JPH1174827A - 衛星端末とその位置決定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 端末の始動時間を潜在的に長い期間からほん
の短い期間に低減することである。 【解決手段】 端末４４の位置を計算するために、端末
４４が複数の航法衛星１４２から時刻および軌道情報を
受信するように作動する航法衛星位置決めシステムにお
いて、端末４４に、複数の航法衛星１４２の内のいずれ
が端末４４の範囲内にあるかを知らせるように作動し、
かつ、端末４４により、それに応答して、複数の航法衛
星１４２の内の範囲内にあるもののみを聴取する通信ネ
ットワークを含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、地球上の端末
が、該端末の位置を測定するために正確に使用され得る
複数の航法衛星からの信号を受ける位置測定システムお
よび方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】端末が軌道航法衛星からの信号を受ける
ことができ、それによって、地球上の端末の位置が、数
メートル以下の範囲内の精度で測定され得る。そのよう
なシステムの１つは、ナヴスター（NAVSTAR：商標）Ｇ
ＰＳ（「衛星による全地球測位」）システムである。端
末は、それが受信することができる任意の航法衛星から
の信号を受信する。航法衛星は近くにある全ての端末に
対して同報通信する。メッセージは、航法衛星から端末
へ送られるだけである。衛星は、その識別子、同報通信
が送られた正確な時刻および航法衛星の軌道に関する夥
しい詳細を伝送する。端末は、航法衛星からデータが受
信された時刻を記録していて、その識別子と軌道の詳細
を記憶する。端末は、それ自体のクロックの不正確さを
追加の衛星からのデータを処理することによって解決す
る。

【０００３】同報通信が受信された瞬間において、航法
衛星の正確な位置を軌道データから計算することによ
り、そして、同報通信が送られた時刻とそれが受信され
た時刻との間の遅れを得るために、これを同報通信が受
信された時刻と比較することにより、端末は航法衛星と
それ自体との間の伝播遅延を計算することができる。こ
の伝播遅延は、同報通信が行われた瞬間における航法衛
星と端末との間の測定された距離を表している。多くの
異なる航法衛星を聴取することにより、端末は、位置決
定を与えるためにそれらとの間において三角測量により
測量することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＧＰＳシステムは、疑
いなく効果的であるが、多くの欠点を有している。第１
に、信号の衝突を回避するために、航法衛星は、適当に
直交展開シーケンス(orthogonal spreading sequence)
により分離された異なるチャンネルに同報通信する。最
初にスイッチが入れられたときに、その位置のいかなる
認識およびいかなる航法衛星の現在位置をも有していな
い端末に、その位置を確立させるために、端末は、全て
の既知の航法衛星チャンネルにおける全ての航法衛星に
ついて受信することが必要である。ＧＰＳシステムが多
くの衛星を有しているとすれば、そして、ほんの一握り
の航法衛星が位置決定に対して必要とされているとすれ
ば、このことは、甚だしい非効率であることを示し、か
つ、十分な数の衛星が走査され、受信器のクロックの不
正確さが解決されるために、「非作動(cold)」端末で３
０分に及ぶ間、待つ必要がある。この発明は、「非作動
状態からの」端末の始動時間を潜在的に長い期間からほ
んの短い期間に低減することができるシステムおよび方
法、ならびに、このシステムにおいて使用される端末を
提供することを求めるものである。

【０００５】軍事用に起源を有するために、敵に端末の
位置を暴露しないように、ＧＰＳ端末は発信しないこと
が好ましい。この発明は、衛星通信システムに、端末を
組み込むことを求める一方、それにもかかわらず、衛星
通信システムにおいて、端末が発信することを要求され
または航法衛星のための軌道シミュレーションを実行す
ることを要求されるいかなる必要性もなしに、非作動の
端末からの始動時間を大幅に低減することができる手段
を提供することをも求めるものである。

【０００６】航法衛星は、相当な速度で移動することが
できる。航法衛星が、端末に近づいている場合には、こ
のことは、同報通信信号の伝送周波数におけるドップラ
ー効果の増加に帰結することになる。同様に、航法衛星
が、端末から遠のいている場合には、このことは同報通
信信号の周波数におけるドップラー効果の減少に帰結す
ることになる。端末は、どの周波数における同報通信が
航法衛星からのものであるかを正確に確かめることがで
きない。この発明は、端末を通信衛星システムに含める
ことにより、端末が発信する必要なしに、航法衛星信号
の獲得を迅速に達成するように、この不確かさを除去す
ることを求めるものである。

【０００７】航法衛星位置決定システムのための全ての
端末に共通して、ＧＰＳ端末は、強力なデータプロセッ
サである。該ＧＰＳ端末は、その同報通信を受信するこ
とができる各航法衛星についてのかなり多くの軌道デー
タを組立なければならない。その後、端末は、その位置
を計算するために、多くの航法衛星からの全てのデータ
を処理することが必要である。このことは、通常、コス
トおよび大きさが問題とはならない軍事用のシステムに
対しては問題とはならないが、一般国民の市場ではコス
トおよび大きさが最も重要な要因である。

【０００８】これは、しばしば、必要な計算および機能
を奏することが事実上可能ではあるけれども、それを行
うために多大な時間がかかる小さいマイクロプロセッサ
のみが端末に備えられるという結果となる。最終的な結
果は、非作動の状態から使用者に結果を提供するために
非常に長い時間がかかる携帯端末である。通信ネットワ
ーク内に端末を組み込むことにより、この発明は、非常
に簡易かつ経済的な端末が使用され得るように、端末を
この負担から解放することを求めるものである。

【０００９】「稼働中の」端末でさえも、それが位置の
更新を必要とするときには問題を有する。端末使用者は
急いでいるかも知れない。端末使用者は、正確な位置決
定を必要としないかも知れない。それにもかかわらず、
このことは、全ての使用者が被る可能性がある。端末使
用者は、その位置における以前の決定を有しているにも
かかわらず、端末が「非作動状態からの」ルーチンの全
体または一部を実行し終わるまで待たなければならな
い。この発明は、端末を衛星通信ネットワーク内に組み
込むことにより、端末使用者が、航法衛星を用いて得る
ことができる最も速いものよりもずっと速く、該端末使
用者の位置の非常に迅速な更新または確認を達成するこ
とができる。

【００１０】端末は、その無線経路が建造物や地理的な
地形やその他のこれに類するものによって遮られる場合
のように、満足に受信できない場所に自分がいることに
気がつくこともある。これらの状況下においては、十分
な数の航法衛星からの信号を位置決定のために受信する
ことができない。この発明は、端末が、最小のものとし
て、少なくとも１つの航法衛星と１つの通信衛星を見る
ことができるという条件で、端末の位置を発見すること
ができる手段を提供することを求めるものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】１つの特徴によれば、こ
の発明は、航法衛星位置決めシステムにある。このシス
テムでは、端末が、該端末の位置を計算するために、複
数の航法衛星から時刻および軌道情報を受信するように
機能し、該システムは、該端末の範囲内に複数の航法衛
星の内のいずれの端末があるかについて、前記端末に情
報を与えるように作用する通信ネットワークを含み、前
記端末が、それに応じて、前記複数の航法衛星の内の範
囲内のもののみを受信することを特徴としている。

【００１２】他の特徴によれば、この発明は、航法衛星
位置決めシステムにおける使用方法にある。この方法
は、端末の位置を計算するために複数の衛星から時刻お
よび軌道情報を受信するように端末が作用し、前記方法
は、前記複数の航法衛星の内のいずれが前記端末の範囲
内にあるのかについて、前記端末に情報を与えるために
通信ネットワークを使用するステップと、前記端末が、
それに応じて、前記複数の航法衛星の内の範囲内のもの
のみを受信するように応答することとを特徴としてい
る。

【００１３】他の特徴によれば、この発明は、航法衛星
位置決めシステムにおいて使用される端末にある。前記
端末は、該端末の位置を計算するために複数の航法衛星
から時刻および軌道情報を受信するように作用する。前
記端末は、前記複数の航法衛星の内のいずれが前記端末
の範囲内にあるかについて前記端末に情報を与えるよう
に作用する通信ネットワーク内に含められること、およ
び前記端末が、それに応じて、前記複数の航法衛星の内
の範囲内のもののみを受信するように作用することを特
徴としている。

【００１４】この発明およびその実施形態は、システム
および方法、および該システムにおいて使用するための
端末をも提供し、該端末は、該端末のための概略の位置
を確立するために通信ネットワークとメッセージを交換
し、前記通信ネットワークは、概略の位置の認識に応じ
て、複数の航法衛星の内のいずれが前記端末の範囲内に
あるかを計算し、通信ネットワークは、端末に複数の航
法衛星の内のいずれが該端末の範囲内にあるかについて
情報を与える。この発明を装備することにより、端末
が、簡単に見ることのできない航法衛星からの信号を探
索する時間を浪費せず、これによって位置決定をスピー
ドアップすることを保証している。

【００１５】この発明およびその実施形態は、システム
および方法、および該システムにおいて使用するための
端末をさらに提供し、通信ネットワークは、隣接する無
線ビームの配列を供給し、通信ネットワークは、各ビー
ム内に、複数の航法衛星の内のいずれが、そのビーム内
の端末の範囲内にあるかに関する情報を周期的に同報通
信する。好ましい実施形態では、通信ネットワークは１
つの配列の中に１６３本のビームを有している。この発
明は、他の計画も包含することができる。この特徴の装
備により、端末は、通信衛星へまたは他の場所へのいず
れかに発信する必要さえなく、どの航法衛星が利用可能
かについての多少包括的な認識を有することができる。

