ネットワーク測位システム（ＮＰＳ）を設けるための方法、及び、装置
【課題】衛星不明瞭環境における位置測定の達成。
【解決手段】地上設置型のネットワーク測位システム（NPS）は、GNSSの如き信号と、地上設置型の測位ユニット装置から成るGNSS同期ネットワークから送信される他の地上設置型の測位ユニット装置の測位信号とを使用する。これらの測位ユニット装置は、衛星不明瞭環境における絶対及び相対位置の決定について使用され、屋外から屋内への如きGNSSとNPSとの間の継ぎ目のない移行及び、GNSS無しでの継続的な動作を可能にする。さらに、これらの測位ユニット装置は、自己統合的であり、追加の測位装置をGNSS及び／又はNPSネットワークへの組み込むことを労力を必要としないで可能にする。
【解決手段】地上設置型のネットワーク測位システム（NPS）は、GNSSの如き信号と、地上設置型の測位ユニット装置から成るGNSS同期ネットワークから送信される他の地上設置型の測位ユニット装置の測位信号とを使用する。これらの測位ユニット装置は、衛星不明瞭環境における絶対及び相対位置の決定について使用され、屋外から屋内への如きGNSSとNPSとの間の継ぎ目のない移行及び、GNSS無しでの継続的な動作を可能にする。さらに、これらの測位ユニット装置は、自己統合的であり、追加の測位装置をGNSS及び／又はNPSネットワークへの組み込むことを労力を必要としないで可能にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に言うと、未知位置にある物体又は利用者が複数のソースから信号を受信し、そこから得られる情報を使用してその物体又は利用者の現在位置を決定するという測位システム(positioning system)に関係するものである。更に詳しく言うと、本発明は、衛星不明瞭環境(satellite obscured environment;衛星からの信号が届かない場所)における高精度位置決定のため、GNSS(Global Navigation Satellite System;全地球的航法衛星システム)に同期化する自己統合型の測位ユニット装置(positioning-unit device)のネットワークを使った測位システムに関係するものである。
【背景技術】
【０００２】
人類は、ある人又は物体が、地球表面のどの位置にあるのかを正確に測る必要性を絶えず思考してきた。実際、位置を割り出す正確さ及び予測能力は、文明科学技術の高さを判断する尺度である。人類は、六分儀とクロノメータ、慣性誘導システム、LORAN、TRANSIT、そして最近ではGPSへと進歩し、地上の位置観測及び航法技術を向上させてきた。
【０００３】
米国政府によって作成された24の衛星を有するGPS衛星群は、搭載原子時計によるクロック信号(timing signal)を送信している。開発が進んだ精密な様式を使用して、3つ以上の衛星から信号を同時に受信する利用者受信機は、緯度と経度という絶対的な地球座標を使って、自己位置決定ができる。GPSは、全世界で利用可能だということと、リーズナブルな正確さと、エンドユーザーに無料だということから、位置決定に大き<貢献している。
【０００４】
GPSは、技術的には高度なものであるが、消費者レベルで広く採用されるには、大きな制限がまだいくつかある。第一に、GPSの信号を受信するために、受信機は、「視界内にある(in view)」衛星を必要とする。これは、大きい障青物が衛星と受信機の間に存在してはならないことを意味する。第二に、GPS方式では、2次元(即ち、緯度及び経度)決定のためには3つ以上の衛星が、また3次元決定(すなわち緯度、経度、及び、標高)決定のためには4つ以上の衛星が、視界内にある必要がある。これらの二つの重大欠点が組合わさると、「都市峡谷(urban canyons)」のような市街地においては、GPSへの信頼性は著しく低下し、また、屋内や障害物を有する環境では、標準GPSは全く機能しない。従って、世界人口の大半が生活する都市環境においては、GPSの使用は非常に限られている。「消費者」にとって、GPSには、他にも使用限界があり、それは、GPSのグローバルな可用性と、GPSの適度な高精度を得られる能力から生じる。内在的に、GPSは、約15メートルの正確さを出す能力を持っている。米国政府は、敵国からの武器の正確発射というかたちで、自国の衛星システムが敵に使われる可能性を懸念するようになった。この理由で、GPSネットワークでの民間用信号は、正確に暗号化された米国軍の信号と比較して、意図的に劣化させられている。一般にSA(Selective Availability, 選択利用性)と呼ばれるこの劣化操作により、民間用信号の精度は約100メートル2dRMSに減少されている。
【０００５】
SA制限を克服するために、DGPS(Differential GPS;ディファレンシャルGPS)というシステムが、局地的に民間ユーザーのために開発された。DGPSにより、携帯装置(mobile)のユーザーは、誤差数メートルという精密度を得られる。しかしながら、DGPSでは、費用の高い地方放送基地(local broadcasting station)を作らなくてはならない。更に、携帯装置の消費者は、GPS受信機にDGPS補正値を得るために、ラジオレシーバーという追加装置も購入しなくてはならない。最近更に開発されたRTK(Real Time Kinematic;リアルタイムキネマティック)では、GPSシステムの精度を更に向上して、約1センチの誤差にまで縮めた。この精密度は多種の応用に非常に望ましいものではあるが、RTKは、測地学や測量学や物理学のような非常に専門的で技術的な分野のためのみの領域であるといえる。RTK受信機は、一般的には、標準GPS受信機より、精度が高い分、高価である。RTKシステムは、特殊なローカル送信器を必要とし、複雑さのレベルによっては、正確位置が決定されるまでに、静止信号獲得のため、最高で10時間を要し得る。RTKに必要な専門装置・技術と共に、必要な費用のレベルは、一般消費者や民間への使用考慮の際、RTKに強く不利に作用する。
【０００６】
要約すると、GPSは、現代の測地と航法に素晴らしい恩恵を施している。しかしながら、GPSは、開けた土地、砂漠、または、高海抜の環境でのみ、最高条件で使用される。GPSの有用性は、都市峡谷においては著しく劣り、GPSが室内でも使えるようにデザインされたことはない。更に、たとえ究極的にGPS信号が市街地において得られたとしても、位置決定解答結果は、SAによる大幅劣化のため、一部の地域ではほとんど役に立たない。この状況にある消費者がDGPS法やRTK法で向上された精度に目を向けたとしても、相当な努力と費用とかなり複雑なインフラが必要になってくる。
【０００７】
これらの困難を克服するための試みを従来の技術(prior art)で説明する。単独測位システム(例えばGPS)と相対測位システムを組み合わせたハイブリッド・システムが開発されてきた。その中には、衛星不明瞭になったとき「デッド・レッコニング(dead reckoning)」を取り入れる慣性センサシステム(internal sensor system)(米国特許5,311,195)や、衛星不明瞭になったときに「デルタ位相測位(delta phase positioning)」を行う民間ラジオ放送送信(commercial radio broadcast transmissions)米国特許5,774,829)がある。
【０００８】
残念ながら、これらの従来の技術のシステムには欠点がいくつかある。デッド・レッコニングは使用を重ねると累積エラーを示すし、デッド・レッコニングもデルタ位相測位も、精度が初期絶対位置精度(initial absolute position accuracy)までに限られてしまう。従って、初期位置不確実性(initial position ambiguity)が次に起こる位置決定解答に持ち越されてしまうのだ。デルタ位相の位置の精度は、民間ラジオ放送送信地で幾何学的に使用されているものの影響を受ける。ロービング受信機に見られるような未発達の幾何学では、お粗末な位置決定解答を生み出す。加えて、デルタ位相の位置の精度は、送信信号の周波・波長により影響され、低周波(つまり長波長)だと精度を低下させてしまう。更に、デルタ位相ロービング受信機は、民間ラジオ放送送信地座標を予め知らなければいけない。最後にあげられる欠点は、デルタ測位では、民間ラジオ放送送信以外に、基準受信局受信機(reference receiver)及びデータリンクを必要とすることである。米国特許5,774,829によると、このデータリンクは、民間ラジオ放送送信信号SCAチャンネル情報に置かれるという。これは、潜在的に、何千という民間放送の協力を必要とし、管理という意味でもかなり問題にある。
【０００９】
標準GPS衛星群の能力の向上又は補強のため、「疑似衛星」(pseudolite;シュードーライト)の使用を試みた技術も知られている。擬似衛星はGPSに似た信号を送信する地上設置型送信機だ。最初に1977年に、米国国防総省によりアリゾナのユマ・フロービング・グランド(Yuma Proving Ground)でGPSの第一段階テストとして使用された。疑似衛星は、飛行に充分な衛星が置かれる以前に、ユーザー設備のテストとして、GPS衛星群補強のために使われたのである。1984年に、擬似衛星がGPSシステム起動の上で補佐役になるものであり、航法を改善し、飛行などへの応用幾何学も改善するものだと初めて指摘したのは、クレインとパーキンソン(Klein and Parkinson)である。1986年に、パーキンソンとフィッチギボン(Klein and Fitzgibbon)は測距擬似衛星の最良位置の割り出し方を開発・説明した。1986年には更に、ローカルエリアDGPSシステムの標準型を初めて開発したRTCM-104委員会が、DGPS情報を擬似衛星によって送信する方法を提唱した。
【００１０】
現在、擬似衛星は高価な装置であり、ごく小数のみ製造されている。GPSL1とGPSL2両方の周波数を送信するので、作動するためには、定期的に認可を受けるのが普通だ。従って、通例、大学内の実験班、政府機関、軍隊、または非常に大きい会社が、擬似衛星の使用をしてきた。そのため、この装置は、長期間知られてきた一方で、一般的な場所や航法での使用は、非常にめずらしい。従来の技術は、擬似衛星の限られた利用可能性を反映するものである。
【００１１】
局所的な場所でGPS信号を高めるために擬似衛星を使用した産業もいくつかあった。擬似衛星装置の飛行使用の代表として米国特許5572218があり、これは航空機の最終進入の滑走路最終地点に擬似衛星を設置するという方法である。これにより、非常に速く整数値サイクルバイアス決定(integer cycle ambiguity resolution)が得られ、非常に正確な測位を生み出す。米国特許5375059は、カタピラー社のような会社が如何に有効に擬似衛星をオープンピット鉱山に応用したかの代表で、これらの装置の応用の更に典型的な例の一つである。これらのシステムはその技術でよく知られた従来のローカルエリアの擬似衛星/基準基地(reference station)設定を取り入れたものである。
【００１２】
米国特許5686924「固定擬似衛星基準送信機付きローカルエリア位置飛行システム(Local-area position navigation system with fixed pseudolite reference transmitters)」と米国特許5708440「無許可周波のための擬似衛星トランスレーター(Pseudolite translator for unlicensed frequencies)」(両、Trimble等への特許)は、共通して、ローカルエリア上でのGPS信号補強を説明している。このローカルエリアシステムは、擬似衛星/基準基地統合への明確な対策に欠け、従って正確な位置決定のための時間理論の必須基本に欠ける。
【００１３】
GPS信号を特に屋内で発生させるものとして知られる従来の技術関連が一つある。米国特許5815114(Speasl等)は、完全に遮蔽された環境に位置する擬似衛星システムを説明している。このシステムは、コンピューター・プロセス・ユニットから発生する信号を利用するものである。これらの信号は、建物内で、同軸ケーブルを媒体として4つの擬似衛星に送られる。このローカル・エリア・システムは、非常に複雑で広範囲に渡る装置を必要とし、また、オリジナル信号と再発生された信号との衝突を避けるためGNSS衛星群から完壁に遮断されている必要がある。
【００１４】
これら全ての従来技術の引用は、ローカルエリアの遮断されたシステム上での擬似衛星システムの初歩的利用を開示する。
【００１５】
別の従来技術である発明者Issler等の米国特許5,995,040Aは、以下の内容を開示している。
− GNSS衛星を使用する屋外環境においてクライアント・ビーコンから成る局所的自律的セルを拡大することができるシステム。
− マスタ衛星及びクライアント衛星として知られる通信衛星に設置されるZZZ受信機を使用して、屋外環境においてクライアント・ビーコンの局所的自律セルを拡張することができるシステム。クライアント・ビーコンの位置を決定するために、少なくとも一つのクライアント・ビーコンから送信される測位信号を、マスタ衛星及びクライアント衛星が同時に受信する方法であるが、マスタ衛星及びクライアント衛星は測位信号をクライアント・ビーコンに送信しない方法。
− クライアント・ビーコンから構成される現在のネットワークから測位信号を受信し、且つZZZ受信機位置を決定することのみができる衛星閉塞環境に設置されるZZZ受信機。
− クライアント・ビーコンをクライアント・ビーコンから構成される現在の局所的自律セルに加えることを可能にし、クライアント・ビーコンから構成される局所的自律セルを拡大することを可能にするGNSS衛星カバー領域又はマスタ／クライアント衛星カバー領域を有するシステム。
【００１６】
これらの特徴が以下より詳細に記述される。
Issler等の米国特許5,995,040Aは以下のことを開示していない。
クライアント・ビーコン位置を決定するためにクライアント・ビーコンが組み込まれたZZZ受信機の使用。
クライアント・ビーコンが他のクライアント・ビーコン測位信号から自己の位置を決定することを可能にするための、ZZZ受信機からクライアント・ビーコンへの通信。
屋内のようなGNSS信号閉塞環境において、クライアント・ビーコンを追加することによる局所的自律セルの拡大。
局所的自律セル内でのシステムの何らかの補完的な使用。
【００１７】
Issler等の米国特許5,995,040Aは以下のことを開示していない。
屋内のようなGNSS衛星閉塞環境におけるクライアント・ビーコンの局所的自律セルにクライアント・ビーコンを加える試みを行うこと。
屋内のような衛星閉塞環境におけるクライアント・ビーコンの局所的自律セルにクライアント・ビーコンを加える対策を行うこと。
屋内のようなGNSS信号閉塞環境において、クライアント・ビーコンを加えることより、クライアント・ビーコンの局所的自律セルを拡大すること。
【００１８】
Issler等の米国特許5,995,040Aは、クライアント・ビーコン及びZZZ受信機を組み込むユーザー・セグメントを提供する。ユーザー・セグメントは、ZZZ受信機が組み込まれたクライアント衛星、航空機、又は船舶のような固定又は移動キャリアから構成される。ユーザー・セグメントは、測位ビーコン（又は時間ビーコン）のようなクライアント・ビーコンを含む(第9欄、8行乃至１２行)。
【００１９】
クライアント・ビーコンは、局所的自律セル内に構成されるZZZ受信機に測位信号を送信する。クライアント・ビーコン及びZZZ受信機は、固定又は地球の表面で移動可能である(第9欄17乃至19行)。これらのセルは、(マスタ及び衛星として知られる)通信衛星の使用が、これらの局所的自律セルの固有の機能に対しては厳密には必要とされないという点で自律的である(第9欄17行乃至19行)。マスタ及びクライアント衛星はクライアント・ビーコンから送信された測位信号を受信するが、しかしながら、マスタ及びクライアント衛星は、クライアント・ビーコンに測位信号を送信しない点が重要である(第2欄21行乃至34行)。クライアント・ビーコンは、利用時に、当初は位置が不明であることがあると開示されている(第1欄63行乃至64行)。しかし、重要なのは、Issler等は、クライアント・ビーコン位置を決定するためにクライアント・ビーコンに組み込まれたZZZ受信機の使用を開示していない点である。
【００２０】
Issler等は、クライアント・ビーコンの位置を決定するための2つの方法を開示している。
1. クライアント・ビーコンは、全地球的航法衛星システム(GNSS)未処理測定センサ又はGNSS差分補正センサ(第2欄、47行乃至48行及び第11欄46行乃至48行)を含む。これらのセンサは、相対的航法目的(軌道又は空中)又は局所的差分航法目的(軌道又は船舶)(第11欄、48行乃至50行)のために使用される。
2. 互いに近接するクライアント・ビーコンは、地上にメッシュを形成し、測位信号を、ZZZ受信機及び合成開口レーダ（SAR）を搭載する地球観測衛星に同時に送信する。この方法は、クライアント・ビーコン位置の時間変化を詳細に観測する(第18欄55行乃至67行及び第19欄1行乃至12)。これらの互いに近接するクライアント・ビーコンは、局所的自律セルも形成する。ここで、局所的自律セルは、システム内の幾つかの衛星に無線で接続されている場合、このセルは、システムの補完的利用に供される(第9欄21行乃至25行)。例えば、これらのセルは、Ｂ9：局地的規模の測地学、地球力学、及び地球物理学における必要性を満足することができるが（第6欄、57行乃至61行）、測位をランド・ナビゲータC1、Ｃ２、C3、C４、Ｃ８及びD3にも提供する(第7欄、9行乃至30行)。
【００２１】
重要なのは、Isser等は局所自律的セル内でのシステムの補完的利用についての何の形態も開示していない点である。
ZZZ受信機は、ZZZ受信機位置を決定するために、局所的自律セル内に構成されたクライアント・ビーコンによって送信された信号を受信し且つ処理する。ZZZ「複合型」受信機は、局所的自律セル内に構築されたクライアント・ビーコンによって送信された信号を受信し、且つ処理し、GNSS衛星配置によって、ZZZ受信機位置を決定する(第3欄13行乃至15行)。ZZZ受信機は、移動キャリアの位置を決定するために、航空機又は船舶のような移動キャリアに備えることができる(第9欄9行乃至10行)。クライアント・ビーコンは、測位信号が移動キャリアから送信されることができるように、航空機又は船舶のような移動キャリアに備えることができる(第9欄16乃至18行)。しかしながら、Issler等は、ZZZ受信機から、同じ移動キャリアに位置されるクライアント・ビーコンへ通信し、クライアント・ビーコンが、他のクライアント・ビーコン測位信号からその位置を決定することを可能にすることは開示していない。したがって、クライアント・ビーコンは、衛星閉塞環境における自身の位置を決定することができず、従って、衛星閉塞環境においてクライアント・ビーコンを地上設置型のネットワークに伝搬する対策は示していない。
【００２２】
図９を参照すると、従来技術であるIssler等の第1の実施の形態が示されている。オンボードGNSSセンサを組み込む4つのクライアント・ビーコン901、902、903、904は、空港905の周辺の周りに局所的自律セル906を形成するように展開される。ZZZ複合型受信機908及びクライアント・ビーコン909を組み込む航空機907は、ガレージ又は格納庫910に駐機している。GNSS衛星配置911、マスタ衛星912、及びクライアント衛星913は全て航空機から明瞭に見える。ZZZ複合型受信機908は、GNSS衛星配置９１１からの測位信号914受信し、クライアント・ビーコン901、902、903、904から測位信号915、及びクライアント・ビーコン909からの測位信号916を受信する能力を組み込んでいる。移動クライアント・ビーコン909は、自身の位置を決定するためにGNSSセンサを組み込む。この点で、空港周辺に展開された全てのクライアント・ビーコン901、902、903、及び904及び航空機907に位置される移動クライアント・ビーコン909は、GNSS衛星配置911によって送信された測位信号９１４を明瞭に観測することができ、オンボードGNSSセンサを利用して、自身の位置を決定することができる。そして、自身の測位信号915及び916の送信を開始する。航空機907に取り付けられたZZZ複合型受信機908は、GNSS衛星配置911から受信した測位信号914及び、クライアント・ビーコン910、902、903、904、及び909から受信した測位信号915及び916に基づいてその位置を決定することができる。
【００２３】
クライアント・ビーコン901、902、903、904及び909から送信される測位信号915及び916は、マスタ衛星912、及びクライアント衛星913によって受信することができて、航空機905の局所スケール上の測地学、地球力学、又は地球物理学のような目的に対して、局所的自律セル906の補完的な利用を提供する。
【００２４】
ZZZ複合型受信機908は、移動クライアント・ビーコン909からの測位信号916を受信することができるが、しかしながらIssler等は、情報を、航空機907上に位置する移動クライアント・ビーコン909にZZZ複合型受信機908から戻す仕方は提供していないことが重要な点である。
【００２５】
