DE10001834A1

DE10001834A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer geographischen Position einer mobilen Kommunikationseinheit

Info

Publication number: DE10001834A1
Application number: DE10001834A
Authority: DE
Inventors: Gary Sutton; Lawrence R Weill
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2001-08-09
Also published as: US20030074685A1; GB0000838D0; FR2795525A1; US6246361B1; GB2351626A

Abstract

Die Position einer Mobileinheit wird durch die Bewertung der Momentanabstände zwischen einer sich oberhalb der Erdoberfläche und der Mobileinheit bewegenden Vorrichtung bestimmt. Die Momentanabstände werden durch Messen der Laufzeit mehrerer Signale und Berechnen des Abstandes auf der Basis Signalgeschwindigkeit bestimmt. Einer von zwei möglichen Positionsbereichen wird als der die Position der Mobileinheit enthaltende Bereich identifiziert, indem die sich aufgrund der Erdrotation ergebende Bewegung der Mobileinheit beobachtet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer geogra phischen Position einer mobilen Kommunikationseinheit und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestim mung einer geographischen Position einer mobilen Kommunikati onseinheit unter Anwendung einer sich oberhalb der Erdober fläche bewegenden Vorrichtung.

Kommunikationssysteme und Techniken zur Bestimmung der Position einer Einheit sind bekannt. Viele Techniken nutzen globale Positionierungssysteme (GPS), welche es einer Mobil einheit ermöglichen, ihre Position auf der Basis von Signalen von mindestens drei Satelliten zu ermitteln. GPS-Systeme ar beiten gut, wenn sich die Mobileinheit in einem freien Be reich, wie z. B. auf einem Ozean oder in der Luft befindet. GPS-Systeme unterliegen jedoch einer Einschränkung dahinge hend, daß die Mobileinheit hindernisfreie Pfade zu mindestens drei GPS-Satelliten haben muß. Einige GPS-Systeme erfordern ein Minimum von vier Satelliten, um die Position einer Mobi leinheit zu bestimmen. Wenn von der Mobileinheit keine im we sentlichen sauberen Signale von den erforderlichen Satelliten empfangen werden können, kann die Mobileinheit ihre Position nicht bestimmen.

Es wurden Techniken vorgeschlagen, welche Satellitensy steme in niedrigen Erdumlaufbahnen (LEO - Low Earth Orbit) verwenden. Satelliten in LEO-Systemen kreisen in niedrigerer Höhe als GPS-Satelliten und sind nicht geostationär sondern kreisen statt dessen im Vergleich zu GPS-Satelliten mit hoher Geschwindigkeit um die Erde. LEO-Satellitensysteme enthalten viel mehr Satelliten als GPS-Systeme, um eine globale Abdec kung in niedriger Höhe zu erreichen.

Mindestens eine vorgeschlagene Technik zur Bestimmung der Position einer Mobileinheit, wie sie beispielsweise in dem U.S. Patent Nr. 5,610,615 beschrieben ist, versucht einen Vorteil aus der niedrigeren Umlaufbahn und höheren Geschwin digkeit der LEO-Satelliten zu ziehen. Diese Technik ermög licht es einer Mobileinheit, ihre Position durch den Empfang eines Signals von nur einem Satelliten zu bestimmen, und ei nen Momentanelevationswinkel, Winkel in Bezug auf die Umlauf bahn des Satelliten und weitere Parameter zu bestimmen. Diese Technik weist jedoch Nachteile dahingehend auf, daß die Be rechnungen komplex sind, und höhere Produktions- und War tungskosten des Systems erfordern. Ferner erfordert die Tech nik, daß die Mobileinheit Informationen verarbeitet und Be rechnungen ausführt, was die Komplexität, Größe und Kosten der Mobileinheiten erhöht. Zusätzlich zu den vorstehend dis kutierten Nachteilen ermöglicht das in den Referenzpatent an geführte Positionierungsverfahren keine Genauigkeit, die für die Lokalisierung einer Mobileinheit in Notsituationen geeig net ist.

Systeme, welche erfordern, daß die Mobileinheit ihre Position bestimmt, weisen ferner in Notsituationen Nach teile auf. In Notsituationen kann ein Benutzer nicht in der Lage sein, Positionsinformation an Notdienste wei terzugeben. Beispielsweise kann ein Benutzer das Bewußt sein verlieren, oder über nur eingeschränkte Kommunika tionsfähigkeiten aufgrund von unfallbedingten Verletzun gen besitzen.

Daher gibt es einen Bedarf für ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine einfache und effiziente Lokalisierung eines mobilen Benutzers und zum Übertragen der Position an Notdienstorganisationen im Notfall.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lokalisierung einer Mobileinheit unter Ver wendung einer sich oberhalb der Erdoberfläche bewegenden Vor richtung, indem die Laufzeit von zwischen der Mobileinheit und der Vorrichtung übertragenen Signalen beobachtet wird.

In einigen Ausführungsform der Erfindung wird die Lauf zeit von zwischen der Mobileinheit und nur einem um die Erde kreisenden Satelliten übertragenen Signal, verwendet, um Mo mentanabstände zwischen dem Satelliten und der Mobileinheit zu bestimmen. Jeder der Momentanabstände kann durch einen Kreis mit dem Satelliten als Mittelpunkt zu einem spezifi schen Zeitpunkt dargestellt werden. Der Schnitt von zwei be liebigen Kreisen führt zu zwei möglichen Positionen der Mobi leinheit. Eine der zwei möglichen Position wird als die Lage der Mobileinheit identifiziert, indem eine Bewegung der Mobi leinheit aufgrund der Erdrotation beobachtet wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden mehrere Signalimpulse von dem Satelliten an die Mobileinheit gesen det. Die Mobileinheit sendet die Signalimpulse an den Satel liten nach einer vorbestimmten Rücksendeverzögerung zurück. Der Satellit mißt die verstrichene Zeit zwischen dem Senden der Signale von dem Satelliten und dem Empfang der Signale an dem Satelliten. Der Momentanabstand wird der Subtraktion der bekannten Rücksendeverzögerung von der verstrichenen Zeit und Division des Ergebnisses durch die doppelte Signalgeschwin digkeit berechnet.

In einer weiteren Ausführungsform gehen die Signale von einer Bodenstation aus, werden von dem Satelliten an die Mo bileinheit weitergeleitet, und werden über den Satelliten wieder zu der Bodenstation zurückgesendet. Die Signallaufzei ten zwischen dem Satelliten und der Mobileinheit werden durch Subtraktion der Rücksendeverzögerungen in dem Satelliten und der Mobileinheit und durch Subtraktion der Signallaufzeiten zwischen der Bodenstation und dem Satelliten bestimmt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestimmt eine Bodenstation die Position einer Mobileinheit auf der Ba sis einer Information, die von nur einem einzigen um die Erde kreisenden Satelliten einschließlich der Empfangszeitpunkte von der Mobileinheit gesendeter Signale weitergegeben wird. Die Bodenstation berechnet die Position der Mobileinheit un ter Verwendung der Geschwindigkeit (Geschwindigkeit und Richtung) des Satelliten, der Position des Satelliten, der Diffe renz zwischen den Empfangszeitpunkten des von der Mobilein heit gesendeten Signals und von der Erdrotation.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden Signale von der Mobileinheit zu Zeiten gesendet, die durch vorbestimmte Zeitintervalle getrennt sind. Die Momentanab stände werden durch Beobachtung der Empfangszeitpunkte der Signale bei dem Satelliten bestimmt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehend de taillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in welchen gleiche Bezugszeichen Teile bezeichnen, und in welchen:

Fig. 1 eine Blockdarstellung eines Satellitenkommunikati onssystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Abschnittes des Systems 100 in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;

Fig. 3a eine Draufsicht auf die sich oberhalb der Erd oberfläche bewegende Vorrichtung ist, wenn die Vorrichtung die ersten drei Signale von mehreren Signalen aus der Mobi leinheit in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungs form der Erfindung;

Fig. 3b eine isometrische Ansicht der sich oberhalb der Erdoberfläche bewegenden Vorrichtung ist, welche die Bezie hung zwischen den Momentanabständen und der Erdoberfläche in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der Er findung darstellt;

Fig. 3c eine isometrische Ansicht der sich oberhalb der Erdoberfläche bewegenden Vorrichtung ist, welche den Schnitt zwischen der ersten und er zweiten Kugel in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform darstellt;

Fig. 3d eine Seitenansicht der sich oberhalb der Erdober fläche bewegenden Vorrichtung in Übereinstimmung mit der be vorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;

Fig. 4 ein isometrisches Zeitdiagramm der sich oberhalb der Erdoberfläche bewegenden Vorrichtung ist;

Fig. 5a ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Lokalisie rung einer Mobileinheit in Übereinstimmung mit der bevorzug ten Ausführungsform der Erfindung ist;

Fig. 5b ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen der ersten und zweiten Momentanabstände in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5c ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Lösen der lateralen Zweideutigkeit der Position der Mobileinheit in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der Er findung ist;

Fig. 6 eine graphische Darstellung eines Simulation des Verfahrens zum Lokalisieren der Mobileinheit in Übereinstim mung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, wobei die Anzahl von Momentanabstandsmessungen gleich 11 ist;

Fig. 7 eine graphische Darstellung einer Simulation des Verfahrens zum Lokalisieren der Mobileinheit in Übereinstim mung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, wobei die Anzahl von Momentanabstandsmessungen gleich 61 ist;

Fig. 8 eine graphische Darstellung einer Simulation des Verfahrens zum Lokalisieren der Mobileinheit in Übereinstim mung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, wobei die Anzahl von Momentanabstandsmessungen gleich 121 ist;

Fig. 9 eine graphische Darstellung einer Simulation des Verfahrens zum Auflösen der lateralen Zweideutigkeit der Mo bileinheit in Übereinstimmung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;

Fig. 10 eine isometrische Ansicht der sich oberhalb der Erdoberfläche bewegenden Vorrichtung in Übereinstimmung mit der dritten und vierten alternativen Ausführungsform ist;

Fig. 11 eine Draufsicht auf die Vorrichtung ist, während sie die ersten drei Signale bei ihren Bewegungen oberhalb der Erdoberfläche in Übereinstimmung mit der dritten und vierten alternativen Ausführungsform der Erfindung empfängt; und

Fig. 12 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen der ersten und zweiten Momentanabstände in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der Erfindung ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 1 ist eine Blockdarstellung eines Satellitenkommuni kationssystems 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Das Kommunikationssystem 100 enthält bevorzugt mehrere die Erde 104 umkreisende LEO-Satelliten 100 (LEO -Low Earth Orbit), mehrere Mobileinheiten 106 und mehrere Bo denstationen 108. Mehrere derartiger Systeme sind bereits im plementiert, einschließlich der Systeme Iridium, Globalstar, Skybridge und Teldesic. Abhängig von dem speziellen Kommuni kationssystem umkreisen die einzelnen Satelliten 102 die Erde in einer Höhe von 643 und 1608 km (400 und 1000 Meilen) über der Erdoberfläche. Bekanntermaßen bewegen sich die LEO- Satelliten 102 in vordefinierten Umlaufbahnen 110, wobei die LEO-Kommunikationssysteme unterschiedliche Technologien für die Kommunikation nutzen. Beispielsweise nutzt das Global star-System Codemultiplexmehrfachzugriff-(CDMA - Code Divisi on Multiple Access)-Techniken zur Kommunikation. Wie es für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sein wird, kön nen die Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung mit jedem von den mehreren bereits arbeitenden oder vorge schlagenen LEO-Satellitensystemen implementiert werden.

Mobileinheiten 106 können irgendwo auf der Oberfläche (oder nahe der Oberfläche) der Erde 104 einschließlich Stel len auf Wasser, wie z. B. Flüssen, Ozeanen, Seen und anderen Wasserkörpern angeordnet sein. Ferner kann sich abhängig von dem Gelände der geographischen Region die Mobileinheit 106 auf jeder Höhe in Bezug auf die Meereshöhe befinden.

Wie es für den Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres ersichtlich ist, kann die vorliegende Erfindung in jedem Kom munikationssystem 100 verwendet werden, das sich eine ober halb der Erdoberfläche 104 bewegende Vorrichtung (102), wie z. B. einen Satelliten oder ein Flugzeug nutzt, und ist nicht auf die hierin beschriebene besonders Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann die Vorrichtung in einem AWAC-Flugzeug angeordnet sein, das sich in einer definierten Bahn über der Erde 104 bewegt. Demzufolge treffen die Prinzipien, obwohl sich die nachstehende Beschreibung auf einen innerhalb eines Satellitenkommunikationssystems arbeitenden Satelliten 102 bezieht, auf jede Vorrichtung 102 zu, welche sich oberhalb der Oberfläche der Erde 104 bewegt.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Abschnittes des Sa tellitenkommunikationssystems 100 in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Mobileinheit 106 ist in Übereinstimmung mit dem besonderen Kommunikations system 100 aufgebaut und wird bevorzugt für Sprach- und Da tenkommunikationen sowie für andere in dem Kommunikationssy stem 100 verfügbare Kommunikationsdienste verwendet.

Die Mobileinheit 106 enthält eine Steuerung 204, eine Speichereinrichtung 208 und einen Sendeempfänger 210. Der Sendeempfänger 210 enthält einen Sender und einen Empfänger, welche in der Lage sind, mit dem Satellitenkommunikations system 100 zu kommunizieren, und unter Anwendung bekannter Techniken aufgebaut sind. Der Sender enthält einen Modulator zum Modulieren von Signalen in Übereinstimmung mit dem Proto koll des Kommunikationssystems und der Empfänger enthält ei nen Demodulator zum Demodulieren von in dem Empfänger empfan genen Signalen. Wie es für den Fachmann auf diesem Gebiet of fensichtlich sein wird, kann die für die verschiedenen Emp fänger- und Senderfunktionen erforderliche Schaltung als nur eine einzige Schaltung implementiert werden, um dort, wo es erforderlich ist, Redundanz, Größe und Kosten einzusparen.

Die Speichereinrichtung 208 ist bevorzugt eine integrier te Schaltung, welche in der Lage ist, Information zu spei chern und kann eine beliebige von den verschiedenen Typen von Speichereinrichtungen sein. Die Steuerung 204 ist ein digita ler Prozessor, Mikroprozessor oder irgend ein anderer Prozes sortyp, welcher in der Lage ist, vorbestimmte Programme zu speichern und abzuarbeiten, um die Gesamtfunktionalität der Mobileinheit 106 zu ermöglichen. In der bevorzugten Ausfüh rungsform enthält die Steuerung 204 einen Taktgeber 205, wie z. B. einen Quarzkristall, der zusammen mit der geeigneten Schaltung zur Erzeugung eines Taktsignals implementiert ist.

In einer Notsituation (oder zu jedem anderen Zeitpunkt, wenn der Benutzer die Position der Mobileinheit 106 bestimmen will) startet der Benutzer der Mobileinheit 106 eine Lokali sierungssequenz durch Aktivieren eines Schalters 202. Bevor zugt ist der Schalter 202 ein Drucktastenschalter, der zum Notfallzeitpunkt schnell und leicht erreichbar ist. Alterna tive Verfahren zum Starten der Lokalisierungssequenz können ebenfalls verwendet werden. Beispielsweise kann die Lokali sierungssequenz, wenn die Mobileinheit 106 über eine Sprach erkennung verfügt, durch von dem Benutzer gesprochenen unter schiedliche Worte wie z. B. "HILFE" gestartet werden. In wei teren Ausführungsformen kann die Lokalisierungssequenz durch einen "Bedienerausfall-Zustand", wie z. B., wenn sich die Mo bileinheit 106 in einer horizontalen statt in der vertikalen (aufrechten Position) befindet. Ferner kann, wenn die Mobil einheit 106 in einem Fahrzeugsicherheitssystem integriert ist, die Lokalisierungssequenz auch durch die Aktivierung ei nes Sicherheitsmechanismus ausgelöst werden. Beispielsweise kann die Lokalisierungssequenz durch die Auslösung eines Si cherheits-Airbags des Fahrzeugs gestartet werden.