【００１６】この発明および実施形態は、さらに、シス
テムおよび方法、およびこのシステムにおいて使用する
ための端末を提供する。通信ネットワークは、範囲内に
ある複数の航法衛星の各々について概略のドップラー周
波数シフトを計算し、範囲内にある複数の航法衛星の各
々に対しての概略のドップラーシフトの情報を端末に与
え、端末は、範囲内にある複数の前記航法衛星に対する
概略のドップラーシフトに適応させるためにその受信周
波数を調節することにより応答する。この特徴の装備に
より、端末は、第１に、それらの周波数について探し回
る必要なしに航法衛星からの信号を受信することがで
き、それによって、端末のための位置決定の獲得に要す
る時間をさらに節約することができる。

【００１７】この発明および実施形態は、さらにシステ
ムおよび方法、およびこのシステムにおいて使用するた
めの端末を提供し、通信ネットワークは１つまたはそれ
以上の通信衛星を具備し、前記端末は１つまたはそれ以
上の通信衛星に発信し、該１つまたはそれ以上の通信衛
星の各々が端末に発信することができ、前記１つまたは
それ以上の通信衛星の各々が地球局からの信号を送受信
し、前記地球局が前記１つまたはそれ以上の通信衛星を
通して端末と信号を交換し、その後、端末の地球上にお
ける位置を決定するために信号を解析する。この特徴
は、端末においてどの航法衛星が視界内にあるかをより
正確に計算できるように、１つまたは複数の通信衛星を
使用して、端末の概略位置が測定されることを保証す
る。

【００１８】この発明および実施形態は、さらに、シス
テムおよび方法、および該システムにおいて使用するた
めの端末を提供し、１つまたはそれ以上の通信衛星がた
だ１つの通信衛星からなるときに、端末と前記地球局と
の間で交換されたメッセージが、端末に対する１つの通
信衛星の動作によるドップラーシフトを測定しかつ該通
信衛星と端末との間の無線伝播遅延を測定するように適
合される。この装備により、たとえただ１つの通信衛星
が端末から見ることができるとしても、端末の位置を概
略推定することができる。

【００１９】この発明および実施形態は、さらに、シス
テムおよび方法、およびシステムにおいて使用するため
の端末を提供し、通信衛星が複数のビームの内の１つを
用いて端末と通信し、前記複数のビームの各々が地球表
面上の複数の領域の中からそれぞれ１つと相互作用し、
端末の位置の何らかの曖昧さが、前記複数のビームの中
から前記端末が信号を交換するものの観測によって解決
される。端末の全ての位置決定は、地球表面上の交差位
置が、端末の複数のとり得る地点を提供する複数組の点
を提供している。この装備は、あらゆる不確かさの解決
のために、迅速かつ簡易な解決策を許容している。好ま
しい実施形態において、各通信衛星は、地球表面上に投
射される１６３本の隣接する無線ビームの配列を供給し
ている。しかしながら、この発明は、他の複数の他の計
画をも包含することができる。

【００２０】さらに、この発明および実施形態は、シス
テムおよび方法、およびこのシステムにおいて使用する
ための端末を提供し、１つまたはそれ以上の通信衛星が
１以上の通信衛星を具備し、地球局と端末との間で交換
される信号が、１つ以上の通信衛星と前記端末との間の
伝播遅延を測定するために適合される。このように、端
末が２つまたはそれ以上の通信衛星を見ることができる
場合には、概略の端末の位置の測定が端末と視界内にあ
る通信衛星の各々との間の伝播遅延を用いて達成され
る。これにより、ただ１つの通信衛星を単独で使用する
場合よりも端末の位置により正確な第１の近似を提供す
る。

【００２１】この発明および実施形態は、さらにシステ
ムおよび方法、およびこのシステムで使用するための端
末を提供し、１つまたはそれ以上の通信衛星の各々が、
所定の時刻において同報通信メッセージを供給し、端末
が各同報通信メッセージの到来時刻を測定しかつ記録
し、該端末が、各受信した同報通信メッセージの到来時
刻を地球局に報告し戻し、各地球局が、前記端末と１つ
またはそれ以上の通信衛星の各々との間の伝播遅延を計
算するために、前記同報通信メッセージの各々の到来の
報告された時刻と所定の時刻とを比較し、地球局が、１
つまたはそれ以上の通信衛星の各々に対する端末の位置
を、所定の時刻における１つまたは複数の通信衛星の各
々の実際の位置の認識に基づいて計算する。この特徴
は、大きな情報の格納および計算容量の重荷を端末から
取り除くために、地球局と通信する端末の能力を利用す
る。地球局は、多くの端末のために使用され得る、共通
の、迅速な計算能力を有し、端末を相当に単純化しかつ
それらのコストを低減することを可能としている。

【００２２】さらに、この発明および実施形態は、シス
テムおよび方法、およびこのシステムにおいて使用する
ための端末を提供し、地球局が１以上の通信衛星の各々
を経由してメッセージを発送するように機能し、前記端
末が、所定の時間内に、メッセージの受信メッセージを
前記１以上の通信衛星を介して戻すように機能し、前記
地球局が、それによって前記１以上の通信衛星と端末と
の間の伝播遅延を計算するように機能する。この特徴
は、それによって前記地球局が各通信衛星と前記端末と
の間の距離を確立するために伝播遅延を測定することが
できる方法を提供する。

【００２３】さらに、この発明およびその実施形態は、
システムおよび方法、およびこのシステムにおいて使用
するための端末を提供し、前記地球局が、１つ以上の通
信衛星の各々に対する端末の推定された位置に依存し
て、かつ、それらから引き出される伝播遅延の平均値を
得るために１つ以上の通信衛星の各々を介して最適な回
数だけメッセージを送る。これにより、最も高い精度で
端末の位置の最初の概略の測定を行うことができ、か
つ、位置決定が実際には、ある測定回数まで良好になり
その後低下するという予期しない事実を活用する。

【００２４】この発明およびその実施形態は、さらに、
システムおよび方法、およびそのシステムにおいて使用
するための端末を提供し、端末が、もはや視界にない通
信衛星からの同報通信メッセージの到着時間を検知して
記録し、かつ、前の同報通信メッセージを地球局に報告
し、該地球局は、端末の位置の計算を補助するために、
端末による同報通信メッセージの受信時刻における、も
はや視界にない通信衛星の位置の認識を用いる。この手
段により、端末が最初の同報通信メッセージの受信か
ら、それほどの距離を移動しなかったと仮定して、地球
局は、事実上瞬間的な端末の位置の近似を、端末内に格
納された既に受信したそれらの通信衛星の履歴に基づい
て行うことができる。

【００２５】この発明および実施形態は、さらに、シス
テムおよび方法、およびこのシステムにおいて使用する
ための端末を提供し、前記端末は、もはや視界にない航
法衛星からの同報通信メッセージの到着時間を検知して
記録し、かつ、該航法衛星からの前の同報通信メッセー
ジを地球局に報告し、該地球局は、端末の位置の計算を
補助するために、航法衛星からの同報通信メッセージの
端末による受信時刻における、もはや視界にない航法衛
星の位置の認識を用いる。この手段により、再度、前記
端末が航法衛星からの最初の同報通信メッセージの受信
からそれほどの距離を移動しなかったと仮定して、前記
地球局は、事実上瞬間的な端末の位置の近似を、端末内
に格納された既に受信したそれらの航法衛星の履歴に基
づいて行うことができる。

【００２６】この発明およびその実施形態は、システム
および方法、およびこのシステムにおいて使用するため
の端末をも提供し、２つの既知の間隔の間に端末により
記録された明白な記録時間に注意することができ、それ
によって端末内のタイマーにおける特性変化およびオフ
セット誤差に対して補正することができる。端末内の内
部クロックは、経済的な理由のために、定誤差、環境特
性変化および多くの他の誤差を受け易い。したがって、
端末内部のクロックは、たぶん、誤った時刻を示しかつ
不正確な時間を維持することになる。端末内のクロック
における誤差に注目することにより、少なくとも短い間
に、地球局はそれらを補正することができる。

【００２７】この発明およびその実施形態は、さらに、
ちょうど１つの通信衛星が端末から見えるときに、シス
テムおよび方法およびこのシステムにおいて使用するた
めの端末を提供し、ドップラーシフトを平均によって得
るための第１の最適な回数および伝播遅延を平均によっ
て得るための第２の最適な回数だけ、端末とメッセージ
を交換する地球局を含み、第１および第２の最適な回数
は、端末の推定された位置に依存している。最適な精度
のために品質が採取される回数は、どの品質が測定され
たかと、端末の概略位置とに依存している。好ましい実
施形態において、端末は、通信衛星により送出された１
６３本の無線ビームの内の１つにあり、それによって、
端末の位置の大まかな推測が確立するが、他の方法をこ
の発明およびその実施形態に包含させてもよい。

【００２８】また、この発明およびその実施形態は、通
信衛星が地球局に、最初の発生された周波数で、信号を
送出し、地球局が、第１の既知の周波数において通信衛
星に信号を送出し、通信衛星は、第１の既知の周波数の
信号を置き換えかつ置き換えられた信号を地球局に戻す
ために内部発振器を使用し、地球局は、第１の発生され
た周波数と第１の置き換えられた周波数とを測定しかつ
それらから地球局と通信衛星との間のドップラーシフト
および通信衛星内の内部発振器における誤差を引き出
す。この簡易な処理は、通信衛星の組立および置き換え
能力を利用し、衛星自体が正確な信号源となりかつ端末
のための信号の中継器となることができるように、衛星
が地球局によって「較正」されることを許容している。

【００２９】また、この発明およびその実施形態は、地
球局をも含み、地球局と通信衛星との間のドップラーシ
フトおよび通信衛星内の内部発振器における誤差を引き
出した後、第２の既知の周波数において端末への信号の
送信を通信衛星に生じさせ、前記端末が、第２の既知の
周波数の信号を置き換え、該置き換えられた信号を、第
２の置き換えられた周波数に乗せて通信衛星を通して地
球局へ戻すために内部発振器を使用し、前記端末が、前
記通信衛星を介して前記地球局に、信号を第２の発生さ
れた周波数に乗せて地球局に送り、該地球局が、第２の
置き換えられた周波数および第２の発生された周波数を
測定し、かつそこから通信衛星と端末との間のドップラ
ーシフトを引き出しかつ端末内の内部発振器における誤
差をも引き出す。したがって、衛星は、地球局によって
「較正」され、地球局は、衛星を端末の「較正」に使用
するために衛星の既知の「較正」を補正する。

