特許 6479314 衛星航法信号の異常を検知する方法およびシステム、並びにそのような検知システムを含む混成システム

(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】6479314

(24)【登録日】2019年2月15日

(45)【発行日】2019年3月6日

(54)【発明の名称】衛星航法信号の異常を検知する方法およびシステム、並びにそのような検知システムを含む混成システム

(51)【国際特許分類】

   G01S 19/37 20100101AFI20190225BHJP

【ＦＩ】

   G01S19/37

【請求項の数】5

【外国語出願】

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-259316(P2013-259316)

(22)【出願日】2013年12月16日

(65)【公開番号】特開2014-119459(P2014-119459A)

(43)【公開日】2014年6月30日

【審査請求日】2016年12月6日

(31)【優先権主張番号】1203406

(32)【優先日】2012年12月14日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】505157485

【氏名又は名称】テールズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】特許業務法人川口國際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100071054

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 高久

(72)【発明者】

【氏名】クブラク、ダミアン

(72)【発明者】

【氏名】セラン、ダミアン

【審査官】 安井 英己

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１４５３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６１９８７６５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 国際公開第２００４／０３１７９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１１４０２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００６１４２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２５４４３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００１６４１４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ５／００− ５／１４，

Ｇ０１Ｓ １９／００−１９／５５，

Ｇ０１Ｃ ２１／００−２１／３６，

Ｇ０１Ｃ ２３／００−２５／００，

ＣＳＤＢ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

衛星測位受信器（１０）のＮ個（Ｎは１より大きい整数値）の受信チャネルが受信した航法信号の異常を検知する方法であって、各チャネルｉ（ｉは１〜Ｎ）は搬送波相関回路（２０）と、即時相関器（Ｃｐ）、早期相関器（Ｃａ）および後期相関器（Ｃｒ）を含む符号相関回路（２２）と、符号（ＤＳＣ）識別器と、搬送波位相識別器（ＤＳＰ）とを含み、符号（ＤＳＣ）および前記搬送波位相識別器（ＤＳＰ）が、前記符号（ＤＳＣ）および前記搬送波位相識別器（ＤＳＰ）が配信する符号（ＤＣｉ）および搬送波位相エラー値（ＤＰｉ）を低減させるために前記Ｎ個の受信チャネルの前記即時相関器（Ｃｐ）、前記早期相関器（Ｃａ）および前記後期相関器（Ｃｒ）の位置を一括的に管理するのに適した共通のチャネルフィルタ（１１）に接続されている方法において、前記方法が、Ｎ個の前記符号（ＤＳＣ）識別器の出力側に配信された符号エラー値（ＤＣｉ）を抽出するステップと、前記抽出された符号エラー値（ＤＣｉ）を受容可能な最大符号エラー値に対応する同一の第１の閾値（Ｓ１）と比較するステップ（７１）と、各受信チャネルｉで受信された各航法信号に確信度指数（ＩＣｉ）であって、前記符号エラー値（ＤＣｉ）に対して実行された前記ステップ（７１）による比較の結果に依存する確信度指数（ＩＣｉ）を割り当てるステップ（７２）と、基準最小確信度レベル（ＩＣｍｉｎ）より高い確信度指数（ＩＣｉ）を有する航法信号を選択するステップ（７３、７４）と、前記選択された航法信号だけを前記チャネルフィルタ（１１）に送信するステップ（７５）とを含むことを特徴とする航法信号異常検知方法。

【請求項2】

Ｎ個の前記搬送波位相識別器（ＤＳＰ）の出力側に配信された前記搬送波位相エラー値（ＤＰｉ）を抽出するステップと、前記抽出された搬送波位相エラー値（ＤＰｉ）を受容可能な最大位相エラー値に対応する同一の第２の閾値（Ｓ２）と比較するステップ（７１）と、各受信チャネルで受信された各航法信号に確信度指数（ＩＣｉ）であって、前記符号エラー値（ＤＣｉ）および前記搬送波位相エラー値（ＤＰｉ）に対して実行された前記比較の結果に依存する確信度指数（ＩＣｉ）を割り当てるステップ（７２）とも含むことを特徴とする、請求項１に記載の航法信号異常検知方法。

