JPH11133132A - 衛星のコンステレーションを用いる固定端末の位置決定方法 - Google Patents

衛星のコンステレーションを用いる固定端末の位置決定方法

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JPH11133132A
JPH11133132A JP10236964A JP23696498A JPH11133132A JP H11133132 A JPH11133132 A JP H11133132A JP 10236964 A JP10236964 A JP 10236964A JP 23696498 A JP23696498 A JP 23696498A JP H11133132 A JPH11133132 A JP H11133132A
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fixed terminal
satellites
terminal
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JP10236964A
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Francois Durnez
フランソワ・デユルネ
Jacques Bousquet
ジヤツク・ブスケ
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Alcatel CIT SA
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    • 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
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/12—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves by co-ordinating position lines of different shape, e.g. hyperbolic, circular, elliptical or radial
    • 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
    • G01S5/0018—Transmission from mobile station to base station

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Radio Relay Systems (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遠隔通信システムの固定端末の位置決定方法
を提供する。 【解決手段】 「中間」位置決定段階の間、端末は端末
の「粗い」推定位置が既知であると仮定して少なくとも
三つの双曲面およびその交点を計算する。それぞれの双
曲面は次のように記述される。 Ｈi,j＝ｄｊ−ｄｉ＝（ｔｊ’−ｔｊ）・ｃ−（ｔｉ’
−ｔｉ）・ｃ 上式で、ｄｉは時刻ｔｉにおける端末とｉ番目のアクテ
ィブな衛星の位置ｐｉとの距離であり、ｄｊは時刻ｔｊ
における端末とｊ番目のアクティブな衛星の位置ｐｊと
の距離であり、ｔｉおよびｔｊは、それぞれｉ番目とｊ
番目の情報の衛星によるｉ番目およびｊ番目の送信時刻
であり、ｔｉ’およびｔｊ’は端末によるｉ番目および
ｊ番目の情報のｉ番目およびｊ番目の受信時刻であり、
ｃは光速である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明の分野は衛星通信シス
テムである。
【０００２】
【従来の技術】従来の衛星通信システムは、非静止衛星
（例えば、低軌道にある６４個の衛星）のコンステレー
ション(constellation)、複数のゲートウェイ局および
複数の固定端末を含む。それぞれのゲートウェイ局は個
別の地理的なセル(geographical cell)（「スポッ
ト」）に関連付けられ、地上遠隔通信ネットワークに接
続されている。各端末は衛星経由でその端末があるセル
のゲートウェイ局（および結果的に地上遠隔通信ネット
ワーク）と通信する。各衛星はゲートウェイ局に関して
アクティブな場合、そのカバレージエリアの一つまたは
複数の固定端末へ送信する情報をゲートウェイ局から受
信する。各衛星はゲートウェイ局に関してアクティブな
場合、そのカバレージエリアの各固定端末から受信する
情報をゲートウェイ局へ送信する。衛星はゲートウェイ
局から観測できる場合に限ってゲートウェイ局に関して
アクティブであることができる。
【０００３】より詳細に言えば、本発明は上記の種類の
衛星通信システムの固定端末の位置決定方法に関する。
【０００４】さまざまな理由から、本システムの各固定
端末の位置を知ることが必要である。例えば、この方法
によって固定端末の同期化が可能になり、衛星が異なる
固定端末が送信する信号を受信する場合の信号の相互干
渉を防止または緩和することができる。またこの方法に
よって各固定端末が属する課金エリア(charging area)
を決定することができる。
【０００５】ここで言う端末とは固定端末であることに
注意されたい。したがって、この端末は最初に設置され
た際、または端末が移動されて設置される（例えばある
家から別の家へ）たびに位置決定される。
【０００６】固定端末の位置決定をするという問題の従
来技術の第一の解決策は、衛星測位システム（Global P
ositioning System，ＧＰＳ）またはグローバルナビゲ
ーション衛星システム（Global Navigation Satellite
