統合型移動端末ナビゲーション
セルラ通信ネットワークの１以上の同期していない地上送信源１０２〜１０５からの信号を受信するための送信源受信機２０４と、衛星測位システムの衛星１０７〜１１０からの信号を受信するための衛星測位受信機２００とを備えた移動端末１００を含むナビゲーションシステムが提供される。端末１００はクロック２０８も含む。プロセッサ２０９は、各値が受信機２００、２０４によって生成された測定値を表している斯かる値のリストと、端末クロックのバイアスとを有する測定値ベクトルを取得する働きをする。プロセッサ２０９は、動的ナビゲーションソリューションを得るために、システムの現状態を表す状態ベクトルを、以前に決定された状態ベクトルと、測定値ベクトルと、動的モデルとを使って計算する。状態ベクトルは、その成分として少なくとも、（ａ）端末１００の１次元以上の位置情報と、（ｂ）同期していない地上送信源１０２〜１０５に付随するクロックの所与の時間に関するバイアスの表現と、（ｃ）端末クロック２０８のバイアスと、（ｄ）（ａ）乃至（ｃ）の成分に関連する誤差を示すクォリティ指標と、（ｅ）（ａ）乃至（ｃ）の成分の他の成分に対する依存度を示す相関指標とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信システム技術に関し、特に、移動体通信システムの移動端末の位置を当該通信システムの信号と衛星測位システムＳＰＳ（satellite positioning systems）の信号を両方利用して決定するための手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
一部の国の法令では、セルラ通信システムのあらゆる通信事業者は、緊急の場合にはそのネットワーク内で稼働している移動端末があればその端末の位置を推定し報告することが求められている。移動端末に適用される測位法は、アプリケーションが端末の推定位置に基づいて情報を提供するロケーションベースのサービスにも利用されている。ＳＰＳ信号を利用することのほかに、通信ネットワーク自体の中で発信された移動端末とネットワーク送受信基地局との間のどちらかの方向に流れる信号を利用することを含む様々な要件を満足させる試みの中で、いくつかの測位法および測位システムが開発されてきた。衛星測位システムとしては、ＧＰＳ（Global Positioning system）やＧＬＯＮＡＳＳやＧａｌｉｌｅｏが挙げられる。これらは全て似たような働き方をする。地球近傍軌道上にある衛星は、受信端末と各衛星との間の距離の推定値を取得するために受信および復号されることが可能な測距信号を放射する。３次元的な位置決定（position fix）を遂行するにはＳＰＳ時間基準に関して測定された時間と一緒に斯かる推定値が通常４つ以上あれば十分である。
【０００３】
ＧＰＳの場合、民生利用できる信号は、１５７５．４２ＭＨｚ（Ｌ１帯として知られている）と１２２７．６０ＭＨｚ（Ｌ２帯として知られている）で放射される。Ｌ１搬送波信号は、チップレート１．０２３ＭＨｚで、各衛星ごとに異なる測距／拡散コード（ranging/spreading code）で２位相偏移変調される。コードは米国政府刊行物［Interface Standard IS-GPS 200］で仕様が定められたＧｏｌｄ系列の所定のメンバである。民用コードはＣＡコードと呼ばれ、１ｍｓごとに繰り返す１０２３チップの長さを持つ。
【０００４】
コードエポック（code epoch）つまり開始ポイント（コードの先頭のタイミング）は、ＩＳ−ＧＰＳ ２００に定義されており、ＣＡコードジェネレータのある特定の状態の発生に対応する。コードエポックは、衛星に搭載された高精度クロック（原子時計）と同期している。まとめてＧＣＳ（ground-based control segment）として知られるいくつかの地上コントロールセンタは、衛星クロックを継続的にモニタし、ＧＰＳ時刻として知られるＧＰＳ時刻基準と一致するように誘導する。このＧＰＳ時刻は、米国ワシントンＤＣのアメリカ海軍天文台（United States Naval Observatory）に置かれたクロックで刻まれており、それ自身、協定世界時ＵＴＣ（Universal Coordinated Time）との誤差が（閏秒を除いて）一般的に２〜３マイクロ秒内に収まる連続的な時間スケールである。各衛星クロックは、ＧＰＳ時刻との時間誤差が最大９７６．６ｍｓに及ぶ可能性がある。ＧＰＳ時刻と衛星クロックで刻まれている時刻との差は、衛星によってクロック補正パラメータとして知られる３つのパラメータを使ってユーザに同報される。
【０００５】
またＧＣＳ（ground-based control segment）は、各衛星の位置と軌道を測定し、推定する。衛星が実際にたどった軌跡に関する知識、その現在位置、太陽、月および地球の重力場の影響、太陽風の影響および何か他のより小さな力の影響の推定値が、各衛星の将来の軌道を予測するために使用され、予測結果は全てのユーザに同報される。軌道パラメータはまとめて衛星エフェメリス（satellite ephemeris）として知られ、それらは通常２〜３時間先まで外挿するために使用することが可能である。数ヶ月以上先まで有効な衛星アルマナック（satellite almanac）と呼ばれるより低精度の軌道も同報される。
【０００６】
無線受信機と、補助ハードウェアと、ソフトウェアプログラムを実行する１以上のプロセッサとを内蔵するＧＰＳ端末は、しばしばまとめて‘ＧＰＳ受信機’として知られる。以後、この広義の用語‘受信機’は、信号を受信・復号し、データを処理する機能を実行するために必要な全てのパーツを含むものと理解する。それ故に、ＧＰＳ受信機は、１以上の衛星の、衛星測距信号、衛星クロック補正パラメータ、衛星エフェメリスメッセージおよび衛星アルマナックメッセージを受信し、受信機の位置および速度、ローカルクロックのＧＰＳ時刻に関する時間オフセットを計算することが可能である。このローカルクロックは一般的にはＧＰＳ受信機に内蔵されたまたはＧＰＳ受信機に取り付けられた発振器に基づいており、ローカルクロック時刻はその発振器の位相によってコントロールされる。３次元的な位置＋時刻のソリューションに少なくとも４つの衛星測距信号が必要であるが、それができない場合に備えて３個もしくは２個の現存衛星信号または場合によっては１個だけの現存衛星信号でソリューションを得ることを可能にするいくつかのリバーショナリ（reversionary）動作モードも存在する。３０基の運転可能なＧＰＳ衛星の現コンステレイションは、１２個もの衛星信号が時折同時に受信できるような配置になっており、これによりソリューション誤差が低減される。
【０００７】
同様に、‘受信機’という言葉は、移動端末の地上送信源受信機に適用される場合には、同じ最広義において、無線受信機フロントエンドと、補助ハードウェアと、ソフトウェアプログラムを実行する１以上のプロセッサとを含むことが理解されるべきである。
【０００８】
ＳＰＳ（satellite positioning systems）受信機は、遮蔽物が何もない開放された空のもとでは非常にうまく機能するが、１以上の衛星信号が例えば建物内部など何かに遮られて減衰を強いられる場所ではあまりに成功裏に機能するとは言えない。これらの環境では、ＳＰＳ受信機は、機能し続ける代替的な位置特定（ロケーション）技術からの信号収集および信号再収集の両方の支援から利益を享受することができる。加えて、位置特定ソリューションは、遮蔽状況を強いられたＳＰＳ信号を利用する場合、近くの物体からの反射、エッジ周りの屈折、受信機と衛星との間の理想的な‘見通し’直線経路と比べたときの追加的な遅延時間、および異なる経路を伝搬する放射線（rays）同士の間の干渉を含む無線伝搬状態のために、多くの場合あまり精度は高くない。
【０００９】
移動端末の位置を発見するための、特にセルラ通信ネットワークに適した代替方法は、通信信号自体を利用する。これらの方法は、サービスセルタワー（serving cell tower）の位置を粗い位置の基準として利用し、移動端末から発信された信号の基地局サイトにおける到達角度または到達時間の測定値と、周囲の送信基地局から発信された信号の移動端末における到達時間の測定値とを利用することを含む。後者の場合では、通常、サービス送信機（‘サービスセル（serving cell）’）からの信号または端末のローカルクロックに関する、到達時間差が測定される。
【００１０】
移動ユーザのためのセルラ通信システムは、基地局送信が共通の時間基準に同期しているシステムと、基地局が同期していないシステムとに分類できる。ＣＤＭＡプロトコルを使用する通信システムは、通常、同期カテゴリに入るが、広帯域ＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ）およびＧＳＭ（この２つだけで世界中に導入済みのネットワーク基盤の８０％以上を占める）を含むその他のシステムのほとんどは同期しない（非同期）カテゴリに入る。ＣＤＭＡシステムは、基地局サイトに設置されたＧＰＳ受信機を使用してＧＰＳ時刻と同期する。
【００１１】
移動端末の位置は周囲の送信基地局からの信号の受信時刻の測定値から推定できる。実際には、通常測定されるものは、例えばＧＳＭにおける制御チャネルで同報される同期バースト、ＣＤＭＡ方式における拡散コードの位相、または任意の方式におけるフレーム境界など、変調における特定コンポーネントの受信時刻である。これらの測定値はそれぞれの送信機の位置と、特定コンポーネントの送信時刻または送信時間オフセットの知識と組み合わされる必要がある。一般に、いくつかの地理的に異なる基地局送受信機からの信号の独立したタイミングの測定が必要とされ、その最小数は計算により推定されなければならない未知変数の数に依存する。同期した送信機を用いて２次元的な位置を計算する場合には３つの測定値で十分である。同期していない（しかし安定した）送信機を用いて２次元的な位置を計算する場合、２つの別個の端末（または２つの位置の間を移動する１つの端末）による５つの送信機からの信号の測定値が必要とされる（米国特許第６，５２９，１６５号明細書と米国特許第６，９３７，８６６号明細書とを参照）。
【００１２】
ＣＤＭＡネットワーク送信はＧＰＳと同期しており、個々の送信機の送信時間オフセットが同報される。異なるサイトにある３つの送受信基地局からの信号の端末による受信時刻の（ＧＰＳ時刻に関する）測定値は端末から各サイトまでの距離に変換することができ、端末の水平ポジションは曖昧さなく計算することが可能である。同様に、２つの受信信号の時間差は２つの基地局送信機サイトの間の距離差を与え、斯かる距離差は３つあれば端末の位置の曖昧さのない計算を可能にするのに十分である。
【００１３】
ＧＳＭとＷ−ＣＤＭＡネットワークとは同期しておらず、これらに対しては時間差の測定値がしばしば利用される。最も関心があるのは隣接する送受信基地局の移動端末によって生成された測定値を使用する測位法である。受信信号の変調における選択コンポーネントの受信時刻がそれらの１つまたは端末内のローカルクロックに関して測定される。いわゆるＥ−ＯＴＤ（Enhanced Observed Time Difference）法では、相対的な送信時間オフセットは、既知のポジションにある１つ以上の決まった監視受信機（ＬＭＵ（Location Measurement Units））によって生成された類似の測定値から推定される。端末によって生成された相対的なタイミングをＬＭＵによって生成された対応する相対的なタイミングと組み合わせることによって、端末の位置は、双曲線型（米国特許第６，２７５，７０５号明細書）または円型（欧州特許第１，２７１，１７８号明細書）技術を使って計算することができる。
【００１４】
米国特許第６，５２９，１６５号明細書と米国特許第６，９３７，８６６号明細書とに記述されたＥ−ＯＴＤ法の１つの展開は、そこから全ての移動端末の位置が全ての基地局の送信時間オフセットと一緒に現れる大規模な計算（コードネーム‘Matrix’）において多くの移動端末によって生成された多くの送受信基地局の測定値を組み合わせることによってＬＭＵの利用を回避する。最小構成は、２つの端末がそれぞれ５つの基地局を測定するかまたは３つの端末が４つの基地局を測定するものである。しかし、実際には多くの端末と多くの基地局が使用される。基地局の送信時間オフセットは、全ての基地局からの信号を受信することが可能な所与の場所において（もしそのような場所があったとしたならば）単一の実ＬＭＵによって測定されるであろう受信時間オフセットのリストである‘仮想’ＬＭＵ（ＶＬＭＵ）を計算し、保持するために使用されることもある（国際公開第００／７３８１３号パンフレットを参照）。
【００１５】
Ｅ−ＯＴＤ法とそのMatrix展開との両方において基地局信号の送信または受信のユニバーサルタイムは決して決定されないことに注意する。相対的な時間差だけが測定される。このことは、例えば端末によるネットワーク信号の受信からＧＰＳ時刻を、較正することなく、ＧＰＳ基準のＬＭＵを使ってＶＬＭＵリストをＧＰＳ時刻と一致させることによって、または移動端末により較正することによって（国際公開第２００５／０７１４３０号パンフレットを参照）、引き出すことが可能ではないことを意味する。
【００１６】
概説した各測位法は、移動端末の位置を与える単独手段として単独に使用することが可能である。しかしながら、２つ以上の方法を一緒に組み合わせることには利点がある。１つの方法が失敗すれば別の方法により位置を与えることができるし、ネットワークベースの方法は、ＳＰＳ法により衛星信号を取得するのを支援することができる。ここで特に関心があるのはMatrix法とＳＰＳ法、例えばＧＰＳとの組み合わせである。Matrix法は１秒内に位置決定を遂行することができ、ユーザはほとんど瞬時に結果が得られる。しかしながら、ＧＳＭにおける精度は約１００ｍであり、これは当該目的に十分とは言えない。ＧＰＳ受信機が難しい環境でも２、３秒足らず後に位置決定（position fix）を得られるよう、セルラ信号も正確な時刻位置支援をＧＰＳ受信機に提供するために使用することができる（例えば、非特許文献［E GPS: indoor mobile phone positioning on GSM and W CDMA, Duffett-Smith, P. J. & Tarlow, S. Proceedings of the ION GNSS 2005 meeting, Long Beach, September 2005］を参照）。必要なものは最善の可能な測位サービスを提供するためにこれら２つのシステムを一緒に組み合わせる方法である。このことが本願において取り組むべき課題である。
【００１７】
ＳＰＳ測距信号と同期していないセルラ通信システムからの信号とを利用する位置特定計算方法を組み合わせる方法のいくつかの開示文献が存在する。ほとんどのものはＳＰＳ信号が利用可能であって妨害物に邪魔されないときにはＳＰＳ信号を利用し、それ以外のときはネットワーク信号を利用する。この選択の根拠は期待された精度に基づく。ＳＰＳ信号は、衛星から受信機までの信号経路が見通し直線に沿っているときは約１０ｍ内の位置精度を実現することができる。ＳＰＳ信号が妨害物に邪魔されるときは精度が５０ｍ乃至１００ｍまで低下し、その方法は、信号が十分減衰したときには結局は利用できなくなる。そのときでも２、３個の受け入れ可能なＳＰＳ信号が存在する場合がある。ネットワークベースの測位法は、約１００ｍ乃至２００ｍを実現することができ、セルラ信号は衛星信号よりもずっと強いのでほぼ常に利用可能である。
【００１８】
米国特許第６，２５２，５４３号明細書（２００１年、Campに付与）は、ＧＰＳ受信機から得られた距離と地上セルラ通信システムから得られた距離とを組み合わせる方法を開示している。測距測定値を組み合わせるためのいくつかのオプションが開示されている。これらの１つは、２つのＧＰＳ測距信号と２つの地上通信信号とを利用する。このとき、それらの信号の伝搬時間が測定され、距離推定値へと変換されている。この方法は、（衛星全体の中の）少なくとも２つの衛星と（セルラ基地局全体の中の）２つのセルラ基地局内のクロックの同期とを必要とする。セルラ基地局のクロックが同期していない場合であって、ＧＰＳ衛星が存在しないときは、５番目の基地局の測距測定値を追加して移動端末内のクロックを共通の時間に関して較正することを要求する。各基地局ごとにＧＰＳ時刻を基準にしたＬＭＵを使って同期された共通のクロックが基地局に与えられている場合を除いてこの方法がどのように働くかについての詳細は一切開示されていない。この方法は、ＧＳＭまたはＷＣＤＭＡ方式で使用されるような同期していない基地局には適さない。
【００１９】
米国特許第６，４３０，４１６号明細書（２００２年、Loomisに付与）は、特にこの目的に適した低コスト無線システムを利用して移動端末内のＧＰＳ受信機を支援する方法を開示している。この方法は、ＧＰＳ受信機と無線通信機とを両方内蔵する移動端末を有する。無線通信機は、基地局での到来時間を決定することが可能な信号を送信することができる無線送信機を含む。この信号は、ＩＤと利用可能ならＧＰＳ測定値とを含む移動端末に関する情報も搬送する。送信のタイミングは、可能ならＧＰＳ時刻と同期し、可能でなければ無線通信機からの信号のタイミングは、複数の基地局（少なくとも３基）で受信された際に、無線疑似距離測定器に送られる。ＧＰＳとの同期が可能でない場合、目的に適した機器から問い合わせパルスが送信可能であり、そのパルスは基地局と任意の移動端末に受信される。疑似距離測定値は、移動端末の位置を決定するために基地局に付随する計算センターで処理される。場合によっては、ＧＰＳと無線距離測定値との両方からの疑似距離測定値を、移動端末の位置特定ソリューションを形成するためにミックスすることができる。
