JPH0242374A - 地球軌道衛星からの擬レンジを求める方法 - Google Patents

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】 本発明は、プラットホーム位置ぎめ、即ち、地球座標系
に関連して点を追跡及び位置測定する方法に係わり、よ
り具体的には、地球軌道の送信人工衛星からの擬レンジ
を求める方法に係わる。

［発明の背景］ 米国海軍のＴＲＡＮＳＩＴ航法衛星システムは、近地球
の極軌道を画く多数の衛星から成る。衛星はユーザ局に
向かって、衛星位置の推算表情報が変調されている１５
０ＭＨｘ及び４００ＭＨ！の搬送波を送信する。ユーザ
は受信信号の周波数を測定し、ユーザによって観測され
たドツプラー周波数シフト及び衛星位置推算表情報に基
づき、送信衛星からのレンジを計算する。具体的には、
観測される衛星の位置及びその送信周波数が既知ならば
、衛星が受信局上を通過する際に１５分以内に１点で衛
星から受信した信号のドツプラー周波数シフトは、地球
座標系における前記点の位置の決定を可能にする。ＴＲ
ＡＮＳ　ＩＴの詳細は、１９８１年１月〜３月に刊行さ
れたジョーンズ・ホプキンズＡＰＬ　テクニカル・ダイ
ジェストの第２巻、第１号、第３−１３頁に掲載された
エイチ、デイ−、ブラック（Ｈ９Ｄ、Ｂ　１ａｃｋ）の
論文“サテライト・フォア・アース・サーベイングｅア
ンド拳オーシャン・ナビゲーティングに記載されている
。

遠地球の軌道を画く複数のコード化信号送信衛星から成
るＮＡＶＳＴＡＲグローバル・ポジショニング・システ
ムは、コードを割当てられている認可ユーザに対して、
ＴＲＡＮＳ　ＩＴよりもすぐれた精度及び融通性を提供
する。現時点では、軌道上に６個のＮＡＶＳＴＡＲＬか
存在しないが、地球上のどの地点からでも４個の衛星が
見えるように配置された１８個に増やすことが計画され
ている。各ＮＡＶＳＴＡＲ衛星は、中心周波数が約１５
７５．４２ＭＨＩの所謂ＬＩ帯域無線信号と、中心周波
数が約１２２７．６Ｍ　Ｈ！であるＬ２帯域無線信号を
送信する。Ｌ、帯域は、Ｐコードと呼ばれる保護情報チ
ャンネルと、Ｃ／Ａコードと呼ばれる粗取得チャンネル
とが両側波帯の形で変調されている抑圧搬送波り、を有
する。Ｌ２帯域は、Ｐコードが両側波帯の形で変調され
ている抑圧搬送波Ｌ２を有する。Ｐコード及びＣ／Ａコ
ード・チャンネルはいずれも、所与のチップ・レートで
、即ち、Ｐコードの場合なら１０．２３０ＭＨ！で、Ｃ
／Ａコードの場合なら１．０２３０ＭＨ！で、二進情報
信号を搬送する。Ｐコード・シーケンスは、ＮＡＶＳＴ
ＡＲシステムの認可ユーザだけに知られている。

Ｐコード・シーケンスが判っているから、ＮＡｖＳＴＡ
Ｒの認可ユーザは、信号が光速で伝送されるという事実
に基づき、Ｐコード・シーケンスが衛星とユーザとの間
を通過するのに要する時間を測定することによって、観
測位置において衛星からの擬レンジを求めることができ
る。衛星からユーザまでの真のレンジは、擬レンジに、
例えば世界時整合クロックのような時間基準に対する衛
星クロックとユーザ・クロックのオフセットの差を加え
たものに等しい。こうして擬レンジを測定すれば、ユー
ザは、ユーザ・クロック及び衛星クロックのオフセット
を測定することができ、公知の技術により、プラットホ
ーム位置ぎめと呼ばれる一連の追跡及び位置測定を行な
うことができる。

Ｐコード・シーケンスを知らされていない者にとっては
、高精度の擬レンジを求めるためにＮＡＶＳＴＡＲ衛星
システムを同時利用することは不可能である。

［発明の要約］ 本発明は、信号によって搬送される変調のコード・シー
ケンスを知らなくても、ユーザが人工送信衛星からの擬
レンジを求めることを可能にする。

衛星から送信され所与の周波数成分を有する変調無線周
波数信号が、ユーザ局において傍受される。

前記成分は、傍受信号から再生される。また、前記成分
の位相及び周波数が測定される。これらの測定及び他の
衛星からの同様の測定から、衛星の擬レンジを求めるこ
とができる。具体的には、傍受信号の測定された位相及
び周波数から分数位相が求められる。ドツプラー・レン
ジ値も衛星の測定周波数から求められる。ドツプラー・
レンジ値を所与の周波数の波長で除算し、整数及び剰余
を算出する。整数を分数位相に加算して、擬レンジに比
例する値を得る。

