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JPH02213785A - Position measuring method using artificial satellite - Google Patents

Position measuring method using artificial satellite

Info

Publication number
JPH02213785A
JPH02213785A JP3406989A JP3406989A JPH02213785A JP H02213785 A JPH02213785 A JP H02213785A JP 3406989 A JP3406989 A JP 3406989A JP 3406989 A JP3406989 A JP 3406989A JP H02213785 A JPH02213785 A JP H02213785A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
satellites
time
satellite
artificial
signals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3406989A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Inamiya
健一 稲宮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP3406989A priority Critical patent/JPH02213785A/en
Priority to US07/461,536 priority patent/US4987420A/en
Priority to FR9000286A priority patent/FR2645954B1/en
Priority to US07/571,760 priority patent/US5105198A/en
Publication of JPH02213785A publication Critical patent/JPH02213785A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To calculate an observer's own position by putting artificial satellites having large angles of inclination into the static orbit in such a manner that the three artificial satellites are observed from the observer who has a signal receiver, a simple watch and a calculation processing argorithm. CONSTITUTION:An X-axis 3 is the axis penetrating the artificial satellites 1, 2 and a Y-axis 4 has the origin at the mid-point of the X-axes of the artificial satellites 1, 2. Another artificial satellite 20 is assumed to exist on another X'Y' coordinates on this X-Y plane. The angle formed by the X-axis and the X'-axis is designated as 23, the hyperbola of the specified difference in the distance between AP and CP inclusive of an observation point P as 24, one of the intersected points of the hyperbola 6 and the hyperbola 24 as 25, and the straight line inclusive of the two points where the hyperbola 6 and the hyperbola 24 intersect as 26. The observation point P exists at the point of the condition under which the differences in the distances between AP and BP and AP and CP are constant between the artificial satellites 1, 2 and 20. The phenomena of these X-Y and X'Y' plane can be developed to the three- dimensional phenomena of the XYZ coordinates and X'Y'Z' coordinates as well.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は静止軌道上の人工衛星から送信する電波を受
信し、そのデータを処理することにより受信点の位置検
出に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to detecting the position of a receiving point by receiving radio waves transmitted from an artificial satellite in a geosynchronous orbit and processing the data.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の電波航法はデツカ、オメガ、ロラン−C等の地球
上に発振源を持つものから人工衛星を使用し& NN5
S (Navy Navigation 5atell
 iteSystem)やGPS(Gloval Po
5itio旧ng System)までである0人工衛
星を使用するシステムは位置検出の基準となる測位の範
囲が大きな宇宙空間に展開できるので9位置検出の範囲
の広がりや高度な機器を搭載することにより精度の向上
が期待できる。このうち、  NN8Sはドツプラを使
用した方式であり、GPSは時間計測によシ測距をもと
圧したものであり、前者に比較し、後者の方が多くの優
れた性能を有しているので、今後の航行衛星の主流にな
ろうとしているものである。この発明と比較する為に、
このGPSi対象として従来技術の説明を行う。
Conventional radio navigation uses artificial satellites such as Detsuka, Omega, Loran-C, etc., which have oscillation sources on the earth.
S (Navy Navigation 5atell
iteSystem) and GPS (Global Po
Systems that use artificial satellites can be deployed in outer space, where the range of positioning that serves as the reference point for position detection is large. can be expected to improve. Among these, NN8S is a method that uses Dotsupura, while GPS is based on distance measurement based on time measurement, and compared to the former, the latter has many superior performances. Therefore, it is expected to become the mainstream of navigation satellites in the future. In order to compare with this invention,
The conventional technology will be explained using this GPSi as an object.

第20図にGPSの人工衛星の構成を示す。(500)
Figure 20 shows the configuration of a GPS satellite. (500)
.

(5at)、(5oz)、(3o3)はGPS用のNA
VSTAR(NAVigation system W
ith Timing and Rang −ing)
でその位置ftA’ 、 B’、C’、D’  で示す
(5at), (5oz), (3o3) are NA for GPS
VSTAR (NAVigation system W
ith Timing and Rang-ing)
The positions are indicated by ftA', B', C', and D'.

NAVSTARは自ら精密な原子時計を持って、 自ら
発生するクロック信号の精度を高精度に保つと同時に管
制局からの時刻情寒の較正忙より、 NAVSTARは
週の始めを基slC現在の時刻を正確に表現している。
NAVSTAR has its own precise atomic clock and maintains the accuracy of the clock signal it generates to a high degree of accuracy. At the same time, NAVSTAR is busy calibrating the time information from the control station, so NAVSTAR accurately calculates the current time on SLC based on the beginning of the week. It is expressed in

ま&、  NAVSTARの位置は管制局にょるNAV
STARの追跡データより軌道決定が行われ。
The location of NAVSTAR is located at the control station.
The orbit is determined based on STAR tracking data.

時刻が分かると自らの位置が確定する事になる。Once you know the time, you can determine your location.

従って、若し観測者がNAVSTARの所に居た場合。Therefore, if the observer is at NAVSTAR.

NAVSTARの現在の時刻及びその時刻と軌道要素よ
υ位置が既知畿となるが9次にこの観測者がNAVST
ARの位置を離れてNAVSTARと観測した場合どの
様になるかであるが、  (504)を今その観測点と
して P eで表す。今、観測者は時刻装置を持ってい
るが、比較較正済の精度の良いものでなく基準の時刻よ
り一定の誤差を持った時計であるとする。観測者が観測
を行った時刻を7nO+Δtとする。
The current time of NAVSTAR, its time, orbital elements, and υ position are known, but the 9th time this observer
What will happen if we leave the AR position and observe NAVSTAR? (504) is now represented by P e as the observation point. Now, suppose that the observer has a time device, but it is not a comparatively calibrated and highly accurate clock, but a clock that has a certain error from the standard time. The time when the observer performed the observation is assumed to be 7nO+Δt.

Tnoはその時の正しい時刻でΔt Fie測者看者っ
ている固有な誤差である。この時、Ill看者計測する
NAVSTAR(500)、 (501)、 (502
)、 (305) (D時刻FiTn 1.Ti2. 
’rns 、 Ti4 テコO時刻1d観al1者ト衛
屋の間の伝播時間だけ遅延した値である。*測した時刻
とNAVSTARの位置関係から次の様な方程式が成立
する。
Tno is an inherent error observed by the observer at the correct time. At this time, NAVSTAR (500), (501), (502
), (305) (D time FiTn 1.Ti2.
'rns, Ti4 is a value delayed by the propagation time between the two parties. *The following equation is established from the measured time and the positional relationship of NAVSTAR.

但し、Cは光速を示す。However, C indicates the speed of light.

(1)′の方程式には未知数としてP′の 位置である
三次元の3糧類の値とΔtに対して4糧類の方程式があ
るので、この方程式は解を持ち、観測者の位置及び時刻
の較正が出来る。
Equation (1)' has as unknowns the three-dimensional three-dimensional value of the position of P' and four equations for Δt, so this equation has a solution, and the observer's position and You can calibrate the time.

NAVSTARの軌道は高度20.183Kmの円軌道
で。
NAVSTAR's orbit is a circular orbit with an altitude of 20.183 km.

周期が12時間、軌道傾斜角55度である。 この軌道
上に3箇の衛星が等しい間隔で配置され、この軌道が6
種類あり2合計18箇の衛星が軌道上を飛翔する。地球
上の任意の点からNAVSTARは常#c4箇見える様
な配置になる。
The period is 12 hours, and the orbital inclination angle is 55 degrees. Three satellites are placed at equal intervals on this orbit, and this orbit is 6
A total of 18 satellites of two types fly in orbit. NAVSTAR will always be placed so that #c4 points are visible from any point on the earth.

NAVSTARの管制局及びモニタ局はそれぞれ 1局
、4局ずつ置かれ9局の可視範囲内にNAVSTARが
ある時データの取得と、必要なコマンドを送る。
There are one NAVSTAR control station and four monitor stations, respectively, and when NAVSTAR is within the visible range of nine stations, they acquire data and send necessary commands.

軌道データの処理は、取得したデータをもとにデータ処
理設備を行って時刻の管理は一次基単と較正することが
実施される。
The trajectory data is processed using data processing equipment based on the acquired data, and time management is calibrated to the primary basis.

〔発明が解決しようとするS題〕[Problem S that the invention attempts to solve]

GPSJdi111位の出来る地域を全地球に及ぼすた
め。
To spread the reach of the 111th place in GPSJdi to the entire earth.

少なくとも18箇のNAVSTARを必要とし、かつN
AVSTARが測距の源泉データを敵される際、高精度
の時刻と周波数が必要であシ、このための管制局が時刻
と周波数を較正できる周期が一週間に一回のため、その
間の変動を許容値内に維持するため原子時計を搭載して
いるので、高値である。
Requires at least 18 NAVSTARs, and N
When AVSTAR uses source data for ranging, it requires highly accurate time and frequency, and the frequency at which the control station can calibrate the time and frequency is once a week, so fluctuations during that time It is expensive because it is equipped with an atomic clock to keep it within acceptable limits.

これに対し、この発明ではより簡易な方法でGP8と同
等の効果を得ることを目的とする。
In contrast, the present invention aims to obtain the same effect as GP8 using a simpler method.

〔課題全解決するための手段〕[Means to solve all problems]

この発明では9世界人口のほとんどの居住している緯度
65度以内で、測距が可能になるよう静止軌道に8箇の
人工衛星を投入し軌道知斜角が約6度になるようにし、
各人工衛星の成る瞬間に近点離角が適宜均等に離すよう
に配置し、常時可視域にある管制局に於て各人工衛星か
ら発生する時刻及び周波数を監視し、地球局で得られる
高精度の時刻基準と周波数と比較し、補正のための指令
を高い頻度で行うことによシ9人工衛衛星高精度の距離
測定のための信号を発生させるようにしたものである。
In this invention, eight artificial satellites are placed in geostationary orbit with an orbital inclination of about 6 degrees to enable distance measurement within 65 degrees of latitude, where most of the world's population lives.
The satellites are arranged so that their periapsis and elongation are appropriately evenly spaced at the moment of formation, and a control station in the visible range constantly monitors the time and frequency generated by each satellite. By comparing the precision time standard and frequency and issuing commands for correction at high frequency, the signal for highly accurate distance measurement by the 9 artificial satellites is generated.

〔作 用〕[For production]

この発明は3箇の静止軌道上の人工衛星を一組とし、そ
のうち基塩となる人工衛星が時刻に同期し距離測定の信
号を発生し、この信号を直接観測者に送ると同時に順次
−の人工衛星にこの距離測定信号を衛里間データ中継に
よって送り、これを受けた隣の人工衛星がこの信号及び
自分の時刻及び距離測定の信号を観測者に送ると同時に
再び次の隣の人工衛星に送り、これを3箇の人工衛星に
ついて行い、この観測サイクルを少なくとも2回以上行
い、観測者はこのデータをもとに自分の位置検出処理を
行えるようKした。
This invention consists of a set of three artificial satellites in geostationary orbit, of which the base satellite synchronizes with time and generates a distance measurement signal, and simultaneously sends this signal directly to the observer. This distance measurement signal is sent to the satellite by inter-satellite data relay, and the neighboring satellite receives this signal and sends this signal and its own time and distance measurement signals to the observer, and at the same time transmits it again to the next neighboring satellite. This was done for three artificial satellites, and this observation cycle was repeated at least twice, so that observers could perform their own position detection processing based on this data.

