じ候補機首方位
に関連する細分された機首方位の差異はしきい値よりも
小さい。 ・ 現在および前の方法間隔に対する同じ候補機首方位
に関連する細分された機首方位の品質基準の値はしきい
値よりも大きい。
【００５２】ステップ２７では、レンジプロセッサＰ２
は、記憶された候補機首方位データに関連付けられた細
分された機首方位のいずれか１つでも第４のセットの品
質要件を満たすかどうかを判定する。満たしている場
合、関連付けられた候補機首方位は現在の方法間隔に対
する正しい候補機首方位と断定される。第４のセットの
品質要件は、ただ１つの候補機首方位、つまり正しい候
補機首方位に関連する細分された機首方位が要件を満た
すことができるように考案されており、細分された機首
方位に関連する二重差分整数は正しい可能性が最も高
い。
【００５３】第４のセットの要件の可能な構成要素の例
は以下のとおりである。 ・ １つまたは２つ以上の特定された評価間隔に対する
正しい候補機首方位に関連する各々の細分された機首方
位の品質基準は、同じ評価間隔に対してすべての細分さ
れた機首方位のうちで最高である。 ・ １つまたは２つ以上の特定された評価間隔に対する
正しい候補機首方位に関連する各々の細分された機首方
位の品質基準はしきい値よりも大きい。 ・ ２番目に高い品質基準を有する１つまたは２つ以上
の特定された評価間隔に対する正しい候補機首方位に関
連する各々の細分された機首方位の品質基準はしきい値
より小さい。 ・ 特定された数の方法間隔にわたって累積した自由度
の数はしきい値より大きい。 ・ 正しい候補機首方位について、前の方法間隔から現
在の方法間隔までの１つまたは２つ以上の特定された評
価間隔に対する関連する各々の細分された機首方位の変
化と、対応するＩＭＵ機首方位の変化との差異はしきい
値より小さい。 ・ 長さの異なる評価間隔に対する正しい候補機首方位
に関連する細分された機首方位において品質基準のより
小さいもののより大きいものに対する比はしきい値より
大きい。 ・ 前の方法間隔から現在の方法間隔までの１つまたは
２つ以上の特定された評価間隔に対する正しい候補機首
方位に関連する各々の細分された機首方位の変化はしき
い値より小さい。 適切な品質基準は、すべての衛星対における二重差分レ
ンジ残差の２乗の和の逆数である。他の可能な品質基準
は当業者にとっては明らかであろう。
【００５４】レンジプロセッサＰ２がステップ２７にお
いて正しい候補機首方位を断定した場合、正しい候補機
首方位に関連する特定された細分された機首方位に関連
する二重差分レンジ残差がカルマンフィルタＫ１へと送
られ、次のカルマン繰返しの間に航法解を更新するのに
用いられる。カルマンフィルタ繰返し間隔は方法間隔よ
りも整数倍だけ長いことがあり、その場合、カルマンフ
ィルタ繰返し間隔に含まれる方法間隔に対する二重差分
レンジ残差の和はカルマンフィルタＫ１に送られる。
【００５５】カルマンフィルタＫ１は、航法の問題の最
小平均２乗誤差の解を得て、図１０に点線で示されるよ
うに、カルマンプロセスの次の繰返しを予想して入力デ
ータに補正を供給する。カルマンプロセスは周知であり
理解されており、Ａ．ゲルブ（Gelb）編集のApplied Op
timal Estimation, The Analytical Sciences Corporat
ion, The M. I. T. Press, Cambridge, Mass., 1974 を
一例とする多くのテキストに詳細に説明されているた
め、ここでは説明しない。
【００５６】プラットホームの姿勢の信頼のおける判断
の鍵は、宇宙空間におけるプラットホームに対して固定
されている２つまたは３つ以上の離れた点における少な
くとも２個の衛星から受信した信号のキャリア位相測定
値を最小限必要とする位相二重差異である。二重差分す
るためのカルマンフィルタ観測マトリクスの導出は以下
の段落に示される。
【００５７】姿勢の最小平均二重誤差推定につながるカ
ルマンフィルタ観測は、計算された位相二重差異と測定
された位相二重差異との差異として図１２に規定される
ｚである。数量ｚは、図１２の最後の等式に示されるよ
うに、観測マトリクスＨによってカルマン状態残差ｘバ
ー（図１２でｘの上に波線のついたもの）に関係する。
観測マトリクスの導出は図１３から図１９に示される。
【００５８】図１３の第１の等式は、図９の第１および
第３の等式から得られる。数量ｐij−ρijの線形化は図
１３の残りの等式に示される。
【００５９】図１３の第１の等式は、図１３の最後の等
式を用いて図１４に示されるように書き表わすことがで
きる。
【００６０】図１５では、添字ｎ（「航法（ＮＡＶ）座
標系」を表わす）とｆ（「地球中心地球固定型（ＥＣＥ
Ｆ）座標系」を表わす）とは、先の図のベクトル成分に
対する基準の座標系を識別する。図の最初の２つの等式
