JPH11160412A - 衛星測位補助システム - Google Patents

衛星測位補助システム

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JPH11160412A
JPH11160412A JP10252833A JP25283398A JPH11160412A JP H11160412 A JPH11160412 A JP H11160412A JP 10252833 A JP10252833 A JP 10252833A JP 25283398 A JP25283398 A JP 25283398A JP H11160412 A JPH11160412 A JP H11160412A
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wireless
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のシステムにおけるコストや制限の多く
を回避して、ワイヤレス端末の位置を決定する。従来の
ワイヤレス端末よりも安価で、従来のワイヤレス端末よ
りも弱い信号を受信することができ、従来のワイヤレス
端末よりもすばやく位置を決定することができるような
ワイヤレス端末を実現する。 【解決手段】 従来のワイヤレス端末に要求される信号
獲得および信号処理のタスクを、ワイヤレス端末５０１
と補助システム５０５の間で分割する。特に、従来のワ
イヤレス端末に通常要求される条件は補助システム５０
５に移される。補助システム５０５は、ワイヤレス通信
リンク５０４を通じてワイヤレス端末５０１に有用な情
報を提供する。補助システム５０５は、衛星の天体暦に
関する情報を獲得し、それを部分的に処理し、ワイヤレ
ス端末５０１に有用な形式でそれをワイヤレス端末５０
１へ送信する

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、衛星測位システム
に関し、特に、ナビゲーション衛星から送信される信号
からワイヤレス端末がその位置を決定するのを支援す
る、通信による補助システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧＰＳ(Global Positioning System)の
ような衛星測位システムは、ワイヤレス端末が周知の方
法でそのワイヤレス端末の位置を決定するために使用可
能な信号を送信する衛星のコンステレーションからな
る。一般に、各衛星によって送信される信号は、（１）
衛星軌道データ、（２）システムタイミング、および
（３）距離測定情報、という３つのタイプの情報を伝達
する。ワイヤレス端末は、３個以上の衛星からこれらの
信号を獲得することができると、周知のような三角測量
によってその位置を決定することができる。図１は、従
来の衛星測位システムの概略図である。
【０００３】従来のワイヤレス端末は、ある程度の精度
でその位置を決定することができるが、電離層および大
気のゆらぎや送信信号自体のジッタにより、従来のワイ
ヤレス端末は高精度でその位置を決定することができな
い。これらの要因の影響を軽減し、それにより、ワイヤ
レス端末がその位置を確認することができる精度を改善
するために、例えばディファレンシャル（差分）ＧＰＳ
（ＤＧＰＳ）のような別の衛星測位システムが開発され
ている。図２は、ディファレンシャルＧＰＳの概略図で
ある。
【０００４】当業者に周知のように、ＤＧＰＳは、地上
基準受信器２０５、衛星コンステレーション２０３およ
びワイヤレス端末２０１からなる。地上基準受信器２０
５のいちは静止しており、従来の測量技術により正確に
知られる。ＤＧＰＳの基礎となる理論は、ワイヤレス端
末２０１が地上基準受信器２０５の近傍（例えば５０マ
イル以内）にあるとき、ワイヤレス端末２０１と地上基
準受信器２０５は両方とも同じ電離層および大気のゆら
ぎならびに信号ジッタを受けると期待されるということ
にある。地上基準受信器２０５は、衛星コンステレーシ
ョン２０３からの信号を用いてその位置を評価し、既知
の正確な位置を用いて、評価した位置と既知の正確な位
置の間の誤差を計算する。この誤差すなわち「差分」
は、電離層および大気のゆらぎならびに信号ジッタによ
る、評価された位置の不正確さを表すベクトルである。
ワイヤレス端末２０１は、従来の手段によりその位置を
評価すると、地上基準受信器２０５から受信される差分
ベクトルを用いて、電離層および大気のゆらぎならびに
信号ジッタの影響を差し引く。
【０００５】図３は、従来のTidget（登録商標）衛星測
位システムの概略図である。Tidgetシステムにおけるワ
イヤレス受信器は、ワイヤレス端末の位置を計算しな
い。その代わりに、Tidgetシステムにおけるワイヤレス
受信器は、次のような意味で、ワイヤレス中継器のよう
に作用する。すなわち、ワイヤレス受信器は、衛星コン
ステレーションから信号を受信した後、その信号を処理
せずにリモートの処理設備へ中継し、リモート処理設備
は、その信号を用いて、Tidgetワイヤレス端末の位置を