【００２０】
さらに、ツネハラ（Tsunehara）およびクワハラ（Kuwahara）の米国特許第６，９２８，２９２号明細書（２００５年）は、ＧＰＳ受信機とセルラ信号から位置を計算するように構成されたセルラ受信機との両方を備えた移動端末を開示している。各位置特定機器は、信頼度指標（reliability indicator）も提供する。この指標は、いくつかの形式の１つを採用することができ、ＧＰＳまたはセルラの受信信号から計算される。ＧＰＳに関しては、信頼度指標は、位置と受信信号クォリティ（例えば信号対ノイズ比）との計算に使用される衛星信号の数に基づいていることがある。セルラ信号は、同期取得と受信タイミングの測定値を含む。セルラ信号は、計算に使用される信号の数と各基地局からの受信信号クォリティを含むセルラ信号の信頼度指標を決定するためにも使用される。位置計算では信頼度指標を使ってＧＰＳとセルラの両方からの別個の位置計算が例えば平均によって組み合わされる。ただし、２つの位置測定は同時でなければならないという制約がある。
【００２１】
Watters等の米国特許第６，２４９，２４５号明細書（２００１年）は、発明の４つの実施態様を開示している。最初の態様は、セルラ通信システムを利用してＤＧＰＳ補正値（differential GPS correction）を、セルラ信号を受信することが可能な移動端末に設置されたＧＰＳ受信機に送信する。第２の実施態様は、視野内に不十分なＧＰＳ衛星しかない場合にセルラ基地局から同報されるＧＰＳ‘スードライト（pseudolite）’信号を提供する。このスードライトからの距離測定値がＧＰＳ疑似距離測定値と置き換わる。第３の実施態様では、移動端末は視野内に十分なＧＰＳ衛星が存在する場合にはＧＰＳ信号を使って位置を計算する。所要数の衛星が視野内に存在しない場合は、位置計算はセルラネットワークインフラを用いて行われる。そして、最後の第４の実施態様では、基地局と移動端末との間の往復遅延時間を計算するためにセルラ信号が使用され、そこから距離計算が実行できる。この距離計算は、不十分なＧＰＳ衛星信号しか利用できないときにはＧＰＳ疑似距離と置き換わる。
【００２２】
上述した方法は、いずれもＧＰＳ信号とセルラ信号とネットワークから利用可能な全ての情報を利用しておらず、最適な方法によりアレンジされた２つのシステムタイプからの測定値の組み合わせでもない。より良い方法は、組み合わせＫａｌｍａｎフィルタまたはそれと類似のプロセスを利用することである。
【００２３】
ベストなナビゲーションソリューションを得るために異なるナビゲーションシステムからの測定値を組み合わせることにＫａｌｍａｎフィルタを使用することは、当該分野では周知である。例えば、非特許文献［Multi-configuration Kalman filter design for high-performance GPS navigation, Kao, M. H & Eller, D. H. IEE trans. Auto control, AC28, 304-314, March 1983］では、車載されたＧＰＳ受信機からの測定値が同じく車載された慣性センサからの測定値とどのように組み合わされるかが開示されている。別の例は、ＧＰＳやＧＬＯＮＡＳＳといった共同実装された別個のＳＰＳシステムからのデータを組み合わせることである。多くの他の例が存在する。しかし、これらのケースでは、共通のゴールは、本例では例えば車の位置、速度および加速度など、同じ物を測定する異なるローカルシステムからの出力を一緒に組み合わせることである。副産物として、ＧＰＳ受信機のクロックの状態も決定され、組み合わされたシステムの完全な記述に関係のある全ての成分を列挙した状態ベクトルの変数の１つとして保持される。
【００２４】
Ｋａｌｍａｎフィルタを使って異なるナビゲーションシステムを組み合わせることも当該分野では周知である。例えば、非特許文献［van Graas (J. Inst. Navigation 35, 2, 147-160, 1988)］は、疑似距離を混成（hybridize）して全ての利用可能なナビゲーション情報を効率的に処理する技術を使用してＧＰＳ測定値とＬｏｒａｎ−Ｃ測定値を融合する技術について述べている。しかしながら、測定値は２つの異なるシステムから来るが、それらは両方ともナビゲーション目的のために設計されていることに留意すべきである。特に、送信機のクロックオフセットは各システムで分かっている。同技術はＧＰＳを同期していないセルラ送信機で生成された測定値と組み合わせるシステムには適用することはできない。各セルラ送信機の送信時間オフセットは完全に未知で任意であるからである。
【００２５】
本ケースにおいて特に関心があることは、ＧＰＳなどの衛星ナビゲーションシステムと、例えばセルラネットワーク送信機などの地上送信源から受信された信号に基づく測位システムとの組み合わせである（例えば米国特許第６，５２９，１６５号明細書を参照）。克服されなければならない更なる問題としては、正確な時間、位置、および周波数を供給して、端末が建物内部にある場合など信号が弱い状況において衛星の捕捉および再捕捉の面で衛星測位システムを支援することが挙げられる。欧州特許出願第０６１１２１９４．３号明細書には、ユニバーサルタイム（例えばＧＰＳ時刻）を受信信号（例えばセルラネットワーク信号）と関連付ける方法であって、安定したクロックによってコントロールされた送信機から受信された安定した信号が移動端末で時間タグ付けされることを可能にする方法が記述されている。ユニバーサルタイムは、後で別の受信信号から‘読み出す’ことができる。国際公開第２００５／０７１４３０号パンフレットには、移動端末がネットワークを１つの送信機から別の送信機へ移動する際に送信機自体が互いに同期していなくとも時間タグ付け（time-tag）を可能にする方法が開示されている。この中核を成すものは国際公開第００／７３８１３号パンフレットに記述されたＶＬＭＵコンセプトである。このＶＬＭＵコンセプトによれば、米国特許第６，５２９，１６５号明細書に記述されたＭａｔｒｉｘ測位法の副産物として、送信機の送信時間オフセットのリストが作成され保持される。
【００２６】
地上送信機からの信号の利用に伴う更なる問題は、地上送信機に付随するクロックは移動端末のクロックと比べて多くの場合通常かなり安定しているが、それらのクロックは、相互に、そして使用中の特定ユニバーサルタイムから徐々にドリフトする可能性があり、その結果、時間タグは無期限に使用することはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明は、これらの問題を、常時優れたナビゲーションソリューションを与えるだけではなく１つのプロセスで全てのクロックの状態をローカルおよび遠隔の両方で追跡するという方法で、別々の測位システムの測定値を組み合わせることによって解決する。衛星測位システム受信機に正確な時間、位置、および周波数を供給する支援が‘組み込まれ’、移動端末が動き回る際に全ての環境にわたってスムーズな移行が実現される。これにより、端末を追跡し続けるのに要するリソースがより少なくて済むので、端末のバッテリ寿命に与える影響をより小さく抑えたままナビゲーションソリューションを保持することが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、上記課題を解決するため、セルラ通信ネットワークの移動端末のための動的ナビゲーションソリューションを取得し、保持するための方法であって、前記移動端末は、セルラ通信ネットワークの１つ以上の同期していない地上送信源からの信号を受信するための送信源受信機と、衛星測位システムの衛星からの信号を受信するための衛星測位受信機と、端末クロックとを備えたものである、方法を提供する。この方法は、
各値が受信機によって生成された測定値を表している斯かる値のリストと、前記端末クロックに関係する情報とを有する測定値ベクトルを取得するステップと、
システムの現状態を表す状態ベクトルを、以前に決定された状態ベクトルと前記測定値ベクトルと動的モデルとを使って計算するステップと、
前記状態ベクトルから動的ナビゲーションソリューションを導出するステップと
を有し、
前記状態ベクトルは、その成分として少なくとも、
（ａ）前記移動端末の１次元以上の位置情報と、
（ｂ）前記同期していない地上送信源に付随するクロックの所与の時間に関するバイアスの表現と、
（ｃ）前記端末クロックのバイアスと、
（ｄ）（ａ）乃至（ｃ）の成分に関連する誤差を示すクォリティ指標（quality indicators）と、
（ｅ）（ａ）乃至（ｃ）の成分の他の成分に対する依存度を示す相関指標（linking indicators）と
を含む。
【００２９】
動的ナビゲーションソリューションは、ある特定のエポック（epoch）における端末の位置状態の推定値を表す変数であって１次元以上における少なくとも端末の位置を含み、場合によっては端末の速度と加速度も含む変数から構成される。特定のエポックは、現在時刻であることもあれば、あるいは将来もしくは過去の時刻であることもある。例えば、ナビゲーションソリューションの計算とそれをスクリーンに表示するまでの例えば１秒の遅延時間とを克服するために、特定のエポックを現在時刻の１秒前に設定することが可能である。
【００３０】
本発明は、上記課題を解決するために、セルラ通信ネットワークの１つ以上の同期していない地上送信源からの信号を受信するための送信源受信機と、衛星測位システムの衛星からの信号を受信するための衛星測位受信機と、端末クロックとを備えた移動端末を含むナビゲーションシステムも提供する。本システムはプロセッサを備えており、該プロセッサは、
各値が受信機によって生成された測定値を表している斯かる値のリストと、前記端末クロックに関係する情報とを有する測定値ベクトルを取得する手段と、
システムの現状態を表す状態ベクトルを、以前に決定された状態ベクトルと前記測定値ベクトルと動的モデルとを使って計算する手段と、
前記状態ベクトルから動的ナビゲーションソリューションを導出する手段と
を有しており、
前記状態ベクトルは、その成分として少なくとも、
（ａ）前記移動端末の１次元以上の位置情報と、
（ｂ）前記同期していない地上送信源に付随するクロックの所与の時間に関するバイアスの表現と、
（ｃ）前記端末クロックのバイアスと、
（ｄ）（ａ）乃至（ｃ）の成分に関連する誤差を示すクォリティ指標と、
（ｅ）（ａ）乃至（ｃ）の成分の他の成分に対する依存度を示す相関指標と
を含む。
【００３１】
前記移動端末は、ＣＤＭＡ、ＧＳＭまたはＷ−ＣＤＭＡ技術を使用するようなセルラ通信ネットワークの端末でありうる。前記端末は、ネットワークに登録されていてもいなくてもよい。代わりに、前記端末は、１以上の同期していない地上送信源からの信号と１以上の衛星測位システムからの信号とを受信することが可能な任意の移動端末でありうる。本発明は、２以上の衛星測位システム受信機、または２以上の同期していない地上送信源、またはその両方を有する端末を含む。
【００３２】
同期していない地上送信源は、１以上のセルラ通信ネットワークの送信機または任意の目的でセットアップされた他の送信源でありうる。例えば、同期していない地上送信源は、無線またはテレビジョン送信機、または他の同報（放送）送信機でありうる。それらは同期した、または一部同期した、例えばセルラＣＤＭＡネットワークなどのシステムの送信機、あるいはＬＯＲＡＮ−Ｃ（ロランＣ）といった地上ナビゲーションシステムの送信機でありうる。これらのケースでは、本発明の方法は送信を同期していないものとして取り扱い、送信機の送信時間オフセットについての情報が利用できることを要しないが、ナビゲーションソリューションの一部としてそれらを推定する。全てのケースで、端末が送信源から受信する信号の１つの特徴に受信時間を割り当てることができるという要件が存在する。これは信号の位相であったり、または変調成分であったり、またはパルス源の場合には特定のパルスの受信であったりする場合がある。通常、本目的に使用される特徴は、（信号の位相のように）連続であるかまたは既知の受信パタン（例えばＧＳＭ同報制御チャネル信号における同期バースト）であるという要件が存在する。本発明は、ナビゲーションソリューションにおいて２以上のタイプの同期していない地上送信源からの信号の利用を含む。例えば、ＧＳＭネットワークおよびＷ−ＣＤＭＡネットワークからの信号が両方とも一緒に測定され使用されるか、またはＧＳＭネットワークおよび公共放送無線もしくはテレビジョンネットワークからの信号が両方とも一緒に測定され使用される。
【００３３】
前記衛星測位システムは、システムの端末の位置を決定する目的で地球軌道衛星を使用する、Ｔｒａｎｓｉｔ衛星システム、ＧＰＳ衛星システム、Ｇａｌｉｌｅｏ衛星システム、北斗衛星システム（Ｂｉｄｏｕ）、または準天頂衛星システム（ＱＺＳＳ）その他のシステムの１以上を含みうる。本発明は、ナビゲーションソリューションで使用される２以上の衛星測位システムからの信号を利用することを含む。
【００３４】
前記端末クロックは、端末に付随または接続した任意のクロックでありうる。このクロックは、ハードウェアもしくはソフトウェアまたはその両方で実装が可能であり、同期していない地上送信源受信機の１つの一部、衛星測位システム受信機の１つの一部、もしくは全ての受信機の共通するコンポーネント、または別個の発振器でありうる発振器によってコントロールされる。端末のローカルタイム（局所時間）は、この発振器の状態に関して測定される。
【００３５】
前記プロセッサは端末に付随または端末に直接接続されている場合があるか、またはそれは端末から遠隔にある場合がある。遠隔にある場合、それは１以上のリンクを介してそのデータを受信する。リンクは用途に応じて有線または無線であることが可能であり、リンクは単方向または双方向でありうる。例えば、前記プロセッサはセルラ端末の汎用プロセッサまたはセルラ無線ネットワークで端末と繋がった遠隔プロセッサでありうる。
【００３６】
測定値ベクトルは、各値が受信機によって生成された測定値を表している斯かる値のリストを含む。例えば、衛星システム受信機からの信号を表す値は、相互または共通の基準に関して測定された、受信機での事前処理から得られる疑似距離または時間オフセットの推定値である場合がある。別の例では、前記値は、同期していない地上送信源からの信号の１つに関して測定されたまたは端末クロックもしくは別の基準である場合がある共通の基準に関して測定された、これらの同期していない地上送信源からの信号の受信の時間オフセットの推定値を表す。それらの値は、受信機の出力の未処理の‘生の’ＩＱ（in-phase and quadrature）サンプルでありうる。用途に応じて多くのフォーマットが可能である。
【００３７】
測定値ベクトルは、端末のクロックに関係する値も含む。例えば、発振器の位相が表される場合もあれば、発振器に接続されたカウンタの状態が表される場合もある。あるいはクロック状態は、間接的に、例えばクロック信号を使用してまたはクロック信号から得られたもしくはクロック信号にロックされた‘チック（ticks）’を使用して測定値ベクトルに時間を記録することによって表されることがある。
【００３８】
測定値ベクトルは、不完全または可変長である場合がある。これは例えば、１以上の衛星が（建物などで）妨害されている間、または衛星および／または送信源の数が変化するときに起こることがある。測定値ベクトルの一時的に利用できないまたはまだ検出される必要があるベクトル成分は、測定値ベクトルにおいてヌル値で表される。例えば端末が送信源の受信範囲を超えて移動したために、存在したが今は消えてしまっている成分は、最初はヌル値で表されることがあるが、しばらく後に完全に除去されることがある。この結果、測定値ベクトルは短くなる。測定値ベクトルにおける測定値の表現はベクトル成分に関係する１以上の‘クォリティ’パラメータも含みうる。例えば、衛星疑似距離には測定値上のノイズの標準偏差値を表す値が伴う場合がある。この値は、ヌル測定値を表すために−１の値に設定されることがある。多くの他のスキームも可能である。
【００３９】
本願において、‘受信機’は、測定値ベクトルの値を提供する前に‘生の’信号を処理するための手段、例えば状況に応じて相互相関器または関連プロセッサで走るソフトウェアプログラム、を含む場合もあれば含まない場合もある。
【００４０】
状態ベクトルを決定する計算は、測定値ベクトルの成分の性質と程度に応じてより複雑な場合もあればあまり複雑でない場合もある。例えば、測定値ベクトルがそれぞれの受信機によって受信信号から既に得られたタイミングオフセットまたは疑似距離を含む場合には、計算はＫａｌｍａｎフィルタまたはその類似物で使用される種類のものでよい。測定値ベクトルが生の未処理データを含む場合、計算は実際には時間または距離値を計算するためにそれらの生データの処理を含むのでより複雑である。例えば、米国特許第６，５２９，１６５号明細書は、その位置が分かっているかまたは決定されている４以上の送信源からの信号の受信の相対的な時間の、位置が分かっていない２以上の端末による測定値が、端末の位置と相対的な送信時間オフセットのリストを両方同時に見つけるためにどのように使用されるかを教示している。この計算は、状態ベクトルの計算の一部として１以上の送信源受信機からの生の未処理のデータから出発して、または既に決定済みの時間オフセット値を使って、実行することができる。
