JPH10271055A - 外部信号を使用した使用者端末位置決めシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用者端末の位置が高精度ですばやく判断さ
れる方法およびシステムを提供すること。 【解決手段】 通信衛星１０は、使用者端末４４と地球
局３８との間でメッセージを送り、かつ、ドップラーシ
フトと伝搬遅延とによって、使用者端末４４の位置を評
価する。２以上の通信衛星１０が使用者端末４４に対し
て認識可能な場合、その複数の通信衛星１０への伝搬遅
延を組み合わせて使用する。加えて、使用者端末が、航
法衛星１４２からの信号の到達時間を測定し、かつ、航
法衛星１４２の識別子と信号の到達時間とを地球局へ伝
達することによって、航法衛星１４２からの遅延信号は
処理される。地球局は、使用者端末４４の位置を計算
し、かつ、それを使用者端末４４へ知らせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、衛星通信システム
およびそのようなシステムを動作する方法に関する。本
発明は、特に、地球ベースの使用者端末が衛星と通信
し、衛星は同様に地球局と通信し、かつ、これらの逆の
通信も行う衛星通信システムおよび関連する方法に関す
る。さらに詳細には、本発明は地球の表面上の使用者端
末の位置が地球局に知られる必要があるようなシステム
およびその関連する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】衛星
通信システムでは、（たぶん、無線電話送受器の形態を
しており、セルラー無線電話送受器と似ていないわけで
はない）使用者端末が、地上のワイヤおよびケーブルシ
ステムへ、または、他の無線電話システムへリンクされ
た地球局によって、電話の呼を確立するために、また
は、電話の呼を受信するために、衛星を介して、地上局
と通信することが知られている。

【０００３】地球の表面上の使用者端末の正確な位置を
確定することに関しては、２つの目的がある。第１に
は、必要なときに、特定の時間に特定の衛星から、使用
者端末への、または、使用者端末からの無線信号の送受
信方法を知るために、使用者端末が置かれている地球の
表面の部分をカバーするために、適切な衛星からの適切
なビームが選択され得るように、使用者端末の大体の位
置を知ることが必要である。第２には、衛星通信システ
ムでは、使用者端末が操作されている地域によっては、
電話をかけることの禁止や、局所的な請求書や、他の制
限が監視され得るために、課せられるべき必要な制限に
対して、十分正確に、使用者端末の位置を判断すること
が必要である。

【０００４】地球の表面上の使用者端末の位置を相当非
常に正確に決定するために、個々の端末が「衛星による
全地球測位」（ＧＰＳ）を使用する使用者端末を設ける
ことが知られている。そして、使用者端末は、地球局
へ、通信に関連する衛星（または複数の衛星）を介し
て、その正確な位置を送信する。上記正確な位置は、使
用者端末との通信動作の会計的なおよび機械的な特徴を
制御するために、その後に続く（使用者端末との）交信
において、地球局によって使用される。そのようなシス
テムの例は、１９９３年３月２７日にモトローラコーポ
レーションによって提出された欧州特許第０５６２３７
４号公報に見られることができる。ＧＰＳシステムは、
アクセスが非常に遅い傾向にあり、コスト的特性の非常
に洗練された受信器を必要とする。また、ＧＰＳ衛星
は、達成されるべき位置決定に対して十分な同時の数
（のＧＰＳ衛星）については、しばしば、使用者端末に
対して全体的にアクセス不可能で有り得る。加えて、位
置決定の精度は、衛星通信目的に対して実際に要求され
る精度をはるかに上回っている。送受器が通信とＧＰＳ
測定との両方を可能であるためには、そのようなシステ
ムは、送受器の強化された複雑さを要求する。

【０００５】従って、送受器または使用者端末を過度に
複雑にすることなく、および、ＧＰＳに接続された個々
の衛星システムを用意したり、または、該衛星システム
にアクセスしたりする必要なく、地球の表面における使
用者端末または送受器の位置が、通信および会計の目的
に対して十分正確に判断されるシステムおよび方法を提
供することが都合がよい。

【０００６】他のシステムにおいては、衛星が、使用者
端末からの無線通信を衛星を介して要求している地球局
に応答して、使用者端末からの送信を受信することと、
地球局が、分類目的のために、使用者端末からの応答に
おける遅延を使用すること、および、地球の表面上の使
用者端末の位置を一定の精度で判断するために、衛星の
位置および速度の予知と共に、使用者端末からの受信周
波数上のドップラーシフトを使用することが単に必要で
ある。

【０００７】不幸なことに、もし、使用者端末のコスト
が（携帯移動無線電話器における商売と密接に結びつい
た）現実的な制限において維持されるならば、使用者端
末内の水晶クロックまたは他の周波数発生源の精度は、
衛星電話器通信システムの動作に結び付けられた機能お
よび会計の特徴に対して、地球の表面上の使用者端末の
位置の判断の十分な精度に密接に結びついて成されるこ
とができない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】ある特徴によると、本発
明は、地球局が、衛星を通してメッセージを使用者端末
と交換するように動作し、かつ、使用者端末の位置を測
定するために、メッセージを前記衛星と交換するように
動作する衛星通信システムにおいて、前記使用者端末
は、既知自律的発信源からの既知時間に既知位置から送
られる信号を受信するように動作し、前記使用者端末
は、前記信号の到達の時間を記録するように動作し、前
記使用者端末は、到達の前記時間を、前記地球局へ通信
するように動作し、前記地球局は、前記自律的発信源と
前記使用者端末との間の距離を計算するように動作し、
前記地球局は、前記計算された距離を、前記使用者端末
の前記位置の評価内に、組み込むように動作することを
特徴とする衛星通信システムにある。

【０００９】他の特徴によると、本発明は、地球局が、
衛星を通してメッセージを使用者端末と交換するように
動作し、かつ、使用者端末の位置を測定するために、メ
ッセージを前記衛星と交換するように動作する衛星通信
システムの処理方法において、前記使用者端末が、既知
自律的発信源からの既知時間に既知位置から送られる信
号を受信するステップと、前記使用者端末が、前記信号
の到達の時間を記録するステップと、前記使用者端末
が、到達の前記時間を、前記地球局へ通信するステップ
と、前記地球局が、前記自律的発信源と前記使用者端末
との間の距離を計算するステップと、前記地球局が、前
記計算された距離を、前記使用者端末の前記位置の評価
内に、組み込むステップとを具備することを特徴とする
方法にある。

【００１０】本発明は、また、前記自律的発信源は、前
記信号内に、前記自律的発信源の識別子の表示を提供す
るように動作し、前記使用者端末は、前記識別子を検出
するように動作し、前記使用者端末は、前記地球局へ、
前記識別子の表示を伝達するように動作することを特徴
とするシステムおよび方法を提供する。

【００１１】本発明は、更に、前記自律的発信源は、前
記信号内に、前記自律的発信源からの前記信号の前記開
始時間の表示を提供するように動作し、前記使用者端末
は、前記地球局へ、前記自律的発信源からの前記信号の
前記開始時間の表示を伝達するように動作することを特
徴とするシステムおよび方法を提供する。

【００１２】本発明は、更に、前記自律的発信源は、前
記通信衛星によって占有される衛星群以外の衛星群内に
おける衛星であることを特徴とするシステムおよび方法
を提供する。

【００１３】本発明は、更に、前記自律的発信源は、航
法衛星であり得ることを特徴とするシステムおよび方法
を提供する。

【００１４】さらに、本発明は、前記自律的発信源は、
地上の低周波数時間局であり得ることを特徴とするシス
テムおよび方法を提供する。

【００１５】本発明は、更に、航法衛星は、複数の航法
衛星を具備する衛星群のうちの１つであることを特徴と
するシステムおよび方法を提供する。

【００１６】加えて、本発明は、また、前記使用者端末
は、信号が受信されることができる前記複数の航法衛星
のうちのいずれに対しても応答するように動作し、前記
地球局は、信号が前記使用者端末によって受信されるこ
とができる前記複数の航法衛星のいずれかに関して、前
記使用者端末から受信された情報に対して、応答するよ
うに動作することを特徴とするシステムおよび方法を包
含する。

【００１７】更に、本発明は、前記地球局は、前記使用
者端末へ信号を送ることの範囲内に潜在的に存在する前
記複数の航法衛星のうちの航法衛星を、前記使用者端末
へ表示するように動作し、前記使用者端末は、信号の潜
在的受信を、前記地球局によって示されるこれらの航法
衛星から起因する信号へ、制限するために、表示された
航法衛星に対して応答することを特徴とするシステムお
よび方法を提供する。

【００１８】加えて、本発明は、前記使用者端末へ信号
を送ることの範囲内に潜在的に存在する前記複数の航法
衛星のうちの航法衛星の前記表示は、前記通信衛星によ
る、前記通信衛星の通信範囲内の複数の使用者端末の全
てに対する同報通信であることを特徴とするシステムお
よび方法を提供する。本発明は、更に、前記使用者端末
は、前記地球局からのメッセージの受信時に、計時処理
を開始するように動作し、前記使用者端末は、前記自律
的発信源からの信号の受信時に、前記計時処理を終了す
るように動作し、前記使用者端末は、前記計時処理の測
定された経過時間を、前記使用者端末における前記信号
の到達の前記時間として、使用するように動作し、前記
地球局は、前記使用者端末における前記信号の到達の正
しい時間を推定するために、前記地球局と前記使用者端
末と間の前記通信衛星を介した伝搬遅延を使用するよう
に動作することを特徴とするシステムおよび方法を提供
する。

【００１９】本発明は、更に、前記使用者端末は、前記
自律的発信源からの複数の信号に応答するように動作
し、前記地球局は、前記自律的発信源からの信号の受信
の各瞬間を、前記使用者端末の前記位置の前記評価に組
み込むように動作することを特徴とするシステムおよび
方法を提供する。

