DE102010005347A1 - Method for enhancement of position determination in e.g. north pole of earth and in air by mobile navigation device, involves receiving signals emitted by satellites, and using signals for enhancement of position determination - Google Patents

Method for enhancement of position determination in e.g. north pole of earth and in air by mobile navigation device, involves receiving signals emitted by satellites, and using signals for enhancement of position determination Download PDF

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Abstract

The method involves emitting signals (12) for receiving and evaluating by a usage system (14) for position determination. Satellites (10) in a room segment are moved on an earth orbit (16), where the satellites exhibit high eccentricity of about 0.5, a high inclination of 70 degree and an apogee over a polar region (18). The satellites are processed over a pole region outside of an inner radiation zone (20) of a Van Allen radiation belt. The signals emitted by the satellites are received. The signals are used for enhancement of the position determination. An independent claim is also included for a usage system for a satellite navigation system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Positionsbestimmung mit einem Satellitennavigationssystem gemäß Anspruch 1, ein Nutzungssystem gemäß Anspruch 7 und einen Satelliten gemäß Anspruch 9.The invention relates to a method for improving the position determination with a satellite navigation system according to claim 1, a utilization system according to claim 7 and a satellite according to claim 9.

Satellitensysteme zur weltweiten Navigation (GNSS; GNSS = Global Navigation Satellite System, kurz Satellitennavigationssystem) werden zur Positionsbestimmung und Navigation auf der Erde und in der Luft eingesetzt. GNSS Systeme, wie beispielsweise das im Aufbau befindliche europäische Satellitennavigationssystem (im Folgenden auch als Galileo-System oder kurz Galileo bezeichnet) weisen ein, eine Mehrzahl von Satelliten umfassendes Satelliten-System (Raumsegment), ein mit einer zentralen Berechnungsstation verbundenes erdfestes Empfangseinrichtungs-System (Bodensegment), das mehrere Bodenstationen wie im Fall von Galileo die Galileo-Sensorstationen (GSS) umfasst, sowie Nutzungssysteme auf, welche die von den Satelliten per Funk übermittelten Satellitensignale insbesondere zur Navigation auswerten und nutzen. Vom Raumsegment aus sendet jeder Satellit ein den Satelliten charakterisierendes Signal, das Signal-In-Space (SIS) aus. Das SIS umfasst insbesondere Informationen zum Orbit des Satelliten und einen Zeitstempel des Aussendezeitpunkts, die zur Detektion der Position eines Nutzers bzw. Nutzungssystems genutzt werden.Global Navigation Satellite Systems (GNSS) are used to locate and navigate the Earth and in the air. GNSS systems, such as the European Satellite Navigation System under construction (hereafter also referred to as the Galileo system or Galileo for short), comprise a satellite system comprising a plurality of satellites (space segment), a ground-based receiver system connected to a central computing station ( Ground segment), the Galileo sensor stations (GSS) comprises several ground stations as in the case of Galileo, and use systems that evaluate the satellite signals transmitted by the satellite by radio in particular for navigation and use. From the space segment, each satellite transmits a signal characterizing the satellite, the signal-in-space (SIS). In particular, the SIS contains information about the orbit of the satellite and a time stamp of the time of transmission, which are used to detect the position of a user or utilization system.