は図３から明らかである。変換マトリクスＣn f の差分
の導出は、図１６の最初の２つの等式によって示され
る。図１６の最後の２行は、ＥＣＥＦ、ＮＡＶ、および
ＣＯＭＰＵＴＥＲ基準系間の関係を示す。
【００６１】ＮＡＶ基準系におけるＵi およびｄＵi ベ
クトルの成分は図１７に示される。図１５から図１７の
等式を図１４の等式に代入することで図１８に示される
等式が得られる。
【００６２】図１８の等式を図１９に示されるマトリク
ス成分と図２０に示されるベクトル成分との項で表わ
し、その結果生じる等式を図１２に示される１行の観測
マトリクスＨの定義方程式と比較することで観測マトリ
クスの成分を識別することが可能となる。これらの成分
は図２１に示される。Ｈの成分を識別する添字は図２２
に挙げたカルマン状態に対応する。観測マトリクスに関
連しない他の状態もまた存在する。
【００６３】１つの記号に対して挙げた複数の状態は
ｘ、ｙ、およびｚとして順序づけられる。「コンピュー
タアジマス」として示される項は、経度の誤差を伴う北
方向の偏差による垂直線に関する誤差を意味する。図２
１に用いた省略形は図２３に規定される。
【００６４】図２３に挙げた数量の相対的な大きさは図
２４に示される。Δを含む項は∇を含む項よりかなり小
さいため、図２１の状態１１から１９を削除することが
できる。簡約化されたＨのマトリクスは図２５に示され
る。また、Ｈ1 、Ｈ2 、およびＨ3 の二重差異の項を省
略することでさらに簡約化することができる。
【００６５】干渉計ＧＰＳと慣性測定ユニットとの一体
化に基づいた姿勢判断装置の利点は数多くある。機首方
位の誤差は、通常のジャイロによって方位を定める方法
から生じる誤差よりはるかに少ない。姿勢の出力は、衛
星信号が遮られている間または完全に妨害されている間
でも較正されたＩＮＳから入手可能である。ＩＮＳは位
置および姿勢を提供してレーンの曖昧さの問題の助けと
なる。完全な姿勢判断（すなわちピッチ、ロール、およ
び機首方位）は、プラットホーム上の２個のアンテナだ
けからでも得ることができる。高いダイナミックスおよ
び／または妨害の期間にも完全な平滑化された姿勢が得
られる。また、あるアンテナの別のアンテナに対する位
置を規定するベクトルである「レバーアーム」の推定値
と、アンテナ位相中心の移動の結果としてのレバーアー
ムの変化の推定値とを得ることもできる。賢明にアンテ
ナを動かすことで、このレバーアームの推定は大幅に向
上できる。
【００６６】姿勢判断装置は、既知のレバーアームの端
にある少なくとも２個のアンテナを利用し、姿勢の判断
をプラットホームのための航法解の中にカルマンフィル
タによって統合する。この統合のアプローチでは、２個
のアンテナの最小の構成に対するレバーアームを規定す
るためにカルマン状態ベクトル内に少なくとも３つの付
加的な状態が必要である。装置の構造は、レーンの曖昧
さの解消がずれて生じることを想定する。
【００６７】図１０に示されるシステムのためのカルマ
ンフィルタ状態は図２６に挙げられている。
【００６８】この発明はここまで、カルマンプロセスに
よってプラットホームの姿勢の解を得る上で二重差分位
相の可観測値を用いるという点から説明してきた。しか
しながら、二重差分位相だけが用いることのできる可観
測値なのではない。単一差分位相もまた、ある状況の下
では用いてもよい。１個の衛星から２個のアンテナに到
達する信号の位相の差異について考慮されたい。図９に
ある等式に対応するものは図２７に示される。図４のｄ
ｔ、ｄｉｏｎ、およびｄｔｒｏｐの項は上と同様に相殺
されることに注目されたい。受信機が同じクロックを共
有する場合は、ｄＴの項もまた相殺される。このよう
に、単一差分位相は、状況によっては二重差分位相の代
わりとして許容できることもある。
【００６９】また、３個以上のアンテナを用いることも
できる。たとえば、３個のアンテナおよびｊ番目の衛星
の可能な位相可観測値はΦ3j−２Φ2j＋Φ1jである。こ
こでもまた、図４のｄｔ、ｄｉｏｎ、およびｄｔｒｏｐ
の項は相殺される。
【００７０】この発明の好ましい実施例では、この発明
を全世界測位システムとともに用いることを想定してい
る。図５のｄｔ、ｄｉｏｎ、およびｄｔｒｏｐの項の相
殺が重要ではない他の「衛星」システムを想定すること
もできるが、この場合、可能な位相可観測値のさらに幅
広い選択が可能となる。
【００７１】この発明における多様な位相可観測値のう
ちのいずれか１つを用いる可能性を考慮し、この発明の
普遍性を強調する意味で、この発明の出発点が、ｉが利
用可能なアンテナに対応する整数の値をとり、ｊが１個
または２個以上の衛星トランスミッタからなる衛星トラ
ンスミッタ群内の衛星トランスミッタに対応する整数の
値をとる、レンジ関数Ｆ（ρｉｊ）の定義であることに
気づくことが重要である。衛星トランスミッタは、地球
