JPH10229578A - 衛星をベースとしたテレコミュニケーションシステムのための地上位置決定方法及び装置 - Google Patents

衛星をベースとしたテレコミュニケーションシステムのための地上位置決定方法及び装置

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JPH10229578A
JPH10229578A JP9365498A JP36549897A JPH10229578A JP H10229578 A JPH10229578 A JP H10229578A JP 9365498 A JP9365498 A JP 9365498A JP 36549897 A JP36549897 A JP 36549897A JP H10229578 A JPH10229578 A JP H10229578A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 複数の地球局から複数の衛星を経て共通の移
動ターミナルに至る第１及び第２の順方向通信リンクを
サポートする通信衛星システム内で移動ターミナルの地
上位置を決定する。 【解決手段】 移動ターミナルにおいて第１及び第２の
地球局から第１及び第２の順方向リンク通信信号を受け
取り、これらの同期の差のデータを得る。このデータ
は、移動ターミナルにおいて第１及び第２の通信間に同
期を維持するに必要なタイミング及び周波数同期データ
を含む。移動ターミナルは、同期の差のデータを戻りリ
ンクを経て第１の地球局へ送信する。第１の地球局は、
移動ターミナルから通信信号を受け取って戻りリンクの
同期データを計算する。更に、地球局は、移動局が配置
された少なくとも第１及び第２の地上位置線を戻りリン
ク同期データと、移動ターミナルから受け取った同期の
差のデータに基づき計算する。これらの地上位置線は、
移動ターミナルが位置する交点を定める。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、衛星をベ
ースとするテレコミュニケーションシステムに係る。よ
り詳細には、本発明は、通信信号内の情報に基づいてユ
ーザターミナルの地上位置を計算する方法及び装置に係
る。
【０００２】
【従来の技術】今日、ユーザユニットとのテレコミュニ
ケーションをサポートし及び／又はユーザユニットに地
上位置情報を与えるための衛星システムが存在する。オ
デッセイ（本発明の譲受人により提案された）のような
衛星をベースとするテレコミュニケーションシステム
は、ユーザターミナルと地球即ちベースステーションと
の間に通信信号を中継するために衛星のコンステレーシ
ョンを使用する。ユーザターミナルは、地球ステーショ
ンに指定される。地球ステーションは、指定されたユー
ザターミナルとコールをやり取りする。ユーザターミナ
ル及びそれに関連した地球ステーションは、搬送波周波
数を中心とする予め指定された帯域巾（サブバンド）を
有する予め指定された通信チャンネルに沿って通信す
る。ある通信システムは、ネットワークリソースを効率
的に割り当て、移動ターミナルの位置に基づいてサービ
スを阻止又は受け入れ、非常又はオペレータサービスの
ために特殊な部署へコールをルート指定し、位置に基づ
いて請求業務を行い、非常サービスを指令し、二次的な
ナビゲーションサービスを提供し、等々の多数の理由
で、衛星コンステレーションを経て通信する移動ターミ
ナルの位置を決定又は照合することを必要とする。これ
まで、移動ターミナルの位置は、衛星をベースとするナ
ビゲーションシステムによって決定される。
【０００３】世界的位置決め衛星（ＧＰＳ）システムの
ような衛星をベースとするナビゲーションシステムは、
ユーザユニットにナビゲーション信号を送信する衛星の
コンステレーションを備えている。各衛星は、予め指定
されたナビゲーションチャンネルに沿って独特のナビゲ
ーション信号を放出する。ユーザユニットは、多数のナ
ビゲーション信号からナビゲーション情報を得、そして
それに基づいて、地球に対するターミナルの位置を計算
する。１つのＧＰＳ技術が、参考としてここに取り上げ
るＪ．Ｊ．スピルカー、二世著の世界的位置決めシステ
ムに関する「ＧＰＳ信号構造及び性能特性(GPS Signal
Structure and Performance Characteristics)」と題す
る論文に説明されている。しかしながら、ＧＰＳシステ
ムでは、ナビゲーションターミナルは、少なくとも３つ
の衛星からのナビゲーション測定値の使用を必要とする
上に、１方向通信しか与えない。ＧＰＳナビゲーション
ターミナルは、衛星へ信号を送信しない。
【０００４】或いは又、移動する衛星を地球ステーショ
ンから追跡するためのレンジシステムが提案されてい
る。その一例は、地球静止衛星から移動衛星の距離測定
を実行するＴＤＲＳシステムである。ＴＤＲＳシステム
は、地球同期衛星と低軌道衛星との間の単一の両方向レ
ンジリンクに基づいて、低軌道衛星の移動を追跡する。
別のレンジシステムは、地球ステーションと衛星との間
の単一の両方向レンジリンクを使用して、衛星の移動を
追跡する。しかしながら、これらのレンジシステムは、
高い精度を確保すると共に、移動衛星の位置のあいまい
さを分析するために、長時間にわたって距離測定を行う
ことを必要とする。更に、これらのレンジシステムは、
単一の追跡ステーションのみを使用するか、又は所与の
時間に単一の衛星を追跡する。更に、これらのレンジシ
ステムは、移動地上ユーザターミナルの位置の決定には
適用されていない。
【０００５】更に、ナビゲーション、レンジ及び通信信
号は、対応信号を搬送するように特に設計された個別の
相互に排他的なチャンネルを経て送信される。従って、
地球ステーション、衛星及びユーザターミナルは、個別
の通信及びナビゲーションチャンネルをサポートするよ
うに設計されねばならず、これにより、システム全体が
不所望にも複雑になる。既存のテレコミュニケーション
システムは、通信及び地上位置信号／データを単一のＲ
Ｆ信号に合体することができない。むしろ、従来のシス
テムは、位置決定のために特に設計されそして適用され
る無線信号及びそれに関連した送信器及び受信器に依存
している。
【０００６】セルラーテレコミュニケーションの一般性
が高まるにつれて、テレコミュニケーション衛星システ
ムの容量に益々需要が課せられている。これら需要は、
使用可能な通信サブバンドを実際上独占するものであ
る。衛星システムは、種々のユーザアクセス又は「拡散
スペクトルに基づく」技術を用いて所与の周波数サブバ
ンド内のユーザ密度を高めることにより、使用可能な周
波数サブバンドの全体的な容量を増加するように試みら
れている。これらのユーザアクセス技術は、周波数分割
多重アクセス（ＦＤＭＡコード化）、時分割多重アクセ
ス（ＴＤＭＡコード化）、及びコード分割多重アクセス
（ＣＤＭＡコード化）を含む。更に、ＴＤＭＡ、ＦＤＭ
Ａ及びＣＤＭＡコードの組合せを用いるハイブリッド技
術が提案されている。コード化技術に基づき、各ユーザ
ターミナルは、対応するチャンネルに指定されたとき
に、独特のＴＤＭＡ／ＦＧＭＡ／ＣＤＭＡコード、及び
／又は送信タイミング／周波数が与えられる。ユーザタ
ーミナルは、指定された搬送波チャンネル、コード及び
送信タイミング／周波数で全ての通信信号を送信及び受
信する。
【０００７】コード化技術によりユーザ密度が高まるに
つれて、同一チャンネル干渉が生じるまでに隣接ユーザ
チャンネル間に受け入れられる裕度が減少する。それ
故、上記のコード化技術は、ユーザターミナルと地球ス
テーションとの間の通信リンクを常時調整又は同調する
ことを必要とする。このような調整は、ユーザターミナ
ル及び／又はそのカバー衛星が互いに移動するときに、
ユーザターミナルがその指定のチャンネル内で送信する
よう確保するために必要とされる。
【０００８】ユーザターミナル及び地球ステーション
は、テレコミュニケーション信号を個別情報パケット又
は情報フレームとして送信する。上記コード化技術の多
くは、地球ステーションとユーザターミナルとの間で通
信リンクを「同期」状態に維持することを必要とする。
「同期」通信リンクは、データの各フレームを他のター
ミナル及び／又は地球ステーションから送信されたフレ
ームの受信と同時の瞬間に受信する（ユーザターミナル
又は地球ステーションにおいて）ことを必要とする。