決定する。Tidgetシステムの利点は、ワイヤレス端末の
位置を計算するのに必要となる高価な回路をワイヤレス
端末から除くことによってワイヤレス端末のコストが削
減されることにある。ワイヤレス端末が自己の位置を知
っているよりも、リモート設備がワイヤレス端末の位置
を知っているほうが有利である場合、Tidgetシステム
は、実際に、ワイヤレス端末の位置をリモート設備に中
継するという点で、有利である。
【０００６】図４は、従来のTendler（登録商標）衛星
測位システムの概略図である。このシステムにより構成
されたワイヤレス端末は、衛星コンステレーションから
その位置を決定するのに必要な回路と、決定された位置
を、ワイヤレス通信システムを介して他者へ送信するワ
イヤレス電話送信器の両方を含む。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】衛星測位システムにお
いてなされたこれらの進展にもかかわらず、いまだに制
限が存在する。一般に、衛星コンステレーションからの
信号の強度は、建物やその他の陰になる環境で強く減衰
されるため、ワイヤレス端末が受信することができなく
なる。さらに、ワイヤレス端末は、その位置を決定する
のに必要とする信号を衛星から獲得するのに数分かかる
こともある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の実施例は、ナビ
ゲーション衛星から送信される信号からワイヤレス端末
がその位置を決定するのを支援することができる。特
に、本発明の実施例により支援されるワイヤレス端末
は、従来のワイヤレス端末よりも安価である。さらに、
本発明の実施例により支援されるワイヤレス端末は、従
来のワイヤレス端末よりも弱い信号を受信し使用するこ
とができる。さらに、本発明の実施例により支援される
ワイヤレス端末は、従来のワイヤレス端末よりもずっと
すばやくその位置を決定することができる。
【０００９】本発明の実施例による補助システムは、通
常はワイヤレス端末のみによって行われる信号獲得およ
び信号処理のタスクを、ワイヤレス端末と補助システム
の間で分割することにより、ワイヤレス端末を支援す
る。特に、従来のワイヤレス端末に通常要求される条件
はこの補助システムに移される。補助システムは、ワイ
ヤレス通信リンクを通じてワイヤレス端末に有用な情報
を提供することができる。
【００１０】衛星測位システムのコンステレーションに
おける各衛星によって送信される各信号は、独立の獲得
および独立の処理に対応した異なる２種類の情報を伝達
するので、ワイヤレス端末と補助システムの間で信号獲
得と信号処理のタスクを分割することが可能である。そ
れらの２種類の情報とは、（１）距離測定情報、および
（２）衛星の天体暦(ephemeris)に関する情報、であ
る。
【００１１】衛星の天体暦に関する情報は、受信器の位
置にかかわらず、すべての受信器に対して同一である。
これに対して、距離測定情報（これは、各衛星から受信
器までの距離を受信器に対して示す。）は、位置に依存
し、そのワイヤレス端末自体でしか受信することができ
ない。従って、補助システムは、衛星の天体暦に関する
情報を獲得し、それを部分的に処理し、ワイヤレス端末
に有用な形式でそれをワイヤレス端末へ送信することに
よって、ワイヤレス端末を支援することができる。
【００１２】補助システムが、ワイヤレス端末のために
衛星の天体暦に関する情報を獲得することにより、ワイ
ヤレス端末による信号獲得および信号処理の要求が削減
される。さらに、ワイヤレス端末は、実際に、補助シス
テムが部分的に処理した情報を用いることにより、距離
測定信号を、それが弱いときでも、すばやく獲得するこ
とが支援される。
【００１３】ワイヤレス端末が、ワイヤレス通信端末
（例えば、セルラ電話機、携帯用データ入力装置など）
の機能を提供することができる場合、本発明の実施例に
よれば、そのワイヤレス端末の位置を決定する回路を、
比較的低コストで、ワイヤレス端末に追加することがで
きる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図５に、本発明の実施例による衛
星測位システムを示す。図示した衛星測位システムは、
ワイヤレス端末５０１、衛星コンステレーション５０
３、補助システム５０５およびタイミング源５０７から
なる。衛星コンステレーション５０３は、周知のＧＰＳ
であり、これについてはこれ以上説明しない。本発明に
従って、他の衛星コンステレーションで動作するような
本発明の実施例をどのように構成するかは、当業者には
明らかである。
【００１５】本実施例の主な目標は、従来のワイヤレス
端末の信号獲得および信号処理の要求を削減して、本実
施例によるワイヤレス端末が、従来のワイヤレス端末よ
りもすばやく、より弱い信号でも、その位置を決定する
ことができるようにすることである。本実施例によれ
ば、ワイヤレス端末５０１の信号獲得および信号処理の
要求は、補助システム５０５を追加することにより削減
される。特に、従来のワイヤレス端末がその位置を決定
するのに必要とされる信号獲得および信号処理のタスク
