JPS59501922A - 地球軌道衛星からの擬レンジを求める方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 地球軌道衛星からの擬レンジをめる 方法及び装置 発明の契約関係 アメリカ航空宇宙層とカリフオルニ鳴ア・インスチチュート・オブ・テクノロジ ー、ジェット・プロパルジョン・ラボラトリとの間に締結された契約箱ＮＡＳ７ −１００に基づき、米国政府がこの発明に関する諸権利を持つ。

発−明の背景 本発明は、プラットホーム位置きめ、即ち、地球座標系に関連し、て点を追跡及 び位置測定する方法に係わり、より具体的には、地球軌道の送信人工衛星からの 擬レンジをめる方法及び装置に係わる。

米国海軍のＴＲＡＮＳ　Ｉ　Ｔ航法衛星システムは、近地球の極軌道を画く多数 の衛星から成る。衛星はユーザ局に向かって、衛星位置の推算表情報が変調され ている１５０Ｍ　Ｈｚ及び４００Ｍ　Ｈｚの搬送波を送信する。ユーザは受信信 号の周波数を測定し、ユーザによって観測されたドツプラー周波数シフト及び衛 星位置推算表情報に基づき、送信衛星からのレンジを計算する。具体的には、観 測される衛星の位置及びその送信周波数が既知ならば、衛星が受信局上を通過す る際に１５分以内に１点で衛星から受信した信号のドツプラー周波数シフトは、 地球座標系における前記点の位置の決定を可能にする。ＴＲＡＮＳＩＴの詳細は 、１９８１年１月〜３月に刊行されたジョーンズ・ホプキンズＡＰＬ　テクニカ ル・ダイジェストの第２巻、第１号、第３−１３頁に掲載されたエイチ、ディー 、７うｙり（Ｈ，Ｄ、　Ｂｌａｃｋ）の論文パサテライト・フォア・アース・サ ーベイング・アンド・オーシャン・ナビゲーテイング″に記載されている。

遠地法の軌道を画く複数のコード化信号送信衛星から成るＮＡＶＳＴＡＲグＤ− パル・ポジショニング・システムは、コードを割当てられている認可ユーザに対 して、ＴＲＡＮＳＩＴよりもすぐれた精度及び融通性を提供する。現時点では、 軌道上に６個のＮＡＶＳＴＡＲしか存在しないが、地球上のどの地点からでも４ 個の衛星が見えるように配置された１８個に増やすことが計画されている。各Ｎ ＡＶＳＴＡＲ衛星は、中心周波１　カ約１５７５．４２ＭＨｚの所謂Ｌ１帯域無 線信号と、中心周波数が約１２２１６ＭＨｚであるＬ２帯域無線信号を送信する 。Ｌ＋帯域は、Ｐコードと呼ばれる保護情報チャンネルと、Ｃ／Ａコードと呼ば れる粗取得チャンネルとが両側波帯の形で変調されている抑圧搬送波Ｌ１を有す る。Ｌ２帯域は、Ｐコードが両側波帯の形で変調されている抑圧搬送波Ｌ２を有 する。Ｐコード及びＣ／Ａコード・チャンネジレはいずれも、所与のチップ・レ ートで、即ち、Ｐコードの場合なら１０．２３０Ｍ　ｌ−Ｉ　Ｚで、Ｃ／Ａコー ドの場合なら１．０２３０Ｍ　ＨＺで、二進情報信号を搬送する。Ｐコード・シ ーケンスは、ＮＡＶＳＴＡＲシステムの認可ユーザだけに知られている。Ｐコー ド・シーケンスが判っているから、ＮＡＶＳＴＡＲの認可ユーザは、信号が光速 で伝送されるという事実に基づき、Ｐコード・シーケンスが衛星とユーザとの間 を通過するのに要する時間を測定することによって、観測位置において衛星から の擬レンジをめることができる。衛星からユーザまでの真のレンジは、擬レンジ に、例えば世界時整合クロックのような時間基準に対する衛星クロックとユーザ ・クロックのオフセットの差を加えたものに等しい。こうして擬レンジを測定す れば、ユーザは、ユーザ・クロック及び衛星クロックのオフセットを測定するこ とができ、公知の技術により、プラットホーム位置ぎめと呼ばれる一連の追跡及 び位置測定を行なうことができる。Ｐコード・シーケンスを知らされていない者 にとっては、高精度の擬レンジをめるためにＮＡＶＳＴＡＲ衛星システムを同時 利用することは不可能である。

発明の要約 本発明は、信号によって搬送される変調のコード・シーケンスを知らなくても、 ユーザが人工送信衛星からの擬レンジをめることを可能にする。衛星から送信さ れ所与の周波数成分を有する変調無線周波数信号が、ユーザ局において傍受され る。前記成分は、傍受信号から再生される。また、前記成分の位相及び周波数が 測定される。これらの測定及び他の衛星からの同様の測定から、衛星の擬レンジ をめることができる。具体的には、傍受信号の測定された位相及び周波数から分 数位相がめられる。ドツプラー・レンジ値も衛星の測定周波数からめられる。ド ツプラー・レンジ値を所与の周波数の波長で除算し、整数及び剰余を算出する。