図10を参照する。オンボードGNSSセンサを組み込む4つのクライアント・ビーコン1001、1002、1003、1004は、空港1005の周辺に展開されて、局所自律的セル1006を形成する。ZZZ複合型受信機1008及び移動クライアント・ビーコン1009を組み込む航空機1007は、航空機格納庫又はガレージ1010のような建物内に駐機される。GNSS衛星配置1011、マスタ衛星1012、及びクライアント衛星1013は、すべて、航空機1007の視界には無い。ここで、空港1005の周辺の周りに展開された全ての外部のクライアント・ビーコン1001、1002、1003、及び1004は、GNSS衛星配置1011によって送信される測位信号1014を明瞭な視界内におく。このようにして、オンボードGNSSセンサを利用して自身の位置を決定することができ、自身の測位信号1015の送信を開始することができる。航空機1007のZZZ複合型受信機は、航空機ガレージ又は格納庫1010からの弱い信号閉塞のために、GNSS衛星配置1011によって送信された測位信号1014から自身の位置を決定することができない。しかしながら、ZZZ複合型受信機1008は、空港1005の周辺の周りに展開された外部のクライアント・ビーコン1001、1002、1003、及び1004から受信された強い測位信号1015から自身の位置を決定することができる。航空機1007上に位置する移動クライアント・ビーコン1009は、GNSS衛星配置1011からの測位信号1014を受信することができず、従って、自身の位置を決定することができなく、自身の測位信号の送信を開始することができない。ZZZ複合型受信機1008は、外部のクライアント・ビーコン1001、1002、1003、及び1004から測位信号を受信することができ、次に、自身の位置を決定することができるが、Issler等はZZZ複合型受信機1008から航空機1007上のクライアント・ビーコン1009に対して位置情報を通信する対策を提供していない点が重要な点ある。従って、航空機1007に位置するZZZ複合型受信機1008と移動クライアント・ビーコン1009との間に通信がないと、移動クライアント・ビーコン1009は、それ自身又はZZZ複合型受信機1008によって、自身の位置を決定することができない。移動クライアント・ビーコン1009はGNSS信号閉塞環境で自身の位置を送信することができない。結果として、クライアント・ビーコン1001、1002、1003及び1004の局所的自律セル1006は、クライアント・ビーコンを追加することによっては、屋内の如くのGNSS信号閉塞環境で拡張することができない。
【００２６】
さらに、クライアント・ビーコン1016が、航空機ガレージ又は格納庫1010のような衛星閉塞環境内の局所的自律セル1006に加えられる場合も、クライアント・ビーコン1016は、航空機ガレージ又は格納庫1010からの信号閉鎖により、GNSS測位信号1014から自身の位置を決定することができない。追加されたクライアント・ビーコン1016は、自身で自身の位置を決定することができない。Issler等は、クライアント・ビーコン1016の位置を決定するためのZZZ受信機に対する対策を施していない。従って、追加のクライアント・ビーコン1016は、GNSS信号閉塞環境において自身の測位信号を送信することができない。やはり、局所的自律セル1006は、屋内の如きGNSS信号閉塞環境で、クライアント・ビーコンを加えることによって、拡張することができない。
【００２７】
Issler等の発明では、現存するクライアント・ビーコンの局所的自律セルに加わることを望んでいるクライアント・ビーコンは、該クライアント・ビーコンの位置を決定する様に、GNSS衛星配置又はマスタ及びクライアント衛星のいずれに対しても、閉塞されていない視界を有する必要がある。クライアント・ビーコンの位置の知識は、その位置を決定するためのZZZ受信機に対して、必要不可欠である。従って、クライアント・ビーコンの位置決定は、自律セルの正しい動作にとって本質的である。Issler等は、屋内のような衛星閉塞環境において自身の位置決定を行うために、他のクライアント・ビーコンからの信号を受信することができるZZZ受信機（ZZZ複合型受信機を含む）を組み込むクライアント・ビーコンを開示しない。さらに、Issler等は、ZZZ受信機とクライアント・ビーコンが、航空機又は船舶のような移動キャリア上に協働して位置する場合において、ZZZ受信機からクライアント・ビーコンへの通信を開示していない。
【００２８】
要約すると、Issler等は、GNSS衛星閉塞環境において展開されるクライアント・ビーコンを現存するクライアント・ビーコン局所的自律セルに加えるための方策を示していない。従って、Issler等は、クライアント・ビーコンを追加することによって、GNSS衛星閉塞環境において、クライアント・ビーコンの局所的自律セルを拡大できない。さらに、クライアント・ビーコンをGNSS衛星閉塞環境におけるクライアント・ビーコンの局所自律的セルに加えるための要請も、試みも開示していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
従来の技術の中には、(a)地上設置型測位ユニット装置ネットワークをGNSSシステムに継ぎ目なく(seamless)統合し、(b)地域の制限なし測位ユニット装置からの無限な伝播をおおむね可能にする、という方法や装置を開示するものはないし、また、その技術方法を説くものもない。
【００３０】
建て込んだ地域での非常に正確な位置設置の必要性が急速に求められている。携帯用の消費者装置の急増と土地従属情報(location-dependant information)を求める声からも、実行可能で、統合されていて、しかも完壁な解決策の必要性は明らかだ。携帯用アプリケーションにおいては、SAによって劣化されている標準GPSでは不十分である。メートルレベル精度かそれ以上なものが不可欠だ。場所によって違う技術を要求されることなく戸外から屋内へと継ぎ目なく移る（トランジションする）システムが、大いに望まれる。屋外・屋内を問わず、システムそれ自体がよく広がり、また連続した空間にも広がっていくものも大いに望まれる。更に、GPSのような世界規範システムと結びつけることにより、既に使用可能で規範化されたパーツと、容易な製造と、既知技術との相乗作用が得られる。インフラストラクチャーのための専門家の助けが不要で、消費者レベルの価格で一般大衆にこれらの恩恵を提供するシステムが最も望ましいものである。従来の技術はこれらの明らかな必要性を満たしていない。
【００３１】
従って、まったく今までになかった方法を使用してGPS式の技術を活用、増強、拡大するとともに、上記に述べたGPS測位のデメリットを克服することが本発明のゴールである。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明は、従来技術の上述の欠陥を、測位ユニット装置が、自身の位置を決定するために、全地球的衛星システム（GNSS）の衛星によって送信された測位信号だけではなく、他の測位ユニット装置によって送信された測位信号を受信し且つ測定する。このことは、測位ユニット装置が自身の測位信号を送信する以前に、GNSS測位信号及び他の測位ユニット装置の測位信号から自身の位置を測位ユニット装置が決めることを可能にする。都会の環境のように、視界にあるGNSS衛星の数が制限されている領域において最大限の利益がある。他の現存する測位ユニット装置は、1つ又は２つのみのGNSS衛星が視界にある時に、ネットワークに入ることを要求する追加の測位ユニット装置の測位信号の要求を補足することができる。このことは、追加の測位ユニット装置が、ネットワークに統合されることを可能にし、結果として、測位ユニット装置のネットワークを拡張し、従って、GNSS測位信号が位置計算のために不十分であっても、追加の測位信号の送信を可能にする。この方法は、屋内環境のような、衛星が視界にない場合に、現存する測位ユニット装置のネットワークが、ネットワークと統合されることを望む測位ユニット装置の統合を容易することを可能にする。このことは、衛星閉塞環境内部深くでの測位ユニット装置の拡張を可能にする。
【００３３】
位置ロケーションシステム(Position location system)を改良することが、従って、本発明の目的である。
【００３４】
GNSSベースの位置ロケーションシステムが使用可能になる状況を増やすことも、この発明の目的である。
【００３５】
更には、場所制限なしで伝播する地上設置型の測位ユニット装置(position-unit devices)オープンアーキテクチャーネットワーク(open-architecture network)を開示することも、この発明の目的である。
【００３６】
地上設置型測位ネットワーク上でGNSSのような信号を採用することも、またこの発明のもう一つの目的である。
【００３７】
更には、地上設置型測位ネットワークをつくり伝播する方法を説明することも本発明の目的である。
【００３８】
またこの発明のもう一つの目的は、GNSS衛星群と継ぎ目なく統合する測位ユニット装置ネットワークを提供することである。
【００３９】
この発明の目的には、更に、GNSS衛星群と同期化する測位ユニット装置のネットワークを提供することもある。
【００４０】
さらに、この発明の目的は、GNSSベース地点からネットワークベース地点への継ぎ目なしのトランジションか、各位置システムのどの割り当て部分からでもの位置割り出しかをする測位ネットワークを提供する測位ネットワークを提供することである。
【００４１】
さらに、この発明の目的は、各位置システムに合わせたロービング装置を利用して、GNSSベース地点からネットワークベース地点への継ぎ目なしのトランジションか、各位置システムのどの割り当て部分からでもの位置割り出しかをする測位ネットワークを提供する測位ネットワークを提供することである。
【００４２】
また、この発明の他の目的は、都市渓谷環境下においてGNSS位置システムを補強する測位ユニット装置のネットワークを提供することである。
【００４３】
また更にこの発明の他の目的は、従来のGNSSが機能しなかったビル等の建築物内の衛星不明瞭地域やその他の環境で、GNSS式単独測位を広げるユニット装置のネットワークを提供することである。
【００４４】
またさらに、自己観察とGNSS衛星群への自動統合をする測位ユニット装置と、測位ユニット装置の現在のネットワークと、両方又は一方を開示することも、本発明の目的である。これにより、衛星不明瞭環境と屋内環境の両方で、単独測位と相対測位を提供する。
【００４５】
また、更に本発明の目的は、測位ユニット装置間の通信の初期化と維持のためのプロトコルの方法を説くことである。これにより、測位ユニット装置間で、ネットワーク情報をまわす。
【００４６】
更に、ネットワークを通じて受け取った補正値を供給するために、各測位ユニット装置が基準受信機を含むことも本発明の目的である。
【００４７】
また更に、ネットワーク上くまなくRTK測位を提供し、これによりセンチメートル誤差という精度を提供することも、本発明の日的である。
【００４８】
また本発明の目的は、GNSS衛星とNPS測位ユニット装置両方に、疑似距離(psudorange)と搬送波位相値を提供することでもあり、これによってメートル精度とセンチメートル精度を提供する。
【００４９】
更に本発明のもう一つの目的は、測位ユニット装置により高められる環境下で、シングルエポック搬送波位相の整数値バイアス決定(integer ambiguity resolution;整数値不確定性を解くこと)をする2周波擬似衛星送信を提供することである。
【００５０】
またさらに、GNSS信号と二つの擬似衛星信号との両方を受信する3周波受信機を提供することも、本発明の目的である。
【００５１】
さらに本発明のもう一つの目的は、ネットワーク補正値が得られない時にも補正値が得られるように、測位ユニット装置がWAAS補正値を受けるようにするものである。
【００５２】
更に本発明のもう一つの目的は、システム間がコンパチブルに保てるように、現在のGNSS技術を取り入れた測位ユニット装置を供給することである。
【００５３】
更にこの発明のもう一つの目的は、技術者以外の者も伝播できる測位ユニット装置のネットワークを提供することである。これにより、費用が高いインフラの必要性も専門家技術に依存する必要もなくなる。
【００５４】
上述された方法において、自己伝播することができる測位ネットワークによって、各測位ユニット装置は全てのGNSS衛星からの測位信号を測定及び解釈することができ、視界内の全ての測位ユニット装置が自身の位置及び時刻の正確な評価を行うことができるという鍵となる利点が提供される。この能力は、より高い精度の測位システムを導く。衛星信号は単独では、電離層及び対流圏を介して広範囲に伝搬する弱い信号による他州の誤差を含む。測位ユニット装置は、他の測位ユニット装置及びユーザーの受信機に、誤差源を殆ど含まないより強い信号を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
この発明自体を理解するためと、また、いかにしてこの発明が先行知識を取り入れながら斬新で想像できなかった結果をユニークに与えているかを完全に理解するためには、下記の測位の原理に精通することが大切である。
GPSの原理の概観図1で、多数のGPS衛星101を示す。各GPS衛星101は、測位信号102を送信する。各測位信号は、各GPS衛星101が搭載する原子時計を用いて正確に時を刻んでおり、地上の管制局により時計の正確さをモニターされている。4個以上のGPS衛星101から未知点103までの測位信号の伝播時間から、地上に近いどの地点でも緯度、経度、標高が測れる。衛星.101搭載の時計とGPS受信機103の時計に誤差、または時刻オフセットが生じるため、測られた距離は疑似距離(pseudorange)と呼ばれる。3次元(x, y, z.)位置と時刻オフセットという4つ未知なことがあるため、3次元位置の決定には少なくとも4個の衛星が必要になる。
【００５６】
GPS受信機により計算されるGPS時間は、(1)SA(Selective Availability;精度劣化操作)(2)電離層遅延(3)対流圏遅延(4)衛星軌道情報(ephemeris)の誤差(5)衛星時計の誤差(6)マルチパス(multipath)という6つの要因により誤差が生じる。
【００５７】
SAは、米国の国家安全保障のために米国国防総省により意図的にGPS衛星時間と位置の精度を劣化させるものである。電離層遅延は、電離層中で電離粒子帯を通るとき電磁波により経験される速度の遅れで起こる時間の誤差である。対流圏遅延は、下層大気圏の水蒸気を通過するとき電磁波により経験される速度の遅れである。衛星軌道情報(ephemeris)の誤差は、実際の衛星位置と予測された衛星軌道データの差である。衛星時計の誤差は、実際の衛星GPS時間と衛星データにより予測された時間との差である。マルチパス(multipath)は、GPS受信機の近くで局地的に電波が反射されておこるもので、それにより電波の遅れがおこる。米国国防総省による自律型GPS(autonomous GPS)のエラーパジェットは、100メートル2dRMSと指定されている。もしより高い精度が必要とされる場合は、LADGPS(Local Area Differential GPS;ローカルエリアディファレンシャルGPS)が使われる。
【００５８】
LADGPS(Local Area Differential GPS; ローカルエリアディファレンシャルGPS)の原理 マルチパスと受信機雑音以外のGPS誤差は、全て、「空間に関係」するものである。つまり、全ての誤差数値は、近距離にある受信機同士に共通するのである。LADGPSは、GPS衛星電波で空間に関係したものを、無視できるレベルまで減少させるものである。
【００５９】
さて、図2に、各衛星が測位信号202を送信する多数のGPS衛星201、LADGPS基準受信機(reference receiver)204, RFデータリンク205, そしてGPS受信機203を示す。位置が正確に分かっている地点に設置されたりDGPS基準受信機204は、検出する衛星信号の推定擬似距離を計算する。そして、GPS衛星201から受信した疑似距離を測定し、受信疑似距離から推定疑似距離を差し引いて、補正値を出す。LADGPS基準基地204は、RFデータリンク205で、GPS受信機203に、デジタルデータとしてこの補正値を送信する。GPS受信機203は、位置決定解答を出す前に、この補正値を、該当する衛星から測定した疑似距離に加える。基準受信機204とGPS受信局203に共通する誤差は、この手順を踏むことにより、完全に取り除かれる。
【００６０】
擬似衛星は、衛星が使うのと同じ方法で、LADGPS解決策を取り入れる。図3に、それぞれの衛星が測位信号302を送信する多数のGPS衛星301、LADGPS基準基地(reference station)304, RFデータリンク305, GPS受信機303, そして測位信号307を送信する擬似衛星送信機306を示す。擬似衛星送信機306がLADGPSシステムに組み込まれると、基準受信機304は同時に擬似衛星疑似距離送信307を測定し、RFデータリンク305でGPS受信機303に疑似距離時間誤差を含む疑似距離補正値を送信する。
【００６１】
LADGPS補正値は、GPS位置測定を、数メートルというレベルにまで改善する。もしさらに精密な測地が必要とされる場合は、「CDGPS(Carrier Phase Differential GPS;搬送波位相ディファレンシアルGPS)」という名で知られる技術が使われる。
CDGPS(Carrier-Phase Differential GPS;搬送波位相ディファレンジアルGPS)の原理 CDGPSは、基準受信機とユーザー受信機間の搬送波位相の差を使って、基準位置とユーザー位置の差を計算するものである。
【００６２】
図3に戻るが、各衛星が測位信号362を送信する多数のGPS衛星301, CDGPS基準基地304, RFデータリンク305, GPS受信機303、そして測位信号307を送信する擬似衛星送信機306を示す。位置が正確に分かっている地点に設置されたCDGPS基準受信機304は、視界内の全ての衛星301と擬似衛星306の瞬間位相測定をする。基準受信機304からの搬送波位相データは、RFデータリンク305でGPS受信機303に送信される。GPS受信機303は、また、視界内の衛星301と擬似衛星306の瞬間位相測定を計算し、その後、基準受信機304とGPS受信機303の位置関係を決定するために位相差を計算する。
【００６３】
ユーザー受信機は、端数位相(fractional phase)と搬送波全サイクルの任意の数(arbitrary number of whole cycles of the carrier)を測るが、疑似距離内にサイクルがいくつあるのか直接正確に決めることはできない。この数は、「整数値サイクル不確実性(integer cycle ambiguity)」として知られるものだが、他の方法で決定されなければならない。搬送波整数不確実性を解く従来の策は、大きく言って3つに分けられる。サーチによる方法(search method)と、フィルターによるもの(filtering method)と、幾何学による方法(geometrical method)である。これらの従来の方法では瞬間整数サイクル不確実性(instantaneous integer cycle ambiguity)を解くことはできない。
【００６４】
「WA(wide-laning;ワイドレーン)」として知られる最近のテクニックでは非瞬間整数サイクル不確実性(non-instantaneous integer cycle ambiguity)を解くという問題を克服した。WAは、ビート周波信号をつくる二つの周波数(伝統的にGPSL1,GPSL2と呼ばれる)を掛けてフィルター(filter)する。このビート周波の波長は、二つのおのおのの搬送波の波長よりかなり長い。そのため、整数値決定は、ビート周波信号によって作られる更に広い「レーン(lanes)」の整数不確実性を決めるために、疑似距離観察と共にされる。これらは、今度は、整数値バイアス決定のために探らなくてはならない整数の量(volume of integers)を大幅に減少させる。
【００６５】
整数サイクル不確実性(integer cycle ambiguity)が解かれると、CDGPS技術はリアルタイムのセンチメートル誤差レベルの精度を生む。
望ましい実施例(Preferred Embodiment)の詳細 ここで使われる「位置(position)」とは、経度・緯度・標高のスコープ内を含むものなので、「測位ユニット装置(positioning-unit device)」とは固定したものと移動するものの装置両方を含む。
【００６６】
望ましい実施例では、測位ユニット装置とは、「視界内にある」測位ユニット装置間の通信のための送信・受信手段と、単独位置計算と相対位置計算の両方又は一方を行うプロセッシング(processing)手段と、ネットワークデータオブリゲーション(network data obligation)をコントロールするコントロール手段を有する。
【００６７】
本発明によると、測位ユニット装置の単独的・相対的位置決定は、GNSS(Global Navigation Satellite System;全地球的航法衛星システム)が提供する信号に同期化された測位ユニット装置送信ネットワークを使うことによって、達成される。ここにある望ましい実施例では、GPSからなるGNSSを参照して説明したが、その他のGNSS、又は、絶対位置システム(absolute position system)を使っても、本発明範囲から外れることはない。
【００６８】
この発明は、現在のGPS技術では視界不明瞭の場所で特に応用されるものであるが、それ専用という意味ではない。これらの環境は、中心ビジネス街である「都市渓谷」と屋内環境を含む。
【００６９】
望ましい実施例では、測位ユニット装置は、多数の測位ユニット装置をネットワークに統合させるために、コード(CDMA)と時間(TDMA)の複合区分を使用し、単一送信/受信周波を保つ。
【００７０】
測位ユニット装置は、まずGPS衛星と、ネットワーク上の他の測位ユニット装置との、両方か一方から情報収集し、それから、受信した測位信号に基づいて、自己位置を決定する。この初期情報収集時間に、測位ユニット装置は、未使用のTDMA/CDMAスロットを決定し、それらを、自己送信サイクルに使用する。
【００７１】
測位ユニット装置は、ひとたびTDMA/CDMAスロットが選ばれると、その選ばれたTDMA/CDMAスロットで、自己測位信号を送信し始める。運転可能な測位ユニット装置の数が、使用可能なCDMA/TDMAスロットの数を越えた時は、ネットワークに入ることを希望する他の測位ユニット装置は、スロットが使用可能になるまで情報収集し続ける。故に、このシステムは、自動的に測位ユニット装置が余剰になるのをモニターするものである。
【００７２】
