密接に統合されたＮＡＶ−ＣＯＭの能力で既存のＧＮＳＳユーザ装置をアップグレードする実用的な方法
統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの能力を、任意の全地球航法衛星システム(ＧＮＳＳ)のユーザ機器、例えばＧＰＳ受信機に加える方法は、既存のユーザ機器のハードウェアを修正する必要がない。この概念を防衛高度ＧＰＳ受信機（ＤＡＧＲ）に適用して、低地球軌道（ＬＥＯ）衛星、例えばイリジウムと、ＧＰＳ又は他のＧＮＳＳシステムとを組み合わせて、位置、航法、及びタイミング（ＰＮＴ）の、正確さ、完全性、及び利用可能性をかなり改善して、精密に結合された航法と通信のモードを合成することによって、新たな通信の拡張を利用できるようにする。既存のＤＡＧＲと差込み式のｉＧＰＳ拡張モジュールとの間における、時間の同期化の安定性を、要求されるほぼ２０ｐｓレベルにするために、専用の広帯域の基準信号をｉＧＰＳモジュールによって生成して、既存のアンテナポートを介してＤＡＧＲに接続して、ＤＡＧＲのハードウェアの修正を不要にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海軍研究試験所（Naval Research Laboratory）によって与えられた海軍省の契約Ｎ００１７３−０８−Ｃ−２０７４のもとで政府の支援を受けて作成された。政府は、本発明における一定の権利を有する。
【０００２】
本発明は、既存の全地球航法衛星システム（global navigation satellite system, GNSS)ユーザ機器を修正する必要なく、高性能の密接に統合された航法と通信（navigation and communication, Nav-Com）の能力を追加するために、既存のＧＮＳＳユーザ機器をアップグレードする方法に関する。既存のＧＮＳＳユーザ機器は、例えばＧＰＳ受信機である。更に、本発明は、ｉＧＰＳを既存のＧＮＳＳユーザ機器に追加する装置に関する。この装置は、差し込み式の拡張モジュールの形式をとり得る。
【０００３】
本発明の好ましい実施形態では、ｉＧＰＳとして知られている、特定の密接に統合されたＮａｖ−Ｃｏｍシステムにアップグレードする。ｉＧＰＳは、低地球軌道(Low Earth Orbiting, LEO)衛星から受信した信号の搬送波位相を利用して、専用の広帯域の基準信号を提供する。ＬＥＯ衛星は、例えばイリジウムである。この実施形態では、ｉＧＰＳへのアップグレードは、以下によって達成される。
【０００４】
・装置の基準発振器にロックされた専用の広帯域の基準信号の位相を、ＧＮＳＳユーザ機器における既存のアンテナポートを使用してＧＮＳＳユーザ機器に供給する。
【０００５】
・到来ＧＮＳＳ(又はＧＰＳ)信号と、既存のＧＮＳＳユーザ機器の基準発振器に対する基準信号とのコヒーレントな相関関係を、既存のＧＮＳＳユーザ機器に生成させる。
【０００６】
・コヒーレントな相関関係を既存のデータポートを通してＮａＶ−Ｃｏｍプロセッサに送り返して、装置の基準発振器とイリジウムとの更なる相関関係と組み合わせて、位置、速度、及び／又は時間に対するより精密な解を導き出す。
【０００７】
ＧＮＳＳユーザ機器は、防衛高度ＧＰＳ受信機（Defense advanced GPS Receiver, DAGR)であり得る。ＮａＶ−Ｃｏｍプロセッサと、専用の基準信号生成コンポーネントは、単一の一体型モジュールに設けられている。ＤＡＧＲを修正する必要なしに、このモジュールをＤＡＧＲの既存のポートのプラグに差し込む。この構成は、搬送波位相を使用して、ＤＡＧＲにおける位置、航法、及びタイミング(Position, Navigation, and Timing, PNT)の、正確さ（accuracy）、完全性(integrity)、及び利用可能性(availability)を、かなり、場合によっては数千倍に改善でき、地球上のどこでも、１分のオーダの時間フレームで、デシメートルレベル以下の位置決定に収束する可能性を有する。本発明は、高精度のＧＮＳＳの搬送波位相の観測可能量をより簡単に利用して、干渉のある状態又は妨害を受けた環境のもとであっても、ＰＮＴの利用可能性を改善することを可能にする。更に、本発明は、精密に結合された航法と通信のモードを合成することによって、新たな通信の拡張が得られるようにする。適切な設計と統合化とを用いて、アップグレードを取り付け易くすると、高度な能力を得るための配備とライフサイクルのコストとをかなり下げることができる。
【背景技術】
【０００８】
特に、このようなインフラストラクチャが本質的にグローバルであるならば、密接に統合された航法と通信は、米国の軍用、民生用、及び商用の用途に対して、広範囲の新たな補足的な能力をもたらす。通信のインフラストラクチャが、リアルタイムのデータとタイミングとを補助することによって、航法を改善でき、一方で、航法のインフラストラクチャが、時間と位置とを補助することによって、通信を改善する。グローバルなインフラストラクチャを用いると、出資者は、規模と範囲の経済性をより良く享受できる。航法と通信のコンポーネントのアーキテクチャをより密接に統合すると、より大きな相互の相乗効果を得ることができる。
【０００９】
統合されたグローバルなＮａｖ−Ｃｏｍシステムの特に注目すべき１つの例は、ｉＧＰＳである。ｉＧＰＳは、イリジウムとＧＰＳとのグローバルな衛星の配置を融合することによって作られた。海軍省は、イリジウムを使用する契約を、ボーイングが主導するチーム（Boeing led team）に与えて、補助的なデータ、タイミング、及びレンジングの情報を、認可されたＧＰＳユーザに提供した。この追加情報は複数の恩恵を与え、特に、干渉を阻止する性能をかなり改善して、ＧＰＳが動的なユーザプラットフォームをより高速に捕捉する手段を与えた[グレンギボンズ、「ボーイングはＮＲＬ契約を勝ち取って、イリジウム／ＧＰＳの開発を継続する」、インサイドＧＮＳＳ、２００８年９／１０月（Glen Gibbons, "Boeing Wins NRL Contract to Continue Iridium/GPS Development", Inside GNSS, September/October 2008）]。
【００１０】
一般に、ｉＧＰＳと、より広域のグローバルなＮａｖ−Ｃｏｍの解集合とによって、位置、航法、及びタイミング(ＰＮＴ)の、正確さ、完全性、及び利用可能性が、かなり改善され得る。従来はＧＰＳ衛星が高軌道をゆっくりと移動していた。これに対して、空中のＬＥＯ衛星の高速の角運動は、空間ダイバーシティを大幅に高めた。ＬＥＯとＧＰＳの衛星の搬送波位相を用いると、地球上のどこでも、１分のオーダの時間フレームで、デシメートルレベル以下の位置決定を自動追跡できる。例えば、米国特許６，３７３，４３２と、５，８１２，９６１と、５，９４４，７７０を参照すべきである。
【００１１】
搬送波位相の使用は、かなりの恩恵をユーザに与える。ＧＰＳのＬ１波長は、およそ１９ｃｍである。ＧＰＳの固有の精度は、この波長よりもはるかに低い。ＧＰＳのＬ１に対する、タイミング及びレンジングの一般的な誤差量は、０．５ｃｍのオーダのＲＭＳ、又は時間に関して２０ｐｓになる。この精度が、上述の全体的な位置決めの正確さと、完全性と、干渉の阻止とを達成する鍵である。米国特許７，３７２，４００に記載されているように、ｉＧＰＳのインフラストラクチャを使用して、(イリジウムの天体暦（ephemeris）とＧＰＳのデータの削除とに対して)データを補助して、且つ(基準局でイリジウムのクロックを較正して、精密なイリジウムの搬送波位相の補正をユーザにリアルタイムで放送して）時間の安定性について送信することができる。
【００１２】
逆も真である。ユーザの位置と時間とが十分に分かると、改善された通信に関連する新たな能力が可能になる。例えば、ユーザは各々の位置とタイミングとが十分に分かるので、ユーザと衛星との間において、極めて安定した仮想のクロックに基づいて搬送波を設定できる。これは、ロバストでコヒーレントな通信リンクを設定して、例えば、耐干渉性と低い通信遮断率とをサポートすることを可能にする。
【００１３】
搬送波位相は、従来は航法の目的で軍部によって利用されていなかった。その代わりに、信号を二乗する技術が用いられていた。これは、信号と雑音との両者を二乗する望ましくない結果を有する。このため、不足を補うより高電力の衛星を開発して打ち上げることについて軍部が検討する時に、ＧＰＳの信号電力を無駄にした。ｉＧＰＳのインフラストラクチャは、既存のＧＰＳの電力をより効率的に使用できる。
【００１４】
グローバルな統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの更なる恩恵は、更なる相乗効果から得られる。ＧＰＳのユーザ機器と他のデバイスとを用いると、暗号鍵を安全に配布する必要があることが多い。適切なインフラストラクチャがなければ、プロセスが煩雑になり得る。例えば、一方向のみのデータリンクを用いると、ユーザとデバイスは、鍵の管理機関を認証できない場合がある。ロバストでグローバルな双方向の通信システムは、ユーザとデバイスが世界のどこにいても、鍵を取り換える各要求を、ユーザとデバイスが認証できるようにすることによって、この問題を解決する。この使い易さによって、鍵の配布を安全で且つたやすくすることができる。
【００１５】
ｉＧＰＳの場合に、米国は、ＧＰＳに対するＬＥＯベースの拡張の存在を直ぐに証明する機会がある。イリジウム衛星は、既に軌道上にあり、有効期間を２０１４年以降に延長することが計画されている(「イリジウム衛星ＬＬＣは配置の寿命を当初の予測よりもかなり延ばすと推定」、イリジウム衛星ＬＬＣの報道発表、２００３年２月２６日（Iridium Satellite LLC Estimates Constellation Life Span To Extend Well Beyond Original Predictions," Iridium Satellite LLC Press Release, February 26, 2003）を参照すべきである）。上述の海軍省の契約のもとで、ボーイングチームは、グローバルな地上のインフラストラクチャを開発して、既存のイリジウム衛星の配置に対する新たなフライトソフトウェアを２０１１年の始めまでに開発するであろう。このタイムテーブルでは、イリジウムの配置がその耐用年数を過ぎて劣化する前に、米軍と他の認可されたユーザとが新たな能力を効率的に利用するための適切な信号を空間中に数年間提供するであろう。
【００１６】
しかしながら、ｉＧＰＳの実施に対する重大な障害は、ユーザ機器に装備を施す労力とコストである。ユーザ機器は、例えば防衛高度ＧＰＳ受信機(ＤＡＧＲ)であり、軍部が選んだユーザ機器のままである。現在、米軍は、数十万個のＧＰＳユニットを配備している(「ロックウェルコリンズは２００，０００個目のＤＡＧＲと４０，０００個目のＧＰＳエンジンを米国の陸軍に引き渡した」、ロックウェルコリンズの報道発表、２００８年４月１８日（Rockwell Collins delivers 200,000th DAGR and 40,000th GPS engine to the U.S. Army", Rockwell Collins Press Release, April 18, 2008）)。更により多くのものが、既に調達過程にある。米国政府は、１ユニット当たりだいたい２０００ドルで、これらのユニットを購入した。
【００１７】
軍部又は他のユーザがｉＧＰＳを採用する場合に、必要とされるのは、ユーザ機器のインストール済みのベースを利用する簡単なやり方である。先行技術では、受け入れ難い２つのアプローチを以前に提示した。即ち、（ｉ）密接に統合できる新たな精密なｉＧＰＳのインターフェイスを受け入れるために、既存のユーザ機器のハードウェアを修正することと、(ｉｉ)既存のユーザ機器を、最初から設計された新たな密接に統合されたｉＧＰＳのユーザ機器に完全に交換することである。
【００１８】
第１のアプローチは、密接に統合された精密なｉＧＰＳのインターフェイスを取り入れることに伴う経済的及び技術的なリスクがあるので、かなり懸念される。特に、ＤＡＧＲは、外部発振器の入力を備えていないので、これを加えなければならない。この移行に幾らかかり、ＤＡＧＲのコンポーネントの交換がどの程度まで必要になるかは、不明である。更に、関連するロジスティックスと構成との統制の問題がある。即ち、複数のバージョンのＤＡＧＲのハードウェアがあるために、ユーザとリーダーシップとに対する管理が煩雑になる。その理由は、ハードウェアを修正すると、全規格のうちの多くを変更して管理することが必要になるからである。更に、ハードウェアの修正に伴う技術的なリスクがある。全範囲の環境条件において、ＧＰＳの信号処理コンポーネントとイリジウムの信号処理コンポーネントとの間に２０ｐｓの安定性があることが、密接に統合したｉＧＰＳの搬送波位相の精度に必要である。位相の変動の影響を特に受け易いハードウェアコンポーネントは、ＧＰＳのＲＦのフロントエンドと、イリジウムのＲＦのフロントエンドと、ＧＰＳの発振器とを含む。航法処理アルゴリズムは、２つのコンポーネント間における搬送波位相のバイアスの緩やかなドリフトを許容できるが、熱又は機械的な乱れが極端である場合は、システムは有益な性能を提供できない。異なる熱及び機械的ストレスの影響を受ける異なる筐体の中に、イリジウムのコンポーネントとＧＰＳのコンポーネントとを入れる必要があるので、ＤＡＧＲのレイアウトが技術的なリスクを高める。
【００１９】
更に、第２のアプローチは、抵抗に遭う。米国がＧＰＳ機器に既にかなり投資していることを考慮すると、既存の在庫品の撤去を正当化するのは難しい。
【００２０】
ＬＥＯを拡張したＧＰＳ Ｎａｖ−Ｃｏｍシステムの広範囲にわたる恩恵を、潜在的な米国の軍隊と、民間と、市場の出資者に明示する手段が必要である。この目的のために、ＧＰＳの既存のユーザのユーザ機器をアップグレードする実用的で魅力的な方法である、イリジウムとＧＰＳとを統合することによって形成されるｉＧＰＳの形態の存在証明をする必要がある。従って、言い換えると、既存のＤＡＧＲに対する、密接に統合したグローバルなＮａｖ−Ｃｏｍのアップグレードを生成する実用的な方法であって、任意のハードウェアの修正を必要とせずに、十分に必要な精度と性能とを提供する方法が必要である。
【発明の概要】
【００２１】
従って、本発明の目的は、密接に統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの能力でＧＮＳＳユーザ機器をアップグレードする方法を提供することである。
【００２２】
本発明の第２の目的は、既存のユーザ機器に遡及的に適用できる、密接に統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの能力で既存のＧＮＳＳユーザ機器をアップグレードする実用的な方法を提供することである。
【００２３】
本発明の第３の目的は、既存のユーザ機器に遡及的に適用できるＧＮＳＳユーザ機器のためのユーザハードウェアを提供することである。
【００２４】
従って、本発明は、元のＧＰＳ機器のハードウェアを修正する必要なく、航法の性能を拡張するために、ＧＰＳのユーザ機器をアップグレードして、他のＧＮＳＳシステムに密接に統合する方法を提供することである。この方法は、密接に統合されたＮａｖ−Ｃｏｍのユーザ機器の重大なｒ．ｆ．コンポーネント間の不都合な差分位相のバイアスのドリフトを制限する、実用的でコスト効率の良い手段を提供する。好ましい実施形態では、性能をアップグレードしたものは、密接に統合されたグローバルなＮａｖ−Ｃｏｍの能力を可能にして、ｉＧＰＳ及び任意の他のＧＮＳＳシステムと互換性を有する。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態の原理によると、本発明の目的は、既存の全地球航法衛星システム(ＧＮＳＳ)ユーザ機器をアップグレードする方法であって、第１のＧＮＳＳユーザハードウェアを提供するステップと、前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアと分かれている、既存の第２のＧＮＳＳユーザデバイスを提供するステップと、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスのハードウェアを修正することなく、前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアを、既存のポートを介して、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに接続するステップと、を含み、前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、第１の発振器と、航法／通信プロセッサと、を含み、前記第１の発振器は、精密なコード化された基準信号の生成器を駆動し、前記精密な符号化された基準信号の生成器は、基準信号を生成して、前記基準信号を既存の第２のＧＮＳＳユーザデバイスに供給するように構成されており、前記航法／通信プロセッサは、到来ＧＮＳＳ信号と前記基準信号とのコヒーレントな相関関係について、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスから受信すると、位置、航法、及び／又はタイミングの信号を生成するように構成されており、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスは、少なくとも１つの既存のポートと、第２の発振器と、を含み、前記第２の発振器は、到来ＧＮＳＳ信号と、アドオンの前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアによって生成された前記基準信号との前記コヒーレントな相関関係を生成して、前記コヒーレントな相関関係を前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアに送るように構成されている、方法によって達成される。
【００２６】
更に、本発明の目的は、上述の方法の第１のＧＮＳＳユーザハードウェアに対応するアップグレードのハードウェアによって達成される。アップグレードのハードウェアは、安定した基準信号を生成して、安定した基準信号を第２のＧＮＳＳユーザデバイスに供給して、第２のＧＮＳＳデバイスからのコヒーレントな相関関係と、それ自身の生の精密な相関関係とを組み合わせて、位置、速度、及び／又は時間に対する改善された解を導き出すように構成されている。
【００２７】
本発明の方法と装置の両者の実施形態では、少なくとも１つの既存のポートを使用して、第１のＧＮＳＳユーザハードウェアを既存の第２のＧＮＳＳユーザデバイスに結合し、少なくとも１つの既存のポートは、アンテナポートとデータポートとを含み、第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、基準信号を、アンテナポートを通して、第２のＧＮＳＳユーザデバイスに送るように構成されており、第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、指示命令を第２のＧＮＳＳユーザデバイスに送って、コヒーレントな相関関係を、データポートを通して受信するように構成されている。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態の更に別の態様によると、第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、イリジウム受信能力を含み、第２のＧＮＳＳユーザデバイスは、全地球測位システム(ＧＰＳ)の受信機であり、イリジウムの信号とＧＰＳの信号は、共通のアンテナを通して入力されるのが好ましい。この実施形態では、第１の発振器は、ＧＰＳのｒ．ｆ．のタイミング及びレンジングの測定値と、イリジウムのｒ．ｆ．のタイミング及びレンジングの測定値との両者に対する、共通の精密な発振器の搬送波位相の基準を提供する。更に、第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、イリジウム送信能力を含み、一方で、第１又は第２のＧＮＳＳユーザ受信機は、Ｙコード、Ｍコード、Ｃ／Ａコード、ガリレオ（Ｇａｌｉｌｅｏ）、グロナス（ＧＬＯＮＡＳＳ）、及び／又はコンパス（ＣＯＭＰＡＳＳ）の能力を含み得る。基準局は、視界内の衛星のコードと搬送波とを較正して、較正データを通信衛星にテレメータで送信する。通信衛星の放送された出力は、第１のＧＮＳＳユーザハードウェアに接続され、通信衛星の較正データを用いて、位置、速度、及び時間の解を改善する。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態で使用されている航法／通信プロセッサは、到来信号の搬送波位相を使用して、ユーザ機器の位置、速度、及び時間をモデル化して推定するために、カルマンフィルタを含み得る。カルマンフィルタは、慣性計測ユニット(inertial measurement unit, IMU)からの観測可能なデータを任意に利用し得る。