Wenn die Initialisierungssequenz für die Lokalisierung gestartet ist, erhält die Steuerung 204 eine Benutzeridenti fikationsnummer aus dem Speicher 208 und sendet die entspre chenden Befehlssignale an den Sendeempfänger 210, um ein Ak tivierungssignal über die Antenne 209 an den Satelliten 102 zu senden. In der bevorzugten Ausführungsform moduliert der Modulator in dem Sender einen Hochfrequenz-(HF)-Träger gemäß dem Protokoll des Satellitenkommunikationssystems 100.

Der Satellit 102 enthält einen Sendeempfänger 212, eine Steuerung 214, einen Taktgeber 216 und eine Speichereinrich tung 217. Der Sendeempfänger 212 enthält einen Sender und ei nen Empfänger, welche eine Kommunikation innerhalb des Satel litenkommunikationssystems 100 durchführen können. Der Sen deempfänger enthält einen Modulator zum Modulieren von Signa len gemäß dem Protokoll des Satellitenkommunikationssystems 100 und der Empfänger enthält einen Demodulator zum Demodu lieren von Signalen, die in dem Empfänger entweder von der Mobileinheit 106 oder der Bodenstation 108 empfangen werden. Die für die verschiedenen Empfänger- und Senderfunktionen er forderliche Schaltung kann also eine einzige Schaltung imple mentiert werden, wo es zur Vermeidung von Redundanz, Größe und Kosten angezeigt ist.

Die Speichereinrichtung 217 ist bevorzugt eine integrier te Schaltung, welche in der Lage ist, Information zu spei chern, und kann eine beliebige von den verschiedenen Typen von Speichereinrichtungen sein. Die Steuerung 214 ist ein di gitaler Prozessor, Mikroprozessor oder irgend ein anderer Prozessortyp, welcher in der Lage ist, vorbestimmte Programme zu speichern und abzuarbeiten, um die Gesamtfunktionalität des Satelliten 102 zu ermöglichen. In der bevorzugten Ausfüh rungsform enthält die Steuerung 214 einen Taktgeber 216, wie z. B. eine Quarzkristall, der zusammen mit der geeigneten Schaltung zur Erzeugung eines genauen Taktsignals implemen tiert ist. Bevorzugt sollte der Taktgenerator 216 keine schlechtere Genauigkeit als 10 ppm aufweisen. Viele Satelli tensysteme können jedoch genauere Taktgeneratoren innerhalb des Satelliten für Anwendungen außerhalb dieser Erfindungen erfordern.

Das Aktivierungssignal wird von einem Sendeempfänger 212 empfangen, demoduliert und an die Steuerung 214 weitergelei tet. In der bevorzugten Ausführungsform sendet die Steuerung 214 mehrere Signale über den Sendeempfänger 212 zu den Sende zeitpunkten, die von in der Steuerung 214 vorhandenen vorbe stimmten Programmen vorgegeben werden, an die Mobileinheit 106. Die Zeit zwischen den Sendezeitpunkten kann in dem Be reich von etwa einigen wenigen hundert Millisekunden bis zu mehreren Sekunden reichen, und hängt von mehreren Faktoren ab. Der optimale Zeitpunkt der Sendezeitpunkte hängt von den speziellen Satellitenkommunikationssystem 100 und Parametern, wie z. B. der maximal zulässigen Zeit für die Lokalisierung der Mobileinheit, der gewünschten Genauigkeit für die ge schätzten Lokalisierung, der Geschwindigkeit des Satelliten, der Signalstärke, der Genauigkeit der Taktsignale (205, 216), der Rücksendeverzögerung der Mobileinheit, dem maximal ange nommenen von den Signalen durchlaufenen Abstand und von wei teren dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannten Faktoren ab.

Jedes der von dem Satelliten 102 gesendeten Signale benö tigt eine begrenzte Signallaufzeit, um die Mobileinheit 106 zu erreichen. Da der Satellit 102 die Erde 104 umkreist, und sich mit einer Geschwindigkeit in Bezug auf die Mobileinheit 106 bewegt, werden die Signale nicht in der vorgegebenen Pe riode empfangen, mit welcher sie gesendet wurden. Mit anderen Worten, wenn die Signalimpulse (Signale) mit einer einmaligen Periode pro Sekunde gesendet werden, können die bei dem Sa telliten empfangenen Signale mit einer Periode etwas kleiner oder etwas größer als eine Sekunde in Abhängigkeit von der Relativbewegung zwischen dem Satelliten 102 und der Mobilein heit 106 empfangen werden.

Obwohl in der bevorzugten Ausführungsform die Signale als Impulse auf einer Trägerfrequenz beschrieben werden, wird der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, daß andere Signalarten, wie z. B. pseudozufällige Signale verwendet werden können. In dem Falle von kontinuierlichen Wellensignalen können die Zeitmessungen als Phasenmessungen interpretiert werden. Sig nale, welche pseudozufällige Codes verwenden, erlauben die Übertragung einer höheren Signalenergie und können zu genaue ren Abstandsmessungen als Impulssignale führen. Im Interesse der Kürze und Klarheit wird bei den hierin beschriebenen Prinzipien angenommen, daß die Signale Impulse sind. Der Fachmann auf diesem Gebiet wird jedoch erkennen, daß die Prinzipien leicht auf Verfahren, welche andere Signaltypen nutzen, angewendet werden können. Ein Verfahren, das derarti ge Codes nutzt, erfordert, daß der Satellit 102 (oder die Bo denstation 108) einen Bereichscode sendet, welcher von der Mobileinheit 106 verfolgt und kontinuierlich auf einer ande ren Frequenz (um eine Interferenz mit dem ankommenden Code zu vermeiden) zurückgesendet wird. In einem weiteren Verfahren sendet der Satellit 102 das Codesignal periodisch und emp fängt den zurückgesendeten Code in den dazwischen liegenden "Ruhe"-Perioden. Diese zweite Möglichkeit macht es unnötig, daß entweder die Mobileinheit 106 oder der Satellit 102 gleichzeitig empfangen und senden.

Nach dem Empfang der Signale bei der Mobileinheit 106 sendet die Mobileinheit 106 die Signale nach einer bekannten Rücksendeverzögerung an den Satelliten 102 zurück. Die Rück sendeverzögerung wird bevorzugt von der Steuerung 204 unter Verwendung des Taktes 205 gemessen und beträgt etwa 50 bis 200 Mikrosekunden. Die Mobileinheit 106 ist einer Weise im plementiert, die zu einer minimalen Rücksendeverzögerung führt, um die Zeitpunktfehler aufgrund des Taktfrequenzfeh lers zu minimieren. Die Signale werden bei dem Satelliten 102 nach einer Signallaufzeit empfangen. In der bevorzugten Aus führungsform ist die Signallaufzeit jedes Signal von dem Sa telliten 102 an die Mobileinheit 106 in etwa gleich der Sig nallaufzeit für dasselbe von dem Satelliten 102 an die Mobi leinheit 106 gesendete Signal, da sich die Position des Sa telliten 102 nicht wesentlich während der Umlaufzeit des Sig nals verändert. Die Signallaufzeit jedes Signals ist im Ver gleich zu der Signallaufzeit anderer Signale unterschiedlich, da der Satellit 102 eine Möglichkeit hat, sich während der Zeit zwischen den Signalsendezeitpunkten auf die Mobileinheit 106 hin oder davon weg zu bewegen.

Wie nachstehend im Detail diskutiert, wird ein Momen tanabstandssignal zwischen der Mobileinheit 106 und dem Sa telliten 102 für jedes Signal auf der Basis der von dem An fangssendezeitpunkt des Satelliten 102 bis zum Empfang des Signals bei dem Satelliten 102 verstrichenen Gesamtzeit be stimmt. Bevorzugt versieht der Satellit 102 jedes von den mehreren Signalen mit einem "Zeitstempel", wenn es von der Mobileinheit empfangen wird. Mit anderen Worten, der Emp fangszeitpunkt jedes der Signale wird aufgezeichnet. Bevor zugt wird jeder aufgezeichnete Empfangszeitpunkt an die Bo denstation 108 in einer Meldung gesendet. Die Empfangszeit punkte können zu der Bodenstation 108 mittels irgendeiner von einer Vielzahl von Techniken übertragen werden. Beispielswei se können mehrere Sende- und Empfangszeitpunkte gespeichert und in einer einzigen Nachricht gesendet werden, oder es kann eine getrennte Nachricht, die einem einzelnen Signalempfangs zeitpunkt oder Sendezeitpunkt entspricht, gesendet werden. Bevorzugt speichert der Satellit 102 die Sende- und Empfangs zeitpunkte für Signale, die während eines Intervalls von 5 bis 10 Sekunden vor dem Senden zu der Bodenstation gesendet werden. Dieses ermöglicht es der Bodenstation 108 die Positi on der Mobileinheit 106 in "Echtzeit" unter Minimierung des Zusatzaufwandes, der einer häufigeren Sendung der Empfangs- und Sendezeitpunkten zugeordnet ist, zu berechnen.

In der bevorzugten Ausführungsform bestimmt die Bodensta tion 108 die Position der Mobileinheit 106 unter Verwendung der von dem Satelliten 102 bestimmten Empfangs- und Sende zeitpunktinformation. Die Bodenstation 108 empfängt die Mel dungen von dem Satelliten 102 über eine Antenne 217 an einem Sendeempfänger 218. Der Sendeempfänger 218 enthält einen Sen der und einen Empfänger, der eine Kommunikation mit dem Sa tellitenkommunikationssystem 100 ausführen können. Der Sender enthält einen Modulator zum Modulieren von Signalen in Über einstimmung mit dem Protokoll des Satellitenkommunikationssy stems 100 und der Empfänger enthält einen Demodulator zum De modulieren der bei dem Empfänger empfangenen Signale aus dem Satelliten 102.

Die von dem Sendeempfänger 218 empfangenen und demodu lierten Signale werden der Steuerung 220 zugeführt. Die Steuerung 220 ist ein digitaler Prozessor, Mikroprozessor oder irgend ein anderer Prozessortyp, der vorbestimmte Pro gramme speichern und ablaufen lassen kann, um die Gesamtfunk tionalität der Bodenstation 108 zu ermöglichen. Die Steuerung 220 errechnet zwei mögliche Positionen der Mobileinheit 105 auf der Basis eines Schnittes zwischen zwei Momentanabstän den. Wie es nachstehend diskutiert wird, können die Momen tanabstände als geometrische Repräsentationen mehrerer Posi tionen einer Mobileinheit 106 dargestellt werden. In der be vorzugten Ausführungsform sind die geometrischen Repräsenta tionen kreisförmig, während die geometrischen Repräsentatio nen in anderen Ausführungsformen hyperbolisch sind. Die Posi tionsberechnung führt zu zwei möglichen Positionen, da sich die Mobileinheit 106 auf einer von zwei Seiten der Satelli tenumlaufbahn 110 befinden kann. Durch Beobachten einer Bewe gung der Mobileinheit 106 aufgrund der Rotation der Erde 104 identifiziert die Bodenstation 108 eine der zwei Positionen als die Position der Mobileinheit 106. Die Steuerung 220 greift auf einen Kommunikationskanal 221, wie z. B. ein öf fentliches Telefonnetz (PSTN - Public Switched Telephonenet work) zu, um die Positionsinformation an Notdienste 222 wei terzugeben. Jeder andere Typ eines Kommunikationskanals oder Netzwerks kann zur Weitergabe der Position der Mobileinheit 106 an die Notdienste 222 verwendet werden. Das Kommunikati onsnetzwerk kann ein Zellular-, Mikrowellen-, Hochfrequenz- (HF) oder jede andere Typ eines drahtlosen oder drahtgebunde nen Kommunikationsnetzes sein.

Wie es nachstehend diskutiert wird, werden mehrere Momen tanabstände bestimmt, und zur Berechnung der Position der Mo bileinheit 106 in der bevorzugten Ausführungsform verwendet. Die Anzahl der Abstandsmessungen, die erhalten werden muß, um ein gewünschten Wert an Genauigkeit zu erzielen, hängt von dem spezifischen Satellitenkommunikationssystem 100 ab, und nähert sich einem Minimum von drei Messungen an, wovon zwei zum Bestimmen der zwei möglichen Positionen erforderlich sind, und die dritte Messung dazu verwendet wird, eine der zwei möglichen Positionen als die Position der Mobileinheit 106 festzulegen.

In einer ersten alternativen Ausführungsform führt der Satellit (Vorrichtung 102) die Funktion einer Repeater-Sta tion aus, indem er die mehreren Signale direkt von der Boden station 108 an die Mobileinheit 106 weitergibt, und die von der Mobileinheit 106 zurückgesendeten Signale an die Boden station 108 weitergibt. Die Bodenstatioh 108 kompensiert die Kommunikationsverzögerungen unter Anwendung bekannter Techni ken durch Subtrahieren der Signallaufzeiten zwischen dem Sa telliten 102 und der Bodenstation 108 und anderer Kommunika tionsverzögerungen. In Systemen (100), welche Paketvermitt lungsverfahren oder andere Kommunikationstechniken anwenden, die zu variablen Verzögerungen führen, sind zusätzliche Be rechnungen unter Anwendung bekannter Techniken erforderlich, da die Steuerung 220 die variablen Verzögerungen kompensieren muß. In der ersten alternativen Ausführungsform bestimmt da her die Bodenstation 108 die Empfangszeitpunkte des Satelli ten 102 auf der Basis von Zeitpunkten bei denen die mehreren Signale an der Bodenstation 108 empfangen wurden, und anderer Parameter des Kommunikationssystems 100.

In einer zweiten alternativen Ausführungsform bestimmt der Satellit (Vorrichtung) 102 die Position der Mobileinheit 106. Die Implementation der zweiten alternativen Ausführungs form ist ähnlich der bevorzugten Ausführungsform mit der Aus nahme, daß Berechnungen die zur Bestimmung der Position der Mobileinheit durchgeführt werden, in der Steuerung 214 des Satelliten 102 statt der Steuerung der Bodenstation 108 durchgeführt werden. Demzufolge wird die Position der Mobil einheit 106 zu der Bodenstation 108 von dem Satelliten 102 anstelle der die Sende- und Empfangszeitpunkte enthaltenen Meldung übertragen.

Wie es für den Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich ist, kann das Verfahren zur Bestimmung der Position der Mo bileinheit 106 in einer Vielfalt von Hardware-Implementationen ohne Abweichung von dem beabsichtigten Schutzumfang der Erfindung durchgeführt werden. Die Berechnungen und Be stimmung der Position der Mobileinheit kann in einer Vielzahl von Positionen des Systems 100 durchgeführt werden. Wie vor stehend erläutert, können die Signale aus der Bodenstation 218 über den Satelliten 102 gesendet und empfangen werden. Auch die Berechnungen können in dem Satelliten 102 statt in der Bodenstation 108 durchgeführt werden. Berechnungen können teilweise in dem Satelliten 102 durchgeführt werden und an die Bodenstation 108 zur Vervollständigung weitergeben wer den. Daher können in der nachstehenden Beschreibung des Ver fahrens die Berechnungen in dem Satelliten 102 der Bodensta tion 108 oder in irgendeiner anderen Einrichtung durchgeführt werden, die entsprechend mit dem Satelliten 102 über einen Kommunikationskanal verbunden ist.