【００４１】
状態ベクトルは、システムの現状態を表す。状態ベクトルは、ベクトル成分として、測位情報、端末に付随するクロックと地上送信源に付随するクロックの状態についての情報、クォリティ指標、および相関指標（linking indicators）を含む。
【００４２】
位置情報は、少なくとも１次元における端末の位置についての情報を含むが、２次元以上における情報、１次元以上における端末の速度、および１次元以上における端末の加速度も含みうる。例えば、位置情報は、定義されたジオイド（geoid）に関する経度、緯度および高度で表された、端末の実際の位置でありうる。あるいはそれは地球の中心を原点とするデカルト座標で表された位置でありうる。あるいはそれは実際の位置がそこから変換を用いて導出できる変数の集合でありうる。
【００４３】
クロックの状態の表現は、少なくともそれらのバイアス、すなわち所与の時間に関するそれらの誤差または所与の時間からのオフセットを含むが、それらのバイアスレート、バイアスレートの変化率なども含みうる。所与の時間は、ＧＰＳ時刻といった衛星測位システムの時間基準または他のユニバーサルタイムであるか、またはそれはクロックの１つの時間でありうる。同期していない地上送信源に付随するクロックに関係する成分は、直接測定されない端末から遠隔にあるクロックに必ず関係しているのに対し、位置情報と端末クロックの状態の表現における成分は、移動端末にローカルな変数に関係することに留意すべきである。同期していない送信源に付随するクロックの状態を表現する成分は、間接表現でありうる。例えば、ある特定の送信源をコントロールするために使用される発振器とその送信源のアンテナからの送信自体のタイミングとの間に未知の場合によっては可変な関係が存在することがある。それは、同期していない送信源の相互または共通の基準に関する決定可能な相対的な送信時間オフセットに過ぎない場合がある。それ故、これらの成分は、同期していない送信源の送信時間のオフセットまたはオフセット変化率、またはＶＬＭＵポジションに適切な受信時間オフセットなどでありうる。統合型ナビゲーションの目的のために、状態ベクトルのこれらの成分は、相対時間のソース、従って時間の安定した遠隔リポジトリとしての役割を果たす必要があるだけである。
【００４４】
クォリティ指標は、位置情報とクロック状態表現に関連する誤差、例えば分散値、に関係する。相関指標は位置情報またはクロック状態表現のどれかの成分とどれか他の成分との依存度、例えば共分散値、を示している。
【００４５】
状態ベクトルの成分の値を決定する計算は、プロセッサによって実行され、１つ以上の以前の状態ベクトルの成分の値の一部または全てのほかに最近の測定値ベクトルを構成する値のリストの利用を含む。計算は、変数がある１つの計算から次の計算までどのように変化し得るかを記述する、例えば可能なソリューションを物理的にあり得るものに制約する端末の移動の動的モデルなどの、１以上の動的モデルの利用を含む。例えば、体重８０ｋｇの歩行者は歩行速度から１秒で３０ｍ／ｓに加速することは（車にぶつかって飛ばされる場合以外）ほとんどあり得ない。それでもなお、束縛のないデータは、誤差故に斯かるナビゲーションソリューションを提示する可能性がある。動的モデルは、現実的な束縛条件を課し、これにより間違った測定値のソリューションにおけるウェイトが低減される。次の測定値があり得ない動きを更にサポートする場合にのみ、そのデータにフィットする蓋然性に合わせてウェイトが増す。ネットワークとローカルクロックの状態の推定値がどれくらい速く変化することが許されるかを他の動的モデルが制約する場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】通信ネットワーク端末、送受信基地局、およびＧＰＳ衛星を有するシステムの略構成図である。
【図２】本発明による移動端末の主要コンポーネントを示す略構成図である。
【図３】測定値ベクトルの成分を表形式で示す図である。
【図４】状態ベクトルの成分を表形式で示す図である。
【図５】共分散行列の成分を示す図である。
【図６】動的ナビゲーションソリューションの成分を表形式で示す図である。
【図７】計算プロセスのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１に移動端末１００を示す。移動端末１００は、送受信基地局１０２〜１０５を有するセルラ移動体通信ネットワーク１０１からの信号と衛星１０７〜１１０を有する衛星測位システム１０６からの信号を受信することが可能である。この特定の事例では、セルラネットワークは送受信基地局が互いに同期し合っていないＧＳＭネットワークであるが、本発明はいかなるタイプの送信源にも、それらがセルラ通信ネットワークの一部であろうがなかろうが、等しく適用可能である。また、この特定の事例では、衛星測位システム１０６はＧＰＳ（Global Positioning System）である。この測位システムの衛星は低い地球軌道を周回する宇宙ビークル（ＳＶ：space vehicles）であるが、本発明は１以上の宇宙ビークルを有する任意の衛星測位システムに等しく適用される。
【００４８】
図２は、本発明による移動端末１００の主要コンポーネントの略構成図である。ＧＰＳ受信機２００はＧＰＳ衛星１０７〜１１０からの信号を拾うためのアンテナ２０１を備えており、拾われた信号は無線フロントエンド２０２に送られる。フロントエンド２０２は、ＧＰＳ受信機に通常付随する増幅、周波数変更、帯域通過フィルタリング、および数値化機能を実行し、ＩＱ（In-phase and Quadrature-phase）デジタルサンプルを出力（２１１）する。本実施形態では、これらはＧＰＳ処理モジュール２０３に送られ、そこで相互相関や復調といった機能が実行される。別の実施形態では、ＩＱサンプルは、（存在しない場合がある）ＧＰＳ処理モジュール２０３をバイパスして、プロセッサ２０９にダイレクトに送られる。ＧＰＳ処理モジュール２０３は、様々な衛星１０７〜１１０からの信号のコード位相の時間オフセットの推定値または均等に擬似距離(pseudo-ranges)の推定値を推定する。これらは、リンク２１３を介してプロセッサ２０９に送られる。
【００４９】
ＧＳＭ受信機２０４はＧＳＭ送信機１０２〜１０５からの信号を拾うためのアンテナ２０５を備えており、拾われた信号は無線フロントエンド２０６に送られる。フロントエンド２０６は、ＧＳＭ受信機に通常付随する増幅、周波数変更、帯域通過フィルタリング、および数値化機能を実行し、ＩＱ（In-phase and Quadrature-phase）デジタルサンプルを出力２１５する。本実施形態では、これらはＧＳＭ処理モジュール２０７に送られ、そこで相互相関や復調といった機能が実行される。別の実施形態では、ＩＱサンプルは、（存在しない場合がある）ＧＳＭ処理モジュール２０７をバイパスして、プロセッサ２０９にダイレクトに送られる。ＧＳＭ処理モジュール２０７は、様々なＧＳＭ送信機１０２〜１０５からの信号の特定コンポーネントの時間オフセットの推定値を引き出す。これらは、リンク２１７を介してプロセッサ２０９に送られる。
【００５０】
図２には端末クロックモジュール２０８も示されている。この端末クロックモジュール２０８は、発振器その他のコンポーネントから成り、一緒に規則正しいクロック信号を生成２１８する。クロック信号は、ＧＰＳ受信機２００の処理モジュール２０３に印加され、そこからリンク２１０を介してＧＰＳフロントエンド２０２に送られる。クロック信号は、同様にＧＳＭ受信機２０４の処理モジュール２０７にも印加され、そこからリンク２１４を介してＧＳＭフロントエンド２０６に送られる。クロック信号は、プロセッサ２０９にもダイレクトに送られる。受信機２００および２０４の場合、各受信機は、斯かるクロック信号をその基準源（reference source）として利用する。プロセッサ２０９の場合、クロック信号は、（これによりプロセッサで実行されるソフトウェアプログラムがローカルタイムを追跡し続ける）一連の割り込みをトリガーするために使用される。別の実施形態では、クロック信号は‘ローカルクロックサンプル’として直接受理される。
【００５１】
図２には他のリンク２１２と２１６も示されている。これらのリンクによりプロセッサ２０９からそれぞれの受信機２００および２０４に制御情報が送られる。例えば、ＧＰＳ受信機２００に供給される制御情報は、ＧＰＳ時刻と周波数オフセットの推定値を含むソフトウェアメッセージの様式にある。これらは、ＧＰＳ受信機に提供される支援情報の一部を形成する。衛星エフェメリスおよび衛星アルマナックといった他の支援情報が、ＧＳＭネットワーク１０１に付属するサーバから供給され、同報またはポイントツーポイントのメッセージングで移動端末１００に送信されることがある。これらのメッセージは、アンテナ２０５で拾われ、処理され、リンク２１５、リンク２１７およびリンク２１２を介してＧＰＳ受信機２００に供給される。同様に、ネットワーク内のサーバからプロセッサ２０９へ無線インタフェースとリンク２１５、２１７を介して、（本例では開始値として利用される）ＶＭＬＵ値を送ることが可能である。
【００５２】
図３に示された測定値ベクトル（measurement vector）は、モジュール２０３から送られたＧＰＳコード位相オフセットの推定値、モジュール２０７から送られた、間接的にローカルクロック２０８からのクロック信号からの受信時間オフセットの推定値から構成される。図示された特定のケースでは、衛星ＳＶ１乃至ＳＶ５からのコード位相の相対的タイミングに対応するＮｓ＝５個の成分ｓ１乃至ｓ５と、その各成分に適用されるクォリティ指標σ２ｓ１乃至σ２ｓ５がとが一緒に存在する。クォリティ指標は、その値ゼロが完全にノイズのないデータを表す分散値の形をとる。対応する成分の値の信頼性が下がるほどその分散値は増大する。‘フラグ’値＝−１は、対応する成分が存在せずヌル値を示している。斯かるヌル値は計算では無視される。
【００５３】
図３に示すように移動端末が６基のＧＳＭ送受信基地局から受信した信号のＮｎ＝６個の観測時間差（ＯＴＤ：observed time differences）ｎ１乃至ｎ６もそれらのクォリティ指標σ２ｎ１乃至σ２ｎ６と共に測定値ベクトルの成分である。同じくこれらは対応する成分の分散値の形をとることができるが、別の実施形態ではそれらは例えばそれぞれの送信機からの信号の相互相関プロファイルが期待されたプロファイルにどれだけ良く適合するかといった他の情報から導出される場合がある。ヌルデータ値は、同じく対応するクォリティ指標値＝−１で表すことができる。
【００５４】
図３に示したローカルクロック時間ｔＬは、ソフトウェアカウンタから読み出された値である。ローカルクロック発振器２０８からの信号は、割込が生成されるごとにカウンタをインクリメントするようにプログラムされたプロセッサ２０８の割込ターミナルに印加される。このため、この値に割り当てられたクォリティ指標は存在しない。それは常に存在し（存在しなければ致命的なエラー）、その値（−確定的なデジタル値−）は、その次の割込の瞬間のローカル時間と見なされる。
【００５５】
図４に本発明の本例で使用される状態ベクトルを表形式で示す。移動端末の３次元的な位置情報は、経度・緯度・高度（ＷＧＳ８４測地系に関するｘ、ｙ、ｚ）、端末の速度（ν１，ν２，ν３）、端末の加速度（ａ１，ａ２，ａ３）で表される。これらは、現時刻（current instant）、つまり測定値ベクトルにおける端末クロックで指定される時刻と見なされる状態ベクトルのエポックで計算された値である。端末クロックバイアスＴＬとその変化率Ｔ’Ｌの推定値も状態ベクトルで運ばれる。測定値ベクトルにおける端末クロック時間がｔＬであれば、現時刻におけるＧＰＳ時刻の最良推定値はτ＝ｔＬ＋ＴＬである。
【００５６】
図４には送信時間オフセットαＡ乃至αＮとその対応する変化率α’Ａ乃至α’Ｎの値も示されている。Ｎの値は、状態ベクトルで表される送信源の総数である。しかし、Ｎｎは移動端末の移動に伴って変動するので、Ｎは必ずしも測定値ベクトルで表されるＮｎと同じではなく、端末が受信することが可能な送信源のサブセットも変化する。
【００５７】
図４に表示された状態ベクトルのもう１つの成分は共分散行列Ｃである。これを図５により詳しく示す。それは、ｐをＣ自体を含まない状態ベクトルで表される変数（Ｃ以外の変数）の総数とすれば、ｐ×ｐ行列である。本ケースでは、３０基の衛星のエントリ、言ってみれば３０個の送信源に対して、この行列は原理的には１３１×１３１＝１７１６１個の成分を有するが、そのうちの多くはゼロとなる。共分散行列の対角線に沿った量は状態ベクトルの対応する成分に関連する分散である。本ケースでは、例えば、（３，３）の位置にある成分は、ｚの推定値に関連する分散σ２ｚｚである。非対角成分は、状態ベクトルの対応する変数同士の間にどれだけ関連性が存在するかを示す。従って、その多くは関連性が無いことを表す値ゼロを有する。例えば、σ２αｋｘは、送信源Ｋの送信時間オフセットαＫとｘとの間に存在する関連度を表している。ここに示した特定のケースでは、共分散行列が１つだけ存在する。別の実施形態では、単一の共分散行列は、複数のより小さな共分散行列に分解される。
【００５８】
ナビゲーションソリューション（図６）は、状態ベクトルから導出される。これは、移動端末の３次元的な位置（ｘ，ｙ，ｚ）を、移動端末の速度（ν１，ν２，ν３）、移動端末の加速度（ａ１，ａ２，ａ３）およびＧＰＳ時刻τと共に含む。これらの値は本ケースでは全て状態ベクトルでイクスプリシットに表現されているので、現ナビゲーションソリューションを決定するプロセスは、状態ベクトルから対応する変数の１つを単に選択するだけでよい。しかしながら、将来の時間、例えばＧＰＳ時刻τ＋ｔのナビゲーションソリューションが必要とされる場合には、最初に外挿が行われなければならない。加速度が一定と見なされるほどｔが十分小さければ、外挿位置ｒは、現在位置ｒ０と速度νおよび加速度ａを用いて次式に基づいて見つけることができる。
【数１】
上式において、太文字はベクトル量を表している。別の実施形態では、状態ベクトルにおける位置情報は、異なる形で、例えば異なる座標系で、または既知のポイントからの距離の集合として表される。その際、現ナビゲーションソリューションの計算は変換を含まなければならない。
【００５９】
新しい状態ベクトルを見つけるための計算は、（ｉ）地上送信源受信機からの測定値を処理して移動端末の現在位置と送信源の送信時間オフセットの推定値を取得するステップと、（ｉｉ）ＧＰＳ受信機からの測定値を処理して、推定された現在のＧＰＳ時刻における移動端末の位置の現在推定値から検出された衛星までの距離（ranges）を取得するステップと、（ｉｉｉ）少なくとも１つの以前の状態ベクトル、移動端末の移動の動的モデル、送信源クロックの動的モデルおよび端末クロックの動的モデルを使用する結果を組み合わせて新しい状態ベクトルを取得するステップとを含む。ＧＰＳ受信機の動作も以前の状態ベクトルが保持する情報、特にＧＰＳ時刻、移動端末の位置、および端末クロックバイアス（つまりその周波数オフセット）の変化率の推定値によって支援される。これによりＧＰＳ受信機は断続的に使用され、測定の合間はターンオフすることが可能となり、結果的にバッテリ寿命が長くなる。従来の動作モードでは、ＧＰＳ受信機は見える範囲の衛星を追跡する必要があり、これには絶え間ない（例えば１秒おきの）測定が必要となる。地上送信源からの信号の測定値を利用することによって、ローカルクロックドリフト、移動端末の移動、および端末クロックの誤差が、ＧＰＳがＧＰＳシステムからの時折の位置決定（fixes）を要求することとは無関係に、全て追跡できる。
【００６０】
米国特許第６，５２９，１６５号明細書および米国特許第６，９３７，８６６号明細書に開示されたＭａｔｒｉｘ法は、複数の送信源からの信号の複数の端末位置における相対受信時間の測定値を使って全ての端末位置と送信源の送信時間オフセットを計算する。Ｍａｔｒｉｘ法の働き方は、それを支配する方程式を考えることによって示される。簡単のため、解析を２次元のケース、つまり端末位置と基地局が全て平面内に存在するケースに制約する。これは通常の設定であるが、空中都市のセンターでは３次元的な配置がより適切だと考えられる。Ｍ個の斯かる端末位置から成る集合のｉ番目の端末位置は、平面内の（任意の）原点に関するベクトルｒｉによって指定され、Ｎ個の送信機から成る集合のｊ番目のネットワーク送信機の位置は同じ原点に関するベクトルｂｊによって指定される。信号が送信機ｊから端末位置ｉで受信される時間ｔｉｊは次式で与えられる。
【数２】
上式において、ｉ＝１，．．．，Ｍ、ｊ＝１，．．．，Ｎ、εｉは端末のローカルクロックの当該位置における（距離で表された）時間オフセットであり、αｊは送信機の（同じく距離で表された）送信時間オフセットであり、ｃは無線波の伝搬速度である。ｔ、εおよびαの値は、全てＵＵＣ（universal uniform clock）に関して表される。
【００６１】
これは、３Ｍ＋Ｎ−１個の未知変数に対するＭＮ個の連立方程式を定義する。（−１はタイミングの絶対値が無意味を持たないことからきており、そのためεｉまたはαｊ値の１つは一般性を損なうことなくゼロに設定できる。）ＭＮが少なくとも３Ｍ＋Ｎ−１と同程度であれば、連立方程式の解は存在し得る。基地局と端末の位置の幾何学的配置がそれを許すのであれば、計算によりｒｉ、εｉおよびαｊの全ての値が与えられ、そのαｊの値を持つネットワークタイミングモデルが保持され、その他の値が破棄される。基地局の位置は、既知であると仮定され、端末内のプロセッサに例えばネットワーク内のサーバから同報で供給されなければならない。