System, ＧＬＯＮＡＳＳ）などの既存の一つの位置決定
システムの受信機を固定端末の中に提供することにあ
る。
【０００７】この従来技術の第一の解決策には、きわめ
て高価であるという主要な不利益がある。ＧＰＳまたは
ＧＬＯＮＡＳＳ受信機は「消費者向け」固定端末と比較
してあまりに高価である。また、固定端末は設置される
際にのみ位置決定されるため、固定端末に専用の位置決
定受信機を追加することはその使用につり合わない投資
を意味する。
【０００８】従来技術の第二の解決策は、既存のインフ
ラストラクチャ（特に位置決定する固定端末およびコン
ステレーションのある種の衛星）と本来周知の到来角
（Angle Of Arrival, ＡＯＡ）または到来時刻差（Time
Difference Of Arrival,ＴＤＯＡ）位置決定技法とを
採用することである。
【０００９】ＡＯＡ技法を使用した場合、端末の位置は
異なる衛星からの信号の到来角を結合することで決定さ
れる。ＴＤＯＡ技法を使用した場合、端末の位置は異な
る衛星からの信号の到着時刻差を結合することで決定さ
れる。
【００１０】上記の第一の解決策とは異なり、この従来
技術の第二の解決策は専用の位置決定受信機（ＧＰＳま
たはＧＬＯＮＡＳＳタイプの）を必要としない。
【００１１】にもかかわらず、いずれの位置決定技法
（ＡＯＡまたはＴＤＯＡ）を使用しても、この従来技術
の第二の解決策は実施が困難である。ＡＯＡ技法では方
位角および仰角でのアンテナの正確な参照が必要で、Ｔ
ＤＯＡ技法では各衛星の送信機を同期化させる必要があ
る。これらのさまざまな条件はシステムのコストを大幅
に引き上げない限り不可能とは言わないまでも困難であ
る。再び、固定端末の位置決定は設置時にのみ行われる
ため、過剰な投資を引き出すことはできない点に注意す
べきである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の欠点を克服することである。
【００１３】より詳細に言えば、本発明の目的は実施が
簡単でコストが安い衛星通信システムの固定端末の位置
決定方法を提供することである。
【００１４】本発明の別の目的は、固定端末に専用のＧ
ＰＳまたはＧＬＯＮＡＳＳ位置決定受信機を必要としな
い上記の種類の方法を提供することである。
【００１５】本発明の別の目的は、固定端末に厳格な条
件を課すことなく（正確な方位角参照が不要で）または
衛星（同期化させる必要がない）に厳格な条件を課すこ
となく、システムの既存のインフラストラクチャを採用
する上記の種類の方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】これ以後明らかになるで
あろう上記の目的およびその他の目的は、衛星のコンス
テレーションと、それぞれが個別の地理的なセルに関連
付けられ、地上遠隔通信ネットワークに接続された複数
のゲートウェイ局と、複数の固定端末とを備えた衛星通
信システムの固定端末の位置決定を行う方法であって、
該衛星通信システムは、一つまたは複数の衛星が、所与
のゲートウェイ局から観測できる場合にのみそのゲート
ウェイ局に関してアクティブであり、各衛星が、それに
関してアクティブであるゲートウェイ局から情報を受信
し、その情報をそのカバレージエリア内の一つまたは複
数の固定端末へ送信し、各衛星がそのカバレージエリア
内の固定端末から情報を受信して、それに関してアクテ
ィブであるゲートウェイ局へその情報を送信するシステ
ムであり、以下のステップを含む「中間」位置決定段階
を備える衛星通信システムの固定端末の位置決定を行う
方法によって本発明に従って達成される。
【００１７】ｉ 第一の時刻ｔ１’に、端末が、第一の
アクティブな衛星から第一のアクティブな衛星による第
一の情報の送信の時刻ｔ１と時刻ｔ１における第一のア
クティブな衛星の位置ｐ１とに関する第一の情報を受信
するステップ； ｉｉ 第一の時刻ｔ１’と同じまたは近接した第二の時
刻ｔ２’に、端末が、第二のアクティブな衛星から第二
のアクティブな衛星による第二の情報の送信の時刻ｔ２
と時刻ｔ２における第二のアクティブな衛星の位置ｐ２
とに関する第二の情報を受信するステップ； ｉｉｉ 端末が、端末が位置している第一の双曲面Ｈ
1,2を次式によって計算するステップ： Ｈ1,2＝ｄ２−ｄ１＝（ｔ２’−ｔ２）・ｃ−（ｔ１’
−ｔ１）・ｃ 上式で、 − ｄ１は時刻ｔ１における端末と第一のアクティブな
衛星の位置ｐ１との距離であり、 − ｄ２は時刻ｔ２における端末と第二のアクティブな
衛星の位置ｐ２との距離であり、 − ｔ１およびｔ２はそれぞれ第一および第二の衛星に
よる第一および第二の送信時刻であり、 − ｔ１’およびｔ２’は端末による第一および第二の
受信時刻であり、 − ｃは光速である。
【００１８】ｉｖ 端末が、少なくとも二回、ステップ
ｉからｉｉｉを繰り返して端末が位置する少なくとも第
二および第三の双曲面を計算するステップ； ｖ 端末が、端末の「粗い」推定位置が既知であると仮
定して第一の双曲面と少なくとも第二および第三の双曲
面との交点を計算して「中間」推定位置を決定するステ
ップ。
【００１９】したがって、本発明の位置決定方法は、精
度が、例えば、±３００ｍの「中間」位置決定段階を含
む。この「中間」位置決定段階の一般原理は、その位置
の「粗い」予測値がすでに既知である（例えば±１００
ｋｍの精度で）と仮定して、端末が位置する少なくとも
三つの双曲面の交点を端末に計算させることにある。
【００２０】明らかにこの交点の決定に伴う不確実性
は、双曲面の数が増えるにつれて減少する（例えば、最
大１００の双曲面を使用できる）。
【００２１】本発明の場合、端末は必ずしも同期化され
ていない二つの衛星から受信した情報を使ってそれぞれ
の双曲面を計算するため、本発明の方法は明らかに従来
のＴＤＯＡ技法とは区別されることに注意することが重
