JPH05256927A - 世界測位システム用トラッキングシステム - Google Patents
世界測位システム用トラッキングシステムInfo
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- JPH05256927A JPH05256927A JP4341644A JP34164492A JPH05256927A JP H05256927 A JPH05256927 A JP H05256927A JP 4341644 A JP4341644 A JP 4341644A JP 34164492 A JP34164492 A JP 34164492A JP H05256927 A JPH05256927 A JP H05256927A
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- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
- Radio Relay Systems (AREA)
- Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ラジオゾンデ、ソノブイおよび他の物体に関
連した用途に適した地上測位システム（ＧＰＳ）の衛星
を用いた低コストのトラッキングシステムを提供するこ
と。 【構成】 このトラッキングシステムは各物体に取り付
けられたセンサを含み、このセンサはＧＰＳ衛星信号を
デジタル式にサンプリングし、これら信号をデータバッ
ファに記録する。これらのデジタルサンプルはＧＰＳ衛
星信号をサンプリングしたレートよりも低いレートでデ
ータテレメータリンクを介して送信され、物体からの他
のテレメータデータとインターリーブされる。ＧＰＳデ
ータはデータ処理ワークステーションで処理され、この
ワークステーションではデータをサンプリングしたとき
のセンサとの位置および速度を計算する。センサ内のデ
ータバッファは周期的にリフレッシュされ、ワークステ
ーションはセンサの新しい位置および速度を周期的に計
算する。ワークステーションでは信号の捕捉を助け、か
つ位置測定の精度を高めるよう微分相関値も得られる。
連した用途に適した地上測位システム（ＧＰＳ）の衛星
を用いた低コストのトラッキングシステムを提供するこ
と。 【構成】 このトラッキングシステムは各物体に取り付
けられたセンサを含み、このセンサはＧＰＳ衛星信号を
デジタル式にサンプリングし、これら信号をデータバッ
ファに記録する。これらのデジタルサンプルはＧＰＳ衛
星信号をサンプリングしたレートよりも低いレートでデ
ータテレメータリンクを介して送信され、物体からの他
のテレメータデータとインターリーブされる。ＧＰＳデ
ータはデータ処理ワークステーションで処理され、この
ワークステーションではデータをサンプリングしたとき
のセンサとの位置および速度を計算する。センサ内のデ
ータバッファは周期的にリフレッシュされ、ワークステ
ーションはセンサの新しい位置および速度を周期的に計
算する。ワークステーションでは信号の捕捉を助け、か
つ位置測定の精度を高めるよう微分相関値も得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ナビゲーションシステ
ムに関し、特に世界測位システム（以下ＧＰＳとも称
す）の衛星を利用した地表上またはその近くのラジオゾ
ンデ、ソノブイ、航空機、船舶、地上車両および他の物
体の測位を行うためのシステムに関する。このＧＰＳ
は、人工衛星を利用した無線測位システムであり、この
システムでは、各ＧＰＳ衛星はＧＰＳ衛星のうちの所定
のものからユーザのアンテナまでの距離をユーザが正確
に測定し、その後、公知の三角測量技術を利用して位
置、速度および時間パラメータを高精度で計算できるよ
うにデータを送信する。ＧＰＳにより送られる信号は、
全世界で連続して受信できるようになっている。このＧ
ＰＳは、３つの主なセグメント、すなわち、宇宙セグメ
ント、制御セグメントおよびユーザセグメントから成
る。
ムに関し、特に世界測位システム（以下ＧＰＳとも称
す）の衛星を利用した地表上またはその近くのラジオゾ
ンデ、ソノブイ、航空機、船舶、地上車両および他の物
体の測位を行うためのシステムに関する。このＧＰＳ
は、人工衛星を利用した無線測位システムであり、この
システムでは、各ＧＰＳ衛星はＧＰＳ衛星のうちの所定
のものからユーザのアンテナまでの距離をユーザが正確
に測定し、その後、公知の三角測量技術を利用して位
置、速度および時間パラメータを高精度で計算できるよ
うにデータを送信する。ＧＰＳにより送られる信号は、
全世界で連続して受信できるようになっている。このＧ
ＰＳは、３つの主なセグメント、すなわち、宇宙セグメ
ント、制御セグメントおよびユーザセグメントから成
る。
【０００２】
【従来技術】完全に運用されているときの宇宙セグメン
トは、２１個の運用衛星と、３個の予備衛星とから成
る。これら衛星は、一般的に７個の（最小４個の）衛星
が、地表またはその近くのいずれのユーザによっても観
察できるような配列に位置している。各衛星は、２つの
タイプの拡散関数を用いたスペクトル拡散技術を用いて
Ｌ１（１５７５．４２ＭＨｚ）およびＬ２（１２２７．
６ｋＨｚ）として知られている２つの周波数上で信号を
送信する。Ｌ１の周波数では、Ｃ／ＡおよびＰ擬似ラン
ダムノイズ（ＰＲＮ）コードが送信され、Ｌ２の周波数
では、Ｐコードのみが送信される。Ｃ／Ａすなわち粗／
捕捉コードは、軍事または民間のいずれのユーザにも利
用できるが、Ｐコードは許可された軍事および民間ユー
ザしか利用できない。ＰおよびＣ／Ａコードのいずれも
受信機が一つの衛星とユーザとの間の距離を決定できる
ようなデータを含んでいる。ＰおよびＣ／Ａコードのい
ずれにもナビゲーション（Ｎａｖ）メッセージが重畳さ
れており、このＮａｖメッセージは、１）ＧＰＳシステ
ム時間と、２）Ｃ／ＡコードからＰコードトラッキング
への切り替えに関連して使用されるハンドオーバワード
と、３）トラッキングされている特定衛星の天体暦デー
タと、４）衛星の状態、Ｃ／Ａコードユーザに対する電
離層遅れモデルの係数、ユニバーサルコーディネイト時
間（ＵＴＣ）を計算するのに使用される係数に関する情
報を含む、配列内の衛星すべてに関するアルマナックデ
ータを含む。
トは、２１個の運用衛星と、３個の予備衛星とから成
る。これら衛星は、一般的に７個の（最小４個の）衛星
が、地表またはその近くのいずれのユーザによっても観
察できるような配列に位置している。各衛星は、２つの
タイプの拡散関数を用いたスペクトル拡散技術を用いて
Ｌ１（１５７５．４２ＭＨｚ）およびＬ２（１２２７．
６ｋＨｚ）として知られている２つの周波数上で信号を
送信する。Ｌ１の周波数では、Ｃ／ＡおよびＰ擬似ラン
ダムノイズ（ＰＲＮ）コードが送信され、Ｌ２の周波数
では、Ｐコードのみが送信される。Ｃ／Ａすなわち粗／
捕捉コードは、軍事または民間のいずれのユーザにも利
用できるが、Ｐコードは許可された軍事および民間ユー
ザしか利用できない。ＰおよびＣ／Ａコードのいずれも
受信機が一つの衛星とユーザとの間の距離を決定できる
ようなデータを含んでいる。ＰおよびＣ／Ａコードのい
ずれにもナビゲーション（Ｎａｖ）メッセージが重畳さ
れており、このＮａｖメッセージは、１）ＧＰＳシステ
ム時間と、２）Ｃ／ＡコードからＰコードトラッキング
への切り替えに関連して使用されるハンドオーバワード
と、３）トラッキングされている特定衛星の天体暦デー
タと、４）衛星の状態、Ｃ／Ａコードユーザに対する電
離層遅れモデルの係数、ユニバーサルコーディネイト時
間（ＵＴＣ）を計算するのに使用される係数に関する情
報を含む、配列内の衛星すべてに関するアルマナックデ
ータを含む。
【０００３】制御セグメントは、マスタ制御ステーショ
ン（ＭＣＳ）と多数のモニタステーションから成る。モ