【請求項3】

Ｎ個（Ｎは１より大きい整数値）の受信チャネルを有する衛星測位受信器（１０）を含む航法信号異常検知システムであって、各チャネルｉ（ｉは１〜Ｎ）は搬送波相関回路（２０）と、即時相関器（Ｃｐ）、早期相関器（Ｃａ）および後期相関器（Ｃｒ）を含む符号相関回路（２２）と、符号（ＤＳＣ）識別器と、搬送波位相識別器（ＤＳＰ）とを含み、符号（ＤＳＣ）および前記搬送波位相識別器（ＤＳＰ）が、前記符号（ＤＳＣ）および前記搬送波位相識別器（ＤＳＰ）が配信する符号エラー値（ＤＣｉ）および搬送波位相エラー値（ＤＰｉ）を低減させるために前記Ｎ個の受信チャネルの前記即時相関器（Ｃｐ）、前記早期相関器（Ｃａ）および前記後期相関器（Ｃｒ）の位置を一括的に管理するのに適した共通のチャネルフィルタ（１１）に接続されているシステムにおいて、前記システムがまた、前記衛星測位受信器（１０）の前記Ｎ個のチャネルの前記Ｎ個の符号（ＤＳＣ）識別器の出力側に各々接続されたＮ個の比較器（１６１〜１６Ｎ）の第１の組を含む少なくとも１個の比較装置（１６）を含む航法信号異常検知装置（１５）と、前記比較装置（１６）の前記Ｎ個の比較器（１６１〜１６Ｎ）の出力側に接続された信頼性確信度指数（ＩＣ１〜ＩＣＮ）割り当て装置（１８）とを含み、前記比較装置（１６）が、受容可能な最大符号エラー値に対応する第１の閾値（Ｓ１）を含み、該比較装置（１６）が、前記符号エラー値（ＤＣｉ）と前記第１の閾値（Ｓ１）とを比較し、前記信頼性確信度指数（ＩＣ１〜ＩＣＮ）割り当て装置（１８）が、各受信チャネルで受信された各航法信号に前記比較装置（１６）による比較の結果を関数として割り当てた前記信頼性確信度指数（ＩＣ１〜ＩＣＮ）を配信し、前記航法信号異常検知装置（１５）が前記衛星測位受信器（１０）の識別器（２１）と前記チャネルフィルタ（１１）の間に接続されていることと、前記航法信号異常検知装置（１５）がまた、航法信号選択装置（１９）を含み、前記航法信号選択装置が前記信頼性確信度指数（ＩＣ１〜ＩＣＮ）割り当て装置（１８）の出力側および前記チャネルフィルタ（１１）の入力側に接続されていて、前記航法信号選択装置が、基準最小確信度レベル（ＩＣｍｉｎ）よりも高い確信度指数（ＩＣｉ）を有する航法信号を選択して、前記選択された航法信号の前記符号エラー値（ＤＣｉ）および前記搬送波位相エラー値（ＤＰｉ）だけを前記チャネルフィルタ（１１）に送信することとを特徴とする航法信号異常検知システム。

【請求項4】

前記比較装置（１６）がまた、前記衛星測位受信器（１０）の前記Ｎ個のチャネルのＮ個の前記符号（ＤＳＣ）識別器の出力側に各々接続されたＮ個の比較器（１７１〜１７Ｎ）の第２の組を含むことと、信頼性確信度指数（ＩＣ１〜ＩＣＮ）の割り当て装置（１８）が、前記比較装置（１６）のＮ個の比較器の前記第１の組および前記第２の組の出力側に接続されていて、前記比較装置（１６）がまた、受容可能な最大搬送波位相エラー値に対応する第２の閾値（Ｓ２）を含み、該比較装置（１６）が、前記符号エラー値（ＤＣｉ）と前記第１の閾値（Ｓ１）とを比較するとともに搬送波位相エラー値（ＤＰｉ）と前記第２の閾値（Ｓ２）とを比較し、前記信頼性確信度指数（ＩＣ１〜ＩＣＮ）割り当て装置（１８）が、各受信チャネルで受信された各航法信号に前記比較装置（１６）による比較の結果を関数として割り当てた前記信頼性確信度指数（ＩＣ１〜ＩＣＮ）を配信することとを特徴とする、請求項３に記載の航法信号異常検知システム。

【請求項5】

請求項４に記載の航法信号受信システムおよび慣性装置を含むことを特徴とするＩＮＳ／ＧＮＳＳ混成システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、衛星航法信号の異常を検知する方法および装置、並びにそのような検知システムを含む混成システムに関する。本発明は、ＧＰＳ（全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ））またはガリレオ受信器等、ＧＮＳＳ（全地球的航法衛星システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）型の衛星測位受信器を用いる任意の衛星測位システムに適用でき、特に地上ＧＮＳＳ受信器に適用される。

【背景技術】

【0002】

地上、海上または航空輸送機器に搭載されたＧＮＳＳ型の衛星測位受信器を用いる衛星測位システムにおいて、受信器による測位計算を可能にするデータ信号は、測位衛星の衛星群（コンステレーション）に属する複数の異なる衛星から発信される。衛星群は、地理的座標ｘ、ｙ、ｚおよび受信器の時間的座標ｔに対応する４個の未知数を決定する少なくとも４個の衛星を含む。受信器による輸送機器の測位は、２個のステップで実行される。第１のステップで受信器は衛星群の４個の衛星から発信された航法信号を構成する無線周波数信号を取得し、第２のステップで受信器は信号の発信元である４個の衛星からの輸送機器の距離を評価し、三辺測量法を用いて輸送機器の位置を判定する。

【0003】

輸送機器の測位にエラーが生じた場合、民間航空会社が提供する地理的位置に基づく道路通行料に関するアプリケーションに甚大な影響を及ぼす恐れがある。

【0004】

衛星測位システムにより判定された位置情報の妥当性に影響を及ぼす恐れのある測位エラーに多くの発生要因がある。測位エラーは、ＧＮＳＳ信号の受信に関わる技術的問題、例えば受信器の故障、または衛星の衛星群により送信された情報の不具合、あるいは衛星の故障等に起因し得る。衛星測位システムにより判定された位置の信頼性はまた、輸送機器が置かれた環境に依存し、測位エラーはまた、特に建物による漂遊反射または信号の干渉に起因する場合がある。