要である。第一および第二の衛星による送信の時刻ｔ１
およびｔ２は、それぞれ必ずしも同じではない。
【００２２】このきわだった特徴は以下の表現で表すこ
ともできる。本発明の各双曲面は、第一および第二の衛
星の所与の単一の時刻における位置決定に従って計算さ
れないため、本システムの実際のイメージに対応しな
い。本発明の各双曲面は、第一の所与の時刻ｔ１におけ
る第一の衛星の位置ｐ１および第二の所与の時刻ｔ２に
おける第二の衛星の位置ｐ２に基づく本システムの「仮
想」イメージに対応する。
【００２３】本発明が課す唯一の条件は、端末のクロッ
クはそれぞれの衛星のクロックと比較してあまり正確で
なくても、（ｔ２’−ｔ１’）の予測値が正確になるよ
うに、端末による受信時刻ｔ１’およびｔ２’が同じか
近接した間隔にある（例えば、数ミリ秒しか離れていな
い）ということである。
【００２４】ステップｉｖで、 − 第一および第二の衛星とは別個の一対の衛星と、 − 一方が第一および第二の衛星の一つであり、他方が
第一および第二の衛星とは別個である一対の衛星とを含
む群に属する一対の衛星を使ってステップｉからｉｉｉ
をそれぞれ新たに繰り返すと有利である。
【００２５】言い換えると、必要な衛星の数は、端末が
同時に受信可能な衛星の数にしたがって異なる。例え
ば、端末が同時に三つの衛星から受信可能な場合、その
端末は同一または近接した時刻ｔ１’、ｔ２’、ｔ３’
に三つの衛星から情報を受信して、Ｈ1,2、Ｈ1,3、およ
びＨ2,3の三つの双曲面を計算できる。ただし、双曲面
Ｈi,jはｉ番目とｊ番目の衛星を使って計算される。他
方、端末が二つの衛星からしか同時に受信できない場
合、Ｈ1,2、Ｈ3,4、およびＨ5,6の三つの双曲面の計算
には六つの異なる衛星が必要になる。
【００２６】「中間」位置決定段階２はさらに次のステ
ップを含むと有利である。
【００２７】ｖｉ 端末が、「粗い」推定位置ではなく
先行の「中間」推定位置を使ってステップｉからｖを少
なくとも一回繰り返して新しい「中間」推定位置を得る
ステップ。
【００２８】これによって「中間」位置決定予測値がさ
らに改善される。
【００２９】第一および第二の衛星がそれに関してアク
ティブなゲートウェイ局が、第一および第二の衛星によ
る送信後に、第一および第二の情報がゲートウェイ局に
よってほぼ同時に受信されるように、時間的事前補償を
かけて第一および第二の情報を送信すると有利である。
【００３０】第一および第二のアクティブな衛星を含む
一対の衛星は、 − 二つの衛星が常に同時にアクティブである複数の対
の衛星と、 − それぞれ出てゆく衛星と進入してくる衛星との二つ
の衛星が衛星間のハンドオフの間に除外的に同時にアク
ティブなため、ゲートウェイ局は観測できなくなりつつ
ある出てゆくアクティブな衛星と次第に観測できるよう
になる進入してくるアクティブな衛星とを切り替えるこ
とができるような、複数の対の衛星とを含む群に属する
ことが好ましい。
【００３１】地球表面の約９０％の地域から常時少なく
とも二つのアクティブな衛星を観測できることに注意さ
れたい。地理的なセル（スポット）の約９０％は、同時
に少なくとも二つの衛星のカバレージエリアにある。し
たがって、９０％のケースでは常時二つの同時にアクテ
ィブな衛星を発見することが容易である。
【００３２】地球表面の残りの１０％の地域では、事前
に「粗い」推定位置が既知であるとみなされているた
め、端末はスポットに進入してくるすべての衛星をおよ
その位置（ただし適切な位置）に向けることができる。
この衛星を追跡して端末に衛星間のすべてのハンドオフ
を指示できる。したがって、一般に数秒かかる衛星間の
ハンドオフの間、端末は同時に二つのアクティブな衛星
（一つは進入してくる衛星、一つは出てゆく衛星）にア
クセスする。
【００３３】それぞれの端末は少なくとも二つの異なる
衛星によって送信された情報を、同時に受信する手段を
備えると有利である。
【００３４】少なくとも二つの個別の衛星によって送信
された情報を同時に受信する手段は、別個の衛星を指向
する少なくとも二本の指向性アンテナを備えると有利で
ある。
【００３５】本発明の好ましい実施形態では、「中間」
位置段階の前に次のステップを含む「粗い」位置決定段
階を含む。
【００３６】ａ 端末が、その方位角θを変更して所定
の仰角αの衛星を探索して捕捉するステップ； ｂ 端末が、捕捉した衛星から捕捉した衛星の位置に関
する情報を受信するステップ； ｃ 端末が、捕捉した衛星の位置に関する情報から、所
定の地球モデルに投影され端末が位置する等仰角表面を
計算するステップ； ｄ 端末が、端末が位置する少なくとも二つの他の等仰
角表面を計算するためにステップａからｃを少なくとも
二回繰り返すステップ； ｅ 端末が、少なくとも三つの等仰角表面の交点を計算
して「粗い」推定位置を決定するステップ。
【００３７】本発明の位置決定方法はまた、例えば±１
００ｋｍの精度の「概略」位置決定段階を含む。端末に
関して、この「粗い」位置決定段階の一般的な原理は、
端末が位置する少なくとも三つの等仰角表面の交点を計
算することである。
【００３８】ステップｂはコンステレーションの各衛星
の天体暦(ephemeris)が、システムにとって既知である
ことを前提とすることに注意されたい。また、ステップ
ｃは端末が地面に関してそのアンテナの仰角αを知って
いることを前提とする。これは端末を水平に配置するこ
とで達成される。
【００３９】ステップａからｃの連続する繰り返しの間
に捕捉された少なくとも三つの衛星のうちで少なくとも
一つが、端末から見て他の二つの衛星の方位角から少な
くとも１０°離れた方位角θを備えると有利である。
【００４０】これによって等仰角表面の交点のエリアが
縮小される。
【００４１】ステップａで、二つの指向性アンテナが同
じ仰角で回転し、方位角θを中心に約１８０°をそれぞ
れカバーすると有利である。