測位ユニット装置送信機は、(a)ネットワークのTDMA(time division multiple access)条件を満たし、(b)並置された受信機が同送信周波数の他のソースから広範囲に及ぶ信号を受け、また、(c)CDMAスペクトル技術に大小なりとも関係すると知られる問題を少しでも解決するために、パルスされる。
【００７３】
図4に、直接測距単独測位ネットワークを示す。直接測距測位ユニット装置402は、受信機403及び並置されたパルス送信機404に統合されている。受信機403は、視界内にある全てのGPS衛星401からの測位信号406と、視界内にあるすべての測位ユニット装置404送信機からの測位信号405とを、両方受信することが可能である。受信機403は、視界内にある4つ以上の衛星信号406と測位ユニット装置送信405との、両方又は一方から、位置情報とGPS時間を決定し、並置されたパルス送信機404から、この位置情報とGPS時間を送信する。この送信された測位信号は、それから、視界内にある他の測位ユニット装置によって直接測距源(direct-ranging source)として使用される。
【００７４】
全測位ユニット装置は、その送信をGPS時間と直接同期化し、故に直接測距単独測位ネットワークを作り上げる、しかしながら、直接測距ネットワークの精度はGPS合成時間精度(composite clock accuracy)によって影響をうける。米国国防総省による自律型GPSのエラーバジェットは、100メートル2dRMS、又は、340ナノセカンド(時間の95%)と指定されている。直接測距単独測位ネットワークからより高精度を得るためには、時計スムージング(clock-smoothing)の技術が必要とされる。その送信機時計は、こういった誤差を平均化するために、一日に数ナノセカンド内の誤差におさえる安定度が必要だ。これは、現在のところ、原子時計の標準であるが、高額で複雑だという性格を持つ。この原子時計スムージングなしで、この直接測距ネットワークは、100メートル2dRMSという自律型GPSと同じ精密さを持つだろう。
【００７５】
原子時計標準は使え得るが、一方では、大量生産と消費者レベルのネットワークアクセスを可能にすることが、望ましいモデルの目的である。従って、望ましいモデルは、必要とされる精度向上のために単独測位ネットワークの補正値を取り入れるものである。
【００７６】
図5に、補正された測位ネットワークを示す。補正された測位ユニット装置502は、基準受信機503及び並置されたパルス送信機504に統合されている。基準受信機は、視界内にあるすべてのGPS衛星501からの測位信号506と、そして視界内の全ての測位ユニット装置送信機504からの測位信号505と、両方受信可能である。基準受信機503は、視界内の4つ以上の衛星信号506と測位ユニット装置送信505の、両方又は一方から、位置及びGPS時間を決定し、この位置とGPS時間情報を、リアルタイムLADGPS補正値507と共に、並置されたパルス送信機504から送信する。これによりLADGPS基準受信機ネットワーク分布が作られる。
【００７７】
LADGPS補正値を単独測位ネットワークにのせることにより、精度は数メートルまで高くなる。ユーザー位置への補正値は、ユーザー位置と、いつでも使えるLADPS基準受信機の時計との間で、相関的に決定されるものである。大事なことは、精密時計情報は基準受信機には必要ないということである。これは、既知の基準受信機位置は4次元だからである。つまり、基準受信機は現地時間補正を含むということだ。疑似距離補正値の一貫した時刻オフセット誤差も、ユーザー受信機に影響があるに過ぎない。ユーザーが受信機位置にのみ興味があるとしたら、この時計補正は任意なものになる。
【００７８】
各測位ユニット装置は、LADGPS補正値を、視界内にある全測位ユニット装置から受信する。従って、測位ユニット装置は12以上のLADGPS補正値を同時にアクセスできる。測位ユニット装置は、位置決定解答を出す時に、一つのLADGPSソースからのみの補正値を使用しなければならない。測位ユニット装置は、最終的なLADGPS位置決定解答平均を提供する前に、視界内の全LADGPSソースからの位置決定解答を計算することにより、位置情報の正確さを更に改善できる。
【００７９】
代わりの方法として、測位ユニット装置は、予め決定しておいた下記のような他選択基準によっても、LADGPS選択に加重値を与える。(a)基準受信機近接。つまり基準受信機がユーザーの装置に近ければ近いほど、マルチパスの空間相互関係の可能性が高くなり、補正値のエプシロン誤差(epsilon error)の影響が低<なる。(b)基準受信機の幾何学。つまり、局地測位ユニット装置が幾何学的に優秀なら、高精度のLADGPS補正が得られる。(c)観測源の相互関係。つまり、基準局受信機は、衛星と(観測できる)擬似衛星の両方又は一方を有す同セットのものを、ユーザー装置として、観測しなくてはならない。(d)信号強化/完全データ。つまりデータは、最小限の誤差修正の雑音比になるように、よい信号で受け取らなければいけない。
【００８０】
疑似距離精度に対する懸念は、マルチパス、特に屋内環境でだ。この誤差要因により疑似距離は数十メートルという不正確さを持ち得る。しかしながら、マルチパス効果は、搬送波位相方法を使用すると、センチメートルレベルにまで軽減する。測位ユニット装置では、高精度の位置を決定するためと、疑似距離のマルチパスからの影響を排除するために、搬送波位相測量を利用することが望ましい。
【００８１】
CDGPS測量は、整数サイクル不確実性(integer cycle ambiguity)という欠点を持ち、故に、この問題を解決する方法が要求される。2周波WL(wide-laning)が、高マルチパス環境での整数値バイアス決定には望ましい解決策である。整数はシングルエポック(single epoch)で決定することができ、その後決定され続け、その結果サイクルスリップ(cycle slips)を取るに足らないことにする、図5に戻り、搬送波位相補正値により修正されたネットワークを示す。搬送波位相補正された測位ユニット装置502は、基準受信機503と並置された2周波パルス送信機504に合体している。基準受信機は、視界内にある全GPS衛星501からの測位信号506と、視界内にある全測位ユニット装置送信機504からの測位信号505とを、両方、受信可能である。基準受信機503は、視界内の4つ以上の衛星信号506と測位ユニット装置送信505の、両方または一方から、位置及びGPS時間を決定し、この位置とGPS時間情報を、リアルタイムリDGPSとCDGPS測量地507と共に、並置された2周波パルス送信機504から送信する。これによりDGPS/CDGPS基準受信機ネットワーク分布となる。
【００８２】
NPS環境で、CDGPS解答を使用することにより、位置精度は数センチメートルにまで高められる。よく知られたテクニック「ダブルディファレンジング(double differencing)」が、時計誤差を除<のに使われるのだ。
通信プロトコル 自己統合型のNPS開発は、測位ユニット装置間に特別な通信プロトコルを必要とする。各測位ユニット装置は、GPS衛星と測位ユニット装置の通信取得とID確認のためにCDMAゴールドコードを使用する。GPS設計仕様は、ゴールドコード番号1から32を衛星に、ゴールドコード番号33から37を擬似衛星に使う。GPS仕様は、更に、他のゴールドコード番号を、WAASやEGNOSなどの他のシステムに使用する。測位ユニット装置を標準GPSシステムに統合させるために、測位ユニット装置が、標準GPSシステムに使用されていないゴールドコードを使うことが望ましい。動的に(dynamically)視界内のネットワークでの各測位ユニット装置の認識を確実にするため、ゴールドコードは、各測位ユニット装置に付けられる。
【００８３】
測位ユニット装置は、ネットワークを通じて、適切なGPSとNPSの情報をまわす。
【００８４】
通信GPSは、(a)GPS衛星群を同期してそこから直接測距するGPS時間と、(b)衛星不明瞭環境において「大気準備完了(sky ready)」状態で測位ユニット装置を保てるよう使われるGPSアルマナック(almanac;他の衛星の位置情報)データを備える。
【００８５】
通信NPSは、(ａ)NPSとGPS時計補正を含むNPSとNPS時間を同期化するために使われるNPS時間と、(b)ECEF(Earth Centered Earth Fixed;地球中心固定座標系)位置座標として表される測位ユニット装置位置と、(c)NPS LADGPS/CDGPSデータと、(d)NPS DAD(Dynamic Almanac Data;動的な他衛星位置情報データ)を備える。
【００８６】
DADのデータは、ネットワーク通信を完全にするのに必要である。図6を参照されたい。数個の測位ユニット装置602を、NPSの設定と通信に望ましい地域に置く。第一測位ユニット装置602-1は、建築物603の存在によって、第2測位ユニット装置602-2への通信を遮られる。しかしながら、第3測位ユニット装置602-3は、第1測位ユニット装置602-1からも第2測位ユニット装置602-2からもデータ受信可能である。これは、もし第1測位ユニット装置602-1が(例えば)CDMAゴールドコード33を送信し始め、第2測位ユニット装置602-2もCDMAゴールドコード33の送信開始を選んだら、潜在的にCDMA衝突(conflict)に繋がる。つまり、3番目の測位ユニット装置602-3は、同じCDMAゴールドコードを二つの測位ユニット装置から受けることになるからだ。この潜在的問題は、「DAD」の使用により除去される。
【００８７】
従来のGPSシステムでは、各衛星は、GPSコントロール部からアップロードした同じアルマナックデータを送信する。このアルマナックデータは、全ての軌道パラメーターと、現在GPS衛星群全体で使用中のID番号を示す。
【００８８】
NPSシステムは、個々の測位ユニット装置がそれぞれ固有の動的アルマナックを使用する。個々の測位ユニット装置により与えられるDADは、(a)測位ユニット装置の自己位置と、TDMAスロットとCDMAゴールドコード番号の一方又は両方と、(b)TDMAスロットとCDMAゴールドコード番号の一方又は両方の一覧(catalogue)と、視界内の他の全測位ユニット装置の位置データの情報を含む。ネットワークに入ろうとする測位ユニット装置は、適当なTDMAスロットとCDMAゴールドコード番号の一方又は両方を決定するために、視界内にある全測位ユニット装置からDADを求める。
【００８９】
このDADプロトコルは、TDMAスロットとCDMAゴールドコード番号のうちの、一方又は両方の衝突を避ける。
【００９０】
またDADには、高速衛星測位ユニット装置ドップラー情報や測位ユニット装置獲得などの他の情報とか、NPSの高速サーチ機能のための固有のユーザーＩDも含めることが可能だ。
【００９１】
通信目的のためのNPW帯域幅が適当であれば、測位ユニット装置が、固有のユーザーデータを、NPS中いたるところで、送信可能だ。このデータは、固有のユーザーＩDや位置や時間や「今タクシーを差し向けろ」というコマンド機能まで、情報を含み得る。位置ベースにあるユーザーリクエストを受信し実行する中心ゲートサービス(central gateway service)に、情報を回すこともできる。上記の例でいうと、タクシー会社は、予約確認の返事や、タクシー到着までの予想待ち時間を返信する。情報は、中心ゲートサービスを経ずにNPSを通して流すこともできる。この情報は、ネットワーク上で他の測位ユニット装置を探すときコマンドを「見つけろ」というような機能も含み得る。
望ましい信号とハードウェア構造 測位ユニット装置が、現存するGPSの技術との適合性を保つのは、非常に有利なことである。これにより、現存するGPSのハードウェアを最大限に利用し、一方で、測位ユニット装置の製造と小型化のコストを最小限におさえる。NPSは、(a)正弦波直接拡散スペクトラム(sinusoidal direct-sequence spread spectrum)送信と、(b)1023ビット2相位相変調変調方式(bi-phase shift key)の変調疑似ランダム「ゴールドコード」と、(c)1.023MHzのチッピングレートと、(d)2相位相変調方式の変調ナビゲーションメッセージと、(e)標準自動相関技術(standard autocorrelation techniques)と通信ハードウェア(correlator hardware)と、(f)L1受信のための標準RF受信機デザインと、(g)標準GPSコントローラーとメモリーデザインなどの基本的要素と、を取り入れることにより現存するGPSの構造にきっちりと繋がる。
【００９２】
しかしながら、もともとのGPSインフラストラクチャーは、地上設置型測位システムに統合されるようにはデザインされてこなかった。NPSがGPS技術の本質を、伝播地上測位ネットワークを通して広げることにより、望ましい実施形態においては、次のような基礎的GPS要素が向上する。(i)測位ユニット装置受信及び送信のための周波オフセット。これは、また、WL(wide-lane;ワイドレーン)整数値バイアス決定の技術の使用を容易にする。(ii)測位ユニット装置受信のための受信機の動的距離(dynamic range)が増えること。(iii)航空、更に通信メッセージのためにデータ帯域幅が増えること。(iv)追加CDMA(Code Division Multiple Access)ゴールドコードの使用。(v)測位ユニット装置の統合と拡大のための通信プロトコル。
【００９３】
図7に、以上に説明した測位ユニット装置701の望ましいハードウェアの実施例を示すが、これは、3周波基準受信機702と2周波パルス擬似衛星送信機703を備える。3周波基準受信機702は、全GPS衛星からのC/A(Course/Acquisition)疑似ランダムコードをL1(1575.42MHz)704で、且つ、全測位ユニット装置パルス擬似衛星を予め決められた二つの擬似衛星周波数705で、受信する。後者はISM(Industrial, Scientific & Medical;産業化学医療用)バンド2.4GHzが望ましいが、これでなくてもよい。3周波基準受信機702は、データリンク707を通じて、並置されるパルス擬似衛星送信機703に測位データを流す。計算された位置は、将来参照するために不揮発性記憶媒体(non-volatile memory)にも記憶される。
【００９４】
測位ユニット装置パルス擬似衛星送信機703は、二つの別の1023bitC/Aコードを送信するBPSK(dual frequency bi-phase shift key;二周波二相変調方式)送信機を備える。このC/Aコードは、1.023MHzのチップで、なるべく2.4GhzISMバンドのものが望ましい。706の個々の周波数は、個々のC/AコードによりBPS変調された1000bpsのナビゲーションメッセージを持つ。上記に述べたように、望ましいNPS信号の実施形態例は、最高の適合性が得られるよう、GPS信号構造と深く関係している。標準GPSナビゲーションデータは、50bpsで送有される。通信帯域幅を改善するために、望ましいNPSの実施例では、キャリアごとに1000bpsの帯域幅を使用する。これにより、各擬似衛星は、それぞれが、2000bpsデータリンクにアクセスできる。その上、QPSK(quadurature phase shift keying、四相位相変調方式)、又は、データ圧縮(compression)技術が、通信帯域幅を更に広げるために、他の実施形態でも使用され得る。
【００９５】
測位ユニット装置擬似衛星の望ましい実施例では、WL整数値バイアス決定技術を使用して二つの周波数を送信する。これらの周波数は、1575.42MHzのGPSL1をオフセットした周波ISMバンド内で送信されるものである。これにより、測位ユニット装置送信が標準GPS信号L1と混信しないことを確かにする。ISMバンドで送信する他の利点は、特定の規定認可を受けずに測位ユニット装置が使えることだ。
【００９６】
望ましい測位ユニット装置では、GPS衛星からの標準GPS50bpsナビゲーションメッセージと、測位ユニット装置擬似衛星からの1000bpsナビゲーションメッセージと、更に、WAAS(Wide Area Augmentation System)衛星からの250bpsのナビゲーションメッセージを復調する。これにより、最も正確で継ぎ目ない統合化ができれば、測位ユニット装置は、全てのソースからのデータを利用できることになる。
【００９７】
固定測位ユニット装置ハードウェアは、特別な設置制限があるわけではないので、例えば、測位ユニット装置を、直接ソケットにプラグインするものに入れ込むようにも製造できる。その場合、その測位ユニット装置は、使用可能なネットワークに限りがあるとしても、プラグインさえすれば、自動的にネットワークに入れる。
ネットワークの初期化 さてもう一度図5に戻るが、基準受信機503-1と並置される測位ユニット装置パルス擬似衛星504-1を有する第一の測位ユニット装置502-1は、GPS衛星群501に対して自己観測を行い、平均位置を求める。他の方法としては、測位ユニット装置を、既に位置がどこかわかっている場所に置くこともできる。そして、第一測位ユニット装置の基準受信機503-1は、LADGPS/CDGPS視界にあるGPS信号506の測量値と、それと並置されたパルス擬似衛星送信機504-1の測量値を決定する。
【００９８】
LADGPS/CDGPS測量値の平均位置は、その後、ナビゲーションメッセージで、並置されたパルス擬似衛星送信機504-1から送信される。
【００９９】
第二測位ユニット装置502-2は、第一測位ユニット装置502-1の範囲に配置される。第二測位ユニット装置基準受信機503-2は、GPS衛星信号506と、第一測位ユニット装置パルス擬似衛星送信機504-1からの信号を受信する。第二測位ユニット装置装置502-2は、正確な位置を決定するために、第一測位ユニット装置502-1のLADGPS/CDGPS測量値507と距離信号を使う。それから、第二測位ユニット装置502-2は、視界にある全GPS衛星501と全測位ユニット装置502のためにLADGPS/CDGPS測量値を決定する。LADGPS/CDGPS測量値は、ナビゲーションメッセージとして、並置されたパルス疑似衛星送信機504-2から送信される。
【０１００】
第三測位ユニット装置502-3は、第一測位ユニット装置502-1と第二測位ユニット装置502-2との範囲内に置かれ、第一測位ユニット装置502-1と第二測位ユニット装置502-2と同様に、位置を決定する。これで第三測位ユニット装置502-3には、選べるLADGPS/CDGPS測量値が二つあることになる。
【０１０１】
第四測位ユニット装置502-4は、第一測位ユニット装置502-1と第二測位ユニット装置502-2と第三測位ユニット装置502-3の範囲内に置かれる。第四測位ユニット装置502-4は、他の3つの測位ユニット装置同様に、位置を決定する。これで第四測位ユニット装置502-4には、選べるLADGPS/CDGPS測量値が四つあることになる。
【０１０２】
少なくとも4つの測位ユニット装置が初期化されれば、「上空視界(sky view)」なしでネットワークが広がり始める。この時点から、どの測位ユニット装置も、GPS衛星と測位ユニット装置のコンビネーションで、少なくともどちらかの4つに繋がる位置にいれば、自己位置決定ができ、NPSと交信し続けられる。
【０１０３】
図8を参照されたい。4つ以上の固定された測位ユニット装置802-1, 802-2, 802-3, 802-4が測定力の確かな場所に設置、作動されると、都会渓谷や建物804内のような衛星不明瞭環境においてでも、測距信号が受信できる。全GPS衛星信号806は不明瞭だが4つ以上の測位ユニット装置802-1, 802-2, 802-3, 802-4の視界内にある測位ユニット装置803も、自己位置決定能力を持つ。測位ユニット装置信号が建物804内に通るかに関しては限界があるかもしれない。しかしながら、ひとたび建物内の測位ユニット装置803が位置決定解答を得れば、他の測位ユニット装置は、自己統合でき、屋内環境でNPSを更に広げながら、この装置803から広がってゆく。これにより、測位ユニット装置の「蜘蛛の巣のような」構造の発達に繋がってゆくのである。この蜘蛛の巣のような構造を持つネットワークにより、NPSは、幾何学、信号強度、測距観測という点においても瞬間整数値バイアス決定と言う点においても強みを持つことになり、この利点により非常に高精度な結果を得られることになる。
【０１０４】
幾何学に優れていることは、正確な位置決定においては最も大切なものであり、測位ユニット装置の成功に繋がるものである。幾何学は、「GDOP」(Geometric Dilution of Precision;幾何学的精度低下率)という単位を持たない言葉で測られる。高いGDOP条件での測位ユニット装置の広がりを拒否することにより、幾何学上の伝達誤差(geometric propagation errors)を厳し<コントロールすることが望ましい。過度のGDOP値を持つ測位ユニット装置がネットワークに入るのをリジェクトするような設定が望ましい。
ネットワーク構造の側 望ましいNPSの実施例においては、ユーザー用測位ユニット装置は、各々、環境に応じて違う方式で自己位置決定をするようになっている。
【０１０５】
ユーザー用測位ユニット装置は、3つ以上のGPS衛星信号から測距する自律型GPS受信機として使用される。これにより、100メートル2dRMSの位置精度を得られる。
【０１０６】
ユーザー用測位ユニット装置は、2つ以上のGPS衛星信号からの測距可能で、また更に、WAASの補正値衛星(differential correction satellite)からの測距も可能で、数メートルの補正値位置精度が得られる。
【０１０７】
ユーザー用測位ユニット装置は、2つ以上のGPS衛星信号から測距可能で、また、他の一つの固定測位ユニット装置一つからも測距可能だ。その固定測位ユニット装置は、更に測距源を提供し、メートルレベルの精度が得られるLADGPS補正値も提供する。一つの固定測位ユニット装置は、初期整数値バイアス決定が可能の際は、更にCDGPS補正値も提供する。これは、従来の衛星、又は、移動測位ユニット装置幾何学変化によって達成される。