の周囲を軌道を描いて回っていても、地球に固定されて
いても、または何らかの乗物によって担持されていても
よい。まず始めに、適切なレンジ関数が、姿勢を判断す
べきプラットホームの姿勢の基準とならなければならな
い。状況によっては、（たとえばこの発明が全世界測位
システムとともに用いられる場合など）レンジ関数が電
離層および対流圏の影響ならびに衛星トランスミッタの
クロック誤差に反応しないことを要求するのが望ましい
かもしれない。単一差分レンジＤρおよび二重差分レン
ジＤＤρ（図９および図２６参照）はレンジ関数の部類
Ｆ（ρｉｊ）の種である。
【００７２】計算されたレンジ関数は、Ｆ（ｐｉｊ）と
して規定され、ここでｐｉｊは、アンテナの位置および
衛星トランスミッタの位置から計算されたものとして
の、ｉ番目のアンテナから衛星トランスミッタ群内のｊ
番目の衛星トランスミッタまでの距離である。計算され
た単一差分レンジ（Ｄρ）c および計算された二重差分
レンジ（ＤＤρ）c （図９および図２６参照）は、計算
されたレンジ関数の部類Ｆ（ｐｉｊ）の種である。
【００７３】最後に、一般的にレンジ関数はレンジの線
形の組合せとなるため、測定されたレンジ関数は位相関
数Ｆ（Φｉｊ）と整数関数Ｆ（Ｎｉｊ）との和である。
単一差分位相ＤΦおよび二重差分位相ＤＤΦ（図９およ
び図２６参照）は位相関数Ｆ（Φｉｊ）の種である。単
一差分整数ＤＮ（＝−Ｎ２１＋Ｎ１１）および二重差分
整数ＤＤＮ（＝−Ｎ２２＋Ｎ２１＋Ｎ１２−Ｎ１１）は
整数関数の部類Ｆ（Ｎｉｊ）の種である。レンジ関数残
差とは、計算されたレンジ関数と測定されたレンジ関数
との差異である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧＰＳ環境における姿勢判断の基礎を示す図で
ある。
【図２】地球の中心、慣性航法装置の位置、衛星信号の
２つの受信点の位置、および２個の衛星の位置に関する
姿勢判断のジオメトリーを規定する図である。
【図３】図２の姿勢判断ジオメトリーを拡張して、地球
の中心に関して２つの受信点および２個の衛星の位置を
特定するベクトルを含めた図である。
【図４】擬似レンジの数学的定義を示す図である。
【図５】キャリア位相観測の数学的定義を示す図であ
る。
【図６】位相ごとに単一の差異をとることでクロック誤
差をなくすことができることを示す図である。
【図７】二重差分の２つの方法が同じ結果を生むことを
示す図である。
【図８】位相二重差異をその構成要素部分に拡張する図
である。
【図９】後に数学的展開において用いられる項の定義を
含む図である。
【図１０】この発明の好ましい実施例のブロック図であ
る。
【図１１】この発明の方法ステップを示す図である。
【図１２】プラットホームの姿勢の最小平均２乗誤差推
定につながる観測ｚを規定する図である。
【図１３】ｐij−ρijの線形化がいかに達成されるかを
示す図である。
【図１４】図１３の第１の等式の線形化されたものを示
す図である。
【図１５】図１４のＳおよびｄＳのベクトルがいかにＥ
ＣＥＦ座標からＮＡＶ座標へ変換されるかを示す図であ
る。
【図１６】ＥＣＥＦ、ＮＡＶ、およびＣＯＭＰＵＴＥＲ
基準系間の関係を示す図である。
【図１７】図１４のＵおよびｄＵのベクトルがいかにＥ
ＣＥＦ座標からＮＡＶ座標へ変換されるかを示す図であ
る。
【図１８】図１５および図１７の等式を図１４の等式に
代入することによって得られる等式を示す図である。
【図１９】図１８に見られるマトリクス成分を規定する
図である。
【図２０】図１８に見られるベクトル成分を規定する図
である。
【図２１】観測マトリクスの成分を示す図である。
【図２２】二重差異観測マトリクスに関連づけられたカ
ルマン状態を識別する図である。
【図２３】図２１に用いられる省略形を規定する図であ
る。
【図２４】図２３に挙げた数量の相対的な大きさを示す
図である。
【図２５】簡約化された観測マトリクスの成分を示す図
である。
【図２６】図１０に示されるシステムのためのシミュレ
ーションに用いられるカルマン状態を識別する図であ
る。
【図２７】図９に示される二重差分レンジを単一差分し
たものを示す図である。
【符号の説明】
Ｏ 地球の中心 Ａ１，Ａ２ アンテナ Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コンバイナ Ｋ１ カルマンフィルタ Ｐ１ 二重差異プロセッサ Ｐ２ レンジプロセッサ Ｐ３ 航法プロセッサ Ｒ１，Ｒ２ ＧＰＳ受信機 ｒｃｖｒ１，ｒｃｖｒ２ 受信点 ｓａｔ１，ｓａｔ２ 衛星

Claims (40)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラットホームのロール、ピッチ、およ
    び機首方位を判断するカルマンフィルタプロセスへの入
