JPH02213785A

JPH02213785A - 人工衛星を用いた測位方法

Info

Publication number: JPH02213785A
Application number: JP3406989A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Inamiya; 健一稲宮
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-02-14
Filing date: 1989-02-14
Publication date: 1990-08-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は静止軌道上の人工衛星から送信する電波を受
信し、そのデータを処理することにより受信点の位置検
出に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の電波航法はデツカ、オメガ、ロラン−Ｃ等の地球
上に発振源を持つものから人工衛星を使用し＆　ＮＮ５
Ｓ　（Ｎａｖｙ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　５ａｔｅｌｌ
　ｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）やＧＰＳ（Ｇｌｏｖａｌ　Ｐｏ
５ｉｔｉｏ旧ｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）までである０人工衛
星を使用するシステムは位置検出の基準となる測位の範
囲が大きな宇宙空間に展開できるので９位置検出の範囲
の広がりや高度な機器を搭載することにより精度の向上
が期待できる。このうち、　　ＮＮ８Ｓはドツプラを使
用した方式であり、ＧＰＳは時間計測によシ測距をもと
圧したものであり、前者に比較し、後者の方が多くの優
れた性能を有しているので、今後の航行衛星の主流にな
ろうとしているものである。この発明と比較する為に、
このＧＰＳｉ対象として従来技術の説明を行う。

第２０図にＧＰＳの人工衛星の構成を示す。（５００）
。

（５ａｔ）、（５ｏｚ）、（３ｏ３）はＧＰＳ用のＮＡ
ＶＳＴＡＲ（ＮＡＶｉｇａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｗ
ｉｔｈ　Ｔｉｍｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒａｎｇ　−ｉｎｇ）
でその位置ｆｔＡ’　、　Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’　　で示す
。

ＮＡＶＳＴＡＲは自ら精密な原子時計を持って、　自ら
発生するクロック信号の精度を高精度に保つと同時に管
制局からの時刻情寒の較正忙より、　ＮＡＶＳＴＡＲは
週の始めを基ｓｌＣ現在の時刻を正確に表現している。

ま＆、　　ＮＡＶＳＴＡＲの位置は管制局にょるＮＡＶ
ＳＴＡＲの追跡データより軌道決定が行われ。

時刻が分かると自らの位置が確定する事になる。

従って、若し観測者がＮＡＶＳＴＡＲの所に居た場合。

ＮＡＶＳＴＡＲの現在の時刻及びその時刻と軌道要素よ
υ位置が既知畿となるが９次にこの観測者がＮＡＶＳＴ
ＡＲの位置を離れてＮＡＶＳＴＡＲと観測した場合どの
様になるかであるが、　　（５０４）を今その観測点と
して　Ｐ　ｅで表す。今、観測者は時刻装置を持ってい
るが、比較較正済の精度の良いものでなく基準の時刻よ
り一定の誤差を持った時計であるとする。観測者が観測
を行った時刻を７ｎＯ＋Δｔとする。

Ｔｎｏはその時の正しい時刻でΔｔ　Ｆｉｅ測者看者っ
ている固有な誤差である。この時、Ｉｌｌ看者計測する
ＮＡＶＳＴＡＲ（５００）、　（５０１）、　（５０２
）、　（３０５）　（Ｄ時刻ＦｉＴｎ　１．Ｔｉ２．　
’ｒｎｓ　、　Ｔｉ４　テコＯ時刻１ｄ観ａｌ１者ト衛
屋の間の伝播時間だけ遅延した値である。＊測した時刻
とＮＡＶＳＴＡＲの位置関係から次の様な方程式が成立
する。

但し、Ｃは光速を示す。

（１）′の方程式には未知数としてＰ′の　位置である
三次元の３糧類の値とΔｔに対して４糧類の方程式があ
るので、この方程式は解を持ち、観測者の位置及び時刻
の較正が出来る。

ＮＡＶＳＴＡＲの軌道は高度２０．１８３Ｋｍの円軌道
で。

周期が１２時間、軌道傾斜角５５度である。　この軌道
上に３箇の衛星が等しい間隔で配置され、この軌道が６
種類あり２合計１８箇の衛星が軌道上を飛翔する。地球
上の任意の点からＮＡＶＳＴＡＲは常＃ｃ４箇見える様
な配置になる。

ＮＡＶＳＴＡＲの管制局及びモニタ局はそれぞれ　１局
、４局ずつ置かれ９局の可視範囲内にＮＡＶＳＴＡＲが
ある時データの取得と、必要なコマンドを送る。

軌道データの処理は、取得したデータをもとにデータ処
理設備を行って時刻の管理は一次基単と較正することが
実施される。

〔発明が解決しようとするＳ題〕

ＧＰＳＪｄｉ１１１位の出来る地域を全地球に及ぼすた
め。

少なくとも１８箇のＮＡＶＳＴＡＲを必要とし、かつＮ
ＡＶＳＴＡＲが測距の源泉データを敵される際、高精度
の時刻と周波数が必要であシ、このための管制局が時刻
と周波数を較正できる周期が一週間に一回のため、その
間の変動を許容値内に維持するため原子時計を搭載して
いるので、高値である。

これに対し、この発明ではより簡易な方法でＧＰ８と同
等の効果を得ることを目的とする。

〔課題全解決するための手段〕

この発明では９世界人口のほとんどの居住している緯度
６５度以内で、測距が可能になるよう静止軌道に８箇の
人工衛星を投入し軌道知斜角が約６度になるようにし、
各人工衛星の成る瞬間に近点離角が適宜均等に離すよう
に配置し、常時可視域にある管制局に於て各人工衛星か
ら発生する時刻及び周波数を監視し、地球局で得られる
高精度の時刻基準と周波数と比較し、補正のための指令
を高い頻度で行うことによシ９人工衛衛星高精度の距離
測定のための信号を発生させるようにしたものである。

〔作　用〕

この発明は３箇の静止軌道上の人工衛星を一組とし、そ
のうち基塩となる人工衛星が時刻に同期し距離測定の信
号を発生し、この信号を直接観測者に送ると同時に順次
−の人工衛星にこの距離測定信号を衛里間データ中継に
よって送り、これを受けた隣の人工衛星がこの信号及び
自分の時刻及び距離測定の信号を観測者に送ると同時に
再び次の隣の人工衛星に送り、これを３箇の人工衛星に
ついて行い、この観測サイクルを少なくとも２回以上行
い、観測者はこのデータをもとに自分の位置検出処理を
行えるようＫした。

〔実施例〕

最初に人工衛星を使用した位置決めのための計測原理に
ついて説明する。

第１図は２箇の人工衛星を使用し、２次元に展開し九場
合である。（１）と１２）は軌道上にある人工衛星Ａｅ
　　Ｂ、　＋３）は人工衛星Ａ、　　Ｂ（１）、　＋２
１を貫く軸でＸ軸、（４１は人工衛星人とＢＯＸ軸の中
点を原点としたｙ軸、（５＋は人工衛星ＡとＢからの距
離差が一定な点Ｐで、（６Ｉは点Ｐのｘｙ面上の軌跡、
（７）はｙ軸に対して双曲線（６）と対称な双曲線であ
る。