【０１０８】
ユーザー用測位ユニット装置は、多数のGPS衛星信号から測距可能で、都市渓谷の場合などは多数の固定測位ユニット装置からも測距可能だ。このシナリオでは、幾何学的に優れた測距源を十二分に得られることになる。5つの2周波測位ユニット装置へのアクセスにより、単一エポックWL搬送波位相整数値バイアス決定が行われ、これによりセンチレベルの精度を提供する。
【０１０９】
ユーザー用測位ユニット装置は、多数の固定測位ユニット装置からのみの測距も可能だ。これは、屋内のような衛星から閉ざされた環境の時に起こる。5つの2周波測位ユニット装置へのアクセスにより、単一エポックWL搬送波位相整数値バイアス決定が行われ、これによりセンチレベルの精度を提供する。
代わりの実施例(Alternate Embodiments) 測位ユニット装置に、自律型な単独測位を可能にするために、原子時計のような精密時刻標準(precision time standards)を含ませることもできる。その際は、測位ユニット装置時計をモニターする必要があり、また、ネットワーク時間の正確さを保つための時刻電送技術が必要になる。
【０１１０】
測位ユニット装置は、ペア方向関連(pairs-wise)ベースで交信することもでき、これにより装置間で相対測位ができる。この相対測位技術は、測位ユニット装置ネットワークに広がり、相対測位ユニット装置の蜘蛛の巣のような構造を作りあげる。
【０１１１】
移動型測位ユニット装置は、受信専用装置専用にも設定できる。この場合は、移動型測位ユニット装置は、3次元位置決定のために、その視界内で送信している他の測位ユニット装置を4つ以上必要とする。
【０１１２】
上記は本発明の代わりの実施例というかたちで説明されたものであるが、ここで上げた例のような修正とバリエーションは、この技術に精通した人にとっては明らかなように、本文書で述べられてきた本発明の拡張範囲領域として考えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】従来の技術のGPS(Global Positioning System;全地球測位システム)を図で示したものである。
【図２】従来の技術のDGPS(Differential Global Positioning System:ディファレンシャルGPS)を図で示したものである。
【図３】従来の技術で、補正された(differentially corrected)擬似衛星送信機を統合したDGPSを図に示したものである。
【図４】直接測距(direct-ranging)測位ユニット装置を取り入れた、本発明によるNPS(Network Positioning System;ネットワーク測位システム)の実施例の一つを、図に示したものである。
【図５】補正された測位ユニット装置を取り入れた、本発明によるNPSの望ましい実施例の一つを、図に示したものである。
【図６】測位ユニット装置の電波が届かない環境における、本発明によるNPSの他の実施例を、図に示したものである。
【図７】本発明によるネットワーク測位ユニット装置の全体構造の実施例の一つを図に示したものである。
【図８】衛星不明瞭環境における、本発明によるNPSの全体構造の実施例の一つを、図に示したものである。
【図９】Issler等の米国特許第5995040号に記述される自律セルの種々の構成要素の図示的表現である。
【図１０】Issler等の米国特許第5995040号に記述されるような従来技術の図示的表現である。衛星閉塞環境において展開されたクライアント・ビーコンは、現存するクライアント・ビーコンからなる自律セルに加えることができない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に言うと、未知位置にある物体又は利用者が複数のソースから信号を受信し、そこから得られる情報を使用してその物体又は利用者の現在位置を決定するという測位システム(positioning system)に関係するものである。更に詳しく言うと、本発明は、衛星不明瞭環境(satellite obscured environment;衛星からの信号が届かない場所)における高精度位置決定のため、GNSS(Global Navigation Satellite System;全地球的航法衛星システム)に同期化する自己統合型の測位ユニット装置(positioning-unit device)のネットワークを使った測位システムに関係するものである。
【背景技術】
【０００２】
人類は、ある人又は物体が、地球表面のどの位置にあるのかを正確に測る必要性を絶えず思考してきた。実際、位置を割り出す正確さ及び予測能力は、文明科学技術の高さを判断する尺度である。人類は、六分儀とクロノメータ、慣性誘導システム、LORAN、TRANSIT、そして最近ではGPSへと進歩し、地上の位置観測及び航法技術を向上させてきた。
【０００３】
米国政府によって作成された24の衛星を有するGPS衛星群は、搭載原子時計によるクロック信号(timing signal)を送信している。開発が進んだ精密な様式を使用して、3つ以上の衛星から信号を同時に受信する利用者受信機は、緯度と経度という絶対的な地球座標を使って、自己位置決定ができる。GPSは、全世界で利用可能だということと、リーズナブルな正確さと、エンドユーザーに無料だということから、位置決定に大き<貢献している。
【０００４】
GPSは、技術的には高度なものであるが、消費者レベルで広く採用されるには、大きな制限がまだいくつかある。第一に、GPSの信号を受信するために、受信機は、「視界内にある(in view)」衛星を必要とする。これは、大きい障青物が衛星と受信機の間に存在してはならないことを意味する。第二に、GPS方式では、2次元(即ち、緯度及び経度)決定のためには3つ以上の衛星が、また3次元決定(すなわち緯度、経度、及び、標高)決定のためには4つ以上の衛星が、視界内にある必要がある。これらの二つの重大欠点が組合わさると、「都市峡谷(urban canyons)」のような市街地においては、GPSへの信頼性は著しく低下し、また、屋内や障害物を有する環境では、標準GPSは全く機能しない。従って、世界人口の大半が生活する都市環境においては、GPSの使用は非常に限られている。「消費者」にとって、GPSには、他にも使用限界があり、それは、GPSのグローバルな可用性と、GPSの適度な高精度を得られる能力から生じる。内在的に、GPSは、約15メートルの正確さを出す能力を持っている。米国政府は、敵国からの武器の正確発射というかたちで、自国の衛星システムが敵に使われる可能性を懸念するようになった。この理由で、GPSネットワークでの民間用信号は、正確に暗号化された米国軍の信号と比較して、意図的に劣化させられている。一般にSA(Selective Availability, 選択利用性)と呼ばれるこの劣化操作により、民間用信号の精度は約100メートル2dRMSに減少されている。
【０００５】
SA制限を克服するために、DGPS(Differential GPS;ディファレンシャルGPS)というシステムが、局地的に民間ユーザーのために開発された。DGPSにより、携帯装置(mobile)のユーザーは、誤差数メートルという精密度を得られる。しかしながら、DGPSでは、費用の高い地方放送基地(local broadcasting station)を作らなくてはならない。更に、携帯装置の消費者は、GPS受信機にDGPS補正値を得るために、ラジオレシーバーという追加装置も購入しなくてはならない。最近更に開発されたRTK(Real Time Kinematic;リアルタイムキネマティック)では、GPSシステムの精度を更に向上して、約1センチの誤差にまで縮めた。この精密度は多種の応用に非常に望ましいものではあるが、RTKは、測地学や測量学や物理学のような非常に専門的で技術的な分野のためのみの領域であるといえる。RTK受信機は、一般的には、標準GPS受信機より、精度が高い分、高価である。RTKシステムは、特殊なローカル送信器を必要とし、複雑さのレベルによっては、正確位置が決定されるまでに、静止信号獲得のため、最高で10時間を要し得る。RTKに必要な専門装置・技術と共に、必要な費用のレベルは、一般消費者や民間への使用考慮の際、RTKに強く不利に作用する。
【０００６】
要約すると、GPSは、現代の測地と航法に素晴らしい恩恵を施している。しかしながら、GPSは、開けた土地、砂漠、または、高海抜の環境でのみ、最高条件で使用される。GPSの有用性は、都市峡谷においては著しく劣り、GPSが室内でも使えるようにデザインされたことはない。更に、たとえ究極的にGPS信号が市街地において得られたとしても、位置決定解答結果は、SAによる大幅劣化のため、一部の地域ではほとんど役に立たない。この状況にある消費者がDGPS法やRTK法で向上された精度に目を向けたとしても、相当な努力と費用とかなり複雑なインフラが必要になってくる。
【０００７】
これらの困難を克服するための試みを従来の技術(prior art)で説明する。単独測位システム(例えばGPS)と相対測位システムを組み合わせたハイブリッド・システムが開発されてきた。その中には、衛星不明瞭になったとき「デッド・レッコニング(dead reckoning)」を取り入れる慣性センサシステム(internal sensor system)(米国特許5,311,195)や、衛星不明瞭になったときに「デルタ位相測位(delta phase positioning)」を行う民間ラジオ放送送信(commercial radio broadcast transmissions)米国特許5,774,829)がある。
【０００８】
残念ながら、これらの従来の技術のシステムには欠点がいくつかある。デッド・レッコニングは使用を重ねると累積エラーを示すし、デッド・レッコニングもデルタ位相測位も、精度が初期絶対位置精度(initial absolute position accuracy)までに限られてしまう。従って、初期位置不確実性(initial position ambiguity)が次に起こる位置決定解答に持ち越されてしまうのだ。デルタ位相の位置の精度は、民間ラジオ放送送信地で幾何学的に使用されているものの影響を受ける。ロービング受信機に見られるような未発達の幾何学では、お粗末な位置決定解答を生み出す。加えて、デルタ位相の位置の精度は、送信信号の周波・波長により影響され、低周波(つまり長波長)だと精度を低下させてしまう。更に、デルタ位相ロービング受信機は、民間ラジオ放送送信地座標を予め知らなければいけない。最後にあげられる欠点は、デルタ測位では、民間ラジオ放送送信以外に、基準受信局受信機(reference receiver)及びデータリンクを必要とすることである。米国特許5,774,829によると、このデータリンクは、民間ラジオ放送送信信号SCAチャンネル情報に置かれるという。これは、潜在的に、何千という民間放送の協力を必要とし、管理という意味でもかなり問題にある。
【０００９】
標準GPS衛星群の能力の向上又は補強のため、「疑似衛星」(pseudolite;シュードーライト)の使用を試みた技術も知られている。擬似衛星はGPSに似た信号を送信する地上設置型送信機だ。最初に1977年に、米国国防総省によりアリゾナのユマ・フロービング・グランド(Yuma Proving Ground)でGPSの第一段階テストとして使用された。疑似衛星は、飛行に充分な衛星が置かれる以前に、ユーザー設備のテストとして、GPS衛星群補強のために使われたのである。1984年に、擬似衛星がGPSシステム起動の上で補佐役になるものであり、航法を改善し、飛行などへの応用幾何学も改善するものだと初めて指摘したのは、クレインとパーキンソン(Klein and Parkinson)である。1986年に、パーキンソンとフィッチギボン(Klein and Fitzgibbon)は測距擬似衛星の最良位置の割り出し方を開発・説明した。1986年には更に、ローカルエリアDGPSシステムの標準型を初めて開発したRTCM-104委員会が、DGPS情報を擬似衛星によって送信する方法を提唱した。
【００１０】
現在、擬似衛星は高価な装置であり、ごく小数のみ製造されている。GPSL1とGPSL2両方の周波数を送信するので、作動するためには、定期的に認可を受けるのが普通だ。従って、通例、大学内の実験班、政府機関、軍隊、または非常に大きい会社が、擬似衛星の使用をしてきた。そのため、この装置は、長期間知られてきた一方で、一般的な場所や航法での使用は、非常にめずらしい。従来の技術は、擬似衛星の限られた利用可能性を反映するものである。
【００１１】
局所的な場所でGPS信号を高めるために擬似衛星を使用した産業もいくつかあった。擬似衛星装置の飛行使用の代表として米国特許5572218があり、これは航空機の最終進入の滑走路最終地点に擬似衛星を設置するという方法である。これにより、非常に速く整数値サイクルバイアス決定(integer cycle ambiguity resolution)が得られ、非常に正確な測位を生み出す。米国特許5375059は、カタピラー社のような会社が如何に有効に擬似衛星をオープンピット鉱山に応用したかの代表で、これらの装置の応用の更に典型的な例の一つである。これらのシステムはその技術でよく知られた従来のローカルエリアの擬似衛星/基準基地(reference station)設定を取り入れたものである。
【００１２】
米国特許5686924「固定擬似衛星基準送信機付きローカルエリア位置飛行システム(Local-area position navigation system with fixed pseudolite reference transmitters)」と米国特許5708440「無許可周波のための擬似衛星トランスレーター(Pseudolite translator for unlicensed frequencies)」(両、Trimble等への特許)は、共通して、ローカルエリア上でのGPS信号補強を説明している。このローカルエリアシステムは、擬似衛星/基準基地統合への明確な対策に欠け、従って正確な位置決定のための時間理論の必須基本に欠ける。
【００１３】
GPS信号を特に屋内で発生させるものとして知られる従来の技術関連が一つある。米国特許5815114(Speasl等)は、完全に遮蔽された環境に位置する擬似衛星システムを説明している。このシステムは、コンピューター・プロセス・ユニットから発生する信号を利用するものである。これらの信号は、建物内で、同軸ケーブルを媒体として4つの擬似衛星に送られる。このローカル・エリア・システムは、非常に複雑で広範囲に渡る装置を必要とし、また、オリジナル信号と再発生された信号との衝突を避けるためGNSS衛星群から完壁に遮断されている必要がある。
【００１４】
これら全ての従来技術の引用は、ローカルエリアの遮断されたシステム上での擬似衛星システムの初歩的利用を開示する。
【００１５】
別の従来技術である発明者Issler等の米国特許5,995,040Aは、以下の内容を開示している。
− GNSS衛星を使用する屋外環境においてクライアント・ビーコンから成る局所的自律的セルを拡大することができるシステム。
− マスタ衛星及びクライアント衛星として知られる通信衛星に設置されるZZZ受信機を使用して、屋外環境においてクライアント・ビーコンの局所的自律セルを拡張することができるシステム。クライアント・ビーコンの位置を決定するために、少なくとも一つのクライアント・ビーコンから送信される測位信号を、マスタ衛星及びクライアント衛星が同時に受信する方法であるが、マスタ衛星及びクライアント衛星は測位信号をクライアント・ビーコンに送信しない方法。
− クライアント・ビーコンから構成される現在のネットワークから測位信号を受信し、且つZZZ受信機位置を決定することのみができる衛星閉塞環境に設置されるZZZ受信機。
− クライアント・ビーコンをクライアント・ビーコンから構成される現在の局所的自律セルに加えることを可能にし、クライアント・ビーコンから構成される局所的自律セルを拡大することを可能にするGNSS衛星カバー領域又はマスタ／クライアント衛星カバー領域を有するシステム。
【００１６】
これらの特徴が以下より詳細に記述される。
Issler等の米国特許5,995,040Aは以下のことを開示していない。
クライアント・ビーコン位置を決定するためにクライアント・ビーコンが組み込まれたZZZ受信機の使用。
クライアント・ビーコンが他のクライアント・ビーコン測位信号から自己の位置を決定することを可能にするための、ZZZ受信機からクライアント・ビーコンへの通信。
屋内のようなGNSS信号閉塞環境において、クライアント・ビーコンを追加することによる局所的自律セルの拡大。
局所的自律セル内でのシステムの何らかの補完的な使用。
【００１７】
Issler等の米国特許5,995,040Aは以下のことを開示していない。
屋内のようなGNSS衛星閉塞環境におけるクライアント・ビーコンの局所的自律セルにクライアント・ビーコンを加える試みを行うこと。
屋内のような衛星閉塞環境におけるクライアント・ビーコンの局所的自律セルにクライアント・ビーコンを加える対策を行うこと。
屋内のようなGNSS信号閉塞環境において、クライアント・ビーコンを加えることより、クライアント・ビーコンの局所的自律セルを拡大すること。
【００１８】
Issler等の米国特許5,995,040Aは、クライアント・ビーコン及びZZZ受信機を組み込むユーザー・セグメントを提供する。ユーザー・セグメントは、ZZZ受信機が組み込まれたクライアント衛星、航空機、又は船舶のような固定又は移動キャリアから構成される。ユーザー・セグメントは、測位ビーコン（又は時間ビーコン）のようなクライアント・ビーコンを含む(第9欄、8行乃至１２行)。
【００１９】
クライアント・ビーコンは、局所的自律セル内に構成されるZZZ受信機に測位信号を送信する。クライアント・ビーコン及びZZZ受信機は、固定又は地球の表面で移動可能である(第9欄17乃至19行)。これらのセルは、(マスタ及び衛星として知られる)通信衛星の使用が、これらの局所的自律セルの固有の機能に対しては厳密には必要とされないという点で自律的である(第9欄17行乃至19行)。マスタ及びクライアント衛星はクライアント・ビーコンから送信された測位信号を受信するが、しかしながら、マスタ及びクライアント衛星は、クライアント・ビーコンに測位信号を送信しない点が重要である(第2欄21行乃至34行)。クライアント・ビーコンは、利用時に、当初は位置が不明であることがあると開示されている(第1欄63行乃至64行)。しかし、重要なのは、Issler等は、クライアント・ビーコン位置を決定するためにクライアント・ビーコンに組み込まれたZZZ受信機の使用を開示していない点である。
【００２０】
Issler等は、クライアント・ビーコンの位置を決定するための2つの方法を開示している。
1. クライアント・ビーコンは、全地球的航法衛星システム(GNSS)未処理測定センサ又はGNSS差分補正センサ(第2欄、47行乃至48行及び第11欄46行乃至48行)を含む。これらのセンサは、相対的航法目的(軌道又は空中)又は局所的差分航法目的(軌道又は船舶)(第11欄、48行乃至50行)のために使用される。
2. 互いに近接するクライアント・ビーコンは、地上にメッシュを形成し、測位信号を、ZZZ受信機及び合成開口レーダ（SAR）を搭載する地球観測衛星に同時に送信する。この方法は、クライアント・ビーコン位置の時間変化を詳細に観測する(第18欄55行乃至67行及び第19欄1行乃至12)。これらの互いに近接するクライアント・ビーコンは、局所的自律セルも形成する。ここで、局所的自律セルは、システム内の幾つかの衛星に無線で接続されている場合、このセルは、システムの補完的利用に供される(第9欄21行乃至25行)。例えば、これらのセルは、Ｂ9：局地的規模の測地学、地球力学、及び地球物理学における必要性を満足することができるが（第6欄、57行乃至61行）、測位をランド・ナビゲータC1、Ｃ２、C3、C４、Ｃ８及びD3にも提供する(第7欄、9行乃至30行)。
【００２１】
重要なのは、Isser等は局所自律的セル内でのシステムの補完的利用についての何の形態も開示していない点である。
ZZZ受信機は、ZZZ受信機位置を決定するために、局所的自律セル内に構成されたクライアント・ビーコンによって送信された信号を受信し且つ処理する。ZZZ「複合型」受信機は、局所的自律セル内に構築されたクライアント・ビーコンによって送信された信号を受信し、且つ処理し、GNSS衛星配置によって、ZZZ受信機位置を決定する(第3欄13行乃至15行)。ZZZ受信機は、移動キャリアの位置を決定するために、航空機又は船舶のような移動キャリアに備えることができる(第9欄9行乃至10行)。クライアント・ビーコンは、測位信号が移動キャリアから送信されることができるように、航空機又は船舶のような移動キャリアに備えることができる(第9欄16乃至18行)。しかしながら、Issler等は、ZZZ受信機から、同じ移動キャリアに位置されるクライアント・ビーコンへ通信し、クライアント・ビーコンが、他のクライアント・ビーコン測位信号からその位置を決定することを可能にすることは開示していない。したがって、クライアント・ビーコンは、衛星閉塞環境における自身の位置を決定することができず、従って、衛星閉塞環境においてクライアント・ビーコンを地上設置型のネットワークに伝搬する対策は示していない。
【００２２】
図９を参照すると、従来技術であるIssler等の第1の実施の形態が示されている。オンボードGNSSセンサを組み込む4つのクライアント・ビーコン901、902、903、904は、空港905の周辺の周りに局所的自律セル906を形成するように展開される。ZZZ複合型受信機908及びクライアント・ビーコン909を組み込む航空機907は、ガレージ又は格納庫910に駐機している。GNSS衛星配置911、マスタ衛星912、及びクライアント衛星913は全て航空機から明瞭に見える。ZZZ複合型受信機908は、GNSS衛星配置９１１からの測位信号914受信し、クライアント・ビーコン901、902、903、904から測位信号915、及びクライアント・ビーコン909からの測位信号916を受信する能力を組み込んでいる。移動クライアント・ビーコン909は、自身の位置を決定するためにGNSSセンサを組み込む。この点で、空港周辺に展開された全てのクライアント・ビーコン901、902、903、及び904及び航空機907に位置される移動クライアント・ビーコン909は、GNSS衛星配置911によって送信された測位信号９１４を明瞭に観測することができ、オンボードGNSSセンサを利用して、自身の位置を決定することができる。そして、自身の測位信号915及び916の送信を開始する。航空機907に取り付けられたZZZ複合型受信機908は、GNSS衛星配置911から受信した測位信号914及び、クライアント・ビーコン910、902、903、904、及び909から受信した測位信号915及び916に基づいてその位置を決定することができる。