【００３０】
更に、第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、送信機コンポーネントを含み得る。送信機コンポーネントは、その改善された位置、速度、及び時間の推定値を使用して、その送信の時間と周波数の同期化を改善する。送信は、地域通信ネットワーク、衛星ネットワーク、又は低地球軌道衛星のグローバルネットワークに接続される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の好ましい実施形態の原理に従って構築された、既存のＧＮＳＳユーザ機器と拡張モジュールとを含む、アップグレードされたＧＮＳＳシステムの概略図である。
【図２】図１のシステムのブロック図である。
【図３】図１のシステムによって使用される、タイミング、レンジング、及びデータの信号を示す概略図である。
【図４】好ましい方法に従って、基準入力を初期設定して制御するサブルーチンのフローチャートである。
【図５】位相のバイアスのドリフトの感度のベンチマークを示す概略図である。
【図６】好ましい方法の位相のバイアスのドリフトの感度を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１と２は、アップグレードされたＧＮＳＳシステムを示す最重要の機能図である。アップグレードされたＧＮＳＳシステムは、防衛高度ＧＰＳ受信機(ＤＡＧＲ)１として示されている既存のＧＮＳＳユーザ機器と、本発明の好ましい実施形態の原理に従って構築された拡張されたユーザハードウェアとを含んでいる。拡張されたユーザハードウェアは、図２に示されている別個のアドオン拡張モジュール２の形式を任意にとり得る。拡張されたユーザハードウェアは、ユーザ機器に対する既存のインターフェイスに差し込むように構成されている。例示的なＤＡＧＲにおけるユーザ機器は、双方向のシリアルポート３と、外部アンテナの入力４とを含んでいる。
【００３３】
示されているユーザハードウェアと方法とを、ＤＡＧＲ以外のＧＮＳＳユーザ機器に適合させる又は修正することも、本発明の範囲内であることが、当業者に分かるであろう。更に、本発明では、密接に統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの能力を実施するために既存のＧＮＳＳのハードウェアを修正する必要はないが、それにも関わらず、他の理由で、このようなハードウェアを修正してもよいことが、当業者に分かるであろう。更に、既存のＧＮＳＳのハードウェアを修正しなくても、(例えば、図６に関連して後述されるように)向上したＰＮＴデータの入力に適応させるために、既存のＧＮＳＳユーザ機器のソフトウェアを修正することが必要な場合がある。ＤＡＧＲの場合に、兵站部（depot）レベルで又は潜在的には戦地でさえも、ソフトウェアをアップグレードできる。一般に、ユーザ機器の製造業者と協力して、従来のＧＮＳＳユーザ機器に備えられているソフトウェアを簡単に変更して、より高精度の入力に適応させ、既存の機器を容易に改造して、アップグレードに適応させることができる。
【００３４】
ユーザ機器の具体的なパッケージングは多くの形態をとり得るが、図２は好ましい実施形態を示しており、Ｎａｖ−Ｃｏｍの拡張電子機器は別個のアドオンモジュール２に収容されている。別個のアドオンモジュール２は、既存のＤＡＧＲにインターフェイスで接続する。既に記載したように、本発明の１つの目的は、既存のＤＡＧＲのハードウェアのインターフェイスを維持して、アップグレードをできるだけ容易にすることである。従って、修正されていないＤＡＧＲの様々な寄せ集めを有する全てのＤＡＧＲの在庫に対する構成制御を維持することは、実際に役立つであろう。
【００３５】
図１と２に示されているように、共通のアンテナ５は、ＧＰＳのＬ１及びＬ２の受信信号と、イリジウムのＬバンドの送信及び受信信号とに使用される。それにも関わらず、特に、イリジウム以外のＬＥＯ衛星が使用される場合、又は汎用市販（commercial off the shelf, COTS)のデュアルバンドのＧＰＳのアクティブアンテナが使用される場合は、複数のアンテナを備えてもよいことが分かるであろう。各入力は、ＧＰＳ又はイリジウムの該当する帯域に対するそれぞれのブロック６、７によって帯域フィルタにかけられて、次に、それぞれの前置増幅器８、９に供給される。
【００３６】
発振器１０は、トランシーバに対する共通の時間軸の役割をするのが好ましい。本発明の目的は、この発振器１０に対するコストを含むコンポーネントのコストを最低限に維持することであるので、低コストの圧電結晶発振器が示されているが、類似の又はより良い性能を備えた１つ以上の他の発振器を代わりに使ってもよいのは当然である。発振器１０は、合成器１１を駆動する。これは、必要なＡ／Ｄと、Ｄ／Ａと、局部発振器の信号を全てユニットに提供する。
【００３７】
イリジウムの入力は、Ａ／Ｄコンバータ１２によってディジタル化されて、次に、ヒルベルト変換処理機能又は回路１３に供給される。ヒルベルト変換処理機能又は回路１３は、到来信号の複素数表現を、信号プロセッサのバンク１４に提供する。同じやり方で、信号プロセッサのバンク１４の複素数のディジタル化されたイリジウムの出力を組み合わせて、信号プロセッサのバンク１４から、ヒルベルト逆変換処理関数又は回路１６にルーティングして、Ｄ／Ａコンバータ１７によってＤ／Ａ変換して、可変減衰器１８によって電力をスケーリングして、増幅器１９によって増幅して、その後で、変調器２０に供給して、アンテナ５を通して送信する。
【００３８】
例えば、２００５年２月１１日のＵＳ ＷＰ ７Ｄ／１４Ｒ２から入手可能な「イリジウム衛星システムのサービスリンクの特徴に関する作業文書（Working Document on Service Link Characteristics of the Iridium Satellite System）」という名称の刊行物に記載されているように、周波数及び時分割多重アクセス方式に従って、イリジウムの送信及び受信機能を切り替えてもよい。この中に記載されているように、各９０ｍｓの反復フレームは、１つの２０．３２ｍｓのダウンリンクのページングスロットと、各８．２８ｍｓの４つのデュプレックスのアップリンクとダウンリンクとのテレフォニスロットとに分割される。統合されたユニットのイリジウム部分は、イリジウムとＧＰＳとの両者を同時に受信できる。イリジウムのユーザ機器が送信しているときに、ＧＰＳは、帯域外干渉の影響を受け易い傾向があるので、ＧＰＳの入力に対して送信のブランキングを実施する。イリジウムの１つのみの時間スロットがアップリンクに使用される場合に、ＧＰＳの休止時間に対する８．２８ｍｓ／９０ｍｓのデューティサイクルは、許容可能な〜０．１ｄＢの損失に相当する。
【００３９】
中央の航法／通信プロセッサ２１は、ユーザ機器の内部の動作を指示する。中央の航法／通信プロセッサ２１は、信号プロセッサのバンク１４によって実施される複数のイリジウム相関器に対する制御ループドライバと、ＧＰＳのＰコード生成器２２(単に説明の目的で、プロセッサ２１の外部に示されている)と、送信及び受信機機能に対する構成制御２３と、オプションの微小電気機械システム(micro-electromechanical system, MEMS)の慣性計測ユニット(ＩＭＵ)２４とＤＡＧＲとに対するインターフェイスとを含む。更に、プロセッサ２１は、カルマンフィルタの形式で、ユーザ機器の主要な推定能力を提供する。これは、利用可能な情報を最適に組み合わせる。利用可能な情報は、イリジウムと、ＧＰＳと、ＩＭＵ又は他のセンサ、例えば気圧計又は磁力計とからの情報を含む。
【００４０】
統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの全ての恩恵を確保するために、イリジウムの信号処理ブロック１４は、到来受信信号の相関をとって、コヒーレント検波をする手段を提供する。ドライバ追跡ループは、信号プロセッサ１４の中の数値制御発振器(numerically controlled oscillator, NCO)２５に命令する。イリジウムのコード生成器２６は、レプリカコードを合成する。レプリカコードは、各イリジウム衛星が放送すると分かっているものと一致する。イリジウムは、元々航法システムとなるように設計されておらず、イリジウムの場合は、スペクトラム拡散信号の直接シーケンスのチップを生成するために、ユーザに前もって分かっている予め特定された一連のメッセージビットで構成されるように、このレプリカコードを選択する。このアーキテクチャでは、到来イリジウム信号のタイミング(コード)と搬送波位相とを精密に決定できる。同じアーキテクチャを送信側に使用すると、出力のタイミング(コード)と搬送波位相とを精密に確実に制御できる。
【００４１】
更に、合成器は、ＧＰＳのＬ１バンドの１５７５．４２ＭＨｚにおける正弦波の局部発振器と、１０．２３ＭＨｚにおけるスクエアコードドライバクロックとを生成する。これらのクロックは、Ｐコード生成器２２に供給される。Ｐコード生成器２２は、ゼロのドップラで基準の受信機のクロックタイムのＰコード信号を生成する。航法／通信プロセッサ２１は、Ｐコード生成器２２の開始時間を命令された値に初期設定できる。航法／通信プロセッサのＧＰＳ信号電力推定値によって補われた到来干渉電力推定値に基づいて、プロセッサ２１は、可変減衰器３０を積極的に制御して、Ｐコードの基準信号が、干渉を受けても検出されるほど十分に強いが、望ましくない干渉源になるほど強くないことを保証する。一連の自動利得制御(Automatic Gain Control, AGC)３１は、航法／通信プロセッサ２１によって監視される。ＡＧＣ３１は、到来した複合のＧＰＳ及び基準信号を、ＤＡＧＲ１にルーティングする。従って、プロセッサ２１は、アンテナ端子から出てきた全ての電力を追跡して、ＤＡＧＲ又は既存のＧＰＳ受信機のハードウェアに結びつけられた一定の値に、電力を調整できる。ＤＡＧＲ又は既存のＧＰＳ受信機のハードウェアは、ＡＧＣ及び／又はＳＦＡＰ、或いはＳＴＡＰタイプの信号処理を行なう場合もあり、又は行なわない場合もある。更に、ＡＧＣ及び／又はＳＦＡＰ、或いはＳＴＡＰタイプの信号処理は、既存のポートを介して制御され統合され得る。基準信号電力の積極的な制御については、後述でより詳しく説明する。
【００４２】
ＧＰＳのＰコードを生成するのに、暗号化能力又は認証は必要ない。従って、ＤＡＧＲのための拡張ハードウェア又はモジュールは、選択利用可能性のアンチスプーフィングモジュール(Selective Availability Anti-Spoofing Module, SAASM)のもとで制御されるものである必要はなく、従って、既存のＤＡＧＲとインターフェイスで接続するのに非常に実用的で容易であり得ることが分かるであろう。対象のＧＰＳ受信機が、市販のＣ／Ａコード受信機である場合は、Ｃ／Ａコードも使用できる。しかしながら、Ｐコードは相互相関性が極めて小さいので、できればＰコードが好ましい。
【００４３】
図１に示されているＤＡＧＲ１は、１２本のＧＰＳ追跡チャネルを含んでいる。１２本のＧＰＳ追跡チャネルの各々は、軍用のＳＡＡＳＭ暗号化アーキテクチャ内で動作できる。ＳＡＡＳＭアーキテクチャは、Ｃ／Ａコード(１．０２３ＭＨｚの粗い／捕捉信号)、Ｐコード(１０．２３ＭＨｚの精密信号)、又はＹコード(１０．２３ＭＨｚの暗号化信号)を用いる任意の所定の衛星の動作を可能にする。航法／通信プロセッサ２１は、シリアルポート３を介して、ＤＡＧＲ１と通信する。シリアルポート３によって、プロセッサ２１は、ＳＡＡＳＭチャネルごとに、コード及び搬送波の数値制御発振器（ＮＣＯ）に個々に命令して、生の同相及び直角位相（Ｉ及びＱ）のＧＰＳの相関関係を返すことができる。
【００４４】
好ましい実施形態では、ＧＰＳ受信機を使用する任意の既存の統合化において、ケーブルを変更することなく、既存のＧＰＳ受信機の既存の１パルス／秒(Pulse Per Second, PPS)のインターフェイスをそのまま使用できる。ＧＰＳが利用可能でない場合に、アドオンモジュールにおけるイリジウム又は他のＧＮＳＳの受信能力は、既存のインターフェイスを介して１ＰＰＳを正確に駆動し続けることができる。
【００４５】
図３は、図１と２に示されているグローバルなシステムのためのユーザ機器に関連する、衛星と基準局との構成を示している。ユーザ機器１、２、５の視野に、ＧＰＳ衛星４０とイリジウム衛星４１の各々が１つ以上あり得る。世界中に設置されている基準局４２は、視野の中の各衛星のクロックと天体暦とを較正する役割をする。各基準局４２は、アンテナ４３と信号処理部(示されない)とを組み込んでいる。この信号処理部と、ユーザ機器の信号処理部は、機能的に同等であるが、この信号処理部は、制御された環境で動作し、任意にラックマウントに集められ得る。
【００４６】
例示的な実施形態では、ＧＰＳとイリジウムの衛星４０、４１の各々は、能力が必要とされる地球上のどこかにあるユーザ機器１、２、５と基準局４２との両者の共通の視野を共有している。各衛星は、搬送波上に変調されたＰＲＮレンジングコードを放送する。イリジウムは、航法衛星であるようにも、ＰＲＮレンジングコードを放送するようにも設計されていないので、１本以上の予め定められたデータビットストリームを使用して、同等の複製を合成する。基準局４２は、衛星のクロックをリアルタイムで較正する役割をする。各基準局は、視界中の全ての衛星のコードと搬送波位相とを測定して、この情報をイリジウムのデータリンクを介してユーザにテレメータで送信する。ユーザ機器１、２、５は、視界中の各衛星４０、４１のコードと搬送波とを追跡して、更に、コードと搬送波位相との測定値を自身で生成して、基準局のデータに読み込む。更に、イリジウムは逆方向のデータ経路を提供しており、ユーザ機器１、２、５が、データを、この場合は中継のために基準局４２に戻して、衛星にアップリンクできるようにしている。
【００４７】
好ましいシステムのダウンリンク及びアップリンクのタイミング及びレンジングの機能は、タイミング及びレンジングの信号の搬送波位相に対して、センチメートルレベルの精度で実行される、即ち小さな変動を維持するのが好ましい。このような精度によって、低地球軌道(ＬＥＯ)衛星の高速の角運動は、独立型ＧＰＳよりも正確さと完全性とをかなり改善できる。更に、干渉を受けたＧＰＳ信号の持続的なコヒーレントな統合を可能にするために、この精度は重要である。これを達成するために、図１に示されている慣性計測ユニット(ＩＭＵ)２４のような適切なフライホイールをフィードフォワードに使用して、時間と空間との両者においてＧＰＳを追跡する。例えば、ＩＭＵが、センチメートルレベルの位置のフライホイールを提供でき、イリジウムが、高性能の、２０ｐｓレベル(光速変換でセンチメートルレベル)のタイミングソースを提供できるならば、ＧＰＳ信号を持続期間の間コヒーレントに統合できる。全体的な統合されたＮａｖ−Ｃｏｍシステムは、ロックイン増幅器に似ている。ロックイン増幅器は、繊細な物理学の実験で用いられることが多い。イリジウムと、リアルタイムの基準局の較正と、ユーザ機器内の、ＧＰＳとイリジウムとの間で使用される様々な局部発振器の安定した処理は、重要な設計事項である。干渉が存在する場合に、通常のＧＰＳ信号は、微弱過ぎて示すことができない。
【００４８】
クロックパラメータを含む、衛星とユーザの位置状態を正確にモデル化して推定することによって、ユーザがかなりの動力を受けた場合であっても、ｉＧＰＳは、到来ＧＰＳ信号に対するレプリカの搬送波位相を、到来微弱信号の搬送波位相にほぼぴったり一致するセンチメートルレベルに設定する。干渉を受けた状態であっても、ユーザ機器は、誤差信号を次第に統合して、Ｉ成分とＱ成分とを生成して、Ｉ成分とＱ成分とを観測可能量として使用して、受信機の追跡ループを終えることができる。固有の精度も重要なアップリンク能力を可能にし、動力を受けても、アップリンクチャネルにおいて持続的な位相の安定性を生成できるユーザ機器を提供できる。
【００４９】
何秒もの間隔にわたってセンチメートルレベルの位相に搬送波が安定している場合は、アップリンクの干渉阻止を改善して、ＬＰＩ通信を続けることができる。ユーザが周波数と時間とに対するデータ変調を精密に拡散できるようにすることによって、このようなアップリンクの改善が実現される。
【００５０】
航法／通信プロセッサは、ユーザ機器の処理とデータの流れとを制御する。航法／通信プロセッサは、ユーザの状態に基づく精密なモデルから構成されるカルマンフィルタと、ユーザ機器の処理と測定の雑音を最適に管理する手段とを含む。テーブル１は、重要な航法／通信プロセッサの属性のリストを提供する。
【表１】
【００５１】
テーブル１に記載されている補助情報は、イリジウム衛星からデータリンクを介して提供される。観測可能量は、ＧＰＳと、イリジウムと、ＩＭＵとから集めた生の測定値である。オプションのセンサを更に備えてもよく、オプションのセンサは、低コストの磁力計と気圧計とを更に含む。テーブル１に記載されているカルマンフィルタの状態は、実際のシナリオでユーザ機器において名目上推定される状態である。最後に、ＮＣＯの制御出力が記載されており、これらが信号処理のハードウェアを駆動する。これらの命令は、カルマンフィルタの状態パラメータの関数として計算される。ＤＡＧＲに入る基準入力信号の電力を適切に制御することが、非常に重要である。電力が大き過ぎる場合は、基準入力信号がＤＡＧＲを故障させる。電力が小さ過ぎる場合は、信号を検出できず、システムは実益を失う。信号を制御するために取り入れられる方策を選んで、到来干渉レベルを追跡するが、更なるバックオフを受ける。これは、全体的な性能が到来干渉によって動かされることを保証している。動作中の更なる予防措置として、到来ＧＰＳ信号の電力が基準信号の電力から確実に独立するように、到来ＧＰＳ信号の電力を監視する。
【００５２】
図４は、本発明の好ましい実施形態の原理を具体化する初期設定と動作制御の方法のフローチャートである。デバイスの起動時の第１のステップ１００では、アドオンのユーザハードウェアが、基準信号をオフにする。次に、ステップ１１０では、到来干渉雑音を測定する。ステップ１２０では、到来雑音電力のベンチマークを得るために、測定した干渉雑音を記録する。到来雑音電力と、基準信号とを比較する。基準電力が到来干渉電力よりも優位に立っていることを、ＡＧＣ機能が検出するまで、基準信号の電力をｄＢのステップでインクリメントして(ステップ１４０と１５０)、干渉を測定する（ステップ１３０）。この較正に基づいて、アドオンのＧＮＳＳユーザ機器は、命令された基準信号の電力と、ＡＧＣに入力された検出された電力との間におけるスケールファクタを計算して記録するステップ１６０を実行する。較正が完了すると、ＤＡＧＲの信号プロセッサは、高い搬送波対雑音比を有する基準信号に簡単にアクセスできると考えられる。
【００５３】
次のステップ１７０では、基準信号のロックを初期設定する。これを行うために、既存のＧＮＳＳユーザ機器のシリアルポートを通して往復メッセージを送ることによって、およその時間を得ることができる。発振器の可能性の高い周波数のずれに関する事前情報と、シリアルポートのメッセージとに基づいて、およその時間と周波数とのサーチウィンドウを導き出す。次に、ＤＡＧＲの相関器のチャネルのうちの１本を、基準信号に割り振る。航法／通信プロセッサ２１は、定められた周波数と時間とのサーチウィンドウを一斉に調べるように、そのチャネルに命令して、基準信号を捕捉して追跡する。
【００５４】
基準信号の追跡時に、定常状態を得て、初期設定ステップ１７０が完了する。次に、ステップ１８０では、ＡＧＣで干渉を測定する。ステップ１９０では、公称の動作モードは、到来干渉レベルからおよそ３０ｄＢの基準信号に対してバックオフを設定する。
【００５５】