【００４２】このようにして、各アンテナは他のアンテ
ナを補足する方法で半回転をカバーし、これで完全な一
回転（すなわち、方位角θの０から２πの変化）を走査
するのに必要な時間が最小化される。
【００４３】本発明の有利な実施形態では、「中間」位
置決定段階に続いて次のステップを含む「精細」位置決
定段階を含むと有利である。
【００４４】１ 端末が位置するセルに関連付けられた
ゲートウェイ局が、ゲートウェイ局に関してアクティブ
な衛星経由で、所定メッセージを端末へ送信するステッ
プ； ２ 端末が所定のメッセージを受信し、コンステレーシ
ョンの衛星のその「中間」推定位置およびリアルタイム
の位置を知って、アクティブな衛星経由でゲートウェイ
局へ、特に所定メッセージの受信と応答メッセージの送
信の時間間隔を示す応答メッセージを生成し送信するス
テップ； ３ ゲートウェイ局が、応答メッセージから端末のタイ
ミング繰り上げ(timing advance)に関する情報を計算す
るステップ； ４ ゲートウェイ局が、アクティブな衛星経由で端末へ
タイミング繰り上げに関する情報を送信するステップ； ５ 端末が、タイミング繰り上げに関する情報と「中
間」推定位置からその「精細」推定位置を計算するステ
ップ。
【００４５】したがって、本発明の位置決定方法は、例
えば精度が±６０ｍの「精細」位置決定段階を含む。こ
の「精細」位置決定段階の一般原理は、ゲートウェイ局
に関する端末のタイミング繰り上げを計算すること、ま
たはより正確に言えば、端末からの（アクティブな衛星
経由で）信号がゲートウェイ局によって受信される際の
信号のタイミング繰り上げを計算することである。
【００４６】したがって、「粗い」または「中間」位置
決定段階とは異なり、「精細」位置決定段階はパッシブ
でなくアクティブである。換言すると、端末はアクティ
ブな衛星経由で端末が位置するセルのゲートウェイ局と
通信を行う。この通信は、例えば、トラフィックが少な
くシフトされた信号の受信が可能な期間に予約された特
定の時刻に行われる。
【００４７】有利な変形形態では、「精細」位置決定ス
テップはさらに次の予備および最終ステップを含む。
【００４８】０ 端末が、アクティブな衛星経由で端末
の「中間」推定位置に関する情報をゲートウェイ局へ送
信するステップ； ６ ゲートウェイ局がアクティブな衛星経由で端末の
「精細」推定位置を端末へ送信するステップ。
【００４９】さらにステップ５が次のステップと差し替
えられる。
【００５０】５ タイミング繰り上げおよび「中間」推
定位置に関する情報から、ゲートウェイ局が端末の「精
細」推定位置を計算するステップ。
【００５１】この変形形態では、「精細」推定位置を計
算するのはゲートウェイ局（端末ではなく）である。
【００５２】「精細」位置決定段階はさらに次のステッ
プを含むことが好ましい。
【００５３】７ 「中間」推定位置の代わりに先行の
「精細」推定位置を使って、端末がステップ１から５ま
たは０から６を少なくとも一回繰り返して新しい「精
細」推定位置を得るステップ。
【００５４】ステップ１から５（または０から６）が同
じ先行の「精細」推定位置を使って数回繰り返される場
合、所定の一組の可能な位置の最適な新しい「精細」推
定位置を決定する追加のステップを提供する必要があ
る。この所定の組は例えば先行の「精細」推定位置を中
心とする、先行の「精細」推定位置の推定値の不確実性
に等しい半径を有する円形表面内のすべての点を含む。
【００５５】ステップ７で、ステップ１から５または０
から６を、少なくとも１０°離れた端末から見て方位角
θおよび／または仰角αの位置にある同じ衛星を使って
毎回新たに繰り返すと有利である。
【００５６】これによって衛星の位置の偏りが減少す
る。例えば、低軌道（ＬＥＯ）の衛星の場合、前述の条
件を満足することは同じ衛星を使って五分間間隔をあけ
て測定を行うという結論になる。
【００５７】有利な変形形態では、ステップ７のステッ
プ１から５または０から６を、異なる衛星を使って毎回
新たに繰り返す。
【００５８】本発明のその他の特徴および有利な点は、
例示的かつ非制限的な例による以下の本発明の好ましい
実施形態の説明と添付の図面から明らかになろう。
【００５９】
【発明の実施の形態】本発明は衛星通信システムの固定
端末の位置決定方法に関する。
【００６０】従来の方法では、すでに詳述したように、
衛星通信システムは衛星のコンステレーション、複数の
ゲートウェイ局および複数の固定端末を含む。
【００６１】図１の具体的な実施形態では、本発明の位
置決定方法は次の段階を含む。
【００６２】− 例えば±１００ｋｍの精度の「粗い」
位置決定段階１ − 例えば±３５０ｍの精度の「中間」位置決定段階２ − 例えば±６０ｍの精度の「精細」位置決定段階３ 例を使って各端末が二つの異なる衛星から送信される情
報を同時に受信できる二本の指向性アンテナを備えてい
ると仮定する。それにもかかわらず、各端末は三つ以上
の衛星から同時に受信する手段を含むことができるのは
明らかである。
【００６３】「粗い」位置決定段階１の特定の実施形態
について図２から図６を参照しながら以下に説明する。
【００６４】図２の簡略化した流れ図に示すように、こ
の特定の実施形態では、「粗い」位置決定段階１は次の
ステップを含む。
【００６５】− 端末が、その方位角θを変更して所定
の仰角αの衛星を探索して捕捉するステップ（２０）； − 端末が、捕捉した衛星から捕捉した衛星の位置に関
する情報を受信するステップ（２１）； − 端末が、捕捉した衛星の位置に関する情報から所定
の地球モデルに投影され、端末が位置する等仰角表面を
計算するステップ（２２）； − 端末が、上記のステップ２０から２２を繰り返して
総計Ｎ≧３の繰り返しを実行するステップ。したがって
端末は、端末が位置するＮ個の等仰角表面を計算する。
上記のステップ２０から２２のＮ回の繰り返しの間に捕