又、フレームは、指定の搬送波周波数を中心とする指定
のサブバンドで受信されねばならない。従って、同期及
びサブバンドの整列が受信器に対して決定される。
【０００９】しかしながら、同期及びサブバンドの整列
は、１）衛星とユーザターミナル又は地球ステーション
との間の距離の変化（例えば、伝播遅延）；及び２）衛
星とユーザターミナル又は地球ステーションとの間の相
対距離速度の変化（例えば、ドップラー効果）により、
連続的に行われる。伝播遅延の変化は、ユーザユニット
及び／又はカバー衛星が移動するときにユーザターミナ
ルとその関連地球ステーションとの間で距離即ちレンジ
が変化するために生じる。従って、地球ステーションと
ユーザターミナルとの間のフレームの伝播時間が変化す
る。伝播時間の変化を補償するために、送信器（例え
ば、地球ステーション又はユーザターミナル）は、デー
タフレームが送信される開始時間を遅らせるか又は進ま
せる。従って、意図された受信器の近くに配置された送
信器は、送信開始時間を遅らせ、そして受信器から離れ
て配置された送信器は、送信開始時間を進ませる。
【００１０】ドップラーシフトの変化は、衛星が地球ス
テーション及びユーザターミナルに対して移動するとき
に、それにより受信器に認知される搬送波周波数が変化
するために生じる。例えば、衛星がユーザユニットに向
かって移動するときには、衛星（及びその後の地球ステ
ーション）において認知される通信信号の搬送波周波数
は、ユーザターミナルがその通信信号を送信したところ
の実際の搬送波周波数より高くなる。換言すれば、受信
器で認知される搬送波周波数は、衛星及び送信器が互い
に休止状態に保たれる場合よりも高くなる。同様に、衛
星が送信器から離れるときには、受信器は、衛星が送信
器に対して移動しない場合に認知される搬送波周波数よ
り低い搬送波周波数を認知する。この現象を「ドップラ
ー効果」と称する。送信器（例えば、ユーザターミナル
及び地球ステーション）は、送信信号が送信されるとこ
ろの搬送波周波数を、正及び負のドップラーシフトを考
慮するように調整する。周波数及びタイミングを調整す
ることにより、送信器は、そこから送信される通信信号
が指定のチャンネル内に保持されそして他の送信器から
の信号と同期して到着するように確保する。
【００１１】タイミング及び周波数は、多数の仕方で制
御できる。例えば、地球ステーションは、タイミング及
び周波数更新情報を各ユーザターミナルに送信すること
ができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
テレコミュニケーションシステムは、テレコミュニケー
ションチャンネルの使用をテレコミュニケーション情報
の送信に限定する。その結果、従来のテレコミュニケー
ションシステムにおいては、ナビゲーション等の他の機
能を与えるのに個別のチャンネルを使用しなければなら
ない。
【００１３】更に、既存のシステムは、ターミナル位置
の決定が不当に低速である。電話のコールが短い時間の
典型であり、そしてネットワークルート指定等の目的で
コール設定中に位置の決定が必要とされるので、位置の
決定を迅速に行うことが好ましい。位置決定の時間を短
縮すると、地球のサービスにわたるターミナル移動がタ
ーミナルの位置決定能力に及ぼす否定的な影響を低減す
ることができる。
【００１４】更に、ＧＰＳ型のナビゲーション情報を与
えるシステムは、不当に多数の衛星を必要とする。地上
位置を計算するためには、ＧＰＳユーザターミナルは、
多数の衛星との同時視線ナビゲーションリンクを必要と
する。従って、ＧＰＳシステムは、システムによりカバ
ーされる各位置で多数の衛星が同時に見えるよう確保す
る衛星のコンステレーションを必要とする。この多衛星
カバー技術は、衛星の数を不当に増加する。この業界で
は、衛星をベースとするテレコミュニケーションに使用
するための改良された地上位置決定方法及び装置が要望
される。本発明の目的は、この要望を満たすことであ
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、単一の
チャンネルを経て地上位置情報及びテレコミュニケーシ
ョンデータを与えることである。本発明の目的は、ユー
ザターミナルと地球ステーションとの間で少なくとも１
つの衛星を通る両方向通信リンクに沿って送られた関連
情報に基づいてユーザターミナルの地上位置を計算する
衛星ベースのテレコミュニケーションシステムを提供す
ることである。
【００１６】本発明の更に別の目的は、ユーザターミナ
ルに見える２つの衛星のみを使用することによりユーザ
ターミナルの位置を決定する衛星ベースのテレコミュニ
ケーションシステムを提供することである。本発明の付
随的な目的は、共通の信号パラメータを使用して、通信
戻りリンクの同期を維持すると共に、ユーザターミナル
に対する距離解析曲線(range solution line) を計算す
ることである。
【００１７】本発明の更に付随的な目的は、周波数オフ
セットパラメータを使用して、適切なチャンネル整列を
保持すると共に、ユーザターミナルに対するドップラー
解析曲線(doppler solution line) を計算することであ
る。本発明の更に別の目的は、同期及びチャンネル整列
中に得た距離及びドップラー解析を合成して、地上位置
を計算することである。
【００１８】本発明の更に別の目的は、ＲＦ通信信号か
ら得た地上位置情報に基づいてコールルート指定のよう
なネットワーク制御を与えることである。本発明の更に
別の目的は、ＲＦ通信信号から得た地上位置情報に基づ
いて非常位置サービスを与えることである。
【００１９】本発明の別の目的は、単一のチャンネルを
経てユーザターミナルへナビゲーション及び通信サービ
スを提供することである。本発明の更に別の目的は、位
置に基づいて異なる形式のサービスを必要とする位置エ
リア及び会社間の請求情報及びコール管理情報を計算す
るという２つの目的で通信チャンネルを使用することで
ある。
【００２０】これら及び他の目的は、予め指定されたチ
ャンネルを経て地球ステーションとユーザターミナルと
の間に通信信号を中継する衛星のコンステレーションを
有するテレコミュニケーションシステム内でユーザター
ミナルの地上位置を決定する方法によって達成される。
この方法は、ユーザターミナルに対するタイミング及び
周波数更新情報を計算することによりテレコミュニケー
ション信号の同期を得る。タイミング及び周波数更新情
報は、ユーザターミナルの地上位置を計算するために地
球ステーションによっても使用される。このようにする
ために、地球ステーションは、衛星とユーザターミナル
との間の距離を、タイミング情報から得られるそれらの
間の対応伝播時間に基づいて計算する。衛星からユーザ
ターミナルへの距離が得られると、そこから距離解析曲
線が計算される。更に、周波数更新情報を用いて、ユー
ザターミナルを位置決めするときの基礎となるドップラ
ー解析曲線が計算される。その後、距離及びドップラー
解析曲線が合成されて、それらの間の交点が得られる。
これらの交点は、ユーザターミナルの潜在的な地上位置
を表す。地球ステーションは、カバー域ビームスポット
又はユーザターミナルに指定された地上セルのような多
数の仕方の１つでこれら交点間を弁別する。単一の交点
を得ると、その点の経度及び緯度即ち出力がユーザター
ミナルの地上位置となる。
【００２１】中間衛星を経て地球ステーションと移動タ
ーミナルとの間に通信信号を中継する衛星のコンステレ
ーションを有するテレコミュニケーション衛星システム
内で移動ターミナルの地上位置を決定する別の方法が提
供される。衛星システムは、第１及び第２の地球ステー
ションから第１及び第２の衛星を経て共通の移動ターミ
ナルへ至る第１及び第２の順方向通信チャンネルをサポ
ートする。上記システムは、更に、移動ターミナルから
第１衛星を経て第１の地球ステーションへ至る少なくと
も１つのターミナル通信リンクをサポートする。上記方
法は、第１及び第２の地球ステーションから第１及び第
２の順方向リンクを経て移動ターミナルへ第１及び第２
の通信信号を送信することを含む。移動ターミナルは、
受け取った第１及び第２の通信信号に基づき同期の差の
データを得る。この同期の差のデータは、移動ターミナ
ルにおいてタイミング及び周波数が同期された第１及び
第２の通信信号を維持するのに必要なタイミング及び周
波数同期データを含む。移動ターミナルは、同期の差の