【００２０】最後に、本発明は、前記使用者端末は、前
記複数の航法衛星のうちの各々からの複数の信号に応答
するように動作し、前記地球局は、前記複数の航法衛星
のうちの各々からの信号の受信の各瞬間を、前記使用者
端末の前記位置の前記評価に組み込むように動作するこ
とを特徴とするシステムおよび方法を提供する。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明は、一例として、添付図面
と結び付けられた以下の記載によって、さらに説明され
る。添付図面は以下の通りである。図１は、地球の周り
に配置された通信衛星群を二次元的に示す。図２は、直
交軌道平面内に通信衛星がどのように配置されているの
かを図解する。図３は、各通信衛星によって提供される
無線範囲の円錐体の構成を示す。図４は、多くの型の異
なる領域を生成するために、図３に示される無線範囲の
円錐体がどのようにして地球の表面と相互作用している
のかを示す。図５は、地球の表面上空の通信衛星の（上
からみた）図であり、地球に関する様々な動作を図解す
る。図６は、使用者端末と通信衛星との間の伝搬遅延を
判断するために、地球局が使用者端末へ通信衛星を介し
て信号を伝達する全体的な状況の概要図である。図７
は、通信衛星に対するドップラー周波数シフト測定の形
状を示す。図８は、通信衛星の相対的ドップラーシフト
および内部発振器誤差を判断するための（地球局と通信
衛星との間の）試験信号の交換を概要的に示したもので
ある。図９は、図８による調整された通信衛星が、同様
に、通信衛星と使用者端末との間の相対的なドップラー
シフトと、使用者端末内の内部発振器誤差とを判断する
ために、どのようにして使用されるのかを概要的に示し
たものである。図１０は、地球の表面上の使用者端末の
位置を測定するために、測定されたドップラー周波数シ
フトと伝搬遅延との交差線が、どのようにして使用され
るのかを示す。図１１は、位置の最良評価のために最適
な数のサンプルの導出を示すグラフである。図１２は、
特定の好ましい実施形態において、ドップラー周波数シ
フトの平均化のために最適な数の（導出された）サンプ
ルを示す図表である。図１３は、特定の好ましい実施形
態において、伝搬遅延の平均化のために最適な数の（導
出された）サンプルを示す図表である。図１４は、使用
者端末が２以上の通信衛星に直接アクセスする状況を示
す。図１５は、もし利用可能ならば、１つの通信衛星、
または、２つ以上の通信衛星を使用して、地球の表面上
の使用者端末の位置を判断する場合における地球局の動
作のフローチャートである。図１６は、地球の表面上の
使用者端末の位置を判断する際に、地球局がどのように
して計時された同報通信を併合することができるのかを
示すフローチャートである。図１７は、通信衛星が、航
法衛星または位置決定衛星との関係において示される図
１の拡張である。図１８は、本発明の全体的な環境を示
す概要図である。図１９は、本発明の計画全体における
使用者端末の動作のフローチャートである。図２０は、
図１９に関する地球局の動作全体のフローチャートであ
る。

【００２２】まず初めに、図１に注目する。図１は、地
球の周りに配置された通信衛星群を二次元的に示す。複
数の通信衛星１０は、地球１４の表面上空において、円
形軌道１２の周りに均一に配置されている。各々の通信
衛星１０は、個々の通信衛星１０が地平線上の１０度以
上の位置にある場合に、地球１４の表面上の装置との無
線通信を提供するように、設計されている。故に、各通
信衛星１０は、地球１４の表面と交差する無線範囲の円
錐体１６を提供する。地球の表面は、３つの型のエリア
を有する。第１の型のエリア１８は、たった１つの通信
衛星１０からの無線範囲を有するエリアである。第２型
のエリア２０は、２以上の通信衛星１０からの無線範囲
が存在するエリアである。最後に、第３型のエリア２２
は、示された軌道１２内の通信衛星１０から無線範囲を
受信しない。

【００２３】図２は、直交軌道平面内に通信衛星１０が
どのように配置されているのかを図解する。図１の第１
軌道１２は、図１に示される方法と同じ方法で、第２軌
道１２’の周りに配置された通信衛星１０を有する第２
軌道１２’によって補われる。軌道１２，１２’は、互
いに直交している。それぞれは、赤道２４に対して４５
度傾いており、かつ、互いに（９０度で）直交した平面
を有する。

【００２４】示された例において、通信衛星１０は、高
度１０３５５ｋｍにおいて、地球１４の表面の周りの軌
道を回っている。各軌道１２，１２’において、通信衛
星１０の軌道の高さおよび数は、他の値であってもよ
い。上記例は、最小数の通信衛星１０を用いて、北極２
６および南極２８に対してさえ、地球１４の全体的な無
線範囲を提供するので、この構成は好ましい。特に、第
１軌道１２内の通信衛星の無線範囲が存在しない第３型
のエリア２２に対して、第２軌道１２’の通信衛星１０
が無線範囲を提供するということ、および、第２の軌道
１２’の通信衛星１０が無線範囲を提供しない第３型の
これらのエリア２２に対して、第１の軌道１２内の通信
衛星１０が無線範囲を提供するということが、軌道の直
交によって保証される。そのような配置によって、地球
１４の表面上の全ての地点が常に認識可能な少なくとも
１つの通信衛星１０，１０’を有する、ということが保
証される。

【００２５】ここでは２つの軌道１２，１２’が同じ半
径であると示されているが、これ以前およびこれ以降に
記載されているように、本発明は、異なる半径の軌道１
２，１２’でも機能する。同様に、３以上の軌道１２，
１２’が存在してもよい。本発明に関する限り、地球１
４の表面の全ての部分が、全ての時刻において、少なく
とも１つの通信衛星１０からの無線範囲を受信している
ことのみが必要である。

【００２６】図３は、各通信衛星１０によって提供され
る無線範囲の円錐体１６の構成を示す。便宜上、無線範
囲の円錐体１６は、地球の地図上の緯度０度、経度０度
を中心として示されている。無線範囲の円錐体１６は、
通信衛星１０上の対応する複数の指向性アンテナによっ
て、複数のスポットビーム３０に分割されている。通信
衛星１０は、移動無線電話通信に向けられており、か
つ、各々のスポットビーム３０は、セルラー無線電話ネ
ットワーク内のセルに相当するものに、ほぼ対応してい
る。図３において、無線範囲の円錐体１６は、提供され
た地球の表面の地図の形状によって、歪められている。
図３は、また、地球表面への（即ち、円錐体１６がその
端における水平的な影響範囲を示す地点への）接面であ
る円錐体１６の端へ下がった無線範囲の円錐体１６の地
球の表面との交差の範囲を示す。それに対して、図１
は、地球の表面に対して最小高度１０度の円錐体１６を
示している。地球の湾曲によって、スポットビーム３０
は、中央においては、ほぼ均一の、わずかに重なった円
形をしている。ところが、端においては、スポットビー
ム３０の（地球１４の表面における）傾きの影響範囲
は、形の多量の歪を引き起こす。

【００２７】図４は、多くの型の異なる領域を生成する
ために、無線範囲の円錐体１６がどのようにして地球の
表面と相互作用しているのかを示す。図１を参照して説
明されるように、無線範囲の多数の円錐体１６は、たっ
た１つの通信衛星による無線範囲が存在する第１エリア
１８と、２つの通信衛星による無線範囲が存在する第２
エリア２０と、さらに、３またはそれ以上の通信衛星に
よって範囲が提供される第４エリア３２とを生成するた
めに、重なっている。図４に示される各々の（無線範囲
の）円錐体１６は、図３に示されるように、それ自身の
独立した組のスポットビーム３０に分割される。

【００２８】図５は、地球の表面上空の通信衛星１０の
（上からみた）図である。通信衛星１０は、電力供給の
ためのソーラーパネル３４と、複数の地球局３８のうち
の１つへ、大量の電話の信号量を送るダウンリンクアン
テナ３６と、地球局３８からの全般的な信号量を受信す
るアップリンクアンテナ４０と、使用者端末４４との通
信の提供を意図する（図３に示される）複数のスポット
ビーム３０を提供する加入者アンテナ４２とを具備す
る。使用者端末４４は、携帯セルラー無線電話器に似て
無くはない形態で提供される。使用者端末４４は、ま
た、陸上車両および船舶および飛行機内で使用される
（さらに複雑な）車両搭載装置を含む。

【００２９】この好ましい例で述べられるパラメータに
関して、通信衛星は（第１矢印４６によって示されるよ
うに）その軌道１２，１２’の周りを４．９ｋｍ／秒の
速度で移動する。地球１４の回転の移動を無視すると、
スポットビーム３０も、また、第２矢印４８によって示
されるような地上軌道に沿って、同様の速度で、地球１
４の表面を横切って移動する。通信衛星直下の地点は、
最下点（nadir）５０として知られている。同時に、地
球１４は、第３矢印５２によって示されるように、回転
している。その速度は、その赤道において０．４７ｋｍ
／秒の速度である。地上軌道４８に対して９０度の（地
上軌道４８に関する）方向は、第４矢印５４によって示
されるような交差軌道として示される。これ以降、使用
者端末４４の位置は、（最下点５０を基準とした）地上
軌道４８に沿った距離と交差軌道５４に沿った距離とを
参照して、定義される。

【００３０】図６は、地球局３８が使用者端末４４へ通
信衛星１０を介して信号を伝達する大まかな状況の概要
図である。地球局３８は、地球局３８の動作を制御する
地球局コントローラ５６を、さらに具備する。地球局３
８は、地球１４の表面上の第１点に配置されており、か
つ、通信衛星１０が地球局３８の範囲内にある場合、使
用者端末４４は、通信衛星１０の範囲内における（地球
の表面上の）いかなる他の点に存在していてもよい。地
球局３８は、図５のアップリンクアンテナ４０を介し
て、５１５０〜５２５０メガヘルツの帯域の周波数を使
用したアップリンク無線リンク５８を介して、通信衛星
１０と通信する。地球局３８は、図５のダウンリンクア
ンテナ３６を介して、周波数範囲６９７５〜７０７５メ
ガヘルツにおける信号を使用したダウンリンク無線リン
ク６０上の信号を（通信衛星１０から）受信する。

【００３１】使用者端末４４は、範囲２１７０〜２２０
０メガヘルツ内の周波数を使用した使用者端末ダウンリ
ンク６２を介して、（通信衛星１０から）信号を受信す
る。使用者端末４４は、周波数帯域１９８０〜２０１０
メガヘルツで動作する使用者端末アップリンク６４を介
して、メッセージおよび信号を通信衛星１０に送る。こ
れらの周波数は単なる一例であり、本発明は、アップリ
ンクおよびダウンリンクに対する他の多数の周波数を使
用して実行され得る。

【００３２】図６における（明確には示されていない）
暗黙の了解として、通信衛星１０は、それ自身の正確な
発振器を、好都合なものとしては水晶発振器の形態で具
備する。通信衛星１０は、上記発振器を、入力および出
力信号の周波数を変換するために使用し、かつ、周波数
を合成する場合に周波数参照として使用する。同様に、
使用者端末４４は、入力信号の周波数を変換し、かつ、
出力信号の周波数を合成するために、それ自身の内部合
成発振器を具備する。この内部合成発振器は、マスタ発
振器から生じ、好ましくは水晶発振器である。同様に、
地球局３８および地球局コントローラ５６は、それらの
間において、かなり正確な周波数参照および時間参照を
具備するか、また、該周波数参照および時間参照へのア
クセスを有する。これらの参照は、実際には、地球局３
８および地球局コントローラ５６内に具備されるか、ま
たは、地上線や他のサービスを介して他の場所から引き
出される。