Allerdings weisen Satellitennavigationssysteme bei Breiten(graden), die deutlich größer als die Inklination der Bahnebene der Satelliten sind, normalerweise eine relativ schlechte vertikale Genauigkeit auf, weil die Beobachtungsgeometrien für die Nutzungssysteme sehr schlecht werden. Um die Genauigkeit der Positionsbestimmung von Satellitennavigationssystemen zu erhöhen, werden auch sogenannte Erweiterungs- oder Ergänzungssysteme wie WAAS (Wide Area Augmentation System) und EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) eingesetzt. Diese Ergänzungssysteme ermöglichen eine lokal begrenzte Steigerung der Positionsbestimmungsgenauigkeit, indem Korrekturdaten für die Navigationsdaten über Satelliten an Nutzungssysteme verteilt werden (SBAS: Satellite Based Augmentation System). WAAS und EGNOS stellen zwar prinzipiell Daten für die Breitengrade, die deutlich größer als die Inklination der Bahnebene der Satelliten sind, bereit; die Verfügbarkeit der Daten ist jedoch aufgrund der geringen, teilweise sogar negativen Elevation der Satelliten, welche die Daten von WAAS und EGNOS verteilen, bei diesen Breiten nicht sehr hoch, teilweise sogar überhaupt nicht gegeben. Insbesondere aufgrund der Klimaerwärmung und Abschmelzung der polaren Eismassen wird jedoch gerade in diesen Breiten eine zuverlässige, insbesondere genaue Positionsbestimmung und Navigation immer wichtiger.However, at latitudes (degrees) that are significantly greater than the inclination of the orbital plane of the satellites, satellite navigation systems usually have relatively poor vertical accuracy because the observation geometries for the utilization systems become very poor. In order to increase the accuracy of the positioning of satellite navigation systems, so-called extension or supplementary systems such as WAAS (Wide Area Augmentation System) and EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) are used. These supplementary systems allow a localized increase in positioning accuracy by distributing satellite navigation data correction data to use systems (SBAS: Satellite Based Augmentation System). Although WAAS and EGNOS basically provide data for the latitudes, which are significantly larger than the inclination of the satellite's orbit plane; However, due to the low, sometimes even negative, elevation of the satellites distributing the data from WAAS and EGNOS, the availability of the data is not very high, sometimes even not at all, at these latitudes. Especially due to the global warming and melting of the polar ice masses, however, a reliable, especially accurate position determination and navigation is becoming increasingly important, especially in these latitudes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Positionsbestimmung mit einem Satellitennavigationssystem derart zu verbessern, dass eine genaue Positionsbestimmung und Navigation auch bei Breiten(graden) erzielt werden kann, in denen normalerweise die Verfügbarkeit von Daten von Satellitennavigationssystemen und den bekannten Ergänzungssystemen nicht besonders hoch oder gar nicht gegeben ist, wie über polaren Regionen.Object of the present invention is therefore to improve the position determination with a satellite navigation system such that an accurate position determination and navigation can be achieved even at latitudes (degrees) in which normally the availability of data from satellite navigation systems and the known supplementary systems is not particularly high or is not given at all, how about polar regions.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Verbesserung der Positionsbestimmung mit einem Satellitennavigationssystem mit den Merkmalen von Anspruch 1, durch ein Nutzungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 7 und durch einen Satelliten mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method for improving the position determination with a satellite navigation system having the features of claim 1, by a utilization system having the features of claim 7 and by a satellite having the features of claim 9. Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, die Positionsbestimmung mit einem Satellitennavigationssystem, das ein Raumsegment mit mehreren ersten Satelliten aufweist, die Navigationssignale zum Empfangen und Auswerten durch Nutzungssysteme für die Positionsbestimmung aussenden, dadurch zu verbessern, dass das Satellitennavigationssystem durch einige zweite Satelliten ergänzt wird, die Signale zur Verbesserung der Positionsbestimmung ausstrahlen und sich auf einer Bahn bewegen, die eine hohe Exzentrität von wenigstens etwa 0,5, eine hohe Inklination von wenigstens 70° und ein Apogäum über einer polaren Region besitzt, und die über der anderen Polregion außerhalb der inneren Strahlungszone des van-Allen-Strahlungsgürtels verläuft. Durch das Apogäum über der einen polaren Region kann eine lange Verweildauer über dieser polaren Region erreicht werden, was im Zusammenspiel mit der hohen Inklination der Bahn zu einem besseren Empfang durch Nutzungssysteme in der polaren Region verhilft, wodurch die Nutzungssysteme mit Hilfe der von den zweiten Satelliten ausgestrahlten Signale ihre Positionsbestimmung in dieser polaren Region verbessern kann, da nun die Beobachtungsgeometrien für die Nutzungssysteme in dieser Region besser werden und daher das Satellitennavigationssystem eine bessere vertikale Genauigkeit aufweist. Die von den zweiten Satelliten ausgestrahlten Signale können Korrekturdaten für von den ersten Satelliten ausgestrahlte Navigationssignale beinhalten oder selbst Navigationssignale sein.An essential idea of the invention is to improve the position determination with a satellite navigation system having a space segment with a plurality of first satellites that transmit navigation signals for receiving and evaluation by use systems for position determination, by supplementing the satellite navigation system with a few second satellites, emit signals to improve positional positioning and move on a trajectory having a high eccentricity of at least about 0.5, a high inclination of at least 70 ° and an apogee over a polar region, and those above the other pole region outside the inner ones Radiation zone of the van Allen radiation belt runs. The apogee over the one polar region allows a long residence time over this polar region to be achieved, which, in conjunction with the high inclination of the orbit, provides better reception by utilization systems in the polar region, thereby increasing the utilization systems by means of the second satellites radiated signals can improve their position determination in this polar region, since the observation geometries for the systems of use in this region are now better and therefore the satellite navigation system has a better vertical accuracy. The signals radiated by the second satellites may include correction data for navigation signals radiated by the first satellites, or may themselves be navigation signals.

Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Verbesserung der Positionsbestimmung mit einem Satellitennavigationssystem, das ein Raumsegment mit mehreren ersten und zweiten Satelliten, die Signale zum Empfangen und Auswerten durch Nutzungssysteme für die Positionsbestimmung aussenden, aufweist. Die zweiten Satelliten bewegen sich auf einer Erdumlaufbahn, die eine hohe Exzentrität von wenigstens etwa 0,5, eine hohe Inklination von wenigstens 70° und ein Apogäum über einer polaren Region (18) besitzt und die über der anderen Polregion außerhalb der inneren Strahlungszone des van-Allen-Strahlungsgürtels verläuft. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
Empfangen von Signalen, die von den zweiten Satelliten ausgesandt werden, und Nutzen der von zweiten Satelliten ausgesandten Signale zur Verbesserung der Positionsbestimmung.
An embodiment of the invention now relates to a method for improving the position determination with a satellite navigation system comprising a space segment with a plurality of first and second satellites, the signals for receiving and evaluating by utilization systems for the Send out position determination has. The second satellites are orbiting with a high eccentricity of at least about 0.5, a high inclination of at least 70 °, and an apogee over a polar region (FIG. 18 ) and which extends beyond the other pole region outside the inner radiation zone of the van Allen radiation belt. The method comprises the following steps:
Receiving signals emitted by the second satellites and utilizing the signals emitted by the second satellites to improve positioning.

Die Erdumlaufbahn, auf der sich die zweiten Satelliten bewegen, besitzt in einer Ausführungsform eine Inklination zwischen etwa 80° und etwa 100°, insbesondere zwischen etwa 80° und etwa 90°. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Signale der zweiten Satelliten von Nutzungssystemen in der einen polaren Region besser als die Signale der ersten Satelliten empfangen werden können, die auf Bahnen mit einer weitaus geringeren Inklination umlaufen.The earth orbit on which the second satellites move has in one embodiment an inclination between about 80 ° and about 100 °, in particular between about 80 ° and about 90 °. It can thereby be achieved that the signals of the second satellites of use systems in the one polar region can be received better than the signals of the first satellites, which circulate on paths with a much lower inclination.

Das Apogäum der Erdumlaufbahn, auf der sich die zweiten Satelliten bewegen, kann etwa 20000 bis etwa 50000 km betragen. Hierdurch kann erreicht werden, dass sich die zweiten Satelliten möglichst lange über der einen polaren Region beim Umlauf befinden und ein guter Empfang der Signale in der einen polaren Region gewährleistet ist.The apogee of the Earth orbit on which the second satellites move may be from about 20,000 to about 50,000 miles. In this way it can be achieved that the second satellites are as long as possible above the one polar region during circulation and good reception of the signals in the one polar region is ensured.

Die von den zweiten Satelliten ausgesendeten Signale können anders als die von den ersten Satelliten ausgesendeten Signale kodiert sein, und das Empfangen dieser Signale kann das Umschalten des Dekodierens auf die Dekodierung dieser Signale aufweisen. Beispielsweise können die von den zweiten Satelliten ausgesendeten Signale mit einem anderen Kode als die von den ersten Satelliten ausgesendeten Signale kodiert sein, so dass die Signale der zweiten Satelliten nur dann genutzt werden können, wenn der zur Kodierung verwendete Kode einem Nutzungssystem bekannt ist. In einem Nutzungssystem, beispielsweise einem mobilen Navigationsgerät, können hierzu die Kodes der Signale der ersten und der zweiten Satelliten abgespeichert sein, so dass es die Signale der zweiten Satelliten dann nutzen kann, wenn die Signale der ersten Satelliten nur schwach empfangen werden können, also insbesondere in der einen polaren Region.The signals emitted by the second satellites may be coded differently than the signals transmitted by the first satellites, and receiving these signals may comprise switching the decoding to the decoding of those signals. For example, the signals emitted by the second satellites may be coded with a code other than the signals transmitted by the first satellites, so that the signals of the second satellites can only be used if the code used for coding is known to a utilization system. In a utilization system, for example a mobile navigation device, the codes of the signals of the first and the second satellites can be stored for this purpose so that it can use the signals of the second satellites when the signals of the first satellites can only be received weakly, that is to say in particular in the one polar region.

Die von den zweiten Satelliten ausgesendeten Signale können auch auf einer anderen Frequenz als die von den ersten Satelliten ausgesendeten Signale übertragen werden. Die für die Signale der zweiten Satelliten verwendete Frequenz kann insbesondere eine bisher für die Übertragung von Signalen von Satellitennavigationssystem nicht verwendete Frequenz sein, so dass der Betrieb herkömmlicher Satellitennavigationssysteme nicht durch die Signale der zweiten Satelliten gestört wird.The signals emitted by the second satellites may also be transmitted at a different frequency than the signals transmitted by the first satellites. In particular, the frequency used for the signals of the second satellites may be a frequency not previously used for the transmission of signals from satellite navigation systems, so that the operation of conventional satellite navigation systems is not disturbed by the signals of the second satellites.