〔実施例〕〔Example〕

最初に人工衛星を使用した位置決めのための計測原理に
ついて説明する。
First, the measurement principle for positioning using an artificial satellite will be explained.

第1図は2箇の人工衛星を使用し、2次元に展開し九場
合である。(1)と12)は軌道上にある人工衛星Ae
  B、 +3)は人工衛星A、  B(1)、 +2
1を貫く軸でX軸、(41は人工衛星人とBOX軸の中
点を原点としたy軸、(5+は人工衛星AとBからの距
離差が一定な点Pで、(6Iは点Pのxy面上の軌跡、
(7)はy軸に対して双曲線(6)と対称な双曲線であ
る。
Figure 1 shows a case in which two satellites are used and nine are deployed in two dimensions. (1) and 12) are the artificial satellite Ae in orbit.
B, +3) is the artificial satellite A, B(1), +2
1 is the X axis, (41 is the y axis with the origin at the midpoint between the satellite and the BOX axis, (5+ is the point P where the distance difference from satellites A and B is constant, (6I is the point The trajectory of P on the xy plane,
(7) is a hyperbola that is symmetrical to hyperbola (6) with respect to the y-axis.

xy平面上の双曲線は次の式で表わせる。A hyperbola on the xy plane can be expressed by the following formula.

ここで焦点及び離心率は f=±a1e焦点からの距離
差 d=2a1 である。
Here, the focal point and eccentricity are f=±a1e, and the distance difference from the focal point is d=2a1.

点P(51を観測点とするなら、この発明では2箇の人
工衛星A、  B(1+、 12+と観測点の間の距離
の差を計測する。第1図の構成ではこの距離差の情報よ
り双曲線(6)と(71が描けて、観測点が双曲線(6
)と(71の2つに解が存在できることになるが、距1
!MAPとBPの大小の情報を得るなら観測点がどちら
の双曲線に存在するかは判断でき名。ここでは双曲線(
61上に観III Aがあるとする。
If point P (51) is taken as an observation point, in this invention the difference in distance between two artificial satellites A, B (1+, 12+) and the observation point is measured.In the configuration shown in Figure 1, information on this distance difference is measured. From this, hyperbolas (6) and (71 can be drawn, and the observation point is hyperbola (6).
) and (71), but the distance 1
! If you obtain information on the size of MAP and BP, you can determine which hyperbola the observation point is on. Here, the hyperbola (
Suppose there is a view III A on 61.

第1図では2次元の場合について説明したが。In FIG. 1, a two-dimensional case was explained.

実際の現象は3次元上に存在するので9、xy平面上の
双曲線+611−x軸を中心に回転し、3次元の双曲面
を得る。
Since the actual phenomenon exists in three dimensions, 9, the hyperbola on the xy plane is rotated around the +611-x axis to obtain a three-dimensional hyperboloid.

第2図は、 xyz座標の双曲面を示す、(8)は2軸
、(9)は双曲面、α・とQllは双曲面をyz面に平
行な面で切断した時の円である。
Figure 2 shows a hyperboloid of xyz coordinates, (8) is the biaxial axis, (9) is the hyperboloid, and α and Qll are the circles when the hyperboloid is cut by a plane parallel to the yz plane.

第1図で示した距離差APとBPが 一定な東件を満た
すxyz座標上の位置は双曲面(91となる。
The position on the xyz coordinates where the distance difference AP and BP shown in Fig. 1 satisfy the constant east condition is a hyperboloid (91).

xyz座標上で双曲面(9)は次の式で表せる。Hyperboloid (9) can be expressed by the following equation on the xyz coordinates.

第1固成るいは第2図の構成で観測点がX軸上にあるよ
うな場合、双曲線や双■面が直線になる様な場合がある
が、この発明では静止軌道上の人工衛星と地上付近の観
測点で構成されるので、このような構図は存在しない。
When the observation point is on the X-axis in the configuration shown in Figure 1 or Figure 2, the hyperbola or biplane may become a straight line. This type of composition does not exist because it consists of observation points near the ground.

次に3箇の人工衛星を用いた場合を第3図を用いて説明
する。2箇はすでに第1図で示した構成とし、同じxy
平面上の別のx T y #座標上くもう1つの人工衛
星が存在するとする。■は人工衛星C9(2)1はX°
軸、■はy′軸、■はX軸とX°軸の為す角θ、@は観
測点P′jk含むAPとCPの距離差一定の双曲線、c
!iは双曲線(6)と例の交点の1つ、■は双曲線(6
)と@の又わる2点を含む直線である。
Next, a case where three artificial satellites are used will be explained using FIG. 3. The two parts have the configuration already shown in Figure 1, and have the same xy
Assume that another artificial satellite exists on another x T y # coordinate on the plane. ■ is the artificial satellite C9 (2) 1 is X°
axis, ■ is the y′ axis, ■ is the angle θ formed by the X axis and the X° axis, @ is a hyperbola with a constant distance difference between AP and CP including observation point P′jk, c
! i is one of the intersections of the hyperbola (6) and the example, ■ is the intersection of the hyperbola (6)
) and @.

観測点P(5)は人工衛星A、  B(11,(21,
と人工衛星A、 C(11,■との間でAPとBP、 
AP七cp  の距離差が一定である条件の所に存在す
る。前者の人工衛星を組合せた場合を第1図に示す。後
者の条件を満足するものとして双曲線@が描ける。2つ
の双曲線(61と@で同じ距離差が計測できるのは交点
(5)と■の2点である。
Observation point P (5) is satellite A, B (11, (21,
AP and BP between and satellites A and C (11, ■)
It exists under the condition that the distance difference of AP7cp is constant. Figure 1 shows the former combination of artificial satellites. Assuming that the latter condition is satisfied, a hyperbola @ can be drawn. The same distance difference can be measured between the two hyperbolas (61 and @) at the intersection (5) and ■.

次に第3図で考察したXY + x’ Y ’面の現象
を第4図のxyzWAme  x”y’z’座標の3次
元での現象に展開する。■は双曲線aa 1kx ’軸
で回転して得られる双曲面、@は2つの双曲面(9)と
双曲面■が交わる線分を含む平面、■は2′軸、 ■は
2つの双曲面191と−の交点より成る2次曲線である
Next, the phenomenon in the XY + x'Y' plane considered in Figure 3 is developed into the three-dimensional phenomenon of the xyzWAme x"y'z' coordinates in Figure 4. ■ is rotated around the hyperbolic aa 1kx' axis. The hyperboloid surface obtained by be.

xyz座標汲びx’y’zパ座標上の双曲面(9)とい
は次の式で示される、 xyz座標とx = y I z #座標の関係は次の
通シxy平面とx * y *平面は同一であると設定
しているので。
The hyperboloid (9) on the x'y'z coordinates is expressed by the following formula: *The planes are set to be the same.

z=z’             ・・・・・・・・
・・・・・・・・・・(6)式(6)の条件によシ式(
2)と式(4)よりzf:消去すると双曲面上の点と焦
点の間の長さと同じ双曲面上の点と単線の間の長さの比
は離心率に等しい事が双曲線の公式より言える。第3図
のxy、xゝy°平面上では、(5)のP点のX及びX
′について、(61の双曲線が第1.第4象限9例の双
曲線が第2.第3象限にある事より次の式が512シ立
つ。
z=z' ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・(6) According to the condition of equation (6), the formula (
2) and equation (4), zf: When eliminated, the length between a point on the hyperboloid and the focal point is the same. From the hyperbolic formula, the ratio of the length between a point on the hyperboloid and a single line is equal to the eccentricity. I can say it. On the xy, xy° plane in Figure 3, the X and
Regarding ', (61 hyperbolas are in the 1st and 4th quadrants. 9 hyperbolas are in the 2nd and 3rd quadrants, so the following equation stands 512 times.

AP=:  1etx−aI  I =l  62X+
82 1       =”=”   18+第3図の
場合を符号まで考慮するなら0式(81は次のようにな
る。
AP=: 1etx-aI I =l 62X+
82 1 =”=” 18+If we consider the case of Fig. 3 down to the sign, the formula 0 (81 becomes as follows.

elx −al = −(e2x + a2 )   
 ”―−・間・… (9)式(9)の関係は”Y*”Y
’平面だけで成り立つ関係ではなく、第4図のX軸及び
X″軸のまわシに回転した双曲面であっても、Ifl、
6立つ公式である。よって式(9)を()1に代入し、
双曲面の父わる条件を求める式を展開すると、最終的k KIX + K2Y + KA : 0      、
、、、、、、、、、、、、、、、、、 帥ここでに1:
 −2a2 (e1+e2cosθ)K2 = −26
2a2Slnθ に3=e123)2+2e1e2ala2COsθ+e
22a22−(al−a2)2−(b12−b22)の
直線の方程式が求まる。
elx −al = −(e2x + a2)
”--・between... (9) The relationship in equation (9) is “Y*”Y
The relationship holds true not only for planes, but also for hyperboloids rotated around the X and X'' axes in Figure 4, Ifl,
This is a formula that stands at 6. Therefore, substituting equation (9) into ()1,
Expanding the formula to find the conditions for hyperboloids, we get the final k KIX + K2Y + KA: 0,
, , , , , , , , , , , , , here 1:
-2a2 (e1+e2cosθ)K2 = -26
2a2Slnθ to 3=e123) 2+2e1e2ala2COsθ+e
The equation of the straight line 22a22-(al-a2)2-(b12-b22) is found.

式αυは2及び2°に依らない式であるから* xY”
座標、  x’y’z’座標の式01を含むz、 z’
軸に平行な面@を示す。
Since the formula αυ does not depend on 2 and 2°, *xY”
Coordinates, z, z' including formula 01 for x'y'z' coordinates
Indicates a plane parallel to the axis.

式【2)と式(4)の交点は■の平面に含まれる。The intersection of equations (2) and (4) is included in the plane of ■.

人工衛星@SS使用した第4図の構成では、観1113
、a P 151は■の平面上に存在する2次曲線であ
る円または楕円上に存在することが分かる。若し観測点
の高度を別の系より既知数として知beるなら、観測点
P(5)は点として定めることが出来る。
In the configuration shown in Figure 4 using the artificial satellite @SS, view 1113
, a P 151 is found to exist on a circle or an ellipse which is a quadratic curve existing on the plane of ■. If the altitude of the observation point is known as a known number from another system, observation point P(5) can be determined as a point.

3箇の人工衛星から求められる距離差の情報のみから暖
測点P 151 f検出することは出来ない。
It is not possible to detect the warm measurement point P 151 f only from the information on the distance difference obtained from the three artificial satellites.

そこで、この発明では人工衛星の位置は地球上よシ見て
時間とともに移動する軌道を使用する。軌道条件につい
ては詳細は後述する。
Therefore, in this invention, the position of the artificial satellite uses an orbit that moves with time when viewed from the earth. Details of the orbit conditions will be described later.