【００３３】地球１４の表面上の地球局３８の正確な位
置は、非常に正確に知られている。同様に、通信衛星１
０の軌道１２，１２’のパラメータ、および、その軌道
内における通信衛星１０の（全ての瞬間における）位置
もまた、非常に正確に知られている。本発明が解決すべ
き目的である不確かな要素は、地球１４の表面上の使用
者端末４４の位置である。先に述べられなかったが、使
用者端末４４は、使用者端末アップリンク６４上におい
て加入者アンテナ４２に送信し、かつ、同様に、使用者
端末ダウンリンク６２上において加入者アンテナ４２か
ら受信する。通信衛星１０は、一度に、ただ１つの地球
局３８と通信状態にある。しかし、非常に多くの使用者
端末４４と通信状態にあってもよい。各使用者端末は、
図３に示される複数のスポットビームのうちのある特定
のスポットビーム３０内に存在する。

【００３４】通信衛星１０は、地球１４の表面に関して
（故に、地球局３８および使用者端末４４に関して）、
第５矢印６６に示されるように移動している。同様に、
地球１４の表面は、通信衛星１０の軌道１２，１２’に
関して、第６矢印６８によって大まかに示されるように
移動している。使用者端末４４と通信衛星１０との間の
信号交換と同様に、地球局３８と通信衛星１０との間で
交換された信号は、全て、地球局３８と使用者端末４４
とに関する（通信衛星１０の）移動に基づいて、ドップ
ラー効果によって生じた伝搬遅延および周波数シフトを
有している。地球１４の表面上の使用者端末４４の位置
を判断するために、本発明は、通信衛星１０の移動によ
る周波数内のドップラー効果を使用する手段と、伝搬遅
延の測定とに関する。

【００３５】使用者端末と通信衛星１０との間の伝搬遅
延を確定するために、伝搬遅延が、地球局３８と使用者
端末４４との間で測定される。地球局３８は、アップリ
ンク無線リンク５８上において、信号を通信衛星１０へ
送る。この信号は、今度は、使用者端末ダウンリンク６
２を介して、使用者端末４４へ送られる。地球局３８か
らの信号を受信すると、使用者端末は、予め決められた
期間待機し、そして、使用者端末６４およびダウンリン
ク無線リンク６０を介して、それ自身のメッセージを、
地球局３８へ返送する。地球局コントローラ５６は、地
球局３８がアップリンク無線リンク５８上でメッセージ
の送信を開始した時点からの、および、地球局３８がダ
ウンリンク無線リンク６０上で使用者端末４４からの応
答メッセージの受信を開始した時点からの時間の経過に
注目する。地球局コントローラ５６は、通信衛星１０を
通したアップリンク無線リンク５８から使用者端末ダウ
ンリンク６２上への信号に対する伝搬遅延時間と、それ
に対応して、通信衛星１０を通した使用者端末アップリ
ンク６４とダウンリンク無線リンク６０との間の伝搬遅
延とを知っている。同様に、地球局コントローラ５６
は、使用者端末４４が地球局３８からの受信されたメッ
セージに応答する前に、使用者端末４４によって使用さ
れる予め決められた経過時間を正確に知っている。地球
局３８からのおよび地球局３８へのメッセージの往復行
程における（様々なリンク５８，６０，６２，６４を介
した）無線波の実際の伝搬遅延を判断するために、これ
らの伝搬遅延と使用者端末４４の予め決められた遅延と
は、地球局コントローラ５６によって、全体の経過時間
から減算される。無線波は、常に、一定の光速で伝搬す
る。地球の表面上の地球局３８の位置が正確に知られて
おり、かつ、その軌道１２，１２’内における通信衛星
１０の位置もまた正確に知られているので、アップリン
ク無線リンク５８およびダウンリンク無線リンク６０上
の伝搬遅延の合計は正確に計算され得る。地球局コント
ローラ５６は、無線経路５８，６０，６２，６４に沿っ
たメッセージの伝搬に対する全体の経過時間を常に知っ
ている。全体の伝搬遅延から地球局３８と通信衛星１０
との間の無線経路５８，６０上の計算された遅延を減算
することによって、使用者端末４４と通信衛星１０との
間の伝搬遅延が正確に測定される。このことは、（伝搬
は完全に光速なので）通信衛星１０と使用者端末４４と
の間の直線距離が知られる、ということを意味してい
る。伝搬遅延に基づいて、使用者端末は、通信衛星１０
を中心とした球面のいかなる地点に存在してもよい。球
面は地球１４の表面と交差しており、かつ、使用者端末
４４は地球の表面上に存在するので、使用者端末４４の
位置は、地球１４の球面と通信衛星１０を中心とした測
定距離の階層との交差線上に存在すると推測される。

【００３６】図７は、通信衛星１０に対するドップラー
周波数シフト測定の形状を示す。通信衛星１０が第７矢
印７０によって示されるように移動すると、通信衛星１
０から送られた無線信号の周波数における変化、およ
び、使用者端末４４のような固定された発信源から通信
衛星１０によって受信された無線信号の知覚された周波
数における変化は、通信衛星１０と受信者との間の角度
の余弦に依存する。ここで、受信者とは、通信衛星から
の、または、通信衛星１０へ送信された無線信号の発信
源からの送信無線信号の受信者である。従って、もし、
予め決められたドップラー周波数変化に対して、これら
の領域を空間内にプロットすると、一連の同軸の円錐体
７２が得られる。これらの円錐体７２は、無限に広がり
ながら、それらの共通の頂点に通信衛星１０を有する。
また、これらの円錐体７２は、それらの共通の軸７４と
して、第７矢印７０によって示されるような（通信衛星
１０の移動の）方向を有する。図７は、有限の距離につ
いてのみ、広がる円錐体７２を示している。しかし、円
錐体７２が無限に広がることは明白である。同様に、図
７は、通信衛星１０がアプローチしている無線周波数受
信器または発振器について、通信衛星の「前方の」円錐
体のみを示す。同軸の円錐体７２の対応する組は、同じ
頂点と同じ軸を有する通信衛星の「後方へ」広がる。通
信衛星１０の「前方への」ドップラーシフトは、周波数
の増加によって示される。通信衛星１０の「後方への」
ドップラーシフトは、周波数の対応する減少によって示
される。特定のドップラー周波数シフトについて、円錐
体７２が地球１４の表面と交差すると、線がさらに定義
される。使用者端末４４はこの線に沿って配置される。

【００３７】図６を再び参照すると、ドップラー周波数
シフトの測定は（アップリンク無線リンク５８上の既知
周波数の信号を提供する）地球局３８によって実行され
る。通信衛星１０は、（それ自身の内部発振器を使用し
て）信号の周波数を変換し、かつ、変換された信号を、
使用者端末ダウンリンク６２上へ供給する。そして、使
用者端末４４は、使用者端末アップリンク６４を介し
て、信号を返信する。この信号は、もう一度、通信衛星
１０の内部発振器によって周波数が変換され、かつ、ダ
ウンリンク無線リンク６０を介して、地球局３８へ返送
される。地球局コントローラ５６は、ダウンリンク無線
リンク６０の信号の周波数を測定し、かつ、使用者端末
４４において、第５矢印６６によって示されるような通
信衛星１０の移動に起因するドップラー周波数シフトを
推定する。

【００３８】図８は、地球局３８と通信衛星１０との間
で生じる誤差およびドップラーシフトを調整するため
に、地球局３８および地球局コントローラ５６が通信衛
星１０と交信する方法の概要図である。地球局３８は、
アップリンク無線リンク５８上で、通信衛星１０へ、既
知周波数f(1)の信号を送る。通信衛星１０は、内部マス
タ発振器を有する。この内部マスタ発振器は、通信衛星
１０によって使用される全ての合成周波数を制御する。
もし、マスタ発振器が比例誤差ｍを有するならば、通信
衛星内においてマスタ発振器を使用して合成された全て
の周波数に、誤差が比例する。それによって、 f(actual)=(1+m)f(intended) f(actual) ：実際の周波数 f(intended)：意図された周波数 である。同様に、通信衛星１０は、地球局３８に関して
移動している。故に、比例するドップラーシフト（ｄと
称する）を導入すると、それによって、信号が、地球局
３８から通信衛星１０へ進んでも、または、通信衛星１
０から地球局３８へ進んでも、 f(received)=(1+d)f(sent) f(received)：受信された周波数 f(sent) ：送信された周波数 である。従って、もし、地球局が、アップリンク無線リ
ンク５８上において、通信衛星１０へ、周波数f(1)を送
るならば、ドップラーシフトによって、通信衛星は、周
波数 f(received at communication satellite)=f(1)(1+d) f(received at communication satellite)：通信衛星で
受信された周波数を受信する。ここで、通信衛星は、地
球局３８から受信された信号を、加入者アンテナ４２を
介した使用に適した周波数へ変換するために、周波数変
更器７６を使用する。そのように動作するために、通信
衛星１０は、地球局３８から（通信衛星１０で）受信さ
れた信号の周波数から減算されるべき意図された周波数
f(2)を合成する。意図された周波数f(2)は、通信衛星１
０上のマスタ発振器内の比例誤差の影響を受けるため、
f(2)(1+m)となる。故に、周波数変更器７６の出力は、
f(1)(1+d)-f(2)(1+m)であり、かつ、これは、加入者
アンテナ４２を介して、地球局３８へ返送される。しか
し、通信衛星１０は移動しており、故に、さらなるドッ
プラーシフトを与える。故に、加入者アンテナ４２から
地球局３８によって受信された周波数（f(R1)と称す
る）は、 f(R1)=(1+d)(f(1)(1+d)-f(2)(1+m)) によって与えられる。地球局コントローラ５６は、非常
に高い精度でf(R1)を測定する。故に、f(R1)，f(1)，f
(2)は全て既知の数である。しかし、mおよびdは既知で
ない。式f(R1)を拡張すると、 f(R1)=(f(1)-f(2))+d(2f(1)+d²f(1))-mdf(2)-f(2)m が得られる。２次の項d²f(1)およびmdf(2)は、他の項と
比較して重要でなく、無視することができる。

【００３９】従って、 f(R1)=f(1)-f(2)+d(2f(1)+(2)-mf(2)) である。通信衛星１０は、周波数f(3)で、第３信号を合
成する。第３信号は、ダウンリンク無線リンク６０を介
して、地球局３８へ送られる。第３信号f(3)は、通信衛
星１０におけるマスタ発振器の比例誤差の影響を受け
る。故に、ダウンリンク無線リンク６０上で送られる実
際の周波数は、(1+m)f(3)となる。通信衛星１０は移動
しているので、ダウンリンク無線リンク６０上の信号も
また、ドップラーシフトの影響を受ける。故に、ダウン
リンク無線リンク６０上において地球局３８で受信され
る周波数f(R2)は、 f(R2)=(1+d)(1+m)f(3) によって与えられ、故に、 f(R2)=f(3)+df(3)+mf(3)+mdf(3) である。２次の項mdf(3)は、他の項と比較して非常に小
さく、無視することができる。これにより、次の等式が
残る。 f(R1)=f(1)-f(2)+d(2f(1)-f(2))-mf(2) および、 f(R2)=f3(1+d+m) ここで、f(1)，f(2)，f(3)は正確に知られた数であり、
かつ、f(R1)およびf(R2)は、正確に測定され、故に、知
られている。これより、方程式が２つの未知数（即ち、
ｍおよびｄ）における２つの連立方程式に減少される。
従って、２つの式は、その未知数について解となる。