ニタステーションは、常にすべてのＧＰＳ衛星を受動的
にトラッキングし、各衛星からのレンジングデータと衛
星クロックデータを集める。この情報は、ＭＣＳへ送ら
れ、ここで衛星の天体暦およびクロックドリフトが予想
される。更新された天体暦およびクロックデータは、各
衛星にアップロードされ、各衛星ナビゲーションメッセ
ージ内に再送信される。この制御セグメントの目的は、
衛星から送信される情報ができるだけ正確になるよう保
証することである。
ン（ＭＣＳ）と多数のモニタステーションから成る。モ
ニタステーションは、常にすべてのＧＰＳ衛星を受動的
にトラッキングし、各衛星からのレンジングデータと衛
星クロックデータを集める。この情報は、ＭＣＳへ送ら
れ、ここで衛星の天体暦およびクロックドリフトが予想
される。更新された天体暦およびクロックデータは、各
衛星にアップロードされ、各衛星ナビゲーションメッセ
ージ内に再送信される。この制御セグメントの目的は、
衛星から送信される情報ができるだけ正確になるよう保
証することである。
【０００４】ＧＰＳは、宇宙、空中、海洋および地上の
物体のナビゲーション、精密な測位、時間転送、姿勢基
準、探査等の種々の用途に利用されるように意図されて
いる。またＧＰＳは、全世界の種々の民間および軍事機
関により利用される。広範なグループのユーザの要求に
応えるためこれまで従来のＧＰＳ受信機が多数開発され
ている。これらの従来の受信機としては、シーケンシャ
ルトラッキング式、連続受信式、多重式、時間転送式お
よび探査式を含む多数の異なるタイプのものがある。
物体のナビゲーション、精密な測位、時間転送、姿勢基
準、探査等の種々の用途に利用されるように意図されて
いる。またＧＰＳは、全世界の種々の民間および軍事機
関により利用される。広範なグループのユーザの要求に
応えるためこれまで従来のＧＰＳ受信機が多数開発され
ている。これらの従来の受信機としては、シーケンシャ
ルトラッキング式、連続受信式、多重式、時間転送式お
よび探査式を含む多数の異なるタイプのものがある。
【０００５】ＧＰＳ受信機は、アンテナアセンブリ、Ｒ
Ｆアセンブリ、ＧＰＳプロセッサアセンブリを含む多数
のサブシステムから成る。このアンテナアセンブリは、
Ｌ−バンドのＧＰＳ信号を受信し、これを増幅し、ＲＦ
アセンブリに送る。
Ｆアセンブリ、ＧＰＳプロセッサアセンブリを含む多数
のサブシステムから成る。このアンテナアセンブリは、
Ｌ−バンドのＧＰＳ信号を受信し、これを増幅し、ＲＦ
アセンブリに送る。
【０００６】ＲＦアセンブリは、Ｌ−バンドのＧＰＳ信
号を適当なＩＦ周波数にダウンコンバートする。種々の
公知の技術を用いたコード相関関数によりＬ−バンド信
号を変調してＰＲＮコードをトラッキングし、衛星から
の信号の送信時間を測定する。キャリヤトラッキングル
ープにより受信Ｌ−バンド信号のドップラー偏位も測定
される。アナログまたはデジタル処理のいずれかにより
コード相関化およびキャリヤトラッキングを実行する。
号を適当なＩＦ周波数にダウンコンバートする。種々の
公知の技術を用いたコード相関関数によりＬ−バンド信
号を変調してＰＲＮコードをトラッキングし、衛星から
の信号の送信時間を測定する。キャリヤトラッキングル
ープにより受信Ｌ−バンド信号のドップラー偏位も測定
される。アナログまたはデジタル処理のいずれかにより
コード相関化およびキャリヤトラッキングを実行する。
【０００７】コードおよびキャリヤトラッキングループ
の制御は、ＧＰＳプロセッサアセンブリにより行なわれ
る。この測定値を受信機のクロックで決定した受信時間
で微分することにより受信機とトラッキングされている
衛星との間の擬似レンジを決定できる。この擬似レンジ
は、衛星までのレンジと、ＧＰＳマスタ基準時間からの
受信機のクロックのずれの双方を含んでいる。４つの衛
星からの擬似レンジ測定値およびナビゲーションデータ
を使用して３次元位置−速度測定点を計算し、受信機の
クロックのずれを較正し、およびＧＰＳ時間を表示す
る。
の制御は、ＧＰＳプロセッサアセンブリにより行なわれ
る。この測定値を受信機のクロックで決定した受信時間
で微分することにより受信機とトラッキングされている
衛星との間の擬似レンジを決定できる。この擬似レンジ
は、衛星までのレンジと、ＧＰＳマスタ基準時間からの
受信機のクロックのずれの双方を含んでいる。４つの衛
星からの擬似レンジ測定値およびナビゲーションデータ
を使用して３次元位置−速度測定点を計算し、受信機の
クロックのずれを較正し、およびＧＰＳ時間を表示す
る。
【０００８】代表的なＧＰＳ受信機により実行される受
信プロセッサコントローラ（ＰＲＣ）処理およびメモリ
機能は、チャンネルステータスおよび制御、信号捕捉お
よび再捕捉、コードおよびキャリヤトラッキングループ
のモニタリング、擬似レンジ（ＰＲ）およびデルタレン
ジ（ＤＲ）測定値の計算、データエッジタイミングの決
定、衛星により放送されるアルマナックおよび天体暦デ
ータの捕捉および格納、プロセッサ制御およびタイミン
グ、アドレスおよびコマンドデコーディング、時限イン
タラプト発生、インタラプトアクノレッジメント制御お
よびＧＰＳタイミングを含む。これらの機能（関数）
は、固定小数点演算され、浮動小数点コープロセッサは
不要である。
信プロセッサコントローラ（ＰＲＣ）処理およびメモリ
機能は、チャンネルステータスおよび制御、信号捕捉お
よび再捕捉、コードおよびキャリヤトラッキングループ
のモニタリング、擬似レンジ（ＰＲ）およびデルタレン
ジ（ＤＲ）測定値の計算、データエッジタイミングの決
定、衛星により放送されるアルマナックおよび天体暦デ
ータの捕捉および格納、プロセッサ制御およびタイミン
グ、アドレスおよびコマンドデコーディング、時限イン
タラプト発生、インタラプトアクノレッジメント制御お
よびＧＰＳタイミングを含む。これらの機能（関数）
は、固定小数点演算され、浮動小数点コープロセッサは
不要である。
【０００９】代表的なＧＰＳ受信機で実行されるナビゲ
ーション処理およびメモリ機能は、衛星軌道の計算およ
び衛星の選択、大気遅れ補正値の計算、ナビゲーション
解答計算、クロックバイアス及びレート推定値、出力情
報の計算、及び補助情報の処理及び座標変換を含む。こ
のような機能を実行するには多量の処理とメモリを必要
とし、一般に浮動小数点コープロセッサを用いて行なわ
れる。
ーション処理およびメモリ機能は、衛星軌道の計算およ
び衛星の選択、大気遅れ補正値の計算、ナビゲーション
解答計算、クロックバイアス及びレート推定値、出力情
報の計算、及び補助情報の処理及び座標変換を含む。こ
のような機能を実行するには多量の処理とメモリを必要
とし、一般に浮動小数点コープロセッサを用いて行なわ
れる。
【００１０】ＧＰＳ標準測位サービスは１００ｍ２ｄＲ
ＭＳのナビゲーション精度を与える。ＧＰＳの多数の用
途ではこれよりも高いレベルの精度を必要とする。微分
ＧＰＳ（ＤＧＰＳ）として知られている技術を用いる
と、精度を改善できる。このような技術によれば既知の
位置でＧＰＳ受信機を作動させる。この受信機は正しい
衛星の擬似レンジの既知の知識を利用して衛星の擬似レ
ンジの補正データを計算するのに使用され、これらの補
正データは同じ地理上のエリアにいるユーザに放送され
る。これらの擬似レンジ補正値は観察されている衛星の
擬似レンジ測定値を補正するよう別のＧＰＳ受信機のナ
ビゲーション解答に組み込まれ、位置決定精度を改善す
る。基準ステーションで生じるエラーとユーザの位置で
生じるエラーの相関性は両者の間の距離に依存している
が、通常基準ステーションの３５０ｋｍ内のユーザに対
して大きな相関性がある。
ＭＳのナビゲーション精度を与える。ＧＰＳの多数の用
途ではこれよりも高いレベルの精度を必要とする。微分
ＧＰＳ（ＤＧＰＳ）として知られている技術を用いる
と、精度を改善できる。このような技術によれば既知の
位置でＧＰＳ受信機を作動させる。この受信機は正しい
衛星の擬似レンジの既知の知識を利用して衛星の擬似レ