【0005】

航空用途の場合、受信器はいかなる障害物にも制約を受けないため、無線周波数信号はいかなる壁にも反射されることなく衛星から直接受信される。この場合、航空輸送機器の受信器により計算された位置に関する確信度情報の提供を可能にするＳＢＡＳ（静止衛星型衛星航法補強システム（Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ−Ｂａｓｅｄ Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ））システムがある。ＳＢＡＳシステムは、衛星の軌道で生じる、および各衛星の衛星群の時間基準との同期で生じるエラー、並びに高高度、特に電離層において無線周波数信号の伝搬により誘導されるエラーを永続的に監視および抑制する。ＳＢＡＳシステムが提供する情報により、航空輸送機器の受信器が輸送機器の位置および位置エラーの限度を与えることが可能になる。

【0006】

航空用途の場合、慣性装置が提供する情報およびＧＮＳＳ受信器を含む衛星航法システムが提供する測定値を組み合せるＩＮＳ／ＧＮＳＳ（慣性航法システム（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）／全地球的航法衛星システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）混成設備要素を用いて輸送機器の位置および速度情報を得ることも公知の実施方法である。ＩＮＳ／ＧＮＳＳ混成アーキテクチャは、ＧＮＳＳ受信器と慣性装置の間で異なる種類の結合を用いることができる。結合は、ＧＮＳＳ受信器の計算位置、または衛星から受信した航法信号から判定された周波数または擬似距離の粗い測定値から、あるいは受信器で計算されたより基本的な情報からのいずれによっても実行可能であり、後者の種類の結合は超密結合と呼ばれる。慣性装置は、ノイズが殆ど無くて短期的には正確な情報を提供するが、測定値の精度は慣性センサのドリフトに起因して長期的には劣化する。ＧＮＳＳ受信器が提供する測定値が正確であることにより慣性ドリフトの制御が可能になり、慣性測定値によりＧＮＳＳ受信器の測定値のノイズのフィルタリングが可能になる。当該設備はまた、計算された位置の周囲の保護半径を計算することにより位置エラーを所与の完全性リスク内に留めることが可能になる。保護半径は、ＧＮＳＳ受信器の挙動のモデルを含み、受信器の距離および速度情報の推定を提供するチャネルフィルタ、例えばカルマンフィルタを用いて計算できる。衛星が提供する距離情報の測定値とチャネルフィルタの出力側で提供される距離情報の推定値の差異に対応する、イノベーションと呼ばれるパラメータが次いで計算される。受信器の挙動がフィルタに含まれるモデルに対応する場合、イノベーションパラメータはゼロに近い値を有する。さもなければ、ＧＮＳＳ測定値にはエラーがある。従ってイノベーションパラメータにより、航空用途の場合、特に衛星が故障した場合に生じる様々なエラーの影響を受けるＧＮＳＳ測定値を識別することが可能になる。

【0007】

地理的位置に基づく道路通行料用途は、ＧＮＳＳ受信器を備えた地上輸送機器が辿る経路を判定するステップと、辿られた経路が有料である場合は地上輸送機器のユーザーに支払請求するステップとを含む。支払請求は、辿った道路に依存するため、受信器は、一方では輸送機器の位置に、他方では輸送機器の軌跡に関する２個の相補的な情報項目を配信しなければならない。この情報は支払い請求をもたらすため、用いた軌道に関する信頼性情報を判定することも必要である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

密集環境、例えば、都市部、森林地域、山岳地帯のＧＮＳＳ位置の完全性を特徴付けるのは、特に局部伝搬現象のモデリングの不正確さのために困難である。受信器が生成したＧＮＳＳ測定値の品質の認識および特徴化は更に困難である。現在、地上輸送機器のＧＮＳＳ位置の完全性の確認は民間航空の場合と同様になされる。非密集環境、例えば地方または過疎な町で航行する場合、当該方法は有効である。しかし、密集環境で航行する場合、無線周波数信号の受信条件は航空用途の場合よりもはるかに複雑、且つ充分に制御されておらず、受信された信号は雑音が多く、信号強度は極めて弱い。民間航空用途向けに設計されたエラーモデルは従って、密集環境に対応しておらず、車線上の地上輸送機器の位置を明確に識別することは不可能である。更に、密集環境の場合、現時点では信頼性の高いＧＮＳＳ測定品質指標を利用できない。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の目的は、信号強度が弱く極めて雑音が多い場合でも、任意の非密集または密集環境で衛星測位受信器が受信した航法信号の異常を検知可能にする、衛星航法信号の異常を検知する方法および装置を提案することである。

【0010】

この目的のために、本発明は、衛星測位受信器のＮ個（Ｎは１より大きい整数値）の受信チャネルが受信した航法信号の異常を検知する方法であって、各チャネルｉ（ｉは１〜Ｎ）は搬送波相関回路と、即時、早期および後期相関器を含む符号相関回路と、符号識別器と、搬送波位相識別器とを含み、符号および搬送波位相識別器は、符号および搬送波位相識別器が配信する符号および搬送波位相エラー値を低減させるためにＮ個の受信チャネルの即時、早期および後期相関器の位置を一括的に管理するのに適した共通チャネルフィルタに接続されている方法に関する。本方法は、Ｎ個の符号識別器の出力側に配信された符号エラー値を抽出するステップと、抽出された符号エラー値を受容可能な最大符号エラー値に対応する同一の第１の閾値と比較するステップと、各受信チャネルｉで受信された各航法信号に確信度指数、すなわち符号エラー値に対して実行された比較の結果に依存する確信度指数を割り当てるステップとを含む。