判断の正しさの更なるチェックとして、航法／通信プロセッサ２１は、ＧＰＳの統合の時定数と同等であって、場合によっては１０秒よりも長い時定数で、ディザ電力レベルを基準信号に加えることができる。到来ＧＰＳ信号の電力を推定する、図１に示されている実施形態の航法／通信プロセッサ２１におけるカルマンフィルタは、各到来ＧＰＳ信号の電力を名目上追跡する。追跡される信号の電力と基準電力とが、かなり相関している場合は、基準電力は大き過ぎるかもしれず、下方修正すべきである。
【００５６】
本発明の好ましい実施形態の長所は、ＧＰＳのｒ．ｆ．のタイミング及びレンジングの測定値と、イリジウムのｒ．ｆ．のタイミング及びレンジングの測定値との両者に対して、特に、搬送波位相成分に対して、共通の精度の発振器の基準を提供することである。ＧＰＳのプラットフォームとイリジウムのプラットフォームとの両者に共通の安定した搬送波位相の基準は、上述の軍部におけるＧＰＳ到来信号の電力レベルに対するコヒーレント処理技術と、他の応用とのまだ利用されていない効果を明らかにする。特に、ＧＰＳとイリジウムのプラットフォームは、相互の１９ｃｍのＬバンドの波長のほんの僅かの中で、良く安定しているはずである。この条件は、距離に関して０．５ｃｍ、又は時間に関して２０ｐｓに変換される。特に、電子機器のバイアスが変動する場合は、これは厳しい精度レベルである。電子機器のバイアスは、温度又は機械的ストレスのような環境と共に変化する。カルマンフィルタを、限られた範囲のバイアス変動に対処するように設計できるが、そのような変動を超えると、実際の動作のシナリオでは、統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの実際的な恩恵は、直ぐに失われる。その結果、ユーザ機器は動作できなくなる。
【００５７】
図５は、一般性を失うことなく、緊密なチャネル間の位相のコヒーレンスを維持するように、既存のＧＰＳユーザ機器と、新たなイリジウムトランシーバ能力とを統合した従来のアプローチを示している。このような統合に必要なデータポートに加えて、受信機７８を物理的に変更して、ＧＰＳとイリジウムとの間で共有する共通のハードウェアの発振器７９を加えることによって、共通の発振器が提供されている。示されているように、共通の発振器７９をＧＰＳのコード合成器８０に接続し、更に、共通の発振器７９を、追加のポート８１を通して、イリジウムのコード合成器８２に接続する。ＧＰＳのコード合成器８０は、それぞれの信号入力に接続される。それぞれの信号入力は、共通のアンテナ８３と、ＧＰＳのフィルタ８４と、前置増幅器８５と、ディジタイザ８６とを含む。一方で、イリジウムのコード合成器は、共通のアンテナ８３と、イリジウムのフィルタ８７と、前置増幅器８８と、ディジタイザ８９とに接続される。
【００５８】
次の分析は、この従来のアプローチのバイアスの感度をトレースしている。具体的には、１分以上の間隔に対して＜＜２０ｐｓのレベルに安定性を保つという条件で、ノードＤの安定性に対するノードＢの安定性を評価する。この分析をするために、多くの詳細を無視する。詳細は、例えば、多くのＧＰＳ受信機が、ｒ．ｆ．のフロントエンドを有し、中間周波数にダウンコンバートするといったことである。しかしながら、一般性を失うことなく、この分析に対して、ベースバンドに直接にダウンコンバートすると想定する。図６に示されている好ましい実施形態の改善された安定性をサポートして、同様の結論に至ることを、更なる分析は示している。
【００５９】
この分析は、ＢＰＳＫ信号を想定している。ＢＰＳＫ信号は、ＧＰＳ波形のフォーマットである。イリジウムはＱＰＳＫを採用しているので、重ね合わせの原理によって、ＢＰＳＫの分析をそのまま適用できる。ノード１における到来信号ｓ１（ｔ）は、次の式によって与えられる。
【数１】
【００６０】
なお、ｄ（ｔ）は、データ変調であり、ｃ（ｔ）は、ＰＲＮのチップ化したシーケンスであり、ω０は、帯域中の公称の中心角周波数であり、φ（ｔ）は、受信信号の到来搬送波位相である。信号は、信号経路Ａ−ＢとＡ−Ｄを通って伝搬し、信号経路Ａ−ＢとＡ−Ｄは、それぞれバイアスｂ２１とｂ４１とを加える。
【数２】
【００６１】
発振器は、公称の位相出力を有する。公称の位相出力は、ノードＣで測定される受信機のクロックタイムｔ３（ｔ）であると想定する。
【数３】
【００６２】
なお、τは、ノードＣで測定される受信機の瞬間クロックバイアスである。共通の発振器は、２つのタップ、即ち、ＧＰＳの処理経路のためのタップと、インジウムの処理経路のためのタップとを使って、合成器を駆動する。ノードＢとＤとに配線された、関連する相互接続された電子機器と、各合成器とによって、経路バイアスｂ２３とｂ４３とが生じる。各ノードで測定される、結果として得られる受信機のクロックタイムは、次の式によって得られる。
【数４】
【００６３】
次に、ノードＢとＤとにおいて、別々のＡ／Ｄコンバータによって、各信号をサンプリングする。受信機のクロックタイムの入力が複数のサンプリング期間Ｔに入るときに、各Ａ／Ｄコンバータは信号をサンプリングする。ノードＢの場合は、次の通りである。
【数５】
【００６４】
ノードＢにおいてサンプルｋが得られる時間ｔＡ／Ｄ[ｋ，２]について解くと、次の通りになる。
【数６】
【００６５】
ノードＢに対するサンプリング時間を、ノードＢに対する受信信号の式に挿入すると、次の通りになる。
【数７】
【００６６】
ノードＤに対する同等の式は、次の通りである。
【数８】
【００６７】
各チャネルに対するコードとデータは、ダウンストリームで消される。ここでは、変調とその処理の任意の位相の寄与を無視する。ノードＣとノードＤとの間における、任意のサンプルｋに対する搬送波位相の差は、次のように、各信号に対する余弦偏角（cosine argument）間の差として直接的に得られる。
【数９】
【００６８】
＜〜８ｋｍ／秒で移動するＬＥＯ衛星の場合に、ベースバンドにおけるタイムタグの誤差は十分に小さいと想定されるので、到来信号の位相φと、受信機のクロックバイアスτは、サンプル時間の基準の選択に関係ない。項ω０は、時間と位相角との間における単位変換のスケールファクタになり得る。瞬間的なｒ．ｆ．のバイアスの振る舞いについての実質的な項をそのままにするように単純化すると、次の通りになる。
【数１０】
【００６９】
図５における従来のベンチマークの構成に対するこの結果は、密接に統合されたＮａｖ−Ｃｏｍを直ちにサポートしないことを示唆している。ハードウェアの変更を最低限にするならば、統合された全体的なデバイスに、２つ以上の別個の機械的ハウジングが必要である。多くの実用的な統合の場合に、ハウジングを空間的に分けて、ケーブルを介して各々を相互接続することが、必要である又は望ましい。上述のバイアス項の各々は、異なる温度感度の影響を受けるであろう。各ハウジングは、異なる温度で動作し得る。任意の所定の対のバイアス項を区別して消去すると、バランスがとれ得るが、特に、ＤＡＧＲの既存のハウジングと電子機器とを変えないままにする場合に、このようなバランスをとるのが難しいことは簡単に分かる。
【００７０】
例えば、項ｂ２３とその熱感度の特性は、ＤＡＧＲの内部にあり、ユーザ機器の統合体の制御を受けない。片方の項ｂ２１は、異なるハードウェアのプラットフォームにまたがる場合もあり、又はまたがらない場合もあるが、それにも関わらず、異なる熱及び機械的環境の影響を受ける。従って、統合体が、ロバストで実用的なやり方で、項ｂ２３を区別して消去するのは困難である。同様に、項ｂ４１は、(例えば、外部アンテナを使用する場合に)ＤＡＧＲの外部の同じ機械的ハウジングを共有する場合もあり、又は共有しない場合もあり、項ｂ１２を直ちに消去しない。項ｂ１２は、ＤＡＧＲの中までハウジングを必ずまたぐはずである。最後に、項ｂ４１は、ＤＡＧＲの外部の機械的ハウジングを共有する場合もあり、又は共有しない場合もあるが、それにも関わらず、項ｂ４３のバランスをとらなければならない。項ｂ４３は、異なるハウジングを必ずまたぐので、熱と、機械と、他の環境のストレスを受ける。
【００７１】
全体的にとらえると、安定性を２０ｐｓレベルに維持することを条件とすると、熱と機械のストレスを含む環境のストレスが、許容できないほどの逸脱を加える場合がある。既存のＤＡＧＲのハードウェアを物理的に変更しなければ、このような環境ストレスを簡単に制御又は軽減できないことが簡単に分かるであろう。残念なことに、このような物理的な変更をすると、密接に統合されたＮａｖ−Ｃｏｍのための実用的なアップグレードの経路を提供するという中心的な目的を達成できない。
【００７２】
他方で、図６は、本発明を単純な形態で示している。図６は、図５と同じやり方で、環境的な位相の安定性を簡単に分析できる。既に記載したように、次の分析の目的は、ＤＡＧＲのノードｅとアドオンモジュールのノードｄとの間における固有の安定性を評価することである。アドオンモジュールの受信機のクロックタイムは、アドオンモジュールのノードｃで生成され、次の式によって与えられる。
【数１１】
【００７３】
更に、ノードｄとｅとにおける受信機のクロックタイムは、次のように与えられる。
【数１２】
【００７４】
新たなインターフェイスの基準信号ｒ（ｔ）を、ＧＰＳのＰコードｐ（ｔ）で変調する。Ｐコードは、アドオンモジュールによって生成され、次のようにノードｅに伝達される。
【数１３】
【００７５】
任意の到来信号を追跡する前であっても、カルマンフィルタは、ＤＡＧＲのクロックバイアスτＤＡＧＲ（ｔ）と、ｉＧＰＳアドオンモジュールのクロックバイアスτ（ｔ）の推定値の伝搬を開始する。基準信号の疑似距離の測定値は、信号対雑音比が大きく、基準信号の搬送波位相の精度にかなり重み付けをして、アドオンモジュールとＧＰＳ受信機との発振器を効果的に位相ロックさせると想定される。同じ信号のＤＡＧＲのレプリカは、次の式によって与えられる。
【数１４】
【００７６】
位相と遅延のロックの際にアドオンモジュールにおける航法／通信プロセッサによって指示される、ＤＡＧＲの相関器によって測定される疑似距離の観測可能量ρ（ｔ）は、次の式によって得られる。
【数１５】
【００７７】
起動時は、関連するモジュールのクロックバイアスのみを観測するが、受信機が衛星を追跡すると、実際のクロックバイアスを解くことができる。ｉＧＰＳアドオン受信機、既存のＧＰＳ受信機、又は両者が、追跡を開始すると、位置と、時間と、適用可能な範囲までの、上述のテーブル１に記載された他の状態との推定を開始するのに十分な情報が、カルマンフィルタに利用可能になる。
【００７８】
新たな方法に対する同じ分析アプローチを採用すると、ノードｅで測定される信号は、次の式によって与えられる。
【数１６】
【００７９】
次に、ノードｅで得られる総合的な信号は、到来信号ｓ５（ｔ）とｒ５（ｔ）との和である。ＤＡＧＲ、或いは任意の他のＧＰＳ又はＧＮＳＳの受信機の内部の詳細は、一般に独占権の下にあるか又はさもなければ保護されているので、フロントエンドの単純化したモデルを想定する。ここでも、一般性を失うことなく、この分析のために、直接的なダウンコンバージョンを想定する。これは、他の特定のケースに容易に拡張できると想定される。サンプルレートＴを有するＮａｖ−Ｃｏｍアドオンモジュールに対して、ＤＡＧＲは、異なるサンプル間隔ＴＤＡＧＲを有すると想定する。既に記載したように、受信機のクロックタイムを考慮して、Ａ／Ｄのサンプル時間を計算して、次に、実際の時間を考慮して、各測定値ｍを解く。
【数１７】
【００８０】
ノードｅにおいて結果として得られるＡ／Ｄコンバータの出力は、次の通りである。
【数１８】
【００８１】
ノードｄにおける信号とＡ／Ｄクロックを、上述と同じやり方で処理する。
【数１９】
【００８２】
２つの信号の位相を比較する前に、ｒ．ｆ．のサンプリングイベントのタイムタグ、特に、ｒ．ｆ．の位相の項、ω０ｍＴＤＡＧＲとω０ｋＴとを考慮に入れて、信号を処理することが極めて重要である。一般に、ｒ．ｆ．とベースバンドの項は両者共、持続期間、好ましくは、１分以上のオーダの時間に対して＜＜２０ｐｓのサンプリングの安定性を有していなければならない。分析の便宜上、ＤＡＧＲとＮａｖ−Ｃｏｍアドオンモジュールとの間におけるＡ／Ｄサンプルを対にして、これらがほぼ同時に現われるようにする。一般に、２つのクロックは非同期に実行されており、且つ２つの別々のサンプリングレートが想定されているので、プラットフォームの任意の所定のサンプルが、ちょうど同時に現われることは考えられない。
【００８３】
次の展開は、任意の所定の相互のプラットフォームのサンプル間における経過時間の明示的な計算を提供する。最初に、各サンプルに対する受信機のクロックタイムは、次の通りであることを想起する。
【数２０】
【００８４】
次に、サンプル時間が互いに近い、即ち、１サンプル程度以内にあるように、マッチした対のＡ／Ｄサンプル、ｋｍとｍｋを選択する。〜５０ＭＨｚのサンプルクロックを想定した場合に、所定の対のサンプルは、互いに０．０２μｓ内に通常現われる。任意の所定の対のサンプルに対して、受信機のクロックタイムにおけるサンプルエポック間の時間差は、δｔＬＯによって、次のように与えられる。
【数２１】
【００８５】
受信機のクロックタイムに対する上述の関係を代わりに使うと、成分バイアスを考慮に入れた後に経過時間に適用する時間差は、次にように示される。
【数２２】
【００８６】
δｔＬＯの期間内に、クロックバイアスはあまり変化しないと想定される。次のステップでは、サンプル時間と受信機のクロックタイムとの間における次の変換を代わりに使う。
【数２３】
【００８７】
その結果、次の式になる。
【数２４】
【００８８】
ＤＡＧＲの各サンプルエポックで求められるプラットフォーム間の疑似距離に対する上述の式を代わりに使うと、次のようになる。
【数２５】
【００８９】
従って、δｔＬＯに対する明示的な式は、次によって与えられる。
【数２６】
【００９０】
受信機は、右側のパラメータを全てリアルタイムで得られる。次に、Ｎａｖ−Ｃｏｍアドオンモジュールからの時間軸と共通の時間軸に投影するのに必要な範囲まで、結果として得られる位相回転ω０δｔＬＯを、ＤＡＧＲの生の相関関係に適用することができる。
【００９１】
ＧＰＳのＰコードとＹコードとのセットが事実上直交しているのは周知である。この感度を分析するために、（ｉ）信号ｒ５の位相から独立して、信号ｓ５の位相を追跡でき、（ｉｉ）コードとデータとを消すことによる任意の位相のバイアスの寄与を無視できると想定される。ノードｅにおいて基準位相に対する到来信号の位相を計算すると、次の式が得られる。
【数２７】
【００９２】
ＤＡＧＲの相関器によって測定される基準信号の既知の疑似距離に対する上述の式を代わりに使って、ＤＡＧＲのクロックバイアスに対する基準を削除する。更に、δｔＬＯに対する上述の式を代わりに使う。図５に対する分析におけるように、衛星の搬送波位相φと、関連するクロックバイアスτのベースバンド値は、選ばれたサンプリングエポックにわたって事実上一定を維持すると想定される。位相の安定性に対する全体的に２０ｐｓの条件と比較して、ベースバンドのタイムタグに対する公差は比較的に緩い。ユーザに対するＬＥＯ衛星の速度が８ｋｍ／秒を超えず、更に、ユーザ機器の発振器の周波数誤差が、この速度(Ｌバンドで４０ｋＨｚよりも相当に低いものと同等である)によって制限されると想定すると、０．１μｓのタイムタグの正確さは、位相の誤差を波長の僅かな部分に制限するのに十分である。単純化すると、最終的な結果は、次の式によって与えられる。
【数２８】
【００９３】
これは、前の分析の式と同じである。しかしながら、ここに説明されている方法を適用し、且つ図６を参照することによって、上述のｒ．ｆ．バイアスの４つは全て、アドオンユニットの設計者によって完全に制御されることが簡単に分かるであろう。何れにしても、バイアスは、ＤＡＧＲのバイアス特性に最早左右されない。この分析により、この設計は、統合に関連する環境から独立している。２本のｒ．ｆ．経路に沿ってコンポーネントを対にするか、又は２本のクロック経路に沿ってコンポーネントを対にして、区別して消去するといった、実用的な技術を、設計者は自由に用いる。更に、１チップの同じ回路カード又は基板上に、バイアス感知コンポーネントを全て配置できるので、設計者は、熱、機械、又は任意の他の環境ストレスを確実に最小化する又はバランスをとる実用的な手段が得られる。
【００９４】
全体的に判断して、本発明は、ハードウェアを変更せずに、在庫のＤＡＧＲを、兵站部レベルでアップグレードすることを可能にしている。ＤＡＧＲにおいてソフトウェアのみを変更するので、ＤＡＧＲが独立形式である場合に、これは当初の目的にとって有益である。従って、ソフトウェアを修正するこのようなＤＡＧＲは、ロジスティクス、動作、又はメンテナンスに対して実際的な影響を及ぼさない。
【００９５】
更に、密接に統合されたアップグレードユニットと、組み込まれたグローバルな通信リンクとの組み合わせは、ロジスティクスに対する一定の恩恵を可能にする。ソフトウェアは、ｉＧＰＳアドオンコンポーネントのフラッシュメモリに配置され得る。ＤＡＧＲの再プログラミングは、シリアルポートを介して既に行なわれており、ｉＧＰＳアドオンコンポーネントはこのシリアルポートに接続する必要がある。再プログラミングスイッチを使用して、ｉＧＰＳアドオンコンポーネントを再プログラミングモードに切り換えてもよく、標準のＤＡＧＲの再プログラミングを使用してもよい。別のアプローチでは、イリジウム介して、新たなＤＡＧＲのソフトウェアのロードを送る。
【００９６】
ここに記載されている標準的なインターフェイスを使用して、ＤＡＧＲをアップグレードすると、密接に統合されたグローバルなＮａｖ−Ｃｏｍの能力を有するｉＧＰＳのユーザ機器になる。本発明は既存のＤＡＧＲの実用的なアップグレードを可能にするので、イリジウムの配置の残りの寿命中に、軍部がｉＧＰＳの恩恵を受けるならば、新たな軍用のＧＰＳ受信機を生産する必要はない。従って、ｉＧＰＳを実用化して配備とテストをすることによって、本発明は、ｉＧＰＳ自体のデモンストレーションを容易にする。更に、統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの能力を備えたＬＥＯ及びＭＥＯの航法衛星のハイブリッドの配置としてのｉＧＰＳである、本発明は、より高度な将来のグローバルな統合されたＮａｖ−Ｃｏｍを開発する存在証明を提供するのを助ける。
【００９７】
当業者が本発明を作成及び使用できるほど十分に詳しく、本発明の好ましい実施形態を記載したが、それにも関わらず、本発明の意図から逸脱することなく、例示された実施形態の多数のバリエーションと変更を作成できることが分かるであろう。例えば、ここに記載されている方法が当業者によって理解されると、ｉＧＰＳ及び地域ネットワークと、他のＬＥＯ及びＧＮＳＳ全地球航法通信の応用とを含むユーザ機器と一群の実施形態とを包含するように、簡単に拡張できる。従って、本発明は、上述の説明又は添付の図面によって制限されることを意図されておらず、請求項のみに従って定められる。
【符号の説明】
【００９８】
１・・・ＤＡＧＲ、２・・・アドオン拡張モジュール、３・・・双方向のシリアルポート、４・・・外部アンテナの入力、５、８３・・・共通のアンテナ、６、７・・・帯域フィルタ、８、９・・・前置増幅器、１０・・・発振器、１１・・・合成器、１２・・・Ａ／Ｄコンバータ、１３・・・ヒルベルト変換処理機能又は回路、１６・・・ヒルベルト逆変換処理機能又は回路、１４・・・信号プロセッサのバンク、１７・・・Ｄ／Ａコンバータ、１８・・・可変減衰器、１９・・・増幅器、２０・・・変調器、２１・・・中央の航法／通信プロセッサ、２２・・・ＧＰＳのＰコード生成器、２３・・・構成制御、２４・・・慣性計測ユニット、２５・・・数値制御発振器、２６・・・イリジウムのコード生成器、３０・・・可変減衰器、３１・・・自動利得制御、４０・・・ＧＰＳ衛星、４１・・・イリジウム衛星、４２・・・基準局、４３・・・アンテナ、７９・・・共通の発振器、８０・・・ＧＰＳのコード合成器、８１・・・追加のポート、８２・・・イリジウムのコード合成器、８４、８７・・・フィルタ、８５、８８・・・前置増幅器、８６、８９・・・ディジタイザ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海軍研究試験所（Naval Research Laboratory）によって与えられた海軍省の契約Ｎ００１７３−０８−Ｃ−２０７４のもとで政府の支援を受けて作成された。政府は、本発明における一定の権利を有する。
【０００２】