ンジの補正データを計算するのに使用され、これらの補
正データは同じ地理上のエリアにいるユーザに放送され
る。これらの擬似レンジ補正値は観察されている衛星の
擬似レンジ測定値を補正するよう別のＧＰＳ受信機のナ
ビゲーション解答に組み込まれ、位置決定精度を改善す
る。基準ステーションで生じるエラーとユーザの位置で
生じるエラーの相関性は両者の間の距離に依存している
が、通常基準ステーションの３５０ｋｍ内のユーザに対
して大きな相関性がある。
【００１１】従来知られている別のＧＰＳ受信機として
は例えば米国特許第４，６２２，５５７号に記載されて
いるようなＧＰＳトランスレータまたはトランスデジタ
イザがある。これらのトランスレータまたはトランスデ
ジタイザは一般にＧＰＳ受信機のアンテナアセンブリ部
分とＲＦアセンブリ部分しか含んでいない。トランスレ
ータは一般に小型で軽量で、消耗性のセンサを必要とす
るミサイルのトラッキングに使用される。トランスレー
タにより受信されるＧＰＳ Ｃ／Ａコードスペクトル拡
散信号は、パイロットキャリヤと組み合わされ、Ｓ−バ
ンドの周波数（２２００〜２４００ＭＨｚ）で送信され
る。テレメータトラッキングサイトに位置するＧＰＳト
ランスレータのプロセッサは、これらのトランスレート
されたＧＰＳ Ｃ／Ａコード信号を受信し、物体の位置
および速度を計算する。トランスデジタイザは１４９〜
１７０ＭＨｚの直角変調を利用してデジタルサンプリン
グされたＧＰＳ信号を２Ｍｓｐｓで再送信する。
は例えば米国特許第４，６２２，５５７号に記載されて
いるようなＧＰＳトランスレータまたはトランスデジタ
イザがある。これらのトランスレータまたはトランスデ
ジタイザは一般にＧＰＳ受信機のアンテナアセンブリ部
分とＲＦアセンブリ部分しか含んでいない。トランスレ
ータは一般に小型で軽量で、消耗性のセンサを必要とす
るミサイルのトラッキングに使用される。トランスレー
タにより受信されるＧＰＳ Ｃ／Ａコードスペクトル拡
散信号は、パイロットキャリヤと組み合わされ、Ｓ−バ
ンドの周波数（２２００〜２４００ＭＨｚ）で送信され
る。テレメータトラッキングサイトに位置するＧＰＳト
ランスレータのプロセッサは、これらのトランスレート
されたＧＰＳ Ｃ／Ａコード信号を受信し、物体の位置
および速度を計算する。トランスデジタイザは１４９〜
１７０ＭＨｚの直角変調を利用してデジタルサンプリン
グされたＧＰＳ信号を２Ｍｓｐｓで再送信する。
【００１２】ＧＰＳトランスレータの公知の変形例とし
てはデジタルトランスレータ及びトランスデジタイザが
ある。物体に搭載されたＧＰＳデジタルトランスレータ
またはトランスデジタイザはＧＰＳ Ｃ／Ａコードのス
ペクトル拡散信号をベースバンドに変換するよう作動
し、約２ＭＨｚのレートで位相が合い、かつ直角変調位
相のサンプリングを実行する。トランスデジタイズされ
たまたはトランスレートされたＧＰＳ信号はＧＰＳ信号
と同じように地上のトランスレータ処理システムで処理
される。
てはデジタルトランスレータ及びトランスデジタイザが
ある。物体に搭載されたＧＰＳデジタルトランスレータ
またはトランスデジタイザはＧＰＳ Ｃ／Ａコードのス
ペクトル拡散信号をベースバンドに変換するよう作動
し、約２ＭＨｚのレートで位相が合い、かつ直角変調位
相のサンプリングを実行する。トランスデジタイズされ
たまたはトランスレートされたＧＰＳ信号はＧＰＳ信号
と同じように地上のトランスレータ処理システムで処理
される。
【００１３】ＧＰＳトランスレータの第３の変形例は米
国特許第４，７５４，２８３号に開示されているような
コードレスタイプのＧＰＳ受信機である。この受信機は
２位相コードを無視し、受信アンテナを考慮して全ての
衛星のキャリア周波数をリカバーする。テレメータ送信
機がＧＰＳキャリア周波数情報を含む信号を地上局のテ
レメータ受信機に送信する。このデータはゾンデの速度
を誘導するのに使用される。ＧＰＳコードはトラッキン
グされていないのでこの方法を使用してゾンデの位置を
計算することはできない。このシステムは２０ｋＨｚの
バンド幅の４０３ＭＨｚでテレメータリンクを使用して
おり、トランスデジタイザよりもバンド幅が狭くてよい
という利点を有するが、位置データと速度データの双方
を与えるかわりに、速度データしか与えないという欠点
を有する。
国特許第４，７５４，２８３号に開示されているような
コードレスタイプのＧＰＳ受信機である。この受信機は
２位相コードを無視し、受信アンテナを考慮して全ての
衛星のキャリア周波数をリカバーする。テレメータ送信
機がＧＰＳキャリア周波数情報を含む信号を地上局のテ
レメータ受信機に送信する。このデータはゾンデの速度
を誘導するのに使用される。ＧＰＳコードはトラッキン
グされていないのでこの方法を使用してゾンデの位置を
計算することはできない。このシステムは２０ｋＨｚの
バンド幅の４０３ＭＨｚでテレメータリンクを使用して
おり、トランスデジタイザよりもバンド幅が狭くてよい
という利点を有するが、位置データと速度データの双方
を与えるかわりに、速度データしか与えないという欠点
を有する。
【００１４】要するに、従来のＧＰＳ受信機は上記３つ
のタイプのうちの１つに属す。最初のタイプの受信機で
は、全てのナビゲーション処理を受信機側で行ない、受
信機は単一のコンピュータまたはＲＰＣ及びナビゲーシ
ョンコンピュータのいずれかを使用してトラッキングさ
れている物体の位置及び速度を出力しており、衛星の選
択及び捕捉のためＲＰＣ機能とナビゲーション機能が大
きく関係している。第２タイプのＧＰＳ受信機では、Ｇ
ＰＳ信号はトランスレーションまたはその変形によりリ
モートされ、この信号は処理設備でトラッキングされ、
ここで物体の位置および速度を導びく。後者の方法によ
ればトランスレートされた信号を送信するにはかなりの
バンド幅が必要である。第３のタイプでは、ＧＰＳ信号
のキャリヤ周波数を測定し、地上処理設備に再送信され
るが、ここでは物体の速度しか導びかない。
のタイプのうちの１つに属す。最初のタイプの受信機で
は、全てのナビゲーション処理を受信機側で行ない、受
信機は単一のコンピュータまたはＲＰＣ及びナビゲーシ
ョンコンピュータのいずれかを使用してトラッキングさ
れている物体の位置及び速度を出力しており、衛星の選
択及び捕捉のためＲＰＣ機能とナビゲーション機能が大
きく関係している。第２タイプのＧＰＳ受信機では、Ｇ
ＰＳ信号はトランスレーションまたはその変形によりリ
モートされ、この信号は処理設備でトラッキングされ、
ここで物体の位置および速度を導びく。後者の方法によ
ればトランスレートされた信号を送信するにはかなりの
バンド幅が必要である。第３のタイプでは、ＧＰＳ信号
のキャリヤ周波数を測定し、地上処理設備に再送信され
るが、ここでは物体の速度しか導びかない。
【００１５】従って、本発明の主な目的は、ＧＰＳ衛星
を利用し、２ＭＨｚのバンド幅のデータリンクを必要と
することなく多数の物体の位置および速度を測定でき
る、ラジオゾンデ、ソノブイ、航空機、船舶、地上車
両、その他の物体用の低コストトラッキングシステムを
提供することにある。
を利用し、２ＭＨｚのバンド幅のデータリンクを必要と
することなく多数の物体の位置および速度を測定でき
る、ラジオゾンデ、ソノブイ、航空機、船舶、地上車
両、その他の物体用の低コストトラッキングシステムを
提供することにある。
【００１６】上記およびそれ以外の目的は、特定の物体
をサーチするのに必要なデータを供給するＧＰＳセンサ
モジュールと、一方向性テレメータリンクと、データを
処理し、物体の位置および速度をディスプレイするデー
タ処理ワークステーションを提供することにより、本発
明の好ましい実施例に従って、達成される。ＧＰＳセン
サモジュールは、アンテナとセンサから成り、センサは
作動パワーの次の用途を自律的に実行する。センサは、
検出可能な衛星からの信号をデジタルサンプリングし、
このデータをデジタルバッファに格納する。センサで