【００６２】
移動端末の位置は、３以上の地上送信源の測定値から、αｊの対応する値がネットワークタイミングモデルから得られるという条件で、計算することができる。ネットワークタイミングモデルを生成するための最小構成は、（Ｍ＝２，Ｎ＝５）および（Ｍ＝３，Ｎ＝４）を含むが、実際には多くの端末からのタイミング測定が使用される。
【００６３】
本ケースでは、或る位置から別の位置へ移動する単一の端末が使用される。これには送信源の送信時間オフセットが十分長期にわたって予測ができるように送信源が十分にうまくコントロールされることが必要とされる。実際には、多くのネットワークは、ネットワーク構成とデザインに応じて、１時間乃至１日の範囲で安定性を示すことが分かっている。
【００６４】
ＧＰＳ測距値からの移動端末の位置の計算で使用される方程式と方法は周知であり、ここで改めて述べるまでもない。しかしながら、これらと既に議論したＭａｔｒｉｘ計算との間には基本的な違いが存在する。
（ａ）衛星クロックバイアスは、ＧＰＳ受信機がＳＶを同期した送信源として取り扱えるように、同報される。４つ以上の距離に基づく計算はＧＰＳ時刻のほかに端末の位置も与える。
（ｂ）指摘したように、Ｍａｔｒｉｘ法は受信時間オフセット同士の間の差しか使用せず、送信源は同期していないので、‘ネットワーク時間’の均等概念が存在しない。送信時間オフセットのリストの基準時は任意であるが、較正によってＧＰＳ時刻に設定可能である（国際公開第２００５／０７１４３０号パンフレットを参照）。
従って、２つの方法（ＧＰＳとＭａｔｒｉｘ）の相互作用は、（ｂ）で議論された時間オフセットを通じてのものである。状態ベクトルにおけるＧＰＳ時刻の推定値は端末の移動を許すやり方で比較的安定な遠隔の地上送信源クロックによって１つの計算から次の計算へ前進させられる。
【００６５】
歩行者ナビゲーションにおける利用に適した移動端末の移動の動的モデルは、最大許容加速度を制限するものである。これは、単に次の値を制限することによって表現することができる。
【数３】
上式において、ｒｋは移動端末のｋ番目のベクトルポジション、ｒｋ＋１はｔ時間後のベクトルポジション、縦のバーはそれらの間に含まれるベクトル量の絶対値を表す。状態ベクトルの計算では、解はａの値が起こり得る値の範囲内に保つ必要性によって制約される。
【００６６】
送信源クロックおよび端末クロックの動的モデルは、同様に可能な‘加速度’（クロックバイアスの秒変化率）の限度内に束縛することができる。
【００６７】
次の状態ベクトルを計算するための計算は、現状態ベクトルと測定値ベクトルが与えられた上でいくつかの既知技術を用いて実行することができる。例えば、ＭａｔｒｉｘとＧＰＳを支配する方程式は、現状態ベクトルから推測される端末の位置とＧＰＳ時刻の周りでテイラー展開することによって線形化することができ、その結果は、線形Ｋａｌｍａｎフィルタを適用するために使用することができる。非線形Ｋａｌｍａｎフィルタ法などの方程式の線形化を必要としない他の技術も可能である。しかしながら、それらは、ノイズが多い状況、または測定値が悪い状態の場合、例えば衛星および／もしくは地上送信源の配置がまずい場合には、あまりうまく挙動しない傾向がある。
【００６８】
次に、次の状態ベクトルを計算するための、ＲＬＳ（recursive least-squares）離散時間フィルタおよびプロパゲータを利用する好ましい方法について説明する。このプロセスは、適応型または非適応型の場合があり、状態ベクトルの推定誤差を最小化する形で１つの離散時刻から次の離散時刻へ移行する。添字１，２，３．．．ｋ−１，ｋ，ｋ＋１，．．．を使って添字ｋが時系列のｋ番目の時刻を表すように、離散時刻をラベリングする。以下に使用される変数名は、以下に与えられる意味を持つことに留意すべきで、既に使用された変数名と混同してはならない。
【００６９】
本プロセスのブロック図を図７に示す。測定値ベクトル７００は、ローカルクロック２０８に関する信号の到達時刻の測定値として再指定（７０２）される。信号は、測定値ベクトルに存在する場合には、ＧＰＳ受信機２００と地上送信源受信機２０４との両方から到来する可能性がある。各成分を識別する追加の情報がデータチャネル７０１に提供される。再指定（７０２）された測定値ベクトルＭｋは、離散時刻ｋで生成された測定値を代表する。
【００７０】
時刻ｋの１つ前の時間ステップ（１つ前の離散時刻ｋ−１）で予測されたベクトルＭの値は記号Ｖｋによって表され、それをＭｋと比較７０３することにより、次式で与えられる残差ベクトルＲｋが得られる。
【数４】
【００７１】
離散時刻ｋの状態ベクトルＳｋが計算（７０４）される。この計算への入力は、残差Ｒｋ、１つ前の状態ベクトルＳｋ−１、および情報ベクトルＤｋを含む。情報ベクトルＤｋは、初期位置情報ベクトルＸ０、地上送信源の位置、時刻ｋにおける現在の予測された衛星位置を指定する情報、および各衛星からのクロックオフセットをＧＰＳ時刻と関連付ける３つのクロック補正パラメータを含む各衛星ごとのクロックモデルを含む。Ｍｋ＋１の予測値のベクトルＶＫ＋１も次の時刻に備えて計算される。
【００７２】
状態ベクトルを推定７０４するプロセスは、以下のように数学的な言葉でも記述することができる。ここおよびその他のところでも、ベクトルはＳ、Ｘなどのように太字のイタリック体で表される。Ｈ、Θなどの太字の直立記号は行列を表す。
【００７３】
再指定された測定値ベクトルＭと対応する状態ベクトルＳとの間に次式に基づく線形関係が存在することを仮定する。
【数５】
上式において、ｎｋは測定誤差を表しており、Ｈｋは行列であり、ドット記号・は行列積を表す。次の状態ベクトルＳｋ＋１の予測値は、１つ前の状態ベクトルＳｋから、この状態ベクトルを次式に基づいて次の離散時刻へ伝搬させることによって形成される。
【数６】
上式において、Θｋ＋１，ｋは離散時刻ｋからｋ＋１へのシステムの動的モデルを具現化する状態ベクトル伝搬行列（プロパゲータ）であり、ｗｋは推定誤差を表すノイズ系列である。式（５）と式（６）において、系列｛ｎｋ｝＝（ｎ１，ｎ２，．．．．）と系列｛ｗｋ｝＝（ｗ１，ｗ２，．．．．）は、平均値がゼロで共分散行列が次式で定義される独立ホワイトノイズ系列を表す。
【数７】
上式において、ブラケットは囲まれた量の期待値がとられることを意味しており、Ｎｋはｎｋの分散、Ｗｋはｗｋの分散、δｋｊはクロネッカデルタ（Kroeneker delta）記号（ｊ≠ｋに対してはδｋｊ＝０、ｋ＝ｊに対してはδｋｊ＝１）、上付き文字Ｔは転置を表している。２つのホワイトノイズ系列は独立しているので、全てのｋとｊに対して＜ＮｋＷｊT＞＝０である。
【００７４】
状態ベクトルＳｋの推定値Ｓ∧ｋ｜ｋは、再指定された測定値系列（Ｍ０，Ｍ１，．．．，Ｍｋ）から、推定値の平均自乗誤差を最小化する形で計算される。添字ｋ｜ｋは‘時刻ｋまでのものを含む全体の測定値系列が与えられた上での時刻ｋにおける’と読まれるべきことを示している。これを果たす推定値は、Ｍａｒｋｏｖモデルを使って、測定値Ｍｋと時刻ｋ−１で受信されるものまでを含む累積したデータを使って時刻ｋ−１で生成される１つ前の最良推定値ベクトルＳ∧ｋ−１｜ｋ−１のみのイクスプリシットな関数（an explicit function）として計算され、（ａ）新データがない場合に予測される推定値Ｓ∧ｋ｜ｋ−１＝Θｋ，ｋ−１・Ｓ∧ｋ−１｜ｋ−１と（ｂ）測定値残差Ｒｋの線形結合である。新しい状態ベクトルＳｋは、時刻ｋ−１で生成された状態ベクトルの最良推定値を次式に基づいて遷移行列Θｋ，ｋ−１を使って次の時刻ｋまで広げることによって計算される。
【数８】
結果として、現状態ベクトルの最良推定値は、状態ベクトルの１つ前の最良推定値と、ｋとｋ−１との間のつなぎ期間内に累積した測定値データとを使って生成される。利得行列Ｇｋは、＜（Ｓｋ−Ｓ∧ｋ｜ｋ）Ｔ（Ｓｋ−Ｓ∧ｋ｜ｋ））＞を最小化するように選ばれ、それは次式で与えられる。
【数９】
上式において、行列ＮｋはＮｋの行列である。行列Ｐｋ｜ｋ−１は、予測推定値の誤差の共分散行列であり、次式で与えられる。
【数１０】
上式において、行列Ｗｋ−１はＷｋ−１の行列である。行列Ｐｋ｜ｋは推定値Ｓ∧ｋ｜ｋの誤差の共分散行列であり、次式で与えられる。
【数１１】
【００７５】
本プロセスの最後のステップ７０６では、既に述べたように状態ベクトルＳｋから現在位置情報ベクトルＸｋの推定値が形成される。これが動的ナビゲーションソリューションとしての出力７０７である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信システム技術に関し、特に、移動体通信システムの移動端末の位置を当該通信システムの信号と衛星測位システムＳＰＳ（satellite positioning systems）の信号を両方利用して決定するための手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
一部の国の法令では、セルラ通信システムのあらゆる通信事業者は、緊急の場合にはそのネットワーク内で稼働している移動端末があればその端末の位置を推定し報告することが求められている。移動端末に適用される測位法は、アプリケーションが端末の推定位置に基づいて情報を提供するロケーションベースのサービスにも利用されている。ＳＰＳ信号を利用することのほかに、通信ネットワーク自体の中で発信された移動端末とネットワーク送受信基地局との間のどちらかの方向に流れる信号を利用することを含む様々な要件を満足させる試みの中で、いくつかの測位法および測位システムが開発されてきた。衛星測位システムとしては、ＧＰＳ（Global Positioning system）やＧＬＯＮＡＳＳやＧａｌｉｌｅｏが挙げられる。これらは全て似たような働き方をする。地球近傍軌道上にある衛星は、受信端末と各衛星との間の距離の推定値を取得するために受信および復号されることが可能な測距信号を放射する。３次元的な位置決定（position fix）を遂行するにはＳＰＳ時間基準に関して測定された時間と一緒に斯かる推定値が通常４つ以上あれば十分である。
【０００３】
ＧＰＳの場合、民生利用できる信号は、１５７５．４２ＭＨｚ（Ｌ１帯として知られている）と１２２７．６０ＭＨｚ（Ｌ２帯として知られている）で放射される。Ｌ１搬送波信号は、チップレート１．０２３ＭＨｚで、各衛星ごとに異なる測距／拡散コード（ranging/spreading code）で２位相偏移変調される。コードは米国政府刊行物［Interface Standard IS-GPS 200］で仕様が定められたＧｏｌｄ系列の所定のメンバである。民用コードはＣＡコードと呼ばれ、１ｍｓごとに繰り返す１０２３チップの長さを持つ。
【０００４】
コードエポック（code epoch）つまり開始ポイント（コードの先頭のタイミング）は、ＩＳ−ＧＰＳ ２００に定義されており、ＣＡコードジェネレータのある特定の状態の発生に対応する。コードエポックは、衛星に搭載された高精度クロック（原子時計）と同期している。まとめてＧＣＳ（ground-based control segment）として知られるいくつかの地上コントロールセンタは、衛星クロックを継続的にモニタし、ＧＰＳ時刻として知られるＧＰＳ時刻基準と一致するように誘導する。このＧＰＳ時刻は、米国ワシントンＤＣのアメリカ海軍天文台（United States Naval Observatory）に置かれたクロックで刻まれており、それ自身、協定世界時ＵＴＣ（Universal Coordinated Time）との誤差が（閏秒を除いて）一般的に２〜３マイクロ秒内に収まる連続的な時間スケールである。各衛星クロックは、ＧＰＳ時刻との時間誤差が最大９７６．６ｍｓに及ぶ可能性がある。ＧＰＳ時刻と衛星クロックで刻まれている時刻との差は、衛星によってクロック補正パラメータとして知られる３つのパラメータを使ってユーザに同報される。
【０００５】
またＧＣＳ（ground-based control segment）は、各衛星の位置と軌道を測定し、推定する。衛星が実際にたどった軌跡に関する知識、その現在位置、太陽、月および地球の重力場の影響、太陽風の影響および何か他のより小さな力の影響の推定値が、各衛星の将来の軌道を予測するために使用され、予測結果は全てのユーザに同報される。軌道パラメータはまとめて衛星エフェメリス（satellite ephemeris）として知られ、それらは通常２〜３時間先まで外挿するために使用することが可能である。数ヶ月以上先まで有効な衛星アルマナック（satellite almanac）と呼ばれるより低精度の軌道も同報される。
【０００６】
無線受信機と、補助ハードウェアと、ソフトウェアプログラムを実行する１以上のプロセッサとを内蔵するＧＰＳ端末は、しばしばまとめて‘ＧＰＳ受信機’として知られる。以後、この広義の用語‘受信機’は、信号を受信・復号し、データを処理する機能を実行するために必要な全てのパーツを含むものと理解する。それ故に、ＧＰＳ受信機は、１以上の衛星の、衛星測距信号、衛星クロック補正パラメータ、衛星エフェメリスメッセージおよび衛星アルマナックメッセージを受信し、受信機の位置および速度、ローカルクロックのＧＰＳ時刻に関する時間オフセットを計算することが可能である。このローカルクロックは一般的にはＧＰＳ受信機に内蔵されたまたはＧＰＳ受信機に取り付けられた発振器に基づいており、ローカルクロック時刻はその発振器の位相によってコントロールされる。３次元的な位置＋時刻のソリューションに少なくとも４つの衛星測距信号が必要であるが、それができない場合に備えて３個もしくは２個の現存衛星信号または場合によっては１個だけの現存衛星信号でソリューションを得ることを可能にするいくつかのリバーショナリ（reversionary）動作モードも存在する。３０基の運転可能なＧＰＳ衛星の現コンステレイションは、１２個もの衛星信号が時折同時に受信できるような配置になっており、これによりソリューション誤差が低減される。
【０００７】
同様に、‘受信機’という言葉は、移動端末の地上送信源受信機に適用される場合には、同じ最広義において、無線受信機フロントエンドと、補助ハードウェアと、ソフトウェアプログラムを実行する１以上のプロセッサとを含むことが理解されるべきである。
【０００８】
ＳＰＳ（satellite positioning systems）受信機は、遮蔽物が何もない開放された空のもとでは非常にうまく機能するが、１以上の衛星信号が例えば建物内部など何かに遮られて減衰を強いられる場所ではあまりに成功裏に機能するとは言えない。これらの環境では、ＳＰＳ受信機は、機能し続ける代替的な位置特定（ロケーション）技術からの信号収集および信号再収集の両方の支援から利益を享受することができる。加えて、位置特定ソリューションは、遮蔽状況を強いられたＳＰＳ信号を利用する場合、近くの物体からの反射、エッジ周りの屈折、受信機と衛星との間の理想的な‘見通し’直線経路と比べたときの追加的な遅延時間、および異なる経路を伝搬する放射線（rays）同士の間の干渉を含む無線伝搬状態のために、多くの場合あまり精度は高くない。
【０００９】
移動端末の位置を発見するための、特にセルラ通信ネットワークに適した代替方法は、通信信号自体を利用する。これらの方法は、サービスセルタワー（serving cell tower）の位置を粗い位置の基準として利用し、移動端末から発信された信号の基地局サイトにおける到達角度または到達時間の測定値と、周囲の送信基地局から発信された信号の移動端末における到達時間の測定値とを利用することを含む。後者の場合では、通常、サービス送信機（‘サービスセル（serving cell）’）からの信号または端末のローカルクロックに関する、到達時間差が測定される。
【００１０】
移動ユーザのためのセルラ通信システムは、基地局送信が共通の時間基準に同期しているシステムと、基地局が同期していないシステムとに分類できる。ＣＤＭＡプロトコルを使用する通信システムは、通常、同期カテゴリに入るが、広帯域ＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ）およびＧＳＭ（この２つだけで世界中に導入済みのネットワーク基盤の８０％以上を占める）を含むその他のシステムのほとんどは同期しない（非同期）カテゴリに入る。ＣＤＭＡシステムは、基地局サイトに設置されたＧＰＳ受信機を使用してＧＰＳ時刻と同期する。
【００１１】
移動端末の位置は周囲の送信基地局からの信号の受信時刻の測定値から推定できる。実際には、通常測定されるものは、例えばＧＳＭにおける制御チャネルで同報される同期バースト、ＣＤＭＡ方式における拡散コードの位相、または任意の方式におけるフレーム境界など、変調における特定コンポーネントの受信時刻である。これらの測定値はそれぞれの送信機の位置と、特定コンポーネントの送信時刻または送信時間オフセットの知識と組み合わされる必要がある。一般に、いくつかの地理的に異なる基地局送受信機からの信号の独立したタイミングの測定が必要とされ、その最小数は計算により推定されなければならない未知変数の数に依存する。同期した送信機を用いて２次元的な位置を計算する場合には３つの測定値で十分である。同期していない（しかし安定した）送信機を用いて２次元的な位置を計算する場合、２つの別個の端末（または２つの位置の間を移動する１つの端末）による５つの送信機からの信号の測定値が必要とされる（米国特許第６，５２９，１６５号明細書と米国特許第６，９３７，８６６号明細書とを参照）。