本発明は、既存の全地球航法衛星システム（global navigation satellite system, GNSS)ユーザ機器を修正する必要なく、高性能の密接に統合された航法と通信（navigation and communication, Nav-Com）の能力を追加するために、既存のＧＮＳＳユーザ機器をアップグレードする方法に関する。既存のＧＮＳＳユーザ機器は、例えばＧＰＳ受信機である。更に、本発明は、ｉＧＰＳを既存のＧＮＳＳユーザ機器に追加する装置に関する。この装置は、差し込み式の拡張モジュールの形式をとり得る。
【０００３】
本発明の好ましい実施形態では、ｉＧＰＳとして知られている、特定の密接に統合されたＮａｖ−Ｃｏｍシステムにアップグレードする。ｉＧＰＳは、低地球軌道(Low Earth Orbiting, LEO)衛星から受信した信号の搬送波位相を利用して、専用の広帯域の基準信号を提供する。ＬＥＯ衛星は、例えばイリジウムである。この実施形態では、ｉＧＰＳへのアップグレードは、以下によって達成される。
【０００４】
・装置の基準発振器にロックされた専用の広帯域の基準信号の位相を、ＧＮＳＳユーザ機器における既存のアンテナポートを使用してＧＮＳＳユーザ機器に供給する。
【０００５】
・到来ＧＮＳＳ(又はＧＰＳ)信号と、既存のＧＮＳＳユーザ機器の基準発振器に対する基準信号とのコヒーレントな相関関係を、既存のＧＮＳＳユーザ機器に生成させる。
【０００６】
・コヒーレントな相関関係を既存のデータポートを通してＮａＶ−Ｃｏｍプロセッサに送り返して、装置の基準発振器とイリジウムとの更なる相関関係と組み合わせて、位置、速度、及び／又は時間に対するより精密な解を導き出す。
【０００７】
ＧＮＳＳユーザ機器は、防衛高度ＧＰＳ受信機（Defense advanced GPS Receiver, DAGR)であり得る。ＮａＶ−Ｃｏｍプロセッサと、専用の基準信号生成コンポーネントは、単一の一体型モジュールに設けられている。ＤＡＧＲを修正する必要なしに、このモジュールをＤＡＧＲの既存のポートのプラグに差し込む。この構成は、搬送波位相を使用して、ＤＡＧＲにおける位置、航法、及びタイミング(Position, Navigation, and Timing, PNT)の、正確さ（accuracy）、完全性(integrity)、及び利用可能性(availability)を、かなり、場合によっては数千倍に改善でき、地球上のどこでも、１分のオーダの時間フレームで、デシメートルレベル以下の位置決定に収束する可能性を有する。本発明は、高精度のＧＮＳＳの搬送波位相の観測可能量をより簡単に利用して、干渉のある状態又は妨害を受けた環境のもとであっても、ＰＮＴの利用可能性を改善することを可能にする。更に、本発明は、精密に結合された航法と通信のモードを合成することによって、新たな通信の拡張が得られるようにする。適切な設計と統合化とを用いて、アップグレードを取り付け易くすると、高度な能力を得るための配備とライフサイクルのコストとをかなり下げることができる。
【背景技術】
【０００８】
特に、このようなインフラストラクチャが本質的にグローバルであるならば、密接に統合された航法と通信は、米国の軍用、民生用、及び商用の用途に対して、広範囲の新たな補足的な能力をもたらす。通信のインフラストラクチャが、リアルタイムのデータとタイミングとを補助することによって、航法を改善でき、一方で、航法のインフラストラクチャが、時間と位置とを補助することによって、通信を改善する。グローバルなインフラストラクチャを用いると、出資者は、規模と範囲の経済性をより良く享受できる。航法と通信のコンポーネントのアーキテクチャをより密接に統合すると、より大きな相互の相乗効果を得ることができる。
【０００９】
統合されたグローバルなＮａｖ−Ｃｏｍシステムの特に注目すべき１つの例は、ｉＧＰＳである。ｉＧＰＳは、イリジウムとＧＰＳとのグローバルな衛星の配置を融合することによって作られた。海軍省は、イリジウムを使用する契約を、ボーイングが主導するチーム（Boeing led team）に与えて、補助的なデータ、タイミング、及びレンジングの情報を、認可されたＧＰＳユーザに提供した。この追加情報は複数の恩恵を与え、特に、干渉を阻止する性能をかなり改善して、ＧＰＳが動的なユーザプラットフォームをより高速に捕捉する手段を与えた[グレンギボンズ、「ボーイングはＮＲＬ契約を勝ち取って、イリジウム／ＧＰＳの開発を継続する」、インサイドＧＮＳＳ、２００８年９／１０月（Glen Gibbons, "Boeing Wins NRL Contract to Continue Iridium/GPS Development", Inside GNSS, September/October 2008）]。
【００１０】
一般に、ｉＧＰＳと、より広域のグローバルなＮａｖ−Ｃｏｍの解集合とによって、位置、航法、及びタイミング(ＰＮＴ)の、正確さ、完全性、及び利用可能性が、かなり改善され得る。従来はＧＰＳ衛星が高軌道をゆっくりと移動していた。これに対して、空中のＬＥＯ衛星の高速の角運動は、空間ダイバーシティを大幅に高めた。ＬＥＯとＧＰＳの衛星の搬送波位相を用いると、地球上のどこでも、１分のオーダの時間フレームで、デシメートルレベル以下の位置決定を自動追跡できる。例えば、米国特許６，３７３，４３２と、５，８１２，９６１と、５，９４４，７７０を参照すべきである。
【００１１】
搬送波位相の使用は、かなりの恩恵をユーザに与える。ＧＰＳのＬ１波長は、およそ１９ｃｍである。ＧＰＳの固有の精度は、この波長よりもはるかに低い。ＧＰＳのＬ１に対する、タイミング及びレンジングの一般的な誤差量は、０．５ｃｍのオーダのＲＭＳ、又は時間に関して２０ｐｓになる。この精度が、上述の全体的な位置決めの正確さと、完全性と、干渉の阻止とを達成する鍵である。米国特許７，３７２，４００に記載されているように、ｉＧＰＳのインフラストラクチャを使用して、(イリジウムの天体暦（ephemeris）とＧＰＳのデータの削除とに対して)データを補助して、且つ(基準局でイリジウムのクロックを較正して、精密なイリジウムの搬送波位相の補正をユーザにリアルタイムで放送して）時間の安定性について送信することができる。
【００１２】
逆も真である。ユーザの位置と時間とが十分に分かると、改善された通信に関連する新たな能力が可能になる。例えば、ユーザは各々の位置とタイミングとが十分に分かるので、ユーザと衛星との間において、極めて安定した仮想のクロックに基づいて搬送波を設定できる。これは、ロバストでコヒーレントな通信リンクを設定して、例えば、耐干渉性と低い通信遮断率とをサポートすることを可能にする。
【００１３】
搬送波位相は、従来は航法の目的で軍部によって利用されていなかった。その代わりに、信号を二乗する技術が用いられていた。これは、信号と雑音との両者を二乗する望ましくない結果を有する。このため、不足を補うより高電力の衛星を開発して打ち上げることについて軍部が検討する時に、ＧＰＳの信号電力を無駄にした。ｉＧＰＳのインフラストラクチャは、既存のＧＰＳの電力をより効率的に使用できる。
【００１４】
グローバルな統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの更なる恩恵は、更なる相乗効果から得られる。ＧＰＳのユーザ機器と他のデバイスとを用いると、暗号鍵を安全に配布する必要があることが多い。適切なインフラストラクチャがなければ、プロセスが煩雑になり得る。例えば、一方向のみのデータリンクを用いると、ユーザとデバイスは、鍵の管理機関を認証できない場合がある。ロバストでグローバルな双方向の通信システムは、ユーザとデバイスが世界のどこにいても、鍵を取り換える各要求を、ユーザとデバイスが認証できるようにすることによって、この問題を解決する。この使い易さによって、鍵の配布を安全で且つたやすくすることができる。
【００１５】
ｉＧＰＳの場合に、米国は、ＧＰＳに対するＬＥＯベースの拡張の存在を直ぐに証明する機会がある。イリジウム衛星は、既に軌道上にあり、有効期間を２０１４年以降に延長することが計画されている(「イリジウム衛星ＬＬＣは配置の寿命を当初の予測よりもかなり延ばすと推定」、イリジウム衛星ＬＬＣの報道発表、２００３年２月２６日（Iridium Satellite LLC Estimates Constellation Life Span To Extend Well Beyond Original Predictions," Iridium Satellite LLC Press Release, February 26, 2003）を参照すべきである）。上述の海軍省の契約のもとで、ボーイングチームは、グローバルな地上のインフラストラクチャを開発して、既存のイリジウム衛星の配置に対する新たなフライトソフトウェアを２０１１年の始めまでに開発するであろう。このタイムテーブルでは、イリジウムの配置がその耐用年数を過ぎて劣化する前に、米軍と他の認可されたユーザとが新たな能力を効率的に利用するための適切な信号を空間中に数年間提供するであろう。
【００１６】
しかしながら、ｉＧＰＳの実施に対する重大な障害は、ユーザ機器に装備を施す労力とコストである。ユーザ機器は、例えば防衛高度ＧＰＳ受信機(ＤＡＧＲ)であり、軍部が選んだユーザ機器のままである。現在、米軍は、数十万個のＧＰＳユニットを配備している(「ロックウェルコリンズは２００，０００個目のＤＡＧＲと４０，０００個目のＧＰＳエンジンを米国の陸軍に引き渡した」、ロックウェルコリンズの報道発表、２００８年４月１８日（Rockwell Collins delivers 200,000th DAGR and 40,000th GPS engine to the U.S. Army", Rockwell Collins Press Release, April 18, 2008）)。更により多くのものが、既に調達過程にある。米国政府は、１ユニット当たりだいたい２０００ドルで、これらのユニットを購入した。
【００１７】
軍部又は他のユーザがｉＧＰＳを採用する場合に、必要とされるのは、ユーザ機器のインストール済みのベースを利用する簡単なやり方である。先行技術では、受け入れ難い２つのアプローチを以前に提示した。即ち、（ｉ）密接に統合できる新たな精密なｉＧＰＳのインターフェイスを受け入れるために、既存のユーザ機器のハードウェアを修正することと、(ｉｉ)既存のユーザ機器を、最初から設計された新たな密接に統合されたｉＧＰＳのユーザ機器に完全に交換することである。
【００１８】
第１のアプローチは、密接に統合された精密なｉＧＰＳのインターフェイスを取り入れることに伴う経済的及び技術的なリスクがあるので、かなり懸念される。特に、ＤＡＧＲは、外部発振器の入力を備えていないので、これを加えなければならない。この移行に幾らかかり、ＤＡＧＲのコンポーネントの交換がどの程度まで必要になるかは、不明である。更に、関連するロジスティックスと構成との統制の問題がある。即ち、複数のバージョンのＤＡＧＲのハードウェアがあるために、ユーザとリーダーシップとに対する管理が煩雑になる。その理由は、ハードウェアを修正すると、全規格のうちの多くを変更して管理することが必要になるからである。更に、ハードウェアの修正に伴う技術的なリスクがある。全範囲の環境条件において、ＧＰＳの信号処理コンポーネントとイリジウムの信号処理コンポーネントとの間に２０ｐｓの安定性があることが、密接に統合したｉＧＰＳの搬送波位相の精度に必要である。位相の変動の影響を特に受け易いハードウェアコンポーネントは、ＧＰＳのＲＦのフロントエンドと、イリジウムのＲＦのフロントエンドと、ＧＰＳの発振器とを含む。航法処理アルゴリズムは、２つのコンポーネント間における搬送波位相のバイアスの緩やかなドリフトを許容できるが、熱又は機械的な乱れが極端である場合は、システムは有益な性能を提供できない。異なる熱及び機械的ストレスの影響を受ける異なる筐体の中に、イリジウムのコンポーネントとＧＰＳのコンポーネントとを入れる必要があるので、ＤＡＧＲのレイアウトが技術的なリスクを高める。
【００１９】
更に、第２のアプローチは、抵抗に遭う。米国がＧＰＳ機器に既にかなり投資していることを考慮すると、既存の在庫品の撤去を正当化するのは難しい。
【００２０】
ＬＥＯを拡張したＧＰＳ Ｎａｖ−Ｃｏｍシステムの広範囲にわたる恩恵を、潜在的な米国の軍隊と、民間と、市場の出資者に明示する手段が必要である。この目的のために、ＧＰＳの既存のユーザのユーザ機器をアップグレードする実用的で魅力的な方法である、イリジウムとＧＰＳとを統合することによって形成されるｉＧＰＳの形態の存在証明をする必要がある。従って、言い換えると、既存のＤＡＧＲに対する、密接に統合したグローバルなＮａｖ−Ｃｏｍのアップグレードを生成する実用的な方法であって、任意のハードウェアの修正を必要とせずに、十分に必要な精度と性能とを提供する方法が必要である。
【発明の概要】
【００２１】
従って、本発明の目的は、密接に統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの能力でＧＮＳＳユーザ機器をアップグレードする方法を提供することである。
【００２２】
本発明の第２の目的は、既存のユーザ機器に遡及的に適用できる、密接に統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの能力で既存のＧＮＳＳユーザ機器をアップグレードする実用的な方法を提供することである。
【００２３】
本発明の第３の目的は、既存のユーザ機器に遡及的に適用できるＧＮＳＳユーザ機器のためのユーザハードウェアを提供することである。
【００２４】
従って、本発明は、元のＧＰＳ機器のハードウェアを修正する必要なく、航法の性能を拡張するために、ＧＰＳのユーザ機器をアップグレードして、他のＧＮＳＳシステムに密接に統合する方法を提供することである。この方法は、密接に統合されたＮａｖ−Ｃｏｍのユーザ機器の重大なｒ．ｆ．コンポーネント間の不都合な差分位相のバイアスのドリフトを制限する、実用的でコスト効率の良い手段を提供する。好ましい実施形態では、性能をアップグレードしたものは、密接に統合されたグローバルなＮａｖ−Ｃｏｍの能力を可能にして、ｉＧＰＳ及び任意の他のＧＮＳＳシステムと互換性を有する。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態の原理によると、本発明の目的は、既存の全地球航法衛星システム(ＧＮＳＳ)ユーザ機器をアップグレードする方法であって、第１のＧＮＳＳユーザハードウェアを提供するステップと、前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアと分かれている、既存の第２のＧＮＳＳユーザデバイスを提供するステップと、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスのハードウェアを修正することなく、前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアを、既存のポートを介して、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに接続するステップと、を含み、前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、第１の発振器と、航法／通信プロセッサと、を含み、前記第１の発振器は、精密なコード化された基準信号の生成器を駆動し、前記精密な符号化された基準信号の生成器は、基準信号を生成して、前記基準信号を既存の第２のＧＮＳＳユーザデバイスに供給するように構成されており、前記航法／通信プロセッサは、到来ＧＮＳＳ信号と前記基準信号とのコヒーレントな相関関係について、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスから受信すると、位置、航法、及び／又はタイミングの信号を生成するように構成されており、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスは、少なくとも１つの既存のポートと、第２の発振器と、を含み、前記第２の発振器は、到来ＧＮＳＳ信号と、アドオンの前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアによって生成された前記基準信号との前記コヒーレントな相関関係を生成して、前記コヒーレントな相関関係を前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアに送るように構成されている、方法によって達成される。
【００２６】
更に、本発明の目的は、上述の方法の第１のＧＮＳＳユーザハードウェアに対応するアップグレードのハードウェアによって達成される。アップグレードのハードウェアは、安定した基準信号を生成して、安定した基準信号を第２のＧＮＳＳユーザデバイスに供給して、第２のＧＮＳＳデバイスからのコヒーレントな相関関係と、それ自身の生の精密な相関関係とを組み合わせて、位置、速度、及び／又は時間に対する改善された解を導き出すように構成されている。
【００２７】
本発明の方法と装置の両者の実施形態では、少なくとも１つの既存のポートを使用して、第１のＧＮＳＳユーザハードウェアを既存の第２のＧＮＳＳユーザデバイスに結合し、少なくとも１つの既存のポートは、アンテナポートとデータポートとを含み、第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、基準信号を、アンテナポートを通して、第２のＧＮＳＳユーザデバイスに送るように構成されており、第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、指示命令を第２のＧＮＳＳユーザデバイスに送って、コヒーレントな相関関係を、データポートを通して受信するように構成されている。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態の更に別の態様によると、第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、イリジウム受信能力を含み、第２のＧＮＳＳユーザデバイスは、全地球測位システム(ＧＰＳ)の受信機であり、イリジウムの信号とＧＰＳの信号は、共通のアンテナを通して入力されるのが好ましい。この実施形態では、第１の発振器は、ＧＰＳのｒ．ｆ．のタイミング及びレンジングの測定値と、イリジウムのｒ．ｆ．のタイミング及びレンジングの測定値との両者に対する、共通の精密な発振器の搬送波位相の基準を提供する。更に、第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、イリジウム送信能力を含み、一方で、第１又は第２のＧＮＳＳユーザ受信機は、Ｙコード、Ｍコード、Ｃ／Ａコード、ガリレオ（Ｇａｌｉｌｅｏ）、グロナス（ＧＬＯＮＡＳＳ）、及び／又はコンパス（ＣＯＭＰＡＳＳ）の能力を含み得る。基準局は、視界内の衛星のコードと搬送波とを較正して、較正データを通信衛星にテレメータで送信する。通信衛星の放送された出力は、第１のＧＮＳＳユーザハードウェアに接続され、通信衛星の較正データを用いて、位置、速度、及び時間の解を改善する。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態で使用されている航法／通信プロセッサは、到来信号の搬送波位相を使用して、ユーザ機器の位置、速度、及び時間をモデル化して推定するために、カルマンフィルタを含み得る。カルマンフィルタは、慣性計測ユニット(inertial measurement unit, IMU)からの観測可能なデータを任意に利用し得る。
【００３０】
更に、第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、送信機コンポーネントを含み得る。送信機コンポーネントは、その改善された位置、速度、及び時間の推定値を使用して、その送信の時間と周波数の同期化を改善する。送信は、地域通信ネットワーク、衛星ネットワーク、又は低地球軌道衛星のグローバルネットワークに接続される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の好ましい実施形態の原理に従って構築された、既存のＧＮＳＳユーザ機器と拡張モジュールとを含む、アップグレードされたＧＮＳＳシステムの概略図である。
【図２】図１のシステムのブロック図である。
【図３】図１のシステムによって使用される、タイミング、レンジング、及びデータの信号を示す概略図である。