【００３０】この発明およびその実施形態は、さらに、
システムおよび方法、およびこのシステムにおいて使用
するための端末を供給し、地球局が、範囲内にある複数
の航法衛星の各々についての概略のドップラー周波数シ
フトを計算し、範囲内にある複数の航法衛星各々につい
ての概略のドップラーシフトの情報を、通信衛星を介し
て端末に送り、応答においては、端末が、範囲内にある
複数の航法衛星の各々についての概略のドップラーシフ
トを適応させるために、その受信周波数を調節する。

【００３１】好ましい実施形態において、通信ネットワ
ークは衛星通信ネットワークである。しかしながら、こ
の発明は、地上無線電話ネットワークを含む通信ネット
ワークをも包含するものである。

【００３２】この発明およびその実施形態は、システム
および方法、およびこのシステムにおいて使用するため
の端末をも供給し、通信ネットワーク、好ましくは衛星
通信ネットワークを含み、端末について確立された概略
の位置を端末に知らせ、その応答において、端末が、前
記確立された概略の位置の使用者が判断可能な表示を提
供する。好ましい実施形態において、使用者が判断可能
な表示は、視覚的ディスプレイ、好ましくは、他の機能
を端末に提供するために使用されるものと同じディスプ
レイを用いて選択される。しかしながら、この発明は、
聞き取ることができる手段、または他の任意の手段、ま
たは、情報を人間に提供し得る手段の組合せによる使用
者が判断可能な表示をも包含している。

【００３３】端末の概略位置が測定されるところで、こ
の発明およびその好ましい実施形態は、システムおよび
方法、およびこのシステムにおいて使用するための端末
を提供し、端末は、既知の航法衛星から、既知の時刻に
おいて既知の位置から送られた信号を受信し、その信号
の到着時刻を記録し、該到着時刻を地球局へ通信し、地
球局が、既知の航法衛星と端末との間の距離を計算し、
前記端末の位置の推定に計算された距離を組み込む。こ
れにより、１つまたは複数の通信衛星または１つまたは
それ以上の航法衛星からの結果の組合せを用いて、端末
の位置の測定を行うことができる。既知の航法衛星は、
信号内にその識別子の表示を提供し、前記端末はその識
別子を検知し、それを地球局まで伝達する。同様に、航
法衛星は、信号内に、該航法衛星からの信号の発信時刻
の表示をも提供し、端末は、地球局にそれらの表示を伝
達する。

【００３４】この発明およびその好ましい実施形態は、
システムおよび方法、およびそのシステムにおいて使用
するための端末を供給し、航法衛星は、通信衛星によっ
て占有されない立体配座内の衛星であり、立体配座は多
数の航法衛星を具備することが好ましいが排他的ではな
い。この発明は、通信衛星が航法衛星としても役に立つ
ことができることをも含んでいる。

【００３５】この発明は、さらに、その好ましい実施形
態において、端末が、そこからの信号を受け入れること
ができる複数の航法衛星の内のいくつかに応答し、か
つ、地球局が、端末から受け入れた情報であって、端末
によって受信され得る信号を発信する複数の航法衛星の
内のいずれかに関する情報に応答することを提供してい
る。

【００３６】最後に、この発明およびその実施形態は、
システムおよび方法、およびこのシステムにおいて使用
するための端末を提供し、端末は地球局からのメッセー
ジの受信の際に計時動作を開始し、航法衛星からの信号
の受信に際して計時動作を終了し、かつ、端末における
信号の到着時刻として、測定された計時動作の経過時間
を使用し、地球局は、端末における航法衛星からの信号
の真の到着時刻を推測するために地球局と端末との間の
伝播遅延を使用するように作用する。この測定は、絶対
的な記録された時刻よりもむしろ２つの事象の間の時間
差のみを採用することにより、簡易かつ二次的な効果ま
で、端末におけるクロック内の定誤差を減ずるものであ
る。

【００３７】

【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の二次元的な位置を示す。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、上からみた地球の表面上空
の通信衛星の図であり、地球に対する様々な動作を図解
している。図６は、端末と通信衛星との間の伝搬遅延を
決定するために、地球局が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幾何学的配
置を示している。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決定するための、地球局
と通信衛星との間の試験信号の交換を概略的に示したも
のである。図９は、図８による較正された通信衛星が、
通信衛星と端末との間の相対的なドップラーシフトと、
端末内の内部発振器誤差とを決定するために、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、位置の最良な推定のためのサンプルの最適な数の導
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
の導出された最適な数のサンプルを示す図である。図１
３は、特定の好ましい実施形態において、伝搬遅延の平
均化のための導出された最適な数のサンプルを示す図で
ある。図１４は、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、地球の表面上の端末の位置を決定する場合における
地球局の動作のフローチャートである。図１６は、地球
の表面上の端末の位置の決定に、地球局がどのようにし
て計時された同報通信を組み込む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
星または位置決め衛星(positioning satellite)に対す
る関係によって示されている、図１より広い範囲を示す
図である。図１８は、この発明の全体的な環境を示す模
式的な図である。図１９は、この発明の全体的な計画に
おける端末の動作を示すフローチャートである。図２０
は、図１９に対する地球局の全体的な動作を示すフロー
チャートである。図２１は、この発明においてかつこの
発明として使用され得る異なる端末における要素のブロ
ック図である。図２２は、図２１のいずれかの端末の位
置を算出する際における、前記いずれかの端末の動作、
並びに、通信システムの対応する動作を示す組み合わせ
たフローチャートである。図２３は、端末の位置を決定
するために交信するときに通信することができる、図２
１に示された端末並びに通信ネットワークの対応する動
作を示すフローチャートである。

【００３８】この発明の実施形態は、３つの部分に分類
される。第１に、端末は、航法衛星と交信する能力を有
しなければならない。第２に、通信システム、好ましく
は衛星通信システムは、どの航法衛星が見える位置にあ
るかについての情報を端末に知らせることができなけれ
ばならない。第３に、通信システムは、端末の位置を推
定することができなければならない。

【００３９】以下に、通信衛星システムの説明ととも
に、好ましい実施形態について説明する。図１は、地球
の周りに配置された通信衛星の二次元的な立体配座を示
している。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。したがって、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。

【００４０】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１
０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内のどの通信衛星１０からも無線範囲を
受信しない。

【００４１】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している。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。

【００４２】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の表面の上空の軌
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。そのような構成によれば、地球
１４の表面上の全ての地点が、少なくとも１つのいつで
も見ることのできる通信衛星１０，１０’を有すること
が保証される。

【００４３】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、この発明の実施形態は、異なる
半径の軌道１２，１２’によっても機能することが明ら
かである。同様に、３以上の軌道１２，１２’が存在し
てもよい。この発明の実施形態に関する限り、地球１４
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。

【００４４】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、即ち、円錐体１６がその縁に
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の縁まで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している。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。

【００４５】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、縁においては、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
状の大きな歪を引き起こしている。

【００４６】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がどのように地球の表面
と相互作用しているのかを示している。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。

【００４７】図５は、上から見た地球の表面上空の通信
衛星１０の図である。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、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。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。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。

【００４８】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。

【００４９】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４
８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、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。

【００５０】図６は、地球局３８が端末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３８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には、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。

【００５１】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。

【００５２】端末４４は、範囲２１７０〜２２００メガ
ヘルツ内の周波数を使用した端末ダウンリンク６２を介
して、通信衛星１０から信号を受信する。端末４４は、
周波数帯域１９８０〜２０１０メガヘルツで動作する端
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、この発明は、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。

【００５３】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、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。

【００５４】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３８および地球局コントローラ５
６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。

【００５５】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の表面上の端末４４
の位置である。

【００５６】先に述べられなかったが、端末４４は、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、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、非常に多くの端末４４と通信状態にあってもよい。
各端末は、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。

【００５７】通信衛星１０は、地球１４の表面に関し
て、したがって、地球局３８および端末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。

【００５８】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１
４の表面上の端末４４の位置を判断するために、本発明
の実施形態は、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。

【００５９】伝搬遅延は、前記端末と前記通信衛星との
間の伝播遅延を確立するために、地球局３８と端末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、端末ダウンリンク６２を介して、端
末４４へ送られる。地球局３８からの信号を受信する
と、端末は、予め決められた期間待機し、そして、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
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、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、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
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５
８，６０上の計算された遅延を減算することによって、
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、伝搬が完全に光速であるので、通
信衛星１０と端末４４との間の直線距離は既知である、
ということを意味している。伝搬遅延に基づいて、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、端末４４は地球の表面上に存在するので、端末４
４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。

【００６０】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、端末４４のような固定された発信源から通信衛星１
０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７
２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７
２が地球１４の表面と交差すると、線がさらに定義され
る。端末４４はこの線に沿って配置される。

【００６１】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、それ自体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、
端末ダウンリンク６２上へ供給する。そして、端末４４
は、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、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。

【００６２】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較正するため
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。

【００６３】地球局３８は、アップリンク無線リンク５
８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。したがって、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１０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。したがって、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 satellite)=f(1)(1+d) f(received at 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において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１０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。したがって、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、したがって、さらなるドップラーシフトを与
える。したがって、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。したがって、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。

【００６４】したがって、 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。したがって、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。したがって、ダウンリンク無線リンク６
０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、したがって、 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、したがっ
て、知られている。これにより、方程式が、２つの未知
数、即ち、ｍ，ｄにおける２つの連立方程式に減らされ
る。したがって、２つの式は、その未知数について解か
れる。