第5図では、計測に使用する人工衛星の2つの時刻に於
ける位置関係を示している。ある時刻に於けるXY*”
Y’座標と人工衛星A、  B、  C(11゜+1,
120に対してそれより時刻を経過した後の人工衛星の
位置を同一図面に示している。す、顛、ωは人工術JI
 A’ 、B’ 、C’の位置、 140はx“軸、 
141はy”軸、賭は距離差から求められる双曲線、U
はX ””軸、 #Agはy°°°軸、  (52)は
距離差から求まる双曲線、  (55) Fi2つの双
曲線の交点を結ぶ直線である。
FIG. 5 shows the positional relationship of the artificial satellites used for measurement at two times. XY* at a certain time
Y' coordinates and satellites A, B, C (11°+1,
The position of the satellite after 120 hours is shown in the same drawing. S, number, ω is artificial technique JI
The positions of A', B', and C', 140 is the x" axis,
141 is the y” axis, the bet is the hyperbola calculated from the distance difference, U
is the X” axis, #Ag is the y°°° axis, (52) is a hyperbola found from the distance difference, and (55) Fi is a straight line connecting the intersections of the two hyperbolas.

人工衛星A、  B、  ell)、 +21.3)は
斂秒後にA゛。
Satellites A, B, ell), +21.3) will reach A in one second.

B’ 、 C’ 143.1ffl、υの位置に移動す
る。例えば。
B', C' 143.1ffl, move to position υ. for example.

人工衛星の対地速度がI Km/ secなら30秒で
30馳+ 0.I Krn/ 8eCで3)cm離れる
If the ground speed of the satellite is I Km/sec, it will be 30 + 0 in 30 seconds. I Krn/ 3) cm apart at 8eC.

人工!!A’、 B’、C’G43.14n、 #に対
して、 新たな座標x″y”x °I y″′°が描け
、その座標上に観測点P(5)を含む距離差一定の双曲
線143.  (52)’が描ける。双曲線の交点を結
ぶ直線(53)が描ける。
Artificial! ! For A', B', C'G43.14n, #, draw new coordinates x''y''x °I y'''°, and draw a constant distance difference including observation point P(5) on the coordinates. Hyperbola 143. (52)' can be drawn. A straight line (53) connecting the intersection points of the hyperbola can be drawn.

xy座標とx l y l座標はXとX′軸よシ成る同
一平面に置くことが出来た。しかし9人工衛星の運動は
3次元であるので9人工衛星A’ 、 B’ 、 C’
  (社)。
The xy coordinates and the x l y l coordinates could be placed on the same plane consisting of the X and X' axes. However, since the motion of the 9 artificial satellites is three-dimensional, the 9 artificial satellites A', B', C'
(company).

(4n、 &Iの位置はx)’+ ” * Y’座標面
にはない。第5図では、説明を簡単にするためこの関係
を無視し、現象が2次元上にあるとして考えた。2次元
から3次元に展開する場合、第3図と第4図にその関係
を示した。移動後の人工術INKついても同じ関係は成
り立つ。部ち*  xy*x’y’座Sを含む面とX”
、y″、X″II yIII座標を含む面の間に人工衛
星の移動に応じた2つの面が交わる条件があるが。
The position of (4n, &I is not on the x)'+''*Y' coordinate plane. In Figure 5, to simplify the explanation, we ignored this relationship and considered the phenomenon to be two-dimensional.2 When expanding from one dimension to three dimensions, the relationship is shown in Figures 3 and 4. The same relationship holds true for the artificial technique INK after movement. and X”
, y'', X''II There is a condition where two planes intersect according to the movement of the satellite between the planes containing the X''II and yIII coordinates.

XYIX’Y’座標を含む面を基単に考えるなら、それ
から一定の線分に於て一定の角度をもって交差する条件
を持つfix″y” xl II y III座標を含
む面が描け、その面上のX″y″xl l l y″°
゛座標上では2次元の現象を第3図と第4図の関係のよ
うに3次元に展開することが出来る。
If we simply consider the surface containing the XYIX'Y' coordinates, then we can draw a surface containing the fix"y" xl II y III coordinates with the condition that a certain line segment intersects at a certain angle, and X″y″xl l l y″°
゛On coordinates, a two-dimensional phenomenon can be expanded into three dimensions as shown in the relationship shown in Figures 3 and 4.

第6図では人工衛星A、  B、  C(11,(2)
、■と人工衛星A’ 、 B’ 、 C’lO,147
1,@の関係を3次元で示す。咽はzll軸、UはX′
′′軸、 14qはy°°′軸、  (sl)は2′°
°軸であるe xyzWAmとx ′y I z #座
標上に描ける双曲線il+、 @の交わる面は■で示さ
れ、X″′y”2”座標とx””f”z”’座標に描け
る双曲線+43.  (52)の交わる面u (55)
で示される。2つの面■と(55)上には双曲線の交点
となる2次曲線(円または楕円)が描ける。この2次曲
線の交わる点に観測点P(5)が存在する。
In Figure 6, satellites A, B, and C (11, (2)
, ■ and satellites A', B', C'lO,147
The relationship between 1 and @ is shown in three dimensions. Throat is zll axis, U is X'
′′ axis, 14q is y°°′ axis, (sl) is 2′°
The intersection of the hyperbolas il+ and @ that can be drawn on the ° axis e xyzWAm and x ′y I z # coordinates is indicated by ■, and can be drawn on the Hyperbola +43. Intersecting surface u (55) of (52)
It is indicated by. A quadratic curve (circle or ellipse) that is the intersection of the hyperbolas can be drawn on the two surfaces ■ and (55). Observation point P(5) exists at the point where these quadratic curves intersect.

観測点P(51が存在する面までは式αGのように代数
式で求めることが出来るが、観測点P(5)を代数式で
解く事は難しいので、固有な解は数値解析によって求め
ることにする。
Up to the surface where observation point P (51 exists) can be found using an algebraic formula like the formula αG, but since it is difficult to solve observation point P (5) using an algebraic formula, the unique solution will be found by numerical analysis. .

人工術JIA、 B、 C,A’、 B’、 C’+1
1. +21.■、Wり。
Artificial surgery JIA, B, C, A', B', C'+1
1. +21. ■、Wri.

槌と観測点P(51の配置を第7図に示す。(54)は
AP間、  (55)はBP間、  (56)はcp間
、  (57)はA’P間。
Figure 7 shows the arrangement of the mallet and observation point P (51). (54) is between AP, (55) is between BP, (56) is between cp, and (57) is between A'P.

(58)はB’P間、  (s9) u c’P r&
#lt示す。
(58) is between B'P, (s9) u c'P r&
Show #lt.

観測点P(51は*  (xl)’+”)    ・・
・・・・・・・・・・・・・aaと表し、P点の座標は
求めようとする未知数である。
Observation point P (51 is * (xl)'+”)...
The coordinates of point P are the unknown quantities to be determined.

観測値は。The observed value is.

04つのSの値である。代数の解を求めるためKは、S
は3つで十分であり、それ以上Sがある場合、解を持た
ない場合も存在するが、ここで扱うSは同じ現象から得
られた観測値であるから9等価的に3つの値と同じであ
る。よってここでは4つの81jt用いて解く。
04 S values. To find the algebraic solution, K is S
Three is sufficient, and if there are more S, there may be cases where there is no solution, but since the S treated here are observed values obtained from the same phenomenon, 9 is equivalently the same as three values. It is. Therefore, here we use four 81jts to solve the problem.

求めようとする微測点P(5+と人工衛星までの距離差
と観測値として求められた値の差分を式で求める。
The difference between the distance between the micro-measurement point P (5+) to be determined and the artificial satellite and the value determined as the observed value is determined using the formula.

f(x、 L z) = ((X−Xム)2+(y−y
ム)2+(z−Z*)2− (x−xc)2+(y−y
c)2+(z−zc)2−82)2+((x−xム°)
2+(y−yム−)2+(z−zム−)2…−・・・・
・・拳・ a− 関数f(x、y、z)は、求めようとする点の観測点の
付近では観測点P(51で唯一の最小値を示すので。
f(x, Lz) = ((X-Xmu)2+(y-y
m)2+(z-Z*)2-(x-xc)2+(y-y
c) 2+(z-zc)2-82)2+((x-xmu°)
2+(y-ymu-)2+(zz-zmu-)2...-...
・・Fist・a- The function f(x, y, z) shows the only minimum value at the observation point P (51) near the observation point of the point to be found.

この点を求めるため最急傾斜法を用いて最初に予測した
観測点の位置を初期値としてくシ返し演算を行い、最小
値である観測点P 151 i数値演算することが出来
る。
In order to find this point, a repeating operation is performed using the position of the observation point predicted first using the steepest slope method as an initial value, and the observation point P 151 i, which is the minimum value, can be numerically calculated.

数値計算のアルゴリズムを第8図に示す。(60)は初
期値の設定で、観測点からあまシ離れてない値(xO+
YO*!O)を設定する。また1式a−の関数は計算値
と観測値を代入して求めた値の差が微少値になった時、
くり返し演算を停止するための値をあらかじめ設定する
。 (61)は〈シ返しの最初の値でに=Oより開始す
る(62)では(xk e yk+ Zk )の時の式
aa@計算する。(65)では(62)で計算した値と
1′@:比較し、若しf(XklYkl!k)がeよシ
小さくなった時くり返し演算を止め、(xk、yk、z
k)を出力する。(64)では式0のx*y*zrJM
分の偏微分を行い、微係数を得る。(66)ではに番目
の点からに+1番目の点に移る時の移動の大きさを定め
る数値を計算する。この値を移動量の変化率を示すak
は’ (xk e Yk * ”k )が大きな値を示
している間は大きな幅で移動し、極値に近づいた時は小
さな幅をとりながら極値をとらえられるように設定して
いく。(xk、yk、zk)点の前後の式a4を算出し
、極値を探ることは有効な手段である。(67)ではa
kに(64)で計算した微係数を掛け、各区分別の移動
量を得る。極値の存在する方向の微分値がより大きな値
を示すので、  3Fli分より成るベクトル値はkか
らに+1ステツプになった時、最短経由で極値に近づく
ことが出来る。(xk+ykszk)からに番目の移動
量を差引いたものを新に(xk+1 、 yk+1 、
 Zk+1)とする。(68)でkのステップt−1つ
進める、なお(65)では(65)の判定条件に達する
までくり返し演算を行い1判定値を越えた時(xk、)
’l(e ”k)を得て出力とする。
The numerical calculation algorithm is shown in FIG. (60) is the initial value setting, which is a value that is not too far from the observation point (xO+
YO*! O). In addition, when the difference between the calculated value and the value obtained by substituting the observed value becomes a small value, the function of Equation 1 a-
Set a value in advance to stop repeated calculations. (61) starts with =O at the first value of the return. (62) calculates the formula aa@ when (xk e yk + Zk ). In (65), the value calculated in (62) is compared with 1'@:, and if f(XklYkl!k) becomes smaller than e, the repeated calculation is stopped and (xk, yk, z
k). In (64), x*y*zrJM of formula 0
Perform partial differentiation of the minutes and obtain the differential coefficient. In (66), calculate the numerical value that determines the magnitude of movement when moving from the -th point to the +1th point. This value is ak, which indicates the rate of change in the amount of movement.
While '(xk e Yk * ``k)'' shows a large value, it moves in a large width, and when it approaches the extreme value, it moves in a small width while setting it so that it can capture the extreme value. ( It is an effective means to calculate the equation a4 before and after the points (xk, yk, zk) and search for the extreme values.In (67), a
Multiply k by the differential coefficient calculated in (64) to obtain the amount of movement for each section. Since the differential value in the direction where the extreme value exists shows a larger value, when the vector value consisting of 3Fli becomes +1 step from k, it can approach the extreme value via the shortest route. The new value obtained by subtracting the th movement amount from (xk+ykszk) is (xk+1, yk+1,
Zk+1). In (68), k is advanced by step t-1, and in (65), the operation is repeated until the judgment condition of (65) is reached, and when the judgment value exceeds 1 (xk,)
'l(e ``k) is obtained and output.