Fig. 3a, 3b, 3c und 3d sind vereinfachte Darstellungen eines sich oberhalb der Erdoberfläche 104 bewegenden Satelli ten (Vorrichtung) 102 in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Um Verwirrung zu vermeiden, zeigen die Darstellungen in Fig. 3a, 3b, 3c und 3d nicht die Auswirkungen der Rotation der Erde 104 auf die Mobileinheit 106. Fig. 3b und 3c sind isometrische Darstellungen der Sa tellitenbahn über der Erdoberfläche 104, die als eine Ebene dargestellt ist. Die Oberfläche der Erde 104 ist nur für De monstrationszwecke als eine Ebene dargestellt und der Fach mann auf diesem Gebiet wird erkennen, daß die Erdoberfläche der Erde genauer durch eine Geländefunktion der Oberfläche, die einige verschiedene Höhen aufweisen kann, definiert wird.

Fig. 3a ist eine vereinfachte Darstellung einer Drauf sicht auf einen Satelliten (Vorrichtung) 102, der um die Erde 104 kreist, in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung. Wie es nachstehend detaillierter be schrieben wird, ist die das Gelände betreffende Information unterhalb des Satelliten dem Satelliten 102 zugänglich, und demzufolge ist die Höhe der Mobileinheit 106 eine bekannte Funktion seiner lateralen Position. Demzufolge stellt die Fig. 3a, um die Komplexität der momentanen Darstellung zu minimieren, keine Höhe der Mobileinheit 106 dar, da der Schnitt der lateralen Position und der Funktion des Geländes die Position der Mobileinheit ergibt. Der Schnitt zwischen der lateralen Position und der Funktion des Geländes wird nachstehend im Hinblick auf die Fig. 3b, 3c und 3d disku tiert.

Gemäß Fig. 3a sendet und empfängt der Satellit 102 die mehreren Signale bei seinem Weg auf der Umlaufbahn 110. Das erste Signal wird gesendet und von dem Satelliten 102 zu ei nem ersten Signalempfangszeitpunkt empfangen, der einem er sten Empfangspunkt 304 entlang der Umlaufbahn 110 entspricht. Das zweite Signal wird gesendet und von dem Satelliten 102 zu einem zweiten Signalempfangszeitpunkt empfangen, der einem zweiten Empfangspunkt 306 entspricht. Da die für den Umlauf eines Signals erforderliche verstrichene Zeit relativ kurz im Bezug auf die Zeit zwischen den Sendezeitpunkten des Signals ist, stimmt die Position des Satelliten 102 während beider Empfangszeitpunkte mit der Position (304, 306) des Satelliten 102 während jedes entsprechenden Sendezeitpunktes (304, 306) des Signals in Fig. 3a überein.

Obwohl in der bevorzugten Ausführungsform mehrere Signale von dem Satelliten 102 gesendet und empfangen werden, stellt Fig. 3 nur zwei Momentanabstände zum Zwecke der Veranschauli chung dar. Wie vorstehend erwähnt, nähert sich die Anzahl der zur Positionsbestimmung der Mobileinheit 106 erforderlichen Signale einem Minimum von drei Messungen an: zwei Messungen zum Bestimmen von zwei möglichen Positionen der Mobileinheit 106 und eine dritte zum Auflösen der lateralen Zweideutig keit. In der bevorzugten Ausführungsform bestimmt die Boden station 108 einen ersten Momentanabstand durch Messen einer ersten verstrichenen Zeit von dem ersten Signalsendezeitpunkt bis zu dem ersten Signalempfangszeitpunkt. Die Bodenstation 108 subtrahiert die Rücksendeverzögerung der Mobileinheit von der ersten verstrichenen Zeit. Der sich ergebende Wert ist etwa das Doppelte der ersten Signallaufzeit. Der erste Momentanabstand zwischen dem Satelliten 102 und der Mobileinheit 106 wird durch Dividieren der ersten Signallaufzeit durch die Geschwindigkeit des Signals berechnet. Da die Signale in der bevorzugten Ausführungsform elektromagnetische Signale sind, wird als die Geschwindigkeit des Signals die Lichtgeschwin digkeit (3 × 10⁸ m/sek) verwendet.

Der zweite Momentanabstand wird durch Division der zwei ten Signallaufzeit durch die Geschwindigkeit des zweiten Sig nals bestimmt, wobei die zweite Signallaufzeit ungefähr die Hälfte der Zeit ist, die sich aus einer zweiten verstrichenen Zeit zwischen dem zweiten Signalsende- und dem zweiten Sig nalempfangszeitpunkt minus der Rücksendeverzögerung der Mobi leinheit ergibt.

Wie es nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3b disku tiert wird, entspricht jeder Momentanabstand einem Schnitt zwischen einer Kugel, welche mehrere mögliche Positionen der Mobileinheit 106 bei dem entsprechenden Sendezeitpunkt und der Erdoberfläche 104 entspricht. Für die Zwecke von Fig. 3a wird jedoch die Diskussion auf ein zweidimensionales Koordi natensystem beschränkt.

Gemäß Darstellung in Fig. 3a aus der Perspektive der Vorrichtung 102 wird der erste Momentanabstand durch einen ersten Kreis 312 mit einem Mittelpunkt an einem ersten Emp fangspunkt 304 und einem Radius (308) gleich dem ersten Mo mentanabstand dargestellt. Der zweite Momentanabstand wird durch einen zweiten Kreis 314 mit einem Mittelpunkt an einem Empfangspunkt 306 und einem Radius (310) gleich dem zweiten Momentanabstand dargestellt. Die zwei möglichen Positionen (316, 318) der Mobileinheit 106 werden auf der Basis des Schnittes des ersten Momentanabstandes und des zweiten Momen tanabstandes berechnet. Daher führt der Schnitt des ersten Kreises 312 und des zweiten Kreises 314 zu zwei Punkten (316, 318), welche symmetrisch im Bezug auf die Umlaufbahn 110 an geordnet sind. Wie nachstehend beschrieben, wird die Position der Mobileinheit 106 aus den zwei Punkten (316, 318) durch Beobachten einer Bewegung der Mobileinheit 106 aufgrund der Rotation der Erde 104 identifiziert. Da Fig. 3a eine zweidi mensionale Darstellung der sich oberhalb der Erde bewegenden Vorrichtung ist, fallen die Mittelpunkte 304, 306 mit den Po sitionen der Vorrichtung zu den Empfangszeitpunkten zusammen. Wie man jedoch nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3b sehen wird, befindet sich die Vorrichtung nicht in derselben Ebene wie die Kreise und deshalb sind die Mittelpunkte der Kreise die Spitze von zwei Konussen und die Radien 308 und 310 sind Seiten dieser Konusse, während die Kreise 310, 314 die Basen der Konusse sind.

Fig. 3b ist ein isometrische Darstellung des sich ober halb der Erdoberfläche 104 bewegenden Satelliten. Obwohl die Erdoberfläche 104 unter dem Satelliten 102 wahr scheinlich Variationen in der Höhe aufweist, ist die Oberfläche der Erde 104 in Fig. 3b durch ein flache Ebene 402 dargestellt, um die Komplexität der Zeichnung und Erläuterung zu minimieren. In der bevorzugten Ausfüh rungsform wird die das Gelände betreffende Information als eine Vielzahl von Gleichungen dargestellt und ge speichert. Die Satellitenbodenspur 104 liegt direkt un terhalb der Satellitenkreisbahn 110 und ist durch eine gestrichelte Linie in Fig. 3b dargestellt. Die mehreren möglichen Positionen der Mobileinheit 106 an dem ersten Empfangspunkt 304 wird von einer ersten Kugel 320 darge stellt und die mehreren möglichen Positionen der Mobi leinheit 106 an dem zweiten Empfangspunkt 306 werden von einer zweiten Kugel dargestellt. Der Schnitt der ersten und zweiten Kugel 320, 322 mit der Ebene 402 führt zu den ersten und zweiten Kreisen 312 bzw. 314. Die ersten und zweiten Kreise 312 und 314 liegen in der Ebene 402. Gemäß Darstellung in Fig. 3b liegen der erste Momentanab stand und der zweite Momentanabstand nicht in der Ebene 402. Die zwei Abstände erstrecken sich diagonal von den ersten und zweiten Empfangspunkten 304 und 306 jeweils zu der Position 316 der Mobileinheit, welche in der Ebe ne 402 liegt.

Fig. 3c ist eine zweite isometrische Darstellung der sich oberhalb der Erdoberfläche Erde 104 bewegenden Vor richtung 102 in Übereinstimmung mit der bevorzugten Aus führungsform, die den Schnitt der ersten und zweiten Ku gel darstellt 320, 322 darstellt. Der Schnitt der ersten Kugel 320 und der zweiten Kugel 322 ergibt einen Kreis 324 der senkrecht zu der Satellitenumlaufbahn 110 liegt. Der Kreis 324 schneidet die Ebene an zwei möglichen Po sitionen 316, 318 der Mobileinheit 106. Daher können, wie der Fachmann auf diesen Gebiet erkennen wird, die zwei möglichen Positionen 316, 318 mit verschiedenen Verfahren in Übereinstimmung mit den Lehren hierin be stimmt werden. Beispielsweise kann der Schnitt der ersten Kugel und der zweiten Kugel berechnet werden, was zu ei nem Kreis 324 möglicher Positionen führt. Der Schnitt des Kreises 324 und der Ebene 404 (Erdoberfläche 104) ergibt zwei mögliche Positionen 316, 318 der Mobilein heit 106. Die zwei Positionen 316, 318 können auch durch Bestimmen des Schnittes zwischen zwei Kreisen 312, 314, die in der Ebene 402 angeordnet sind berechnet werden, wobei die zwei Kreise 312, 314 die mehreren möglichen Positionen bei den in der Ebene 104 liegenden Momen tanabständen 404 definieren

Fig. 3d ist eine Seitenansichtsdarstellung der oberhalb der Erdoberfläche 104 bewegenden Vorrichtung in Übereinstim mung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Aus dieser Perspektive erscheint der den Schnitt zwischen den zwei Kugeln 320, 322 definierende Kreis 324 als eine Linie (324) und die möglichen Positionen 316, 318 scheinen zusam menzufallen.

Fig. 4 ist eine isometrische Darstellung einer Vorrich tung (Satellit) 102 an mehreren Empfangspositionen bei seinem Weg über der Erdoberfläche 104 in Übereinstimmung mit der be vorzugten Ausführungsform der Erfindung. Wie vorstehend er wähnt, werden mehrere Momentanabstandsmessungen r_i 421-426 (308, 310) zur Bestimmung der Position der Mobileinheit 106 berechnet. Die nachstehende Beschreibung des bevorzugten Be rechnungsverfahrens der Position der Mobileinheit 106 wird bevorzugt von der Bodenstation 108 ausgeführt, welche Meldun gen empfängt, welche die Sende- und Empfangszeitpunkte der mehreren Signale enthalten. Das Verfahren kann in jeder der diskutierten Ausführungsformen durch Kompensation der Verzö gerungen unter Anwendung bekannter Techniken ausgeführt wer den. Beispielsweise können, wie es auch in den nachstehenden Gleichungen reflektiert ist, wenn die Signale von der Boden station 108 gesendet und empfangen werden, die Signalverzöge rungen aufgrund des Satelliten 102, die Rücksendeverzögerung in der Mobileinheit 106, und die Laufzeiten, die sich aus den zwischen der Bodenstation 108 und dem Satelliten 102 wandern den Signalen ergeben, von der Gesamtsignallaufzeit für jedes übertragene Signal subtrahiert werden.

In der bevorzugten Ausführungsform wird die Position der Mobileinheit mittels einer iterativen Abschätzungstechnik un ter Anwendung des Newton-Verfahrens bestimmt. Das für diesen Zweck gewählte Koordinatensystem ist beliebig, aber für Zwec ke der Veranschaulichung ist es günstig, ein dreidimensiona les kartesisches Koordinatensystem mit der x-y Ebene 402 als Tangente an die Oberfläche eines Ellipsoidmodells der Erde (wie z. B. WGS-84) an einem Punkt der Bodenspur 404 des Satel liten und mit der x-Achse 406, y-Achse 408 und z-Achse 410 gemäß Darstellung in Fig. 4 zu betrachten.

Da der Teil der Umlaufbahn 110, welchen der Satellit 102 während der Momentanabstandsmessungen zurücklegt, vernünfti gerweise eine gerade Linie parallel zu der Erdoberfläche 104 annähert, kann die in den Abstandsmessungen an den Satelliten 102 enthaltene Information die Mobileinheit 106 nur irgendwo auf einen Kreis (312, 314) mit bekanntem Radius und einer Ebene senkrecht zu der Erdumlaufbahn 110 bestimmen. Wenn je doch die Höhenkoordinate z eine bekannte Funktion z(x, y) von x und y ist, ist eine Oberfläche definiert, auf welcher die Mobileinheit 106 positioniert ist, und der Schnitt dieser Oberfläche mit dem vorstehend erwähnten Kreis (312, 314) ergibt zwei mögliche Positionen (316, 318), 414, 416 der Mobi leinheit. Die korrekte Position kann mittels einer nachste hend zu beschreibenden Technik bestimmt werden. Die Funktion z (x, y) kann bei der Bodenstation 108 als eine digitale topo graphische Karte des Gebietes gespeichert sein, in welchem sich die Mobileinheit 106 befindet. Da die z-Komponente eine Funktion von x und y ist, ist die Position der Mobileinheit 106 in einem dreidimensionalen Raum vollständig durch den zweidimensionalen Koordinatenvektor (x, y) bestimmt. Der zu beschreibende Algorithmus findet die Position der Mobilein heit 106, welche die Objektfunktion der kleinsten Quadrate minimiert.

wobei n die Anzahl der Momentanabstandsmessungen ist, (x, y) die Position der Mobileinheit 106 unter Anwendung des vorge nannten Koordinatensystems ist, d_i(x, y) der i-te Abstand an den Satelliten 102 ist, welcher existieren würde, wenn die Mobileinheit 106 sich an einer Position (x, y) befände und r_i die i-te Momentanabstandsmessung 421-426 (einschließlich des Meßrauschen) für die tatsächliche (aber unbekannte) Mobilein heitsposition 414 wäre. Die mehrere n Momentanabstandsmessun gen r_i umfassen r₁ 421, r₂ 422, r₃ 423, r₄ 424, r_n-1 425 und r_n 426. Durch Minimierung von J(x, y) wird die Mobileinheitsposi tion erhalten, welche die beste Übereinstimmung im Sinne der kleinsten Quadrate zwischen den gemessenen Abständen und den Abständen, die beobachtet werden sollten, ergibt.

Eine erforderliche Bedingung zur Minimierung von J(x, y) besteht darin, daß

Jx(x, y) = 0

Jy(x, y) = 0 (2)

wobei J_x und J_y die partiellen Ableitungen von J(x, y) in Bezug auf die Koordinaten x und y der Mobileinheit 106 sind. Wenn die Momentanabstandsmessungen r_i fehlerfrei sind, dann ist die wahre Position (x_T, y_T) 414 der Mobileinheit 106 eine Lö sung dieses Systems. Zwei Gleichungen, welche die Kriterien erfüllen, ergeben zwei mögliche Positionen einschließlich der wahren Position (x_T, y_T) 414 und eine zweideutige Position (x_b, y_b) 416, welche auf gegenüberliegenden Seiten der Satelli tenbodenspur 404 liegen.