データを戻りリンクを経て第１の地球ステーションへ送
信する。第１の地球ステーションは、移動ターミナルか
ら通信信号を受け取り、それに基づいて、戻りリンク同
期データを計算する。地球ステーションは、更に、移動
ターミナルが位置決めされるところの少なくとも第１及
び第２の地上位置曲線を、戻りリンク同期データと、移
動ターミナルから受け取った同期の差のデータとに基づ
いて計算する。
【００２２】第１及び第２の地上位置曲線は、移動ター
ミナルが位置決めされるところの交点を定義する。
【００２３】
【発明の実施の形態】図１は、地球ステーション４とユ
ーザターミナル６との間に通信信号を中継する衛星２を
含む衛星ベースのテレコミュニケーションシステムを一
般的に示す。地球ステーション４は、リンクセクション
８及び１０を含む順方向リンクを経てユーザターミナル
６へ信号を送信する。ユーザターミナル６は、リンクセ
クション１２及び１４を含む戻りリンクを経て地球ステ
ーション４へ通信信号を送信する。衛星２は、「曲がっ
たパイプ」として機能し、順方向リンクセクション８を
経て受け取った通信をリンクセクション１０を経てユー
ザターミナル６へ通す。同様に、衛星２は、リンクセク
ション１２を経て受け取った信号を戻りリンクセクショ
ン１４を経て地球ステーション４へ遅延なく中継する。
好ましい実施形態は、地球ステーション２がタイミング
及び周波数エラー修正情報を各々の対応するユーザター
ミナルへ送信してそれらの間に同期通信リンクを維持す
るような閉ループシステムを使用する。図１は、単一の
ユーザターミナル６を示すが、好ましい実施形態は、多
数のターミナル、地球ステーション及び衛星にも有効で
あることを理解されたい。
【００２４】図２は、衛星２のカバー域を表す足跡１６
を示している。衛星２は、複数の重畳するカバー域ビー
ムスポット１８から足跡１６を形成する。足跡１６は、
衛星２が矢印２０で示した方向に移動するときに、地球
２４の表面を横切って移動する。衛星２は、地球ステー
ション４及びユーザターミナル６が足跡１６に配置され
る限り、それらの間の通信をサポートする。
【００２５】好ましい実施形態の衛星ベースのテレコミ
ュニケーションシステムは、拡散スペクトル通信のよう
な多数の管理技術を使用することができる。一例とし
て、このシステムは、コード分割多重アクセス（ＣＤＭ
Ａ）コード化を使用することができる。他のコード化技
術も、多数のユーザステーション６が連続的に且つ相互
に排他的なチャンネルを送信できるようにする限り、使
用できる。このようなチャンネルは、ビームスポット２
２に指定された周波数サブバンドの１つのような同じ周
波数帯域にある。より多くのユーザターミナルが同じ周
波数サブバンド内で送信するときには、干渉のおそれが
高くなる。干渉は、地球ステーションにおいて、各ユー
ザターミナル及びその関連通信信号に対して独特の「符
牒」を識別することにより回避される。各ユーザターミ
ナルには、対応する周波数サブバンド内で送信するため
に独特の符牒（例えば、独特のＣＤＭＡコード、ＴＤＭ
Ａコード、ＦＤＭＡコード）が指定される。一例とし
て、ＣＤＭＡコードが使用されるときは、各符牒は、予
め指定された独特の波形又はチップシーケンスを表し、
チップは、そのサブバンドに指定されたユーザターミナ
ルの数に基づいて２進ビットの一部分を表す。ユーザタ
ーミナルは、その符牒波形を、通信及び／又はコマンド
データの出て行くフレーム又はパケットと合成する。そ
れにより得られる合成されたＲＦ信号は、予め指定され
た搬送波周波数で送信される。ＣＤＭＡコードを使用す
るときには、指定された搬送波周波数とターミナル独特
のＣＤＭＡコードとの合成が、特定のユーザターミナル
に指定される「チャンネル」を定義する。
【００２６】任意であるが、種々のＰＮ又はＣＤＭＡコ
ードを使用することができる。他のコードも、高度な直
交特性を含む限り使用することができる。換言すれば、
コードは、１）時間的にシフトしたそれ自身の複製か
ら、及び２）テレコミュニケーションシステムの同じサ
ブバンド内に使用される他のコードから、容易に区別す
ることができる。
【００２７】更に、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ及びＣＤＭＡの
ような多重アクセスコード技術の説明は、１９９３年、
英国、ウエストサセックス、ジョンウイリー・アンド・
ソンズ・リミテッドにより出版されたＧ．マラル及び
Ｍ．ボスクエット著の「衛星通信システム(Satellite C
ommunications Systems)」と題する文献、第２版、第４
及び５章に見ることができる。マラル氏等の上記文献の
第４及び５章は、その全体を参考としてここに援用す
る。又、ＣＤＭＡコードは、ニューヨーク州、ニューヨ
ーク、ウイリー・インターサイエンス・パブリケーショ
ンにより出版されたロバート、Ｍ．ガグリアディ著の
「通信エンジニアリンクの手引き(Introduction to Com
munications Engineering)」と題する文献、第２版、第
５３８−５５３ページに詳細に説明されている。ガグリ
アディ著のこの文献の第５３８−５５３ページも、参考
としてここに援用する。
【００２８】図３は、地上位置情報を計算する際に使用
される地球ステーション２の構成をブロック図形態で示
す。地球ステーション２は、ライン３２を経てＲＦ信号
を受け取る追跡復調器３０を備えている。この追跡復調
器３０は、地球ステーションに指定されたユーザターミ
ナルに対する記憶された基準符号に基づいて、受け取っ
たＲＦ信号を処理する。追跡復調器３０は、通信データ
を出力する。ＣＤＭＡコードが使用されるときには、復
調器３０は、基準時間に対して時間的に実質的に同期さ
れた互いに重畳された多数の到来ＲＦ信号を受け取る。
このような同期は、各ユーザターミナルのＲＦ信号に対
する符牒が互いに時間的に整列されるよう確保する。更
に、全ての到来ＲＦ信号は、同一チャンネル干渉を最小
にするためには、対応する搬送波周波数を中心としなけ
ればならない。
【００２９】各ステーションは、多数のユーザターミナ
ルからの多数のＲＦ信号を処理することが理解される
が、簡単化のために、単一のユーザターミナルからの単
一のＲＦ信号を地上位置処理に関連して以下に説明す
る。
【００３０】地球ステーション２は、ＲＦ信号を受け取
るタイミング及び周波数弁別器３４及び３６を備えてい
る。タイミング弁別器３４は、到来するＲＦ信号をタイ
ミング基準信号と比較する。周波数弁別器３６は、到来
するＲＦ信号を周波数基準信号と比較する。これらの比
較に基づき、タイミング及び周波数弁別器３４及び３６
は、各々、ライン３８及び４０に沿ってタイミング及び
周波数エラー修正データを出力する。タイミング及び周
波数修正データは、それに関連したユーザターミナルへ
送信される。タイミング修正データは、通信データの各
フレームの初期タイミングを進ませるか又は遅らせるよ
うにユーザターミナルに指令し、このようなフレームの
スタート点を同じサブバンド及び／又はカバー域ビーム
スポットにおいて他のユーザターミナルからのデータの
到来フレームと同期させる。
【００３１】周波数の修正については、弁別器３６は、
周波数修正データを介して、送信搬送波周波数を増加又
は減少するようにユーザターミナルに指令し、地球ステ
ーションにおいて認知される搬送波周波数がユーザター
ミナルの指定の搬送波周波数に対応するよう確保する。
地球ステーションにおいて認知される周波数は、必ずし
も、ユーザターミナルの送信周波数に等しくない。むし
ろ、上記のように、ユーザターミナルと衛星との間の相
対的な運動が搬送波周波数に「ドップラー」シフトを誘
起する。ドップラーシフトの量は、ユーザターミナルと
衛星との間の距離に依存する。又、ドップラーシフトの
方向、即ち正又は負は、ユーザターミナルに対する衛星
の移動方向に依存する。
【００３２】例えば、衛星がユーザターミナルに向かっ
て移動するときには、地球ステーションの受信器におい
て認知される搬送波周波数が、ユーザターミナルの送信
器において放射された搬送波周波数より高くなる。逆
に、衛星がユーザターミナルから離れるときには、地球
ステーションの受信器において認知される搬送波周波数
が、送信器において放射された搬送波周波数より低くな
る。ユーザターミナルに送られる周波数修正データは、
ユーザターミナルがその送信器の搬送波周波数を調整し
