JP6437491B2

JP6437491B2 - 衛星位置システムに関する支援データを使用するための方法および装置

Info

Publication number: JP6437491B2
Application number: JP2016140462A
Authority: JP
Inventors: レオニド・シェインブラット
Original assignee: スナップトラック・インコーポレーテッド
Priority date: 2000-03-20
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2018-12-12
Anticipated expiration: 2021-03-20
Also published as: EP1272869B1; CN101950022B; US20010048387A1; WO2001071375A3; CN101408605B; RU2332680C2; CN1429344B; ATE470874T1; JP2014222228A; CN101950022A; US20040183724A1; JP2017003594A; CN101408605A; US7138943B2; US6720915B2; CA2404109C; RU2002128011A; CA2404109A1; MXPA02009200A; WO2001071375A2

Description

関連出願

この出願は同一発明者レオニド・シェインブラト(Leonid Sheynblat)による２つの仮出願に関連しこれにより２つの仮出願の出願日の利益を請求する。第１の仮出願は２０００年３月２０日に出願されたシリアル番号第６０／１９０，６００（発明の名称：衛星測位システムに関する支援データを使用するための方法および装置）である。第２の仮出願は２０００年８月２５日に出願されたシリアル番号６０／２２８，２５８（発明の名称：衛星測位システムの衛星状態情報を使用するための方法および装置）である。

この発明は衛星の位置情報を決定することができる受信器に関し、特に米国の全世界測位システム（ＧＰＳ）のような衛星測位システム（ＳＰＳ）にアプリケーションを見出すような受信器に関する。

ＧＰＳ受信器は通常ＧＰＳ（又はＮＡＶＳＴＡＲ）衛星の重複から同時に送信された信号の到着時刻を計算することによりそれらの位置を決定する。これらの衛星はメッセージの一部として衛星測位データ並びにいわゆる「エフェメリス」データであるクロックタイミングに関するデータを送信する。ＧＰＳ信号を探索し捕捉し、衛星の重複のためにエフェメリスデータを読み出し、このデータから受信器のロケーションを計算するプロセスは時間がかかりしばしば数分必要とする。多くの場合、この冗長な処理時間は受け入れられず、さらに小型携帯アプリケーションのバッテリ寿命を大幅に制限する。

ＧＰＳ受信システムは２つの主要な機能を有する。第１は種々のＧＰＳ衛星への擬似レンジの計算であり、第２はこれらの擬似レンジ、衛星タイミングおよびエフェメリスデータを用いて受信器の位置の計算である。擬似レンジは単にローカルクロックにより測定された衛星信号の到着時刻である。この擬似レンジの定義は時としてコードフェーズとも呼ばれる。ＧＰＳ信号が捕捉され追跡されると衛星エフェメリスおよびタイミングデータがＧＰＳ信号から抽出される。上述したように、この情報を収集することは通常相対的に長い時間（３０秒乃至数分間）がかかり、そして低いエラーレートを得るために良好な受信信号レベルで達成しなければならない。

ほとんどのＧＰＳ受信器は擬似レンジを計算するために相関方法を利用する。これらの相関方法は、しばしばハードウエア相関器を用いてリアルタイムに実行される。ＧＰＳ信号は擬似乱数（ＰＮ）シーケンスと呼ばれる高レート繰り返し信号を含む。民間のアプリケーションのために利用可能なコードはＣ／Ａ（粗い／捕捉）コードと呼ばれ、１．０２３ＭＨｚというバイナリ位相反転レートすなわち「チッピング」レートを有し、１ミリ秒のコード期間に対して１０２３チップの繰り返し期間を有する。コードシーケンスはゴールドコードとして知られる族に属し、各ＧＰＳ衛星は固有のゴールドコードを有した信号を放送する。

所定のＧＰＳ衛星から受信した信号に対し、ベースバンドへのダウンコンバートに続いて、相関受信器は受信した信号をローカルメモリ内に含まれる適当なゴールドコードの記憶された複製と乗算し、信号の存在の表示を得るために、その積を積分またはロウパスフィルタで濾波する。このプロセスは「相関」演算と呼ばれる。受信した信号に対してこの記憶された複製の相対タイミングをシーケンシャルに調整し、その相関出力を観察することにより、受信器は受信された信号とローカルクロックとの間の時間遅延を決定することができる。そのような出力の存在の最初の決定は「捕捉」と呼ばれる。一度捕捉が生じると、プロセスは、高相関出力を維持するためにローカルリファレンスのタイミングが小出しに調整される「追跡」フェーズに入る。追跡中の相関出力は、擬似乱数コードが除去されたすなわち、一般的な用語では「逆拡散」されたＧＰＳ信号として見ることができる。この信号はＧＰＳ波形に重ねあわされる５０ビット／秒のバイナリ位相変調された（ＢＰＳＫ）データ信号と釣り合った帯域幅を有する狭周波数帯である。

相関捕捉プロセスは非常に時間がかかり特に受信した信号が弱い場合はそうである。捕捉時間を改善するために、ほとんどのＧＰＳ受信器は相関器の重複（典型的には３６まで）を利用し、相関ピークの並列探索を可能にする。衛星信号は視野方向であり、従って金属およびその他の材料により阻止可能であるので、一般的なＧＰＳ受信機器は一般にオープンスペースでＧＰＳ信号を受信するように設計される。改善されたＧＰＳ受信器は室内で、または弱いマルチパス信号が存在する場合または純粋な反射である信号が存在する場合にＧＰＳ衛星信号を追跡可能にする信号感度を供給する。しかしながら、そのような弱いＧＰＳ信号を捕捉する能力は一般には他の問題を引き起こす。例えば強い信号と弱い信号の同時追跡は、受信器が真の信号でない相互相関信号を連続追跡する。弱い真のピークを発見する代わりに、強い相互相関のピークを捕捉するかもしれない。この弱い信号は反射された信号かもしれないし、または直接信号および間接信号の組合せかもしれない。組み合わされた信号はマルチパス信号と呼ばれる。反射された信号のパスは一般に直接信号のパスより長い。このパス長の差異によって、反射された信号の到着時刻の測定が一般に遅れるかまたは対応するコード位相測定が正のバイアスを含む。一般に、バイアスの大きさは反射されたパスおよび直接パスとの間の相対遅延に比例する。直接信号成分の可能な欠如は（狭い相関器あるいはストローブ相関器のような）既存のマルチパス軽減技術を時代遅れにする。