    力のための可観測値を得るための方法であって、前記方
    法はプラットホームに装着される慣性測定ユニットおよ
    び関連づけられたプロセッサと、プラットホームに装着
    される複数の信号受信用アンテナと、複数の衛星トラン
    スミッタとを利用し、プラットホームは慣性測定ユニッ
    トが基準にされる基準点を有し、アンテナはプラットホ
    ームの基準点に対して既知の位置を有し、前記方法は方
    法間隔と称される時間間隔において繰返し実行され、カ
    ルマンフィルタプロセスは、カルマンフィルタ間隔と称
    される時間間隔で慣性測定ユニットおよびその関連づけ
    られたプロセッサにロール、ピッチ、および機首方位の
    補正を提供し、カルマンフィルタ間隔は方法間隔の倍数
    であり、前記方法は複数の衛星トランスミッタ群の各々
    に対して位相関数の値を定めるステップを含み、衛星ト
    ランスミッタ群は１個または２個以上の衛星トランスミ
    ッタからなり、位相関数は複数のアンテナにおいて衛星
    トランスミッタ群内の衛星トランスミッタから受信した
    信号の位相の関数であり、前記方法はさらに慣性測定ユ
    ニットおよびその関連づけられたプロセッサからプラッ
    トホームのピッチ、ロール、および機首方位を得るステ
    ップを含み、機首方位は慣性測定ユニット機首方位と称
    され、前記方法はさらに衛星トランスミッタ群の各々お
    よび複数の候補機首方位の各々に対する計算されたレン
    ジ関数の値を定めるステップを含み、レンジ関数は衛星
    トランスミッタ群内の衛星トランスミッタから複数のア
    ンテナまでの距離の関数であり、計算されたレンジ関数
    のための距離は、衛星トランスミッタの位置、プラット
    ホームの基準点の位置、プラットホームの基準点に対す
    るアンテナの位置、プラットホームのピッチおよびロー
    ル、ならびに候補機首方位から計算される距離から定め
    られ、複数の候補機首方位は、慣性測定ユニット機首方
    位から第１の値を引いたものから、慣性測定ユニット機
    首方位に第２の値を加えたものまでの機首方位の範囲に
    わたり、前記方法はさらに各衛星トランスミッタ群およ
    び各候補機首方位に対して整数関数の値を定めるステッ
    プを含み、整数関数は、計算されたレンジ関数と位相関
    数との差異を最も近い整数に丸めたものであり、前記方
    法はさらに各衛星トランスミッタ群および各候補機首方
    位に対して測定されたレンジ関数の値を定めるステップ
    を含み、測定されたレンジ関数は位相関数と整数関数と
    の和であり、前記方法はさらにある条件において候補機
    首方位をさらなる考慮の対象から除外するステップを含
    み、その条件は、第１のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件が特定され、候補機首方位がその第１のセット
    の品質要件を満たさないことであり、前記方法はさらに
    １つまたは２つ以上の評価間隔の間に得られた衛星トラ
    ンスミッタ群に対する測定されたレンジ関数の値を利用
    して、残りの候補機首方位の各々に対して１つまたは２
    つ以上の評価間隔の各々に対する細分された候補機首方
    位を定めるステップを含み、評価間隔は、現在の方法間
    隔と０または１つ以上の前の方法間隔とを含み、細分さ
    れた候補機首方位は品質基準が最高である機首方位であ
    る、方法。
  2. 【請求項２】 位相関数は二重差分位相であり、レンジ
    関数は二重差分レンジであり、二重差分位相は２個の衛
    星トランスミッタに対する単一差分位相の差異であり、
    衛星トランスミッタに対する単一差分位相は、２個のア
    ンテナで衛星トランスミッタから受信した信号の位相の
    差異であり、二重差分レンジは衛星トランスミッタに対
    する単一差分レンジの差異であり、衛星トランスミッタ
    に対する単一差分レンジは、衛星トランスミッタから２
    個のアンテナまでの距離の差異である、請求項１に記載
    の方法。
  3. 【請求項３】 第１のセットの１つまたは２つ以上の品
    質要件は、 候補機首方位の品質基準がしきい値より大きいことを含
    む、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 品質基準は、すべての衛星トランスミッ
    タ群におけるレンジ関数残差の２乗の和の逆数であり、
    レンジ関数残差は、計算されたレンジ関数の値と測定さ
    れたレンジ関数の値との差異である、請求項１に記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 前記方法はある条件において特定の候補