て、受信した搬送波周波数が、ユーザターミナルが指定
されたチャンネルのための指定の搬送波周波数に対応す
るよう確保し、地球ステーションとの通信リンクを維持
できるようにする。
【００３３】図２は、複数のドップラー解析曲線（かっ
こ２９で一般的に示す）を示す。各ドップラー解析曲線
は、特定のドップラーシフト値に関連している。その結
果、ドップラー解析曲線２９の１つに沿ってどこかに配
置されるユーザターミナルは同じドップラーシフトを経
験する。従って、地球ステーションの受信器は、１つの
ドップラー解析曲線に沿ってどこかに配置されるユーザ
ターミナルからの搬送波周波数において同じシフトを認
知する。
【００３４】又、図２は、複数の距離解析曲線（破線５
１で一般に示す）も示す。各々の距離解析曲線は、衛星
とユーザターミナルとの間の一定の距離に関連してい
る。各距離解析曲線は、地球ステーションと衛星とユー
ザターミナルとの間の独特のラウンドトリップ伝播時間
遅延に対応する。ラウンドトリップ伝播時間は、ＲＦ信
号が順方向リンクセクション８及び１０に沿ってユーザ
ターミナルへ進みそして戻りリンクセクション１２及び
１４に沿って地球ステーションへ戻るのに必要な時間に
等しい。
【００３５】図３を参照すれば、タイミング及び周波数
修正データは、距離及びドップラー曲線解析モジュール
４２及び４４にも供給される。距離及びドップラー曲線
解析モジュール４２及び４４は、距離曲線２６及びドッ
プラー解析曲線２８（図１）を計算する。
【００３６】距離解析モジュール４２は、通信信号が順
方向リンク８及び１０（図１）に沿って進みそして戻り
リンク１２及び１４に沿って戻るのに必要なラウンドト
リップ伝播時間に基づいて計算された地球ステーション
からユーザターミナルへの距離に基づき距離解析曲線２
６を計算する。ラウンドトリップ伝播時間が弁別器３４
により計算されると、衛星とユーザターミナルとの間の
距離が計算される。というのは、衛星と地球ステーショ
ンの間の距離が既に分かっているからである。衛星とユ
ーザターミナルの間の距離が計算されると、衛星２を中
心にして、衛星とユーザターミナルとの間の距離に等し
い半径で、距離解析曲線２６が描かれる（図１に示した
ように）。ドップラー解析曲線モジュール４４は、ユー
ザターミナルの送信された搬送波周波数と地球ステーシ
ョンの受信された搬送波周波数との間の周波数シフトに
基づいてドップラーシフト曲線２８を計算する。任意で
あるが、送信された搬送波周波数は、弁別器３４で決定
される周波数エラーデータと共に繰り返し更新されるユ
ーザターミナルに関する記憶された過去のドップラーシ
フト情報からも計算できる。周波数シフトが計算される
と、ルックアップテーブルから又は経験的技術により、
対応するドップラー解析曲線が得られる。
【００３７】距離解析曲線及びドップラー解析曲線がモ
ジュール４２及び４４において計算されると、これらの
曲線解析が地上位置決定モジュール４６へ通される。そ
の後に、モジュール４６は、これら曲線の交点を経度及
び緯度として計算する。例えば、解析曲線は、ユーザタ
ーミナルが入らねばならない衛星を中心とする円を定め
る方程式を表す。同様に、ドップラー解析曲線は、衛星
の移動方向の軸を中心とする弧を定める方程式を表す。
これらの曲線は、点５２及び５４に２つの交点を含む。
正しい交点は、ユーザターミナルをカバーするビームス
ポットの搬送波周波数に基づいて決定される。上記で述
べたように、各ビームスポットは、１つ以上の独特のサ
ブバンド搬送波周波数を使用する。従って、点５２の周
りのビームスポットは、点５４の周りのビームスポット
とは異なる搬送波周波数を使用する。これに基づいて、
点５４は破棄され、そして点５２は、ユーザターミナル
の地上位置として識別される。
【００３８】図４は、ユーザターミナルの地上位置を計
算するために本発明の好ましい実施形態により行われる
処理シーケンスを示す。通信信号を受信すると（ステッ
プ２００）、自動相関が実行される（ステップ２１
０）。受信したＲＦ信号は、所望のスタート時間からの
該受信したＲＦ信号のタイミングシフトを計算するため
に基準同期信号（例えば、基準符牒コード）と相関され
る同期信号を含む同期フィールドを有している。この相
関プロセス（２１０）からタイミングエラーオフセット
が得られる。ステップ２１２において、タイミングオフ
セットは、地球ステーションとユーザターミナルとの間
の以前の既知の伝播時間と合成されて、更新された全ラ
ウンドトリップ伝播時間が得られる。次いで、ステップ
２１４において、地球ステーションと衛星との間の伝播
時間が、更新された全ラウンドトリップ伝播時間から減
算されて、衛星とユーザターミナルとの間の伝播時間が
得られる。衛星からユーザターミナルへのラウンドトリ
ップ時間が得られると、それらの間の距離即ちレンジが
同様に得られる。ステップ２１６において、距離解析曲
線（図１及び２の曲線２６のような）が、衛星の現在位
置と、衛星とユーザターミナルとの間の距離とに基づい
て計算される。上記したように、衛星の現在位置と、衛
星とユーザターミナルとの距離は、各々、距離解析曲線
の中心及び半径として作用する。
【００３９】ステップ２１８において、受信した通信信
号の搬送波周波数が得られる。ステップ２２０におい
て、受信した搬送波周波数及び基準搬送波周波数の比較
に基づいて周波数エラーオフセットが計算される。上記
のように、受信した及び基準の搬送波周波数は、衛星と
ユーザターミナルとの間の距離及び相対速度が変化する
ときに変化する。ステップ２２２を参照すれば、ステッ
プ２２０で計算された周波数オフセットに基づいてドッ
プラーシフトが得られる。その後に、受信信号のドップ
ラーシフトに基づいてドップラー解析曲線（図１及び２
の曲線２８のような）が得られる。ドップラー解析曲線
を計算するときは、地球ステーションは、衛星の現在位
置、移動方向（図２に矢印２０で示す）及びユーザター
ミナルに対する速度も考慮する。
【００４０】ステップ２２６において、ドップラー及び
距離解析曲線が同時に解かれて交点が得られる（図２の
５２及び５４のような）。交点は、ユーザターミナルの
潜在的な地上位置を表す。ステップ２２８において、地
球ステーションは、ユーザターミナルに対応する交点
（点５２と５４との間の）を識別する。この識別は種々
の方法で行うことができる。例えば、点５２及び５４が
異なるカバー域ビームスポット内に存在するときは、地
球ステーションは、どちらの交点がユーザターミナルを
カバーするカバー域ビームスポット内に存在するかを決
定することによりそれらの間を区別する。
【００４１】或いは又、地球ステーションは、ユーザタ
ーミナルに対応する交点を、ユーザターミナルの現在指
定された地上セルに基づいて識別することもできる。地
上セルは、カバー域ビームスポットとは異なる地球上の
固定の予め定められた領域を表す。任意であるが、各ユ
ーザターミナルは、特定の地上セルに指定されてもよ
い。このような場合には、地球ステーションは、ユーザ
ターミナルに指定された地上セルに基づいて交点５２と
５４との間を区別する。更に任意であるが、点５２と５
４との間の弁別は、消去法で行ってもよい。所望の交点
が識別されると、ステップ２３０においてそれがユーザ
ターミナルの地上位置として出力される。この地上位置
出力は、ユーザターミナルの位置を識別する経度及び緯
度を含む。
【００４２】上記識別された地上位置情報は、種々の目
的で使用される。例えば、地上位置は、コールのルート
指定に必要なネットワーク制御情報を与える。又、地上
位置情報は、９１１コールの間にユーザターミナルの位
置を識別するような非常位置決めサービスを提供するの
にも使用される。更に、地上位置情報は、ユーザターミ
ナルの位置に基づいてサービスの限定を含む異なるサー
ビスを提供し及び要求する国間及び会社間のように、ナ
ビゲーションサービス、請求及び通話管理等を提供する
のにも使用できる。
【００４３】任意であるが、コードタイミング弁別器３
４は、種々の従来の同期ルーチンを使用して到来信号を
分析するように変更することもできる。弁別器３４は、
タウ−ディザ方法、初期−後期方法、ドット積方法、等
の多数の公知技術のいずれかによる自動相関を使用して
もよい。
【００４４】図５は、２つの地球ステーション及び２つ
の衛星を協働して使用して単一ユーザターミナルの地上
位置を計算する別の実施形態を示す。２つの衛星を使用
して地上位置を計算することにより、図５の別の実施形