ＧＰＳ航法メッセージはＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信器に送信された情報である。それはＧＰＳ信号上で変調される５０ビット／秒データストリームの形式である。

データメッセージは１５００ビット長のデータフレームに含まれる。それは５つのサブフレームを有し、各サブフレームはＧＰＳシステム時間を含む。各サブフレームは１０ワードから成り、各ワードは３０ビットから成る。サブフレーム１乃至３は３０秒毎に繰り返される。４番目と５番目のフレームには順番に２５ページのデータが現われる。各ページは３０秒毎に現われる。従って、これら２５ページの各々は７５０秒毎に繰返される。

サブフレーム４および５はＧＰＳ衛星に対して２種類の健康または状態データを含む。（ａ）クロック／エフェメリス関連アルマナックデータを含む３２ページの各々はそのアルマナックデータを３２ページが運ぶ衛星に関する８ビットの衛星健康状態作業を供給する、そして（ｂ）サブフレーム４および５の２５番目のページは合同で３２衛星までの６ビット健康状態データを含む。さらなる衛星健康データはサブフレーム１に与えられる。

一般に、ＧＰＳ受信器は衛星の状態（例えば健康）に関する情報を受信し、不健康な衛星を捕捉し追跡せず、健康な衛星からＧＰＳ信号を捕捉し追跡することによりＧＰＳ信号を処理するであろう。その代わり、単独で動作するＧＰＳ受信器は不健康な衛星を捕捉し追跡するように設計することができるが、エフェメリスメッセージから健康状態データを読んだ後に不健康な衛星の信号からロケーションの計算にそれらの信号を使用することを回避する（参照することによりこの明細書に組みこまれる２０００年８月２５日に出願されるシリアル番号第６０／２２８，２５８（発明の名称：衛星測位システムに衛星状態情報を使用するための方法および装置）の関連仮特許出願を参照）。

衛星位置システムはＳＰＳ受信器の性能を改善するために種々の種類の支援データを使用してきた。例えば、ＳＰＳ受信器は外部ソース（例えば、ＳＰＳ受信器への無線）からドップラー推定値を受信することができる。他の種類の支援データは、ＳＰＳ受信器の見積もられたまたは公知のロケーションの視野にある衛星の識別情報である。過去において、これらの衛星の識別情報は、衛星がＳＰＳ受信器の見積もられたロケーションに関してまたは互いに関連して衛星が貧弱な幾何学的配置を有しているかもしれないかどうかの何らかの表示を有していなかった。また、過去において、ＳＰＳ受信器の視野にある衛星の識別情報は衛星健康データを有した貧弱な幾何学的配置の表示を含んでいなかった。

この発明は移動ＳＰＳ受信器の視野にあるＳＰＳ衛星の順序づけされたセットを決定するための方法および装置に関する。１つの方法はセルラ通信システムのセルの位置（例えば代表的な位置）の視野にあるＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを決定し、次にセルラ通信システムのセル内にあるＳＰＳ受信器がＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを受信できるようにセル内またはセル付近にあるセルラ送信サイトからＳＰＳ衛星の順序づけされたセットを送信することを含む。

順序づけされたセットにおけるＳＰＳ衛星の順序づけは異なる方法に従って行なうことができる。例えば、精密度の幾何学的精度低下率（ＧＤＯＰ）を最小限にすることにより、位置精度低下率（ＰＤＯＰ）を最小限にすることにより、水平精度低下率（ＨＤＯＰ）を最小限にすることにより、互いに関連する所望の幾何学的配置を有するＳＰＳ衛星を使用する位置解法を供給することにより、移動ＳＰＳ受信器に対して所望の幾何学的配置を有するＳＰＳ衛星を使用する位置解法を供給することにより、ＳＰＳ衛星信号捕捉の確率に基づく順序付け、ＳＰＳ衛星の順序付けされたセットから測定品質の推定値にもとづく順序づけ、最適の幾何学的配置的三辺測量解法を供給することにより行なわれる順序づけ、およびユーザが定義した選択基準にもとづく順序付けにより行なうことができる。さらに、順序付けは衛星健康情報を含むことができる。

一実施形態において、ＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを作成するための装置は一時にセルラ通信システムのセルの視野にあるＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを決定するサーバと、サーバに接続され、セル内またはセル付近にあるセルラ送信サイトからＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを送信する送信器を含む。従って、セル内にある移動ＳＰＳ受信器はＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを受信することができる。

一実施形態において、サーバはさらにプロセッサおよびプロセッサに接続された情報ソースを含む。情報ソースはセルラサービスエリアのセルの視野にあるＳＰＳ衛星のセットを含み、プロセッサはセルラサービスエリア内のセルに対してＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを決定する。サーバはＧＰＳ参照サーバ、セルラ交換局、ロケーションサーバ、セルラ送信サイト、基地局コントローラ、または移動ＳＰＳ受信器であり得る。

一実施形態において、移動ＳＰＳ受信器に見えるところのＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを得るための方法は、ＳＰＳ信号およびセルラ送信サイトから送信された信号の両方を受信するように構成された移動ＳＰＳ受信器により、セルラ送信サイトからのセルラ送信を介してＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを受信することを含む。従って、移動ＳＰＳ受信器がＳＰＳ衛星の順序付けされたセットの順番に従ってＳＰＳ衛星を探索可能にすることは送信から得られる。移動ＳＰＳ受信器はＳＰＳ衛星健康データに基づいてＳＰＳ衛星の捕捉前または捕捉後にＳＰＳ衛星の探索を変更可能である。