【図４】好ましい方法に従って、基準入力を初期設定して制御するサブルーチンのフローチャートである。
【図５】位相のバイアスのドリフトの感度のベンチマークを示す概略図である。
【図６】好ましい方法の位相のバイアスのドリフトの感度を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１と２は、アップグレードされたＧＮＳＳシステムを示す最重要の機能図である。アップグレードされたＧＮＳＳシステムは、防衛高度ＧＰＳ受信機(ＤＡＧＲ)１として示されている既存のＧＮＳＳユーザ機器と、本発明の好ましい実施形態の原理に従って構築された拡張されたユーザハードウェアとを含んでいる。拡張されたユーザハードウェアは、図２に示されている別個のアドオン拡張モジュール２の形式を任意にとり得る。拡張されたユーザハードウェアは、ユーザ機器に対する既存のインターフェイスに差し込むように構成されている。例示的なＤＡＧＲにおけるユーザ機器は、双方向のシリアルポート３と、外部アンテナの入力４とを含んでいる。
【００３３】
示されているユーザハードウェアと方法とを、ＤＡＧＲ以外のＧＮＳＳユーザ機器に適合させる又は修正することも、本発明の範囲内であることが、当業者に分かるであろう。更に、本発明では、密接に統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの能力を実施するために既存のＧＮＳＳのハードウェアを修正する必要はないが、それにも関わらず、他の理由で、このようなハードウェアを修正してもよいことが、当業者に分かるであろう。更に、既存のＧＮＳＳのハードウェアを修正しなくても、(例えば、図６に関連して後述されるように)向上したＰＮＴデータの入力に適応させるために、既存のＧＮＳＳユーザ機器のソフトウェアを修正することが必要な場合がある。ＤＡＧＲの場合に、兵站部（depot）レベルで又は潜在的には戦地でさえも、ソフトウェアをアップグレードできる。一般に、ユーザ機器の製造業者と協力して、従来のＧＮＳＳユーザ機器に備えられているソフトウェアを簡単に変更して、より高精度の入力に適応させ、既存の機器を容易に改造して、アップグレードに適応させることができる。
【００３４】
ユーザ機器の具体的なパッケージングは多くの形態をとり得るが、図２は好ましい実施形態を示しており、Ｎａｖ−Ｃｏｍの拡張電子機器は別個のアドオンモジュール２に収容されている。別個のアドオンモジュール２は、既存のＤＡＧＲにインターフェイスで接続する。既に記載したように、本発明の１つの目的は、既存のＤＡＧＲのハードウェアのインターフェイスを維持して、アップグレードをできるだけ容易にすることである。従って、修正されていないＤＡＧＲの様々な寄せ集めを有する全てのＤＡＧＲの在庫に対する構成制御を維持することは、実際に役立つであろう。
【００３５】
図１と２に示されているように、共通のアンテナ５は、ＧＰＳのＬ１及びＬ２の受信信号と、イリジウムのＬバンドの送信及び受信信号とに使用される。それにも関わらず、特に、イリジウム以外のＬＥＯ衛星が使用される場合、又は汎用市販（commercial off the shelf, COTS)のデュアルバンドのＧＰＳのアクティブアンテナが使用される場合は、複数のアンテナを備えてもよいことが分かるであろう。各入力は、ＧＰＳ又はイリジウムの該当する帯域に対するそれぞれのブロック６、７によって帯域フィルタにかけられて、次に、それぞれの前置増幅器８、９に供給される。
【００３６】
発振器１０は、トランシーバに対する共通の時間軸の役割をするのが好ましい。本発明の目的は、この発振器１０に対するコストを含むコンポーネントのコストを最低限に維持することであるので、低コストの圧電結晶発振器が示されているが、類似の又はより良い性能を備えた１つ以上の他の発振器を代わりに使ってもよいのは当然である。発振器１０は、合成器１１を駆動する。これは、必要なＡ／Ｄと、Ｄ／Ａと、局部発振器の信号を全てユニットに提供する。
【００３７】
イリジウムの入力は、Ａ／Ｄコンバータ１２によってディジタル化されて、次に、ヒルベルト変換処理機能又は回路１３に供給される。ヒルベルト変換処理機能又は回路１３は、到来信号の複素数表現を、信号プロセッサのバンク１４に提供する。同じやり方で、信号プロセッサのバンク１４の複素数のディジタル化されたイリジウムの出力を組み合わせて、信号プロセッサのバンク１４から、ヒルベルト逆変換処理関数又は回路１６にルーティングして、Ｄ／Ａコンバータ１７によってＤ／Ａ変換して、可変減衰器１８によって電力をスケーリングして、増幅器１９によって増幅して、その後で、変調器２０に供給して、アンテナ５を通して送信する。
【００３８】
例えば、２００５年２月１１日のＵＳ ＷＰ ７Ｄ／１４Ｒ２から入手可能な「イリジウム衛星システムのサービスリンクの特徴に関する作業文書（Working Document on Service Link Characteristics of the Iridium Satellite System）」という名称の刊行物に記載されているように、周波数及び時分割多重アクセス方式に従って、イリジウムの送信及び受信機能を切り替えてもよい。この中に記載されているように、各９０ｍｓの反復フレームは、１つの２０．３２ｍｓのダウンリンクのページングスロットと、各８．２８ｍｓの４つのデュプレックスのアップリンクとダウンリンクとのテレフォニスロットとに分割される。統合されたユニットのイリジウム部分は、イリジウムとＧＰＳとの両者を同時に受信できる。イリジウムのユーザ機器が送信しているときに、ＧＰＳは、帯域外干渉の影響を受け易い傾向があるので、ＧＰＳの入力に対して送信のブランキングを実施する。イリジウムの１つのみの時間スロットがアップリンクに使用される場合に、ＧＰＳの休止時間に対する８．２８ｍｓ／９０ｍｓのデューティサイクルは、許容可能な〜０．１ｄＢの損失に相当する。
【００３９】
中央の航法／通信プロセッサ２１は、ユーザ機器の内部の動作を指示する。中央の航法／通信プロセッサ２１は、信号プロセッサのバンク１４によって実施される複数のイリジウム相関器に対する制御ループドライバと、ＧＰＳのＰコード生成器２２(単に説明の目的で、プロセッサ２１の外部に示されている)と、送信及び受信機機能に対する構成制御２３と、オプションの微小電気機械システム(micro-electromechanical system, MEMS)の慣性計測ユニット(ＩＭＵ)２４とＤＡＧＲとに対するインターフェイスとを含む。更に、プロセッサ２１は、カルマンフィルタの形式で、ユーザ機器の主要な推定能力を提供する。これは、利用可能な情報を最適に組み合わせる。利用可能な情報は、イリジウムと、ＧＰＳと、ＩＭＵ又は他のセンサ、例えば気圧計又は磁力計とからの情報を含む。
【００４０】
統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの全ての恩恵を確保するために、イリジウムの信号処理ブロック１４は、到来受信信号の相関をとって、コヒーレント検波をする手段を提供する。ドライバ追跡ループは、信号プロセッサ１４の中の数値制御発振器(numerically controlled oscillator, NCO)２５に命令する。イリジウムのコード生成器２６は、レプリカコードを合成する。レプリカコードは、各イリジウム衛星が放送すると分かっているものと一致する。イリジウムは、元々航法システムとなるように設計されておらず、イリジウムの場合は、スペクトラム拡散信号の直接シーケンスのチップを生成するために、ユーザに前もって分かっている予め特定された一連のメッセージビットで構成されるように、このレプリカコードを選択する。このアーキテクチャでは、到来イリジウム信号のタイミング(コード)と搬送波位相とを精密に決定できる。同じアーキテクチャを送信側に使用すると、出力のタイミング(コード)と搬送波位相とを精密に確実に制御できる。
【００４１】
更に、合成器は、ＧＰＳのＬ１バンドの１５７５．４２ＭＨｚにおける正弦波の局部発振器と、１０．２３ＭＨｚにおけるスクエアコードドライバクロックとを生成する。これらのクロックは、Ｐコード生成器２２に供給される。Ｐコード生成器２２は、ゼロのドップラで基準の受信機のクロックタイムのＰコード信号を生成する。航法／通信プロセッサ２１は、Ｐコード生成器２２の開始時間を命令された値に初期設定できる。航法／通信プロセッサのＧＰＳ信号電力推定値によって補われた到来干渉電力推定値に基づいて、プロセッサ２１は、可変減衰器３０を積極的に制御して、Ｐコードの基準信号が、干渉を受けても検出されるほど十分に強いが、望ましくない干渉源になるほど強くないことを保証する。一連の自動利得制御(Automatic Gain Control, AGC)３１は、航法／通信プロセッサ２１によって監視される。ＡＧＣ３１は、到来した複合のＧＰＳ及び基準信号を、ＤＡＧＲ１にルーティングする。従って、プロセッサ２１は、アンテナ端子から出てきた全ての電力を追跡して、ＤＡＧＲ又は既存のＧＰＳ受信機のハードウェアに結びつけられた一定の値に、電力を調整できる。ＤＡＧＲ又は既存のＧＰＳ受信機のハードウェアは、ＡＧＣ及び／又はＳＦＡＰ、或いはＳＴＡＰタイプの信号処理を行なう場合もあり、又は行なわない場合もある。更に、ＡＧＣ及び／又はＳＦＡＰ、或いはＳＴＡＰタイプの信号処理は、既存のポートを介して制御され統合され得る。基準信号電力の積極的な制御については、後述でより詳しく説明する。
【００４２】
ＧＰＳのＰコードを生成するのに、暗号化能力又は認証は必要ない。従って、ＤＡＧＲのための拡張ハードウェア又はモジュールは、選択利用可能性のアンチスプーフィングモジュール(Selective Availability Anti-Spoofing Module, SAASM)のもとで制御されるものである必要はなく、従って、既存のＤＡＧＲとインターフェイスで接続するのに非常に実用的で容易であり得ることが分かるであろう。対象のＧＰＳ受信機が、市販のＣ／Ａコード受信機である場合は、Ｃ／Ａコードも使用できる。しかしながら、Ｐコードは相互相関性が極めて小さいので、できればＰコードが好ましい。
【００４３】
図１に示されているＤＡＧＲ１は、１２本のＧＰＳ追跡チャネルを含んでいる。１２本のＧＰＳ追跡チャネルの各々は、軍用のＳＡＡＳＭ暗号化アーキテクチャ内で動作できる。ＳＡＡＳＭアーキテクチャは、Ｃ／Ａコード(１．０２３ＭＨｚの粗い／捕捉信号)、Ｐコード(１０．２３ＭＨｚの精密信号)、又はＹコード(１０．２３ＭＨｚの暗号化信号)を用いる任意の所定の衛星の動作を可能にする。航法／通信プロセッサ２１は、シリアルポート３を介して、ＤＡＧＲ１と通信する。シリアルポート３によって、プロセッサ２１は、ＳＡＡＳＭチャネルごとに、コード及び搬送波の数値制御発振器（ＮＣＯ）に個々に命令して、生の同相及び直角位相（Ｉ及びＱ）のＧＰＳの相関関係を返すことができる。
【００４４】
好ましい実施形態では、ＧＰＳ受信機を使用する任意の既存の統合化において、ケーブルを変更することなく、既存のＧＰＳ受信機の既存の１パルス／秒(Pulse Per Second, PPS)のインターフェイスをそのまま使用できる。ＧＰＳが利用可能でない場合に、アドオンモジュールにおけるイリジウム又は他のＧＮＳＳの受信能力は、既存のインターフェイスを介して１ＰＰＳを正確に駆動し続けることができる。
【００４５】
図３は、図１と２に示されているグローバルなシステムのためのユーザ機器に関連する、衛星と基準局との構成を示している。ユーザ機器１、２、５の視野に、ＧＰＳ衛星４０とイリジウム衛星４１の各々が１つ以上あり得る。世界中に設置されている基準局４２は、視野の中の各衛星のクロックと天体暦とを較正する役割をする。各基準局４２は、アンテナ４３と信号処理部(示されない)とを組み込んでいる。この信号処理部と、ユーザ機器の信号処理部は、機能的に同等であるが、この信号処理部は、制御された環境で動作し、任意にラックマウントに集められ得る。
【００４６】
例示的な実施形態では、ＧＰＳとイリジウムの衛星４０、４１の各々は、能力が必要とされる地球上のどこかにあるユーザ機器１、２、５と基準局４２との両者の共通の視野を共有している。各衛星は、搬送波上に変調されたＰＲＮレンジングコードを放送する。イリジウムは、航法衛星であるようにも、ＰＲＮレンジングコードを放送するようにも設計されていないので、１本以上の予め定められたデータビットストリームを使用して、同等の複製を合成する。基準局４２は、衛星のクロックをリアルタイムで較正する役割をする。各基準局は、視界中の全ての衛星のコードと搬送波位相とを測定して、この情報をイリジウムのデータリンクを介してユーザにテレメータで送信する。ユーザ機器１、２、５は、視界中の各衛星４０、４１のコードと搬送波とを追跡して、更に、コードと搬送波位相との測定値を自身で生成して、基準局のデータに読み込む。更に、イリジウムは逆方向のデータ経路を提供しており、ユーザ機器１、２、５が、データを、この場合は中継のために基準局４２に戻して、衛星にアップリンクできるようにしている。
【００４７】
好ましいシステムのダウンリンク及びアップリンクのタイミング及びレンジングの機能は、タイミング及びレンジングの信号の搬送波位相に対して、センチメートルレベルの精度で実行される、即ち小さな変動を維持するのが好ましい。このような精度によって、低地球軌道(ＬＥＯ)衛星の高速の角運動は、独立型ＧＰＳよりも正確さと完全性とをかなり改善できる。更に、干渉を受けたＧＰＳ信号の持続的なコヒーレントな統合を可能にするために、この精度は重要である。これを達成するために、図１に示されている慣性計測ユニット(ＩＭＵ)２４のような適切なフライホイールをフィードフォワードに使用して、時間と空間との両者においてＧＰＳを追跡する。例えば、ＩＭＵが、センチメートルレベルの位置のフライホイールを提供でき、イリジウムが、高性能の、２０ｐｓレベル(光速変換でセンチメートルレベル)のタイミングソースを提供できるならば、ＧＰＳ信号を持続期間の間コヒーレントに統合できる。全体的な統合されたＮａｖ−Ｃｏｍシステムは、ロックイン増幅器に似ている。ロックイン増幅器は、繊細な物理学の実験で用いられることが多い。イリジウムと、リアルタイムの基準局の較正と、ユーザ機器内の、ＧＰＳとイリジウムとの間で使用される様々な局部発振器の安定した処理は、重要な設計事項である。干渉が存在する場合に、通常のＧＰＳ信号は、微弱過ぎて示すことができない。
【００４８】
クロックパラメータを含む、衛星とユーザの位置状態を正確にモデル化して推定することによって、ユーザがかなりの動力を受けた場合であっても、ｉＧＰＳは、到来ＧＰＳ信号に対するレプリカの搬送波位相を、到来微弱信号の搬送波位相にほぼぴったり一致するセンチメートルレベルに設定する。干渉を受けた状態であっても、ユーザ機器は、誤差信号を次第に統合して、Ｉ成分とＱ成分とを生成して、Ｉ成分とＱ成分とを観測可能量として使用して、受信機の追跡ループを終えることができる。固有の精度も重要なアップリンク能力を可能にし、動力を受けても、アップリンクチャネルにおいて持続的な位相の安定性を生成できるユーザ機器を提供できる。
【００４９】
何秒もの間隔にわたってセンチメートルレベルの位相に搬送波が安定している場合は、アップリンクの干渉阻止を改善して、ＬＰＩ通信を続けることができる。ユーザが周波数と時間とに対するデータ変調を精密に拡散できるようにすることによって、このようなアップリンクの改善が実現される。
【００５０】
航法／通信プロセッサは、ユーザ機器の処理とデータの流れとを制御する。航法／通信プロセッサは、ユーザの状態に基づく精密なモデルから構成されるカルマンフィルタと、ユーザ機器の処理と測定の雑音を最適に管理する手段とを含む。テーブル１は、重要な航法／通信プロセッサの属性のリストを提供する。
【表１】
【００５１】
テーブル１に記載されている補助情報は、イリジウム衛星からデータリンクを介して提供される。観測可能量は、ＧＰＳと、イリジウムと、ＩＭＵとから集めた生の測定値である。オプションのセンサを更に備えてもよく、オプションのセンサは、低コストの磁力計と気圧計とを更に含む。テーブル１に記載されているカルマンフィルタの状態は、実際のシナリオでユーザ機器において名目上推定される状態である。最後に、ＮＣＯの制御出力が記載されており、これらが信号処理のハードウェアを駆動する。これらの命令は、カルマンフィルタの状態パラメータの関数として計算される。ＤＡＧＲに入る基準入力信号の電力を適切に制御することが、非常に重要である。電力が大き過ぎる場合は、基準入力信号がＤＡＧＲを故障させる。電力が小さ過ぎる場合は、信号を検出できず、システムは実益を失う。信号を制御するために取り入れられる方策を選んで、到来干渉レベルを追跡するが、更なるバックオフを受ける。これは、全体的な性能が到来干渉によって動かされることを保証している。動作中の更なる予防措置として、到来ＧＰＳ信号の電力が基準信号の電力から確実に独立するように、到来ＧＰＳ信号の電力を監視する。
【００５２】
図４は、本発明の好ましい実施形態の原理を具体化する初期設定と動作制御の方法のフローチャートである。デバイスの起動時の第１のステップ１００では、アドオンのユーザハードウェアが、基準信号をオフにする。次に、ステップ１１０では、到来干渉雑音を測定する。ステップ１２０では、到来雑音電力のベンチマークを得るために、測定した干渉雑音を記録する。到来雑音電力と、基準信号とを比較する。基準電力が到来干渉電力よりも優位に立っていることを、ＡＧＣ機能が検出するまで、基準信号の電力をｄＢのステップでインクリメントして(ステップ１４０と１５０)、干渉を測定する（ステップ１３０）。この較正に基づいて、アドオンのＧＮＳＳユーザ機器は、命令された基準信号の電力と、ＡＧＣに入力された検出された電力との間におけるスケールファクタを計算して記録するステップ１６０を実行する。較正が完了すると、ＤＡＧＲの信号プロセッサは、高い搬送波対雑音比を有する基準信号に簡単にアクセスできると考えられる。
【００５３】
次のステップ１７０では、基準信号のロックを初期設定する。これを行うために、既存のＧＮＳＳユーザ機器のシリアルポートを通して往復メッセージを送ることによって、およその時間を得ることができる。発振器の可能性の高い周波数のずれに関する事前情報と、シリアルポートのメッセージとに基づいて、およその時間と周波数とのサーチウィンドウを導き出す。次に、ＤＡＧＲの相関器のチャネルのうちの１本を、基準信号に割り振る。航法／通信プロセッサ２１は、定められた周波数と時間とのサーチウィンドウを一斉に調べるように、そのチャネルに命令して、基準信号を捕捉して追跡する。
【００５４】
基準信号の追跡時に、定常状態を得て、初期設定ステップ１７０が完了する。次に、ステップ１８０では、ＡＧＣで干渉を測定する。ステップ１９０では、公称の動作モードは、到来干渉レベルからおよそ３０ｄＢの基準信号に対してバックオフを設定する。
【００５５】
判断の正しさの更なるチェックとして、航法／通信プロセッサ２１は、ＧＰＳの統合の時定数と同等であって、場合によっては１０秒よりも長い時定数で、ディザ電力レベルを基準信号に加えることができる。到来ＧＰＳ信号の電力を推定する、図１に示されている実施形態の航法／通信プロセッサ２１におけるカルマンフィルタは、各到来ＧＰＳ信号の電力を名目上追跡する。追跡される信号の電力と基準電力とが、かなり相関している場合は、基準電力は大き過ぎるかもしれず、下方修正すべきである。
【００５６】
本発明の好ましい実施形態の長所は、ＧＰＳのｒ．ｆ．のタイミング及びレンジングの測定値と、イリジウムのｒ．ｆ．のタイミング及びレンジングの測定値との両者に対して、特に、搬送波位相成分に対して、共通の精度の発振器の基準を提供することである。ＧＰＳのプラットフォームとイリジウムのプラットフォームとの両者に共通の安定した搬送波位相の基準は、上述の軍部におけるＧＰＳ到来信号の電力レベルに対するコヒーレント処理技術と、他の応用とのまだ利用されていない効果を明らかにする。特に、ＧＰＳとイリジウムのプラットフォームは、相互の１９ｃｍのＬバンドの波長のほんの僅かの中で、良く安定しているはずである。この条件は、距離に関して０．５ｃｍ、又は時間に関して２０ｐｓに変換される。特に、電子機器のバイアスが変動する場合は、これは厳しい精度レベルである。電子機器のバイアスは、温度又は機械的ストレスのような環境と共に変化する。カルマンフィルタを、限られた範囲のバイアス変動に対処するように設計できるが、そのような変動を超えると、実際の動作のシナリオでは、統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの実際的な恩恵は、直ぐに失われる。その結果、ユーザ機器は動作できなくなる。