【００１２】
ＣＤＭＡネットワーク送信はＧＰＳと同期しており、個々の送信機の送信時間オフセットが同報される。異なるサイトにある３つの送受信基地局からの信号の端末による受信時刻の（ＧＰＳ時刻に関する）測定値は端末から各サイトまでの距離に変換することができ、端末の水平ポジションは曖昧さなく計算することが可能である。同様に、２つの受信信号の時間差は２つの基地局送信機サイトの間の距離差を与え、斯かる距離差は３つあれば端末の位置の曖昧さのない計算を可能にするのに十分である。
【００１３】
ＧＳＭとＷ−ＣＤＭＡネットワークとは同期しておらず、これらに対しては時間差の測定値がしばしば利用される。最も関心があるのは隣接する送受信基地局の移動端末によって生成された測定値を使用する測位法である。受信信号の変調における選択コンポーネントの受信時刻がそれらの１つまたは端末内のローカルクロックに関して測定される。いわゆるＥ−ＯＴＤ（Enhanced Observed Time Difference）法では、相対的な送信時間オフセットは、既知のポジションにある１つ以上の決まった監視受信機（ＬＭＵ（Location Measurement Units））によって生成された類似の測定値から推定される。端末によって生成された相対的なタイミングをＬＭＵによって生成された対応する相対的なタイミングと組み合わせることによって、端末の位置は、双曲線型（米国特許第６，２７５，７０５号明細書）または円型（欧州特許第１，２７１，１７８号明細書）技術を使って計算することができる。
【００１４】
米国特許第６，５２９，１６５号明細書と米国特許第６，９３７，８６６号明細書とに記述されたＥ−ＯＴＤ法の１つの展開は、そこから全ての移動端末の位置が全ての基地局の送信時間オフセットと一緒に現れる大規模な計算（コードネーム‘Matrix’）において多くの移動端末によって生成された多くの送受信基地局の測定値を組み合わせることによってＬＭＵの利用を回避する。最小構成は、２つの端末がそれぞれ５つの基地局を測定するかまたは３つの端末が４つの基地局を測定するものである。しかし、実際には多くの端末と多くの基地局が使用される。基地局の送信時間オフセットは、全ての基地局からの信号を受信することが可能な所与の場所において（もしそのような場所があったとしたならば）単一の実ＬＭＵによって測定されるであろう受信時間オフセットのリストである‘仮想’ＬＭＵ（ＶＬＭＵ）を計算し、保持するために使用されることもある（国際公開第００／７３８１３号パンフレットを参照）。
【００１５】
Ｅ−ＯＴＤ法とそのMatrix展開との両方において基地局信号の送信または受信のユニバーサルタイムは決して決定されないことに注意する。相対的な時間差だけが測定される。このことは、例えば端末によるネットワーク信号の受信からＧＰＳ時刻を、較正することなく、ＧＰＳ基準のＬＭＵを使ってＶＬＭＵリストをＧＰＳ時刻と一致させることによって、または移動端末により較正することによって（国際公開第２００５／０７１４３０号パンフレットを参照）、引き出すことが可能ではないことを意味する。
【００１６】
概説した各測位法は、移動端末の位置を与える単独手段として単独に使用することが可能である。しかしながら、２つ以上の方法を一緒に組み合わせることには利点がある。１つの方法が失敗すれば別の方法により位置を与えることができるし、ネットワークベースの方法は、ＳＰＳ法により衛星信号を取得するのを支援することができる。ここで特に関心があるのはMatrix法とＳＰＳ法、例えばＧＰＳとの組み合わせである。Matrix法は１秒内に位置決定を遂行することができ、ユーザはほとんど瞬時に結果が得られる。しかしながら、ＧＳＭにおける精度は約１００ｍであり、これは当該目的に十分とは言えない。ＧＰＳ受信機が難しい環境でも２、３秒足らず後に位置決定（position fix）を得られるよう、セルラ信号も正確な時刻位置支援をＧＰＳ受信機に提供するために使用することができる（例えば、非特許文献［E GPS: indoor mobile phone positioning on GSM and W CDMA, Duffett-Smith, P. J. & Tarlow, S. Proceedings of the ION GNSS 2005 meeting, Long Beach, September 2005］を参照）。必要なものは最善の可能な測位サービスを提供するためにこれら２つのシステムを一緒に組み合わせる方法である。このことが本願において取り組むべき課題である。
【００１７】
ＳＰＳ測距信号と同期していないセルラ通信システムからの信号とを利用する位置特定計算方法を組み合わせる方法のいくつかの開示文献が存在する。ほとんどのものはＳＰＳ信号が利用可能であって妨害物に邪魔されないときにはＳＰＳ信号を利用し、それ以外のときはネットワーク信号を利用する。この選択の根拠は期待された精度に基づく。ＳＰＳ信号は、衛星から受信機までの信号経路が見通し直線に沿っているときは約１０ｍ内の位置精度を実現することができる。ＳＰＳ信号が妨害物に邪魔されるときは精度が５０ｍ乃至１００ｍまで低下し、その方法は、信号が十分減衰したときには結局は利用できなくなる。そのときでも２、３個の受け入れ可能なＳＰＳ信号が存在する場合がある。ネットワークベースの測位法は、約１００ｍ乃至２００ｍを実現することができ、セルラ信号は衛星信号よりもずっと強いのでほぼ常に利用可能である。
【００１８】
米国特許第６，２５２，５４３号明細書（２００１年、Campに付与）は、ＧＰＳ受信機から得られた距離と地上セルラ通信システムから得られた距離とを組み合わせる方法を開示している。測距測定値を組み合わせるためのいくつかのオプションが開示されている。これらの１つは、２つのＧＰＳ測距信号と２つの地上通信信号とを利用する。このとき、それらの信号の伝搬時間が測定され、距離推定値へと変換されている。この方法は、（衛星全体の中の）少なくとも２つの衛星と（セルラ基地局全体の中の）２つのセルラ基地局内のクロックの同期とを必要とする。セルラ基地局のクロックが同期していない場合であって、ＧＰＳ衛星が存在しないときは、５番目の基地局の測距測定値を追加して移動端末内のクロックを共通の時間に関して較正することを要求する。各基地局ごとにＧＰＳ時刻を基準にしたＬＭＵを使って同期された共通のクロックが基地局に与えられている場合を除いてこの方法がどのように働くかについての詳細は一切開示されていない。この方法は、ＧＳＭまたはＷＣＤＭＡ方式で使用されるような同期していない基地局には適さない。
【００１９】
米国特許第６，４３０，４１６号明細書（２００２年、Loomisに付与）は、特にこの目的に適した低コスト無線システムを利用して移動端末内のＧＰＳ受信機を支援する方法を開示している。この方法は、ＧＰＳ受信機と無線通信機とを両方内蔵する移動端末を有する。無線通信機は、基地局での到来時間を決定することが可能な信号を送信することができる無線送信機を含む。この信号は、ＩＤと利用可能ならＧＰＳ測定値とを含む移動端末に関する情報も搬送する。送信のタイミングは、可能ならＧＰＳ時刻と同期し、可能でなければ無線通信機からの信号のタイミングは、複数の基地局（少なくとも３基）で受信された際に、無線疑似距離測定器に送られる。ＧＰＳとの同期が可能でない場合、目的に適した機器から問い合わせパルスが送信可能であり、そのパルスは基地局と任意の移動端末に受信される。疑似距離測定値は、移動端末の位置を決定するために基地局に付随する計算センターで処理される。場合によっては、ＧＰＳと無線距離測定値との両方からの疑似距離測定値を、移動端末の位置特定ソリューションを形成するためにミックスすることができる。
【００２０】
さらに、ツネハラ（Tsunehara）およびクワハラ（Kuwahara）の米国特許第６，９２８，２９２号明細書（２００５年）は、ＧＰＳ受信機とセルラ信号から位置を計算するように構成されたセルラ受信機との両方を備えた移動端末を開示している。各位置特定機器は、信頼度指標（reliability indicator）も提供する。この指標は、いくつかの形式の１つを採用することができ、ＧＰＳまたはセルラの受信信号から計算される。ＧＰＳに関しては、信頼度指標は、位置と受信信号クォリティ（例えば信号対ノイズ比）との計算に使用される衛星信号の数に基づいていることがある。セルラ信号は、同期取得と受信タイミングの測定値を含む。セルラ信号は、計算に使用される信号の数と各基地局からの受信信号クォリティを含むセルラ信号の信頼度指標を決定するためにも使用される。位置計算では信頼度指標を使ってＧＰＳとセルラの両方からの別個の位置計算が例えば平均によって組み合わされる。ただし、２つの位置測定は同時でなければならないという制約がある。
【００２１】
Watters等の米国特許第６，２４９，２４５号明細書（２００１年）は、発明の４つの実施態様を開示している。最初の態様は、セルラ通信システムを利用してＤＧＰＳ補正値（differential GPS correction）を、セルラ信号を受信することが可能な移動端末に設置されたＧＰＳ受信機に送信する。第２の実施態様は、視野内に不十分なＧＰＳ衛星しかない場合にセルラ基地局から同報されるＧＰＳ‘スードライト（pseudolite）’信号を提供する。このスードライトからの距離測定値がＧＰＳ疑似距離測定値と置き換わる。第３の実施態様では、移動端末は視野内に十分なＧＰＳ衛星が存在する場合にはＧＰＳ信号を使って位置を計算する。所要数の衛星が視野内に存在しない場合は、位置計算はセルラネットワークインフラを用いて行われる。そして、最後の第４の実施態様では、基地局と移動端末との間の往復遅延時間を計算するためにセルラ信号が使用され、そこから距離計算が実行できる。この距離計算は、不十分なＧＰＳ衛星信号しか利用できないときにはＧＰＳ疑似距離と置き換わる。
【００２２】
上述した方法は、いずれもＧＰＳ信号とセルラ信号とネットワークから利用可能な全ての情報を利用しておらず、最適な方法によりアレンジされた２つのシステムタイプからの測定値の組み合わせでもない。より良い方法は、組み合わせＫａｌｍａｎフィルタまたはそれと類似のプロセスを利用することである。
【００２３】
ベストなナビゲーションソリューションを得るために異なるナビゲーションシステムからの測定値を組み合わせることにＫａｌｍａｎフィルタを使用することは、当該分野では周知である。例えば、非特許文献［Multi-configuration Kalman filter design for high-performance GPS navigation, Kao, M. H & Eller, D. H. IEE trans. Auto control, AC28, 304-314, March 1983］では、車載されたＧＰＳ受信機からの測定値が同じく車載された慣性センサからの測定値とどのように組み合わされるかが開示されている。別の例は、ＧＰＳやＧＬＯＮＡＳＳといった共同実装された別個のＳＰＳシステムからのデータを組み合わせることである。多くの他の例が存在する。しかし、これらのケースでは、共通のゴールは、本例では例えば車の位置、速度および加速度など、同じ物を測定する異なるローカルシステムからの出力を一緒に組み合わせることである。副産物として、ＧＰＳ受信機のクロックの状態も決定され、組み合わされたシステムの完全な記述に関係のある全ての成分を列挙した状態ベクトルの変数の１つとして保持される。
【００２４】
Ｋａｌｍａｎフィルタを使って異なるナビゲーションシステムを組み合わせることも当該分野では周知である。例えば、非特許文献［van Graas (J. Inst. Navigation 35, 2, 147-160, 1988)］は、疑似距離を混成（hybridize）して全ての利用可能なナビゲーション情報を効率的に処理する技術を使用してＧＰＳ測定値とＬｏｒａｎ−Ｃ測定値を融合する技術について述べている。しかしながら、測定値は２つの異なるシステムから来るが、それらは両方ともナビゲーション目的のために設計されていることに留意すべきである。特に、送信機のクロックオフセットは各システムで分かっている。同技術はＧＰＳを同期していないセルラ送信機で生成された測定値と組み合わせるシステムには適用することはできない。各セルラ送信機の送信時間オフセットは完全に未知で任意であるからである。
【００２５】
本ケースにおいて特に関心があることは、ＧＰＳなどの衛星ナビゲーションシステムと、例えばセルラネットワーク送信機などの地上送信源から受信された信号に基づく測位システムとの組み合わせである（例えば米国特許第６，５２９，１６５号明細書を参照）。克服されなければならない更なる問題としては、正確な時間、位置、および周波数を供給して、端末が建物内部にある場合など信号が弱い状況において衛星の捕捉および再捕捉の面で衛星測位システムを支援することが挙げられる。欧州特許出願第０６１１２１９４．３号明細書には、ユニバーサルタイム（例えばＧＰＳ時刻）を受信信号（例えばセルラネットワーク信号）と関連付ける方法であって、安定したクロックによってコントロールされた送信機から受信された安定した信号が移動端末で時間タグ付けされることを可能にする方法が記述されている。ユニバーサルタイムは、後で別の受信信号から‘読み出す’ことができる。国際公開第２００５／０７１４３０号パンフレットには、移動端末がネットワークを１つの送信機から別の送信機へ移動する際に送信機自体が互いに同期していなくとも時間タグ付け（time-tag）を可能にする方法が開示されている。この中核を成すものは国際公開第００／７３８１３号パンフレットに記述されたＶＬＭＵコンセプトである。このＶＬＭＵコンセプトによれば、米国特許第６，５２９，１６５号明細書に記述されたＭａｔｒｉｘ測位法の副産物として、送信機の送信時間オフセットのリストが作成され保持される。
【００２６】
地上送信機からの信号の利用に伴う更なる問題は、地上送信機に付随するクロックは移動端末のクロックと比べて多くの場合通常かなり安定しているが、それらのクロックは、相互に、そして使用中の特定ユニバーサルタイムから徐々にドリフトする可能性があり、その結果、時間タグは無期限に使用することはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明は、これらの問題を、常時優れたナビゲーションソリューションを与えるだけではなく１つのプロセスで全てのクロックの状態をローカルおよび遠隔の両方で追跡するという方法で、別々の測位システムの測定値を組み合わせることによって解決する。衛星測位システム受信機に正確な時間、位置、および周波数を供給する支援が‘組み込まれ’、移動端末が動き回る際に全ての環境にわたってスムーズな移行が実現される。これにより、端末を追跡し続けるのに要するリソースがより少なくて済むので、端末のバッテリ寿命に与える影響をより小さく抑えたままナビゲーションソリューションを保持することが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、上記課題を解決するため、セルラ通信ネットワークの移動端末のための動的ナビゲーションソリューションを取得し、保持するための方法であって、前記移動端末は、セルラ通信ネットワークの１つ以上の同期していない地上送信源からの信号を受信するための送信源受信機と、衛星測位システムの衛星からの信号を受信するための衛星測位受信機と、端末クロックとを備えたものである、方法を提供する。この方法は、
各値が受信機によって生成された測定値を表している斯かる値のリストと、前記端末クロックに関係する情報とを有する測定値ベクトルを取得するステップと、
システムの現状態を表す状態ベクトルを、以前に決定された状態ベクトルと前記測定値ベクトルと動的モデルとを使って計算するステップと、
前記状態ベクトルから動的ナビゲーションソリューションを導出するステップと
を有し、
前記状態ベクトルは、その成分として少なくとも、
（ａ）前記移動端末の１次元以上の位置情報と、
（ｂ）前記同期していない地上送信源に付随するクロックの所与の時間に関するバイアスの表現と、
（ｃ）前記端末クロックのバイアスと、
（ｄ）（ａ）乃至（ｃ）の成分に関連する誤差を示すクォリティ指標（quality indicators）と、
（ｅ）（ａ）乃至（ｃ）の成分の他の成分に対する依存度を示す相関指標（linking indicators）と
を含む。
【００２９】
動的ナビゲーションソリューションは、ある特定のエポック（epoch）における端末の位置状態の推定値を表す変数であって１次元以上における少なくとも端末の位置を含み、場合によっては端末の速度と加速度も含む変数から構成される。特定のエポックは、現在時刻であることもあれば、あるいは将来もしくは過去の時刻であることもある。例えば、ナビゲーションソリューションの計算とそれをスクリーンに表示するまでの例えば１秒の遅延時間とを克服するために、特定のエポックを現在時刻の１秒前に設定することが可能である。
【００３０】
本発明は、上記課題を解決するために、セルラ通信ネットワークの１つ以上の同期していない地上送信源からの信号を受信するための送信源受信機と、衛星測位システムの衛星からの信号を受信するための衛星測位受信機と、端末クロックとを備えた移動端末を含むナビゲーションシステムも提供する。本システムはプロセッサを備えており、該プロセッサは、