一実施形態において、ＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを受信するための装置は、ＳＰＳ信号を受信するための移動ＳＰＳ受信器と；セルラ送信サイトから送信された信号を受信するように構成された受信器を含み、ＳＰＳ衛星の順序付けされたセットはセルラ送信サイトを介して受信器に送信可能であり、移動ＳＰＳ受信器はＳＰＳ衛星の順序付けされたセットの順番に従ってＳＰＳ衛星を探索することができる。

この発明の他の実施形態は、移動ＳＰＳ受信器との双方向通信を可能にする方法および装置を提供する。この発明のこの実施形態に従う方法は、セルラサービスエリアのセル内の移動ＳＰＳ受信器からの送信を受信し、移動ＳＰＳ受信器はセルラ信号を送受信するように構成され、一部分受信した送信に基づいて一時に移動ＳＰＳ受信器に見えるところのＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを決定し、移動ＳＰＳ受信器がＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを受信できるように、セルラ送信サイトからＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを送信する。

一実施形態において、移動ＳＰＳ受信器との双方向通信を容易にする装置は、セルラサービスエリアのセル内で発生する送信を移動ＳＰＳ受信器から受信するための受信器を含み、移動ＳＰＳ受信器はセルラ信号を送受信するように構成され、さらにセルラ送信サイトからセルラ信号を送信するための送信器と、移動ＳＰＳ受信器に見えるところのＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを決定するサーバを含み、ＳＰＳ衛星の順序付けされたセットは送信器により送信され移動ＳＰＳ受信器により受信される。

一実施形態において、サーバはさらにプロセッサと、プロセッサに接続された情報ソースを含む。情報ソースはセルラサービスエリアのセルの視野にあるＳＰＳ衛星のセットを含み、プロセッサはセルラサービスエリア内のセルに対してＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを決定する。サーバはＧＰＳ参照サーバ、セルラ交換局、ロケーションサーバ、セルラ送信サイト、基地局コントローラまたは移動ＳＰＳ受信器であり得る。

一実施形態において、移動ＳＰＳ受信器による双方向通信を介して移動ＳＰＳ受信器に見えるところのＳＰＳ衛星の順序付けされたセットの捕捉を容易にする方法は、ＳＰＳ信号を受信し、セルラ信号を送受信するように構成された移動ＳＰＳ受信器により、セルラサービスエリアのセルから、セルからの送信を受信するセルラ送信サイトに送信することを含む。移動ＳＰＳ受信器はセルラ送信サイトからＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを受信する。衛星の順序付けされたセットは一時に移動ＳＰＳ受信器の視野にある順序付けされたセットであり、セルラ送信サイトから受信した送信から得たＳＰＳ衛星の順序付けされたセットの順番に従って移動ＳＰＳ衛星がＳＰＳ衛星を探索できる。衛星健康データをその送信に含めることができ、移動ＳＰＳ受信器は、一部衛星健康データに基づいてＳＰＳ衛星の捕捉の前又は後にＳＰＳ衛星のための探索を変更することができる。さらに、移動ＳＰＳ受信器は受信に続いて順序付けされたセットを変更することができる。

一実施形態において、移動ＳＰＳ受信器による双方向通信を介して移動ＳＰＳ受信器に見えるところのＳＰＳ衛星の順序付けされたセットの捕捉を容易にする装置は、ＳＰＳ信号を受信するための移動ＳＰＳ受信器と；セルラ送信サイトから送信された信号を受信するように構成された受信器と、セルラ送信サイトにセルラ信号を送信するための送信器とを含み、セルラサービスエリアのセル内にある送信器がセルラ送信サイトとの通信を確立すると、ＳＰＳ衛星の順序付けされたセットがセルラ送信サイトを介して受信器に送信され、移動ＳＰＳ受信器はＳＰＳ衛星の順序付けされたセットの順番に従ってＳＰＳ衛星を探索することができる。

この発明の他の実施形態はＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを受信するための方法を提供する。順序付けされたセットは移動ＳＰＳ受信器により決定される。

この発明の他の実施形態はＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを決定するためにロケーションのための記憶されたＧＰＳ衛星信号品質情報の履歴を使用する。

この発明の他の実施形態はＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを決定するために移動ＳＰＳ受信器情報を使用する。

この発明の他の実施形態は一時に移動ＳＰＳ受信器に見えるところのＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを決定し、ＳＰＳ衛星の順序付けされたセットをセルラ送信サイトに送信し、サーバは移動ＳＰＳ受信器に見えるところのＳＰＳ衛星の順序付けされたセットを受信することができる。

衛星測位システム（ＳＰＳ）受信器に鑑みた衛星のセットを示す図である。ＳＰＳ受信器に対して図１Ａに示す衛星を上から見た図である。各々がセルサイトによりサービスされ、各々がセルラ交換局に接続された複数のセルを有するセルラ通信システムを示す図である。この発明の一実施形態に従って結合されたＳＰＳ受信器と通信システムの例を示す図である。この発明の開示に従ってセルラサービスエリアおよび／またはセルラセルサイトに関連して一時に優先順位がつけられた順番の集合間に相関を供給するセルラベース情報ソースの一実施形態を示す図である。この発明の開示に従って見えている衛星の優先順位のつけられた順番を決定するための方法を示すフローチャートである。

