JP6314225B2 - アンテナ基線制約を使用する異常検出 - Google Patents

Description

本発明は、概して測距システムに関し、測距システムは全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ）受信機を含み得る。より具体的には、本発明は、アンテナ間の既知の基線または測定された基線を利用する複数アンテナシステムにおける異常検出に関する。

測距用途では、受信機は、１つ以上の送信機から受信したメッセージから抽出された情報を利用して、各メッセージの通過時間を決定することが可能である。各送信機までの距離は、既知の電磁波放射の伝播速度が与えられた場合、通過時間から決定することが可能であり、受信機の位置は、少なくとも送信機に対して、マルチラテレーションによって決定することが可能である。測距用途のよく知られている例は、全地球測位システム（ＧＰＳ）である。

本発明の目的は、測距システムにおける搬送波位相異常を監視するためのシステムおよび方法を提供することにある。

本発明の一態様に従えば、測距システムにおける搬送波位相異常を監視するための方法が提供される。第１のアンテナと第２のアンテナとの間の相対搬送波位相が、これら２つのアンテナ間の相対位置の関数として予測される。第１のアンテナおよび第２のアンテナのそれぞれにおいて受信された少なくとも１つの送信信号に基づいて、第１の受信機と第２の受信機との間の相対搬送波位相が測定される。測定された相対搬送波位相と予測相対搬送波位相との間の差分として、異常検出メトリックが算出される。次に、この異常検出メトリックに従って、異常が存在しているかどうかが判定される。

本発明の別の態様に従えば、システムが、送信機から信号を受信するように構成された第１のアンテナと、送信機から信号を受信するように構成され、基線によって第１のアンテナから分離されている第２のアンテナとを含んでいる。信号処理装置が、受信信号に従って、第１のアンテナと第２のアンテナとの間の測定された相対搬送波位相を算出するように構成されている。相対搬送波位相推定器が、第１のアンテナと第２のアンテナとの間の基線に従って、第１のアンテナと第２のアンテナとの間の予測相対搬送波位相を推定するように構成されている。異常検出部が、異常検出メトリックに従って、異常が存在しているかどうかを判定するように構成されている。この異常検出メトリックは、測定された相対搬送波位相と予測相対搬送波位相との間の差分の関数として決定される。

本発明のさらに別の態様に従えば、全地球航法衛星システムが、複数のＧＮＳＳ衛星から信号を受信するように構成された第１の受信機と、複数のＧＮＳＳ衛星から信号を受信するように構成された第２の受信機とを含み、第１の受信機および第２の受信機のそれぞれのアンテナが既知の基線によって分離されている。信号処理装置が、受信されたＧＮＳＳ衛星信号に従って、第１の受信機と第２の受信機との間の二重差搬送波位相を算出するように構成されている。相対搬送波位相推定器が、第１のアンテナと第２のアンテナとの間の基線に従って、第１の受信機と第２の受信機との間の予測相対搬送波位相を推定するように構成されている。異常検出部が、測定された相対搬送波位相と予測相対搬送波位相との間の差分が所定の閾値を超過している場合に、異常が存在していることを判定するように構成されている。

本発明の特徴、目的、および利点は、図面と併せて下記の詳細な説明からさらに明白になるであろう。

本発明の一態様に従う異常検出を利用する測距システムの１つの例を示す。 本発明の一態様に従う異常検出を利用する全地球航法衛星システムの１つの実施形態を示す。 本発明の一態様に従う異常検出システムを利用するように構成された、制御された受信パターンアンテナを示す。 本発明の一態様に従う異常監視システムを使用し易くする冗長アンテナ装置を示す。 本発明の一態様に従う測距システムにおける搬送波位相異常を監視するための方法を示す。

