JPH05509391A - 衛星支援無線航法位置決め方法及びその無線航法システム - 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】 〔技術分野〕 本発明は、位置決め用無線航法システムに関し、特に、受信した無線航法信号間 の位相差を測定することに基礎をおいた、衛星の支援による無線航法位置決め方 法およびその無線航法システムに関し、そしてさらに、衛星か疑似ランダム無線 航法信号を発生するシステムに関し、特に衛星の正確な時間及び周波数基本標準 に関する。

〔背景技術〕

本技術において一般に知られているものは、“グローバル　ボジショニング　シ ステム（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ（ＧＰＳ））” または“ナブスタ（Ｎａｖｓｔａｒ（Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ（ＵＳＡ）、　１９ ７８．　ｖ、　２５．　Ｎｏ、　２）’と名付けられ、対象ユーザの位置決めを する複数の衛星を使用し、各対象が前記ナブスタシステム衛星の無線航法信号に 敏感に反応する受信機を装備する衛星無線航法システムである。ナブスタシステ ムは、６個の１２時間円軌道の各々に付き３個の、総計１８個の衛星を含む。そ の軌道面は、隣接する軌道に対して６０°だけ一様に傾いており、そして、衛星 の位置はいかなる瞬間においても正確に知られているものである。

地球またはその近傍のいずれの点における対象ユーザの位置決定は、この対象の 無線視界区域にある４つの衛星に対する疑似距離を測定することにより得られる 。

さらに、疑似距離の測定は、世界共通時間に関する対象のタイムスケールのずれ を決定し、一方、半径方向の疑似速度（疑似距離変化の比率）の付加的測定は、 対象の移動の速度の決定をする。

前記ナブスタシステムの全衛星は、■及び同一の搬送周波数ｆｃ＝１５７２．４ ２ＭＨｚと共に無線航法疑似ノイズ信号を送信する。

本システムの各衛星の同一であることの確認は、衛星に割り当てられた個々の整 列した疑似ランダムシーケンスと搬送波の変調による。

容易に検出された（Ｃ／Ａ）信号モードと呼ばれるあるモードにおいて、疑似ラ ンダムシーケンスは、１．０３２ＭＨｚのコード要素送信比で、各コードシーケ ンスは１０２３の要素を含むゴールドコード（Ｇｏｌ、ｄ　ｃｏｄｅ）であり、 そのためシーケンスの繰り返し比は１ミリ秒となる。

ゴールドコードシーケンスと一緒に、前記ナブスタシステムの各衛星は５０ボー 比で２進記号を送信し、これらの記号は、受信機の位置決めを計算するのに必要 な衛星の日めくりとクロック（航法データ）上の情報を運び、そして同期コード （プリアンプル（ｐｒｅａｍｂｌｅ））は航法データの基準位置をマークする。

このプリアンプルは８記号バーカーコード（Ｂａｒｋｅｒ　ｃｏｄｅ）の型式で ６秒毎に繰り返され、連続的に送信されたプリアンプルと航法データは航法メツ セージを構成し、６秒長のラインを構成する。

ナブスタシステム衛星内の無線航法信号発生器と送信サブシステムは、高精度時 間及び周波数基準、搬送周波数発生器、ゴールドコード疑似ランダムシーケンス （各衛星に特有の）、航法データ発生器、同期コード発生器、搬送周波数の２位 置（０°−１８０°）位相変調を与える変調信号発生器であって、この変調信号 は航法メツセージ記号と疑似ランダムシーケンス要素の排他的論理和演算器であ る変調信号発生器、及び送信機を含む。

ユーザの受信機において、到着した航法信号は、基準信号に関係付けられる。基 準信号のヘテロダイン周波数は、前記ナプスタシステムの全衛星から受信した信 号に関して固定され、そしてゴールドコードシーケンスの発生したコピーは、そ の信号が受信された衛星の番号に従って変化する。ゴールドコードシーケンスと そのコピーの関係は、自動相関関数かその最大！（自動相関ピーク）に達するま で分析され、これはゴールドコードシーケンスとそのコピーとの間の同期を立証 する。この同期を達成する上で、搬送周波数位相の同期と同様に、疑似距離と疑 似速度は測定され、そして航法メツセージは受信される。

対象ユーザにおける無線航法信号受信及び処理サブシステムは、受信アンテナの 出力から到着した信号を増幅、濾波及び周波数変換するためのフロントエンド受 信装置、局部発振器と他の基準周波数発生器、疑似ランダムシーケンス遅延探索 及び追従装置を含み、同様に、受信ゴールドコードコピー発生器、搬送周波数探 索及び追従ユニット、同期コードと航法データを検出する航法メツセージ復調器 、及び航法処理器を含む。この後者は、受信した航法データ（航法メツセージラ インの開始）の基準点をセットする検出された同期コード、及び疑似距離と半径 方向疑似速度の測定を実行する搬送周波数探索及び追従ユニットのゴールドコー ド探索及び追従ユニットの出力データを使用する。４つの衛星から到着した信号 の直列または並列処理は、そのタイムスケールに対する補正係数といっしょに、 対象ユーザの位置決めと速度のその後の計算をこの処理器にさせる。

前記ナブスタシステムの無線ナブスタ信号は同一搬送周波数を特徴付け、そのた め、受信機の無線連絡レンジ内の他の衛星から到達したゴールドコードシーケン スに関する局部シーケンスの相互相関関数のサイドローブと比較すると、対象ユ ーザの受信機中のそれらの選択が、局部ゴールドコードシーケンスと所望の衛星 から受信したシーケンスに一致する十分な高ピーク自己相関を必要とする。自己 相関ピークとサイドローブの振幅間の相違は、ゴールドコードの要素の上昇と共 に増加し、そのため、ｌ０２３要素の十分に長いゴールドコードシーケンスは、 前記ナブスタシステム中で、適切な信号選択を与えるに適した振幅の相違を確実 にするため使用され、通常の場合、これは、より長時間の後に、このシーケンス の同期を確立する結果となる。しかしながら、自己ピークとサイドローブ振幅の 必要な無線は、所望の衛星から受信される信号電力か、他の衛星から受信機入力 に同時に到着する信号のそれに比較して十分に減少するならば、受信機操作を通 して、ゴールドコードシーケンスの固定長において実質的に弱められる。そのよ うな状況は、対象におけるアンテナ搭載の実際の状態の下で、対象ユーザの構造 要素から、及び下表面からの再反射信号のため、低仰角におけるアンテナビーム パターン歪みの結果として生じる。これは、受信機の無線連絡レンジ内の複数の 衛星の結合操作により産出された受信側におけるシステム干渉での上昇と等価で あり、これは、いかなる瞬間における所望の正確さで対象の位置決めのより低い 確率の結果となる。

航法メツセージにおける２進記号の復調のため、受信機は、受信信号の範囲を決 定する記号比パルスを検出しなければならない。この周波数の位相は、記号極性 が逆転する、すなわち“１”から”０”及びその逆の変化をする記号極性の逆転 の瞬間に注目することにより決定される。航法データストリーム中の“１″と“ ０“の繰返し比は、実質的に相違、すなわち逆極性の記号は実質的に不均一分布 であり、そのため、記号極性逆転なしの長時間インターバルか生じ、これは、実 質的に長い記号同期時間の原因となる。すなわち、前記ナブスタ周波数受信機は 、記号反復比の本来の位相を検出するための長い時間を要求し、そこにおいて、 検出２進記号の所望の妥当性が保証される。

同期コードとして８ビツトコードシーケンスを使用することは、同期コード受信 中の航法処理器により与えられるとき、同期コード反復の１サイクル中に航法処 理器により行われるように、ランダムノイズの存在する受信機の本来の航法デー タ基準点検出のより低い確率を導く。

さらに、減少ビット容量の同期コードを使用することは、航法データの受信記号 からの誤った同期コードの発生の確率を増加する。

組合せのこれらの考慮の両方は、このコード送信の数サイクルを越える同期コー ド検出の妥当性のより長い分析を必要とする。前記ナブスタシステムの無線航法 信号中の同期コード送信の周期は、６秒であり、そのため、航法データの基準点 を確立する時間は、１２秒程に上昇し、実質的に衛星との受信機通信を確立する 時間を増加する。

〔発明の開示〕

本発明の目的は、各衛星の無線航法信号の特有の搬送周波数、航法データのダイ ビットコード及び、航法信号の同期コード中の繰返し周期と多数の記号を使用す ることが、システム間の干渉の猛烈な減少を起こし、受信データ処理の実質的に 短い時間を許容し、そしてその妥当性を改善するような、衛星の支援による無線 航法位置決め方法と、その無線航法システムを提供することである。

