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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Funktelekommunikationssysteme, die Kommunikationen durch Satelliten vermitteln. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Kommunikationssysteme mit Satelliten, in denen Orte von Teilnehmereinheiten bestimmt werden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In einem globalen Funktelekommunikationssystem haben das System und solche, die das System betreiben, im allgemeinen keine Kontrolle darüber, wo die Teilnehmereinheiten angeordnet sind. Das Kommunikationssystem ist dennoch verantwortlich für das Gewähren oder Verweigern bestimmter Kommunikationsdienste, in Abhängigkeit davon, ob das System eine Erlaubnis empfangen hat, um an einem Ort zu arbeiten, an dem es passieren kann, daß sich eine spezielle Teilnehmereinheit befindet. Darüberhinaus kann das System verantwortlich sein für die Rechnungsstellung in Verbindung mit der Benutzung der Kommunikationsdienste, und den Raten, die für solche Dienste berechnet werden, und die Parteien, die die Einkünfte aus den Diensten erhalten, können sich von Ort zu Ort ändern.
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Ein Funktelekommunikationssystem kann spezielle Kommunikationsdienste gewähren und verweigern und kann spezielle Rechnungsraten zu Gesprächen zuordnen, wenn es die Orte der Teilnehmereinheiten kennt. Somit wäre es wünschenswert, das System so zu konfigurieren, daß die Orte der Teilnehmereinheiten bestimmt werden und so, daß die Information, die die Orte beschreibt, zu Steuerungen gesendet werden, die verantwortlich sind für das Fällen der Entscheidungen bezüglich dem Gewähren oder Verweigern von Kommunikationsdiensten, Rechnungsraten und dergleichen. Vorzugsweise werden die Orte so schnell wie möglich bestimmt, so daß die Dienstunterbrechungen minimiert werden.
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Viele Ortsbestimmungssysteme des Standes der Technik sind bekannt, wie beispielsweise das Global Positioning System (GPS), GLONASS, Loran und dergleichen. Während Teilnehmereinheiten so konfiguriert werden, daß sie Komponenten einschließen, die einen Vorteil aus den existierenden Ortsbestimmungssystemen ziehen, so würden diese Komponenten die Kosten für die Teilnehmereinheiten wesentlich erhöhen. Darüberhinaus könnte das Stützen auf existierende Ortsbestimmungssysteme die Zuverlässigkeit des Funktelekommunikationssystems vermindern, weil damit eine Abhängigkeit von einem externen System besteht.
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Die Techniken, die von den Systemen des Standes der Technik verwendet werden, um den Ort zu bestimmen, könnten möglicherweise in das Funktelekommunikationssystem eingeschlossen werden, aber eine solche Einführung dieser Techniken könnte die Kommunikationsdienste stark verschlechtern. Beispielsweise fordern viele Lokalisiersysteme des Standes der Technik die Verwendung von zwei oder mehr Sendern oder Empfängern („Lokalisiervorrichtungen“), die in entfernten Positionen angeordnet sind, und die Signale von einem zu bestimmenden Ort senden und von dort empfangen können.
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Die Notwendigkeit, daß sich zwei oder mehr Lokalisiervorrichtungen innerhalb des Blickfeldes über der gesamten Erde befinden, macht diese Lösung unpraktisch. Während diese Notwendigkeit durch ein Plazieren von Satelliten in hohen oder geostationären Erdumlaufbahnen erfüllt wird, so werden dadurch die Satelliten weiter entfernt von der Teilnehmerausrüstung auf der Erde angeordnet. Diese längere Entfernung bewirkt, daß die Teilnehmereinheit übertrieben Leistung verbraucht oder große Antennen benötigt, um an Kommunikationsdiensten teilzunehmen. Darüberhinaus erfordern höhere Erdumlaufbahnen eine erhöhte Spektrumszuweisung, um eine vorgegebene Menge von Kommunikationen zu befördern, da das zugewiesene Spektrum weniger häufig in einem vorgegebenen Gebiet von neuem verwendet werden kann.
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Systeme des Standes der Technik führen auch eine Ortsbestimmung innerhalb einer Zahl vordefinierter Szenarien durch. GPS verwendet beispielsweise eine Anzahl der Signalzeit des Ankunftes (TOA) zusammen mit der aktuellen Zeit, um den Ort zu bestimmen. Obwohl dieses System gut innerhalbdes vordefinierten Umfangs arbeitet, müssen die gemessenen Größen für dieses System passen. Zusätzlich ist, wenn nicht alle Messungen verfügbar sind, keine Lösung möglich. Darüberhinaus können keine zusätzlichen Signaldaten von anderen Messungen oder Beobachtungen verwendet werden, um die Lösung zu verbessern. Die Lokalisierung einer Signalquelle, wie einer Teilnehmereinheit, wird weiter kompliziert durch Echtzeitumgebungsprobleme, wie Rauschen und atmosphärische Effekte, die eine Auswirkung auf die Genauigkeit der Signalmessungen und damit des sich ergebenden Ortes haben.
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US 5 166 694 A beschreibt ein satellitengestütztes Ortungssystem für Kraftfahrzeuge. Die Satelliten messen Ankunftszeiten von einem vom Fahrzeug ausgesandten Signal. Basierend auf Ankunftszeitunterschieden, die von verschiedenen Empfängern gemessen werden, wird die Position des Fahrzeugs bestimmt. Die Positionsbestimmung basiert auf einer Auswahl von drei aus einer Vielzahl von Messwerten. Die drei Messwerten werden in Abhängigkeit von der Messgeometrie ausgewählt, wobei Vertrauenswerte zur Bewertung der einzelnen Messungsgeometrien für jede Gruppe von drei Messwerten berechnet werden.
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Aus
DE 43 40 955 A1 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Genauigkeit von Positionsschätzungen in einem satellitengestützten Kommunikationssystem bekannt. Die Genauigkeit der Positionsschätzungen wird durch Berücksichtigung nichtlinearer systematischer Positionierfehler verbessert.
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US 5 293 642 A beschreibt ein Verfahren zur Abschätzung der Lage einer mobilen Funkstelle in einem Mobilfunksystem, das eine Vielzahl von Basisstationen und mobilen Funkstellen aufweist. Die Lage der mobilen Funkstelle wird bestimmt, indem Funkwellenausbreitungsparameter zwischen der mobilen Funkstelle und jeder Basisstation, die sich innerhalb Ausbreitungsbereiches befindet, gemessen werden. Anschließend werden Wahrscheinlichkeitsflächenfunktionen für jede Basisstation und die Gesamtwahrscheinlichkeitsfunktion durch Produktbildung der individuellen Funktionen berechnet, um die Lage der mobilen Funkstelle abzuschätzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verfahren und Vorrichtung zur Schätzung des Ortes einer Teilnehmereinheit für ein Satellitenkommunikationssystem anzugeben.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszahlen in den Figuren auf ähnliche Gegenstände.