ｘｙ平面上の双曲線は次の式で表わせる。

ここで焦点及び離心率は　ｆ＝±ａ１ｅ焦点からの距離
差　ｄ＝２ａ１である。

点Ｐ（５１を観測点とするなら、この発明では２箇の人
工衛星Ａ、　　Ｂ（１＋、　１２＋と観測点の間の距離
の差を計測する。第１図の構成ではこの距離差の情報よ
り双曲線（６）と（７１が描けて、観測点が双曲線（６
）と（７１の２つに解が存在できることになるが、距１
！ＭＡＰとＢＰの大小の情報を得るなら観測点がどちら
の双曲線に存在するかは判断でき名。ここでは双曲線（
６１上に観ＩＩＩ　Ａがあるとする。

第１図では２次元の場合について説明したが。

実際の現象は３次元上に存在するので９、ｘｙ平面上の
双曲線＋６１１−ｘ軸を中心に回転し、３次元の双曲面
を得る。

第２図は、　ｘｙｚ座標の双曲面を示す、（８）は２軸
、（９）は双曲面、α・とＱｌｌは双曲面をｙｚ面に平
行な面で切断した時の円である。

第１図で示した距離差ＡＰとＢＰが　一定な東件を満た
すｘｙｚ座標上の位置は双曲面（９１となる。

ｘｙｚ座標上で双曲面（９）は次の式で表せる。

第１固成るいは第２図の構成で観測点がＸ軸上にあるよ
うな場合、双曲線や双■面が直線になる様な場合がある
が、この発明では静止軌道上の人工衛星と地上付近の観
測点で構成されるので、このような構図は存在しない。

次に３箇の人工衛星を用いた場合を第３図を用いて説明
する。２箇はすでに第１図で示した構成とし、同じｘｙ
平面上の別のｘ　Ｔ　ｙ　＃座標上くもう１つの人工衛
星が存在するとする。■は人工衛星Ｃ９（２）１はＸ°
軸、■はｙ′軸、■はＸ軸とＸ°軸の為す角θ、＠は観
測点Ｐ′ｊｋ含むＡＰとＣＰの距離差一定の双曲線、ｃ
！ｉは双曲線（６）と例の交点の１つ、■は双曲線（６
）と＠の又わる２点を含む直線である。

観測点Ｐ（５）は人工衛星Ａ、　　Ｂ（１１，（２１，
と人工衛星Ａ、　Ｃ（１１，■との間でＡＰとＢＰ、　
ＡＰ七ｃｐ　　の距離差が一定である条件の所に存在す
る。前者の人工衛星を組合せた場合を第１図に示す。後
者の条件を満足するものとして双曲線＠が描ける。２つ
の双曲線（６１と＠で同じ距離差が計測できるのは交点
（５）と■の２点である。

次に第３図で考察したＸＹ　＋　ｘ’　Ｙ　’面の現象
を第４図のｘｙｚＷＡｍｅ　　ｘ”ｙ’ｚ’座標の３次
元での現象に展開する。■は双曲線ａａ　１ｋｘ　’軸
で回転して得られる双曲面、＠は２つの双曲面（９）と
双曲面■が交わる線分を含む平面、■は２′軸、　■は
２つの双曲面１９１と−の交点より成る２次曲線である
。

ｘｙｚ座標汲びｘ’ｙ’ｚパ座標上の双曲面（９）とい
は次の式で示される、ｘｙｚ座標とｘ　＝　ｙ　Ｉ　ｚ　＃座標の関係は次の
通シｘｙ平面とｘ　＊　ｙ　＊平面は同一であると設定
しているので。

ｚ＝ｚ’　　　　　　　　　　　　　・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（６）式（６）の条件によシ式（
２）と式（４）よりｚｆ：消去すると双曲面上の点と焦
点の間の長さと同じ双曲面上の点と単線の間の長さの比
は離心率に等しい事が双曲線の公式より言える。第３図
のｘｙ、ｘゝｙ°平面上では、（５）のＰ点のＸ及びＸ
′について、（６１の双曲線が第１．第４象限９例の双
曲線が第２．第３象限にある事より次の式が５１２シ立
つ。

ＡＰ＝：　　１ｅｔｘ−ａＩ　　Ｉ　＝ｌ　　６２Ｘ＋
８２　１　　　　　　　＝”＝”　　　１８＋第３図の
場合を符号まで考慮するなら０式（８１は次のようにな
る。

ｅｌｘ　−ａｌ　＝　−（ｅ２ｘ　＋　ａ２　）　　　
　”―−・間・…　（９）式（９）の関係は”Ｙ＊”Ｙ
’平面だけで成り立つ関係ではなく、第４図のＸ軸及び
Ｘ″軸のまわシに回転した双曲面であっても、Ｉｆｌ、
６立つ公式である。よって式（９）を（）１に代入し、
双曲面の父わる条件を求める式を展開すると、最終的ｋＫＩＸ　＋　Ｋ２Ｙ　＋　ＫＡ　：　０　　　　　　、
、、、、、、、、、、、、、、、、、　帥ここでに１：
　−２ａ２　（ｅ１＋ｅ２ｃｏｓθ）Ｋ２　＝　−２６
２ａ２Ｓｌｎθ に３＝ｅ１２３）２＋２ｅ１ｅ２ａｌａ２ＣＯｓθ＋ｅ
２２ａ２２−（ａｌ−ａ２）２−（ｂ１２−ｂ２２）の
直線の方程式が求まる。

式αυは２及び２°に依らない式であるから＊　ｘＹ”
座標、　　ｘ’ｙ’ｚ’座標の式０１を含むｚ、　ｚ’
軸に平行な面＠を示す。

式【２）と式（４）の交点は■の平面に含まれる。

人工衛星＠ＳＳ使用した第４図の構成では、観１１１３
、ａ　Ｐ　１５１は■の平面上に存在する２次曲線であ
る円または楕円上に存在することが分かる。若し観測点
の高度を別の系より既知数として知ｂｅるなら、観測点
Ｐ（５）は点として定めることが出来る。

３箇の人工衛星から求められる距離差の情報のみから暖
測点Ｐ　１５１　ｆ検出することは出来ない。

そこで、この発明では人工衛星の位置は地球上よシ見て
時間とともに移動する軌道を使用する。軌道条件につい
ては詳細は後述する。

第５図では、計測に使用する人工衛星の２つの時刻に於
ける位置関係を示している。ある時刻に於けるＸＹ＊”
Ｙ’座標と人工衛星Ａ、　　Ｂ、　　Ｃ（１１゜＋１，
１２０に対してそれより時刻を経過した後の人工衛星の
位置を同一図面に示している。す、顛、ωは人工術ＪＩ
　Ａ’　、Ｂ’　、Ｃ’の位置、　１４０はｘ“軸、　
１４１はｙ”軸、賭は距離差から求められる双曲線、Ｕ
はＸ　””軸、　＃Ａｇはｙ°°°軸、　　（５２）は
距離差から求まる双曲線、　　（５５）　Ｆｉ２つの双
曲線の交点を結ぶ直線である。