【００４０】図９は、地球局３８が、比例するドップラ
ーシフト誤差、および、使用者端末４４上のマスタ発振
器誤差を、どのようにして測定するのかに関する概要図
である。地球局３８および地球局コントローラ５６は、
図８を参照して説明されたように、最初に、通信衛星１
０を「較正する」。通信衛星１０の行動を予測できるな
らば、地球局３８は、その動作点を、地球１４の表面か
ら効果的に移動させ、かつ、その動作点を、通信衛星１
０に配置する。通信衛星１０は、地球局３８に関して、
使用者端末４４に関して示すドップラーシフトとは異な
るドップラーシフトを示す。地球局３８が通信衛星１０
を介して使用者端末４４から信号を受信し、かつ、地球
局３８が通信衛星１０を介して使用者端末４４へ信号を
送る２つの経路が存在することを単に示すために、加入
者アンテナ４２および周波数変更器７６は、通信衛星１
０において２回示される。

【００４１】第１に、地球局３８は、アップリンク５８
上で信号を送る。この信号は、周波数変更器７６によっ
て転置（transpose ）され、使用者端末ダウンリンク６
２上で、使用者端末４４へ送られる。使用者端末４４
は、使用者端末ダウンリンク６２上の信号の測定を行
い、その周波数を公称の指定の量によって転置し、ミキ
サー７６を介して転置され、かつ、ダウンリンク無線リ
ンク６０を介して地球局３８へ送られるように、転置さ
れた信号を、使用者端末アップリンク６４上で、加入者
アンテナ４２を介して、通信衛星１０へ再送信する。地
球局３８において、地球局コントローラ５６は、正確な
周波数の測定を行う。使用者端末４４は、また、既に説
明したように、通信衛星を介して、地球局３８および地
球局コントローラ５６に知られた公称周波数で、独立し
た送信を行う。

【００４２】反射の瞬間は、正確に同じ方法が、使用者
端末４４の誤差を測定するために、通信衛星を「較正す
る」ために使用された地球局３８として、「較正され
た」通信衛星１０を介して拡張された地球局３８によっ
て使用されるということを示す。１つのループバック周
波数測定と、公称合成周波数における１つの独立した信
号とが存在する。地球局コントローラ５６は、通信衛星
の「較正」のために訂正し、通信衛星１０から使用者端
末４４へのドップラーシフトを解決し、かつ、使用者端
末４４内のマスタ発振器における比例誤差を解決するた
めに、もう一度、２つの未知数における２つの等式を計
算する。

【００４３】図１０は、地球１４の表面上の使用者端末
４４の位置を突き止めるために、ドップラー周波数シフ
トおよび遅延がどのようにして使用され得るのかを示
す。図１０において、水平軸７８は、地上軌道に沿った
図５の第２矢印４８の方法における測定に対応してい
る。垂直軸８０は、図６の第４矢印５４によって示され
るような交差軌道に沿った測定に対応している。１つの
象限のみが示されている。これに示されるように、パタ
ーンは、４つの全ての象限において、軸について対称で
ある。

【００４４】図６を参照して説明されたように、遅延測
定は、一連の遅延区分線８２を生成する。遅延区分線８
２は、最下点５０を中心としてほぼ円を描く。最下点５
０は図１０の点（０，０）に対応する。ところが、遅延
区分線８２は、通信衛星を中心とした一定遅延の階層の
交差を示し、ドップラー区分線８４は、図７に関して説
明された複数の同軸円錐体７２の交差線を示す。図は、
使用者端末４４が置かれている（地球１４の表面上の）
位置に対応して、ドップラーシフトに関するドップラー
区分線について、ミリセカンドを単位として、与えられ
ている。同様に、遅延区分線８２に隣接する図は、特定
の遅延区分線８２に対する特定の遅延を、地球１４の表
面上の特定の位置に、ミリセカンドを単位として示す。
様々な図が度を単位として示されている。この単位
（度）は、もし、通信衛星１０がその位置に存在するな
らば、使用者端末４４から通信衛星１０への高度の角度
である。図１０は、１０度の最小高度までを示してい
る。この場合、１０度は、本発明の好ましい実施形態と
して与えられた例を維持する通信衛星通信システムの動
作の最小量である。

【００４５】図３および図４を参照して説明されたスポ
ットビーム３０のいくつかが、また、図１０に示され、
重ねて置かれている。スポットビーム３０は４つの象限
の全体を満たしている。図１０の過度の乱雑さと複雑さ
とを避けるために、少数のスポットビームのみが示され
ている。基本的に、図６を参照して説明された単一の遅
延測定と、図８および図９を参照して説明された単一の
ドップラー周波数シフト測定とに基づいて、その特定の
遅延区分線８２とドップラー区分線８４とが交差する地
点における地球１４の表面上の使用者端末４４の位置を
評価することは可能である。４つの象限が存在するの
で、使用者端末４４が４つの象限のうちのどの象限に置
かれているのかを判断することにおいて、曖昧の度合い
が存在する。これは、複数のスポットビーム３０のうち
のどのスポットビームが使用者端末４４から信号を受信
したのかを注目することによって、解決される。

【００４６】図１０において、ドップラー区分線８４
は、実際には、単一の線ではなく、一対の線として描か
れる。これは、測定における比例誤差を示している。最
下点５０の近くでは、ドップラー区分線８４内の線は、
共に接近しており、小さな比例誤差を示している。それ
に反して、水平軸７８によって示される地上軌道に沿っ
た大きな距離では、ドップラー区分線８４内の対の線
は、より広く離れていき、より大きな誤差を示してい
る。それに反して、遅延区分線８２もまた、対の線であ
り、測定の精度における不確かさを示すが、遅延区分線
内の対の線は、共に非常に接近している。（７８のよう
な水平によって示される）地上軌道に沿った大きな距離
におけるドップラー区分線８４内のかなり大きな誤差を
克服するために、平均化処理が行われている。

【００４７】図１１は驚くべき結果を示す。もし、通信
衛星１０の最下点５０に関する地球１４の移動に対して
修正が行われるならば、または、地球に関する通信衛星
１０の軌道速度の修正が行われるならば、図１１に示さ
れるように、（通信衛星１０に関する）使用者端末４４
の実際の位置は、実線８６で示されるように、時間と共
に一様に増加する。ドップラーシフトおよび遅延の各測
定は、予め決められた周期をとる。従って、実線８６に
よって示されるような位置誤差は、行われた測定の数と
共に、一様に増加する。測定された位置誤差は、よく知
られた統計学の原理によって、即ち、２乗の和の平方根
によって減少する。例えば、もし、１００個のサンプル
が得られた場合、平均誤差は、１／１０に減少する。も
し、１００００個のサンプルが得られた場合、平均誤差
は、１／１００に減少する。もし、１００００００個の
サンプルが得られた場合、平均誤差は、１／１０００に
減少する……等である。破線８８は、測定された位置誤
差の（サンプル数に対する）減少率を示している。

【００４８】点線９０は、破線８８と実線８６との和を
示し、サンプル数に対する実際の位置誤差を示してい
る。測定された位置誤差がその最小となり、測定数が少
なくなればなるほど、測定された位置誤差はより大きく
なり、測定数が多くなればなるほど、やはり、測定され
た位置誤差はより大きくなる最小領域９２が存在する。
最小領域９２は、完全に平坦であり、かつ、測定された
位置誤差がほぼ最小である間に値Ｎ（１）からＮ（２）
までの範囲が存在する。故に、数Ｎ（１）とＮ（２）と
の間で、測定数の最適数が選択され、これは、最良の位
置評価を与える。最適測定の正確な数は、初期測定誤差
にかなり依存している。しばらくの間、図１０に戻る
と、得られた測定の数によって位置誤差の改善を示す破
線８８の傾きは、平方根である。図１１のグラフを解明
するように（即ち、最適数の測定が生成されるために、
相対的に少ない数の測定が要求されるように）、遅延区
分線８２は、相対的に小さい誤差を伴って開始する。反
対に、破線８８の傾きが相対的に浅いように（即ち、位
置の誤差の最良の評価を達成するために、相対的に大き
な数の測定を要求するように）、水平軸７８によって示
される地上軌道に沿ったドップラー区分線８４は、相対
的に大きい。

【００４９】図１２は、本発明を図解する好ましい実施
形態に従って、ドップラーシフト測定に関する各々のこ
れらのスポットビーム３０に対して、使用者端末４４が
発見されたビームに依存して、各々のスポットビーム３
０のために得られるべき最適数の測定の第１象限表示で
ある。最適な測定の数は、９０から４２の範囲で変動す
る。もし、他のサンプリングレートおよび通信衛星軌道
高度が選択されたならば、他の最適数の測定が適用す
る。同様に、図１３は、図６を参照して説明されたよう
な遅延測定について、各々のスポットビーム３０に対す
る最適数の１区切りまたはサンプルを示す。驚くべきこ
とに、最適数のサンプルは、最下点の近くの２０１から
垂直線８０によって示される交差軌道に沿って変化し、
かつ、スポットビーム３０の周囲においては驚く程低い
値へ低下する。上記の説明は、通信衛星１０からの１つ
の無線範囲を有する（図１〜図４に示されるような）エ
リア１８に適用される。以下の説明は、通信衛星１０か
らの複数の無線範囲が存在する（図１〜図４に示される
ような）エリア２０に適用される。

【００５０】図１４は、地球１４の表面上の使用者端末
４４が２以上の通信衛星１０，１０’からの無線範囲を
有する状況を示す。理想的には、２つの通信衛星１０，
１０’は、共に、使用者端末４４と１つの地球局３８と
に対して認識可能である。しかしながら、通信衛星１
０’が、使用者端末４４に対して認識可能であるが、１
つの地球局３８に対しては認識不可能である、というこ
とが起こり得る。この他にも、他の通信衛星１０’は、
他の地球局３８’に対して認識可能である。両方の地球
局３８，３８’は、地上通信線９４によって結合されて
いるので、このことは問題ではない。地上通信線９４に
おいて、通信衛星１０，１０’および使用者端末から生
じたデータは、地球１４の表面上の使用者端末４４の位
置を判断する際に、地球局３８のうちの１つがマスタと
して動作するように地球局と交換される。

【００５１】もし、２以上の通信衛星１０，１０’が認
識可能ならば、または、近い過去において認識可能であ
ったならば、図７〜図１２を参照して説明されるような
ドップラー変動動作を実行する代わりに、図６，１０，
１１，１３を参照して説明されるような単純な時間遅延
測定が実行される。地球局３８，３８’は、各々の通信
衛星１０，１０’へ信号を送り、かつ、先に説明された
ように、通信衛星１０，１０’と使用者端末４４との間
の伝搬遅延を測定する。