は、ワイヤレス端末５０１と補助システム５０５の間で
分割される。
【００１６】ワイヤレス端末５０１と補助システム５０
５の間で信号処理タスクをどのように分割することがで
きるかは、当業者には明らかである。信号処理タスクの
好ましい分割を達成する必要に応じて、部分的に処理さ
れた信号情報は、これら２つの間で、ワイヤレス通信リ
ンク５０４を通じて交換される。
【００１７】衛星コンステレーション５０３における各
衛星によって送信される各信号は、独立の獲得および独
立の処理に対応した異なる２種類の情報を伝達するの
で、ワイヤレス端末５０１と補助システム５０５の間で
信号獲得と信号処理のタスクを分割することが可能であ
る。それらの２種類の情報とは、（１）距離測定情報、
および（２）衛星の天体暦(ephemeris)に関する情報、
である。具体的には、ＧＰＳ信号は、例えば、セルラ電
話機の無線信号が音声データで変調されるのと同様にし
て、ディジタル情報で変調される。このような情報は、
対応する受信器によって検出され復号される。受信器に
よって復元された情報は、送信器によって信号上に変調
された情報の正確な複製（ノイズ、歪みなどによる不要
なエラーを除いては）であり、受信器の位置にかかわら
ず、すべての受信器に対して同一である。この情報を
「衛星の天体暦に関する情報」という。
【００１８】これに対して、測位システムでは、信号の
正確なタイミングにも重要な情報がある。送信器は、何
らかの正確な基準に従って、送信信号のタイミングを調
整し、受信器によって受信される信号のタイミングが、
送信器と受信器の間の距離に関する（従って、受信器の
位置に関する）情報を伝達するようにしている。このよ
うな情報は、受信器ごとに異なり、受信器自体でしか利
用可能でない。この情報を「距離測定情報」という。
【００１９】例えば、コンステレーション５０３におけ
る各衛星は、両方の種類の情報を含む信号５０２をワイ
ヤレス端末５０１および補助システム５０５の両方へ送
信するので、衛星の天体暦に関する情報のうちの一部あ
るいは全部は、アンテナ５５３を通じて補助システム５
０５によって獲得されるが、補助システム５０５によっ
て獲得される距離測定情報は、補助システムアンテナ５
５３の位置に関するものであって、ワイヤレス端末５０
１の位置に関するものではない。しかし、補助システム
５０５は、ワイヤレス端末５０１のおよその位置につい
ての知識を有する（例えば、移動機が位置するセルおよ
びセクタの知識を通じて）ため、補助システム５０５
は、この知識を、獲得した距離測定情報、および、衛星
の天体暦情報と組み合わせて、ワイヤレス端末５０１の
位置における距離測定情報の推定値を計算する。この推
定値は、衛星の天体暦情報とともに、ワイヤレス通信ア
ンテナ５５１を通じて、ワイヤレス端末５０１へ送信さ
れ、ワイヤレス端末５０１が距離測定情報を獲得し処理
するのを支援する。
【００２０】距離測定情報がワイヤレス端末５０１によ
って獲得されると、ワイヤレス端末５０１は、衛星天体
暦情報および距離測定情報を用いて、その位置を決定す
ることができる。あるいは、ワイヤレス端末５０１は、
距離測定情報を補助システム５０５へ送信して、補助シ
ステム５０５が、ワイヤレス端末５０１の位置を決定す
ることができる。
【００２１】ワイヤレス端末５０１は、衛星の天体暦に
関する情報の一部あるいは全部を獲得するタスクから解
放されており、距離測定情報の推定値を提供されるの
で、その情報の推定値の事前の知識により距離測定情報
を獲得し処理するという比較的容易なタスクを実行する
ことのみを必要とする安価な技術で製造することができ
る。さらに、衛星天体暦情報は、距離測定情報と同じキ
ャリア上に変調されるため、衛星の天体暦情報をワイヤ
レス端末５０１に提供することにより、ワイヤレス端末
５０１は、アンテナ５１２を通じて受信される衛星信号
から衛星の天体暦情報を除去することによって、従来の
ワイヤレス端末の動作には不適当な信号対雑音比の低い
フェージング条件下でも、距離測定情報を獲得すること
が可能となる。
【００２２】補助システム５０５は、地上設備、空輸設
備、あるいは、地球周回軌道の人工衛星とすることが可
能である。しかし、ディファレンシャルＧＰＳの地上基
準受信器とは異なり、補助システム５０５の位置は、静
止している必要はなく、また、その正確な位置が既知で
ある必要もない。
【００２３】図６は、補助システム５０５の特徴的な構
成要素のブロック図である。補助システム５０５は、タ
イミング信号受信器６０３、タイミング信号アンテナ５
５２、粗位置評価器６０１、通信システムマネージャ６
１７、ＧＰＳ受信器６０５、ＧＰＳ受信器アンテナ５５
３、タイミング信号較正器６０７、ＰＲＮ同期評価器６
０９、復調器６１１、衛星可視性評価器６１３、衛星ド
ップラー評価器６１５、通信送信器６１９および通信ア
ンテナ５５１からなる。
【００２４】一般に、補助システム５０５は、そのＧＰ
Ｓ受信器を用いて、地平線上の各衛星から、Ｃ／Ａ(Coa
rse Aquisition)符号を用いて周知のようにして距離測
定情報および衛星の天体暦に関する情報の両方を取得す