【００６５】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、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１０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１０
に配置する。通信衛星１０は、地球局３８に関して、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。

【００６６】地球局３８が通信衛星１０を介して端末４
４から信号を受信し、かつ、地球局３８が通信衛星１０
を介して端末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１０において２回示される。

【００６７】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、端末ダウンリンク６２上で、
端末４４へ送られる。端末４４は、端末ダウンリンク６
２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、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。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３
８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。

【００６８】反射の瞬間は、正確に同じ方法が、端末４
４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」ために訂正し、そして、通信衛星１０から端末４４
へのドップラーシフトを解決し、かつ、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。

【００６９】図１０は、地球１４の表面上の端末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１
０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。

【００７０】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、
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、
端末４４から通信衛星１０への高度の角度である。図１
０は、１０度の最小高度までを示している。この場合に
は、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。

【００７１】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。

【００７２】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の表面上の端末４４の位置を評
価することは可能である。

【００７３】４つの象限が存在するので、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の内のどのスポットビームが端
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。

【００７４】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、
ともに接近しており、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、ともに非常に接近している。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。

【００７５】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に対する端末４４の実際の位
置は、実線８６で示されるように、時間とともに一様に
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ともに、
一様に増加する。

【００７６】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
場合には、平均誤差は、１／１０に減少する。もし、１
００００個のサンプルが得られた場合には、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には、平均誤差は、１／１００
０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。

【００７７】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。したがって、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
を解釈して、最適数の測定を生成するために比較的少な
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、位置の誤
差の最良の評価を達成するために、比較的大きな数の測
定を要求して、破線８８の傾きが比較的小さいように、
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、比較的大きい。

【００７８】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、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３０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。

【００７９】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３
０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
符号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
いては驚くほど低い値へ低下する。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および図
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および図４に示されるようなエリア２０に適用され
る。

【００８０】図１４は、地球１４の表面上の端末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、ともに、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１０’が、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１
０，１０’および端末から生じたデータは、地球１４の
表面上の端末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やり
とりされる。

【００８１】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’と端末４４との間の伝搬
遅延を測定する。

【００８２】図６を参照して先に説明されたように、遅
延測定は、上述されたように、曖昧さの解決を必要とす
る地球１４の表面上の端末４４に対して特有の位置を与
えるために、通信衛星１０に関する端末４４の可能な位
置として、互いに交差し、かつ、地球１４の表面と交差
する、各通信衛星１０，１０’に中心を置いた球面を生
成する。もし、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、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１
０，１０’がそのように使用されるならば、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
線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の表面上の端末４４の位置の測定の方法は、より
正確である。

【００８３】従って、本発明の実施形態は、端末４４の
位置がどのようにして地球１４の表面上で決定されるべ
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
る場合には、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、端末４４の位
置の大まかな推定を得るために使用される。ここで、図
１５に注目する。図１５は、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。
この地球局コントローラ５６は、通信衛星１０，１０’
を用いて、端末４４についての大まかな推定位置決定を
実行する。

【００８４】第１動作９６において、地球局３８は、あ
る種の端末４４の要求を受信する。もし、第１判断９８
が、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３８が端末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１００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、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。

【００８５】第２動作１００は、また、地球１４の表面
上の端末４４の位置に関する推論を与えるために、地球
局３８と端末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。

【００８６】地球の表面上において端末４４の位置の近
似評価を行う地球局３８は、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端末
４４によって占められているのかを判断する。この情報
は、また、端末４４からの信号がどのスポットビーム３
０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。

【００８７】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、端末４４によって占められたスポ
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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】第５動作１０８の終了後、制御は第６動作
１１０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、端末４
４に対し受信する。

【００９２】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１０，１０’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１０，１０’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、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１
０および図１３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によって端末４４の位置が概略決
定されると、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。

【００９３】もし、第４判断１１４が利用可能な通信衛
星を発見しない場合、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く、この
場合には、制御は第９動作１２０へ進む。第９動作１２
０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１００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、端末４４の大まかな位置
を仮定する。

【００９４】第１０動作１２２の後、制御は、第６動作
１１０へ進む。第６動作１１０は、全ての必要な動作を
実行する。この場合には、これは、地球局３８が端末４
４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。

【００９５】図１６は、地球１４の表面における端末を
位置決めするためのさらに他の方法において、地球局３
８と協力する端末４４の動作を示す。個々の通信衛星１
０は、周期的な間隔で、全てのスポットビーム３０上
に、全ての端末４４によって受信されることを意図され
た同報通信(broadcast)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。

【００９６】いずれにしても、通信衛星１０から端末４
４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、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に関する端末４４の潜在的
位置を説明し、かつ、端末４４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。

【００９７】図１６にもう一度戻ると、第１１動作１２
４において、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１２
８へ進む。第１２動作１２８では、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。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。

【００９８】そして、制御は、第６判断１３０へ進む。
第６判断は、端末４４が通信衛星１０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、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。

【００９９】端末４４が、ある方法、たぶん通信または
登録目的のために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１３
２へ進む。第７判断１３２は、たった１つの通信衛星１
０が認識可能であるのか、または、２以上の通信衛星１
０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。

【０１００】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１
３動作１３４へ進む。第１３動作１３４では、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。端末４４は、また、地球
局３８へ、第１２動作１２８によって蓄積された時間お
よび受信された通信衛星１０の識別子のリストを送る。

【０１０１】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、端末４４は、端末４４
に要求されているあらゆる動作を続行する。その動作
は、後述されるように、複数の航法衛星の１つまたはそ
れ以上から受信したメッセージおよび電話の呼の確立お
よび実行を含むことができる。そして、制御を第１１動
作１２４へ戻す。第１１動作１２４では、端末４４は、
通信衛星１０からのメッセージを受信する。

【０１０２】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、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。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。

【０１０３】この時点において、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、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、端末４４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。

【０１０４】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、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。したがって、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、遅延測定とともにドップラ
ー測定を実行する必要性をなしで済ます。

【０１０５】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
されたるように、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。

【０１０６】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
１５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、地球の表面上の端末４４の位置
は、もはや端末４４に対して認識可能でない通信衛星１
０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。

【０１０７】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、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
端末４４のクロック上の時間を示すことを、端末４４に
対して要求する。地球局３８は、地球局３８自身と端末
４４との間の伝搬遅延を知っている。したがって、応答
時間は、端末４４によって、非常に正確に知られる。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３８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、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。したがって、地球局３８は、
端末４４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。
したがって、地球局コントローラ５６を有する地球局３
８は、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５６は、各通信衛星と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端末４４の
範囲を判断することは可能である。

【０１０８】地球１４の表面上の端末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、任意の組合せにより使用され得る。も
し、２つの通信衛星が認識可能ならば、本発明は、ま
た、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。

【０１０９】ここまでは、この発明の説明は、１つの通
信衛星１０または複数の通信衛星１０，１０’が端末４
４の位置の推定を行うために使用された初期段階に制限
されてきた。以下の説明は、複数の航法衛星の１つまた
はそれ以上からの端末４４により受信された情報が、地
球１４の表面上における端末４４の位置の決定精度を著
しく向上するために使用される方法に移行する。

【０１１０】この時点まで、この発明の説明は、地球１
４の表面上の端末４４の位置を測定する目的のために、
通信衛星を使用するそれらの要素に制限されていた。以
下の説明は、たとえどのような環境下でも、地球１４の
表面上の端末４４の位置の最良の推定を得るために、他
の遅延測定を組み込んだ発明の要素に関連している。

【０１１１】図１７は、図１よりも広い範囲を示す図で
ある。通信衛星１０は、地球１４の周りの軌道１２内に
配置され、無線範囲の円錐体１６を与えている。航法衛
星１４２の外部立体配座の構成部分は、地球１４の周り
の他の軌道１４４内に配置されている。

【０１１２】この発明のこの要素を図解するために選択
された航法衛星１４２は、１９９５年６月２日に発行さ
れたサービスおよび信号仕様書、第２版に説明されてい
るように、ナヴスターによって提供される全地球測位シ
ステム（ＧＰＳ）において使用されるものであるように
選択されている。このシステムにおいて、衛星は、地球
１４の周りの６個の軌道１４４内の２４個の航法衛星１
４２からなり、各軌道１４４には４個の衛星１４２が存
在し、各軌道１４４は、赤道に対して５５゜の角度をな
して傾けられている。

【０１１３】以下の説明から明らかになるように、この
特別なシステムはこの発明が実行され得る方法の単に一
例に過ぎない。この発明を実現するために必要なこと
は、既知の位置にある発信源１４２が既知の時刻に発信
を行うことができることだけである。

【０１１４】この例において与えられる他の軌道１４４
は、地球１４の表面から約２００００キロメートルにあ
り、航法衛星１４２は１２時間で地球１４を一周するこ
とができる。また、航法衛星１４２は、この発明の実施
形態を機能させるように、任意の高さの軌道において用
いられ得る。

【０１１５】図１８は、この発明が実施される環境を示
す概略図である。端末４４は、１つまたはそれ以上の通
信衛星１０と連絡しており、通信衛星１０は、地球局３
８およびその関連する地球局コントローラ５６と連絡し
ている。それらの間の交信は、すでに説明した。

【０１１６】加えて、端末４４は、航法衛星１４２から
の送信を受信するように作用する。端末は、航法衛星１
４２からの送信に関する情報を地球局３８およびそれに
関連するコントローラ５６に中継するように作用する。
地球局３８は、軌道位置および航法衛星１４２の挙動
を、直接送信またはそれらの立体配座内の航法衛星のシ
ステムの事前の認識のいずれかにより知っている。

【０１１７】２つの航法衛星１４２が図１８に示されて
いるけれども、任意の瞬間において、端末４４はいかな
る航法衛星１４２をも見ることができず、ただ１つの航
法衛星１４２のみを見ることができ、または、同時に多
くの航法衛星１４２を見ることができることがわかる。
図１８に示された状況は、限定的なものではない。