これは、複数の軌道面上の衛星の支援による無線航法位置決め方法により達成さ れる。各衛星は、個別の番号を有し、１グループの信号による後続の変調のため のその本来の周波数及び時間基準の正弦波発振器から搬送周波数を発生する。こ のグループは、疑似ランダムシーケンス、航法データ記号、及び同期コードを具 備し、一方、前記無線航法信号の相関ある受信、衛星に対する対象ユーザの疑似 距離及び半径方向疑似速度の測定、航法データとタイムマークの探索、その後、 座標と対象ユーザの動作速度、さらに対象ユーザのりイムスケールに対する補正 係数の計算、を実行するため対象ユーザにおいて基準記号が発生される。本発明 によれば、各衛星番号または軌道面上で互いに相対する衛星の対に対して独立で ある無線航法信号の搬送周波数は、各衛星上で発生される。１グループの信号は 発生され、この搬送周波数の変調に使用され、このグループは、全ての無線航法 信号Ｍ−シーケンスに対する共通部、ダイビットコード化した航法データ記号、 及び同期コードを含み、対象ユーザに関して基準信号が搬送周波数と共に発生さ れ、それは受信される無線航法信号を送信する衛星の番号に従って選択される。

複数の衛星から同時に無線航法信号を受信したとき、これは、航法位置決めの処 理中で、受信側の実質的に高い干渉信号パワーで生じる相互（システム間）干渉 を無視することを許容し、所望衛星からの信号のそれと比較すると、これは、対 象における下表面と周囲の構造の効果から結果するユーザのアンテナの鋸歯状ビ ームパターンと共に生じる。航法データ記号のダイビットコード化の付加的導入 は、その統計上の構成に依存しない妥当なデータ検出を許容する。

これらの環境で、その要素の数を５１１に減少させて、短い長さのＭ−シーケン スを使用することは、適切なことである。

所望の衛星から無線航法信号を受信する間、これは、対象ユーザにおいてＭ−シ ーケンスコピーと受信したＭ−シーケンスとの同期の時間を実質的により短くす ることを許容する。

発振した同期コードは、２秒の繰り返し周期と、３０に等しい数の記号を有する 。

これは、同期コードの支援により航法データの基準点の検出の適切さを分析する 時間を短くする。

これはまた、衛星支援位置決めのための無線航法システム中のものにより達成さ れ、このシステムは、各衛星内の無線航法信号発生及び送信サブシステムを具備 し、各衛星は、基本周波数及び時間標準、周波数及び時間標準の１つの出力と接 続された周波数増倍器の入力と共に、周波数増倍器及び周波数変調器の直列接続 を具備する搬送周波数発生器、搬送周波数変調器の出力に接続された送信機、周 波数及び時間標準の同一出力に接続されたクロック周波数合成器の入力、疑似ラ ンダムシーケンス発生器の他の入力に接続された他の出力と共に、クロック周波 数合成器と疑似ランダムシーケンス発生器の直列接続を具備する疑似ランダムシ ーケンス整形器、疑似ランダムシーケンス発生器のある出力に接続された航法デ ータ記号パルス比発生器のある入力と共に、そして周波数及び時間標準の他の出 力に接続されたその他の入力と共に、航法データ記号パルス比発生器と航法デー タ記号発生器の直列接続を具備する航法データ発信器、両方が航法データ記号パ ルス比発生器に接続された同期コード繰返し周期発生器の入力と同期コード発生 器の入力と共に、そして周波数及び時間標準の他の出力に接続された同期コード 繰り返し周期発生器の他の入力と共に、航法データ記号発生器の他の出力に接続 された同期コード周期発生器の出力と共に、同期コード繰返し周期発生器と同期 コード発生器の直列接続を具備する同期コード整形器、航法記号発生器の出力に 接続された航法メツセージ整形器の１つの入力と共に、疑似ランダムシーケンス 発生器の他の出力に接続された排他的論理和演算器の出力と共に、そして搬送周 波数変調器の他の入力に接続された排他的論理和演算器の出力と共に、航法メツ セージ整形器と排他的論理和演算器の直列接続を具備する信号変調器を具備し、 この発明によれば、搬送周波数発生器は、各衛星もしくは軌道面上で互いに相対 する衛星の多対に対して特有の、周波数及び時間標準の出力と周波数増倍器の入 力間に接続された周波数合成器を具備し、疑似ランダムシーケンス整形器におけ る疑似ランダムシーケンス発生器は、全ての衛星に共通する５１１要素のＭ−シ ーケンスを発生し、航法データ整形器は、疑似ランダムシーケンス発生器の出力 に接続されたダイビット記号化パルス発生器の他の入力と共に、そして同期コー ド周期整形器の出力に接続された航法データ記号パルス比発生器の他の入力と共 に、周波数及び時間標準の他の出力と記号パルス比発生器の間に接続された、記 号比パルスのダイビット発生器、ダイビット記号化パルス発生器の出力に接続さ れたその入力と共に、及び同期コード周期整形器の出力に接続されたその他の入 力を育するマンチェスターコード発生器、マンチェスターコード発生器の出力に 接続されるダイビットコードユニットの他の入力と共に、航法データ記号整形器 の出力と航法メツセージ整形器の入力の間に接続されたダイビットコードユニッ トを具備し、ダイビットコード化記号比パルス発生器の出力に接続された同期コ ード繰り返し周期の１つの入力及び同期コード発生器の入力と共にある同期コー ド周期整形器は、２秒の繰り返し周期を発生し、そして同期コード発生器は、３ ０に等しい数の記号を有する同期コードを発生する。

これはまた、衛星の支援航法位置決めのための無線航法システムのものにより達 成され、このシステムは、無線航法信号受信と処理サブシステムを具備し、該サ ブシステムは、基準発生器と周波数合成器の直列接続を具備するヘテロダイン周 波数整形器、周波数合成器の出力に接続された入力を有するフロントエンド装置 、フロントエンド装置の出力に接続された入力を有する疑似ランダムシーケンス 遅延探索及び追従ユニットそして搬送周波数探索及び追従ユニットを具備する相 関処理器、搬送周波数探索及び追従ユニットの出力に全てか接続される航法デー タ記号化パルス検出器の入力、同期コード及びタイムマーク検出器の入力そして 航法データ記号検出器の入力と共に、同期コードと呼びタイムマーク検出器の他 の入力と航法データ記号検出器の他の入力に同時に接続される航法データ記号化 パルス検出器の出力と共に、航法データ記号化パルス検出器、同期コード及び呼 びタイムマーク検出器と航法データ記号検出器を具備する航法メツセージ復調器 、疑似ランダムシーケンス遅延探索及び追従ユニットの出力に接続された入力と 共に、搬送周波数探索及び追従ユニットの出力に接続された他の入力と共に、航 法データ記号検出器の出力に接続された第３の入力と共に、同期コードと呼びタ イムマーク検出器の出力に接続された第４の入力を有する航法処理器を具備する 。

この発明によれば、ヘテロダイン周波数整形器の周波数合成器は、航法データ処 理器の出力に接続されたこの周波数合成器の入力と共に、受信した無線航法を送 信した衛星番号に応じた局部発信周波数を発生し、相関処理器の疑似ランダムシ ーケンス遅延探索及び追従ユニットは、このシステムの衛星から受信した全ての 無線航法信号に共通のＭ−シーケンスのコピーを使用し、航法メツセージ復調器 は、搬送周波数探索及び追従ユニットの出力と同期コード及びタイムマーク検出 器の他の入力の間に接続されたダイビット記号化パルス検出器、同期コード及び タイムマーク検出器の出力に接続された入力を有し、そしてダイビット記号化パ ルス検出器の出力に接続された他の入力を育するマンチェスターコード発生器、 搬送周波数探索及び追従ユニットの出力に接続された入力と共に、ダイビット記 号化パルス検出器の出力に接続された他の入力と共にダイビットコード検出器、 ダイビットコード検出器の出力に接続された１つの入力を有し、そしてマンチェ スターコード発生器の出力に接続された他の入力を有する排他的論理和演算器を 具備し、そこで、排他的論理和演算器の出力は、航法データ記号検出器の入力に 接続され、航法データ記号比パルス検出器の入力は同期コード及びタイムマーク 検出器の出力に接続され、そして航法データ記号比パルス検出器の他の入力は、 ダイビット記号比パルス検出器に接続され、航法メツセージ復調器の同期コード 及びタイムマーク検出器は、２秒の繰り返し周期と３０に等しい数の記号と共に 、同期コード中でタイムマーク検出を実行する。

無線航法信号発生及び送信サブシステムと航法信号受信及び処理ザブシステムの 設計構成は、無線連絡レンジ内で複数の衛星からの信号を同時に受信する際に、 受信側において発生するシステム間の干渉を事実上排除し、環境効果のための対 象ユーザにおける受信アンテナビームパターン歪みの可能性ある存在においては 、記号同期化を得ること及び航法データの開始の基準点を同期化するための、局 部疑似ランダムシーケンスを同期化を実質的に短時間にする。