る。Ｐ（Ｙ）あるいはＰ符号を用いて本発明の実施例を
どのように構成し使用するかは当業者には明らかであ
る。距離測定情報および衛星天体暦情報を取得するプロ
セスで、補助システム５０５は、特に、（１）各衛星か
らのＰＲＮ同期（すなわち、各衛星によって送信される
ＰＲＮ符号の正確なタイミング）、（２）各衛星のドッ
プラーシフト、（３）いずれの衛星が地平線上にある
か、および（４）各衛星からの５０ｂｐｓ変調ビットス
トリーム、を知る。その後、補助システム５０５は、ワ
イヤレス通信チャネルを通じて、ワイヤレス端末５０１
へ、地平線上の各衛星について、（１）ＰＲＮ同期の評
価値、（２）ドップラーシフトの評価値、および（３）
５０ｂｐｓ変調ビットストリームを送信する。これらの
情報をまとめて「航行メッセージデータ」ということに
する。
【００２５】補助システム５０５が、ある地理的領域を
「セル」といういくつかの分割領域に分割したワイヤレ
ス通信システムの一部である場合、補助システム５０５
は、いずれのセルにワイヤレス端末５０１があるかを知
っているため、そのおよその位置を数マイル以内の範囲
で知っている。補助システム５０５は、ワイヤレス端末
５０１のおよその位置を（例えば数マイル以内で）知っ
ている場合、ワイヤレス端末５０１から見たＰＲＮ同期
およびドップラーシフトを正確に評価することができ
る。
【００２６】ＰＲＮ同期評価値、ドップラーシフト評価
値および５０ｂｐｓ変調ビットストリームは壊れやす
く、ワイヤレス端末５０１と補助システム５０５がＧＰ
ＳのＣ／Ａ符号の数チップ以内の範囲で同期している場
合にのみ有用であるため、ワイヤレス端末５０１および
補助システム５０５は互いに１μｓ以内に同期される。
これを実現するため、ワイヤレス端末５０１および補助
システム５０５は両方とも、周知のようにして、独立の
タイミング源５０７からタイミング同期信号を受信する
ことができる。あるいは、補助システム５０５がタイミ
ング源を有し、通信チャネルを通じてワイヤレス端末５
０１へ同期信号を送信することも可能である。
【００２７】例えば、補助システム５０５がＣＤＭＡワ
イヤレス通信システムの一部であり、ワイヤレス端末５
０１がＣＤＭＡ対応の場合、補助システム５０５および
ワイヤレス端末５０１は両方とも１μｓ以内に同期さ
れ、タイミング源５０７は不要である。ワイヤレス端末
５０１および補助システム５０５に対する同期をいかに
して行うかは当業者には明らかである。
【００２８】図６において、補助システム５０５がＩＳ
−９５ ＣＤＭＡ通信システムの一部である場合、通信
システムマネージャ６１７は、粗位置評価器６０１に対
して、ワイヤレス端末５０１が位置するセルを通知す
る。さらに、例えばワイヤレス端末５０１が迷子によっ
て運ばれているときには、通信システムマネージャ６１
７は、ワイヤレス端末５０１を探索するプロセスを起動
することができる。別の例として、ワイヤレス端末５０
１からの（米国の）「９１１」非常時サービス通話に応
じて、通信システムマネージャ６１７は、ワイヤレス端
末５０１を探索し、非常時サービス職員をワイヤレス端
末５０１の位置へ送る。位置に基づくサービスの別の例
では、自動車が故障した人が、＊ＴＯＷのようなコード
をワイヤレス端末５０１に入力する。すると、ワイヤレ
ス端末５０１は、＊ＴＯＷを通信システムマネージャ６
１７へ中継する。すると、通信システムマネージャ６１
７は、ワイヤレス端末５０１の位置を確認し、ワイヤレ
ス端末５０１と、そのワイヤレス端末５０１に最も近い
牽引サービスとの間の通話を確立する。
【００２９】粗位置評価器６０１は、通信システムマネ
ージャ６１７からの情報を用いて、ワイヤレス端末５０
１の位置の緯度および経度の評価値を生成する。この評
価値は、単にワイヤレス端末５０１を含むセルあるいは
セクタの中心の位置とすることも可能である。
【００３０】タイミング信号受信器６０３は、タイミン
グ源５０７が同期に必要なときに、ワイヤレス端末５０
１によって受信されるのと同じタイミング源５０７から
のタイミング信号を受信する。タイミング信号受信器６
０３とタイミング源５０７の位置は、タイミング信号較
正器６０７がタイミング源５０７とタイミング信号受信
器６０３の間のタイミング信号遅延、および、タイミン
グ源５０７とワイヤレス端末５０１の間のタイミング信
号遅延を正確に決定することができるように、十分な精
度で知られていなければならない。例えば、要求される
タイミング精度は、ワイヤレス端末５０１の位置の粗評
価値に基づいて、１μｓｅｃである。あるいは、タイミ
ング信号受信器６０３は、ＧＰＳコンステレーション５
０３からタイミング信号を受信することも可能である。
【００３１】ＧＰＳ受信器６０５は、ＧＰＳ受信器アン
テナ５５３を通じて、地平線上の衛星コンステレーショ
ン５０３における各衛星から信号を受信し、各信号の正
確な到着時刻（すなわち、そのＰＲＮ同期）を決定す
る。復調器６１１は、獲得した各信号を復調して、その
５０ｂｐｓ変調ビットストリームを回復する。ＰＲＮ同
期評価器６０９は、ワイヤレス端末５０１において見え
る各衛星からの各Ｃ／Ａ符号信号の正確な到着時刻を予