【００５２】図６を参照して先に説明されたように、遅
延測定は、通信衛星１０に関する使用者端末４４の可能
な位置として、（各々の通信衛星１０，１０’上に中心
を置かれた）球面を生成する。この球面は、地球１４の
表面上の使用者端末４４に対して特有の位置を与えるた
めに、互いに交差し、かつ、地球１４の表面と交差す
る。この特有の位置は、上述されたように、ビームの識
別の曖昧さの解決を必要とする。もし、使用者端末が、
地球の表面上にあると仮定されると、たった２つの通信
衛星伝搬遅延が、使用者端末の絶対位置のために必要で
ある。もし、４以上の通信衛星１０，１０’がそのよう
に使用されるならば、使用者端末４４は、空間内に絶対
的に位置してもよく、また、地球１４の表面上の高度変
動を許可する。図１０の説明を参照すると、遅延区分線
８２は、特に、符号７８のような水平によって示される
地上軌道に沿った最下点５０からの極端な範囲におい
て、ドップラー区分線８４よりもかなり正確である。従
って、（図１４を参照して説明された）地球１４の表面
上の使用者端末４４の位置の測定の方法は、より正確で
ある。

【００５３】従って、本発明は、１または２以上の通信
衛星１０，１０’を使用して、使用者端末４４の位置が
どのようにして地球１４の表面上で判断されるべきであ
るのかということに関する。たった１つの通信衛星１０
が認識可能である場所では、図１０に示される分類方法
が使用される。２以上の通信衛星が認識可能である場
合、図１４に関連して説明された位置決定方法が使用さ
れる。これらの技術は、最初に、使用者端末４４の位置
のおおまかな評価を得るために使用される。ここで、図
１５に注目する。図１５は、通信衛星１０，１０’を使
用して、使用者端末４４に対して、大まかな評価位置判
断を実行する地球局３８，３８’のうちの１つにおける
地球局コントローラ５６の動作を示す。

【００５４】第１動作９６において、地球局３８は、あ
る種の使用者端末４４の要求を受信する。もし、第１判
断９８が、使用者端末４４からの呼を検出できないなら
ば、制御は、第１動作９６へ戻される。もし、地球局３
８が使用者端末４４によってポーリングされたことを、
第１判断９８が確定したならば、制御は、第２動作１０
０へ進められる。第２動作１００は、図６，９，１０を
参照して説明されたように、通信衛星１０を介して、使
用者端末４４へ送信を送る。図８の動作（即ち、通信衛
星が「較正される」動作）が既に実行されていることが
好ましい。もし、図８を参照して説明された動作が実行
されていないならば、第２動作１００は、通信衛星１０
の必要な較正を実行する。

【００５５】第２動作１００は、また、地球１４の表面
上の使用者端末４４の位置に関する推論を与えるため
に、地球局３８と使用者端末４４との間の相互送信に基
づいたドップラー周波数シフト測定および時間遅延測定
に起因する結果を分析する。（地球の表面上において使
用者端末４４の位置の近似評価を行う）地球局３８は、
使用者端末４４が２以上の通信衛星１０に対して認識可
能であるか否かを判断するための位置内に存在する。も
し、たった１つの通信衛星が認識可能であると、第２判
断１０２が判断したならば、制御は、第３動作１０４へ
進む。第３動作１０４は、複数のスポットビーム３０の
うちのどのスポットビームが使用者端末４４によって占
有されているのかを判断する。この情報は、また、使用
者端末４４からの信号がどのスポットビーム３０上で受
信されたのかに基づいて、地球局３８によって知られて
いる。

【００５６】制御は、第３動作１０４から第４動作１０
６へ進む。第４動作１０６では、それに関連する説明上
の図１２を参照して、使用者端末４４によって占有され
たスポットビーム３０に依存して、メッセージ交換によ
って最適数のサンプルが実行される。これは、図１１を
参照して説明されたように、位置決め時に最大の準備を
与える。第４動作１０６が、その必要な機能を実行する
と、制御は第５動作１０８へ進む。第５動作１０８で
は、図１１および図１４を参照して説明されたような遅
延測定のための最適数のサンプルのために、図６を参照
して説明されたような遅延測定が行われる。

【００５７】第４動作１０６および第５動作１０８は、
同時に実施される。サンプリング例の数は、特定のスポ
ットビーム３０に対して、図１２および図１３を参照し
て示されたようなドップラーシフトまたは遅延測定のた
めのどちらか大きい方である。結果は、より少ない数の
みについて、必要とされるより小さい数まで分析され
る。後の結果は破棄される。第４動作１０６と第５動作
１０８との関数の和は、図１０を参照して説明された位
置分析のスタイルに基づいて、最良の評価を与えること
が可能である。図１０では、一定時間遅延の球面と一定
ドップラーシフトの円錐体とが地球１４の表面に交差し
ている。第５動作１０８の終了後、制御は第６動作１１
０へ進められる。第６動作１１０では、全ての必要な通
信動作が実行される。この通信動作は、電話の呼び出
し、または、位置および状態の交信のための要求、また
は、必要とされる他の全てを含む。第６動作１１０の必
要な動作が終了したことを、第３判断１１２が示すと、
制御は第１動作９６へ戻る。第１動作９６では、地球局
３８は、もう一度、通信衛星１０を介して、使用者端末
４４に対し受信する。

【００５８】第２判断１０２へ戻り、１つだけではない
通信衛星の存在が検出されたならば、制御は第４判断１
１４へ進められる。第４判断１１４は、２以上の通信衛
星が存在するか否かを判断する。複数の利用可能な通信
衛星１０が存在することを、第４判断１１４が検出した
ならば、制御は第７動作１１６へ進む。第７動作１１６
では、地球局３８は、地球局コントローラ５６によっ
て、使用者端末４４が各通信衛星に対する複数のスポッ
トビーム３０の内のどのスポットビームにアクセス可能
であるかを、判断する。その後、制御は第８動作１１８
へ進む。第８動作１１８では、地球局３８は、図６とそ
れに関連する記載に従って、および、図１０および図１
３とそれらに関連する記載に従って、最適数の無線区切
りを、各通信衛星１０のために交換する。一旦、第８動
作１１８によって使用者端末４４の位置が判断される
と、制御は第６動作１１０へ進む。そして、その後、先
に説明したように、第１動作９６へ戻る。

【００５９】もし、第４判断１１４が利用可能な通信衛
星を発見しないならば（これは、まれな状況であるが、
環境的な障害によっては可能性がないわけではない）、
制御は第９動作１２０へ進む。第９動作１２０では、全
体的な動作が中断される。そして、制御は、第１０動作
へ進む。第１０動作では、地球局３８は、第２動作１０
０で実行された１区切りのドップラーシフトおよび遅延
の測定に基づいて、使用者端末４４の大まかな位置を仮
定する。第１０動作１２２の後、制御は、第６動作１１
０へ進む。第６動作１１０は、全ての必要な動作を実行
する。この場合、これは、地球局３８が使用者端末４４
との接続を確立することを試みるためのものか、また
は、たぶん、何もしないことさえある。そして、制御
は、第１動作９６へ戻る。

【００６０】図１６は、地球１４の表面における使用者
端末を位置決めするためのさらに他の方法において、地
球局３８と協力する使用者端末４４の動作を示す。個々
の通信衛星１０は、周期的な間隔で、全てのスポットビ
ーム３０上に、全ての使用者端末４４によって受信され
ることを意図された同報通信メッセージを送出する。各
通信衛星からの同報通信メッセージは、初めに、地球局
３８から生じ、かつ、その同報通信メッセージがどの通
信衛星から生じたのかを識別する情報を含む。図６を参
照して説明されたように、地球局は、地球局自身と通信
衛星１０との間の正確な距離を知っているので、同報通
信メッセージの送信の時間は、正確に知られる。同様
に、図１４に示されるように、異なる地球局３８’は、
異なる通信衛星１０’に対して、同報通信メッセージを
供給するように指示することができる。各地球局３８’
は、全ての時間において、通信衛星１０の位置を知って
おり、また、同報通信メッセージが生じた地球局３８，
３８’の識別子を知っている。他の方法として、同報通
信メッセージもまた、その同報通信メッセージが生じた
地球局を示す表示を含むことができる。

【００６１】いずれにしても、通信衛星１０から使用者
端末４４上への「伝搬遅延」測定の分類分けを効果的に
行うためには、使用者端末４４における同報通信メッセ
ージの到達時間を記録することと、どの通信衛星１０か
ら同報通信メッセージが生じるかを知ることとは、単に
必要である。もう一度述べるが、固定された遅延の階層
は、距離的には、中心となる通信衛星１０に関する使用
者端末４４の潜在的位置を説明し、かつ、使用者端末４
４は、通信衛星１０を中心とする階層と地球１４の表面
との交差線上に位置することができる。

【００６２】図１６にもう一度戻ると、第１１動作１２
４において、使用者端末は、通信衛星が受信されたこと
を第５判断１２６が検出するまで、通信衛星１０から同
報通信メッセージを受信する。そして、制御は第１２動
作１２８へ進む。第１２動作１２８では、使用者端末
は、内部クロックを使用して、メッセージが生じた特定
の通信衛星１０の識別子を伴って、通信衛星１０からの
メッセージの受信の瞬間を記録および記憶する。使用者
端末４４は、最も受信されそうにないいくつかの通信衛
星１０の記録を保持する。そして、制御は、第６判断１
３０へ進む。第６判断は、使用者端末４４が通信衛星１
０に対する応答を要求されているか否かを調べるため
に、チェックする。もし、応答が必要ないならば、制御
は、第１１動作１２４へ戻る。第１１動作１２４では、
使用者端末は、もう一度、通信衛星１０からの同報通信
メッセージを受信する。

【００６３】使用者端末４４が（たぶん通信または登録
目的のために）ある方法で応答することを要求されてい
ると、第６判断１３０が判断したならば、制御は、第７
判断１３２へ進む。第７判断１３２は、たった１つの通
信衛星１０が認識可能であるのか、または、２以上の通
信衛星１０が認識可能であるかを調べるために、チェッ
クする。このことは、第１２動作１２８において編集さ
れたリストから確定され得る。たった１つの通信衛星が
認識可能であることを、第７判断１３２が検出したなら
ば、制御は、第１３動作１３４へ進む。第１３動作１３
４では、使用者端末４４は、図６〜図１３を参照して示
されたように、遅延およびドップラー測定に応答する。
使用者端末４４は、また、地球局３８へ、第１２動作１
２８によって計算された）時間と受信された通信衛星１
０の識別子とのリストを送る。