捉されたＮ個の衛星は、端末から見て例えば少なくとも
３０°離れた方位角θを備える。連続した繰り返しの間
に捕捉されたＮ個の衛星のうち、少なくとも一つが端末
から見て他の二つの衛星の方位角から少なくとも１０°
離れている方位角θを備える。
【００６６】− 端末が、Ｎ個の等仰角表面の交点を計
算して「粗い」推定位置を決定する（２３）ステップ。
【００６７】ステップ２０の間に端末は、衛星が地球か
ら所定の距離（例えば１５００ｋｍ）にあるという情報
に基づいて、衛星が見つかる可能性があるリング内で衛
星を探索する。図３および図４は、端末Ｔが所与の仰角
αを備えた衛星Ｓを探索する際に用いるこの種のリング
３０の透視図と平面図である。この探索および捕捉段階
２０の間、端末の二本の指向性アンテナは同じ仰角で回
転し、方位角θを中心に約１８０°をそれぞれカバーす
る。
【００６８】図５および６は、それぞれのステップ２２
の間に端末Ｔが計算した等仰角表面の側面図および上面
図（衛星Ｓから見た）である。完璧な球形の地球モデル
上への投影を考慮し、仰角αに関する不確実性δαのた
め、等仰角表面はリング５０である。明らかに別のより
複雑な地球モデルも本発明の範囲を逸脱することなく同
様に考慮することができる。
【００６９】この「粗い」位置決定段階１の最後に、端
末は例えば精度が２００ｋｍ以内の（すなわち±１００
ｋｍ以内の）「粗い」推定位置２４を得る。また端末
は、以降の「中間」および「精細」位置決定段階を通し
て、１秒未満の時間基準を保持できる数ミリ秒の時間修
正と共に連続的に捕捉されたＮ個の衛星の位置と端末の
「粗い」位置とを使って、方位角の偏りを例えば±２°
以内に修正することができる。
【００７０】「中間」位置決定段階２の特定の実施形態
について、図７および８を参照しながら以下に説明す
る。
【００７１】図７の簡略化した流れ図に示すように、こ
の特定の実施形態では、「中間」位置決定段階１は次の
ステップを含む。
【００７２】− 第一の時刻ｔ１’に、端末が、第一の
アクティブな衛星（「衛星１」）から第一のアクティブ
な衛星による第一の情報の送信時刻ｔ１と時刻ｔ１にお
ける第一のアクティブな衛星の位置ｐ１とに関する第一
の情報を受信する（７０）ステップ； − 前記第一の時刻ｔ１’と同じまたは近接した第二の
時刻ｔ２’に、前記固定端末が、第二のアクティブな衛
星（衛星２）から前記第二のアクティブな衛星による第
二の情報の送信時刻ｔ２と前記時刻ｔ２における前記第
二のアクティブな衛星の位置ｐ２とに関する第二の情報
を受信するステップ（７１）； − 端末が、その端末が位置している第一の双曲面Ｈ
1,2を計算する（７２）ステップ（詳細は以下を参
照）； − 端末はステップ７０から７２を繰り返してＮ≧３の
範囲で総計Ｎ回繰り返すステップ。したがって端末は端
末が位置するＮ個の双曲面を計算する。
【００７３】− さらに端末が「粗い」推定位置２４の
情報に基づいてＮ個の双曲面の交点を計算して「中間」
推定位置７４を決定するステップ（７３）。
【００７４】「粗い」推定位置２４ではなく（先行の）
「中間」推定位置７４を使って、端末は上記ステップ７
０から７２および上記のステップ７３のＮ回の繰り返し
を再度Ｍ回繰り返して、新しい「中間」推定位置７４’
をＭ回得ることができる。
【００７５】これらのＭ個の新しい「中間」推定位置
は、先行の繰り返しの中間推定位置または同じ（先行の
「粗い」または「中間」）推定位置からすべて連続して
計算できる。
【００７６】第二のケースでは、「中間」推定位置７４
を決定するステップ７３を最適化することができる。こ
れはエラーがＭ個の「中間」推定位置にわたって累積す
るか、同じ先行の「粗い」または「中間」推定位置から
計算される場合に端末の「中間」推定位置のエラーを最
小化する所定の一組の点から点Ｐを探索することで実行
される。この所定一組の点は、例えば「粗い」推定位置
（「中間」推定位置の第一の計算の場合）または先行の
「中間」推定位置（新しい「中間」推定位置の各計算の
場合）を中心とし、円の中心である（先行の「粗い」ま
たは「中間」）推定位置の不確実性である半径を備えた
円形表面である。
【００７７】ステップ７２で端末によって計算される各
双曲面Ｈi,jは次式による。
【００７８】Ｈi,j＝ｄｊ−ｄｉ＝（ｔｊ’−ｔｊ）・
ｃ−（ｔｉ’−ｔｉ）・ｃ 上式で − ｄｉは時刻ｔｉにおける端末とｉ番目のアクティブ
な衛星の位置ｐｉとの距離であり、 − ｄｊは時刻ｔｊにおける端末とｊ番目のアクティブ
な衛星の位置ｐｊとの距離であり、 − ｔｉおよびｔｊはそれぞれｉ番目およびｊ番目の衛
星によるｉ番目およびｊ番目の送信時刻であり、 − ｔｉ’およびｔｊ’は端末によるｉ番目およびｊ番
目の受信時刻であり、 − ｃは光速である。
【００７９】各双曲面Ｈi,jを定義する方程式は次のよ
うに記述することもできる。
【００８０】Ｈi,j＝ｄｊ−ｄｉ＝（ｔｊ’−ｔｉ’）
・ｃ−（ｔｊ−ｔｉ）・ｃ＝Δｔ’・ｃ−Δｔ・ｃ 端末はｔｉおよびｔｊを受信するため、Δｔ’およびΔ
ｔを計算できる。端末はｔｉ’およびｔｊ’自体を測定
する。したがって、それぞれ時刻ｔｉおよびｔｊにおけ
るｉ番目およびｊ番目の衛星の位置ｐｉおよびｐｊを知
ることで端末は双曲面Ｈi,jを計算できる。
【００８１】双曲面Ｈi,jは、所与の時刻における同時
にアクティブな二つのアクティブな衛星のいずれか、ま
たは衛星間のハンドオフの間にのみ同時にアクティブな
二つのアクティブな衛星（それぞれ出てゆく衛星と進入
してくる衛星）を使って計算される。
【００８２】端末の二本の指向性アンテナはそれぞれ別
個の衛星を指している。前述したように、端末は三つ以
上のアクティブな衛星から同時に受信が可能であること
は明らかで、その場合、複数の双曲面が受信した情報か
ら計算できる。それぞれの一対の衛星は一つの双曲面を
計算するのに使用される。
