WO2022209149A1 - 測位方法、測位装置及び衛星システム - Google Patents

測位方法、測位装置及び衛星システム Download PDF

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紘也 高田
健司 若藤
正大 海田
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日本電気株式会社
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    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
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    • G01S19/43—Determining position using carrier phase measurements, e.g. kinematic positioning; using long or short baseline interferometry
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    • 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
    • G01S5/10—Position of receiver fixed by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements, e.g. omega or decca systems

Definitions

  • the present invention relates to a positioning method, a positioning device and a satellite system, and more particularly to a positioning method, a positioning device and a satellite system for positioning relative positions between satellites.
  • a satellite communication system that performs communication using satellites includes a satellite constellation system that constructs a communication network by cooperating multiple satellites.
  • satellite constellations those using low-orbit satellites are called LEO (Low Earth Orbit) constellations.
  • LEO Low Earth Orbit
  • Patent Document 1 discloses an example of positioning technology for relative positions between satellites.
  • Patent Literature 1 discloses a technology in which each satellite is equipped with a high-performance time synchronization mechanism and a transmission/reception mechanism for mutually transmitting and receiving time information, and by exchanging time information with each other, the positions of each other are determined with high accuracy.
  • phases of a plurality of carrier waves transmitted from a plurality of transmitting stations are observed at a first satellite to generate first observation data, and at a second satellite the phases of the plurality of carrier waves are observed.
  • generating second observation data by observing phases of the plurality of carriers observed by the first satellite and the second satellite using the first observation data and the second observation data
  • Base line vector calculation for calculating a base line vector indicating the relative position of the first satellite and the second satellite based on the phase difference calculated by the phase difference calculation
  • the phase difference calculation and the baseline vector calculation are performed by either the second satellite or the positioning device arranged on the ground.
  • One aspect of the positioning apparatus of the present invention includes first observation data obtained by observing phases of a plurality of carrier waves transmitted from a plurality of transmitting stations at a first satellite, and phases of the plurality of carrier waves at a second satellite.
  • phase difference calculation means for calculating the phase difference between the plurality of carriers observed by the first satellite and the second satellite using second observation data; and calculation by the phase difference calculation means.
  • baseline vector calculation means for calculating a baseline vector indicating the relative position of the first satellite and the second satellite based on the obtained phase difference, wherein the phase difference calculation means and the baseline vector calculation means are: Located on either the second satellite or a system located on the ground.
  • One aspect of the satellite system of the present invention includes a first satellite, a second satellite, and four or more transmission stations provided on the ground that transmit carrier waves to the first satellite and the second satellite.
  • a receiving station provided on the ground for receiving data transmitted from the first satellite and the second satellite; generating first observation data by observing phases of said carrier waves of said second satellites, generating second observation data by observing phases of said plurality of said carrier waves at said second satellites, said first observation data and performing a phase difference calculation for calculating a phase difference between the plurality of carriers observed by the first satellite and the second satellite using the second observation data, and the phase difference calculated by the phase difference calculation performing a baseline vector calculation for calculating a baseline vector indicating the relative position of the first satellite and the second satellite based on the above, and performing the phase difference calculation and the baseline vector calculation on the second satellite and the ground; at any one of the receiving stations.
  • the positioning method, positioning device, and satellite system it is possible to reduce the size and weight of the satellite.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a satellite system according to Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a diagram for explaining carrier waves used in positioning of the satellite system according to the first embodiment;
  • FIG. 1 is a block diagram of a positioning device according to Embodiment 1;
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the flow of a positioning method according to the first embodiment;
  • 1 is a schematic diagram of a satellite system according to a second embodiment;
  • FIG. 2 is a block diagram of a positioning device according to a second embodiment;
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining the flow of a positioning method according to the second embodiment;
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a satellite system 1 according to the first embodiment.
  • a satellite system 1 according to the first embodiment performs communication between ground stations located on the ground via satellites.
  • the satellite system 1 according to the first embodiment has satellites 11 and 12, transmitting stations 21 to 24, a receiving station 31, and a positioning device 40.