【００２３】
クライアント・ビーコン901、902、903、904及び909から送信される測位信号915及び916は、マスタ衛星912、及びクライアント衛星913によって受信することができて、航空機905の局所スケール上の測地学、地球力学、又は地球物理学のような目的に対して、局所的自律セル906の補完的な利用を提供する。
【００２４】
ZZZ複合型受信機908は、移動クライアント・ビーコン909からの測位信号916を受信することができるが、しかしながらIssler等は、情報を、航空機907上に位置する移動クライアント・ビーコン909にZZZ複合型受信機908から戻す仕方は提供していないことが重要な点である。
【００２５】
図10を参照する。オンボードGNSSセンサを組み込む4つのクライアント・ビーコン1001、1002、1003、1004は、空港1005の周辺に展開されて、局所自律的セル1006を形成する。ZZZ複合型受信機1008及び移動クライアント・ビーコン1009を組み込む航空機1007は、航空機格納庫又はガレージ1010のような建物内に駐機される。GNSS衛星配置1011、マスタ衛星1012、及びクライアント衛星1013は、すべて、航空機1007の視界には無い。ここで、空港1005の周辺の周りに展開された全ての外部のクライアント・ビーコン1001、1002、1003、及び1004は、GNSS衛星配置1011によって送信される測位信号1014を明瞭な視界内におく。このようにして、オンボードGNSSセンサを利用して自身の位置を決定することができ、自身の測位信号1015の送信を開始することができる。航空機1007のZZZ複合型受信機は、航空機ガレージ又は格納庫1010からの弱い信号閉塞のために、GNSS衛星配置1011によって送信された測位信号1014から自身の位置を決定することができない。しかしながら、ZZZ複合型受信機1008は、空港1005の周辺の周りに展開された外部のクライアント・ビーコン1001、1002、1003、及び1004から受信された強い測位信号1015から自身の位置を決定することができる。航空機1007上に位置する移動クライアント・ビーコン1009は、GNSS衛星配置1011からの測位信号1014を受信することができず、従って、自身の位置を決定することができなく、自身の測位信号の送信を開始することができない。ZZZ複合型受信機1008は、外部のクライアント・ビーコン1001、1002、1003、及び1004から測位信号を受信することができ、次に、自身の位置を決定することができるが、Issler等はZZZ複合型受信機1008から航空機1007上のクライアント・ビーコン1009に対して位置情報を通信する対策を提供していない点が重要な点ある。従って、航空機1007に位置するZZZ複合型受信機1008と移動クライアント・ビーコン1009との間に通信がないと、移動クライアント・ビーコン1009は、それ自身又はZZZ複合型受信機1008によって、自身の位置を決定することができない。移動クライアント・ビーコン1009はGNSS信号閉塞環境で自身の位置を送信することができない。結果として、クライアント・ビーコン1001、1002、1003及び1004の局所的自律セル1006は、クライアント・ビーコンを追加することによっては、屋内の如くのGNSS信号閉塞環境で拡張することができない。
【００２６】
さらに、クライアント・ビーコン1016が、航空機ガレージ又は格納庫1010のような衛星閉塞環境内の局所的自律セル1006に加えられる場合も、クライアント・ビーコン1016は、航空機ガレージ又は格納庫1010からの信号閉鎖により、GNSS測位信号1014から自身の位置を決定することができない。追加されたクライアント・ビーコン1016は、自身で自身の位置を決定することができない。Issler等は、クライアント・ビーコン1016の位置を決定するためのZZZ受信機に対する対策を施していない。従って、追加のクライアント・ビーコン1016は、GNSS信号閉塞環境において自身の測位信号を送信することができない。やはり、局所的自律セル1006は、屋内の如きGNSS信号閉塞環境で、クライアント・ビーコンを加えることによって、拡張することができない。
【００２７】
Issler等の発明では、現存するクライアント・ビーコンの局所的自律セルに加わることを望んでいるクライアント・ビーコンは、該クライアント・ビーコンの位置を決定する様に、GNSS衛星配置又はマスタ及びクライアント衛星のいずれに対しても、閉塞されていない視界を有する必要がある。クライアント・ビーコンの位置の知識は、その位置を決定するためのZZZ受信機に対して、必要不可欠である。従って、クライアント・ビーコンの位置決定は、自律セルの正しい動作にとって本質的である。Issler等は、屋内のような衛星閉塞環境において自身の位置決定を行うために、他のクライアント・ビーコンからの信号を受信することができるZZZ受信機（ZZZ複合型受信機を含む）を組み込むクライアント・ビーコンを開示しない。さらに、Issler等は、ZZZ受信機とクライアント・ビーコンが、航空機又は船舶のような移動キャリア上に協働して位置する場合において、ZZZ受信機からクライアント・ビーコンへの通信を開示していない。
【００２８】
要約すると、Issler等は、GNSS衛星閉塞環境において展開されるクライアント・ビーコンを現存するクライアント・ビーコン局所的自律セルに加えるための方策を示していない。従って、Issler等は、クライアント・ビーコンを追加することによって、GNSS衛星閉塞環境において、クライアント・ビーコンの局所的自律セルを拡大できない。さらに、クライアント・ビーコンをGNSS衛星閉塞環境におけるクライアント・ビーコンの局所自律的セルに加えるための要請も、試みも開示していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
従来の技術の中には、(a)地上設置型測位ユニット装置ネットワークをGNSSシステムに継ぎ目なく(seamless)統合し、(b)地域の制限なし測位ユニット装置からの無限な伝播をおおむね可能にする、という方法や装置を開示するものはないし、また、その技術方法を説くものもない。
【００３０】
建て込んだ地域での非常に正確な位置設置の必要性が急速に求められている。携帯用の消費者装置の急増と土地従属情報(location-dependant information)を求める声からも、実行可能で、統合されていて、しかも完壁な解決策の必要性は明らかだ。携帯用アプリケーションにおいては、SAによって劣化されている標準GPSでは不十分である。メートルレベル精度かそれ以上なものが不可欠だ。場所によって違う技術を要求されることなく戸外から屋内へと継ぎ目なく移る（トランジションする）システムが、大いに望まれる。屋外・屋内を問わず、システムそれ自体がよく広がり、また連続した空間にも広がっていくものも大いに望まれる。更に、GPSのような世界規範システムと結びつけることにより、既に使用可能で規範化されたパーツと、容易な製造と、既知技術との相乗作用が得られる。インフラストラクチャーのための専門家の助けが不要で、消費者レベルの価格で一般大衆にこれらの恩恵を提供するシステムが最も望ましいものである。従来の技術はこれらの明らかな必要性を満たしていない。
【００３１】
従って、まったく今までになかった方法を使用してGPS式の技術を活用、増強、拡大するとともに、上記に述べたGPS測位のデメリットを克服することが本発明のゴールである。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明は、従来技術の上述の欠陥を、測位ユニット装置が、自身の位置を決定するために、全地球的衛星システム（GNSS）の衛星によって送信された測位信号だけではなく、他の測位ユニット装置によって送信された測位信号を受信し且つ測定する。このことは、測位ユニット装置が自身の測位信号を送信する以前に、GNSS測位信号及び他の測位ユニット装置の測位信号から自身の位置を測位ユニット装置が決めることを可能にする。都会の環境のように、視界にあるGNSS衛星の数が制限されている領域において最大限の利益がある。他の現存する測位ユニット装置は、1つ又は２つのみのGNSS衛星が視界にある時に、ネットワークに入ることを要求する追加の測位ユニット装置の測位信号の要求を補足することができる。このことは、追加の測位ユニット装置が、ネットワークに統合されることを可能にし、結果として、測位ユニット装置のネットワークを拡張し、従って、GNSS測位信号が位置計算のために不十分であっても、追加の測位信号の送信を可能にする。この方法は、屋内環境のような、衛星が視界にない場合に、現存する測位ユニット装置のネットワークが、ネットワークと統合されることを望む測位ユニット装置の統合を容易することを可能にする。このことは、衛星閉塞環境内部深くでの測位ユニット装置の拡張を可能にする。
【００３３】
位置ロケーションシステム(Position location system)を改良することが、従って、本発明の目的である。
【００３４】
GNSSベースの位置ロケーションシステムが使用可能になる状況を増やすことも、この発明の目的である。
【００３５】
更には、場所制限なしで伝播する地上設置型の測位ユニット装置(position-unit devices)オープンアーキテクチャーネットワーク(open-architecture network)を開示することも、この発明の目的である。
【００３６】
地上設置型測位ネットワーク上でGNSSのような信号を採用することも、またこの発明のもう一つの目的である。
【００３７】
更には、地上設置型測位ネットワークをつくり伝播する方法を説明することも本発明の目的である。
【００３８】
またこの発明のもう一つの目的は、GNSS衛星群と継ぎ目なく統合する測位ユニット装置ネットワークを提供することである。
【００３９】
この発明の目的には、更に、GNSS衛星群と同期化する測位ユニット装置のネットワークを提供することもある。
【００４０】
さらに、この発明の目的は、GNSSベース地点からネットワークベース地点への継ぎ目なしのトランジションか、各位置システムのどの割り当て部分からでもの位置割り出しかをする測位ネットワークを提供する測位ネットワークを提供することである。
【００４１】
さらに、この発明の目的は、各位置システムに合わせたロービング装置を利用して、GNSSベース地点からネットワークベース地点への継ぎ目なしのトランジションか、各位置システムのどの割り当て部分からでもの位置割り出しかをする測位ネットワークを提供する測位ネットワークを提供することである。
【００４２】
また、この発明の他の目的は、都市渓谷環境下においてGNSS位置システムを補強する測位ユニット装置のネットワークを提供することである。
【００４３】
また更にこの発明の他の目的は、従来のGNSSが機能しなかったビル等の建築物内の衛星不明瞭地域やその他の環境で、GNSS式単独測位を広げるユニット装置のネットワークを提供することである。
【００４４】
またさらに、自己観察とGNSS衛星群への自動統合をする測位ユニット装置と、測位ユニット装置の現在のネットワークと、両方又は一方を開示することも、本発明の目的である。これにより、衛星不明瞭環境と屋内環境の両方で、単独測位と相対測位を提供する。
【００４５】
また、更に本発明の目的は、測位ユニット装置間の通信の初期化と維持のためのプロトコルの方法を説くことである。これにより、測位ユニット装置間で、ネットワーク情報をまわす。
【００４６】
更に、ネットワークを通じて受け取った補正値を供給するために、各測位ユニット装置が基準受信機を含むことも本発明の目的である。
【００４７】
また更に、ネットワーク上くまなくRTK測位を提供し、これによりセンチメートル誤差という精度を提供することも、本発明の日的である。
【００４８】
また本発明の目的は、GNSS衛星とNPS測位ユニット装置両方に、疑似距離(psudorange)と搬送波位相値を提供することでもあり、これによってメートル精度とセンチメートル精度を提供する。
【００４９】
更に本発明のもう一つの目的は、測位ユニット装置により高められる環境下で、シングルエポック搬送波位相の整数値バイアス決定(integer ambiguity resolution;整数値不確定性を解くこと)をする2周波擬似衛星送信を提供することである。
【００５０】
またさらに、GNSS信号と二つの擬似衛星信号との両方を受信する3周波受信機を提供することも、本発明の目的である。
【００５１】
さらに本発明のもう一つの目的は、ネットワーク補正値が得られない時にも補正値が得られるように、測位ユニット装置がWAAS補正値を受けるようにするものである。
【００５２】
更に本発明のもう一つの目的は、システム間がコンパチブルに保てるように、現在のGNSS技術を取り入れた測位ユニット装置を供給することである。
【００５３】
更にこの発明のもう一つの目的は、技術者以外の者も伝播できる測位ユニット装置のネットワークを提供することである。これにより、費用が高いインフラの必要性も専門家技術に依存する必要もなくなる。
【００５４】
上述された方法において、自己伝播することができる測位ネットワークによって、各測位ユニット装置は全てのGNSS衛星からの測位信号を測定及び解釈することができ、視界内の全ての測位ユニット装置が自身の位置及び時刻の正確な評価を行うことができるという鍵となる利点が提供される。この能力は、より高い精度の測位システムを導く。衛星信号は単独では、電離層及び対流圏を介して広範囲に伝搬する弱い信号による他州の誤差を含む。測位ユニット装置は、他の測位ユニット装置及びユーザーの受信機に、誤差源を殆ど含まないより強い信号を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
この発明自体を理解するためと、また、いかにしてこの発明が先行知識を取り入れながら斬新で想像できなかった結果をユニークに与えているかを完全に理解するためには、下記の測位の原理に精通することが大切である。
GPSの原理の概観図1で、多数のGPS衛星101を示す。各GPS衛星101は、測位信号102を送信する。各測位信号は、各GPS衛星101が搭載する原子時計を用いて正確に時を刻んでおり、地上の管制局により時計の正確さをモニターされている。4個以上のGPS衛星101から未知点103までの測位信号の伝播時間から、地上に近いどの地点でも緯度、経度、標高が測れる。衛星.101搭載の時計とGPS受信機103の時計に誤差、または時刻オフセットが生じるため、測られた距離は疑似距離(pseudorange)と呼ばれる。3次元(x, y, z.)位置と時刻オフセットという4つ未知なことがあるため、3次元位置の決定には少なくとも4個の衛星が必要になる。
【００５６】
GPS受信機により計算されるGPS時間は、(1)SA(Selective Availability;精度劣化操作)(2)電離層遅延(3)対流圏遅延(4)衛星軌道情報(ephemeris)の誤差(5)衛星時計の誤差(6)マルチパス(multipath)という6つの要因により誤差が生じる。
【００５７】
SAは、米国の国家安全保障のために米国国防総省により意図的にGPS衛星時間と位置の精度を劣化させるものである。電離層遅延は、電離層中で電離粒子帯を通るとき電磁波により経験される速度の遅れで起こる時間の誤差である。対流圏遅延は、下層大気圏の水蒸気を通過するとき電磁波により経験される速度の遅れである。衛星軌道情報(ephemeris)の誤差は、実際の衛星位置と予測された衛星軌道データの差である。衛星時計の誤差は、実際の衛星GPS時間と衛星データにより予測された時間との差である。マルチパス(multipath)は、GPS受信機の近くで局地的に電波が反射されておこるもので、それにより電波の遅れがおこる。米国国防総省による自律型GPS(autonomous GPS)のエラーパジェットは、100メートル2dRMSと指定されている。もしより高い精度が必要とされる場合は、LADGPS(Local Area Differential GPS;ローカルエリアディファレンシャルGPS)が使われる。
【００５８】
LADGPS(Local Area Differential GPS; ローカルエリアディファレンシャルGPS)の原理 マルチパスと受信機雑音以外のGPS誤差は、全て、「空間に関係」するものである。つまり、全ての誤差数値は、近距離にある受信機同士に共通するのである。LADGPSは、GPS衛星電波で空間に関係したものを、無視できるレベルまで減少させるものである。
【００５９】
さて、図2に、各衛星が測位信号202を送信する多数のGPS衛星201、LADGPS基準受信機(reference receiver)204, RFデータリンク205, そしてGPS受信機203を示す。位置が正確に分かっている地点に設置されたりDGPS基準受信機204は、検出する衛星信号の推定擬似距離を計算する。そして、GPS衛星201から受信した疑似距離を測定し、受信疑似距離から推定疑似距離を差し引いて、補正値を出す。LADGPS基準基地204は、RFデータリンク205で、GPS受信機203に、デジタルデータとしてこの補正値を送信する。GPS受信機203は、位置決定解答を出す前に、この補正値を、該当する衛星から測定した疑似距離に加える。基準受信機204とGPS受信局203に共通する誤差は、この手順を踏むことにより、完全に取り除かれる。
【００６０】
擬似衛星は、衛星が使うのと同じ方法で、LADGPS解決策を取り入れる。図3に、それぞれの衛星が測位信号302を送信する多数のGPS衛星301、LADGPS基準基地(reference station)304, RFデータリンク305, GPS受信機303, そして測位信号307を送信する擬似衛星送信機306を示す。擬似衛星送信機306がLADGPSシステムに組み込まれると、基準受信機304は同時に擬似衛星疑似距離送信307を測定し、RFデータリンク305でGPS受信機303に疑似距離時間誤差を含む疑似距離補正値を送信する。
【００６１】
LADGPS補正値は、GPS位置測定を、数メートルというレベルにまで改善する。もしさらに精密な測地が必要とされる場合は、「CDGPS(Carrier Phase Differential GPS;搬送波位相ディファレンシアルGPS)」という名で知られる技術が使われる。
CDGPS(Carrier-Phase Differential GPS;搬送波位相ディファレンジアルGPS)の原理 CDGPSは、基準受信機とユーザー受信機間の搬送波位相の差を使って、基準位置とユーザー位置の差を計算するものである。
【００６２】
図3に戻るが、各衛星が測位信号362を送信する多数のGPS衛星301, CDGPS基準基地304, RFデータリンク305, GPS受信機303、そして測位信号307を送信する擬似衛星送信機306を示す。位置が正確に分かっている地点に設置されたCDGPS基準受信機304は、視界内の全ての衛星301と擬似衛星306の瞬間位相測定をする。基準受信機304からの搬送波位相データは、RFデータリンク305でGPS受信機303に送信される。GPS受信機303は、また、視界内の衛星301と擬似衛星306の瞬間位相測定を計算し、その後、基準受信機304とGPS受信機303の位置関係を決定するために位相差を計算する。
【００６３】
ユーザー受信機は、端数位相(fractional phase)と搬送波全サイクルの任意の数(arbitrary number of whole cycles of the carrier)を測るが、疑似距離内にサイクルがいくつあるのか直接正確に決めることはできない。この数は、「整数値サイクル不確実性(integer cycle ambiguity)」として知られるものだが、他の方法で決定されなければならない。搬送波整数不確実性を解く従来の策は、大きく言って3つに分けられる。サーチによる方法(search method)と、フィルターによるもの(filtering method)と、幾何学による方法(geometrical method)である。これらの従来の方法では瞬間整数サイクル不確実性(instantaneous integer cycle ambiguity)を解くことはできない。
【００６４】
「WA(wide-laning;ワイドレーン)」として知られる最近のテクニックでは非瞬間整数サイクル不確実性(non-instantaneous integer cycle ambiguity)を解くという問題を克服した。WAは、ビート周波信号をつくる二つの周波数(伝統的にGPSL1,GPSL2と呼ばれる)を掛けてフィルター(filter)する。このビート周波の波長は、二つのおのおのの搬送波の波長よりかなり長い。そのため、整数値決定は、ビート周波信号によって作られる更に広い「レーン(lanes)」の整数不確実性を決めるために、疑似距離観察と共にされる。これらは、今度は、整数値バイアス決定のために探らなくてはならない整数の量(volume of integers)を大幅に減少させる。
【００６５】
整数サイクル不確実性(integer cycle ambiguity)が解かれると、CDGPS技術はリアルタイムのセンチメートル誤差レベルの精度を生む。
望ましい実施例(Preferred Embodiment)の詳細 ここで使われる「位置(position)」とは、経度・緯度・標高のスコープ内を含むものなので、「測位ユニット装置(positioning-unit device)」とは固定したものと移動するものの装置両方を含む。