整数を分数位相に加算して、−擬レンジに比例する値を得る。

擬レンジから、公知技術により種々のプラットホーム位置きめ、例えば地球座標 系中のユーザ点の位置きめ、固定点に対するユーザの差分位置きめ、衛星位置き め及びイオン層校正などを行なうことができる。

図面の簡単な説明 本発明の最も好ましい実施例の構成を添付図面に示す。

図面の： 第１図は、本発明の説明に使用する関係及び用語を明らかにする目的で地球軌道 の単一の人工衛星を示す説明図であり、 第２図は、ドツプラー周波数シフトを明らかにするため、地球を周回する３個の 人工衛星を示す説明図であり、第３図は、本発明の原理を組込んだ受信装置の概 略ブロック・ダイヤグラムであり、 第４図、第６図及び第８図は、本発明を説明するためのスケッチであり、 第５図、第７図及び第９図は、第３図の信号プロセッサの概略ブロック・ダイヤ グラムであり、第１０図は、第５図、第７図及び第９図の整数発生器の概略ブロ ック・ダイヤグラムであり、 第１１図は、本発明の原理を組込んだ差分位置きめシステムの概略ダイヤグラム である。

実施例の詳細な説明 本発明は、他の種類の地球軌道の送信衛星システムにも応用できるが、ここでは 、本発明による擬レンジ測定に極めて有用な信号を供給するＮＡＶＳＴＡＲグロ ーバル・ポジショニング・システムとの関連で以下に説明する。

第１図は、軌道１４に沿って地球１２を周回する送信ＮＡＶＳＴＡＲ衛星１０を 示す。地表上のユーザは、点１６に位置する。地球の中心１８を原点とする地球 を基準とする座位置はρ８である。ユーザから衛星１０までの距離はρである。

点１６は、点１６及び中心１８を通る半径方向の線２２と直交する観測水平面２ ０内に位置する。軌道１４の実線部分で示すように、平面２０の、地球１２とは 反対側に位置する軌道１４の部分では、衛星１０が点１６におけるユーザから視 認できる。衛星１０が見える間、点１６におけるユーザは、衛星からの無線信号 を傍受している。衛星１０からユーザの最大値から、半径方向線２２を横切る時 点、即ち、最接ずしも衛星軌道平面内に位置しなくてもよいが）衛星が平面２０ よりも下に沈む時のもう１つの最大値に変化する。

この関係を曲線２４で示した。ＮＡＶＳＴＡＲの場合、このレンジは、約２０， ０００，０００ｍから２５，０００，０００ｍの間を変化りる。ドツプラー周波 数シフトのため、点１６で傍受される周波数は衛星１０から送信される周波数と は異なり、衛星１０が平面２０よりも上方に昇る時での点１６における測定周波 数ｆＭが最大となり、衛星１０が平面２０よりも下・方波数の範囲を曲線２６で 示した。

第２図は、点１６においてユーザが傍受する信号の周波数シフトに衛星位置が如 何なる影響を及ぼすかを示す。

衛星及び点１６を通る想像線上に位置する衛星速度成分ＶＳは、衛星の速度ベク トルと、衛星及び点１６を通る想像線との間の角度をαとして、ＣＯＳαに比例 する。即ち、観測水平面より上方に昇ったばかりの第１衛星は、角度α１、即ち 、約７７°の位置にあり、そのドツプラー周波数シフトは最大となる。最接近時 点における第２衛星は、その角度α２が９０’であり、ドツプラー周波数シフト がＯである。最接近時点と観測水平面の中間に位置する第３衛星は角度α３が約 １０３°であり、ドツプラー周波数シフトが負となる。一般に、点１６は、頂点 が衛星位置にあって頂角の半分がαである想像上の円錐面上に位置しなければな らない。異次元の場合、２個の衛星の円錐が点１６の位置を決定するから、点１ ６におけるドツプラー周波数シフト測定により点１６の位置を決定するには２個 の衛星だけで充分である。三次元の場合、受信側の周波数基準がＮＡＶＳＴＡＲ 衛星側の周波数基準と全く同じなら、３個の衛星が必要である。