は、処理機能は実行されないので、センサのコストは大
幅に低減できる。バッファに格納され、ゾンデまたは他
の物体からの他のテレメータデータとインターリーブさ
れた未処理の衛星データがデータ処理ワークステーショ
ンに送信し戻される。この未処理の衛星データの組を利
用し、データをセンサに記録した時のセンサの位置およ
び速度を１００メータの精度で決定できる。データ処理
ワークステーションで微分補正値も得る場合は、定点の
精度は１０メートル以下に改善できる。２０ｋＨｚのデ
ータリンクを使用し、ＧＰＳ信号を２Ｍｂｐｓでサンプ
リングすれば、１００秒置きに１秒の組のＧＰＳデー
タ、または５０秒置きに０．５秒の組のＧＰＳデータ、
１０秒置きに０．１秒の組のデータが得られる。本発明
により得られる主な利点は、低コストのセンサおよび従
来のデータテレメータリンクを使用してラジオゾンデ、
ソノブイおよび他の物体についての極めて正確な位置、
速度および時間情報が得られることにある。従来のＧＰ
Ｓセンサで実行されていたすべての処理機能を除くこと
により、現在のＧＰＳ受信機を設計する上で大幅なコス
トの低減が可能となった。またデータリンクのバンド幅
を従来のトランスデジタイザで必要であった２ｋＨｚよ
りも狭くすることにより、従来のテレメータリンクを用
いてデータを再送信してもよい。ソノブイまたはラジオ
ゾンデのような低コストのデータ利用例では、低レート
（例えば１０秒置き）で１回の位置−速度の測定しか必
要でなく、このような条件は本発明により満たされる。
をサーチするのに必要なデータを供給するＧＰＳセンサ
モジュールと、一方向性テレメータリンクと、データを
処理し、物体の位置および速度をディスプレイするデー
タ処理ワークステーションを提供することにより、本発
明の好ましい実施例に従って、達成される。ＧＰＳセン
サモジュールは、アンテナとセンサから成り、センサは
作動パワーの次の用途を自律的に実行する。センサは、
検出可能な衛星からの信号をデジタルサンプリングし、
このデータをデジタルバッファに格納する。センサで
は、処理機能は実行されないので、センサのコストは大
幅に低減できる。バッファに格納され、ゾンデまたは他
の物体からの他のテレメータデータとインターリーブさ
れた未処理の衛星データがデータ処理ワークステーショ
ンに送信し戻される。この未処理の衛星データの組を利
用し、データをセンサに記録した時のセンサの位置およ
び速度を１００メータの精度で決定できる。データ処理
ワークステーションで微分補正値も得る場合は、定点の
精度は１０メートル以下に改善できる。２０ｋＨｚのデ
ータリンクを使用し、ＧＰＳ信号を２Ｍｂｐｓでサンプ
リングすれば、１００秒置きに１秒の組のＧＰＳデー
タ、または５０秒置きに０．５秒の組のＧＰＳデータ、
１０秒置きに０．１秒の組のデータが得られる。本発明
により得られる主な利点は、低コストのセンサおよび従
来のデータテレメータリンクを使用してラジオゾンデ、
ソノブイおよび他の物体についての極めて正確な位置、
速度および時間情報が得られることにある。従来のＧＰ
Ｓセンサで実行されていたすべての処理機能を除くこと
により、現在のＧＰＳ受信機を設計する上で大幅なコス
トの低減が可能となった。またデータリンクのバンド幅
を従来のトランスデジタイザで必要であった２ｋＨｚよ
りも狭くすることにより、従来のテレメータリンクを用
いてデータを再送信してもよい。ソノブイまたはラジオ
ゾンデのような低コストのデータ利用例では、低レート
（例えば１０秒置き）で１回の位置−速度の測定しか必
要でなく、このような条件は本発明により満たされる。
【００１７】
【実施例】本発明は、データ処理ワークステーションを
使用して、低コストのセンサを備えた多数の物体の位置
および速度を計算するための装置および方法に関する。
ＧＰＳ衛星信号は、従来のデジタル式ＧＰＳ受信機内で
使用されている技術によりデジタル式にサンプリングさ
れ、このデータはデジタルデータバッファに周期的に記
録される。このデータは、トラッキング中の物体からの
他のテレメータデータとインターリーブされ、一般に２
０ｋＨｚのバンド幅を有する従来のテレメータデータリ
ンクを使用して送信される。ＧＰＳデータブロックがデ
ータ処理ワークステーションにより記録・処理され、デ
ータのサンプリング時にセンサの位置および速度が計算
される。データ処理ワークステーションでは、位置計算
の精度を改善するために微分ＧＰＳ補正値が得られる。
使用して、低コストのセンサを備えた多数の物体の位置
および速度を計算するための装置および方法に関する。
ＧＰＳ衛星信号は、従来のデジタル式ＧＰＳ受信機内で
使用されている技術によりデジタル式にサンプリングさ
れ、このデータはデジタルデータバッファに周期的に記
録される。このデータは、トラッキング中の物体からの
他のテレメータデータとインターリーブされ、一般に２
０ｋＨｚのバンド幅を有する従来のテレメータデータリ
ンクを使用して送信される。ＧＰＳデータブロックがデ
ータ処理ワークステーションにより記録・処理され、デ
ータのサンプリング時にセンサの位置および速度が計算
される。データ処理ワークステーションでは、位置計算
の精度を改善するために微分ＧＰＳ補正値が得られる。
【００１８】次に図１のブロックダイヤグラムを参照す
る。本発明に係る物体トラッキングシステムは、センサ
１０と、データバッファ２０と、テレメータリンク３０
（これはテレメータ送信器２５とテレメータ受信機４０
から成る）と、ＧＰＳデータプロセッサ５０と、ＧＰＳ
基準受信機６０と、データ処理ワークステーション７０
とから主として成る。
る。本発明に係る物体トラッキングシステムは、センサ
１０と、データバッファ２０と、テレメータリンク３０
（これはテレメータ送信器２５とテレメータ受信機４０
から成る）と、ＧＰＳデータプロセッサ５０と、ＧＰＳ
基準受信機６０と、データ処理ワークステーション７０
とから主として成る。
【００１９】センサ１０の代表例は、簡略化された周波
数合成法を用い、温度補償された水晶発振器（ＴＣＸ
Ｏ）２１または他の低コスト発振器と、デジタルデータ
バッファ（ＤＤＢ）２０とから成る。図２および図３に
センサ１０の詳細ブロック図を示す。センサ１０内での
周波数の合成は、温度補償された水晶発振器２１により
発生された６．１５３９ＭＨｚの発振周波数（Ｆ０）に
基づいて行なわれる。局部発振器２３により発生される
局部発振周波数（Ｌ０）は２５６×Ｆ０＝１５７５．３
９８４ＭＨｚである。この累乗の乗数（２５６）は、局
部発振器２３の周波数を水晶発振器２１の周波数にロッ
クするのに使用される位相ロックループ（ＰＬＬ）の設
計を簡略にしている。この結果得られる中間周波数（Ｆ
Ｆ）は１５７５．４２ＭＨｚ−２５６Ｆ０＝２１．６ｋ
Ｈｚとなる。このＩＦ周波数は、正と負のドップラー変
位を区別できるようＤＣより上に充分離れている。また
このＩＦ周波数は、スペクトル上のノイズの折りたたみ
により生じるポスト相関ノイズが増加するのを最小にす
るようＤＣに近くなっている。デジタルデータバッファ
２０で使用されるサンプリングクロックは、Ｆ０／３＝
２．０１５１３ＭＨｚであり、この周波数は、１．０２
３ＭＢＳのチップレートと関係ない点で理想的である。
未処理のＧＰＳデータの時間サンプルは、デジタルデー
タバッファ２０に記憶され、より低いレートでＧＰＳデ
ータプロセッサ５０に送信される。図４にセンサ１０の
ＲＦ／ＩＦ部の別の実施例を示す。アンテナからの出力
は、バンドパスフィルタを通過され、プリアンプで増幅
される。このプリアンプの出力は、２ＭＨｚのＣ／Ａス
ペクトルにバンド幅制限される。こうしてバンド幅制限
された信号は、１ビットのアナログ−デジタルコンバー
タによりデジタル化される。
数合成法を用い、温度補償された水晶発振器（ＴＣＸ
Ｏ）２１または他の低コスト発振器と、デジタルデータ
バッファ（ＤＤＢ）２０とから成る。図２および図３に