次に人工衛皇の軌道位置について説明する、人工衛星は
静止軌道を使用する。但し0通常の静止衛星の軌道の軌
道傾斜角を小さく例えば0.05 度などに対して、こ
の発明では大きな傾斜角を用いる。この方法によって複
数の衛星間を結ぶ線が同時に直線になる事が避けられる
Next, I will explain the orbital position of the artificial satellite, which uses a geostationary orbit. However, while the orbital inclination angle of the orbit of a normal geostationary satellite is small, such as 0.05 degrees, this invention uses a large inclination angle. This method prevents lines connecting multiple satellites from becoming straight lines at the same time.

この発明では常時3箇の人工衛星が観測点から見える必
要がある。地表面から見てなるべく仰角が高い所にある
方が建造物などに視界を妨害されないが、その場合人工
衛星の数が増す。今、赤道面上に人工衛星があるとして
、仰角と全地球を榎う人工衛星の数の関係は表1に示す
、妥当な値として仰角を約5度にすれば必要な人工衛星
の数は7箇になる。第9図には地球上に配置された人工
衛星の様子を示すm (70)は地球ではこの図は北極
上空より眺めたものである。(71)は観測点Pである
In this invention, three artificial satellites must be visible from the observation point at all times. It is better to locate the satellite in a place with as high an angle of elevation as possible from the ground surface so that the view is not obstructed by buildings, but in that case the number of artificial satellites will increase. Now, assuming that there is a satellite on the equatorial plane, the relationship between the elevation angle and the number of satellites that can orbit the entire earth is shown in Table 1.If the elevation angle is set to about 5 degrees as a reasonable value, the number of satellites required is There will be 7 items. Figure 9 shows the appearance of an artificial satellite placed on the earth.m (70) is a view of the earth from above the North Pole. (71) is observation point P.

表−1 (72)は観測点(71)における水平線、  (75
)は他心と静止軌道を結ぶ線でRで示す。(74)は仰
角で02で示す@ (75)は角度θ1.(76)角度
θ3e  (77)はQから降した垂線の足でHと示す
。(7B)は地球の半径でrで示す。(7りは静止軌動
(80)、 (81)。
Table 1 (72) is the horizontal line at observation point (71), (75
) is the line connecting the other center and the geostationary orbit and is indicated by R. (74) is the elevation angle shown as 02 @ (75) is the angle θ1. (76) Angle θ3e (77) is the leg of the perpendicular line descending from Q and is denoted by H. (7B) is the radius of the earth, denoted by r. (7ri is geosynchronous orbit (80), (81).

(82)、 (85)はこの発明に係る静止軌道上の人
工衛星である。他の他心’io、Rと静止軌道の交わる
点をQとし。
(82) and (85) are artificial satellites in geostationary orbit according to the present invention. Let Q be the point where the other center 'io, R and the geostationary orbit intersect.

ΔOQHについて次の式が成立する。The following equation holds for ΔOQH.

QHと水平線(72)は平行であることよシ。Make sure that QH and the horizontal line (72) are parallel.

θ2:03 で仰角を求めることが出来る。θ2:03 You can find the angle of elevation.

軌道上の人工衛Jl (ao)、 (at)、 (82
)、 (85)などがOQとOHを対称にしたOQ’(
Qの対称点をQ゛と示す)の間に常時3箇入る場合を仰
角をパラメータにして表−1に仰角と衛屋箇数の関係を
示した。
Artificial guard Jl in orbit (ao), (at), (82
), (85) etc. are OQ'(
The relationship between the angle of elevation and the number of angles is shown in Table 1, using the angle of elevation as a parameter when there are always three points between the points of symmetry of Q (denoted as Q゛).

次KM斜角について説明する。傾斜角は人工衛星間の距
離に対して赤道面から人工衛星が南北に離れる距離が計
測に有意義な程度であるように選ぶ必要がある。但し、
傾斜角が大きすぎると高緯度地方では仰角が大きくとれ
ない事になる。地球上で人間が住んでいる地域がほとん
ど入ってしまう緯度65度とさらにもう少し高緯度の7
0度での仰角と傾斜角の関係を表−2に示す。第10図
では緯度と傾斜角による衛星の移動の関係を示す。
Next, the KM oblique angle will be explained. The inclination angle must be selected so that the distance from the equatorial plane to the north and south of the satellite is significant for measurement, relative to the distance between the satellites. however,
If the inclination angle is too large, it will not be possible to obtain a large elevation angle in high latitude regions. Latitude 65 degrees, which includes most of the areas where humans live on Earth, and latitude 7 degrees, which is a little higher
Table 2 shows the relationship between the elevation angle and the inclination angle at 0 degrees. FIG. 10 shows the relationship between satellite movement depending on latitude and inclination angle.

(90)は緯度、  (91)はP点から見た仰角、 
 (92)は赤道面、  (95)は赤道面上静止軌道
に1父する線、水平線(72)と赤道面の交点をT、 
 Pから仰角(91)の角度をとって赤道面を望む線分
との交点をU、赤道面と静止軌道の交点をV、線分PU
の延長上の線と静止軌道(95)との交点をWとする。
(90) is the latitude, (91) is the elevation angle seen from point P,
(92) is the equatorial plane, (95) is a line on the equatorial plane that is directly connected to the geostationary orbit, and the intersection of the horizontal line (72) and the equatorial plane is T,
The intersection point with the line segment that takes the angle of elevation (91) from P and looks towards the equatorial plane is U, the intersection point of the equatorial plane and the geostationary orbit is V, and the line segment PU
Let W be the intersection of the extension line and the geostationary orbit (95).

表−2 θ4で示した緯度(90)が定まシ、05  で示した
仰角(91)が定まっているので。
Table 2 The latitude (90) indicated by θ4 is fixed, and the elevation angle (91) indicated by 05 is fixed.

?PTO=90°−04=06 ZPUT=180°−〇5−(1ao°−1/6)=0
6−”5=θ7ΔPUTに正弦法則を適用すると。
? PTO=90°-04=06 ZPUT=180°-〇5-(1ao°-1/6)=0
Applying the law of sine to 6-”5=θ7ΔPUT.

次に。next.

ZPUT = tVUW = Q7 より vw= uvtanθ7        ・・・・・・
・・・・・・・・・・・・ aa表−2では緯度及びそ
の緯度の点から赤道面上にある人工衛星を自分より離れ
る方向になる1南または1北に見た時の人工衛星の赤道
面からの郡動量を示した。
From ZPUT = tVUW = Q7, vw = uvtanθ7...
・・・・・・・・・・・・ In aa table-2, the latitude and the satellite on the equatorial plane when viewed from the point of latitude 1 south or 1 north, which is the direction away from the satellite. The county motion from the equatorial plane is shown.

次に静止軌道上の人工衛星の位置について説明する。第
11図は位相を説明する丸めの円と静止軌道上の人工衛
星の位置を示す。
Next, the position of the artificial satellite on the geostationary orbit will be explained. FIG. 11 shows a rounded circle explaining the phase and the position of the artificial satellite on the geostationary orbit.

(too)は位相を示すための円で、  (tal)、
 (to2)。
(too) is a circle to indicate the phase, (tal),
(to2).

(105)は同一時刻に於ける人工衛星の位置、  (
104)。
(105) is the position of the satellite at the same time, (
104).

(1os)、 (to6)は成る時間経過した後の同一
時刻の人工衛星の位置、  (1oo)、 (111)
、 (112)、 (115)は赤道面上の静止軌道で
衛星が大きな傾斜角を持った時に移動する範囲を線分で
示し虎もので1図では直線で示しているが、実際はいわ
ゆる8字特性を示す。(+14)、 (115)、 (
1t6)、 (117)、 (11B)、 (119)
(1os), (to6) are the positions of the satellites at the same time after the elapse of time, (1oo), (111)
, (112), and (115) are straight lines that show the range of movement when a satellite has a large inclination angle in a geostationary orbit above the equatorial plane. Show characteristics. (+14), (115), (
1t6), (117), (11B), (119)
.

(120)、 ((2))は人工衛星の位置である。(120) and ((2)) are the positions of the artificial satellites.

この発明では観測者から見て3個の人工衛星の分布は1
面状に広がって分布することが望ましく。
In this invention, the distribution of three artificial satellites from the observer's perspective is 1
It is desirable that it be distributed in a planar manner.

3つの人工衛星が直線につながるようなことは避けなけ
ればならない。
It is necessary to avoid connecting three satellites in a straight line.

静止軌道上で傾斜角を大きくした場合軌道上の人工衛星
が8字特性上のどの点にあるべきかは。
If the inclination angle is increased in geostationary orbit, where should the satellite in orbit be located on the figure 8 characteristic?

円(100)の円周上の位置で示す、静止衛屋上の人工
衛星はお互いに同一時刻の近点離角を120度毎離れた
位置Kfil<、位相関係は、  (101)、(10
2)1(tOS)によって示し、実際の静止軌道上の位
置は(114)、 (115)、 (120)で示し、
測距に必要な人工衛星間の直線は鎖線で結んだ。
The satellites on the geostationary satellite roof are located at the same time of periapsis at intervals of 120 degrees Kfil<, and the phase relationship is as follows: (101), (10)
2) It is indicated by 1 (tOS), and the actual position on the geostationary orbit is indicated by (114), (115), (120),
Straight lines between the satellites necessary for distance measurement are connected with chain lines.

この鎖線は適宜折曲がり、3つの人工衛星で広い面積上
に分布している。これよプ少し時刻が経過すると(10
1)が(104)、 (102)が(tos)、 (t
os)が(106)に移動し、同様に(11B)、 (
119)、 (120)の3つのように人工衛星が分布
をする。
This chain line is bent as appropriate, and the three satellites are distributed over a wide area. After a while (10
1) is (104), (102) is (tos), (t
os) moves to (106), and similarly (11B), (
119) and (120).

次に測距方法について説明する。この発明では。Next, the distance measuring method will be explained. In this invention.

2つの人工衛星の距離差を計測することを基本とする。The basic idea is to measure the distance difference between two artificial satellites.

第7図の人工衛星人(1)と人工衛星B +21 i例
にとると、APとBP間の距離差を計測する。若し人工
衛星A [11と人工衛星B(2)から同時刻に信号が
発生し、それを観測点Pでそれを受信し、2つの信号の
到着時刻の差を計測するなら、距離差が計測できる。
Taking the example of satellite man (1) and satellite B+21i in FIG. 7, the distance difference between AP and BP is measured. If signals are generated from satellite A [11 and satellite B (2) at the same time, and it is received at observation point P, and the difference in arrival time of the two signals is measured, the distance difference is It can be measured.