本発明の実施に際しては、衛星から送信される信号の任意の周波数成分を再生す る。本発明がいかにしてユーザから衛星までの擬レンジをめるかを理解するため には、両者間の距離が、選択周波数成分の波長の整数で表わされる個ＩＮ及び分 数で表わされる個数からなると考えればよい。以下に分数位相と呼称しφで示す 、波長の一部は、周波数ｆＭ及び選択成分の所与の点と基準信号トノ間の時間Ｔ を測定することによってめられる。具体的には、測定周波数［Ｍに時間Ｔを乗算 することにより正確な分数位相φが得られる。精度は、選択成分の波長に依存す る。全波長の個数は、別々の衛星からの選択成分（７）　ｉ’ップラー周波数シ フトを測定し、これに基づいて、以下にドツプラー・レンジρＤと呼称する総ド ツプラー、レンジ値を公知のドツプラー測距技術によって測定することによりめ られる。擬レンジは、衛星とユーザとの間の整数で表わされる波長個数と波長の 一部との和テある。従って、擬レンジは、下記式で表わすことができる。

ここで、ρ′は擬レンジ、Ｃは光速、ｆＴは衛星から送信される選択成分の真の 周波数、ｆ　はユーザによって傍受される選択成分の、ドツプラー周波数シフト を反映した測定周波数、王は時間、Ｎは全波長の数である。

総ドツプラー・レンジ値ρ　を選択成分の波長λで除り 算することにより、波長の数Ｎと剰余が得られる。ドツプラー・レンジρ　を得 るための測定が、１／２波長より りも高い精度を提供するようになされるならば、波長の金側２りＮは正確である が、剰余には不正確さ、つまり、誤Ｚが含まれる。原則的には、この剰余を切捨 て、その代わりに、極めて正確である分数位相φを波長の全数個Ｎ（加えること により、正確な擬レンジρ′を得るが、精ｍ（ま選択成分の波長λに依存する。

〈なお、波長の全個数２得るには、第４図との関連で後述するようにいくつかの 測定値を捨てるか、または商を切上げて次の全個数としなければならない。） 第３図は、ＮＡＶＳＴＡＲ衛星から送信される信号の選ＩＲＰ、分を再生するた めの受信装置を示す。便宜上ＮＡＶ　Ｓ　Ｔ　Ａ　Ｒ衛星から送信される信号の 選択周波数成分及びその特性を次の表に示す。

選択成分　周波数　実効再生　ドツプラー’　（ＭＨｚ）　波長（ｍ）　Ｋ＃ｌ Ｃ−−Ｌ＋搬送波　１５７５．４２　．０９５　±８．３ｋＨｚＬ２搬送波　１ ２２７，６　．１２２　±６．５ｋＨｚＰコード チップ・レート　１０，２３０　’２９．３　±２７ＨｚＮＡＶＳＴＡＲ衛星か ら送信される信号は、アンテナ３０によって傍受される。すでに述べたように、 この信号は、Ｐコード・チャンネル及びＣ／Ａコード・チャンネルが両側波帯形 式に変調されている抑圧搬送波Ｌ＋　のＬ１帯域と、Ｐコードが両側波帯形式に 変調されている抑圧搬送波Ｌ２のＬ２帯域とから成る。第３図においてアンダー ラインを施した数は特記しない限りＭＨ２単位の指定場所における周波数である 。括弧内の数は、フィルタの通過帯域及び連携の遅延回路の時間遅延を表わす。

アンテナ３０は、帯域フィルタ３２及び増幅器３４を介して、Ｌ＋帯域と１２帯 域を分離する電力分割器３６の入力に接続する。周波数基準３８は、例えばヒユ ーレット・パラカードＨＰ１０５のような比較的簡単な水晶発振器でも間に合う が、衛星の周波数基準に同期化された、ヒユーレット・パラカードＨＰ５０６５ Ａのような安定な原子時計がら成る。

周波数基準３８は、受信機に°おいて使用される８通りの異なる周波数を周波数 逓倍器及び分周器によって形成する周波数シンセサイザ４０に接続する。従って 、図示のようにシンセサイザ４０によって形成される８通りの周波数は、周波数 基準３８に正確に同期する。周波数基準３８はまた、世界時整合（Ｕ　Ｔ、Ｃ） のクロック・タイムを提供する出力及び゛毎秒１パルス（１ＰＰＳ）を発生する 出力を有するクロック４１にも接続している。

電力分割器３６の１つの出力から、［ｌ帯域がフィルタ４２を介してミキサー４ ４に供給され、該ミキサーにおいて、シンセサイザ４０からの信号の１つによっ て下方変換される。ミキサー４４の出力は、増幅器４６を介して電力分割器４８ に接続する。

Ｌ１搬送波成分は、電力分割器４８の出力の２つをミキサー５０に接続すること によって再生される。ミキサー５゜の出力は、フィルタ５２を介してミキサー５ ４に供給され、該ミキサー５４においてシンセサイザ４０がらの信号にょって下 方変換される。フィルタ５２の出力は、その中心を１０．８４ＭＨ２に設定され 、ＬＩ搬送波に現われるドツプラー周波散拡がりの２倍の範囲を有し、従って実 効再生波長は０．０９５１１１となる。Ｌｔ搬送波のドツプラー周波数シフト及 び分数位相を呈する低周波狭帯域の正弦波信号が、ミキサー５４から１＋　搬送 波信号プロセッサ５６に供給される。ドツプラー周波数シフトが零の状態は、ｔ ｏｋ）−１ｚ正弦波の形で示される。