【0011】

有利には、本方法はまた、Ｎ個の搬送波位相識別器の出力側に配信された搬送波位相エラー値を抽出するステップと、抽出された搬送波位相エラー値を受容可能な最大位相エラー値に対応する同一の第２の閾値と比較するステップと、各受信チャネルで受信された各航法信号に確信度指数であって、符号エラー値および搬送波位相エラー値に対して実行された比較の結果に依存する確信度指数を割り当てるステップとを含み得る。

【0012】

有利には、本方法はまた、基準最小確信度レベルよりも高い確信度指数を有する航法信号を選択するステップと、選択された航法信号だけをチャネルフィルタに送信するステップとを含み得る。

【0013】

本発明はまた、Ｎ個（Ｎは１より大きい整数値）の受信チャネルを有する衛星測位受信器を含む航法信号異常検知システムであって、各チャネルｉ（ｉは１〜Ｎ）は搬送波相関回路と、即時、早期および後期相関器を含む符号相関回路と、符号識別器と、搬送波位相識別器とを含み、符号および搬送波位相識別器は、符号および搬送波位相識別器が配信する符号および搬送波位相エラー値を低減させるためにＮ個の受信チャネルの即時、早期および後期相関器の位置を一括的に管理するのに適した共通チャネルフィルタに接続されているシステムに関する。本システムはまた、受信器のＮ個のチャネルのＮ個の符号識別器の出力側に各々接続されたＮ個の比較器の第１の組を含む少なくとも１個の比較装置を含む航法信号異常検知装置と、比較装置のＮ個の比較器の出力側に接続された信頼性確信度指数割り当て装置とを含み、比較装置は、受容可能な最大符号エラー値に対応する第１の閾値を含み、確信度指数は、各受信チャネルで受信された各航法信号に、符号エラー値に対して実行された比較の結果の関数として割り当てられ、比較装置により配信される。

【0014】

有利には、比較装置はまた、受信器のＮ個のチャネルのＮ個の搬送波位相識別器の出力側に各々接続されたＮ個の比較器の第２の組を含むことができ、信頼性確信度指数割り当て装置は、比較装置のＮ個の比較器の第１および第２の組の出力側に接続されていて、比較装置はまた、受容可能な最大搬送波位相エラー値に対応する第２の閾値を含み、確信度指数は、各受信チャネルで受信された各航法信号に、符号エラー値および搬送波位相エラー値に対して実行された比較の結果の関数として割り当てられ、比較装置により配信される。

【0015】

有利には、異常検知装置は受信器の識別器とチャネルフィルタの間に接続されていて、異常検知装置はまた、航法信号選択装置を含み、選択装置は信頼性指数割り当て装置の出力側およびチャネルフィルタの入力側に接続されていて、航法信号選択装置は、基準最小確信度レベルよりも高い確信度指数を有する航法信号を選択して、選択された航法信号の符号エラー値および搬送波位相エラー値だけをチャネルフィルタに送信するのに適している。

【0016】

本発明は、航法信号受信システムおよび慣性装置を含むＩＮＳ／ＧＮＳＳ混成システムにも関する。

【0017】

本発明の他の特徴および利点は、添付の概略図を参照しながら、純粋に説明を目的とする非限定的な例として与える以下の記述から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】従来技術による、単一のチャネルを表したＧＮＳＳ受信器の例示的なアーキテクチャの簡略図である。

【図2】従来技術による、ベクトル化されたループアーキテクチャに組み込まれたＧＮＳＳ受信器を含むＧＮＳＳ受信システムの第１の例示的なアーキテクチャの構成図である。

【図3】本発明による、ＩＮＳ／ＧＮＳＳ混成アーキテクチャに組み込まれたＧＮＳＳ受信器を含むＧＮＳＳ受信システムの第２の例示的なアーキテクチャの構成図である。

【図4a-b】従来技術による、超密結合型の混成アーキテクチャのカルマンフィルタの出力側に配信されたイノベーションパラメータの傾向を時間の関数として示す２本の曲線である。

【図5a-b】本発明による、ＧＮＳＳ航法信号の異常を検知するシステムの２個の例示的なアーキテクチャである。

【図6】本発明による、ＧＮＳＳ航法信号の異常を検知するシステムの第３の例示的なアーキテクチャの構成図である。

【図7】本発明による、異常検知および高信頼性ＧＮＳＳ信号選択を行う例示的なアルゴリズムである。

【図8】本発明による、異常検知および高信頼性ＧＮＳＳ信号選択装置を含む例示的な混成システムアーキテクチャである。

【図9】本発明による、超密結合型の混成アーキテクチャに組み込まれたＧＮＳＳ受信器の符号識別器の出力の傾向を時間の関数として示す曲線の例である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