【０１１８】既知の位置における既知の発信源から既知
の時間に発信された信号の受信のテーマにおける変形例
として、端末４４は、航法衛星１４２の代わりに、地球
の表面上の既知の位置に配される固定されたサービス無
線局１４２を代用することができる。そのような無線局
は、送信の時刻を与える低周波数の信号を供給し、か
つ、他のアプリケーションの中で、自己調節クロックを
作動させるために使用される。通常、１０ｋＨｚ〜１０
０ｋＨｚの範囲にある、該低周波数信号は、大気中の電
離層から反射されるよりもむしろ、地球１４の表面を横
切って送られる。このため、低周波数の無線波の伝播速
度は既知であり、固定無線局１４３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り測定
され得る。

【０１１９】また、航法衛星１４２における変化とし
て、この発明の実施形態において、ＧＰＳ衛星が他の任
意の航法衛星によって置き換えられ得る。特に、以前の
ＵＳＳＲ（現在のロシア共和国）によって供給された他
の航法衛星システムがある。このシステムは、以下に説
明される方法と正確に同じ方法で使用され得る。衛星１
４２が既知の軌道を有しかつ端末によって拾われるべき
信号を既知のまたは画定可能な時刻に送信することだけ
が必要である。

【０１２０】航法衛星１４２のテーマにおけるさらなる
変形例として、航法衛星１４２が航法衛星であることさ
え必要ではない。他の衛星通信システムも存在しかつ存
在し得る。各通信システムは、地球局３８，５６によっ
て認識されまたは測定され得る軌道パラメータを有する
衛星を有している。衛星通信システムは、端末その他の
地上１４の設備に定期的にポーリングし、または呼びか
ける。この発明の端末４４にとっては、他の衛星通信シ
ステムからのポーリング信号または他の送信を検知する
ことが必要なだけであり、地球局３８，５６にとって
は、送信時刻および発信源の位置を知ることだけが必要
であり、この発明にとっては、他の衛星通信システムか
らの信号を使用して実施されることだけが必要である。
そのような他の衛星は、この発明の通信衛星１０，１
０’からの異なる立体配座内にあることを特徴とし、そ
の定義は、この発明により使用され得る全ての形態の衛
星１４２を包含している。

【０１２１】これ以前およびこれ以後に説明される航法
信号の全ての発信源１４２は自律的である。すなわち、
それらが送信する信号の時刻および性質は地球局３８，
５６または端末からのいかなる制御の形態下にもおかれ
ない。このことは、通信衛星１０を介して端末４４と地
球局３８との間で交換される信号とは対照的である。

【０１２２】明確にするために、自律的な信号源は、こ
れ以前およびこれ以降、その信号の内容および信号の送
信時刻が、端末または地球局のいずれからのいかなる制
御下にもない信号の発信源として定義される。図１９
は、この発明の範囲内に配される端末４４の動作のフロ
ーチャートを示している。

【０１２３】入口１４６は、別な方法で図１５および図
１６のフローチャートに示された動作に対応する第１６
動作１４６である。この方法において、概略の推定は、
地球表面上の端末４４の位置から行われる。端末４４か
ら見ることのできる通信衛星１０が１つだけ存在する場
合には、端末４４の位置を推定するために、遅延測定と
ドップラーシフト測定の組合せが使用される。２つ以上
の通信衛星１０が利用可能な場合には、端末４４と通信
衛星１０との間の伝播遅延の組合せが使用される。

【０１２４】図１８に説明されたような端末は、上述し
た測定を達成するために地球局２８およびその関連する
コントローラ５６と協動する。地球１４の表面上の端末
４４の位置が推定されると、制御は第１７動作に移行
し、そこで、通信衛星１０を聴取している端末４４は、
同報通信送信が地球局３８から受信された時刻を記録す
る。通常の条件下では、端末内のクロックは航法衛星１
４２を用いて任意の意義ある測定を行うために必要な精
度の全ての基準より十分に小さいことを特筆しておく。
しかしながら、この発明は、航法衛星１４２からの信号
と組み合わせて端末４４内の低品質のクロックが使用さ
れる場合でさえも、航法衛星１４２と交信するときに現
実的な結果を得ることを提供している。

【０１２５】第１７動作１４８は、地球局１３８からの
同報通信の受信時刻を記録することにより、さらなる測
定のためのベンチマークを生成する。その後、制御は第
１８動作１５０へ移行する。ここでは、端末４４が、範
囲内にある可能性のある任意の航法衛星１４２からの信
号に聞き耳を立てる。上述したように、あるいは、通信
衛星１４２は範囲内に１つもない。または、多くの通信
衛星１４２から受信され得る。

【０１２６】制御は第１９動作１５２に移行する。そこ
では、航法衛星１４２からの信号を端末４４が受信した
場合に、該端末は、それ自体の内部クロックを使用し
て、航法衛星１４２からの信号が受信された時刻を記録
する。その後、制御は第２０動作１５４に移行する。そ
こでは、端末４４は、航法衛星１４２からの信号から非
常に極小の情報、すなわち、受信された衛星のうちの特
定の航法衛星１４２の識別子を抽出する。

【０１２７】その後、制御は第２１動作１５６へ移行す
る。そこでは、端末４４は、第１７動作１４８において
実行された通信衛星同報通信の受信と、航法衛星１４２
からの信号の記録された受信時間との間の経過時間、さ
もなければ遅延時間を計算する。

【０１２８】たとえ、端末内のクロックが本質的にあま
り調節されていないものであるとしても、その相違は、
単に二次的な効果に過ぎないので、第１７動作１４８に
おける同報通信の受信における遅延時間および第１９動
作１５２における航法衛星１４２信号の受信された時刻
における誤差は非常に小さい。これらは、単に二次的効
果に過ぎない。地球局３８からの同報通信メッセージの
受信に際して計時動作を開始することにより、そして、
航法衛星１４２からの信号が受信されたときにその計時
動作を終了することにより、そして、２つの事象の間の
経過時間を記録することにより、端末４４は、地球局３
８およびそのコントローラ５６にとって意義があり、か
つ、地球局３８，５６が、通信衛星１０を介して端末４
４と地球局３８との間の伝播遅延の認識とともに使用す
ることができる記録、および、地球局３８において、航
法衛星１４２からの信号が端末４４に到達した瞬間をか
なりの精度で決定するための現実の時刻の高精度の認識
を生成する。

【０１２９】その後、制御は第２２動作１５８へ移行す
る。そこでは、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へ、特定
の航法衛星１４２の識別子を送信する。該航法衛星１４
２からは、端末が認識した航法衛星についての測定され
た経過時間遅延を伴って信号が受信される。図２０は、
図１９に示された端末４４の種々の動作に応じた地球局
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。

【０１３０】入口は、通信衛星１０のみを用いて地球１
４の表面上の端末４４の位置の概略の推定を達成するた
めに、図１５および図１６を参照して他の方法で図示さ
れたように、地球局３８が協動する第２３動作１６０に
続いている。

【０１３１】このように、地球表面上の端末４４の位置
が概略確立されると、制御は第２４動作１６２へ移行す
る。そこでは、地球局３８およびその関連するコントロ
ーラ５６は、利用可能であれば、端末４４へ信号を送っ
た航法衛星１４２の識別子および地球局３８からの同報
通信の端末４４による受信と端末４４が航法衛星１４２
からの信号を受信したときの時刻との間の遅延を示す、
端末４４からの任意のメッセージを受信する。端末４４
から見ることができる航法衛星が今までに１つもなかっ
た場合には、もちろん、第２４動作１６２では何も行わ
れない。しかしながら、第２４動作１６２は、遅延およ
び端末４４が信号を受信した任意のそして全ての航法衛
星１４２の識別子を記録することになる。

【０１３２】その後、制御は、第２５動作１６４に移行
する。そこでは、地球局３８およびその関連するコント
ローラ５６は、可聴位置にある衛星１４２からの信号の
端末４４における現実の到達時刻を計算する。

【０１３３】上述したように、それ自体の非常に正確な
クロックを使用する地球局３８は、それが同報通信を通
信衛星を介して端末４４に送る瞬間を認識している。ま
た、上述したように、地球局３８およびその関連するコ
ントローラ５６は、既に、地球局３８と端末４４との間
の衛星１０を介した伝播遅延を測定している。したがっ
て、端末４４における地球局３８からの同報通信メッセ
ージの到達の瞬間は、地球局３８において、正確に認識
されている。地球局３８およびその関連するコントロー
ラ５６は、航法衛星１４２からの信号が端末４４に到達
したときの正確な瞬間を確立するために、単に、端末４
４による測定された遅延を、地球局３８からの同報通信
の計算された現実の到達の瞬間に追加しなければならな
いだけである。

【０１３４】航法衛星１４２からの各信号について計算
が行われると、制御は第２６動作１６６に移行する。地
球局３８およびその関連するコントローラ５６は、航法
衛星１４２の立体配座の利用可能なパラメータを有して
いる。これは、任意の瞬間および特定の航法衛星１４２
がその信号を送信する瞬間における各航法衛星１４２の
正確な位置に関する情報を含んでいる。これは、航法衛
星１４２のためのコントロールセンターからの作動中の
オンライン情報によるコントローラ５６内の内部基準か
ら、または、図１８に示されているような、航法衛星１
４２からの直接受信による信号の翻訳のいずれかによ
り、抽出される。すなわち、地球局３８およびそのコン
トローラ５６は、それらの位置および任意の信号の送信
時刻を、端末４４からの結果との比較のために監視する
ように航法衛星と直接交信することができる。この情報
がどのようにして得られたのかについては問題ではな
い。情報が利用可能であるだけで十分である。