この発明は一実施形態において、ＳＰＳ受信器の視野内のＳＰＳ衛星の順序付けされたセットの決定を含む。衛星の順序付けされたセットの順番はＳＰＳ受信器の概算ロケーションに基づく。これはＳＰＳ受信器の通信システムとのセルラ通信におけるセルラ送信サイトを識別するまたは知識から決定される。ＳＰＳ受信器から見えるところにあるＳＰＳ衛星を識別するデータがＳＰＳ受信器と通信するセルラ送信サイトの幾何学的配置的近傍にある参照ＳＰＳ受信器により提供される場合にセルラ送信サイトの知識は暗黙でありえる。この発明の一実施形態において、衛星の順序付けされたセットの順番もＳＰＳ受信器の近傍ロケーションに関連した衛星のロケーションに基づく。

図１ＡはＳＰＳ受信器１００の視野内のＳＰＳ衛星のセットを示す。ＳＰＳ受信器はまた双方向セル電話または双方向（または片方向）ポケットベル（登録商標）のような通信システムを含む。ＳＰＳ受信器に接続されたそのような通信システムの例は１９９７年８月１５日に出願された同時係属米国特許出願第０８／８４２，５５９号に記載されている。またＰＣＴ国際公開番号ＷＯ９８／２５１５７を参照されたい。図１ＢはＳＰＳ受信器１００に関連して図１Ａに示す衛星を上から見た図を示す。衛星１０２、１０４、１０６、１０８、１１０および１１２は特定の日時におけるロケーションに示される。衛星は時間に対して位置を変更するので、図１Ａに示すＳＰＳ衛星のいくつかは異なった時間にＳＰＳ受信器１００に見えないかもしれない。従ってＳＰＳ受信器１００の視野内の衛星はＳＰＳ受信器１００が異なるロケーションに移動するにつれ変わることができる。さらに、他の実施形態において、ＳＰＳ信号のソースは阻止される（例えばビルの後ろに隠れる）または激しく減衰するかもしれない。この阻止または減衰は下記に述べる衛星の順番づけされたリストを選択するとき考慮することができる。

図１Ｃは各々が特定の幾何学的配置的領域またはロケーションをサービスするように設計された複数のセルサイトを含むセルベース通信システムの例を示す。そのようなセルラベース通信システムの例は技術的によく知られている。例えばセルラネットワークシステムを記載する米国特許第５，５１９，７６０を参照されたい。セルラベース通信システム１０は２つのセル１２および１４を含む。これらは共にセルラサービスエリア１１内にあるように定義される。さらに、システム１０はセル１８および２０を含む。対応するセルサイトおよび／またはセルラサービスエリアを有する複数の他のセルもシステム１０に含ませることができ、セルラ交換局２４およびセルラ交換局２４Ｂのような１つ以上のセルラ交換局に接続されることが理解されるであろう。

セル１２のような各セル内において、セルサイト１３のような無線セルサイトまたはセルラサイトがある。セルサイト１３は図１Ｃに示す受信器１６のような結合された移動ＧＰＳ受信器と通信システムである通信受信器と無線通信媒体を介して通信するように設計されたアンテナ１３ａを含む。そのような結合システムの例は図１Ｄに示されＧＰＳアンテナ３７７と通信システムアンテナ３７９の両方を含むことができる。代替実施形態は単一のアンテナまたは２以上のアンテナを採用することができることが理解される。

各セルサイトはセルラ交換局に接続される。図１Ｃにおいて、セルサイト１３、１５および１９はそれぞれ接続１３ｂ、１５ｂ、および１９ｂを介して交換局２４に接続され、セルサイト２１は接続２１ｂを介して異なる交換局２４ｂに接続される。これらの接続は一般に各セルサイトとセルラ交換局２４および２４ｂとの間のワイヤー・ライン接続である。各セルサイトはセルサイトによりサービスされる通信システムと通信するためのアンテナ、送信器および受信器を含む。セル４に示す受信器２２のような１つのセル内の通信システムは、閉塞（あるいはセルサイト２１が受信器２２と通信できない他の理由）により実際にはセル１８のセルサイト１９と通信するかもしれない。

この発明の一般的な実施形態において、移動ＧＰＳ受信器１６は、ＧＰＳ受信器と通信システムが同一筐体に入れられるようにＧＰＳ受信器と一体化されるセルラベース通信システムを含む。この結合されたシステムがセルラ電話通信のために使用されると、受信器１６とセルサイト１３との間で送信が生じる。受信器１６からセルサイト１３への送信は次に、接続１３ｂを介してセルラ交換局２４に伝搬され、つぎにセルラ交換局２４によりサービスされるセルの他のセルラ電話に伝搬されるかあるいは接続３０（一般に有線）を介して地上電話システム／ネットワーク２８を介して他の電話に伝搬される。有線という用語は光ファイバおよび銅ケーブル布線等のような無線でない接続を含むことが理解されるであろう。受信器１６と通信している他の電話からの送信は接続１３ｂを介してセルラ交換局２４からセルサイト１３を介して受信器１６に一般的な方法で戻される。

遠隔データ処理システム（いくつかの実施形態においてＧＰＳサーバまたはロケーションサーバと呼ばれる）はシステム１０に含まれ、ある実施形態において、特定のセル内の移動ＧＰＳ受信器がＧＰＳ受信器により受信されたＧＰＳ信号を用いて受信器の位置を決定するために使用されるとき、使用される。ＧＰＳサーバ２６は接続２７を介して地上電話／ネットワーク２８に接続可能であり、さらに随意的に接続２５を介してセルラ交換局２４に接続可能であり、さらに接続２５ｂを介して交換局２４ｂに接続可能である。接続２５および２７は無線にすることができるけれども一般に有線である。システム１０の随意の部品として示されるものは、ネットワーク２８を介してＧＰＳサーバに接続される他のコンピュータシステムで構成可能な問合せ端末２９である。この問合せ端末２９はセルの１つ内の特定のＧＰＳ受信器の位置のためのリクエストＧＰＳサーバ２６に送信し、ＧＰＳサーバ２６は次に、ＧＰＳ受信器の位置を決定し、その位置を問合せ端末２９に戻すために、セルラ交換局を介して特定のＧＰＳ受信器との会話を開始する。