センサ１０の詳細ブロック図を示す。センサ１０内での
周波数の合成は、温度補償された水晶発振器２１により
発生された６．１５３９ＭＨｚの発振周波数（Ｆ０）に
基づいて行なわれる。局部発振器２３により発生される
局部発振周波数（Ｌ０）は２５６×Ｆ０＝１５７５．３
９８４ＭＨｚである。この累乗の乗数（２５６）は、局
部発振器２３の周波数を水晶発振器２１の周波数にロッ
クするのに使用される位相ロックループ（ＰＬＬ）の設
計を簡略にしている。この結果得られる中間周波数（Ｆ
Ｆ）は１５７５．４２ＭＨｚ−２５６Ｆ０＝２１．６ｋ
Ｈｚとなる。このＩＦ周波数は、正と負のドップラー変
位を区別できるようＤＣより上に充分離れている。また
このＩＦ周波数は、スペクトル上のノイズの折りたたみ
により生じるポスト相関ノイズが増加するのを最小にす
るようＤＣに近くなっている。デジタルデータバッファ
２０で使用されるサンプリングクロックは、Ｆ０／３＝
２．０１５１３ＭＨｚであり、この周波数は、１．０２
３ＭＢＳのチップレートと関係ない点で理想的である。
未処理のＧＰＳデータの時間サンプルは、デジタルデー
タバッファ２０に記憶され、より低いレートでＧＰＳデ
ータプロセッサ５０に送信される。図４にセンサ１０の
ＲＦ／ＩＦ部の別の実施例を示す。アンテナからの出力
は、バンドパスフィルタを通過され、プリアンプで増幅
される。このプリアンプの出力は、２ＭＨｚのＣ／Ａス
ペクトルにバンド幅制限される。こうしてバンド幅制限
された信号は、１ビットのアナログ−デジタルコンバー
タによりデジタル化される。
【００２０】従来のデータテレメータリンク３０を介
し、センサ１０とＧＰＳデータプロセッサ５０との間で
データ送信が行なわれる。この目的のため使用できる従
来のテレメータリンクは、４０３ＭＨｚの気象周波数バ
ンドで作動するものである。ＧＰＳデータプロセッサ５
０は、データ処理ワークステーション７０内に埋め込ま
れた高速デジタル信号処理カードで構成できる。このデ
ータ処理ワークステーション７０は、センサ１０により
記録されたＧＰＳデータのブロックを処理し、データ処
理ワークステーション７０に対し、すべての検知可能Ｇ
ＰＳ衛星のための擬似レンジおよびデルタレンジの測定
値を出力する。
し、センサ１０とＧＰＳデータプロセッサ５０との間で
データ送信が行なわれる。この目的のため使用できる従
来のテレメータリンクは、４０３ＭＨｚの気象周波数バ
ンドで作動するものである。ＧＰＳデータプロセッサ５
０は、データ処理ワークステーション７０内に埋め込ま
れた高速デジタル信号処理カードで構成できる。このデ
ータ処理ワークステーション７０は、センサ１０により
記録されたＧＰＳデータのブロックを処理し、データ処
理ワークステーション７０に対し、すべての検知可能Ｇ
ＰＳ衛星のための擬似レンジおよびデルタレンジの測定
値を出力する。
【００２１】データ処理ワークステーション７０は、Ｇ
ＰＳ基準受信機６０およびＧＰＳデータプロセッサ５０
により得られたデータを利用して物体（センサ１０）の
位置および速度を計算する。
ＰＳ基準受信機６０およびＧＰＳデータプロセッサ５０
により得られたデータを利用して物体（センサ１０）の
位置および速度を計算する。
【００２２】次に図５を参照する。一対のＧＰＳデータ
バッファ２００，２０２は、メモリバッファに２ＭＨｚ
で１ビットのアナログ−デジタルサンプルのブロックを
格納する。ＧＰＳデータバッファ２００，２０２は、２
５６Ｋ×８ビットのメモリデバイスから成り、一方がＧ
ＰＳデータを受信している間他方がＧＰＳデータを送出
できるようダブルバッファー配列に構成されている。
バッファ２００，２０２は、メモリバッファに２ＭＨｚ
で１ビットのアナログ−デジタルサンプルのブロックを
格納する。ＧＰＳデータバッファ２００，２０２は、２
５６Ｋ×８ビットのメモリデバイスから成り、一方がＧ
ＰＳデータを受信している間他方がＧＰＳデータを送出
できるようダブルバッファー配列に構成されている。
【００２３】クロック発生論理ユニット２０４は、同期
化のため使用されるタイミング信号を発生する。このク
ロック発生論理ユニット２０４には、作動クロックレー
トを特定する信号が入力信号として印加される。これら
入力信号の一つは、Ａ／ＤサンプラーからＧＰＳデータ
を読み出し、メモリバッファに格納するレートを表示す
る。これら信号の他方は、メモリバッファからＧＰＳデ
ータを読み出し、テレメータリンク３０を介して受信ス
テーションに送信するレートを表示する。クロック発生
論理ユニットは、システムタイマーを駆動するのに使用
される信号を発生する。
化のため使用されるタイミング信号を発生する。このク
ロック発生論理ユニット２０４には、作動クロックレー
トを特定する信号が入力信号として印加される。これら
入力信号の一つは、Ａ／ＤサンプラーからＧＰＳデータ
を読み出し、メモリバッファに格納するレートを表示す
る。これら信号の他方は、メモリバッファからＧＰＳデ
ータを読み出し、テレメータリンク３０を介して受信ス
テーションに送信するレートを表示する。クロック発生
論理ユニットは、システムタイマーを駆動するのに使用
される信号を発生する。
【００２４】マスタ制御論理ユニット２０６は、データ
バッファ２０から成る回路の残部への制御信号を発生す
る。このユニットは、クロック発生論理ユニット２０４
により発生されたクロック信号を利用してそのタイミン
グおよびシーケンス制御機能をドライブする。マスタ制
御論理ユニット２０６により得られる機能としては、次
のとおりである。１）パラレル／シリアル伝送レジスタ
をロードするデバイスを選択すること、２）シリアル／
パラレル受信レジスタをアンロードするデバイスをスイ
ッチングすること、３）ＧＰＳデータバッファアドレス
カウンタへの適正クロックレートをスイッチングするこ
と、４）受信および送信のためにメモリバッファを選択
することである。
バッファ２０から成る回路の残部への制御信号を発生す
る。このユニットは、クロック発生論理ユニット２０４
により発生されたクロック信号を利用してそのタイミン
グおよびシーケンス制御機能をドライブする。マスタ制
御論理ユニット２０６により得られる機能としては、次
のとおりである。１）パラレル／シリアル伝送レジスタ
をロードするデバイスを選択すること、２）シリアル／
パラレル受信レジスタをアンロードするデバイスをスイ
ッチングすること、３）ＧＰＳデータバッファアドレス
カウンタへの適正クロックレートをスイッチングするこ
と、４）受信および送信のためにメモリバッファを選択
することである。
【００２５】シフトレジスタ２０８は、シリアルＧＰＳ
データを受信し、このデータを８ビットのデータパケッ
トにパッキングする。マスタ制御論理ユニット２０６
は、次にこのデータパケットを、その時選択されている
受信データメモリバッファに入れる。シフトレジスタ２
０８は、その時選択されているデバイスから８ビットの
データパケット（ヘッダ、システム時間、アナログデー
タまたはＧＰＳデータ）を取り、これを伝送レジスタに
入れ、シリアルに送信する。
データを受信し、このデータを８ビットのデータパケッ
トにパッキングする。マスタ制御論理ユニット２０６
は、次にこのデータパケットを、その時選択されている
受信データメモリバッファに入れる。シフトレジスタ２
０８は、その時選択されているデバイスから８ビットの
データパケット（ヘッダ、システム時間、アナログデー
タまたはＧＰＳデータ）を取り、これを伝送レジスタに
入れ、シリアルに送信する。
【００２６】クロック発生論理ユニット２０４により駆
動されるシステムタイマ２１０は、捕捉した時間を識別
できるよう送信中のその時のデータにタイムスタンプす
るのに使用される。
動されるシステムタイマ２１０は、捕捉した時間を識別
できるよう送信中のその時のデータにタイムスタンプす
るのに使用される。
【００２７】ヘッダ発生器２１２は、新しいデータの記
録の開始を識別するのに使用されるユニークな２進パタ