衛星群の衛星により発信される航法信号は、送信すべきデータからなる、擬似乱数バイナリ拡散符号により周波数拡散されて送信搬送波を用いる変調により送信周波数帯に変換される無線周波数信号である。ＧＮＳＳ型の衛星測位受信器は、異なる衛星から受信した信号の並列処理を可能にする多くの異なる処理チャネルを含む。２個の異なる衛星は、衛星間の信号を分離して各衛星に異なるチャネルを割り当て可能にする異なる相関を失わせる符号を有する。図１に、単一のチャネルを表した衛星測位受信器の例示的なアーキテクチャの簡略図を表す。受信時に、衛星測位受信器１０が受信した各信号５に含まれるデータは、受信信号の搬送波の抑制を意図した搬送波相関回路２０、続いて符号相関回路２２により実行される２個の連続的な復調により抽出される。この目的のため、衛星測位受信器１０は、位相ループ２０と呼ばれる周波数および位相追跡ループにより駆動される局部発振器２４が生成した搬送波の局所複製ＰＩ、および符号ループ２２と呼ばれる後期追跡ループにより駆動される局所符号生成器２８が生成した擬似乱数拡散符号の局所複製を生成する。受信信号を追跡する技術は、即時複製Ｃｐと呼ばれる拡散符号の局所複製、および他の早期モードＣａおよび後期モードＣｒの局所複製の生成を伴う。積分器ＩＮＴの役割は、復調、非拡散、集約された早期Ｚａ、即時Ｚｐ、後期Ｚｒ信号サンプルを生成することである。符号ループ２２がロックオンされた場合、局所的に生成された符号は衛星から受信された信号に含まれる符号と同相であって、得られた相関関数は最大に一致する。位相ループ２０および符号ループ２２は各々、搬送波ＤＳＰおよび符号ＤＳＣ識別器２１を含むため、即時、早期および後期相関器の出力側に積分器ＩＮＴが配信した信号サンプルＺｐ、Ｚａ、Ｚｒの値を用いて、受信信号の搬送周波数の推定値および、局所符号に相対的に測定された拡散符号のオフセットの各々を更新するために、対応する位相および符号追跡ループ２０、２２を逆向きに回るために、受信信号と局所信号との間の搬送波位相差および符号差の各々を測定することが可能になる。

【0020】

搬送波ＤＳＰおよび符号ＤＳＣ識別器２１の出力側において、搬送波位相差は、受信信号の搬送波を抑制するために搬送波相関回路２０が用いる局所搬送波を供給する搬送波生成器２６を駆動する局所搬送波位相を生成する搬送波発振器２４を制御する搬送波修正器ＣＲＰ２３に送信される。同様に、識別器２１の出力側において、符号差は、符号相関回路２２が用いる局所符号Ｃａ、Ｃｐ、Ｃｒを供給する符号生成器３０を駆動する局所符号位相を生成する符号発振器２８を制御する符号修正器ＣＲＣ２５に送信される。従来の衛星測位受信器アーキテクチャでは、各識別器２１の出力側は、符号追跡ループ２２により、衛星符号における局所符号の同期を維持するためにゼロに近い値を配信するために制約される。

【0021】

局所符号の同期化は従って、他の衛星とは独立に衛星毎に実行される。ＧＮＳＳ受信器を単独で用いる場合、エラーのある航法信号を識別することは極めて困難であって、得られた位置情報は信頼できない。

【0022】

受信器１０は、例えば図３の構成図に示すようにベクトル化されたループ型アーキテクチャに、または例えば図２の構成図に示すようにＩＮＳ／ＧＮＳＳ混成アーキテクチャに組み込むことができる。これら２種類のアーキテクチャにおいて、チャネルフィルタ１１、例えばカルマンフィルタの出力側に配信されたイノベーションパラメータのエラー残余を考慮に入れることにより、受信器１０の位置および速度の測定値が判定される。

【0023】

図２に示すベクトル化されたループアーキテクチャの場合、チャネルフィルタ１１、例えばカルマンフィルタは、受信器１０が受信したＮ個の航法信号５１、．．．５Ｎから抽出された全ての情報を考慮に入れて、受信器１０が報告した測定値の差異に対応するイノベーションパラメータおよびチャネルフィルタ１１に含まれる数学モデルによりなされるこれらの測定値の予測値を計算し、そこからＮ個の信号５１〜５Ｎを発信したＮ個の衛星に相対的な受信器１０の符号および搬送波クロックのオフセットの推定値を導く。チャネルフィルタ１１の出力側に配信された符号オフセットおよび搬送波オフセットの各々は、符号および搬送波に対するドップラー効果、すなわち衛星の移動、受信器の局部発振器の移動、および受信器１０の移動に起因するドップラー効果を予測する装置１２の入力側に適用される。ドップラー効果予測装置１２は、同一の符号６および位相７の各々の命令値から全てのチャネルの符号および位相クロックを同時に更新するために、符号ループの局部発振器２８、および受信器１０のＮ個のチャネルの位相ループの局部発振器２４の各々に適用される新たな符号および位相クロック位置命令値を出力として配信する。相関計算に用いる局所拡散符号のスタートアップはこのように全てのチャネルで同時に起動される。従って、このベクトル化されたループアーキテクチャにより、受信器１０の全てのチャネルの識別器２１から得られた情報の組を一括的に考慮に入れて、受信器１０の全ての信頼性の高いチャネルにおける即時Ｃｐ、早期Ｃａおよび後期Ｃｒ相関器の位置を各反復で同一の値により同時に修正することが可能になる。このベクトル化されたループアーキテクチャにおいて、全てのチャネルの相関器の位置は従って、チャネルフィルタ１１により共通的に管理され、符号および搬送波識別器２１の出力信号は制約されない。