Das Newton-Verfahren findet eine Lösung für die Gleichung 2 aus einer Anfangsabschätzung (x₀, y₀) der Mobileinheitsposi tion durch Erzeugung einer Folge (x_k, y_k) von Positionen, wel che auf eine Lösung der Gleichung (2) hin konvergieren. Der iterative Prozeß verwendet die linearen Terme einer Taylor- Reihe mit zwei Variablen, um die Funktionen J_x und J_y in der Nähe der allerletzten Position in der Folge zu approximieren. In Matrix-Vektorform ist diese Approximation gegeben durch

wobei J_xx, J_xy, J_yx und J_yy die zweiten partiellen Ableitungen von J, ermittelt an der aktuellen Position (x_k, y_k) sind. Die nächste Position (x_k+1, y_k+1) in der Folge ist diejenige, wel che bewirkt, daß die linke Seite von (3) zu Null wird:

Diese Gleichung kann auch in der Form geschrieben werden,

Durch Auflösen nach der (k + 1)-ten Position erhalten wir,

Die partiellen Ableitungen von J in Gleichung (6) werden an der Position (x_k, y_k) durch Differentiation von Gleichung (1) berechnet, um

zu erhalten. Die zweiten partiellen Ableitung von J in Glei chung (6), welche ebenfalls an der Position (x_k, y_k) erhalten werden, werden durch Differentiation der Gleichungen (7) er halten.

Nach der Ausführung von zwei Momentanabstandsmessungen 421, 422 (der minimal erforderlichen Anzahl zur Ermittlung einer Position) wird der Positionierungsalgorithmus wieder holt, um die Abschätzung der Mobileinheitsposition zu aktua lisieren, wenn die Anzahl n der Abstandsmessungen 423-426 ansteigt. Jede Wiederholung verwendet alle Abstandsmessungen (421-426), welche beide zu dem aktuellen Zeitpunkt erhalten wurden. Unter Annahme einer Momentanabstandsmessung 421-426 pro Sekunde ist die Geschwindigkeit des Lokalisierungsalgo rithmus mehr als ausreichend, um die Mobileinheitsposition (x_T, y_T) 414 jedesmal neu zu berechnen, wenn eine neue Momen tanabstandsmessung (421-426) erfolgt. Die Aktualisierungen können jedoch weniger häufig gemacht werden, so daß eine Ak tualisierung für jeweils 10 neue Momentanabstandsmessungen (421-426) erfolgt.

Bevor der Algorithmus seine erste Positionsabschätzung ausführen kann, muß er mit einer Anfangspositionsabschätzung (x₀, y₀) 428 versorgt werden. Die Wahl ist nicht kritisch, soll te sich aber im allgemeinen in der Nähe (etwa innerhalb 200 bis 300 km) der Mobileinheitsposition (x_T, y_T) 414 befinden. Ei ne vernünftige Wahl ist ein Punkt 428, der sich etwa 100 km bis 200 km auf einer Seite der Satellitenbodenspur 404 befin det, wobei sich der nächstgelegene Punkt auf der Bodenspur 404 direkt unterhalb des Satelliten 102 zu dem Zeitpunkt der ersten Abstandsmessung 421 befindet. Für die Positionsaktua lisierungen unter Verwendung zusätzlicher Daten, sollte der Algorithmus mit der zuvor erhaltenen Positionsabschätzung in itialisiert werden, um die Konvergenzzeit zu verringern.

Jedesmal, wenn der Positionierungsalgorithmus durchlaufen wird, wird ein Endkriterium benötigt, um zu bestimmen, wann eine ausreichende Konvergenz erreicht wird. Der bevorzugt Weg beinhaltet das Beenden der Iterationen, wenn die Positionsab schätzungen im wesentlichen statisch werden. Dieses wird er reicht, indem die Veränderung der Positionsabschätzung von einer Iteration zu der nächsten gemessen wird, und der Algo rithmus beendet wird, wenn die Größe der Veränderung unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt. Eine alternative Technik zur Bestimmung des Endpunktes beinhaltet die Durch führung einer festen Anzahl von Iterationen, die groß genug ist, um eine Konvergenz unter allen Bedingungen sicherzustel len. Computersimulationen zeigen, daß für den ersten Ablauf des Algorithmus (unter Verwendung von zwei Abstandsmessungen) 20 Iterationen immer ausreichend sind. Andererseits reichen, wenn der Algorithmus Positionsaktualisierungen mit zusätzli chen Daten erzeugt, 3 Iterationen aus, da der Algorithmus mit vorherigen Positionsabschätzung initialisiert wird, welche sich bereits nahe an der Positionslösung befinden. Daher um faßt ein alternativer Weg 20 Iterationen für die erste Posi tionsabschätzung und 3 Iterationen für jede Positionsaktuali sierung.

Sogar mit einer großen Anzahl n von Messungen (n kann bis zu 250 sein) kann ein typischer Personalcomputer (PC) die für die Konvergenz jeder neuen Positionsaktualisierung erforder lichen Iterationen in weniger als ein paar hunderstel Sekun den durchführen. Diese stellt eine leichte Rechenlast dar, insbesondere wenn sie in einer Bodenstation ausgeführt wird, wo eine große Menge an Rechenleistung zur Verfügung steht. Ein alternativer Algorithmus zum Minimieren von J(x, y) in (1) beinhaltet die Gradientenabfalltechnik. Dieser Ansatz bewegt die Position (x, y) in einer Richtung, in welcher J(x, y) am stärksten abfällt, und endet, wenn J(x, y) nicht mehr weiter verringert werden kann. Obwohl er etwa einfacher als das New ton-Verfahren ist, ist es nicht so robust. Stabile Versionen benötigen im allgemeinen eine wesentlich längere Zeit zum Konvergieren. Obwohl irgend einer von mehreren anderen be kannten verwandten Abfallalgorithmen verwendet werden kann, wird das Newton-Verfahren bevorzugt. Ferner können rekursive Algorithmen wie z. B. Kalman-Filter oder rekursive Verfahren kleinster Quadrate verwendet werden, um die Effizienz der Be rechnung zu erhöhen. In der bevorzugten Ausführungsform ist jedoch die Rechenbelastung durch das Newton-Verfahren so leicht, daß nur ein geringer tatsächlicher Vorteil durch Ver wendung solcher Algorithmen gewonnen würde. Zusätzlich ist das Newton-Verfahren mathematisch einfacher und sehr robust. Im Gegensatz dazu erfordern Verfahren, welche solche gemein samen Filter verwenden, oft einen erheblichen Aufwand, um sie numerisch stabil zu machen.

Da die Erdumlaufbahn 110 des Satelliten 102 ziemlich ge nau eine gerade Linie während des Meßprozesses des Momen tanabstandes approximiert, gibt es im allgemeinen zwei Benut zerpositionen auf gegenüberliegenden Seiten der Satellitenbo denspur 404, welche ähnliche Bereichsmeßfolgen erzeugen. Dem zufolge weist J(x, y) ein lokales Minimum auf, d. h., J_x ist J_y = 0 an jeder dieser Positionen und die Gleichung (2) besitzt zwei Lösungen. Der Newton-Algorithmus konvergiert daher auf eine der zwei möglichen Lösungen von Gleichung (1) in Abhän gigkeit von der Anfangswahl der Position (x₀, y₀) die dem Algo rithmus zugeführt wird.

Wenn der Satellit 102 die Signalimpulse initialisiert, und die Momentanabstände 421-426 an die Mobileinheit 106 be rechnet, wenn die Impulse zurückgesendet werden, werden dann die Momentanabstandsmessungen r_i 421-426, die in der Glei chung (1) erscheinen, wie folgt berechnet:

wobei t_T der Sendezeitpunkt des Impulses von dem Satelliten 102 ist, t_R der Empfangszeitpunkt an dem Satelliten 102 des von der Mobileinheit 106 zurückgesendeten Signals ist, T_d die Rücksendeverzögerung der Mobileinheit 106 ist, und c die Lichtgeschwindigkeit (3 × 10⁸ m/s) ist.

Anderseits werden dann, wenn die Entfernungsmeßimpulse von der Bodenstation ausgelöst und zu ihr zurückgesendet wer den, wie in der zweiten alternativen Ausführungsform, die Mo mentanabstandsmessungen r_i 421-426 wie folgt berechnet:

wobei t_T der Sendezeitpunkt des Impulses von der Bodenstati on ist, t_R der Empfangszeitpunkt an der Bodenstation des von der Mobileinheit 106 zurückgesendeten Impulses ist, t_p1 und t_p2 die entsprechenden abgehenden und ankommenden Laufzeitver zögerungen zwischen der Bodenstation 108 und dem Satelliten 102 aus der Sicht der Mobileinheit 106 sind, und t_s1 und t_s2 die entsprechenden gesamten abgehenden und ankommenden Schaltverzögerungen durch die Satellitenkette einschließlich der Rücksendeverzögerung der Mobileinheit 106 sind. Unter An wendung bekannter Techniken werden die Laufzeitverzögerungen bei der Bodenstation 108 durch Verfolgen der Positionen der Satelliten 102 berechnet. Die Schaltverzögerungen werden der Bodenstation 108 durch eine Zeitmarkierung jedes Impulses mit der Verzögerung dargestellt.

Die in Gleichung (1) auftretenden Abstandsfunktionen d_i(x, y) werden aus der Formel berechnet:

wobei wir zur Vereinfachung dessen was folgt definiert haben:

u = (x_s - x)² + (y_s - y) + (z_s - z(x, y))². (12)

In diesen Ausdrücken sind (x_s, y_s, z_s) und (x, y, z, (x, y)) die entsprechenden Positionen des Satelliten 102 und der Mobi leinheit 106 zu dem Zeitpunkt an dem der Abstand berechnet wird (wobei diese Zeit durch das Subscript i bei d(x, y,) identifiziert wird, welches zur Vereinfachung weggelassen wird). Man beachte, daß die z-Koordinate der Mobileinheit 106 als eine Funktion von x und y ausgedrückt wird. Diese Funkti on besteht aus den topographischen Daten (Geländefunktion), die in der Bodenstation 108 gespeichert sind, und welche die Höhe z der Mobileinheit 106 als eine Funktion der Horizontal position angeben.

Die verschiedenen partiellen Ableitungen von J in den Gleichungen (7) und (8) hängen von den partiellen Ableitungen der Abstandsfunktion d(x, y) ab. Durch Differenzieren der Gleichung (11) erhalten wir:

Die ersten und zweiten partiellen Ableitungen von u, die in den vorstehenden Ausdrücken auftreten, werden durch Differen tiation der Gleichung (12) berechnet:

u_x = 2[x - x_s + (z(x, y) - z_s)z_x]

u_y = 2[y - y_s + (z(x, y) - z_s)z_y]

u_xx = 2[1 + (z(x, y) - z_s)z_xx + z² _x]

u_yy = 2[1 + (z(x, y)z_yy + z²y]

u_xy = u_yx = 2[1 + (z(x, y) - z_s)z_xy + z_xz_y] (14)

Fig. 5a ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Bestim mung der Position 414 der Mobileinheit 106 in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In der be vorzugten Ausführungsform werden die Berechnungen und Ent scheidungen des Verfahrens innerhalb der Bodenstation 108 durchgeführt. Wie vorstehend diskutiert, kann die Berechnung jedoch auch innerhalb der Vorrichtung (Satellit) 102 oder in irgend einem anderen Prozessor oder Computer, der mit dem Sy stem 100 verbunden ist, durchgeführt werden. In der bevorzug ten Ausführungsform werden die verschiedenen Schritte zur Be stimmung der Position der Mobileinheit 106 unter Anwendung des vorstehend diskutierten Lokalisierungsalgorithmus durchgeführt. Obwohl die unter Bezugnahme auf Fig. 5a und Fig. 5b diskutierten Funktionsblöcke einer geometrischen Darstellung entsprechen, wird der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, daß die Implementation der bevorzugten Ausführungsform unter Anwendung des Lokalisierungsalgorithmus zu einem Verfahren der Minimierung der Fehlerquadrate mehrerer Abstandsmessungen führt, welche die Position der Mobileinheit 106 definiert, und nicht direkt den verschiedenen Schritten in dem Flußdia gramm entsprechen. Demzufolge entsprechen die Schritte zum Bestimmen der Positionsbereiche der Mobileinheit 106 nicht direkt einer Gleichung des Lokalisierungsalgorithmus. Der im plementierte Lokalisierungsalgorithmus führt jedoch die Funk tion der Positionsbestimmung der Mobileinheit 106 durch, wel che geometrisch erläutert und wie in Fig. 3 bis Fig. 5b dar gestellt werden kann.

Im Schritt 502 wird der erste Momentanabstand zwischen der sich oberhalb der Erdoberfläche bewegenden Vorrichtung 102 und der Mobileinheit 106 bestimmt. Wie nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 5b diskutiert, empfängt die Vorrichtung 102 ein Signal von der Mobileinheit 106, um den Momentanab stand zu bestimmen. In der bevorzugten Ausführungsform wird das Signal von der Vorrichtung 102 an die Mobileinheit 106 gesendet, bevor die Mobileinheit 106 das Signal nach einer vorbestimmten Rücksendeverzögerung an die Vorrichtung 102 zu rücksendet.

Im Schritt 504 wird der zweite (weitere) Momentanabstand zwischen der Vorrichtung 102 und Mobileinheit 106 bestimmt. In der bevorzugten Ausführungsform wird das zweite Signal durch ein Verfahren ähnlich dem Verfahren zur Bestimmung des ersten Momentanabstandes bestimmt.

Im Schritt 506 wird bestimmt, ob mehr als zwei Momen tanabstände bestimmt wurden. Wenn mehr als zwei Momentanab stände bestimmt wurden, geht das Verfahren zu dem Schritt 514 über. Wenn nur zwei Momentanabstände bestimmt wurden, fährt das Verfahren mit dem Schritt 508 fort.

Zwei mögliche Positionsbereiche der Mobileinheit 106 wer den im Schritt 508 berechnet. Die Positionsbereiche werden auf der Basis des Schnittes zwischen dem ersten Momentanab stand und dem zweiten Momentanabstand berechnet. Obwohl die Positionsbereiche die von dem Schnitt der zwei Momentanab stände definierten Punkte sein können, sind die Positionsbe reiche nicht notwendigerweise die Schnitte, und können einen kleinen geographischen Bereich definieren, der eine erhebli che Wahrscheinlichkeit aufweist, die Position der Mobilein heit 106 zu enthalten.

Im Schritt 510 wird einer von den zwei möglichen Positi onsbereichen als der Bereich identifiziert, der die Position der Mobileinheit 106 enthält. Die Bewegung der Mobileinheit 106 aufgrund der Erdrotation wird beobachtet, um zu bestim men, welche von den zwei Positionen die Mobileinheit 106 ent hält. Wie nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 5c disku tiert, führt der Lokalisierungsalgorithmus zu kleineren Rest werten für den Positionsbereich, der die Position der Mobil einheit 106 in der bevorzugten Ausführungsform enthält.

Im Schritt 512 wird bestimmt, ob die Größe des die Mobi leinheit 106 enthaltendem Positionsbereichs kleiner als eine vorbestimmte maximale Größe ist. Mit anderen Worten, im Schritt 512 wird bestimmt, ob die erforderliche Auflösung er reicht wurde. In der bevorzugten Ausführungsform entspricht die Anzahl der Messungen einer spezifischen Auflösung. Die Größe des Positionsbereichs ist umgekehrt proportional zu der Anzahl der Momentanabstandsmessungen. Die Beziehung zwischen den zwei Werten ist nicht notwendigerweise linear und hängt von den spezifischen Systemeigenschaften ab. Der Fachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, daß verschiedene Faktoren, wel che die Anzahl der Messungen zum Erzielen einer speziellen Auflösung bestimmen, vom Rauschen und Energiepegeln und ande ren Systemparametern abhängen. Wenn die Größe des Positions bereichs kleiner als die vorbestimmte maximale Größe ist, geht das Verfahren zu dem Schritt 516 über, in welchem die Position der Mobileinheit 106 an Notdienste 222 übertragen wird.

Wenn der Positionsbereich nicht kleiner als die vorbe stimmte maximale Größe ist, kehrt das Verfahren zu dem Schritt 504 zurück in welchem weitere Momentanabstände be stimmt werden.

