特許 5957025 ユーザ受信機の位置決定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5957025

(24)【登録日】2016年6月24日

(45)【発行日】2016年7月27日

(54)【発明の名称】ユーザ受信機の位置決定方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 19/29 20100101AFI20160714BHJP

   G01S 19/25 20100101ALI20160714BHJP

   G01S 19/07 20100101ALI20160714BHJP

   G01S 19/30 20100101ALI20160714BHJP

【ＦＩ】

   G01S19/29

   G01S19/25

   G01S19/07

   G01S19/30

【請求項の数】1

【外国語出願】

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2014-56325(P2014-56325)

(22)【出願日】2014年3月19日

(62)【分割の表示】特願2009-523830(P2009-523830)の分割

【原出願日】2007年8月7日

(65)【公開番号】特開2014-178321(P2014-178321A)

(43)【公開日】2014年9月25日

【審査請求日】2014年4月17日

(31)【優先権主張番号】11/501,556

(32)【優先日】2006年8月9日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100109726

【弁理士】

【氏名又は名称】園田 吉隆

(74)【代理人】

【識別番号】100101199

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 義教

(72)【発明者】

【氏名】ディ・エスポスティ、レイモンド・エス．

【審査官】 中村 説志

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１０−５２１６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５３２７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５３０１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４１１４１５５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５１７２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Raymond DiEsposti，“GPS PRN Code Signal Processing and Receiver Design for Simultaneous All-in-View Coherent Signal Ac，Proceedings of the 2007 National Technical Meeting of The Institute of Navigation (ION NTM 2007)，２００７年 １月２２日，p.91-103

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ５／００− ５／１４

Ｇ０１Ｓ１９／００−１９／５５

Ｇ０１Ｃ２１／００−２１／３６

Ｈ０４Ｂ ７／２４− ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

全地球測位システム”ＧＰＳ”ユーザ受信機（56）で、
初期化データ、基地局位置データ、時間補助データのセットを受信し、
ユーザ受信機クロックを同期するための時間同期情報と、エポック時間に基地局（54）で受信された衛星距離信号の距離データとの同期に関する時間同期関数とを受信し、
ユーザ受信機の視野内の少なくとも３つの衛星（52）のそれぞれから衛星距離信号を同時に捕捉し、
予め規定されたサーチ空間境界内の複数のグリッド点位置に対して、前記捕捉された少なくとも３つの衛星距離信号とグリッド点位置とから、搬送波のコヒーレントな組み合わせを求め、
グリッド点毎の、前記搬送波のコヒーレントな組み合わせの電力出力を平滑化した幾何学的表面モデルを解析して電力出力が最大になる位置を決定し、
当該位置をユーザ受信機の推定位置とすることを含む、ユーザ受信機（56）の位置決定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は全地球測位（ＧＰ）のための方法及びシステムに関する。特に本発明は、幾何学的表面処理技術を使用してＧＰＳユーザ受信機の位置を決定するために衛星からＧＰＳ信号を捕捉するための全地球測位システム（ＧＰＳ）ユーザ受信機のためのシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

数十年間にわたって、移動体プラットフォームおよび／または個人の実時間の位置及び位置情報を得る能力は強く求められている技術である。米国空軍によって導入された世界無線ナビゲーションシステムである全地球測位システム（ＧＰＳ）が実施されて以来、当該技術は実用化されている。ＧＰＳは分散した複数の衛星、地上局または基地局、少なくとも１つのＧＰＳユーザ受信機を含んでいる。

【0003】

衛星の位置はＧＰＳユーザ受信機の位置を計算するための基準点として使用され、このように計算された位置は通常数メートル以内、時には数センチメートル以内の精度を有する。衛星、地上局、ＧＰＳユーザ受信機はそれぞれ正確な時間で開始するようにプログラムされた時間信号を有する。衛星により放送される信号をロックして自動追尾するため、地上局とＧＰＳユーザ受信機はそれらのそれぞれの内部クロックにより予測される時間に関してそれらのそれぞれの内部で発生された信号をスリューする。信号がロックされると、ＧＰＳユーザ受信機は「擬似距離」と呼ばれる各衛星に対する距離測定を行う。これらの擬似距離測定は衛星までの実際の距離と、ＧＰＳ時間に対する受信機クロック時間オフセットに関連する誤差、他のより小さい誤差を含んでいる。ＧＰＳ制御セグメントネットワークに含まれる地上局は、衛星クロックと軌道の予測を行うために使用される距離測定を行う。これらの予測は周期的に衛星へアップロードされ、衛星はこのデータをユーザ受信機位置決め機能を支援するためにユーザ受信機へ放送する。

【0004】

各衛星は特有の擬似ランダム雑音（ＰＲＮ）コードとナビゲーション（Ｎａｖ）メッセージを含んだＧＰＳ信号を２つの搬送波周波数Ｌ１とＬ２で送信する。Ｌ１搬送波は１５７５．４２ＭＨｚであり、タイミングのためにＮａｖメッセージと擬似ランダム雑音コードの両者を伝送する。Ｌ２搬送波は１２２７．６０ＭＨｚである。Ｌ２信号は通常軍事目的で使用される。粗捕捉（Ｃ／Ａ）コードと精密（Ｐ）コードと呼ばれる２つのタイプのＰＲＮコードが存在する。民間使用を目的とするＣ／Ａコードは１．０２３ＭＨｚでＬ１搬送波を変調し、１０２３ビット毎に反復し、したがってＣ／Ａコードの長さは１ミリ秒である。軍事使用を目的とするＰコードは７日間のサイクルで反復し、Ｌ１とＬ２搬送波の両者を１０．２３ＭＨｚで変調する。Ｐコードが暗号化されると、これは「Ｙ」コードと呼ばれる。さらに、Ｎａｖメッセージは衛星の軌道、それらのクロック補正、その他のシステム状態についての情報を与えるＬ１とＬ２におけるコードに付加される低周波数信号である。理想的には、ＧＰＳ衛星の距離信号が地球に放送されると、ＧＰＳ衛星の距離信号は慣性基準システムで真空を通る光伝播速度による距離遅延と共にＧＰＳユーザ受信機に直接到達する。しかしながら、ＧＰＳユーザ受信機へのルートに沿って、ＧＰＳ衛星距離信号はＧＰＳ衛星信号を遅延させる幾つかの原因に遭遇する。これらの信号は、距離予測モデルと光伝播速度によるパス遅延に加えてさらに遅延を生じ、したがって誤差の原因になる。このような遅延と誤差の潜在的な原因は衛星の暦とクロック誤差、選択的な利用性（ＳＡ）、電離層および大気効果、マルチパス、受信機クロック誤差を含んでいる。

【0005】

ＧＰＳ衛星の距離信号の遅延及び誤差を減少または除去するために、ディファレンシャルＧＰＳ地上局と呼ばれる他の地上局がしばしば使用される。各ディファレンシャル地上局は静止しており、全ての衛星信号測定をローカル基準へ結びつける。さらに、ＧＰＳユーザ受信機に最も近いディファレンシャル地上局は、同じエポック時間において、ＧＰＳユーザ受信機により捕捉され追跡されたＧＰＳ衛星信号が含むのと同じ遅延と誤差を含むＧＰＳ衛星信号を受信する。ディファレンシャル地上局は典型的には、ＧＰＳユーザ受信機の数十キロメートル内にある。ディファレンシャル地上局は距離遅延またはタイミング誤差を測定し、無線周波数（ＲＦ）無線通信リンクでこの補正情報をＧＰＳユーザ受信機に提供する。ＧＰＳユーザ受信機はその間静止していてもよいし、移動していてもよい。ＧＰＳユーザ受信機は前述の誤差を減少するためにこれらの補正をその距離測定に適用する。ディファレンシャル地上局はその固定された位置を知っており、各ＧＰＳ衛星信号の予測される伝播時間を計算する。この計算は、各衛星が宇宙空間で位置付けられるべき場所を表す天体位置表に基づいている。ディファレンシャル地上局は、各衛星の信号に関する誤差補正情報を決定するために、全ての衛星について、衛星距離信号の計算された伝播時間を信号に対して測定された実際の伝播時間と比較する。ディファレンシャル地上局は、その後、各衛星の誤差補正情報をＧＰＳユーザ受信機へ送信する。

【0006】

通常の信号処理では、ＧＰＳユーザ受信機は、最初にオンに切り換えられるか、ＧＰＳ信号の処理を開始するよう起動されると、視野中の多数の衛星からのＧＰＳ衛星距離信号をサーチし、捕捉し、ロックして自動追尾する。ＧＰＳユーザ受信機はまたＧＰＳユーザ受信機の視野内の各衛星のＰＲＮコード信号について（擬似距離と呼ばれる）距離測定も行う。ＧＰＳ受信機はＰＲＮコード信号に重ね合わされたＮａｖメッセージデータを復調し、ディファレンシャルＧＰＳモードで動作されていれば、地上局から送信された誤差補正を適用し、ＧＰＳユーザ受信機の位置と、ＧＰＳ時間に対するユーザ受信機クロックオフセットを求めるためにこの情報を使用する。付加的に、視野内の任意の衛星とＧＰＳユーザ受信機との間の距離を決定するためにＧＰＳユーザ受信機は信号伝播遅延の実際の伝播時間を決定し、補正された伝播時間を計算するために基地局から受信された誤差補正情報を適用する。補正された伝播時間はその後信号送信衛星までの距離を決定するために光速度により乗算される。少なくとも４つの衛星のＧＰＳ衛星の距離信号を捕捉した後、ＧＰＳユーザ受信機はその位置とＧＰＳ時間に関する時間誤差を解く。

【0007】

ＧＰＳ衛星距離信号を捕捉する通常の方法では、ＧＰＳユーザ受信機が一度に１つのＧＰＳ衛星信号を捕捉する。信号の捕捉は通常、ＧＰＳユーザ受信機の最も脆弱なフェイズである。その１つの理由は、Ｃ／Ａコードが弱く、小さい干渉レベル、断続的な減衰、または衛星からＧＰＳユーザ受信機までの視線（ＬＯＳ）の障害が、１以上の距離信号で捕捉プロセスを失敗させる可能性があるためである。