【００８３】図８にそれぞれの関連要素を備えた（すな
わち、ｔ１は第一の衛星、ｔ２は第二の衛星、ｔ１’お
よびｔ２’は端末）時刻ｔ１、ｔ２、ｔ１’、およびｔ
２’を時間間隔ΔｔおよびΔｔ’と共に示す。また図８
にゲートウェイ局が時刻ｔS 1およびｔS 2に、第一および
第二の衛星が時刻ｔ１およびｔ２に送信する第一および
第二の情報を送信する様子を示す。図示の例では、ゲー
トウェイ局は第一および第二の衛星によって送信された
第一および第二の情報（時刻ｔS 1およびｔS 2に）がほぼ
同時に（時刻ｔGW 0に）ゲートウェイ局によって受信さ
れるよう時間的事前補償をかけて送信する（時刻ｔS 1お
よびｔS 2に）ことに注意されたい。
【００８４】この「中間」位置決定段階１の最後に、端
末は例えば精度が±３５０ｍ以内の「中間」推定位置７
４または７４’を備える。
【００８５】「精細」位置決定段階３の第一および第二
の実施形態について図９、１０および１１を参照しなが
ら以下に説明する。
【００８６】第一の特定の実施形態では、「精細」位置
決定段階３は次のステップを含む。
【００８７】− ゲートウェイ局（端末が位置するセル
に関連付けられた）が、アクティブな衛星経由で端末へ
所定メッセージを送信する（９０）ステップ。図１０に
示すように、ゲートウェイ局は時刻ｔGW 0に、衛星は時
刻ｔS 0に送信する。
【００８８】− 端末が、所定メッセージを時刻ｔT 0に
受信し、その「中間」推定位置およびアクティブな衛星
のリアルタイムの位置情報に基づいて、所定メッセージ
の受信時刻ｔT 0と応答メッセージの送信時刻ｔTの時間
間隔ΔｔTを特に示す応答メッセージを生成してアクテ
ィブな衛星経由でゲートウェイ局へ送信する（９１）ス
テップ。図１０に示すように、衛星は時刻ｔSに端末が
時刻ｔTに送信された応答メッセージを送信する。
【００８９】− 時刻「実測ｔGW」に、ゲートウェイ局
が応答メッセージを受信して、それから端末からの応答
メッセージのタイミング繰り上げΔｔTAに関する情報を
計算する（９２）ステップ。ゲートウェイ局は「実測ｔ
GW」受信時刻と「予測ｔGW」受信時刻の差ΔｔTAを計算
する。使用する推定位置が端末の実際の位置と正確に同
じである場合に限って、タイミング繰り上げは零であ
る、すなわち、ΔｔTA＝０である。
【００９０】− ゲートウェイ局がアクティブな衛星経
由でタイミング繰り上げΔｔTAに関する情報を端末へ送
信する（９３）ステップ。
【００９１】− タイミング繰り上げΔｔTAおよび「中
間」推定位置に関する情報から、端末がその「精細」推
定位置９５を計算する（９４）ステップ。
【００９２】− 「中間」推定位置７４または７４’で
はなく先行の「精細」推定位置９５を使って、端末が再
度ステップ９０から９２をＭ回繰り返し、新しい「精
細」推定位置９５’を得るステップ。これらのＭ回の繰
り返しは、例えば、別個の衛星を使って行われる。この
繰り返しが同じ衛星を使って行われる場合、衛星は二つ
の連続した繰り返しで少なくとも１０°離れた端末から
見て方位角θおよび／または仰角αを備えることが好ま
しい。
【００９３】Ｍ個の新しい「精細」推定位置は、先行す
る繰り返しの「精細」推定位置または同じ（先行の「中
間」または「精細」）推定位置のいずれかを用いて連続
的に計算できる。
【００９４】第二のケースでは「精細」推定位置９５を
決定するステップ９４が最適化される。これはエラーが
Ｍ個の「精細」推定位置にわたって累積するか、同じ先
行の「中間」または「精細」推定位置から計算される場
合に、端末の「精細」推定位置のエラーを最小化する所
定の一組の点から点Ｐを探索することで実行される。こ
の所定の一組の点は、例えば「中間」推定位置（「精
細」推定位置の第一の計算の場合）または先行の「精
細」推定位置（新しい「精細」推定位置の各計算の場
合）を中心とする、円の中心と同じ（先行の「中間」ま
たは「精細」）推定位置の不確実性である半径を有する
円形表面である。
【００９５】図１１の流れ図に示す「精細」位置決定段
階３の第二の実施形態は、端末の「精細」推定位置の決
定を完了するのが端末ではなくゲートウェイ局である点
で第一の実施形態と異なる。
【００９６】「精細」位置決定段階の第二の実施形態
は、図９に示す上記のステップ９０から９３に加えて、
次の先行および最終ステップを含む。
【００９７】− 端末がアクティブな衛星経由でその
「精細」推定位置に関する情報をゲートウェイ局へ送信
する（１１０）ステップ； − ゲートウェイ局がアクティブな衛星経由で端末の
「中間」推定位置を端末へ送信する（１１２）ステッ
プ。
【００９８】また、図９のステップ９４は次のステップ
１１１と差し替えられる。
【００９９】− タイミングおよび「中間」推定位置に
関する情報から、ゲートウェイ局は端末の「精細」推定
位置を計算する（１１１）ステップ。
【０１００】本発明の他の多くの実施形態が考慮できる
ことは明らかである。特に上記の「中間」位置決定段階
と対応するその他の「粗い」および「精細」位置決定段
階を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置決定方法の特定の実施形態の簡略
化した流れ図である。
【図２】図１の流れ図に示す「粗い」位置決定段階の特
定の実施形態の簡略化した流れ図である。
【図３】図２の流れ図の各ステップを説明するのに使用
する所与の仰角にある衛星探索リングの透視図である。
【図４】図２の流れ図の各ステップを説明するのに使用
する所与の仰角にある衛星探索リングの平面図である。
【図５】図２の流れ図の各ステップを説明するのに使用
する等仰角表面の衛星から見た側面図である。
【図６】図２の流れ図の各ステップを説明するのに使用
する等仰角表面の衛星から見た上面図である。
【図７】図１の流れ図に示す「中間」位置決定段階の一
つの特定の実施形態の簡略化された流れ図である。