本発明の一態様に従えば、測距システムにおける異常検出のためのシステムおよび方法が提供される。このシステムは、受信機間の相対的な距離についての知識を使用して期待される測定値のいくつかの態様を予測することにより、測定値異常の検出に対処する。本明細書に記載されたシステムおよび方法は、既知の基線制約を２つのアンテナ間の入来する搬送波位相測定値に適用して測定値を予測し、予測測定値からの逸脱を検出することにより、測定値異常を特定する。入来する相対搬送波位相測定値は、空間内または時間内のいずれかにおける、これらの２つのアンテナ間の位置の差分についての正確な知識を使用して予測される。この測定値予測は、基線の受信機のいずれかに影響を及ぼす搬送波位相異常を検出するための基準を提供する。この技法は、搬送波サイクルカウントが各時間エポックにおいて直接計算されるため、それらを統計的に分析することに依らない。基線についての正確な知識は、剛性基線についてのプライオリな知識（例えば、アンテナ自己較正調査）から、またはフレキシブルなアンテナ基線の二次測定値（例えば、レーザ測距）から得ることができる。

搬送波位相測定値は、受信機が搬送波の波長のうちごく一部により搬送波を追尾可能であるため、非常に正確である。搬送波位相測定値は、全地球測位システム（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）干渉法などの全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）、および超長基線電波干渉（ＶＬＢＩ：Ｖｅｒｙ Ｌｏｎｇ Ｂａｓｅｌｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）レーダ処理を含む多種多様な分野で用いられている。それぞれの分野での測定値の使用者は、測定値の正確性および信頼性評価を所望している。本発明の一態様に従うシステムおよび方法は、搬送波位相干渉法を用いるあらゆる分野において、受信した測定値を総合的な測定値予測と比較することにより受信機レベルで異常を検出するためのアルゴリズムを提供する。さらに、この技法を使用して、慣性姿勢および方位測定値に関連して制御された受信パターンアンテナ（ＣＲＰＡ：ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ ａｎｔｅｎｎａ）によって生じる差搬送波位相測定値を予測することにより、ポスト相関（ｐｏｓｔ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）デジタルビーム形成の幾何学的に制約された修正を行うことができる。

図１は、本発明の一態様に従う異常検出を利用する測距システム１０の１つの例を示す。測距システム１０は、１つ以上の送信機から信号を受信するように構成された少なくとも１つのアンテナに対応付けられた、少なくとも２つのアンテナ位置１２，１４を含む。概して、システムは複数のアンテナを有することになるが、アンテナ位置１２，１４が、移動するプラットフォーム上の異なる２時刻に得られた単一のアンテナにおける複数の測定値を表し得ることが認識される。複数のアンテナが存在している場合には、各アンテナは通常、特定の受信機プラットフォームに対応付けられることになるが、用途によっては、アンテナで受信された信号の保全性を監視することができるように、単一のプラットフォームが複数のアンテナ、さらには複数の冗長アンテナを有していてもよいことが認識される。これらの信号はそれぞれ、通常、信号の伝搬時間を決定するのに使用可能な構造化されたコードまたは偽似ランダムコードを含むことになる。受信信号は、少なくとも２つのアンテナ位置１２，１４からなる所与の対の間の、測定された相対搬送波位相を算出する、関連する信号処理装置１６において処理される。１つの実施形態では、測定された相対搬送波位相は、二重差相対搬送波位相として測定される。

本発明の一態様に従えば、少なくとも２つのアンテナ位置１２，１４からなる所与の対は、既知の基線１８によって分離することができる。１つの実施形態では、基線１８は固定されており、これによりシステムの作動前の測定値が使用可能である。搬送波位相アンビギュイティは、固定基線制約を用いて解析することができる。例えば、外部センサを使用して、システム１０に対応付けられた本体フレーム内で基線の長さを調査してから、本体座標フレームから航法座標に変換することが可能である。システム用のプラットフォームが自動車または列車などの名目上は二次元のプラットフォームであれば、磁力計などの外部センサがこの変換に必要とするのは方位のみである。船または航空機などの三次元のプラットフォームについては、平均化された慣性測定値を追加して、基準航法フレームに対する基線の配向の移行を追尾可能にするプラットフォームの左右動および上下動を推定することができる。外部センサにより、測距システム１０の波長の２分の１以内で回転した基線を予測できるだけ十分に正確な配向が行われる限り、アンビギュイティは単一のエポックにおいて決定論的に解析することができる。