  • the satellite system 1 data is transmitted from the transmitting stations 21 to 24 to the satellites 11 and 12 on carrier waves.
  • the satellites 11 and 12 perform attitude control and communication with a receiving station 31 provided on the ground based on data transmitted by carrier waves.
  • phases of carrier waves transmitted from the transmitting stations 21 to 24 are counted by the satellites 11 and 12 to generate observation data, and the relative positions of the satellites 11 and 12 are measured using this observation data.
  • Positioning is performed.
  • the positioning device 40 that performs positioning calculation is installed in the receiving station 31 or on a system to which the receiving station 31 is connected.
  • the satellite system 1 according to the first embodiment uses an interferometric positioning method that performs positioning based on the phase of a carrier wave when positioning relative positions between satellites.
  • FIG. 2 shows a diagram for explaining carrier waves used in positioning of the satellite system 1 according to the first embodiment.
  • the frequency band of the carrier wave that can be used differs depending on the satellite, so the frequency band of the carrier wave to be transmitted to the satellite is switched according to the satellite that transmits the carrier wave.
  • An example using three frequency bands has been shown.
  • two carrier waves having frequencies defined in the C-band, Ku-band, and Ka-band frequency bands are used for positioning.
  • Positioning can be performed by transmitting carrier waves of one frequency from multiple transmitting stations, but it is also possible to transmit carrier waves with different frequencies belonging to one frequency band from multiple transmitting stations.
  • FIG. 3 shows a block diagram of the positioning device 40 according to the first embodiment.
  • the positioning device 40 has a phase difference calculator 41 and a baseline vector calculator 42 .
  • the positioning device 40 also receives first observation data including count values of carrier waves observed by a first satellite (for example, satellite 11) and carrier wave count values observed by a second satellite (for example, satellite 12). and second observation data including count values from each satellite.
  • the phase difference calculator 41 uses first observation data obtained by observing phases of a plurality of carriers having different frequencies from the satellite 11 and second observation data obtained by observing phases of a plurality of carriers from the satellite 12. to calculate the phase difference of multiple carriers observed by satellite 11 and satellite 12 .
  • the phase difference calculator 41 calculates a double difference for calculating the phase difference between two carriers observed at two observation points (for example, satellites 11 and 12).
  • the baseline vector calculation unit 42 performs baseline vector calculation for calculating a baseline vector indicating the relative positions of the satellites 11 and 12 based on the phase difference calculated by the phase difference calculation unit 41 . Then, the baseline vector calculator 42 transmits the calculated baseline vector value to the host system. In the satellite system 1, communication control using the satellites 11 and 12, attitude control of the satellites 11 and 12, and the like are performed using the baseline vector calculated by the baseline vector calculator 42. FIG.
  • FIG. 4 shows a flowchart for explaining the flow of the positioning method according to the first embodiment.
  • the positioning method of the satellite system 1 according to the first embodiment first, satellites 11 and 12 observe the phases of carrier waves transmitted from transmitting stations 21 to 24, and satellite 11 performs the first observation. Data is generated (step S1), and the satellite 12 generates second observation data (step S2).
  • the satellite 11 transmits the first observation data to the positioning device 40 via the receiving station 31 (step S3), and the satellite 12 transmits the second observation data via the receiving station 31. is transmitted to the positioning device 40 (step S4).
  • the phase difference calculator 41 uses the first observation data and the second observation data to calculate phase differences between the multiple carriers observed by the satellites 11 and 12 (step S5).
  • the baseline vector calculation unit 42 performs baseline vector calculation for calculating a baseline vector indicating the relative positions of the satellites 11 and 12 based on the phase difference calculated by the phase difference calculation unit 41 (step S6).
  • the satellites 11 and 12 generate observation data
  • the positioning device 40 installed on the ground performs processing using the observation data.
  • the satellites 11 and 12 observe the phase of the carrier wave and generate observation data indicating the observation results, and calculate the baseline vector using the observation data on the ground. It is performed by the positioned positioning device 40 .
  • transmission of observation data from the satellites 11 and 12 to the positioning device 40 is performed using a data transmission function to the receiving station 31 which the satellite has as a normal function.