人工術!A (1)とB(2)が同じ時刻を持つようK
すれば、この方法は可能であるが、この発明では別の人
工衛星が同じ時刻を示す時計を持たない場合を考える。
Artificial technique! K so that A (1) and B (2) have the same time
Then, this method is possible, but in this invention, we consider the case where different artificial satellites do not have clocks that indicate the same time.

そこで1人工術JIA +11が発生した信号を人工術
JIB(2)の計測にも使用する。APとAB+BPの
信号が計測される。但し、AB間の信号は衛星通信を使
用し伝送され、その間の距離が測られるか成るいは距離
ABは2つの人工衛星の位置が判明しているので、それ
よυ算出することが出来て、  AB+BPO測距より
A1間距離を差引き9等価的にAP、BPの間の距離差
の計測が可能である。
Therefore, the signal generated by 1 artificial technique JIA +11 is also used for the measurement of artificial technique JIB (2). AP and AB+BP signals are measured. However, the signal between AB is transmitted using satellite communication, and the distance between them is measured, or the distance AB can be calculated by υ since the positions of the two artificial satellites are known. , It is possible to equivalently measure the distance difference between AP and BP by subtracting the distance between A1 from AB+BPO distance measurement.

同様な考え方を人工衛星A、 B、 CK拡張する。Extend the same idea to satellites A, B, and CK.

即ち人工術JiA +11を源泉KL、AP、ARP、
ABCPと観測点に信号を伝送する。その為に計測に要
する時間を概算する。
That is, the artificial technique JiA +11 is sourced from KL, AP, ARP,
Transmit signals to ABCP and observation points. Therefore, estimate the time required for measurement.

ABCPで信号が伝送される場合。When signals are transmitted using ABCP.

衛星間距離を、  3t、500Kmと置く、その条件
は以下の通り。
The distance between the satellites is set at 3t, 500km, and the conditions are as follows.

’、” 3).500中 26.4002+(8,60
0X2 )2即ち、静止軌道上に人工衛星が3箇あり、
大きな傾斜角によって赤道面から南北に8.600Km
離れるとし、お互いに最大距離能れるとした。
','' 3).500 out of 26.4002+(8,60
0X2 )2 That is, there are three artificial satellites in geostationary orbit,
8.600km north and south from the equatorial plane due to the large angle of inclination
We decided to leave and let each other get away from each other as much as possible.

但し、実際にはすべての人工衛星間の距離がこのように
離れる訳ではないがここではすべてに最大値を考えた。
However, in reality, not all the distances between satellites are this far apart, but here we have considered the maximum value for all.

(ABC)max=3).500X2+36.000=
99.0GO・・・・・・・・・・・・・・・119光
速を3X108m/secとすると*  (ABC)m
ax間を信号が伝送するに要する時間は。
(ABC)max=3). 500X2+36.000=
99.0GO・・・・・・・・・・・・・・・119If the speed of light is 3X108m/sec* (ABC)m
How long does it take for a signal to be transmitted between ax and ax?

以上の条件をもとに計測方法を第12図に示す。A measurement method based on the above conditions is shown in FIG.

(150)は横軸で時間を示す、縦軸は経路を示す。(150) indicates time on the horizontal axis and route on the vertical axis.

(151)は人工衛星A(1)が発生した基準パルス、
  (132)は観測点Pで直接受信した基準パルス、
  (155)は人工衛星B’i経由して受信した基準
パルス、同様に(154)は人工衛星B 、  C+2
1 (120)経由の受信パルスである。
(151) is the reference pulse generated by satellite A(1),
(132) is the reference pulse directly received at observation point P,
(155) is the reference pulse received via satellite B'i, similarly (154) is satellite B, C+2
1 (120).

位壇検出の双曲面を算出するために必要な距離差は次の
様に求められる。
The distance difference required to calculate the hyperboloid for platform detection can be found as follows.

ここで、  IAP−ABPI=(T2−T1.)/C
IABP−ABCP+=(T3−T2)/C但し、Cは
光速、  AB、’BCは人工衛星の軌道位置よシ求め
られる。
Here, IAP-ABPI=(T2-T1.)/C
IABP-ABCP+=(T3-T2)/C However, C is the speed of light, and AB and 'BC are determined from the orbital position of the artificial satellite.

観測点Pでは受信機を備えるだけで計測が行うことが出
来る。この発明に係る計測では人工衛星の軌道位置が正
確に判明しているという条件で説明した0人工衛星の軌
道は自分が持つ距離及び距離変化藁計測を管制局で行い
、その取得データにもとづき軌道計算を行い、軌道決定
とさらに未来の値は軌道予測で算出する。軌道予測値は
時刻の関数で位fi1′f!:知ることが出来る。
At observation point P, measurements can be made simply by equipping a receiver. In the measurement according to this invention, the orbit of the artificial satellite explained on the condition that the orbital position of the artificial satellite is accurately known is determined by measuring the distance and distance change that it owns at the control station, and based on the acquired data. Calculations are performed to determine the trajectory and future values are calculated by trajectory prediction. The predicted orbit value is a function of time and is of the order fi1′f! :Can be known.

この発明では静止軌動を使用しているので、管制局では
これらの人工衛星を常時観測することが出来るので管制
局は人工衛星からの時刻を観測し。
Since this invention uses geostationary orbit, the control station can constantly observe these satellites, so the control station can observe the time from the satellites.

高精度に人工衛星の時計を較正することが出来。It is possible to calibrate satellite clocks with high precision.

人工衛星は容易に高精度な時刻を持つことが出来る。管
制局は国の一次基準から高精度な時刻を入手出来るので
、−次基準、管制局1人工衛里と常時連携動作をさせな
がら2時刻の管理を行うことが出来る。即ち、管制局で
は人工衛星から受けた時刻信号に対してこの管制局の持
っている人工衛星に関する軌道情報より求められる信号
の伝播に要する時間遅れを補正したうえ、地上系の基準
時刻と比較する時が出来る。
Artificial satellites can easily keep highly accurate time. Since the control station can obtain highly accurate time from the national primary standard, it can manage the 2nd time while constantly coordinating with the secondary standard and control station 1 artificial satellite. In other words, the control station corrects the time delay required for signal propagation based on the orbit information about the satellite that the control station has for the time signal received from the satellite, and then compares it with the reference time of the ground system. There will be time.

第13図でこの関係を説明する。(140)は人工衛星
A(1)での秒時、(141)はその秒時を管制局で受
信した時のタイミング、  (142)は管制局の較正
源の基準秒時、  (145)は軌道決定[Iをもとに
管制局で受信されるべき人工衛星A (箇の秒時、  
(144)は軌道決定値よシ求めた秒時伝播時間、  
(+45)は時刻(141)と時刻(145)の差の時
間である。
This relationship will be explained with reference to FIG. (140) is the second time on satellite A (1), (141) is the timing when the second time is received by the control station, (142) is the reference second time of the control station's calibration source, (145) is Orbit determination [Artificial satellite A to be received at the control station based on I (seconds,
(144) is the propagation time in seconds obtained from the orbit determination value,
(+45) is the time difference between time (141) and time (145).

管制局では時間差(145)を検出したなら、 この差
分をコマンドで人工術3) A (11に送プ9時刻の
補正を行う皐により人工衛星は精度の良い時刻を維持で
きる。
When the control station detects a time difference (145), it sends a command to send this difference to A (11).9 By correcting the time, the satellite can maintain accurate time.

時間差検出の方法は、1回の秒時の比較を行うのでなく
、長時間の1!測を伊続していくことKより。若しわず
かな誤差があったとしても誤差の蓄81により検出し易
くなるので、その様な検出方法が優れている。
The method of time difference detection is not to compare the seconds and hours once, but for a long time! From K: Continuing measurement. Even if there is a slight error, it becomes easy to detect due to the accumulation of errors 81, so such a detection method is excellent.

この発明では、距離差を計測することが必要である。即
ち、第12図のタイミングTI (1,52)とタイミ
ングT2 (155)の間の時間差測定が必要であるが
、この計測には原信号TO(ts+)の発生時刻タイミ
ングは不要な情報である。しかし、観測点P(5)の位
置検出が出来る根拠は信号発生時の人工衛星の位置が確
定している事が条件である。人工衛星の位置は時間の関
数として表すことが出来るので。
In this invention, it is necessary to measure the distance difference. That is, it is necessary to measure the time difference between timing TI (1, 52) and timing T2 (155) in FIG. 12, but the generation time timing of the original signal TO (ts+) is unnecessary information for this measurement. . However, the basis for detecting the position of observation point P(5) is that the position of the artificial satellite at the time of signal generation is determined. The position of an artificial satellite can be expressed as a function of time.

第12図の原信号T0(151)のタイミングを時刻の
情報付の信号にして、観測点P(5)K通知してやれば
、観測点P(5)は距離差計測の情報t−得ると同時に
、この原信号が発生された時刻を知り、それよシその時
の人工衛星の宇宙空間での位置も正確に得ることが出来
る。
If the timing of the original signal T0 (151) in Fig. 12 is changed to a signal with time information and the observation point P(5)K is notified, the observation point P(5) obtains the distance difference measurement information t- at the same time. By knowing the time when this original signal was generated, it is also possible to accurately obtain the satellite's position in space at that time.

距離差を計測する為の測距信号と時刻信号を同時に送信
する信号形式の例を第14図に示す。
FIG. 14 shows an example of a signal format for simultaneously transmitting a ranging signal and a time signal for measuring distance differences.

(150)と(151)は測距用PRN符号+11. 
+21用シフトレジスタ、  (152)は時刻符号器
、  (155)は時刻装置、  (154)は搬送波
発生源、  (156)はPRN符号の発生や時刻符号
を発生させるクロック、  (157)は各符号の正秒
時に各レジスタの内容をリセットするゲート信号、  
1sa)は2つの符号のMOo 2合成器、  (15
9)、 (160)は変調器、  (161)は搬送波
の90度移相器、  (162)はQPSKの合成回路
である。
(150) and (151) are PRN codes for distance measurement +11.
+21 shift register, (152) is the time encoder, (155) is the time device, (154) is the carrier wave generation source, (156) is the clock that generates the PRN code and time code, (157) is each code A gate signal that resets the contents of each register at the hour of the second,
1sa) is a MOo 2 combiner of two codes, (15
9), (160) is a modulator, (161) is a 90 degree phase shifter for the carrier wave, and (162) is a QPSK synthesis circuit.

この発明では、PRN符号のクロック?IMH2とした
場合、2つの符号の合成による測距信号が必要となる必
要理由は後で述べる。PRN符号(1)とPRN符号(
2)をMOD2加算し、新しいPRN符号を作成した。
In this invention, the PRN code clock? In the case of IMH2, the reason why a distance measurement signal obtained by combining two codes is required will be described later. PRN code (1) and PRN code (
2) was added by MOD2 to create a new PRN code.