基線１８は、フレキシブルであってもよく、すなわち変更可能であってもよく、このような実施形態では、基線が外部の測定装置（図示せず）によって周期的にまたは連続的に監視されることが認識される。例えば、２つのアンテナ位置１２，１４は、それらの相対位置が固定されないように、互いに異なる、可動性のプラットフォーム上にあってもよく、または動きに伴って屈曲する単一のプラットフォームの一部に位置していてもよい。１つの実施形態では、レーザ測距を使用して、フレキシブルな基線を監視することが可能である。相対搬送波位相（ＲＣＰ：ｒｅｌａｔｉｖｅ ｃａｒｒｉｅｒ ｐｈａｓｅ）推定器２２は、既知の基線から予測相対搬送波位相を算出するように構成されている。１つの実施形態では、予測相対搬送波位相は既知の基線の関数として算出され、所与の対のうちの第１のアンテナ位置１２、この対のうちの第２のアンテナ位置１４およびこれら２つのアンテナ位置間の基線１８上に位置する地点のうちの少なくとも１つと、１つ以上の送信機との間の見通し線を表すものである。

測定された搬送波位相および予測相対搬送波位相はそれぞれ、異常検出部２４に提示される。異常検出部２４は、予測相対搬送波位相と測定された相対搬送波位相との間の差分の関数として決定された異常検出メトリックに従って、測定値異常が存在しているかどうかを判定する。例えば、異常検出部２４は、算出された異常検出メトリックを、例えば回帰モデル、人工ニューラルネットワーク分類器またはルールベースエキスパートシステムといったエキスパートシステムに特徴として付与して、異常が存在しているかどうかを判定することができる。エキスパートシステムがメトリックの時系列を分類特徴として利用できるように、所定の期間にわたって複数の異常検出メトリックを累積できることが認識される。１つの実施形態では、異常検出部２４は、測定された相対搬送波位相と予測相対搬送波位相との間の差分を、測定値異常が存在しているかどうかを判定するための閾値と比較する。例えば、この閾値は、受信信号の搬送波に対応付けられた特性波長の４分の１と等しくてもよい。差分が閾値を超過している場合には、異常フラグがトリガされて、測定値異常が存在していることを示すことができる。例えば、測定値異常は、アンテナのうちの１つに対応付けられたトラッキングエラー、またはスプーフィングもしくはミーコニングにより生じ得るようなフェイク信号の存在を示すことができる。

図２は、本発明の一態様に従う異常検出を利用する全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）５０の１つの実施形態を示す。図示された実施形態では、複数の受信機５２〜５４が、１つ以上のＧＮＳＳ衛星によって提示される航法信号を検出する。各受信機５２〜５４では、入来する衛星信号は、マルチ素子ＧＰＳアンテナ５６〜５８上の１つ以上の素子によって受信され、使用可能な信号に変換される。例えば、受信機５２〜５４は、受信信号を基底帯域にダウンコンバートする、マルチチャネルＲＦフロントエンドを含んでもよい。次に、ダウンコンバートされた信号はデジタル化されて、複数の信号抽出器６０〜６２に提示される。図示された実施形態では、信号抽出器６０〜６２は、ドップラーをサーチし、入来する信号の存在を示す最も強い相関エネルギーに対して相関する空間の遅延をサーチするように構成された相関器を含んでもよい。相関器は、獲得した信号の周りの地点における局所相関値を提示するように設定可能であり、これにより信号追尾が可能になる。相関器によって信号の位置が突き止められたら、測距情報が信号から抽出され、これにより信号の通過時間を決定することが可能になり、そして各受信機５２〜５４から送信機までの疑似距離を決定することが可能になる。

抽出された測距情報はコード擬似距離を含むことができる。コード疑似距離とは、ある送信時間における送信機とある受信時間における受信機との間の「距離」である。送信時間および受信時間が異なるため、衛星と受信機との間の真の距離を測定することは不可能である。位相疑似距離は信号の搬送波位相に基づいているため、実際の情報が送信されることは必要ではない。図示された実施形態では、搬送波位相がコード疑似距離または位相疑似距離の代わりに用いられている。搬送波位相（すなわち、累積ドップラー距離）を決定するために、既知の特性を有する局部発振器からの信号を含む受信信号の小数ビート位相が測定可能であり、測定されたビートを波長でスケーリングすることにより、距離範囲に変換可能である。