態は、単一の衛星を使用して地上位置を決定する図１な
いし４の第１の実施形態により得られる精度よりも、あ
る状況において高い精度を与える。この別の実施形態が
高い地上位置精度を与える１つの例示的状況は、テレコ
ミュニケーション衛星の視野即ち足跡が地球の大部分を
カバーすることから生じる。上記のように、足跡は、複
数の小さな重畳するカバー域ビームスポットから形成さ
れる。しかしながら、各カバー域ビームスポットは、直
径が数百ｋｍである。従って、ターミナルにサービスす
る衛星ビームを知ることは、ターミナルが位置した地上
エリアを決定する手段となるが、ビームエリアは、かな
り広く、図４の方法に基づいて決定される２つの考えら
れる位置を含むことになる。
【００４５】図５に示す別の実施形態のシステムは、衛
星システムの多数の特徴に依存している。先ず、別の実
施形態のシステムは、システムコンステレーションの少
なくとも２つの衛星が、ユーザターミナルが動作する領
域内に信号を送信していると仮定する。次いで、別の実
施形態のシステムは、（１）コンステレーションの各衛
星の時間及び周波数が「システムクロック」に同期され
るか、又は任意であるが（２）各衛星の時間及び周波数
がシステムクロックに対して既知であると仮定する。こ
のように各衛星の時間及び周波数が分かることにより、
各衛星の時間及び周波数と、システムクロックの時間及
び周波数との間のオフセットが決定される。更に、別の
実施形態のシステムは、各ユーザターミナルが、戻りリ
ンクに沿って少なくとも１つの衛星を経て少なくとも１
つの地球ステーションへ「インバンド信号」を送信する
と仮定する。戻りリンクのインバンド信号データは、ユ
ーザターミナルにおいて発生されるもので、２つの地球
ステーションから２つの順方向リンクに沿って２つの衛
星を経て中継されてユーザターミナルにより受け取られ
た通信信号からコヒレントに導出される。
【００４６】図５は、ユーザターミナル１０４と第１及
び第２の地球ステーション１００及び１０６との間に通
信信号を中継する第１及び第２の衛星１０２及び１０８
を示している。好ましい実施形態について述べたよう
に、第１の地球ステーション１００は、順方向アップリ
ンク１１４及びダウンリンク１１６と、戻りアップリン
ク１１８及びダウンリンク１２０とを経て、両方向通信
リンクを維持する。衛星１０２は、地球ステーション１
００及びユーザターミナル１０４の両方が衛星１０２に
よって形成される足跡内にある限り、それらの間に通信
信号を中継する。図５には衛星１０２の完全な足跡が示
されていないが、衛星１０２の足跡からの単一のカバー
域ビームスポット１１０が示されている。
【００４７】第２の衛星１０８も、同様に、ユーザター
ミナル１０４をカバーするカバー域ビームスポット１１
２を有する足跡（その全体が示されていない）を形成す
る。第２の衛星１０８は、第２の地球ステーション１０
６とユーザターミナル１０４との間に少なくとも順方向
通信リンクをサポートする。この順方向通信リンクは順
方向アップリンク１２２及びダウンリンク１２４を含
む。ユーザターミナル１０４は、順方向ダウンリンク１
１６及び１２４に沿って到来する通信信号を受信するた
めの少なくとも２つの受信器を含む。ユーザターミナル
１０４は、単一の戻りリンク（アップリンク１１８及び
ダウンリンク１２０）に沿って通信信号を送信するため
の単一の送信器を備えている。任意であるが、ユーザタ
ーミナル１０４は、第２の衛星１０８を経て第２の地球
ステーション１０６へ通信信号を送信できるようにする
ために多数の送信器を備えてもよい。
【００４８】第１の衛星１０２は、ユーザターミナル１
０４から距離（レンジ）Ｒ1 に配置され、そして「第１
距離率（レンジレート）Ｒ1 ’」と称する速度でユーザ
ターミナル１０４に対して移動する。第２の衛星１０８
は、ユーザターミナル１０４から距離Ｒ2 に配置され、
そして「第２距離率Ｒ2 ’」と称する速度でユーザター
ミナル１０４に対して移動する。
【００４９】図６は、第１及び第２の地球ステーション
１００及び１０６から到来する信号間のタイミング及び
周波数差を計算するのに使用されるユーザターミナルの
サブセクション１３８を示している。差を計算するサブ
セクション１３８は、弁別器１４０−１４３と、差の距
離モジュール１５８と、差の距離率（ドップラー）モジ
ュール１６０とを備えている。弁別器１４０−１４３
は、ライン１４８−１５３に沿って到来信号を受け取
る。第１のタイミング弁別器１４０は、衛星１０２及び
地球ステーション１００から第１受信器（図示せず）に
より検出される通信信号をライン１４８を経て受け取
る。ライン１４８を経て受け取る到来通信信号は、タイ
ミング信号記号ＥＳ１で示される。同様に、第２のタイ
ミング弁別器１４１は、衛星１０８及び地球ステーショ
ン１０６から第１受信器（図示せず）によって検出され
る通信信号をライン１５０を経て受け取る。ライン１５
０を経て受け取る到来通信信号は、タイミング信号ＥＳ
２で示される。第１及び第２のタイミング弁別器１４０
及び１４１は、タイミング基準クロック（図示せず）に
よりライン１４９に発生される共通のタイミング基準信
号を、タイミング基準信号ＴREF として受け取る。第１
タイミング弁別器１４０は、タイミングの差ΔＴ1をラ
イン１５４に出力する。このタイミングの差ΔＴ1 は、
ライン１４８及び１４９を経て受け取られる信号のタイ
ミング間の差に対応する。第２のタイミング弁別器１４
１は、第２のタイミングの差ΔＴ2 をライン１５５に出
力する。この第２のタイミングの差ΔＴ2 は、ライン１
４９及び１５０を経て受け取られる信号のタイミング間
の差に対応する。タイミングの差の信号ΔＴ1 及びΔＴ
2 は、ライン１５４及び１５５を経て差の距離モジュー
ル１５８へ供給され、該モジュールは、タイミングの差
ΔＴ1 −ΔＴ2 を計算する。このタイミングの差ΔＴ1
−ΔＴ2 は、光速ｃが乗算され、そしてユーザターミナ
ル１０４と第１及び第２の衛星１０２及び１０８との間
の距離の差（即ち、Ｒ1 −Ｒ2 ）に対応する距離差ΔＲ
に変換される。
【００５０】第１の周波数弁別器１４２は、衛星１０２
及び地球ステーション１００から受信器により検出され
た第１の通信信号ＥＳ１をライン１５１に沿って受け取
る。又、第１の周波数弁別器１４２は、ライン１５２を
経て周波数基準信号ＦREF も受け取る。第１の周波数弁
別器１４２は、第１の通信信号ＥＳ１の検出された搬送
波周波数と基準周波数ＦREF との間の差を表す周波数差
ΔＦ1 をライン１５６に出力する。第２の周波数弁別器
１４３は、ライン１５３を経て第２の通信信号ＥＳ２を
受け取る。第２の受信器によって検出された第２の通信
信号ＥＳ２は、衛星１０８により地球ステーション１０
６から移動ターミナル１０４へ中継される。第２の周波
数弁別器１４３は、第２の通信信号ＥＳ２の検出された
搬送波周波数と基準周波数ＦREF との間の差に対応する
周波数差ΔＦ2 をライン１５７に出力する。これらの周
波数差ΔＦ1 及びΔＦ2 は、差の距離率モジュール１６
０に供給され、このモジュールは、周波数の差ΔＦ1 −
ΔＦ2 を公称周波数ＦNOMで除算して光速ｃを乗算した
ものに等しい差の距離率ΔＲ’を計算する。差の距離率
ΔＲ’は、ライン１６３に出力される。
【００５１】公称周波数ＦNOM は、順方向ダウンリンク
１１６のために第１衛星１０２により使用される既知の
搬送波周波数に対応する。ライン１６２及び１６３上の
差の距離ΔＲ及び距離率ΔＲ’は、ユーザターミナル１
０４により、インバンド信号内のメッセージ信号とし
て、戻りアップリンク１１８及び戻りダウンリンク１２
０を経、衛星１０２を通して地球ステーション１００へ
送信される。
【００５２】差の計算サブセクション１３８は、順方向
ダウンリンク１１６及び１２４を経て受け取られる到来
する通信信号間のタイミング及び周波数差を周期的に監
視しそしてそれに対応する差の距離及び距離率情報を地
球ステーション１００へ返送する。
【００５３】任意であるが、順方向ダウンリンク１１６
及び１２４を経て受け取られる第１及び第２の通信信号
は、放送同期フィールドを含むデータパケットへと構成
される。弁別器１４０−１４３は、第１及び第２の通信
信号ＥＳ１及びＥＳ２の到来パケットの同期フィールド
内の情報を用いて、タイミング及び周波数差ΔＴ1 、Δ
Ｔ2 、ΔＦ1 及びΔＦ2 を計算する。