ーンを発生する。これにより受信ステーションは、新し
いデータの記録がいつ送られたかを知ることができる。
録の開始を識別するのに使用されるユニークな２進パタ
ーンを発生する。これにより受信ステーションは、新し
いデータの記録がいつ送られたかを知ることができる。
【００２８】アナログ／デジタルコンバータ２１４は、
リモートセンサ１０からのそれぞれから集めたアナログ
データを包含することを容易にする。このデータは、時
間多重化されたセンサ１０のうちの一つまたは数個から
得られる。
リモートセンサ１０からのそれぞれから集めたアナログ
データを包含することを容易にする。このデータは、時
間多重化されたセンサ１０のうちの一つまたは数個から
得られる。
【００２９】センサ１０により受信されるＧＰＳデータ
は、圧力、温度および湿度などの他のデジタルテレメー
タデータとインターリーブされ、次にテレメータリンク
３０を介し、識別ヘッダおよびタイムタグと共にデータ
ブロックとして送信される。本発明の好ましい実施例で
は、ＧＰＳデータの２５ミリ秒のブロックが記録される
（５０キロビット）。このＧＰＳデータは、５０ｋｂｐ
ｓのデータリンクを使って１秒内に、５ｋｂｐｓのデー
タリンクを使って１０秒内に、５００ｋｂｐｓのデータ
リンクを使用して１００秒内に地上へ中継できる。本発
明の別の実施例では、より小さいデータブロックを選択
し、一定の期間ごとに散在することができる。これは、
５ミリ秒のセグメントのデータを集めて、２０ミリ秒の
期間ごとに分離する多重ＧＰＳ受信方法と等価的であ
る。この方法は、加速度の大きい環境下での性能を改善
する。データ送信のためには、状況および利用できるデ
ータのバンド幅に応じて種々のブロックサイズおよび周
波数を利用できる。
は、圧力、温度および湿度などの他のデジタルテレメー
タデータとインターリーブされ、次にテレメータリンク
３０を介し、識別ヘッダおよびタイムタグと共にデータ
ブロックとして送信される。本発明の好ましい実施例で
は、ＧＰＳデータの２５ミリ秒のブロックが記録される
（５０キロビット）。このＧＰＳデータは、５０ｋｂｐ
ｓのデータリンクを使って１秒内に、５ｋｂｐｓのデー
タリンクを使って１０秒内に、５００ｋｂｐｓのデータ
リンクを使用して１００秒内に地上へ中継できる。本発
明の別の実施例では、より小さいデータブロックを選択
し、一定の期間ごとに散在することができる。これは、
５ミリ秒のセグメントのデータを集めて、２０ミリ秒の
期間ごとに分離する多重ＧＰＳ受信方法と等価的であ
る。この方法は、加速度の大きい環境下での性能を改善
する。データ送信のためには、状況および利用できるデ
ータのバンド幅に応じて種々のブロックサイズおよび周
波数を利用できる。
【００３０】次に図６を参照する。テレメータデータ
は、図１のテレメータ受信機４０により受信され、ＧＰ
Ｓデータプロセッサ５０へ送られて処理される。本発明
の好ましい実施例では、ＧＰＳデータプロセッサ５０
は、ＩＢＭパソコンにインストールされたデジタル信号
処理用マイクロコンピュータカードから成る。このＧＰ
Ｓデータブロックは、まずテレメータデータから分離さ
れ、次にＧＰＳ擬似レンジおよびデルタレンジ測定値を
発生するよう処理される。このプロセスの第１の工程
は、ＧＰＳ信号を受信することである。ＧＰＳ基準受信
機６０からデータ処理ワークステーション７０により検
知可能衛星ＩＤ、予想される周波数偏位およびコード位
相の概算値のリストが得られる。この情報は、ＧＰＳ衛
星信号をサーチするのに使用される。記録されたＧＰＳ
データブロックによるサーチは、信号が得られるまで異
なるコード位相および周波数で繰り返される。次にソフ
トウェアは、トラックモードに切り替わり、サーチアル
ゴリズムからの位相および周波数の粗い推定値によりイ
ニシャライズされた全ＧＰＳデータブロックを使用して
コード位相および周波数を測定する。
は、図１のテレメータ受信機４０により受信され、ＧＰ
Ｓデータプロセッサ５０へ送られて処理される。本発明
の好ましい実施例では、ＧＰＳデータプロセッサ５０
は、ＩＢＭパソコンにインストールされたデジタル信号
処理用マイクロコンピュータカードから成る。このＧＰ
Ｓデータブロックは、まずテレメータデータから分離さ
れ、次にＧＰＳ擬似レンジおよびデルタレンジ測定値を
発生するよう処理される。このプロセスの第１の工程
は、ＧＰＳ信号を受信することである。ＧＰＳ基準受信
機６０からデータ処理ワークステーション７０により検
知可能衛星ＩＤ、予想される周波数偏位およびコード位
相の概算値のリストが得られる。この情報は、ＧＰＳ衛
星信号をサーチするのに使用される。記録されたＧＰＳ
データブロックによるサーチは、信号が得られるまで異
なるコード位相および周波数で繰り返される。次にソフ
トウェアは、トラックモードに切り替わり、サーチアル
ゴリズムからの位相および周波数の粗い推定値によりイ
ニシャライズされた全ＧＰＳデータブロックを使用して
コード位相および周波数を測定する。
【００３１】本発明の主たる特徴は、図７に示すような
高速コード相関化および複素乗算アルゴリズムにある。
高速サーチを実行するには、異なる位相コードで何回も
コード相関化を実行し、ＧＰＳ信号を検出しなければな
らない。図示したアルゴリズムは、これら機能をソフト
ウェア内で並列に実行するものである。ＴＭＳ３２０Ｋ
４０を使用しているので、９個の相関器をリアルタイム
で並行して作動できる。ドウェル時間は１０ミリ秒であ
るので、２．２７秒内で全２０４６種の可能なハーフチ
ップのＣ／Ａコード位相をサーチできる。スタートアッ
プ時に最初に一旦信号が捕捉できれば、再捕捉には、大
幅に小さいサーチウィンドでよく、各新しいデータブロ
ック上では１秒の何分の１内で再捕捉を行うことができ
る。
高速コード相関化および複素乗算アルゴリズムにある。
高速サーチを実行するには、異なる位相コードで何回も
コード相関化を実行し、ＧＰＳ信号を検出しなければな
らない。図示したアルゴリズムは、これら機能をソフト
ウェア内で並列に実行するものである。ＴＭＳ３２０Ｋ
４０を使用しているので、９個の相関器をリアルタイム
で並行して作動できる。ドウェル時間は１０ミリ秒であ
るので、２．２７秒内で全２０４６種の可能なハーフチ
ップのＣ／Ａコード位相をサーチできる。スタートアッ
プ時に最初に一旦信号が捕捉できれば、再捕捉には、大
幅に小さいサーチウィンドでよく、各新しいデータブロ
ック上では１秒の何分の１内で再捕捉を行うことができ
る。
【００３２】同じ高速コード相関化および複合乗算アル
ゴリズムを使用してコードおよびキャリヤトラッキング
を実行できる。ルックアップテーブル技術を使用するこ
とにより初期、後期およびプロンプトコード位相に対
し、１ミリ秒で累積された位相の合った、直角変調信号
が得られる。第１ステップは、現在のコード位相を計算
し、メモリに格納されているテーブルからのその位相時
のＬ／Ａコードシーケンスを参照する。この８ビットの
Ｌ／Ａコードは、ＧＰＳデータの８ビットとエクスクル
ーシーブオア論理演算され、コード相関化を実行する。
次に第２ルックアップテーブルを使用して、次のように
得られるビットの合計を計算する。
ゴリズムを使用してコードおよびキャリヤトラッキング
を実行できる。ルックアップテーブル技術を使用するこ
とにより初期、後期およびプロンプトコード位相に対
し、１ミリ秒で累積された位相の合った、直角変調信号
が得られる。第１ステップは、現在のコード位相を計算
し、メモリに格納されているテーブルからのその位相時
のＬ／Ａコードシーケンスを参照する。この８ビットの
Ｌ／Ａコードは、ＧＰＳデータの８ビットとエクスクル
ーシーブオア論理演算され、コード相関化を実行する。
次に第２ルックアップテーブルを使用して、次のように
得られるビットの合計を計算する。
【００３３】
【数１】 ここで、ｙｉはアドレスＹのｉ番目のビットである。こ
の累積合計は、次に再びアドレス合計および位相を備え