システム制御部７０は、決定された位相測定値から２つの受信機間の相対位相を決定する、相対搬送波位相（ＲＣＰ）算出部７２を含んでいる。システム制御部７０は、受信機のうちの１つ（例えば、受信機５２）に配置するか、複数の受信機５２〜５４の間に分配するか、または遠隔して配置することが可能であることが認識される。図示されたシステム５０は、差位相処理を用いて相対位相を決定する。差位相処理は通常、任意の位置における２つ以上の受信機からの測定値を用いて、搬送波位相干渉技法によって共通のエラーを消去する。図示されたシステム５０は、二重差処理を用いて干渉計による観察を構成する。二重差処理では、２つの別個の受信機から単一の衛星までの観測結果の差分を決定することによって、複数の一重差が形成される。特定の受信機の対に対して２つの一重差の間の差分を得ることにより、搬送波位相に二重差が与えられ、これを用いてこの対の受信機間の相対搬送波位相を決定することができる。

システム制御部７０は、受信機間の既知の基線に従って、２つの受信機間の予測相対搬送波位相を算出する相対搬送波位相予測器７４をさらに含んでもよい。１つの実施形態では、予測相対搬送波位相は、送信機と基線上の少なくとも１つの地点との間の見通し線を表している見通し線マトリックスと、既知の基線（例えば、２つの受信機の相対位置）を表している位置ベクトルとの積として算出される。見通し線マトリックスは一般に、基線を画定している対における受信機の一方または両方からの、１つ以上の送信機の方向を表していることが認識される。２つの受信機間の基線が剛性であり、既知の基線を提示するシステムを構成中に測定可能であることが認識される。しかしながら、図示された実施形態では、フレキシブルな（すなわち変更可能な）基線を想定しており、システム制御部７０は、基線を動的に測定するように構成された基線測定部７６に動作可能に接続することができる。例えば、基線測定部７６は、２つの受信機の間の距離、具体的には受信機に対応付けられたアンテナ間の距離を測定するように構成されたレーザ測距装置を含むことができる。

慣性航法システム（ＩＮＳ：ｉｎｅｒｔｉａｌ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）７８によって使用される本体基準座標フレーム内の空間で、基線ベクトルおよびその配向を決定するために、較正を行うことができる。ＩＮＳを使用して、連続的に本体と航法フレームとの間の動的な関係を提供することが可能であり、そして相対搬送波位相測定値を予測することが可能になる。座標フレームの変換は、２つの方向余弦マトリックスを用いて達成することができる。第１のマトリックスが調査フレームを本体フレームに関連付ける静的な較正を行う一方、第２のマトリックスは、例えばＩＮＳ７８において決定された関係を用いて、静的な本体座標フレームを動的な航法フレームに関連付けるオンザフライ変換（ｏｎ−ｔｈｅ−ｆｌｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）を行う。それに応じて、本体フレーム内の既知の基線または測定された基線を航法フレーム内で表して、相対搬送波位相の予測を可能にすることができる。

測定された搬送波位相は、例えば２つの位相測定値の間の整数個の波長において、ある程度のアンビギュイティを有し得ることが認識される。この搬送波位相アンビギュイティは既知の剛性基線制約を用いて解析することができる。これには、本体フレーム内で基線の長さを調査してから、それを外部センサを用いて本体座標から航法座標に変換することを伴う。プラットフォームが自動車または列車などの名目上は二次元のプラットフォームであれば、磁力計などの外部センサが必要とするのは方位のみである。船または航空機などの三次元のプラットフォームについては、平均化にされたＩＭＵを追加して、プラットフォームの左右動および上下動を推定することができる。外部センサにより、波長の２分の１以内で回転した基線を予測できるだけ十分に正確な配向が行われる限り、アンビギュイティは単一のエポックにおいて決定論的に解析することができる。

例えば、長さ１メートルの２Ｄの剛性基線および、精度±１度の磁力計を考える。この事例では、磁力計を使用して、１７．４６ｍｍの精度で航法座標の基線を予測することができる。基線が長くなると、所与の磁力計誤差についての位置予測誤差が大きくなる。２メートルの基線および上記と同一の磁力計であれば、位置予測精度は、３４．９１ｍｍになる。いずれの事例も、１９ｃｍのＬ１ ＧＰＳ波長の半分以内にある。