【００５４】図７は、本発明の別の実施形態に関連して
使用される地球ステーションのサブセクションを示すブ
ロック図である。図７に示すサブセクションは、図３に
示すサブセクションと同様に動作し、従って、図３及び
７に共通のモジュールは、ここでは詳細に説明しない。
【００５５】戻り通信信号は、戻りダウンリンク１２０
（図５）からのリンク１６４において地球ステーション
１００により受信される。通信信号は、追跡復調器１６
５に通され、通信データ流としてライン１７２に出力さ
れる。又、通信信号は、これをタイミング及び周波数基
準信号と比較するタイミング及び周波数弁別器１６６及
び１６７にも供給される。弁別器１６６及び１６７内の
比較に基づいて、タイミング及び周波数エラーオフセッ
トが、ライン１７４及び１７６を経てＳＡＴ１距離計算
モジュール１８０及びＳＡＴ２距離率計算モジュール１
８２へ出力される。ＳＡＴ１距離計算モジュール１８０
は、第１衛星１０２とユーザターミナル１０４との間の
距離Ｒ1 を、上記第１の実施形態（図４のステップ２１
０−２１４を参照）の場合と同様に計算する。ＳＡＴ１
距離率計算モジュール１８２は、第１衛星１０２とユー
ザターミナル１０４との間の距離率Ｒ1 ’を、上記第１
の実施形態（図４のステップ２１８−２２２）について
使用されるのと同様に計算する。「ドップラーシフト」
の第１の実施形態の説明は、図５の別の実施形態に関連
した「距離率（レンジレート）」の使用に係るものであ
ることを理解されたい。距離率は、ドップラーシフトを
既知の仕方で計算するところの相対速度に対応する。
【００５６】ライン１６４を経て受け取られる到来する
通信信号は、差の距離及び距離率検出器１６８及び１７
０にも送られる。差の距離検出器１６８は、インバンド
信号チャンネル内において移動ターミナル１０４により
返送される距離の差ΔＲを得る。差の距離率検出器１７
０は、インバンド信号チャンネル内において移動ターミ
ナル１０４から出力される距離率の差ΔＲ’を得る。距
離の差ΔＲは、加算器１８４において第１衛星１０２の
距離Ｒ1 と加算される。距離率の差ΔＲ’は、加算器１
８６において、第１衛星１０２に対応する距離率Ｒ1 ’
と合成される。加算器１８４は、距離の差ΔＲと、第１
の距離Ｒ1 との和に対応する第２の距離Ｒ2 を出力す
る。加算器１８６は、距離率の差ΔＲ’と第１の距離率
Ｒ1 ’との和に対応する第２の距離率Ｒ2 ’を出力す
る。
【００５７】地上位置決定モジュール１８８は、移動タ
ーミナル１０４の地上位置（例えば経度及び緯度）を計
算するために複数の入力を受け取る。地上位置決定モジ
ュール１８８は、移動ターミナル１０４（図５）から第
１及び第２の衛星１０２及び１０８までの距離に対応す
る第１及び第２の距離Ｒ1 及びＲ2 を受け取る。地上位
置決定モジュール１８８は、更に、第１及び第２の距離
率Ｒ1 ’及びＲ2 ’を受け取る。第１の距離率Ｒ1 ’
は、第１衛星１０２が移動ターミナル１０４に対して移
動する相対的速度に対応する。第２の距離率Ｒ2 ’は、
第２衛星１０８が移動ターミナル１０４に対して移動す
る相対速度に対応する。以下に述べるように、移動ター
ミナル１０４が移動中であるときは、距離率Ｒ1 ’及び
Ｒ2 ’は、第１及び第２衛星１０２及び１０８の実際の
速度に対応しない。むしろ、移動ターミナル１０４が移
動中であるときには、距離率Ｒ1 ’及びＲ2 ’は、移動
ターミナル１０４と衛星１０２及び１０８との間の相対
的な移動に対応する。
【００５８】地上位置決定モジュール１８８は、距離曲
線解及び距離率曲線解（例えば、ドップラー曲線解）を
距離及び距離率Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ1 ’及びＲ2 ’に基づい
て計算するための計算モジュール１８８ａ−１８８ｄを
備えている。特に、距離計算モジュール１８８ａは、第
１の距離Ｒ1 に基づき、第１距離曲線解（図５の曲線１
２６）を計算する。距離計算モジュール１８８ｂは、第
１距離率Ｒ1 ’に基づき、第１距離率曲線解（図５の曲
線１２８）を計算する。距離計算モジュール１８８ｃ
は、第２距離Ｒ2 に基づき、第２距離曲線解（図５の曲
線１３０）を計算する。距離計算モジュール１８８ｄ
は、第２距離率Ｒ2 ’に基づき、第２の距離率曲線解
（図５の曲線１３２）を計算する。地上位置決定モジュ
ール１８８は、計算モジュール１８８ａ−１８８ｄの２
つ以上を使用して、２つ以上の解析曲線（１２６、１２
８、１３０及び１３２）を計算すると共に、移動ターミ
ナル１０４の潜在的な地上位置に対応するそれらの間の
交点を得る。２つの交点を有する２つの距離計算モジュ
ールを使用するときは、位置決定精度を改善するために
地上位置決定モジュール１８８により付加的な情報を使
用することができる。
【００５９】例えば、地上位置決定モジュール１８８
は、第１及び第２衛星に対する位置及び速度情報を受け
取り（モジュール１９０）、現在の緯度及び経度に基づ
く移動ターミナルの高度を受け取り（モジュール１９
２）、第１及び第２衛星に対する発振周波数を受け取り
（モジュール１９４）、そして第１及び第２衛星に対す
るビームパターンを受け取る（モジュール１９６）。地
上位置決定モジュール１８８は、距離計算モジュール１
８８ａ−１８８ｄにより計算される地上位置の不正確さ
を低減するために、１つ以上のモジュール１９０、１９
２、１９４及び１９６からの情報を使用する。
【００６０】任意であるが、地上位置決定モジュール１
８８は、距離及び距離率の値Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ1 ’及びＲ
2 ’のうちの３つに基づいてユーザターミナル位置を計
算することができる。第４の距離又は距離率の値は、地
上位置のエラーを更に減少するように使用することがで
きる。
【００６１】更に任意であるが、地上位置決定モジュー
ル１８８は、第１及び第２の距離率Ｒ1 ’及びＲ2 ’に
は基づかず、第１及び第２の距離値Ｒ1 及びＲ2 に基づ
いてユーザターミナル１０４の位置を計算してもよい。
というのは、距離値Ｒ1 及びＲ2 は、ユーザの動きに不
感だからである。距離率Ｒ1 ’及びＲ2 ’が使用されそ
してユーザターミナル１０４が移動するときは、付加的
なエラーが計算に導入される。この付加的なエラーは、
距離率Ｒ1 ’及びＲ2 ’が、検出された周波数（地球ス
テーション及びユーザターミナルにおける）と基準周波
数との間の周波数の差に基づいて形成されるからであ
る。システムは、周波数の差が衛星の動きにより生じる
と仮定する。しかしながら、ユーザターミナルが移動中
であるときは、検出された周波数と基準周波数との間の
周波数の差が、一部分は、衛星の動きによるものであ
り、そして一部分は、ユーザターミナルの動きによるも
のである。しかしながら、距離率解析曲線を計算すると
きには、それらは、第１及び第２の距離率Ｒ1 ’及びＲ
2 ’が衛星の移動のみから生じるという仮定をベースと
する。従って、距離解析曲線は、ユーザターミナル１０
４の動きが補償されない限り固有のエラーを含むことに
なる。
【００６２】距離値Ｒ1 及びＲ2 は、ユーザの動きと共
に変化せず、従って、たとえユーザターミナル１０４が
移動中であっても、第１及び第２の距離曲線１２６及び
１３０に同様のエラーを導入しない。第１及び第２の距
離解析曲線１２６及び１３０に基づいて位置が決定され
るときには、２つの交点が存在する。これら２つの点の
１つは、モジュール１９０−１９６によって与えられた
付加的な情報に基づいて地上位置決定モジュール１８８
により選択される。例えば、第１及び第２の距離曲線１
２６及び１３０間の２つの交点の一方は、ユーザターミ
ナル１０４をカバーするビームスポット内にあり、そし
て他方の交点は、ユーザターミナル１０４をカバーする
ビームスポット内にない。従って、モジュール１９６に
より与えられるビームパターン情報は、２つの交点間を
弁別するために地上位置決定モジュール１８８により使
用される。
【００６３】更に別の実施形態として、地上位置決定モ
ジュール１８８は、距離率Ｒ1 ’及びＲ2 ’の一方又は
両方を、モジュール１９０により与えられる位置及び速
度情報と組み合わせて使用して、ユーザターミナルの動
きを修正することができる。
【００６４】任意であるが、地上位置決定モジュール１
８８は、ユーザターミナル１０４の動きを知ることに基