【００５７】
図５は、一般性を失うことなく、緊密なチャネル間の位相のコヒーレンスを維持するように、既存のＧＰＳユーザ機器と、新たなイリジウムトランシーバ能力とを統合した従来のアプローチを示している。このような統合に必要なデータポートに加えて、受信機７８を物理的に変更して、ＧＰＳとイリジウムとの間で共有する共通のハードウェアの発振器７９を加えることによって、共通の発振器が提供されている。示されているように、共通の発振器７９をＧＰＳのコード合成器８０に接続し、更に、共通の発振器７９を、追加のポート８１を通して、イリジウムのコード合成器８２に接続する。ＧＰＳのコード合成器８０は、それぞれの信号入力に接続される。それぞれの信号入力は、共通のアンテナ８３と、ＧＰＳのフィルタ８４と、前置増幅器８５と、ディジタイザ８６とを含む。一方で、イリジウムのコード合成器は、共通のアンテナ８３と、イリジウムのフィルタ８７と、前置増幅器８８と、ディジタイザ８９とに接続される。
【００５８】
次の分析は、この従来のアプローチのバイアスの感度をトレースしている。具体的には、１分以上の間隔に対して＜＜２０ｐｓのレベルに安定性を保つという条件で、ノードＤの安定性に対するノードＢの安定性を評価する。この分析をするために、多くの詳細を無視する。詳細は、例えば、多くのＧＰＳ受信機が、ｒ．ｆ．のフロントエンドを有し、中間周波数にダウンコンバートするといったことである。しかしながら、一般性を失うことなく、この分析に対して、ベースバンドに直接にダウンコンバートすると想定する。図６に示されている好ましい実施形態の改善された安定性をサポートして、同様の結論に至ることを、更なる分析は示している。
【００５９】
この分析は、ＢＰＳＫ信号を想定している。ＢＰＳＫ信号は、ＧＰＳ波形のフォーマットである。イリジウムはＱＰＳＫを採用しているので、重ね合わせの原理によって、ＢＰＳＫの分析をそのまま適用できる。ノード１における到来信号ｓ１（ｔ）は、次の式によって与えられる。
【数１】
【００６０】
なお、ｄ（ｔ）は、データ変調であり、ｃ（ｔ）は、ＰＲＮのチップ化したシーケンスであり、ω０は、帯域中の公称の中心角周波数であり、φ（ｔ）は、受信信号の到来搬送波位相である。信号は、信号経路Ａ−ＢとＡ−Ｄを通って伝搬し、信号経路Ａ−ＢとＡ−Ｄは、それぞれバイアスｂ２１とｂ４１とを加える。
【数２】
【００６１】
発振器は、公称の位相出力を有する。公称の位相出力は、ノードＣで測定される受信機のクロックタイムｔ３（ｔ）であると想定する。
【数３】
【００６２】
なお、τは、ノードＣで測定される受信機の瞬間クロックバイアスである。共通の発振器は、２つのタップ、即ち、ＧＰＳの処理経路のためのタップと、インジウムの処理経路のためのタップとを使って、合成器を駆動する。ノードＢとＤとに配線された、関連する相互接続された電子機器と、各合成器とによって、経路バイアスｂ２３とｂ４３とが生じる。各ノードで測定される、結果として得られる受信機のクロックタイムは、次の式によって得られる。
【数４】
【００６３】
次に、ノードＢとＤとにおいて、別々のＡ／Ｄコンバータによって、各信号をサンプリングする。受信機のクロックタイムの入力が複数のサンプリング期間Ｔに入るときに、各Ａ／Ｄコンバータは信号をサンプリングする。ノードＢの場合は、次の通りである。
【数５】
【００６４】
ノードＢにおいてサンプルｋが得られる時間ｔＡ／Ｄ[ｋ，２]について解くと、次の通りになる。
【数６】
【００６５】
ノードＢに対するサンプリング時間を、ノードＢに対する受信信号の式に挿入すると、次の通りになる。
【数７】
【００６６】
ノードＤに対する同等の式は、次の通りである。
【数８】
【００６７】
各チャネルに対するコードとデータは、ダウンストリームで消される。ここでは、変調とその処理の任意の位相の寄与を無視する。ノードＣとノードＤとの間における、任意のサンプルｋに対する搬送波位相の差は、次のように、各信号に対する余弦偏角（cosine argument）間の差として直接的に得られる。
【数９】
【００６８】
＜〜８ｋｍ／秒で移動するＬＥＯ衛星の場合に、ベースバンドにおけるタイムタグの誤差は十分に小さいと想定されるので、到来信号の位相φと、受信機のクロックバイアスτは、サンプル時間の基準の選択に関係ない。項ω０は、時間と位相角との間における単位変換のスケールファクタになり得る。瞬間的なｒ．ｆ．のバイアスの振る舞いについての実質的な項をそのままにするように単純化すると、次の通りになる。
【数１０】
【００６９】
図５における従来のベンチマークの構成に対するこの結果は、密接に統合されたＮａｖ−Ｃｏｍを直ちにサポートしないことを示唆している。ハードウェアの変更を最低限にするならば、統合された全体的なデバイスに、２つ以上の別個の機械的ハウジングが必要である。多くの実用的な統合の場合に、ハウジングを空間的に分けて、ケーブルを介して各々を相互接続することが、必要である又は望ましい。上述のバイアス項の各々は、異なる温度感度の影響を受けるであろう。各ハウジングは、異なる温度で動作し得る。任意の所定の対のバイアス項を区別して消去すると、バランスがとれ得るが、特に、ＤＡＧＲの既存のハウジングと電子機器とを変えないままにする場合に、このようなバランスをとるのが難しいことは簡単に分かる。
【００７０】
例えば、項ｂ２３とその熱感度の特性は、ＤＡＧＲの内部にあり、ユーザ機器の統合体の制御を受けない。片方の項ｂ２１は、異なるハードウェアのプラットフォームにまたがる場合もあり、又はまたがらない場合もあるが、それにも関わらず、異なる熱及び機械的環境の影響を受ける。従って、統合体が、ロバストで実用的なやり方で、項ｂ２３を区別して消去するのは困難である。同様に、項ｂ４１は、(例えば、外部アンテナを使用する場合に)ＤＡＧＲの外部の同じ機械的ハウジングを共有する場合もあり、又は共有しない場合もあり、項ｂ１２を直ちに消去しない。項ｂ１２は、ＤＡＧＲの中までハウジングを必ずまたぐはずである。最後に、項ｂ４１は、ＤＡＧＲの外部の機械的ハウジングを共有する場合もあり、又は共有しない場合もあるが、それにも関わらず、項ｂ４３のバランスをとらなければならない。項ｂ４３は、異なるハウジングを必ずまたぐので、熱と、機械と、他の環境のストレスを受ける。
【００７１】
全体的にとらえると、安定性を２０ｐｓレベルに維持することを条件とすると、熱と機械のストレスを含む環境のストレスが、許容できないほどの逸脱を加える場合がある。既存のＤＡＧＲのハードウェアを物理的に変更しなければ、このような環境ストレスを簡単に制御又は軽減できないことが簡単に分かるであろう。残念なことに、このような物理的な変更をすると、密接に統合されたＮａｖ−Ｃｏｍのための実用的なアップグレードの経路を提供するという中心的な目的を達成できない。
【００７２】
他方で、図６は、本発明を単純な形態で示している。図６は、図５と同じやり方で、環境的な位相の安定性を簡単に分析できる。既に記載したように、次の分析の目的は、ＤＡＧＲのノードｅとアドオンモジュールのノードｄとの間における固有の安定性を評価することである。アドオンモジュールの受信機のクロックタイムは、アドオンモジュールのノードｃで生成され、次の式によって与えられる。
【数１１】
【００７３】
更に、ノードｄとｅとにおける受信機のクロックタイムは、次のように与えられる。
【数１２】
【００７４】
新たなインターフェイスの基準信号ｒ（ｔ）を、ＧＰＳのＰコードｐ（ｔ）で変調する。Ｐコードは、アドオンモジュールによって生成され、次のようにノードｅに伝達される。
【数１３】
【００７５】
任意の到来信号を追跡する前であっても、カルマンフィルタは、ＤＡＧＲのクロックバイアスτＤＡＧＲ（ｔ）と、ｉＧＰＳアドオンモジュールのクロックバイアスτ（ｔ）の推定値の伝搬を開始する。基準信号の疑似距離の測定値は、信号対雑音比が大きく、基準信号の搬送波位相の精度にかなり重み付けをして、アドオンモジュールとＧＰＳ受信機との発振器を効果的に位相ロックさせると想定される。同じ信号のＤＡＧＲのレプリカは、次の式によって与えられる。
【数１４】
【００７６】
位相と遅延のロックの際にアドオンモジュールにおける航法／通信プロセッサによって指示される、ＤＡＧＲの相関器によって測定される疑似距離の観測可能量ρ（ｔ）は、次の式によって得られる。
【数１５】
【００７７】
起動時は、関連するモジュールのクロックバイアスのみを観測するが、受信機が衛星を追跡すると、実際のクロックバイアスを解くことができる。ｉＧＰＳアドオン受信機、既存のＧＰＳ受信機、又は両者が、追跡を開始すると、位置と、時間と、適用可能な範囲までの、上述のテーブル１に記載された他の状態との推定を開始するのに十分な情報が、カルマンフィルタに利用可能になる。
【００７８】
新たな方法に対する同じ分析アプローチを採用すると、ノードｅで測定される信号は、次の式によって与えられる。
【数１６】
【００７９】
次に、ノードｅで得られる総合的な信号は、到来信号ｓ５（ｔ）とｒ５（ｔ）との和である。ＤＡＧＲ、或いは任意の他のＧＰＳ又はＧＮＳＳの受信機の内部の詳細は、一般に独占権の下にあるか又はさもなければ保護されているので、フロントエンドの単純化したモデルを想定する。ここでも、一般性を失うことなく、この分析のために、直接的なダウンコンバージョンを想定する。これは、他の特定のケースに容易に拡張できると想定される。サンプルレートＴを有するＮａｖ−Ｃｏｍアドオンモジュールに対して、ＤＡＧＲは、異なるサンプル間隔ＴＤＡＧＲを有すると想定する。既に記載したように、受信機のクロックタイムを考慮して、Ａ／Ｄのサンプル時間を計算して、次に、実際の時間を考慮して、各測定値ｍを解く。
【数１７】
【００８０】
ノードｅにおいて結果として得られるＡ／Ｄコンバータの出力は、次の通りである。
【数１８】
【００８１】
ノードｄにおける信号とＡ／Ｄクロックを、上述と同じやり方で処理する。
【数１９】
【００８２】
２つの信号の位相を比較する前に、ｒ．ｆ．のサンプリングイベントのタイムタグ、特に、ｒ．ｆ．の位相の項、ω０ｍＴＤＡＧＲとω０ｋＴとを考慮に入れて、信号を処理することが極めて重要である。一般に、ｒ．ｆ．とベースバンドの項は両者共、持続期間、好ましくは、１分以上のオーダの時間に対して＜＜２０ｐｓのサンプリングの安定性を有していなければならない。分析の便宜上、ＤＡＧＲとＮａｖ−Ｃｏｍアドオンモジュールとの間におけるＡ／Ｄサンプルを対にして、これらがほぼ同時に現われるようにする。一般に、２つのクロックは非同期に実行されており、且つ２つの別々のサンプリングレートが想定されているので、プラットフォームの任意の所定のサンプルが、ちょうど同時に現われることは考えられない。
【００８３】
次の展開は、任意の所定の相互のプラットフォームのサンプル間における経過時間の明示的な計算を提供する。最初に、各サンプルに対する受信機のクロックタイムは、次の通りであることを想起する。
【数２０】
【００８４】
次に、サンプル時間が互いに近い、即ち、１サンプル程度以内にあるように、マッチした対のＡ／Ｄサンプル、ｋｍとｍｋを選択する。〜５０ＭＨｚのサンプルクロックを想定した場合に、所定の対のサンプルは、互いに０．０２μｓ内に通常現われる。任意の所定の対のサンプルに対して、受信機のクロックタイムにおけるサンプルエポック間の時間差は、δｔＬＯによって、次のように与えられる。
【数２１】
【００８５】
受信機のクロックタイムに対する上述の関係を代わりに使うと、成分バイアスを考慮に入れた後に経過時間に適用する時間差は、次にように示される。
【数２２】
【００８６】
δｔＬＯの期間内に、クロックバイアスはあまり変化しないと想定される。次のステップでは、サンプル時間と受信機のクロックタイムとの間における次の変換を代わりに使う。
【数２３】
【００８７】
その結果、次の式になる。
【数２４】
【００８８】
ＤＡＧＲの各サンプルエポックで求められるプラットフォーム間の疑似距離に対する上述の式を代わりに使うと、次のようになる。
【数２５】
【００８９】
従って、δｔＬＯに対する明示的な式は、次によって与えられる。
【数２６】
【００９０】
受信機は、右側のパラメータを全てリアルタイムで得られる。次に、Ｎａｖ−Ｃｏｍアドオンモジュールからの時間軸と共通の時間軸に投影するのに必要な範囲まで、結果として得られる位相回転ω０δｔＬＯを、ＤＡＧＲの生の相関関係に適用することができる。
【００９１】
ＧＰＳのＰコードとＹコードとのセットが事実上直交しているのは周知である。この感度を分析するために、（ｉ）信号ｒ５の位相から独立して、信号ｓ５の位相を追跡でき、（ｉｉ）コードとデータとを消すことによる任意の位相のバイアスの寄与を無視できると想定される。ノードｅにおいて基準位相に対する到来信号の位相を計算すると、次の式が得られる。
【数２７】
【００９２】
ＤＡＧＲの相関器によって測定される基準信号の既知の疑似距離に対する上述の式を代わりに使って、ＤＡＧＲのクロックバイアスに対する基準を削除する。更に、δｔＬＯに対する上述の式を代わりに使う。図５に対する分析におけるように、衛星の搬送波位相φと、関連するクロックバイアスτのベースバンド値は、選ばれたサンプリングエポックにわたって事実上一定を維持すると想定される。位相の安定性に対する全体的に２０ｐｓの条件と比較して、ベースバンドのタイムタグに対する公差は比較的に緩い。ユーザに対するＬＥＯ衛星の速度が８ｋｍ／秒を超えず、更に、ユーザ機器の発振器の周波数誤差が、この速度(Ｌバンドで４０ｋＨｚよりも相当に低いものと同等である)によって制限されると想定すると、０．１μｓのタイムタグの正確さは、位相の誤差を波長の僅かな部分に制限するのに十分である。単純化すると、最終的な結果は、次の式によって与えられる。
【数２８】
【００９３】
これは、前の分析の式と同じである。しかしながら、ここに説明されている方法を適用し、且つ図６を参照することによって、上述のｒ．ｆ．バイアスの４つは全て、アドオンユニットの設計者によって完全に制御されることが簡単に分かるであろう。何れにしても、バイアスは、ＤＡＧＲのバイアス特性に最早左右されない。この分析により、この設計は、統合に関連する環境から独立している。２本のｒ．ｆ．経路に沿ってコンポーネントを対にするか、又は２本のクロック経路に沿ってコンポーネントを対にして、区別して消去するといった、実用的な技術を、設計者は自由に用いる。更に、１チップの同じ回路カード又は基板上に、バイアス感知コンポーネントを全て配置できるので、設計者は、熱、機械、又は任意の他の環境ストレスを確実に最小化する又はバランスをとる実用的な手段が得られる。
【００９４】
全体的に判断して、本発明は、ハードウェアを変更せずに、在庫のＤＡＧＲを、兵站部レベルでアップグレードすることを可能にしている。ＤＡＧＲにおいてソフトウェアのみを変更するので、ＤＡＧＲが独立形式である場合に、これは当初の目的にとって有益である。従って、ソフトウェアを修正するこのようなＤＡＧＲは、ロジスティクス、動作、又はメンテナンスに対して実際的な影響を及ぼさない。
【００９５】
更に、密接に統合されたアップグレードユニットと、組み込まれたグローバルな通信リンクとの組み合わせは、ロジスティクスに対する一定の恩恵を可能にする。ソフトウェアは、ｉＧＰＳアドオンコンポーネントのフラッシュメモリに配置され得る。ＤＡＧＲの再プログラミングは、シリアルポートを介して既に行なわれており、ｉＧＰＳアドオンコンポーネントはこのシリアルポートに接続する必要がある。再プログラミングスイッチを使用して、ｉＧＰＳアドオンコンポーネントを再プログラミングモードに切り換えてもよく、標準のＤＡＧＲの再プログラミングを使用してもよい。別のアプローチでは、イリジウム介して、新たなＤＡＧＲのソフトウェアのロードを送る。
【００９６】
ここに記載されている標準的なインターフェイスを使用して、ＤＡＧＲをアップグレードすると、密接に統合されたグローバルなＮａｖ−Ｃｏｍの能力を有するｉＧＰＳのユーザ機器になる。本発明は既存のＤＡＧＲの実用的なアップグレードを可能にするので、イリジウムの配置の残りの寿命中に、軍部がｉＧＰＳの恩恵を受けるならば、新たな軍用のＧＰＳ受信機を生産する必要はない。従って、ｉＧＰＳを実用化して配備とテストをすることによって、本発明は、ｉＧＰＳ自体のデモンストレーションを容易にする。更に、統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの能力を備えたＬＥＯ及びＭＥＯの航法衛星のハイブリッドの配置としてのｉＧＰＳである、本発明は、より高度な将来のグローバルな統合されたＮａｖ−Ｃｏｍを開発する存在証明を提供するのを助ける。
【００９７】
当業者が本発明を作成及び使用できるほど十分に詳しく、本発明の好ましい実施形態を記載したが、それにも関わらず、本発明の意図から逸脱することなく、例示された実施形態の多数のバリエーションと変更を作成できることが分かるであろう。例えば、ここに記載されている方法が当業者によって理解されると、ｉＧＰＳ及び地域ネットワークと、他のＬＥＯ及びＧＮＳＳ全地球航法通信の応用とを含むユーザ機器と一群の実施形態とを包含するように、簡単に拡張できる。従って、本発明は、上述の説明又は添付の図面によって制限されることを意図されておらず、請求項のみに従って定められる。
【符号の説明】
【００９８】
１・・・ＤＡＧＲ、２・・・アドオン拡張モジュール、３・・・双方向のシリアルポート、４・・・外部アンテナの入力、５、８３・・・共通のアンテナ、６、７・・・帯域フィルタ、８、９・・・前置増幅器、１０・・・発振器、１１・・・合成器、１２・・・Ａ／Ｄコンバータ、１３・・・ヒルベルト変換処理機能又は回路、１６・・・ヒルベルト逆変換処理機能又は回路、１４・・・信号プロセッサのバンク、１７・・・Ｄ／Ａコンバータ、１８・・・可変減衰器、１９・・・増幅器、２０・・・変調器、２１・・・中央の航法／通信プロセッサ、２２・・・ＧＰＳのＰコード生成器、２３・・・構成制御、２４・・・慣性計測ユニット、２５・・・数値制御発振器、２６・・・イリジウムのコード生成器、３０・・・可変減衰器、３１・・・自動利得制御、４０・・・ＧＰＳ衛星、４１・・・イリジウム衛星、４２・・・基準局、４３・・・アンテナ、７９・・・共通の発振器、８０・・・ＧＰＳのコード合成器、８１・・・追加のポート、８２・・・イリジウムのコード合成器、８４、８７・・・フィルタ、８５、８８・・・前置増幅器、８６、８９・・・ディジタイザ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存の全地球航法衛星システム(ＧＮＳＳ)ユーザ機器をアップグレードする方法であって、
第１のＧＮＳＳユーザハードウェアを提供するステップと、
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアと分かれている、既存の第２のＧＮＳＳユーザデバイスを提供するステップと、
前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスのハードウェアを修正することなく、前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアを、既存のポートを介して、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに接続するステップと、
を含み、
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、
第１の発振器と、
航法／通信プロセッサと、
を含み、
前記第１の発振器は、精密なコード化された基準信号の生成器を駆動し、
前記精密な符号化された基準信号の生成器は、基準信号を生成して、前記基準信号を既存の第２のＧＮＳＳユーザデバイスに供給するように構成されており、
前記航法／通信プロセッサは、到来ＧＮＳＳ信号と前記基準信号とのコヒーレントな相関関係について、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスから受信すると、位置、航法、及び／又はタイミングの信号を生成するように構成されており、
前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスは、
少なくとも1つの既存のポートと、
第２の発振器と、
を含み、
前記第２の発振器は、
到来ＧＮＳＳ信号と、アドオンの前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアによって生成された前記基準信号との前記コヒーレントな相関関係を生成して、