したがって、未処理のワイドレーン量であるＷＬ_ｒａｗは、次のように計算することができる。

なお、ＳＤ_Ｌ１はＬ１搬送波に対する一重差位相測定値であり、ＳＤ_Ｌ２はＬ２搬送波に対する一重差位相測定値である。ＤＤ_{Ｌ１，ｒａｗ}はＬ１搬送波に対する未処理の二重差位相測定値であり、ＤＤ_{Ｌ２，ｒａｗ}はＬ２搬送波に対する未処理の二重差位相測定値である。λ_Ｌ１はＬ１搬送波の波長であり、λ_Ｌ２はＬ２搬送波の波長であり、λ_ＷＬは、ワイドレーン波長である。

本体フレーム基線および方位であるＤＤ_ｅｓｔは、次のようにパラメータ化することができる。

なお、ｂ^ｎは航法フレーム内の基線であり、Ｈは方位であり、ｂ^ｂは本体フレーム内の基線であり、Ｃ_ｂ ^ｎは航法フレーム内の本体のアラインメントを表す回転マトリックスである。

ナローレーンアンビギュイティであるＮ_ＷＬは、Ｎ_ＷＬ＝ｒｏｕｎｄ（ＷＬ_ｒａｗ−ＤＤ_ｅｓｔ）となるような、未処理のワイドレーンアンビギュイティと、本体フレームの基線および方位との間の差分として測定することができる。最終的なワイドレーン量であるＷＬは、ＷＬ_ｒａｗ−Ｎ_ＷＬ＊λ_ＷＬとして計算することができる。ハンドオーバ（ｈａｎｄｏｖｅｒ）であるＨＯは、ＨＯ＝ｗａｖｇ（ＤＤ_{Ｌ１，ｒａｗ}−ＷＬ）であるような、移動平均フィルタとして計算することができ、これに伴いＬ１のアンビギュイティであるＮ_Ｌ１は、Ｎ_Ｌ１＝ｒｏｕｎｄ（ＨＯ／λ_Ｌ１）として計算することができる。Ｌ２のアンビギュイティは、Ｌ１のアンビギュイティとナローレーンのアンビギュイティとの間の差分として決定される。これらの値から、単一の周波数測定値であるＤＤ_Ｌ１およびＤＤ_Ｌ２は、次のように決定することができる。
ＤＤ_Ｌ１＝ＤＤ_{Ｌ１，ｒａｗ}−Ｎ_Ｌ１・λ_Ｌ１およびＤＤ_Ｌ２＝ＤＤ_{Ｌ２，ｒａｗ}−Ｎ_Ｌ２・λ_Ｌ２

少なくとも２つの受信機間の搬送波位相が測定され、予測相対搬送波位相が算出されたら、両方の値が異常検出部８０に提示される。異常検出部８０は、予測相対搬送波位相と測定された相対搬送波位相との間の差分から、測定値異常が存在しているかどうかを判定する。図示された実施形態では、異常検出部８０は、測定された相対搬送波位相と予測相対搬送波位相との間の差分を、測定値異常が存在しているかどうかを判定するための閾値と比較する。例えば、この閾値は、受信信号の搬送波に対応付けられた特性波長の４分の１と等しくてもよい。差分が閾値を超過している場合には、異常フラグがトリガされて、測定値異常が存在していることを示すことができる。例えば、測定値異常は、アンテナのうちの１つに対応付けられたトラッキングエラー、またはスプーフィングもしくはミーコニングにより生じ得るようなフェイク信号の存在を示すことができる。

干渉法システムの多くは、本明細書に記載された異常検出のための技法が使用可能な、空間的または時間的に分離されているアンテナ（または素子）を有する。例えば、対ジャミング航法システムの多くは、制御された受信パターンアンテナを使用するか、またはジャミング防止機能が強化されている。図３は、本発明の一態様に従う異常検出システムを利用することが可能な、制御された受信パターンアンテナ１００を示す。制御された受信パターンアンテナ１００は、一定の相対位置に保たれた複数のアンテナノード１０２〜１０８を備える。したがって、第１のアンテナノード１０２と近隣のアンテナノード１０３〜１０６との間のそれぞれの基線１１０〜１１３は剛性であり、例えば、アンテナ自己較正調査中に測定可能である。図示された実施形態では、これらの剛性基線は、それらが測定値予測に使用され得る前に、静的な調査を通じて本体基準座標フレーム内で測定され、航法座標フレームに動的に変換されてプラットフォームの移動および回転に対応しなければならない。位相測定値が各アンテナ素子から個々に処理され、これらの測定値が予測位相測定値と一致しないときに、ＣＲＰＡについて測定値異常を検出することができる。