Ｐコード・チップ・レート成分は、電力分割器４８の１つの出力をミキサー５８ に直接接続すると共に電力分割器４８の別の出力を、Ｐコード・チップ・レート の１／２周期に相当する時間遅延を導入する遅延回路６０を介してミキサー５８ に接続することによって再生される。ミキサー５８の出力は、フィルタ６２を介 してミキサー６４に供給され、該ミキサー６４においてシンセサイザ４０からの 信号によって下方変換される。−フィルタ６２の出力は、Ｐコード・チップ・レ ートの正弦波である。Ｐコード・チップ・レート成分のドツプラー周波数シフト 及び分数位相を呈する低周波狭帯域の正弦波信号は、ミキサー６４からＰコード ・チップ・レート信号プロセッサ６６に供給される。

Ｃ／Ａコード・チップ・レート成分は、電力分割器４８の１つの出力をミキサー ６８に直接接続すると共に、電力分割器４８のさらに他の出力を、Ｃ／Ａコード ・チップ・レートの１／２周期に相当する遅延を導入する遅延回路１０を介して ミキサー６８に接続することによって再生される。ミキサー６８の出力はフィル タ７２を介鳴してミキサー１４に供給され、該ミキサー１４においてシンセサイ ザ４０からの信号によって下方変換される。フィルタ７２の出力は、Ｃ／Ａコー ド・チップ・レートの正弦波である。Ｃ／Ａコード・チップ・レート成分のドツ プラー周波数シフト及び分数位相を呈する低周波波狭帯域の正弦波信号が、ミキ サー７４からＣ／Ａコード・チップ・レート信号プロセッサ１６に供給される。

電力分割器３６の他方の出力から、フィルタ７８を介してＬ２帯域がミキサー８ ０に供給され、該ミキサー８ｏにおいてシンセサイザ４０からの信号の１つによ って下方変換される。ミキサー８０の出力は増幅器８２を介して電力分割器８４ の入力に接続される。

Ｌ２搬送波成分は、電力分割器８４の出力の２つをミキサー８６に接続すること によって再生される。ミキサー８６の出力はフィルタ８８を介してミキサー９０ に供給され、該ミキサー９０においてシンセサイザ４０からの信号によって下方 変換される。フィルタ８８の出力は、その中心が７０．８４　ＭＨｚに設定され 、Ｌ２搬送波に現われるドツプラー周波散拡がりの２倍の範囲を有し、従って実 効再生波長は０．１２２ｍである。Ｌ２搬送波のドツプラー周波数シフト及び分 数位相を呈する低周波狭帯域の正弦波信号が、ミキサー９０からＬ２搬送波信号 プロセッサ９２に供給される。ドツプラー周波数が零の状態は、１０ｋＨｚ正弦 波によって示される。

Ｌ２チャンネルのＰコード・チップ・レート成分は、電力分割器８４の１つの出 力をミキサー９４に直接接続すると共に、電力分割器８４の別の出力を、Ｐコー ド・チップ・レートの１／２周期に相当する時間遅延を導入する遅延回路９６を 介してミキサー９４に接続することによって再生される。ミキサー９４の出力は 、フィルタ９８を介してミキサー　１００に供給され、該ミキサー１００におい てシンセサイザ４０からの信号によって下方変換される。フィルタ９８の出力は 、Ｐコード・チップ・レートの正弦波である。

Ｐコード・チップ・レート成分のドツプラー周波数シフト及び分数位相を呈する 低周波狭帯域の正弦波信号が、ミキサー１００からＰコード・チップ・レート信 号プロセッサ１０２に供給される。