- 1 zeigt ein stark vereinfachtes Diagramm eines Satellitenkommunikationssystems, mit dem die vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann;
- 2 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Satellitenkommunikationsstation, die für eine Verwendung in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
- 3 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Systemsteuerstation und einer terrestrischen Station, die für eine Verwendung in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geeignet sind; und
- 4 zeigt ein Flußdiagramm eines Signalquellenortsbestimmungsverfahren, das für eine Verwendung in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
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Die vorliegende Erfindung liefert unter anderem ein verbessertes Funktelekommunikationssystem und ein Verfahren, das einen Ort einer Teilnehmereinheit irgendwo auf oder nahe der Oberfläche der Erde bestimmt. Darüberhinaus bestimmt die vorliegende Erfindung den Ort einer Teilnehmereinheit unter Verwendung nur eines einzelnen Satelliten, der die Erde in einer erdnahen Umlaufbahn umkreisen kann. Die vorliegende Erfindung bestimmt auch Teilnehmerorte schnell und gibt die Genauigkeit, mit der ein Ort eines Teilnehmers bestimmt wurde, weiter, so daß keine Anstrengung vergeudet wird, einen Ort mit einem größeren Grad von Genauigkeit zu ermitteln, als er tatsächlich benötigt wird.
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Die vorliegende Erfindung verwendet eine Vielzahl empfangener Signaldaten, um den Ort einer Signalquelle zu bestimmen. Die vorliegende Erfindung ist auch flexibel genug, sich an verschiedene Eingaben anzupassen, um den Ort einer Signalquelle zu bestimmen. Die vorliegende Erfindung verwendet entweder gleichzeitige Signalmessungen oder Signalmessungen, die über der Zeit verteilt sind, um den Ort einer Teilnehmereinheit zu bestimmen. Sie verwendet auch zusätzliche Beobachtungen oder Messungen unterschiedlichen Typs, um eine Ortsbestimmung zu verbessern. In einer bevorzugten Ausführungsform liefert die vorliegende Erfindung auch Vertrauensgebiete zusammen mit den Ortsbestimmungen.
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Ein „Satellit“ ist hier ein vom Menschen gemachtes Objekt oder Fahrzeug, das die Erde umkreisen soll, wobei sowohl geostationäre als auch die Erde umkreisende Satelliten und/oder Kombinationen davon, einschließlich die Erde auf niedrigen Bahnen umkreisende Satelliten (LEO) darunter verstanden werden sollen. Die vorliegende Erfindung ist auf Systeme anwendbar, die Satelliten haben, die niedrige Erdumlaufbahnen aufweisen. Zusätzlich ist sie anwendbar auf Erdumlaufbahnen, die einen beliebigen Neigungswinkel aufweisen (beispielsweise polar, äquatorial oder ein anderes orbitales Muster).
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1 zeigt ein stark vereinfachtes Diagramm eines Satellitenkommunikationssystems 10, mit dem die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann. Das Kommunikationssystem 10 verwendet sechs polare Erdumlaufbahnen 14, wobei jede Erdumlaufbahn 14 elf Satellitenkommunikationsstationen 12, also insgesamt sechsundsechzig Satelliten 12 enthält. Dies ist jedoch nicht wesentlich, und mehr oder weniger Satelliten oder mehr oder weniger Erdumlaufbahnen können verwendet werden. Während die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise verwendet wird, wenn eine große Zahl von Satelliten verwendet werden, ist sie auch mit nur einem einzigen Satelliten ausführbar. Aus Gründen der Klarheit zeigt 1 nur einige Satellitenkommunikationsstationen 12.
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Jede Erdumlaufbahn 14 umgibt beispielsweise die Erde in einer Höhe von 780 km, wiewohl höhere oder niedrigere Erdumlaufbahnen nutzbringend verwendet werden können. Durch die relativ niedrigen Erdumlaufbahnen der beispielhaften Satelliten 12 überdecken oder betreffen die im wesentlichen in Sichtlinie vorgenommene elektromagnetische Übertragungen (beispielsweise Funk, Licht) von einem Satelliten oder der Empfang von Signalen von einem anderen Satelliten in jedem Moment nur ein relativ kleines Gebiet der Erde.
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Im dargestellten Beispiel bewegt sich der Satellit 12 mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 25000 km/h relativ zur Erde, was es gestattet, den Satelliten von einer terrestrischen Station für eine maximale Dauer von ungefähr 9 Minuten zu sehen. Die Satellitenkommunikationsstationen 12 kommunizieren mit terrestrischen Stationen, die eine Zahl von Funkkommunikationteilnehmereinheiten 26 und Erdterminals (ETs) 24, die mit dem Systemsteuersegment (SCS) 28 verbunden sind, umfassen. Die ETs 24 können auch mit Gateways (GWs) 22 verbunden sein, die einen Zugang zum öffentlichen Telefonnetz (PSTN) oder anderen Kommunikationseinrichtungen liefern. Nur einer der GWs 22, SCS 28 und SUs 26 ist in 1 aus Gründen der Klarheit und des leichteren Verständnisses gezeigt. Die ETs 24 können sich am Ort der SCS 28 oder des GW 22 befinden oder getrennt von diesen angeordnet sein. Die ETs 24, die mit dem SCSs 28 verbunden sind, empfangen Daten, die die Spurverfolgung der Satelliten 12 beschreiben, und verwandte Pakete von Steuerinformation, während die ETs 24, die mit dem GWs 22 verbunden sind, nur Datenpakete vermitteln (die sich beispielsweise auf im Gange befindliche Gespräche beziehen).
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Die SUs 26 können irgendwo auf der Oberfläche oder in der Atmosphäre über der Erde angeordnet sein. Die SUs 26 sind vorzugsweise Kommunikationsvorrichtungen, die Daten zu Satelliten 12 senden und von ihnen empfangen können. Beispielsweise sind die SUs 26 in der Hand haltbare, tragbare zellulare Telefone, die so gestaltet sind, daß sie mit den Satelliten 12 kommunizieren können. Im Normalfall müssen die SUs 26 keine Steuerfunktionen für das Kommunikationssystem 10 durchführen.