  • the satellites 11 and 12 only need to be equipped with the function of observing the phase of the carrier wave, and the function of performing inter-satellite communication leading to an increase in weight and volume and the baseline There is no need to install equipment that realizes vector calculation functions.
  • the satellite system 1 according to the first embodiment can reduce the weight and volume of the satellite.
  • Embodiment 2 describes an example in which a positioning device is mounted on one of a plurality of satellites.
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of the satellite system 2 according to the second embodiment.
  • the same reference numerals as in Embodiment 1 are given to the same components as those in Embodiment 1, and description thereof is omitted.
  • the satellite system 2 according to the second embodiment does not use the receiving station 31 for baseline vector calculation.
  • the base line vector calculation is completed only by the transmitting stations 21 to 24 and the satellites.
  • the satellite system 2 according to the second embodiment has satellites 11 a and 12 a instead of the satellites 11 and 12 .
  • the satellite 11a has the function of communicating with the satellite 12a in addition to the function of the satellite 11a.
  • the satellite 12a has a communication function with the satellite 11a in addition to the function of the satellite 12, and is equipped with a positioning device 40a.
  • the positioning device 40a has substantially the same functions as the positioning device 40, but the values used for calculation are slightly different.
  • FIG. 6 shows a block diagram of a positioning device 40a according to the second embodiment.
  • the positioning device 40a has a phase difference calculator 41a instead of the phase difference calculator 41.
  • the satellite 12a has a highly accurate time source, and using this time source, the self-coordinate calculator 43 calculates the coordinates indicating the position of the self-aircraft from the second observation data. Therefore, the phase difference calculator 41a calculates the phases of the four carriers obtained by the two satellites using the self-coordinate information calculated by the self-coordinate calculator 43 and the first observation data obtained from the satellite 11a. Calculate the included phase difference information.
  • the baseline vector calculator 42 then calculates a baseline vector indicating the relative position between the satellites 11 and 12 based on the phase difference calculated by the phase difference calculator 41, and transmits this baseline vector to the satellite 11a.
  • FIG. 7 shows a flowchart for explaining the flow of the positioning method according to the second embodiment.
  • the positioning method of the satellite system 2 according to the second embodiment first, satellites 11a and 12a observe the phases of carrier waves transmitted from the transmitting stations 21 to 24, and the satellite 11a performs the first observation. Data is generated (step S1), and the satellite 12a generates second observation data (step S2).
  • the satellite 11a transmits the first observation data to the positioning device 40a of the satellite 12a (step S13), and the satellite 12a uses the second observation data to calculate The precise coordinates of the own machine are calculated (step S14).
  • the phase difference calculator 41a uses the first observation data and the self-coordinate information calculated in step S14 to calculate the phase differences of the multiple carriers observed by the satellites 11a and 12a.
  • the baseline vector calculation unit 42 performs baseline vector calculation for calculating a baseline vector indicating the relative position between the satellites 11a and 12a based on the phase difference calculated by the phase difference calculation unit 41a (step S16).
  • the satellite 12a calculates the baseline vector and transmits this baseline vector to the satellite 11a (step S17).
  • the satellite 12a cannot be reduced in volume and weight, it is advantageous in that existing facilities that are currently launched can be used. Moreover, since the satellite system 2 according to the second embodiment does not require communication with a receiving station located on the ground, it is possible to reduce the computational delay caused by the time required for computation. Furthermore, in the satellite system 2 according to the second embodiment, the weight and volume of the satellite 11a can be reduced as in the first embodiment.