ここで留意すべきは、セルラベース通信システムは、ある時刻にあらかじめ定義される異なる幾何学的配置的領域に各々がサービスする１つ以上の送信器を有する通信システムである。セルサイトはまた静止した地上サイトよりはむしろセルサイトをイリジウムに移動し、グローバルスターシステムは、地球低軌道衛星である。一般に各送信器は無線送信器であり、セルにサービスし、カバーする領域は特定のセルラシステムに依存するけれども２０マイル未満の幾何学的配置的半径を有する。セルラ電話、ＰＣＳ（パーソナル通信サービス方式）、ＳＭＲ（専門的移動無線）、片方向および双方向ポケットベルシステム、ＲＡＭ、ＡＲＤＩＳ、および無線パケットデータシステムのような種々の種類のセルラ通信システムがある。一般にあらかじめ定義された異なる幾何学的配置的領域はセルと呼ばれ複数のセルが一緒になって図１Ｃに示すセルラサービスエリア１１のようなセルラサービスエリアにグループ化され、これらの複数のセルは、地上電話システムおよび／またはネットワークに接続を供給する１つ以上のセルラ交換局に接続される。サービスエリアは請求書作成の目的のためにしばしば使用される。それゆえ、１つ以上のサービスエリアが１つの交換局に接続されることがあり得る。例えば図１Ｃにおいてセル１とセル２はサービスエリア１１にあり、セル３はサービスエリア１８にあるが、これらの３つのセルはすべて交換局２４に接続されている。あるいは、１つのサービスエリアが異なる交換局に接続される場合もある。特に密集した人工のエリアがそうである。一般にサービスエリアは互いに地理的に近いセルの集合として定義される。上記記載に適合するセルラシステムの他のクラスは衛星ベースであり、セルラ基地局は一般に地球の周りを回る衛星である。これらのシステムにおいて、セルセクタとサービスエリアは時間の関数として移動する。そのようなシステムの例はイリジウム、グローバルスター、ＯｒｂｃｏｍｍおよびＯｄｙｓｓｅｙを含む。

図１Ｄは汎用の結合されたＧＰＳおよびトランシーバシステムを示す。システム３７５はＧＰＳアンテナ３７７を有するＧＰＳ受信器３７６および通信アンテナ３７９を有する通信トランシーバ３７８を含む。ＧＰＳ受信器３７６は図１Ｄに示す接続３８０を介して通信トランシーバ３７８に接続される。標準的な動作において、通信システムトランシーバ３７８はアンテナ３７９を介して適当なドップラー情報を受信し、この適当なドップラー情報をリンク３８０を介してＧＰＳ受信器３７６に供給する。ＧＰＳ受信器３７６はＧＰＳアンテナ３７７を介してＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信することにより擬似レンジ決定を行なう。結合されたシステム３７５のための種々の実施形態が技術的に知られており、上述した同時係属出願に記載されている。

図１Ａに示す衛星１００乃至１１２およびＳＰＳ受信器１００のロケーションのために衛星１０２乃至１１２の優先順位づけされた捕捉順位が決定される。この順位は、例えばＳＰＳ受信器１００の位置に関して衛星の幾何学的配置に基づいてＳＰＳ衛星からＳＰＳ信号を捕捉するための最適な順位を表す。この発明の一実施形態において、衛星１０２乃至１１２は衛星１０２乃至１１２およびＳＰＳ受信器１００間に所望の幾何学的配置を供給する順番にリストされる。例えば、ＳＰＳ受信器１００に対する衛星１０２乃至１１２の仰角と角度は有線順位づけされた順番を決定する際の要因となり得る。他の例において、最適な有線順位づけされた順位／選択は最も小さいＧＤＯＰ（幾何学的精度低下率）および／またはＰＤＯＰ（位置精度低下率）および／またはＨＤＯＰ（水平精度低下率）を生じる。メッセージ発生を担うロケーションサーバは「最適−ｎ」方法に従って衛星を選択する。そのような方法の一例において、選択される衛星は、それらのロケーションおよびＳＰＳ受信器１００のロケーション間の幾何学的配置を最適化する衛星である。例えば、最適な４つの構成において、図１ＡのＳＰＳ衛星は衛星の順位づけされたリストを満たすように選択され、以下のごとく（最高優先順位から最低優先順位）順位づけされるであろう：１０８、１０４、１１２および１０２。最適−ｎ衛星選択方法はＳＰＳ受信器１００に引き続いて衛星捕捉計画に関連した情報を供給する。この発明の一実施形態において、ＳＰＳ受信器１００は最適−ｎ衛星が捕捉されると、衛星捕捉プロセスを停止することを選択することができる。従って視野にあるすべてを優先順位づけする必要はない。ＳＰＳ受信器１００のロケーションを決定するに際し、より望ましくない衛星を使用することは全くないだろう。他の実施形態において、ロケーションサーバは、最適−ｎセットのような、ＳＰＳ受信器の視野にある衛星の一部を援助するかも知れない。順位は一般に、水平線にあまり近づき過ぎず最適な幾何学的三辺測量解法を供給する第１のＳＰＳ衛星を捕捉しようと試みるように選択される。前者の要件は一般に、ＳＰＳ信号は水平線に近くない衛星からより容易に受信されることを意味し、後者の要件は位置解法（擬似レンジからその順位の最高の順位の衛星）は、その順位の最低順位の衛星を使用可能な位置解法よりもより良い精度を有するであろうことを意味する。この順位は測定の期待品質を反映するかも知れない（例えば、順位の最初の衛星はその順位の残りの衛星より、より高い品質測定を供給することが期待される）。