【0008】

それ故、距離信号の迅速で信頼性があり強固な捕捉がＧＰＳユーザ受信機により行われることをより確実にする方法によって、信号捕捉プロセスをさらに改良することが望ましい。これらの動作が例えば室内、木の葉の下、または妨害状態下のような信号電力の減衰または干渉を伴う困難な環境でＧＰＳユーザ受信機により行われることができるならば特に望ましい。

【発明の概要】

【0009】

本発明は、ＧＰＳユーザ受信機の視野中の複数の衛星のそれぞれから同時に複数の衛星の距離信号を検出し捕捉し、同時にＧＰＳユーザ受信機の位置を推定する方法およびユーザ受信機を提供する。

【0010】

この方法は初期化データ、基地局位置データ、衛星距離データ、時間補助データのセットの受信を含んでいる。時間同期関数はユーザ受信機クロックと、エポック時間に基地局で受信された距離信号の距離データを同期するために基地局から受信される。この情報を使用して、ユーザ受信機は基地局位置データに基づいて地球基準サーチ空間領域と２次元または３次元のサーチ空間グリッド内のＧＰＳ信号をサーチする。サーチ空間領域は複数のグリッド点位置を含んでいる。ユーザ受信機の視野内の複数の各衛星からの少なくとも１つの衛星距離信号が同時に捕捉される。複数のグリッド点のそれぞれに対して、受信された距離信号の搬送波位相角度の組合せがサーチされる。複数の各グリッド点位置に対する距離信号の電力出力は、ユーザ受信機の推定位置を決定するために組み合わせられる。推定グリッド点位置では、全ての距離信号からの電力が同位相で組み合わせられ、組み合わされた電力出力は最大値になる。最大の組合された電力に対応する推定位置は、次に、解の確実性を決定するために解析される。

【0011】

全地球測位システムでユーザ受信機の位置を迅速に決定するためのＧＰＳユーザ受信機もまた提供される。ＧＰＳユーザ受信機は、ユーザインターフェース、基地局受信部、ナビゲーションシステム、制御処理モジュールを含んでいる。ユーザインターフェースはリクエスト信号を発生し、ユーザ受信機の位置の指示を受信するように構成される。基地局の受信部は、初期化データと基地局位置データを受信するために無線補助リンクを使用する。このデータは、衛星距離信号のサーチ空間領域をユーザ端末の現在位置を含む予め定められた地理領域に限定するために使用される。基地局受信部または制御処理モジュールはまたエポック時間にユーザ受信機クロックを同期するため基地局信号から受信されるとき時間同期関数を出力する。

【0012】

ナビゲーションシステムは初期化データと基地局位置データを受信し、複数のグリッド点位置を有する予め定められた地理領域内で、ユーザ受信機の視野内にある複数の宇宙ベースのＧＰＳ衛星から少なくとも１つの衛星距離信号をサーチするように構成されている。ナビゲーションシステムはまた予め定められた地理領域内の複数のグリッド点位置のそれぞれについて、全ての受信された距離信号の電力出力を組合せ、最大の電力出力値を出力するように構成されている。制御処理モジュールはナビゲーションシステムと通信し、ユーザ受信機の位置を決定するために最大の電力出力を受信し、それに応答して位置信号をユーザインターフェースモジュールへ出力するように構成されている。

【0013】

本発明の方法及びＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ ＰＲＮコード信号を一度に１つ捕捉するのではなく、全視野の一体的なＰＲＮコード信号処理方式に基づいてＧＰＳ衛星距離信号のより強力な検出を可能にする。さらに、方法及びＧＰＳ受信機はＧＰＳ ＰＲＮコード信号を一度に１つ捕捉する通常の捕捉方法と比較するとき、組合された信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）捕捉性能の１０ｄＢ以上の改良を可能にする。この方法及びＧＰＳ受信機は、またユーザと基地局の両者に共通の距離誤差を自動的に除去することを可能にし、コード位相測定に対するマルチパス誤差の導入を最小にする。

【0014】

本発明のさらに別の応用範囲は以下行う詳細な説明から明白になるであろう。種々の実施形態を示しているが、詳細な説明と具体例は例示を目的としており、本発明の技術的範囲を限定する目的ではないことを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】全地球測位システム（ＧＰＳ）の視野にある複数の衛星からの入力を使用するための本発明の方法のフローチャート。

【図2】図１の方法の実行に使用される例示的なシステムのブロック図。

【図3】全ての衛星から距離信号入力を同時に捕捉するために使用される２次元のサーチ域領域の１例を示すグラフ。

【図4】ここに含まれている説明による例示的なユーザ受信機のブロック図。

【図5】図１の方法の実行に使用されるユーザ受信機の例示的なナビゲーション処理モジュール90の回路概略図。

【図6】ユーザ受信機が図１の方法を実行するための相関器の従属バンクの例示的なネットワークの回路概略図。

【図7】ここに含まれている説明による多数の衛星信号のコヒーレントな組合せの位相シフトを示すグラフ。

【図8】ここに含まれている説明による理想的な相関関数の図。

【図9】複数のグリッド点位置（視野内の５つの衛星とゼロ雑音を有するユーザ受信機）の２次元サーチ空間領域における電力出力を示すグラフ。

【図10】複数のグリッド点位置（視野内の５つの衛星と、各ＰＲＮコード相関器出力におけるＳＮＲ＝１２ｄＢを有するユーザ受信機）の２次元サーチ空間領域における電力出力を示すグラフ。

【図11】複数のグリッド点位置（視野内の９つの衛星とゼロ雑音を有するユーザ受信機）の２次元サーチ空間領域における電力出力を示すグラフ。

【図12】複数のグリッド点位置（視野内の９つの衛星と、各ＰＲＮコード相関器出力におけるＳＮＲ＝６ｄＢを有するユーザ受信機）の２次元サーチ空間領域における電力出力を示すグラフ。

【図13】複数のグリッド点位置（視野内の２０の衛星と、各衛星から受信された５ＰＲＮコードと、各ＰＲＮコード相関器出力におけるＳＮＲ＝０ｄＢを有するユーザ受信機）の２次元サーチ空間領域における電力出力を示すグラフ。

【図14】複数のグリッド点位置（視野内の９つの衛星を有し、ｚ＝０のユーザ受信機）の３次元サーチ空間領域の水平断面における電力出力を示すグラフ。

【図15】複数のグリッド点位置（視野内の９つの衛星を有し、ｚ＝５００ｍのユーザ受信機）の３次元サーチ空間領域の水平断面における電力出力を示すグラフ。

【図16】複数のグリッド点位置（視野内の９つの衛星を有し、ｚ＝１０００ｍのユーザ受信機）の３次元サーチ空間領域の水平断面における電力出力を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明は詳細な説明と添付図面からさらに十分に理解されよう。
種々の実施形態の以下の説明は、本質的に単なる例示であり、本発明、その応用、または使用を限定することを意図するものではない。ここで使用されているように、用語「モジュール」は特定用途用集積回路（ＡＳＩＣ）、電気回路、１以上のソフトウェアまたはファームウェアプログラムを実行するプロセッサ（共有、専用またはグループ）およびメモリ、従属相関器ネットワークのバンク、組合せのサーチ論理回路および／または説明した機能を行う他の適切なコンポーネントを指している。

【0017】

図１を参照すると、本発明の説明は全地球測位システム（ＧＰＳ）ユーザ受信機の視野にある複数の衛星からの入力を使用するための方法10を示している。複数の衛星は少なくとも３つの衛星からユーザ受信機の視野内の全ての衛星までを含んでいる。この方法は動作12において初期化データ及び基地局位置データのセットを基地局からユーザ受信機へ送信するための無線補助リンクの使用を含んでいる。初期化データのセットはアルマナックまたは衛星エフェメリス及びクロックデータ、寸法または境界データ、衛星距離信号測定データを含む衛星距離信号データを含んでいる。境界データはユーザ受信機が位置付けられるサーチ領域の大きさを限定するため予め定められた地理的空間を含んでいる。動作14において、基地局はユーザ受信機がその内部クロックを同期することを可能にするＧＰＳ時間同期関数と、エポック時間に基地局で測定された衛星距離データをユーザ受信機へ送信し、これはユーザ受信機の視野中の衛星コードの受信を同期するために使用される。

【0018】

ＧＰＳ時間同期関数と他の送信されたデータがユーザ受信機により受信された後、ユーザ受信機はサーチ空間領域グリッド点内でサーチを開始する。そのサーチは基地局に提供された初期化データのセットに基づくことができる。ユーザ受信機は動作16で示されているように、ユーザ受信機の視野内の複数の各衛星から衛星コードを同時に捕捉する。ユーザ受信機はその代わりにユーザ受信機の視野中の全ての衛星からの複数の衛星ＰＲＮコードをすべて同時に捕捉してもよい。動作18で、ユーザ受信機はサーチ空間領域のグリッド点をサーチする一方で、ユーザ受信機の推定位置を決定するために各受信された衛星ＰＲＮコードの電力出力を組み合わせる。より具体的には、ユーザ受信機はサーチ空間領域をサーチし、サーチ空間領域内の複数のグリッド点位置について受信された各衛星コードの電力出力を組合せ、受信された衛星コードの組み合わせ電力出力の最大値を提供するグリッド点を決定する。ユーザ位置に対応するグリッド点では、処理される全ての衛星コードの電力は位相差のない状態で組み合わされ、最大の電力出力を示す。最大の組み合わせられた電力出力は特定のグリッド点位置で最高の値を示すことでユーザ受信機の推定位置を指示する。

【0019】

図２を参照すると、前述の動作を実行するための本発明の全地球測位システム（ＧＰＳ）50が示されている。ＧＰＳ50は複数のＧＰＳ衛星52、基地局54、ＧＰＳユーザ受信機56を備えている。衛星52はそれぞれユーザ受信機56と基地局54と無線で通信している。さらに基地局54はユーザ受信機56と無線で通信している。

【0020】

衛星52の位置はユーザ受信機56の位置を決定するための信号処理における基準点として使用される。衛星52はユーザ受信機56の視野にある地球軌道中の“Ｍ”個の衛星のコンステレーションを構成している。各衛星52の１つは１以上の正確に同期されたＧＰＳ衛星距離信号を地球方向へ発信する。ＧＰＳ距離衛星信号はＬ１および／またはＬ２搬送波周波数のような搬送波周波数で伝播される擬似ランダム雑音（ＰＲＮ）コードとナビゲーション（Ｎａｖ）メッセージを含んでいる。Ｌ１搬送波周波数は１５７５．４２ＭＨｚであり、タイミングのためにＮａｖメッセージとＰＲＮコードの両者を伝送する。Ｌ２搬送波周波数は１２２７．６０ＭＨｚである。