づき、距離計算モジュール１８８ａ−１８８ｄのいずれ
を使用するか選択してもよい。例えば、ユーザターミナ
ルが休止していることが分かった場合には、地上位置決
定モジュール１８８は、距離計算モジュール１８８ａ−
１８８ｄの３つ以上を使用することができる。しかしな
がら、ユーザターミナル１０４が移動中であり、特に、
高速度で移動していると地上位置決定モジュール１８８
が決定する場合には、地上位置決定モジュール１８８
は、距離曲線計算モジュール１８８ａ及び１８８ｃのみ
を、モジュール１９６からのビームパターン情報と共に
使用するだけである。
【００６５】任意であるが、ユーザターミナルが移動中
の場合に、地上位置決定モジュールが地上位置を決定す
ると（第１及び第２の距離値Ｒ1 及びＲ2 と、ビームパ
ターン情報とに基づき）、地上位置決定モジュール１８
８は、更に、ユーザターミナルの移動速度及び方向を計
算することができる。
【００６６】任意であるが、上記のように、第１及び第
２の地球ステーション１００及び１０６は、互いにタイ
ミング及び周波数が同期した状態で動作するか、又は互
いに既知のタイミング及び周波数オフセットで動作す
る。第１及び第２の地球ステーション１００及び１０６
間のタイミングが同期されるときには、第１及び第２の
地球ステーション１００及び１０６の内部タイミングク
ロックがシステムクロックと同期される。同様に、第１
及び第２の地球ステーション１００及び１０６間の周波
数が同期されるときには、第１及び第２の地球ステーシ
ョン１００及び１０６内の周波数発生器の発振子がシス
テム発振子と同期される。従って、第１及び第２の地球
ステーション１００及び１０６は、同期された基準時間
及び周波数に基づいてユーザターミナル１０４へ通信信
号を送信する。
【００６７】地球ステーションが通信信号を送信する実
際の時点は、両通信信号がユーザターミナル１０４によ
り同時に受信されるよう確保するために各地球ステーシ
ョンにおいて個々に調整される。同様に、通信信号が第
１及び第２の地球ステーション１００及び１０６から送
信されるところの搬送波周波数は、両通信信号がリンク
１１６及び１２４を経てユーザターミナル１０４に同じ
周波数で受信されるよう確保するために各地球ステーシ
ョンにおいて個々に調整される。
【００６８】図５の実施形態の説明は、第１及び第２の
地球ステーション１００と１０６との間の同期されたタ
イミング及び周波数を参照するが、上記したように、本
発明は、これに限定されるものではなく、第１及び第２
の地球ステーションにおいて異なるタイミング及び周波
数で実施することもできる。この別の実施形態では、地
球ステーション１００は、第２の地球ステーション１０
６の周波数及びタイミングの記録を保持し、そしてモジ
ュール１８８ａ−１８８ｄの対応する修正ファクタを使
用して、第１及び第２の地球ステーション１００と１０
６との間のタイミング及び周波数オフセットを考慮に入
れることができる。
【００６９】更に、第１地球ステーション１００は、第
１及び第２の衛星１０２及び１０８と第２地球ステーシ
ョン１０６との位置の記録を保持してもよい。第１地球
ステーション１００は、同様に、衛星１０２及び１０８
により行われる周波数変換の記録を保持してもよい。衛
星１０２及び１０８は、順方向アップリンク１１４及び
１２２の搬送波周波数をＫ帯域周波数からダウンリンク
１１６及び１２４内のＳ帯域周波数へ変換する。アップ
リンク及びダウンリンク内の搬送波周波数間のこの変換
は、各衛星１０２及び１０８内のコンバータに使用され
る発振子の周波数に基づくものである。地球ステーショ
ン１００は、衛星内に使用される発振周波数の記録を保
持し、これにより、地球ステーション１００は、衛星に
より行われる周波数変換を追跡することができる。
【００７０】図５ないし７の別の実施形態は、図１ない
し４の第１の実施形態により限定された環境において経
験する１つの潜在的な欠点を克服する。第１実施形態の
システムは、地表面上の衛星速度ベクトルの投影を横切
って対称的に配置された２つの潜在的な位置を計算す
る。別の実施形態のシステムは、ユーザターミナルに対
するこれら２つの潜在的な位置間のあいまいさを解消す
るために、第２衛星から付加的な測定値を与える。更
に、第１実施形態のシステムは、距離解析曲線及び距離
率即ちドップラー解析曲線が互いにほぼ平行になるとこ
ろの点にユーザターミナルが配置されたときに位置精度
の低下を経験する。この状況において、図５ないし７の
実施形態で行われる付加的な即ち別の測定は、位置精度
を実質的に高める。更に、図１ないし４のシステムで
は、未知のターミナル移動が、相対的な衛星移動と容易
に区別できないドップラー成分を誘起する。この付加的
なドップラー成分は、位置精度を低下させる。別の実施
形態のシステムは、ターミナルの移動により導入される
この潜在的なドップラー成分に不感な付加的な距離測定
を与える。従って、別の実施形態における位置決定は、
ターミナル移動の影響を受けない。
【００７１】或いは又、好ましい実施形態は、ＦＤＭＡ
又はＴＤＭＡコード化、或いはＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ及び
ＣＤＭＡコードの組合せのようなハイブリッドコード化
技術に基づいて、通信リンクを使用するように変更でき
る。地球ステーションに受け取られる各通信信号が直交
コードのような独特の符牒を含む限り、コードは、これ
らコード化技術の１つ以上を使用することができる。好
ましい実施形態においては、基準信号を信号の各フレー
ムの同期フィールドに記憶された同期信号と比較するこ
とにより、同期データを得ることができる。任意である
が、同期信号は、データフィールドのデータに重畳され
てもよい。
【００７２】ターミナル位置の２つの未知数、即ち経度
及び緯度は、２対の距離及び距離率測定から導出される
４つの曲線のうちの２つから決定できる。冗長な測定
は、２つの曲線のみを用いて得ることのできる位置推定
の精度を改善し且つあいまいさを解消するのに有用であ
る。システムの直交ＣＤＭＡのように順方向リンクに同
期した戻りリンクを使用するシステムにおいては、通信
衛星又は信号に対して何ら変更を伴わずに位置決定手順
を実施することができる。より詳細には、距離及び距離
率の測定を行うところの信号は、ターミナルへの順方向
及び戻りリンクにおける通信に使用される同じ信号であ
る。距離及び距離率の測定に使用されるコヒレントな時
間同期した戻り信号は、ＣＤＭＡを維持するための通常
の動作においてユーザターミナル１０４により発生され
る。
【００７３】第１及び第２の衛星１０２と１０８との間
のタイミング及び周波数を区別するためのユーザターミ
ナル１０４の能力は、通信が両衛星間でハンドオフされ
るときに現在の戻りリンク信号と将来の戻りリンク信号
の同期を確保するために通常の動作として使用される。
あるシステム構成においては、２対の距離及び距離率測
定を行うことができない。本発明の概念は、４つ未満の
測定にも適用できるが、精度が若干低下すると共に、あ
る衛星構成では、潜在的なターミナル位置のあいまいな
対の分解能が限定される。例えば、ＴＤＭＡ又は非同期
ＣＤＭＡを用いるシステムのようなあるシステムは、戻
りリンクのコヒレンス性を必要としない。これらシステ
ムでは、第１衛星１０２から１つと、第２衛星１０８か
ら１つの距離測定しか行えない。これら２つの距離測定
でも、地表面上にユーザターミナル１０４の２つの潜在
的な位置を定義するには充分である。
【００７４】４つ未満の測定が行える別の例は、衛星コ
ンステレーションが１００％の時間全てのターミナルの
視野に２つの衛星を与えないときである。完全な二重カ
バー域未満のものが存在するときには、距離及び距離率
が単一の衛星のみから得られることがある。この場合
も、これらの２つの測定は、地表面上に２つの潜在的な
位置を定める。コールの時間巾が充分な場合には、後で
衛星のその後の移動により地表面上の距離及び距離率曲
線の向きが変化するときに単一衛星測定を繰り返すこと
により、精度を高めることができる。
【００７５】本発明の特定の要素、実施形態及び応用に
ついて説明したが、特に上記技術に鑑み種々の変更が当
業者に明らかであろうから、本発明はこれに限定される
ものでないことを理解されたい。それ故、本発明の精神
及び範囲内包含されるこのような全ての変更は、特許請