【図８】図７の流れ図のいくつかのステップを示すタイ
ミング図である。
【図９】図１の流れ図に示す「精細」位置決定段階の第
一の特定の実施形態の簡略化した流れ図である。
【図１０】図９の流れ図のいくつかのステップを示すタ
イミング図である。
【図１１】図１の流れ図に示す「精細」位置決定段階の
第二の特定の実施形態の簡略化された流れ図である。
【符号の説明】
３０ リング ５０ リング

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 衛星のコンステレーションと、それぞれ
    が個別の地理的なセルに関連付けられ、地上遠隔通信ネ
    ットワークに接続された複数のゲートウェイ局と、複数
    の固定端末とを備えた衛星通信システムの固定端末の位
    置決定を行う方法であって、 該衛星通信システムは、一つまたは複数の衛星が、所与
    のゲートウェイ局から観測できる場合にのみそのゲート
    ウェイ局に関してアクティブであり、各衛星が、それに
    関してアクティブであるゲートウェイ局から情報を受信
    し、その情報をそのカバレージエリア内の一つあるいは
    複数の固定端末へ送信し、各衛星がそのカバレージエリ
    ア内の固定端末から情報を受信して、それに関してアク
    ティブであるゲートウェイ局へその情報を送信するシス
    テムであり、該方法は、 ｉ 第一の時刻ｔ１’に、前記固定端末が、第一のアク
    ティブな衛星から、前記第一のアクティブな衛星による
    第一の情報の送信時刻ｔ１と前記時刻ｔ１における前記
    第一のアクティブな衛星の位置ｐ１とに関する第一の情
    報を受信するステップと、 ｉｉ 前記第一の時刻ｔ１’と同じまたは近接した第二
    の時刻ｔ２’に、前記固定端末が、第二のアクティブな
    衛星から、前記第二のアクティブな衛星による第二の情
    報の送信時刻ｔ２と前記時刻ｔ２における前記第二のア
    クティブな衛星の位置ｐ２とに関する第二の情報を受信
    するステップと、 ｉｉｉ 前記固定端末が前記固定端末が位置している第
    一の双曲面Ｈ1,2を次式によって計算するステップであ
    って、 Ｈ1,2＝ｄ２−ｄ１＝（ｔ２’−ｔ２）・ｃ−（ｔ１’
    −ｔ１）・ｃ 上式で、 ｄ１は時刻ｔ１における固定端末と前記第一のアクティ
    ブな衛星の位置ｐ１との距離であり、 ｄ２は時刻ｔ２における固定端末と前記第二のアクティ
    ブな衛星の位置ｐ２との距離であり、 ｔ１およびｔ２はそれぞれ前記第一および第二の衛星に
    よる第一および第二の送信時刻であり、 ｔ１’およびｔ２’は固定端末による第一および第二の
    受信時刻であり、 ｃは光速であるステップと、 ｉｖ 前記固定端末が、ステップｉからｉｉｉを少なく
    とも二回繰り返して、前記固定端末が位置する少なくと
    も第二および第三の双曲面を計算するステップと、 ｖ 前記固定端末が、前記固定端末の「粗い」推定位置
    が既知であると仮定して、前記第一の双曲面と少なくと
    も第二および第三の双曲面との交点を計算して「中間」
    推定位置を決定するステップとを含む「中間」位置決定
    段階を含む方法。
  2. 【請求項２】 前記ステップｉｖで、 前記第一および第二の衛星とは別個の一対の衛星と、 一方が前記第一および第二の衛星の一つであり、他方が
    前記第一および第二のとは別個である一対の衛星とを含
    む群に属する一対の衛星を使ってステップｉからｉｉｉ
    をそれぞれ新たに繰り返す請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記「中間」位置決定段階がさらに、 ｖｉ 前記固定端末が、前記「粗い」推定位置ではなく
    先行の「中間」予測位置を使って、ステップｉからｖを
    少なくとも一回繰り返して新しい「中間」推定位置を得
    るステップを含む請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記第一および第二の衛星がそれに関し
    てアクティブなゲートウェイ局が、前記第一および第二
    の衛星による送信後に、前記第一および第二の情報が前
    記ゲートウェイ局によってほぼ同時に受信されるように
    時間的事前補償をかけて第一および第二の情報を送信す
    る請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 第一および第二のアクティブな衛星から
    なる一対の衛星が、 二つの衛星が常に同時にアクティブである複数対の衛星
    と、 それぞれ出てゆく衛星と進入してくる衛星との二つの衛
    星が、衛星間のハンドオフの間に除外的に同時にアクテ
    ィブとなって、ゲートウェイ局が観測できなくなりつつ
    ある出てゆく前記アクティブな衛星を次第に観測できる
    ようになる進入してくる前記アクティブな衛星に切り替
    えることができる、複数対の衛星と、を含む群に属する
    請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 それぞれの固定端末が、少なくとも二つ
    の異なる衛星から送信される情報を同時に受信する手段
    を備える請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 少なくとも二つの異なる衛星から送信さ
    れる情報を同時に受信する前記手段が、別個の衛星を指
    向する少なくとも二本の指向性アンテナを備える請求項
    ６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記「中間」位置決定段階の前に、 ａ 前記固定端末が、その方位角θを変更して所定の仰