Im Schritt 514 werden zwei mögliche Positionsbereiche der Mobileinheit 106 auf der Basis des zuletzt gemessenen Momen tanabstandes und mindestens eines zuvor bestimmten Momen tanabstandes (vorausgehender Momentanabstand) bestimmt. In der bevorzugten Ausführungsform werden jedoch alle Momen tanabstände, die bestimmt wurden, zum Berechnen der zwei Po sitionsbereiche verwendet. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 diskutiert, nutzt der Lokalisierungsalgorithmus mehrere Momentanabstandsmessungen, um auf einen Positionsbe reich zu konvergieren. Wenn die Anzahl von Momentanabstands messungen ansteigt, nimmt die Größe des Positionsbereichs ab. Demzufolge setzt das Verfahren die Wiederholung der Schritte 504 bis 512 fort, bis im Schritt 512 bestimmt wird, daß die Größe des Positionsbereichs kleiner als die vorbestimmte ma ximale Größe ist. Graphisch schneiden sich die mehreren Mo mentanabstände, so daß mehrere Schnitte erzeugt werden.

Fig. 5b ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Bestim mung des ersten Momentanabstandes (Schritt 502) und des zwei ten Momentanabstandes (Schritt 504) in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Im Schritt 518 überträgt die Vorrichtung (Satellit) 102 das erste Signal an die Mobileinheit 106 zu einem ersten Signalsendezeitpunkt.

Das Signal wird von der Mobileinheit 106 im Schritt 520 empfangen, und zu der Vorrichtung (Satellit) 102 nach einer vorbestimmten Rücksendeverzögerung zurückgesendet. Wie vor stehend diskutiert, wird die Rücksendeverzögerung auf einem gleichmäßigen minimalen Wert gehalten.

Im Schritt 522 empfängt die Vorrichtung 102 das zurückge sendete erste Signal zu einem ersten Signalempfangszeitpunkt und zeichnet den Empfangszeitpunkt auf.

Im Schritt 524 sendet die Vorrichtung 102 ein zweites Signal zu einem zweiten Signalsendezeitpunkt an die Mobilein heit 106.

Das zweite Signal wird bei der Mobileinheit 106 empfan gen, und zu der Vorrichtung nach der vorbestimmten Rücksende verzögerung im Schritt 526 zurückgesendet.

Im Schritt 528 empfängt die Vorrichtung 102 das zweite Signal zu einem zweiten Signalempfangszeitpunkt und zeichnet den Empfangszeitpunkt auf.

Im Schritt 530 sendet die Vorrichtung 1032 eine den er sten Signalsendezeitpunkt, den ersten Signalempfangszeit punkt, dem Sendezeitpunkt des zweiten Signals und den Emp fangszeitpunkt des zweiten Signals enthaltende Meldung an die Bodenstation. Wie vorstehend diskutiert, können die Laufzei ten des Signals nach einem beliebigen von verschiedenen Ver fahren an die Bodenstation 108 weitergeben werden. Beispiels weise können die Signallaufzeiten in der Vorrichtung berech net und an die Bodenstation 108 zu einem anderen Zeitpunkt als einem Übertragungs- und Empfangszeitpunkt gesendet wer den.

Im Schritt 532 bestimmt die Bodenstation 108 die erste Kugel 320 von mehreren Positionen, die in einem Abstand von der Vorrichtung 102 angeordnet sind, auf der Basis der Diffe renz zwischen dem ersten Signalsendezeitpunkt und er ersten Signalempfangszeitpunkt. Wie vorstehend diskutiert, wird die erste Signallaufzeit durch Subtraktion der Rücksendeverzöge rung der Mobileinheit 106 von der Differenz zwischen dem er sten Signalsendezeitpunkt und dem ersten Signalempfangszeit punkt und Division des Ergebnisse durch zwei berechnet. Die Multiplikation der ersten Signalsendezeit mit der Lichtge schwindigkeit ergibt einen Abstand zwischen der Vorrichtung 102 und der Mobileinheit 106. Dieser Abstand definiert mehrere Positionen, die auf einer Kugel 320 positioniert sind, die einen Mittelpunkt an der Position 304 der Vorrichtung 102 an dem ersten Empfangszeitpunkt und einen Radius 308 gleich dem Abstand aufweist.

Im Schritt 534 wird eine zweite Kugel 322 von mehreren Positionen, die in einem Abstand von der Vorrichtung 102 an geordnet sind, auf der Basis der zweiten Signallaufzeit be rechnet. Die zweite Signallaufzeit wird durch Subtraktion der Rücksendeverzögerung der Mobileinheit 106 von der Differenz zwischen dem zweiten Signalsendezeitpunkt und dem zweiten Signalempfangszeitpunkt und Division des Ergebnisse durch zwei berechnet. Die Multiplikation der zweiten Signalsende zeit mit der Lichtgeschwindigkeit ergibt einen Abstand zwi schen der Vorrichtung 102 und der Mobileinheit 106. Dieser Abstand definiert mehrere Positionen, die auf einer Kugel 322 positioniert sind, die einen Mittelpunkt an der Position 306 der Vorrichtung 102 an dem zweiten Empfangszeitpunkt und ei nen Radius 310 gleich dem Abstand aufweist.

Im Schritt 536 wird der erste Momentanabstand auf der Ba sis des Schnittes zwischen der ersten Kugel 320 und der Ge ländefunktion der Erdoberfläche 104 berechnet. Geometrisch ergibt der Schnitt der ersten Kugel 320 und der Geländefunk tion der Erdoberfläche 104 eine im wesentlichen kreisförmige Vielzahl von auf der Erdoberfläche 104 liegenden Positionen. Die geometrische Form der mehreren möglichen Positionen nä hert sich einem Kreis an, wenn die Geländefunktion dazu ten diert, eine flache Ebene zu beschreiben. Mit anderen Worten, die Höhendifferenzen auf der Erdoberfläche 104 verzerren die Kreisform der mehreren möglichen Positionen der Mobileinheit 106 auf der Erdoberfläche 104.

Im Schritt 538 wird der zweite Momentanabstand auf der Basis des Schnittes zwischen der zweiten Kugel 322 und der Geländefunktion der Erdoberfläche 104 berechnet. Ähnlich wie bei der ersten Kugel 320 ergibt der Schnitt der ersten Kugel 320 und der Geländefunktion der Erdoberfläche 104 eine im we sentlichen kreisförmige Vielzahl von auf der Erdoberfläche 104 liegenden Positionen. Die geometrische Form der mehr 28609 00070 552 001000280000000200012000285912849800040 0002010001834 00004 28490eren möglichen Positionen nähert sich einem Kreis an, wenn die Ge ländefunktion dazu tendiert, eine flache Ebene zu beschrei ben.

Fig. 5c ist ein Flußdiagramm eins Verfahrens zum Bestim men der Position 414 der Mobileinheit 106 in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Rota tion der Erde 104 daß die Umlaufbahn 110 des Satelliten 102 einen gewissen Betrag einer lateralem Asymmetrie vom Boden aus gesehen aufweist. Diese Asymmetrie bewirkt, daß eine der zwei Lösungen "besser" als die andere in dem Sinne ist, daß die Folge der gemessenen Abstände 421-426 besser zu dem paßt, was als diese Position betrachtet werden sollte [d. h., einen kleineren Wert von J(x, y) aufweist]. Demzufolge wird in der bevorzugten Ausführungsform der Lokalisierungsalgorithmus un ter Anwendung einer Anfangsschätzung zur Abschätzung einer ersten Positionslösung ausgeführt. Ein Spiegelbild der ersten Positionslösung wird als die Anfangsabschätzung zur Bestim mung der zweiten Positionslösung verwendet. Die Werte der Messungsreste für beide Positionen werden miteinander vergli chen, um die korrekte Lösung zu bestimmen.

Im Schritt 540 wird der Lokalisierungsalgorithmus unter Verwendung einer Anfangspositionsabschätzung (x₀, y₀) 428 durch geführt und eine Konvergenz auf eine mit (x_a, y_a) bezeichnete von den zwei Lösungen zugelassen. Der lokale Minimumwert von J(x, y) ist J_a, wobei J_a = (x_a, y_a) ist.

Im Schritt 542 wird der Lokalisierungsalgorithmus unter Verwendung eines Spiegelbildes (x_a, -y_a) der zuvor erhaltenen Positionsabschätzung (x_a, y_a) als eine zweite Anfangsabschät zung verwendet, wobei das Spiegelbild (x_a, -y_a) auf der gegen überliegenden Seite der Bodenspur 404 angeordnet ist. Da das Spiegelbild (x_a, -y_a) sehr nahe an der zweiten Lösung des Algo rithmus liegt, konvergiert der Algorithmus zu der zweiten Lö sung (x_b, y_b) wo J_b = J(x_b, y_b) ist.

Im Schritt 544 wird J_a mit J_b verglichen, um zu bestimmen, ob J_a < J_b ist. Wenn J_a < J_b ist, geht das Verfahren zu dem Schritt 548 über, in welchem bestimmt wird, daß die (unter Verwendung der Anfangsabschätzung gefundene) erste Positions schätzung (x_a, y_a) der Mobileinheit 106 die "wahre" Position der Mobileinheit 106 ist. Daher werden die Meßreste der die Anfangspositionsabschätzung (x₀, y₀) 428 verwendenden Lösung mit den Meßresten der das Spiegelbild (x_a, -y_a) der unter Verwen dung der Anfangspositionsabschätzung (x₀, y₀) 428 gefundenen Lö sung verglichen.

Wenn J_a < J_b ist, geht das Verfahren zu dem Schritt 546 über, in welchem bestimmt wird, das die Position der Mobil einheit 106 innerhalb des zweiten Positionsbereichabschätzung (x_b, y_b) enthalten ist, die unter Anwendung des Spiegelbildes (x_a, -y_a) der ersten Positionsbereichabschätzung (x_a, y_a) gefun den wurde.

TYPISCHE LEISTUNGSERWARTUNG FÜR DIE BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM

Es wurden Computersimulationen durchgeführt, um das Lei stungspotential des Verfahrens zur Lokalisierung einer Mobil einheit 106 in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung zu bewerten. Der Fachmann wird erken nen, daß die nachstehenden Ergebnisse möglicherweise nicht alle Fehlerquellen enthalten. Die nachstehenden Bedingungen werden angenommen: Die Höhe des Satelliten 102 ist (als typi sche LEO-Konstellation angenommen) 800 km. Es werden Zwei- Wege-Impuls-(oder Breitband)-Momentanabstandsmessungen 421-426 mit einem quadratischen Mittelwertfeher bzw. RMS-Fehler von 5 Metern (als vernünftiger Wert im Vergleich zu GPS ange nommen) jede Sekunde durchgeführt, und die Höhenunsicherheit der Mobileinheit 106 beträgt 30 m RMS. Es wird ein Dienstbe reich von 2000 km mal 2000 km angenommen, welcher um die Po sition der Satellitenbodenspur 404 zum Zeitpunkt der Initia lisierung von Signalmessung zentriert ist.

Jede von den Fig. 6, 7 und 8 stellt die (in Prozent aus gedrückte) Wahrscheinlichkeit dar, daß die Position (x, y) ei ner zufällig in dem Dienstbereich befindlichen Mobileinheit 106 mit weniger als dem auf der horizontalen Achse darge stellten zulässigen RMS-Positionsfehler unter Anwendung des Verfahrens zum Lokalisieren der Mobileinheit 106 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestimmt wird. Alle Parameter für die Fig. 6, 7 und 8 sind dieselben mit Ausnahme der akkumulierten Meßzeiten, welche 10, 60 und 120 Sekunden betragen (bzw. 11, 61 und 121 Zwei-Wege-Abstandsmessungen sind). Diese Ergebnisse nehmen an, daß die laterale Zweideu tigkeitsauflösung korrekt bestimmt wurde.

Fig. 9 ist eine graphische Darstellung einer lateralen Zweideutigkeitsauflösungsleistung des Verfahrens 414 für die Lokalisierung einer Mobileinheit 106 in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform. Es wurden eine Analyse und Simulationen durchgeführt, um zu bestimmen, wie zuverlässig die Rotation der Erde 404 verwendet werden kann, um das auf zulösen, was andererseits die inhärente laterale Zweideutig keit einer Bestimmung einer Mobileinheitsposition 414 mit nur einem Satelliten 102 wäre. Die Zweideutigkeitsauflösungslei stung verbessert sich im allgemeinen mit größer werdendem Neigungswinkel der Satellitenkreisbahn 110, größer werdendem Breitengrad der Mobileinheit 106, und größer werdender Zeit spanne des Momentanabstandmeßvorgangs. Die Leistung hängt nicht stark von der Neigung der Satellitenlaufbahn 110 für Neigungswinkel größer als etwa 60° ab.

Eine typische Kurve einer Zweideutigkeitsauflösungslei stung ist in Fig. 9 für eine polare Satellitenumlaufbahn in 800 km Höhe in einem zu der Satellitenbodenspur ausgerichte ten Dienstbereich von 2000 km × 2000 km. Der Mittelpunkt die ser Fläche ist die Position des Satellitenbodenspur 404, wenn Momentanabstandsmesssungen gestartet werden, und es wird an genommen, daß ein Breitengrad von 35° Nord (oder Süd) vor liegt. Es wird auch angenommen, daß 2-Wege-Bereichsmessungen einmal pro Sekunde mit einer RMS-Fehler von 5 m in jeder Mes sung durchgeführt werden, und daß die Höhenunsicherheit der Mobileinheit 106 30 m RMS beträgt. Die vertikale Achse des Graphen in Fig. 9 stellt die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen, lateralen Zweideutigkeitsauflösung für eine gegebene Zeitspanne dar, wenn die Mobileinheit 106 zufällig in dem Dienstbereich (mit einer gleichmäßigen Wahrscheinlichkeits verteilung) positioniert ist. Gemäß Darstellung in Fig. 9 gibt es eine minimale Wartezeit, bevor eine zuverlässige Zweideutigkeitsauflösung erreicht werden kann, welche in der Größenordnung von 15 Sekunden liegt. Innerhalb von etwa 30 Sekunden liegt jedoch eine korrekte Zweideutigkeitsauflösung für etwa 99% der Mobileinheiten 106 vor. Die höchste Fehler wahrscheinlichkeit tritt für eine Mobileinheit 106 auf, wel che sich unglücklicherweise nahe genug an der Bodenspur 404 des Satelliten befindet, wo die schlechte geometrische Präzi sionsdilution (GDOP - geometric dilution of precision) unzu lässig große Positionierungsfehler bewirken kann.

ALTERNATIVE AUSFÜHRUNGSFORMEN MIT NUR EINEM ÜBERTRAGUNGSPFAD

In einer dritten alternativen Ausführungsform der Erfin dung, sendet die Mobileinheit Signale an eine Vorrichtung (Satellit) 102, welche sich oberhalb der Erdoberfläche 104 bewegt. Im Vergleich zu der bevorzugten Ausführungsform ent stehen die Signale nicht im Satelliten 102. Die Architektur ist ähnlich der vorstehend beschriebenen Architektur bezüg lich der bevorzugten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß der Takt 205 in der Mobileinheit 106, der Takt 216 in der Vorrichtung 102 und der (nicht dargestellte) Takt in der Bo denstation 108 wesentlich genauer sein sollte als in der be vorzugten Ausführungsform und typischerweise einen Fehler von nicht mehr als 1 ppm aufweisen sollte.