第４図は、Ｃ／Ａコード・チップ・レート成分に対し、衛星１０４とユーザー０ ６との間の距離、即ち、レンジを示す。Ｃ／Ａコード成分の多数（Ｎ　＞の全波 長λ。／ＡＣ／Ａ と、分数位相φ　が衛星１０４とユーザ１０６の間に拡がａ／ａ る。分数位相φ　は測定され、波長個ＡＮ　は、総ｃ／ａ　ｃ７’ム ドップラー・レンジ値ρ　をめることによって決定さ一ド・チップ・レート成分 のドツプラー周波数シフトから得られる。なぜなら、振幅Ｓ／Ｎ比が１０：１な ら、５０ｍまたはそれ以下の精度、即ち、波長λ　の約１／６Ｃ／Ａ の精度でめることができるからである。総ドツプラー・レンジ値ρ　の不確実性 、即ち、起こり得る誤差を括り 弧１０７によって示したが、これは総ドツプラー・レンジ値ρ　が括弧内のどこ かに来ることを意味する。総トンプラー、・レンジ値ρ　をＣ／Ａコード・チッ プ・レート成分の波長λ　で除算することにより、整数と剰余と０／Ａ から成る商を得る。原則として、剰余を切捨て、完全波長の個数Ｎ。／Ａとして の整数を分数位相φ。／Ａに加算することにより、正確な擬レンジ値ρ′　を得 る。もしＣ／ム 剰余が、Ｓ／Ｎ比に依存する所与の値よりも、例えば振きく、分数位相φ。／Ａ が所与の値よりも、例えば振幅Ｓ／Ｎ比１０：１に対して波長λ　の１／６より も小さげＣ／Ａ れば、総ドツプラー・レンジ値のこの特定の測定値を無視するかまたは、商に１ を加算することによって分数位相φ　に加算すべき波長総数Ｎ　を算出し、正確 なＣ／Ａ　Ｃ！／Ａ 擬レンジしρ′ｏ／Ａを得る。振幅Ｓ／Ｎ比が１０：１なら、擬レンジ値ρ′　 を５ｍまたはそれよりも高い精度でＣ／ａ めることができる。

第５図は、第４図に関連して述べた演算を行なう信号プロセッサ７６を示す。ミ キサー７４（第３図）の出力は、位相検知器１０８及び周波数カウンタ　１１０ に供給される。

クロック４１から発生する毎秒１パルスのタイミングで現われるパルスに対する Ｃ　、／　Ａコード・チップ・レート成分の位相は、位相検知器１０８によって 検知される。この成分の周波数は、クロック４１の制御下にＩ　ＰＰＳインター バルの周波数カウンタ　１１０によってカウントされる。

位相検知器１０８及び周波数カウンタ　１１０は、乗算器１１２に接続し、該乗 算器はその出力において分数位相φ。２４゜を形成する。ミキサー６４（第３図 ）の出力は、周波数カウンタ　１１４に接続する。周波数カウンタ　１１４の出 力は、ドツプラー位置発見器１１６に接続し、該発見器にはクロック４１からの ＵＴＣクロック・タイムも供給される。位置発見器１１６としては、１９８２年 ２月刊行のマグナボックス・ドキュメントＭ　Ｘ　−ＴＭ　−３３４６−８１、 第１００５８号に発表されたジー、ジエイ、ホア（Ｇ、　Ｊ、　Ｈｏａｒ　）の “サテライト・サーベイング゛′に記載されている原理に基づき、４００Ｍ　Ｈ Ｚではなく　１０．２３　Ｍ　Ｈｚでデータ処理を行なうマグナボックス１５０ ２型のような市販装置を採用することができる。位置発見器１１６は、総ドツプ ラー・レンジ値ρ　を決定する。位置発見器１１６の出力は、整り 数発生器１１８に接続し・整数発生器１１８は・波長２゜Ａの全個数の値を形成 する。乗算器１１２の出力及び整数発生器の出力は加算回路１２０に供給され、 加算回路１２０の出力は乗算器１２２に送られ、この乗算器１２２において、分 数位相φ。ヵと波長総個数Ｎ。Ａの合計値に、ドツプラー・シフトを伴わないＣ ／Ａコード・チップ・レート成分周波数ｆ　で除算した光速Ｃが乗算される。

Ｃ／Ａ− 第６図は、Ｐコード・チップ・レート成分の場合について、衛星１０４とユーザ １０６との間の距離、即ち、レンジを示す。Ｐコード・チップ・レート成分の多 数（ＮＰ＞の完全波長λ　と、分数位相φ　が、衛星１０４とユーザＰ　ｐ １０６の間に拡がっている。分数位相φ　が測定され、波長細数Ｎ　は、Ｐコー ド・チップ・レート成分波長λアの１／６以下の精度のすでに得られた擬レンジ 値ρ’　ｃ／ａを利用することによってめられる。擬レンジ値ρ’　Ｏ／Ａの不 確実性、即ち、起こり得る誤差を、括弧内のどこかに来るという意味で括弧１０ ９で示した。擬レンジ値ρ′。ＡをＰｌ−ド゛チップ°レート成分波長′　で除 算す数を分数位相φ　に加算することにより、正確な擬しンジ値ρ′を得る。も し剰余がＳ／Ｎ比に依存する所与の値よりも、例えば振幅Ｓ／Ｎ比１０：１とし て波長λ　の５／６よりも大きく、分数位相φアが所与の値よりも、例えば振幅 Ｓ／Ｎ比１０：１として波長λアの１／６よりも小さければ、総ドツプラー・レ ンジ値を無視するかまたは、商の整数に１を加算して、分数位相φアに加算すべ き波長総個数Ｎ　を得て、正確な擬しンジ値ρ′アを得なければならない。振幅 Ｓ／Ｎ比が１０：１なら、３０ｃｍの精度又はこれよりも高い精度で擬しンジ値 ρ′アをめることができる。