人工衛星Ａ、　　Ｂ、　　ｅｌｌ）、　＋２１．３）は
斂秒後にＡ゛。

Ｂ’　、　Ｃ’　１４３．１ｆｆｌ、υの位置に移動す
る。例えば。

人工衛星の対地速度がＩ　Ｋｍ／　ｓｅｃなら３０秒で
３０馳＋　０．Ｉ　Ｋｒｎ／　８ｅＣで３）ｃｍ離れる
。

人工！！Ａ’、　Ｂ’、Ｃ’Ｇ４３．１４ｎ、　＃に対
して、　新たな座標ｘ″ｙ”ｘ　°Ｉ　ｙ″′°が描け
、その座標上に観測点Ｐ（５）を含む距離差一定の双曲
線１４３．　　（５２）’が描ける。双曲線の交点を結
ぶ直線（５３）が描ける。

ｘｙ座標とｘ　ｌ　ｙ　ｌ座標はＸとＸ′軸よシ成る同
一平面に置くことが出来た。しかし９人工衛星の運動は
３次元であるので９人工衛星Ａ’　、　Ｂ’　、　Ｃ’
　　（社）。

（４ｎ、　＆Ｉの位置はｘ）’＋　”　＊　Ｙ’座標面
にはない。第５図では、説明を簡単にするためこの関係
を無視し、現象が２次元上にあるとして考えた。２次元
から３次元に展開する場合、第３図と第４図にその関係
を示した。移動後の人工術ＩＮＫついても同じ関係は成
り立つ。部ち＊　　ｘｙ＊ｘ’ｙ’座Ｓを含む面とＸ”
、ｙ″、Ｘ″ＩＩ　ｙＩＩＩ座標を含む面の間に人工衛
星の移動に応じた２つの面が交わる条件があるが。

ＸＹＩＸ’Ｙ’座標を含む面を基単に考えるなら、それ
から一定の線分に於て一定の角度をもって交差する条件
を持つｆｉｘ″ｙ”　ｘｌ　ＩＩ　ｙ　ＩＩＩ座標を含
む面が描け、その面上のＸ″ｙ″ｘｌ　ｌ　ｌ　ｙ″°
゛座標上では２次元の現象を第３図と第４図の関係のよ
うに３次元に展開することが出来る。

第６図では人工衛星Ａ、　　Ｂ、　　Ｃ（１１，（２）
、■と人工衛星Ａ’　、　Ｂ’　、　Ｃ’ｌＯ，１４７
１，＠の関係を３次元で示す。咽はｚｌｌ軸、ＵはＸ′
′′軸、　１４ｑはｙ°°′軸、　　（ｓｌ）は２′°
°軸であるｅ　ｘｙｚＷＡｍとｘ　′ｙ　Ｉ　ｚ　＃座
標上に描ける双曲線ｉｌ＋、　＠の交わる面は■で示さ
れ、Ｘ″′ｙ”２”座標とｘ””ｆ”ｚ”’座標に描け
る双曲線＋４３．　　（５２）の交わる面ｕ　（５５）
で示される。２つの面■と（５５）上には双曲線の交点
となる２次曲線（円または楕円）が描ける。この２次曲
線の交わる点に観測点Ｐ（５）が存在する。

観測点Ｐ（５１が存在する面までは式αＧのように代数
式で求めることが出来るが、観測点Ｐ（５）を代数式で
解く事は難しいので、固有な解は数値解析によって求め
ることにする。

人工術ＪＩＡ、　Ｂ、　Ｃ，Ａ’、　Ｂ’、　Ｃ’＋１
１．　＋２１．■、Ｗり。

槌と観測点Ｐ（５１の配置を第７図に示す。（５４）は
ＡＰ間、　　（５５）はＢＰ間、　　（５６）はｃｐ間
、　　（５７）はＡ’Ｐ間。

（５８）はＢ’Ｐ間、　　（ｓ９）　ｕ　ｃ’Ｐ　ｒ＆
＃ｌｔ示す。

観測点Ｐ（５１は＊　　（ｘｌ）’＋”）　　　　・・
・・・・・・・・・・・・・ａａと表し、Ｐ点の座標は
求めようとする未知数である。

観測値は。

０４つのＳの値である。代数の解を求めるためＫは、Ｓ
は３つで十分であり、それ以上Ｓがある場合、解を持た
ない場合も存在するが、ここで扱うＳは同じ現象から得
られた観測値であるから９等価的に３つの値と同じであ
る。よってここでは４つの８１ｊｔ用いて解く。

求めようとする微測点Ｐ（５＋と人工衛星までの距離差
と観測値として求められた値の差分を式で求める。

ｆ（ｘ、　Ｌ　ｚ）　＝　（（Ｘ−Ｘム）２＋（ｙ−ｙ
ム）２＋（ｚ−Ｚ＊）２−　（ｘ−ｘｃ）２＋（ｙ−ｙ
ｃ）２＋（ｚ−ｚｃ）２−８２）２＋（（ｘ−ｘム°）
２＋（ｙ−ｙム−）２＋（ｚ−ｚム−）２…−・・・・
・・拳・　ａ− 関数ｆ（ｘ、ｙ、ｚ）は、求めようとする点の観測点の
付近では観測点Ｐ（５１で唯一の最小値を示すので。

この点を求めるため最急傾斜法を用いて最初に予測した
観測点の位置を初期値としてくシ返し演算を行い、最小
値である観測点Ｐ　１５１　ｉ数値演算することが出来
る。

数値計算のアルゴリズムを第８図に示す。（６０）は初
期値の設定で、観測点からあまシ離れてない値（ｘＯ＋
ＹＯ＊！Ｏ）を設定する。また１式ａ−の関数は計算値
と観測値を代入して求めた値の差が微少値になった時、
くり返し演算を停止するための値をあらかじめ設定する
。　（６１）は〈シ返しの最初の値でに＝Ｏより開始す
る（６２）では（ｘｋ　ｅ　ｙｋ＋　Ｚｋ　）の時の式
ａａ＠計算する。（６５）では（６２）で計算した値と
１′＠：比較し、若しｆ（ＸｋｌＹｋｌ！ｋ）がｅよシ
小さくなった時くり返し演算を止め、（ｘｋ、ｙｋ、ｚ
ｋ）を出力する。（６４）では式０のｘ＊ｙ＊ｚｒＪＭ
分の偏微分を行い、微係数を得る。（６６）ではに番目
の点からに＋１番目の点に移る時の移動の大きさを定め
る数値を計算する。この値を移動量の変化率を示すａｋ
は’　（ｘｋ　ｅ　Ｙｋ　＊　”ｋ　）が大きな値を示
している間は大きな幅で移動し、極値に近づいた時は小
さな幅をとりながら極値をとらえられるように設定して
いく。（ｘｋ、ｙｋ、ｚｋ）点の前後の式ａ４を算出し
、極値を探ることは有効な手段である。（６７）ではａ
ｋに（６４）で計算した微係数を掛け、各区分別の移動
量を得る。極値の存在する方向の微分値がより大きな値
を示すので、　　３Ｆｌｉ分より成るベクトル値はｋか
らに＋１ステツプになった時、最短経由で極値に近づく
ことが出来る。（ｘｋ＋ｙｋｓｚｋ）からに番目の移動
量を差引いたものを新に（ｘｋ＋１　、　ｙｋ＋１　、
　Ｚｋ＋１）とする。（６８）でｋのステップｔ−１つ
進める、なお（６５）では（６５）の判定条件に達する
までくり返し演算を行い１判定値を越えた時（ｘｋ、）
’ｌ（ｅ　”ｋ）を得て出力とする。