Das Verfahren zur Bestimmung der geographischen Position der Mobileinheit 106 in Übereinstimmung mit der dritten al ternativen Ausführungsform ist ähnlich dem vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 5a beschriebenen bevorzugten Verfahren. In einer Notsituation initialisiert der Benutzer einer Mobil einheit 106 das Senden mehrerer Signale von der Mobileinheit 106 durch Aktivieren des Schalters 202. Wenn der Schalter 202 aktiviert ist, erhält eine Steuerung 204 eine Benutzeridentifikationsnummer und eine Signalinformation aus dem Speicher 208. Die Signalinformation enthält eine Signalfrequenz, Sig naldauer und weitere erforderliche Parameter zum Senden der mehreren Signale an den Satelliten 102. Der Sender, der ein Teil eines Sendeempfängers 210 ist, sendet die mehreren Sig nale an den Satelliten 102.

In der dritten alternativen Ausführungsform der Erfindung werden mindestens vier Signale von der Mobileinheit 106 an den Satelliten 102 gesendet. Die Zeit zwischen den Sendezeit punkten kann von etwa 10 ms bis etwa 1000 ms dauern und hängt von verschiedenen Faktoren ab. Der optimale zeitlich Ablauf der Sendezeitpunkten hängt von dem speziellen Satellitenkom munikationssystem 100 und Parametern ab, wie z. B. einer maxi mal zulässigen Zeit für die Positionsbestimmung der Mobilein heit, der gewünschten Genauigkeit, der geschätzten Position, der Geschwindigkeit des Satelliten, der Stärke der Signale, der Genauigkeit der Takte (205, 216), der Rücksendeverzöge rung der Mobileinheit, dem maximalen angenommenen Abstand, der von den Signalen durchlaufen wird, und von weiteren Fak toren die der Fachmann auf diesem Gebiet kennt. Die Dauer der Signale hängt ebenfalls von diesen Faktoren ab und beträgt etwa 0,1 bis 1,0 ms.

Obwohl nur vier Signale erforderlich sind, um die Mobil einheit 106 zu lokalisieren (drei um zwei mögliche Positionen der Mobileinheit zu bestimmen und ein viertes, um die latera le Zweideutigkeit aufzulösen), werden zusätzliche Signale kontinuierlich von der Mobileinheit 106 übertragen, um ein genaueres Ergebnis durch Empfangen mehrerer Signale bei dem Satelliten 102 zu erzeugen.

Der Satellit 102 empfängt die mehreren Signale über einen Empfänger innerhalb des Sendeempfängers 212 in dem Satelliten 102. Wie es nachstehend detaillierter erläutert wird, sendet die Steuerung 214 in dem Satelliten 102 Meldungen an die Bo denstation 108 über den Sendeempfänger 212. Wie es ebenfalls nachstehend diskutiert wird, bestimmt ein Takt 216 die Emp fangszeitpunkte der mehreren Signale.

Die Meldungen aus dem Satelliten 102 werden von einem Empfänger innerhalb des Sendeempfänger 218 in der Bodenstati on 108 empfangen. Eine Steuerung 220 in der Bodenstation 108 bestimmt die Position der Mobileinheit 106 auf der Basis der von dem Satelliten 102 in dem Meldungen übertragenem Emp fangszeitpunkte.

Die Bodenstation 108 leitet die Position der Mobileinheit 106 an Notdienste 222 weiter, welche Feuerwehr, Rettungs dienst, Polizei und andere Dienste sein können. Bevorzugt kommuniziert die Bodenstation 108 mit den Notdiensten 222 über ein öffentliches Telephonnetz (PSTN). Es können jedoch weitere Infrastrukturen genutzt werden, um die Position der Mobileinheit zu übertragen, wie z. B. ein zellulares Kommuni kationssystem, Punkt-zu-Punkt-Mikrowellensysteme, oder Funk frequenzkommunikationssysteme.

Fig. 10 ist eine isometrische Darstellung des sich der oberhalb der Erdoberfläche bewegenden Satelliten 102 im Über einstimmung mit der dritten alternativen Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 102 kreist in der Umlaufbahn 110 die parallel zu der x-Achse 406 verläuft, und schneidet die z-Achse 410 in einer Höhe h. Das erste Signal wird von dem Satelliten zu einem Empfangszeitpunkt empfangen, der einem ersten Empfangspunkt (x₁, 0, h) 1008 entlang der Umlaufbahn 110 entspricht. Das zweite Signal wird von dem Satelliten zu ei nem zweiten Empfangszeitpunkt empfangen, der einem zweiten Empfangspunkt (x₂, 0, h) 1010 entspricht. Der erste und zweite Empfangszeitpunkt werden durch t₁ bzw. t₂ dargestellt, und das Zeitintervall zwischen den Sendezeiten der Signale wird durch T dargestellt. Die Mobileinheit 106 ist bei (x, y, 0) 1002 auf der Oberfläche (402) der Oberfläche (102) der Erde 104 posi tioniert. Der Abstand 1004 zwischen dem ersten Empfangspunkt 1008 und der Position 1002 der Mobileinheit 106 ist der Ab stand, der von dem ersten Signal zurückgelegt wird, und der Abstand 1006 zwischen dem zweiten Empfangszeitpunkt 1010 und der Position 1002 der Mobileinheit ist der von dem zweiten Signal zurückgelegte Abstand.

Wenn k gleich der Differenz der zwei Abstände 1004, 1006 ist, dann ist k gleich (t₂-t₁-T)/c, wobei c die Lichtgeschwin digkeit ist. Dann liegt die Position 1002 der Mobileinheit auf einer ersten Hyperbel 1012

A(x - a)² - By² = C (15)

davon ist:

Bevorzugt versieht der Satellit 102 jedes von den mehre ren Signalen, wenn es von der Mobileinheit 106 empfangen wird, mit "Zeitstempeln". Mit anderen Worten, die Empfangs zeitpunkte von allen Signalen wird aufgezeichnet. Bevorzugt wird jeder aufgezeichnete Empfangszeitpunkt in einer Meldung an die Bodenstation 108 übertragen. Die Empfangszeitpunkte können in einer Vielfalt von Möglichkeiten zu der Bodenstati on 108 übertragen werden. Beispielsweise können mehrere Emp fangszeitpunkte gespeichert und in nur einer Meldung übertra gen werden, oder jeder Empfangszeitpunkt kann in einer Ein zelmeldung weitergegeben werden.

In einer vierten alternativen Ausführungsform führt der Satellit die Funktion einer Repeaterstation aus, indem er die mehreren Signale direkt an die Bodenstation 108 weitergibt. In Systemen, welche Paketvermittlungsverfahren oder andere Kommunikationstechniken verwenden, die zu variablen Verzöge rungen führen, kompensiert die Bodenstation die variablen Verzögerungen unter Anwendung bekannter Techniken. Die Boden station 108 bestimmt die Signalempfangszeitpunkte am Satelli ten 102 auf der Basis der Zeitpunkte der bei der Bodenstation 108 empfangenen mehreren Signale und anderer Kommunikations systemparameter. Daher werden die Empfangszeitpunkte von der Bodenstation 108 in der vierten alternativen Ausführungsform bestimmt, und in einer Meldung von der Bodenstation 108 in der dritten alternativen Ausführungsform empfangen.

Fig. 11 ist eine Draufsicht auf die sich oberhalb Erd oberfläche 104 bewegende Vorrichtung (Satellit) 102 in Über einstimmung mit der dritten alternativen Ausführungsform. Die Bodenstation 108 bestimmt die zwei möglichen Positionen 1102, 1104 der Mobileinheit 106 unter Verwendung der Empfangszeit punkte des ersten Signals (erster Empfangszeitpunkt) und der Empfangszeit des zweiten Signals (zweiter Empfangszeitpunkt) und der Empfangszeit des dritten Signals (dritter Empfangs zeitpunkt). Ein erster Momentanabstand wird unter Verwendung des ersten und zweiten Empfangszeitpunktes bestimmt. Obwohl in vielen Aspekten ähnlich, unterscheiden sich die Momen tanabstände gemäß Definition in der bevorzugten Ausführungs form von den Momentanabständen gemäß Beschreibung im Hinblick auf die dritte alternative Ausführungsform. Wie vorstehend beschrieben, können die Momentanabstände 308, 310 in der be vorzugten Ausführungsform als ein Kreis interpretiert werden, der durch einen Radius definiert wird, der die Länge des Mo mentanabstandes ist, wobei der Kreis einen Mittelpunkt an der Position des Satelliten aufweist. In der dritten alternativen Ausführungsform definieren jedoch die Momentanabstände Hyper beln. Mit anderen Worten, die die mehreren möglichen Positio nen der Mobileinheit auf der Erdoberfläche repräsentierende geometrische Kurve ist eine Hyperbel statt eines Kreises. Der Unterschied in den geometrischen Kurven beruht auf der Bezie hung der Laufzeit der Signale und der erforderlichen Zeit für den Satelliten einen gegebenen Abstand zurückzulegen. In der bevorzugten Ausführungsform kann die Position des Satelliten während der Messung als stationär betrachtet werden, um einen Momentanabstand zu bestimmen. In der dritten alternativen Ausführungsform ist jedoch die Bewegung des Satelliten rele vant. Der Satellit kann in der dritten alternativen Ausfüh rungsform während der Messungen nicht als stationär betrachtet werden. Demzufolge werden die mehreren möglichen Positio nen der Mobileinheit 106 durch eine Hyperbel in der dritten alternativen Ausführungsform und als ein Kreis in der bevor zugten Ausführungsform dargestellt und hängen von dem Gelän deverlauf der Erde ab.

Durch Messen der Differenz zwischen dem ersten und zwei ten Empfangszeitpunkt und Subtrahieren der vorbestimmten Zeitdauer wird eine erste Zeitverschiebung bestimmt. Mit an deren Worten, es wird eine umgekehrte Doppler-Berechnung durchgeführt, um den ersten Momentanabstand, definiert durch die erste Hyperbel 1012 zu bestimmen. Unter Verwendung der ersten Zeitverschiebung bestimmt die Bodenstation 108 den er sten Momentanabstand durch Anwendung der vorstehenden Glei chung (15).

Der Satellit 102 empfängt das dritte Signal von der Mo bileinheit 106 an einer dritten Empfangsposition 1104. Unter Verwendung des zweiten und dritten Empfangszeitpunktes be stimmt die Bodenstation 108 einen zweiten Momentanabstand, definiert durch eine zweite Hyperbel 1102. Der zweite Momen tanabstand wird unter Anwendung desselben Verfahrens wie vor stehend beschrieben mit der Ausnahme berechnet, daß der zwei te und dritte Empfangszeitpunkt statt dem ersten und zweiten Empfangszeitpunkt verwendet werden. Eine umgekehrte Doppler- Berechnung unter Verwendung der zweiten und dritten Empfangs zeitpunkte ergibt den zweiten Momentanabstand.

Gemäß Darstellung in Fig. 11 definiert die erste Hyper bel 1012 die möglichen Positionen der Mobileinheit 106, die den ersten Momentanabstand von dem Satelliten 102 bei dem zweiten Signalempfangszeitpunkt bilden. Ebenso definiert eine zweite Hyperbel 1102 die möglichen Positionen der Mobilein heit, die sich auf dem zweiten Momentanabstand von dem Satel liten 102 bei dem dritten Signalempfangszeitpunkt befinden. Die Bodenstation 108 bestimmt die zwei möglichen Positionen 1106, 1108 der Mobileinheit 106 auf der Basis des Schnittes der zwei Hyperbel 1012, 1102.

Die laterale Zweideutigkeit in der dritten und vierten alternativen Ausführungsform wird mittels eines ähnlichen Verfahrens wie das Verfahren in der bevorzugten Ausführungs form gelöst. Im allgemeinen sind die Meßreste für die wahre Position der Mobileinheit 106 kleiner als für die zweideutige Position an der gegenüberliegenden Seite der Satellitenboden spur 404.

Fig. 12 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Bestim men des ersten Momentanabstandes (Schritt 502 in Fig. 5a) und des zweiten Momentanabstandes (Schritt 502 in Fig. 5a) in Übereinstimmung mit der dritten alternativen Ausführungsform der Erfindung. Im Schritt 1202 sendet die Mobileinheit 106 das erste Signal an die Vorrichtung (Satellit) 102 zu einem ersten Signalsendezeitpunkt.

Im Schritt 1204 empfängt der Satellit 102 das erste Sig nal zu dem ersten Signalempfangszeitpunkt und zeichnet den ersten Signalempfangszeitpunkt auf.

Im Schritt 1206 sendet die Mobileinheit 106 ein zweites Signal an den Satelliten 102.

Im Schritt 1208 empfängt der Satellit 102 das zweite Sig nal zu dem zweiten Signalempfangszeitpunkt und zeichnet den Signalempfangszeitpunkt auf.

Im Schritt 1210 sendet die Mobileinheit 106 ein drittes Signal an den dritten Signalsendezeitpunkt an den Satelliten 102.

Der Satelliten 102 zeichnet den Empfangszeitpunkt des dritten Signals nach dem Empfang des Signals zu dem dritten Signalempfangszeitpunkt im Schritt 1212 auf.

Im Schritt 1214 sendet der Satelliten 102 eine Meldung an die Bodenstation 108, die den ersten Signalempfangszeitpunkt, den zweiten Signalempfangszeitpunkt und den dritten Signal empfangszeitpunkt enthält.

Unter Verwendung der in der Meldung enthaltenen Daten zu sätzlich zu anderen bekannten Daten, bestimmt die Bodenstation 108 ein erstes Hyperboloid mehrerer Positionen, die in Be zug auf den Satelliten während dessen Weg entlang der Satel litenflugbahn im Schritt 1216 positioniert sind. Das Hyperbo loid basiert auf der Differenz zwischen dem zweiten Empfangs zeitpunkt und dem ersten Empfangszeitpunkt und der bekannten Periode zwischen den Sendezeitpunkten des ersten und zweiten Signals. Der Fachmann auf diesem Gebiet wird die Ähnlichkei ten zwischen den im Hinblick auf die bevorzugte Ausführungs form diskutierten Kugeln 320, 322 und den in der dritten al ternativen Ausführungsform beschriebenen Hyperboloiden erken nen. Wie es vorstehend zu sehen war, berücksichtigt die Glei chung (15) den Schnitt der Ebene 402 und des Hyperboloids, um die Hyperbel 1012 zu definieren. Obwohl die Erdoberfläche als eine ebene flache Oberfläche 402 für Demonstrationszwecke an genähert wurde, wird der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, daß die Erdoberfläche 104 durch die vorstehend genannte Ge ländefunktion definiert ist. Demzufolge wird im Schritt 1216 das dreidimensionale Hyperboloid bestimmt, und enthält alle möglichen Positionen der Mobileinheit 106 zum zweiten Signal empfangszeitpunkt. Wie es nachstehend in Bezug auf den Schritt 1220 zu sehen sein wird, ergibt der Schnitt zwischen dem Hyperboloid und der Geländefunktion der Erdoberfläche 104 eine Hyperbel 1012 möglicher Positionen der Mobileinheit auf der Erdoberfläche 104.

Im Schritt 1218 bestimmt die Bodenstation 108 das zweite Hyperboloid mehrerer Positionen, die als ein Abstand von dem Satelliten 102 angeordnet sind, auf der Basis der Differenz zwischen dem dritten Signalempfangszeitpunkt, dem zweiten Signalempfangszeitpunkt und der Periode (T) zwischen dem zweiten und dritten Sendezeitpunkt.

Der erste Momentanabstand wird auf der Basis des Schnit tes zwischen dem ersten Hyperboloid und der Geländefunktion der Erdoberfläche 104 im Schritt 1220 berechnet. Obwohl die Erdoberfläche 104 durch eine Ebene 402 angenähert werden kann, definiert die Geländefunktion der Erdoberfläche 104 die Oberfläche genauer. Der Schnitt der Geländefunktion und des ersten Hyperboloid ergibt mehrere mögliche Positionen 1012 der Mobileinheit 106 auf der Erdoberfläche. Die geometrische Form der mehreren Positionen der Erdoberfläche 104 nähert sich einer Hyperbel 1012 an, wenn die Geländefunktion mehr eine Ebene 402 definiert.