〔図面の簡単な説明〕

本発明のこれら及びその他の目的は、以下に続く本発明の詳細な説明と、添付図 面から明らかにされる。

第１図は、本発明による、衛星クロックの１秒マーク、Ｍ−シーケンスのクロッ ク周波数パルス、Ｍ−シーケンスの要素、及びＭ−シーケンス受信の開始及び終 了に対応するパルスのタイミング図表を示す。

第２図は、本発明による、衛星クロックの１秒マークのパルスに対する変調信号 の要素の同期化を表すシーケンス図表である。

第３図は、本発明による、衛星内の発生した航法メツセージの２秒間のラインを 示す。

第４図は、通常の衛星支援無線航法システムの概略説明図である。

第５図は、各衛星内の無線航法信号発生及び送信サブシステムの概略説明図であ る。

第６図は、各対象ユーザにおける無線航法信号受信及び処理サブシステムの概略 説明図である。

第７図は、本発明による、無線航法信号発生及び送信サブシステムの機能ブロッ ク図を示す。

第８図は、本発明による、無線航法信号受信及び処理サブシステムの機能ブロッ ク図を示す。

第９図は、同期コードト検出２秒タイムマークを受信するため使用する整合フィ ルタの１実施例を示す。

〔発明を実施するための最良の形態〕

衛星支援無線航法位置決め方法は、衛星内の無線航法信号の発生とこれら信号の 送信を行う一連の操作、及びユーザ装置においてそれらの位置座標と移動速度を 決定するこれらの無線航法信号の受信及び処理を行う一連の操作を含み、そして さらにユーザタイムスケールの補正係数を発生する。

この方法は、いかなる衛星支援無線航法システムにも、また現在詳細に説明して いるものにも適用可能であり、衛星無線航法システムにより説明されるそれは、 以下の要素を具備する。

−複数の軌道システム、例えば、軌道面Ａ、Ｂ、　Ｃ毎に８つの衛星ｌが、３つ の軌道面に沿って４５°のピッチで一様に配置された２４の衛星（第４図）。各 面において衛星は、おおよそ１２時間の軌道周期を有し、地球の赤道の面に対し て約６５°傾いた、約２０゜０００ｋｍの高度の円軌道上にある。それぞれの軌 道面の衛星経路上昇角の経度は１２０°異なる。

一衛星１の軌道システムの制御を行う地上基地化システム（図では示されていな い）で、それが衛星の実行をモニタし、そしてまた、各衛星に正確な日めくりを 載せ、また航法システムタイムスケールとして採用されるタイムスケールに関す る各衛星１のタイムスケールに対する補正係数を載せる。

一ユーザ位置決め座標、移動速度及びユーザのタイムスケールの補正係数を決定 するため、衛星１から到達した航法無線信号を受信し処理する、適当な装置を有 するシステムユーザ２゜いかなる瞬間及び地球表面上のいかなる点ても、最低４ つの衛星１かユーザ２の無線連絡の区域にある。衛星１からの無線航法信号とユ ーザ２受信機の基準信号との相互関係は、それらからのデータの受信及び、ユー ザの座標、速度ベクトル、そしてまた採用された衛星システムタイムスケールに 関するユーザのタイムスケールに対する補正係数の計算により、４つの選択され た衛星１に関する疑似距離及び半径方向の疑似速度の測定を許容する。

各衛星１内の標準参照周波数の正弦波信号は、衛星１クロツクの１秒タイムスケ ールマークに加えて発生される。それらは、以下に説明するように、次のものを 発生するため後で使用される。

−各衛星ｌに特有の搬送周波数。

一各衛星１に対する変調信号。

搬送周波数の発生は、周波数合成と標準参照正弦波発信の増倍、及びまた、発生 した搬送周波数発信のパワー増幅を必要とする。

この周波数の各衛星１または軌道面上の互いに相対する１対の衛星は、ある衛星 ｌから他の衛星１へ０．５２６ＭＨｚの増倍まで変化する定格搬送周波数を有す る、特有の搬送周波数値とされる。相対する衛星に対する搬送周波数を同一とす ることは、無線航法信号の周波数選択の利益をなんら犠牲にすることなく、シス テムにより占められる周波数帯の２倍の縮減を許容する。事実、２つの“反対の ”衛星１からの無線航法信号の同時受信は、ユーザ２が最低地球表面の１９０ｋ ｍ上に位置するときのみ可能であり、低い高度の受信は、地球の影により見えな くなる。その結果、多くのユーザ２（地上ベース、航海、航空ベース）は、異な る周波数のみの無線航法信号を受信する。衛星ベースユーザは、等しい周波数で 到着したものをドツプラ技術またはそれらの到着の方向に注目することにより、 “反対の”衛星１からの無線信号を簡単に濾波することかできる。

変調信号発生は、第１，２．３図に示され、図１ａは衛星１クロツクの１秒マー クを示す。したがって、基準参照周波数の発振は、Ｍ−シーケンス（第１ｂ図） のクロック周波数（５１１ｋＨ２）パルスの発生に使用され、その後は、Ｍ−シ ーケンス（第１Ｃ図）の要素とＭ−シーケンス（第１ｄ図）の繰り返し周期に対 応する１ｋＨｚの繰り返し比を持つパルス列を生成する。Ｍ−シーケンスコード は、例えばフィードバックの共通シフトレジスタの支援により発生される。Ｍ− シーケンス発生器のシフトレジスタの初期状態は、“１″で満たされたレジスタ の全位置により特徴付けられる。Ｍ−シーケンスは、衛星１へのユーザ２の疑似 距離を測定のために使用される。

Ｍ−シーケンスの繰返し周期（第２図ｂ）の開始と終了をマーキングするパルス 列は、ダイビットコードの記号比パルスを発生するのに使用され（１００Ｈｚの 繰返しレートを用いながら）、その中で繰返し周期は、第２図Ｃのように、Ｍ− シーケンス周期の倍数である。

ダイビットコード化された記号レートパルスの各区分は、同期コードについて２ 秒間の繰返し周期を設定するタイムマークパルス（第２図ｄ）と、航法データ記 号比パルス（第２図ｅでは５０Ｈ２）と、同期コード記号（第２図ｆ）と、そし て、マンチェスタコード記号（第２図ｇ）とを備えている。

同期コードは、３０記号の長いシーケンス１１１１１０００１１０１１１０１０ １００００１００１０１１０である。

地上を基地とした制御システム（図示せず）によって衛星１にロードされたデー タは、航法データ記号比パルス（第２図ｈ）に同期する航法データ記号を発生す るのに使用される。

全パルスシーケンスの同期は、衛星ｌクロックの１秒間のマークパルス（第２図 ａ）の支援により達成される。

航法データ記号のダイビットコード化は、マンチェスタコード記号および航法デ ータ記号の排他的論理和演算によって達成される（第２図ｊ）。

ダイビット航法データ記号および同期コード記号は、航法メツセージ（第３図） を発生するのに使用され、その「信号線Ｊ内の１．７秒は航法データダイビット に帰され、残りの０．３秒は同期コードに帰される。

変調用信号は、航法メツセージ記号とＭ−シーケンスの要素について排他的論理 和演算することによって形成される。

衛星ｌの無線航法信号は、変調用信号を用いて搬送周波数を変調することによっ て発生される。

対象ユーザ２での無線航法信号の受信に続いて、基準信号か発生され、これに関 連する局部発振周波数が衛星１の番号に従って選択される。その後、この基準信 号は、衛星１に関係する対象ユーザの疑似距離及び疑似速度の繰返し測定と、航 法データおよびタイムマークの検出と共に、無線航法信号の繰返し受信に使用さ れる。これらの調査の全ては、対象ユーザの位置決めのための座襟や運行速度、 更には、対象ユーザ２のタイムスケールに対して補正係数を計算するベースとし て用いられる。

システム衛星からの無線航法信号の周波数分割は、上述したナブスタ無線航法シ ステムで用いられたコード分割と比較すると多くの利点を提供する。周波数分割 は、衛星ｌまたは衛星１のグループにおける異なる搬送周波数を意味し、且つ信 号コードを整理する（ｒａｎｇｉｎｇ）ために衛星１全てに共通であることを意 味している。一方、コード分割について、衛星ｌ全でのシステムパラメータに共 通するものは搬送周波数であるが、整理用の信号コードは各衛星１に対して個別 である。

対象ユーザ２の無線連絡レンジ内に同時に存在する多数の衛星１によって、ユー ザは、所定時間に通信が確立された衛星１からの有効な無線信号に加えて、ユー ザの無線連絡レンジ内にある残りの衛星ｌからの干渉する無線信号を受信する結 果となる。係る干渉信号のレベルは、衛星支援システムに採用したとき、実質的 には無線航法信号の分割方法に依存する。