【００６６】
望ましい実施例では、測位ユニット装置とは、「視界内にある」測位ユニット装置間の通信のための送信・受信手段と、単独位置計算と相対位置計算の両方又は一方を行うプロセッシング(processing)手段と、ネットワークデータオブリゲーション(network data obligation)をコントロールするコントロール手段を有する。
【００６７】
本発明によると、測位ユニット装置の単独的・相対的位置決定は、GNSS(Global Navigation Satellite System;全地球的航法衛星システム)が提供する信号に同期化された測位ユニット装置送信ネットワークを使うことによって、達成される。ここにある望ましい実施例では、GPSからなるGNSSを参照して説明したが、その他のGNSS、又は、絶対位置システム(absolute position system)を使っても、本発明範囲から外れることはない。
【００６８】
この発明は、現在のGPS技術では視界不明瞭の場所で特に応用されるものであるが、それ専用という意味ではない。これらの環境は、中心ビジネス街である「都市渓谷」と屋内環境を含む。
【００６９】
望ましい実施例では、測位ユニット装置は、多数の測位ユニット装置をネットワークに統合させるために、コード(CDMA)と時間(TDMA)の複合区分を使用し、単一送信/受信周波を保つ。
【００７０】
測位ユニット装置は、まずGPS衛星と、ネットワーク上の他の測位ユニット装置との、両方か一方から情報収集し、それから、受信した測位信号に基づいて、自己位置を決定する。この初期情報収集時間に、測位ユニット装置は、未使用のTDMA/CDMAスロットを決定し、それらを、自己送信サイクルに使用する。
【００７１】
測位ユニット装置は、ひとたびTDMA/CDMAスロットが選ばれると、その選ばれたTDMA/CDMAスロットで、自己測位信号を送信し始める。運転可能な測位ユニット装置の数が、使用可能なCDMA/TDMAスロットの数を越えた時は、ネットワークに入ることを希望する他の測位ユニット装置は、スロットが使用可能になるまで情報収集し続ける。故に、このシステムは、自動的に測位ユニット装置が余剰になるのをモニターするものである。
【００７２】
測位ユニット装置送信機は、(a)ネットワークのTDMA(time division multiple access)条件を満たし、(b)並置された受信機が同送信周波数の他のソースから広範囲に及ぶ信号を受け、また、(c)CDMAスペクトル技術に大小なりとも関係すると知られる問題を少しでも解決するために、パルスされる。
【００７３】
図4に、直接測距単独測位ネットワークを示す。直接測距測位ユニット装置402は、受信機403及び並置されたパルス送信機404に統合されている。受信機403は、視界内にある全てのGPS衛星401からの測位信号406と、視界内にあるすべての測位ユニット装置404送信機からの測位信号405とを、両方受信することが可能である。受信機403は、視界内にある4つ以上の衛星信号406と測位ユニット装置送信405との、両方又は一方から、位置情報とGPS時間を決定し、並置されたパルス送信機404から、この位置情報とGPS時間を送信する。この送信された測位信号は、それから、視界内にある他の測位ユニット装置によって直接測距源(direct-ranging source)として使用される。
【００７４】
全測位ユニット装置は、その送信をGPS時間と直接同期化し、故に直接測距単独測位ネットワークを作り上げる、しかしながら、直接測距ネットワークの精度はGPS合成時間精度(composite clock accuracy)によって影響をうける。米国国防総省による自律型GPSのエラーバジェットは、100メートル2dRMS、又は、340ナノセカンド(時間の95%)と指定されている。直接測距単独測位ネットワークからより高精度を得るためには、時計スムージング(clock-smoothing)の技術が必要とされる。その送信機時計は、こういった誤差を平均化するために、一日に数ナノセカンド内の誤差におさえる安定度が必要だ。これは、現在のところ、原子時計の標準であるが、高額で複雑だという性格を持つ。この原子時計スムージングなしで、この直接測距ネットワークは、100メートル2dRMSという自律型GPSと同じ精密さを持つだろう。
【００７５】
原子時計標準は使え得るが、一方では、大量生産と消費者レベルのネットワークアクセスを可能にすることが、望ましいモデルの目的である。従って、望ましいモデルは、必要とされる精度向上のために単独測位ネットワークの補正値を取り入れるものである。
【００７６】
図5に、補正された測位ネットワークを示す。補正された測位ユニット装置502は、基準受信機503及び並置されたパルス送信機504に統合されている。基準受信機は、視界内にあるすべてのGPS衛星501からの測位信号506と、そして視界内の全ての測位ユニット装置送信機504からの測位信号505と、両方受信可能である。基準受信機503は、視界内の4つ以上の衛星信号506と測位ユニット装置送信505の、両方又は一方から、位置及びGPS時間を決定し、この位置とGPS時間情報を、リアルタイムLADGPS補正値507と共に、並置されたパルス送信機504から送信する。これによりLADGPS基準受信機ネットワーク分布が作られる。
【００７７】
LADGPS補正値を単独測位ネットワークにのせることにより、精度は数メートルまで高くなる。ユーザー位置への補正値は、ユーザー位置と、いつでも使えるLADPS基準受信機の時計との間で、相関的に決定されるものである。大事なことは、精密時計情報は基準受信機には必要ないということである。これは、既知の基準受信機位置は4次元だからである。つまり、基準受信機は現地時間補正を含むということだ。疑似距離補正値の一貫した時刻オフセット誤差も、ユーザー受信機に影響があるに過ぎない。ユーザーが受信機位置にのみ興味があるとしたら、この時計補正は任意なものになる。
【００７８】
各測位ユニット装置は、LADGPS補正値を、視界内にある全測位ユニット装置から受信する。従って、測位ユニット装置は12以上のLADGPS補正値を同時にアクセスできる。測位ユニット装置は、位置決定解答を出す時に、一つのLADGPSソースからのみの補正値を使用しなければならない。測位ユニット装置は、最終的なLADGPS位置決定解答平均を提供する前に、視界内の全LADGPSソースからの位置決定解答を計算することにより、位置情報の正確さを更に改善できる。
【００７９】
代わりの方法として、測位ユニット装置は、予め決定しておいた下記のような他選択基準によっても、LADGPS選択に加重値を与える。(a)基準受信機近接。つまり基準受信機がユーザーの装置に近ければ近いほど、マルチパスの空間相互関係の可能性が高くなり、補正値のエプシロン誤差(epsilon error)の影響が低<なる。(b)基準受信機の幾何学。つまり、局地測位ユニット装置が幾何学的に優秀なら、高精度のLADGPS補正が得られる。(c)観測源の相互関係。つまり、基準局受信機は、衛星と(観測できる)擬似衛星の両方又は一方を有す同セットのものを、ユーザー装置として、観測しなくてはならない。(d)信号強化/完全データ。つまりデータは、最小限の誤差修正の雑音比になるように、よい信号で受け取らなければいけない。
【００８０】
疑似距離精度に対する懸念は、マルチパス、特に屋内環境でだ。この誤差要因により疑似距離は数十メートルという不正確さを持ち得る。しかしながら、マルチパス効果は、搬送波位相方法を使用すると、センチメートルレベルにまで軽減する。測位ユニット装置では、高精度の位置を決定するためと、疑似距離のマルチパスからの影響を排除するために、搬送波位相測量を利用することが望ましい。
【００８１】
CDGPS測量は、整数サイクル不確実性(integer cycle ambiguity)という欠点を持ち、故に、この問題を解決する方法が要求される。2周波WL(wide-laning)が、高マルチパス環境での整数値バイアス決定には望ましい解決策である。整数はシングルエポック(single epoch)で決定することができ、その後決定され続け、その結果サイクルスリップ(cycle slips)を取るに足らないことにする、図5に戻り、搬送波位相補正値により修正されたネットワークを示す。搬送波位相補正された測位ユニット装置502は、基準受信機503と並置された2周波パルス送信機504に合体している。基準受信機は、視界内にある全GPS衛星501からの測位信号506と、視界内にある全測位ユニット装置送信機504からの測位信号505とを、両方、受信可能である。基準受信機503は、視界内の4つ以上の衛星信号506と測位ユニット装置送信505の、両方または一方から、位置及びGPS時間を決定し、この位置とGPS時間情報を、リアルタイムリDGPSとCDGPS測量地507と共に、並置された2周波パルス送信機504から送信する。これによりDGPS/CDGPS基準受信機ネットワーク分布となる。
【００８２】
NPS環境で、CDGPS解答を使用することにより、位置精度は数センチメートルにまで高められる。よく知られたテクニック「ダブルディファレンジング(double differencing)」が、時計誤差を除<のに使われるのだ。
通信プロトコル 自己統合型のNPS開発は、測位ユニット装置間に特別な通信プロトコルを必要とする。各測位ユニット装置は、GPS衛星と測位ユニット装置の通信取得とID確認のためにCDMAゴールドコードを使用する。GPS設計仕様は、ゴールドコード番号1から32を衛星に、ゴールドコード番号33から37を擬似衛星に使う。GPS仕様は、更に、他のゴールドコード番号を、WAASやEGNOSなどの他のシステムに使用する。測位ユニット装置を標準GPSシステムに統合させるために、測位ユニット装置が、標準GPSシステムに使用されていないゴールドコードを使うことが望ましい。動的に(dynamically)視界内のネットワークでの各測位ユニット装置の認識を確実にするため、ゴールドコードは、各測位ユニット装置に付けられる。
【００８３】
測位ユニット装置は、ネットワークを通じて、適切なGPSとNPSの情報をまわす。
【００８４】
通信GPSは、(a)GPS衛星群を同期してそこから直接測距するGPS時間と、(b)衛星不明瞭環境において「大気準備完了(sky ready)」状態で測位ユニット装置を保てるよう使われるGPSアルマナック(almanac;他の衛星の位置情報)データを備える。
【００８５】
通信NPSは、(ａ)NPSとGPS時計補正を含むNPSとNPS時間を同期化するために使われるNPS時間と、(b)ECEF(Earth Centered Earth Fixed;地球中心固定座標系)位置座標として表される測位ユニット装置位置と、(c)NPS LADGPS/CDGPSデータと、(d)NPS DAD(Dynamic Almanac Data;動的な他衛星位置情報データ)を備える。
【００８６】
DADのデータは、ネットワーク通信を完全にするのに必要である。図6を参照されたい。数個の測位ユニット装置602を、NPSの設定と通信に望ましい地域に置く。第一測位ユニット装置602-1は、建築物603の存在によって、第2測位ユニット装置602-2への通信を遮られる。しかしながら、第3測位ユニット装置602-3は、第1測位ユニット装置602-1からも第2測位ユニット装置602-2からもデータ受信可能である。これは、もし第1測位ユニット装置602-1が(例えば)CDMAゴールドコード33を送信し始め、第2測位ユニット装置602-2もCDMAゴールドコード33の送信開始を選んだら、潜在的にCDMA衝突(conflict)に繋がる。つまり、3番目の測位ユニット装置602-3は、同じCDMAゴールドコードを二つの測位ユニット装置から受けることになるからだ。この潜在的問題は、「DAD」の使用により除去される。
【００８７】
従来のGPSシステムでは、各衛星は、GPSコントロール部からアップロードした同じアルマナックデータを送信する。このアルマナックデータは、全ての軌道パラメーターと、現在GPS衛星群全体で使用中のID番号を示す。
【００８８】
NPSシステムは、個々の測位ユニット装置がそれぞれ固有の動的アルマナックを使用する。個々の測位ユニット装置により与えられるDADは、(a)測位ユニット装置の自己位置と、TDMAスロットとCDMAゴールドコード番号の一方又は両方と、(b)TDMAスロットとCDMAゴールドコード番号の一方又は両方の一覧(catalogue)と、視界内の他の全測位ユニット装置の位置データの情報を含む。ネットワークに入ろうとする測位ユニット装置は、適当なTDMAスロットとCDMAゴールドコード番号の一方又は両方を決定するために、視界内にある全測位ユニット装置からDADを求める。
【００８９】
このDADプロトコルは、TDMAスロットとCDMAゴールドコード番号のうちの、一方又は両方の衝突を避ける。
【００９０】
またDADには、高速衛星測位ユニット装置ドップラー情報や測位ユニット装置獲得などの他の情報とか、NPSの高速サーチ機能のための固有のユーザーＩDも含めることが可能だ。
【００９１】
通信目的のためのNPW帯域幅が適当であれば、測位ユニット装置が、固有のユーザーデータを、NPS中いたるところで、送信可能だ。このデータは、固有のユーザーＩDや位置や時間や「今タクシーを差し向けろ」というコマンド機能まで、情報を含み得る。位置ベースにあるユーザーリクエストを受信し実行する中心ゲートサービス(central gateway service)に、情報を回すこともできる。上記の例でいうと、タクシー会社は、予約確認の返事や、タクシー到着までの予想待ち時間を返信する。情報は、中心ゲートサービスを経ずにNPSを通して流すこともできる。この情報は、ネットワーク上で他の測位ユニット装置を探すときコマンドを「見つけろ」というような機能も含み得る。
望ましい信号とハードウェア構造 測位ユニット装置が、現存するGPSの技術との適合性を保つのは、非常に有利なことである。これにより、現存するGPSのハードウェアを最大限に利用し、一方で、測位ユニット装置の製造と小型化のコストを最小限におさえる。NPSは、(a)正弦波直接拡散スペクトラム(sinusoidal direct-sequence spread spectrum)送信と、(b)1023ビット2相位相変調変調方式(bi-phase shift key)の変調疑似ランダム「ゴールドコード」と、(c)1.023MHzのチッピングレートと、(d)2相位相変調方式の変調ナビゲーションメッセージと、(e)標準自動相関技術(standard autocorrelation techniques)と通信ハードウェア(correlator hardware)と、(f)L1受信のための標準RF受信機デザインと、(g)標準GPSコントローラーとメモリーデザインなどの基本的要素と、を取り入れることにより現存するGPSの構造にきっちりと繋がる。
【００９２】
しかしながら、もともとのGPSインフラストラクチャーは、地上設置型測位システムに統合されるようにはデザインされてこなかった。NPSがGPS技術の本質を、伝播地上測位ネットワークを通して広げることにより、望ましい実施形態においては、次のような基礎的GPS要素が向上する。(i)測位ユニット装置受信及び送信のための周波オフセット。これは、また、WL(wide-lane;ワイドレーン)整数値バイアス決定の技術の使用を容易にする。(ii)測位ユニット装置受信のための受信機の動的距離(dynamic range)が増えること。(iii)航空、更に通信メッセージのためにデータ帯域幅が増えること。(iv)追加CDMA(Code Division Multiple Access)ゴールドコードの使用。(v)測位ユニット装置の統合と拡大のための通信プロトコル。
【００９３】
図7に、以上に説明した測位ユニット装置701の望ましいハードウェアの実施例を示すが、これは、3周波基準受信機702と2周波パルス擬似衛星送信機703を備える。3周波基準受信機702は、全GPS衛星からのC/A(Course/Acquisition)疑似ランダムコードをL1(1575.42MHz)704で、且つ、全測位ユニット装置パルス擬似衛星を予め決められた二つの擬似衛星周波数705で、受信する。後者はISM(Industrial, Scientific & Medical;産業化学医療用)バンド2.4GHzが望ましいが、これでなくてもよい。3周波基準受信機702は、データリンク707を通じて、並置されるパルス擬似衛星送信機703に測位データを流す。計算された位置は、将来参照するために不揮発性記憶媒体(non-volatile memory)にも記憶される。
【００９４】
測位ユニット装置パルス擬似衛星送信機703は、二つの別の1023bitC/Aコードを送信するBPSK(dual frequency bi-phase shift key;二周波二相変調方式)送信機を備える。このC/Aコードは、1.023MHzのチップで、なるべく2.4GhzISMバンドのものが望ましい。706の個々の周波数は、個々のC/AコードによりBPS変調された1000bpsのナビゲーションメッセージを持つ。上記に述べたように、望ましいNPS信号の実施形態例は、最高の適合性が得られるよう、GPS信号構造と深く関係している。標準GPSナビゲーションデータは、50bpsで送有される。通信帯域幅を改善するために、望ましいNPSの実施例では、キャリアごとに1000bpsの帯域幅を使用する。これにより、各擬似衛星は、それぞれが、2000bpsデータリンクにアクセスできる。その上、QPSK(quadurature phase shift keying、四相位相変調方式)、又は、データ圧縮(compression)技術が、通信帯域幅を更に広げるために、他の実施形態でも使用され得る。
【００９５】
測位ユニット装置擬似衛星の望ましい実施例では、WL整数値バイアス決定技術を使用して二つの周波数を送信する。これらの周波数は、1575.42MHzのGPSL1をオフセットした周波ISMバンド内で送信されるものである。これにより、測位ユニット装置送信が標準GPS信号L1と混信しないことを確かにする。ISMバンドで送信する他の利点は、特定の規定認可を受けずに測位ユニット装置が使えることだ。
【００９６】
望ましい測位ユニット装置では、GPS衛星からの標準GPS50bpsナビゲーションメッセージと、測位ユニット装置擬似衛星からの1000bpsナビゲーションメッセージと、更に、WAAS(Wide Area Augmentation System)衛星からの250bpsのナビゲーションメッセージを復調する。これにより、最も正確で継ぎ目ない統合化ができれば、測位ユニット装置は、全てのソースからのデータを利用できることになる。
【００９７】
固定測位ユニット装置ハードウェアは、特別な設置制限があるわけではないので、例えば、測位ユニット装置を、直接ソケットにプラグインするものに入れ込むようにも製造できる。その場合、その測位ユニット装置は、使用可能なネットワークに限りがあるとしても、プラグインさえすれば、自動的にネットワークに入れる。
ネットワークの初期化 さてもう一度図5に戻るが、基準受信機503-1と並置される測位ユニット装置パルス擬似衛星504-1を有する第一の測位ユニット装置502-1は、GPS衛星群501に対して自己観測を行い、平均位置を求める。他の方法としては、測位ユニット装置を、既に位置がどこかわかっている場所に置くこともできる。そして、第一測位ユニット装置の基準受信機503-1は、LADGPS/CDGPS視界にあるGPS信号506の測量値と、それと並置されたパルス擬似衛星送信機504-1の測量値を決定する。
【００９８】
LADGPS/CDGPS測量値の平均位置は、その後、ナビゲーションメッセージで、並置されたパルス擬似衛星送信機504-1から送信される。
【００９９】
第二測位ユニット装置502-2は、第一測位ユニット装置502-1の範囲に配置される。第二測位ユニット装置基準受信機503-2は、GPS衛星信号506と、第一測位ユニット装置パルス擬似衛星送信機504-1からの信号を受信する。第二測位ユニット装置装置502-2は、正確な位置を決定するために、第一測位ユニット装置502-1のLADGPS/CDGPS測量値507と距離信号を使う。それから、第二測位ユニット装置502-2は、視界にある全GPS衛星501と全測位ユニット装置502のためにLADGPS/CDGPS測量値を決定する。LADGPS/CDGPS測量値は、ナビゲーションメッセージとして、並置されたパルス疑似衛星送信機504-2から送信される。
【０１００】
第三測位ユニット装置502-3は、第一測位ユニット装置502-1と第二測位ユニット装置502-2との範囲内に置かれ、第一測位ユニット装置502-1と第二測位ユニット装置502-2と同様に、位置を決定する。これで第三測位ユニット装置502-3には、選べるLADGPS/CDGPS測量値が二つあることになる。
【０１０１】
第四測位ユニット装置502-4は、第一測位ユニット装置502-1と第二測位ユニット装置502-2と第三測位ユニット装置502-3の範囲内に置かれる。第四測位ユニット装置502-4は、他の3つの測位ユニット装置同様に、位置を決定する。これで第四測位ユニット装置502-4には、選べるLADGPS/CDGPS測量値が四つあることになる。
【０１０２】
少なくとも4つの測位ユニット装置が初期化されれば、「上空視界(sky view)」なしでネットワークが広がり始める。この時点から、どの測位ユニット装置も、GPS衛星と測位ユニット装置のコンビネーションで、少なくともどちらかの4つに繋がる位置にいれば、自己位置決定ができ、NPSと交信し続けられる。
【０１０３】
図8を参照されたい。4つ以上の固定された測位ユニット装置802-1, 802-2, 802-3, 802-4が測定力の確かな場所に設置、作動されると、都会渓谷や建物804内のような衛星不明瞭環境においてでも、測距信号が受信できる。全GPS衛星信号806は不明瞭だが4つ以上の測位ユニット装置802-1, 802-2, 802-3, 802-4の視界内にある測位ユニット装置803も、自己位置決定能力を持つ。測位ユニット装置信号が建物804内に通るかに関しては限界があるかもしれない。しかしながら、ひとたび建物内の測位ユニット装置803が位置決定解答を得れば、他の測位ユニット装置は、自己統合でき、屋内環境でNPSを更に広げながら、この装置803から広がってゆく。これにより、測位ユニット装置の「蜘蛛の巣のような」構造の発達に繋がってゆくのである。この蜘蛛の巣のような構造を持つネットワークにより、NPSは、幾何学、信号強度、測距観測という点においても瞬間整数値バイアス決定と言う点においても強みを持つことになり、この利点により非常に高精度な結果を得られることになる。