  • Reference Signs List 1 2 satellite system 11, 11a, 12, 12a satellite 21 to 24 transmitting station 31 receiving station 40, 40a positioning device 41, 41a phase difference calculator 42 baseline vector calculator 43 own coordinate calculator

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Abstract

従来の衛星システムでは衛星の小型軽量化が難しい問題があった。 本発明の測位方法は、第１の衛星（１１）において複数の送信局から送信される複数の搬送波の位相を観測して第１の観測データを生成し（Ｓ１）、第２の衛星（１２）において前記複数の搬送波の位相を観測して第２の観測データを生成し（Ｓ２）、第１の観測データと第２の観測データを用いて第１の衛星（１１）及び第２の衛星（１２）で観測された複数の搬送波の位相差を計算する位相差計算を行い（Ｓ５）、位相差計算で計算された位相差に基づき第１の衛星と第２の衛星との相対位置を示す基線ベクトルを計算する基線ベクトル計算を行い（Ｓ６）、位相差計算と基線ベクトル計算を前記第２の衛星と地上に配置される測位装置のいずれか一方で行う。

Description

測位方法、測位装置及び衛星システム
　本発明は測位方法、測位装置及び衛星システムに関し、特に衛星間の相対位置を測位する測位方法、測位装置及び衛星システムに関する。
　衛星を用いた通信を行う衛星通信システムでは、複数の衛星を協調動作させて通信ネットワークを構築する衛星コンステレーションシステムがある。この衛星コンステレーションのうち低軌道衛星を用いるものをＬＥＯ（Low Earth Orbit）コンステレーションと呼ぶ。近年、衛星コンステレーションを構築するＬＥＯ衛星に関する応用技術が開発されている。例えば、衛星間の相対位置の測位技術の一例が特許文献１に開示されている。
　特許文献１では、各衛星に高性能な時刻同期機構及び時刻情報を互いに送受信する送受信機構を搭載し、互いに時刻情報をやり取りすることで高精度に互いの位置を測位する技術が開示されている。
国際公開第２０１３／０３６３２８号
　しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、高精度な時刻同期機構及び時刻情報を送受信機構は、大きく重いため、衛星重量が増加する問題があった。
　本発明の測位方法の一態様は、第１の衛星において複数の送信局から送信される複数の搬送波の位相を観測して第１の観測データを生成し、第２の衛星において前記複数の搬送波の位相を観測して第２の観測データを生成し、前記第１の観測データと前記第２の観測データを用いて前記第１の衛星及び前記第２の衛星で観測された前記複数の搬送波の位相差を計算する位相差計算を行い、前記位相差計算で計算された位相差に基づき前記第１の衛星と前記第２の衛星との相対位置を示す基線ベクトルを計算する基線ベクトル計算を行い、前記位相差計算と前記基線ベクトル計算を前記第２の衛星と地上に配置される測位装置のいずれか一方で行う。
　本発明の測位装置の一態様は、第１の衛星において複数の送信局から送信される複数の搬送波の位相を観測した第１の観測データと、第２の衛星において前記複数の搬送波の位相を観測した第２の観測データと、を用いて前記第１の衛星及び前記第２の衛星で観測された前記複数の搬送波の位相差を計算する位相差計算手段と、前記位相差計算手段で計算された位相差に基づき前記第１の衛星と前記第２の衛星との相対位置を示す基線ベクトルを計算する基線ベクトル計算手段と、を有し、前記位相差計算手段と基線ベクトル計算手段は、前記第２の衛星と地上に配置されるシステムのいずれか一方に配置される。
　本発明の衛星システムの一態様は、第１の衛星と、第２の衛星と、地上に設けられ、前記第１の衛星と前記第２の衛星に搬送波を送信する４つ以上の送信局と、前記地上に設けられ、前記第１の衛星と前記第２の衛星から送信されるデータを受信する受信局と、を有し、前記第１の衛星において複数の前記送信局から送信される複数の前記搬送波の位相を観測して第１の観測データを生成し、前記第２の衛星において複数の前記搬送波の位相を観測して第２の観測データを生成し、前記第１の観測データと前記第２の観測データを用いて前記第１の衛星及び前記第２の衛星で観測された複数の前記搬送波の位相差を計算する位相差計算を行い、前記位相差計算で計算された位相差に基づき前記第１の衛星と前記第２の衛星との相対位置を示す基線ベクトルを計算する基線ベクトル計算を行い、前記位相差計算と前記基線ベクトル計算を前記第２の衛星と地上に配置される受信局のいずれか一方で行う。