第７図は、第６図に関連して述べた一演算を行なう信号プロセッサ６６または信 号プロセッサー０２を示す。ミキサー６４または同１００（第３図）の出力が、 位相検知器１２４及び周波数カウンタ　−１４（第５図）に供給される。クロッ ク４１から毎秒１パルスずつ発生するパルスに対するＰコード・チップ・レート 成分の位相が、位相検知器１２４によって検知される。この成ガの周波数は、ク ロック４１の制御下にｌＰＰ５インターバルの周波数カウンタ　−１４によって カウントされる。位相検知器１２４及び周波数カウンタ　１１４は、その出力に おいて分数位相φ　を提示する乗算器１２６に接続する。乗算器１２２（第５図 ）の出力は、波長λ　の個数を現わす値を形成する整数発生器１２８ニ接続する 。乗算器１２６の出力及び整数発生器１２８の出力が加算回路１３０に供給され 、加算回路１３０の出力が乗算器１３２に供給され一１該乗算器１３２において 、分数位相φ　と波長個数Ｎ　の和に、ドツプラー・シフトに伴Ｐ　Ｐ わないＰコード・チップ・レート成分の周波数ｆ　で光速Ｃを除算した値が乗算 される。

第８図は、Ｌ搬送波成分の場合について衛星１０４とユーザ１０６との間の距離 、即ちレンジを示す。衛星１０４とユーザ１０６の間にはＬ搬送波成分の多数（ Ｎ　）の完全り 波長λ１と、分数位相φ１が、衛星１０４とユーザ１０６の間に拡がる。分数位 相φ、が測定され、波長個数ＮＦは、Ｌ搬送波成分波長λ　の１／６以下の精度 のすでにめＬ られた擬レンジ値ρ′　を利用して決定される。擬しンジρ′アの不確実性、即 ち、起こり得る誤差は、括弧内のどこかに来るであろうという意味で括弧１１１ で示した。

ただし、２３０：１という比較的高いＳ／Ｎ比が必要である。擬レンジ値ρ′　 をＬＷ！送波送波成分波長刀除算すｐ　Ｌ ることにより、波長総個数Ｎ　と剰余とから成る商を得り る。原則として、剰余を切捨て、波長総個数Ｎ　としての総数を分数位相φ　に 加算することによって正確な擬レンジ値ρ′　を得る。もし剰余がＳ／Ｎ比に依 存する所与の値よりも、例えば振幅Ｓ／Ｎ比が１０＝１なら波長λ　の５／６よ りも大きく、分数位相φ　が所与の値よＬ　Ｌ ６よりも小さければ、総ドツプラー・レンジ値を無祝すに加算すべき波長総個数 Ｎ　を得て、正確な擬レンジ値λ′　を得なければならない。振幅Ｓ／Ｎ比が１ ０ニーなら、２ｍｍまたはこれよりも高い精度で擬レンジ値ρ′。

を決定することができる。

第９図は、第８図に関連して述べた演算を行なう信号プロセッサ５６または同９ ２を示す。ミキサー５４または同９０（第３図）の出力は、位相検知器１３４及 び周波数カウンタ　−３６に供給される。クロック４１がら毎秒１パルスずつ発 生するパルスに対するし搬送波の位相が、位相検知器１３４によって検知される 。この成分の周波数は、クロック４１の制御下に１ｐｐｓインターバルの周波数 カウンター３６によってカウントされる。位相検知器１３４及び周波数カウンタ 　−３６は、その出力に分数位相φ　を形成する乗算器１３８に接続する。乗算 器１３２（第７図）の出力は、波長λアの総個数を現わす値を形成する整数発生 器１４０に接続する。乗算器１３８の出力及び整数発生器１４０の出力が加算口 μｍ４２に供給され、加算回路１４２の出力が乗算器１４４に供給され、該乗算 器１４４において、分数位相φ、と波長総個数ＮＬの和に、ドツプラー・シフト を伴わないＬ搬送波成分周波数ｆＬで光速Ｃを除算した値が乗算される。

再び第４図、第６図及び第８図を参照して説明する。

分数位相φはいかなる場合にも正確に測定されるが、そこにはあいまい性がある 。即ち、分数位相φの外に、衛星１０４とユーザー０６を結ぶパス総長、即ち擬 レンジρ′を構成する全サイクルの′個数Ｎがある。どの選択成分の場合にも、 分数位相測定はど正確ではないが、選択成分波長の約１／６以内の精度で行なわ れる測定によってあいまい性を解決し、波長個数Ｎを正確にめることができる。

即ち、上記の例においては、Ｃ／Ａチップ・レート・コード成分のあいまい性を ドツプラー位置測定によって解決し、Ｐコード・チップ・レート成分のあいまい 性をＣ／Ａチップ・レート成分と関連する測定から得られた擬レンジを利用する ことによって解決し、し搬送波成分のあいまい性を、Ｐコード・チップ・レート 成分と関連する測定から得られた擬レンジを利用することによって解決する。