【0021】

粗捕捉（Ｃ／Ａ）コードと精密（Ｐ）コードと呼ばれる２つのタイプのＰＲＮコードが存在する。民間使用を目的とするＣ／Ａコードは１．０２３ＭＨｚの速度でＬ１搬送波を変調し、１０２３ビット毎に反復する。軍事使用を目的とするＰコードは７日のサイクルで反復し、Ｌ１とＬ２搬送波の両者を１０．２３ＭＨｚで変調する。Ｐコードが暗号化されると、これは「Ｙ」コードと呼ばれる。さらに、Ｎａｖメッセージは衛星の軌道、それらのクロック補正、その他のシステム状態についての情報を与えるＰＲＮコードに付加される低周波数信号である。

【0022】

技術の進歩につれて、衛星52はＬ１とＬ２搬送波およびＬ５と呼ばれる追加の搬送波周波数により多くの民間および軍事コードを含むことができる。例えば衛星52は、Ｌ１搬送波上に２つの軍事コードと２つの民間信号コード、Ｌ２搬送波上に２つの軍事コードと１つの民間信号コード、Ｌ５搬送波上に２つの民間コードを含むことができる。さらに、ＧＰＳナビゲーションシステム衛星52の代わりに、衛星52は例えば米国連邦航空局（ＦＡＡ）と運輸省（ＤＯＴ）により開発された広域拡大システム（ＷＡＡＳ）または欧州連合と欧州宇宙機構の主導で発射されたガリレオ衛星無線ナビゲーションシステム衛星のような他の既存の衛星ナビゲーションシステム衛星を含むことができる。普遍性を失わずに、システム50はＧＰＳコード、または他の衛星ナビゲーションシステム信号のコード、利用可能であるならば、例えば集積されたＧＰＳ−ガリレオユーザ受信機を一体化することができる。

【0023】

基地局54は正確に調査された地点に位置する静止受信機を含む地上局を備えている。基地局54は、各衛星52からＧＰＳ衛星距離信号を受信する。各ＧＰＳ衛星距離信号が基地局54とユーザ受信機56により受信された衛星信号は、電離層または大気状態、ＧＰＳ放送暦およびクロック誤差と、マルチパス状態、または基地局54或いはユーザ受信機56に到達する距離信号に誤差を発生しうる他の要因によって悪影響を受けている可能性がある。基地局54は、初期化データ、基地局位置データ及び寸法または境界データの特有のセットのような付加的な補助データを送信する。初期化データのセットは、ＧＰＳアルマナックまたは衛星エフェメリス及びクロックデータ、エポック時間に基地局54で受信されたときの基地局距離測定を含むＰＲＮ距離データを含んでいる。境界データは、ユーザ受信機56が位置するサーチ空間領域を限定するために予め定められた地理的範囲を含んでいる。

【0024】

ユーザ受信機56は、基地局位置データに基づいてサーチ空間領域内をサーチし、ユーザ受信機56の視野内の衛星52から衛星コードの１以上を同時に捕捉する。さらにユーザ受信機56は、ユーザ受信機56の視野内の全ての衛星から全ての衛星距離コードを同時に捕捉し、受信された衛星コードを合計する等コヒーレントに組合せ、そこからユーザ受信機56の推定位置を検出することができる。ユーザ受信機56は、予め定められた地理領域内の複数のグリッド点位置のそれぞれで受信されるべきＧＰＳ距離信号の電力出力を組合せまたは合計して、最大の電力出力値を決定する。ユーザ受信機56は、最大の電力出力値を外挿してユーザ受信機56の推定位置を得る。最大の電力出力値は、全てのグリッド点のうちで、ＰＲＮコードが最もコヒーレントに組み合わされたグリッド点位置の電力出力を示しており、最大の電力に対応するサーチ空間領域内の位置はユーザ受信機56の推定位置である。以下の段落はユーザ受信機56の機能をより具体的に説明している。

【0025】

無線補助リンクを通して、ユーザ受信機56は基地局位置データと共に捕捉を補助するための初期化データのセットと捕捉サーチの補助のためのサーチ領域境界データとを受信する。さらに無線リンクによって、ユーザ受信機56には未知のユーザクロック誤差に対応するサーチ空間を縮小するためにＧＰＳ時間同期機能が与えられる。ユーザ受信機56は、基地局54からサーチで使用するための時間同期の正確性についてのデータも受信する。しかしながら時間同期の正確性はサーチ領域境界データに基づいてユーザ受信機56により推測することができる。さらに、ユーザ受信機56は、サーチ空間を縮小するためにユーザ受信機クロックと発振器の誤差を減少するよう基地局からの時間補助関数と周波数補助関数を使用することができる。

【0026】

時間補助関数は、ＧＰＳ時間転送または時間サンプリング制御方法のような幾つかの形態を取ることができる。時間転送方法は基地局からの外部ＲＦ補助信号を使用して、ＧＰＳ時間同期関数をユーザ受信機56へ提供する。他方で、時間サンプリング制御方法は、ＧＰＳ衛星距離信号を測定するために基地局54により使用される時間エポックに近い時間エポックで、ＧＰＳ衛星距離信号をサンプルするコマンドを基地局54がユーザ受信機56に提供することを含む。

【0027】

周波数補助は、安定な基地局無線周波数（ＲＦ）搬送波信号への信号位相または周波数のロック（例えば位相ロックループ（ＰＬＬ））を実行することにより、ユーザ受信機56に導入することができる。基地局信号が高品質のオーブン結晶発振器（ＯＣＸＯ）またはＧＰＳ衛星信号の追跡により周波数較正された発振器を使用して発生されている場合、ユーザ受信機ＰＬＬは周波数サーチを減少または除去するのに十分正確で安定な周波数基準を提供する。ユーザ受信機ＰＬＬ周波数基準は、また、ユーザ受信機56に対する各衛星52のドップラと運動の補償につづく１秒までのコヒーレントな積分時間を支援する。

【0028】

アルマナックまたはエフェメリスデータを使用して、ユーザ受信機56は、サーチ空間グリッド内のその位置を決定するために使用される視野内のＧＰＳ衛星距離コード信号の数を決定することができる。サーチ空間は、グリッド点の２次元領域から成る。あるいは、サーチ空間はサーチグリッド点の３次元領域から成っていてもよい。例えば２次元の場合の位置を決定するためには、ユーザ受信機56の視野内に少なくとも３つの衛星54が必要とされる。他方で、３次元の場合のユーザ受信機56の位置を決定するためには、少なくとも４つの衛星54が必要とされる。さらに、ユーザ受信機56は次式またはその変形により与えられる予測可能なオフセットによってＰＲＮコーダを調節し、視野内の“Ｍ”個の衛星52のそれぞれから受信されたＧＰＳ衛星ＰＲＮコード信号を同時に関係づけて、複数の推定グリッド点位置の全ての信号を同時に算出する。

【0029】

図３を参照すると、サーチ空間領域58は約１／４乃至１／２ＰＲＮコードチップ離れて隔てることができるサーチ空間グリッド点（ｘ、ｙ）のセットを含んでいる（Ｌ１ Ｃ／ＡコードチップはＣ／Ａコードの約３００メートルに相当し、ＰコードチップはＰ（Ｙ）コードの約３０メートルに相当する）。２次元のサーチ空間領域の大きさが約１０ｋｍ×１０ｋｍであるならば、サーチ点の数はＣ／Ａコードチップに対して約５，０００乃至２０，０００であることができる。さらに、初期サーチスペース域の減少は大幅な計算的節約を可能にする。例えば１ｋｍ×１ｋｍの領域は１００の節約係数またはＣ／Ａコードチップで５０乃至２００のみのグリッド点を可能にする。

【0030】

再度図３を参照すると、基地局54からベクトル→ｒ_Ｕによりオフセットされるユーザ受信機56の位置における受信されたコード位相は、大きさ＾Ｌｉ・→ｒ_Ｕの基地局54に関する距離オフセットを含んでおり、ここで＾Ｌｉは衛星“ｉ”までの視線（ＬＯＳ）単位ベクトルである。したがって、エポック時間ｔ_０における基地局54に対するユーザ受信機56により受信された“Ｎ”衛星ＰＲＮコード擬似距離（ＰＲ）測定のセットは次式により与えられる。

（式１）

【0031】

ここで“ｂ”はＧＰＳ時間に対するユーザ受信機クロックの未知のオフセットを表す未知のパラメータである。“Ｎ”は視野内の“Ｍ個”までの衛星52から合計された処理で使用される全てのＰＲＮコード信号からなる。エポック時間ｔ_０における２つのＧＰＳ ＰＲＮコード信号“ｉ”と“ｊ”間の相対的なコード位相は次式のように規定される。

Φｉｊ（ｔｏ）＝ＰＲｉ（ｔｏ）−ＰＲｊ（ｔｏ） （式２）

ここでＰＲＮコード距離測定ｉとｊは、同じ衛星52iに関する２つの異なるＰＲＮコード信号、または２つの異なる衛星52i、52jから得る２つの異なるＰＲＮコード信号から得ることができる。同じ衛星52からの２つのＰＲＮコード信号間の相対的なコード位相はほぼ同じである。ＰＲＮコード信号が同じ衛星52iからの２つの異なる周波数から得られるならば、相対的なコード位相は衛星送信機と電離層遅延に関連する周波数間バイアスを含むことができる。