PRN符号(1)とPRN符号(21のシフトレジスタ
(150)、(151)はそのための信号発生器である
The shift registers (150) and (151) of the PRN code (1) and PRN code (21) are signal generators for this purpose.

2つの符号はMOD 2加算器(15B)で加算された
後。
After the two codes are added in a MOD 2 adder (15B).

搬送波の上に変調器(159)により変調され、  B
PSK(81−phase 5hift keying
)変調信号1する。
B is modulated by a modulator (159) onto the carrier wave;
PSK (81-phase 5hift keying
) Modulating signal 1.

この符号は正秒時に内容がゼロ・セットされ。This code is set to zero at the hour of the second.

その時点より符号の内容が移り変わっていく、そのタイ
ミングは時刻装@(+55)から得られるゲート信号(
157)により時刻符号器(152)はそれと同時Km
刻装置(153’)より読み取った現在時刻をクロック
(156)に駆動され、符号として送信していく。
The content of the code changes from that point on, and the timing is determined by the gate signal (
157), the time encoder (152) simultaneously records Km
The current time read from the clock device (153') is driven by a clock (156) and transmitted as a code.

時刻符号は測距信号と位相が90度異なった搬送波で変
調器(160によって変調される。測距信号と時刻符号
は直交して変調しているので1合成器(162)で合成
され、1つのQPSK信号にされる。
The time code is modulated by a modulator (160) using a carrier wave whose phase is 90 degrees different from that of the ranging signal.Since the ranging signal and the time code are modulated orthogonally, they are combined by one combiner (162), and one into two QPSK signals.

観測点P(5)は測距信号を受信すると同時に原発性時
刻を同時に知る事が出来る。
Observation point P(5) can receive the ranging signal and simultaneously know the time of primary occurrence.

この信号が通過する時刻も正確に知る必要がある。It is also necessary to accurately know the time at which this signal passes.

この発明では観測点P(5)では人工衛星A(1)から
の直接送られるAP (132)との他の人工衛星例え
ば人工衛星B (21’i経由したARP (155)
の間で同一信号が到着する時の時間差を計測することが
位置検出の原則であるので、距離差検出の為には測距信
号の周波数が正確であればよい。しかし1位置検出の為
には信号の発番源の幾伺学位置が正確でなければ、検出
位置に誤差が大きくなる。前の説明で、人工衛星A(1
)が原信号を発生する位aは時刻の情報と軌道観測にも
とづく軌道情報によって知ることが出来ることを説明し
たが、同時にこの観測に係わる人工衛星の位置も正確に
判明していなければならない。
In this invention, at the observation point P (5), the AP (132) sent directly from the artificial satellite A (1) and the ARP (155) sent via other artificial satellites, for example, the artificial satellite B (21'i).
Since the principle of position detection is to measure the time difference when the same signal arrives between the two, in order to detect the distance difference, it is sufficient that the frequency of the ranging signal is accurate. However, in order to detect one position, if the geometrical position of the signal source is not accurate, there will be a large error in the detected position. In the previous explanation, artificial satellite A (1
) generates the original signal can be known from time information and orbit information based on orbit observation, but at the same time the position of the artificial satellite involved in this observation must also be accurately known.

第12図では測距の原信号は常に人工衛星A +11よ
り発生するものとしたが、同時に人工衛星B(2)から
も第14図゛の回跡構故よシ得られる時刻及び距離信号
を観測点P(51に送り出せばよい。
In Fig. 12, it is assumed that the original signal for distance measurement is always generated from the artificial satellite A +11, but at the same time, the time and distance signals obtained from the artificial satellite B (2) using the track structure shown in Fig. 14 are also generated. Just send it to observation point P (51).

第15図では2つの人工衛星のタイミング図を示す、(
170)はタイミングT7で人工衛星B(2)で発生し
た時を示す、  (171)はタイミングT8  で観
測点P(51でタイミングT7 (170)を受信した
時を示す。
Figure 15 shows the timing diagram of two satellites, (
170) indicates the time when it occurred at the artificial satellite B(2) at timing T7, and (171) indicates the time when timing T7 (170) was received at the observation point P (51) at timing T8.

観測点P(5)では人工衛星B(2)からは人工衛星A
(1)から送られて来た信号と自ら発生した信号を受信
する事になる。前者は測距信号として使用し。
At observation point P (5), satellite A is seen from satellite B (2).
It will receive the signal sent from (1) and the signal generated by itself. The former is used as a ranging signal.

後者は人工衛星B(2)の位置算出の為の時刻信号とし
て使用することが出来る。また、観測点P(5)では1
両信号の時刻情報を比較する事により、2つの人工衛星
間の距離の算出を行う事も可能である。
The latter can be used as a time signal for calculating the position of artificial satellite B(2). Also, at observation point P(5), 1
By comparing the time information of both signals, it is also possible to calculate the distance between two artificial satellites.

この発明で1つの人工衛星より同時に観測点く2つの信
号を送る場合は2つの周波数を使用するか、あらかじめ
与えられ九衛屋毎の異なるサブキャリアや稲畑の異なる
拡散符号などを使用するのが適当である。
In this invention, when transmitting signals to two observation points simultaneously from one artificial satellite, it is recommended to use two frequencies, or to use pre-given different subcarriers for each Kueya, different spreading codes for Inabata, etc. Appropriate.

次に軌道上に配置された人工衛星を使用し、実際に観測
者が逐次計測する方法を説明する。第16図では3箇の
人工衛Mを1つのグループにまとめ。
Next, we will explain how an observer can actually take measurements one by one using an artificial satellite placed in orbit. In Figure 16, three artificial guards M are grouped together.

計測の為の信号を伝送する。人工衛星A(1)を信号の
源泉と想定し1人工衛星A、  B、  C(11,+
21.12+)を1つのグループとし、同じ動作する別
の人工衛星めグループ人工衛星c、  D、E(2))
、 +421.(190)もう1つのグループとする。
Transmits signals for measurement. Assuming that satellite A (1) is the source of the signal, 1 satellite A, B, C (11, +
21.12+) as one group, and another group of satellites that operate in the same way (c, D, E(2))
, +421. (190) Create another group.

1つのグループの信号の流れを説明する。The signal flow of one group will be explained.

人工衛星A(1)からは、源泉信号(211)を観測点
p(5)と人工衛星B、  C(2)、CDに向かって
、経路(1eo)、 (tsl)、 (182)を経由
し信号が送信される。
From satellite A (1), the source signal (211) is sent to observation point p (5) and satellites B, C (2), and CD via routes (1eo), (tsl), and (182). A signal is sent.

第17図はその時の時系列を表にし九ものである。Figure 17 shows nine chronological tables.

観測点P(5)では、信号(212) ’I!i−最初
に受信する。
At observation point P(5), signal (212) 'I! i - Receive first.

人工衛星B +21 ?:経由し、経路(181)の信
号は、経路(185)経由となり観沖1点P(5)に伝
わシ、タイミング(215)で受信される。
Satellite B +21? : The signal on route (181) is transmitted to Kanoki 1 point P (5) via route (185) and is received at timing (215).

タイミング(212)と(215)の時間差を計測する
ことにより、APとBPの距離差が計測できる。 これ
を式で示すと次のようKなる。
By measuring the time difference between timings (212) and (215), the distance difference between AP and BP can be measured. Expressing this as a formula, it becomes K as follows.

ARP−AP=C(T11−TI2 )   ・・・・
・・・・・・・・・・・(財)ABPのうち、AB間の
距離は人工衛星の予測位置成るいは実測により求まるの
で、この分を式@より差し引くことによfiAPとHP
の距離差を求めることが出来る。
ARP-AP=C(T11-TI2)...
・・・・・・・・・・・・In ABP, the distance between AB can be found by the predicted position of the artificial satellite or by actual measurement, so by subtracting this from the formula @, fiAP and HP
The distance difference can be found.

BP−AP=C(T、、 −T12 )−AB   ・
・・・・・・・・・・・・・・■同様の!′を測を人工
衛星B、C(21,と■と観測点P(5)の間で、経路
(185)、 (184)、 (187)を経て信号が
伝送され、タイミング(215)と(214)で信号が
受信される。これを式で示すと。
BP-AP=C(T,,-T12)-AB・
・・・・・・・・・・・・・・・■Similar! ′ is transmitted between satellites B, C (21, and ■) and observation point P (5) via routes (185), (184), and (187), and the timing (215) and ( A signal is received at 214), which can be expressed as:

BP CP=C(T13  T、2 )  BC・・・
・・・・・・・・・・・・■となる。
BP CP=C (T13 T, 2) BC...
・・・・・・・・・・・・■.

次に人工衛JiA、B、C間の距離の計測について説明
する。この間の距離の計測は人工衛星の位置を知る事に
よシ算出出来るが、データ中継機能のみを使用し計測す
ることも可能である。
Next, the measurement of the distance between the artificial guards JiA, B, and C will be explained. The distance during this time can be calculated by knowing the position of the artificial satellite, but it is also possible to measure it using only the data relay function.

人工衛星A Tl+から1人工衛星B(2)と人工衛星
C■に向けられた信号は経路(181)と(182)を
通って伝送され9人工衛星B(2)では人工衛星C(2
)IK向は経路(184)で伝送される。人工衛星C■
では2つの信号の距離差を計測する。これを式で示すと
次のようになる。
A signal directed from satellite A Tl+ to satellite B (2) and satellite C■ is transmitted through paths (181) and (182), and from satellite B (2) to satellite C (2).
) IK direction is transmitted on path (184). Artificial satellite C■
Now, measure the distance difference between the two signals. This can be expressed as an equation as follows.

ABC−AC=C(T15−T14 )    ・・・
・・・・・・・・・・・・・・・ ■a−!−c−b=
d1          ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・■ここで*  d1=c(T、5  T14
)経絡(182)と(185)と経路(181)によシ
次の式が成り立つ。
ABC-AC=C(T15-T14)...
・・・・・・・・・・・・・・・ ■a-! −c−b=
d1 ・・・・・・・・・・・・・・・
...■Here * d1=c(T, 5 T14
) The following equation holds true for meridians (182) and (185) and route (181).

ACB−AC=C(T17−T16)   ・・・・・
・・・・・・・・・・・・・■a+b−(=d2   
    ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・ωここで*  d2=c(Tly  Ti6)経
路(+136)と(18B)と経路(184)よシ次の
式が成り立つ。
ACB-AC=C(T17-T16)...
・・・・・・・・・・・・■a+b-(=d2
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
...ωHere, *d2=c(Tly Ti6) The following equation holds true based on the path (+136), (18B), and the path (184).

BAC−BC:C(TI?−T18)   ・・・・・
・・・・・・・・・・・・・r3υb+c−a=C(T
lg−Tta)    ・・・・・・・・・・・・・・
・・・・■ここで#  d3=C(T19  T18)
式ω、■、■で■の方程式が求められ9人工衛星の距離
a、b、cが求められる。但し、この場合、各人工衛星
は衛星間距離を計測するための装置を搭載する必要があ
る。
BAC-BC:C (TI?-T18)...
・・・・・・・・・・・・r3υb+c-a=C(T
lg-Tta) ・・・・・・・・・・・・・・・
...■Here # d3=C (T19 T18)
The equation (■) is obtained using the equations ω, ■, and ■, and the distances a, b, and c of the nine artificial satellites are determined. However, in this case, each artificial satellite needs to be equipped with a device for measuring the distance between the satellites.