衛星捕捉はロケーション決定プロセスにおける１ステップであることが理解される。また、方位角データと仰角データがＳＰＳ受信器に供給されるなら、そのようなデータを用いて衛星捕捉計画をさらに最適化することができる。さらに、衛星健康のような幾何学的配置および相対的位置以外の基準を用いて衛星の捕捉順位を優先順位づけするために使用することができる。

衛星健康支援は軌道からはずれた衛星測定に対して保護する。激しく妨害された信号環境において、かなり煩雑にＧＰＳ衛星信号は非常に高いダイナミックレンジで受信される。約１７ｄＢ以上異なる信号強度でＧＰＳ信号を受信すると、ＧＰＳ受信器は相対的に弱い真の信号の代わりに相互相関された信号を捕捉するかもしれない。相互相関測定を検出しおそらく訂正または除去するのに使用することができる１つの手順は、参照することによりこの明細書に組みこまれる、１９９９年２月１日に出願された同時係属米国特許出願番号第０９／２４１，３３４に記載されている。しかしながら、相互相関された信号を検出するＧＰＳ受信器のために、健康な衛星および不健康な衛星からのすべての信号が捕捉されなければならない。もし、強い「不健康」な衛星信号が弱い「健康」な衛星信号と相互相関するなら、問題が生じる。「不健康」な信号の存在に気が付かないでＧＰＳ受信器は相互相関条件を検出することができないかもしれない。

この発明の一実施形態において、ロケーションサーバ（ＣＤＭＡセルラ電話システムにおいてはポジションデタミネーションエンティティ（ＰＤＥ）とも呼ばれ、ＧＳＭ（登録商標）セルラ電話システムではサービングモバイルロケーションセンタ（ＳＭＬＣ）とも呼ばれる）のために参照データを供給するＧＰＳ参照受信器は、健康および不健康な視野にあるすべての衛星を捕捉し追跡する。無線装置（例えばセルラ電話または双方向ポケットベル）と一体化または接続されたすべてのＧＰＳ技術（例えばＧＰＳ受信器）もまた、健康および不健康な視野にあるすべての衛星を捕捉し追跡する。無線支援ＧＰＳ（ＷＡＧ）モード（例えば、参照することによりこの明細書に組みこまれる１９９７年４月１５日に出願された同時係属米国特許出願第０８／８４２，５５９に記載された例を参照）において、ロケーションサーバはロケーションサーバによりサービスされる無線ネットワークと通信する携帯電話に「健康」ステータス情報を供給することができる。この健康ステータス情報は、ロケーションサーバにより供給される他の支援情報を伴うことができる。一般に、支援情報は、高度に制限された信号環境においてＧＰＳ信号の高速捕捉を可能にする。そのような性能の改善を得るために、支援情報は探索すべき衛星を指定し、これらの信号の推定到着時刻およびこの信号の推定周波数（ドップラー）を指定することができる。この支援情報は衛星信号のための３次元探索を改善するために供給することができる。衛星の信号が捕捉されると、擬似レンジ、ドップラー、および他の衛星信号測定値が相互相関条件のために解析される。この解析を行うために、測定値は、健康および不健康を含む視野にあるすべての衛星について作られなければならない。この実施形態において、衛星健康情報は相互相関条件を検出するために使用され、次に相互相関されたおよび／または「不健康」な衛星は解析されたロケーション計算プロセスに含めるべきかまたは訂正すべきかが決定される。支援情報が健康衛星のみに供給され（衛星の健康は衛星リストに含まれる）、現在のかつ正当な衛星健康ステータス情報が移動ＧＰＳ受信器に利用できない場合、携帯電話は健康衛星のみを捕捉しようと試みる。この場合、相対的に弱い健康な衛星と潜在的に相互相関する「強い」不健康な衛星のありうる存在は携帯電話には知られていないであろう、それゆえ検査を受けないであろう。検出されない相互相関された信号の使用は大きな位置的誤差につながり、ロケーションサービスの品質に影響を及ぼす。

衛星健康情報に基づいて、優先順位づけされた順番が変更可能である。

代わりに、健康情報は衛星から直接受信することができ、この健康情報は、セルサイトにおいて送信器から受信される健康情報とここに記載される同様の方法で使用することができる。

健康情報は、この情報をセルラ電話基地局（セルサイト）の視野にあるすべての衛星に対して放送することによりセルサイトから送信することができる。代わりに、健康情報は、電話の位置の要求（要求に応じて）によりセルラ電話に供給することができる。健康情報はセルラ電話基地局からセルラ電話に送信することができ、セルラ電話は次に健康情報をセルラ電話に接続されるＧＰＳ受信器に供給する。要求に応じて情報が送信される場合に、ＧＰＳサーバは電話と無線通信するセルサイトに基づいて適当な（例えばアップデートされた健康）情報を決定することができ、このセルサイトはそのロケーションの視野にある衛星を決定するために使用される適当なロケーションを決定し、これらの衛星に対するアップデートされた健康情報は（ある場合には）セルラ電話に送信され、セルラ電話は次にこの情報を、ＧＰＳ受信器においてＳＰＳ信号の処理に使用するために移動ＧＰＳ受信器に供給する。別の場合には、ＧＰＳサーバは、アップデートされた健康情報を維持し、移動ＧＰＳ受信器の位置を決定するために、移動ＧＰＳ受信器から受信した擬似レンジ（例えば相関測定値）を処理するためにその情報を使用することができる。いずれにしても、擬似レンジ（例えばコードフェーズを指定する相関測定値）および推定されたドップラーは公知の不健康な衛星に対しても決定されるので、ここに記載するように相互相関を検出することができる。例えば、ＧＰＳ受信器はアップデートされた健康情報をセルサイトから受信することができるが、送信されたアップデートされた健康情報において不健康であると表示されたＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を捕捉する。１９９７年４月１５日に出願された同時係属米国出願シリアル番号０８／８４２，５５９は、セルラ電話と無線通信するセルサイトを識別するための方法を記載し、このセルサイトを識別することから得られるおおよそのロケーションに基づいて視野にある衛星のための衛星支援データを決定する。この方法は、この場合に衛星支援データが衛星健康（例えば衛星アルマナックに基づいて）またはアップデートされた衛星健康（例えば、衛星健康に関する既存の衛星アルマナックメッセージの情報より多い電流）である場合にこの発明を用いて使用することができる。