上記位相検知器は、例えば、カウンタにパルスを供給する（例えば周波数５ＭＨ ２の）クロック・パルス・ソースを含む所謂タイム・インターバル・カウンタで ある。

このカウンタは、クロック４１からの１　ＰＰＳパルスが供給されるとクロック ・パルスのカウントを開始し、位相を検知される成分の正側ゼロ交差時点にクロ ック・パルスのカウントを停止する。同様に、上記周波数カウンタは、所与の時 間、例えばクロック４１によって決定される１秒間に発生する選択成分のサイク ル数をカウントするカウンタからなる。

第１０図は、整数発生器１１８をより詳細に示す。（整数発生器１２８．１４０ はこれと全く同じである。）ドツプラー位置発見器１１６（第７図では乗算器１ ２２、第９図では乗算器１３２）の出力が接続している除算器１７０は、入力値 を波長値λ　（第７図ではλ　、第９図ではλ、）Ｃ／Ａ　Ｐ によって除算する。除算器１１０の出力は、伝送ゲート　１１２及び隔離ゲート 　１７４を介して加算回路１２０（第７図では１３２、第９図では１４４）に接 続する。除算器１７０の出力はまた、＋１回路１１６、伝送ゲート　１１８及び 隔離ゲート１７４を介して加算口９１２０（第７図では１３２、第９図で１４４ ）に接続する。除算器１７０に供給されるのと同じ信号が、閾値検知器１８０に も供給される。乗算器１１２（第７図では１２６、第９図では１３８）の出力が 、閾値検知器１８２に供給される。閾値検知器１８０及び同１８２の出力は、Ａ ＮＤゲート　１８４の入力に供給される。ＡＮＤゲート　１８４の出力は、伝送 ゲート　１１２の制ｆｉｌ　Ｇａ子に直接、接続しインバータ　１８６を介して 伝送ゲート　１７８の制御端子に接続する。閾値検知器１８０及び同１８２、Ａ ＮＤゲート１８４並びにインバータ　１８６がデジタル制御回路であるのに対し て、除算器１７０、＋１回路１７６、伝送ゲート　１１２及び同１７８、並びに 隔離ゲート　１７４は、アナログまたはデジタルの信号伝送回路である。閾値検 知器１８０は、その入力に供給される信号が波長λ。７えの５／６より大きい剰 余を伴う商を表わす閾値より大きい場合に、高い二進値を出力する。閾値検知器 １８２は、その入力に供給される信号が波長λ　の１／６以下の分数位相を表わ すＣ／Ａ 場合に高い二進値を出力する。この２つの条件が満たされると、ＡＮＤ）ゲート 　１８４が高い二進値を出力して伝送ゲート１７８を開放させ、除算器１１０か らの商の整数に１を加えたものを表わす値を伝送させる。そうでなければ、伝送 ゲート１７２が、除算器１７０からの商の整数を表わす値を供給する。

第５図、第７図及び第９図に示す信号及び成分は、アナログでもデジタルでもよ い。デジタルの場合、図示しないが、逐次タイミング回路を設ける。これらの演 紳は、プログラムされたデジタル・コンピュータで行なうこともできる。

−Ｃ／Ａコード・チャンネルを持たないＬ２帯域の選択成分の場合、第４図及び 第５図との関連で説明したように、波長λ。ｈではなく波長λアの全個数ＮＰの 導出を可能にするのに充分な精度で、Ｐコード成分のドツプラー周波数シフトに 基づいてドツプラー・レンジをめる。

この波長総個数ＮＰを、Ｃ／Ａコード・チップ・レート成分ではなくＰ−］−ド ・チップ・レート成分の分数位相φアに加算する。この場合、Ｃ／Ａコードの位 相あいまい性を解決する、５０ｍ精度での位置きめに必要な条件ではなく波長λ アの１／６　（’５１１１　）を解決するより高いＳＺＮ比が必要となる。

指向性アンテナで複数の衛星からの信号を処理する際には、一度に１個の衛星か らの信号だけが受信されるから、プロセッサ５６，６６．７６．９２及び１０２ のような１紺の信号プロセッサを設りるだけでよい。全方向性アンテナを使用す る場合、一度に観測される衛星、例えば４個の衛星のそれぞれに１組ずつ信号プ ロセッサを別設しなければならない。異なる衛星から受信される信号は、ドツプ ラー周波数シフ１〜に起因する周波数差によって弁別できる。例−えば、くし形 フィルタによって互いに分離することもできる。