無線航法信号のコード分割に伴い、システム内干渉のレベルは、使用されるコー ドの相互相関関数のサイドローブの大きさによって定義され、これはコード形式 およびコード長の組合せに依存する。

本明細書で言及した上記ナブスタシステムにおいて、異なる複数の衛星ｌからの 無線航法信号は、疑似距離を測定するのに使用されるゴールドコードによって識 別され、このゴールドコードの長さはＬ＝１０２３のエレメントである。ドプラ ーシフトのいずれの大きさにおいても１０２３のエレメント長を有するゴールド コードに関する相互関数の最大サイドローブは、有効信号の約７Ｘ１０−”（− ２１，６ｄＢ）を構成する。

受信機入力での有効信号電力は、率で約１０　（１０ｄＢ）ぐらい減衰すること があり、これはユーザ２のアンテナが小さい仰角であることによる鋸歯状のビー ムパターンや、敷設表面および対象物の構造上の構成要因からの無線信号反射や 、ユーザ２から有効信号源および干渉信号源までの異なる距離によるものであり 、更に、その他によっても引き起こされる。従って、ユーザ２の受信機の入力に おける信号／干渉比は、１つの衛星１からの干渉信号が存在するとき約１４　（ １１，６ｄＢ）となり得る。ユーザ２の無線連絡レンジ内には通常４個から６個 の衛星１があるので、信号／干渉比は、１０（ｔ。

ｄＢ）以下に減ることがあり、このような比率では、無線航法信号の信頼性のあ る受信を提供するには不適当であり、結果的に、位置決めのための航法の正確性 を損ねてしまう。

この場合、信号／干渉比は、より長いコードの組合せを用いることによって改善 され得るが、これは無線航法信号の検出時間を長いものにしてしまう。整理コー ド（ｒａｎｇｉｎｇ　ｃｏｄｅ）としてＭ−シーケンスを各衛星１に対して個々 に用いると、更に不利益を与えてしまう。なぜなら、Ｍ−シーケンスにおける相 互相関関数は、特性において同様な長さのゴールドコードの特性に近づくからで ある。

強調されるべきことは、ここで述べた上記干渉信号は、システムに対して固有で あり、衛星１からの無線航法信号のコード分割の欠点によるものである。しかし システムの干渉信号と無関係な他の存在もまた、上記ナブタシステムの衛星ｌか らの有効な無線航法信号の受信を妨害することになる。

無線航法信号の周波数分割の場合、システム内干渉は、主に、ユーザ２の受信機 のフロント・エンドにて有効信号と干渉信号との周波数スペクトルが重畳する度 合いによって決定される。５１１のエレメントの周期的なＭ−シーケンスは、整 理コードとして選択される。５１１のエレメントの長いＭ−シーケンスの自己相 関関数のサイドローブのレベルは、電力に換算して４Ｘ１０−’を越えず、従っ て、システム内干渉におけるそれらの関与は無視され得る。

定格搬送周波数間で０．５２６Ｍ　Ｈｚの周波数ダイパーシティが選択され、こ れによりユーザ２の無線連絡レンジ内の衛星ｌからの干渉信号は、これらのスペ クトルのこれら２次的でより高いサイドローブだげによって可動無線信号の受信 に影響を及ぼし得る。

しかし１つの干渉信号は、有効信号電力の約２Ｘ　１０−’　（−４７ｄＢ）を 構成し得る。周波数分割に関して、干渉信号の数は通常、２を越えることはなく 、衛星１からの他の信号全ては、受信機内でフィルタされる。

従って、受信される有効信号のその定格電力に関して１０倍の除去において、実 際、ユーザ２の受信機における信号／干渉比は約２゜５Ｘ１０”　（３４ｄＢ） となり、これは、無線航法信号のコード分割を用いるここで言及した上記ナブス タ・システムにおいてよりも実質的により高い。

それ故に、本発明の無線航法の位置決め方法は、システム内干渉を極く僅かにす ることが達成でき、その際、当該システムの他の多くの特徴を損なうことなく達 成することができる。

ここで記述した上記利点に加えて、衛星１からの無線航法信号の周波数分割は、 短い整理コードの使用を可能にし、これによってシステムにおける他の特徴の質 をおとすことも無く、結果的にユーザ２の受信機において無線航法信号の探索時 間を減らすことができる。

本発明における衛星支援化航法位置決め方法の実質的な利点は、航法データ記号 のダイビットコードの使用であり、これはデータの信頼性のある探索を可能し、 その統計的な構成に左右されない。ダイビットコードとしない場合、デジタル系 列における「０」およびｒｌＪの統計的に非均−な分布が記号境界の検出を妨げ るので、単一データ（「１］だけ、または「０」だけ）の送信はこの動作を不可 能にする。ここで言及した上記ナブスタ・システムは、ダイビットコードを使用 しない。

第４図は、概略的に衛星航法システムを示しており、この中の２４個の衛星１は 、３つの軌道面Ａ、Ｂ、　Ｃ上の軌道にあり、各軌道面について８個の衛星があ る。各軌道面は、赤道に沿って互いに１２０度ずつ各々変位され、且つ赤道面に 対して６５度だけ傾けられており、衛星１の軌道周期は１２時間である。地球上 またはその近くの任意の位置でユーザ２は、ユーザの無線連絡レンジ内で少なく とも４つの衛星ｌを同時にもつ。

無線航法システムは、機能的には、衛星ｌ内に無線航法信号の発生および送信用 サブシステムと、対象ユーザ２内に無線航法信号の受信および処理用サブシステ ムと、更に、衛星を監視および制御するための制御センタ（本発明の範囲にない ので図示せず）とを備えている。

第５図は、無線航法信号発生および送信用サブシステムの多くの構成要素を概略 的に示しており、これらは、周波数及び時間参照標準３．搬送周波数発生器４． 疑似ランダム・シーケンス整形器５゜航法データ整形器６．同期コード整形器７ ．変調信号整形器８．そして送信機９を含んでいる。この無線航法信号発生およ び送信サブシステムの機能動作に関するより詳細な記述は、以下の明細書内に表 される。

第６図は、無線航法信号受信および処理用サブシステムにおける多くの構成要素 を概略的に示しており、これらは、受信機１０９局部発振周波数整形器１１．相 関処理器１２．航法メツセージ復調器１３、そして航法処理器１４を備えている 。この無線航法信号受信および処理用サブシステムの機能動作に関するより詳細 な記述は、以下の明細書内に表される。

第７図は、無線航法信号発生および送信サブシステムの詳細された機能ブロック を示している。

この周波数および時間参照標準３は、正確な主周波数標準と衛星クロック（図示 せず）とを備えている。

この標準３の出力信号は、無線航法信号の周波数および時間の全パラメータを得 るのに用いられる。

この標準３の第１の出力は、主周波数標準の出力によってドライブされ、その後 、周波数合成器１５の入力に接続されて所定の衛星１に帰される周波数の調和発 振を生成する。合成器１５はハイブリッド回路配列に加えて、直接的または間接 的な合成技術を用いて設計され得る。係る設計は広く知られており、例えば、Ｖ 、　Ｍａｎａｓｓｅｗｉｔｃｈによる”　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　５ｙｎｔｈｅｓ ｉｚｅｒｓ、Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ″　（ＡＷｉｌｅｙ−１ｎｔ ｅｒｓｃｉｅｎｃｅ　Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ、　Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　＆　 ５ｏｎｓ　、　：−ユーヨークーロンドンーシドニーートロント）の書物に詳細 に記載されている。周波数合成器１５は、周波数増倍器１６を介して搬送周波数 変調器１７の第１の入力に接続されており、周波数増倍器１６は、周波数合成器 １５の出力信号をデシメートル波帯に変える。搬送周波数変調器１７は、周波数 増倍器１６の出力から到達する搬送周波数に対して２進数の位相シフトキーイン グ（ｂｉｎａｒｙ　ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ　ｋｅｙｉｎｇ）を提供するが、こ の設計もまた技術分野で広く知られている。

周波数合成器１５２周波数増倍器１６および搬送周波数変調器１７は、連携して 搬送周波数整形器４を構成しており、これにおける値は、各衛星に対し独立して 属される。変調器１７の出力は、電力増幅器および送信用アンテナ（両方共に図 示せず）を備えている送信機９をドライブする。

同時に、周波数及び時間標準３の第１出力はクロック周波数合成器Ｉ８の入力に 接続され、クロック周波数合成器１８はＭ−シーケンスに対するクロック周波数 を発生する。合成器１８は搬送周波数整形器４における合成器１５の回路と類似 する回路で設計できる。

タロツク周波数合成器１８の出力はＭ−シーケンス発生器１９の第１人力に接続 され、その第２人力は周波数及び時間標準３の第２出力に接続され、周波数及び 時間標準３は衛星クロックを駆動する。