　実施の形態にかかる測位方法、測位装置及び衛星システムによれば、衛星の小型軽量化を実現することができる。
実施の形態１にかかる衛星システムの概略図である。 実施の形態１にかかる衛星システムの測位で用いる搬送波を説明する図である。 実施の形態１にかかる測位装置のブロック図である。 実施の形態１にかかる測位方法の流れを説明するフローチャートである。 実施の形態２にかかる衛星システムの概略図である。 実施の形態２にかかる測位装置のブロック図である。 実施の形態２にかかる測位方法の流れを説明するフローチャートである。
　実施の形態１
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に実施の形態１にかかる衛星システム１の概略図を示す。実施の形態１にかかる衛星システム１は、衛星を介して地上に配置される地上局間の通信を行う。図１に示すように、実施の形態１にかかる衛星システム１は、衛星１１、１２、送信局２１～２４、受信局３１、測位装置４０を有する。なお、図１で示した衛星、送信局、受信局の数は一例であり、これより多数の衛星、送信局及び受信局が衛星システムには組み込まれる。
　衛星システム１では、送信局２１～２４から搬送波に乗せてデータを衛星１１及び衛星１２に送信する。衛星１１、１２は、搬送波により伝達されたデータに基づき姿勢制御や、地上に設けられる受信局３１との通信を行う。そして、衛星システム１では、送信局２１～２４から送信される搬送波の位相を衛星１１及び衛星１２でカウントして観測データを生成し、この観測データを用いた衛星１１、１２の相対位置を測定する測位を行う。実施の形態１にかかる衛星システム１では、測位計算を行う測位装置４０を受信局３１或いは、受信局３１が接続されるシステム上に設置する。実施の形態１にかかる衛星システム１では、衛星間の相対位置を測位する際に、搬送波の位相に基づく測位を行う干渉測位方式を用いる。
　ここで、衛星１１、１２が位相をカウントする搬送波について説明する。そこで、図２に実施の形態１にかかる衛星システム１の測位で用いる搬送波を説明する図を示す。衛星システム１では、衛星に応じて利用できる搬送波の周波数帯が異なるため、搬送波を送信する衛星に合わせて、衛星に送信する搬送波の周波数帯を切り替える。図２に示す例では、６．２８５ＧＨｚを中心とする周波数帯域を利用するＣ帯、１３．７５ＧＨｚを中心とする周波数帯域を利用するＫｕ帯、２９ＧＨｚを中心とする周波数帯域を利用するＫａ帯の３つの周波数帯を利用する例を示した。
　そして、衛星システム１では、Ｃ帯、Ｋｕ帯、Ｋａ帯の各周波数帯域に定義される周波数を有する２つの搬送波を測位において用いる。測位は、１つの周波数の搬送波を複数の送信局から送信することでも行うことが出来るが、１つの周波数帯に属する周波数の異なる搬送波を、複数の送信局から送信することでも可能である。測位において２つの周波数の搬送波を用いる場合、各周波数帯域中の最も低い周波数の搬送波と、最も高い周波数の搬送波と、を利用することが好ましい。このように利用する搬送波の周波数を増やしたり、なるべく離して組み合わせたりする事で、測位装置４０で行われる位相差計算の精度や、計算速度を高めることができる。
　続いて、衛星システム１において衛星間の相対位置を示す基線ベクトルを算出する測位装置４０について詳細に説明する。そこで、図３に実施の形態１にかかる測位装置４０のブロック図を示す。図３に示すように、測位装置４０は、位相差計算部４１、基線ベクトル計算部４２を有する。また、測位装置４０は、第１の衛星（例えば、衛星１１）で観測された搬送波のカウント値を含む第１の観測データと、第２の衛星（例えば、衛星１２）で観測された搬送波のカウント値を含む第２の観測データと、をそれぞれの衛星から受信する。
　そして、位相差計算部４１は、衛星１１において周波数の異なる複数の搬送波の位相を観測した第１の観測データと、衛星１２において複数の搬送波の位相を観測した第２の観測データと、を用いて衛星１１及び衛星１２で観測された複数の搬送波の位相差を計算する。なお、位相差計算部４１は、２つの観測点（例えば、衛星１１、１２）で観測される２つの搬送波の位相差を算出する二重差を算出する。
　基線ベクトル計算部４２は、位相差計算部４１で計算された位相差に基づき衛星１１と衛星１２との相対位置を示す基線ベクトルを計算する基線ベクトル計算を行う。そして、基線ベクトル計算部４２は、算出する基線ベクトルの値を上位システムに送信する。衛星システム１では、基線ベクトル計算部４２が算出した基線ベクトルを用いて衛星１１、１２を用いた通信制御や衛星１１、１２の姿勢制御等を行う。