【0032】

ユーザ受信機56と基地局54により観察されるときの相対的なコード位相間の差は次式により得られる。

ΔΦｉｊ（ｔｏ）＝（Φｉｊ）_Ｕ−（Φｉｊ）_ＢＳ （式３）

結果を簡単にするために式２を式３に代入し、式１を使用すると、次式が得られる。

（式４）

【0033】

未知のユーザクロックオフセットパラメータ“ｂ”は式４により与えられる差分相対コード位相式から脱落する。ユーザ受信機56が“Ｍ個の”衛星52の視野内の“Ｎ”ＧＰＳ ＰＲＮコード信号からの電力を同時にサーチし、捕捉し、組み合わせるとき、前述の式またはその変形がユーザ受信機56内の相対コード位相を予測するために使用される。これはユーザ受信機56がそのユーザ受信機56の視野内の衛星の全てのＰＲＮコードまでの“Ｎ”ＰＲＮコードを同時に捕捉することを可能にする。これはユーザ受信機56のＮ個の相関器を使用し、対応するＮ個のＰＲＮコード発生器出力チップシーケンスをエポック時間にグリッド点で予測される相対コード位相により与えられるような位相オフセットへ同期することにより実現される。例えば、グリッド点においてユーザ受信機により受信されるときのＰＲを予測するための式（１）の使用を考え、ここでは基地局ＰＲコード測定データ、ユーザ位置→ｒ_Ｕのサーチを限定するためのサーチ域境界データ、“ｂ”の不確定さを限定するための時間同期関数は基地局によりユーザ受信機に与えられると考えられる。

【0034】

ＬＯＳ単位ベクトル＾Ｌｉは基地局54により与えられるような各衛星52のアルマナックまたはエフェメリスデータ、基地局位置、ＧＰＳ時間情報を使用してユーザ受信機56内で計算できる。ＬＯＳ単位ベクトルは典型的に基地局54とユーザ受信機56との両者で同じであると仮定される。したがって実際の応用では、基地局54とユーザ受信機56との間のタイミング誤差は約１ミリ秒を超えてはならない。しかしながら、さらに小さい時間同期誤差は受信機クロック誤差に関連されるサーチ空間を減少するのに有益である。理想的には、基地局54により与えられる時間同期関数は１マイクロ秒以下まで正確である。しかしながらこの誤差はサーチ空間領域58の寸法によっても限定される。

【0035】

補助データがユーザ受信機56へ送信されると、ユーザ受信機56は２次元サーチ空間の２次元の解→ｒ_Ｕ＝（Ｘ，Ｙ）に対して基地局54に関するユーザ受信機位置の未知のパラメータを解くために前述の式またはその変形を使用する。代わりにサーチ空間領域58は３次元地球基準グリッドを有すなら、３次元の解→ｒ_Ｕ＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が与えられる。

【0036】

代わりに、前述の式の変形はサーチ空間領域58内の絶対ユーザ受信機位置（例えば基地局54の代わりに地球基準中心座標系に関するユーザ受信機56の位置）の決定を可能にする。この絶対位置はユーザ受信機56の処理方法内で、衛星暦及びクロックデータから予測されるような各グリッド点の相対コード位相と、基地局54から供給されるＧＰＳ時間同期情報を使用することによりＮ個の相関器を調節することで得ることができる。しかしながら方法はさらにコードチップの寸法調整が可能な部分である可能性がある電離層遅延の補償を必要とする可能性がある。

【0037】

小さい時間間隔にわたる静止状態または周波数及び慣性測定装置（ＩＭＵ）補助により、ユーザ受信機56は延長された時間間隔にわたって多数の測定をコヒーレントに処理することもできる。このような公式では、性能を改良するために他のパラメータを付加することができる。ＧＰＳ処理はＧＰＳエポック時間ｔ_０に関して時間間隔にわたって衛星の運動の任意の変化に対してＰＲＮコーダと信号位相を調節する。この調節は衛星の暦とクロックデータを使用して決定することができる。

【0038】

ユーザ受信機位置で全てのＰＲＮコード信号をコヒーレントに組み合わせるため、ユーザ受信機56は初期測定エポック時間における各ＰＲＮコードに関連する全ての信号搬送波位相角度の可能性にわたって組合せサーチを行う。組合せサーチは処理される“Ｎ個の”ＰＲＮコードに関連する全ての搬送波位相の組合せにわたって延在する。雑音レベルに関する組合されたＰＲＮコード信号電力出力で最も強い「スパイク」を発するその１つの搬送波位相角度の組合せとグリッド点とユーザ受信機クロックの組合せ、例えば前述したように従属の相対的なコード位相同期サーチを行う“Ｎ個の”ＰＲＮコード相関器からの合計された出力は、最も見込のあるユーザ受信機位置を示す。このサーチはまたユーザクロック誤差にわたるサーチと、各グリッド点における全てのＰＲＮコード信号の全ての搬送波位相の組合せにわたる組合せサーチも含んでいる。公称上のコード受信電力レベルの知識、各周波数帯域の推定雑音レベル、姿勢基準に関するユーザ受信機56のアンテナ利得パターンによる衛星ＬＯＳ減衰、既知のＬＯＳ障害のような付加的な情報は信号を除外し、組合せ数を減少し、或いは解の速度または性能を改良するために電力出力を加重するのに有用である可能性がある。この情報はまた、ユーザ受信機56により行われる計算された解の演算の確実さを予測するための適切なしきい値の計算を可能にする。

【0039】

ユーザ受信機56は、相関の前に各ＰＲＮコード信号についてのエポック時間ｔ_０におけるサンプルされた信号位相のデジタル回転を適用することにより、組合せ搬送波位相サーチを行うことができる。例えば５のＰＲＮコード信号で４５度の位相インクリメントを使用する徹底的なサーチは、８^５＝３２，７６８の可能な組合せに対応する。サーチは特別に設計された電子回路（例えば特定用途用集積回路または“ＡＳＩＣ”）を使用して効率的に合成されることができる。このような回路はサーチ空間全体にわたって最大の組合された電力を迅速にサーチするための多数の相関器を構成することができる。さらに、より小さい搬送波位相インクリメントを使用することで信号処理損失が減少するが、計算的な負担または電子ハードウェアの複雑性の増加も生じる。搬送波位相組合せサーチ空間の減少は、各衛星52に対する既知の信号位相関係を使用して、または基地局に、測定された各衛星52のＰＲＮコード間の相対的な搬送波位相角度情報をユーザ受信機56へ送信させることにより可能である。

【0040】

サーチ空間領域内の各グリッド点で、ユーザ受信機56はこの特定のグリッドサーチ点がユーザ受信機56の推定位置であると仮定する。処理期間中、ユーザ受信機56は前述の式により予測されるように各内部ＰＲＮコード位相を関連される相対コード位相へ調節する。さらにユーザ受信機56は前述の関連されるＰＲＮコーダの出力データをユーザ受信機56のＧＰＳアンテナから受信された下方変換され周波数補正されたデータと相関する。予測されたコード位相及びサーチ空間グリッド点に関連するユーザクロック時間オフセットと距離オフセットが実際のユーザ受信機距離に対応するならば、信号の存在に対応する電力出力が存在する。推測される予測が正しくないならば、電力出力は雑音にのみ対応する。難しい環境（例えば室内または干渉状態下）では、１つの相関器からの電力出力はＰＲＮコード信号を確実に検出するには不十分である可能性がある。“Ｎ個の”ＰＲＮコード信号からの電力出力がコヒーレントに組み合わせられるとき、ＰＲＮコード信号の検出の確実性は大幅に改良される。各受信されたＧＰＳ衛星距離信号からの相関器出力をコヒーレントに組み合わせることにより、ＰＲＮコード信号は推定ユーザ受信機位置で全て同時に捕捉されることができる。

【0041】

ＰＲＮコード信号の初期サーチ、ＰＲＮコード信号の検出と、ユーザ受信機56の推定位置の決定に続いて、その後のユーザ受信機位置の精巧なサーチを行うことができる。このような精巧なサーチは電力がさらに最大化されるまで、またはコード位相誤差処理を実行するために小さいコード位相調節を使用することによって、初期グリッド点の解と比較してより小さいグリッドステップ（例えば１／１０コードチップ間隔）で減少されたサーチ空間領域58を調節することを含むことができる。

【0042】

基地局54とユーザ受信機56の多数の周波数帯域に関するデータの処理では、基地局54とユーザ受信機56に対する周波数間バイアスはコードチップに対して小さく維持される（Ｃ／Ａコードチップは約１マイクロ秒であり、Ｐ（Ｙ）コードチップは約０．１マイクロ秒である）。その代わりに、全ての周波数帯域からの全ての信号のコヒーレントな組合せが望まれるならば、このバイアスに関する付加的な小さいサーチ層が必要である可能性がある。しかしながら、１つの周波数帯域からのＰＲＮコード信号を処理することのみによって大きな処理利得を実現することができる。例えば、各衛星52は地球カバー範囲Ｌ１周波数で２つの民間及び２つの軍事用信号を有することができ、そのため同程度の受信された電力レベルの衛星ＰＲＮコード信号を仮定すると、視野内の１０個の衛星52は、１つの信号のみの捕捉に対して４０（１６ｄＢ）倍の有効性をもたらすことができる。

【0043】

前述したように高品質で正確で安定なユーザ受信機56の発振器または基地局周波数補助がないと、ユーザ受信機の発振器周波数オフセットにわたる付加的なサーチもまた必要とされ、コヒーレントな積分時間の期間が制限される。この場合、付加的な周波数サーチ空間の程度は発振器の周波数誤差にしたがい、コヒーレントな積分時間の期間は発振器の安定性にしたがう。

【0044】

各ＰＲＮコードのコヒーレントな積分時間を拡張するために、処理はユーザ受信機56に関する衛星52のドップラの周波数補正と、エポック時間に関するドップラの変化の段階的補正を含んでいる。例えば長い積分時間では、相関間隔にわたって位相干渉性を維持するため、捕捉されたＧＰＳ信号サンプルデータまたは内部で発生されたコード及び搬送波位相データはまた相関間隔にわたって任意の衛星52または重要なユーザ受信機56の運動について位相補正される。他方で、徒歩のオペレータは放送ＧＰＳ信号データが捕捉される間にユーザ受信機56に関連付けられたボタンを押した後数秒間、単にユーザ受信機56を静止して保持することによりユーザ受信機の運動の低下を回避することができる。また、ユーザ受信機56の地球の差動回転効果の修正は１０ｋｍ×１０ｋｍ内のサーチ域領域では必要とされない。