たテーブルルックアップを利用して現在の推定キャリヤ
位相と複素乗算される。この結果は、３２ビットのワー
ドにパックされた累積ＩおよびＱ信号となる。これらの
ＩおよびＱ信号は、次の関係式に従って、これらの信号
が常に正となる一定のオフセット値を含む。
の累積合計は、次に再びアドレス合計および位相を備え
たテーブルルックアップを利用して現在の推定キャリヤ
位相と複素乗算される。この結果は、３２ビットのワー
ドにパックされた累積ＩおよびＱ信号となる。これらの
ＩおよびＱ信号は、次の関係式に従って、これらの信号
が常に正となる一定のオフセット値を含む。
【００３４】
【数２】 Ｉ＝コード合計＊ｃｏｓ（位相）＋定数 Ｑ＝コード合計＊ｓｉｎ（位相）＋定数
【００３５】３２ビットのＩ／Ｑワードは、合計値に加
算されて１ミリ秒に累積される。
算されて１ミリ秒に累積される。
【００３６】
【数３】 １ミリ秒の時に、Ｉのうちの１６ビットおよびＱのうち
の１６ビットがマスクされ、累積されたＩ／Ｑオフセッ
ト値が引かれ、２秒の補数の結果が得られる。次にこれ
らの１ミリ秒のＩおよびＱの合計がコードおよびキャリ
ヤトラッキングループ中で処理される。このプロセス
は、初期、後期およびプロンプトコード位相に対して繰
り返される。従来のＧＰＳ受信機で実行されているよう
に初期および後期のＩ／Ｑサンプルはコードトラッキン
グループを閉じ、ＰＲ測定値を生じるよう処理され、プ
ロンプトＩ／Ｑサンプルは、従来のＧＰＳ受信機で実行
されているようにキャリヤトラッキングループを閉じ、
デルタレンジ（ＤＲ）またはドップラー測定値を生じる
よう処理される。
の１６ビットがマスクされ、累積されたＩ／Ｑオフセッ
ト値が引かれ、２秒の補数の結果が得られる。次にこれ
らの１ミリ秒のＩおよびＱの合計がコードおよびキャリ
ヤトラッキングループ中で処理される。このプロセス
は、初期、後期およびプロンプトコード位相に対して繰
り返される。従来のＧＰＳ受信機で実行されているよう
に初期および後期のＩ／Ｑサンプルはコードトラッキン
グループを閉じ、ＰＲ測定値を生じるよう処理され、プ
ロンプトＩ／Ｑサンプルは、従来のＧＰＳ受信機で実行
されているようにキャリヤトラッキングループを閉じ、
デルタレンジ（ＤＲ）またはドップラー測定値を生じる
よう処理される。
【００３７】上記アルゴリズムは、従来のＧＰＳ受信機
内のデジタルハードウェアすなわちトランスレータ処理
システムで得られる機能を実行する。上記高速アルゴリ
ズムは、ＴＭＳ３２０Ｌ４０のようなプロセッサと共に
デジタル信号処理カードを使用してリアルタイムでこれ
ら機能を実行できるようにする。この方法は、テレメー
タリンク３０を通して受信されるＧＰＳデータのブロッ
クをサーチし、取得し、トラッキングするのに必要なフ
レキシビリティを与える。ＧＰＳデータブロックおよび
ＰＲおよびＤＲ測定値がデータ処理ワークステーション
７０に与えられ、これに記録され、ここでセンサ１０の
位置および速度が計算される。ＧＰＳ基準受信機６０か
ら集められたデータは、可視衛星ＩＤ、プレポジショニ
ングコード位相およびキャリヤドップラーおよび５０ｂ
ｐｓのナビゲーションデータにより生じた位相変化の状
態の補助データをＧＰＳデータプロセッサ５０に与える
のに使用される。ＧＰＳナビゲーション解答の精度を改
善するよう微分補正を行なってもよい。
内のデジタルハードウェアすなわちトランスレータ処理
システムで得られる機能を実行する。上記高速アルゴリ
ズムは、ＴＭＳ３２０Ｌ４０のようなプロセッサと共に
デジタル信号処理カードを使用してリアルタイムでこれ
ら機能を実行できるようにする。この方法は、テレメー
タリンク３０を通して受信されるＧＰＳデータのブロッ
クをサーチし、取得し、トラッキングするのに必要なフ
レキシビリティを与える。ＧＰＳデータブロックおよび
ＰＲおよびＤＲ測定値がデータ処理ワークステーション
７０に与えられ、これに記録され、ここでセンサ１０の
位置および速度が計算される。ＧＰＳ基準受信機６０か
ら集められたデータは、可視衛星ＩＤ、プレポジショニ
ングコード位相およびキャリヤドップラーおよび５０ｂ
ｐｓのナビゲーションデータにより生じた位相変化の状
態の補助データをＧＰＳデータプロセッサ５０に与える
のに使用される。ＧＰＳナビゲーション解答の精度を改
善するよう微分補正を行なってもよい。
【００３８】本発明の好ましい実施態様では、データブ
ロックごとに２５ミリ秒データが得られる。これにより
ドップラー推定値の精度は０．１ｍ／ｓとなり、ＰＲ測
定値の精度は２０ｍとなる。５０ｋｂｐｓのテレメータ
リンクを用いると、１Ｈｚのレートで１回の位置速度測
定が得られる。データ処理ワークステーション７０にカ
ルマンフィルタを用いると、１ｍ／ｓ2 ／ｓより低い低
加速下で１０秒経過すると速度情報の精度は０．１ｍ／
ｓとなり、位置情報の精度は１０ｍより良くなる。
ロックごとに２５ミリ秒データが得られる。これにより
ドップラー推定値の精度は０．１ｍ／ｓとなり、ＰＲ測
定値の精度は２０ｍとなる。５０ｋｂｐｓのテレメータ
リンクを用いると、１Ｈｚのレートで１回の位置速度測
定が得られる。データ処理ワークステーション７０にカ
ルマンフィルタを用いると、１ｍ／ｓ2 ／ｓより低い低
加速下で１０秒経過すると速度情報の精度は０．１ｍ／
ｓとなり、位置情報の精度は１０ｍより良くなる。
【００３９】ラジオゾンデを参照して本発明のＧＰＳト
ラッキングシステムの好ましい実施例について説明した
が、本発明は、個人、動物だけでなくソノブイ、水面上
および水中ビークルの双方、バルーンのような空中ビー
クル、従来の航空機、衛星、地上車両のトラッキングに
も使用できると解すべきである。
ラッキングシステムの好ましい実施例について説明した
が、本発明は、個人、動物だけでなくソノブイ、水面上
および水中ビークルの双方、バルーンのような空中ビー
クル、従来の航空機、衛星、地上車両のトラッキングに
も使用できると解すべきである。
【図１】本発明に係るＧＰＳ物体トラッキングシステム
の主な構成部品を示すブロック図
の主な構成部品を示すブロック図
【図２】図１のＧＰＳ物体トラッキングシステムで使用
されるセンサのブロック図
されるセンサのブロック図
【図３】図２のセンサのＲＦ／ＩＦ部の一実施例のブロ
ック図
ック図
【図４】図２のセンサのＲＦ／ＩＦ部の別の実施例のブ
ロック図
ロック図
【図５】図２のセンサで使用されるデジタルデータバッ
ファのブロック図
ファのブロック図
【図６】テレメータデータからＧＰＳ測定値を決定する
ため使用されるプロセスのフローチャート
ため使用されるプロセスのフローチャート
【図７】図５のフローチャートの機能的ブロックのうち
の２つで使用される高速相関化および複素乗算アルゴリ
ズムのフローチャート
の２つで使用される高速相関化および複素乗算アルゴリ
ズムのフローチャート
１０ センサ ２０ データバッファ ２５ テレメータ送信機 ３０ テレメータリンク ４０ テレメータ受信機 ５０ ＧＰＳデータプロセッサ ６０ ＧＰＳ基準受信機 ７０ データ処理ワークステーション
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年２月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
Claims (11)
- 【請求項１】 １つ以上のトラッキングすべき物体の位
置を測定するための世界測位システム（ＧＰＳ）衛星を
使用したトラッキングシステムにおいて、各物体に取り
付けられたセンサ手段を含み、このセンサ手段は複数の
検知可能ＧＰＳ衛星により送信された信号を受信すると
共に、所定の時間ウィンドにわたって周期的にサンプリ
ングされる未処理の衛星信号を含むセンサデータを記録
しかつ緩衝するよう作動し、前記センサデータは更に前
記未処理の衛星信号とインターリーブされた所定のテレ
メータデータを含み、前記トラッキングシステムは更に