各値が受信機によって生成された測定値を表している斯かる値のリストと、前記端末クロックに関係する情報とを有する測定値ベクトルを取得する手段と、
システムの現状態を表す状態ベクトルを、以前に決定された状態ベクトルと前記測定値ベクトルと動的モデルとを使って計算する手段と、
前記状態ベクトルから動的ナビゲーションソリューションを導出する手段と
を有しており、
前記状態ベクトルは、その成分として少なくとも、
（ａ）前記移動端末の１次元以上の位置情報と、
（ｂ）前記同期していない地上送信源に付随するクロックの所与の時間に関するバイアスの表現と、
（ｃ）前記端末クロックのバイアスと、
（ｄ）（ａ）乃至（ｃ）の成分に関連する誤差を示すクォリティ指標と、
（ｅ）（ａ）乃至（ｃ）の成分の他の成分に対する依存度を示す相関指標と
を含む。
【００３１】
前記移動端末は、ＣＤＭＡ、ＧＳＭまたはＷ−ＣＤＭＡ技術を使用するようなセルラ通信ネットワークの端末でありうる。前記端末は、ネットワークに登録されていてもいなくてもよい。代わりに、前記端末は、１以上の同期していない地上送信源からの信号と１以上の衛星測位システムからの信号とを受信することが可能な任意の移動端末でありうる。本発明は、２以上の衛星測位システム受信機、または２以上の同期していない地上送信源、またはその両方を有する端末を含む。
【００３２】
同期していない地上送信源は、１以上のセルラ通信ネットワークの送信機または任意の目的でセットアップされた他の送信源でありうる。例えば、同期していない地上送信源は、無線またはテレビジョン送信機、または他の同報（放送）送信機でありうる。それらは同期した、または一部同期した、例えばセルラＣＤＭＡネットワークなどのシステムの送信機、あるいはＬＯＲＡＮ−Ｃ（ロランＣ）といった地上ナビゲーションシステムの送信機でありうる。これらのケースでは、本発明の方法は送信を同期していないものとして取り扱い、送信機の送信時間オフセットについての情報が利用できることを要しないが、ナビゲーションソリューションの一部としてそれらを推定する。全てのケースで、端末が送信源から受信する信号の１つの特徴に受信時間を割り当てることができるという要件が存在する。これは信号の位相であったり、または変調成分であったり、またはパルス源の場合には特定のパルスの受信であったりする場合がある。通常、本目的に使用される特徴は、（信号の位相のように）連続であるかまたは既知の受信パタン（例えばＧＳＭ同報制御チャネル信号における同期バースト）であるという要件が存在する。本発明は、ナビゲーションソリューションにおいて２以上のタイプの同期していない地上送信源からの信号の利用を含む。例えば、ＧＳＭネットワークおよびＷ−ＣＤＭＡネットワークからの信号が両方とも一緒に測定され使用されるか、またはＧＳＭネットワークおよび公共放送無線もしくはテレビジョンネットワークからの信号が両方とも一緒に測定され使用される。
【００３３】
前記衛星測位システムは、システムの端末の位置を決定する目的で地球軌道衛星を使用する、Ｔｒａｎｓｉｔ衛星システム、ＧＰＳ衛星システム、Ｇａｌｉｌｅｏ衛星システム、北斗衛星システム（Ｂｉｄｏｕ）、または準天頂衛星システム（ＱＺＳＳ）その他のシステムの１以上を含みうる。本発明は、ナビゲーションソリューションで使用される２以上の衛星測位システムからの信号を利用することを含む。
【００３４】
前記端末クロックは、端末に付随または接続した任意のクロックでありうる。このクロックは、ハードウェアもしくはソフトウェアまたはその両方で実装が可能であり、同期していない地上送信源受信機の１つの一部、衛星測位システム受信機の１つの一部、もしくは全ての受信機の共通するコンポーネント、または別個の発振器でありうる発振器によってコントロールされる。端末のローカルタイム（局所時間）は、この発振器の状態に関して測定される。
【００３５】
前記プロセッサは端末に付随または端末に直接接続されている場合があるか、またはそれは端末から遠隔にある場合がある。遠隔にある場合、それは１以上のリンクを介してそのデータを受信する。リンクは用途に応じて有線または無線であることが可能であり、リンクは単方向または双方向でありうる。例えば、前記プロセッサはセルラ端末の汎用プロセッサまたはセルラ無線ネットワークで端末と繋がった遠隔プロセッサでありうる。
【００３６】
測定値ベクトルは、各値が受信機によって生成された測定値を表している斯かる値のリストを含む。例えば、衛星システム受信機からの信号を表す値は、相互または共通の基準に関して測定された、受信機での事前処理から得られる疑似距離または時間オフセットの推定値である場合がある。別の例では、前記値は、同期していない地上送信源からの信号の１つに関して測定されたまたは端末クロックもしくは別の基準である場合がある共通の基準に関して測定された、これらの同期していない地上送信源からの信号の受信の時間オフセットの推定値を表す。それらの値は、受信機の出力の未処理の‘生の’ＩＱ（in-phase and quadrature）サンプルでありうる。用途に応じて多くのフォーマットが可能である。
【００３７】
測定値ベクトルは、端末のクロックに関係する値も含む。例えば、発振器の位相が表される場合もあれば、発振器に接続されたカウンタの状態が表される場合もある。あるいはクロック状態は、間接的に、例えばクロック信号を使用してまたはクロック信号から得られたもしくはクロック信号にロックされた‘チック（ticks）’を使用して測定値ベクトルに時間を記録することによって表されることがある。
【００３８】
測定値ベクトルは、不完全または可変長である場合がある。これは例えば、１以上の衛星が（建物などで）妨害されている間、または衛星および／または送信源の数が変化するときに起こることがある。測定値ベクトルの一時的に利用できないまたはまだ検出される必要があるベクトル成分は、測定値ベクトルにおいてヌル値で表される。例えば端末が送信源の受信範囲を超えて移動したために、存在したが今は消えてしまっている成分は、最初はヌル値で表されることがあるが、しばらく後に完全に除去されることがある。この結果、測定値ベクトルは短くなる。測定値ベクトルにおける測定値の表現はベクトル成分に関係する１以上の‘クォリティ’パラメータも含みうる。例えば、衛星疑似距離には測定値上のノイズの標準偏差値を表す値が伴う場合がある。この値は、ヌル測定値を表すために−１の値に設定されることがある。多くの他のスキームも可能である。
【００３９】
本願において、‘受信機’は、測定値ベクトルの値を提供する前に‘生の’信号を処理するための手段、例えば状況に応じて相互相関器または関連プロセッサで走るソフトウェアプログラム、を含む場合もあれば含まない場合もある。
【００４０】
状態ベクトルを決定する計算は、測定値ベクトルの成分の性質と程度に応じてより複雑な場合もあればあまり複雑でない場合もある。例えば、測定値ベクトルがそれぞれの受信機によって受信信号から既に得られたタイミングオフセットまたは疑似距離を含む場合には、計算はＫａｌｍａｎフィルタまたはその類似物で使用される種類のものでよい。測定値ベクトルが生の未処理データを含む場合、計算は実際には時間または距離値を計算するためにそれらの生データの処理を含むのでより複雑である。例えば、米国特許第６，５２９，１６５号明細書は、その位置が分かっているかまたは決定されている４以上の送信源からの信号の受信の相対的な時間の、位置が分かっていない２以上の端末による測定値が、端末の位置と相対的な送信時間オフセットのリストを両方同時に見つけるためにどのように使用されるかを教示している。この計算は、状態ベクトルの計算の一部として１以上の送信源受信機からの生の未処理のデータから出発して、または既に決定済みの時間オフセット値を使って、実行することができる。
【００４１】
状態ベクトルは、システムの現状態を表す。状態ベクトルは、ベクトル成分として、測位情報、端末に付随するクロックと地上送信源に付随するクロックの状態についての情報、クォリティ指標、および相関指標（linking indicators）を含む。
【００４２】
位置情報は、少なくとも１次元における端末の位置についての情報を含むが、２次元以上における情報、１次元以上における端末の速度、および１次元以上における端末の加速度も含みうる。例えば、位置情報は、定義されたジオイド（geoid）に関する経度、緯度および高度で表された、端末の実際の位置でありうる。あるいはそれは地球の中心を原点とするデカルト座標で表された位置でありうる。あるいはそれは実際の位置がそこから変換を用いて導出できる変数の集合でありうる。
【００４３】
クロックの状態の表現は、少なくともそれらのバイアス、すなわち所与の時間に関するそれらの誤差または所与の時間からのオフセットを含むが、それらのバイアスレート、バイアスレートの変化率なども含みうる。所与の時間は、ＧＰＳ時刻といった衛星測位システムの時間基準または他のユニバーサルタイムであるか、またはそれはクロックの１つの時間でありうる。同期していない地上送信源に付随するクロックに関係する成分は、直接測定されない端末から遠隔にあるクロックに必ず関係しているのに対し、位置情報と端末クロックの状態の表現における成分は、移動端末にローカルな変数に関係することに留意すべきである。同期していない送信源に付随するクロックの状態を表現する成分は、間接表現でありうる。例えば、ある特定の送信源をコントロールするために使用される発振器とその送信源のアンテナからの送信自体のタイミングとの間に未知の場合によっては可変な関係が存在することがある。それは、同期していない送信源の相互または共通の基準に関する決定可能な相対的な送信時間オフセットに過ぎない場合がある。それ故、これらの成分は、同期していない送信源の送信時間のオフセットまたはオフセット変化率、またはＶＬＭＵポジションに適切な受信時間オフセットなどでありうる。統合型ナビゲーションの目的のために、状態ベクトルのこれらの成分は、相対時間のソース、従って時間の安定した遠隔リポジトリとしての役割を果たす必要があるだけである。
【００４４】
クォリティ指標は、位置情報とクロック状態表現に関連する誤差、例えば分散値、に関係する。相関指標は位置情報またはクロック状態表現のどれかの成分とどれか他の成分との依存度、例えば共分散値、を示している。
【００４５】
状態ベクトルの成分の値を決定する計算は、プロセッサによって実行され、１つ以上の以前の状態ベクトルの成分の値の一部または全てのほかに最近の測定値ベクトルを構成する値のリストの利用を含む。計算は、変数がある１つの計算から次の計算までどのように変化し得るかを記述する、例えば可能なソリューションを物理的にあり得るものに制約する端末の移動の動的モデルなどの、１以上の動的モデルの利用を含む。例えば、体重８０ｋｇの歩行者は歩行速度から１秒で３０ｍ／ｓに加速することは（車にぶつかって飛ばされる場合以外）ほとんどあり得ない。それでもなお、束縛のないデータは、誤差故に斯かるナビゲーションソリューションを提示する可能性がある。動的モデルは、現実的な束縛条件を課し、これにより間違った測定値のソリューションにおけるウェイトが低減される。次の測定値があり得ない動きを更にサポートする場合にのみ、そのデータにフィットする蓋然性に合わせてウェイトが増す。ネットワークとローカルクロックの状態の推定値がどれくらい速く変化することが許されるかを他の動的モデルが制約する場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】通信ネットワーク端末、送受信基地局、およびＧＰＳ衛星を有するシステムの略構成図である。
【図２】本発明による移動端末の主要コンポーネントを示す略構成図である。
【図３】測定値ベクトルの成分を表形式で示す図である。
【図４】状態ベクトルの成分を表形式で示す図である。
【図５】共分散行列の成分を示す図である。
【図６】動的ナビゲーションソリューションの成分を表形式で示す図である。
【図７】計算プロセスのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１に移動端末１００を示す。移動端末１００は、送受信基地局１０２〜１０５を有するセルラ移動体通信ネットワーク１０１からの信号と衛星１０７〜１１０を有する衛星測位システム１０６からの信号を受信することが可能である。この特定の事例では、セルラネットワークは送受信基地局が互いに同期し合っていないＧＳＭネットワークであるが、本発明はいかなるタイプの送信源にも、それらがセルラ通信ネットワークの一部であろうがなかろうが、等しく適用可能である。また、この特定の事例では、衛星測位システム１０６はＧＰＳ（Global Positioning System）である。この測位システムの衛星は低い地球軌道を周回する宇宙ビークル（ＳＶ：space vehicles）であるが、本発明は１以上の宇宙ビークルを有する任意の衛星測位システムに等しく適用される。
【００４８】
図２は、本発明による移動端末１００の主要コンポーネントの略構成図である。ＧＰＳ受信機２００はＧＰＳ衛星１０７〜１１０からの信号を拾うためのアンテナ２０１を備えており、拾われた信号は無線フロントエンド２０２に送られる。フロントエンド２０２は、ＧＰＳ受信機に通常付随する増幅、周波数変更、帯域通過フィルタリング、および数値化機能を実行し、ＩＱ（In-phase and Quadrature-phase）デジタルサンプルを出力（２１１）する。本実施形態では、これらはＧＰＳ処理モジュール２０３に送られ、そこで相互相関や復調といった機能が実行される。別の実施形態では、ＩＱサンプルは、（存在しない場合がある）ＧＰＳ処理モジュール２０３をバイパスして、プロセッサ２０９にダイレクトに送られる。ＧＰＳ処理モジュール２０３は、様々な衛星１０７〜１１０からの信号のコード位相の時間オフセットの推定値または均等に擬似距離(pseudo-ranges)の推定値を推定する。これらは、リンク２１３を介してプロセッサ２０９に送られる。
【００４９】
ＧＳＭ受信機２０４はＧＳＭ送信機１０２〜１０５からの信号を拾うためのアンテナ２０５を備えており、拾われた信号は無線フロントエンド２０６に送られる。フロントエンド２０６は、ＧＳＭ受信機に通常付随する増幅、周波数変更、帯域通過フィルタリング、および数値化機能を実行し、ＩＱ（In-phase and Quadrature-phase）デジタルサンプルを出力２１５する。本実施形態では、これらはＧＳＭ処理モジュール２０７に送られ、そこで相互相関や復調といった機能が実行される。別の実施形態では、ＩＱサンプルは、（存在しない場合がある）ＧＳＭ処理モジュール２０７をバイパスして、プロセッサ２０９にダイレクトに送られる。ＧＳＭ処理モジュール２０７は、様々なＧＳＭ送信機１０２〜１０５からの信号の特定コンポーネントの時間オフセットの推定値を引き出す。これらは、リンク２１７を介してプロセッサ２０９に送られる。
【００５０】
図２には端末クロックモジュール２０８も示されている。この端末クロックモジュール２０８は、発振器その他のコンポーネントから成り、一緒に規則正しいクロック信号を生成２１８する。クロック信号は、ＧＰＳ受信機２００の処理モジュール２０３に印加され、そこからリンク２１０を介してＧＰＳフロントエンド２０２に送られる。クロック信号は、同様にＧＳＭ受信機２０４の処理モジュール２０７にも印加され、そこからリンク２１４を介してＧＳＭフロントエンド２０６に送られる。クロック信号は、プロセッサ２０９にもダイレクトに送られる。受信機２００および２０４の場合、各受信機は、斯かるクロック信号をその基準源（reference source）として利用する。プロセッサ２０９の場合、クロック信号は、（これによりプロセッサで実行されるソフトウェアプログラムがローカルタイムを追跡し続ける）一連の割り込みをトリガーするために使用される。別の実施形態では、クロック信号は‘ローカルクロックサンプル’として直接受理される。
【００５１】
図２には他のリンク２１２と２１６も示されている。これらのリンクによりプロセッサ２０９からそれぞれの受信機２００および２０４に制御情報が送られる。例えば、ＧＰＳ受信機２００に供給される制御情報は、ＧＰＳ時刻と周波数オフセットの推定値を含むソフトウェアメッセージの様式にある。これらは、ＧＰＳ受信機に提供される支援情報の一部を形成する。衛星エフェメリスおよび衛星アルマナックといった他の支援情報が、ＧＳＭネットワーク１０１に付属するサーバから供給され、同報またはポイントツーポイントのメッセージングで移動端末１００に送信されることがある。これらのメッセージは、アンテナ２０５で拾われ、処理され、リンク２１５、リンク２１７およびリンク２１２を介してＧＰＳ受信機２００に供給される。同様に、ネットワーク内のサーバからプロセッサ２０９へ無線インタフェースとリンク２１５、２１７を介して、（本例では開始値として利用される）ＶＭＬＵ値を送ることが可能である。
【００５２】
図３に示された測定値ベクトル（measurement vector）は、モジュール２０３から送られたＧＰＳコード位相オフセットの推定値、モジュール２０７から送られた、間接的にローカルクロック２０８からのクロック信号からの受信時間オフセットの推定値から構成される。図示された特定のケースでは、衛星ＳＶ１乃至ＳＶ５からのコード位相の相対的タイミングに対応するＮｓ＝５個の成分ｓ１乃至ｓ５と、その各成分に適用されるクォリティ指標σ２ｓ１乃至σ２ｓ５がとが一緒に存在する。クォリティ指標は、その値ゼロが完全にノイズのないデータを表す分散値の形をとる。対応する成分の値の信頼性が下がるほどその分散値は増大する。‘フラグ’値＝−１は、対応する成分が存在せずヌル値を示している。斯かるヌル値は計算では無視される。