Im Schritt 1222 berechnet die Bodenstation den zweiten Momentanabstand auf der Basis des Schnittes zwischen dem zweiten Hyperboloid und der Geländefunktion der Erdoberfläche 104.

Das Verfahren zur Bestimmung der geographischen Position einer Mobileinheit 106 in Übereinstimmung mit der dritten al ternativen Ausführungsform verläuft weiter wie es in Bezug auf Fig. 5a und 5c beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß die Momentanabstände in der dritten und vierten alternativen Ausführungsform hyperbolisch sind, und in der bevorzugten Ausführungsform, der ersten alternativen Ausführungsform und der zweiten alternativen Ausführungsform kreisförmig sind.

Daher wird die Position einer Mobileinheit 106 durch Sen den mehrerer Signale von der Mobileinheit 106 an eine sich oberhalb der Erdoberfläche 104 bewegende Vorrichtung be stimmt. In einigen Ausführungsformen entsteht das Signal in der Vorrichtung und wird von der Mobileinheit 106 nach einer vorbestimmten Rücksendeverzögerung zurückgesendet. In anderen Ausführungsformen werden die Signale von der Mobileinheit 106 erzeugt. Auf der Basis der Laufzeiten der Signale, werden ei nige Momentanabstände auf der Basis der Laufzeiten der Signa le bestimmt, wobei in einigen Ausführungsformen die Momen tanabstände durch Kreise angenähert werden können, und in an deren Ausführungsformen durch auf der Erdoberfläche 104 lie gende Hyperbeln. Schnitte zwischen den geometrischen Kurven, welche die Momentanabstände darstellen, werden zur Bestimmung von zwei möglichen Positionen der Mobileinheit 106 verwendet. Die Zweideutigkeit wird durch Beobachten einer Bewegung der Mobileinheit 106 aufgrund der Erdrotation aufgelöst.

Obwohl die verschiedenen Ausführungsformen primär unter Verwendung geometrischer Darstellungen verwendet werden, werden die Ausführungsformen bevorzugt unter Verwendung eines Algorithmus, wie z. B. des vorstehend beschriebenen Verfahrens der kleinsten Quadrate implementiert.

Die vorstehenden Beschreibungen der bevorzugten Ausfüh rungsform werden gegeben, um einem beliebigen Fachmann auf diesem Gebiet die Anwendung der vorliegenden Erfindung zu er möglichen. Verschiedene Modifikationen dieser Ausführungsfor men werden dem Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres er sichtlich sein, und die hierin definierten generischen Prin zipien können auf andere Ausführungsformen ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtungen angewendet werden. Daher soll diese Erfindung nur durch die nachstehenden Ansprüche einge schränkt, welche alle derartigen anderen Ausführungsformen und Modifikationen umfassen, wenn sie in Verbindung mit der vorstehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen be trachtet werden.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung einer geographischen Position einer Mobileinheit, wobei das Verfahren die Schritte auf weist:
Bestimmen eines ersten Momentanabstandes zwischen ei ner sich oberhalb der Erdoberfläche bewegenden Vorrich tung und der Mobileinheit auf der Basis einer ersten Sig nallaufzeit eines ersten Signals;
Bestimmen eines zweiten Momentanabstandes zwischen der Vorrichtung und der Mobileinheit auf der Basis einer zweiten Signallaufzeit eines zweiten Signals;
Berechnen von zwei möglichen Positionsbereichen auf der Basis eines Schnittes des ersten Momentanabstandes und des zweiten Momentanabstandes; und
Identifizieren eines von den zwei möglichen Positi onsbereichen als den die Position der Mobileinheit ent haltenden Positionsbereich durch Beobachten einer Bewe gung der Mobileinheit aufgrund der Erdrotation.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die sich oberhalb der Erdoberfläche bewegende Vorrichtung ein Satellit ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt der Bestim mung des ersten Momentanabstandes den Schritt den Multi plikation der ersten Signallaufzeit mit der Geschwindig keit des ersten Signals umfaßt; und wobei der Schritt der Bestimmung des zweiten Momen tanabstandes den Schritt den Multiplikation der zweiten Signallaufzeit mit der Geschwindigkeit des zweiten Sig nals umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt der Bestim mung der ersten Signallaufzeit die Schritte umfaßt:
Senden des ersten Signals von dem Satelliten an die Mobileinheit zu einem ersten Sendezeitpunkt;
Senden des ersten Signals von der Mobileinheit an den Satelliten;
Empfangen des ersten Signals bei dem Satelliten zu einem ersten Signalempfangszeitpunkt;
Subtrahieren einer bekannten Signalverzögerung der Mobileinheit von einer ersten verstrichenen Zeit zwischen dem ersten Sendezeitpunkt und dem ersten Empfangszeit punkt, um eine Zeit gleich dem Doppelten der ersten Sig nallaufzeit zu bestimmen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt der Bestim mung der zweiten Signallaufzeit die Schritte umfaßt:
Senden des zweiten Signals von dem Satelliten an die Mobileinheit zu einem zweiten Sendezeitpunkt;
Senden des zweiten Signals von der Mobileinheit an den Satelliten;
Empfangen des zweiten Signals bei dem Satelliten zu einem zweiten Signalempfangszeitpunkt;
Subtrahieren einer bekannten Signalverzögerung der Mobileinheit von einer zweiten verstrichenen Zeit zwi schen dem zweiten Sendezeitpunkt und dem zweiten Emp fangszeitpunkt, um eine Zeit gleich dem Doppelten der zweiten Signallaufzeit zu bestimmen.

6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt der Bestim mung der ersten Signallaufzeit die Schritte umfaßt:
Senden des ersten Signals von einer Bodenstation an den Satelliten zu einem ersten Sendezeitpunkt;
Senden des ersten Signals von dem Satelliten an die Mobileinheit;
Senden des ersten Signals von der Mobileinheit an den Satelliten;
Empfangen des ersten Signals bei dem Satelliten; Senden des ersten Signals an die Bodenstation von dem Satelliten;
Empfangen des ersten Signals bei der Bodenstation zu einem ersten Empfangszeitpunkt;
Subtrahieren einer bekannten Signalverzögerung der Mobileinheit von einer ersten verstrichenen Zeit zwischen dem ersten Sendezeitpunkt und dem ersten Signalempfangs zeitpunkt;
Subtrahieren einer ersten Zwei-Wege-Laufzeit zwischen der Bodenstation und dem Satelliten von der ersten ver strichenen Zeit zum Bestimmen der ersten Signallaufzeit.

7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt der Bestim mung der zweiten Signallaufzeit die Schritte umfaßt:
Senden des zweiten Signals von einer Bodenstation an den Satelliten zu einem zweiten Sendezeitpunkt;
Senden des zweiten Signals von dem Satelliten an die Mobileinheit;
Senden des zweiten Signals von der Mobileinheit an den Satelliten;
Empfangen des zweiten Signals bei dem Satelliten;
Senden des zweiten Signals an die Bodenstation von dem Satelliten;
Empfangen des zweiten Signals bei der Bodenstation zu einem zweiten Empfangszeitpunkt;
Subtrahieren einer bekannten Signalverzögerung der Mobileinheit von einer zweiten verstrichenen Zeit zwi schen dem zweiten Sendezeitpunkt und dem zweiten Signa lempfangszeitpunkt;
Subtrahieren einer zweiten Zwei-Wege-Laufzeit zwi schen der Bodenstation und dem Satelliten von der zweiten verstrichenen Zeit zum Bestimmen der zweiten Signallauf zeit.

8. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt der Bestim mung der ersten Signallaufzeit die Schritte umfaßt:
Senden eines Referenzsignals von der Mobileinheit an den Satelliten;
Senden des ersten Signals von der Mobileinheit nach einer ersten Verzögerungszeit nach dem Senden des Refe renzsignals;
Empfangen des Referenzsignals bei dem Satelliten zu einem Referenzsignalemfangszeitpunkt;
Empfangen des ersten Signals bei dem Satelliten zu einem ersten Signalempfangszeitpunkt; und
Subtrahieren der ersten Verzögerungszeit von einer Differenz zwischen dem ersten Signalempfangszeitpunkt und dem Referenzsignalemfangszeitpunkt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt der Bestim mung der zweiten Signallaufzeit die Schritte umfaßt:
Senden des zweiten Signals von der Mobileinheit nach einer zweiten Verzögerungszeit nach dem Senden des ersten Signals;
Empfangen des zweiten Signals bei dem Satelliten zu einem zweiten Signalempfangszeitpunkt;
Subtrahieren der zweiten Verzögerungszeit von einer Differenz zwischen zweiten Signalempfangszeitpunkt und dem ersten Signalemfangszeitpunkt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit den Schritten:
Wiederholen des Bestimmungsschrittes des zweiten Mo mentanabstandes, um mehrere Momentanabstände zu bestim men;
Berechnen mehrerer möglicher Positionen der Mobilein heit auf der Basis mehrerer Schnitte eines letzten Momen tanabstandes von den mehreren Momentanabständen und einem vorher bestimmten Momentanabstand; und
Identifizieren einer von den mehreren möglichen Posi tionen als die Position des mobilen Benutzers.

11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner mit dem Schritt der Verwendung eines vorher bestimmten Abstandes zum Berech nen des letzten Momentanabstandes.

12. Verfahren zur Bestimmung einer geographischen Position einer Mobileinheit, wobei das Verfahren die Schritte auf weist:
Bestimmen mehrerer Momentanabstände zwischen einer sich oberhalb der Erdoberfläche bewegenden Vorrichtung und der Mobileinheit auf der Basis von mehreren Signal laufzeiten von mehreren Signalen;
Berechnen von mehreren möglichen Positionspaaren der Mobileinheit auf der Basis eines Schnittes zwischen einem letzten Momentanabstand und einem vorher bestimmten Mo mentanabstand und auf der Basis einer vorher bestimmten Abschätzung der Position der Mobileinheit;
Identifizieren eines höchstwahrscheinlichen Positi onspaares der möglichen Positionspaare, das die Position der Mobileinheit enthält; und
Identifizieren einer von zwei möglichen Positionen des höchst wahrscheinlichen Positionspaares als die Posi tion der Mobileinheit durch Beobachten der Bewegung einer Mobileinheit aufgrund der Erdrotation.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die sich oberhalb der Erdoberfläche bewegende Vorrichtung ein Satellit ist.

14. Vorrichtung zur Bestimmung einer geographischen Position einer Mobileinheit, wobei die Vorrichtung aufweist:
einen Empfänger, der zum Empfangen eines ersten Sig nals zu einem ersten Empfangszeitpunkt und eines zweiten Signals zu einem zweiten Empfangszeitpunkt angepaßt ist, wobei das erste Signal und das zweite Signal von der Mo bileinheit gesendet werden; das erste Signal eine erste Signallaufzeit für den Weg zwischen der Vorrichtung und der Mobileinheit benötigt und das zweite Signal eine zweite Signallaufzeit für den Weg zwischen der Vorrich tung und der Mobileinheit benötigt;
einen mit dem Empfänger verbundenen Prozessor, ange paßt zum:
Bestimmen eines ersten Momentanabstandes zwischen dem Satelliten und der Mobileinheit auf der Basis der ersten Signallaufzeit;
Bestimmen eines zweiten Momentanabstandes zwischen dem Satelliten und der Mobileinheit auf der Basis der zweiten Signallaufzeit;
Berechnen von zwei möglichen Positionsbereichen der Mobileinheit auf der Basis eines Schnittes des ersten Mo mentanabstandes und des zweiten Momentanabstandes; und
Identifizieren eines von den zwei möglichen Positi onsbereichen als den die Position der Mobileinheit ent haltenden Positionsbereich durch Beobachten einer Bewe gung der Mobileinheit aufgrund der Erdrotation.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, ferner mit einem mit dem Prozessor verbundenen Sender, wobei der Sender dafür an gepaßt ist, das erste Signal zu einem ersten Sendezeit punkt und das zweite Signal zu einem zweiten Sendezeit punkt an die Mobileinheit zu senden.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Prozessor dafür angepaßt ist, die erste Signallaufzeit durch Subtraktion einer bekannten Rücksendeverzögerung der Mobileinheit von einer verstrichenen Zeit zwischen dem ersten Sendezeit punkt und dem ersten Empfangszeitpunkt zu bestimmen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Prozessor dafür angepaßt ist, die zweite Signallaufzeit durch Subtraktion einer bekannten Rücksendeverzögerung der Mobileinheit von einer verstrichenen Zeit zwischen dem zweiten Sendezeit punkt und dem zweiten Empfangszeitpunkt zu bestimmen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Vorrichtung dafür angepaßt ist, eine Verbindung zu einem Satelliten herzu stellen.

19. Vorrichtung zur Bestimmung einer geographischen Position einer Mobileinheit, wobei der Satellit aufweist:
einen Sender, der zum Senden mehrerer Signale an die Mobileinheit angepaßt ist;
einen Empfänger, der zum Empfangen der von der Mobi leinheit zurückgesendeten mehreren Signale angepaßt ist, wobei jedes von den mehreren Signale eine Laufzeit benö tigt, um von der Vorrichtung an die Mobileinheit zu lau fen, was zu mehreren Laufzeiten führt; und
einen mit Empfänger und dem Sender verbundenen Pro zessor, angepaßt zum:
Bestimmen mehrerer Momentanabstände auf der Basis der mehreren Signallaufzeiten;
Berechnen von zwei höchstwahrscheinlichen Positionen der Mobileinheit auf der Basis von mehreren Schnitten der mehreren Abstände;
Identifizieren eines von den zwei höchstwahrscheinli chen Positionen der Mobileinheit als die Position der Mo bileinheit durch Beobachten einer Bewegung der Mobilein heit aufgrund der Erdrotation.

20. Bodenstation innerhalb eines Satellitensystems zur Be stimmung einer geographischen Position einer Mobilein heit, wobei die Bodenstation aufweist:
einen Empfänger, der zum Empfangen eines ersten Sig nals zu einem ersten Empfangszeitpunkt und eines zweiten Signals zu einem zweiten Empfangszeitpunkt angepaßt ist, wobei das erste Signal und das zweite Signal von der Mo bileinheit über einen Satelliten gesendet werden; das er ste Signal eine erste Signallaufzeit für den Weg zwischen dem Satelliten und der Mobileinheit benötigt und das zweite Signal eine zweite Signallaufzeit für den Weg zwi schen dem Satelliten und der Mobileinheit benötigt;
einen mit dem Empfänger verbundenen Prozessor, ange paßt zum:
Bestimmen eines ersten Momentanabstandes zwischen dem Satelliten und der Mobileinheit auf der Basis der ersten Signallaufzeit;
Bestimmen eines zweiten Momentanabstandes zwischen dem Satelliten und der Mobileinheit auf der Basis der zweiten Signallaufzeit;
Berechnen von zwei möglichen Positionsbereichen der Mobileinheit auf der Basis eines Schnittes des ersten Mo mentanabstandes und des zweiten Momentanabstandes; und
Identifizieren eines von den zwei möglichen Positi onsbereichen als den die Position der Mobileinheit ent haltenden Positionsbereich durch Beobachten einer Bewe gung der Mobileinheit aufgrund der Erdrotation.

21. Bodenstation nach Anspruch 20, ferner mit einem mit dem Prozessor verbundenen Sender, wobei der Sender dafür an gepaßt ist, das erste Signal zu einem ersten Sendezeit punkt und das zweite Signal zu einem zweiten Sendezeit punkt an die Mobileinheit zu senden.