Das Nutzen der von zweiten Satelliten ausgesandten Signale für die Positionsbestimmung kann abhängig von einem oder mehreren der folgenden Parameter erfolgen: Empfangsfeldstärke der von zweiten Satelliten ausgesandten Signale; aktuelle Position des Empfangens der von den zweiten Satelliten ausgesandten Signale; Berechtigung zur Nutzung der von zweiten Satelliten ausgesandten Signale. Beispielsweise kann ein Nutzungssystem anhand der Empfangsfeldstärke der empfangen Signale von Satelliten entscheiden, welche Signale genutzt werden. Wenn das Nutzungssystem in der einen polaren Region Signale der zweiten Satelliten mit größerer Empfangsfeldstärke als die Signale der ersten Satelliten empfängt, kann es beispielsweise entscheiden, die Signale der zweiten Satelliten anstelle der von den ersten Satelliten zu verwenden. Ebenso kann das Nutzungssystem entscheiden, Signale der zweiten Satelliten zu verwenden, wenn es sich in der einen polaren Region befindet, oder sehr nahe an der einen polaren Region. Schließlich kann die Nutzung auch davon abhängig sein, ob ein Nutzungssystem zum Nutzen der Signale der zweiten Satelliten berechtigt ist, beispielsweise indem es einen entsprechenden Kode oder Schlüssel besitzt, mit dem die Signale der zweiten Satelliten dekodiert bzw. entschlüsselt werden können.The use of the positioning signals emitted by second satellites may be dependent on one or more of the following parameters: received field strength of signals emitted by second satellites; current position of receiving the signals emitted by the second satellites; Authorization to use signals emitted by second satellites. For example, a usage system may decide which signals to use based on the received field strength of the received signals from satellites. For example, if the utilization system in the one polar region receives signals from the second satellites having greater reception field strength than the signals from the first satellites, it may decide to use the signals from the second satellites rather than from the first satellites. Likewise, the utilization system may decide to use signals from the second satellites when it is in one polar region or very close to the one polar region. Finally, the usage may also depend on whether a utilization system is authorized to use the signals of the second satellites, for example by having a corresponding code or key with which the signals of the second satellites can be decoded or decrypted.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Nutzungssystem für ein Satellitennavigationssystem, insbesondere ein mobiles Navigationsgerät, das zur Benutzung mit einem Verfahren nach der Erfindung und wie vorhergehend beschrieben und für den Empfang von Signalen der zweiten Satelliten und die Nutzung dieser Signale zur Verbesserung der Positionsbestimmung in einer polaren Region ausgebildet ist.Another embodiment of the invention relates to a utilization system for a satellite navigation system, in particular a mobile navigation device, for use with a method according to the invention and as previously described and for the reception of signals of the second satellite and the use of these signals to improve the position determination in a polar region is formed.

Das Nutzungssystem kann ferner ausgebildet sein, die von zweiten Satelliten ausgesandten Signale für die Positionsbestimmung zu nutzen, wenn
die Empfangsfeldstärke der von zweiten Satelliten ausgesandten Signale größer als Empfangsfeldstärke der von den ersten Satelliten ausgesandten Signale ist,
die aktuelle Position des Nutzungssystems innerhalb der einen polaren Region liegt, und/oder
das Nutzungssystem über eine Berechtigung zur Nutzung der von zweiten Satelliten ausgesandten Signale verfügt.
The utilization system can also be designed to use the signals emitted by second satellites for the position determination, if
the reception field strength of the signals emitted by the second satellite is greater than the reception field strength of the signals transmitted by the first satellite,
the current position of the utilization system is within the one polar region, and / or
the utilization system has an authorization to use the signals emitted by second satellites.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Satelliten, der für eine Erdumlaufbahn ausgebildet ist, die eine hohe Exzentrität von wenigstens etwa 0,5, eine hohe Inklination von wenigstens 70° und ein Apogäum über einer polaren Region besitzt und die über der anderen Polregion außerhalb der inneren Strahlungszone des van-Allen-Strahlungsgürtels verläuft, und der ferner ausgebildet ist, Signale zur Verbesserung der Positionsbestimmung durch ein Nutzungssystem auszusenden.Another embodiment of the invention relates to a satellite configured for an earth orbit having a high eccentricity of at least about 0.5, a high inclination of at least 70 °, and an apogee over a polar region and those over the other pole region extends outside the inner radiation zone of the van Allen radiation belt, and is further adapted to emit signals to improve the position determination by a utilization system.