別の例示的なアンテナ装置１２０が図４に示されており、異常監視システムが、冗長アンテナ１２４，１２６間の剛性基線１２２を監視して、冗長アンテナのうちの１つ（例えば、１２４または１２６）と第３のアンテナ１３２との間のフレキシブルな基線（例えば、１２８または１３０）の構成要素であるノード測定値を検証する。実質的に、冗長アンテナ（例えば、１２６）を追加することにより、用途に必要なアンテナ１２４，１３２の対におけるアンテナ１２４のうちの１つとの剛性基線１２２が作られる。この剛性基線１２２により、相対搬送波位相のさらなる正確な予測が可能になり、それに応じたさらなる正確な異常監視が可能になる。誤差源の多くは、局所的なアンテナすべてに影響を及ぼすおそれがあるため、剛性基線１２２に関するさらに正確な異常監視を用いて、アレイ１２０全体の保全性を確保することができる。例えば、空輸燃料補給プラットフォームで冗長アンテナを使用すると、保全監視器への入力としての異常監視システムが使い易くなる。超長基線電波干渉（ＶＬＢＩ）レーダに、同様の構成を使用することも可能である。ＶＬＢＩレーダでは、レーダ開口部が複数のアンテナを包含するように拡張されており、レーダ測定値が冗長アンテナから導き出された予測に対して比較される。

図２の例は、複数のアンテナおよび複数の受信機を利用しているが、同じ受信機から離散的な２以上の時刻において形成されたアンテナ基線を用いて、同じ技法を時間的に使用することもまた可能である。変位の外部観測（例えば、慣性測定装置または走行距離計）によって一時的な基線を制約することが可能であり、これにより期待される搬送波位相測定値を予測し、検出メトリックを形成する手段を提示することができる。

図２〜４の例では、異常が測定ノイズよりも大きい限り、異常検出器は測定波長のうちごく一部の大きさを有する測定値誤差を検出することができる。異常には、トラッキングエラーなどの受信機レベルでの事象、またはスプーフィングもしくはミーコニングなどのフェイク信号などの信号レベルでの事象が含まれる。この技法は、アンビギュイティ解析の正確さ、または、相関ノイズ、マルチパスもしくはサイクルスリップなどの誤差源によって制限されるものではない。実際、本発明の一態様に従う異常検出システムは、これらの誤差源を検出するのに十分な高感度である。

上述した構造的な特徴および機能的な特徴に鑑みて、方法の一例は、図５を参照することでより一層認識されるであろう。説明を簡単にするために、図５の方法を順次に実行されるものとして示し、記述しているが、他の例では、いくつかの動作は、本明細書で示して記述したものとは異なる順序で行われ得るか、または同時に行われ得るため、本発明は、図示された順序に限定しないことが理解され認識される。

図５は、本発明の一態様に従う測距システムにおける搬送波位相異常を監視するための方法１５０を示す。１５２では、第１のアンテナと第２のアンテナとの間の相対搬送波位相が、これら２つのアンテナ間の相対位置の関数として予測される。相対位置は、測距システムの較正から分かり、システム制御部にパラメータとして単に蓄積可能であることが認識される。あるいは、２つのアンテナ間の相対位置は、例えばレーザ測距、または２つの対象物の相対位置を追尾するのに適した別の手段によって、周期的に決定することができる。概して、２つのアンテナ間の相対位置は、測距システムに対応付けられた本体基準座標フレーム内で決定され、座標変換によって航法座標フレームに変換される。１つの実施形態では、相対搬送波位相は、２つのアンテナ間の相対位置と、測距システムにおける複数の送信機の既知の位置との関数として予測される。例えば、予測相対搬送波位相は、複数の送信機と、２つのアンテナ間の基線に対応付けられた少なくとも１つの地点との相対位置を表している見通し線マトリックスと、２つのアンテナの相対位置を表しているベクトルとの積として算出することができる。