他の実施形態において、ＳＰＳ受信器は、記憶されたまたは捕捉された情報に基づいて、衛星の最適順位を自発的に決定し、メッセージ発生を担うロケーションサーバに順位づけされたリストを供給する（そして、次に、ＳＰＳ受信器は順位づけされたリストおよび／またはＳＰＳ受信器により供給された順番で支援データを供給することができる）。

さらに、この発明の他の実施形態において、ロケーションサーバは、移動ＳＰＳ受信器から供給された情報または記憶された情報（例えばＧＰＳ信号品質の履歴）に基づいて、効を奏する信号捕捉の確率を反映する衛星の順位づけされたリストを決定する（例えば、水平線付近の衛星は効を奏する信号捕捉のより低い確率を有するであろう）。

図２は一実施形態において全世界測位システム（ＧＰＳ）サーバのようなＳＰＳサーバにおいて維持されるセルラベース情報ソースの例を示す。代わりに、情報ソースはセルラ交換局、基地局コントローラまたは各セルサイトにおいて維持することができる。一般に、情報ソースはセルラ交換局に接続されたＳＰＳサーバにおいて維持され通常アップデートされる。情報ソースは種々のフォーマットでデータを維持することが出来、図２に示すフォーマット２００はそのようなフォーマットの一例を示すに過ぎない。

一般には、時刻ｔ１における優先順位づけされた順番セットＡ１のように特定の時刻における優先順位づけされた順番情報の各セットはセルサイトまたはサービスエリアのための対応するロケーションまたは識別情報を含むであろう。例えば優先順位づけされた順番セットＡ１およびＡ２に対してセルラサービスエリアＡの対応する識別情報ならびにこのサービスエリアにおける代表的なロケーションのための緯度および経度がある。一般にこの緯度および経度はセルラサービスエリアの幾何学的配置的領域内に一般に中央に位置する「平均」ロケーションであることが理解される。しかしながら、特にセルラサービスエリアが使用されていない領域を含む場合他の可能な近似を使用することができる。

図２の例示セルラベース情報ソースに示すように、セルラベース情報ソースはセルラサービスエリアを指定する列２０２とセルラサイト識別情報または番号を指定する列２０４を含む。セルラサービスエリアＡに対し、セルサイト識別情報またはロケーションは指定されず、近似ロケーションはセルラサービスエリアの代表ロケーションに基づき、従ってＳＰＳ衛星を捕捉するための優先順位づけされた順番Ａ１およびＡ２は時刻ｔ１およびｔ２のような特定の時刻に依存するこのロケーションに基づく。列２０６はサービスエリアの特定の代表ロケーションの緯度および経度の仕様を含む。列２８は優先順位づけされた順番を受信する移動ＳＰＳ受信器のための代表ロケーションとして使用可能なセルラサービスエリア内の特定のセルサイトのロケーションのための緯度および経度の仕様を含む。列２１０は適当な代表ロケーションの時刻ｔ１およびｔ２における視野内の衛星の優先順位づけされた順番を含む。代替実施形態において、順位づけされたリスト（および対応するセルラベース情報）はリアルタイムで、ほぼリアルタイムで、連続的にまたは要求に応じて決定することができる。

図３はこの発明の開示に従って、視野内のＳＰＳ衛星の優先順位付けされた順番を決定するための方法の一実施形態を示すフローチャートである。動作３０２において、ＳＰＳ受信器の近似ロケーションはセルベース情報ソースから決定される。ＳＰＳ受信器は少なくとも１つの無線セルサイトと無線ラジオ／セルラ通信し、このセルサイトのアイデンティティが決定される。近似ロケーションはこのセルを含むセルラサービスエリアの代表ロケーションまたはセルラサービスエリアの無線セルサイトの代表ロケーションの少なくとも１つに基づき、無線セルサイトによりサービスされているＳＰＳ受信器の近似ロケーションを表す。セルラベース情報ソース（図２参照）は、ＳＰＳ受信器に接続されたセルラ通信システムと通信している無線セルサイトの識別情報に基づいて近似ロケーションを調べるまたは決定するために使用することができる。あるいは、セルラベース情報ソースは、ＳＰＳ受信器と通信している無線セルサイトの識別情報から直接適当な優先順位づけされた順番を調べるまたは決定するために使用することができる。動作３０４において、ＳＰＳ受信器の近似ロケーションに基づいて優先順位づけされた順番（またはＳＰＳ受信器に接続されたセルラ通信システムを介してＳＰＳ受信器と通信する無線セルサイトの識別情報）は近似ロケーションの視野内にある衛星に対して決定される。この発明の一実施形態において、衛星はＳＰＳ受信器の近似ロケーションに対する衛星のロケーションに従って優先順位づけされる。この発明の他の実施形態において、衛星は、互いに関連したおよび近似ロケーションに関連した衛星のロケーションに従って優先順位づけされる。幾何学的配置以外の他の基準を順番を優先順位づけするために使用することができることが理解される。動作３０６において、優先順位づけされた順番は無線セルサイトからＳＰＳ受信器に送信され、次にＳＰＳ受信器はＳＰＳ受信器に送信された優先順位づけされた順番で指定された順番にＳＰＳ衛星からＳＰＳ信号を探索し捕捉する。