【0045】

ユーザ受信機56の別の実施形態では、ユーザ受信機56は、弱い信号の回復のための方法を使用することができる。ユーザ受信機56は、弱い信号環境および／または１乃至２のみの強い衛星距離信号が検出および捕捉できるときのような妨害状態で弱い信号の回復方法を使用する。ユーザ受信機56または基地局54は、受信された衛星距離信号を強い信号または弱い信号として識別する。ユーザ受信機56は、強い信号の数が予め定められた強い信号の数よりも少ないか否かを決定する。強い信号の予め定められた数は測定された擬似距離の処理に基づいて、ユーザ受信機56によりその推定位置を決定するために必要とされる強い信号の数を表している。搬送波位相角度の組合せは、強い信号に関連付られた測定された量に制約される。ユーザ受信機56は強い信号に関連するデータに基づいて、制約されたサーチ空間領域を使用して弱い信号をサーチする。弱い信号の搬送波角度オフセットのみをサーチして、ユーザ受信機56はその推定位置を決定するためにサーチ空間領域をサーチする。

【0046】

ユーザ受信機56の別の実施形態では、ユーザ受信機56は、より正確に推定位置を決定するために画像幾何学的表面処理技術を使用することができる。画像処理技術を使用して、ユーザ受信機56はサーチグリッド点にわたって組合された電力出力の幾何学的表面パターンを解析する。幾何学的表面は各グリッド点位置において組み合わされた電力値を有するサーチグリッドにわたる表面を含んでもよい。画像処理技術は最大のピークまたは最大の組合された電力出力の位置をさらに正確にするために、未調整の幾何学的表面電力データに対する平滑化された幾何学的表面モデル適合を計算し、さらにピークが実際に誤った検出と正確な検出のいずれに対応するかを決定するために、幾何学的表面を解析するために適用されることができる。幾何学的表面モデル適合は弁別パラメータを抽出し解析することによって解析されることができる。正確なユーザ受信機位置で、幾何学的表面は最大の電力ピークの特性を示す。平滑にされた表面モデル適合と平滑にされた表面モデル適合に関する残留する雑音ジッターから抽出される弁別パラメータは、推定解の確信を強め、または誤った解を識別し除外するために解析されることができる。

【0047】

具体的には、ユーザ受信機56は、各グリッド点位置に対応する各組合された電力出力を最大にするためにユーザクロック時間オフセットを調節する。次に、幾何学的表面モデルは予測される受信された各衛星距離信号の幾何学的特性および信号特性に基づいて結果的なサーチ空間領域にわたって予測される。さらに幾何学的表面モデルの予測についての説明を以下行う。最後に、この幾何学的表面モデルのパラメータは（例えば最小二乗法の意味で）グリッド点に関する雑音の多い組み合わせられた電力値と適合する。解析技術は、推定ユーザ位置の解の確実性を判断するために、最大電力出力の増強検出と電力表面の特性評価を可能にし、幾何学的表面モデルと獲得された弁別パラメータへ適用される。

【0048】

画像処理技術の適用において、ユーザ受信機56は幾つかの時間間隔にわたって幾何学的表面の多数のスナップショットを処理することもできる。次に従属相関器のネットワークまたは平滑にされた幾何学的表面モデルの組合された電力出力は、時間平滑な組合された出力を発生させるために経時的に濾波される。したがって処理方法は２次元（又は３次元）空間と時間にわたって組み合わせられた電力データの濾波または平滑化を適用する。平滑化された幾何学的表面モデルは、推定位置に対応する特定のグリッド点位置の最大の電力出力をより良好に位置決定するために補間される。次に、幾何学的表面の勾配、ピーク、隆起部は弁別パラメータを発生させるために使用される。弁別パラメータは推定位置が、その推定位置に対して三角測量する隆起部を有する最大ピークに対応することを確実にするために解析される。スマートアルゴリズムがこの応用で適用されることができる。最大のピークが位置決めされると、幾何学的表面とピークは、幾何学的表面のダイナミックモデルを含んでいるカルマンフィルタタイプの処理と基地局54からの多数の時間エポックにおける測定の処理で時間内に発展し追跡されることができる。

【0049】

幾何学的表面は、ユーザ受信機56がサーチ空間領域の推定位置に位置されており、有効なユーザ受信機運動モデルには、信号特性とユーザ受信機56に関する衛星の既知の幾何学的配置が与えられているという仮定に基づいて予測可能な方法で発展する。時間の経過につれて、この幾何学的表面は、ユーザ受信機運動に対する衛星の運動により僅かに変化するが、この効果は予測可能である。さらに、新しい衛星が処理に付加され、他の衛星が削除されると、幾何学的表面の変化は予測可能となる。これは時間と共に発展する予測的な幾何学的表面画像モデルの使用を示唆しているだけでなく、フェーディング及び他のランダムな効果に適合するために幾つかのランダムな時間発展コンポーネントも含む。このようなランダムな発展コンポーネントは雑音を空間的及び時間的に取り除き、したがって最大のピーク電力の追跡に関するナビゲーション解の正確性を強化するためにランダムフィールドモデルとカルマンフィルタタイプのダイナミックモデルを含むことができる。

【0050】

ユーザ受信機56の別の実施形態では、ユーザ受信機56はさらに処理を強化するための便宜性を付加するために、演繹的または受信された情報を信号処理論理で組み込むことができる。例えば、演繹的情報はＧＰＳ ＰＲＮコードの受信された電力に関するデータ、各周波数帯域における干渉に関するデータ、既知のＬＯＳ妨害、アンテナ利得パターン及び姿勢基準データを含むことができる。ＧＰＳ ＰＲＮコードの信号強度は、より強い信号を選択的に処理するために使用することができる。干渉は、最低の干渉を有する周波数帯域から選択的にＰＲＮコードを処理するために使用することができる。姿勢基準データは、低いユーザ受信機アンテナ利得に関する信号のような、より弱い信号を除外するために使用することができる。ＩＭＵ情報または運動検出器は、各信号に対して、適切なコヒーレント積分区間を設定するために使用することができる。論理制御の処理は、スマートアルゴリズムを使用して実行することができる。

【0051】

ユーザ受信機56の別の実施形態は、超密着結合（ＵＴＣ）技術を使用するユーザ受信機56を含む。ＵＴＣ技術は、未調整のＧＰＳ測定を未調整の慣性測定装置（ＩＭＵ）測定と一体化することにより対妨信状態を改良する効率的な方法である。ＵＴＣ技術により、スムーザ（図示せず）は従属相関器のネットワークの電力出力を距離及び距離レート残留誤差または位置−時間ドメイン及び対応するレート残留誤差へ変換し平滑化する。スムーザはカルマンフィルタで構成することができる。

【0052】

例えば、伝統的なＵＴＣ技術は、初期捕捉を仮定し、位置−時間ドメインの視線内の全てのＧＰＳ信号の追跡前に良性の環境のＧＰＳ信号へロックする。ユーザ受信機56は、高い妨害環境における位置−時間ドメイン追跡でＵＴＣ技術を初期化することができる。この１例は、精密誘導兵器（ＰＧＭ）が発射され、ＧＰＳ信号捕捉を獲得しストレスのある環境で固定または「追跡」しなければならないときを含む。ＵＴＣ技術では、全ての衛星のＰＲＮコード測定がカルマンフィルタを通して閉ループ追跡されるので、個々のＰＲＮコードに関連する正の追跡状態または搬送波追跡ループ誤差ジッターの通常のインジケータはもはや適用されることができない。幾何学的表面処理では、集束されたＵＴＣ技術の位置−時間ドメイン解はＵＴＣ技術の解が実際に最大の電力ピークに対応することを証明するために摂動されることができる。画像処理解析技術は最大の電力ピーク出力の存在または不在を設定するために、収束されたＵＴＣ技術解の付近で適用されることができる。ＵＴＣ技術解の完全性または信頼性はＧＰＳ測定がＩＮＳ解に統合されるべきか否かを決定することを助ける。ＧＰＳ信号追跡状態が正であるならば、ＧＰＳ測定はＩＮＳ解へ統合されるべきである。他方で、ＧＰＳ信号追跡状態が決定されずまたは否定的であるならば、ＧＰＳ測定は廃棄されるべきである。この場合、ユーザ受信機56はＩＮＳ解だけを使用する。

【0053】

図４を参照すると、ユーザ受信機56の１実施形態が示されている。ユーザ受信機56は、ユーザインターフェースモジュール59、制御処理モジュール（ＣＰＭ60）60、基地局受信部62、無線周波数（ＲＦ）フロントエンド部64、ナビゲーションシステム66を含むことができる。ユーザインターフェースモジュール58は、ユーザがユーザ受信機56の推定位置を決定するためのリクエスト信号をＣＰＭ60へ送信することを可能にする。ＣＰＭ60は、データ転送および電力管理を制御し、推定位置を予測するためにナビゲーションシステム66により送信される電力出力を解析する。基地局受信部62は、基地局54からデータ情報を受信し、それをＣＰＭ60へ送信する。ＲＦフロントエンド部64は、ユーザ受信機56の視野内の衛星からＧＰＳ信号を受信する。ナビゲーションシステム66は、ユーザ受信機56の推定位置を決定するために、ここで説明したように基地局受信部62から受信されたデータに基づいて、ＲＦフロントエンド部64を介してＧＰＳ衛星信号を処理する。

【0054】

ユーザインターフェースモジュール59は、制御インターフェース59aとディスプレイ59bを含むことができる。制御インターフェース59aを使用して、オペレータはユーザ受信機56の推定位置を決定するために、リクエスト信号をＣＰＭ60へ送信してＧＰＳ信号処理をスタートさせることができる。制御インターフェース59aはさらに、実行される動作の複数のモードのうちの１つについてのリクエストをＣＰＭ60へ送信できる。動作モードについてはさらに以下後述する。推定位置が決定されると、ディスプレイ59bは推定位置を示す信号を受信し、それをオペレータに通知できる。具体的には、ディスプレイは、例えば通常のＬＣＤディスプレイパネルを介して推定位置を表示することができる。

【0055】

ＣＰＭ60は、ユーザインターフェースモジュール59からリクエスト信号、基地局受信部62から基地局データ、ナビゲーションシステム66から電力出力を受信する。ＣＰＭ60は、バッテリおよび電力調整システム68、マイクロプロセッサ70、メモリ72を含むことができる。バッテリおよび電力調整システム68は、それぞれＲＦフロントエンド部64、ＣＰＭ60、ナビゲーションシステム及びユーザインターフェースモジュール58をオンに切換えるために調整された電力を提供する。