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Das Kommunikationssystem 10 kann eine beliebige Zahl, möglicherweise Millionen von Teilnehmereinheiten 26 aufnehmen. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kommunizieren die Teilnehmereinheiten 26 mit sich in der Nähe befindlichen Satelliten 12 über Teilnehmerverbindungen 16. Die Verbindungen umfassen einen begrenzten Teil des elektromagnetischen Spektrums, das in viele Kanäle aufgeteilt ist. Die Verbindungen 16 sind vorzugsweise Kombinationen von L-Band Frequenzkanälen und können Kommunikationen eines Mehrfachzugriffs im Frequenzmultiplex (FDMA) und/oder eines Mehrfachzugriffs im Zeitmultiplex (TDMA) oder Kombinationen davon, aufweisen. Ein Kanal ist definiert als mindestens ein wiederauftauchender Zeitschlitz eines Frequenzkanals. Minimal überträgt ein Satellit 12 kontinuierlich über einen oder mehrere Übertragungskanäle 18. Die Teilnehmereinheiten 26 stellen eine Synchronisierung mit den Übertragungskanälen 18 her und überwachen die Übertragungkanäle 18, um Datennachrichten zu erkennen, die an sie adressiert sein können. Diese Datennachrichten umfassen sowohl Ringalarme, die einer Teilnehmereinheit mitteilen, daß eine andere Partei eine Kommunikation wünscht, als auch Funkrufe, die spezifische Nachrichten liefern. Die Teilnehmereinheiten 26 können Nachrichten über einen oder mehrere erworbene Kanäle 19 übertragen. Die Übertragungskanäle 18 und die erworbenen Kanäle 19 sind nicht einer Teilnehmereinheit 26 zugewiesen, sondern werden von allen Teilnehmereinheiten 26 geteilt, die sich aktuell im Blickfeld eines Satelliten 12 befinden. Das Anforderungsverfahren wird detaillierter weiter unten beschrieben.
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Andererseits sind die Verkehrskanäle 17 Zweiwegekanäle, die von Zeit zu Zeit von den Satelliten 12 speziellen Teilnehmereinheiten 26 zugewiesen werden. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein digitales Format verwendet, um Daten über Kanäle 17-19 zu übertragen, und die Verkehrskanäle 17 unterstützen Echtzeitübertragungen.
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Die Satelliten 12 kommunizieren mit sich in der Nähe befindlichen Satelliten 12 über Querverbindungen 23. Somit kann eine Übertragung von einer Teilnehmereinheit 26, die an einem beliebigen Punkt auf oder nahe der Oberfläche der Erde angeordnet ist, durch die Konstellation der Satelliten 12 innerhalb des Bereiches zu im wesentlichen jedem anderen Punkt auf der Oberfläche der Erde gelenkt werden. Eine Übertragung kann zu einer Teilnehmereinheit 26 auf oder nahe der Oberfläche der Erde von einem Satelliten 12 nach unten glenkt werden, unter Verwendung einer Teilnehmerverbindung 16. Alternativ kann eine Kommunikation über Erdverbindungen 15 nach unten zu irgendeiner der vielen ETs 24 gelenkt werden, oder von einer der vielen ETs 24, von denen die 1 nur zwei zeigt. Die ETs 24 sind vorzugsweise über der Oberfläche der Erde gemäß geopolitischer Grenzen verteilt. In den bevorzugten Ausführungsformen kann jeder Satellit 12 mit bis zu vier ETs 24 und über Tausend Teilnehmereinheiten zu jedem gegebenen Moment kommunizieren.
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Die SCS 28 überwacht das Funktionieren und den Status der Systemkommunikationsknoten (beispielsweise GWs 22, ETs 24 und Satelliten 12) und handhabt wünschenwerterweise die Operationen des Kommunikationssystems 10. Eine oder mehrer ETS 24 liefern die primäre Kommunikationsschnittstelle zwischen SCS 28 und den Satelliten 12. Die ETs 24 umfassen Antennen und RF-Transceiver und führen vorzugsweise Telemetrie, Spurverfolgungs- und Steuerfunktionen für die Konstellation der Satelliten 12 durch.
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Die GWs 22 können Gesprächsverarbeitungsfunktionen in Verbindung mit den Satelliten 12 durchführen, oder die GWs 22 können exklusiv eine Gesprächsverarbeitung und eine Zuweisung der Gesprächhandhabungskapazität innerhalb des Kommunikationssystems 10 handhaben. Diverse erdgebundene Kommunikationssysteme, wie das PSTN, können auf das Kommunikationssystem 10 durch die GWs 22 zugreifen.
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Bei der beispielhaften Konstellation von sechsundsechzig Satelliten 12 befindet sich mindestens ein Satellit 12 zu allen Zeiten innerhalb des Sichtbereiches jedes Punktes auf der Erdoberfläche (das heißt, es wird eine vollständige Abdeckung der Erdoberfläche erreicht). Theoretisch kann sich ein beliebiger Satellit 12 in direkter oder indirekter Datenkommunikation mit irgendeiner SU 26 oder ET 24 zu irgend einer Zeit durch das Lenken von Daten durch die Konstellation von Satelliten 12 befinden. Somit kann das Kommunikationssystem 10 einen Kommunikationsweg für das Vermitteln der Daten durch die Konstellation der Satelliten 12 zwischen irgendwelchen zwei SUs 26, zwischen SCS 28 und GW 22, zwischen irgendwelchen zwei GWs 22 oder zwischen SU 26 und GW 22 errichten.
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2 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm der Satellitenkommunikationsstation 12, die für eine Verwendung in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Vorzugsweise umfassen alle Satelliten 12 innerhalb des Systems 10 (sihe 1) eine Ausrüstung, wie sie durch das Blockdiagramm der 2 dargstellt ist. Der Satellit 12 umfaßt Querverbindungstransceiver 33 und verbundene Antennen 31. Die Transceiver 33 und die Antennen 31 unterstüzten Querverbindungen zu anderen sich in der nähe befindlichen Satelitten 12. Erdverbindungstransceiver 35 und zugehörige Antennen 37 unterstüzten Erdverbindungen, um mit Erd-Terminals 24 (1) zu kommunizieren. Teilnehmerverbindungstransceiver 30 und zugehörigen Antennen 32 unterstüzten Teilnehmereinheiten 26 (1). Vorzugsweise kann jeder Satellit 12 gleichzeitig eine Verbindung für bis zu mehreren Tausend oder mehr Teilnehmereinheiten 26 (1) tragen. Natürlich werden Fachleute erkennen, daß die Antennen 31, 37 und 32 entweder als einzelne Mehrrichtungsantennen oder als Bänke diskreter Antennen implementiert werden können. Es ist wünschenswert, daß jede Teilnehmerverbindungsantenne 32 eine Phasenanordnungsantenne ist, die gleichzeitigen Zugang zu mehreren Antennenstrahlen liefern kann.