【0024】

図３に示すような超密型結合に関するＩＮＳ／ＧＮＳＳ混成アーキテクチャの場合、イノベーションパラメータを計算するために衛星測位受信器１０により航法信号の組から抽出された情報に加え、チャネルフィルタ１１はまた、受信器１０が置かれた輸送機器に搭載された慣性装置１４が送信したアカウント位置、速度および加速度情報を考慮に入れる。航法信号５１、．．．、５ｉ、．．．、５Ｎから抽出された全ての情報、および慣性装置１４から得られた情報から、チャネルフィルタ１１は受信器１０の全てのチャネル１〜Ｎの即時Ｃｐ、早期Ｃａおよび後期Ｃｒ相関器の新たな位置を一括的に推定する。慣性装置１４の出力側で接続された航法コンピュータ１３は、慣性装置１４が配信した位置情報、および受信器１０の各チャネル１、．．．、ｉ、．．．、Ｎの識別器２１から得られたエラー値ＤＣ１、ＤＰ１、．．．、ＤＣｉ、ＤＰｉ、．．．、ＤＣＮ、ＤＰＮからチャネルフィルタ１１が推定した位置、速度および加速度エラー情報を受信する。航法コンピュータ１３は、慣性装置１４およびチャネルフィルタ１１から発信された情報から、受信器１０および慣性装置１４が置かれた輸送機器の新たな位置、速度および姿勢の値を配信する。これらの新たな位置、速度および姿勢の値は、衛星から発信された信号と、チャネルフィルタ１１から発信された符号および搬送波オフセットとから、符号および搬送波に対するドップラー効果を予測すると共に、受信器１０が送信した追加的な情報を受信する装置１２の入力側に適用される。受信器１０により、ドップラー効果予測装置１２に送信された追加的な情報８は、天体暦データおよび伝搬エラー推定値を含むため、衛星から発信された信号の伝播遅延の近似値を導くことが可能になり、この遅延は特に電離層、対流圏、および衛星のクロックによりもたらされる。ドップラー効果予測装置１２は、受信器１０の全てのチャネルにおける即時Ｃｐ、早期Ｃａおよび後期Ｃｒ相関器の位置を各反復で同一の値により同時且つ一括的に修正するために、全てのチャネル１〜Ｎに適用する新たな符号および位相クロック位置命令値を出力として配信する。ベクトル化されたループアーキテクチャに関して、このＩＮＳ／ＧＮＳＳ混成アーキテクチャでは、全てのチャネルの相関器の位置はチャネルフィルタ１１により共通的に管理され、符号ＤＳＣおよび搬送波ＤＳＰ識別器２１の出力信号は制約されない。

【0025】

図４ａ、４ｂに、信号対雑音比Ｃ／Ｎ０のレベルが各々４０ｄＢＨｚおよび１９ｄＢＨｚである雑音の多い信号について、超密結合型の混成アーキテクチャのカルマンフィルタの出力側に配信されたイノベーションパラメータの傾向を時間の関数として示す曲線の２個の例を示す。これら２図において、衛星と衛星測位受信器の間の直接経路に対応する細線で示す信号は０値の回りで変動するイノベーションパラメータを有し、一方、太線で示すエラー信号は、例えば多重経路、すなわち衛星と衛星測位受信器の間にある障害物により反射された経路に起因して、０値を中心としていない。図４ａに示すように信号対雑音比Ｃ／Ｎ０が高い場合、エラー信号は、他の信号に対して完全にずれるため、明らかに識別することができる。図４ｂに示すように、より低い信号対雑音比Ｃ／Ｎ０に対応するより大きい雑音の場合、エラー信号は他の信号の変動に埋め込まれていて明確に識別することができない。図４ａおよび４ｂは従って、イノベーションパラメータによりエラー信号を識別可能になるのは、信号のレベルよりはるかに強度が低いノイズが存在する場合だけであることを示す。信号レベルに対する雑音レベルが高いほど、イノベーションパラメータを用いてエラー信号を識別することが困難になる。