    機首方位をさらなる考慮の対象から除外するステップを
    さらに含み、その条件は、第２のセットの１つまたは２
    つ以上の品質要件が特定され、特定の候補機首方位と関
    連する細分された機首方位が第２のセットの品質要件を
    満たさないことであり、前記方法はさらにある条件にお
    いて、前の方法間隔に対する候補機首方位に関連するデ
    ータを廃棄するステップを含み、その条件は、第３のセ
    ットの１つまたは２つ以上の品質要件が特定され、候補
    機首方位と関連する細分された機首方位が第３のセット
    の品質要件を満たさないことであり、前記方法はさらに
    細分された機首方位に関連する候補機首方位をある条件
    において正しい候補機首方位と断定するステップを含
    み、その条件は、第４のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件が特定され、細分された機首方位が第４のセッ
    トの品質要件を満たすことであり、レンジ関数残差がカ
    ルマンプロセスによって利用可能となり、レンジ関数残
    差は、計算されたレンジ関数の値と、対応する測定され
    たレンジ関数との差異であり、対応する測定されたレン
    ジ関数は正しい候補機首方位に関連する細分された機首
    方位に関連づけられている、請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 第２のセットの１つまたは２つ以上の品
    質要件は、 細分された機首方位の品質基準がしきい値より大きいこ
    とを含む、請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 第３のセットの１つまたは２つ以上の品
    質要件は、 方法間隔に対する細分された機首方位の品質基準がしき
    い値より大きいことを含む、請求項５に記載の方法。
  8. 【請求項８】 第３のセットの１つまたは２つ以上の品
    質要件は、 細分された機首方位に関連する候補機首方位に対する整
    数関数の値は、現在および前の方法間隔について同じで
    あることを含む、請求項５に記載の方法。
  9. 【請求項９】 第３のセットの１つまたは２つ以上の品
    質要件は、 現在および前の方法間隔に対する同じ候補機首方位に関
    連する細分された機首方位において品質基準のより小さ
    い値のより大きい値に対する比がしきい値より大きいこ
    とを含む、請求項５に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 第３のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 前の方法間隔から現在の方法間隔までの慣性測定ユニッ
    ト機首方位の変化と細分された機首方位の変化との差異
    がしきい値よりも小さいことを含む、請求項５に記載の
    方法。
  11. 【請求項１１】 第３のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 現在および前の方法間隔に対する同じ候補機首方位に関
    連する細分された機首方位の差異がしきい値よりも小さ
    いことを含む、請求項５に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 第３のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 現在および前の方法間隔に対する同じ候補機首方位に関
    連する細分された機首方位の品質基準の値がしきい値よ
    りも大きいことを含む、請求項５に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 第４のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 １つまたは２つ以上の特定された評価間隔に対する正し
    い候補機首方位に関連する各々の細分された機首方位の
    品質基準が、同じ評価間隔に対してすべての細分された
    機首方位のうちで最高であることを含む、請求項５に記
    載の方法。
  14. 【請求項１４】 第４のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 １つまたは２つ以上の特定された評価間隔に対する正し
    い候補機首方位に関連する各々の細分された機首方位の
    品質基準がしきい値よりも大きいことを含む、請求項５