【0056】

マイクロプロセッサ70は、メモリ72中にＲＦフロントエンド部64により送信された基地局データを記憶できる。マイクロプロセッサ70は、各ユーザ受信機処理エレメントとモデム間のデータ情報の転送を処理する。マイクロプロセッサ70はまた、ＲＦフロントエンド部64とナビゲーションシステム66を稼働させ、それによってリクエスト信号が受信されると、ユーザ受信機56の推定位置が決定される。さらにマイクロプロセッサ70は、推定位置を決定するためにナビゲーションシステム66の電力出力を処理し、これはその後メモリ72へ記憶されることができる。マイクロプロセッサ70はさらに、幾何学的表面画像化処理技術やＵＴＣ技術のようなここで説明した他の機能を行うことができる。さらに、電力を節約するため、マイクロプロセッサ70は、擬似距離および／または他のＧＰＳ計算が行われていないときは、大部分または全てのユーザ受信機のハードウェアを、一般的に「待機」モードまたは電力ダウン／オフ状態と呼ばれる低電力状態に設定することができる。メモリ72は、前述したようにマイクロプロセッサ70により送信されたデータを記憶するために使用される。同様に、メモリ72はナビゲーションシステム66および／または関連するＧＰＳ信号データにより予測されるデータを記憶することもできる。

【0057】

基地局受信部62は、第１のアンテナ72とモデム74を具備することができる。第１のアンテナ72は、基地局54により送信される補助データや、初期化データと基地局位置データのセットなどの基地局データを受信する。このデータはモデム74により受信され、ＣＰＭ60へ送信される。

【0058】

ＲＦフロントエンド部64は、ＧＰＳアンテナ76と低雑音増幅器（ＬＮＡ）78を具備することができる。ＧＰＳアンテナ76は、ユーザ受信機56の視野内の各衛星からＧＰＳ信号を受信する。ＬＮＡ78は、従来のＲＦフィルタ（図示せず）と、従来の低雑音増幅器段（図示せず）と、従来のバッファ増幅器段（図示せず）とを含むことができる。ＲＦフィルタは同じ位置に位置するセル無線、ＭＳＡＴおよびインマルサット送信機に関する信号を排除し、画像および低調波周波数信号を拒否する。各低雑音増幅器段とバッファ増幅器段は確実性を最大にするために増幅され受信された信号を使用する。

【0059】

ナビゲーションシステム66は、弱い信号のロックシステム、対妨信システムまたはその組合せであってもよい。ナビゲーションシステム66は、下方変換器80、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器82、基準発振器84、クロック86、デジタルスナップショットメモリ88、ナビゲーションモジュール90を含む。ナビゲーションシステム66が稼働すると、下方変換器80、Ａ／Ｄ変換器82、デジタルスナップショットメモリ88、およびナビゲーションモジュール90は、ＣＰＭ60のバッテリ及び電力調整システム68を介して十分に駆動されることができる。これは各ＧＰＳ衛星からの各信号がＧＰＳアンテナ76を介して受信され、デジタルスナップショットメモリ88に記憶されるように予め処理されることを可能にする。受信された信号はＬＮＡ78により濾波され増幅され、基準発振器84を使用して下方変換器80によりＩＦ周波数へ下方変換される。基準発振器84は、Ａ／Ｄ変換器82によりデジタル化され、デジタルスナップショットメモリ88に記憶される内部周波数基準を提供する。ナビゲーションモジュール90は、スナップショットメモリ88からデータを検索し、ユーザ受信機56の推定位置を決定するためにこのデータを基地局受信部62から受信された情報と組み合わせる。基地局情報を受信するとき、ナビゲーションモジュール90は、クロック86を更新し同期することができ、前述したように発振器84の周波数を補正する。発振器84はここで説明するようにユーザ受信機発振器84として機能する。さらに、クロック86はここで説明するようにユーザ受信機発振器クロック84として機能する。

【0060】

図４および５を参照すると、ナビゲーションモジュール90は、外部ループサーチルーチン92および内部ループサーチルーチン94と、従属相関器のネットワークバンク96とを含んでいる。外部ループサーチルーチン92は、ユーザクロック誤差を制限する間隔の時間インクリメントで、推定位置を制限するグリッド点のサーチ空間領域セットにわたってサーチを行う。各グリッド点及びユーザ受信機時間オフセットで、内部ループサーチ機能94は全ての初期搬送波位相角度の組合せにわたってサーチを行い、組み合わされ受信されたＰＲＮコード信号に関する電力量を従属相関器のネットワーク96に計算させる。各グリッド点およびエポック時間で受信されたコード位相は基地局供給距離測定に関して予測可能であるので、複数の相関器は組合せサーチを行うために共に従属される。従属相関器のネットワーク96は、エポック時間ｔ_０における全ての可能な初期搬送波位相角度の組み合わせにわたって組合せサーチを行うことにより、各グリッド点と時間オフセット点において全てのＰＲＮコード信号をコヒーレントに組み合わせようとする。あるいは、従属相関器のネットワーク96は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の実行により置換されることができる。

【0061】

各グリッド点で、内部ループサーチ機能94は、処理されるＮ個の独立した信号に対する全ての可能な初期搬送波位相角度の組合せにわたってサーチする。幾つかのＰＲＮコード信号に対しては、同じ衛星からの多数の信号間の位相角度関係は基地局54により予測または提供されることができる。この情報は２つのコード、例えばＬ１ Ｃ／ＡコードとＰ（Ｙ）コードが公称上位相の１象限にあるときに、組合せサーチ空間を減少するために使用されることができる。ユーザ受信機クロックオフセットは別のサーチパラメータを表す。正確なグリッド点位置、ユーザ時間および搬送波位相角度の組合せで、全ての相関器信号の電力出力はコヒーレントに同位相で組合せられ、雑音レベルに関してネットワーク96からの組合された電力出力の強力なスパイクが存在する。

【0062】

さらに、従属相関器のネットワークバンク96は好ましくはＡＳＩＣを具備している。例えば、従属相関器のネットワークバンク96は１００ＭＨｚのＡＳＩＣで構成されることができる。さらに、従属相関器のネットワークバンク96の好ましくは多数の並列レプリカが、サーチ空間領域の全てのグリッド点位置と位相角度の組合せを通して迅速にサーチするために構成されることができる。例えば、ＡＳＩＣは１０，０００以上のグリッド点または搬送波位相角度の組合せを並列に同時にサーチするために１０，０００以上の従属相関器のネットワークバンク96を構成することができる。従属相関器のネットワークバンク96は４５度のインクリメントで各搬送波位相角度をサーチできる（小さいインクリメントは組合せの損失を減少させるが、処理負荷を増加する）。したがって、各信号搬送波位相角度は３６０度の範囲にわたって８のインクリメントでサーチされることができる。Ｎ個の独立した信号の特有の搬送波位相角度の組合せの総数は、したがって８^Ｎである。

【0063】

図６に関連する以下の記述は、従属相関器のネットワークバンク96の機能についてさらに詳細に説明している。通常のＰＲＮコードの除去は各相関器により行われ、データ除去機能（図示せず）はＰＲＮコードおよび応用可能ならばＮａｖメッセージデータビット転移に関連する任意の変調を除去する。ＰＲＮコード信号が第１のミキサ98で受信されると、ユーザ受信機発振器周波数の補正が基地局54により送信される補助データにより得られるように行われ、適用される。第２のミキサ100で、図５の内部ループ94のサーチの特定のインクリメントに関連するＰＲＮ搬送波位相角度が除去される。第３のミキサ102で、予測可能な衛星軌道とエポック時間のクロックドップラが混合される。相関間隔にわたる衛星軌道とクロック運動によるコード位相と搬送波位相に対する予測可能な調節も、それぞれＰＲＮコーダと第２のミキサ100で適用されることができる。同様に、エポック時間のユーザ受信機ドップラに対する付加的なコード及び搬送波位相補正と相関間隔にわたる運動は、ＩＭＵから利用可能であるならば適用されることができる。そうでなければ、ユーザ受信機の運動が無視できる程度であるならば、オペレータまたは運動検出センサによる静的補助が使用されることができる。基地局54で受信されるようなＰＲＮコード位相データが与えられると、エポック時間の特定のグリッド点位置における相対的なコード位相が予測される。これは特定の相関器に供給する特定の相関器106に関する各ＰＲＮコーダ104が予測可能なコード位相オフセットに回転されることを可能にする。さらに、相関間隔にわたる予測可能な「ユーザ衛星ダイナミック調節」信号は、ＰＲＮコーダ104を操縦し、相関間隔にわたって衛星軌道及びクロック運動（およびＩＭＵから利用可能であるならばユーザ運動）を補償するために入力される。これはコヒーレントな積分時間間隔全体にわたるコードと搬送波の両者のコヒーレンスを維持するために、時間の変化と共にスルーイングを継続するために、エポック時間に関する搬送波位相ミキサ100の調節と、ＰＲＮコーダ104でのエポック時間に関するコード位相の調節を可能にする。

【0064】

距離ドメインにおけるこの補償の式は以下のようになる。

【0065】

ここで擬似距離の変化率は、衛星の暦データとクロックデータおよびＩＭＵから利用可能であるならばユーザ受信機運動の知識により与えられる。理論的には、全ての補助プロセスが適切に機能していると、処理は１秒程度のコヒーレントな積分時間と、１ＰＲＮコード信号の処理に関する１０×ｌｏｇ（Ｎ）に近い処理利得を可能にすることができる。

【0066】

多数の衛星からの全ての距離信号をコヒーレントに組み合わせるために、全ての信号は同位相で処理されなければならない。ナビゲーションモジュール90は全ての可能な搬送波位相角度の組合せをサーチし、処理期間中に信号位相を調節する。グリッド点、ユーザ受信機クロック86のオフセット、および搬送波位相角度の組合せが正しければ、全ての信号の電力はコヒーレントに結合される。例えば図７に示されているように受信されたＧＰＳ信号位相を仮定すると、ΔΦ０＝０、ΔΦ１＝Δψ１，．．．，ΔΦＮ＝ΔψＮに最も近い位相角度サーチの組合せは、コヒーレントに組合せられると全ての信号を同位相にさせる。全ての相関器出力のコヒーレントな組合せは、各相関器106からの出力が結合器（例えば加算器）110で組み合わされられるときに生じる。