発生器１９はＭ−シーケンス自身を発生し、さらにＭ−シーケンス期間の繰り返 し比と等しい繰り返し比でパルスする。フィードバック付きリニアシフトレジス タに基づいて発生されたＭ−シーケンスにおいて使用される回路装置は、当該技 術分野において広く知られており、例えば１．１．５ｐｉｌｋｌｅｒ　（１９７ ７年ニニュージャージ州イングルウッド、クリフスにあるＰｒｅｎｔｉｅｅ−Ｈ ａｌｌ−Ｉｎｃ、　）による“衛星によるデジタル通信”において記載されてい る。

タロツク周波数合成器】８に直列に接続され、Ｍ−シーケンス発生器１９は疑似 シーケンス整形器５を構成する。

Ｍ−シーケンス発生器１９の第１出力はダイビット記号比パルス発生器２０の第 １入力に接続され、その第２人力は周波数及び時間標準３の第２出力に接続され る。ダイビット記号比パルス発生器２０は、Ｍ−シーケンス周期の繰り返し比を 同期コード記号比として同時に使用されるダイビットコードの記号比率に変換す る。発生器２０は基本的に共通分周器であり、その設計は当該技術分野において 広く知られている。

ダイビット記号比パルス発生器２０の出力は、航法データ記号化発生パルス２１ の第１人力及びマンチェスターコード発生器２２に同時に接続される。航法デー タ記号化発生器２１は２分することによりダイビットコードの記号比を変換し、 これにより航法データ記号比を発生し、共通フリップフロップとして設計できる 。マンチェスターコード発生器２２は、ダイビットコードの記号比からマンチェ スターコードのバイナリ記号の列を発生し、またフリップフロップにとっても達 成できる。

航法データ記号化発生器２１の出力は、航法データ記号整形器２３の第１人力を 駆動する。ここでこれらのデータは、システムログのような他の有用なデータと 共に、与えられた衛星のかげろう（ｅｐｈｅｍｅｒｉｄｓ）及び時間に関する。

整形器２３はプロセッサであり、設計原理及びその回路構成は当該技術分野にお いて広く知られている。

この整形器の出力はダイビット符号器２４の第１人力に接続され、その第２人力 は発生器２２からマンチェスターコードを受ける。ダイビット符号器２４は航法 データ記号とマンチェスターコード記号との排他的論理和演算を実行する。

この動作を支配する原理は当該技術分野において公知であり、例えばダイビット 記号比パルス発生器２０と航法データ記号比パルス発生器２１の４排他的論理和 ″の論理ゲートで達成できる。マンチェスターコード発生器２２、航法データ記 号整形器２３、及びダイビット符号器２４は共同して航法データ発生器６を構成 する。

ダイビット記号化発生器２０の出力は、さらに同期コード繰返し周期整形器２５ の第１入力及び同期コード発生器２６に接続される。

同期コード周期整形器２５の第２人力は周波数及び時間標準３の出力から駆動さ れ、これは結果として２秒間その出力でマークする。

この整形器は基本的には上述の分周器に類似した分周器である。整形器２５の出 力は同期コード発生器２６のＩ！２人力に接続され、かつ航法データ記号比パル ス発生器２１の第２人力、マンチェスターコード発生器２２、及び航法データ発 生器６における航法データ記号整形器２３に接続される。同期コード発生器２６ はＭ−シーケンス発生器であり、その設計構成は上述したように、公知である。

同期コード周期整形器２５、及び同期コード発生器２６は同期コード整形器７を 伴って構成する。

同期コード発生器２６の出力は航法メツセージ整形器２７の第２人力に接続され 、その第１人力はダイビット符号器２４の出力に接続される。航法メツセージ整 形器２７は論理ＡＮＤゲートで実施され、その機能はダイビット符号器航法デー タ記号と同期コードを航法メツセージに組み立てることである。航法メツセージ 整形器２７の出力は排他的論理和演算器２８の第１人力に接続され、その第２人 力はＭ−シーケンス発生器１９の第２出力に接続される。排他的論理和演算器２ ８は、変調信号発生器８を構成する航法メツセージ整形器２７と結合して排他的 論理和のゲートで実施される。排他的論理和演算器２８の出力は搬送周波数整形 器４における搬送周波数変調器１７の第２人力を駆動する。

無線航法信号発生及び送信サブシステムは下記のように機能する。

周波数及び時間標準３の第１出力からの高安定正弦発振は、周波数合成器１５の 入力に到達し、そこで与えられた衛星１の典型的な周波数信号が発生される。こ の信号は次にデシメートル波帯に変換され、それゆえこの与えられた衛星１の無 線航法信号の非変調搬送周波数ｆｅ、（ここで、ｊは位置決め装置においてこの 与えられた衛星１の番号である。）を構成する。搬送周波数ｆｅ＋は次に搬送周 波数変調器１７における信号を変調することにより０°−１８０°によってバイ ナリ位相シフトキーに従属し、それゆえ送信機９の出力により連続的に発生され る無線航法信号を成す。

異なる、個々の搬送周波数（各衛星または一対の”正反対の”衛星に帰する）を 存する装置の衛星ｌによる無線航法信号の送信は、無線航法信号受信において発 生される内部装置の干渉の著しい減少を可能とし、無線接触範囲内の数個の衛星 １からの信号が同時に到達すること及び対象ユーザ２の場所で実際の動作条件下 でアンテナビームパターンの受信の歪むことに依存するサブシステムを処理可能 とする。これは、高度の自動共通関連特性を保持する一方、全衛星ｌに共通な全 疑似シーケンスにおける要素数の減少をまた可能とする。これは、順番に、無線 航法信号受信によって受信されサブシステムを処理する疑似ランダムシーケンス に対する疑似ランダムシーケンスのコピーを同期化する時間の短縮を可能とし、 この同期時間はシーケンスにおける要素数に直接依存する。

周波数及び時間標準３の第１出力からの正弦発振もまたクロック周波数合成器１ ８の入力に渡され、それら正弦発振はＭ−シーケンス発生器１９の第１入力に入 力されるクロック周波数０．５１１ＭＨｚ（第１ｂ図）を発生するために使用さ れる。この入力は発生器１９の成分部であるフィードバックを伴うリニアシフト レジスタのタロツク入力である。発生器１９は９−ビットシフトレジスタで設計 され、初期の多項式Ｇ（ｘ）＝１■ｘ’■ｘ９を満足する。Ｍシーケンスは以下 のパラメータ、要素数（長さ）Ｌ＝５１１要素移動クロック周波数０．５１１Ｍ Ｈｚ、Ｍシーケンスの繰り返し周期１ｍｓ　（クロック周波数により分割された シーケンス長に等しい）の特徴を発生する。

５１１の要素長のＭシーケンスの使用は、たくさんの要素Ｌ＝１０２３を有する ゴールドコードを用いた上記ナブスタシステムで引用して比較したように、２倍 の時間の減少が、ピーク自動共通関連に対する要素毎の探索をもって、受信され たシーケンスに対する疑似ランダムシーケンスのコピーを合成可能とする。

Ｍ−シーケンス発生器１９の第２人力は、周波数及び時間標準３（第１ａ図）の 第２出力から衛星クロックの１秒タイムマークパルスを受信する。これらのパル スはシフトレジスタを設定し、それゆえ発生器１９の初期同期を提供する。発生 したＭ−シーケンス（第１ｃ図）は第２出力発生器１９に渡される。Ｍ−シーケ ンスの他に発生器１９は、第１ｄ図に示されるようにＭシーケンス周期、すなわ ち１ｋＨｚの繰返し比に等しい繰り返し比を育するパルス列を発生する。

これらのパルスはＭ−シーケンスの開始に一致し、従ってその位置らくるもので ある。このＭ−シーケンスはフィードバックをもった５ビツトシフトレジスタに よって発生され、プリミティブ多項式Ｇ（Ｘ）＝１■Ｘ８■Ｘｓを満足するもの である。ダイビット信号発生器２０の出力からの１００Ｈｚ繰返し比をもったパ ルスはＭ−シーケンス発生に対するクロック周波数として用いられ、同期コード 発生器２６の第１の入力に供給される。上に述べたプリミティブ多項式は３１記 号の長いシーケンスを発生し、最後の３１番目の記号は、省略される。タイムス ケールにおいて、このＭ−シーケンスの発生は、第２ｆ図に示すように３００番 目記号の立下り端が２秒タイムマークのパルスと一致するようにタイミングされ る。これは衛星タイムスケールの偶数秒に対応する時刻瞬間に同期コードの時刻 を正確に合わせる。