擬レンジから、公知技術により種々のプラットホーム位
置ぎめ、例えば地球座標系中のユーザ点の位置ぎめ、固
定点に対するユーザの差分位置ぎめ、衛星位置ぎめ及び
イオン層校正などを行なうことができる。

［実施例の詳細な説明］ 本発明は、他の種類の地球軌道の送信衛星システムにも
応用できるが、ここでは、本発明による擬レンジ測定に
極めて有用な信号を供給するＮＡＶＳＴＡＲグローバル
・ポジショニング・システムとの関連で以下に説明する
。

第１図は、軌道１４に沿って地球１２を周回する送信Ｎ
ＡＶＳＴＡＲ衛星１０を示す。地表上のユーザは、点１
６に位置する。地球の中心１８を原点とする地球を基準
とする座標系において、ユーザ点１６の一部から衛星１
０までの距離はρである。点１６は、点１６及び中心１
８を通る半径方向の線２２と直交する観測水平面２０内
に位置する。軌道１４の実線部分で示すように、平面２
０の、地球１２とは反対側に位置する軌道１４の部分で
は、衛星１０が点１６におけるユーザから視認できる。

衛星１０が見える間、点１６におけるユーザは、衛星か
らの無線信号を傍受している。衛星ｌＯからユーザまで
の距離１ρ１は、衛星が平面２０よりも上方に来る時の
最大値から、半径方向線２２を横切る時点、即ち、最接
近時点（ＴＣＡ）における最小値に、さらに、（Ｒは必
ずしも衛星軌道平面内に位置しなくてもよいカリ衛星が
平面２０よりも下に沈む時のもう１つの最大値に変化す
る。この関係を曲線２４で示した。ＮＡＶＳＴＡＲの場
合、このレンジは、約２０．０００．０００ｍから２５
．０００．０００ｍの間を変化する。ドツプラー周波数
シフトのため、点１６で傍受される周波数は衛星ＩＯか
ら送信される周波数とは異なり、衛星１Ｇが平面２０よ
りも上方に昇る時での点１６における測定周波数ｆ。が
最大となり、衛星ＩＯが平面２０よりも下方に沈む時で
最小となり、衛星１０が最接近時点に来ると送信周波数
（Ｔと同じになる。この関係及びドツプラー周波数の範
囲を曲線ｚ６で示した。

第２図は、点１６においてユーザが傍受する信号の周波
数シフトに衛星位置が如何なる影響を及ぼ衛星及び点１
６を通る想像線との間の角度をａとして、ｃｏｔ　ａに
比例する。即ち、観測水平面より上方に昇ったばかりの
第１衛星は、角度ａｌ、即ち、約７７°の位置にあり、
そのドツプラー周波数シフトは最大となる。最接近時点
における第２衛星は、その角度ａ２が９００であり、ド
ツプラー周波数シフトが０である。最接近時点と観測水
平面の中間に位置する第３衛星は角度ａ３が約１ｔ１３
°であり、ドツプラー周波数シフトが負となる。一般に
、点１６は、頂点が衛星位置にあって頂角の半分がａで
ある想像上の円錐面上に位置しなければならない。

二次元の場合、２個の衛星の円錐が点ＩＩｌの位置を決
定するから、点１６におけるドツプラー周波数シフト測
定により点１６の位置を決定するには２個の衛星だけで
充分である。三次元の場合、受信側の周波数基準がＮＡ
ＶＳＴＡＲ衛星側の周波数基準と全く同じなら、３個の
衛星が必要である。

本発明の実施に際しては、衛星から送信される信号の任
意の周波数成分を再生する。本発明がいかにしてユーザ
から衛星までの擬レンジを求めるかを理解するためには
、両者間の距離が、選択周波数成分の波長の整数で表わ
される個数Ｎ及び分数で表わされる個数からなると考え
ればよい。以下に分数位相と呼称しφで示す、波長の一
部は、周波数ＩＭ及び選択成分の所与の点と基準信号と
の間の時間Ｔを測定することによって求められる。

具体的には、測定周波数ＩＭに時間Ｔを乗算することに
より正確な分数位相φが得られる。精度は、選択成分の
波長に依存する。全波長の個数は、別々の衛星からの選
択成分のドツプラー周波数シフトを測定し、これに基づ
いて、以下にドツプラー・レンジρ。と呼称する総ドツ
プラー・レンジ値を公知のドツプラー測距技術によって
測定することにより求められる。擬レンジは、衛星とユ
ーザとの間の整数で表わされる波長個数と波長の一部と
の和である。従って、擬レンジは、下記式で表わすこと
ができる。

ρ’　＝　（Ｃ／　ＩＴ）［ＩＭ　−Ｔ十Ｎ］ここで、
ρ′は擬レンジ、Ｃは光速、　ｆＴは衛星から送信され
る選択成分の真の周波数、ＩＭはユーザによって傍受さ
れる選択成分の、ドツプラー周波数シフトを反映した測
定周波数、Ｔは時間、Ｎは全波長の数である。