【０１０４】
幾何学に優れていることは、正確な位置決定においては最も大切なものであり、測位ユニット装置の成功に繋がるものである。幾何学は、「GDOP」(Geometric Dilution of Precision;幾何学的精度低下率)という単位を持たない言葉で測られる。高いGDOP条件での測位ユニット装置の広がりを拒否することにより、幾何学上の伝達誤差(geometric propagation errors)を厳し<コントロールすることが望ましい。過度のGDOP値を持つ測位ユニット装置がネットワークに入るのをリジェクトするような設定が望ましい。
ネットワーク構造の側 望ましいNPSの実施例においては、ユーザー用測位ユニット装置は、各々、環境に応じて違う方式で自己位置決定をするようになっている。
【０１０５】
ユーザー用測位ユニット装置は、3つ以上のGPS衛星信号から測距する自律型GPS受信機として使用される。これにより、100メートル2dRMSの位置精度を得られる。
【０１０６】
ユーザー用測位ユニット装置は、2つ以上のGPS衛星信号からの測距可能で、また更に、WAASの補正値衛星(differential correction satellite)からの測距も可能で、数メートルの補正値位置精度が得られる。
【０１０７】
ユーザー用測位ユニット装置は、2つ以上のGPS衛星信号から測距可能で、また、他の一つの固定測位ユニット装置一つからも測距可能だ。その固定測位ユニット装置は、更に測距源を提供し、メートルレベルの精度が得られるLADGPS補正値も提供する。一つの固定測位ユニット装置は、初期整数値バイアス決定が可能の際は、更にCDGPS補正値も提供する。これは、従来の衛星、又は、移動測位ユニット装置幾何学変化によって達成される。
【０１０８】
ユーザー用測位ユニット装置は、多数のGPS衛星信号から測距可能で、都市渓谷の場合などは多数の固定測位ユニット装置からも測距可能だ。このシナリオでは、幾何学的に優れた測距源を十二分に得られることになる。5つの2周波測位ユニット装置へのアクセスにより、単一エポックWL搬送波位相整数値バイアス決定が行われ、これによりセンチレベルの精度を提供する。
【０１０９】
ユーザー用測位ユニット装置は、多数の固定測位ユニット装置からのみの測距も可能だ。これは、屋内のような衛星から閉ざされた環境の時に起こる。5つの2周波測位ユニット装置へのアクセスにより、単一エポックWL搬送波位相整数値バイアス決定が行われ、これによりセンチレベルの精度を提供する。
代わりの実施例(Alternate Embodiments) 測位ユニット装置に、自律型な単独測位を可能にするために、原子時計のような精密時刻標準(precision time standards)を含ませることもできる。その際は、測位ユニット装置時計をモニターする必要があり、また、ネットワーク時間の正確さを保つための時刻電送技術が必要になる。
【０１１０】
測位ユニット装置は、ペア方向関連(pairs-wise)ベースで交信することもでき、これにより装置間で相対測位ができる。この相対測位技術は、測位ユニット装置ネットワークに広がり、相対測位ユニット装置の蜘蛛の巣のような構造を作りあげる。
【０１１１】
移動型測位ユニット装置は、受信専用装置専用にも設定できる。この場合は、移動型測位ユニット装置は、3次元位置決定のために、その視界内で送信している他の測位ユニット装置を4つ以上必要とする。
【０１１２】
上記は本発明の代わりの実施例というかたちで説明されたものであるが、ここで上げた例のような修正とバリエーションは、この技術に精通した人にとっては明らかなように、本文書で述べられてきた本発明の拡張範囲領域として考えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】従来の技術のGPS(Global Positioning System;全地球測位システム)を図で示したものである。
【図２】従来の技術のDGPS(Differential Global Positioning System:ディファレンシャルGPS)を図で示したものである。
【図３】従来の技術で、補正された(differentially corrected)擬似衛星送信機を統合したDGPSを図に示したものである。
【図４】直接測距(direct-ranging)測位ユニット装置を取り入れた、本発明によるNPS(Network Positioning System;ネットワーク測位システム)の実施例の一つを、図に示したものである。
【図５】補正された測位ユニット装置を取り入れた、本発明によるNPSの望ましい実施例の一つを、図に示したものである。
【図６】測位ユニット装置の電波が届かない環境における、本発明によるNPSの他の実施例を、図に示したものである。
【図７】本発明によるネットワーク測位ユニット装置の全体構造の実施例の一つを図に示したものである。
【図８】衛星不明瞭環境における、本発明によるNPSの全体構造の実施例の一つを、図に示したものである。
【図９】Issler等の米国特許第5995040号に記述される自律セルの種々の構成要素の図示的表現である。
【図１０】Issler等の米国特許第5995040号に記述されるような従来技術の図示的表現である。衛星閉塞環境において展開されたクライアント・ビーコンは、現存するクライアント・ビーコンからなる自律セルに加えることができない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位ユニット装置の協調ネットワークを生成及び拡張するシステムであって、前記ネットワークが、共通座標系、時間基準、及びネットワークデータを、ネットワーク内の現存する測位ユニット装置及び後にネットワークに統合される追加の測位ユニット装置に、配送することを可能にし、前記システムは、
a)測位ユニット装置であり、
i)全地球的航法衛星システムだけではなく、現存する又は追加の測位ユニット装置によって送信される測位信号を受信する受信手段、
ii)前記受信された測位信号に基づいて自己の位置を算出するための位置決定手段、
iii)前記算出された位置を解釈して、ユニークな測位信号を発生するための処理手段、
iv)前記ユニークな測位信号を送信する送信機からなり、前記ユニークな測位信号によって、前記追加の測位ユニット装置が、自己の位置を決定するために前記ユニークな測位信号の伝搬時間を算出することが可能になる、測位ユニット装置、
b)追加の測位ユニット装置であり、
i)全地球的航法衛星システムだけではなく、現存する又は測位ユニット装置によって送信される測位ユニット信号を受信するための受信手段、
ii)前記現存する又は追加の測位ユニット装置に基づいて全地球的公報衛星システム信号閉塞環境における自己の位置を算出するための位置決定手段、
iii)前記算出された位置を解釈し、追加のユニークな測位信号を発生するための処理手段、
iv)前記追加のユニークな測位信号を送信するための送信手段からなり、前記追加のユニークな測位信号によって、追加の測位ユニット装置が、自己の位置を決定するために、前記追加のユニークな測位信号の伝搬時間を算出することが可能になる、追加の測位ユニット装置を含み、
測位ユニット装置を、前記協調ネットワークに組み入れることができ、不十分な全地球的航法衛星システム信号で、又は全地球的航法衛星システム信号がない場合でも自己の位置を算出することができるシステム。
【請求項２】
前記測位信号、前記ユニークな測位信号、及び前記追加のユニークな測位信号は、疑似乱数コードを含むことができる請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記測位信号、前記ユニークな測位信号、及び前記追加のユニークな測位信号が、搬送波位相測定値を含むことができる請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、全地球航法衛星システムの衛星だけではなく、前記現存する又は追加の測位ユニット装置によって送信された測位信号を介して他の現存する又は追加の測位ユニット装置に同期するための手段からなる請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記現存する又は追加の測位ユニット装置が、全地球的航法衛星システム信号と同期するための手段をさらに含む請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、前記ユニークな測位信号又は追加のユニークな測位信号をパルス送信して、複数の現存する又は追加の測位ユニット装置が、共通の送信周波数を共有することを可能にする請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記現存する又は追加の測位ユニット装置が、変調信号を受信し、復調し、且つ解釈するための手段をさらに含み、前記変調信号が、ネットワークを介して配送するための通信データを導くために、全地球的航法衛星システムの衛星又は現存する又は追加の測位ユニット装置からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記現存する又は追加の測位ユニット装置は、さらに変調信号を受信し、変調し、そして解釈するための手段を含み、前記変調信号は、位置情報の精度を高めるための差分補正データを導くために、全地球的航法衛星システムの衛星、又は現存する又は追加の測位ユニット装置又は他の利用可能な補正サービスからなるグループから選択される請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、前記ユニークな測位信号又は追加のユニークな測位信号を変調して、ワイドレーン搬送波位相整数サイクル不確実性解決技術の使用を可能にする複数周波数送信手段をさらに含む請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、前記ユニークな測位信号又は追加のユニークな測位信号の複数周波数での送信を受信し且つ復調し、搬送波位相整数サイクル不確実性の解決のためのワイドレーン技術を可能にするための手段をさらに含む請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
測位ユニット装置の協調ネットワークを生成しかつ拡張するための方法であり、前記ネットワークは、共通座標系、時間基準、及びネットワークを、ネットワーク内の現存する測位ユニット装置及びネットワークに統合される追加の測位ユニット装置に配送することを可能にする方法が、
a)測位ユニット装置を展開することによって、前記協調ネットワークを生成し、前記測位ユニット装置を展開するステップであり、
i)前記測位ユニット装置が、全地球的航法衛星システムの衛星だけではなく、現存する又は追加の測位ユニット装置によって、送信される測位ユニット信号を受信し、
ii)前記測位ユニット装置が、前記受信された測位信号に基づいて自己の位置を算出し、
iii)前記測位ユニット装置が、前記算出された位置を解釈して、ユニークな測位信号を生成し、
iv)前記測位ユニット装置が、前記ユニットな測位信号を送信するステップからなり、前記ユニークな測位信号は、前記追加の測位ユニット装置が自己の位置を決めるために前記ユニークな測位信号の伝搬時間を算出することを可能にする、前記測位ユニット装置を展開するステップと、
b)追加の測位ユニット装置によって協調ネットワークを拡張するステップであり、
i)前記追加の測位ユニット装置の各々が、全地球的航法衛星システムの衛星だけではなく、現存する又は追加の測位ユニット装置によって送信される測位信号を受信し、
ii)前記追加の測位ユニット装置の各々が、前記現存する又は追加の測位ユニット装置からの前記受信された測位信号に基づいて全地球的航法衛星システム衛星閉塞環境において自己の位置を算出し、
iii)前記追加の測位ユニット装置の各々が、前記算出された位置を解釈して、追加のユニークな測位信号を発生し、
iv)前記追加の測位ユニット装置の各々が、前記追加のユニークな測位信号を送信するステップからなり、前記追加のユニークな測位信号は、前記追加の測位ユニット装置が、自己の位置を計算するために前記追加のユニークな測位信号の伝搬時間を算出する、前記拡張するステップとを含み、
測位ユニット装置を前記協調ネットワーク内に組み入れることができ、且つ不十分な全地球的航法衛星システム信号で、又は全地球的航法衛星システム信号が無い場合でも、自己の位置を計算することができる方法。
【請求項１２】
前記測位信号、前記ユニークな測位信号、及び前記追加の測位信号は、疑似乱数コードを含むことができる請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記測位信号、前記ユニークな測位信号、及び前記追加のユニークな測位信号が、搬送波位相測定値を含むことができる請求項１１記載のシステム。
【請求項１４】
前記測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、全地球的航法衛星システムの衛星だけではなく、前記現存する又は追加の測位ユニット装置によって送信された測位ユニット信号を介して他の現存する又は追加の測位ユニット装置に同期するためのステップからなる請求項１１記載のシステム。
【請求項１５】
前記追加の測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、全地球的航法衛星システムの衛星だけではなく、前記現存する又は追加の測位ユニット装置によって送信された測位ユニット信号を介して他の現存する又は追加の測位ユニット装置に同期するためのステップからなる請求項１１記載のシステム。
【請求項１６】
前記測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置が全地球的航法衛星信号に同期するステップを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記追加の測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置が全地球的航法衛星信号に同期するステップを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
前記測位ユニット装置を展開する前記ステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、前記ユニークな測位信号又は追加のユニークな測位信号をパルス送信して、複数の現存する又は追加の測位ユニット装置が、共通の送信周波数を共有することを可能にするステップを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
前記追加の測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、前記ユニークな測位信号又は追加のユニークな測位信号をパルス送信して、複数の現存する又は追加の測位ユニット装置が、共通の送信周波数を共有することを可能にするステップを含む請求項１１記載の方法。
【請求項２０】
前記測位ユニット装置を展開する前記ステップが、変調信号を受信し、復調し、且つ解釈するための手段をさらに含み、前記変調信号が、ネットワークを介しての配送のための通信データを導くために、全地球的航法衛星システムの衛星又は現存する又は追加の測位ユニット装置からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項２１】
前記追加の測位ユニット装置を展開する前記ステップが、変調信号を受信し、復調し、且つ解釈するための手段をさらに含み、前記変調信号が、ネットワークを介しての配送のための通信データを導くために、全地球的航法衛星システムの衛星又は現存する又は追加の測位ユニット装置からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項２２】
前記測位ユニット装置を展開するための前記ステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置は、さらに変調信号を受信し、変調し、そして解釈するためのステップを含み、前記変調信号は、位置情報の精度を高めるための差分補正データを導くために、全地球的航法衛星システムの衛星、又は現存する又は追加の測位ユニット装置又は他の利用可能な補正サービスからなるグループから選択される請求項１１記載の方法。
【請求項２３】
前記追加の測位ユニット装置を展開するための前記ステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置は、さらに変調信号を受信し、変調し、そして解釈するためのステップを含み、前記変調信号は、位置情報の精度を高めるための差分補正データを導くために、全地球的航法衛星システムの衛星、又は現存する又は追加の測位ユニット装置又は他の利用可能な補正サービスからなるグループから選択される請求項１１記載の方法。
【請求項２４】
前記測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置が、前記ユニークな測位信号又は追加のユニークな測位信号を複数周波数で変調して、ワイドレーン搬送波位相整数サイクル不確実性解決技術の使用を可能にするステップをさらに含む請求項１１記載のシステム。
【請求項２５】
前記追加の測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置が、前記ユニークな測位信号又は追加のユニークな測位信号を複数周波数で変調して、ワイドレーン搬送波位相整数サイクル不確実性解決技術の使用を可能にするステップをさらに含む請求項１１記載のシステム。
【請求項２６】
前記測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、前記ユニーク測位信号又は追加のユニークな測位信号の複数周波数送信を受信し且つ復調し、搬送波位相整数サイクル不確実性の解決のためのワイドレーン技術を可能にするための手段をさらに含む請求項１１記載のシステム。
【請求項２７】
前記追加の測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、前記ユニーク測位信号又は追加のユニークな測位信号の複数周波数送信を受信し且つ復調し、搬送波位相整数サイクル不確実性の解決のためのワイドレーン技術を可能にするための手段をさらに含む請求項１１記載のシステム。
【請求項２８】
所在位置に関して測位ユニット装置の協調ネットワークを作成し、且つ拡大するための測位ユニット装置において、
a)全地球航法衛星システムの衛星だけでなく、他の測位ユニット装置によって、送信された測位信号を受信するための手段、
b)全地球的航法衛星システムからの前記受信された測位信号だけではなく、前記他の測位ユニット装置からの前記受信された測位信号に基づいて自己の位置を算出する手段、
c)前記算出された位置を解釈して、ユニークな測位信号を発生するための手段、及び
d)前記ユニークな測位信号を送信するための送信機手段からなり、
共通座標系、時間基準、及びネットワークデータが、不十分な全地球的航法衛星システム信号又は全地球的航法衛星システム信号閉塞環境であっても協調ネットワークを介して配送される、測位ユニット装置。
【請求項２９】
前記測位信号及び前記ユニークな測位信号が疑似乱数コードを含むことができる請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３０】
前記測位信号及び前記ユニークな測位信号が搬送波位相測定値を含むことができる請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３１】
前記ユニークな測位信号を介して他の測位ユニット装置に同期するように構成された手段をさらに含む請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３２】
全地球的航法衛星システム信号に同期するように構成された手段をさらに含む請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３３】
前記ユニークな測位信号をパルス送信して、複数の測位ユニット装置が共通の送信周波数を共有する手段をさらに含む請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３４】
変調信号を受信し、復調し、且つ解釈するための手段をさらに含み、前記変調した信号が、ネットワークを介して配送するための通信データを導くために、全地球的航法衛星システムの衛星及び測位ユニット装置からなるグループから選択される請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３５】
変調信号を受信し、復調し、且つ解釈するための手段をさらに含み、前記変調した信号が、測位情報を高精度化するための差分補正データを導くため、全地球的航法衛星システムの衛星、測位ユニット装置、及び何らかの利用可能な差分補正サービスからなるグループから選択される請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３６】
ワイドレーン搬送波位相整数サイクル不確実性解決技術の使用を可能にする、前記ユニークな測位信号を変調するための複数周波数送信手段をさらに含む請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３７】