【００６４】そして、地球局コントローラ５６は、これ
ら全ての測定を結合し、そして、地球１４の表面上の使
用者端末４４の位置を知る。次に、制御は、第１４動作
１３６へ進む。第１４動作１３６では、動作が終了した
ことを第８判断１３８が検出するまで、使用者端末４４
は、使用者端末４４に要求されているあらゆる動作を続
行する。この動作は、後に説明されているように、複数
の位置決定衛星のうちの１または２以上からのメッセー
ジ受信と、電話呼の確立および実行とを含む。そして、
制御を第１１動作１２４へ戻す。第１１動作１２４で
は、使用者端末４４は、通信衛星１０からのメッセージ
を受信する。２以上の通信衛星が存在することを、第７
判断１３２が検出したならば、制御は、第１５動作１４
０へ進む。第１５動作１４０では、使用者端末４４は、
図１４および図１５を参照して説明されたように、各々
の通信衛星１０，１０’からの伝搬遅延測定に応答す
る。使用者端末４４は、また、通信衛星同報通信メッセ
ージを受信および識別している間に、第１２動作１２８
で計算されたリストの内容を、地球局３８に対して報告
する。

【００６５】この時点において、使用者端末４４と交信
している地球局３８は、地球１４の表面に沿った使用者
端末４４の位置を判断するために十分な情報を有してい
る。第１５動作１４０が完了すると、制御は、第１４動
作１３６へ進む。第１４動作１３６は、使用者端末４４
が実行するように要求されているあらゆる動作を続行す
る。そして、第８判断１３８を介して、制御を第１１動
作１２４へ戻す。第１１動作１２４では、使用者端末４
４は、通信衛星１０からの同報通信メッセージを受信す
ることを続ける。もし、第１２動作１２８によって十分
な量の情報が列挙されたならば、かつ、使用者端末４４
が、終始、何等重大な距離を移動していないならば、地
球１４の表面上の使用者端末４４の位置は、第１２動作
１２８によって計算された記録に単純に基づいて、十分
かつ正確に測定される。故に、第１５動作１４０におい
て、認識可能な各通信衛星からの遅延を測定する必要
性、または、第１３動作１３４において、遅延測定と共
にドップラー測定を実行する必要性をなしで済ます。

【００６６】同様に、第１３動作１３４において、も
し、組み合わされた伝搬遅延測定とドップラー周波数シ
フト測定とが、（第１２動作１２８によって集められた
同報通信受信時間および通信衛星識別子のリストから判
断された）一定遅延の階層の交差に起因する位置に大ま
かに対応する位置を生じるならば、かつ、この後者の判
断がより正確ならば、地球局３８は、その地球局コント
ローラ５６を通して、その後者の判断を使用することを
選択する。第１２動作１２８によるリストの複雑さの他
の極端に重大な要素、および、第１３動作１３４と第１
５動作１４０とによるその報告されたものは、非常に単
純であり、それは、地球の表面上の使用者端末４４の位
置は（もはや使用者端末４４に対して認識可能でない）
通信衛星１０を使用して測定され得る、ということであ
る。このことは、位置判断のために使用される通信衛星
１０が使用者端末４４に対して認識可能であるべきこと
を要求する他の全ての方法とは対照的である。

【００６７】使用者端末４４は、内部クロックを具備す
る。このクロックは、当然のことながら、相対的な誤差
を有する。地球局３８は、地球局コントローラ５６との
組み合わせにおいて、非常に正確なクロックを有する。
第１２動作１２８で集められたリストを地球局３８が適
切に使用するためには、使用者端末上のクロックにおけ
る誤差を訂正することが必要である。これは非常に簡単
に行われる。地球局３８は、第１既知時点において、地
球局３８に対し使用者端末４４のクロック上の時間を示
すことを、使用者端末４４に対して要求する。地球局３
８は、地球局３８自身と使用者端末４４との間の伝搬遅
延を知っている。故に、応答時間は、使用者端末４４に
よって、非常に正確に知られる。使用者端末のクロック
がそうであるべきと信じる時間を記録した後、地球局３
８および地球局コントローラ５６は、予め決められた期
間（たぶん１秒）だけ待機し、かつ、使用者端末４４が
そうであると考える時間を地球局３８にもう一度告げる
ことを、要求する。故に、地球局３８は、使用者端末４
４上のクロックの特性変化の比率と、計算されたタイミ
ング誤差とが判断され得る２つの情報を有する。故に、
地球局３８は（地球局コントローラ５６を伴って）、既
知の特性変化および誤差を使用して、第１２動作１２８
によって生成されたリスト内に記録された時間を推定す
ることができる。そして、訂正された時間は、特定の同
報通信メッセージの（各通信衛星１０からの）送信の既
知の時間と比較される。そして、地球局コントローラ５
６は、各通信衛星と使用者端末との間の伝搬遅延を計算
できる。各通信衛星の位置は正確に知られているので、
同報通信を行っている特定の通信衛星からの使用者端末
４４の範囲を判断することは可能である。

【００６８】地球１４の表面上の使用者端末４４の位置
を判断するために、先に説明された測定は、単独で、ま
たは、複数で、または、いかなる組み合わせでも、使用
され得る。もし、２つの通信衛星が認識可能ならば、本
発明は、また、使用者端末４４の位置を判断するため
に、各々の通信衛星からのドップラー周波数シフト測定
を使用する可能性を具備する。

【００６９】ここまでは、本発明の説明は、使用者端末
４４の位置の評価を行うために通信衛星１０または衛星
１０，１０’が使用される初期フェイズに限定されてい
た。ここで、以下の説明は、複数の位置決定衛星のうち
の１または２以上から使用者端末４４によって受信され
る情報が、地球１４の表面上の使用者端末４４の位置の
決定の精度を著しく高めるために使用される方法を述べ
る。

【００７０】この点に対して、本発明の説明は、地球１
４の表面上の使用者端末４４の位置を測定するという目
的のために、通信衛星を使用する（本発明の）構成要素
に制限される。以下の説明は、地球１４の表面上の使用
者端末４４の位置の最良評価を（いかなる環境下におい
ても）得るために、他の遅延測定を組み込む（本発明
の）構成要素に関する。

【００７１】図１７は、図１上における拡張である。通
信衛星１０は、無線範囲の円錐体１６を与えながら、地
球１４の周りの軌道１２内に配置される。位置決定衛星
１４２の特別衛星群の構成要素は、地球１４の周りの他
の軌道１４４内に配置される。本発明のこの構成要素を
図解するために選択された位置決定衛星１４２は、地球
投影位置決定システム（ＧＰＳ）において使用される衛
星であるように、選択される。このＧＰＳは、ナビスタ
ー（Navstar ）によって提供され、かつ、１９９５年６
月２日にその第２版が発行されたそれらのサービスおよ
び信号仕様書にて説明されるようなものである。このシ
ステムにおいて、衛星群は、地球１４の周りで、６個の
軌道１４４に配置された２４個の位置決定衛星１４２を
具備する。各軌道１４４には４個の衛星１４２が存在
し、かつ、各々の軌道１４４は、赤道に対して５５゜の
角度で傾いている。

【００７２】以下の説明から明白になるように、この特
定のシステムは、本発明が実行されることができる方法
の１例にすぎない。本発明を実行するために要求される
全ては、既知位置の発信源１４２が既知時間において送
信を行うことができる、ということである。この例で与
えられる他の軌道１４４は、地球１４の表面からおよそ
２００００キロメートルにあり、かつ、位置決定衛星１
４２が１２時間で地球を一周することを可能とする。も
う一度述べるが、位置決定衛星１４２は、本発明が機能
するために、いかなる高さの軌道内でも使用される。

【００７３】図１８は、本発明が実行される環境を図解
する概要図である。使用者端末４４は、１または２以上
の通信衛星１０と接触している。この通信衛星１０は、
同様に、地球局３８およびそれに関連する地球局コント
ローラ５６と接触している。それらの間の相互作用は、
既に説明されている。加えて、使用者端末４４は、位置
決定衛星１４２からの送信を受信するように動作する。
使用者端末４４は、位置決定衛星１４２から地球局３８
およびそれに関連するコントローラ５６への送信に関す
る情報を中継するように動作する。地球局３８は、ま
た、直接送信によって、または、その衛星群における位
置決定衛星１４２のシステムの先行情報によって、位置
決定衛星１４２の軌道位置および行動を知っている。

【００７４】図１８では、２つの位置決定衛星１４２が
示されているが、使用者端末４４は、いかなるときで
も、全ての位置決定衛星１４２を見ることができなくて
も、１つの位置決定衛星１４２だけを見ることができて
も、同時に多くの位置決定衛星１４２を見ることができ
てもよい。図１８に示される状況は、限定的ではない。
既知位置における既知発信源から既知時間に送信された
信号を受信することに関する変形として、使用者端末４
４は、位置決定衛星１４２の代わりに、地球の表面上の
既知位置における固定サービス無線局１４３を、代用す
ることができる。そのような局は、送信の時間を与える
低周波数信号を提供し、かつ、他の用途中において、自
己調整クロックを動かすために使用される。（典型的に
は、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲内の）低周波数信
号は、大気の電離層から反射されるよりもむしろ、地球
１４の表面を渡って送られる。このため、この低周波数
無線波の伝搬速度は知られており、かつ、固定無線局１
４３からの距離は、その時間信号の受信における遅延を
測定することによって、測定されることができる。

【００７５】もう一度述べるが、位置決定衛星１４２上
の変形として、本発明の実施形態では、ＧＰＳ衛星１４
２は、他のいかなる航法衛星によっても、置き換えられ
ることができる。特に、旧ソビエト連邦（現ロシア共和
国）によって提供される別の航法衛星システムが存在
し、この航法衛星システムは、以下に説明されるような
正確に同じ方法で、使用されることができる。衛星１４
２が、既知時間または決定可能時間において使用者端末
によって捉えられるために、既知軌道を有し、かつ、信
号を送信する、ということだけが、要求される全てであ
る。

【００７６】位置決定衛星１４２に関するさらなる変形
として、位置決定衛星１４２が航法衛星であることは、
全く必要ない。他の衛星通信システムも同じように動作
するし、そのようなシステムは将来も存在するだろう。
各通信衛星システムは、その軌道パラメータが、地球局
３８，５６によって、知られることができ、かつ、測定
されることができる衛星を有する。衛星通信システム
は、周期的に、使用者端末または地上１４の他の装置を
ポーリングするか、または、問い合わせる。別の衛星通
信システムからの信号を使用して本発明が実行されるた
めには、本発明の使用者端末４４が別の衛星通信システ
ムからのポーリング信号または他の送信を検出すること
と、地球局３８，５６が送信時間および発信源位置を知
ることとが単に必要である。そのような別の衛星は、本
発明の通信衛星１０，１０’とは異なる衛星群内に存在
することによって、特徴つけられる。この定義は、本発
明によって使用されることができる衛星１４２の全ての
形式をカバーする。