総ドツプラー・レンジ値ρ。を選択成分の波長λで除算
することにより、波長の数Ｎと剰余が得られる。ドツプ
ラー・レンジρゎを得るための測定が、１／２波長より
も高い精度を提供するようになされるならば、波長の全
個数Ｎは正確であるが、剰余には不正確ざ、つまり、誤
差が含まれる。

原則的には、この剰余を切捨て、その代わりに、極めて
正確である分数位相φを波長の全数個Ｎに加えることに
より、正確な擬レンジρ′を得るが、精度は選択成分の
波長λに依存する。（なお、波長の全個数を得るには、
第４図との関連で後述するようにいくつかの測定値を捨
てるか、または商を切上げて次の全個数としなければな
らない。）第３図は、ＮＡＶＳＴＡＲ衛星から送信され
る信号の選択成分を再生するための受信装置を示す。

便宜上ＮＡＶＳＴＡＲ衛星から送信される信号の選択周
波数成分及びその特性を次の表に示す。

選択成分　　周波数　　実効再生　　ドツプラー（ＭＨ
り　　波長（ＩＩＩ）　　拡がり１５７５．４２　　．
０９５　　　±８．３ｋＨ！１２２７．６　　　．１２
２　　　±６．５ｋＨｚＬ１搬送波 Ｌ２搬送波 Ｐコード チップ・ レート１Ｇ、２３０　　２９．３　　　±２７Ｈ１Ｃ／
Ａコード チップ・ レート　　　１．０２３０　　２９３　　　±２．７Ｈ
！ＮＡＶＳＴＡＲ衛星から送信される信号は、アンテナ
３０によって傍受される。すでに述べたように、この信
号は、Ｐコード・チャンネル及びＣ／Ａコード・チャン
ネルが両側波帯形式に変調されている抑圧搬送波り、の
Ｌ１帯域と、Ｐコードが両側波帯形式に変調されている
抑圧搬送波Ｌ２のＬ２帯域とから成る。第３図において
アンダーラインを施した数は特記しない限りＭＨｓ単位
の指定場所における周波数である。括弧内の数は、フィ
ルタの通過帯域及び連携の遅延回路の時間遅延を表わす
。アンテナ３０は、帯域フィルタ３２及び増幅器３４を
介して、Ｌ、帯域とＬ２帯域を分離する電力分割器３６
の入力に接続する。周波数基準３８は、例えばヒユーレ
ット・パラカードＨＰ１０５のような比較的簡単な水晶
発振器でも間に合うが、衛星の周波数基準に同期化され
た、ヒユーレット・パラカードＨＰ　５０６５Ａのよう
な安定な原子時計から成る。周波数基準３８は、受信機
において使用される８通りの異なる周波数を周波数逓倍
器及び分周器によって形成する周波数シンセサイザ４０
に接続する。従って、図示のようにシンセサイザ４０に
よって形成される８通りの周波数は、周波数基準３８に
正確に同期する。周波数基準３８はまた、世界時整合（
ＵＴＣ）のクロック・タイムを提供する出力及び毎秒１
パルス（ＩＰＰＳ）を発生する出力を有するクロック４
１にも接続している。

電力分割器３６の１つの出力から、Ｌ、帯域がフィルタ
４２を介してミキサー４４に供給され、該ミキサーにお
いて、シンセサイザ４０からの信号の１つによって下方
変換される。ミキサー４４の出力は、増幅器４６を介し
て電力分割器４８に接続する。

Ｌ、搬送波成分は、電力分割器４８の出力の２つをミキ
サー５０に接続することによって再生される。

ミキサー５０の出力は、フィルタ５２を介してミキサー
５４に供給され、該ミキサー５４においてシンセサイザ
４０からの信号によって下方変換される。フィルタ５２
の出力は、その中心を７０．８４ＭＨＩに設定され、Ｌ
Ｉ搬送波に現われるドツプラー周波散拡がりの２倍の範
囲を有し、従って実効再生波長は０、０９５ｍとなる。

Ｌ、搬送波のドツプラー周波数シフト及び分数位相を呈
する低周波狭帯域の正弦波信号が、ミキサー５４からＬ
１搬送波信号プロセッサ５６に供給される。ドツプラー
周波数シフトが零の状態は、１ＯｋＨｒ正弦波の形で示
される。

Ｐコード・チップ・レート成分は、電力分割器４８の１
つの出力をミキサー５８に直接接続すると共に電力分割
器４８の別の出力を、Ｐコード−チップ・レートの１／
２周期に相当する時間遅延を導入する遅延回路６０を介
してミキサー５８に接続することによって再生される。

ミキサー５８の出力は、フィルタ６２を介してミキサー
６４に供給され、該ミキサー６４においてシンセサイザ
４Ｇからの信号によって下方変換される。フィルタ６２
の出力は、Ｐコード・チップ・レートの正弦波である。