前記センサデータを受信し、格納しかつこれらデータか
ら１つ以上の物体に対する位置および速度情報を周期的
に計算し、計算された位置および速度情報を中心位置に
いるオペレータにディスプレイするためのワークステー
ション手段と、 前記センサ手段と前記ワークステーション手段とを結合
するデータテレメータリンクを含み、前記データテレメ
ータリンクは前記未処理の衛星信号を前記センサ手段に
よりサンプリングしたレートよりも低い転送レートで前
記センサ手段からの記録されかつ緩衝されたセンサデー
タを前記ワークステーション手段へ転送するよう作動す
るトラッキングシステム。 - 【請求項２】 世界測位システム（ＧＰＳ）衛星を使用
するトラッキングシステムで、トラッキングされる多数
の物体の各々に取り付けられたセンサであって、 １つ以上のＧＰＳ衛星からの信号を受信するためのアン
テナ手段と、前記アンテナ手段からの信号を受け、これ
ら信号を第１サンプリングレートでデジタルサンプルに
変換するためのＲＦ／ＩＦ手段と、 前記第１サンプリングレートよりも低い第２サンプリン
グレートで、データテレメータリンクを通して後に送信
されるデジタルサンプルを格納するよう前記ＲＦ／ＩＦ
手段に結合されたデジタルデータバッファ（ＤＤＢ）手
段と、 前記ＲＦ／ＩＦ手段および前記ＤＤＢ手段に結合され局
部発振信号を発生し、かつこの局部発振信号を前記ＲＦ
／ＩＦ手段および前記ＤＤＢ手段に与える発振器とから
成るセンサ。 - 【請求項３】 前記ＲＦ／ＩＦ手段は前記アンテナ手段
からの信号を受信しかつ増幅するためのプリアンプ手段
と、１５７５．３９８４メガヘルツの周波数を有する局
部発振信号を発生するための発振手段と、 局部発振信号の周波数を制御するための位相ロックルー
プ手段と、 前記プリアンプ手段により増幅された信号を局部発振信
号によりダウンコンバートするための混合手段と、 前記混合手段により得られた信号をバンド制限するため
のローパスフィルタ手段と、 ２．０１５１３メガヘルツのサンプリングレートで前記
ローパスフィルタ手段によって得られた信号をデジタル
化するためのデジタル化手段とから成る請求項２に記載
のセンサ。 - 【請求項４】 前記ＲＦ／ＩＦ手段は前記アンテナ手段
からの信号を受信しかつ増幅するためのプリアンプ手段
と、 前記プリアンプ手段によって増幅された信号のバンド制
限をし、かつバンド制限された信号を発生するためのバ
ンドパスフィルタ手段と、 前記バンドパスフィルタ手段によって得られたバンド制
限された信号をデジタル化するためのデジタル化手段
と、 前記第１サンプリングレートでサンプリングクロックを
発生するためのクロック手段とからなる請求項２に記載
のセンサ。 - 【請求項５】 前記デジタルデータバッファＤＤＢ手段
は、タイミング信号を発生するためのクロック発生論理
手段と、 前記クロック発生論理手段に結合され前記デジタルサン
プルのサンプリング、緩衝および送信を制御する信号を
発生するためのマスタ制御論理手段と、 前記マスタ制御論理手段に結合され、前記デジタルサン
プルをシリアルに受けるシフトレジスタ手段と、 前記シフトレジスタ手段に結合され、前記デジタルサン
プルを記録するためのＧＰＳデータバッファ手段と、 前記デジタルサンプルの時間スタンピングをするための
システムタイマ手段と、 前記システムタイマ手段に結合され、前記デジタルサン
プルの１つのブロックの開始点を示す二進パターンを発
生するためのヘッダ発生手段と、 前記ヘッダ発生手段に結合されテレメータデータ流内に
含まれる他のセンサから受信されたデータをサンプリン
グし、緩衝するためのアナログデータ変換手段とから成
る、請求項２に記載のセンサ。 - 【請求項６】 前記発振器は温度補償された水晶発振器
からなる請求項２に記載のセンサ。 - 【請求項７】 前記デジタル化手段はリミタからなる請
求項２に記載のセンサ。 - 【請求項８】 世界測位システム（ＧＰＳ）衛星を使用
し、トラッキングする１つ以上の対象の各々の位置およ
び速度を決定するためのトラッキング方法であって、 物体ごとに１つのセンサを取り付け、 センサにより検出される複数のＧＰＳ衛星により得られ
る未処理の衛星信号をセンサで受信し、 所定の時間ウィンドにわたって前記未処理の衛星信号を
周期的にサンプリングし、 前記周期的にサンプリングされた未処理の衛星信号と、
所定のテレメータデータとをインターリーブさせてセン
サデータを形成し、 センサ内に前記センサデータを記録しかつ緩衝し、 前記未処理の衛星信号をサンプリングしたレートよりも
低い送信レートでデータテレメータリンクを介し前記記
録しかつ緩衝されたセンサデータを含むテレメータデー
タを送信し、 地上をベースとするテレメータ受信機により送信された
テレメータデータを受信し、 ＧＰＳデータプロセッサ内で受信されたテレメータデー
タを処理し、未処理の衛星信号をサンプリングし、格納
した時間ウィンド中にＧＰＳ測定値を計算し、 ＧＰＳ基準受信機に所定のＧＰＳナビゲーションデータ
および衛星差分相関値を与え、データ処理ワークステー
ション内で計算されたＧＰＳ測定値、所定のＧＰＳナビ
ゲーションデータ、および衛星差分相関値を処理し、受
信された未処理の衛星信号をサンプリングする時間ウィ
ンドの間に前記１つ以上の対象の位置および速度を計算
することから成るトラッキング方法。 - 【請求項９】 受信したテレメータデータを処理する工
程は受信されたテレメータデータを繰り返して処理し、
センサで検出できる前記複数のＧＰＳ衛星の各々のコー
ド位相およびキャリア周波数を計算することを含む請求
項８に記載のトラッキング方法。 - 【請求項１０】 受信されたテレメータデータをくり返
して処理する工程は、テーブルルックアップにより実行
される複素乗算および累積工程からなる請求項９に記載
のトラッキング方法。 - 【請求項１１】 累積工程は１回の３２ビットの加算工
程で実行される２つの１６ビットワードの累積からなる
請求項９に記載のトラッキング方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/800,850 | 1991-11-29 | ||
| US07/800,850 US5379224A (en) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | GPS tracking system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05256927A true JPH05256927A (ja) | 1993-10-08 |
| JP3240393B2 JP3240393B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=25179539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34164492A Expired - Fee Related JP3240393B2 (ja) | 1991-11-29 | 1992-11-27 | 世界測位システム用トラッキングシステム |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5379224A (ja) |
| EP (1) | EP0545636B1 (ja) |
| JP (1) | JP3240393B2 (ja) |
| AT (1) | ATE195811T1 (ja) |
| AU (1) | AU667492B2 (ja) |
| CA (1) | CA2083343C (ja) |
| DE (1) | DE69231376T2 (ja) |
| ES (1) | ES2149769T3 (ja) |
| FI (1) | FI106580B (ja) |
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