Der Satellit kann eine adaptive Antenne aufweisen und ferner derart ausgebildet sein, den Ausleuchtungswinkel mit ausgesendeten Signalen, unter dem der sichtbare Bereich der Erde vom Satelliten aus erscheint, durch entsprechende Ansteuerung der adaptiven Antenne abhängig von seiner Position über der einen polaren Region einzustellen.The satellite may include an adaptive antenna and further be configured to adjust the illumination angle with emitted signals under which the visible region of the earth appears from the satellite by appropriately driving the adaptive antenna depending on its position over the one polar region.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.Further advantages and possible applications of the present invention will become apparent from the following description in conjunction with the embodiments illustrated in the drawings.

In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in den Zeichnungen werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.In the description, in the claims, in the abstract and in the drawings, the terms and associated reference numerals used in the list of reference numerals recited below are used.

Die Zeichnungen zeigen inThe drawings show in

1 zweite Satelliten auf einer Erdumlaufbahn und der Empfang von Signalen der zweiten Satelliten zur Verbesserung der Positionsbestimmung in einer polaren Region durch Nutzungssystem gemäß der Erfindung. 1 second satellites in earth orbit and the reception of signals from the second satellites to improve positioning in a polar region by use system according to the invention.

In der folgenden Beschreibung können gleiche, funktional gleiche und funktional zusammenhängende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Absolute Werte sind im Folgenden nur beispielhaft angegeben und sind nicht als die Erfindung einschränkend zu verstehen.In the following description, identical, functionally identical and functionally connected elements may be provided with the same reference numerals. Absolute values are given below by way of example only and are not to be construed as limiting the invention.

In 1 ist ein Teil einer Konstellation von Satelliten eines Satellitennavigationssystems dargestellt, das auch in der polaren Region 18 in der nördlichen Halbkugel der Erde 22 eine relativ genaue Positionsbestimmung ermöglicht.In 1 is a part of a constellation of satellites of a satellite navigation system shown, which is also in the polar region 18 in the northern hemisphere of the earth 22 allows a relatively accurate position determination.

In der gezeigten Konstellation sind eine Umlaufbahn 18 erster Satelliten 24 um die Erde 22 und eine weitere Umlaufbahn 16 zweiter Satelliten 10 um die Erde 22 dargestellt. Die gezeigte Konstellation ist nur ein Teil eines globalen Satellitennavigationssystems, das in der Regel nicht nur eine, sondern mehrere Bahnen mit ersten Satelliten aufweist, so dass ein guter Empfang von Signalen dieser Satelliten in vielen Regionen der Erde gewährleistet ist. Bei den bekannten und derzeit im (Teil-)Betrieb befindlichen Satellitennavigationssystem GPS (Global Positioning System, auch NAVSTAR GPS) und GLONASS ist jedoch der Empfang von Signalen von Satelliten und damit die Positionsbestimmung vor allem in den polaren Regionen eingeschränkt und teilweise überhaupt nicht möglich. Die daraus resultierende beeinträchtigte Positionsbestimmung in den polaren Regionen wird durch die vorliegende Erfindung wie folgt verbessert.In the constellation shown are an orbit 18 first satellite 24 around the Earth 22 and another orbit 16 second satellite 10 around the Earth 22 shown. The constellation shown is only one part of a global navigation satellite system, which usually has not one but several lanes with first satellites, so that a good reception of signals from these satellites in many regions of the earth is guaranteed. In the known and currently in (partial) operating satellite navigation system GPS (Global Positioning System, and NAVSTAR GPS) and GLONASS, however, the reception of signals from satellites and thus the position determination, especially in the polar regions limited and sometimes not at all possible. The resulting impaired position determination in the polar regions is improved by the present invention as follows.

Die beiden in 1 dargestellten Umlaufbahnen 26 und 16 besitzen eine deutlich unterschiedliche Inklination zur Äquatorialebene 28 der Erde 22. Während die Umlaufbahn 26 der ersten Satelliten 24 eine typische Inklination von um die 60° besitzt, weist die Umlaufbahn 16 der zweiten Satelliten 10 eine wesentlich größere Inklination von wenigstens 70°, insbesondere zwischen etwa 80° und etwa 100°, insbesondere zwischen etwa 80° und etwa 90° auf. Hierdurch wird die Sichtbarkeit der zweiten Satelliten 10 über den polaren Regionen im Norden und Süden der Erde 22 gegenüber der Sichtbarkeit der ersten Satelliten 24 über diesen Regionen verbessert.The two in 1 illustrated orbits 26 and 16 have a distinctly different inclination to the equatorial plane 28 the earth 22 , While the orbit 26 the first satellite 24 has a typical inclination of around 60 °, the orbit 16 the second satellite 10 a much greater inclination of at least 70 °, in particular between about 80 ° and about 100 °, in particular between about 80 ° and about 90 °. This will increase the visibility of the second satellites 10 over the polar regions in the north and south of the earth 22 against the visibility of the first satellites 24 improved over these regions.