Ｐコード・チップ・レート成分のドツプラー周波数シフ
ト及び分数位相を呈する低周波狭帯域の正弦波信号は、
ミキサー６４からＰコード・チップ・レート信号プロセ
ッサ６６に供給される。

Ｃ／Ａコード・チップ・レート成分は、電力分割器４８
の１つの出力をミキサー６８に直接接続すると共に、電
力分割器４８のさらに他の出力を、Ｃ／Ａコード・チッ
プ・レートの１／２周期に相当する遅延を導入する遅延
回路７０を介してミキサー６８に接続することによって
再生される。ミキサー６８の出力はフィルタ７２を介し
てミキサー７４に供給され、該ミキサー７４においてシ
ンセサイザ４０からの信号によって下方変換される。フ
ィルタ７２の出力は、Ｃ／Ａコード・チップ・レートの
正弦波である。Ｃ／Ａコード・チップ・レート成分のド
ツプラー周波数シフト及び分数位相を呈する低周波波狭
帯域の正弦波信号が、ミキサー７４からＣ／Ａコード・
チップ・レート信号プロセッサ７６に供給される。

電力分割器３６の他方の出力から、フィルタ７８を介し
てＬ２帯域がミキサー８０に供給され、該ミキサー８０
においてシンセサイザ４０からの信号の１つによって下
方変換される。ミキサー８０の出力は増幅器８２を介し
て電力分割器８４の入力に接続される。

Ｌ２搬送波成分は、電力分割器８４の出力の２つをミキ
サー８６に接続することによって再生される。

ミキサー８６の出力はフィルタ８８を介してミキサー９
０に供給され、該ミキサー９０においてシンセサイザ４
０からの信号によって下方変換される。フィルタ８８の
出力は、その中心が７Ｇ、８４　ＭＨＩに設定され、Ｌ
２搬送波に現われるドツプラー周波数波がりの２倍の範
囲を有し、従って実効再生波長は０、Ｉ２２ｍである。

Ｌ２搬送波のドツプラー周波数シフト及び分数位相を呈
する低周波狭帯域の正弦波信号が、ミキサー９θからＬ
２搬送波信号プロセッサ９２に供給される。ドツプラー
周波数が零の状態は、ｌＯｋＨｗ正弦波によって示され
る。

Ｌ２チャンネルのＰコード・チップ・レート成分は、電
力分割器８４の１つの出力をミキサー９４に直接接続す
ると共に、電力分割器８４の別の出力を、Ｐコード・チ
ップ・レートの１／２周期に相当する時間遅延を導入す
る遅延回路９６を介してミキサー９４に接続することに
よって再生される。ミキサー９４の出力は、フィルタ９
８を介してミキサー１０Ｇに供給され、該ミキサー１０
０においてシンセサイザ４０からの信号によって下方変
換される。フィルタ９８の出力は、Ｐコード・チップ・
レートの正弦波である。Ｐコード・チップ・レート成分
のドツプラー周波数シフト及び分数位相を呈する低周波
狭帯域の正弦波信号が、ミキサー１００からＰコード・
チップ・レート信号プロセッサ１０２に供給される。

第４図は、Ｃ／Ａコード・チップ・レート成分に対し、
衛星１０４とユーザ１０６との間の距離、即ち、レンジ
を示す。Ｃ／Ａコード成分の多数（ＮＣ／Ａ　）の全波
長λＣ／Ａと、分数位相φＣ／Ａが衛星１０４とユーザ
Ｉ［１６の間に拡がる。分数位相φＣ／Ａは測定され、
波長個数Ｎ　ｅ／Ａは、総ドツプラー・レンジ値ρ。を
求めることによって決定される。

この場合、総ドツプラーーレンジ値ρ。は、Ｐコード・
チップ・レート成分のドツプラー周波数シフトから得ら
れる。なぜなら、振幅Ｓ／Ｎ比がｌＯ：１なら、５０ｍ
またはそれ以下の精度、即ち、波長λＣ／Ａの約１／６
の精度で求めることができるからである。総ドツプラー
・レンジ値ρ。の不確実性、即ち、起こり得る誤差を括
弧１０７によって示したが、これは総ドツプラー・レン
ジ値ρ。が括弧内のどこかに来ることを意味する。総ド
ツプラー・レンジ値ρ。をＣ／Ａコード・チップ・レー
ト成分の波長λＣ／Ａで除算することにより、整数と剰
余とから成る商を得る。原則として、剰余を切捨て、完
全波長の個数ＮＣ／Ａとしての整数を分数位相φＣ／Ａ
に加算することにより、正確な擬レンジ値ρ　Ｃ／Ａを
得る。もし剰余が、Ｓ／Ｎ比に依存する所与の値よりも
、例えば振幅Ｓ／Ｎ比１０：１に対して波長λＣ／Ａの
５／６よりも太き（、分数位相φＣ／Ａが所与の値より
も、例えば振幅Ｓ／Ｎ比ｌＯ：１に対して波長λＣ／Ａ
の１．／６よりも小さければ、総ドツプラー・レンジ値
のこの特定の測定値を無視するかまたは、商に１を加算
することによって分数位相φＣ／Ａに加算すべき全波長
の個数ＮＣ７Ａを算出し、正確な擬レンジ値ρ　Ｃ／＾
を得る。振幅Ｓ／Ｎ比がＩＯ：１なら、擬レンジ値ρ　
Ｃ／Ａを５ｍまたはそれよりも高い精度で求めることが
できる。