同期コード発生器２６の出力からの同期コードは、航法メツセージ整形器２７の 第２の出力を通過し、その第１の入力はダイビット符号器２４の出力からのダイ ビット信号を受け入れる。メツセージ整形器２７は連続的に航法メツセージの２ 秒区間（ライン）を組み立てる。ここに前記メツセージは、ラインの最初の１． 　７秒は、Ｉ７０のダイビットコードされた信号を伝送するに用いられ、残りの ０．３秒は第３図に示すように同期コードの３０の記号を伝達するに用いられる 。２つ毎の同期コードの伝送は無線航法発生及び伝送サブシステムにおいて以上 に述べた周波数合成器１５と同様に設計される。発振器２９及び周波数合成器３ ０の組合せは局部発振（ヘテロダイン）周波数整形器１１を構成する。

周波数合成器３０の出力は受信機フロントエンド１０の入力を駆動する。このフ ロントエンドは、受信アンテナ、低雑音入力前置増幅器、ダウンコンバータ、中 間周波数増幅器（図示されていない）のごとき受信無線信号を増幅または中間周 波もしくは映像信号に変換する周知の素子として設計されたものである。

受信機フロントエンドｌＯの出力は同時に疑似ランダムシーケンス遅延探索及び 追従ユニット３１に接続され、搬送周波数探索及び追従ユニット３２の双方のユ ニットは、その詳細が３ｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ｉｎ 　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ”　ｂｙ　Ｗｉｌｌ ａｍ　Ｃ，Ｌｉｎｄｓｅｙ　（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ、ｆｃ、、Ｅｌｇｌ ｅｗｏｏｄ　Ｃ１１ｆｆｓ、Ｎｅｗ　Ｊｅｒｓｅｙ、１９７２）に記載されてい るように周知の位相ロックループ技術を用いて設計される。

搬送周波数探索及び追従ユニット３２の第１の出力はダイビット記号比パルス検 出器３３の入力、及び同期コード及びタイムマーク検出器３４及びダイビットコ ード検出器３５の第１入力を駆動する。

ダイビット記号比パルス検出器３３は、例えば“Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｍｍｕｎ ｉｃａｔｉｏｎｓ　ｂｙ　５ａｔｅｌｌｉｔｅ”　ｂｙ　！、　１．５ｐｉｌｋ ｅｒ　（ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ、　Ｉｎｃ、、　Ｅｎｇｌｅｗｏｏｄ　Ｃ １１ｆｆｓ、　Ｎｅｗ　Ｊｅｒｓｅｙ、　１９７７）に述べられた可逆極性記号 データによって可能な記号同期回路において周知である。検出器３３の出力は同 期コード及びタイムマーク検出器３４及びダイビットコード検出器３５の第２の 入力に接続される。

同期コード及びタイムマーク検出器３４は同期コード及び関連する２秒タイムマ ークを認識し検出するために設計された整合フィルタであって、その機能及び可 能な実施例について以下に述べる。

ダイビットコード検出器３５はダイビットコード信号の処理を集積するために設 計されたものであって、回路構成の周知なしきい値装置に結合されたリセット可 能な積分器と共に構成できる。

ダイビット信号比パルス検出器３３の出力はまたマンチェスターコード発生器３ ６及び航法データ比パルス検出器３８の第１の入力に接続され、それらの第２の 入力は同期コード及びタイムマーク検出器３４の出力信号を受ける。

マンチェスターコード発生器３６の機能は、無線航法信号発生器及び伝送サブシ ステムにおける上述のマンチェスターコード発生器２２において述べたものと同 じであって、ダイビット信号比パルスからバイナリのマンチェスターコード信号 を発生することにある。

航法データ記号比検出器３８によって実行される機能は無線航法記号発生及び伝 送サブシステムにおける航法データ記号比パルス発生器２１のそれとおなしであ って、ダイビット信号比を２つに分割することにある。マンチェスターコードコ ード発生器３６の出力は、排他的論理和演算器３７の機能は無線航法記号受信及 び伝送サブシステムにおけるダイビット符号器２４のそれと同じである。

排他的論理和演算器３７の第２の入力に接続され、その第１の入力はダイビット コード検出器３５の出力信号によって駆動される。

排他的論理和演算器３７の機能は無線航法信号発生及び伝送サブシステムにおけ るダイビット符号器２４のそれと同じである。

排他的論理和演算器３７の出力は航法データ記号検出器３９の第１の入力に接続 され、その第２の入力は航法データ記号検出器３８の出力信号を受ける。ダイビ ットコード検出器３５と同様に、航法データ記号検出器３９はしきい値装置に結 合されたリセット可能な積分器をもって実施することができる。ダイビット記号 比パルス検出器３３．同期コード及びタイムマーク検出器３４．ダイビットコー ド検出器３５、マンチェスターコード発生器３６、排他的論理和演算器３７、航 法データ記号比パルス検出器３８及び航法データ記号検出器３９の組合せは、航 法メツセージ処理器１３を構成する。

そしてその出力信号は２秒タイムマークパルス及び比航法メツセージのバイナリ 記号である。

航法処理器１４は必要な航法計算を行うもので、疑似ランダムシーケンス遅延探 索及び追従ユニット３１の出力に接続される第」の入力、搬送周波数探索及び追 従ユニット３２に接続される第２の入力、航法データ記号検出器３９に接続され る第３の入力、同期コード及びタイムマーク検出器３４に接続される第４の入力 を有する。航法処理器１４の回路設計及び機能原理は一般に周知である。

無線航法記号受信及び処理サブシステムは次のように動作する。

基準周波数発振器２９の正弦波発振は周波数合成器３０の第１の入力に印加され 、ここにおいて局部発振周波数ｆｂｌに変換され、この周波数は所望の衛星１の 番号によって指定される。与えられた衛星１の番号に対応する所望の局部発振周 波数を合成する指令コードは、航法処理器１４の出力から周波数合成器３０の第 ２の入力に到達する。

与えられた衛星１から受信した無線航法信号は、周波数合成器３Ｑの出力よりの 局部発振周波数と混合されてダウンコンバートされ、受信機フロントエンド１０ における映像信号もしくは中間周波数信号に変換される。出力信号はアナログ信 号かあるいは例えばアナログディジタル変換器を用いてディジタル信号に変換さ れる。

増幅の後、ダウン変換された信号は、無線航法信号の相関処理のために、同時に 擬似ランダムシーケンス遅延探索及び追従ユニット３１と搬送周波数探索及び追 従ユニット３２の入力に伝えられる。

擬似ランダムシーケンス遅延探索及び追従ユニット３１は、このユニットの中で 発生されたＭ−シーケンスのコピーを、受信されたＭ−シーケンスに同期させる が、これは、Ｍ−シーケンスのコードがそのコピーと、±１のコードエレメント を越えない誤差で一致する瞬間に対応するピーク自動相関を探索して追従するこ とによりなし遂げられる。このピーク自動相関の存在は、信号を検出する上で、 受信されたＭ−シーケンスによるＭ−シーケンスのコピーを乗算することによっ て、連続的（パイエレメント）及び並列的（マルチェレメント）の両方で分析さ れ得る。この確立に際し、同期ユニツ）３１はＭ−シーケンスの遅延に追従し、 これにより、擬似距離を示す出力信号が生成される。同時に、搬送周波数探索及 び追従ユニット３２は周波数と位相の同期を与え、そして、その後、一般にコス タス（Ｋｏｓｔａｓ）回路配置技術として知られた技術の助けによって搬送周波 数の位相に追従する。搬送周波数の位相の追従により２つの出力信号が生成され 、その１つは半径方向の擬似速度を示し、他の１つは干渉検出された航法メツセ ージ信号を構成する。

ノイズによって歪んだ記号の連続した流れの形である航法メツセージは、搬送周 波数探索及び追従ユニット３２の第１の出力から、同期コード及びタイムマーク 検出器３４とダイビットコード検出器３５の第１の入力に伝えられると共に、ダ イビット記号化パルス検出器３３の入力へも伝えられる。

検出器３３は、記号の同期を確立するために、到達する記号の極性が反転する瞬 間におけるデータを使用し、そして、ダイビット符号化された記号速度、１００ Ｈｚ、これは１０ｍ５記号の限度に同期する、のパルスを検出する。これらのパ ルスは検出器３３の出力から同期コード及びタイムマーク検出器３４及びダイビ ットコード検出器３５の第２の入力に伝えられ、これらの検出器の第１の入力に 到達するノイズによって歪んだ記号の個々の積分間隔（１０ｍｓ）の設定に使用 される。積分の後、受信された記号は同期コード及びタイムマーク検出器３４の 中で、受信された同期コードの整合濾過のために使用され、これによって、３０ 番目の同期コード記号の立ち下がりエツジに同期し、２秒のタイムマークに一致 するパルスが生成される。