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Eine Steuerung 34 verbindet jeden der Transceiver 33, 35 und 30 sowohl mit einem Speicher 36 als auch einem Zeitgeber 38. Die Steuerung 34 kann implementiert werden unter Verwendung von einem oder mehreren Prozessoren. Die Steuerung 34 verwendet den Zeitgeber 38, um unter anderem das aktuelle Datum und die Zeit aufrecht zu halten. Der Speicher 36 speichert Daten, die als Befehle für die Steuerung 34 dienen, und die, wenn sie durch die Steuerung 34 ausgeführt werden, bewirken, daß der Satellit 12 Prozeduren ausführt, die weiter unten besprochen werden. Zusätzlich umfaßt der Speicher 36 Variablen, Tabellen und Datenbasen, die während des Betriebs des Satelliten 12 manipuliert werden.
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Teilnehmerverbindungstransceiver 30 sind wünschenswerterweise Mehrkanal-FDMA/TDMA-Transceiver, die auf allen unterschiedlichen auswählbaren Frequenzen während spezieller, auswählbarer Zeitschlitze, die durch die Steuerung 34 angegeben werden, senden und empfangen können. Die Teilnehmerverbindungstransceiver 30 enthalten Mehrkanalfunkgeräte, die eine genügende Zahl von Kanälen haben, um die gewünschte Zahl von Sende- und Empfangsfrequenzen für den Signalzugang und die Steuerung und für die Benutzersprache und/oder die Daten zu liefern. Die Steuerung 34 kann eine Zuweisung der Frequenz und der Zeitschlitzvereinbarungen, der Antennenstrahl-zu-Antennenstrahl-Übergaben und andere Verwaltungs-, Steuer- und Handhabungsfunktionen ausführen. Die Steuerung 34 umfaßt Prozessoren für das Sammeln von Meßgrößen von den empfangen Signalen von den Teilnehmereinheiten. In einer Ausführungsform umfaßt die Steuerung 34 Prozessoren, die Ortsprozessoren für das Bestimmen der Orte von Teilnehmereinheiten, basierend auf den Meßgrößen und der Information, die im Speicher 36 gespeichert ist, umfassen. Diese Funktionen werden weiter unten detaillierter besprochen. Die Teilnehmerverbindungstransceiver 30 liefern wünschenswerterweise eine Sendung und einen Empfang auf jedem beliebigen Frequenzkanalsatz, so daß jeder Teilnehmerverbindungstransceiver 30, sofern dies notwendig ist, die gesamte spektrale Kapazität alle Frequenzkanalsätze verwenden kann, indem er die Fähigkeit besitzt, alle Frequenz- und Zeitschlitzzuweisungen zu handhaben.
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3 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Systemsteuerstation 45 und einer terrestrischen Station 48, die für eine Verwendung in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die Steuerstation 45 und die terrestrische Station 48 sind wünschenswerterweise Teil eines SCS 28 (1) beziehungsweise ET 24 (1). Die Steuerstation 45 umfaßt einen Prozessor 40, der mit einem zugehörigen Speichermedium 42 (beispielsweise einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff oder RAM, anderen Halbleiterspeichervorrichtungen oder magnetischen Speichervorrichtungen von Lese-Schreibspeichern, optische Platten, Magnetbänder, Disketten, Fetplatten) über eine Verbindung 41 verbunden ist. Die terrestrische Station 48 umfaßt eine Antenne 49, die mit dem Sender 43 und dem Empfänger 47 verbunden ist. Der Sender 43 und der Empfänger 47 sind mit dem Prozessor 40 über Verbindungen 44 beziehungsweise 46 verbunden. Der Prozessor 40 führt wünschenswerterweise Verfahren aus, die nachfolgend beispielhaft dargestellt und im zugehörigen Text beschrieben werden. Beispielsweise speichert zusätzlich zur Durchführung anderer passender Aufgaben, der Prozessor 40 wünschenwerterweise Ergebnisse solcher Verfahren im Speichermedium 42. Der Sender 43 und/oder dem Empfänger 47 senden Nachrichten zu Satelliten 12 und/oder empfangen Nachrichten von den Satelliten 12.
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Der Prozessor 40 steuert und verwaltet allgemein den Benutzerzugang, den Nachrichtenempfang und die Sendung, die Kanaleinstellung, die Funkabstimmung, die Frequenz- und Zeitschlitzzuweisung, und andere zellularen Funkkommunikations- und Steuerfunktionen, die durch die Steuerung 34 (2) nicht gehandhabt oder bereitgestellt werden. Unter anderem führen der Prozessor 40 und/oder die Steuerung 34 (2) wünschenswerterweise Prozeduren aus, um dem Benutzer Zugang zum Kommunikationssystem 10 zu gestatten. Dies kann Protokollverfahren für den Kanalaufbau und andere damit verbundenen Funktionen umfassen, wie das nachfolgend besprochen wird.
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Unter Bezug auf 1 nimmt das System 10 die Bewegung der SUs 26 irgendwo auf oder nahe der Oberfläche der Erde auf. Nichts fordert jedoch von der SUs 26, das sie sich bewegen, und das System 10 arbeitet zufriedenstellend, wenn ein Teil der gesamten Menge der SUs 26 stationär bleibt. Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf SUs 26, die entweder stationär oder beweglich sind oder sich bewegen.
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In der bevorzugten Ausführungsform erfordern elektromagnetische Signale, die sich mit oder nahe der Lichtgewschwindigkeit zwischen einer SU 26, die nahe der Oberfläche der Erde positioniert ist, und einer Satellitenkommunikationsstation 12 in einer Erdumlaufbahn bewegen, eine Ausbreitungsdauer von ungefähr 2 - 3 msec oder mehr, was abhängt vom Sichtwinkel des Satelliten. Darüberhinaus können elektromagnetische Signale, die zwischen einer SU 26, die nahe der Oberfläche der Erde positioniert ist, und einem Satelliten 12 in einer Erdumlaufbahn eine beträchtliche Dopplerkomponente oder Frequenzverschiebung erfahren, deren präziser Wert abhängt unter anderem von der Quellenfrequenz, der Distanz des Satelliten zur Teilnehmereinheit und der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Satelliten und der Teilnehmereinheit.
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4 zeigt ein Flußdiagramm eines Signalquellenortsbestimmungsverfahren 100, das für die Verwendung in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Teile des Verfahrens 100 können bei irgendeinem Knoten des Kommunikationssystems 10 (1), einschließlich der Satellitenknoten 12, SCS 28, GW 22 oder SUs 26 durchgeführt werden. Das Verfahren 100 wird verwendet, um den Ort einer Sendesignalquelle, wie beispielsweise einer Teilnehmereinheit, zu bestimmen. In der bevorzugten Ausführungsform bestimmt das Verfahren 100 den Ort einer Teilnehmereinheit, die auf oder nahe der Oberfläche der Erde angeordnet ist.