第５図は、第４図に関連して述べた演算を行なう信号プ
ロセッサ７６を示す。ミキサー７４（第３図）の出力は
、位相検知器１０８及び周波数カウンタ１１０に供給さ
れる。クロック４１から発生する毎秒１パルスのタイミ
ングで現われるパルスに対するＣ／Ａコード・チップ・
レート成分の位相は、位相検知器１０ｇによって検知さ
れる。この成分の周波数は、クロック４１の制御下に１
ｐｐｓインターバルの周波数カウンタ１１０によってカ
ウントされる。位相検知器１０８及び周波数カウンタ１
１０は、乗算器＋１２に接続し、該乗算器はその出力に
おいて分数位相φＣ／Ａを形成する。ミキサー６４（第
３図）の出力は、周波数カウンタ１１４に接続する。

周波数カウンタ　１１４の出力は、ドツプラー位置発見
器１１６に接続し、該発見器にはクロック４１からのＵ
ＴＣクロック・タイムも供給される。位置発見器１１６
としては、１９１１２年２月刊行のマグナボックス・ド
キュメントＭＸ−ＴＭ−３３４６−８１、第１００５８
号に発表されたジー、ジエイ、ホア（Ｇ。

Ｊ、Ｈｏａｒ）の“サテライト・サーベイングに記載さ
れている原理に基づき、４００Ｍ　Ｈ！ではなく１０．
２３ＭＨＩでデータ処理を行なうマグナボックス１５０
２型のような市販装置を採用することができる。位置発
見器１１６は、総ドツプラー・レンジ値ρ。を決定する
。位置発見器１１Ｇの出力は、整数発生器１１８に接続
し、整数発生器１１８は、波長λＣ／Ａの全個数の値を
形成する。乗算器１１２の出力及び整数発生器の出力は
加算回路１２０に供給され、加算回路１２０の出力は乗
算器＋２２に送られ、この乗算器１２２において、分数
位相φＣ／Ａと波長全個数Ｎ　Ｃ／Ａの合計値に、ドツ
プラー・シフトを伴わないＣ／Ａコード・チップ・レー
ト成分周波数ＩＣ／＾で除算した光速Ｃが乗算される。

第６図は、Ｐコード・チップ・レート成分の場合につい
て、衛星１０４とユーザ１０６との間の距離、即ち、レ
ンジを示す。Ｐコード・チップ・レート成分の多数（Ｎ
ｐ）の完全波長λ、と、分数位相φ、が、衛星１０４と
ユーザ１０６の間に拡がっている。分数位相φ２が測定
され、波長個数Ｎｐは、Ｐコード・チップ・レート成分
波長λ、の１／６以下の精度のすでに得られた擬レンジ
値ρ　Ｃ／＾を利用することによって求められる。擬レ
ンジ値ρ　Ｃ／Ａの不確実性、即ち、起こり得る誤差を
、括弧内のどこかに来るという意味で括弧１０９で示し
た。擬レンジ値ρ　Ｃ／ＡをＰコード・チップ・レート
成分波長ねで除算することにより、波長全個数Ｎ、と剰
余から成る商を得る。原則として、この剰余を切捨て、
波長全個数Ｎｐとしての整数を分数位相φ、に加算する
ことにより、正確な擬レンジ値ρ′、を得る。もし剰余
がＳ／Ｎ比に依存する所与の値よりも、例えば振幅Ｓ／
Ｎ比ｌＯ：１として波長λ、の５／６よりも大きく、分
数位相φ、が所与の値よりも、例えば振幅Ｓ／Ｎ比１０
：１として波長λ１の１／６よりも小さければ、総ドツ
プラー・レンジ値を無視するかまたは、商の整数に１を
加算して、分数位相φ、に加算すべき波長全個数Ｎｐを
得て、正確な擬レンジ値ρ′。