第１１図は、差分位置きめ、即ち、地球座標系中の固定点に対するユーザの位置 ぎめに本発明を応用する場合を示ス。ＮＡＶＳＴＡＲ衛１１５０Ｇ；ｔ、第１及 び第２の固定地上局に送信する。衛星１５０から第１局までの距離をρ１、第２ 局までの距離をρ２とする。第１局から衛星までの単位ベクトルをＳとする。第 １局から第２局までの基線ベクトルがめる吊Ｂである。第１固定局において、衛 星信号は、受信装置及び信号プロセッサ１５４に接続するアンテナ１５２により 傍受される。受信装置及び信号プロセッサ１５４は、傍受信号の選択成分に対し て周波数及びタイム・インターバル値を取出し、この情報を送信線１５８を介し て遠隔のコンピュータ　１５６に送信する。ただし、これらの値をタイム・タグ することにより、送信時に情報がある程度遅延することがある。同様に、第２ユ ーザ局において、衛星信号は、受信装２及び信号プロセッサ１６２に接続するア ンテナ１６０によって傍受される。

受信装置及び信号プロセッサ１６２は傍受信号の選択成分に対して周波数及びタ イム・インターバル値を取出し、この情報を送信線１６４を介してコンピュータ １５６に送信に供給され、該コンピュータ　１５６は、そのリストを付録、Ａと して添付したコンピュータ・プログラムにより、基のそれぞれについて、コンピ ュータ　１５６は次の方程式を＋ＣＴ　＝Ｃ／ｆ　＜ｆ　２　Ｔ２−ｆ　ｒ　Ｔ ＋　）Ｍ 十〇／ｆ　（Ｎ２−Ｎ＋　） ただし、ΔＴ、□は第１局におけるクロックのオフセット、ΔＴｏ２は第２局に おけるクロックのオフセット、Ｔ′Ｔ′Ｍは各局に入る信号ごとに異なる空中伝 送媒質誤差、ｆｌは第１局における選択成分の測定周波数、丁１は第１局におけ る選択成分の測定タイム・インターバル、ｆ２は第２局における選択成分の測定 周波数、■２は第２局における選択成分の測定タイム・インターバル、そしてδ ＝Δρ−Ｂ２／２ρｌである。受信装置及び信号プロセッサ１５４，１６２は、 第５図、第７図及び第９図に関連して述べたような周波数カウンタ及び位相検知 器と共に、第３図に関連して述べた態様で構成される。

上述した本発明の実施例は、好ましい実施例として、かつ本発明の詳細な説明す る目的で提示したに過ぎず、本発明の範囲がこの実施例に制約されるものではな い。

当業者なら、本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく種々の変更態様を案出す ることができる。本発明の１つの特徴は、複数の衛星から変調無線信号を同時受 信することと、送信成分の周波数と比較するため前記信号から成分を再生するこ と、だけを利用するドツプラー位置ぎめによって、擬レンジをめることにある。

前記比較によリ、ユーザ位置を上述のようにめることができる。付録Ｂとして本 発明の説明を添付したが、その開示内容は必要に応じて本願明細書に組み入れら れる。

国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．ユーザから、所与の周波数の抑圧搬送波を有する信号を搬送する無線周波数 情報を送信する１つの地球軌道の送信衛星までの擬レンジをめる方法であって、 ユーザの位置で信号を傍受し、 傍受信号から抑圧搬送波を再生し、 抑圧搬送波の位相を決定し、 所与の周波数に対する抑圧搬送波の周波数シフトを決定する 段階から成ることを特徴とする方法。 ２、ユーザから、所与の周波数の成分を有する無線周波数信号を送信する地球軌 道の送信衛星までの擬レンジをめる方法であって、 ユーザの位置で各衛星からの信号を傍受し、各衛星からの傍受信号から前記成分 を再生し、前記成分の位相を測定し、 前記成分の周波数を測定し、 各衛星からの傍受信号の測定位相及び周波数から分数位相をめ、 少なくとも２個の衛星からの測定周波数からドツプラー・レンジ値をめ、 ドツプラー・レンジ値を所与の周波数の波長で除算することにより整数及び剰余 を形成し、前記整数を前記分数位相に加算する 段階から成ることを特徴とする方法。 ３、ユーザから、所与の周波数の成βを有する無線周波数信号を送信する一つの 送信衛星までの擬レンジをめる方法であって、 ユーザの位置で各衛星から信号を傍受し、傍受信号から前記成分を再生し、 前記成分の位相を測定し、 前記成分の周波数を測定する 段階から成ることを特徴とする方法。 ４、すべての人工衛星から送信され同じ所与の周波数成分を有する変調無線周波 数信号から、地球座標系におけるユーザの位置を決定する方法であって、ユーザ の位置で複数の衛星から同時に信号を傍受し、 各傍受信号から、ドツプラー周波数シフトを反映する前記成分を再生し、 各傍受信号の再生成分の周波数を測定し、測定周波数を所与の周波数と比較する ことによりドツプラー周波数シフトを確かめる 段階から成ることを特徴とする方法。