測し、これらの予測を用いて、それぞれのＣ／Ａ符号信
号の正しい逆拡散のためにワイヤレス端末５０１内のフ
ィールド受信器によって使用されるＰＲＮ系列タイミン
グを評価する。理解されるべき点であるが、ＰＲＮ同期
評価器６０９はワイヤレス端末５０１における正確なＰ
ＲＮ系列タイミングを決定することはできないが、良好
な評価値（例えば、１０〜２０チップ以内で正確なも
の）は、それがなければワイヤレス端末５０１が試行し
なければならない試行ＰＲＮ同期の回数を大幅に削減す
る。
【００３２】衛星可視性評価器６１３は、受信した変調
ビットストリームから衛星天体暦を抽出し、どの衛星が
ワイヤレス端末５０１の位置で見えるかを評価する。同
様に、衛星ドップラー評価器６１５は、受信した変調ビ
ットストリームから衛星天体暦情報を抽出し、どの衛星
がワイヤレス端末５０１の位置で見えるかを評価する。
通信送信器６１９は、衛星可視性評価値、各衛星のＰＲ
Ｎ同期評価値、各衛星のドップラーシフト評価値および
各衛星の５０ｂｐｓ変調ビットストリームを取り、地平
線上の各衛星の通信チャネルを通じてワイヤレス端末５
０１へ、（１）ＰＲＮ同期の評価値、（２）ドップラー
シフトの評価値、および（３）５０ｂｐｓ変調ビットス
トリーム、を送信する。補助システム５０５をどのよう
に構成し使用するかは当業者には明らかである。
【００３３】図７は、ワイヤレス端末５０１の主な構成
要素のブロック図である。ワイヤレス端末５０１は、端
末コントローラ７１０、ユーザインタフェース７２０、
通信送信器７４１、通信受信器７５１、フィールド受信
器７５３、タイミング受信器７５５、デュプレクサ７３
３およびアンテナ７３１からなり、図示のように相互接
続されている。
【００３４】必須ではないが、好ましくは、ワイヤレス
端末５０１は、代表的なワイヤレス端末（例えば、セル
ラ電話機）のすべての機能を実行することができる。特
に、ワイヤレス端末のユーザは、通信送信器７４１、通
信受信器７５１および補助システム５０５を通じて双方
向音声会話を行うことができる。
【００３５】航行メッセージデータが補助システム５０
５からワイヤレス端末５０１へ送信されるため、この航
行メッセージデータは通信受信器７５１を通じてワイヤ
レス端末５０１によって受信される。通信受信器７５１
は、この航行メッセージデータを端末コントローラ７１
０に送る。続いて、端末コントローラ７１０は、この航
行メッセージデータをフィールド受信器７５３に送る。
【００３６】上記のように、ワイヤレス端末５０１は、
同期の目的でシステムタイミングをも受信する。このタ
イミング信号は、タイミング源５０７から送信される
と、タイミング受信器７５５を通じてワイヤレス端末５
０１によって受信される。タイミング受信器７５５は、
このタイミング信号を端末コントローラ７１０に送る。
続いて、端末コントローラ７１０は、このタイミング信
号をフィールド受信器７５３に送る。あるいは、タイミ
ング信号は、補助システム５０５から送信されると（ワ
イヤレス端末５０１および補助システム５０５がＣＤＭ
Ａ通信システムの一部である場合のように）、通信受信
器７４１によって受信される。続いて、通信受信器７４
１は、このタイミング信号を端末コントローラ７１０に
送る。続いて、端末コントローラ７１０は、このタイミ
ング信号をフィールド受信器７５３に送る。
【００３７】いずれの場合でも、フィールド受信器７５
３は、衛星コンステレーション５０３から導出すること
を必要とせずに、必要なタイミング情報を受信する。さ
らに、フィールド受信器７５３は、地平線上の各衛星に
対して、（１）ＰＲＮ同期の評価値、（２）ドップラー
シフトの評価値、および（３）５０ｂｐｓ同期ビットス
トリームを、同じく衛星コンステレーション５０３から
は直接いかなる情報も受信せずに、受信する。
【００３８】また、ワイヤレス端末５０１は、フィール
ド受信器７５３を通じて、衛星コンステレーション５０
３から、直接スペクトラム拡散Ｃ／Ａ符号信号を受信す
る。
【００３９】図８は、衛星コンステレーション５０３に
おける１つの衛星からのＣ／Ａ符号信号を処理するフィ
ールド受信器７５３の主な構成要素のブロック図であ
る。説明のために、図８では、フィールド受信器７５３
の機能は、１つのＣ／Ａ符号信号に作用する個別の機能
ブロックとして示されている。当業者には明らかなよう
に、本発明の多くの実施例では、フィールド受信器７５
３は、複数の衛星からのＣ／Ａ符号信号に同時に作用す
る適当にプログラムされた汎用マイクロプロセッサある
いはディジタル信号プロセッサである。また、当業者に
は明らかなように、図８の機能ブロックの多くは、変換
技術により置換することができる。
【００４０】図８において、ＳＰＳコントローラ８２１
は、リード７６１から航行メッセージデータおよびタイ
ミング同期情報を受信し、（１）ＰＲＮ同期評価値をＰ
ＲＮ符号生成器８１９へ、（２）ドップラーシフト評価
値をドップラー補正８０９へ、および、５０ｂｐｓ変調
ビットストリームをミキサ８１５および位置計算器８２
３へ、すべて適当に同期して、出力する。ＲＦフロント
エンド８０１は、周知のようにして、衛星からＣ／Ａ符