【０１３５】各衛星の識別子から、航法衛星１４２の立
体配座のための必要な物理的パラメータが決定される
と、制御は、第２７動作１６８に移行する。そこでは、
各位置決め衛星１４２から端末４４への伝播遅延が計算
される。その後、第２８動作１７０は、端末４４が配置
され得る軌跡およびそれらの交差点を計算するために、
航法衛星１４２が最初の信号を端末４４に送信する瞬間
における航法衛星１４２の実際の位置および各々の航法
衛星１４２と端末４４との間の計算された伝播遅延の認
識を使用する。

【０１３６】制御は、第２９動作１７２へ移行する。そ
こでは、地球１４の表面における端末の位置の最良の推
定が、利用可能な測定値に基づいて行われる。例えば、
単に、１つの通信衛星１０を見ることができ、かつ航法
衛星１４２が１つも見ることができないと仮定すれば、
ドップラーシフトの測定値と単一の通信衛星のための端
末４４への伝播遅延の測定値の組合せが受信されるが、
それは非常に低い信頼水準である。２つの通信衛星１
０，１０’が視覚可能であり、航法衛星１４２が１つも
視覚可能ではない場合には、遅延の測定値の組合せが、
地球１４の表面上の端末４４の位置を推定するために使
用されるが、その信頼性の水準は低い。２つの通信衛星
１０および航法衛星１４２が同時にアクセス可能である
か、または、ただ１つの通信衛星１０および１つの航法
衛星１４２が同時に視覚可能であるかのいずれかの場合
には、地球１４の表面上の端末１４４の推定された位置
には、計算されたように、中間の信頼性の水準が与えら
れる。

【０１３７】２つまたはそれ以上の航法衛星１４２がア
クセス可能な場合には、地球１４の表面上の端末４４の
それらの位置の推定値はいずれも、程度の高い信頼性に
より、より大きな重みをもって得られ、かつ、１つまた
は複数の通信衛星１０からの位置推定値およびそれらの
位置情報の重みを減じ、または、通信衛星１０および航
法衛星１４２の両方は、程度の高い信頼性を有する最終
結果を得るように考慮されている。

【０１３８】図１９および図２０は、連続して起こる種
々の動作を示している一方、衛星１４２の位置に関する
情報は、第１６動作１４６および第２３動作１６０の実
行前、実行中および実行後に収集され得る。同様に、今
までのところ聴取されていない航法衛星１４２からのさ
らなる情報が、端末４４の位置推定を改良するために任
意の時刻において追加され得る。同様に、端末４４は、
地球局３８が端末４４に呼びかける前に航法衛星１４２
からの受信信号から獲得した結果を格納し、それによっ
て、非常に迅速かつ正確な位置の決定を行う。

【０１３９】ここに与えられたこの発明の例において、
端末４４は、航法衛星１４２からおよび通信衛星１０か
らの信号を、たとえそれらが異なる周波数におけるもの
であっても受信することができなければならない。与え
られた実施例において、通信衛星１０との交信周波数が
２０００ＭＨｚ程度であるのに対して、航法衛星１４２
はそれらの信号を略１６００ＭＨｚで送信する。この発
明が、（他のサービスプロバイダからのもののような）
通信衛星の他の立体配座からの信号を使用して実施され
る場合には、信号を全て２０００ＭＨｚまたはその近傍
に配することができる。低周波数無線局１４３のような
固定した地上時間源が使用される場合には、ＬＦ受信器
が端末４４に組み込まれていなければならない。

【０１４０】上記に与えられた例において、端末４４の
位置の推定は、各航法衛星１４２からのただ１つの遅延
測定値を用いて行われる。この発明が各航法衛星１４２
からの複数の測定値に基づいて端末４４の位置が推定さ
れることをも含んでいるということを特筆しておく。

【０１４１】さらに、信号源１４２，１４３も、端末４
４により受信された信号が信号源１４２，１４３によっ
て送信された瞬間の表示を提供する場合には、この発明
は、送信の瞬間の表示を検知し、かつ、それによって使
用するためにその表示を地球局３８，５６に渡す端末４
４をも包含している。そのような情報は、信号源が、そ
の位置を常に固定されかつ規則的な送信が単にタイムス
タンプを必要とするだけである地上無線局１４３である
場合に、最も有用である。

【０１４２】追加の特徴として、地球局３８，５６が程
度の高い確度で端末の位置を確立することができる場合
には、地球局３８，５６は、端末４４によって表示され
または合成された音声メッセージによるメッセージのい
ずれかを用いて、端末４４の測定された位置の表示を端
末４４に渡すことができ、そのために、端末４４は、そ
れを行う固有の能力を有しないにも拘わらず、位置探索
装置として使用することができるようになる。

【０１４３】上述した動作、装置および方法にも拘わら
ず、以下、説明は請求項に記載されたような発明に移行
する。上記に提供された説明の作用は、全体として、ま
たは部分的に、極めて重大な、例示の動作要素を構成し
ている。図２１は、この発明の実施形態に当てはまる、
２つの一般的な形式の端末のブロック図を示している。

【０１４４】端末４４Ａの第１形態は、ＧＰＳ受信器１
７４と、通信衛星受信器１７６とを具備している。前記
ＧＰＳ受信器は、他の任意の航法衛星受信器と交信する
ことができる受信器により置き換えられ得る。該ＧＰＳ
受信器１７４は、航法衛星１４２からの信号を受信し、
地球１４の表面上の端末４４，４４Ａ，４４Ｂの正確な
位置を決定するためにこれらの信号を解析する。端末の
第１形態は、通信衛星１０からの無線信号を受信し、か
つそれらからの信号を翻訳するように機能する通信衛星
受信器１７６をも具備している。衛星通信受信器１７６
は、航法衛星１４２からの必要な情報を航法衛星１７４
に良好に獲得させることができるように、航法衛星１７
４に指示を渡す。

【０１４５】端末４４Ｂの第２形態は、航法衛星受信器
１７６をも具備している。通信衛星受信器１７６に代え
て、しかしながら、通信衛星送受信器１７８が設けられ
ており、該送受信器１７８は、通信衛星１０からのメッ
セージを受信し、通信衛星１０へのメッセージを送信す
ることができる。

【０１４６】この発明の実施形態の範囲内において、第
１形態の端末４４Ａおよび第２形態の端末４４Ｂは、位
置決定の用にのみ供される単一ユニットでもよいという
ことは想定されている。また、端末４４Ａ，４４Ｂの部
材は、上述した使用者端末のような他の装置の一部であ
ってもよい。それにもかかわらず、図２１に示された２
つの形態の端末４４Ａ，４４Ｂは、請求された発明の実
施にとって最小限のものを構成する。

【０１４７】図２２は、通信衛星システム１０，３８お
よび第１形態の端末４４Ａまたは第２形態の端末４４Ｂ
のいずれかの動作の組み合わせたフローチャートであ
る。図２２のフローチャートのために、第２形態におけ
る端末４４Ｂ内の通信衛星送受信器１７８が受信のみの
モードにおいて機能するということを特筆しておく。

【０１４８】第３０動作１８０において、通信衛星１０
および各スポットビーム３０の位置を認識している地球
局３８は、各スポットビーム３０が地球１４上のどの領
域と相互作用するのかを計算する。そのような計算が行
われると、地球局３８は第３１動作１８２へ移行し、そ
こでは、端末４４，４４Ａ，４４Ｂにより位置決定情報
を引き出すことが望まれる各航法衛星１４２の軌道、時
刻および位置の認識を用いて、地球局が、各スポットビ
ーム３０によりカバーされている地球１４の表面の特定
の区域からどの航法衛星１４２が適当（すなわち、アク
セス可能）であるかを計算する。

【０１４９】その後、制御は第３２動作１８４へ移行す
る。そこでは、地球局３８は、通信衛星１０に、各スポ
ットビーム３０内に同報通信されるメッセージにアクセ
ス可能な衛星の表示を供給させる。符号化された情報
は、ときどき規則的に送出される。スポットビーム３０
内に配され、かつ、通信衛星１０の同報通信を受信する
各端末４４，４４Ａ，４４Ｂは、航法衛星４２がアクセ
スすることができる表示を、そこから抽出することがで
きる。

【０１５０】制御が第３０動作１８０に戻ることによ
り、通信衛星１０からの同報通信が常に正確であるよう
に、地球局３８がその情報を定期的に更新するというこ
とが保証される。

【０１５１】破線によって示されたスポットビーム３０
内の同報通信の動作は、制御を第３３動作１８６へ移行
させる。そこでは、通信衛星受信器１７６が通信衛星１
０からの同報通信を受信する。その後、制御は、第３４
動作へ移行する。そこでは、通信衛星受信器１７６が同
報通信から、聴取され得る航法衛星１４２の識別子を復
号化する。通信衛星受信器１７６は、その後、これらの
識別子を航法衛星受信器１７４に指示する。第３５動作
１８８において、航法衛星受信器１７４は、通信衛星受
信器１７６からアクセスし得る航法衛星１４２の指示を
受信し、航法衛星１４２に対して試みられる聴取を指示
されたものに制限することによりそれに応答する。した
がって、航法衛星受信器１７４がその位置を決定するこ
とができる前に長い時間聴取する必要性が回避される。
航法衛星１４２から十分な信号が受信されると、第３６
動作１９０において、航法衛星受信器１７４は端末４
４，４４Ａ，４４Ｂの位置を計算し、かつ、それを使用
者に表示する。表示は、液層ディスプレイ画面のような
視覚的ディスプレイ上、または、合成された音声のよう
な聴取し得るもの、またはその両方のいずれかにより行
うことができる。加えて、表示は、コンピュータ、また
は制御システム、または航法システムその他のこれに類
するもののような他のシステムにおいて使用するための
デジタルデータの形式で提供されてもよい。

【０１５２】第３３動作１８６に戻ることにより、端末
４４，４４Ａ，４４Ｂがそれ自体定期的に更新されるこ
とが保証される。図２２の動作において使用される方法
は、任意の形式の端末４４，４４Ａ，４４Ｂによる送信
を必要とすることなく、衛星受信器１７４の位置決めの
必要な迅速化が図られるので、軍事目的に好適である。