【００７７】以上および以下に説明される位置決定信号
の全ての発信源１４２，１４３は、自律的である。即
ち、発信源１４２，１４３が送信する信号の時間および
特性は、使用者端末の地球局３８，５６からの制御のい
かなる形式下にもない。このことは、使用者端末４４と
地球局３８との間で通信衛星１０を介して交換される信
号とは対照的である。明瞭という目的のために、信号の
自律的な発信源は、その信号内容および送信時間が使用
者端末または地球局のいずれかからのいかなる制御下に
もない信号の発信源として、以上および以下に定義され
る。

【００７８】図１９は、本発明の範囲内における使用者
端末４４の動作のフローチャートを示す。エントリー
は、第１６動作１４６に続いている。第１６動作１４６
は、図１５および図１６のフローチャート内に他に示さ
れる動作に対応する。この方法では、地球の表面上の使
用者端末の位置の近似評価がなされる。もし、使用者端
末４４に認識可能な通信衛星１０が１つだけ存在するな
らば、使用者端末４４の位置を評価するために、遅延測
定とドップラーシフト測定との組み合わせが使用され
る。もし、２以上の通信衛星１０が利用可能ならば、使
用者端末４４と通信衛星１０との間の伝搬遅延の組み合
わせが使用される。

【００７９】図１９に説明されるような使用者端末は、
以上に説明される測定を達成するために、地球局３８お
よびその関連するコントローラ５６と協力する。地球１
４の表面上の使用者端末４４の位置を評価すると、制御
は、第１７動作１４８へ進む。第１７動作１４８では、
通信衛星１０に傾聴している使用者端末４４は、同報通
信送信が地球局３８から受信される時間を記録する。通
常の環境下において、使用者端末内のクロックは、位置
決定衛星１４２を伴って意味深い測定を行うために必要
な精度のいかなる標準よりかなり下である。しかしなが
ら、本発明は、使用者端末４４内の低品質クロックでさ
え、位置決定衛星１４２と相互作用するときに現実的な
結果を達成するために、位置決定衛星１４２からの信号
と組み合わせて使用される、ということを提供する。

【００８０】第１７動作１４８は、地球局１３８からの
同報通信の受信の時間を記録することによって、さらな
る測定のためのベンチマークを作成する。そして、制御
は、第１８動作１５０へ進む。第１８動作１５０では、
使用者端末４４は、範囲内に存在する全ての位置決定衛
星１４２からの信号を受信する。先に述べられたよう
に、もしかしたら、位置決定衛星１４２が範囲内に存在
しないかも知れない。一方、もしかしたら、多くの位置
決定衛星１４２が受信されることができる。

【００８１】制御は、第１９動作１５２へ進む。第１９
動作１５２では、使用者端末４４が位置決定衛星１４２
からの信号を受信した場合、使用者端末は、それ自身の
内部クロックを使用して、位置決定衛星１４２からの信
号が受信された時間を記録する。そして、制御は、第２
０動作１５４へ進む。第２０動作１５４では、使用者端
末４４は、位置決定衛星１４２からの信号から、まさし
く最小情報（即ち、受信された衛星の特定の位置決定衛
星１４２の識別子）を引き出す。

【００８２】そして、制御は、第２１動作１５６へ進
む。第２１動作１５６では、使用者端末４４は、経過時
間さもなくば（第１７動作１４８で実行された通信衛星
同報通信の受信と、位置決定衛星１４２からの信号の受
信の記録時間との間の）時間遅延を計算する。使用者端
末内のクロックは、元々、劣る調整のものであるである
が、差異は単なる第２の効果であるので、第１７動作１
４８での同報通信の受信における時間遅延と第１９動作
１５２での位置決定衛星１４２の信号受信の時間とを測
定することにおける誤差は非常に小さい。単に、２次の
効果が存在する。地球局３８からの同報通信メッセージ
の受信時に計時処理を開始し、かつ、位置決定衛星１４
２からの信号が受信されるときに計時処理を終了し、か
つ、上記開始と終了との間の経過時間を記録することに
よって、使用者端末４４は、地球局３８およびそのコン
トローラ５６にとって意味深い記録を生成する。地球局
３８，５６は、位置決定衛星１４２からの信号が使用者
端末４４に到達した瞬間を、かなりの精度で判断するた
めに、（通信衛星１０を介した使用者端末４４と地球局
３８との間の）伝搬遅延の情報、および、地球局３８に
おける実時間の正確な情報と共に、上記記録を使用でき
る。

【００８３】そして、制御は、第２２動作１５８へ進
む。第２２動作１５８では、使用者端末４４は、通信衛
星１０を介して、地球局３８およびその関連するコント
ローラ５６に、特定の位置決定衛星１４２の識別子を送
る。この特定の位置決定衛星１４２からの信号は、使用
者端末が識別した位置決定衛星１４２に対する測定され
た経過時間遅延と共に受信される。

【００８４】図２０は、図１９に示される使用者端末４
４の様々な動作に応答する地球局３８およびその関連す
るコントローラ５６の動作のフローチャートである。エ
ントリーは、第２３動作１６０へ続いている。第２３動
作１６０では、地球局３８は、通信衛星１０だけを使用
して地球１４の表面上の使用者端末４４の位置の近似評
価を達成するために、図１５および図１６を参照して他
に図解されるように協力する。

【００８５】このように、地球の表面上の使用者端末４
４の位置を大まかに確立すると、制御は、第２４動作１
６２へ進む。第２４動作１６２では、地球局３８および
その関連するコントローラ５６は、もし可能ならば、使
用者端末４４からの全てのメッセージを受信する。この
メッセージは、使用者端末４４への信号と（地球局３８
からの同報通信の使用者端末４４による受信と、使用者
端末４４が位置決定衛星１４２からの信号を受信する時
間との間の）遅延とを送る全ての位置決定衛星１４２の
識別子を示す。もし、位置決定衛星１４２が使用者端末
４４に対して全く認識可能でないならば、当然のことな
がら、第２４動作１６２は、行うべきことを何も持たな
い。しかしながら、第２４動作１６２は、遅延を記録
し、かつ、使用者端末４４が信号を受信した位置決定衛
星１４２のいくつかまたは全てを識別する。

【００８６】制御は、第２５動作１６４へ進む。第２５
動作１６４では、地球局３８およびその関連するコント
ローラ５６は、使用者端末４４において受信することが
できる各位置決定衛星１４２からの信号の到達の実際時
間を計算する。先に説明されたように、地球局３８は、
それ自身のかなり正確なクロックを使用して、地球局３
８が（通信衛星を介して、使用者端末４４へ）同報通信
を送る瞬間を知る。もう一度述べるが、先に説明された
ように、地球局３８およびその関連するコントローラ５
６は、地球局３８と使用者端末４４との間の（衛星１０
を介した）伝搬遅延を既に測定している。地球局３８か
らの使用者端末４４における同報通信メッセージの到達
の瞬間は、このようにして、地球局３８において正確に
知られる。地球局３８およびその関連するコントローラ
５６は、位置決定衛星１４２からの信号が使用者端末４
４に到達した正確な瞬間を確立するために、単に、使用
者端末４４による測定された遅延を、地球局３８からの
同報通信の到達の（計算された実際の）瞬間に加えなく
てはならない。

【００８７】位置決定衛星１４２からの各信号に対する
計算を行うと、制御は、第２６動作１６６へ進む。地球
局３８およびその関連するコントローラ５６は、位置決
定衛星１４２の衛星群の利用可能なパラメータを有す
る。このパラメータは、全ての瞬間における各位置決定
衛星１４２の正確な位置と、特定の位置決定衛星１４２
がその信号を送る瞬間とに関する情報を含む。これは、
位置決定衛星１４２に対するコントロールセンターから
のアクティブオンライン情報によって、コントローラ５
６内の内部参照から引き出されるか、または、図１８に
示されるように、位置決定衛星１４２からの（直接受信
による）信号を解釈することによって引き出される。即
ち、地球局３８およびそのコントローラ５６は、全ての
信号の送信の（位置決定衛星１４２の）位置と時間とを
監視するために、位置決定衛星１４２と直接に相互作用
できる。これは、使用者端末４４からの結果と比較する
ためである。この情報が得られる方法は、問題ではな
い。情報が利用可能であるということのみが、十分であ
る。

【００８８】各衛星の識別子から、位置決定衛星１４２
の衛星群に対する必要な物理的パラメータを決定する
と、制御は、第２７動作１６８へ進む。第２７動作１６
８では、各位置決定衛星１４２から使用者端末４４まで
の伝搬遅延が計算される。その後、第２８動作１７０
は、使用者端末４４が置かれることができる場所とその
交差点とを計算するために、位置決定衛星１４２がその
オリジナル信号を使用者端末４４へ送る瞬間における位
置決定衛星１４２の実際の位置の情報と、各位置決定衛
星１４２と使用者端末４４との間の計算された伝搬遅延
の情報とを使用する。

【００８９】そして、制御は、第２９動作１７２へ進
む。第２９動作１７２では、地球１４の表面上の使用者
端末４４の位置の最良評価が、利用可能な測定に基づい
て行われる。例えば、もし、たった１つの通信衛星１０
が認識可能であり、かつ、位置決定衛星１４２が認識可
能でないならば、１つの通信衛星に対する使用者端末４
４へのドップラーシフト測定と伝搬遅延測定との組み合
わせが受け入れられるが、その確実性レベルは非常に低
い。もし、２つの通信衛星１０，１０’が認識可能であ
り、しかし、位置決定衛星１４２が認識可能でないなら
ば、地球１４の表面上の使用者端末４４の位置を評価す
るために、遅延測定の組み合わせが使用されるが、その
確実性レベルは低い。もし、２つの通信衛星１０と１つ
の位置決定衛星１４２とが同時にアクセス可能ならば、
または、たった１つの通信衛星１０と１つの位置決定衛
星１４２とが同時にアクセス可能ならば、地球１４の表
面上の使用者端末４４の評価された位置は、計算される
ように、中間の確実性レベルで与えられる。

【００９０】もし、２または３以上の位置決定衛星１４
２がアクセス可能ならば、最終結果を確実性の高い度合
いで達成するために、地球１４の表面上の使用者端末４
４の（位置決定衛星１４２による）位置評価が、さらな
る重み付けと共に、および、１または複数の通信衛星１
０からの位置評価とそれら通信衛星１０の位置情報との
重み付けを減少することと共に、確実性の高い度合いで
得られるか、または、通信衛星１０と位置決定衛星１４
２との両方が考慮される。

【００９１】図１９および図２０は、連続して起こる様
々な動作を示しているが、位置決定衛星１４２に関する
情報は、第１６動作１４６および第２３動作１６０の実
行前か実行中か実行後において、集められることができ
る。同様に、いまだ受信していない位置決定衛星１４２
からのさらなる情報は、使用者端末４４に対する位置評
価を改善するために、いつでも、加えられることができ
る。同様に、使用者端末４４は、地球局３８が使用者端
末４４によって（サービスについて）問い合わされる前
に、位置決定衛星１４２からの信号を受信することによ
って得られる結果を記憶できる。それによって、非常に
迅速かつ正確な位置決定を行う。