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Das Ortsbestimmungsverfahren 100 umfaßt allgemein das Schaffen von Oberflächenkonturen, basierend auf anfänglichen Signalmessungen, das Erzeugen von Oberflächenorten und das Erzeugen statistischer Vertrauensgebiete, die die Oberflächenorte umgeben. In der bevorzugten Ausführungsform erzeugen die Schnittpunke der Oberflächenkonturen Kandidatenorte, die verwendet werden, um kleinste Quadratschätzungen zu „säen“, um endgültige Oberflächenorte zu erzeugen, die endgültige Orte nahe der Oberfläche umfassen. In der bevorzugten Ausführungsform werden Vertrauensellipsen um die endgültigen Orte unter Verwendung von Daten erzeugt, die während des Verfahrens der kleinsten Quadrate erzeugt werden. Wenn die gefundenen Orte nicht durch die Erdoberfläche begrenzt werden, werden andere Verfahren der Saaterzeugung verwendet.
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Schritt 102 sammelt Messungen von einer Signalquelle. Jede Messung hat eine damit verbundene Basisfunktion, die die Ankunftsfrequenz (FOA), die Ankunftszeit (TOA), die Zeitdifferenz der Ankunft (TDOA), die Rate der Änderung der TOA (TOA dot), den Ankunftswinkel (AOA), die Frequenzdifferenz der Ankunft (FDOA) und die Rate der Änderung der TDOA (TDOA dot) umfaßt. Für die Zwecke des Verfahrens 100 hängt die Zahl der notwendigen Messungen unter anderem davon ab, welche meßbare Quantitäten verfügbar sind und welcher Genauigkeitsgrad bei der Bestimmung des Ortes der Quelle gewünscht wird. Da alle Messungen einen gewissen Fehler aufweisen, kann der Fehler in diesen Messungen als Zufallsvariablen angesehen werden, die eine Gaussche Verteilung haben. Jede Messung zeigt daher eine charakteristische Varianz. Die Varianz jeder Messung steht in Bezug zur Messungsgenauigkeit des Empfängers, der die Messung macht, zusammen mit Bedingungen, die die Messung beeinflussen, wie beispielsweise atmosphärische Bedingungen. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Varianzen, die mit jedem Messungstyp zusammenhängen, bekannt.
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Im allgemeinen sind mindestens zwei Beobachtungen einer Signalquelle notwendig, um eine Signalquelle zu lokalisieren. Wenn die gemessenen Quantitäten verschieden sind, so erfolgen die beiden Beobachtungen vorzugsweise gleichzeitig. Wenn die gemessenen Quantitäten jedoch die gleichen sind, so erfolgen die Beobachtungen wünschenswerterweise zeitlich getrennt. Beispielsweise kann die FOA gleichzeitig mit der TOA gemessen werden. Alternativ werden zwei TOA-Beobachtungen zu unterschiedlichen Zeiten gemessen.
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Vorzugsweise sammelt Schritt 102 Messungen in einer einzelnen Beobachtungsposition, wiewohl Schritt 102 auch Messungen von verschiedenen Beobachtungspositionen sammeln kann. Beispielsweise kann Schritt 102 Messungen von zwei oder mehr Satelliten gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten sammeln. Zusätzlich kann Schritt 102 Messungen von einem Satelliten aber an unterschiedlichen Kreisbahnpositionen desselben Satelliten sammeln.
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Die Messungsquantitäten können auch durch mehrere Satelliten oder durch ein Flugzeug gesammelt werden. Während Schritt 102 vorzugsweise durch einen oder mehrere Satelliten 12 durchgeführt wird, werden die Schritte 104-122 vorzugsweise durch GW 22 (1) durchgeführt, wiewohl dies nicht erforderlich ist. Der Satellit 12 kann auch alle oder einige der Schritte 104 - 122 durchführen. Wie oben diskutiert wurde, kann nahezu jegliche Kombination von Messungen, die von einem Ort einer Signalquelle beeinflußt werden, im Verfahren 100 verwendet werden. Zusätzlich wird, wenn die Messung andere Schätzungen der Signalquellencharakteristika fordert, dies durch Erhöhen der Dimensionen eines Positionsvektors, der mit der Signalquelle verbunden ist, erfüllt. Beispielsweise erfordert eine Erdpositionierung, die allein auf FOA basiert, einen vierdimensionalen Positionsvektor, der den Ort der Quelle und die Frequenz der Übertragung einschließt. Fachleute werden verstehen, daß die Differenz zwischen einer FOA und einer Frequenz der Übertragung im allgemeinen durch eine Dopplerveschiebung und atmosphärische Effekte herrührt. In jedem gegebenen Zeitpunkt hält das GW 22 (1) die präzise Position und Geschwindigkeitsinformation für die Satelliten 12, die im Verfahren 100 verwendet wird.
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Schritt 104 paart die gemessenen Werte mit einer passenden Lokalisierungsfunktion und erzeugt Oberflächenkonturen, die mit jeder Funktion verbunden sind. Die Oberflächenkonturen sind so definiert, daß ein Signal, das an einem beliebigen Punkt der Oberfläche erzeugt wird, ein identische Messung ergibt. Schritt 104 erzeugt auch die zugehörigen Konturlinien für jede Messung. Die Oberflächenkonturlinien ergeben sich, wenn die Oberflächenkontur sich mit der Oberfläche der Erde schneidet. Diese Konturlinien umfassen die Orte des Kandidaten für die Signalquelle.
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Beispielsweise ergibt die Rate der Änderungen der TOA-Daten einen Konus (konische Oberfläche) um den Geschwindigkeitsvektor des Beobachters (beispielsweise einen Satelliten), wobei die Spitze des Konuses sich an der Position des Beobachters befindet. Die Erzeugung der Oberflächenkonturlinie ist die Kreuzung des Konus mit der Oberfläche der Erde. Im Fall von TDOA-Daten besteht die sich ergebende Oberfläche aus einem Hyperboloid mit zwei Blättern, mit einem Beobachter an jedem Ort. Fachleute werden fähig sein, die passende Oberflächenkontur mit jeder Messung zu paaren, wenn sie mit der speziellen Geometrie des Systems 10 (1) versorgt werden. Fachleute werden verstehen, daß einige Meßdaten zu mehrdimensionalen „Oberflächen“ Konturen führen.