【０１５３】適当な航法衛星１４２の指示に加えて、通
信衛星１０も地球表面上における各スポットビーム３０
の位置の指示を同報通信することができ、そのために、
端末４４，４４Ａ，４４Ｂは、たとえ航法衛星１４２へ
のアクセスが失敗したとしても、その位置を概略的に認
識することができ、かつ、必要であればそれを指示する
ことができ、この概略の指示は、ほぼ瞬間的である。

【０１５４】ここで、図２３を見ると、図２３には、こ
の発明の他の実施形態が提供されたときの、通信衛星シ
ステム３８，１０および端末４４Ｂの動作のフローチャ
ートが示されている。この実施形態は、端末４４に通信
衛星１０へ信号を送ることを要求するので、第２様式の
端末４４Ｂのみがこの方法に適していることがわかる。

【０１５５】端末４４Ｂにおける第３７動作１９４、お
よび、地球局３８における第３８動作１９６において、
衛星システム１０，３８および端末４４Ｂは、１つまた
は複数の通信衛星１０を用いて許容される精度まで、地
球１４の表面上の端末４４Ｂの位置を測定するために、
通信衛星送受信器１７８を用いたメッセージの交換によ
って、図１〜２０を参照して説明されたいずれかのまた
は全ての方法にしたがって協動する。地球局３８は、端
末４４Ｂの位置を計算するために得られた情報を使用
し、その後、第３９動作１９８において、時刻および各
航法衛星１４２の軌道および位置の認識を用いて、端末
４４Ｂだけのために、最も良好にアクセスすることがで
きる航法衛星１４２を計算する。第４０動作２００にお
いて、地球局３８は、通信衛星１０に、航法衛星受信器
１７４がどの航法衛星１４２を聴取すべきかについての
表示を端末４４Ｂへ送信させる。メッセージは、第４１
動作２０２において通信衛星送受信器１７８の受信部分
により復号化され、かつ航法衛星受信器１７４へ渡さ
れ、第４２動作２０４において、指示された航法衛星１
４２だけを聴取することにより応答し、これにより、端
末の位置の正確な測定がなされるために航法衛星１４２
から十分なデータを受信するのに必要な時間を改善す
る。

【０１５６】一旦、十分なデータが得られたならば、第
４３動作２０６において、航法衛星受信器１７４は、端
末４４Ｂの位置を計算し、図２２の説明に表示された任
意の方法でその表示を生じさせる。加えて、第４０動作
２００は、１つまたは複数の通信衛星１０を用いて端末
４４Ｂに推定された位置を等しく良好に知らせることが
でき、第３８動作においては、端末４４Ｂは、必要であ
れば、端末４４Ｂの位置に対するほぼ瞬間的な近似を与
えるように表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 衛星の平面的な配置例を示す説明図である。

【図２】 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】 衛星の各回転動作の一例を示す説明図であ
る。

【図６】 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】 衛星を較正する際の試験信号の一例を示す説
明図である。

【図９】 較正された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】 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】 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】 この発明において、衛星の位置の測定の精
度を改良するために、地球の表面上の複数の端末が、ど
のように使用され得るかを示す図である。

【図１８】 この発明の全体的な環境を示す模式的な図
である。

【図１９】 この発明の全体的な計画における端末の動
作を示すフローチャートである。

【図２０】 図１９に対する地球局の全体的な動作を示
すフローチャートである。

【図２１】 この発明においてかつこの発明として使用
され得る異なる端末における要素のブロック図である。

【図２２】 図２１のいずれかの端末の位置を算出する
際における、前記いずれかの端末の動作、並びに、通信
システムの対応する動作を示す組み合わせたフローチャ
ートである。

【図２３】 端末の位置を決定するために交信するとき
に通信することができる、図２１に示された端末並びに
通信ネットワークの対応する動作を示すフローチャート
である。