求に範囲に網羅されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による衛星システムの斜視図である。
【図２】衛星及びそれに関連したカバー域足跡の上面図
である。
【図３】本発明の好ましい実施形態による地球ステーシ
ョンのブロック図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態により地球ステーシ
ョンがたどる処理シーケンスのフローチャートである。
【図５】本発明による別の衛星システムの斜視図であ
る。
【図６】本発明の別の実施形態により同期の差のデータ
を計算する移動ターミナルのサブセクションのブロック
図である。
【図７】本発明の別の実施形態により地上位置情報を計
算する地球ステーションのサブセクションのブロック図
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｑ 7/24 7/26 7/30 (72)発明者 カール エフ ライジグ アメリカ合衆国 テキサス州 75039 ア ーヴィング イースト ラス コリナス ブールヴァード 831−4011 (72)発明者 アーサー エル ガーリソン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90278 レドンド ビーチ エイ ネルソ ン アベニュー 2522

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１及び第２の地球ステーションから第
    １及び第２の衛星を経て共通の移動ターミナルへ至る第
    １及び第２の順方向通信リンクをサポートすると共に、
    移動ターミナルから第１の衛星を経て第１の地球ステー
    ションへ至る少なくとも１つの戻り通信リンクをサポー
    トする衛星ベースのテレコミュニケーションシステムに
    おいて移動ターミナルの地上位置を決定する方法であっ
    て、 第１及び第２の地球ステーションから第１及び第２の順
    方向通信リンクを経、第１及び第２の衛星を経て移動タ
    ーミナルへ第１及び第２の通信信号を各々送信し、 移動ターミナルにおいて、移動ターミナルにより受信し
    た第１及び第２の通信信号に基づいて同期の差のデータ
    を得、この同期の差のデータは、移動ターミナルにより
    受信した第１及び第２の通信信号間の同期の差に対応
    し、 移動ターミナルから第１の戻りリンクを経て第１の地球
    ステーションへ同期の差のデータを送信し、 第１の地球ステーションにおいて、戻りリンクを経て受
    信される到来テレコミュニケーション信号を地球ステー
    ションと同期状態に維持するために必要な移動ターミナ
    ルの戻りリンク同期データを決定し、 第１の地球ステーションにおいて、移動ターミナルが配
    置されるところの少なくとも第１及び第２の地上位置線
    を、戻りリンク同期データ及び受信した同期の差のデー
    タに基づいて計算し、 上記少なくとも第１及び第２の地上位置線が交差する地
    理的な点を決定し、そして上記地理的交点を移動ターミ
    ナルの地上位置として出力する、という段階を備えたこ
    とを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 上記データを得る段階は、更に、移動タ
    ーミナルにおいて、移動ターミナルにより受信した第１
    及び第２の通信信号のタイミング間の差のタイミングを
    計算することを含む請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 上記データを得る段階は、更に、移動タ
    ーミナルにおいて、移動ターミナルにより受信した第１
    及び第２の通信信号の周波数間の差の周波数を計算する
    ことを含む請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 上記データを得る段階は、更に、 移動ターミナルにおいて基準タイミングを発生し、 基準タイミングと、第１地球ステーションから受信した
    第１通信信号のタイミングとの間の第１タイミング差を
    計算し、 基準タイミングと、第２地球ステーションから受信した
    第２通信信号のタイミングとの間の第２タイミング差を
    計算し、そしてこれらの第１及び第２のタイミング差の
    間の差のタイミングを計算し、該差のタイミングは、そ
    れに関連した同期の差のデータ内に含まれる請求項１に
    記載の方法。
  5. 【請求項５】 上記データを得る段階は、更に、 基準周波数を発生し、 基準周波数と、第１地球ステーションから受信した第１
    通信信号の周波数との間の第１周波数差を計算し、 基準周波数と、第２地球ステーションから受信した第２
    通信信号の周波数との間の第２周波数差を計算し、そし
    てこれら第１及び第２の周波数差の間の差の周波数を計
    算し、該差の周波数は、それに関連して移動ターミナル
    から第１地球ステーションへ送信される同期の差のデー
    タ内に含まれる請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 地理的交点を決定する上記段階は、上記
    同期の差のデータから差の距離及び差の距離率を得、差
    の距離は、移動ターミナルから第１及び第２衛星までの
    距離の差に対応し、そして差の距離率は、移動ターミナ
    ルに対する第１及び第２衛星の距離率の差に対応し、そ
    して戻りリンク同期データ、差の距離及び差の距離率に
    基づいて、少なくとも第１及び第２の地上位置線を計算
    する、という段階を備えた請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 戻りリンク同期データを決定する上記段
    階は、基準タイミングと、到来する通信信号の受信タイ
    ミングとの間のタイミングオフセットを決定することを
    含み、戻りリンク同期データが上記タイミングオフセッ
    トを含む請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 戻りリンク同期データを決定する上記段
    階は、更に、基準周波数と、到来する通信信号の受信周
    波数との間の周波数オフセットを決定することを含み、
    戻りリンク同期データが上記周波数オフセットを含む請
    求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 第１及び第２の地上位置線を計算する上
    記段階は、上記戻りリンク同期データ及び同期の差のデ
    ータに基づいて距離解析曲線を計算することを含み、こ
    の距離解析曲線が上記第１の地上位置線を構成する請求
    項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 第１及び第２の地上位置線を計算する
    上記段階は、上記戻りリンク同期データ及び同期の差の
    データに基づいてドップラー解析曲線を計算する段階を
    更に含み、このドップラー解析曲線が上記第２の地上位
    置線を構成する請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 移動ターミナルをカバーするビームス
    ポットを使用して、上記交点を計算する段階を更に備え
    た請求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 移動ターミナルが指定される予め定義
    された地理的セルを使用して、上記交点を計算する段階
    を更に備えた請求項１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 戻りリンク同期データを決定する上記
    段階は、上記到来する通信信号及び基準タイミング信号
    に対して自動相関を行ってそれらの間のタイミングオフ
    セットを得る段階を更に備え、上記計算段階は、上記タ
    イミングオフセットを用いて、上記第１の地上位置線を
    計算する請求項１に記載の方法。
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