号信号を受信し、必要な帯域以外をフィルタにより除去
し、ＩＦと混合する。Ａ／Ｄコンバータ８０３は、その
混合信号を受け取り、１．０２３ＭＣｈｉｐｓ／ｓｅｃ
のチップレートの２倍以上でサンプリングする。ＰＲＮ
符号生成器８１９は、１．０２３ＭＣｈｉｐｓ／ｓｅｃ
でＰＲＮ符号系列の生成を開始する。このＰＲＮ符号系
列の周期は、当業者に周知のように、１０２３チップで
ある。ＰＲＮ符号生成器８１９は、ドップラーシフト評
価値を用いて、ＰＲＮ符号系列チップレートのドップラ
ーシフトを補正することもできるが、ＰＲＮ符号系列の
ドップラーシフトは通常は非常に小さいので、これは常
に必要なわけではない。ＰＲＮ符号生成器８１９がいつ
ドップラーシフトの補正を無視することができるかおよ
びできないかは、当業者には明らかである。
【００４１】図８のＡ／Ｄコンバータ８０３に続くブロ
ックによって実行される信号処理機能が、アナログ技術
を用いた代替実施例においてどのように実行されるか
は、当業者には理解されるところである。このような実
施例では、フィールド受信器７５３は、Ａ／Ｄコンバー
タ８０３が機能ブロック列の別の点に現われるであろう
ことを除いては、図８のものと同様のブロック図で表わ
される。
【００４２】理解されるべき点であるが、ＰＲＮ同期評
価値が正しいこと、あるいは、ＰＲＮ符号生成器８１９
からの最初のＰＲＮ符号系列が正確に同期していること
の保証は不要である。ＰＲＮ符号生成器８１９からのＰ
ＲＮ符号系列が同期していないことがわかった場合（ス
ペクトルアナライザ８１７によって判定される）、ＰＲ
Ｎ符号生成器８１９は、周知のようにして、そのＰＲＮ
同期評価値を１つの与えられた推測値として用いて、そ
の評価値付近で同期位置を反復探索することにより、真
の同期を求める。
【００４３】ミキサ８０５は、ＰＲＮ符号系列と、ディ
ジタル化されたＣ／Ａ符号信号を乗算し、逆拡散Ｃ／Ａ
符号をローパスフィルタ（ＬＰＦ）８０７へ出力する。
ローパスフィルタ８０７は、信号を低いレートでサンプ
リングすることができるように、信号の帯域幅を縮小す
る。これにより、ドップラー補正ブロック８０９は、毎
秒のサンプル数が少なくともローパスフィルタ８０７の
出力の正確な表現に必要なナイキストレート、すなわ
ち、ローパスフィルタ８０７の出力によって占められる
帯域幅の２倍になるように、ローパスフィルタ８０７か
ら受信するサンプルをいくつかおきに無視することがで
きる。この帯域幅は、信号において観測される最大ドッ
プラーシフト（これは、ワイヤレス端末５０１に対する
衛星の相対運動によって引き起こされる）を、５０ｂｐ
ｓ信号自体によって占められる帯域幅だけ増大させたも
のに等しい。例えば、ローパスフィルタ８０７の出力に
よって占められる帯域幅は８ｋＨｚであり、これは、１
６キロサンプル／ｓというナイキストレートに対応す
る。
【００４４】ワイヤレス端末５０１に対する衛星の相対
運動によって引き起こされるドップラーシフトは、次の
２つの成分からなる。第１は、大地に対する衛星の相対
運動によって引き起こされるドップラーシフト（その評
価値は、航行メッセージデータに含まれる）であり、第
２は、大地に対するワイヤレス端末５０１の相対運動
（もしあれば）によって引き起こされるドップラーシフ
トである。ドップラー補正８０９は、ローパスフィルタ
８０７から信号を受け取り、大地に対する衛星の相対運
動による評価されたドップラーシフトの分を補正する。
これは、周知のようにして、例えば、周波数変換技術に
よって達成される。この場合、局部発振器の周波数が、
所望の補正を達成するように調整される。
【００４５】ドップラー補正８０９の出力は、ローパス
フィルタ８１１に送られる。ローパスフィルタ８１１
は、さらに低いレートでのサンプリングができるよう
に、信号の帯域幅をさらに縮小する。ＦＩＦＯ８１３
は、ローパスフィルタ８１１から受信するサンプルをい
くつかおきに無視することができる。無視されないサン
プルは、少なくともナイキストレート（ローパスフィル
タ８１１の出力によって占められる帯域幅の２倍に等し
い）で生じなければならない。この帯域幅は、大地に対
するワイヤレス端末５０１の相対運動によって引き起こ
される最大ドップラーシフトを、５０ｂｐｓ信号自体に
よって占められる帯域幅だけ増大させたものに等しい。
例えば、ローパスフィルタ８１１の出力によって占めら
れる帯域幅は５００Ｈｚであり、これは、１キロサンプ
ル／ｓというナイキストレートに対応する。
【００４６】ローパスフィルタ８１１の出力はＦＩＦＯ
メモリ８１３に送られる。ＦＩＦＯメモリ８１３は、補
助システム５０５が５０ｂｐｓ変調ビットストリームを
回復する間だけ信号を遅延させてから、ＳＰＳコントロ
ーラ８２１に転送する。一般に、ＦＩＦＯメモリ８１３
は、長くとも、数秒間だけ信号を遅延させればよい。Ｆ
ＩＦＯメモリ８１３の出力はミキサ８１５に送られ、精
密に同期した５０ｂｐｓ変調ビットストリームと混合さ
れる。この混合動作は、さらに、５０ｂｐｓ変調を除去
することによって信号を逆拡散する。その結果、ミキサ
８１５の出力は、もし信号が存在すれば（すなわち、Ｐ
ＲＮ同期が正確であれば）、変調されていない信号キャ