　続いて、実施の形態１にかかる衛星システム１における測位方法について説明する。そこで、図４に実施の形態１にかかる測位方法の流れを説明するフローチャートを示す。図４に示すように、実施の形態１にかかる衛星システム１の測位方法では、まず、送信局２１～２４から送出した搬送波の位相を衛星１１、１２により観測し、衛星１１が第１の観測データを生成し（ステップＳ１）、衛星１２が第２の観測データを生成する（ステップＳ２）。
　そして、衛星システム１の測位方法では、衛星１１が第１の観測データを受信局３１を介して測位装置４０に送信し（ステップＳ３）、衛星１２が第２の観測データを受信局３１を介して測位装置４０に送信する（ステップＳ４）。次いで、衛星システム１では、位相差計算部４１が第１の観測データと第２の観測データとを用いて衛星１１及び衛星１２で観測された複数の搬送波の位相差を計算する（ステップＳ５）。その後、基線ベクトル計算部４２が位相差計算部４１で計算された位相差に基づき衛星１１と衛星１２との相対位置を示す基線ベクトルを計算する基線ベクトル計算を行う（ステップＳ６）。ここで、衛星システム１では、観測データの生成を衛星１１、１２で行い、観測データを用いた処理を地上に設置される測位装置４０で行う。
　上記説明より、実施の形態１にかかる衛星システム１では、衛星１１、１２では搬送波の位相の観測とその観測結果を示す観測データの生成を行い、観測データを用いた基線ベクトルの計算を地上に配置した測位装置４０で行う。また、衛星システム１では、衛星１１、１２による観測データの測位装置４０への送信を衛星が通常機能として有する受信局３１へのデータ送信機能を用いて行う。これにより、実施の形態１にかかる衛星システム１では、衛星１１、１２には、搬送波の位相を観測する機能のみを搭載すればよく、重量及び体積の増加に繋がる衛星間通信を行う機能や基線ベクトル計算機能を実現する機材を搭載する必要がない。これにより、実施の形態１にかかる衛星システム１では、衛星の重量及び体積を削減することができる。
　特に、低軌道上に衛星があるＬＥＯコンステレーションでは、衛星が重力により軌道から外れるまでの時間が短く、衛星の重量の軽量化及び小型化は、衛星を軌道上に維持する時間を延ばすために非常に重要な要素となる。
　実施の形態２
　実施の形態２では、測位装置が複数の衛星の１つに搭載されている実施例について説明する。そこで、図５に実施の形態２にかかる衛星システム２の概略図を示す。なお、実施の形態１と同じ構成要素については実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。
　図５に示すように、実施の形態２にかかる衛星システム２では、基線ベクトル計算に受信局３１を利用しない。つまり、衛星システム２では送信局２１～２４と衛星だけで基線ベクトル計算を完結する。実施の形態２にかかる衛星システム２では、衛星１１、１２に代えて衛星１１ａ、１２ａを有する。衛星１１ａは、衛星１１の機能に加えて衛星１２ａとの通信機能を有する。衛星１２ａは、衛星１２の機能に加えて衛星１１ａとの通信機能を有するとともに、測位装置４０ａが搭載される。測位装置４０ａは、実質的には測位装置４０と同じ機能を有するが、演算に用いる値が若干異なる。そこで、図６に実施の形態２にかかる測位装置４０ａのブロック図を示す。
　図６に示すように、測位装置４０ａは、位相差計算部４１に代えて位相差計算部４１ａを有する。衛星１２ａでは、高精度な時刻源を有しており、この時刻源を用いて自座標計算部４３が第２の観測データから自機の位置を示す座標を計算する。そこで、位相差計算部４１ａでは、この自座標計算部４３が算出した自座標情報と、衛星１１ａから取得した第１の観測データとを用いて２つの衛星で取得された４つの搬送波の位相を含む位相差情報を算出する。そして、基線ベクトル計算部４２は、位相差計算部４１で算出された位相差に基づき衛星１１と衛星１２との相対位置を示す基線ベクトルを計算し、衛星１１ａにこの基線ベクトルを送信する。
　続いて、実施の形態２にかかる衛星システム２の動作ついて説明する。そこで、図７に実施の形態２にかかる測位方法の流れを説明するフローチャートを示す。図７に示すように、実施の形態２にかかる衛星システム２の測位方法では、まず、送信局２１～２４から送出した搬送波の位相を衛星１１ａ、１２ａにより観測し、衛星１１ａが第１の観測データを生成し（ステップＳ１）、衛星１２ａが第２の観測データを生成する（ステップＳ２）。
　そして、衛星システム２の測位方法では、衛星１１ａが第１の観測データを衛星１２ａの測位装置４０ａに送信し（ステップＳ１３）、衛星１２ａが第２の観測データを用いて自座標計算部４３により精密な自機の座標を計算する（ステップＳ１４）。次いで、衛星システム２では、位相差計算部４１ａが第１の観測データとステップＳ１４で算出された自座標情報とを用いて衛星１１ａ及び衛星１２ａで観測された複数の搬送波の位相差を計算する（ステップＳ１５）。その後、基線ベクトル計算部４２が位相差計算部４１ａで計算された位相差に基づき衛星１１ａと衛星１２ａとの相対位置を示す基線ベクトルを計算する基線ベクトル計算を行う（ステップＳ１６）。ここで、衛星システム２では、基線ベクトルの算出を衛星１２ａで行い、この基線ベクトルを衛星１１ａに送信する（ステップＳ１７）。