    角αの衛星を探索して捕捉するステップと、 ｂ 前記固定端末が、捕捉した前記衛星から捕捉した前
    記衛星の位置に関する情報を受信するステップと、 ｃ 前記固定端末が、捕捉した衛星の位置に関する前記
    情報から、所定の地球モデルに投影され前記固定端末が
    位置する等仰角表面を計算するステップと、 ｄ 前記固定端末が、前記固定端末が位置する少なくと
    も二つの他の等仰角表面を計算するためにステップａか
    らｃを少なくとも二回繰り返すステップと、 ｅ 前記固定端末が、少なくとも三つの等仰角表面の交
    点を計算して「粗い」推定位置を決定するステップとを
    含む、「粗い」位置決定段階を含む請求項１に記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 ステップａからｃの連続する繰り返しの
    間に捕捉された少なくとも三つの前記衛星のうちで少な
    くとも一つが、前記固定端末から見て他の二つの衛星の
    方位角から少なくとも１０°離れた方位角θを備える請
    求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記ステップａで、前記二つの指向性
    アンテナが同じ仰角で回転し、方位角θを中心に約１８
    ０°をそれぞれカバーする請求項８に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記「中間」位置決定段階に続いて、 １ 前記固定端末が位置する地理的なセルに関連付けら
    れたゲートウェイ局が、前記ゲートウェイ局に関してア
    クティブな衛星を経由して所定のメッセージを前記固定
    端末へ送信するステップと、 ２ 前記固定端末が所定のメッセージを受信し、前記コ
    ンステレーションの衛星のその「中間」推定位置および
    リアルタイムの位置を知って、前記アクティブな衛星経
    由で前記ゲートウェイ局へ、特に前記所定のメッセージ
    の受信と前記応答メッセージの送信の時間間隔を示す応
    答メッセージを生成し送信するステップと、 ３ 前記ゲートウェイ局が、前記応答メッセージから前
    記固定端末のタイミング繰り上げに関する情報を計算す
    るステップと、 ４ 前記ゲートウェイ局が、前記アクティブな衛星を経
    由して前記固定端末へタイミング繰り上げに関する前記
    情報を送信するステップと、 ５ 前記固定端末が、タイミング繰り上げに関する前記
    情報と前記「中間」推定位置とから、その「精細」推定
    位置を計算するステップとを含む「精細」位置決定段階
    を含む請求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記「精細」位置決定ステップがさら
    に、 ０ 前記固定端末が、前記アクティブな衛星経由で「中
    間」推定位置に関する情報を前記ゲートウェイ局へ送信
    するステップと、 ６ 前記ゲートウェイ局が、前記アクティブな衛星経由
    で固定端末の前記「精細」推定位置を前記固定端末へ送
    信するステップとの予備および最終ステップを含み、 さらにステップ５が、 ５ タイミング繰り上げおよび「中間」推定位置に関す
    る前記情報から、前記ゲートウェイ局が固定端末の「精
    細」推定位置を計算するステップと差し替えられる請求
    項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記の「精細」位置決定段階がさら
    に、 ７ 前記「中間」推定位置の代わりに先行の「精細」推
    定位置を使って、前記固定端末がステップ１から５また
    は０から６を少なくとも一回繰り返して、新しい「精
    細」推定位置を得るステップを含む請求項１１に記載の
    方法。
  14. 【請求項１４】 ステップ７で、前記固定端末から見て
    少なくとも１０°離れた方位角θおよび／または仰角α
    の位置にある同じ衛星を使ってステップ１から５または
    ０から６を毎回新たに繰り返す請求項１３に記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】 ステップ７におけるステップ１から５
    または０から６を、異なる衛星を使って毎回新たに繰り
    返す請求項１３に記載の方法。
JP10236964A 1997-08-25 1998-08-24 衛星のコンステレーションを用いる固定端末の位置決定方法 Pending JPH11133132A (ja)

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FR9710602 1997-08-25
FR9710602A FR2767616B1 (fr) 1997-08-25 1997-08-25 Procede de localisation d'un terminal fixe grace a une constellation de satellites

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JP10236964A Pending JPH11133132A (ja) 1997-08-25 1998-08-24 衛星のコンステレーションを用いる固定端末の位置決定方法

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CA (1) CA2243620A1 (ja)
DE (1) DE69801879T2 (ja)
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