    に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 第４のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 ２番目に高い品質基準を有する１つまたは２つ以上の特
    定された評価間隔に対する正しい候補機首方位に関連す
    る各々の細分された機首方位の品質基準がしきい値より
    小さいことを含む、請求項５に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 第４のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 特定された数の方法間隔にわたって累積した自由度の数
    がしきい値より大きいことを含む、請求項５に記載の方
    法。
  17. 【請求項１７】 第４のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 正しい候補機首方位について、前の方法間隔から現在の
    方法間隔までの１つまたは２つ以上の特定された評価間
    隔に対する関連する各々の細分された機首方位の変化
    と、対応する慣性測定ユニット機首方位の変化との差異
    がしきい値より小さいことを含む、請求項５に記載の方
    法。
  18. 【請求項１８】 第４のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 長さの異なる評価間隔に対する正しい候補機首方位に関
    連する細分された機首方位において品質基準のより小さ
    いもののより大きいものに対する比がしきい値より大き
    いことを含む、請求項５に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 第４のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 前の方法間隔から現在の方法間隔までの１つまたは２つ
    以上の特定された評価間隔に対する正しい候補機首方位
    に関連する各々の細分された機首方位の変化がしきい値
    より小さいことを含む、請求項５に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１の方法を実行するため装置。
  21. 【請求項２１】 請求項５の方法を実行するため装置。
  22. 【請求項２２】 プラットホームのロール、ピッチ、お
    よび機首方位を判断するカルマンフィルタプロセスへの
    入力のための可観測値を得るための装置であって、前記
    方法はプラットホームに装着される慣性測定ユニットお
    よび関連づけられたプロセッサと、プラットホームに装
    着される複数の信号受信用アンテナと、複数の衛星トラ
    ンスミッタとを利用し、プラットホームは慣性測定ユニ
    ットが基準にされる基準点を有し、アンテナはプラット
    ホームの基準点に対して既知の位置を有し、前記方法は
    方法間隔と称される時間間隔において繰返し実行され、
    カルマンフィルタプロセスは、カルマンフィルタ間隔と
    称される時間間隔で慣性測定ユニットおよびその関連づ
    けられたプロセッサにロール、ピッチ、および機首方位
    の補正を提供し、カルマンフィルタ間隔は方法間隔の倍
    数であり、前記装置は複数の衛星トランスミッタ群の各
    々に対して位相関数の値を定めるための手段を含み、衛
    星トランスミッタ群は１個または２個以上の衛星トラン
    スミッタからなり、位相関数は複数のアンテナにおいて
    衛星トランスミッタ群内の衛星トランスミッタから受信
    した信号の位相の関数であり、前記装置はさらに慣性測
    定ユニットおよびその関連づけられたプロセッサからプ
    ラットホームのピッチ、ロール、および機首方位を得る
    ための手段を含み、機首方位は慣性測定ユニット機首方
    位と称され、前記装置はさらに衛星トランスミッタ群の
    各々および複数の候補機首方位の各々に対する計算され
    たレンジ関数の値を定めるためのプロセッサを含み、レ
    ンジ関数は衛星トランスミッタ群内の衛星トランスミッ
    タから複数のアンテナまでの距離の関数であり、計算さ
    れたレンジ関数のための距離は、衛星トランスミッタの
    位置、プラットホームの基準点の位置、プラットホーム
    の基準点に対するアンテナの位置、プラットホームのピ
    ッチおよびロール、ならびに候補機首方位から計算され
    る距離から定められ、複数の候補機首方位は、慣性測定
    ユニット機首方位から第１の値を引いたものから、慣性