Weiterhin unterscheidet sich die Umlaufbahn 16 von der Umlaufbahn 26 darin, dass die Umlaufbahn 16 ein Apogäum etwa 20000 bis etwa 50000 km über der polaren Region 18 besitzt, und ein Perigäum über der polaren Region der südlichen Erdhalbkugel aufweist, das sich außerhalb der inneren Strahlungszone 20 des van-Allen-Strahlungsgürtels in einer Höhe von deutlich unter 10000 km. Eine Umlaufbahn mit derart unterschiedlichen Apogäum und Perigäum wird dadurch erreicht, dass die Bahn 16 eine hohe Exzentrität von wenigstens etwa 0,5 besitzt.Furthermore, the orbit differs 16 from orbit 26 in that orbit 16 an apogee about 20,000 to about 50,000 km above the polar region 18 possesses, and has a perigee over the polar region of the southern hemisphere, which is outside the inner radiation zone 20 of the van Allen radiation belt at a height significantly below 10000 km. An orbit with such different Apogee and perigee is achieved by the fact that the web 16 has a high eccentricity of at least about 0.5.

Ein in der polaren Region 18 befindliches Nutzungssystem 14, insbesondere ein mobiles Navigationssystem, ist aufgrund der höher inklinierten Umlaufbahn 16 der zweiten Satelliten 10 in der Lage, die von den zweiten Satelliten 10 ausgesendeten Signale 12 besser als die von den ersten Satelliten 24 ausgesendeten Signale zu empfangen. Aufgrund des über der polaren Region 18 befindlichen Apogäums der Umlaufbahn 16 ist die Verweildauer der zweiten Satelliten 10 größer als über der polaren Region der südlichen Erdhalbkugel. Da sich der Ausleuchtungswinkel, unter dem der sichtbare Bereich der Erde 22 von einem zweiten Satelliten 10 aus erscheint, sich deutlich während der Verweildauer der zweiten Satelliten 10 über der polaren Region 18 ändern kann, besitzen die zweiten Satelliten 10 adaptive Antennen, mit denen der Ausleuchtungswinkel derart eingestellt werden kann, dass er sich während der Verweildauer über der polaren Region 18 möglichst wenig ändert und eine gute Sichtbarkeit der von zweiten Satelliten 10 ausgesendeten Navigationssignale 12 für Nutzungssysteme 14 in der polaren Region 18 gewährleistet werden kann.One in the polar region 18 used utilization system 14 , especially a mobile navigation system, is due to the higher inclined orbit 16 the second satellite 10 capable of that from the second satellite 10 emitted signals 12 better than the first satellites 24 to receive transmitted signals. Because of over the polar region 18 located apogee of the orbit 16 is the residence time of the second satellites 10 larger than over the polar region of the southern hemisphere. As the illumination angle below which the visible area of the earth 22 from a second satellite 10 appears clearly during the dwell time of the second satellites 10 over the polar region 18 can change the second satellites own 10 adaptive antennas with which the illumination angle can be adjusted to be above the polar region during the dwell time 18 changes as little as possible and good visibility of the second satellite 10 emitted navigation signals 12 for use systems 14 in the polar region 18 can be guaranteed.

Die zweiten Satelliten 10 ausgesendeten Signale 12 können Navigationssignale wie die Signale der ersten Satelliten 24 sein oder Korrekturdaten ähnlich wie die von WAAS oder EGNOS ausgesendeten Daten an Nutzungssysteme übermitteln.The second satellites 10 emitted signals 12 can use navigation signals like the signals of the first satellites 24 or transmit correction data similar to that sent out by WAAS or EGNOS to utilization systems.

Die von den zweiten Satelliten 10 ausgesendeten Signale 12 können zur Unterscheidung von den Signalen der ersten Satelliten 24 mit einem unterschiedlichen Kode kodiert sein, so dass nur speziell dafür geeignete Nutzungssysteme diese Signale 12 dekodieren können. Ein derartiges Nutzungssystem kann beispielsweise bei einem Empfang der Signale 12 der zweiten Satelliten 10 mit einer ausreichenden Empfangsfeldstärke die Dekodierung von den Signalen der ersten Satelliten auf die Signale der zweiten Satelliten automatisch umschalten. Die Signale 12 der zweiten Satelliten 10 können auch auf einer anderen Frequenz als die von den ersten Satelliten 24 ausgesendete Signale übertragen werden. Ein Nutzungssystem muss dann zum Empfangen der Signale 12 der zweiten Satelliten 10 speziell ausgebildet sein. Weiterhin kann durch die Verwendung einer anderen Übertragungsfrequenz ggf. eine Störung der Übertragung der Signale der ersten Satelliten 24 vermieden werden.The second satellites 10 emitted signals 12 can distinguish them from the signals of the first satellites 24 be coded with a different code, so that only specially suitable use systems these signals 12 can decode. Such a utilization system can, for example, upon receipt of the signals 12 the second satellite 10 with sufficient reception field strength to automatically switch the decoding from the signals of the first satellites to the signals of the second satellites. The signals 12 the second satellite 10 can also be on a different frequency than that of the first satellite 24 transmitted signals are transmitted. A utilization system must then receive the signals 12 the second satellite 10 be specially trained. Furthermore, by using a different transmission frequency, if necessary, a disturbance of the transmission of the signals of the first satellite 24 be avoided.