１５４では、第１のアンテナと第２のアンテナとの間の相対搬送波位相が、第１のアンテナおよび第２のアンテナのそれぞれにおいて受信された少なくとも１つの送信信号に基づいて測定される。１つの実施形態では、二重差搬送波位相は、アンテナに対する位置が分かっている２つの送信機からの信号を用いて、２つのアンテナについて算出することができる。１５６では、異常検出メトリックが、測定された相対搬送波位相と予測相対搬送波位相との間の差分の関数として決定される。１つの実施形態では、異常検出メトリックは、測定された相対搬送波位相と予測相対搬送波位相との間の差分の一次関数であるが、異常を検出するのに使用される分析手段によっては、この差分の非線形関数が有用な場合があることが認識される。

１５８では、異常検出メトリックに従って、異常が存在しているかどうかが判定される。１つの実施形態では、異常検出メトリックが所定の閾値、例えば、少なくとも１つの送信信号のうちの１つに対応付けられた波長の４分の１を超過している場合に、異常が存在していることが判定される。別の実施形態では、算出された異常検出メトリックの時系列が、ルールベースエキスパートシステムに提示され、異常が存在している可能性が判定される。測定値異常が検出されたら、フラグが立てられ、測距システムに対して適切な調節ができるように、オペレータに報告することができる。

本発明は例示的に開示されている。したがって、本開示の全体を通じて使用されている用語は、限定的なものとしてではなく例示的なものとして解釈されたい。当業者には本発明の若干の改変形態が想起されるであろうが、本明細書で保証される特許の範囲内にあると意図される事項は、本明細書が寄与する技術分野に対する進展の範囲に合理的に当てはまるすべての実施形態であり、この範囲は、添付の特許請求の範囲およびその均等物に鑑みた場合を除いて、限定されるものではないことを理解されたい。
［付記１］
前記第１のアンテナの位置と前記第２のアンテナの位置との間の前記相対搬送波位相を予測する前記ステップが、２つの前記アンテナの位置間の前記相対位置と、前記測距システムにおける複数の送信機の既知の位置との関数として、前記相対搬送波位相を予測するステップを含む、請求項１に記載の方法。
［付記２］
前記第１のアンテナの位置と前記第２のアンテナの位置との間の前記相対搬送波位相を予測する前記ステップが、複数の前記送信機と２つの前記アンテナの位置間の基線に対応付けられた少なくとも１つの地点との相対位置を表す見通し線マトリックスと、２つの前記アンテナの位置の前記相対位置を表すベクトルとの積を計算するステップを含む、付記１に記載の方法。
［付記３］
前記異常検出部がルールベースエキスパートシステムを備える、請求項７に記載のシステム。
［付記４］
全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）であって、
複数のＧＮＳＳ衛星から信号を受信するように構成された第１の受信機と、
前記複数のＧＮＳＳ衛星から前記信号を受信するように構成されている第２の受信機であって、前記第１の受信機および前記第２の受信機のそれぞれが既知の基線によって分離されている、前記第２の受信機と、
前記受信されたＧＮＳＳ衛星信号に従って、前記第１の受信機と前記第２の受信機との間の二重差搬送波位相を算出するように構成された信号処理装置と、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間の前記基線に従って、前記第１の受信機と前記第２の受信機との間の予測相対搬送波位相を推定するように構成された相対搬送波位相推定器と、
測定された相対搬送波位相と前記予測相対搬送波位相との間の差分が所定の閾値を超過している場合に、異常が存在していることを判定するように構成された異常検出部と、
を備えるＧＮＳＳシステム。
［付記５］
所定の前記閾値が、ＧＮＳＳ搬送波に対応付けられた波長の４分の１である、付記４に記載のＧＮＳＳシステム。
［付記６］
複数の前記ＧＮＳＳ衛星が第１のＧＮＳＳ衛星群であり、
前記異常検出部が、前記第１のＧＮＳＳ衛星群からの観測を用いて、第２のＧＮＳＳ衛星群からの少なくとも１つの観測を検証するようにさらに構成されている、付記４に記載のＧＮＳＳシステム。

Claims (14)

