JP2000514924A - 差動地上局中継器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数の送信機を用いて、衛星情報を受信するため配置された単一の地上局から航空機へ情報を中継し、航空機が信号を受信しているいずれの送信機の信号も用いることができるように衛星およびその他の情報を送信機が単一周波数を用いるが異なる記述のサブタイム・スロットで送信を行う複数の補正情報の送信機へ送信する差動地上局中継器。

Description

【発明の詳細な説明】 差動地上局中継器 発明の背景 発明の分野 本発明は複数の衛星から送信される信号を用いて位置、姿勢、速度およびこれ らのパラメータの変化率など航空機の動作のさまざまなパラメータを決定し、衛 星特有の擬似距離誤差の補正情報を提供する差動全地球測位システム（ＤＧＰＳ ）と併用する地上局の装置に関する。 従来技術の説明 ＧＰＳシステムは当業で周知である。このような従来の技術のシステムの例と して、本譲受人の米国特許第５３６１２１２号および仏国Ｂｏｕｌｏｇｎｅ Ｂ ｉ１ｌａｎｃｏｕｒｔのＬＭＴ Ｒａｄｉｏｐｒｅｏｆｅｓｓｉｏｎｎｅｌｌｅ を譲受人とする第４８９４６５５号がある。 話を簡単にするため、本明細書の第１図に簡単な従来の技術のシステムを示す 。ここではそれぞれ矢印１２、１４、１６、および１８で示す経路を介して４つ の遠方の衛星（ＦＳ１、Ｓ２、ＦＳ３、およびＦＳ４）から信号を受信する航空 機１０が示されている。航空機１０に搭載されたＧＰＳ受信装置はこの信号に基 づいて航空機の航行に有用な所望の航空機パラメータ（位置、姿勢、速度および 変化率パラメータなど）を決定できる。しかしながら、対流圏および電離圏での 歪みなどのさまざまな要因によって、衛星からの信号は本明細書で「衛星特有の 擬似距離誤差」と呼ぶ誤差を含むことがあり、それによって航空機パラメータの 決定が不正確になる。したがって、より進歩した従来の技術は第１図にアンテナ ２２を備えたボックス２０として示されるＤＧＰＳ受信機を利用してきた。その 受信機は極めて高い精度で知られている固定位置にある。視界にある衛星、この 例では矢印２４、２６、２８および３０で示される経路を介して４つの衛星ＦＳ １、ＦＳ２、ＦＳ３およびＦＳ４からの情報を受信する受信用アンテナ２２を備 えたＤＧＰＳ受信機２０が示されている。第１図には単一のアンテナが示されて いるが、複数のアンテナ、好ましくは３つのアンテナを使って近傍の物体（建物 、樹木など）によるマルチパス歪みを最小とすることができる。ＤＧＰＳ受信機 ２０は衛星から送信される信号に基づいて距離を計算し、この情報を矢印３２で 示す接続を介してマイクロプロセッサ３４へ送信し、マイクロプロセッサはＤＧ ＰＳ受信機の正確な位置を確認して衛星特有の擬似距離誤差を決定してこれらの 誤差の情報信号を送信アンテナ４０を備えた送信機３８へ矢印３６で示す回線を 介して生成する。アンテナ４０は矢印４２で示すように航空機１０と、受信機４ ６に接続された局所的に固定されたアンテナ４４とへ送信する。受信機４６は航 空機１０へ送信された内容を示す信号を矢印４８で示す回線を介して地上局２０ へ返送する。この帰還信号はデータ・リンク・ラップアラウンドと呼ばれ、２２ 、２０、３２、３４、３６、３８、４０からなる地上局が精度を保持しているこ とを確認するためのチェックとして航空機１０へ送信された正確な信号を地上局 に通知することを目的とする。 したがって、航空機１０は現在知られている誤差情報を用いて航空機パラメー タの独自の計算を修正してその計算の精度が正確であることを確認できる。 第１図に示すようなシステムは近くのまたは世界中のさまざまな空港で航空機 を誘導して着陸させ、着陸後に地上経路を介して滑走モードの航空機をターミナ ルへ誘導するために使用される。この信号はアンテナ２２を中心とする半径１０ ０マイルの円内にある航空機に有効である。 第１図の地上局システムには以下の理由で問題がある。１）アンテナ４０から は建物や自然環境といった障害物によって航空機の着陸サイトのすべての部分が 見えるわけではない。２）いくつかの空港が互いに近い位置にある場合に、航空 機へ送信される信号が全範囲をカバーできない。３）現在の着陸システム（ＩＬ Ｓ）はその帯域で多数の周波数を用いているため周波数の輻輳が発生する。 最後の問題を解決するため、ＦＡＡは１９９４年５月１０日に文書ＤＯ−２１ ７の付録Ｆで第２図に示すＲＴＣＡタイム・スロット割り当てを用いるＤＧＰＳ メッセージの送信要件を規定した。第２図には３つの送信期間がそれぞれＴ１、 Ｔ２、Ｔ３で示され、これらは複数の、例えば、第２図のアラビア数字１〜８で 識別される８つのサブタイム・スロットに分割される。第２図は、航空機が同時 に複数の送信情報を受信できるように重複することができ、それらの周波数が同 じ場合には混乱をおこすようなロケーションから、航空機へ情報を送信する３つ の異なる送信機ＴＸ１、ＴＸ２、およびＴＸ３があることを前提としている。