【００５３】
図３に示すように移動端末が６基のＧＳＭ送受信基地局から受信した信号のＮｎ＝６個の観測時間差（ＯＴＤ：observed time differences）ｎ１乃至ｎ６もそれらのクォリティ指標σ２ｎ１乃至σ２ｎ６と共に測定値ベクトルの成分である。同じくこれらは対応する成分の分散値の形をとることができるが、別の実施形態ではそれらは例えばそれぞれの送信機からの信号の相互相関プロファイルが期待されたプロファイルにどれだけ良く適合するかといった他の情報から導出される場合がある。ヌルデータ値は、同じく対応するクォリティ指標値＝−１で表すことができる。
【００５４】
図３に示したローカルクロック時間ｔＬは、ソフトウェアカウンタから読み出された値である。ローカルクロック発振器２０８からの信号は、割込が生成されるごとにカウンタをインクリメントするようにプログラムされたプロセッサ２０８の割込ターミナルに印加される。このため、この値に割り当てられたクォリティ指標は存在しない。それは常に存在し（存在しなければ致命的なエラー）、その値（−確定的なデジタル値−）は、その次の割込の瞬間のローカル時間と見なされる。
【００５５】
図４に本発明の本例で使用される状態ベクトルを表形式で示す。移動端末の３次元的な位置情報は、経度・緯度・高度（ＷＧＳ８４測地系に関するｘ、ｙ、ｚ）、端末の速度（ν１，ν２，ν３）、端末の加速度（ａ１，ａ２，ａ３）で表される。これらは、現時刻（current instant）、つまり測定値ベクトルにおける端末クロックで指定される時刻と見なされる状態ベクトルのエポックで計算された値である。端末クロックバイアスＴＬとその変化率Ｔ’Ｌの推定値も状態ベクトルで運ばれる。測定値ベクトルにおける端末クロック時間がｔＬであれば、現時刻におけるＧＰＳ時刻の最良推定値はτ＝ｔＬ＋ＴＬである。
【００５６】
図４には送信時間オフセットαＡ乃至αＮとその対応する変化率α’Ａ乃至α’Ｎの値も示されている。Ｎの値は、状態ベクトルで表される送信源の総数である。しかし、Ｎｎは移動端末の移動に伴って変動するので、Ｎは必ずしも測定値ベクトルで表されるＮｎと同じではなく、端末が受信することが可能な送信源のサブセットも変化する。
【００５７】
図４に表示された状態ベクトルのもう１つの成分は共分散行列Ｃである。これを図５により詳しく示す。それは、ｐをＣ自体を含まない状態ベクトルで表される変数（Ｃ以外の変数）の総数とすれば、ｐ×ｐ行列である。本ケースでは、３０基の衛星のエントリ、言ってみれば３０個の送信源に対して、この行列は原理的には１３１×１３１＝１７１６１個の成分を有するが、そのうちの多くはゼロとなる。共分散行列の対角線に沿った量は状態ベクトルの対応する成分に関連する分散である。本ケースでは、例えば、（３，３）の位置にある成分は、ｚの推定値に関連する分散σ２ｚｚである。非対角成分は、状態ベクトルの対応する変数同士の間にどれだけ関連性が存在するかを示す。従って、その多くは関連性が無いことを表す値ゼロを有する。例えば、σ２αｋｘは、送信源Ｋの送信時間オフセットαＫとｘとの間に存在する関連度を表している。ここに示した特定のケースでは、共分散行列が１つだけ存在する。別の実施形態では、単一の共分散行列は、複数のより小さな共分散行列に分解される。
【００５８】
ナビゲーションソリューション（図６）は、状態ベクトルから導出される。これは、移動端末の３次元的な位置（ｘ，ｙ，ｚ）を、移動端末の速度（ν１，ν２，ν３）、移動端末の加速度（ａ１，ａ２，ａ３）およびＧＰＳ時刻τと共に含む。これらの値は本ケースでは全て状態ベクトルでイクスプリシットに表現されているので、現ナビゲーションソリューションを決定するプロセスは、状態ベクトルから対応する変数の１つを単に選択するだけでよい。しかしながら、将来の時間、例えばＧＰＳ時刻τ＋ｔのナビゲーションソリューションが必要とされる場合には、最初に外挿が行われなければならない。加速度が一定と見なされるほどｔが十分小さければ、外挿位置ｒは、現在位置ｒ０と速度νおよび加速度ａを用いて次式に基づいて見つけることができる。
【数１】
上式において、太文字はベクトル量を表している。別の実施形態では、状態ベクトルにおける位置情報は、異なる形で、例えば異なる座標系で、または既知のポイントからの距離の集合として表される。その際、現ナビゲーションソリューションの計算は変換を含まなければならない。
【００５９】
新しい状態ベクトルを見つけるための計算は、（ｉ）地上送信源受信機からの測定値を処理して移動端末の現在位置と送信源の送信時間オフセットの推定値を取得するステップと、（ｉｉ）ＧＰＳ受信機からの測定値を処理して、推定された現在のＧＰＳ時刻における移動端末の位置の現在推定値から検出された衛星までの距離（ranges）を取得するステップと、（ｉｉｉ）少なくとも１つの以前の状態ベクトル、移動端末の移動の動的モデル、送信源クロックの動的モデルおよび端末クロックの動的モデルを使用する結果を組み合わせて新しい状態ベクトルを取得するステップとを含む。ＧＰＳ受信機の動作も以前の状態ベクトルが保持する情報、特にＧＰＳ時刻、移動端末の位置、および端末クロックバイアス（つまりその周波数オフセット）の変化率の推定値によって支援される。これによりＧＰＳ受信機は断続的に使用され、測定の合間はターンオフすることが可能となり、結果的にバッテリ寿命が長くなる。従来の動作モードでは、ＧＰＳ受信機は見える範囲の衛星を追跡する必要があり、これには絶え間ない（例えば１秒おきの）測定が必要となる。地上送信源からの信号の測定値を利用することによって、ローカルクロックドリフト、移動端末の移動、および端末クロックの誤差が、ＧＰＳがＧＰＳシステムからの時折の位置決定（fixes）を要求することとは無関係に、全て追跡できる。
【００６０】
米国特許第６，５２９，１６５号明細書および米国特許第６，９３７，８６６号明細書に開示されたＭａｔｒｉｘ法は、複数の送信源からの信号の複数の端末位置における相対受信時間の測定値を使って全ての端末位置と送信源の送信時間オフセットを計算する。Ｍａｔｒｉｘ法の働き方は、それを支配する方程式を考えることによって示される。簡単のため、解析を２次元のケース、つまり端末位置と基地局が全て平面内に存在するケースに制約する。これは通常の設定であるが、空中都市のセンターでは３次元的な配置がより適切だと考えられる。Ｍ個の斯かる端末位置から成る集合のｉ番目の端末位置は、平面内の（任意の）原点に関するベクトルｒｉによって指定され、Ｎ個の送信機から成る集合のｊ番目のネットワーク送信機の位置は同じ原点に関するベクトルｂｊによって指定される。信号が送信機ｊから端末位置ｉで受信される時間ｔｉｊは次式で与えられる。
【数２】
上式において、ｉ＝１，．．．，Ｍ、ｊ＝１，．．．，Ｎ、εｉは端末のローカルクロックの当該位置における（距離で表された）時間オフセットであり、αｊは送信機の（同じく距離で表された）送信時間オフセットであり、ｃは無線波の伝搬速度である。ｔ、εおよびαの値は、全てＵＵＣ（universal uniform clock）に関して表される。
【００６１】
これは、３Ｍ＋Ｎ−１個の未知変数に対するＭＮ個の連立方程式を定義する。（−１はタイミングの絶対値が無意味を持たないことからきており、そのためεｉまたはαｊ値の１つは一般性を損なうことなくゼロに設定できる。）ＭＮが少なくとも３Ｍ＋Ｎ−１と同程度であれば、連立方程式の解は存在し得る。基地局と端末の位置の幾何学的配置がそれを許すのであれば、計算によりｒｉ、εｉおよびαｊの全ての値が与えられ、そのαｊの値を持つネットワークタイミングモデルが保持され、その他の値が破棄される。基地局の位置は、既知であると仮定され、端末内のプロセッサに例えばネットワーク内のサーバから同報で供給されなければならない。
【００６２】
移動端末の位置は、３以上の地上送信源の測定値から、αｊの対応する値がネットワークタイミングモデルから得られるという条件で、計算することができる。ネットワークタイミングモデルを生成するための最小構成は、（Ｍ＝２，Ｎ＝５）および（Ｍ＝３，Ｎ＝４）を含むが、実際には多くの端末からのタイミング測定が使用される。
【００６３】
本ケースでは、或る位置から別の位置へ移動する単一の端末が使用される。これには送信源の送信時間オフセットが十分長期にわたって予測ができるように送信源が十分にうまくコントロールされることが必要とされる。実際には、多くのネットワークは、ネットワーク構成とデザインに応じて、１時間乃至１日の範囲で安定性を示すことが分かっている。
【００６４】
ＧＰＳ測距値からの移動端末の位置の計算で使用される方程式と方法は周知であり、ここで改めて述べるまでもない。しかしながら、これらと既に議論したＭａｔｒｉｘ計算との間には基本的な違いが存在する。
（ａ）衛星クロックバイアスは、ＧＰＳ受信機がＳＶを同期した送信源として取り扱えるように、同報される。４つ以上の距離に基づく計算はＧＰＳ時刻のほかに端末の位置も与える。
（ｂ）指摘したように、Ｍａｔｒｉｘ法は受信時間オフセット同士の間の差しか使用せず、送信源は同期していないので、‘ネットワーク時間’の均等概念が存在しない。送信時間オフセットのリストの基準時は任意であるが、較正によってＧＰＳ時刻に設定可能である（国際公開第２００５／０７１４３０号パンフレットを参照）。
従って、２つの方法（ＧＰＳとＭａｔｒｉｘ）の相互作用は、（ｂ）で議論された時間オフセットを通じてのものである。状態ベクトルにおけるＧＰＳ時刻の推定値は端末の移動を許すやり方で比較的安定な遠隔の地上送信源クロックによって１つの計算から次の計算へ前進させられる。
【００６５】
歩行者ナビゲーションにおける利用に適した移動端末の移動の動的モデルは、最大許容加速度を制限するものである。これは、単に次の値を制限することによって表現することができる。
【数３】
上式において、ｒｋは移動端末のｋ番目のベクトルポジション、ｒｋ＋１はｔ時間後のベクトルポジション、縦のバーはそれらの間に含まれるベクトル量の絶対値を表す。状態ベクトルの計算では、解はａの値が起こり得る値の範囲内に保つ必要性によって制約される。
【００６６】
送信源クロックおよび端末クロックの動的モデルは、同様に可能な‘加速度’（クロックバイアスの秒変化率）の限度内に束縛することができる。
【００６７】
次の状態ベクトルを計算するための計算は、現状態ベクトルと測定値ベクトルが与えられた上でいくつかの既知技術を用いて実行することができる。例えば、ＭａｔｒｉｘとＧＰＳを支配する方程式は、現状態ベクトルから推測される端末の位置とＧＰＳ時刻の周りでテイラー展開することによって線形化することができ、その結果は、線形Ｋａｌｍａｎフィルタを適用するために使用することができる。非線形Ｋａｌｍａｎフィルタ法などの方程式の線形化を必要としない他の技術も可能である。しかしながら、それらは、ノイズが多い状況、または測定値が悪い状態の場合、例えば衛星および／もしくは地上送信源の配置がまずい場合には、あまりうまく挙動しない傾向がある。
【００６８】
次に、次の状態ベクトルを計算するための、ＲＬＳ（recursive least-squares）離散時間フィルタおよびプロパゲータを利用する好ましい方法について説明する。このプロセスは、適応型または非適応型の場合があり、状態ベクトルの推定誤差を最小化する形で１つの離散時刻から次の離散時刻へ移行する。添字１，２，３．．．ｋ−１，ｋ，ｋ＋１，．．．を使って添字ｋが時系列のｋ番目の時刻を表すように、離散時刻をラベリングする。以下に使用される変数名は、以下に与えられる意味を持つことに留意すべきで、既に使用された変数名と混同してはならない。
【００６９】
本プロセスのブロック図を図７に示す。測定値ベクトル７００は、ローカルクロック２０８に関する信号の到達時刻の測定値として再指定（７０２）される。信号は、測定値ベクトルに存在する場合には、ＧＰＳ受信機２００と地上送信源受信機２０４との両方から到来する可能性がある。各成分を識別する追加の情報がデータチャネル７０１に提供される。再指定（７０２）された測定値ベクトルＭｋは、離散時刻ｋで生成された測定値を代表する。
【００７０】
時刻ｋの１つ前の時間ステップ（１つ前の離散時刻ｋ−１）で予測されたベクトルＭの値は記号Ｖｋによって表され、それをＭｋと比較７０３することにより、次式で与えられる残差ベクトルＲｋが得られる。
【数４】
【００７１】
離散時刻ｋの状態ベクトルＳｋが計算（７０４）される。この計算への入力は、残差Ｒｋ、１つ前の状態ベクトルＳｋ−１、および情報ベクトルＤｋを含む。情報ベクトルＤｋは、初期位置情報ベクトルＸ０、地上送信源の位置、時刻ｋにおける現在の予測された衛星位置を指定する情報、および各衛星からのクロックオフセットをＧＰＳ時刻と関連付ける３つのクロック補正パラメータを含む各衛星ごとのクロックモデルを含む。Ｍｋ＋１の予測値のベクトルＶＫ＋１も次の時刻に備えて計算される。
【００７２】
状態ベクトルを推定７０４するプロセスは、以下のように数学的な言葉でも記述することができる。ここおよびその他のところでも、ベクトルはＳ、Ｘなどのように太字のイタリック体で表される。Ｈ、Θなどの太字の直立記号は行列を表す。
【００７３】
再指定された測定値ベクトルＭと対応する状態ベクトルＳとの間に次式に基づく線形関係が存在することを仮定する。
【数５】
上式において、ｎｋは測定誤差を表しており、Ｈｋは行列であり、ドット記号・は行列積を表す。次の状態ベクトルＳｋ＋１の予測値は、１つ前の状態ベクトルＳｋから、この状態ベクトルを次式に基づいて次の離散時刻へ伝搬させることによって形成される。
【数６】
上式において、Θｋ＋１，ｋは離散時刻ｋからｋ＋１へのシステムの動的モデルを具現化する状態ベクトル伝搬行列（プロパゲータ）であり、ｗｋは推定誤差を表すノイズ系列である。式（５）と式（６）において、系列｛ｎｋ｝＝（ｎ１，ｎ２，．．．．）と系列｛ｗｋ｝＝（ｗ１，ｗ２，．．．．）は、平均値がゼロで共分散行列が次式で定義される独立ホワイトノイズ系列を表す。
【数７】
上式において、ブラケットは囲まれた量の期待値がとられることを意味しており、Ｎｋはｎｋの分散、Ｗｋはｗｋの分散、δｋｊはクロネッカデルタ（Kroeneker delta）記号（ｊ≠ｋに対してはδｋｊ＝０、ｋ＝ｊに対してはδｋｊ＝１）、上付き文字Ｔは転置を表している。２つのホワイトノイズ系列は独立しているので、全てのｋとｊに対して＜ＮｋＷｊT＞＝０である。
【００７４】
状態ベクトルＳｋの推定値Ｓ∧ｋ｜ｋは、再指定された測定値系列（Ｍ０，Ｍ１，．．．，Ｍｋ）から、推定値の平均自乗誤差を最小化する形で計算される。添字ｋ｜ｋは‘時刻ｋまでのものを含む全体の測定値系列が与えられた上での時刻ｋにおける’と読まれるべきことを示している。これを果たす推定値は、Ｍａｒｋｏｖモデルを使って、測定値Ｍｋと時刻ｋ−１で受信されるものまでを含む累積したデータを使って時刻ｋ−１で生成される１つ前の最良推定値ベクトルＳ∧ｋ−１｜ｋ−１のみのイクスプリシットな関数（an explicit function）として計算され、（ａ）新データがない場合に予測される推定値Ｓ∧ｋ｜ｋ−１＝Θｋ，ｋ−１・Ｓ∧ｋ−１｜ｋ−１と（ｂ）測定値残差Ｒｋの線形結合である。新しい状態ベクトルＳｋは、時刻ｋ−１で生成された状態ベクトルの最良推定値を次式に基づいて遷移行列Θｋ，ｋ−１を使って次の時刻ｋまで広げることによって計算される。
【数８】
結果として、現状態ベクトルの最良推定値は、状態ベクトルの１つ前の最良推定値と、ｋとｋ−１との間のつなぎ期間内に累積した測定値データとを使って生成される。利得行列Ｇｋは、＜（Ｓｋ−Ｓ∧ｋ｜ｋ）Ｔ（Ｓｋ−Ｓ∧ｋ｜ｋ））＞を最小化するように選ばれ、それは次式で与えられる。
【数９】
上式において、行列ＮｋはＮｋの行列である。行列Ｐｋ｜ｋ−１は、予測推定値の誤差の共分散行列であり、次式で与えられる。
【数１０】
上式において、行列Ｗｋ−１はＷｋ−１の行列である。行列Ｐｋ｜ｋは推定値Ｓ∧ｋ｜ｋの誤差の共分散行列であり、次式で与えられる。
【数１１】
【００７５】
本プロセスの最後のステップ７０６では、既に述べたように状態ベクトルＳｋから現在位置情報ベクトルＸｋの推定値が形成される。これが動的ナビゲーションソリューションとしての出力７０７である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルラ通信ネットワークの移動端末のための動的ナビゲーションソリューションを取得し、保持するための方法であって、前記移動端末は、セルラ通信ネットワークの１つ以上の同期していない地上送信源からの信号を受信するための送信源受信機と、衛星測位システムの衛星からの信号を受信するための衛星測位受信機と、端末クロックとを備えており、当該方法は、
各値が受信機によって生成された測定値を表している斯かる値のリストと、前記端末クロックに関係する情報とを有する測定値ベクトルを取得するステップと、
システムの現状態を表す状態ベクトルを、以前に決定された状態ベクトルと前記測定値ベクトルと動的モデルとを使って計算するステップと、
前記状態ベクトルから動的ナビゲーションソリューションを導出するステップと
を有しており、
前記状態ベクトルは、その成分として少なくとも、
（ａ）前記移動端末の１次元以上の位置情報と、
（ｂ）前記同期していない地上送信源に付随するクロックの所与の時間に関するバイアスの表現と、
（ｃ）前記端末クロックのバイアスと、
（ｄ）（ａ）乃至（ｃ）の成分に関連する誤差を示すクォリティ指標と、