【００９２】ここに与えられる本発明の例では、使用者
端末４４は、たとえ、位置決定衛星１４２および通信衛
星１０が異なる周波数上にあっても、位置決定衛星１４
２および通信衛星１０からの信号を受信できなければな
らない。与えられる例では、位置決定衛星１４２は、ほ
ぼ１６００ＭＨｚでその信号を送る。一方、通信衛星１
０との交信周波数は、約２０００ＭＨｚである。もし、
本発明が（他のサービスプロバイダからの信号のよう
な）通信衛星の別の衛星群からの信号を使用して実行さ
れるならば、全ての信号が２０００ＭＨｚで、または、
２０００ＭＨｚ近傍であることが可能である。もし、
（低周波数無線局１４３のような）固定地上時間発信源
が使用されるならば、ＬＦ受信器が、使用者端末４４内
に組み込まれなければならない。

【００９３】上に与えられる例では、使用者端末４４の
位置の評価は、各位置決定衛星１４２からのたった１つ
の遅延測定を使用して、行われる。本発明は、また、各
位置決定衛星１４２からの複数の測定に基づいて、使用
者端末４４の位置が評価されることを包含する。

【００９４】さらに、信号の発信源１４２，１４３が、
また、発信源１４２，１４３が信号を送る瞬間の表示を
提供し、その信号が、使用者端末４４によって受信さ
れ、発信源１４２，１４３によって送られる場合、本発
明は、また、使用者端末４４が送信の瞬間の表示を検出
することと、地球局３８，５６による使用のために地球
局３８，５６へその表示を送ることとを包含する。その
ような情報は、発信源が地上無線局１４３である場合
に、最も非常に有用である。この地上無線局１４３の位
置は、常に固定され、かつ、その通常送信は、単にタイ
ムスタンプを必要とする。

【００９５】追加の特徴として、地球局３８，５６が使
用者端末の位置を確実性の高い度合いで確立できる場
合、地球局３８，５６は、使用者端末４４によって表示
されるべきメッセージを使用して、または、合成された
音声メッセージによって、使用者端末４４の測定された
位置の表示を使用者端末４４へ送ることができる。それ
によって、使用者端末４４は、そのように動作する固有
の能力を有しないにもかかわらず、位置決定装置として
使用可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 通信衛星の平面的な配置例を示す説明図であ
る。

【図２】 通信衛星の直交軌道の一例を示す説明図であ
る。

【図３】 無線範囲の円錐体の一例を示す説明図であ
る。

【図４】 無線範囲の相互作用の一例を示す説明図であ
る。

【図５】 通信衛星の各回転動作の一例を示す説明図で
ある。

【図６】 通信衛星を介した信号伝達の一例を示す説明
図である。

【図７】 同軸上の円錐体群の一例を示す説明図であ
る。

【図８】 通信衛星を調整する際の試験信号の一例を示
す説明図である。

【図９】 調整された通信衛星の使用方法の一例を示す
説明図である。

【図１０】 ドップラー周波数シフトと伝搬遅延との関
係例を示すグラフである。

【図１１】 最適数のサンプルの導出方法の一例を示す
グラフである。

【図１２】 ドップラー周波数シフトの平均化のために
最適数のサンプルを示すグラフである。

【図１３】 伝搬遅延の平均化のために最適数のサンプ
ルを示すグラフである。

【図１４】 ２以上の通信衛星にアクセスする状況の一
例を示す説明図である。

【図１５】 使用者端末の位置を判断する際の地球局の
動作例を示すフローチャートである。

【図１６】 使用者端末の位置を判断する際の地球局の
動作例を示すフローチャートである。

【図１７】 通信衛星と航法衛星または位置決定衛星と
の関係を示す説明図である。

【図１８】 本発明の全体的な環境を示す説明図であ
る。

【図１９】 本発明の使用者端末の動作例を示すフロー
チャートである。

【図２０】 図１９に関する地球局の動作例を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１０，１０’……通信衛星、 １２，１２’……軌道、
１４……地球、１６，７２……円錐体、 ２４……赤
道、 ３０……スポットビーム、３６……ダウンリンク
アンテナ、 ３８，３８’……地球局、４０……アップ
リンクアンテナ、 ４２……加入者アンテナ、４４……
使用者端末、 １４２……航法衛星、 １４３……地上
無線局

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地球局が、地球局に関して移動する通信
   衛星を通してメッセージを使用者端末と交換するように
   動作し、かつ、使用者端末の位置を測定するために、メ
   ッセージを前記通信衛星と交換するように動作する衛星
   通信システムにおいて、 前記使用者端末は、既知自律的発信源からの既知時間に
   既知位置から送られる信号を受信するように動作し、 前記使用者端末は、前記信号の到達の時間を記録するよ
   うに動作し、 前記使用者端末は、到達の前記時間を、前記通信衛星を
   介して、前記地球局へ通信するように動作し、 前記地球局は、前記自律的発信源と前記使用者端末との
   間の距離を計算するように動作し、 前記地球局は、前記計算された距離を、前記使用者端末
   の前記位置の評価内に、組み込むように動作し、 前記位置は、さもなければ、前記通信衛星を介した前記
   地球局と前記使用者端末との間のメッセージの前記交換
   によって引き出されることを特徴とする衛星通信システ
   ム。
2. 【請求項２】 請求項１記載のシステムにおいて、 前記自律的発信源は、前記信号内に、前記自律的発信源
   の識別子の表示を提供するように動作し、 前記使用者端末は、前記識別子を検出するように動作
   し、 前記使用者端末は、前記地球局へ、前記識別子の表示を
   伝達するように動作することを特徴とするシステム。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２のいずれかに記
   載のシステムにおいて、 前記自律的発信源は、前記信号内に、前記自律的発信源
   からの前記信号の前記開始時間の表示を提供するように
   動作し、 前記使用者端末は、前記地球局へ、前記自律的発信源か
   らの前記信号の前記開始時間の表示を伝達するように動
   作することを特徴とするシステム。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれかに記載
   のシステムにおいて、 前記自律的発信源は、前記通信衛星によって占有される
   衛星群以外の衛星群内における衛星であることを特徴と
   するシステム。
5. 【請求項５】 請求項４記載のシステムにおいて、 前記自律的発信源は、航法衛星であることを特徴とする
   システム。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項３のいずれかに記載
   のシステムにおいて、 前記自律的発信源は、地上の低周波数時間局であること
   を特徴とするシステム。
7. 【請求項７】 請求項５記載のシステムにおいて、 前記航法衛星は、複数の航法衛星を具備する衛星群のう
   ちの１つであることを特徴とするシステム。
8. 【請求項８】 請求項７記載のシステムにおいて、 前記使用者端末は、信号が受信されることができる前記
   複数の航法衛星のうちのいずれに対しても応答するよう
   に動作し、 前記地球局は、信号が前記使用者端末によって受信され
   ることができる前記複数の航法衛星のいずれかに関し
   て、前記使用者端末から受信された情報に対して、応答
   するように動作することを特徴とするシステム。
9. 【請求項９】 請求項８記載のシステムにおいて、 前記地球局は、前記地球局と前記使用者端末との間の前
   記通信衛星を介したメッセージの前記交換による前記使
   用者端末の前記位置の前記測定に基づいて、前記使用者
   端末へ信号を送ることの範囲内に潜在的に存在する前記
   複数の航法衛星のうちの航法衛星を、前記使用者端末へ
   表示するように動作し、 前記使用者端末は、信号の潜在的受信を、前記地球局に
   よって示されるこれらの航法衛星から起因する信号へ、
   制限するために、表示された航法衛星に対して応答する
   ことを特徴とするシステム。
10. 【請求項１０】 請求項９記載のシステムにおいて、 前記使用者端末へ信号を送ることの範囲内に潜在的に存
    在する前記複数の航法衛星のうちの航法衛星の前記表示
    は、前記通信衛星による、前記通信衛星の通信範囲内の
    複数の使用者端末の全てに対する同報通信であることを
    特徴とするシステム。
11. 【請求項１１】 請求項１から請求項１０のいずれかに
    記載のシステムにおいて、 前記使用者端末は、前記地球局からのメッセージの受信
    時に、計時処理を開始するように動作し、 前記使用者端末は、前記自律的発信源からの信号の受信
    時に、前記計時処理を終了するように動作し、 前記使用者端末は、前記計時処理の測定された経過時間
    を、前記使用者端末における前記信号の到達の前記時間
    として、使用するように動作し、 前記地球局は、前記使用者端末における前記信号の到達
    の正しい時間を推定するために、前記地球局と前記使用
    者端末と間の伝搬遅延を使用するように動作することを
    特徴とするシステム。
12. 【請求項１２】 請求項７から請求項１０のいずれかに
    記載のシステム、または、請求項１１が請求項７から請
    求項１０のいずれかに記載のシステムに従属する場合の
    請求項１１記載のシステムにおいて、 前記使用者端末は、前記複数の航法衛星のうちの各々か
    らの複数の信号に応答するように動作し、 前記地球局は、前記複数の航法衛星のうちの各々からの
    信号の受信の各瞬間を、前記使用者端末の前記位置の前
    記評価に組み込むように動作することを特徴とするシス
    テム。
13. 【請求項１３】 請求項７から請求項１０のいずれかに
    記載のシステム、または、請求項１１が請求項７から請
    求項１０のいずれかに記載のシステムに従属する場合の
    請求項１１記載のシステムにおいて、 前記使用者端末は、前記複数の航法衛星のうちの各々か
    らの複数の信号に応答するように動作し、 前記地球局は、前記複数の航法衛星のうちの各々からの
    信号の受信の各瞬間を、前記使用者端末の前記位置の前
    記評価に組み込むように動作することを特徴とするシス
    テム。
14. 【請求項１４】 地球局が、地球局に関して移動する通
    信衛星を通してメッセージを使用者端末と交換するよう
    に動作し、かつ、使用者端末の位置を測定するために、
    メッセージを前記通信衛星と交換するように動作する衛
    星通信システムの処理方法において、 前記使用者端末が、既知自律的発信源からの既知時間に
    既知位置から送られる信号を受信するステップと、 前記使用者端末が、前記信号の到達の時間を記録するス
    テップと、 前記使用者端末が、到達の前記時間を、前記通信衛星を
    介して、前記地球局へ通信するステップと、 前記地球局が、前記自律的発信源と前記使用者端末との
    間の距離を計算するステップと、 前記地球局が、前記計算された距離を、前記使用者端末
    の前記位置の評価内に、組み込むステップとを具備し、 前記位置は、さもなければ、前記通信衛星を介した前記
    地球局と前記使用者端末との間のメッセージの前記交換
    によって引き出されることを特徴とする方法。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の方法を実行するよう
    に構成された使用者端末。