    測定ユニット機首方位に第２の値を加えたものまでの機
    首方位の範囲にわたり、前記装置はさらに各衛星トラン
    スミッタ群および各候補機首方位に対して整数関数の値
    を定めるための手段を含み、整数関数は、計算されたレ
    ンジ関数と位相関数との差異を最も近い整数に丸めたも
    のであり、前記装置はさらに各衛星トランスミッタ群お
    よび各候補機首方位に対して測定されたレンジ関数の値
    を定めるための手段を含み、測定されたレンジ関数は位
    相関数と整数関数との和であり、前記装置はさらにある
    条件において候補機首方位をさらなる考慮の対象から除
    外するための手段を含み、その条件は、第１のセットの
    １つまたは２つ以上の品質要件が特定され、候補機首方
    位がその第１のセットの品質要件を満たさないことであ
    り、前記装置はさらに１つまたは２つ以上の評価間隔の
    間に得られた衛星トランスミッタ群に対する測定された
    レンジ関数の値を利用して、残りの候補機首方位の各々
    に対して１つまたは２つ以上の評価間隔の各々に対する
    細分された候補機首方位を定めるための手段を含み、評
    価間隔は、現在の方法間隔と０または１つ以上の前の方
    法間隔とを含み、細分された候補機首方位は品質基準が
    最高である機首方位である、装置。
  23. 【請求項２３】 位相関数は二重差分位相であり、レン
    ジ関数は二重差分レンジであり、二重差分位相は２個の
    衛星トランスミッタに対する単一差分位相の差異であ
    り、衛星トランスミッタに対する単一差分位相は、２個
    のアンテナで衛星トランスミッタから受信した信号の位
    相の差異であり、二重差分レンジは衛星トランスミッタ
    に対する単一差分レンジの差異であり、衛星トランスミ
    ッタに対する単一差分レンジは、衛星トランスミッタか
    ら２個のアンテナまでの距離の差異である、請求項２２
    に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 第１のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 候補機首方位の品質基準がしきい値より大きいことを含
    む、請求項２２に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 品質基準は、すべての衛星トランスミ
    ッタ群におけるレンジ関数残差の２乗の和の逆数であ
    り、レンジ関数残差は、計算されたレンジ関数の値と測
    定されたレンジ関数の値との差異である、請求項２２に
    記載の装置。
  26. 【請求項２６】 前記装置はある条件において特定の候
    補機首方位をさらなる考慮の対象から除外するための手
    段をさらに含み、その条件は、第２のセットの１つまた
    は２つ以上の品質要件が特定され、特定の候補機首方位
    と関連する細分された機首方位が第２のセットの品質要
    件を満たさないことであり、前記装置はさらにある条件
    において、前の方法間隔に対する候補機首方位に関連す
    るデータを廃棄するための手段を含み、その条件は、第
    ３のセットの１つまたは２つ以上の品質要件が特定さ
    れ、候補機首方位と関連する細分された機首方位が第３
    のセットの品質要件を満たさないことであり、前記装置
    はさらに細分された機首方位に関連する候補機首方位を
    ある条件において正しい候補機首方位と断定するための
    手段を含み、その条件は、第４のセットの１つまたは２
    つ以上の品質要件が特定され、細分された機首方位が第
    ４のセットの品質要件を満たすことであり、レンジ関数
    残差がカルマンプロセスによって利用可能となり、レン
    ジ関数残差は、計算されたレンジ関数の値と、対応する
    測定されたレンジ関数との差異であり、対応する測定さ
    れたレンジ関数は正しい候補機首方位に関連する細分さ
    れた機首方位に関連づけられている、請求項２２に記載
    の装置。
  27. 【請求項２７】 第２のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 細分された機首方位の品質基準がしきい値より大きいこ
    とを含む、請求項２６に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 第３のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 方法間隔に対する細分された機首方位の品質基準がしき