を得なければならない。振幅Ｓ／Ｎ比がｌＯ：１なら、
３０ｃｍの精度又はこれよりも高い精度で擬レンジ値ρ
′、を求めることができる。

第７図は、第６図に関連して述べた演算を行なう信号プ
ロセッサ６６または信号プロセッサ１Ｇ２を示す。ミキ
サー６４または同１００（第３図）の出力が、位相検知
器１２４及び周波数カウンタ１１４（第５図）に供給さ
れる。クロック４１から毎秒１パルスずつ発生するパル
スに対するＰコード−チップ・レート成分の位相が、位
相検知器１２４によって検知される。この成分の周波数
は、クロック４１の制御下にｌＰＰ５インターバルの周
波数カウンタ１１４によってカウントされる。位相検知
器１２４及び周波数カウンタ１１４は、その出力におい
て分数位相φ、を提示する乗算器１２６に接続する。乗
算器１２２（第５図）の出力は、波長λ、の個数を現わ
す値を形成する整数発生器１２８に接続する。乗算器１
２６の出力及び整数発生器１２８の出力が加算回路１３
０に供給され、加算回路１３０の出力が乗算器１３２に
供給され、該乗算器１３２において、分数位相φ、と波
長個数Ｎ、の和に、ドツプラー・シフトに伴わないＰコ
ードφチップ番し−ト成分の周波数ｆｐで光速Ｃを除算
した値が乗算される。

第８図は、Ｌ搬送波成分の場合について衛星１０４とユ
ーザ１０６との間の距離、即ちレンジを示す。衛星１０
４とユーザ１［１６の間にはＬ搬送波成分の多数（ｒ’
ｒｔ）の完全波長λ１と、分数位相φ。

が、衛星！０４とユーザＩＱ６の間に拡がる。分数位相
φ、が測定され、波長個数Ｎｔ、は、Ｌ搬送波成分波長
λ、のｌ／６以下の精度のすでに求められた擬レンジ値
ρ′、を利用して決定される。擬レンジρ′、の不確実
性、即ち、起こり得る誤差は、括弧内のどこかに来るで
あろうという意味で括弧ｉｌｌで示した。ただし、２３
Ｇ＋１という比較的高いＳ／Ｎ比が必要である。擬レン
ジ値ρ′、をＬ搬送波成分波長λ、で除算することによ
り、波長全個数Ｎ、と剰余とから成る商を得る。原則と
して、剰余を切捨て、波長全個数ＮＬとしての総数を分
数位相φ、に加算することによって正確な擬レンジ値ρ
′１を得る。もし剰余がＳ／Ｎ比に依存する所与の値よ
りも、例えば振幅Ｓ／Ｎ比が１０：１なら波長λＬの５
／６よりも大きく、分数位相φ、が所与の値よりも、例
えば振幅Ｓ／Ｎ比１０：１として波長λ、のｌ／６より
も小さければ、総ドツプラー・レンジ値を無視するかま
たは、商の整数部分に１を加えて、分数位相φ１に加算
すべき波長全個数ＮＬを得て、正確な擬レンジ値ρ５を
得なければならない。振幅Ｓ／Ｎ比がｌＱ：１なら、２
ｍｍまたはこれよりも高い精度で擬レンジ値ρ′、を決
定することができる。

第９図は、第８図に関連して述べた演算を行なう信号プ
ロセッサ５６または同９２を示す。ミキサー５４または
同９０（第３図）の出力は、位相検知器１３４及び周波
数カウンタ１３６に供給される。クロック４１から毎秒
１パルスずつ発生するパルスに対するし搬送波の位相が
、位相検知器１３４によって検知される。この成分の周
波数は、クロック４１の制御下にｌＰＰ５インターバル
の周波数カウンタＨ６によってカウントされる。位相検
知器１３４及び周波数カウンタ　１３６は、その出力に
分数位相φ、を形成する乗算器１３ｇに接続する。乗算
器１３２（第７図）の出力は、波長λ、の全個数を現わ
す値を形成する整数発生器１４０に接続する。乗算器１
３８の出力及び整数発生器１４０の出力が加算回路１４
２に供給され、加算回路１４２の出力が乗算器１４４に
供給され、該乗算器１４４において、分数位相φ、と波
長全個数ＮＬの和に、ドツプラー・シフトを伴わないし
搬送波成分周波数ＩＬで光速Ｃを除算した値が乗算され
る。

再び第４図、第６図及び第８図を参照して説明する。分
数位相φはいかなる場合にも正確に測定されるが、そこ
にはあいまい性がある。即ち、分数位相φの外に、衛星
１０４とユーザ１０６を結ぶパス総長、即ち擬レンジρ
′を構成する全サイクルの個数Ｎがある。どの選択成分
の場合にも、分数位相測定はど正確ではないが、選択成
分波長の約１／６以内の精度で行なわれる測定によって
あいまい性を解決し、波長個数Ｎを正確に求めることが
できる。即ち、上記の例においては、Ｃ／Ａチップ・レ
ート・コード成分のあいまい性をドツプラー位置測定に
よって解決し、Ｐコード・チップ・レート成分のあいま
い性をＣ／Ａチップ・レート成分と関連する測定から得
られた擬レンジを利用することによって解決し、Ｌ搬送
波成分のあいまい性を、Ｐコード・チップ・レート成分
と関連する測定から得られた擬レンジを利用することに
よって解決する。