22. Bodenstation nach Anspruch 21, wobei der Prozessor dafür angepaßt ist, die erste Signallaufzeit durch Subtraktion einer bekannten Rücksendeverzögerung der Mobileinheit von einer verstrichenen Zeit zwischen dem ersten Sendezeit punkt und dem ersten Empfangszeitpunkt und Subtraktion einer Laufzeit von dem Satelliten zu der Bodenstation von der verstrichenen Zeit zu bestimmen.

23. Bodenstation nach Anspruch 21, wobei der Prozessor dafür angepaßt ist, die zweite Signallaufzeit durch Subtraktion einer bekannten Rücksendeverzögerung der Mobileinheit von einer verstrichenen Zeit zwischen dem zweiten Sendezeit punkt und dem zweiten Empfangszeitpunkt und Subtraktion einer Laufzeit von dem Satelliten zu der Bodenstation von der verstrichenen Zeit zu bestimmen.

24. Verfahren zur Bestimmung einer geographischen Position einer Mobileinheit mit nur einem Satelliten, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Bestimmen eines ersten Momentanabstandes zwischen ei nem Satelliten und der Mobileinheit auf der Basis einer Zeitdifferenz zwischen dem Empfang eines ersten Signals und dem Empfang eines zweiten Signals, die von der Mobi leinheit gesendet werden;
Bestimmen eines zweiten Momentanabstandes zwischen dem Satelliten und der Mobileinheit auf der Basis einer Zeitdifferenz zwischen dem Empfang des zweiten Signals und dem Empfang eines dritten Signals, die von der Mobi leinheit gesendet werden;
Berechnen von zwei möglichen Positionsbereichen der Mobileinheit auf der Basis eines Schnittes des ersten Mo mentanabstandes und des zweiten Momentanabstandes; und
Identifizieren eines von den zwei möglichen Positi onsbereichen als den die Position der Mobileinheit ent haltenden Positionsbereich auf der Basis einer Differenz zeit zwischen dem Empfang eines vierten Signals und des dritten Signals aufgrund der Erdrotation.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Schritt der Bestim mung des ersten Momentanabstandes den Schritt der Berech nung des ersten Momentanabstandes auf der Basis einer Ge schwindigkeit des Satelliten umfaßt.

26. Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Schritt der Bestim mung des zweiten Momentanabstandes den Schritt der Be rechnung des zweiten Momentanabstandes auf der Basis ei ner Geschwindigkeit des Satelliten umfaßt.

27. Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Schritt der Bestim mung des ersten Momentanabstandes die Schritte umfaßt:
Bestimmen eines ersten Signalemfangszeitpunktes;
Bestimmen eines zweiten Signalemfangszeitpunktes;
Subtrahieren des ersten Signalemfangszeitpunktes von dem zweiten Signalemfangszeitpunkt, um eine erste Emp fangszeitdifferenz zu erzeugen;
Subtrahieren einer vorbestimmten Zeitdauer von der ersten Empfangszeitdifferenz, um eine erste Zeitverschie bung zu bestimmen, wobei das erste Signal und das zweite Signal zu von der vorbestimmten Zeitdauer getrennten Zeitpunkten gesendet werden; und
Berechnen des ersten Momentanabstandes auf der Basis der Zeitverschiebung, der Lichtgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit des Satelliten.

28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Schritt der Bestim mung des zweiten Momentanabstandes die Schritte umfaßt:
Bestimmen eines dritten Signalemfangszeitpunktes;
Bestimmen eines vierten Signalemfangszeitpunktes;
Subtrahieren des dritten Signalemfangszeitpunktes von dem vierten Signalemfangszeitpunkt, um eine zweite Emp fangszeitdifferenz zu erzeugen;
Subtrahieren einer zweiten vorbestimmten Zeitdauer von der zweiten Empfangszeitdifferenz, um eine zweite Zeitverschiebung zu bestimmen, wobei das dritte Signal und das vierte Signal zu von der zweiten vorbestimmten Zeitdauer getrennten Zeitpunkten gesendet werden; und
Berechnen des zweiten Momentanabstandes auf der Basis der Zeitverschiebung, der Lichtgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit des Satelliten.

29. Verfahren nach Anspruch 28, ferner mit dem Schritt des Empfangs mehrerer Meldungen von dem Satelliten bei der Bodenstation, wobei die Meldungen die erste Empfangszeit, die zweite Empfangszeit, die dritte Empfangszeit und die vierte Empfangszeit enthalten.

30. Bodenstation, die mit einem Satellitenkommunikations system verbunden ist, wobei die Bodenstation aufweist:
einen Empfänger, der für den Empfang mehrerer Meldun gen von nur einem Satelliten angepaßt ist, wobei jede von mehreren Meldungen die Empfangszeitpunkte von mehreren von einer Mobileinheit an den Satelliten in vorbestimmten Zeitintervallen gesendeten Signalen transportiert;
einen mit dem Empfänger verbundenen Prozessor, wobei der Prozessor dafür angepaßt ist, eine Position der Mo bileinheit auf der Basis von Zeitdifferenzen zwischen den Empfangszeitpunkten der mehreren Meldungen zu bestimmen.

31. Bodenstation nach Anspruch 30, ferner mit einem mit dem Prozessor verbundenen Sender, wobei der Sender dafür an gepaßt ist, die Position der Mobileinheit an eine Not dienstorganisation weiterzusenden.

32. Prozessor, der innerhalb einer Bodenstation eines Satel litenkommunikationssystems verschaltet ist, wobei der Prozessor dafür angepaßt ist, die Schritte auszuführen:
Bestimmen eines ersten Momentanabstandes zwischen ei nem Satelliten und der Mobileinheit auf der Basis einer Zeitdifferenz zwischen dem Empfang eines von der Mobil einheit gesendeten ersten Signals und dem Empfang eines von der Mobileinheit gesendeten zweiten Signals;
Bestimmen eines zweiten Momentanabstandes zwischen einem Satelliten und der Mobileinheit auf der Basis einer Zeitdifferenz zwischen dem Empfang des zweiten Signals und dem Empfang eines von der Mobileinheit gesendeten dritten Signals;
Berechnen von zwei möglichen Positionsbereichen der Mobileinheit auf der Basis eines Schnittes des ersten Mo mentanabstandes und des zweiten Momentanabstandes; und
Identifizieren eines von den zwei möglichen Positi onsbereichen als den die Position der Mobileinheit ent haltenden Positionsbereich auf der Basis einer Zeitdiffe renz zwischen Empfang eines vierten Signals und dem drit ten Signal aufgrund der Erdrotation.

33. Satellitenkommunikationssystem, mit:
einer Mobileinheit, die dafür angepaßt ist, mehrere von vorbestimmten Zeitintervallen getrennte Signale zu senden;
einem Satelliten, der die Erde umkreist und dafür an gepaßt, mehrere Meldungen zu senden, die Empfangszeit punkte der mehreren bei dem Satelliten empfangenen Signa le transportieren;
einer Bodenstation, die dafür angepaßt ist, eine Po sition der Mobileinheit auf der Basis der Zeitdifferenzen zwischen den Empfangszeitpunkten zu bestimmen.

34. Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 33, wobei die Bodenstation die Position der Mobileinheit bestimmt durch:
Bestimmen von zwei gleichzeitigen Abständen zwischen dem Satelliten und der Mobileinheit auf der Basis der Zeitdifferenzen
Bestimmen von zwei möglichen Positionen auf der Basis der zwei gleichzeitigen Abstände; und
Identifizieren eines von den zwei möglichen Positi onsbereichen als den die Position der Mobileinheit ent haltenden Positionsbereich auf der Basis einer Zeitdiffe renz zwischen Empfangszeitpunkten von zwei von der Mobi leinheit gesendeten Signalen, wobei sich die Zeitdiffe renz aus der Bewegung der Mobileinheit aufgrund der Erd rotation ergibt.

35. Verfahren zur Bestimmung einer geographischen Position einer Mobileinheit, wobei das Verfahren die Schritte auf weist:
Minimierung der Restergebnisse einer Gleichung klein ster Quadrate für mehrere Signallaufzeiten zwischen einer sich oberhalb der Erdoberfläche bewegenden Vorrichtung und der Mobileinheit, um zwei mögliche Positionsbereiche der Mobileinheit zu bestimmen; und
Identifizieren eines von den zwei möglichen Positi onsbereichen als den die Position der Mobileinheit ent haltenden Positionsbereich durch Beobachten einer Konver genz der Gleichung kleinster Quadrate auf den Positions bereich, der die Position der Mobileinheit aufgrund der Bewegung der Mobileinheit, die sich aus der Erdrotation ergibt, enthält.

36. Verfahren zur Bestimmung einer geographischen Position einer Mobileinheit, wobei das Verfahren die Schritte auf weist:
Bestimmen einer ersten geometrischen Gleichung, wel che mehrere erste mögliche Momentanabstände zwischen ei ner sich oberhalb der Erdoberfläche bewegenden Vorrichtung und der Mobileinheit auf der Basis einer ersten Sig nallaufzeit definiert;
Bestimmen einer zweiten geometrischen Gleichung, wel che mehrere zweite mögliche Momentanabstände zwischen der sich oberhalb der Erdoberfläche bewegenden Vorrichtung und der Mobileinheit auf der Basis der zweiten Signal laufzeit definiert;
Berechnen von zwei möglichen Positionsbereichen auf der Basis eines Schnittes der ersten geometrischen Glei chung und der zweiten geometrischen Gleichung; und
Identifizieren eines von den zwei möglichen Positi onsbereichen als den die Position der Mobileinheit ent haltenden Positionsbereich durch Beobachten einer Bewe gung der Mobileinheit aufgrund der Erdrotation.

37. Verfahren nach Anspruch 36, wobei die sich oberhalb der Erdoberfläche bewegende Vorrichtung ein Satellit ist.

38. Verfahren nach Anspruch 36, wobei der Schritt der Bestim mung der ersten geometrischen Gleichung den Schritt den Multiplikation der ersten Signallaufzeit mit der Ge schwindigkeit des ersten Signals umfaßt; und
wobei der Schritt der Bestimmung der zweiten geome trischen Gleichung den Schritt den Multiplikation der zweiten Signallaufzeit mit der Geschwindigkeit des zwei ten Signals umfaßt.

39. Verfahren nach Anspruch 38, wobei der Schritt der Bestim mung der ersten Signallaufzeit die Schritte umfaßt:
Senden des ersten Signals von dem Satelliten an die Mobileinheit zu einem ersten Sendezeitpunkt;
Senden des ersten Signals von der Mobileinheit an den Satelliten;
Empfangen des ersten Signals bei dem Satelliten zu einem ersten Signalempfangszeitpunkt;
Subtrahieren einer bekannten Signalverzögerung der Mobileinheit von einer ersten verstrichenen Zeit zwischen dem ersten Sendezeitpunkt und dem ersten Empfangszeitpunkt, um eine Zeit gleich dem Doppelten der ersten Sig nallaufzeit zu bestimmen.

40. Verfahren nach Anspruch 38, wobei der Schritt der Bestim mung der zweiten Signallaufzeit die Schritte umfaßt:
Senden des zweiten Signals von dem Satelliten an die Mobileinheit zu einem zweiten Sendezeitpunkt;
Senden des zweiten Signals von der Mobileinheit an den Satelliten;
Empfangen des zweiten Signals bei dem Satelliten zu einem zweiten Signalempfangszeitpunkt;
Subtrahieren einer bekannten Signalverzögerung der Mobileinheit von einer zweiten verstrichenen Zeit zwi schen dem zweiten Sendezeitpunkt und dem zweiten Emp fangszeitpunkt, um eine Zeit gleich dem Doppelten der zweiten Signallaufzeit zu bestimmen.

41. Verfahren nach Anspruch 38, wobei der Schritt der Bestim mung der ersten Signallaufzeit die Schritte umfaßt:
Senden des ersten Signals von einer Bodenstation an den Satelliten zu einem ersten Sendezeitpunkt;
Senden des ersten Signals von dem Satelliten an die Mobileinheit;
Senden des ersten Signals von der Mobileinheit an den Satelliten;
Empfangen des ersten Signals bei dem Satelliten;
Senden des ersten Signals an die Bodenstation von dem Satelliten;
Empfangen des ersten Signals bei der Bodenstation zu einem ersten Empfangszeitpunkt;
Subtrahieren einer bekannten Signalverzögerung der Mobileinheit von einer ersten verstrichenen Zeit zwischen dem ersten Sendezeitpunkt und dem ersten Signalempfangs zeitpunkt;
Subtrahieren einer ersten Zwei-Wege-Laufzeit zwischen der Bodenstation und dem Satelliten von der ersten ver strichenen Zeit zum Bestimmen der ersten Signallaufzeit.

42. Verfahren nach Anspruch 38, wobei der Schritt der Bestim mung der zweiten Signallaufzeit die Schritte umfaßt:
Senden des zweiten Signals von einer Bodenstation an den Satelliten zu einem zweiten Sendezeitpunkt;
Senden des zweiten Signals von dem Satelliten an die Mobileinheit;
Senden des zweiten Signals von der Mobileinheit an den Satelliten;
Empfangen des zweiten Signals bei dem Satelliten;
Senden des zweiten Signals an die Bodenstation von dem Satelliten;
Empfangen des zweiten Signals bei der Bodenstation zu einem zweiten Empfangszeitpunkt;
Subtrahieren einer bekannten Signalverzögerung der Mobileinheit von einer zweiten verstrichenen Zeit zwi schen dem zweiten Sendezeitpunkt und dem zweiten Signal empfangszeitpunkt;
Subtrahieren einer zweiten Zwei-Wege-Laufzeit zwi schen der Bodenstation und dem Satelliten von der zweiten verstrichenen Zeit zum Bestimmen der zweiten Signallauf zeit.

43. Verfahren nach Anspruch 38, wobei der Schritt der Bestim mung der ersten Signallaufzeit die Schritte umfaßt:
Senden eines Referenzsignals von der Mobileinheit an den Satelliten;
Senden des ersten Signals von der Mobileinheit nach einer ersten Verzögerungszeit nach dem Senden des Refe renzsignals;
Empfangen des Referenzsignals bei dem Satelliten zu einem Referenzsignalemfangszeitpunkt;
Empfangen des ersten Signals bei dem Satelliten zu einem ersten Signalempfangszeitpunkt; und
Subtrahieren der ersten Verzögerungszeit von einer Differenz zwischen ersten Signalempfangszeitpunkt und dem Referenzsignalemfangszeitpunkt.

44. Verfahren nach Anspruch 43, wobei der Schritt der Bestim mung der zweiten Signallaufzeit die Schritte umfaßt:
Senden des zweiten Signals von der Mobileinheit nach einer zweiten Verzögerungszeit nach dem Senden des ersten Signals;
Empfangen des zweiten Signals bei dem Satelliten zu einem zweiten Signalempfangszeitpunkt;
Subtrahieren der zweiten Verzögerungszeit von einer Differenz zwischen dem zweiten Signalempfangszeitpunkt und dem ersten Signalemfangszeitpunkt.

45. Verfahren nach Anspruch 36, ferner mit den Schritten:
Wiederholen des Bestimmungsschrittes der zweiten geo metrischen Gleichung, um mehrere geometrische Gleichungen zu bestimmen, wobei jede von den mehreren geometrischen Gleichungen mehrere mögliche Positionsbereiche definiert;
Berechnen mehrerer möglicher Positionsbereiche auf der Basis mehrerer Schnitte einer letzten geometrischen Gleichung und einer geometrischen Gleichung; und
Identifizieren eines von den mehreren möglichen Posi tionsbereichen als den die Position des mobilen Benutzers enthaltenden.

46. Verfahren nach Anspruch 45, ferner mit dem Schritt der Verwendung der vorher bestimmten geometrischen Gleichung zum Berechnen des letzten geometrischen Gleichung.