リアとなる。
【００４７】ミキサ８１３の出力はスペクトルアナライ
ザ８１７に送られる。スペクトルアナライザ８１７は、
例えば、周知のようにして、離散フーリエ変換を実行す
る。ミキサ８１３の出力が純粋なシヌソイドである場合
（これは、スペクトルアナライザ８１７からのスパイク
状のスペクトルで示される）、これは、ＰＲＮ符号生成
器８１９が、衛星からのＣ／Ａ符号信号と完全に同期し
ていることを意味する。ミキサ８１３の出力が純粋なシ
ヌソイド以外である場合（これは、スペクトルアナライ
ザ８１７からのスパイク状のスペクトル以外のもので示
される）、これは、ＰＲＮ符号生成器８１９が、衛星か
らのＣ／Ａ符号信号と同期しておらず、さらに同期を試
みなければならないことを意味する。ここで説明したの
とは異なる技術によりスペクトル分析を実行する方法も
当業者には明らかである。それは、結果は同じである
が、ミキサ８１５の出力における狭帯域成分の有無を検
出するものである。
【００４８】重要な点であるが、ＰＲＮ符号生成器が衛
星からのＣ／Ａ符号信号と同期している場合、これは、
位置計算器８２３が距離測定情報（すなわち、衛星から
ワイヤレス端末５０１まで信号が伝わるのにかかる時
間）を計算することができるということを意味する。さ
らに、位置計算器８２３は、（１）ＰＲＮ符号生成器８
１９からのＰＲＮ符号同期、（２）ＳＰＳコントローラ
８２１からの変調ビットストリーム、および（３）スペ
クトルアナライザ８１７からのＰＲＮ符号同期時刻、を
知っているので、周知のようにして、ワイヤレス端末５
０１の位置を計算することができる。
【００４９】次に、ワイヤレス端末５０１の位置は、位
置計算器８２３から、端末コントローラ７１０および通
信送信器７４１に出力される。通信送信器７４１は、通
信チャネルを通じて補助システム５０５にそれを送信す
る。すると、補助システム５０５は、位置に基づくサー
ビスにおいて、そのワイヤレス端末５０１の位置を使用
することができる。
【００５０】図９は、本発明の一実施例による図５の補
助システムおよびワイヤレス端末の動作の流れ図であ
る。
【００５１】図１０は、本発明のもう１つの実施例によ
る図５の補助システムおよびワイヤレス端末の動作の流
れ図である。
【００５２】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、従
来のシステムにおけるコストや制限の多くを回避して、
ワイヤレス端末の位置を決定することができる。特に、
本発明の実施例は、従来のワイヤレス端末よりも安価で
ある。さらに、本発明の実施例は、従来のワイヤレス端
末よりも弱い信号を受信し使用することができる。さら
に、本発明の実施例は、従来のワイヤレス端末よりもす
ばやくその位置を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＧＰＳのような衛星測位システムのブロ
ック図である。
【図２】従来のディファレンシャルＧＰＳシステムのブ
ロック図である。
【図３】従来のTidget型システムのブロック図である。
【図４】従来のTendler型システムのブロック図であ
る。
【図５】本発明の実施例による衛星測位システムのブロ
ック図である。
【図６】図５の補助システムのブロック図である。
【図７】図５のワイヤレス端末のブロック図である。
【図８】図７のフィールド受信器のブロック図である。
【図９】本発明の一実施例による図５の補助システムお
よびワイヤレス端末の動作の流れ図である。
【図１０】本発明のもう１つの実施例による図５の補助
システムおよびワイヤレス端末の動作の流れ図である。
【符号の説明】
２０１ ワイヤレス端末 ２０３ 衛星コンステレーション ２０５ 地上基準受信器 ５０１ ワイヤレス端末 ５０２ 信号 ５０３ 衛星コンステレーション ５０４ ワイヤレス通信リンク ５０５ 補助システム ５０７ タイミング源 ５１２ アンテナ ５５１ ワイヤレス通信アンテナ ５５２ タイミング信号アンテナ ５５３ ＧＰＳ受信器アンテナ ６０１ 粗位置評価器 ６０３ タイミング信号受信器 ６０５ ＧＰＳ受信器 ６０７ タイミング信号較正器 ６０９ ＰＲＮ同期評価器 ６１１ 復調器 ６１３ 衛星可視性評価器 ６１５ 衛星ドップラー評価器 ６１７ 通信システムマネージャ ６１９ 通信送信器 ７１０ 端末コントローラ ７２０ ユーザインタフェース ７３１ アンテナ ７３３ デュプレクサ ７４１ 通信送信器 ７５１ 通信受信器 ７５３ フィールド受信器 ７５５ タイミング受信器 ７６１ リード ８０１ ＲＦフロントエンド ８０３ Ａ／Ｄコンバータ ８０５ ミキサ ８０７ ローパスフィルタ ８０９ ドップラー補正 ８１１ ローパスフィルタ ８１３ ＦＩＦＯメモリ ８１５ ミキサ ８１７ スペクトルアナライザ ８１９ ＰＲＮ符号生成器 ８２１ ＳＰＳコントローラ ８２３ 位置計算器
フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ジョヴァンニ ヴァンヌッチ アメリカ合衆国，07701 ニュージャージ ー，レッド バンク，ラトレッジ ドライ ブ 329