上記位相検知器は、例えば、カウンタにパルスを供給す
る（例えば周波数５ＭＨＩの）クロック・パルス・ソー
スを含む所謂タイム・インターバル・カウンタである。

このカウンタは、クロック４１からのｌＰＰ５パルスが
供給されるとクロック・パルスのカウントを開始し、位
相を検知される成分の正側ゼロ交差時点にクロック・パ
ルスのカウントを停止する。同様に、上記周波数カウン
タは、所与の時間、例えばクロック４１によって決定さ
れる１秒間に発生する選択成分のサイクル数をカウント
するカウンタからなる。

第１０図は、整数発生器１１ｇをより詳細に示す。

（整数発生器１２８．１４０はこれと全く同じである。

）ドツプラー位置発見器１１６　（第７図では乗算器１
２２、第９図では乗算器１３２）の出力が接続している
除算器１７０は、入力値を波長値λＣ／Ａ　　（第７図
ではλ２、第９図ではλ、）によって除算する。

除算器１７０の出力は、伝送ゲート１７２及び隔離ゲー
ト１７４を介して加算回路１２０（第７図では＋３０゜
第９図では１４２）に接続する。除算器１７０の出力は
また、＋１回路１７６、伝送ゲート１７８及び隔離ゲー
ト１７４を介して加算回路１２０（第７図では１３０、
第９図で１４２）に接続する。除算器１７０に供給され
るのと同じ信号が、閾値検知器１１１０にも供給される
。乗算器１１２（第７図では＋２６、第９図では１３８
）の出力が、閾値検知器１８２に供給される。閾値検知
器１８０及び同１８２の出力は、ＡＮＤゲート１８４の
入力に供給される。ＡＮＤゲート１８４の出力は、伝送
ゲート１７８の制御端子に直接接続しインバータ　１８
６を介して伝送ゲート　１７２の制御端子に接続する。

閾値検知器１８０及び同１８２、ＡＮＤゲート１８４並
びにインバータ１８６がデジタル制御回路であるのに対
して、除算器１７Ｇ、＋１回路１７６、伝送ゲート１７
２及び同１７８、並びに隔離ゲート　１７４は、アナロ
グまたはデジタルの信号伝送回路である。閾値検知器１
８０は、その入力に供給される信号が波長λＣ／Ａの５
／６より大きい剰余を伴う商を表わす閾値より大きい場
合に、高い二進値を出力する。閾値検知器１８２は、そ
の人力に供給される信号が波長λＣ／Ａの１／６以下の
分数位相を表わす場合に高い二進値を出力する。

この２つの条件が満たされると、ＡＮＤゲート１８４が
高い二進値を出力して伝送ゲート１７８を開放させ、除
算器１７０からの商の整数に１を加えたものを表わす値
を伝送させる。そうでなければ、伝送ゲート１７２が、
除算器１７０からの商の整数を表わす値を供給する。

第５図、第７図及び第９図に示す信号及び成分は、アナ
ログでもデジタルでもよい。デジタルの場合、図示しな
いが、逐次タイミング回路を設ける。これらの演算は、
プログラムされたデジタル・コンピュータで行なうこと
もできる。

ｅ／Ａコード・チャンネルを持たないＬ２帯域の選択成
分の場合、第４図及び第５図との関連で説明したように
、波長λ。７Ａではなく波長λアの全個数Ｎ、の導出を
可能にするのに充分な精度で、Ｐコード成分のドツプラ
ー周波数シフトに基づいてドツプラー・レンジを求める
。この波長全個数Ｎｐを、Ｃ／Ａコード・チップ番レー
ト成分ではなくＰコード・チップ・レート成分の分数位
相φ、に加算する。この場合、Ｃ／Ａコードの位相あい
まい性を解決する、５０ｍ精度での位置ぎめに必要な条
件ではなく波長λ、のｌ／６（５ｍ）を解決するより高
いＳ／Ｎ比が必要となる。

指向性アンテナで複数の衛星からの信号を処理する際に
は、−度に１個の衛星からの信号だけが受信されるから
、プロセッサ５６．６６、７６、９２及び１０２のよう
な１組の信号プロセッサを設けるだけでよい。全方向性
アンテナを使用する場合、−度に観測される衛星、例え
ば４個の衛星のそれぞれに１組ずつ信号プロセッサを別
設しなければならない。異なる衛星から受信される信号
は、ドツプラー周波数シフトに起因する周波数差によっ
て弁別できる。例えば、＜シ形フィルタによって互いに
分離することもできる。