し たがって、単一の周波数を用いる場合、ＦＡＡは第１の送信機ＴＸ１が各送信期 間のサブタイム・スロット１の間だけその情報を送信し、送信機ＴＸ２が各送信 期間のサブタイム・スロット２の間だけその情報を送信し、送信機ＴＸ３が各送 信期間のサブタイム・スロット３の間だけその情報を送信することを提案してい る。８つの副期間があればさらに５つの送信機をシステムで用いてそれらのすべ てから同一周波数で同報通信を行って航空機がどの送信機がどのサブタイム・ス ロットを用いているのかを確認することにより混乱を避けることができる。複数 のロケーションで従来技術のシステムを用いる場合は装置の冗長化の程度が相当 に要求される。 発明の簡単な説明 本発明は、ロケーションごとに１つずつ配置した複数の地上局を利用する代わ りに、単一の地上局を領域全体で利用することを提案する。本発明は、単一の地 上局と複数の送信機の間にデータ・リンクを接続することを提案する。各送信機 は、同一周波数で動作するので、受信機へ送信される情報がその受信機に割り当 てられた適切なタイム・スロットへ送信されることを唯一の相違点とする同じ情 報を利用できる。これには使用するＤＧＰＳ受信機の数を削減して装置と複雑さ を大幅に減らすことができるという極めて有利な点がある。さらに、この方法に よる唯一の要件は、航空機へ送信した内容を示す帰還信号を地上局に提供できる ようにデータ・リンク・ラップアラウンド・アンテナが各送信アンテナからの信 号を受信できることであるため、システムは第１図の４４および４６のようなデ ータ・リンク・ラップアラウンド・アンテナおよび受信機の数を削減することが できる。このシステムはまた滑走案内時など信号を２つの受信機から受信する必 要がある場合の航空機に搭載するＲＸの設計を簡略化する。また、このシステム は受信機の周波数を変える必要がない伝送の信頼性のための２重化アクティブ経 路を設けることにより精測進入のシステム・インテグリティを向上させる。図面の簡単な説明 第１図に従来技術の地上局システムを示す。 第２図に特定のタイム・スロット割り当てによって多数の送信機からの単一の 周波数の送信を利用する、ＦＡＡの提案を示す。 第３図に本発明のレイアウト図を示す。 好ましい実施形態の詳細な説明 第３図を参照すると、第１図の航空機１０と同じでもよい、第１図の例と同様 に矢印１２、１４、１６および１８で示す経路を介して４つの衛星ＦＳ１、ＦＳ ２、ＦＳ３、およびＦＳ４から信号を受信する航空機１０が示されている。第１ 図のＤＧＰＳ受信機２０と同じでもよいＤＧＰＳ受信機２０が第１図の例と同様 に経路２４、２６、２８および３０を介して４つの衛星ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３ 、およびＦＳ４から信号を受信する受信アンテナ２２を備えた固定され、かつ知 られている位置に見られる。第１図の例と同様に、ＤＧＰＳ受信機２０はマイク ロプロセッサ３４へ矢印３２で示す回線に信号を生成する。μプロセッサは、衛 星特有の擬似距離誤差信号を計算し、その情報を矢印５２、５４および５６で示 すような回線を介してそれぞれボックス５８、６０および６２で示す離れた位置 にある送信機ＴＸ１、ＴＸ２、およびＴＸ３へ送信する。伝送回線５２、５４お よび５６は有線接続、光ファイバ、または無線リンクのうち現場に最も適したも のを選択できる。離れた送信機５８、６０、および６２は、すべて単一の空港に 配置して、さまざまな角度から全ての航空機を見えるようにし、グランドの通信 範囲を保証できるようにしてもよく、また地域的な通信範囲を保証するために中 心領域の周辺のさまざまな空港に配置することもできる。例えば、送信機の送信 範囲が１００マイルでその領域に３つの大きな空港がある場合、送信機５８はこ のような複数の空港の第１の空港に位置し、送信機６０はこのような複数の空港 の第２の空港に位置し、送信機６２はこのような複数の空港の第３の空港に位置 す ることができる。個々の空港での通信障害の問題を回避するため送信機５８は単 一の空港に配置された２つ以上の送信機でもよく、同じことが送信機ＴＸ２およ びＴＸ３にも当てはまる。したがって、第３図に示すＦＡＡモデルを用いて最大 ８つの別個の送信機を用いて所望の領域をカバーできる。これより多くの数の送 信機が必要な場合、より多くの周波数の種類が必要なことは当然である。 第１図の例と同様、アンテナ６８を用いる送信機ＴＸ１は衛星特有の擬似距離 誤差情報を矢印７０で示す航空機１０へ送信する。同様に、アンテナ７４を用い る送信機６０は誤差情報を矢印７６で示す航空機１０へ送信し、アンテナ８０を 用いる送信機６２は誤差情報を矢印８２で示す航空機１０へ送信する。第３図に 示すようにすべてのアンテナ６８、７４および８０は同じ周波数を用いるが、使 用するサブタイム・スロットは異なる。