同期コード及びタイムマーク検出器３４の出力からのタイムマークパルスは、マ ンチェスターコード発生器３６及び航法データ記号比パルス検出器３８の第２の 入力に到達し、この航法データ記号比パルス検出器３８の第１の入力には、検出 器３３の出力からのダイビット記号比が１００Ｈｚのパルスが受信される。マン チェスターコード発生器３６はマンチェスターコードを生成するために、１００ Ｈｚのパルスを使用し、これに対して、検出器３８は、航法データ記号比５０Ｈ ｚのパルスを整形する。

マンチェスターコード発生器３６の出力からのマンチェスターコード信号は、排 他的論理和演算器３７の第２の入力に伝えられ、ダイビットコード検出器３５に おけるそれらの積分の後に、排他的論理和演算器３７の第１の入力は１０ｍ５の ダイビット符号化された記号を受信する。排他的論理和演算器３７における排他 的論理和加算の結果は、ダイビット符号化された記号及びマンチェスターコード 記号からの航法記号の二値記号の復元である。結果として得られた二値記号は、 付加的な積分処理のために、航法データ記号検出器３９の第１の入力に伝えられ る。これらの記号の２０ｍ５の積分間隔は、航法データ記号比パルス検出器３８ から航法データ記号検出器３９の第２の入力に到達する航法データ記号比のパル スによって、設定される。

航法データ記号検出器３９の濾過された航法データ記号の流れの形である出力信 号は、航法処理器１４の第３の入力に到達し、その第１の入力は擬似ランダムシ ーケンス遅延探索及び追従ユニット３１の出力からの擬似距離信号を受信し、そ の第２の入力は搬送周波数探索及び追従ユニット３２の第２の出力からの半径方 向の擬似速度信号を受信する。航法処理器１４の第４の入力は、同期コード及び タイムマーク検出器３４の出力から到達する２秒のマークパルスによって開閉さ れる。

航法処理器１４は、２秒時間間隔毎に２秒タイムマークパルスによって航法デー タの読み出し開始を設定し、航法データの二値記号によって送信されたデータを 復調し、擬似距離及び半径方向の擬似速度の測定を扱い、そして、これらの後に 、航法問題を解決する。

このような航法問題の解決の一つの例が、ピー・ニス・ノエその他による「低価 格のＧＰＳ受信機用の航法アルゴリズム（原題：ＡＮａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ａｌ ｇｏｌｉｔｂｍ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｌｏｗ−Ｃｏｓｔ　ＧＰＳ　Ｒｅｃｅｉｖｅ ｒ）　Ｊ　［Ｐ、Ｓ、　Ｎ。

ｅ　ｅｔ　ａｌ、　（Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ（ＵＳＡ）、　１９７８．　ｖｏｌ 、　２５．　Ｎｏ、　２）］に示されている。

この航法問題における解法は、対象ユーザの座標と移動速度、及びその場所のタ イムスケールに応じた補正係数が条件となる。

結論として、機能的で実現可能な整合フィルタの実施例が以下に詳細に議論され る。このフィルタは検出器３４における同期コード及び関連する２秒タイムマー クを提供する。この種の濾過は同期コード及びダイビットコードの記号の連続の 差異に基づく。第９図はディジタル／アナログ整合フィルタの実現可能な実施例 を示しており、搬送周波数探索及び追従ユニットの第１の出力における航法メツ セージ信号がアナログ信号である場合に実現可能である。

上述したように、整合フィルタ用の入力信号は、ノイズ歪みのある記号の連続し た流れの形の中にある航法メツセージ信号であり、ダイビット記号比パルス検出 器３３の１００Ｈｚパルスである。

整合フィルタを通過する前に、入力信号及び混入ノイズは積分処理を受ける。こ の目的のため、航法メツセージ信号Ｓは増幅クリッパ４０において増幅制限を受 け、その後に、サンプル発生器４１はサンプリング率ｆ４で信号の極性を計算す る。

可逆的でリセット可能なカウンタ４２は積分器として使用される。

この可逆カウンタ４２は、航法メツセージ記号の周期Ｔｓ＝１０ｍｓに等しい時 間間隔でサンプル発生器４１の出力から到達する“ビと“０“の数を計数する。

積分間隔の終わりにおけるリセットの前に、即ち、記号周期の終わりに、決定フ リップフロップ４３が可逆カウンタ４２の最上位ビットのステータスを計算し、 送信された記号についての決定を、積分間隔の間に蓄積されたサンプルを多数決 の原理により行う。入力プロセスの２つのレベルの量子化（サンプリング）にお けるロスを最小限にするために、サンプリング率が実質的にダイビットコードの 記号速度よりも高い、即ち、ｆ６≧１００Ｈｚに選ばれる。可逆カウンタ４２の 能力は、Ｎをカウンタの能力、ｆ８をダイビットコードの記号速度として、以下 のようにするのが同期コード整合フィルタは、３０ビツトシフトレジスタ４４、 加重記号加算器４５、しきい値装置４６、タイムマークパルス整形器４７から構 成され、決定フリップフロップ４３によって検出された１０ｍ５記号は、１００ Ｈｚのクロック速度で連続的にシフトレジスタ４４に入力される。入力されたデ ータの分析は、加重記号加算器４５の助けによって、各サイクル毎に実行される 、即ち、各１０ｍ５の時間間隔の終わりに実行される。同期コードは特定の連続 する記号の変化を特徴として持っているので、３０ビツトシフトレジスタ４４の 出力の、加重記号加算器４５のカウントアツプ及びカウントダウン入力への接続 は、同期コードの中の記号変化に基づいて、整合コードフィルタによって要求さ れるように、同期コードパターンを生成する。加重記号加算器４５は広く知られ ている技術である加算／減算演算増幅器に基づいて具体化することができるであ ろう。

加重記号加算器４５の入力におけるコードパターンと共に、シフトレジスタ４４ に入力されるコードの組み合わせが一致すると、その出力が最大電圧（自動相関 ピーク）となり、その後、これがしきい値電圧Ｕｔｈとの比較のために、しきい 値装置４６に伝えられる。しきい値装置４６はＵｔｈを越える電圧によってイネ ーブルになり、これによってタイムマークパルス整形器４７が、最後の、同期コ ードの３０番目の記号であって２秒タイムマークを構成する豆ち下がりエツジ、 に同期するパルスを発生する。

なお、ハードウェア及び／またはプロセッサを使用する純粋なソフトウェア手段 の援用によって、ディジタル減化を含む整合同期コード減化の他の実施例もまた 可能であるということにも注意しなければならない。

〔工業的適用性〕

本発明の衛星援用航法システムにより、次のことが可能になる、・実質的に無線 航法信号の受信位置において、内部システムの干渉の影響を排除することによっ て、環境によって引き起こされる受信アンテナのビームパターンの変動に左右さ れることのない、いついかなる時でも正確な、高い確率のナビゲーション位置決 め。