前記コヒーレントな相関関係を前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアに送るように構成されている、
方法。
【請求項２】
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、
前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスからの前記コヒーレントな相関関係と、それ自身の生の精密な相関関係とを組み合わせて、
位置、速度、及び／又は時間に対する精密な解を導き出す、請求項１の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの既存のポートは、アンテナポートとデータポートとを含み、
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、
前記基準信号を、前記アンテナポートを通して、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに送るように構成されており、
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、
指示命令を前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに送って、
前記コヒーレントな相関関係を、前記データポートを通して受信するように構成されている、請求項１の方法。
【請求項４】
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、イリジウム受信能力を含み、
前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスは、全地球測位システム(ＧＰＳ)受信機である、請求項３の方法。
【請求項５】
イリジウムの信号とＧＰＳの信号は、共通のアンテナを通して入力される、請求項４の方法。
【請求項６】
前記第１の発振器は、ＧＰＳのｒ．ｆ．のタイミング及びレンジングの測定値と、イリジウムのｒ．ｆ．のタイミング及びレンジングの測定値との両者に対する共通の精密な発振器の基準を提供する、請求項４の方法。
【請求項７】
前記第１の発振器は、ＧＰＳのプラットフォームとイリジウムのプラットフォームとの両者に共通の搬送波位相の基準を提供する、請求項６の方法。
【請求項８】
前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスは、防衛高度ＧＰＳ受信機(ＤＡＧＲ)である、請求項４の方法。
【請求項９】
更に、前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、イリジウム送信能力を含む、請求項４の方法。
【請求項１０】
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、Ｙコード、Ｍコード、及び／又はＣ／Ａコードの追跡能力を含む、請求項９の方法。
【請求項１１】
更に、前記第２のＧＮＳＳ受信機は、Ｍコードの能力を含む、請求項９の方法。
【請求項１２】
更に、前記第２のＧＮＳＳ受信機は、ガリレオ（Ｇａｌｉｌｅｏ）、グロナス（ＧＬＯＮＡＳＳ）、及び／又はコンパス（ＣＯＭＰＡＳＳ）の能力を含むか、或いは市販のＣ／Ａコード受信機である、請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記第１のＧＮＳＳユーザデバイスにおいてカルマンフィルタを用いて、前記到来信号の前記搬送波位相を使用して、前記ユーザ機器の位置、速度、及び時間をモデル化して推定するステップ、を更に含む、請求項１の方法。
【請求項１４】
基準局を使用して、視界内の衛星の前記コードと搬送波とを較正して、前記較正データを通信衛星にテレメータで送信するステップ、を更に含み、
前記通信衛星の放送された出力は、前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアに接続され、
前記通信衛星の較正データを用いて、前記位置、速度、及び時間の解を改善する、請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記カルマンフィルタは、慣性計測ユニット(ＩＭＵ)からの観測可能なデータを含む、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、送信機コンポーネントを含み、
前記送信機コンポーネントは、その改善された位置、速度、及び時間の推定値を使用して、その送信の時間と周波数との同期化を改善する、請求項１４の方法。
【請求項１７】
前記送信は、地域通信ネットワークに接続される、請求項１６の方法。
【請求項１８】
前記送信は、衛星ネットワークに接続される、請求項１５の方法。
【請求項１９】
前記送信は、低地球軌道衛星のグローバルネットワークに接続される、請求項１８の方法。
【請求項２０】
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、イリジウム受信能力を含むアップグレードモジュールであり、
前記航法／通信プロセッサは、前記アップグレードモジュールの内部の動作を指示する中央の航法／通信プロセッサであり、
前記航法／通信プロセッサは、信号プロセッサのバンクによって実施される複数のイリジウム相関器に対する制御ループドライバと、ＧＰＳのＰコード生成器と、送信及び受信機機能に対する構成制御と、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに対するインターフェイスと、を含む、請求項１の方法。
【請求項２１】
前記航法／通信プロセッサは、微小電気機械システム(ＭＥＭＳ)の慣性計測ユニット(ＩＭＵ)に対するインターフェイス、を更に含む、請求項２０の方法。
【請求項２２】
前記航法／通信プロセッサは、気圧計及び／又は磁力計から信号を受信するそれぞれのインターフェイス、を更に含む、請求項２０の方法。
【請求項２３】
前記信号プロセッサのバンクは、レプリカコードを合成し、
前記レプリカコードは、各イリジウム衛星が放送すると分かっているものと一致しており、
前記レプリカコードは、スペクトラム拡散信号の直接シーケンスのチップを生成するために、前記ユーザに前もって分かっている予め特定された一連のメッセージビットで構成されており、従って、到来イリジウム信号の時間と搬送波位相とを決定することができる、請求項２０の方法。
【請求項２４】
前記航法／通信プロセッサは、可変減衰器を積極的に制御して、Ｐコードの基準信号が、干渉を受けても検出されるほど十分に強いが、望ましくない干渉源になるほど強くないことを保証する、請求項２０の方法。
【請求項２５】
前記航法／通信プロセッサは、アンテナ端子から出てきた全ての電力を追跡して、前記電力を一定の値に調整するために、自動利得制御（ＡＧＣ）を監視して、到来した複合のＧＰＳ及び航法信号を、前記第２のＧＮＳＳユーザ機器にルーティングする、請求項２０の方法。
【請求項２６】
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアが、基準入力の初期設定と制御ルーティングとを実行して、
ａ．基準信号電力を最小化するステップと、
ｂ．自動利得制御(ＡＧＣ)において干渉を測定するステップと、
ｃ．前記測定された干渉に基づいて、ベンチマークを記録するステップと、
ｄ．閾値に達するまで、基準信号の電力をインクリメントして、前記ＡＧＣにおいて干渉を測定して、スケールファクタを記録するステップと、
ｅ．基準信号のロックを初期設定するステップと、
ｆ．前記ＡＧＣにおいて干渉を再び測定するステップと、
ｇ．バックオフを適用するステップと、
を含む、請求項２０の方法。
【請求項２７】
既存の第２のＧＮＳＳユーザデバイスを修正する必要なしに、密接に統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの能力を加えることによって、既存の前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスをアップグレードする、アドオンの第１の全地球航法衛星システム(ＧＮＳＳ)ユーザハードウェアであって、
前記アドオンの第１の全地球航法衛星システム(ＧＮＳＳ)ユーザハードウェアは、
第１の発振器と、
航法／通信プロセッサと、
少なくとも１つのポートと、
を含み、
前記第１の発振器は、精密なコード化された基準信号の生成器を駆動し、
前記精密な符号化された基準信号の生成器は、基準信号を生成して、前記基準信号を既存の第２のＧＮＳＳユーザデバイスに供給するように構成されており、
前記航法／通信プロセッサは、到来ＧＮＳＳ信号と前記基準信号とのコヒーレントな相関関係について、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスから受信すると、位置、航法、及び／又はタイミングの信号を生成するように構成されており、
前記少なくとも１つのポートは、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスのハードウェアを修正することなく、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスの既存のポートを通して、前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアを、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに接続する、
アドオンの第１の全地球航法衛星システム(ＧＮＳＳ)ユーザハードウェア。
【請求項２８】
前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアは、
前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスからの前記コヒーレントな相関関係と、それ自身の生の精密な相関関係とを組み合わせて、
位置、速度、及び／又は時間に対する精密な解を導き出す、請求項２７に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの既存のポートは、アンテナポートとデータポートとを含み、
前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアは、
前記基準信号を、前記アンテナポートを通して、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに送るように構成されており、
前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアは、
指示命令を前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに送って、
前記コヒーレントな相関関係を、前記データポートを通して受信するように構成されている、請求項２７に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３０】
前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアは、イリジウム受信能力を含み、
前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスは、全地球測位システム(ＧＰＳ)受信機である、請求項２７に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３１】
前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスは、防衛高度ＧＰＳ受信機(ＤＡＧＲ)である、請求項３０に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３２】
更に、前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアは、イリジウム送信能力を含む、請求項３０に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３３】
前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアは、Ｙコード、Ｍコード、及び／又はＣ／Ａコードの追跡能力を含む、請求項３２に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３４】
更に、前記第２のＧＮＳＳ受信機は、Ｍコードの能力を含む、請求項３２に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３５】
更に、前記第２のＧＮＳＳ受信機は、ガリレオ（Ｇａｌｉｌｅｏ）、グロナス（ＧＬＯＮＡＳＳ）、及び／又はコンパス（ＣＯＭＰＡＳＳ）の能力を含むか、或いは市販のＣ／Ａコード受信機である、請求項３４に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３６】
前記航法／通信プロセッサは、前記到来信号の前記搬送波位相を使用して、前記ユーザ機器の位置、速度、及び時間をモデル化して推定するために、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスにカルマンフィルタを含む、請求項２７に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３７】
基準局を使用して、視界内の衛星の前記コードと搬送波とを較正して、前記較正データを通信衛星にテレメータで送信して、
前記通信衛星の放送された出力は、前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアに接続され、
前記通信衛星の較正データを用いて、前記位置、速度、及び時間の解を改善する、請求項３６に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３８】
前記カルマンフィルタは、慣性計測ユニット(ＩＭＵ)からの観測可能なデータを含む、請求項３７に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３９】
前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアは、送信機コンポーネントを含み、
前記送信機コンポーネントは、その改善された位置、速度、及び時間の推定値を使用して、その送信の時間と周波数との同期化を改善する、請求項３７に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４０】
前記送信は、地域通信ネットワークに接続される、請求項３９に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４１】
前記送信は、衛星ネットワークに接続される、請求項３９に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４２】
前記送信は、低地球軌道衛星のグローバルネットワークに接続される、請求項４１に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４３】
前記第１と第２のＧＮＳＳユーザ機器は、共通のアンテナを共有する、請求項２７に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４４】
前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアは、イリジウム受信能力を含むアップグレードモジュールであり、
前記航法／通信モジュールは、前記アップグレードモジュールの内部の動作を指示するために、前記アップグレードモジュールに含まれている中央の航法／通信プロセッサであり、
前記航法／通信プロセッサは、信号プロセッサのバンクによって実施される複数のイリジウム相関器に対する制御ループドライバと、ＧＰＳのＰコード生成器と、送信及び受信機機能に対する構成制御と、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに対するインターフェイスと、を含む、請求項２７に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４５】
前記航法／通信プロセッサは、微小電気機械システム(ＭＥＭＳ)の慣性計測ユニット(ＩＭＵ)に対するインターフェイス、を更に含む、請求項４４に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４６】
気圧計及び／又は磁力計に対するそれぞれのインターフェイス、を更に含む、請求項４４に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４７】
前記信号プロセッサのバンクは、レプリカコードを合成し、
前記レプリカコードは、各イリジウム衛星が放送すると分かっているものと一致しており、
前記レプリカコードは、スペクトラム拡散信号の直接シーケンスのチップを生成するために、前記ユーザに前もって分かっている予め特定された一連のメッセージビットで構成されており、従って、到来イリジウム信号の時間と搬送波位相とを決定することができる、請求項４４に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４８】
前記航法／通信プロセッサは、可変減衰器を積極的に制御して、Ｐコードの基準信号が、干渉を受けても検出されるほど十分に強いが、望ましくない干渉源になるほど強くないことを保証する、請求項４４に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４９】
前記航法／通信プロセッサは、アンテナ端子から出てきた全ての電力を追跡して、前記電力を一定の値に調整するために、自動利得制御（ＡＧＣ）を監視して、到来した複合のＧＰＳ及び航法信号を、前記第２のＧＮＳＳユーザ機器にルーティングする、請求項４４に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項１】
既存の全地球航法衛星システム(ＧＮＳＳ)ユーザ機器をアップグレードする方法であって、
第１のＧＮＳＳユーザハードウェアを提供するステップと、
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアと分かれている、既存の第２のＧＮＳＳユーザデバイスを提供するステップと、
前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスのハードウェアを修正することなく、前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアを、既存のポートを介して、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに接続するステップと、
を含み、
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、
第１の発振器と、
航法／通信プロセッサと、
を含み、
前記第１の発振器は、精密なコード化された基準信号の生成器を駆動し、
前記精密な符号化された基準信号の生成器は、基準信号を生成して、前記基準信号を既存の第２のＧＮＳＳユーザデバイスに供給するように構成されており、
前記航法／通信プロセッサは、到来ＧＮＳＳ信号と前記基準信号とのコヒーレントな相関関係について、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスから受信すると、位置、航法、及び／又はタイミングの信号を生成するように構成されており、
前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスは、
少なくとも1つの既存のポートと、
第２の発振器と、
を含み、
前記第２の発振器は、
到来ＧＮＳＳ信号と、アドオンの前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアによって生成された前記基準信号との前記コヒーレントな相関関係を生成して、
