JP2008175822A - 一機の低地球軌道衛星を利用する位置決定 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】低地球軌道衛星通信システム100におけるユーザターミナル(例えば、移動無線電話)の位置を決定するためのシステム及び方法。システムは、ユーザターミナル106、既知の位置及び既知の速度である少なくとも1つの衛星104、そして衛星104を介してユーザターミナル106と通信するためのゲートウェイ102(即ち、地上基地局)とを備える。方法は、レンジパラメータを決定する工程802及びレンジレートパラメータを決定する工程806を含む。レンジパラメータは、衛星とユーザターミナルとの間の距離を示す。レンジレートパラメータは、衛星とユーザターミナルとの間の相対的な半径方向速度を示す。そして、地球表面上におけるユーザターミナルの位置は、レンジパラメータと、レンジレートパラメータと、そして衛星の既知の位置及び既知の速度とに基づいて決定される810。
【選択図】図8
Description
本発明の特徴と利点は、図面と連係してなされる以下の詳細な説明から一層明らかになる。図面における同様な参照数字は同一または機能的に同様な構成部材を示す。加えて参照数字の最も左の桁は、その参照数字が最初に現れる図面を明示する。
本発明は、1個だけの低軌道(LEO)衛星を使用して衛星通信システムにおいてユーザターミナルの位置を迅速に求めるシステムと方法である。当業者に分かるように本発明の構想は、衛星とユーザターミナルとの間の相対移動が以下に述べるレンジレート測定を容易にするのに十分であるならば、衛星が非低軌道を走行する衛星システムへ適用できる。
図1は、標準的な衛星通信システム100を示す。衛星通信システム100は、ゲートウエイ102、衛星104、およびユーザターミナル106から成る。ユーザターミナル106は一般に、恒久的な建築物に一般に取り付けられる固定されるユーザターミナル106A、車両に一般に取り付けられる移動ユーザターミナル106B、および一般に手持ち式である可搬式ユーザターミナル106Cの3つの形式のものである。ゲートウエイ102は衛星104を通してユーザターミナル106と通信する。
好ましい実施形態において、本発明は二つのパラメータ:レンジ及びレンジレート、を用いる。これらのパラメータはユーザターミナル106及び衛星104の間の空間的及び時間的関係を記述する。これらのパラメータ、及びそれらの測定および応用は以下に示される。
fF=順リンク公称周波数
fR=逆リンク公称周波数
f0=ユーザターミナル106の局部発振器の公称周波数
foff=ユーザターミナル106の局部発振器の周波数オフセット
foff/f0=ユーザターミナル106の局部発振器の正規化周波数オフセット
図7Aを参照すると、ユーザターミナル106で測定された周波数は以下で与えられる:
上述した2つのパラメータを、ユーザターミナル106の位置を決定するために使用することができる。本発明を理解するための補助として、パラメータの物理的な表示を、地球の表面上に投影されたパラメータの等高線として示している。
位置決め実行について詳細に述べる前に、まず、本発明の位置決め方法が動作できる例証的環境を説明することが有用である。図9は、このような例証的環境を示すブロック図である。この環境は、制御プロセッサ220および/または制御プロセッサ320の一部を形成することができるコンピュータシステム900である。コンピュータシステム900は、プロセッサ904といった1つ以上のプロセッサを備えている。プロセッサ904は通信バス906に接続している。この例証的コンピュータシステムに関して様々な実施形態が説明されている。この説明を読んだ後に、関連技術における当業者には、他のコンピュータシステム、コンピュータアーキテクチャ、ハードウェア状態マシン、ルックアップテーブル等、およびこれらの様々な組合せを使用して、本発明の位置決め方法をどのように実行するかが明らかになるであろう。
(5) x=[lat long]T
ここでTはマトリクスまたはベクトルの転置を示すのであるが、このxの下式に従った非線形関数である:
(6) z=h(x)+v
ここで、M×1ベクトルvは測定誤差を表し、hは非線形関数を表し、実測パラメータおよびユーザターミナル106位置との間の関係を示す。またhは、衛星104Aおよび104Bの位置および速度の関数でもある。別の実施形態において、(7)式に示す様に、ユーザターミナル位置ベクトルxは、緯度および経度の代わりに、3個のデカルト座標で定義できる。
ガウスの線形化手法に従って、ユーザターミナル106の位置を決定するためにM×Kの偏導関数マトリクスHを構成する。ここで、Kは未知の位置の数であり、Hの(m,k)成分は、k番目の位置パラメータに関するm番目の測定の偏導関数であり、所与の位置xで決まる。例えば、式(5)の様に、位置ベクトルが経度および緯度を表示する場合、Kは2に等しく、マトリクスHのk=1の列の成分はユーザターミナル106の緯度に関する偏導関数を示し、またk=2の列の成分はユーザターミナル106の経度に関する偏導関数を示す。位置ベクトルをデカルト座標(K=3)で表した場合、Hのk=(1,2,3)の列はそれそれ(x,y,z)座標を示す。デカルト座標系を使用する場合、式を1つ追加して、各座標を2乗した値の合計が、地球半径の2乗に等しいことを表示する。xおよびHの関係は下式で与えられる。