次に人工衛皇の軌道位置について説明する、人工衛星は
静止軌道を使用する。但し０通常の静止衛星の軌道の軌
道傾斜角を小さく例えば０．０５　度などに対して、こ
の発明では大きな傾斜角を用いる。この方法によって複
数の衛星間を結ぶ線が同時に直線になる事が避けられる
。

この発明では常時３箇の人工衛星が観測点から見える必
要がある。地表面から見てなるべく仰角が高い所にある
方が建造物などに視界を妨害されないが、その場合人工
衛星の数が増す。今、赤道面上に人工衛星があるとして
、仰角と全地球を榎う人工衛星の数の関係は表１に示す
、妥当な値として仰角を約５度にすれば必要な人工衛星
の数は７箇になる。第９図には地球上に配置された人工
衛星の様子を示すｍ　（７０）は地球ではこの図は北極
上空より眺めたものである。（７１）は観測点Ｐである
。

表−１（７２）は観測点（７１）における水平線、　　（７５
）は他心と静止軌道を結ぶ線でＲで示す。（７４）は仰
角で０２で示す＠　（７５）は角度θ１．（７６）角度
θ３ｅ　　（７７）はＱから降した垂線の足でＨと示す
。（７Ｂ）は地球の半径でｒで示す。（７りは静止軌動
（８０）、　（８１）。

（８２）、　（８５）はこの発明に係る静止軌道上の人
工衛星である。他の他心’ｉｏ、Ｒと静止軌道の交わる
点をＱとし。

ΔＯＱＨについて次の式が成立する。

ＱＨと水平線（７２）は平行であることよシ。

θ２：０３で仰角を求めることが出来る。

軌道上の人工衛Ｊｌ　（ａｏ）、　（ａｔ）、　（８２
）、　（８５）などがＯＱとＯＨを対称にしたＯＱ’（
Ｑの対称点をＱ゛と示す）の間に常時３箇入る場合を仰
角をパラメータにして表−１に仰角と衛屋箇数の関係を
示した。

次ＫＭ斜角について説明する。傾斜角は人工衛星間の距
離に対して赤道面から人工衛星が南北に離れる距離が計
測に有意義な程度であるように選ぶ必要がある。但し、
傾斜角が大きすぎると高緯度地方では仰角が大きくとれ
ない事になる。地球上で人間が住んでいる地域がほとん
ど入ってしまう緯度６５度とさらにもう少し高緯度の７
０度での仰角と傾斜角の関係を表−２に示す。第１０図
では緯度と傾斜角による衛星の移動の関係を示す。

（９０）は緯度、　　（９１）はＰ点から見た仰角、　
　（９２）は赤道面、　　（９５）は赤道面上静止軌道
に１父する線、水平線（７２）と赤道面の交点をＴ、　
　Ｐから仰角（９１）の角度をとって赤道面を望む線分
との交点をＵ、赤道面と静止軌道の交点をＶ、線分ＰＵ
の延長上の線と静止軌道（９５）との交点をＷとする。

表−２ θ４で示した緯度（９０）が定まシ、０５　　で示した
仰角（９１）が定まっているので。

？ＰＴＯ＝９０°−０４＝０６ＺＰＵＴ＝１８０°−〇５−（１ａｏ°−１／６）＝０
６−”５＝θ７ΔＰＵＴに正弦法則を適用すると。

次に。

ＺＰＵＴ　＝　ｔＶＵＷ　＝　Ｑ７よりｖｗ＝　ｕｖｔａｎθ７　　　　　　　　・・・・・・
・・・・・・・・・・・・　ａａ表−２では緯度及びそ
の緯度の点から赤道面上にある人工衛星を自分より離れ
る方向になる１南または１北に見た時の人工衛星の赤道
面からの郡動量を示した。

次に静止軌道上の人工衛星の位置について説明する。第
１１図は位相を説明する丸めの円と静止軌道上の人工衛
星の位置を示す。

（ｔｏｏ）は位相を示すための円で、　　（ｔａｌ）、
　（ｔｏ２）。

（１０５）は同一時刻に於ける人工衛星の位置、　　（
１０４）。

（１ｏｓ）、　（ｔｏ６）は成る時間経過した後の同一
時刻の人工衛星の位置、　　（１ｏｏ）、　（１１１）
、　（１１２）、　（１１５）は赤道面上の静止軌道で
衛星が大きな傾斜角を持った時に移動する範囲を線分で
示し虎もので１図では直線で示しているが、実際はいわ
ゆる８字特性を示す。（＋１４）、　（１１５）、　（
１ｔ６）、　（１１７）、　（１１Ｂ）、　（１１９）
。

（１２０）、　（（２））は人工衛星の位置である。

この発明では観測者から見て３個の人工衛星の分布は１
面状に広がって分布することが望ましく。

３つの人工衛星が直線につながるようなことは避けなけ
ればならない。

静止軌道上で傾斜角を大きくした場合軌道上の人工衛星
が８字特性上のどの点にあるべきかは。

円（１００）の円周上の位置で示す、静止衛屋上の人工
衛星はお互いに同一時刻の近点離角を１２０度毎離れた
位置Ｋｆｉｌ＜、位相関係は、　　（１０１）、（１０
２）１（ｔＯＳ）によって示し、実際の静止軌道上の位
置は（１１４）、　（１１５）、　（１２０）で示し、
測距に必要な人工衛星間の直線は鎖線で結んだ。

この鎖線は適宜折曲がり、３つの人工衛星で広い面積上
に分布している。これよプ少し時刻が経過すると（１０
１）が（１０４）、　（１０２）が（ｔｏｓ）、　（ｔ
ｏｓ）が（１０６）に移動し、同様に（１１Ｂ）、　（
１１９）、　（１２０）の３つのように人工衛星が分布
をする。

次に測距方法について説明する。この発明では。

２つの人工衛星の距離差を計測することを基本とする。

第７図の人工衛星人（１）と人工衛星Ｂ　＋２１　ｉ例
にとると、ＡＰとＢＰ間の距離差を計測する。若し人工
衛星Ａ　［１１と人工衛星Ｂ（２）から同時刻に信号が
発生し、それを観測点Ｐでそれを受信し、２つの信号の
到着時刻の差を計測するなら、距離差が計測できる。