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Vorzugsweise werden für leichte Berechnungen die Oberflächenkonturlinien durch eine Vielzahl von Liniensegmenten dargestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden diese Segmente erzeugt durch Schaffen und Verbinden eines finiten Satzes von Punkten, die auf beiden Oberflächen liegen. Da die Oberflächenkonturen für die Erzeugung von anfänglichen Saatorten verwendet werden, die die anfänglichen Positionsschätzungen darstellen, nähern sich die Oberflächenkonturen dem wahren Lösungssatz. In dieser Beziehung vermindert die Verwendung von Liniensegmenten, die die Oberflächenkonturen darstellen, drastisch die notwendigen Berechnungen.
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Beim Erzeugen der Oberflächenkonturen kompensiert Schritt 104 jede Änderungen der Geometrie, die zwischen den Messungen aufgetreten sein kann. Wenn die Messungen beispielsweise zu verschiedenen Zeiten durchgeführt wurden, kann sich die Position des Beobachtungspunktes geändert haben, da Satelliten 12 sich schnell bezüglich dem Ort einer Teilnehmereinheit bewegen. Zusätzlich beeinflußt die Rotation der Erde die Position einer Teilnehmereinheit. Schritt 104 kompensiert diese Änderungen in der Geometrie, indem er vorzugsweise mindestens einen Datensatz korrigiert. Auf diese Weise können gemessene Daten von mehreren Beobachtungen behandelt werden, als ob die Messungen gleichzeitig durchgeführt worden wären.
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Schritt 105 findet die Kreuzungspunkte der Oberflächenkonturlinien. Das Finden der exakten Kreuzungspunkte ist durch die Menge der erforderlichen Berechnungen schwierig in einer zeitlich effektiven Art durchzuführen. Somit verwendet das Verfahren 100 vorzugsweise eine zeitgünstigere Lösung. Beispielsweise wird das allgemeine Gebiet einer Kreuzung innerhalb zwei oder drei Liniensegmenten der Konturen isoliert. Für jeden Punkt auf der Kontur wird ein Winkel zu einem alternativen Beobachtergeschwindigkeitsvektor geprüft, um zu bestimmen, ob jeder Punkt entweder innerhalb oder außerhalb eines alternativen Konuses liegt, der sich aus dem Geschwindigkeitsvektor ergibt. Eine Änderung des Zustandes zeigt an, daß eine Kreuzung aufgetreten ist, und das Segment wird als wahrscheinlicher Kandidat für eine Kreuzung identifiziert.
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Während diese Lösung weit weniger Zeit verbraucht, so treten doch Fehler durch den alternativen Beobachtergeschwindigkeitsvektor auf. Da die Oberflächenkonturen aus einer finiten Anzahl von Segmenten gebildet werden, so sind die Konturen eine Annäherung an die wahre Kreuzung. Somit kann, obwohl ein Segment identifiziert wird, die tatsächliche Kreuzung stattdessen in einem angrenzenden Segment erkannt werden, insbesondere wenn die wahre Kreuzung nahe einem Konturpunkt liegt. Aus diesem Grund werden die angezeigten Kreuzungssegmente zusammen mit den angrenzenden Segmenten geprüft, um die Kreuzungssegmente zu finden.
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Wenn die Kreuzungssegmente lokalisiert wurden, so wird ihr Kreuzungspunkt berechnet. Da jedes Liniensegment von zwei Vektoren dargestellt wird, einer für jeden Segmentendpunkt, die ihren Ursprung im Zentrum der Erde haben, definieren die beiden Vektoren eine Ebene im Raum, die das gesamte Liniensegment enthält. Die zwei alternativen Vektoren (das sind die aus den alternativen Beobachtungen) definieren eine zweite Ebene. Die Kreuzung der beiden Liniensegmente müssen auf der Kreuzung der zwei Ebenen liegen. Auf diese Weise existiert die Kreuzungslinie der beiden Ebenen immer, sogar wenn die beiden Liniensegmente sich nicht tatsächlich kreuzen. Ein gültiger Kreuzungspunkt kann dann lokalisiert werden. Da dieses Verfahren unabhängig von der Größe der Eingabeendpunktvektoren und der Größe der erzeugten Vektoren ist, wird die Berechnungszeit wesentlich vermindert.
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Schritt 106 extrahiert die Samenorte aus den gültigen Kreuzungspunkten, die man in Schritt 105 gefunden hat. Die Samenorte werden vorzugsweise als Satz anfänglicher Ortsschätzungen gespeichert, die eine anfängliche Schätzung des Ortes der Signalquelle darstellen. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein intelligentes Lokalisierungssaatverfahren verwendet. Vorzugsweise sind die anfänglichen Saatorte die Kreuzungen der oben beschriebenen Oberflächenlinien. Es können jedoch auch andere Saaterzeugungstechniken verwendet werden, beispielsweise wenn man keine Kreuzungen oder nur ein paar Kreuzungen findet. Wenn zusätzliche Samen gewünschte werden, wird vorzugsweise ein Näherungssaatverfahren verwendet, um die zusätzlichen Samen zu erzeugen. Beispielsweise werden die dichtesten Punkte zwischen den Konturen identifiziert und als Samen verwendet.
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Die anfänglichen Startorte (beispielsweise die Saatorte) sind wichtig für die Genauigkeit des Lokalisierverfahrens. Wenn beispielsweise eine falsche „Oberfläche“ auf drei Dimensionen eingeschränkt ist, kann die Erdoberfläche aus darstellerischen Gründen als bedeckt mit einer Schale angesehen werden, die eine Oberfläche hat, die Löcher, Täler und Bergrücken hat. Die Fehleroberfläche beieht sich auf den Lokalisierfehler, der mit jeden entsprechenden Punkt auf der Erdoberfläche verbunden ist. Die beste Schätzung eines Ortes einer Signalquelle ist der Punkt auf der Fehleroberfläche, der den niedrigsten Wert oder das tiefste Loch in der Fehleroberfläche hat. Wenn sich ein anfänglicher Saatort weit entfernt vom Ort der Quelle befindet, können einige andere Täler oder Löcher (ein lokales Oberflächenminimum) gefunden werden, bevor der korrekte Ort bestimmt wird.
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In den meisten Situationen werden Gleichungen mit viel mehr als drei Dimensionen verwendet, um die Fehler-„oberfläche“ darzustellen, da die Fehleroberfläche mehrdimensional ist. Der Gradient der Gleichungen kann als „Neigung“ dieser mehrdimensionalen Fehleroberfläche angesehen werden.