本発明の様々な実施形態を上記に説明したが、上記は例を記したものであり、これに限定されない。当業者にとって自明である通り、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、様々な形態や細部の変更がなされてよい。従って、本発明は、上記で説明した実施形態に制限されず、下記の請求の範囲および関連請求に従ってのみ定義される。
Claims (15)
- 衛星通信システムのための位置決定システムであって、
ユーザターミナルと、
既知の位置及び既知の速度を有する少なくとも1つの衛星と、
前記少なくとも1つの衛星を通じて前記ユーザターミナルと通信するためのゲートウェイと、
レンジパラメータを決定するためのレンジパラメータ決定手段と、
レンジレートパラメータを決定するためのレンジレートパラメータ決定手段と、
前記衛星の既知の位置及び既知の速度、前記レンジパラメータ並びに前記レンジレートパラメータに基づいて、地球表面上における前記ユーザターミナルの位置を決定するための前記ゲートウェイ内の位置決定手段と
を有する位置決定システム。 - 前記レンジパラメータは前記衛星及び前記ユーザターミナル間の距離を表す請求項1に記載の位置決定システム。
- 前記レンジパラメータは往復遅延を表し、前記位置決定システムは信号の往復遅延を測定するための往復遅延測定手段を前記ゲートウェイ内にさらに有し、前記信号は前記ゲートウェイから前記衛星を通じて前記ユーザターミナルへ送信され、かつ前記ユーザターミナルから前記衛星を通じて前記ゲートウェイへ再送信される請求項1に記載の位置決定システム。
- 前記レンジレートパラメータは前記衛星及び前記ユーザターミナル間の相対的な半径方向速度を表す請求項1に記載の位置決定システム。
- 前記レンジレートパラメータは第1信号及び第2信号の周波数測定値を表し、前記位置決定システムは、
前記ゲートウェイから前記衛星を通じて受信した前記第1信号の周波数を測定するための前記ユーザターミナル内に設けられた第1周波数測定手段と、
前記第1信号の周波数測定値を前記ゲートウェイへ送信するための前記ユーザターミナル内に設けられた送信手段と、
前記ユーザターミナルから前記衛星を通じて受信した前記第2信号の周波数を測定するための前記ゲートウェイ内に設けられた第2周波数測定手段と
をさらに有する請求項1に記載の位置決定システム。 - 前記荷重マトリクスWは測定誤差の共分散マトリクスの逆マトリクスである請求項6に記載の位置決定システム。
- 前記位置決定手段は、
nは予め定められた数であって、地球の滑らかなモデルを最初のn回の反復に対して使用し、その後、地球の詳細なデジタル地形モデルを使用するための手段を
さらに含む請求項6に記載の位置決定システム。 - ユーザターミナルと、既知の位置及び既知の速度を有する少なくとも1つの衛星と、前記衛星を通じて前記ユーザターミナルと通信するためのゲートウェイとを有する通信システムにおいて、前記ユーザターミナルの位置を決定するための方法であって、
(a)前記衛星に対するレンジパラメータを決定する工程と、
(b)前記衛星に対するレンジレートパラメータを決定する工程と、
(c)前記衛星の既知の位置及び既知の速度、前記レンジパラメータ並びに前記レンジレートパラメータに基づいて、地球表面上における前記ユーザターミナルの位置を決定する工程と
を含む方法。 - 前記レンジパラメータは前記衛星及び前記ユーザターミナル間の距離を表す請求項10に記載の方法。
- 前記レンジパラメータは往復遅延を表し、前記工程(a)は(i)信号の往復遅延を前記ゲートウェイにおいて測定する工程を含み、前記信号は前記ゲートウェイから前記衛星を通じて前記ユーザターミナルへ送信され、かつ前記ユーザターミナルから前記衛星を通じて前記ゲートウェイへ再送信される請求項10に記載の方法。
- 前記レンジレートパラメータは前記衛星及び前記ユーザターミナル間の相対的な半径方向速度を表す請求項10に記載の方法。
- 前記工程(b)は、
(i)前記ゲートウェイから前記衛星を通じて受信した第1信号の周波数を前記ユーザターミナルにおいて測定する工程と、
(ii)前記第1信号の周波数測定値を前記ゲートウェイへ送信する工程と、
(iii)第2信号を前記ユーザターミナルから前記衛星を通じて前記ゲートウェイへ送信する工程と、
(iv)前記ユーザターミナルから前記衛星を通じて受信した第2信号の周波数を前記ゲートウェイにおいて測定する工程であって、前記レンジレートパラメータは前記第1信号及び第2信号の周波数測定値を表している工程と
をさらに含む請求項10に記載の方法。 - 既知の位置及び既知の速度を有する少なくとも1つの衛星と、前記衛星を通じてユーザターミナルと通信するためのゲートウェイとを有する通信システムにおいて、
前記ゲートウェイから前記衛星を介して受信した第1の信号を再送信するための手段と、
前記ゲートウェイによって前記衛星を介して送信された第2の信号の周波数を測定するための手段と、
前記周波数の測定値を前記ゲートウェイへ送信するための手段と、
前記衛星を介して前記ゲートウェイへ第3の信号を送信するための手段と
を有するユーザターミナルであって、
地球表面上におけるユーザターミナルの位置は、前記再送信された第1の信号と、前記周波数の測定値と、前記第3の信号と、前記衛星の既知の位置及び既知の速度とに基づいて決定することが可能なユーザターミナル。
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