・衛星とのラジオナビゲーション信号の通信に要する時間を短縮することによる リアルタイムのナビゲーション位置決めの実質的な改良。

〔参照符号の一覧表〕

Ａ、Ｂ、　Ｃ・・・軌道面 Ｉ・・・衛星 ２・・・無線航法システムの対象ユーザ３・・・周波数及び時間標準 ４・・・搬送周波数整形器 ５・・・擬似ランダムシーケンス整形器６・・・航法データ発生器 ７・・−同期コード整形器 ８・・・変調信号発生器 ９・・−送信機 １０・・・受信機フロントエンド １１・・・局部発振周波数整形器 １２・・・相関処理器 １３・・・航法メツセージ復調器 １４・・・航法処理器 １５・・・周波数合成器 １６・・・周波数増倍器 １７・・・搬送周波数変調器 １８・・・クロック周波数合成器 １９・・・Ｍ−シーケンス発生器 ２０・・・ダイビット記号化パルス発生器２１・・・航法データ記号化パルス発 生器２２・・・マンチェスターコード発生器２３・・・航法データ記号発生器 ２４・・・ダイビット符号器 ２５・・・同期コード繰り返し周期整形器ｆｌｌＬ　２ Ｆ／ｌ：、　５ ｆＥ、Ｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数の軌道面（Ａ，Ｂ，Ｃ）上の衛星の支援による無線航法位置決め方法で あって、各衛星（１）は個別の番号を有し、周波数及び時間標準（３）の正弦発 振から無線航法信号の搬送周波数を発生し、その後、該搬送周波数を一組みの信 号で変調し、対象ユーザ（２）にて発生される基準信号と共に擬似ランダム・シ ーケンスと航法データ記号と同期コードを含み、これにより、無線航法信号の相 関のある受信と、衛星（１）に対する対象ユーザ（２）の擬似距離及び半径方向 擬似速度の測定と、航法データ及びタイムマークの検出とを行い、その後、位置 決め座標と対象ユーザ（２）の動作速度と、さらに対象ユーザ（２）のタイムス ケールに対する補正係数とを算出する方法において、 各衛星（１）上において、発生された無線航法信号搬送周波数は各衛星（１）番 号又は軌道面上で互に相対する衛星（１）の対に対して個々に独立し、かつ特定 であり、搬送周波数が変調された信号の組みは、システムＭ−シーケンスにおけ る全ての衛星の無線航法信号に共通部と、航法データのダイビット符号化された 記号と、同期コードを含み、対象ユーザ（２）に関して、基準信号が発生され、 そのヘテロダイン周波数は所望の無線航法信号を送信する衛星（１）の番号に従 って選択されることを特徴とする無線航法位置決め方法。 ２．Ｍ−シーケンスは長さにおいて５１１の要素である請求の範囲第１項に記載 の無線航法位置決め方法。 ３．同期コードは２秒周期の繰返し周期を有する請求の範囲第１又は２項に記載 の無線航法位置決め方法。 ４．請求の範囲第１項に記載の複数の衛星の支援による無線航法位置決め方法を 実施する無線航法システムであり、該システムは、各衛星（１）内に、周波数及 び時間標準（３）を含む無線航法信号を発生し送信するサブシステムと、該周波 数及び時間標準（３）の出力に接続された周波数増倍器（１６）の入力と共に、 直列接続された周波数増倍器（１６）及び搬送周波数変調器（１７）を備えた搬 送周波数整形器（４）と、前記搬送周波数変調器（１７）の出力に接続された送 信器（９）と、周波数及び時間標準（３）と同一の出力に接続された該クロック 周波数合成器（１８）の入力と共に、及び、他の出力は該擬似ランダムシーケン ス発生器（１９）の他の入力に接続され、直列接続されたクロック周波数合成器 （１８）と擬似ランダムシーケンス発生器（１９）を備えた擬似ランダムシーケ ンス整形器（５）と、擬似シーケンス発生器（１９）の出力に接続された航法デ ータ記号比パルス発生器（２１）の入力と共に、及び、周波数及び時間標準（３ ）の他の出力に接続された航法データ記号比パルス発生器（２１）の他の入力と 共に、直列接続された航法データ記号比パルス発生器（２１）及び航法データ記 号整形器（２３）を備えた航法データ発生器（６）と、航法データ記号比パルス 発生器（２１）の出力に同時に接続された同期コード繰返し周期発生器（２５） の入力及び同期コード発生器（２６）の入力と共に、周波数及び時間標準（３） の他の出力に接続された同期コード繰返し周期発生器（２５）の他の入力と共に 、及び航法データ記号整形器（２３）の他の入力に同時に接続された同期コード 繰返し周期発生器（２５）の出力と共に、直列接続された同期コード繰返し周期 発生器（２５）及び同期コード発生器（２６）に同期コード整形器（７）を備え た同期コード整形器（７）と、航法データ記号整形器（２３）の出力に接続され た航法メッセージ整形器（２７）の入力と共に、同期コード発生器（２６）の出 力に接続された航法メッセージ整形器（２７）の他の入力と共に、擬似ランダム シーケンス発生器（１９）の他の出力に接続された排他的論理和演算器（２８） の入力と共に、そして搬送周波数変調器（１７）の他の入力に接続された排他的 論理和演算器（２８）の出力と共に、直列接続された航法メッセージ整形器（２ ７）及び排他的論理和演算器（２８）を備えた変調信号整形器（８）とを具備す る無線航法システムにおいて、 搬送周波数整形器（４）は各衛星（１）若しくは共通軌道面上で互いに相対する 衛星（１）の各対に対して特定の周波数を発生し周波数及び時間標準（３）の出 力と周波数倍増器（１６）の入力の間に接続された周波数合成器（１５）を備え 、擬似ランダムシーケンス整形器（５）において、擬似ランダムシーケンス発生 器（１９）はシステム内の全ての衛星（１）に共通する５１１要素のＭ−シーケ ンスを発生し、航法データ整形器（６）は、Ｍ−シーケンス発生器（１９）の出 力に接続されたダイビット記号比パルス発生器（２０）の他の入力と共に、及び 、同期コード繰返し周期整形器（２５）の出力に接続された航法データ記号比パ ルス発生器（２１）の他の入力と共に、周波数及び時間標準（３）の他の出力及 び航法データ記号比パルス発生器（２１）の入力の間に接続されたダイビット記 号比発生器（２０）を具備し、マンチェスターコード発生器（２２）は、一方の 入力がダイビット記号比パルス発生器（２０）の出力に接続され、他方の入力が 同期コード繰返し周期整形器（２５）の出力に接続され、ダイビット符号器（２ ４）はマンチェスターコード発生器（２２）の出力に接続されたダイビット符号 器（２４）の他の入力と共に、航法データ記号整形器（２３）の出力及び航法メ ッセージ整形器（２７）の入力の間に接続され、同期コード整形器（７）におい て、同期コード繰返し周期整形器（２５）は２秒間の繰返し周期を発生し、同期 コード発生器（２６）は同期コード発生器（２６）の入力及びダイビット記号比 パルス発生器（２０）の出力に接続された同期コード繰返し周期整形器（２５） の入力と共に３０記号長の同期コードを発生することを特徴とする無線航法シス テム。 ５．請求の範囲第１項に記載の複数の衛星の支援による無線航法位置決め方法を 実施する無線航法システムであり、該システムは、対象ユーザ側において、無線 航法信号繰返し及び処理サブシステムを備え、該サブシステムは局部発振周波数 整形器（１１）を含み、直列接続された基準周波数発振器（２９）及び周波数合 成器（３０）と、周波数合成器（３０）の出力に接続された入力を備えた受信機 フロントエンド（１０）と、受信機フロントエンド（１０）の出力に両方が接続 された入力と共に、擬似ランダムシーケンス遅延探索及び追従ユニット（３１） と搬送周波数探索及び追従ユニット（３２）を備えた相関処理器（１２）と、航 法データ記号比検出器（３８）と同期コード及びタイムマーク検出器（３４）と 航法データ記号検出器（３９）とを備えた航法メッセージ復調器（１３）であっ て同期コード及びタイムマーク検出器（３４）の入力と同時に接続された航法デ ータ記号比パルス検出器（３８）の入力と共に、及び搬送周波数探索及び追従ユ ニット（３１）の出力に接続された航法データ記号検出器（３９）の入力と共に 、かつ、航法データ記号比パルス検出器（３８）の出力が同期コード及びタイム マーク検出器（３４）の他の入力に同時に接続され、かつ航法データ記号検出器 （３９）の他の入力に接続された航法メッセージ復調器（１３）と、その入力が 擬似シーケンス遅延探索及び追従ユニット（３１）の出力に接続され、他の入力 が搬送周波数探索及び追従ユニット（３２）の出力に接続され、その第３の入力 が航法データ記号検出器（３９）に接続され、その第４の入力が同期コード及び タイムマーク（３４）に接続された航法処理器（１４）とを備えた無線航法シス テムにおいて、 局部発振周波数整形器（１１）における周波数合成器（３０）は、航法処理器（ １４）の出力に接続された周波数合成器（３０）の入力と共に、無線航法信号が 受信される衛星（１）の番号に対応する周波数を発生し、相関処理器（１２）に おける擬似ランダムシーケンス遅延探索及び追従ユニット（３１）はシステムの 衛星（１）から受信した全ての無線航法信号に共通するＭ−シーケンスのコピー を使用し、航法メッセージ復調器（１３）は、搬送周波数探索及び追従ユニット （３２）の出力と同期コード及びタイムマーク検出器（３４）の他の入力の間に 接続されたダイビット記号比パルス検出器（３３）と、その入力に同期コード及 びタイムマーク検出器（３４）の出力を接続し他の入力にダイビット記号比パル ス検出器（３３）の出力を接続したマンチェスターコード発生器（３６）と、そ の入力に搬送周波数探索及び追従ユニット（３２）の出力を接続し他の入力にダ イビット記号比パルス検出器（３３）の出力を接続したダイビットコード検出器 （３５）と、その入力にダイビットコード検出器（３５）の出力を接続し他の入 力にマンチェスターコード発生器（３６）の出力を接続した排他的論理和演算器 （３７）とを備え、かつ排他的論理和演算器（３７）の出力は航法データ記号検 出器（３９）の入力に接続され、航法記号比パルス検出器（３８）の入力は同期 コード及びタイムマーク検出器（３４）の出力に接続され航法データ記号比パル ス検出器（３８）の他の入力がダイビット記号比パルス検出器（３３）に接続さ れ、航法メッセージ復調器（１３）における同期コード及びタイムマーク検出器 （３４）は２秒間の繰返し周期及び３０に等しい記号数と共に同期コードからの タイムマークの検出を行うことを特徴とする無線航法システム。