    い値より大きいことを含む、請求項２６に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 第３のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 細分された機首方位に関連する候補機首方位に対する整
    数関数の値が、現在および前の方法間隔について同じで
    あることを含む、請求項２６に記載の装置。
  30. 【請求項３０】 第３のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 現在および前の方法間隔に対する同じ候補機首方位に関
    連する細分された機首方位において品質基準のより小さ
    い値のより大きい値に対する比がしきい値より大きいこ
    とを含む、請求項２６に記載の装置。
  31. 【請求項３１】 第３のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 前の方法間隔から現在の方法間隔までの慣性測定ユニッ
    ト機首方位の変化と細分された機首方位の変化との差異
    がしきい値よりも小さいことを含む、請求項２６に記載
    の装置。
  32. 【請求項３２】 第３のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 現在および前の方法間隔に対する同じ候補機首方位に関
    連する細分された機首方位の差異がしきい値よりも小さ
    いことを含む、請求項２６に記載の装置。
  33. 【請求項３３】 第３のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 現在および前の方法間隔に対する同じ候補機首方位に関
    連する細分された機首方位の品質基準の値がしきい値よ
    りも大きいことを含む、請求項２６に記載の装置。
  34. 【請求項３４】 第４のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 １つまたは２つ以上の特定された評価間隔に対する正し
    い候補機首方位に関連する各々の細分された機首方位の
    品質基準が、同じ評価間隔に対してすべての細分された
    機首方位のうちで最高であることを含む、請求項２６に
    記載の装置。
  35. 【請求項３５】 第４のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 １つまたは２つ以上の特定された評価間隔に対する正し
    い候補機首方位に関連する各々の細分された機首方位の
    品質基準がしきい値よりも大きいことを含む、請求項２
    ６に記載の装置。
  36. 【請求項３６】 第４のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 ２番目に高い品質基準を有する１つまたは２つ以上の特
    定された評価間隔に対する正しい候補機首方位に関連す
    る各々の細分された機首方位の品質基準がしきい値より
    小さいことを含む、請求項２６に記載の装置。
  37. 【請求項３７】 第４のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 特定された数の方法間隔にわたって累積した自由度の数
    がしきい値より大きいことを含む、請求項２６に記載の
    装置。
  38. 【請求項３８】 第４のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 正しい候補機首方位について、前の方法間隔から現在の
    方法間隔までの１つまたは２つ以上の特定された評価間
    隔に対する関連する各々の細分された機首方位の変化
    と、対応する慣性測定ユニット機首方位の変化との差異
    がしきい値より小さいことを含む、請求項２６に記載の
    装置。
  39. 【請求項３９】 第４のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 長さの異なる評価間隔に対する正しい候補機首方位に関
    連する細分された機首方位の品質基準のより小さいもの
    のより大きいものに対する比はしきい値より大きいこと
    を含む、請求項２６に記載の装置。
  40. 【請求項４０】 第４のセットの１つまたは２つ以上の
    品質要件は、 前の方法間隔から現在の方法間隔までの１つまたは２つ
    以上の特定された評価間隔に対する正しい候補機首方位
    に関連する各々の細分された機首方位の変化がしきい値
    より小さいことを含む、請求項２６に記載の装置。
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