Mit der vorliegenden Erfindung kann die Positionsbestimmung in polaren Regionen der Erde wie am Süd- oder Nordpol gegenüber herkömmlichen Satellitennavigationssystemen wesentlich verbessert werden. Durch den Einsatz von hoch exzentrischen und inklinierten Orbits für Satelliten eines Satellitennavigationssystems kann die Verweildauer von auf diesen Orbits befindlichen Satelliten über polaren Regionen maximiert werden, was durch Bereitstellung von Korrekturdaten und/oder Navigationssignalen zur Verbesserung der vertikalen Leistungsfähigkeit eines Satellitennavigationssystems führt.With the present invention, positioning in polar regions of the earth as well as at the south or north pole can be substantially improved over conventional satellite navigation systems. Through the use of highly eccentric and inclined orbits for satellites of a satellite navigation system, the dwell time of satellites located on these orbits can be maximized over polar regions, resulting in improvement of the vertical performance of a satellite navigation system by providing correction data and / or navigation signals.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
zweiter Satellitsecond satellite
1212
vom zweiten Satelliten 10 ausgesandte Signalefrom the second satellite 10 emitted signals
1414
Nutzungssystem für das Signal 12 Usage system for the signal 12
1616
Erdumlaufbahn zweiter Satelliten 10 Earth orbit second satellite 10
1818
polare Regionpolar region
2020
innere Strahlungszone des van-Allen-StrahlungsgürtelsInner radiation zone of the van Allen radiation belt
2222
Erdeearth
2424
erster Satellitfirst satellite
2626
Erdumlaufbahn erster Satelliten 24 Earth orbit of the first satellite 24
2828
Äquatorialebeneequatorial plane

Claims (10)