【符号の説明】

１０，１０’ 通信衛星 １４ 地球 ３０ ビーム ３８，３８’ 地球局 ４４ 端末 １４２ 航法衛星

Claims (35)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端末の位置を計算するために、前記端末
   が複数の航法衛星から時刻および軌道情報を受信するよ
   うに作動する航法衛星位置決めシステムにおいて、 前記端末に、前記複数の航法衛星の内のいずれが前記端
   末の範囲内にあるかを知らせるように作動し、かつ、そ
   れに応答して、前記端末が、前記複数の航法衛星の内の
   範囲内にあるもののみを聴取する通信ネットワークを含
   むことを特徴とする航法衛星位置決めシステム。
2. 【請求項２】 前記端末が、該端末についての概略の位
   置を確立するように作動し、 前記概略位置の認識に応じて、前記通信ネットワーク
   が、前記複数の航法衛星の内のいずれが前記端末の範囲
   内にあるかを計算するように作動し、 前記通信ネットワークが、前記複数の航法衛星の内のい
   ずれが前記端末の範囲内にあるかについて前記端末に知
   らせるように作動することを特徴とする請求項１記載の
   システム。
3. 【請求項３】 前記通信ネットワークが、隣接する無線
   ビームの配列を提供し、前記通信ネットワークが、各ビ
   ーム内に、前記複数の航法衛星の内のいずれが、該ビー
   ム内の端末の範囲内にあるかに関する情報を定期的に同
   報通信するように作動することを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２記載のシステム。
4. 【請求項４】 前記通信ネットワークが、範囲内にある
   前記複数の航法衛星の各々についての概略のドップラー
   周波数シフトを計算するように作動し、 前記通信ネットワークが、範囲内にある前記複数の航法
   衛星の各々についての概略のドップラーシフトを前記端
   末に知らせるように作動し、 前記端末が、これに応じて、範囲内にある前記複数の航
   法衛星の各々についての前記概略のドップラーシフトを
   適応させるためにその受信周波数を調節するように作動
   することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか
   に記載のシステム。
5. 【請求項５】 前記通信ネットワークが１つまたは複数
   の通信衛星を具備し、 前記端末が、前記１つまたは複数の通信衛星に送信する
   ように作動し、かつ、前記１つまたは複数の通信衛星の
   各々が、前記端末に送信するように作動し、前記１つま
   たは複数の通信衛星が、地球局との間で信号を送受信す
   るように作動し、 前記地球局が、前記通信衛星を介して前記端末と信号を
   交換するように作動し、かつ、その後、地球の表面上の
   前記端末の位置を決定するために前記信号を解析するよ
   うに作動することを特徴とする請求項２記載のシステ
   ム。
6. 【請求項６】 前記１つまたは複数の通信衛星が、ただ
   １つの通信衛星からなり、前記端末と前記地球局との間
   で前記交換されたメッセージが、前記端末に対する前記
   １つの通信衛星の動作によるドップラーシフトを測定し
   かつ前記通信衛星と前記端末との間の無線電波遅延を測
   定するように適合されることを特徴とする請求項５記載
   のシステム。
7. 【請求項７】 前記通信衛星が、複数のビームの内の１
   つを用いて前記端末と通信するように作動し、前記複数
   のビームの各々が、地球の表面上の複数の領域の内の各
   １つと相互に作用し、前記端末の位置の不確かさは、前
   記端末が前記信号を交換する前記複数のビームの内の１
   つの観測により解決されることを特徴とする請求項６記
   載のシステム。
8. 【請求項８】 前記１つまたは複数の通信衛星が、複数
   の通信衛星からなり、前記地球局と前記端末との間で交
   換された前記信号が、前記複数の通信衛星の各々と前記
   端末との間の伝播遅延を測定するように適合されている
   ことを特徴とする請求項５記載のシステム。
9. 【請求項９】 前記複数の通信衛星の各々が、所定の時
   刻に同報通信メッセージを供給するようにそれぞれ作動
   し、 前記端末が、各同報通信メッセージの到達時刻を測定し
   かつ記録するように作動し、 前記端末が、受信した各々の同報通信メッセージの到達
   時刻を前記地球局に報告するように作動し、 前記地球局が、前記端末と前記１つまたは複数の通信衛
   星との間の伝播遅延を計算するために、前記各同報通信
   メッセージの前記報告された到達時刻と前記所定の時刻
   とを比較するように作動し、 前記地球局が、前記所定の時刻における１つまたは複数
   の前記通信衛星の各々の実際の位置の認識に基づいて、
   前記１つまたは複数の通信衛星に対する前記端末の位置
   を計算するように作動することを特徴とする請求項８記
   載のシステム。
10. 【請求項１０】 前記地球局が、前記複数の通信衛星の
    各々を介してメッセージを送出するように作動し、 前記端末が、前記メッセージの到達後の所定時間内に、
    前記複数の通信衛星の各々を介してメッセージを戻すよ
    うに作動し、 それによって、前記地球局が、前記複数の通信衛星と前
    記端末との間の伝播遅延を計算するように作動すること
    を特徴とする請求項８または請求項９記載のシステム。
11. 【請求項１１】 前記地球局が、前記複数の通信衛星の
    前記各々に対する前記端末の推定された位置に依存し
    て、前記複数の通信衛星を介して、最適な回数だけ、前
    記メッセージを送り、かつ、そこから引き出される伝播
    遅延の平均を得るように作動することを特徴とする請求
    項１０記載のシステム。
12. 【請求項１２】 前記端末が、もはや視界に存在しない
    通信衛星からの同報通信メッセージの到達時刻を検知し
    かつ記録し、かつ、前記地球局に、前記前の同報通信メ
    ッセージを報告するように作動し、 前記地球局が、前記端末の位置の計算の補助とするため
    に前記端末による同報通信メッセージの受信時刻におい
    て、もはや視界内に存在しない前記通信衛星の位置の認
    識を使用することを特徴とする請求項８から請求項１１
    のいずれかに記載のシステム。
13. 【請求項１３】 前記端末が、もはや視界に存在しない
    航法衛星からの同報通信メッセージの到達時刻を検知し
    かつ記録し、かつ、前記地球局に、前記前の同報通信メ
    ッセージを報告するように作動し、 前記地球局が、前記端末の位置の計算の補助とするため
    に前記端末による前記航法衛星からの前記同報通信メッ
    セージの受信時刻において、もはや視界内に存在しない
    前記航法衛星の位置の認識を使用することを特徴とする
    請求項８から請求項１１のいずれかに記載のシステム。
14. 【請求項１４】 前記端末が、該端末により報告された
    ２つの既知の間隔の間の適当な記録された時刻を記録す
    るように作動し、かつ、それによって、前記端末内のタ
    イマーにおける特性変化およびオフセット誤差を補正す
    るように作動することを特徴とする請求項８から請求項
    １３のいずれかに記載のシステム。
15. 【請求項１５】 前記地球局が、平均により、前記ドッ
    プラーシフトを確立するように第１の最適な回数だけ前
    記端末と前記メッセージを交換し、かつ、平均により前
    記伝播遅延を確立するように第２の最適な回数だけ前記
    端末と前記メッセージを交換し、該第１および第２の最
    適な回数が、前記端末の推定された位置に依存している
    ことを特徴とする請求項６または請求項７記載のシステ
    ム。
16. 【請求項１６】 前記通信衛星が、前記地球局に、第１
    の発生された周波数に乗せて信号を送るように作動し、 前記地球局が、第１の既知の周波数によって前記通信衛
    星に信号を送るように作動し、 前記通信衛星が、前記第１の既知周波数の信号を置き換
    えるために内部発振器を使用し、かつ第１の置き換えら
    れた周波数に乗せて前記基地局に置き換えられた信号を
    戻すように作動し、 前記地球局が、前記第１の発生された周波数および前記
    第１の置き換えられた周波数を測定し、かつ、そこか
    ら、前記地球局と前記通信衛星との間のドップラーシフ
    トおよび前記通信衛星内の内部発振器における誤差を抽
    出するように作動することを特徴とする請求項５から請
    求項１５のいずれかに記載のシステム。
17. 【請求項１７】 前記地球局が、前記ドップラーシフト
    と前記通信衛星内の前記内部発振器における誤差とを抽
    出した後に、前記通信衛星に、端末へ、第２の既知周波
    数によって信号の送信を生じさせるように機能し、 前記端末が、前記第２の既知周波数の前記信号を置き換
    え、該置き換えられた信号を前記通信衛星を介して第２
    の置き換えられた周波数により前記地球局に戻すために
    内部発振器を使用するように作動し、 前記端末が、前記通信衛星を介して前記地球局に、第２
    の発生された周波数に乗せた信号を送るように作動し、 前記地球局が、前記第２の置き換えられた周波数および
    前記第２の発生された周波数を測定するように作動し、
    かつ、そこから、前記通信衛星と前記端末との間のドッ
    プラーシフトを抽出し、かつ、前記端末内の内部発振器
    における誤差を抽出するように作動することを特徴とす
    る請求項１６記載のシステム。
18. 【請求項１８】 前記地球局が、範囲内に存在する前記
    複数の航法衛星の各々についての概略のドップラーシフ
    トを計算するように作動し、 前記地球局が、範囲内に存在する前記複数の航法衛星の
    各々についての前記概略のドップラーシフトを、前記通
    信衛星を介して前記端末に知らせるように作動し、 前記端末が、それに応答して、範囲内に存在する前記複
    数の航法衛星の各々についての前記概略のドップラーシ
    フトを適応させるためにその受信周波数を調節するよう
    に作動することを特徴とする請求項５から請求項１７の
    いずれかに記載のシステム。
19. 【請求項１９】 前記通信ネットワークが、地上無線電
    話ネットワークからなることを特徴とする請求項１から
    請求項４のいずれかに記載のシステム。
20. 【請求項２０】 前記通信ネットワークが、前記端末
    に、前記端末についての前記確立された概略位置を知ら
    せるように作動し、 前記端末が、それに応じて、前記確立された概略の位置
    の使用者が翻訳可能な表示を提供するように作動するこ
    とを特徴とする請求項２記載のシステム。
21. 【請求項２１】 前記使用者が翻訳可能な表示が視覚的
    ディスプレイの使用を含んでいることを特徴とする請求
    項２０記載のシステム。
22. 【請求項２２】 前記端末が、既知の航法衛星からの既
    知の時刻における既知の位置から送られた信号を受信す
    るように作動し、 前記端末が、前記信号の到達時刻を記録するように作動
    し、 前記端末が、前記到達時刻を前記地球局に連絡するよう
    に作動し、 前記地球局が、前記既知の航法衛星と前記端末との間の
    距離を計算するように作動し、 前記地球局が、前記端末の前記位置の推定に、前記計算
    された距離を組み込むように作動することを特徴とする
    請求項２から請求項２１のいずれかに記載のシステム。
23. 【請求項２３】 前記信号内における前記既知の航法衛
    星が、その識別子の表示を提供するように作動し、 前記端末が、前記識別子を検知するように作動し、 前記端末が、前記識別子の表示を前記地球局まで搬送す
    るように作動することを特徴とする請求項２２記載のシ
    ステム。
24. 【請求項２４】 前記信号内における前記航法衛星が、
    該航法衛星からの前記信号の発信時刻の表示を提供する
    ように作動し、 前記端末が、前記既知の航法衛星からの前記信号の前記
    発信時刻の表示を前記地球局まで搬送するように作動す
    ることを特徴とする請求項２２または請求項２３記載の
    システム。
25. 【請求項２５】 前記航法衛星が、前記通信衛星によっ
    て占められたもの以外の立体配座の内の１つであること
    を特徴とする請求項２２から請求項２４のいずれかに記
    載のシステム。
26. 【請求項２６】 前記航法衛星が、複数の航法衛星を具
    備する立体配座の内の１つであることを特徴とする請求
    項２５記載のシステム。
27. 【請求項２７】 前記端末が、信号を受信することがで
    きる前記複数の航法衛星の内のいずれかに応答するよう
    に作動し、 前記地球局が、前記端末により信号が受信され得る複数
    の航法衛星のいずれかに関する前記端末から受信した情
    報に応答するように作動することを特徴とする請求項２
    ６記載のシステム。
28. 【請求項２８】 前記端末が、前記地球局からのメッセ
    ージの受信の際に計時動作を開始するように作動し、 前記端末が、前記航法衛星からの信号の受信の際に前記
    計時動作を終了するように作動し、 前記端末が、前記計時動作の測定された経過時間を、該
    端末における前記信号の前記到達時間として使用するよ
    うに作動し、 前記地球局が、前記端末における前記信号の真の到達時
    刻を推定するために、前記地球局と前記端末との間の伝
    播遅延を使用するように作動することを特徴とする請求
    項２２から請求項２７のいずれかに記載のシステム。
29. 【請求項２９】 請求項１から請求項２８のいずれかに
    記載されたような形態の航法衛星位置決めシステムの動
    作方法。
30. 【請求項３０】 端末が、該端末の位置を計算するため
    に、時刻および軌道の情報を複数の航法衛星から受信す
    るように作動する航法衛星位置決めシステムにおける使
    用方法であって、 前記端末を通信ネットワーク内に含めるステップと、 前記複数の航法衛星の内のいずれが前記端末の範囲内に
    存在するかを前記端末に知らせるために前記通信ネット
    ワークを使用し、かつ、前記端末により、それに応じ
    て、前記複数の航法衛星の内の範囲内に存在するものに
    対してのみ聴取するステップとを具備することを特徴と
    する航法衛星位置決めシステムにおける使用方法。
31. 【請求項３１】 端末の位置を計算するために複数の航
    法衛星から時刻および軌道の情報を受信するように作動
    する航法衛星位置決めシステムにおいて使用される端末
    であって、 前記端末の範囲内に前記複数の航法衛星の内のいずれが
    存在するかを前記端末に知らせる通信ネットワーク内に
    おいて作動し、 前記端末が、それに応じて、前記複数の航法衛星の内の
    範囲内に存在するものに対してのみ聴取するように作動
    することを特徴とする航法衛星位置決めシステムにおい
    て使用される端末。
32. 【請求項３２】 前記端末についての概略の位置を確立
    するために前記通信 ネットワークとメッセージを交換するように作動し、前
    記通信ネットワークが、前記概略の位置の認識に応じ
    て、前記複数の航法衛星の内のいずれが前記端末の範囲
    内に存在するのかを計算するように作動し、 前記通信ネットワークが、前記複数の航法衛星の内のい
    ずれが前記端末の範囲内に存在するのかを端末に知らせ
    るように作動することを特徴とする請求項３１記載の端
    末。
33. 【請求項３３】 前記通信ネットワークが隣接する無線
    ビームを提供し、 前記通信ネットワークが、各ビーム内に、該ビーム内の
    端末の範囲内に前記複数の航法衛星の内のいずれが存在
    するのかに関する情報を定期的に同報通信するように作
    動することを特徴とするシステムにおいて使用される請
    求項３１または請求項３２記載の端末。
34. 【請求項３４】 前記通信ネットワークが、範囲内に存
    在する前記複数の航法衛星の各々についての概略のドッ
    プラー周波数シフトを計算するように作動し、 前記通信ネットワークが、範囲内に存在する前記複数の
    航法衛星の各々についての前記概略のドップラー周波数
    シフトを前記端末に知らせるように作動し、 前記端末が、それに応じて、範囲内に存在する前記複数
    の航法衛星の各々についての前記概略のドップラーシフ
    トを適応させるためにその受信周波数を調節するように
    作動することを特徴とするシステムにおいて使用される
    請求項３１から請求項３３のいずれかに記載の端末。
35. 【請求項３５】 請求項１から請求項２８のいずれかに
    記載のシステム内において作動するように構成されたこ
    とを特徴とする端末。