セルラ通信システムおよびＳＰＳ受信器との使用のより詳細な説明は１９９７年４月１５日に出願された米国出願番号第０８／８４２，５５９（現在米国特許第６２０８２９０）であるノーマン・クラスナーの「通信リンクを利用した改善されたＧＰＳ受信器」に開示されている。

ロケーションサーバにより供給されるまたはＳＰＳ受信器から得られるＳＰＳ衛星の優先順位づけされた順番は衛星を捕捉するための時間を改善し、ロケーション情報を決定するのに必要な時間を改善し、ロケーションサーバからＳＰＳ受信器にデータを供給するための帯域幅要件を低減する。

この議論において、この発明の実施形態はＳＰＳシステムの一例である、米国全世界測位システム（ＧＰＳ）におけるアプリケーションを参照して説明した。しかしながら、これらの方法はロシアのＧｌｏｎａｓｓシステムのような他の衛星測位システムにも等しく適用可能であることが明白でなければならない。従って、ここで使用した「ＧＰＳ］という用語はロシアのＧｌｏｎａｓｓシステムを含む他の衛星測位システムを含む。同様に、「ＧＰＳ信号」という用語は代替衛星測位システムからの信号を含む。

さらに、この発明の実施形態は、ＧＰＳ衛星を参照して記載したが、開示はpseudoliteまたは衛星とpseudoliteとの組合せを利用する測位システムに等しく適用可能である。Pseudoliteは一般にＧＰＳ時間に同期されＬバンド（または他の周波数）キャリア信号で変調された（ＧＰＳ信号に類似した）ＰＮコードを放送する地上送信器である。各送信器には、遠隔受信器により識別可能なように固有のＰＮコードが割当てることができる。Pseudoliteは、トンネル、鉱山、ビル、都市の渓谷または他の囲まれた領域のような、周回軌道衛星からのＧＰＳ信号が得られないかもしれない状況で有効である。ここで使用した用語「衛星」はpseudoliteまたはpseudoliteの均等物を含むように意図され、ここで使用される用語ＧＰＳ信号はpseudoliteまたはpseudoliteの均等物からのＧＰＳのような信号を含むように意図される。

上述した記載において、この発明の装置および方法は特定の例示実施形態を参照して説明した。しかしながら、この発明のより広い範囲および精神から逸脱することなく種々の変形および変更が可能であることは明白であろう。この明細書および図面は制限的なものではなく実例とみなされる。

Claims

セルラ通信システムのセル内の移動衛星測位システム（ＳＰＳ）受信機を動作させる方法において、
前記移動ＳＰＳ受信機による捕捉に関する前記セルのロケーションの視野内のＳＰＳ衛星の優先順位のつけられた順番づけされたセットを受信することと、ここにおいて、前記順番づけされたセット内のＳＰＳ衛星の前記優先順位のつけられた順番はＳＰＳ衛星信号捕捉の確率に基づく、
前記順番づけされたセット内のＳＰＳ衛星に関連付けられた衛星健康データを受信することと、
前記受信された健康データに基づいて、前記順番づけされたセット内のＳＰＳ衛星の前記優先順位の付けられた順番を変更することと、
前記セット内の前記ＳＰＳ衛星の各々の前記変更された優先順位のつけられた順番に従ってＳＰＳ衛星を探索することと、
健康と不健康な両ＳＰＳ衛星からのＳＰＳ信号を捕捉すること、および相互相関された信号を検出することと、
を具備する、方法。
衛星測位システム（ＳＰＳ）信号を受信するためのＳＰＳ受信機と、
セルラ送信サイトから送信された信号を受信するように構成された受信機と、ここにおいて、前記受信機は前記ＳＰＳ受信機に接続され、前記受信機は前記セルラ送信サイトのロケーションの視野内のＳＰＳ衛星の優先順位づけされた順番づけされたセットを受信するように構成され、ここにおいて、前記順番づけされたセット内のＳＰＳ衛星の前記優先順位づけされた順番はＳＰＳ衛星信号捕捉の確率に基づき、前記受信機は更に、前記順番づけされたセット内のＳＰＳ衛星に関連付けられた衛星健康データを受信し、前記受信された健康データに基づいて、前記順番づけされたセット内のＳＰＳ衛星の前記優先順位の付けられた順番を変更するように構成され、前記ＳＰＳ受信機は、前記ＳＰＳ衛星の前記順番づけされたセットの前記変更された優先順位のつけられた順番に従ってＳＰＳ衛星を探索し、健康と不健康な両ＳＰＳ衛星からのＳＰＳ信号を捕捉し、および相互相関された信号を検出する、
を具備する、装置。
データ処理システムにより実行されると下記工程から構成される、セルラ通信システムのセル内の移動衛星測位システム（ＳＰＳ）受信機を動作させる工程を前記データ処理システムに実行させる実行可能なコンピュータプログラム命令を含むコンピュータ読み取り可能記憶媒体において、前記工程は、
前記移動ＳＰＳ受信機による捕捉に関する前記セルのロケーションの視野内の、ＳＰＳ衛星の優先順位のつけられた順番づけされたセットを受信することと、ここにおいて、前記順番づけされたセット内のＳＰＳ衛星の前記優先順位のつけられた順番はＳＰＳ衛星信号捕捉の確率に基づく、
前記順番づけされたセット内の前記ＳＰＳ衛星に関連付けられた衛星健康データを受信することと、
前記受信された健康データに基づいて、前記順番づけされたセット内の前記ＳＰＳ衛星の前記優先順位の付けられた順番を変更することと、
前記セット内の前記ＳＰＳ衛星の各々の前記変更された優先順位づけされた順番に従ってＳＰＳ衛星を探索することと、
健康と不健康な両ＳＰＳ衛星からのＳＰＳ信号を捕捉すること、および相互相関された信号を検出することと、
を具備する、コンピュータ読み取り可能記憶媒体。