人工術！Ａ　（１）とＢ（２）が同じ時刻を持つようＫ
すれば、この方法は可能であるが、この発明では別の人
工衛星が同じ時刻を示す時計を持たない場合を考える。

そこで１人工術ＪＩＡ　＋１１が発生した信号を人工術
ＪＩＢ（２）の計測にも使用する。ＡＰとＡＢ＋ＢＰの
信号が計測される。但し、ＡＢ間の信号は衛星通信を使
用し伝送され、その間の距離が測られるか成るいは距離
ＡＢは２つの人工衛星の位置が判明しているので、それ
よυ算出することが出来て、　　ＡＢ＋ＢＰＯ測距より
Ａ１間距離を差引き９等価的にＡＰ、ＢＰの間の距離差
の計測が可能である。

同様な考え方を人工衛星Ａ、　Ｂ、　ＣＫ拡張する。

即ち人工術ＪｉＡ　＋１１を源泉ＫＬ、ＡＰ、ＡＲＰ、
ＡＢＣＰと観測点に信号を伝送する。その為に計測に要
する時間を概算する。

ＡＢＣＰで信号が伝送される場合。

衛星間距離を、　　３ｔ、５００Ｋｍと置く、その条件
は以下の通り。

’、”　３）．５００中　２６．４００２＋（８，６０
０Ｘ２　）２即ち、静止軌道上に人工衛星が３箇あり、
大きな傾斜角によって赤道面から南北に８．６００Ｋｍ
離れるとし、お互いに最大距離能れるとした。

但し、実際にはすべての人工衛星間の距離がこのように
離れる訳ではないがここではすべてに最大値を考えた。

（ＡＢＣ）ｍａｘ＝３）．５００Ｘ２＋３６．０００＝
９９．０ＧＯ・・・・・・・・・・・・・・・１１９光
速を３Ｘ１０８ｍ／ｓｅｃとすると＊　　（ＡＢＣ）ｍ
ａｘ間を信号が伝送するに要する時間は。

以上の条件をもとに計測方法を第１２図に示す。

（１５０）は横軸で時間を示す、縦軸は経路を示す。

（１５１）は人工衛星Ａ（１）が発生した基準パルス、
　　（１３２）は観測点Ｐで直接受信した基準パルス、
　　（１５５）は人工衛星Ｂ’ｉ経由して受信した基準
パルス、同様に（１５４）は人工衛星Ｂ　、　　Ｃ＋２
１　（１２０）経由の受信パルスである。

位壇検出の双曲面を算出するために必要な距離差は次の
様に求められる。

ここで、　　ＩＡＰ−ＡＢＰＩ＝（Ｔ２−Ｔ１．）／Ｃ
ＩＡＢＰ−ＡＢＣＰ＋＝（Ｔ３−Ｔ２）／Ｃ但し、Ｃは
光速、　　ＡＢ、’ＢＣは人工衛星の軌道位置よシ求め
られる。

観測点Ｐでは受信機を備えるだけで計測が行うことが出
来る。この発明に係る計測では人工衛星の軌道位置が正
確に判明しているという条件で説明した０人工衛星の軌
道は自分が持つ距離及び距離変化藁計測を管制局で行い
、その取得データにもとづき軌道計算を行い、軌道決定
とさらに未来の値は軌道予測で算出する。軌道予測値は
時刻の関数で位ｆｉ１′ｆ！：知ることが出来る。

この発明では静止軌動を使用しているので、管制局では
これらの人工衛星を常時観測することが出来るので管制
局は人工衛星からの時刻を観測し。

高精度に人工衛星の時計を較正することが出来。

人工衛星は容易に高精度な時刻を持つことが出来る。管
制局は国の一次基準から高精度な時刻を入手出来るので
、−次基準、管制局１人工衛里と常時連携動作をさせな
がら２時刻の管理を行うことが出来る。即ち、管制局で
は人工衛星から受けた時刻信号に対してこの管制局の持
っている人工衛星に関する軌道情報より求められる信号
の伝播に要する時間遅れを補正したうえ、地上系の基準
時刻と比較する時が出来る。

第１３図でこの関係を説明する。（１４０）は人工衛星
Ａ（１）での秒時、（１４１）はその秒時を管制局で受
信した時のタイミング、　　（１４２）は管制局の較正
源の基準秒時、　　（１４５）は軌道決定［Ｉをもとに
管制局で受信されるべき人工衛星Ａ　（箇の秒時、　　
（１４４）は軌道決定値よシ求めた秒時伝播時間、　　
（＋４５）は時刻（１４１）と時刻（１４５）の差の時
間である。

管制局では時間差（１４５）を検出したなら、　この差
分をコマンドで人工術３）　Ａ　（１１に送プ９時刻の
補正を行う皐により人工衛星は精度の良い時刻を維持で
きる。

時間差検出の方法は、１回の秒時の比較を行うのでなく
、長時間の１！測を伊続していくことＫより。若しわず
かな誤差があったとしても誤差の蓄８１により検出し易
くなるので、その様な検出方法が優れている。

この発明では、距離差を計測することが必要である。即
ち、第１２図のタイミングＴＩ　（１，５２）とタイミ
ングＴ２　（１５５）の間の時間差測定が必要であるが
、この計測には原信号ＴＯ（ｔｓ＋）の発生時刻タイミ
ングは不要な情報である。しかし、観測点Ｐ（５）の位
置検出が出来る根拠は信号発生時の人工衛星の位置が確
定している事が条件である。人工衛星の位置は時間の関
数として表すことが出来るので。

第１２図の原信号Ｔ０（１５１）のタイミングを時刻の
情報付の信号にして、観測点Ｐ（５）Ｋ通知してやれば
、観測点Ｐ（５）は距離差計測の情報ｔ−得ると同時に
、この原信号が発生された時刻を知り、それよシその時
の人工衛星の宇宙空間での位置も正確に得ることが出来
る。

距離差を計測する為の測距信号と時刻信号を同時に送信
する信号形式の例を第１４図に示す。

（１５０）と（１５１）は測距用ＰＲＮ符号＋１１．　
＋２１用シフトレジスタ、　　（１５２）は時刻符号器
、　　（１５５）は時刻装置、　　（１５４）は搬送波
発生源、　　（１５６）はＰＲＮ符号の発生や時刻符号
を発生させるクロック、　　（１５７）は各符号の正秒
時に各レジスタの内容をリセットするゲート信号、　　
１ｓａ）は２つの符号のＭＯｏ　２合成器、　　（１５
９）、　（１６０）は変調器、　　（１６１）は搬送波
の９０度移相器、　　（１６２）はＱＰＳＫの合成回路
である。

この発明では、ＰＲＮ符号のクロック？ＩＭＨ２とした
場合、２つの符号の合成による測距信号が必要となる必
要理由は後で述べる。ＰＲＮ符号（１）とＰＲＮ符号（
２）をＭＯＤ２加算し、新しいＰＲＮ符号を作成した。