前記ユニークな測位信号の複数の周波数送信を受信し且つ復調するための手段をさらに含み、搬送波位相整数サイクル不確実性の解決のためのワイドレーン技術を可能にする請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３８】
測位信号を受信し、且つ前記受信された測位信号に基づいて自己の位置を解釈するための測位ユニット受信機であり、前記測位ユニット受信機が、
a)全地球的航法衛星システムの衛星だけからではなく、測位ユニット装置の協調ネットワーク内の測位ユニット装置からの測位信号を受信するための手段、
b)前記受信された測位信号に基づいて自己の位置を算出するための手段、
c)前記算出された位置を出力するための手段、を含み、
測位ユニット装置の前記協調ネットワーク内の測位ユニット装置の各々が、
i)全地球的航法衛星システムの衛星によってだけでなぐ、他の測位ユニット装置によっても送信される測位信号を受信するための手段、
ii)全地球的航法衛星システムの衛星からの前記受信された測位信号だけではなく、前記他の測位ユニット装置からの前記受信された測位信号に基づいて自己の位置を算出する手段、
iii)前記算出された位置を解釈し、ユニークな測位信号を生成する手段、
iv)前記ユニークな測位信号を送信するための送信手段、
を含み、
前記測位ユニット装置が、屋内のような全地球的航法衛星システムの衛星測位信号閉塞環境において、全地球的航法衛星システムの衛星測位信号閉塞環境において展開された測位ユニット装置からの前記測位信号を受信する場合に、高い精度で、自己の位置を算出できる測位ユニット受信機。
【請求項３９】
前記送信されたユニークな測位信号が、疑似乱数コードを含むことができる請求項３８記載の測位ユニット装置。
【請求項４０】
前記送信されるユニークな測位信号が、搬送波位相測定値を含むことができる請求項３８記載の測位ユニット装置。
【請求項４１】
前記送信されるユニークな測位信号がパルス化されることを特徴とする請求項３８記載の測位ユニット装置。
【請求項４２】
前記送信されるユニークな測位信号がネットワーク通信データを含むことができることを特徴とする請求項３８記載の測位ユニット装置。
【請求項４３】
前記送信されるユニークな測位信号が差分補正データを含むことができることを特徴とする請求項３８記載の測位ユニット装置。
【請求項４４】
前記送信されるユニークな測位信号が、複数の周波数を含むことができ、ワイドレーン搬送波位相整数サイクル不確実性解決技術の使用を可能とする請求項３８記載の測位ユニット装置。
【請求項１】
測位ユニット装置の協調ネットワークを生成及び拡張するシステムであって、前記ネットワークが、共通座標系、時間基準、及びネットワークデータを、ネットワーク内の現存する測位ユニット装置及び後にネットワークに統合される追加の測位ユニット装置に、配送することを可能にし、前記システムは、
a)測位ユニット装置であり、
i)全地球的航法衛星システムだけではなく、現存する又は追加の測位ユニット装置によって送信される測位信号を受信する受信手段、
ii)前記受信された測位信号に基づいて自己の位置を算出するための位置決定手段、
iii)前記算出された位置を解釈して、ユニークな測位信号を発生するための処理手段、
iv)前記ユニークな測位信号を送信する送信機からなり、前記ユニークな測位信号によって、前記追加の測位ユニット装置が、自己の位置を決定するために前記ユニークな測位信号の伝搬時間を算出することが可能になる、測位ユニット装置、
b)追加の測位ユニット装置であり、
i)全地球的航法衛星システムだけではなく、現存する又は測位ユニット装置によって送信される測位ユニット信号を受信するための受信手段、
ii)前記現存する又は追加の測位ユニット装置に基づいて全地球的公報衛星システム信号閉塞環境における自己の位置を算出するための位置決定手段、
iii)前記算出された位置を解釈し、追加のユニークな測位信号を発生するための処理手段、
iv)前記追加のユニークな測位信号を送信するための送信手段からなり、前記追加のユニークな測位信号によって、追加の測位ユニット装置が、自己の位置を決定するために、前記追加のユニークな測位信号の伝搬時間を算出することが可能になる、追加の測位ユニット装置を含み、
測位ユニット装置を、前記協調ネットワークに組み入れることができ、不十分な全地球的航法衛星システム信号で、又は全地球的航法衛星システム信号がない場合でも自己の位置を算出することができるシステム。
【請求項２】
前記測位信号、前記ユニークな測位信号、及び前記追加のユニークな測位信号は、疑似乱数コードを含むことができる請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記測位信号、前記ユニークな測位信号、及び前記追加のユニークな測位信号が、搬送波位相測定値を含むことができる請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、全地球航法衛星システムの衛星だけではなく、前記現存する又は追加の測位ユニット装置によって送信された測位信号を介して他の現存する又は追加の測位ユニット装置に同期するための手段からなる請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記現存する又は追加の測位ユニット装置が、全地球的航法衛星システム信号と同期するための手段をさらに含む請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、前記ユニークな測位信号又は追加のユニークな測位信号をパルス送信して、複数の現存する又は追加の測位ユニット装置が、共通の送信周波数を共有することを可能にする請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記現存する又は追加の測位ユニット装置が、変調信号を受信し、復調し、且つ解釈するための手段をさらに含み、前記変調信号が、ネットワークを介して配送するための通信データを導くために、全地球的航法衛星システムの衛星又は現存する又は追加の測位ユニット装置からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記現存する又は追加の測位ユニット装置は、さらに変調信号を受信し、変調し、そして解釈するための手段を含み、前記変調信号は、位置情報の精度を高めるための差分補正データを導くために、全地球的航法衛星システムの衛星、又は現存する又は追加の測位ユニット装置又は他の利用可能な補正サービスからなるグループから選択される請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、前記ユニークな測位信号又は追加のユニークな測位信号を変調して、ワイドレーン搬送波位相整数サイクル不確実性解決技術の使用を可能にする複数周波数送信手段をさらに含む請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、前記ユニークな測位信号又は追加のユニークな測位信号の複数周波数での送信を受信し且つ復調し、搬送波位相整数サイクル不確実性の解決のためのワイドレーン技術を可能にするための手段をさらに含む請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
測位ユニット装置の協調ネットワークを生成しかつ拡張するための方法であり、前記ネットワークは、共通座標系、時間基準、及びネットワークを、ネットワーク内の現存する測位ユニット装置及びネットワークに統合される追加の測位ユニット装置に配送することを可能にする方法が、
a)測位ユニット装置を展開することによって、前記協調ネットワークを生成し、前記測位ユニット装置を展開するステップであり、
i)前記測位ユニット装置が、全地球的航法衛星システムの衛星だけではなく、現存する又は追加の測位ユニット装置によって、送信される測位ユニット信号を受信し、
ii)前記測位ユニット装置が、前記受信された測位信号に基づいて自己の位置を算出し、
iii)前記測位ユニット装置が、前記算出された位置を解釈して、ユニークな測位信号を生成し、
iv)前記測位ユニット装置が、前記ユニットな測位信号を送信するステップからなり、前記ユニークな測位信号は、前記追加の測位ユニット装置が自己の位置を決めるために前記ユニークな測位信号の伝搬時間を算出することを可能にする、前記測位ユニット装置を展開するステップと、
b)追加の測位ユニット装置によって協調ネットワークを拡張するステップであり、
i)前記追加の測位ユニット装置の各々が、全地球的航法衛星システムの衛星だけではなく、現存する又は追加の測位ユニット装置によって送信される測位信号を受信し、
ii)前記追加の測位ユニット装置の各々が、前記現存する又は追加の測位ユニット装置からの前記受信された測位信号に基づいて全地球的航法衛星システム衛星閉塞環境において自己の位置を算出し、
iii)前記追加の測位ユニット装置の各々が、前記算出された位置を解釈して、追加のユニークな測位信号を発生し、
iv)前記追加の測位ユニット装置の各々が、前記追加のユニークな測位信号を送信するステップからなり、前記追加のユニークな測位信号は、前記追加の測位ユニット装置が、自己の位置を計算するために前記追加のユニークな測位信号の伝搬時間を算出する、前記拡張するステップとを含み、
測位ユニット装置を前記協調ネットワーク内に組み入れることができ、且つ不十分な全地球的航法衛星システム信号で、又は全地球的航法衛星システム信号が無い場合でも、自己の位置を計算することができる方法。
【請求項１２】
前記測位信号、前記ユニークな測位信号、及び前記追加の測位信号は、疑似乱数コードを含むことができる請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記測位信号、前記ユニークな測位信号、及び前記追加のユニークな測位信号が、搬送波位相測定値を含むことができる請求項１１記載のシステム。
【請求項１４】
前記測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、全地球的航法衛星システムの衛星だけではなく、前記現存する又は追加の測位ユニット装置によって送信された測位ユニット信号を介して他の現存する又は追加の測位ユニット装置に同期するためのステップからなる請求項１１記載のシステム。
【請求項１５】
前記追加の測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、全地球的航法衛星システムの衛星だけではなく、前記現存する又は追加の測位ユニット装置によって送信された測位ユニット信号を介して他の現存する又は追加の測位ユニット装置に同期するためのステップからなる請求項１１記載のシステム。
【請求項１６】
前記測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置が全地球的航法衛星信号に同期するステップを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記追加の測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置が全地球的航法衛星信号に同期するステップを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
前記測位ユニット装置を展開する前記ステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、前記ユニークな測位信号又は追加のユニークな測位信号をパルス送信して、複数の現存する又は追加の測位ユニット装置が、共通の送信周波数を共有することを可能にするステップを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
前記追加の測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、前記ユニークな測位信号又は追加のユニークな測位信号をパルス送信して、複数の現存する又は追加の測位ユニット装置が、共通の送信周波数を共有することを可能にするステップを含む請求項１１記載の方法。
【請求項２０】
前記測位ユニット装置を展開する前記ステップが、変調信号を受信し、復調し、且つ解釈するための手段をさらに含み、前記変調信号が、ネットワークを介しての配送のための通信データを導くために、全地球的航法衛星システムの衛星又は現存する又は追加の測位ユニット装置からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項２１】
前記追加の測位ユニット装置を展開する前記ステップが、変調信号を受信し、復調し、且つ解釈するための手段をさらに含み、前記変調信号が、ネットワークを介しての配送のための通信データを導くために、全地球的航法衛星システムの衛星又は現存する又は追加の測位ユニット装置からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項２２】
前記測位ユニット装置を展開するための前記ステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置は、さらに変調信号を受信し、変調し、そして解釈するためのステップを含み、前記変調信号は、位置情報の精度を高めるための差分補正データを導くために、全地球的航法衛星システムの衛星、又は現存する又は追加の測位ユニット装置又は他の利用可能な補正サービスからなるグループから選択される請求項１１記載の方法。
【請求項２３】
前記追加の測位ユニット装置を展開するための前記ステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置は、さらに変調信号を受信し、変調し、そして解釈するためのステップを含み、前記変調信号は、位置情報の精度を高めるための差分補正データを導くために、全地球的航法衛星システムの衛星、又は現存する又は追加の測位ユニット装置又は他の利用可能な補正サービスからなるグループから選択される請求項１１記載の方法。
【請求項２４】
前記測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置が、前記ユニークな測位信号又は追加のユニークな測位信号を複数周波数で変調して、ワイドレーン搬送波位相整数サイクル不確実性解決技術の使用を可能にするステップをさらに含む請求項１１記載のシステム。
【請求項２５】
前記追加の測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置が、前記ユニークな測位信号又は追加のユニークな測位信号を複数周波数で変調して、ワイドレーン搬送波位相整数サイクル不確実性解決技術の使用を可能にするステップをさらに含む請求項１１記載のシステム。
【請求項２６】
前記測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、前記ユニーク測位信号又は追加のユニークな測位信号の複数周波数送信を受信し且つ復調し、搬送波位相整数サイクル不確実性の解決のためのワイドレーン技術を可能にするための手段をさらに含む請求項１１記載のシステム。
【請求項２７】
前記追加の測位ユニット装置を展開するステップが、前記現存する又は追加の測位ユニット装置の各々が、前記ユニーク測位信号又は追加のユニークな測位信号の複数周波数送信を受信し且つ復調し、搬送波位相整数サイクル不確実性の解決のためのワイドレーン技術を可能にするための手段をさらに含む請求項１１記載のシステム。
【請求項２８】
所在位置に関して測位ユニット装置の協調ネットワークを作成し、且つ拡大するための測位ユニット装置において、
a)全地球航法衛星システムの衛星だけでなく、他の測位ユニット装置によって、送信された測位信号を受信するための手段、
b)全地球的航法衛星システムからの前記受信された測位信号だけではなく、前記他の測位ユニット装置からの前記受信された測位信号に基づいて自己の位置を算出する手段、
c)前記算出された位置を解釈して、ユニークな測位信号を発生するための手段、及び
d)前記ユニークな測位信号を送信するための送信機手段からなり、
共通座標系、時間基準、及びネットワークデータが、不十分な全地球的航法衛星システム信号又は全地球的航法衛星システム信号閉塞環境であっても協調ネットワークを介して配送される、測位ユニット装置。
【請求項２９】
前記測位信号及び前記ユニークな測位信号が疑似乱数コードを含むことができる請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３０】
前記測位信号及び前記ユニークな測位信号が搬送波位相測定値を含むことができる請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３１】
前記ユニークな測位信号を介して他の測位ユニット装置に同期するように構成された手段をさらに含む請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３２】
全地球的航法衛星システム信号に同期するように構成された手段をさらに含む請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３３】
前記ユニークな測位信号をパルス送信して、複数の測位ユニット装置が共通の送信周波数を共有する手段をさらに含む請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３４】
変調信号を受信し、復調し、且つ解釈するための手段をさらに含み、前記変調した信号が、ネットワークを介して配送するための通信データを導くために、全地球的航法衛星システムの衛星及び測位ユニット装置からなるグループから選択される請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３５】
変調信号を受信し、復調し、且つ解釈するための手段をさらに含み、前記変調した信号が、測位情報を高精度化するための差分補正データを導くため、全地球的航法衛星システムの衛星、測位ユニット装置、及び何らかの利用可能な差分補正サービスからなるグループから選択される請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３６】
ワイドレーン搬送波位相整数サイクル不確実性解決技術の使用を可能にする、前記ユニークな測位信号を変調するための複数周波数送信手段をさらに含む請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３７】
前記ユニークな測位信号の複数の周波数送信を受信し且つ復調するための手段をさらに含み、搬送波位相整数サイクル不確実性の解決のためのワイドレーン技術を可能にする請求項２８記載の測位ユニット装置。
【請求項３８】
測位信号を受信し、且つ前記受信された測位信号に基づいて自己の位置を解釈するための測位ユニット受信機であり、前記測位ユニット受信機が、
a)全地球的航法衛星システムの衛星だけからではなく、測位ユニット装置の協調ネットワーク内の測位ユニット装置からの測位信号を受信するための手段、
b)前記受信された測位信号に基づいて自己の位置を算出するための手段、
c)前記算出された位置を出力するための手段、を含み、
測位ユニット装置の前記協調ネットワーク内の測位ユニット装置の各々が、
i)全地球的航法衛星システムの衛星によってだけでなぐ、他の測位ユニット装置によっても送信される測位信号を受信するための手段、
ii)全地球的航法衛星システムの衛星からの前記受信された測位信号だけではなく、前記他の測位ユニット装置からの前記受信された測位信号に基づいて自己の位置を算出する手段、
iii)前記算出された位置を解釈し、ユニークな測位信号を生成する手段、
iv)前記ユニークな測位信号を送信するための送信手段、
を含み、
前記測位ユニット装置が、屋内のような全地球的航法衛星システムの衛星測位信号閉塞環境において、全地球的航法衛星システムの衛星測位信号閉塞環境において展開された測位ユニット装置からの前記測位信号を受信する場合に、高い精度で、自己の位置を算出できる測位ユニット受信機。
【請求項３９】
前記送信されたユニークな測位信号が、疑似乱数コードを含むことができる請求項３８記載の測位ユニット装置。
【請求項４０】
前記送信されるユニークな測位信号が、搬送波位相測定値を含むことができる請求項３８記載の測位ユニット装置。
【請求項４１】
前記送信されるユニークな測位信号がパルス化されることを特徴とする請求項３８記載の測位ユニット装置。
【請求項４２】
前記送信されるユニークな測位信号がネットワーク通信データを含むことができることを特徴とする請求項３８記載の測位ユニット装置。
【請求項４３】
前記送信されるユニークな測位信号が差分補正データを含むことができることを特徴とする請求項３８記載の測位ユニット装置。
【請求項４４】
前記送信されるユニークな測位信号が、複数の周波数を含むことができ、ワイドレーン搬送波位相整数サイクル不確実性解決技術の使用を可能とする請求項３８記載の測位ユニット装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２１５０４７（Ｐ２００６−２１５０４７Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０４２３６（Ｐ２００６−１０４２３６）
【出願日】平成１８年４月５日（２００６．４．５）
【分割の表示】特願２０００−５５２５１４（Ｐ２０００−５５２５１４）の分割
【原出願日】平成１１年５月２８日（１９９９．５．２８）
【出願人】（５０４１７４９５１）ロケイタ コーポレイション プロプライエタリー リミテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月５日（２００６．４．５）
【分割の表示】特願２０００−５５２５１４（Ｐ２０００−５５２５１４）の分割
【原出願日】平成１１年５月２８日（１９９９．５．２８）
【出願人】（５０４１７４９５１）ロケイタ コーポレイション プロプライエタリー リミテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
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