したがって、航空機１０はこれらの送信 源のいずれの１つまたはすべてから単一周波数の信号を受信し、どの送信機が信 号を送信しているかを判定でき、これによって受信情報を用いて必要とする航空 機パラメータを正確に決定することができる。 データ・リンク・ラップアラウンドを提供するため、第３図にアンテナ８４と して示すアンテナをそれぞれ矢印８６、８８、および９０で示す経路を介してす べてのアンテナ６８、７４、および８０からの送信情報を受信できる位置に配置 できる。大半の場合には、この目的で単一のアンテナが用いられるがそうでない 場合には複数のアンテナを採用できる。アンテナ８４が受信する信号は受信機８ ６に接続され矢印９４で示す接続を介して地上局２０へ返送される。 以上、必要な地上局の数を最小にしながら複数の送信機が同時に航空機へ信号 を送信する場合でも送信に単一の周波数を用いることができる差動ＧＰＳシステ ムのための地上局中継器を提供してきた。 当業者には好ましい実施形態に関して説明してきた装置についての多数の改良 が考えられるであろう。本発明は好ましい実施形態に関して用いる特定の開示に 限定されず、添付の請求の範囲によってのみ限定されるものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数の衛星から物体に送信される経路の歪みによる誤差を含むことがある情 報を用いて地球に関連した物体の１つまたは複数のパラメータを決定する際に用 いる差動全地球測位システムであって、 衛星から情報を受信する受信機と経路の歪みによる誤差情報を決定するマイク ロプロセッサを含む、知られている位置で地球に固定された地上の受信局と、 受信機から離れた第１の位置にあって、受信機に接続されており、誤差情報を 受信してその情報を物体へ送信する第１の送信機手段と、 受信機から離れた第２の位置にあって、受信機に接続されており、誤差情報を 受信してその情報を物体へ送信する第２の送信機手段と を含むシステム。 ２．第１および第２の送信手段が同一周波数で異なるタイム・スロットに入れて 誤差情報を航空機へ送信することを特徴とする請求項１に記載の装置。 ３．物体が航空機の受信機で、第１および第２の送信手段が第１の空港に近接し 第１および第２の位置が選択されて障害物による通信障害を起こさずに誤差情報 を航空機へ送信できることを特徴とする請求項２に記載の装置。 ４．物体が航空機の受信機で、第１および第２の送信手段が互いに正常な送信範 囲にある別個の空港に位置し、航空機が複数の周波数を用いずに送信機のロケー ションを決定できるように時期をずらして誤差情報が提供されることを特徴とす る請求項２に記載の装置。 ５．航空機が空港への着陸およびターミナルへの滑走の際に用いる距離誤差、距 離誤差率その他の空港データをパラメータに含むことを特徴とする請求項３に記 載の装置。 ６．航空機が複数の空港の選択した１つへの着陸およびターミナルへの滑走の際 に用いる距離誤差、距離誤差率その他の空港データをパラメータに含むことを特 徴とする請求項４に記載の装置。 ７．第１および第２の送信機からの送信情報を受信するよう配置され、地上局に その送信情報を帰還させるように接続された、データ・リンク・ラップアラウン ド受信アンテナをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。 ８．複数の衛星からの情報が地上局で受信され処理されてその情報内のすべての 誤差が決定され処理された情報が地上局の送信範囲内の航空機へ送信され、処理 された情報がすべて送信範囲内のいくつかの離れた位置から単一周波数で送信で きるよう改良された差動全地球測位システムと併用する方法であって、 Ａ．単一の地上局を少なくとも１つが離れた位置にある複数の送信機それぞれ に接続するステップと、 Ｂ．処理された情報の送信用の別々のタイム・スロットを各送信機に割り当て るステップと、 Ｃ．各送信機に処理された情報をその割り当てられたタイム・スロットの間だ け単一周波数で送信させるステップと を含む方法。 ９．送信機による各タイム・スロットの間での処理された情報の送信が周期的に 繰り返されることを特徴とする請求項８に記載の方法。 １０．すべての航空機の位置で少なくとも１つの送信機から航空機へ妨げられず に送信が可能なように送信機を配置するステップをさらに含むことを特徴とする 請求項８に記載の方法。 １１．複数の送信機の送信情報をモニタして送信情報を地上局へ返送するステッ プをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。 １２．一方または他方の送信機がマスキングされているか干渉されている場合に 信号を保持できるように受信機が単一周波数で２つの送信機から同時に補正情報 を受信できることを特徴とする請求項８に記載の方法。 １３．高度に信頼できるリンクがＣＡＴ１１１６の手法で使用される場合にアク ティブ状態を維持する必要がある場合に信号を保持できるように受信機が単一周 波数で２つの送信機から同時に補正情報を受信できることを特徴とする請求項８ に記載の方法。