ＰＲＮ符号（１）とＰＲＮ符号（２１のシフトレジスタ
（１５０）、（１５１）はそのための信号発生器である
。

２つの符号はＭＯＤ　２加算器（１５Ｂ）で加算された
後。

搬送波の上に変調器（１５９）により変調され、　　Ｂ
ＰＳＫ（８１−ｐｈａｓｅ　５ｈｉｆｔ　ｋｅｙｉｎｇ
）変調信号１する。

この符号は正秒時に内容がゼロ・セットされ。

その時点より符号の内容が移り変わっていく、そのタイ
ミングは時刻装＠（＋５５）から得られるゲート信号（
１５７）により時刻符号器（１５２）はそれと同時Ｋｍ
刻装置（１５３’）より読み取った現在時刻をクロック
（１５６）に駆動され、符号として送信していく。

時刻符号は測距信号と位相が９０度異なった搬送波で変
調器（１６０によって変調される。測距信号と時刻符号
は直交して変調しているので１合成器（１６２）で合成
され、１つのＱＰＳＫ信号にされる。

観測点Ｐ（５）は測距信号を受信すると同時に原発性時
刻を同時に知る事が出来る。

この信号が通過する時刻も正確に知る必要がある。

この発明では観測点Ｐ（５）では人工衛星Ａ（１）から
の直接送られるＡＰ　（１３２）との他の人工衛星例え
ば人工衛星Ｂ　（２１’ｉ経由したＡＲＰ　（１５５）
の間で同一信号が到着する時の時間差を計測することが
位置検出の原則であるので、距離差検出の為には測距信
号の周波数が正確であればよい。しかし１位置検出の為
には信号の発番源の幾伺学位置が正確でなければ、検出
位置に誤差が大きくなる。前の説明で、人工衛星Ａ（１
）が原信号を発生する位ａは時刻の情報と軌道観測にも
とづく軌道情報によって知ることが出来ることを説明し
たが、同時にこの観測に係わる人工衛星の位置も正確に
判明していなければならない。

第１２図では測距の原信号は常に人工衛星Ａ　＋１１よ
り発生するものとしたが、同時に人工衛星Ｂ（２）から
も第１４図゛の回跡構故よシ得られる時刻及び距離信号
を観測点Ｐ（５１に送り出せばよい。

第１５図では２つの人工衛星のタイミング図を示す、（
１７０）はタイミングＴ７で人工衛星Ｂ（２）で発生し
た時を示す、　　（１７１）はタイミングＴ８　　で観
測点Ｐ（５１でタイミングＴ７　（１７０）を受信した
時を示す。

観測点Ｐ（５）では人工衛星Ｂ（２）からは人工衛星Ａ
（１）から送られて来た信号と自ら発生した信号を受信
する事になる。前者は測距信号として使用し。

後者は人工衛星Ｂ（２）の位置算出の為の時刻信号とし
て使用することが出来る。また、観測点Ｐ（５）では１
両信号の時刻情報を比較する事により、２つの人工衛星
間の距離の算出を行う事も可能である。

この発明で１つの人工衛星より同時に観測点く２つの信
号を送る場合は２つの周波数を使用するか、あらかじめ
与えられ九衛屋毎の異なるサブキャリアや稲畑の異なる
拡散符号などを使用するのが適当である。

次に軌道上に配置された人工衛星を使用し、実際に観測
者が逐次計測する方法を説明する。第１６図では３箇の
人工衛Ｍを１つのグループにまとめ。

計測の為の信号を伝送する。人工衛星Ａ（１）を信号の
源泉と想定し１人工衛星Ａ、　　Ｂ、　　Ｃ（１１，＋
２１．１２＋）を１つのグループとし、同じ動作する別
の人工衛星めグループ人工衛星ｃ、　　Ｄ、Ｅ（２））
、　＋４２１．（１９０）もう１つのグループとする。

１つのグループの信号の流れを説明する。

人工衛星Ａ（１）からは、源泉信号（２１１）を観測点
ｐ（５）と人工衛星Ｂ、　　Ｃ（２）、ＣＤに向かって
、経路（１ｅｏ）、　（ｔｓｌ）、　（１８２）を経由
し信号が送信される。

第１７図はその時の時系列を表にし九ものである。

観測点Ｐ（５）では、信号（２１２）　’Ｉ！ｉ−最初
に受信する。

人工衛星Ｂ　＋２１　？：経由し、経路（１８１）の信
号は、経路（１８５）経由となり観沖１点Ｐ（５）に伝
わシ、タイミング（２１５）で受信される。

タイミング（２１２）と（２１５）の時間差を計測する
ことにより、ＡＰとＢＰの距離差が計測できる。　これ
を式で示すと次のようＫなる。

ＡＲＰ−ＡＰ＝Ｃ（Ｔ１１−ＴＩ２　）　　　・・・・
・・・・・・・・・・・（財）ＡＢＰのうち、ＡＢ間の
距離は人工衛星の予測位置成るいは実測により求まるの
で、この分を式＠より差し引くことによｆｉＡＰとＨＰ
の距離差を求めることが出来る。

ＢＰ−ＡＰ＝Ｃ（Ｔ、、　−Ｔ１２　）−ＡＢ　　　・
・・・・・・・・・・・・・・■同様の！′を測を人工
衛星Ｂ、Ｃ（２１，と■と観測点Ｐ（５）の間で、経路
（１８５）、　（１８４）、　（１８７）を経て信号が
伝送され、タイミング（２１５）と（２１４）で信号が
受信される。これを式で示すと。

ＢＰ　ＣＰ＝Ｃ（Ｔ１３　　Ｔ、２　）　　ＢＣ・・・
・・・・・・・・・・・・■となる。

次に人工衛ＪｉＡ、Ｂ、Ｃ間の距離の計測について説明
する。この間の距離の計測は人工衛星の位置を知る事に
よシ算出出来るが、データ中継機能のみを使用し計測す
ることも可能である。

人工衛星Ａ　Ｔｌ＋から１人工衛星Ｂ（２）と人工衛星
Ｃ■に向けられた信号は経路（１８１）と（１８２）を
通って伝送され９人工衛星Ｂ（２）では人工衛星Ｃ（２
）ＩＫ向は経路（１８４）で伝送される。人工衛星Ｃ■
では２つの信号の距離差を計測する。これを式で示すと
次のようになる。

ＡＢＣ−ＡＣ＝Ｃ（Ｔ１５−Ｔ１４　）　　　　・・・
・・・・・・・・・・・・・・・　■ａ−！−ｃ−ｂ＝
ｄ１　　　　　　　　　　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・■ここで＊　　ｄ１＝ｃ（Ｔ、５　　Ｔ１４
）経絡（１８２）と（１８５）と経路（１８１）によシ
次の式が成り立つ。