【0067】

方法10とシステム50のＳＮＲ比と処理利得を説明する。Ｙを組合された相関器出力110とし、この場合組合せ関数がＮ個の相関器出力の単純な和に対応すると仮定し、ｓｉとｎｉをそれぞれ各相関器106からの信号および雑音出力とする。雑音出力はゼロ平均であり独立し完全に同様に分布する（ＩＩＤ）と仮定する。

【数4】

【0068】

正確なグリッド点、ユーザ受信機クロックオフセット、および搬送波位相角度の組合せの場合の、Ｙの変化は次式により与えられる。

【数5】

【0069】

先に示されている微分の最後の行を考慮すると、（全ての信号は正しいグリッド点、ユーザクロックオフセット、搬送波位相角度の組合せの場合に同位相で合計され、全ての信号は同じ振幅または電力を有すると仮定するので）第１の項はＮの２乗×各信号に関係される電力に等しい。中間の項は雑音ゼロ平均特性のためにゼロに等しい。第３の項はＩＩＤが相関を有しないのでｉ＝ｊのケースだけが二重和を存続するのでＮ×各雑音項の変化に等しい。

【0070】

単一の相関器に関する処理利得は第１の項対最後の項の比、即ちＮ２／Ｎ×単一の相関器のＳＮＲまたは単一のＰＲＮコード信号を処理する単一の相関器106の利得に関するＮ利得の係数により与えられる。それ故、Ｎ＝１０のＰＲＮコード信号では、処理利得は１０ｄＢであり、Ｎ＝１００のＰＲＮコード信号では、処理利得は２０ｄＢである。これには従属相関器のネットワークバンク96の電力出力の組合せ期間中に損失がないことを仮定している。幾つかの環境下での実際の実施では、１以上の信号が全体的にブロックされ、対応する相関器電力出力は組合された出力に対して雑音を付加するだけである。

【0071】

衛星信号を組合わすプロセスは、簡単な合計よりも一般的な形態、例えば次式により与えられるような各相関器出力の加重された和を取る。

Ｐ＝ａ１・Ｐ１＋ａ２・Ｐ２＋…＋ａＮ・ＰＮ

予測される信号強度の関数として性能を強化するための組合せ加重ａ１と、ＬＯＳに沿った運動の不確定性に基づいて処理された各ＰＲＮコード信号の最適なコヒーレントな積分時間の選択は、性能を強化するための付加的な自由度パラメータの制御を可能にする。組合せ加重ａ１は、ゼロ雑音に関連する予測幾何学的表面モデルをサーチ空間グリッド領域にわたる雑音を有する未調整の合計された電力出力データへ適合するのに使用されるパラメータとしての役目も有する。

【0072】

さらに、サーチを完了するための時間は数秒を超えることはない。処理負荷の評価は、したがって仮定されたユーザ受信機アーキテクチャ構造で行われる。しかしながら、開発中の技術、例えば国防総省国防高等研究事業局のマイクロ電気機械システム（ＤＡＲＰＡ ＭＥＭＳ）スケール原子時計プロジェクトは将来の処理を非常に容易にするものである。

【0073】

さらに別の実施形態では、ユーザ受信機56は92へ変更された処理を実行し、ここではＰＲＮコード位相と搬送波位相角度オフセットの両者が予測される。３次元のサーチ空間領域でサーチするとき、サーチ空間領域はグリッド点位置の数を増加するためにより微細な解像度のグリッド間隔へ分割することができる。これによりユーザ受信機56は、より正確に推定位置のその搬送波位相角度を予測することを可能にできる。例えば３次元のサーチ空間領域は約１００立方メートルよりも小さい可能性がある。さらに微細な解像度は例えば搬送波波長の一部または約１−３センチメートルを有することができる。

【0074】

基地局の無線補助サービスがＧＰＳエポック時間でその搬送波位相角度測定も提供するなら、ユーザ受信機56はより微細な解像度のグリッドを有するサーチ空間領域における各グリッド点の搬送波位相測定を予測するためにこの情報を使用できる。ここでは、ユーザ受信機56は搬送波位相角度の組合せにわたってサーチしない。代わりに基地局距離と位相角度測定を使用して、基地局54のコードに対する各グリッド点における位相測定値と搬送波位相測定値を予測する。さらに、１０以下の数の独立した衛星信号は全ての搬送波位相角度の組合せにわたるサーチを含む従来の方法を使用して各グリッド点の処理が可能であるが、組合せサーチ空間はＮ乗に比例して増大するので、改良された処理がより多くの信号処理を可能にする。ユーザ受信機クロックオフセットはまた従属相関器のネットワークバンク96の組合された電力出力を最大にするように調節され、ここでも最大の電力出力が従属相関器96の推定位置を示す。この改良された搬送波位相予測処理の利点は、処理負荷が不確実な領域のサイズに基づいていることであり、したがって、潜在的には例えばガリレオおよび現代的なＧＰＳ衛星が最終的に配備されるときに実現される１００までの視野内衛星距離信号へ拡張して、１つのＰＲＮコード信号に関して２０ｄＢまでの処理利得が得られることである。

【0075】

別の実施形態では、方法10とシステム50は基地局54からの無線補助なしにユーザ受信機56の推定位置を決定することができる。この実施形態では、ユーザ受信機56は「ホットスタート」、「後の固定」、「再取得」の動作モードのどの１つでも動作できる。記憶された補助データおよび／または衛星信号データを含んでいないユーザ受信機56は通常「コールド」受信機と呼ばれる。ホットスタートモードは第２のユーザ受信機（図示せず）から補助データを受信することによってユーザ受信機56がその推定位置を決定することを可能にする。衛星距離信号を処理し、その推定位置を決定するユーザ受信機は、しばしば「ホット」受信機と呼ばれる。第２のユーザ受信機は任意のＧＰＳ処理装置、セル電話局、または時間同期および地理位置情報サービスまたはナビゲーション機会信号、例えば同期されたＲＦ信号をＴＶまたは無線局から提供する通信衛星を有することができる。第２のユーザ装置はＧＰＳ／無線装置のローカルネットワーク内の適切に設計された第２のＧＰＳ／無線装置からも得られることができる。

【0076】

後の固定または再取得モードでは、ユーザ受信機56はバッテリ寿命を節約するために自動的にＲＦフロントエンド部64、基地局受信部62、ナビゲーションシステム66、および／またはユーザインターフェースモジュール58をオフにすることができる。これによりユーザ受信機56に衛星距離信号の処理を停止させる。短い時間の経過後、前述のエレメントはユーザ受信機56の推定位置をすばやく決定するために自動的にオンに切り換えられる。このユーザ受信機56の推定位置を決定するためのオフとオンの切換えのシーケンスは時間期間に基づいて行われる。この方法の主な利点は、ユーザ受信機56が基地局補助情報をさらに使用せずに後の固定を得るために動作できるが、代わりに内部に保存されたデータ、その従来の固定からのＰＲＮコード位相データ、その内部クロックにより維持されるような時間を使用して予測されるような初期データを利用することができることである。このシーケンスからの付加的な利点はブレッドクラムのトレールが生成され保存されることができることである。ブレッドクラムのトレールは時間期間にわたって決定された複数の保存された連続的推定位置を含んでいる。ブレッドクラムのトレールは従来の推定位置からの内部に保存されたデータに基づいてまたはそれを使用して決定される。各動作モードは他の信号強化または対妨信技術が失敗する可能性があるストレス状態下で動作するためのユーザ受信機56の能力を強化する。

【0077】

方法10とシステム50の別の実施形態では、ＧＰＳ Ｎａｖデータ除去は、例えばＮＡＶメッセージデータビット転移境界を超えてコヒーレントな積分時間を延長するために適用されることができる。このデータ除去を促進するため、ユーザ受信機56はデータビットが相関間隔にわたって予測されることができる適切な時間にサンプルすることが好ましい。基地局54は好ましくは補助及びコード位相情報をほぼ同時に提供する。

【0078】

さらに別の実施形態では、メッセージデータが予測されることができず、ユーザ受信機56による信号受信に先だってユーザ受信機56へ中継されることができないならば、ユーザ受信機56はデジタル化データをバッファできる。バッファはその後、処理する前に基地局54無線補助リンクからのＮＡＶメッセージデータのフィードフォワードを待機できる。

【0079】

さらに別の実施形態では、ユーザ受信機56は、将来の新型のＬ２とＬ５の民間及び他の信号で有効であることが予想されるデータレスのチップまたはチャンネル上の情報をコヒーレントに一体化できる。

【0080】

処理の複雑性の軽減、１ＮＡＶデータ符合間隔に限定される短いコヒーレントな積分時間期間と共に、性能の軽減が可能であることに注目すべきである。例えば同位相（Ｉ）と直角位相（Ｑ）チャンネルからの出力を２乗し、全てのＰＲＮコードチャンネルでＩ^２＋Ｑ^２を合計することによって、相関器の電力出力が非コヒーレントに組み合わせられるならば、性能の軽減と複雑性の軽減も可能である。この構造では、搬送波位相角度の組合せ94におけるサーチを避けることができる。

【0081】

さらに別の実施形態では、困難な環境において、捕捉／位置固定の反復されたスナップショットタイプは、ＧＰＳ ＰＲＮコード信号の連続的な追跡が失敗したときの状態での強固な捕捉／再取得とその後の準連続時間ナビゲーション能力を可能にすることができる。それ程困難ではない環境において、上述の通り得られた解のハンドオフは衛星ＰＲＮコードと搬送波信号追跡ループまたはベクトル遅延ロックループを初期化するために行われることができる。連続的に視野中の全てのＧＰＳ衛星距離信号を追跡し、解を確認し、Ｎａｖメッセージデータを復調し、位置、時間、速度評価を精巧にするための超密着結合の実行へのハンドオフも行われることができる。特に、この実行は干渉を受けやすい環境における超密着ＧＰＳ／ＩＮＳ（完成ナビゲーションシステム）結合の実行を初期化するための強固な技術も提供する。