第１１図は、差分位置ぎめ、即ち、地球座標系中の固定
点に対するユーザの位置ぎめに本発明を応用する場合を
示す。ＮＡＶＳＴＡＲ衛星！５０は、第１及び第２の固
定地上局に送信する。衛星１５０から第１局までの距離
を９重、第２局までの距離をρ２とする。第１局から衛
星までの単位ペクトへ ルをＳとする。第１局から第２局までの基線ベクトルが
求める量Ｂである。第１固定局において、衛星信号は、
受信装置及び信号プロセッサ１５４に接続するアンテナ
１５２により傍受される。受信装置及び信号プロセッサ
１５４は、傍受信号の選択成分に対して周波数及びタイ
ム・インターバル値を取出し、この情報を送信線１５８
を介して遠隔のコンピュータ＋５６に送信する。ただし
、これらの値をタイム・タグすることにより、送信時に
情報がある程度遅延することがある。同様に、第２ユー
ザ局において、衛星信号は、受信装置及び信号プロセッ
サ１６２に接続するアンテナ１６０によって傍受される
。受信装置及び信号プロセッサ１６２は傍受信号の選択
成分に対して周波数及びタイム・インターバル値を取出
し、この情報を送信線１６４を介してコンピュータ　１
５６に送信する。既知量Ｓ　１１＋Ｒ及びρ、１もまた
コンピュータ１５６に供給され、該コンピュータ１５６
は、そのリストを付録Ａとして添付したコンピュータ・
プログラムにより、基線ベクトルＢを形成する。同時に
観測される４個の衛星のそれぞれについて、コンピュー
タ＋５６は次の方程式を解く。

＋ＣＴ　　＝Ｃ／Ｉ　　（１２Ｔ２　−　　ｆ＋　　Ｔ
ｔ　）＋Ｃ／ｆ　　（Ｎ２　−Ｎ＋　　） ただし、ΔＴｕｌ第１局におけるクロックのオフセット
、ΔＴＵ２は第２局におけるクロックのオフセット、Ｔ
ＴＭは各局に入る信号ごとに異なる空中伝送媒質誤差、
ＩＩは第１局における選択成分の測定周波数、Ｔ、は第
１局における選択成分の測定タイム・インターバル、１
２は第２局における選択成分の測定周波数、Ｔ２は第２
局における選択成分の測定タイム・インターバル、そし
てδ＝Δρ−Ｂ２／２ρＸである。受信装置及び信号プ
ロセッサ１５４．１６２は、第５図、第７図及び第９図
に関連して述べたような周波数カウンタ及び位相検知器
と共に、第３図に関連して述べた態様で構成される。

上述した本発明の実施例は、好ましい実施例として、か
つ本発明の詳細な説明する目的で提示したに過ぎず、本
発明の範囲がこの実施例に制約されるものではない。当
業者なら、本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく種
々の変更態様を案出することがて゛きる。本発明の１つ
の特徴は、複数の衛星から変調無線信号を同時受信する
ことと、送信成分の周波数と比較するため前記信号から
成分を再生することだけを利用するドツプラー位置ぎめ
によって、擬レンジを求めることにある。前記比較によ
り、ユーザ位置を上述のように求めることができる。付
録Ｂとして本発明の説明を添付したが、その開示内容は
必要に応じて本願明細書に組み入れられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の説明に使用する関係及び用語を明ら
かにする目的で地球軌道の単一の人工衛星を示す説明図
であり、 第２図は、ドツプラー周波数シフトを明らかにするため
、地球を周回する３個の人工衛星を示す説明図であり、 第３図は、本発明の原理を組込んだ受信装置の概略ブロ
ック・ダイヤグラムであり、 第４図、第６図及び第８図は、本発明を説明するための
スケッチであり、 第５図、第７図及び第９図は、第３図の信号プロセッサ
の概略ブロック・ダイヤグラムであり、第１０図は、第
５図、第７図及び第９図の整数発生器の概略ブロック・
ダイヤグラムであり、第１１図は、本発明の原理を組込
んだ差分位置ぎめシステムの概略ダイヤグラムである。 １０・・・送信ＮＡＶＳＴＡＲ衛星　１２・・・地球　
１４・・・軌道　１６・・・ユーザの点　１Ｂ・・・地
球の中心　２ｏ・・・観測水平面　ρ・・・マーザから
衛星までの距離ρ、・・・観測水平面から衛星までの距
離　Ｒ・・・地球の半径　２４・・・レンジ曲線　２６
・・・ドツプラー周波数範囲を示す曲線　３０・・・ア
ンテナ　１０４・・・衛星位置１０６・・・ユーザ位置
　１１２．１２２．１２６．　Ｎ２．　＋３８１４４・
・・乗算器 くへ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ユーザから、所与の周波数の抑圧搬送波を有する
   信号を搬送する無線周波数情報を送信する１つの地球軌
   道の送信衛星までの擬レンジを求める方法であって、 ユーザの位置で信号を傍受し、 傍受信号から抑圧搬送波を再生し、 抑圧搬送波の位相を決定し、 所与の周波数に対する抑圧搬送波の周波数シフトを決定
   する 段階から成ることを特徴とする方法。
2. （２）ユーザから、所与の周波数の成分を有する無線周
   波数信号を送信する一つの送信衛星までの擬レンジを求
   める方法であって、 ユーザの位置で各衛星から信号を傍受し、 傍受信号から前記成分を再生し、 前記成分の位相を測定し、 前記成分の周波数を測定する段階から成ることを特徴と
   する方法。