　実施の形態２にかかる衛星システム２では、衛星１２ａについては体積及び重量の軽量化はできないが、現在打ち上げられている既存の設備を利用できる点で有利である。また、実施の形態２にかかる衛星システム２では、地上に配置された受信局との通信が不要になるため、演算に要する時間に起因する演算遅延を小さくすることができる。さらに、実施の形態２にかかる衛星システム２においても衛星１１ａについては、実施の形態１と同様に重量及び体積を削減することができる。
　以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２０２１年３月３０日に出願された日本出願特願２０２１－５６４１０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１、２　衛星システム
　１１、１１ａ、１２、１２ａ　衛星
　２１～２４　送信局
　３１　受信局
　４０、４０ａ　測位装置
　４１、４１ａ　位相差計算部
　４２　基線ベクトル計算部
　４３　自座標計算部

Claims (8)

  1. 　第１の衛星において複数の送信局から送信される複数の搬送波の位相を観測して第１の観測データを生成し、
    　第２の衛星において前記複数の搬送波の位相を観測して第２の観測データを生成し、
    　前記第１の観測データと前記第２の観測データを用いて前記第１の衛星及び前記第２の衛星で観測された前記複数の搬送波の位相差を計算する位相差計算を行い、
    　前記位相差計算で計算された位相差に基づき前記第１の衛星と前記第２の衛星との相対位置を示す基線ベクトルを計算する基線ベクトル計算を行い、
    　前記位相差計算と前記基線ベクトル計算を前記第２の衛星と地上に配置される測位装置のいずれか一方で行う測位方法。
  2. 　前記搬送波は、異なる周波数の搬送波を含む請求項１に記載の測位方法。
  3. 　前記複数の搬送波は、異なる位置にある４つ以上の地上局から送出される請求項１又は２に記載の測位方法。
  4. 　前記位相差計算と前記基線ベクトル計算は、前記第１の観測データと前記第２の観測データを受信する地上局システムで行う請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測位方法。
  5. 　前記位相差計算と前記基線ベクトル計算を、前記第２の衛星で行い、
    　前記位相差計算は、前記第１の衛星から送信される前記第１の観測データと、自機で取得される前記第２の観測データから計算される自機の座標情報と、を用いて前記位相差を計算する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測位方法。
  6. 　前記第２の衛星は、前記測位装置で計算された基線ベクトルの情報を地上局に送信する請求項５に記載の測位方法。
  7. 　第１の衛星において複数の送信局から送信される複数の搬送波の位相を観測した第１の観測データと、第２の衛星において前記複数の搬送波の位相を観測した第２の観測データと、を用いて前記第１の衛星及び前記第２の衛星で観測された前記複数の搬送波の位相差を計算する位相差計算手段と、
    　前記位相差計算手段で計算された位相差に基づき前記第１の衛星と前記第２の衛星との相対位置を示す基線ベクトルを計算する基線ベクトル計算手段と、を有し、
    　前記位相差計算手段と基線ベクトル計算手段は、前記第２の衛星と地上に配置されるシステムのいずれか一方に配置される測位装置。
  8. 　第１の衛星と、
    　第２の衛星と、
    　地上に設けられ、前記第１の衛星と前記第２の衛星に搬送波を送信する４つ以上の送信局と、を有し、
    　前記第１の衛星において複数の前記搬送波の位相を観測して第１の観測データを生成し、
    　前記第２の衛星において複数の前記搬送波の位相を観測して第２の観測データを生成し、
    　前記第１の観測データと前記第２の観測データを用いて前記第１の衛星及び前記第２の衛星で観測された複数の前記搬送波の位相差を計算する位相差計算を行い、
    　前記位相差計算で計算された位相差に基づき前記第１の衛星と前記第２の衛星との相対位置を示す基線ベクトルを計算する基線ベクトル計算を行い、