【0082】

以下の例は方法10とシステム50の性能を示している。さらに、提示されている各例はＭＡＴＬＡＢシミュレーションの結果を含んでいる。ユーザ受信機56のシミュレートされた「真」の位置は２次元（または３次元）の地球基準空間領域の随意選択的な位置で取られ、コード位相測定はエポック時間における基地局位置でシミュレートされた。ユーザ受信機56の機能がシミュレートされた。図８を参照して、理想的な相関関数が仮定された。過度な処理負荷を必要とするため、図５と６に示されている搬送波位相角度処理はシミュレートされず、ＰＲＮコード信号は搬送波位相角度の損失なく組み合わせられると仮定された。しかしながら、有限のサーチグリッド間隔により、相関関数ピークからのコード位相オフセットのコード相関損失が存在した。

【0083】

例１では、５つの衛星と、これらの５つの衛星からのＬ１ Ｃ／Ａコード（コードチップ＝３００ｍ）の処理と、初期的な２次元位置と、１ｋｍの時間不確定領域と、１／４チップのインクリメントでのサーチを仮定する。仮定されるユーザ装置アーキテクチャは図６で示されているように従属相関器のただ１つのネットワークバンクと、１００ＭＨｚでクロックされる処理ステップからなる。
グリッド時間点の数＝（１０００ｍ／７５ｍ）３＝２３７０
搬送波位相角度の組合せ数＝８５＝３２，７６８
並列サーチセグメントの総数＝（２３７０）＊（３２，７６８）＝７７．７Ｍ
１００ＭＨｚ ＡＳＩＣを仮定するサーチの総時間＝７７．７Ｍ／１００ＭＨｚ＝０．７８秒
１つのＰＲＮコード信号に関する処理利得＝５衛星（７．０ｄＢ）
図９および１０に示されているように、ＭＡＴＬＡＢシミュレーションの結果は１つの衛星が直接的に頭上９０度の高度で選択されたＮ＝５衛星の場合の組合された電力表面を示すために提示されている。残りの４つの衛星は４５度の高度角度で選択され、＋／−とおよび＋／−ｙ軸の上方の方位角で均等に隔てられた。使用されたサーチのインクリメントは１／４コードチップであった。各ｘ−ｙグリッド点において、ユーザ受信機時間オフセットはまた１／４チップのインクリメントでサーチされ、各ｘ−ｙグリッド点のプロッされた値はユーザ受信機クロック時間間隔サーチにおける最大の組合された電力出力に対応する。図８に示されているように、各相関器の電力出力は１に正規化された。ＰＲＮコードは搬送波位相誤差のために損失なく組み合わされることが仮定された。しかしながらコード位相誤差による損失が存在するならば、幾何学的表面にわたる最大の組合された電力出力は処理されたＮ＝５衛星信号よりもやや小さい。組合された電力の幾何学的表面はシミュレートされた真のユーザ受信機位置、この場合では原点において最大の高さを有する山頂（例えば電力ピーク）の特性を示す。図９に示されているように、雑音は含まれず、図１０とは異なって、シミュレートされた通常の雑音電力は各ＰＲＮコード相関器の出力で１２ｄＢ＝２０ ｌｏｇ（Ｓ／σ）のＳＮＲに等しく（Ｔｃ＝１秒ではＣ／Ｎ＝１２ｄＢ Ｈｚに等しく）示されている。図１０に示されているように、山頂と、真のユーザ受信機位置近くの最大の電力出力の方向の特性は雑音が存在していてもこのサンプルの実行（run?）で依然として認められる。

【0084】

図９に示されている幾何学的パターンは多数の隆起部を示し、これらは原点で真のユーザ受信機位置に対して三角測量することに注意する。隆起部は幾つかの信号ＰＲＮコードの位相が同調しているが全てのＮ個の信号コード位相と同調していない位置のセットに対応している。例えば選択された幾何学のために、３つの衛星ＰＲＮコード信号は依然としてｘまたはｙ軸に沿ったコヒーレントな関係を維持する。しかしながら原点でのみ、全てのＮ＝５のコード位相は一貫性を実現する。

【0085】

例２では、９つの衛星からのＬ１ Ｃ／Ａコードの処理と、初期的な２次元位置と、１ｋｍの時間不確定領域と、１／４チップのインクリメントでのサーチを仮定する。この場合、仮定されるユーザ装置アーキテクチャは図６で示されているように従属相関器の１０，０００の並行ネットワークバンクからなる。
グリッド時間点の数＝（１０００ｍ／１００ｍ）３＝１０００
搬送波位相角度の組合せ数＝８^９＝１３４．２Ｍ
並列サーチセグメントの総数＝１０００＊１３４．２Ｍ／１０，０００＝１３．４Ｍ
１００ＭＨｚ ＡＳＩＣを仮定するサーチの総時間＝１３．４Ｍ／１００ＭＨｚ＝０．１３秒
１つのＰＲＮコード信号に関する処理利得＝９衛星（９．５ｄＢ）
例２によれば、仮定されるハードウェアアーキテクチャの実際上の限界は約Ｎ＝９または１０の独立した衛星信号である。しかしながらこの限界は図３に示されているような変更された搬送波位相予測処理を使用することにより小さい不確定領域で克服されることができる。

【0086】

図１１と１２に示されているように、ＭＡＴＬＡＢシミュレーションの結果は１つの衛星が直接頭上にあり、４つの衛星が４５度の高度の方位角度で均等に隔てられており、４つの衛星が水平で方位角度が均等に隔てられているＮ＝９衛星のシナリオについて示されている。この場合、シミュレートされた真のユーザ受信機位置はサーチ空間の後部コーナーで選択され、視覚化を改良するためにグリッド及びユーザ受信機の時間オフセットは例２の１／３チップインクリメントではなく１／１０チップインクリメントでサーチされた。図１１から認められるように、幾何学的表面は図１２に示されているのとは異なって雑音を含んでいない。図１２は６ｄＢ＝２０ｌｏｇ（Ｓ／σ）のＳＮＲに対応する（Ｔｃ＝１秒ではＣ／Ｎ＝６ｄＢ Ｈｚに等しい）各相関器の出力の幾何学的表面においてシミュレートされた雑音を示している。前述したように真のユーザ受信機位置の最大のピーク方向への傾向は高レベルの雑音が存在しても依然として認められる。ピーク近くの傾向の弁別に関連される改良された性能は１／３チップではなく高い解像度の１／１０チップ間隔の使用により示唆される。

【0087】

例３では、基地局に関する搬送波位相角度が基地局からの搬送波位相速度を使用して各グリッド点位置で予測される変更された搬送波位相予測処理方法を仮定する。さらに、１００メートルの３次元位置−時間不確定領域を仮定し、この仮定はホットスタート、後の固定、再取得のユーザ受信機モードで、さらに幾つかのネットワーク無線補助ＧＰＳモードでも非常に合理的であることに注意する。不確定領域が５ｃｍのグリッド間隔を有する微細な解像度メッシュに分割されることを仮定する。全部で１００の処理されるＰＲＮコード信号において視野内の各１０のＧＰＳ衛星と１０のガリレオ衛星からの５のＰＲＮコード距離信号の処理を仮定する。
グリッド時間点の数＝（１００ｍ／０．０５ｍ）^４＝１．６×１０^１３
並行サーチセグメントの総数＝１．６×１０^１３／１０，０００＝１．６Ｂ
１００ＭＨｚ ＡＳＩＣを仮定するサーチの総時間＝１．６Ｂ／１００ＭＨｚ＝１６秒
１つのＰＲＮコード信号に関する処理利得＝（２０衛星）＊（５コード／衛星）＝１００（２０ｄＢ）
例３によれば、仮定されるハードウェアアーキテクチャの実際の限界と、予測される搬送波位相角度を使用する変更された処理は約１００メートルの位置−時間不確定領域にあると思われる。損失のない処理利得は単一のＰＲＮコード信号の捕捉に関して２０ｄＢである。

【0088】

図１３に示されているように、ＭＡＴＬＡＢシミュレーションの結果は各２０の衛星からの５つの信号の処理のシナリオについて与えられている。２０の衛星はランダムなＬＯＳで選択され、各ＰＲＮコード信号の受信された電力レベルは同じであると仮定された。各相関器の出力ＳＮＲは０ｄＢとしてシミュレートされ、「真の」ユーザ受信機位置は原点で取られた。電力表面は真のユーザ受信機位置の近くで最大ピークを形成し、それは高い雑音レベルが存在しても迅速に認められる。

【0089】

図１４乃至１６を参照すると、ＭＡＴＬＡＢシミュレーションの結果は雑音のないＮ＝９衛星の場合について３次元のシミュレーションについて説明されている。この場合、「真の」ユーザ受信機位置は原点、例えば（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，０，０）であるように選択された。電力表面の断面が垂直軸ｚの一定値に対して示されている。示されているように、最大及びピークの予測される傾向はｚ＝０表面（図１４）で示され、ｚ＝＋５００メートル（図１５）とｚ＝＋１０００メートル（図１６）の表面はｚ＝０でのピークよりも小さい電力を有する多数の局部的な最大のピークを示している。これらの結果は画像処理技術、平滑にされた電力表面から抽出された弁別パラメータを解析し見込解とその信頼性の識別に使用するためのスマートアルゴリズムの使用の効率を示している。

【0090】

説明されている方法10およびシステム50は民間の商用部門と軍事部門の応用の両者におけるストレス状態または弱い信号搬送波対雑音電力比（Ｃ／Ｎｏ）状態で動作するのに特に効率的である。この１つの理由は方法10およびシステム50が伝統的なＧＰＳ信号処理技術で行われるように任意の信号の２乗を避けることである。ＳＮＲ＜０ｄＢでは、２乗は信号電力に関する雑音電力を増幅する傾向がある。さらに、ここで与えられている方法10およびシステム50は基地局54とユーザ受信機56の両者に共通の誤差の自動除去を可能にし、通常１または２、３の衛星距離信号に影響するマルチパスを免れる。基地局54による処理はユーザ受信機56へ送信される距離データへのマルチパス誤差の導入を最小にすることを助ける。

【0091】

種々の実施形態について説明したが、当業者は本発明の概念から逸脱せずに行われることができる変形または変更を認識するであろう。例はここでの開示を示しており、本発明を限定することを意図してはいない。それ故、説明と特許請求の範囲は自由に解釈されるべきであり、関係する従来技術を考慮して必要であるときにのみこのような限定を有する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】