前記コヒーレントな相関関係を前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアに送るように構成されている、
方法。
【請求項２】
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、
前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスからの前記コヒーレントな相関関係と、それ自身の生の精密な相関関係とを組み合わせて、
位置、速度、及び／又は時間に対する精密な解を導き出す、請求項１の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの既存のポートは、アンテナポートとデータポートとを含み、
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、
前記基準信号を、前記アンテナポートを通して、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに送るように構成されており、
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、
指示命令を前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに送って、
前記コヒーレントな相関関係を、前記データポートを通して受信するように構成されている、請求項１の方法。
【請求項４】
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、イリジウム受信能力を含み、
前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスは、全地球測位システム(ＧＰＳ)受信機である、請求項３の方法。
【請求項５】
イリジウムの信号とＧＰＳの信号は、共通のアンテナを通して入力される、請求項４の方法。
【請求項６】
前記第１の発振器は、ＧＰＳのｒ．ｆ．のタイミング及びレンジングの測定値と、イリジウムのｒ．ｆ．のタイミング及びレンジングの測定値との両者に対する共通の精密な発振器の基準を提供する、請求項４の方法。
【請求項７】
前記第１の発振器は、ＧＰＳのプラットフォームとイリジウムのプラットフォームとの両者に共通の搬送波位相の基準を提供する、請求項６の方法。
【請求項８】
前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスは、防衛高度ＧＰＳ受信機(ＤＡＧＲ)である、請求項４の方法。
【請求項９】
更に、前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、イリジウム送信能力を含む、請求項４の方法。
【請求項１０】
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、Ｙコード、Ｍコード、及び／又はＣ／Ａコードの追跡能力を含む、請求項９の方法。
【請求項１１】
更に、前記第２のＧＮＳＳ受信機は、Ｍコードの能力を含む、請求項９の方法。
【請求項１２】
更に、前記第２のＧＮＳＳ受信機は、ガリレオ（Ｇａｌｉｌｅｏ）、グロナス（ＧＬＯＮＡＳＳ）、及び／又はコンパス（ＣＯＭＰＡＳＳ）の能力を含むか、或いは市販のＣ／Ａコード受信機である、請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記第１のＧＮＳＳユーザデバイスにおいてカルマンフィルタを用いて、前記到来信号の前記搬送波位相を使用して、前記ユーザ機器の位置、速度、及び時間をモデル化して推定するステップ、を更に含む、請求項１の方法。
【請求項１４】
基準局を使用して、視界内の衛星の前記コードと搬送波とを較正して、前記較正データを通信衛星にテレメータで送信するステップ、を更に含み、
前記通信衛星の放送された出力は、前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアに接続され、
前記通信衛星の較正データを用いて、前記位置、速度、及び時間の解を改善する、請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記カルマンフィルタは、慣性計測ユニット(ＩＭＵ)からの観測可能なデータを含む、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、送信機コンポーネントを含み、
前記送信機コンポーネントは、その改善された位置、速度、及び時間の推定値を使用して、その送信の時間と周波数との同期化を改善する、請求項１４の方法。
【請求項１７】
前記送信は、地域通信ネットワークに接続される、請求項１６の方法。
【請求項１８】
前記送信は、衛星ネットワークに接続される、請求項１５の方法。
【請求項１９】
前記送信は、低地球軌道衛星のグローバルネットワークに接続される、請求項１８の方法。
【請求項２０】
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアは、イリジウム受信能力を含むアップグレードモジュールであり、
前記航法／通信プロセッサは、前記アップグレードモジュールの内部の動作を指示する中央の航法／通信プロセッサであり、
前記航法／通信プロセッサは、信号プロセッサのバンクによって実施される複数のイリジウム相関器に対する制御ループドライバと、ＧＰＳのＰコード生成器と、送信及び受信機機能に対する構成制御と、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに対するインターフェイスと、を含む、請求項１の方法。
【請求項２１】
前記航法／通信プロセッサは、微小電気機械システム(ＭＥＭＳ)の慣性計測ユニット(ＩＭＵ)に対するインターフェイス、を更に含む、請求項２０の方法。
【請求項２２】
前記航法／通信プロセッサは、気圧計及び／又は磁力計から信号を受信するそれぞれのインターフェイス、を更に含む、請求項２０の方法。
【請求項２３】
前記信号プロセッサのバンクは、レプリカコードを合成し、
前記レプリカコードは、各イリジウム衛星が放送すると分かっているものと一致しており、
前記レプリカコードは、スペクトラム拡散信号の直接シーケンスのチップを生成するために、前記ユーザに前もって分かっている予め特定された一連のメッセージビットで構成されており、従って、到来イリジウム信号の時間と搬送波位相とを決定することができる、請求項２０の方法。
【請求項２４】
前記航法／通信プロセッサは、可変減衰器を積極的に制御して、Ｐコードの基準信号が、干渉を受けても検出されるほど十分に強いが、望ましくない干渉源になるほど強くないことを保証する、請求項２０の方法。
【請求項２５】
前記航法／通信プロセッサは、アンテナ端子から出てきた全ての電力を追跡して、前記電力を一定の値に調整するために、自動利得制御（ＡＧＣ）を監視して、到来した複合のＧＰＳ及び航法信号を、前記第２のＧＮＳＳユーザ機器にルーティングする、請求項２０の方法。
【請求項２６】
前記第１のＧＮＳＳユーザハードウェアが、基準入力の初期設定と制御ルーティングとを実行して、
ａ．基準信号電力を最小化するステップと、
ｂ．自動利得制御(ＡＧＣ)において干渉を測定するステップと、
ｃ．前記測定された干渉に基づいて、ベンチマークを記録するステップと、
ｄ．閾値に達するまで、基準信号の電力をインクリメントして、前記ＡＧＣにおいて干渉を測定して、スケールファクタを記録するステップと、
ｅ．基準信号のロックを初期設定するステップと、
ｆ．前記ＡＧＣにおいて干渉を再び測定するステップと、
ｇ．バックオフを適用するステップと、
を含む、請求項２０の方法。
【請求項２７】
既存の第２のＧＮＳＳユーザデバイスを修正する必要なしに、密接に統合されたＮａｖ−Ｃｏｍの能力を加えることによって、既存の前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスをアップグレードする、アドオンの第１の全地球航法衛星システム(ＧＮＳＳ)ユーザハードウェアであって、
前記アドオンの第１の全地球航法衛星システム(ＧＮＳＳ)ユーザハードウェアは、
第１の発振器と、
航法／通信プロセッサと、
少なくとも１つのポートと、
を含み、
前記第１の発振器は、精密なコード化された基準信号の生成器を駆動し、
前記精密な符号化された基準信号の生成器は、基準信号を生成して、前記基準信号を既存の第２のＧＮＳＳユーザデバイスに供給するように構成されており、
前記航法／通信プロセッサは、到来ＧＮＳＳ信号と前記基準信号とのコヒーレントな相関関係について、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスから受信すると、位置、航法、及び／又はタイミングの信号を生成するように構成されており、
前記少なくとも１つのポートは、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスのハードウェアを修正することなく、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスの既存のポートを通して、前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアを、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに接続する、
アドオンの第１の全地球航法衛星システム(ＧＮＳＳ)ユーザハードウェア。
【請求項２８】
前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアは、
前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスからの前記コヒーレントな相関関係と、それ自身の生の精密な相関関係とを組み合わせて、
位置、速度、及び／又は時間に対する精密な解を導き出す、請求項２７に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの既存のポートは、アンテナポートとデータポートとを含み、
前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアは、
前記基準信号を、前記アンテナポートを通して、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに送るように構成されており、
前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアは、
指示命令を前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに送って、
前記コヒーレントな相関関係を、前記データポートを通して受信するように構成されている、請求項２７に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３０】
前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアは、イリジウム受信能力を含み、
前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスは、全地球測位システム(ＧＰＳ)受信機である、請求項２７に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３１】
前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスは、防衛高度ＧＰＳ受信機(ＤＡＧＲ)である、請求項３０に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３２】
更に、前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアは、イリジウム送信能力を含む、請求項３０に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３３】
前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアは、Ｙコード、Ｍコード、及び／又はＣ／Ａコードの追跡能力を含む、請求項３２に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３４】
更に、前記第２のＧＮＳＳ受信機は、Ｍコードの能力を含む、請求項３２に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３５】
更に、前記第２のＧＮＳＳ受信機は、ガリレオ（Ｇａｌｉｌｅｏ）、グロナス（ＧＬＯＮＡＳＳ）、及び／又はコンパス（ＣＯＭＰＡＳＳ）の能力を含むか、或いは市販のＣ／Ａコード受信機である、請求項３４に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３６】
前記航法／通信プロセッサは、前記到来信号の前記搬送波位相を使用して、前記ユーザ機器の位置、速度、及び時間をモデル化して推定するために、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスにカルマンフィルタを含む、請求項２７に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３７】
基準局を使用して、視界内の衛星の前記コードと搬送波とを較正して、前記較正データを通信衛星にテレメータで送信して、
前記通信衛星の放送された出力は、前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアに接続され、
前記通信衛星の較正データを用いて、前記位置、速度、及び時間の解を改善する、請求項３６に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３８】
前記カルマンフィルタは、慣性計測ユニット(ＩＭＵ)からの観測可能なデータを含む、請求項３７に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項３９】
前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアは、送信機コンポーネントを含み、
前記送信機コンポーネントは、その改善された位置、速度、及び時間の推定値を使用して、その送信の時間と周波数との同期化を改善する、請求項３７に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４０】
前記送信は、地域通信ネットワークに接続される、請求項３９に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４１】
前記送信は、衛星ネットワークに接続される、請求項３９に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４２】
前記送信は、低地球軌道衛星のグローバルネットワークに接続される、請求項４１に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４３】
前記第１と第２のＧＮＳＳユーザ機器は、共通のアンテナを共有する、請求項２７に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４４】
前記アドオンのＧＮＳＳユーザハードウェアは、イリジウム受信能力を含むアップグレードモジュールであり、
前記航法／通信モジュールは、前記アップグレードモジュールの内部の動作を指示するために、前記アップグレードモジュールに含まれている中央の航法／通信プロセッサであり、
前記航法／通信プロセッサは、信号プロセッサのバンクによって実施される複数のイリジウム相関器に対する制御ループドライバと、ＧＰＳのＰコード生成器と、送信及び受信機機能に対する構成制御と、前記第２のＧＮＳＳユーザデバイスに対するインターフェイスと、を含む、請求項２７に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４５】
前記航法／通信プロセッサは、微小電気機械システム(ＭＥＭＳ)の慣性計測ユニット(ＩＭＵ)に対するインターフェイス、を更に含む、請求項４４に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４６】
気圧計及び／又は磁力計に対するそれぞれのインターフェイス、を更に含む、請求項４４に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４７】
前記信号プロセッサのバンクは、レプリカコードを合成し、
前記レプリカコードは、各イリジウム衛星が放送すると分かっているものと一致しており、
前記レプリカコードは、スペクトラム拡散信号の直接シーケンスのチップを生成するために、前記ユーザに前もって分かっている予め特定された一連のメッセージビットで構成されており、従って、到来イリジウム信号の時間と搬送波位相とを決定することができる、請求項４４に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４８】
前記航法／通信プロセッサは、可変減衰器を積極的に制御して、Ｐコードの基準信号が、干渉を受けても検出されるほど十分に強いが、望ましくない干渉源になるほど強くないことを保証する、請求項４４に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【請求項４９】
前記航法／通信プロセッサは、アンテナ端子から出てきた全ての電力を追跡して、前記電力を一定の値に調整するために、自動利得制御（ＡＧＣ）を監視して、到来した複合のＧＰＳ及び航法信号を、前記第２のＧＮＳＳユーザ機器にルーティングする、請求項４４に記載のアドオンのＧＮＳＳユーザハードウェア。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１２−５２５５８６（Ｐ２０１２−５２５５８６Ａ）
【公表日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０８４８４（Ｐ２０１２−５０８４８４）
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／００１２７４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０１６８２１
【国際公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（５１１２６５８７７）コヘレント・ナビゲーション， インコーポレイテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＨＥＲＥＮＴ ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】１５００ Ｆａｓｈｉｏｎ Ｉｓｌａｎｄ Ｂｌｖｄ．， ＃１０６， Ｓａｎ Ｍａｔｅｏ， ＣＡ ９４４０４， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／００１２７４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０１６８２１
【国際公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（５１１２６５８７７）コヘレント・ナビゲーション， インコーポレイテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＨＥＲＥＮＴ ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】１５００ Ｆａｓｈｉｏｎ Ｉｓｌａｎｄ Ｂｌｖｄ．， ＃１０６， Ｓａｎ Ｍａｔｅｏ， ＣＡ ９４４０４， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
【Ｆターム（参考）】
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