Verfahren zur Verbesserung der Positionsbestimmung mit einem Satellitennavigationssystem, das ein Raumsegment mit mehreren ersten und zweiten Satelliten (10, 24), die Signale (12) zum Empfangen und Auswerten durch Nutzungssysteme (14) für die Positionsbestimmung aussenden, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweiten Satelliten (10) auf einer Erdumlaufbahn (16) bewegen, die eine hohe Exzentrität von wenigstens etwa 0,5, eine hohe Inklination von wenigstens 70° und ein Apogäum über einer polaren Region (18) besitzt und die über der anderen Polregion außerhalb der inneren Strahlungszone (20) des van-Allen-Strahlungsgürtels verläuft, und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Empfangen von Signalen (12), die von den zweiten Satelliten (10) ausgesandt werden, und Nutzen der von zweiten Satelliten (10) ausgesandten Signale (12) zur Verbesserung der Positionsbestimmung.A method for improving position determination with a satellite navigation system comprising a space segment with a plurality of first and second satellites ( 10 . 24 ), the signals ( 12 ) for receiving and evaluating by use systems ( 14 ) for positioning, characterized in that the second satellites ( 10 ) in an earth orbit ( 16 ), which have a high eccentricity of at least about 0.5, a high inclination of at least 70 ° and an apogee over a polar region ( 18 ) and that over the other pole region outside the inner radiation zone ( 20 ) of the van Allen radiation belt, and the method comprises the steps of: receiving signals ( 12 ) from the second satellites ( 10 ) and benefits of second satellites ( 10 ) emitted signals ( 12 ) to improve the position determination. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdumlaufbahn (16), auf der sich die zweiten Satelliten (10) bewegen, eine Inklination zwischen etwa 80° und etwa 100°, insbesondere zwischen etwa 80° und etwa 90°, besitzt.Method according to claim 1, characterized in that the earth orbit ( 16 ), on which the second satellites ( 10 ), an inclination between about 80 ° and about 100 °, in particular between about 80 ° and about 90 °, has. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Apogäum der Erdumlaufbahn (16), auf der sich die zweiten Satelliten (10) bewegen, etwa 20000 bis etwa 50000 km beträgt.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the apogee of the Earth orbit ( 16 ), on which the second satellites ( 10 ), about 20,000 to about 50,000 miles. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von den zweiten Satelliten (10) ausgesendeten Signale (12) anders als die von den ersten Satelliten (24) ausgesendeten Signale kodiert sind, und das Empfangen dieser Signale das Umschalten des Dekodierens auf die Dekodierung dieser Signale aufweist.Method according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that the signals emitted by the second satellites ( 10 ) emitted signals ( 12 ) unlike that of the first satellites ( 24 ) and the receiving of these signals comprises switching the decoding to the decoding of these signals. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den zweiten Satelliten (10) ausgesendeten Signale (12) auf einer anderen Frequenz als die von den ersten Satelliten (24) ausgesendeten Signale übertragen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that that of the second satellite ( 10 ) emitted signals ( 12 ) on a different frequency than that of the first satellites ( 24 ) transmitted signals. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Nutzen der von zweiten Satelliten (10) ausgesandten Signale (12) zur Verbesserung der Positionsbestimmung abhängig von einem oder mehreren der folgenden Parameter erfolgt: Empfangsfeldstärke der von zweiten Satelliten ausgesandten Signale; aktuelle Position des Empfangens der von den zweiten Satelliten ausgesandten Signale; Berechtigung zur Nutzung der von zweiten Satelliten ausgesandten Signale.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the use of the second satellite ( 10 ) emitted signals ( 12 ) for improving the position determination depending on one or more of the following parameters: received field strength of the signals emitted by the second satellite; current position of receiving the signals emitted by the second satellites; Authorization to use signals emitted by second satellites. Nutzungssystem (14) für ein Satellitennavigationssystem, insbesondere mobiles Navigationsgerät, das zur Benutzung mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und für den Empfang von Signalen (12) der zweiten Satelliten (10) und die Nutzung dieser Signale zur Verbesserung der Positionsbestimmung in einer polaren Region (18) ausgebildet ist.Usage system ( 14 ) for a satellite navigation system, in particular a mobile navigation device, for use with a method according to one of the preceding claims and for the reception of signals ( 12 ) of the second satellite ( 10 ) and the use of these signals to improve position determination in a polar region ( 18 ) is trained. Nutzungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner ausgebildet ist, die von zweiten Satelliten (10) ausgesandten Signale (12) zur Verbesserung der Positionsbestimmung zu nutzen, wenn die Empfangsfeldstärke der von zweiten Satelliten ausgesandten Signale größer als Empfangsfeldstärke der von den ersten Satelliten ausgesandten Signale ist, die aktuelle Position des Nutzungssystems innerhalb der einen polaren Region liegt, und/oder das Nutzungssystem über eine Berechtigung zur Nutzung der von zweiten Satelliten ausgesandten Signale verfügt. Usage system according to claim 6, characterized in that it is further formed by the second satellite ( 10 ) emitted signals ( 12 ) to use for improving the position determination when the reception field strength of the signals emitted by the second satellite is greater than the reception field strength of the signals emitted by the first satellite, the current position of the utilization system is within the one polar region, and / or the utilization system has an authorization for Use of signals emitted by second satellites. Satellit (10), der für eine Erdumlaufbahn (16) ausgebildet ist, die eine hohe Exzentrität von wenigstens etwa 0,5, eine hohe Inklination von wenigstens 70° und ein Apogäum über einer polaren Region (18) besitzt und die über der anderen Polregion außerhalb der inneren Strahlungszone des van-Allen-Strahlungsgürtels verläuft, und der ferner ausgebildet ist, Signale (12) zur Verbesserung der Positionsbestimmung durch ein Nutzungssystem auszusenden.Satellite ( 10 ), which is responsible for an Earth orbit ( 16 ) having a high eccentricity of at least about 0.5, a high inclination of at least 70 ° and an apogee over a polar region ( 18 ), which extends beyond the other pole region outside the inner radiation zone of the van Allen radiation belt, and which is further configured to receive signals ( 12 ) to improve the position determination by a utilization system. Satellit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass er eine adaptive Antenne aufweist und er ferner derart ausgebildet ist, den Ausleuchtungswinkel mit ausgesendeten Signalen (12), unter dem der sichtbare Bereich der Erde vom Satelliten aus erscheint, durch entsprechende Ansteuerung der adaptiven Antenne abhängig von seiner Position über der einen polaren Region (18) einzustellen.Satellite according to claim 8, characterized in that it comprises an adaptive antenna and is further adapted to measure the illumination angle with transmitted signals ( 12 ) under which the visible region of the earth appears from the satellite, by appropriate control of the adaptive antenna depending on its position over the one polar region ( 18 ).
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R016 Response to examination communication
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R003 Refusal decision now final