【0026】

図５ａ、５ｂに、ＧＮＳＳ航法信号の異常を検知するシステムのアーキテクチャの２個の例を示す。異常検知システムは、衛星測位受信器１０および異常検知装置１５を含む。受信器１０は、複数の処理チャネル１〜Ｎを含み、各処理チャネルは１個の衛星専用であって、対応する衛星から受信した信号と局所信号との間の符号差および搬送波位相差を配信する搬送波および符号識別器２１を含む。受信器１０がベクトル化されたループアーキテクチャまたは超密結合型の混成アーキテクチャに組み込まれている場合、受信器１０の符号および搬送波識別器２１はゼロに近い出力値に制約されず、それらの変動は従って、受信器１０が受信した信号の変動を表す。従って、識別器が配信した値が０値に比べて高いほど、受信器１０が受信した信号が誤っているリスクが高い。本発明は従って、識別器２１が配信した値を利用してエラー信号を識別および除去するステップを含む。この目的のため、図５ａに示すように、異常検知装置１５は、第１の閾値Ｓ１を含み且つ全ての識別器２１の出力側に接続された比較装置１６と、比較装置１６の出力側に接続された測定エラー識別装置１８とを含む。比較装置１６は、Ｎ個のチャネル１〜Ｎに対応するＮ個の比較器１６１、１６２、．．．１６Ｎの第１の組を含む。Ｎ個の比較器１６１〜１６Ｎの第１の組は、受信器１０の全てのチャネル１〜Ｎの識別器２１が配信した全ての符号差値ＤＣｉ（ｉ〜Ｎの整数値）を受信し、各識別器２１が配信した符号差値を同一の第１の閾値Ｓ１と比較して、比較の結果を各々が受信器１０の受信チャネル１〜Ｎのうち１個に対応する複数の出力側に配信することを意図される。第１の閾値Ｓ１はユーザーにより定義され、識別器２１の出力側でユーザーが受容する予定の最大符号差値に対応する。測定エラー識別装置１８は、Ｎ個の比較器１６１〜１６Ｎの第１の組の出力側に結合されたＮ個のエラー識別チャネル１８１、１８２、．．．１８Ｎを含む。測定エラー識別装置１８は、各々の比較の結果ΔＤＣｉ（ｉは１〜Ｎ）から、確信度指標ＩＣ１、ＩＣ２、．．．ＩＣＮを受信された各信号５１、５２、．．．５Ｎの信頼性に割り当て、エラーを含む航法信号、すなわち値が低く、最小確信度指標ＩＣｍｉｎより低い確信度指標に対応する信号を識別することを意図される。

【0027】

有利には、図５ｂに示すように、比較装置１６はまた、第２の閾値Ｓ２を含み且つ全ての識別器２１の出力側に接続されたＮ個の比較器１７１〜１７Ｎの第２の組を含み得る。従って比較装置１６はまた、各識別器２１により配信された位相差値ＤＰｉ（ｉは１〜Ｎ）を前記同一の第２の閾値Ｓ２と比較し、エラー識別装置１８は各々の比較結果から、第２の閾値Ｓ２よりも大きい位相差ＤＰｉを判定することができる。この場合、第１および第２の閾値Ｓ１、Ｓ２の各々に相対的な、一方では符号差ＤＣｉから、他方では位相差ＤＰｉから導かれた比較の結果ΔＤＣｉおよびΔＤＰｉ（ｉは１〜Ｎ）を考慮に入れることにより、各受信信号に割り当てられた確信度指標ＩＣ１〜ＩＣＮが判定される。

【0028】

異常検知装置１５は、受信器１０が報告した位置測定値の信頼性に関する情報を得るためだけに用いることができる。この場合、イノベーションパラメータの計算は不変であり、チャネルフィルタ１１により全てのＧＮＳＳ航法信号から判定される。

【0029】

エラー信号の識別は、他の信号とは独立に、識別器が配信した各信号を、同一の第１の閾値Ｓ１と比較することにより、および同一の第２の閾値Ｓ２とも比較することにより各チャネルの符号ＤＳＣおよび位相ＤＳＰ識別器２１の出力側で実行されるため、異常検知装置１５はまた、チャネルフィルタ１１上流のエラー信号を除外するために用いて、チャネルフィルタ１１において、信頼性の高い推定信号の符号エラー値ＤＣｉおよび搬送波位相エラー値ＤＰｉだけに基づくイノベーション計算を実行することもできる。次いで、チャネルフィルタ１１内でエラー信号を含む全ての信号を用いてイノベーションパラメータを計算し且つエラー信号の検知がより困難な従来技術よりも高い精度で相関器の位置が判定される。

【0030】

この場合、図６に示すように、本発明によれば、異常検知装置１５はまた、エラー識別装置１８の異なる出力側に接続された複数の入力側およびチャネルフィルタ１１への接続を意図された複数の出力側を含む選択装置１９と呼ばれる追加的な装置を含む。選択装置１９は、それを下回れば航法信号が誤っていると推定される所定の最小確信度指標ＩＣｍｉｎよりも高い確信度指標を有する信号を選択して、選択された信号だけをベクトル化されたループアーキテクチャまたはＩＮＳ／ＧＮＳＳアーキテクチャのチャネルフィルタ１１に送信することを意図される。ベクトル化されたループアーキテクチャの場合は信頼性が高いと推定されたＧＮＳＳ航法信号から抽出された情報の組だけを考慮に入れながら、またＩＮＳ／ＧＮＳＳ混成アーキテクチャの場合は信頼性が高いと推定されたＧＮＳＳ信号および慣性装置１４から得られた情報から抽出された情報の組だけを考慮に入れながら、チャネルフィルタ１１内でイノベーションパラメータの計算が次いで実行される。