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Abhängig von den Geometrien der Beobachtung und der Quelle und den gemessenen Parameterfunktionen von Schritt 102 kann sich eine relativ glatte Fehleroberfläche ergeben, die leicht zu queren ist und in der leicht das absolute Minimum festgestellt werden kann. Einige Fälle, die extrem nicht orthogonale oder nicht kreuzende Oberflächenkonturen umfassen und insbesondere solche, die eine große Zahl funktioneller Komponenten umfassen, führen zu rauheren Fehleroberflächen, die mehr Löcher und Täler haben, die schwieriger nach dem absoluten Minimum über breitere Bereiche abzusuchen sind. Im Falle einer glatteren Fehleroberfläche ist der Samenort weniger kritisch, da nahezu jeder Starpunkt zu einer idealen Lösung führt. Wenn die Oberfläche rauh ist und viele Täler oder Löcher enthält, so ist das Starten der Suche so dicht wie möglich an den wahrscheinlichen Orten kritisch. Somit ist es für das Saaterzeugungsverfahren von Schritt 106 vorteilhaft, wahrscheinliche Lösungen zu erzeugen.
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Schritt 108 bestimmt, ob alle im Schritt 106 erzeugten Samen in den Schritten 110 - 118 verwendet wurden. Wenn mehr Samen verfügbar sind, so wird Schritt 110 ausgeführt. Wenn nicht mehr Samen verfügbar sind, so wird Schritt 120 ausgeführt.
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Wenn einmal der Satz anfänglicher Samenorte verfügbar ist, so können die endgültigen Orte geschätzt werden. Schritt 110 nimmt jeden Samenort und berechnet eine Abweichung von den gemessenen Werten unter Verwendung der aktuellen Systemgeometrie und dem geschätzten Samenort. Idealerweise wird unter Verwendung eines Verfahrens der kleinsten Quadrate die Abweichung sich null nähern und eine ideale Lösung gefunden. Es ist jedoch weniger wahrscheinlich, daß eine ideale Lösung zu Beginn gefunden wird. Um vom aktuellen geschätzten Ort zu einem anderen Ort weiter zu gehen, vorzugsweise mit einer kleineren Abweichung, ist eine Information über die lokale Fehleroberfläche notwendig. Zusätzlich zur Abweichungsinformation wird der Gradient (das ist die Neigung) der Fehleroberfläche um den Ort für jede Messungsfunktion bestimmt, so daß eine bessere Lösung den steilsten Hang vom aktuellen Ort hinab erzeugt werden kann. Schritt 112 bestimmt, ob die Abweichungsverbesserung für diese Iteration des Schrittes 112 unter einem vorbestimmten Wert liegt, und wenn nicht, so erzeugt Schritt 113 einen nächsten Lösungsort. Schritt 110 berechnet dann einen kombinierten Gradient jeder der Messungsfunktion an diesem Lösungsort.
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Ein Minimierverfahren der kleinsten Quadrate hat eine gewisse Fähigkeit, lokale Minima zu vermeiden. Wenn nächstbeste Lösungen auf solche unterhalb des aktuellen Ortes beschränkt sind, so kann man einem lokalen Minimum nicht entkommen. Aus diesem Grund sucht das Verfahren innerhalb des allgemeinen Gebietes eines aktuellen Ortes auf der Fehleroberfläche, um eine steilere Neigung und wünschenswerterweise eine bessere Lösung zu finden. Da diese Fähigkeit eines Minimierverfahrens der kleinsten Quadrate etwas beschränkt ist, ist es wünschenswert, zuverlässige Samenorte zu erzeugen. Ein Verfahren der kleinsten Quadrate, das für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, kann man finden in „Numerical Recipes in C“ von William H. Press, Saul A. Teukolsky, William T. Vetterling und Brian P. Flannery. Dieses Verfahren ist bekannt als das „Levenburg-Marquardt“-Verfahren.
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Das Verfahren der kleinsten Quadrate gewichtet jeden gemessenen Paramter gemäß einer Varianz, die mit diesem gemessenen Parameter verbunden ist. Die Varianzen der gemessenen Parameter werden kombiniert, um eine Kovarianz-Matrix zu erzeugen. Die Kovarianz-Matrix beschreibt, wie jeder Parameter durch die Varianzen in den anderen Parametern beeinflußt wird.
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Die Schritte 110, 112 und 113 werden wiederholt, bis die Verminderung in der Abweichung von einer Lösung zu einer anderen Lösung unterhalb einer vorbestimmten Toleranz liegt. Die Abweichung wird nachfolgend in den Schritten 116 und 118 verwendet, um zu schätzen, wie gut die gemessenen Daten die Lösung erfüllen.
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Im Falle von mehr als zwei Oberflächenkonturen ist eine ideale Lokalisierung von einem geometrischen Standpunkt nicht immer möglich. Die Oberflächenkonturen können sich nicht an einem einzelnen Punkt schneiden. Wenn ein Kreuzung vorliegt, so definiert die Kreuzung einen einzelnen Punkt, aber da die Oberflächenkreuzungen aus einer Serie von Segmenten gebildet sind, so ist die Kreuzung nicht eine ideale Darstellung des Lösungsortes. Um die Lösungen weiter zu verfeinern, wird ein statistische Fehlerminimierverfahren verwendet. Beispielsweise kann es im Falle von drei Oberflächenkonturlinien, die sich ungefähr an einem Ort schneiden, in Wirklichkeit drei getrennte Zweilinienkreuzungen geben. Jede dieser Kreuzungen kann die ideale Lösung sein, oder die ideale Lösung kann irgendwo dazwischen liegen.
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Schritt 114 berechnet die Eigenwerte der Kovarianzmatrix. In anderen Worte: die Kovarianzmatrix wird diagonalisiert. Die Eigenwerte stellen die Richtung von Ellipsen Haupt- und Nebenachsen relativ zu den Standardkoordinatensystemachsen dar, wobei es sich in diesem Fall um ein lokales vertikales Koordinatensystem handelt.
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Schritt 116 erzeugt ein Vertrauensgebiet für den speziellen Samenort, der betrachtet wird, unter Verwendung der Eigenwerte von Schritt 114. Schritt 116 wird für jeden Samenort durchgeführt, wenn das Verfahren die Schleife der Schritte 110-118 durchführt. Durch die statistische Varianz, die mit jedem gemessenen Parameter verbunden ist, besteht eine Unsicherheit bei jedem der entsprechend erzeugten Ortswerte. Beispielsweise kann eine Oberflächenkonturlinie, um einen gewissen Betrag durch eine Unsicherheit in dieser Messung versetzt sein. Zusätzlich zum Versatz können die Oberflächenkonturlinien in Wirklichkeit durch die Ungenauigkeit der Messung einen etwas breiteren Weg (eine Unsicherheitsregion) darstellen. Somit kann die Kreuzung zweier Oberflächenkonturlinien, die ihre Unsicherheitsgebiet einschließen, ein beträchtliches Oberflächengebiet ergeben.