    　前記位相差計算と前記基線ベクトル計算を前記第２の衛星と地上に配置される受信局のいずれか一方で行う衛星システム。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030176972A1 (en) * 2002-03-13 2003-09-18 Asher Mark S. Method for using GPS and crosslink signals to correct ionospheric errors in space navigation solutions
JP2005229448A (ja) * 2004-02-16 2005-08-25 Mitsubishi Electric Corp 宇宙通信転送装置、衛星及び地上局
US20210048542A1 (en) * 2019-08-16 2021-02-18 California Institute Of Technology Systems and Methods for Robust and Accurate Relative Navigation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030176972A1 (en) * 2002-03-13 2003-09-18 Asher Mark S. Method for using GPS and crosslink signals to correct ionospheric errors in space navigation solutions
JP2005229448A (ja) * 2004-02-16 2005-08-25 Mitsubishi Electric Corp 宇宙通信転送装置、衛星及び地上局
US20210048542A1 (en) * 2019-08-16 2021-02-18 California Institute Of Technology Systems and Methods for Robust and Accurate Relative Navigation

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHEUNG KAR-MING; LEE CHARLES: "A trilateration scheme for relative positioning", 2017 IEEE AEROSPACE CONFERENCE, IEEE, 4 March 2017 (2017-03-04), pages 1 - 10, XP033102862, DOI: 10.1109/AERO.2017.7943800 *
KOYAMA, HIROSHI: "High Accuracy GPS Application for Future Spacecraft. ", JOURNAL OF THE SOCIETY OF INSTRUMENT AND CONTROL ENGINEERS, vol. 44, no. 4, 10 April 2005 (2005-04-10), pages 263 - 265, XP055975566, ISSN: 0453-4662 *
MONTENBRUCK OLIVER, EBINUMA TAKUJI, GLENN LIGHTSEY E, LEUNG SUNNY: "A real-time kinematic GPS sensor for spacecraft relative navigation Ein GPS Sensor zur kinematischen Relativnavigation von Raumfahrzeugen in Echtzeit", AEROSPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY, vol. 6, 1 January 2002 (2002-01-01), pages 435 - 449, XP055975563 *
USUI, SUMIO: "Technology Trends and Applications of High Precision Satellite Positioning", JOURNAL OF THE INSTITUTE OF ELECTRONICS, INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS, DENSHI JOHO TSUSHIN GAKKAI, TOKYO., JP, vol. 92, no. 9, 1 September 2009 (2009-09-01), JP , pages 768 - 774, XP009540326, ISSN: 0913-5693 *

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