【0031】

図７に、異常検知および高信頼性ＧＮＳＳ信号選択を行う例示的なアルゴリズムを示す。第１の初期化ステップ７０において、第１および第２の閾値はＳ１、Ｓ２、および最小確信度指標ＩＣｍｉｎの値が選択される。第２のステップ７１において、ＧＮＳＳ受信器１０の各チャネルｉ（ｉは１〜Ｎの整数値）の識別器２１の出力側に配信された符号差値ＤＣｉおよびＤＰｉが各々、第１および第２の閾値Ｓ１、Ｓ２と比較され、各々の比較結果を各々ΔＤＣｉおよびΔＤＰｉと表記する。第３のステップ７２において、各々の比較結果ΔＤＣｉおよびΔＤＰｉから、受信された各信号５１、５２、．．．５Ｎの信頼性に関する確信度指標ＩＣ１、ＩＣ２、．．．ＩＣＮが各チャネルｉに割り当てられる。第４のステップ７３において、各チャネルｉに割り当てられた各確信度指標ＩＣｉと最小確信度指標ＩＣｍｉｎとの間で比較テストが実行される。比較テストにより、チャネルｉに割り当てられた確信度指標ＩＣｉが最小確信度指標ＩＣｍｉｎよりも高いことが示された場合、ステップ７４で当該信号は信頼性があるとして識別され、異常検知システムがベクトル化されたループアーキテクチャまたは混成アーキテクチャに組み込まれていればステップ７５でチャネルフィルタ１１への送信対象として選択される。さもなければ、当該信号はステップ７６で誤っていると識別されてチャネルフィルタ１１に送信されない。

【0032】

図８に、本発明による、異常検知および高信頼性ＧＮＳＳ信号選択装置を含む例示的な混成アーキテクチャを示す。このアーキテクチャは、図３に示すアーキテクチャと同一の装置および同一の構造を含み、また受信器１０とチャネルフィルタ１１の間に接続された、異常検知および高信頼性ＧＮＳＳ信号選択装置１５を含む。異常検知および高信頼性ＧＮＳＳ信号選択装置は、ＧＮＳＳ受信器１０の識別器２１の出力側に配信された符号エラー値ＤＣ１〜ＤＣＮおよび搬送波位相エラー値ＤＰ１〜ＤＰＮを抽出し、それらを第１および第２の閾値Ｓ１、Ｓ２の各々と比較し、そこから確信度指標ＩＣ１〜ＩＣＮを導き、信頼性が高いと推定された信号の符号エラー値ＤＣ１〜ＤＣＮおよび搬送波位相エラー値ＤＰ１〜ＤＰＮだけを選択してチャネルフィルタ１１に送信する。

【0033】

図９に、信号対雑音比Ｃ／Ｎ０のレベルが１９ｄＢＨｚに等しい、雑音の多い信号について、衛星測位受信器１０、すなわち超密結合型の混成アーキテクチャに組み込まれた受信器１０の符号識別器の出力の傾向を時間の関数として示す例示的な曲線を示す。この構成において、図５、６に関して記述したように、相関器は、それらの符号オフセットを一括的に推定して一緒に制御されるため、識別器はゼロに近い値に制約されないエラー信号を配信する。この図９は、雑音レベルが信号のレベルに比較して強くても、各チャネルの符号識別器の出力側に配信されたエラー信号が信頼性の高い信号から極めて明確に区別され、閾値と比較することにより容易に検知することができる。閾値は、所望の用途に応じて選択される。閾値は、例えば、誤警報確率または所望の位置および速度測定精度に対応してよい。図９において、−２０ｄＢの閾値により、太線で表す、エラー信号に対応する信号を検知することが可能になる。

【0034】

本発明について特定の実施形態に関して記述してきたが、本発明がこれらに一切限定されず、記述した手段の全ての技術的均等物および、後者が本発明の枠組みに収まる場合は、それらの組合せを含むことは明らかである。

【符号の説明】

【0035】

６ 符号
７ 位相
８ 情報
１０ 衛星測位受信器
１１ チャネルフィルタ
１２ ドップラー効果予測装置
１３ 航法コンピュータ
１４ 慣性装置
１５ 異常検知装置
１６ 比較装置
１６１、１６２、１６Ｎ 比較器
１７１〜１７Ｎ 比較器
１８ エラー識別装置
１８１、１８２、１８Ｎ エラー識別チャネル
１９ 選択装置
２０ 位相ループ
２１ 識別器
２２ 符号ループ
２３ 搬送波修正器ＣＲＰ
２４ 局部発振器
２５ 符号修正器ＣＲＣ
２６ 搬送波生成器
２８ 局所符号生成器
３０ 符号生成器
５１、５２、５ｉ、５Ｎ 信号
Ｃａ 早期相関器
Ｃｐ 即時相関器
Ｃｒ 後期相関器
ＤＣ１、ＤＣｉ、ＤＣＮ 符号エラー値
ＤＰ１、ＤＰｉ、ＤＰＮ 搬送波位相エラー値
ＩＣ１〜ＩＣＮ 確信度指標
ＩＮＴ 積分器
ＰＩ 局所複製
Ｚａ 早期信号サンプル
Ｚｐ 即時信号サンプル
Ｚｒ 後期信号サンプル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】