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Schritt 116 erzeugt ein statistisches Vertrauensgebiet um jeden Lösungsort. Alle Orte innerhalb dieses Gebietes sind gleich gültige endgültige Lösungsorte. Da es unmöglich ist, einen endgültigen Lösungort mit einer größeren Genauigkeit als die gemessenen Paramter zu finden, so spiegelt das Vertrauensgebiet einen Grad der Unsicherheit in diesem Gebiet wieder. Beispielsweise kann ein 90 Prozent-Vertrauensgebiet für gewisse Anwendungen erzeugt werden, während ein Fünfzigprozentvertrauensgebiet für andere Anwendungen erzeugt werden kann. Das Fünfzigprozentvertrauensgebiet wird natürlicherweise kleiner als das Neunzigprozentvertrauensgebiet sein. Je größer das Gebiet desto höher der Vertrauenspegel.
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In der bevorzugten Ausführungsform ist das Vertrauensgebiet für eine verfeinerte Ortsschätzung eine Ellipse (ein elliptisches Gebiet), da die Messungen des Schrittes 102 auf Daten basieren, die im allgemeinen eine Gaussche Verteilung haben. Dreidimensionale Vertrauensintervalle erzeugen ein Ellipsoid, das auf die Oberfläche der Erde projiziert wird, was die Vertrauensellipse ergibt. Die Vertrauensellipse quantifiziert die Ungenauigkeit durch die Fehler in den Messungsquantitäten jeder der in Schritt 113 erzeugten Orte. Wie oben diskutiert wurde, sind die erzeugten Orte nicht exakt aus Gründen wie dem Meßfehler, Rechnungsnäherungen, Aufrundungen und der geometrischen Konfiguration. Mehrere Orte sind wahrscheinlich durch die reflexive Geometrie mit begrenzten Messungssätzen.
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In der bevorzugten Ausführungsform wird beim Erzeugen des elliptischen Oberflächengebiets das dreidimensionale Ellipsoid auf eine lokale Tangentenebene projiziert, bei der es sich um eine Tangente zur Erdoberfläche an einem Punkt handelt, der durch durch den Lösungspunkt definiert ist. Dies ergibt eine ebene Ellipse. Die Ellipse wird dann auf eine sphärische oder abgeflachte Oberfläche projiziert, die die Erdoberfläche darstellt. Eine Datentransformation kann notwendig sein. Diese wird durch Techniken der linearen Algebra vorgenommen, die Fachleuten wohl bekannt sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform zeigt Schritt 118 den Ort von Schritt 113 und das Vertrauensellipsengebiet von Schritt 116 an. In einer Ausführungsform wird das Vertrauensellispengebiet oder die Außenlinie auf einem Videoschirm in einer Farbe angezeigt, die die Abweichungsinformation, die in Schritt 110 erzeugt wurde, darstellt. In einer anderen Ausführungsform wird die Anzeigeinformation in einem Speicher gespeichert.
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Nach Schritt 118 geht das Verfahren 100 zurück zu Schritt 108, um zu bestimmen, ob die Schritte 110- 118 für alle Samenorte durchgeführt wurden. Wenn alle Samen verwendet wurden, so wird Schritt 120 ausgeführt. Schritt 120 bestimmt, ob ein endgültiger Lösungsort akzeptabel ist. Es können beispielsweise viele Lösungsorte in den Schritten 110 - 113 erzeugt werrden, von denen manche kleine Vertrauensgebiete und manche größere Vertrauensgebiete haben. Einige Lösungsorte haben geringe Abweichungen während andere größere Abweichungen haben.
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In einer Ausführungsform werden die Vertrauensgebiete und die zugehörigen endgültigen Lösungen zum GW 22 (1) gesandt, wo sie für die Rechnungsstellung der Teilnehmereinheit und andere oben diskutierte Funktioen verwendet werden. Das Verfahren 100 wird wieder durchgeführt, wenn die Lokalisierung einer beliebigen Teilnehmereinheit gewünscht wird.
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Insgesammt liefert die vorliegende Erfindung ein verbessertes Funktelekommunikationssystem und ein Verfahren, das Orte von Teilnehmereinheiten bestimmt. Ein Ort einer Teilnehmereinheit wird bestimmt unter Verwendung eines Satelliten, der die Erde in einer niedrigen Erdumlaufbahn umkreist. Es muß nicht mehr als ein Satellit verwendet werden, um den Ort einer Teilnehmereinheit zu bestimmen, obwohl mehr als ein Satellit verwendet werden kann. Darüberhinaus ist eine niedrige Erdumlaufbahn für Kommunikationen vorteilhaft, da Teilnehmereinheiten mit niedrigerer Leistung verwendet werden können und das Spektrum wirksamer wieder verwendet werden kann.
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Ein iteratives Verfahren wird verwendet, um anfängliche Samenorte zu verfeinern in eine Lösung, die zu endgültigen Orten mit zugehörigen Vertrauensgebieten konvergiert. Die Orte der Teilnehmer werden schnell für die große Mehrzahl der Orte bestimmt. Eine relativ ungenaue Ortsbestimmung kann für die große Mehrzahl der Orte ausreichend sein. Die vorliegende Erfindung stellt fest, wenn eine größere Genauigkeit gefordert wird, und es werden zusätzliche Beobachtungen durchgeführt, wenn dies erforderlich ist, um die größere Genauigkeit zu erreichen. Kurz gesagt verhindert die vorliegende Erfindung eine Verschwendung von Zeit und Systemkapazität bei der Auflösung des Ortes mit einem größeren Genauigkeitsgrad, als er vom System benötigt wird. Wenn ein Ort bestimmt wurde, so verwenden das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung diesen Ort, um Kommunikationsdienste, die vom System angeboten werden, zu qualifizieren.
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Fachleute werden erkennen, daß Änderungen und Modifikationen in diesen bevorzugten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Fachleute werden erkennen, daß das hier dargestellte Flußdiagramm die vorliegende Errfindung zeigen soll und daß verschiedene Techniken für das Implementieren des Programmflußes, die nicht notwendigerweise selbst zu einem Flußdiagram führen, verwendet werden können. Insbesondere kann jeder hierin besprochene Schritt unterbrochen werden, um es dem Programmfluß zu gestatten, Hintergrundschritte oder andere Schritte auszuführen. Zusätzlich kann die spezielle Reihenfolge der Schritte geändert werden, und die speziellen Techniken, die verwendet werden, um die Schritte zu implementieren können sich von System zu System unterscheiden.