1. 測距システムにおける搬送波位相異常を監視するための方法であって、
   移動するプラットフォームの配向を、少なくとも１つのセンサを備えた慣性航法システムにて測定するステップと、
   第１のアンテナの位置と第２のアンテナの位置との間の相対搬送波位相を、２つの前記アンテナの位置間の相対位置と前記慣性航法システムにおいて決定された前記移動するプラットフォームの配向との関数として予測するステップと、
   前記第１のアンテナの位置および前記第２のアンテナの位置のそれぞれにおいて受信された少なくとも１つの送信信号に基づいて、前記第１のアンテナの位置と前記第２のアンテナの位置との間の相対搬送波位相を測定するステップと、
   測定された前記相対搬送波位相と前記予測相対搬送波位相との間の差分の関数として、異常検出メトリックを算出するステップと、
   前記異常検出メトリックに従って、異常が存在しているかどうかを判定するステップと、
   を含む方法。
2. 前記異常検出メトリックに従って、異常が存在しているかどうかを判定する前記ステップが、前記異常検出メトリックが所定の閾値を超過しているかどうかを判定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記所定の閾値が、少なくとも１つの前記送信信号のうちの１つに対応付けられた波長の４分の１である、請求項２に記載の方法。
4. 前記異常検出メトリックに従って、異常が存在しているかどうかを判定する前記ステップが、ルールベースエキスパートシステムに算出された異常検出メトリックの時系列を提示するステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. ２つの前記アンテナの位置間の前記相対位置を周期的に決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記測距システムに対応付けられた本体基準座標フレーム内で２つの前記アンテナの位置間の前記相対位置を決定するステップと、
   決定された前記相対位置を、座標変換によって航法座標フレームに変換するステップと、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. システムであって、
   送信機から信号を受信するように構成された第１のアンテナと、
   前記送信機から前記信号を受信するように構成され、基線によって前記第１のアンテナから分離されている第２のアンテナと、
   前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナのうちの少なくとも１つに対応付けられたプラットフォームの回転を監視するように構成された慣性測定装置と、
   受信した前記信号に従って、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間の測定された相対搬送波位相を算出するように構成された信号処理装置と、
   前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間の前記基線を、前記慣性測定装置における監視された前記回転に従って、前記プラットフォームに対応付けられた座標フレームから航法座標フレームに変換し、及び、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間の変換した前記基線に従って、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間の予測相対搬送波位相を推定するように構成された相対搬送波位相推定器と、
   測定された前記相対搬送波位相と前記予測相対搬送波位相との間の差分の関数として決定される異常検出メトリックに従って、異常が存在しているかどうかを判定するように構成された異常検出部と、
   を備えるシステム。
8. 前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間の前記基線が一定であり、前記相対搬送波位相推定器が前記基線を表す位置ベクトルを蓄積している、請求項７に記載のシステム。
9. 前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間の前記基線を動的に測定するレーザ測距装置をさらに備える、請求項７に記載のシステム。
10. 前記相対搬送波位相推定器が、２つの前記アンテナ間の前記基線と、前記システムに対応付けられた複数の送信機の既知の位置との関数として、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間の前記予測相対搬送波位相を推定する、請求項７に記載のシステム。
11. 前記相対搬送波位相推定器が、複数の前記送信機と、２つの前記アンテナ間の前記基線に対応付けられた少なくとも１つの地点との前記相対位置を表す見通し線マトリックスと、２つの前記アンテナの前記相対位置を表すベクトルとの積を計算するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナのそれぞれとのフレキシブルな基線を有する第３のアンテナをさらに備え、
    メトリック比較部が、前記異常検出メトリックに従って、前記第３のアンテナと、前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナのうちの１つとの間に異常が存在しているかどうかを判定する、請求項７に記載のシステム。
13. 前記第１のアンテナ、前記第２のアンテナおよび前記第３のアンテナのそれぞれが空輸燃料補給プラットフォームに実装され、
    前記異常検出部の出力が、前記空輸燃料補給プラットフォームに対応付けられた保全監視器に供給される、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナが、制御された受信パターンアンテナアレイを備える複数のアンテナノードにおける第１のノードおよび第２のノードである、請求項７に記載のシステム。