ＡＣＢ−ＡＣ＝Ｃ（Ｔ１７−Ｔ１６）　　　・・・・・
・・・・・・・・・・・・・■ａ＋ｂ−（＝ｄ２　　　
　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・ωここで＊　　ｄ２＝ｃ（Ｔｌｙ　　Ｔｉ６）経
路（＋１３６）と（１８Ｂ）と経路（１８４）よシ次の
式が成り立つ。

ＢＡＣ−ＢＣ：Ｃ（ＴＩ？−Ｔ１８）　　　・・・・・
・・・・・・・・・・・・・ｒ３υｂ＋ｃ−ａ＝Ｃ（Ｔ
ｌｇ−Ｔｔａ）　　　　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・■ここで＃　　ｄ３＝Ｃ（Ｔ１９　　Ｔ１８）
式ω、■、■で■の方程式が求められ９人工衛星の距離
ａ、ｂ、ｃが求められる。但し、この場合、各人工衛星
は衛星間距離を計測するための装置を搭載する必要があ
る。

人工衛星り、　　Ｅ、　　Ｆ　（４２）、　（１９０）
、　（１９１）について。

人工衛星Ａ、　　Ｂ、　　Ｃ（１１，（２）、■に適用
したと同じ計測方法を用いる。

源泉は基準時刻に一致させる。

軌道上の人工衛星が８箇の場合、　　Ａ、　Ｂ、　Ｃ，
Ｄ。

Ｅ、　Ｆ、　Ｇ、　Ｈと符号を付けると、　　（ＡＢＣ
）、（ＤＥＦ）。

（Ｇｌ（）のように３つのグループに組合せ、第１８図
で説明し九ような計測を行う。次に、　　（ＢＣＤ）。

（ＥＦＧ）、　（ＨＡ）のような計測を行う、　このよ
うに順次３つのグループを移動させ、計測を行っていく
、観測者Ｐ（５１は、　　（ＡＢＣ）のような−組の計
測を２回以上複数回行えば、観測者の位置を検出する為
に必要なすべての情報を得ることが出来る。第１７図に
８箇の人工衛星を３群に分けて繰シ返し計測を行ってい
く時の順序の１例を示す。ｉ秒時（２５Ｇ）に１群の計
測が行われ、その計測は０．５　　秒ぐらいの関に完了
する。従って９次の（ｉ−Ｎ）（ＺＳｔ）秒では第２群
（２５６）の計測のｉ＋２秒（２５２）では３群（２５
７）が行われ、再びｓ　−１−３秒（２３９）には元に
戻り、１群から計測が行われる。

次に距離計測について説明する。今までの説明では第１
２図及び第１１図で計測に使用する信号は瞬時の時刻を
示すパルスを使用した。パルス注形による距離計測はレ
ーダで用いられている方法であるが、地上機器の場合、
容易に高振幅のパルスを発生し易く、また到達距離も１
，０００Ｋｍ前後の場合が多い、しかし、宇宙で使用す
る場合、到達距離が非常に遠いいのと、測距の為の信号
エネルギーをパルス状のようＫ１１１１時に集約する方
法は必要な装置を大型化し、得策ではない。従って９時
刻のタイミング信号を長い時間にわたり伝送し、受信側
においても検出を長い時間行える装置を採用するなら、
宇宙上における機器の構成を容易に出来る。

計測のために必要な最大の伝播距離は９式■で想定した
様に約９９．ＯＯＯＫｍ程度であればよい。この距離の
間をあいまいさのない−通りの符号で符号化出来ればよ
い、基本クロックをＩＭＨｚにすると、この間に約０．
３３Ｘ１０”箇の繰り返し波形が存在する事になる。

そこで、２０ビツトのシフトレジスタを使用し。

擬似ランダム符号（Ｐｓｕｅｄｏ　Ｒａｎｄｏｍ　Ｃｏ
ｄｅ　、　　＠　ｌ。

てＰＲＮ符号）を発生させれば　２２０　１ユｌＸ１Ｇ
’の固有なパターンを発生することが出来る。他Ｋ。

１０ビツトの２つのシフトレジスタより発生するＰＲＮ
コードの位相を固有罠し、　Ｍｏｄｕｌｏ　２の論理和
によって得られるゴールド符号を使用し、　　１０２３
Ｘ１０２３’：：ｌＸ１０’の間を固有なパターンを発
生することも出来る。

受信側では０時間差のある２つの相関演算を行う事によ
り２つの符号間の位相差、即ち、距離差を計測すること
が出来る。この計測原理を人工衛星と人工衛鳳間の両方
の計測に適用できる。しかし０人工衛里にあっては例え
ばレーザ通信が発達した場合、パルスを使用した第１２
図や第１６図の様な方法も可能になる。ＰＲＮ符号を用
いた場合。

同じ周波数にもかかわらず、別のＰＲＮ符号の種類を使
用することにより、複数の符号を同時に使用出来ること
や、電波干渉の観点から要求される電力束密度の想定を
守り易いなどの利点を有している。

次にこの発明で使用する人工衛星の構成図について第１
９図を用いて説明する。クリスタル発橡器（２４０）は
１時刻装置（２４２）を働かせ、その出力を。

テレメトリ装置（２４５）　、送信機（２４６）　、　
　ダイプレクサ（２４７）　、アンテナ（２４８）を経
由し、管制局に送る。管制局ではこの信号と国の一次基
準レベルの信号と比較を行って０発揚周波数の微調と時
刻の較正を人工衛星に送信する。この信号をアンテナ（
２４８）　、ダイプレクサ（２４７）、受信機（２４９
）、　　コマンド受信機（２５０）　ｉ経由し受信し、
補正の為のコマンドＣＭｉクリスタル発揚器（２４０）
及び時刻装置（２４２）に対し行う。テレメトリ装置（
２４５）及びコマンド受信機（２５０）は０時間の較正
以外の一般の衛星のバス機器用としても使用される。管
制局からの距離及び距離変化率信号は受信機（２４９）
と送信機（２４６）の間を折返しルート（２６１）を経
由１送され、この人工衛星の軌道決定に使用される。ク
ロック（２１４）　′ｆｒ受けてＰＲＮ符号発生器（２
５２）は、　−連のＰＲＮ符号を発生し、基準時刻信号
（２４！５）　’ｉ受けた時刻情報は特定時刻と前述の
ＰＲＮ符号の特定な位相とが同期する関係を持って、こ
の２種類の信−ｊｉ！を同一の信号９例えば４相位相変
調信号にするため、変調器（２５５）に入力され、その
出力は。