人工衛星り、  E、  F (42)、 (190)
、 (191)について。
Satellite, E, F (42), (190)
, Regarding (191).

人工衛星A、  B、  C(11,(2)、■に適用
したと同じ計測方法を用いる。
The same measurement method used for satellites A, B, and C (11, (2), ■) will be used.

源泉は基準時刻に一致させる。The source should match the reference time.

軌道上の人工衛星が8箇の場合、  A、 B、 C,
D。
If there are 8 satellites in orbit, A, B, C,
D.

E、 F、 G、 Hと符号を付けると、  (ABC
)、(DEF)。
If you add the signs E, F, G, H, (ABC
), (DEF).

(Gl()のように3つのグループに組合せ、第18図
で説明し九ような計測を行う。次に、  (BCD)。
(Combine into three groups like Gl() and perform measurements as described in Fig. 18. Next, (BCD).

(EFG)、 (HA)のような計測を行う、 このよ
うに順次3つのグループを移動させ、計測を行っていく
、観測者P(51は、  (ABC)のような−組の計
測を2回以上複数回行えば、観測者の位置を検出する為
に必要なすべての情報を得ることが出来る。第17図に
8箇の人工衛星を3群に分けて繰シ返し計測を行ってい
く時の順序の1例を示す。i秒時(25G)に1群の計
測が行われ、その計測は0.5  秒ぐらいの関に完了
する。従って9次の(i−N)(ZSt)秒では第2群
(256)の計測のi+2秒(252)では3群(25
7)が行われ、再びs −1−3秒(239)には元に
戻り、1群から計測が行われる。
Observer P (51) performs measurements such as (EFG) and (HA).The observer P (51) moves the three groups one after another and performs measurements. By repeating this multiple times, you can obtain all the information necessary to detect the observer's position.Figure 17 shows how 8 satellites are divided into 3 groups and measurements are taken repeatedly. An example of the time order is shown below. One group of measurements is performed at i second time (25G), and the measurement is completed in about 0.5 seconds. Therefore, the 9th order (i-N) (ZSt) In seconds, the second group (256) measures i + 2 seconds (252), the third group (25
7) is performed, and returns to the original state again at s -1-3 seconds (239), and measurement is performed from the first group.

次に距離計測について説明する。今までの説明では第1
2図及び第11図で計測に使用する信号は瞬時の時刻を
示すパルスを使用した。パルス注形による距離計測はレ
ーダで用いられている方法であるが、地上機器の場合、
容易に高振幅のパルスを発生し易く、また到達距離も1
,000Km前後の場合が多い、しかし、宇宙で使用す
る場合、到達距離が非常に遠いいのと、測距の為の信号
エネルギーをパルス状のようK1111時に集約する方
法は必要な装置を大型化し、得策ではない。従って9時
刻のタイミング信号を長い時間にわたり伝送し、受信側
においても検出を長い時間行える装置を採用するなら、
宇宙上における機器の構成を容易に出来る。
Next, distance measurement will be explained. In the explanation so far, the first
The signal used for measurement in FIGS. 2 and 11 was a pulse indicating instantaneous time. Distance measurement by pulse injection is a method used in radar, but in the case of ground equipment,
Easily generates high-amplitude pulses and has a reachable distance of 1
However, when used in space, the reach distance is very long, and the method of concentrating the signal energy for distance measurement in a pulsed manner requires increasing the size of the necessary equipment. , it's not a good idea. Therefore, if we adopt a device that can transmit the 9-time timing signal over a long period of time and detect it on the receiving side for a long period of time,
Easily configure equipment in space.

計測のために必要な最大の伝播距離は9式■で想定した
様に約99.OOOKm程度であればよい。この距離の
間をあいまいさのない−通りの符号で符号化出来ればよ
い、基本クロックをIMHzにすると、この間に約0.
33X10”箇の繰り返し波形が存在する事になる。
The maximum propagation distance required for measurement is approximately 99.9 mm, as assumed in Equation 9 (■). It is sufficient if it is about OOOKm. It is only necessary to be able to encode this distance using an unambiguous code.If the basic clock is set to IMHz, approximately 0.
There are 33×10” repeating waveforms.

そこで、20ビツトのシフトレジスタを使用し。Therefore, a 20-bit shift register is used.

擬似ランダム符号(Psuedo Random Co
de 、  @ l。
Pseudo Random Co
de, @l.

てPRN符号)を発生させれば 220 1ユlX1G
’の固有なパターンを発生することが出来る。他K。
220 1UlX1G
' can generate unique patterns. Other K.

10ビツトの2つのシフトレジスタより発生するPRN
コードの位相を固有罠し、 Modulo 2の論理和
によって得られるゴールド符号を使用し、  1023
X1023’::lX10’の間を固有なパターンを発
生することも出来る。
PRN generated from two 10-bit shift registers
We uniquely trap the phase of the code and use the Gold code obtained by the logical sum of Modulo 2, 1023
It is also possible to generate a unique pattern between X1023'::lX10'.

受信側では0時間差のある2つの相関演算を行う事によ
り2つの符号間の位相差、即ち、距離差を計測すること
が出来る。この計測原理を人工衛星と人工衛鳳間の両方
の計測に適用できる。しかし0人工衛里にあっては例え
ばレーザ通信が発達した場合、パルスを使用した第12
図や第16図の様な方法も可能になる。PRN符号を用
いた場合。
On the receiving side, by performing two correlation calculations with a zero time difference, it is possible to measure the phase difference, that is, the distance difference, between the two codes. This measurement principle can be applied to both measurements between satellites and satellites. However, in the case of zero artificial satellites, for example, if laser communication is developed, the 12th
Methods such as those shown in FIG. 1 and FIG. 16 are also possible. When using PRN code.

同じ周波数にもかかわらず、別のPRN符号の種類を使
用することにより、複数の符号を同時に使用出来ること
や、電波干渉の観点から要求される電力束密度の想定を
守り易いなどの利点を有している。
By using different PRN code types despite the same frequency, there are advantages such as being able to use multiple codes at the same time and making it easier to meet the power flux density assumptions required from the perspective of radio wave interference. are doing.

次にこの発明で使用する人工衛星の構成図について第1
9図を用いて説明する。クリスタル発橡器(240)は
1時刻装置(242)を働かせ、その出力を。
Next, I will explain the configuration diagram of the artificial satellite used in this invention.
This will be explained using FIG. The crystal oscillator (240) operates the time device (242) and its output.

テレメトリ装置(245) 、送信機(246) 、 
 ダイプレクサ(247) 、アンテナ(248)を経
由し、管制局に送る。管制局ではこの信号と国の一次基
準レベルの信号と比較を行って0発揚周波数の微調と時
刻の較正を人工衛星に送信する。この信号をアンテナ(
248) 、ダイプレクサ(247)、受信機(249
)、  コマンド受信機(250) i経由し受信し、
補正の為のコマンドCMiクリスタル発揚器(240)
及び時刻装置(242)に対し行う。テレメトリ装置(
245)及びコマンド受信機(250)は0時間の較正
以外の一般の衛星のバス機器用としても使用される。管
制局からの距離及び距離変化率信号は受信機(249)
と送信機(246)の間を折返しルート(261)を経
由1送され、この人工衛星の軌道決定に使用される。ク
ロック(214) ′fr受けてPRN符号発生器(2
52)は、 −連のPRN符号を発生し、基準時刻信号
(24!5) ’i受けた時刻情報は特定時刻と前述の
PRN符号の特定な位相とが同期する関係を持って、こ
の2種類の信−ji!を同一の信号9例えば4相位相変
調信号にするため、変調器(255)に入力され、その
出力は。
Telemetry device (245), transmitter (246),
It is sent to the control station via the diplexer (247) and antenna (248). The control station compares this signal with the national primary standard level signal and sends fine adjustment of the zero launch frequency and time calibration to the satellite. This signal is sent to the antenna (
248), diplexer (247), receiver (249)
), command receiver (250) receives via i,
Command CMi crystal launcher (240) for correction
and the time device (242). Telemetry equipment (
245) and the command receiver (250) are also used for general satellite bus equipment other than zero hour calibration. The distance and distance change rate signals from the control station are sent to the receiver (249)
and the transmitter (246) via a return route (261), and is used to determine the orbit of this artificial satellite. Clock (214) 'fr receives PRN code generator (2
52) generates a - series of PRN codes, and receives the reference time signal (24!5) 'i. Kind of faith-ji! are input to a modulator (255) to convert them into the same signal 9, for example, a four-phase phase modulation signal, and its output is .

送信機(254)とユーザ間アンテナ(255)を経由
し。
Via the transmitter (254) and the inter-user antenna (255).

ユーザに送信される。同時に変調信号(226)は。Sent to user. At the same time, the modulation signal (226).

増幅器(257) 、ダイプレクサ(25B) 、アン
テナ(259)を経由し、他の人工衛星にも信号が送ら
れる。
Signals are also sent to other satellites via an amplifier (257), diplexer (25B), and antenna (259).