（ｅ）（ａ）乃至（ｃ）の成分の他の成分に対する依存度を示す相関指標と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記状態ベクトルは、成分（ａ）として速度情報も含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記状態ベクトルは、成分（ａ）として加速度情報も含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記状態ベクトルは、成分（ｂ）として前記同期していない地上送信源に付随するクロックのバイアスレートを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記状態ベクトルは、成分（ｂ）として前記同期していない地上送信源に付随するクロックのバイアスレートの変化率を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記状態ベクトルは、成分（ｃ）として前記端末クロックのバイアスレートを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記状態ベクトルは、成分（ｃ）として前記端末クロックのバイアスレートの変化率を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記状態ベクトルのクォリティ指標（ｄ）は、前記状態ベクトルの（ａ）乃至（ｃ）の成分に関する分散値を含むことを特徴とする請求項１乃至７に記載の方法。
【請求項９】
前記状態ベクトルの前記相関指標（ｅ）は、前記状態ベクトルの（ａ）乃至（ｃ）の成分を（ａ）乃至（ｃ）の他の成分と関連付ける共分散値であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記動的ナビゲーションソリューションは、ある特定のエポックにおける前記移動端末の位置状態の推定値を表す変数であって少なくとも前記移動端末の位置を含む変数を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
ある特定のエポックにおける前記移動端末の位置状態の推定値を表す変数は、その速度も含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ある特定のエポックにおける前記移動端末の位置状態の推定値を表す変数は、その加速度も含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記測定値ベクトルの値のリストは、相互または共通の基準に関して測定された、前記受信機における事前処理から得られた疑似距離または時間オフセットの推定値を含むことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記測定値ベクトルの値のリストは、前記同期していない地上送信源からの信号の受信の、それらの１つまたは共通の基準に関して測定された時間オフセットの推定値を含むことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記端末クロックの状態に関係する測定値ベクトルの値は、発振器の位相、または発振器に接続されたカウンタの状態を表すことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記端末クロックの状態に関係する測定値ベクトルの値は、クロック信号を使ってまたはクロック信号から得られたもしくはクロック信号にロックされた‘チック’を使って測定値ベクトルの時間を記録することによって間接的に表されることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記測定値ベクトルの一時的に利用できないまたはまだ検出される必要がある成分は、前記測定値ベクトルのヌル値で表されることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記測定値ベクトルにおける測定値の表現は、成分に関係する１つ以上のクォリティパラメータも含むことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
測定値は、２以上の衛星測位システムからの信号から作成されることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
測定値は、２以上のタイプの同期していない地上送信源からの信号から作成されることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
セルラ通信ネットワークの１つ以上の同期していない地上送信源からの信号を受信するための送信源受信機と、衛星測位システムの衛星からの信号を受信するための衛星測位受信機と、端末クロックとを備えた移動端末を含むセルラ通信システムであって、該システムはプロセッサを備えており、該プロセッサは、
各値が受信機によって生成された測定値を表している斯かる値のリストと、前記端末クロックに関係する情報とを有する測定値ベクトルを取得する手段と、
システムの現状態を表す状態ベクトルを、以前に決定された状態ベクトルと前記測定値ベクトルと動的モデルとを使って計算する手段と、
前記状態ベクトルから動的ナビゲーションソリューションを導出する手段と
を有しており、
前記状態ベクトルは、その成分として少なくとも、
（ａ）前記移動端末の１次元以上の位置情報と、
（ｂ）前記同期していない地上送信源に付随するクロックの所与の時間に関するバイアスの表現と、
（ｃ）前記端末クロックのバイアスと、
（ｄ）（ａ）乃至（ｃ）の成分に関連する誤差を示すクォリティ指標と、
（ｅ）（ａ）乃至（ｃ）の成分の他の成分に対する依存度を示す相関指標と
を含むことを特徴とするセルラ通信システム。
【請求項２２】
前記移動端末は、セルラ通信ネットワークの端末であることを特徴とする請求項２１に記載のセルラ通信システム。
【請求項２３】
前記移動端末は、２以上の衛星測位システム受信機および／または２以上の同期していない地上送信源受信機を備えていることを特徴とする請求項２１または２２に記載のセルラ通信システム。
【請求項２４】
前記同期していない地上送信源は、１以上のセルラ通信ネットワークの送信機であることを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれか１項に記載のセルラ通信システム。
【請求項２５】
前記衛星測位システムは、Ｔｒａｎｓｉｔ衛星システム、ＧＰＳ衛星システム、Ｇａｌｉｌｅｏ衛星システム、北斗衛星システムまたは準天頂衛星システム（ＱＺＳＳ）の１つ以上を含むことを特徴とする請求項２１乃至２４のいずれか１項に記載のセルラ通信システム。
【請求項２６】
前記端末クロックは、前記同期していない地上送信源受信機の１つの一部および／または前記衛星測位システム受信機の１つの一部である発振器によってコントロールされることを特徴とする請求項２１乃至２５のいずれか１項に記載のセルラ通信システム。
【請求項２７】
前記プロセッサは、前記端末と付随しているかまたは前記端末に直接接続されていることを特徴とする請求項２１乃至２６のいずれか１項に記載のセルラ通信システム。
【請求項２８】
前記プロセッサは、前記端末から遠隔にあることを特徴とする請求項２１乃至２７のいずれか１項に記載のセルラ通信システム。
【請求項１】
セルラ通信ネットワークの移動端末のための動的ナビゲーションソリューションを取得し、保持するための方法であって、前記移動端末は、セルラ通信ネットワークの１つ以上の同期していない地上送信源からの信号を受信するための送信源受信機と、衛星測位システムの衛星からの信号を受信するための衛星測位受信機と、端末クロックとを備えており、当該方法は、
各値が受信機によって生成された測定値を表している斯かる値のリストと、前記端末クロックに関係する情報とを有する測定値ベクトルを取得するステップと、
システムの現状態を表す状態ベクトルを、以前に決定された状態ベクトルと前記測定値ベクトルと動的モデルとを使って計算するステップと、
前記状態ベクトルから動的ナビゲーションソリューションを導出するステップと
を有しており、
前記状態ベクトルは、その成分として少なくとも、
（ａ）前記移動端末の１次元以上の位置情報と、
（ｂ）前記同期していない地上送信源に付随するクロックの所与の時間に関するバイアスの表現と、
（ｃ）前記端末クロックのバイアスと、
（ｄ）（ａ）乃至（ｃ）の成分に関連する誤差を示すクォリティ指標と、
（ｅ）（ａ）乃至（ｃ）の成分の他の成分に対する依存度を示す相関指標と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記状態ベクトルは、成分（ａ）として速度情報も含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記状態ベクトルは、成分（ａ）として加速度情報も含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記状態ベクトルは、成分（ｂ）として前記同期していない地上送信源に付随するクロックのバイアスレートを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記状態ベクトルは、成分（ｂ）として前記同期していない地上送信源に付随するクロックのバイアスレートの変化率を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記状態ベクトルは、成分（ｃ）として前記端末クロックのバイアスレートを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記状態ベクトルは、成分（ｃ）として前記端末クロックのバイアスレートの変化率を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記状態ベクトルのクォリティ指標（ｄ）は、前記状態ベクトルの（ａ）乃至（ｃ）の成分に関する分散値を含むことを特徴とする請求項１乃至７に記載の方法。
【請求項９】
前記状態ベクトルの前記相関指標（ｅ）は、前記状態ベクトルの（ａ）乃至（ｃ）の成分を（ａ）乃至（ｃ）の他の成分と関連付ける共分散値であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記動的ナビゲーションソリューションは、ある特定のエポックにおける前記移動端末の位置状態の推定値を表す変数であって少なくとも前記移動端末の位置を含む変数を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
ある特定のエポックにおける前記移動端末の位置状態の推定値を表す変数は、その速度も含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ある特定のエポックにおける前記移動端末の位置状態の推定値を表す変数は、その加速度も含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記測定値ベクトルの値のリストは、相互または共通の基準に関して測定された、前記受信機における事前処理から得られた疑似距離または時間オフセットの推定値を含むことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記測定値ベクトルの値のリストは、前記同期していない地上送信源からの信号の受信の、それらの１つまたは共通の基準に関して測定された時間オフセットの推定値を含むことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記端末クロックの状態に関係する測定値ベクトルの値は、発振器の位相、または発振器に接続されたカウンタの状態を表すことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記端末クロックの状態に関係する測定値ベクトルの値は、クロック信号を使ってまたはクロック信号から得られたもしくはクロック信号にロックされた‘チック’を使って測定値ベクトルの時間を記録することによって間接的に表されることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記測定値ベクトルの一時的に利用できないまたはまだ検出される必要がある成分は、前記測定値ベクトルのヌル値で表されることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記測定値ベクトルにおける測定値の表現は、成分に関係する１つ以上のクォリティパラメータも含むことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
測定値は、２以上の衛星測位システムからの信号から作成されることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
測定値は、２以上のタイプの同期していない地上送信源からの信号から作成されることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
セルラ通信ネットワークの１つ以上の同期していない地上送信源からの信号を受信するための送信源受信機と、衛星測位システムの衛星からの信号を受信するための衛星測位受信機と、端末クロックとを備えた移動端末を含むセルラ通信システムであって、該システムはプロセッサを備えており、該プロセッサは、
各値が受信機によって生成された測定値を表している斯かる値のリストと、前記端末クロックに関係する情報とを有する測定値ベクトルを取得する手段と、
システムの現状態を表す状態ベクトルを、以前に決定された状態ベクトルと前記測定値ベクトルと動的モデルとを使って計算する手段と、
前記状態ベクトルから動的ナビゲーションソリューションを導出する手段と
を有しており、
前記状態ベクトルは、その成分として少なくとも、
（ａ）前記移動端末の１次元以上の位置情報と、
（ｂ）前記同期していない地上送信源に付随するクロックの所与の時間に関するバイアスの表現と、
（ｃ）前記端末クロックのバイアスと、
（ｄ）（ａ）乃至（ｃ）の成分に関連する誤差を示すクォリティ指標と、
（ｅ）（ａ）乃至（ｃ）の成分の他の成分に対する依存度を示す相関指標と
を含むことを特徴とするセルラ通信システム。
【請求項２２】
前記移動端末は、セルラ通信ネットワークの端末であることを特徴とする請求項２１に記載のセルラ通信システム。
【請求項２３】
前記移動端末は、２以上の衛星測位システム受信機および／または２以上の同期していない地上送信源受信機を備えていることを特徴とする請求項２１または２２に記載のセルラ通信システム。
【請求項２４】
前記同期していない地上送信源は、１以上のセルラ通信ネットワークの送信機であることを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれか１項に記載のセルラ通信システム。
【請求項２５】
前記衛星測位システムは、Ｔｒａｎｓｉｔ衛星システム、ＧＰＳ衛星システム、Ｇａｌｉｌｅｏ衛星システム、北斗衛星システムまたは準天頂衛星システム（ＱＺＳＳ）の１つ以上を含むことを特徴とする請求項２１乃至２４のいずれか１項に記載のセルラ通信システム。
【請求項２６】
前記端末クロックは、前記同期していない地上送信源受信機の１つの一部および／または前記衛星測位システム受信機の１つの一部である発振器によってコントロールされることを特徴とする請求項２１乃至２５のいずれか１項に記載のセルラ通信システム。
【請求項２７】
前記プロセッサは、前記端末と付随しているかまたは前記端末に直接接続されていることを特徴とする請求項２１乃至２６のいずれか１項に記載のセルラ通信システム。
【請求項２８】
前記プロセッサは、前記端末から遠隔にあることを特徴とする請求項２１乃至２７のいずれか１項に記載のセルラ通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１０−５０３８３６（Ｐ２０１０−５０３８３６Ａ）
【公表日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５２７７９５（Ｐ２００９−５２７７９５）
【出願日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０５９４２９
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０３４７２８
【国際公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【出願人】（５０８００１１２１）ケンブリッジ ポジショニング システムズ リミテッド (4)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０５９４２９
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０３４７２８
【国際公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【出願人】（５０８００１１２１）ケンブリッジ ポジショニング システムズ リミテッド (4)
【Ｆターム（参考）】
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