送信機（２５４）とユーザ間アンテナ（２５５）を経由
し。

ユーザに送信される。同時に変調信号（２２６）は。

増幅器（２５７）　、ダイプレクサ（２５Ｂ）　、アン
テナ（２５９）を経由し、他の人工衛星にも信号が送ら
れる。

他の人工衛星からの信号を受け、その信号をユーザに送
信すると同時に次の人工衛星に向は送信する型の人工衛
星では、他の人工衛星から受信した信号（２７０）はア
ンテナ（２５９）で受信し、ダイプレクサ（２５Ｂ）　
、受信機（２８０）を経由した信号は、観測点Ｐに向は
送信機（２５４）とアンテナ（２５５）を経由し送信さ
れると同時に、もう一方の人工衛星に対して送信機（２
６２）、アンテナ（２６４）を経由し、　信号Ｃ２６５
’）で送信される、〔発明の効果〕この発明では静止軌道上に大きな傾斜角を持つ人工衛星
を投入し、観測者から４箇の人工衛星が観測されるよう
ＫＬ、ｌ！測看者受信機・簡単な時計と計算処理アルゴ
リズムを持つことＫより、自己の位ｆｌｔｋ算出できる
。観測者は極地方などの高緯度地方を除いて、この計測
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１因〜第１９図はこの発明を説明するための図であり
、第１図は２箇の人工衛星を使用し、２次元に展開した
場合を示す図、第２図はｘｙｚ座標の双曲面を示す図、
第３図は３箇の人工衛星を用いた場合を示す図、第４図
は第３図の配置を３次元座標で示した図、第５図は人工
衛星を３箇使用した場合でのｘｙ面上の様子を示す図、
第６図は３箇の人工衛星を使用し２回観測した場合を３
次元座標で示した図、第７図は３箇の人工衛星と観測点
の配置を示す図、第８図は位置検出のためのアルゴリズ
ムを示す図、第９図は地球上に配置された人工衛星の様
子を示す図、第１０図は緯度と傾斜角による衛星の移動
関係を示す図、第１１図は位相を説明するための円と静
止軌道上の人工衛星の位置を示す図、第１２図は人工衛
星間の距離差の計測方法を説明するためのタイミング図
、第１３図は時刻較正の方法を示す図、第１４図は距離
差を計測する為の測距信号と時刻信号を同時に送信する
信号形式の例を示す図、第１５図では２つの人工衛星の
タイミング図、第１６図は３箇の人工衛星を１つのグル
ープにまとめた計測方法を示す図、第１７図は計測のタ
イミングを示す図。第１８図は１０箇の人工衛星′ｔ−３群に分は繰シ返し
計測を行っていく時の順序を示す図、第１９図は第１３
図の位置検出を行う時の人工衛星の構成図、第２０図は
ＧＰＳの人工衛星の構成を示す図である。図において、　（１１ｉ２１■（８０）（８１）（８２
）（８５）は人工衛星。＋６１１７１１２４１は双曲線、　ｉ９Ｂ！７１Ｆｉ双
曲面、　＋５１　（７１）は観測点ＰＩ（１０１）（１
０２）（１０５）（１０４）（１０５）（１０６）（１
１４）（１１５）（１１６）（ｔｔ７）（ｉｔｓ）（ｔ
ｉ９Ｘｔ２ｏＸ１ｚ１）は人工衛星の位置、　　（＋５
１）（１５２）（１５３）は基準パルス、　　（＋３４
）（ｉｓｓ）は受信パルス、　　（１５０８１５１）は
シフトレジスタ、　　（１５２）は時刻符号器、　　（
１５５）は時刻装置、　　（１５４）は搬送波発生源。（１５６）はクロック、　　（１５７）はゲート信号、
　　（ｔＳａ）は合成器、　　（１５９）（１６０）は
変調器、　　（１６１）ｌｉ１１０＆”整相器、　　（
１６２）は合成器、　　（２４０）はクリスタル発揚器
。 ’　（２４１）はクリスタル発振器出力、　　（２４２
）は時刻装置、　　（２４３）は基準時刻出力、　　（
２１４）はクロック。（２４６）　（２６２）は送信機、　　（２４７）はダ
イプレクサ。（２４Ｂ）はテレメトリ・コマンド用アンテナ、　　（
２４９）は受信機、　　（２５０）はコマンド受信機、
　　（２６１）は測距の折返しルート、　　（２５２）
はＰＲＮ符号発生器、　　（２５３）は変調器、　　（
２５４）は送信機、　　（２５５）は観測者向アンテナ
、　　（２５７）は増巾器、　　（２５Ｂ）はグイプレ
クサ。（２５９Ｘ２１Ｓ４）は衛星間通信用アンテナ、　　（
２６０）（２６５）（２７０）は衛鳳間通信用信号、　
　（２８０）は受信機である。なお１図中同一又は相当部分には同一符号を付して示し
である。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）軌道傾斜角を６度近くにし、かつ同一時刻に於け
る隣り合う人工衛星の近点離角がお互いに１２０度近く
に離れるような静止軌道上で地球表面近くより見て可視
域に同時に入る人工衛星を３箇投入し、管制局によつて
較正された時刻信号とその時刻信号にもとづき、また、
時刻信号と同期関係を保つて作られた測距信号を３箇所
のうちの１箇の人工衛星が、直接地球表面に送信すると
同時に、前記の時刻及び測距信号を他の人工衛星に対し
て衛星間データ中継手段によつて隣り合う人工衛星に送
信し、前記の時刻及び測距信号を受信した前記の隣りあ
う人工衛星は、この信号を地球表面に送ると同時に、さ
らに次の隣り合う人工衛星に送り、これを３箇の人工衛
星に順次適用し、３箇の人工衛星からは前記の各々の時
刻及び測距信号と自らの時刻にもとついた時刻及び測距
信号を地球表面に送信し、地球近くではこの測距信号の
受信時刻とにより管制局より得られる軌道予測にもとづ
き求められた３箇の人工衛星の位置を基点として、３箇
の人工衛星の隣り合う２箇の組合せに対して、測距信号
を用いて人工衛星と観測者の間の２種類の距離差を算出
することにより、前記の２箇の人工衛星を焦点とする双
曲面を描くことが出来、さらに位置検出上有意義な程度
経過した後、前記の３箇の人工衛星から前述の同一の信
号を得て、それに基づき前述の双曲面を得てこのような
計測を２回以上複数回繰り返すことによつて得られた双
曲面の交点として観測点の位置を求めるため３箇の人工
衛星を用いて前記と同じ計算処理を行うことにより、双
曲面の交点として観測点を求めることを特徴とする人工
衛星を用いた測位方法。
（２）請求項（１）記載の人工衛星の構成を４箇以上静
止軌道上に配置し、地球表面上の地域を拡大すること及
び７箇以上を静止軌道上にほぼ等しく配置したことを特
徴とする人工衛星を用いた測位方法。
（３）外部からの指令信号にもとづいて、時刻の補正及
び周波数の微調整が出来る時計装置と距離差の計測のた
めの信号を発生させる装置を備え、前記の２つの装置よ
り発生する信号を同時に変調し、地球表面の近くの観測
者に送信できる装置と、同じ時刻及び距離差の計測の信
号を他の人工衛星に向けて送信できる衛星間のデータ中
継装置と、他の人工衛星から受けた時刻及び距離差計測
のための信号を前記の地球表面の近くの観測者に送信で
きる装置に加えて送信できると同時に、さらに他の人工
衛星にこの信号を送信できる衛星間のデータ中継装置を
備えることを特徴とする請求項（１）、または請求項（
２）記載の人工衛星を用いた測位方法。