他の人工衛星からの信号を受け、その信号をユーザに送
信すると同時に次の人工衛星に向は送信する型の人工衛
星では、他の人工衛星から受信した信号(270)はア
ンテナ(259)で受信し、ダイプレクサ(25B) 
、受信機(280)を経由した信号は、観測点Pに向は
送信機(254)とアンテナ(255)を経由し送信さ
れると同時に、もう一方の人工衛星に対して送信機(2
62)、アンテナ(264)を経由し、 信号C265
’)で送信される、 〔発明の効果〕 この発明では静止軌道上に大きな傾斜角を持つ人工衛星
を投入し、観測者から4箇の人工衛星が観測されるよう
KL、l!測看者受信機・簡単な時計と計算処理アルゴ
リズムを持つことKより、自己の位fltk算出できる
。観測者は極地方などの高緯度地方を除いて、この計測
が可能である。
In a type of satellite that receives signals from other satellites and transmits the signals to the user and at the same time transmits them to the next satellite, the signals (270) received from other satellites are sent to the antenna (259). Receive and diplexer (25B)
, the signal via the receiver (280) is transmitted to the observation point P via the transmitter (254) and the antenna (255), and at the same time is transmitted to the other artificial satellite by the transmitter (280).
62), via antenna (264), signal C265
[Effect of the invention] In this invention, a satellite with a large inclination angle is placed in a geostationary orbit, and KL, l! is transmitted so that four satellites can be observed by an observer. By having an observer receiver, a simple clock, and a calculation processing algorithm, one can calculate one's own position fltk. Observers can perform this measurement except in high latitude regions such as polar regions.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1因〜第19図はこの発明を説明するための図であり
、第1図は2箇の人工衛星を使用し、2次元に展開した
場合を示す図、第2図はxyz座標の双曲面を示す図、
第3図は3箇の人工衛星を用いた場合を示す図、第4図
は第3図の配置を3次元座標で示した図、第5図は人工
衛星を3箇使用した場合でのxy面上の様子を示す図、
第6図は3箇の人工衛星を使用し2回観測した場合を3
次元座標で示した図、第7図は3箇の人工衛星と観測点
の配置を示す図、第8図は位置検出のためのアルゴリズ
ムを示す図、第9図は地球上に配置された人工衛星の様
子を示す図、第10図は緯度と傾斜角による衛星の移動
関係を示す図、第11図は位相を説明するための円と静
止軌道上の人工衛星の位置を示す図、第12図は人工衛
星間の距離差の計測方法を説明するためのタイミング図
、第13図は時刻較正の方法を示す図、第14図は距離
差を計測する為の測距信号と時刻信号を同時に送信する
信号形式の例を示す図、第15図では2つの人工衛星の
タイミング図、第16図は3箇の人工衛星を1つのグル
ープにまとめた計測方法を示す図、第17図は計測のタ
イミングを示す図。 第18図は10箇の人工衛星′t−3群に分は繰シ返し
計測を行っていく時の順序を示す図、第19図は第13
図の位置検出を行う時の人工衛星の構成図、第20図は
GPSの人工衛星の構成を示す図である。 図において、 (11i21■(80)(81)(82
)(85)は人工衛星。 +611711241は双曲線、 i9B!71Fi双
曲面、 +51 (71)は観測点PI(101)(1
02)(105)(104)(105)(106)(1
14)(115)(116)(tt7)(its)(t
i9Xt2oX1z1)は人工衛星の位置、  (+5
1)(152)(153)は基準パルス、  (+34
)(iss)は受信パルス、  (1508151)は
シフトレジスタ、  (152)は時刻符号器、  (
155)は時刻装置、  (154)は搬送波発生源。 (156)はクロック、  (157)はゲート信号、
  (tSa)は合成器、  (159)(160)は
変調器、  (161)li110&”整相器、  (
162)は合成器、  (240)はクリスタル発揚器
。 ’ (241)はクリスタル発振器出力、  (242
)は時刻装置、  (243)は基準時刻出力、  (
214)はクロック。 (246) (262)は送信機、  (247)はダ
イプレクサ。 (24B)はテレメトリ・コマンド用アンテナ、  (
249)は受信機、  (250)はコマンド受信機、
  (261)は測距の折返しルート、  (252)
はPRN符号発生器、  (253)は変調器、  (
254)は送信機、  (255)は観測者向アンテナ
、  (257)は増巾器、  (25B)はグイプレ
クサ。 (259X21S4)は衛星間通信用アンテナ、  (
260)(265)(270)は衛鳳間通信用信号、 
 (280)は受信機である。 なお1図中同一又は相当部分には同一符号を付して示し
である。 第1図
Figures 1 to 19 are diagrams for explaining this invention. Figure 1 is a diagram showing the case where two artificial satellites are used and deployed in two dimensions, and Figure 2 is a diagram showing the case where two artificial satellites are used and deployed in two dimensions. A diagram showing a curved surface,
Figure 3 is a diagram showing the case where three artificial satellites are used, Figure 4 is a diagram showing the arrangement of Figure 3 in three-dimensional coordinates, and Figure 5 is an xy diagram when three artificial satellites are used. A diagram showing the appearance on the surface,
Figure 6 shows the case where three satellites are used for two observations.
Figure 7 is a diagram showing the arrangement of three artificial satellites and observation points, Figure 8 is a diagram showing the algorithm for position detection, and Figure 9 is a diagram showing the location of artificial satellites placed on the earth. Figure 10 is a diagram showing the satellite's movement relationship according to latitude and inclination angle. Figure 11 is a diagram showing circles to explain the phase and the position of the satellite on the geostationary orbit. The figure is a timing diagram to explain the method for measuring the distance difference between satellites, Figure 13 is a diagram showing the time calibration method, and Figure 14 is a diagram showing the distance measurement signal and time signal for measuring the distance difference at the same time. Figure 15 shows an example of the signal format to be transmitted. Figure 15 is a timing diagram of two satellites. Figure 16 is a diagram showing a measurement method in which three satellites are grouped together. Figure 17 is a measurement diagram. Diagram showing timing. Figure 18 is a diagram showing the order in which repeated measurements are taken on the 10 satellites 't-3 group, and Figure 19 is a diagram showing the order in which measurements are taken repeatedly on the 10 satellites't-3 group.
FIG. 20 is a diagram showing the configuration of an artificial satellite when position detection is performed. FIG. 20 is a diagram showing the configuration of a GPS satellite. In the figure, (11i21■(80)(81)(82
)(85) is an artificial satellite. +611711241 is a hyperbola, i9B! 71Fi hyperboloid, +51 (71) is observation point PI (101) (1
02) (105) (104) (105) (106) (1
14) (115) (116) (tt7) (its) (t
i9Xt2oX1z1) is the position of the satellite, (+5
1) (152) (153) are the reference pulses, (+34
)(iss) is the received pulse, (1508151) is the shift register, (152) is the time encoder, (
155) is a time device, and (154) is a carrier wave generation source. (156) is the clock, (157) is the gate signal,
(tSa) is a synthesizer, (159) (160) is a modulator, (161) li110&'' phaser, (
162) is a synthesizer, (240) is a crystal booster. ' (241) is the crystal oscillator output, (242
) is the time device, (243) is the reference time output, (
214) is a clock. (246) (262) is a transmitter, (247) is a diplexer. (24B) is the antenna for telemetry command, (
249) is a receiver, (250) is a command receiver,
(261) is the return route for distance measurement, (252)
is the PRN code generator, (253) is the modulator, (
254) is the transmitter, (255) is the observer antenna, (257) is the amplifier, and (25B) is the guiplexer. (259X21S4) is an antenna for intersatellite communication, (
260) (265) (270) are communication signals between Eiho,
(280) is a receiver. In Figure 1, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals. Figure 1

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)軌道傾斜角を6度近くにし、かつ同一時刻に於け
る隣り合う人工衛星の近点離角がお互いに120度近く
に離れるような静止軌道上で地球表面近くより見て可視
域に同時に入る人工衛星を3箇投入し、管制局によつて
較正された時刻信号とその時刻信号にもとづき、また、
時刻信号と同期関係を保つて作られた測距信号を3箇所
のうちの1箇の人工衛星が、直接地球表面に送信すると
同時に、前記の時刻及び測距信号を他の人工衛星に対し
て衛星間データ中継手段によつて隣り合う人工衛星に送
信し、前記の時刻及び測距信号を受信した前記の隣りあ
う人工衛星は、この信号を地球表面に送ると同時に、さ
らに次の隣り合う人工衛星に送り、これを3箇の人工衛
星に順次適用し、3箇の人工衛星からは前記の各々の時
刻及び測距信号と自らの時刻にもとついた時刻及び測距
信号を地球表面に送信し、地球近くではこの測距信号の
受信時刻とにより管制局より得られる軌道予測にもとづ
き求められた3箇の人工衛星の位置を基点として、3箇
の人工衛星の隣り合う2箇の組合せに対して、測距信号
を用いて人工衛星と観測者の間の2種類の距離差を算出
することにより、前記の2箇の人工衛星を焦点とする双
曲面を描くことが出来、さらに位置検出上有意義な程度
経過した後、前記の3箇の人工衛星から前述の同一の信
号を得て、それに基づき前述の双曲面を得てこのような
計測を2回以上複数回繰り返すことによつて得られた双
曲面の交点として観測点の位置を求めるため3箇の人工
衛星を用いて前記と同じ計算処理を行うことにより、双
曲面の交点として観測点を求めることを特徴とする人工
衛星を用いた測位方法。
(1) In a geosynchronous orbit with an orbital inclination close to 6 degrees and the periapsis elongation of adjacent satellites at the same time being close to 120 degrees apart from each other, in the visible range when viewed from near the Earth's surface. Three artificial satellites are introduced at the same time, and based on the time signal calibrated by the control station and the time signal,
One of the three satellites transmits a ranging signal created in synchronization with a time signal directly to the earth's surface, and at the same time transmits the time and ranging signal to the other satellites. The adjacent artificial satellite transmits the time and ranging signals to the adjacent artificial satellite by the inter-satellite data relay means, and at the same time sends these signals to the earth's surface, it transmits them to the next adjacent artificial satellite. The three satellites transmit the above-mentioned time and ranging signals and the time and ranging signals based on their own time to the earth's surface. Near the earth, the position of the three satellites is determined based on the orbit prediction obtained from the control station based on the reception time of this ranging signal, and two adjacent combinations of the three satellites are used as the base point. However, by calculating two types of distance differences between the satellite and the observer using ranging signals, it is possible to draw a hyperboloid with the two satellites as focal points, and furthermore, the position After a significant period of time for detection has elapsed, the same signals mentioned above are obtained from the three artificial satellites mentioned above, and the hyperboloid mentioned above is obtained based on the signals, and such measurements are repeated two or more times. An artificial satellite characterized in that the observation point is determined as the intersection of the hyperboloids by performing the same calculation process as described above using three artificial satellites in order to determine the position of the observation point as the intersection of the obtained hyperboloids. Positioning method used.
(2)請求項(1)記載の人工衛星の構成を4箇以上静
止軌道上に配置し、地球表面上の地域を拡大すること及
び7箇以上を静止軌道上にほぼ等しく配置したことを特
徴とする人工衛星を用いた測位方法。
(2) Four or more of the artificial satellite configurations according to claim (1) are arranged on a geosynchronous orbit to expand the area on the earth's surface, and seven or more are arranged almost equally on the geosynchronous orbit. A positioning method using artificial satellites.
(3)外部からの指令信号にもとづいて、時刻の補正及
び周波数の微調整が出来る時計装置と距離差の計測のた
めの信号を発生させる装置を備え、前記の2つの装置よ
り発生する信号を同時に変調し、地球表面の近くの観測
者に送信できる装置と、同じ時刻及び距離差の計測の信
号を他の人工衛星に向けて送信できる衛星間のデータ中
継装置と、他の人工衛星から受けた時刻及び距離差計測
のための信号を前記の地球表面の近くの観測者に送信で
きる装置に加えて送信できると同時に、さらに他の人工
衛星にこの信号を送信できる衛星間のデータ中継装置を
備えることを特徴とする請求項(1)、または請求項(
2)記載の人工衛星を用いた測位方法。
(3) Equipped with a clock device that can correct the time and finely adjust the frequency based on command signals from the outside, and a device that generates a signal for measuring distance differences, and uses the signals generated by the two devices mentioned above. A device that can simultaneously modulate and transmit signals to observers near the Earth's surface, and an intersatellite data relay device that can transmit the same time and distance measurement signals to other satellites and receive them from other satellites. In addition to the device that can transmit signals for measuring time and distance differences to observers near the Earth's surface, we also provide an inter-satellite data relay device that can transmit these signals to other artificial satellites. Claim (1) or claim (
2) Positioning method using the described artificial satellite.
JP3406989A 1989-01-11 1989-02-14 Position measuring method using artificial satellite Pending JPH02213785A (en)

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FR9000286A FR2645954B1 (en) 1989-01-11 1990-01-11 METHOD FOR DETERMINING A POSITION USING SATELLITES
US07/571,760 US5105198A (en) 1989-01-11 1990-08-23 Method of determining a position using satellites

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE40642E1 (en) 1995-05-31 2009-02-17 General Electric Company Reduced-power GPS-based system for tracking multiple objects from a central location

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