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ナビゲーション衛星から信号を受信する
    衛星測位システム受信器と、 前記信号に基づいてＰＲＮ同期評価値を生成するＰＲＮ
    同期評価器と、 ワイヤレス通信リンクを通じて前記ＰＲＮ同期評価値を
    ワイヤレス端末へ送信する通信送信器とからなることを
    特徴とする衛星測位補助システム。
  2. 【請求項２】 前記ワイヤレス端末の粗位置評価値を生
    成する粗位置評価器をさらに有し、前記ＰＲＮ同期評価
    値は前記信号および該粗位置評価値に基づくことを特徴
    とする請求項１に記載の補助システム。
  3. 【請求項３】 前記信号に基づいてドップラーシフト評
    価値を生成するドップラーシフト評価器をさらに有し、
    前記通信送信器は、前記ワイヤレス通信リンクを通じて
    前記ワイヤレス端末へ該ドップラーシフト評価値を送信
    することを特徴とする請求項１に記載の補助システム。
  4. 【請求項４】 前記信号に基づいて変調ビット系列を生
    成する復調器をさらに有し、前記通信送信器は、前記ワ
    イヤレス通信リンクを通じて前記ワイヤレス端末へ該変
    調ビット系列を送信することを特徴とする請求項１に記
    載の補助システム。
  5. 【請求項５】 前記ワイヤレス端末へシステムタイミン
    グ信号を送信するタイミング源送信器をさらに有するこ
    とを特徴とする請求項１に記載の補助システム。
  6. 【請求項６】 前記ワイヤレス端末から前記ワイヤレス
    通信リンクを通じて部分的に処理された距離測定信号を
    受信する手段と、 前記部分的に処理された距離測定信号に基づいて前記ワ
    イヤレス端末の位置を決定する手段とをさらに有するこ
    とを特徴とする請求項１に記載の補助システム。
  7. 【請求項７】 前記通信送信器は、前記ワイヤレス通信
    リンクを通じて前記ワイヤレス端末へ前記ワイヤレス端
    末の位置を送信することを特徴とする請求項６に記載の
    補助システム。
  8. 【請求項８】 位置に基づくサービスに前記ワイヤレス
    端末の位置を使用する手段をさらに有することを特徴と
    する請求項６に記載の補助システム。
  9. 【請求項９】 衛星測位システム受信器により、ナビゲ
    ーション衛星から信号を受信するステップと、 前記信号に基づいてＰＲＮ同期評価値を生成するステッ
    プと、 ワイヤレス通信リンクを通じて前記ＰＲＮ同期評価値を
    ワイヤレス端末へ送信するステップとからなることを特
    徴とする衛星測位補助システム動作方法。
  10. 【請求項１０】 前記ワイヤレス端末の粗位置評価値を
    生成するステップと、 前記信号および該粗位置評価値に基づいて前記ＰＲＮ同
    期評価値を生成するステップとをさらに有することを特
    徴とする請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記信号に基づいてドップラーシフト
    評価値を生成するステップと、 前記ワイヤレス通信リンクを通じて前記ワイヤレス端末
    へ該ドップラーシフト評価値を送信するステップとをさ
    らに有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記信号に基づいて変調ビット系列を
    生成するステップと、 前記ワイヤレス通信リンクを通じて前記ワイヤレス端末
    へ該変調ビット系列を送信するステップとをさらに有す
    ることを特徴とする請求項９に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記ワイヤレス通信リンクを通じて前
    記ワイヤレス端末へタイミング信号を送信するステップ
    をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の方
    法。
  14. 【請求項１４】 前記ワイヤレス端末から前記ワイヤレ
    ス通信リンクを通じて部分的に処理された距離測定信号
    を受信するステップと、 前記部分的に処理された距離測定信号に基づいて前記ワ
    イヤレス端末の位置を決定するステップとをさらに有す
    ることを特徴とする請求項９に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記ワイヤレス通信リンクを通じて前
    記ワイヤレス端末へ前記ワイヤレス端末の位置を送信す
    るステップをさらに有することを特徴とする請求項１４
    に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 位置に基づくサービスに前記ワイヤレ
    ス端末の位置を使用するステップをさらに有することを
    特徴とする請求項１４に記載の方法。
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