DE19643675B4

DE19643675B4 - Verfahren und Vorrichtungen zur auf Satellitenfunk gestützten Zeit- und/oder Ortsbestimmung

Info

Publication number: DE19643675B4
Application number: DE19643675A
Authority: DE
Inventors: George Vladimir Kinal; James Robert Northwood Nagle II; Claudio Harrow Soddu; Fintan Richard Weybridge Ryan
Original assignee: Inmarsat Ltd
Current assignee: Inmarsat Global Ltd
Priority date: 1995-10-24
Filing date: 1996-10-22
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2016-10-23
Also published as: US20040145517A1; GB2339098B; GB2339100A; GB2339099B; CN1109251C; GB9921829D0; US6040798A; GB9521777D0; GB2306827B; GB9921832D0; GB9921828D0; FR2740225B1; DE19643675A1; FR2740225A1; CN1160209A; GB2339099A; GB2306827A; GB2339098A; JPH09171071A; GB2339100B

Abstract

Satellitenfunk-gestützte Zeit- und/oder Ortbestimmungsvorrichtung, aufweisend:
einen Funkempfänger (11, 50) zum Empfang eines Mehrfrequenz-Vermessungssignals von einem ersten Satelliten, der kein GNSS-Satellit ist, und
eine Herleitungseinrichtung zum Herleiten erster Ionosphärenverzögerungsdaten aus dem Mehrfrequenz-Vermessungssignal,
wobei der Funkempfänger (11, 50) zum Empfang eines weiteren Vermessungssignals von einem zweiten, GNSS-Satelliten eingerichtet ist und
eine Abschätzeinrichtung (60) zum Abschätzen zweiter Ionosphärenverzögerungsdaten für das weitere Vermessungssignal auf der Grundlage der ersten Ionosphärenverzögerungsdaten vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur auf Funk gestützten Zeit- und/oder Ortsbestimmung. Bei der auf Funk gestützten Zeit- und/oder Ortsbestimmung werden die Position und/oder die Zeit unter Verwendung von Vermessungssignalen zwischen einem Terminal und mehreren Funkfeuern bestimmt.
Wenn hierfür Satellitenfunk verwendet wird, sind die Leuchtfeuer Satelliten, die sich in einer Umlaufbahn befinden.
Im folgenden wird der Kürze halber der Begriff "Bestimmung" anstelle von "auf Satellitenfunk gestützte Zeit- und/oder Ortsbestimmung" verwendet. Z. B. ist ein "Bestimmungssystem" demgemäß ein "auf Satellitenfunk gestütztes Zeit- und/oder Ortsbestimmungssystem".
Derzeit existieren zwei globale Bestimmungssysteme. Das GPS-NAVSTAR-System umfasst eine Konstellation von Satelliten mit Umlaufbahnen von zwölf Stunden die vom und für das US-Verteidigungsministerium betrieben werden. Das GLONASS-Positio nierungssystem sorgt für ähnliche Maßnahmen unter Kontrolle durch die russische Regierung (und wird hier nicht weiter erörtert).
Beim GPS/NAVSTAR-System enthält jeder Satellit eine hochgenaue Atomuhr, und die Uhren aller Satelliten sind synchronisiert. Die Umlaufbahnen aller Satelliten sind gut gekennzeichnet, und jeder Satellit kann daher seine momentane Position herleiten. Die Satelliten empfangen von einer Bodenstation periodisch Information zu Schwankungen ihrer Umlaufbahn. Die Satelliten senden regelmäßige Mitteilungen, die folgendes enthalten:

1. die Zeit, wie durch die an Bord befindliche Atomuhr angegeben;
2. die Position des Satelliten und
3. Statusmitteilungen.

Details des GPS-Signalformats finden sich in der zweiten Ausgabe von "Global Positioning System Standard Position Service Signal Specification" 2. Ausgabe vom 2. Juni 1995.
Ein sich auf der Erde befindender GPS-Empfänger kann Signale von mehreren Satelliten empfangen. Die Konstellation ist so konzipiert, dass für beinahe jeden Punkt auf der Erde zu beinahe jeder Tageszeit mindestens vier Satelliten gleichzeitig sichtbar sind. Durch Notieren der verschiedenen Eintreffzeitpunkte von Signalen von verschiedenen Satelliten kann der GPS-Empfänger unter Verwendung der empfangenen Uhrzeitdaten und unter Kenntnis der Satellitenpositionen (mit den Signalen übertragen) den Relativbereich gegenüber jedem Satelliten berechnen, und auf diesen vier so berechneten Relativbereichen kann er seine Position dreidimensional berechnen und seine Uhr kalibrieren.
Änderungen von Verzögerungen bei den Laufzeiten, wie durch Schwankungen in der Ionosphäre hervorgerufen, können die Genauigkeit der Bestimmungsmessungen beeinträchtigen, und demgemäß sendet, um eine gewisse Kompensation hierfür zu ermöglichen, jeder Satellit in zwei Frequenzen (als L1 und L2 bezeichnet). Ein militärischer GPS-Empfänger kann durch Messen auf den zwei Frequenzen die Ionosphärenverzögerung abschätzen und korrigieren, da die Ionosphärenverzögerung abhängig von der Frequenz variiert.
Obwohl das GPS/Navstar-System hauptsächlich für militärische Verwendung vorgesehen ist, stehen Empfänger in weitem Umfang für zivile Zwecke zur Verfügung. Jedoch können Empfänger für zivile Zwecke den "P-Code" nicht decodieren, mit dem Informationssignale in der ersten und zweiten Frequenz verschlüsselt sind, und demgemäß können sie keine auf zwei Frequenzen beruhende Ionosphärenkompensation ausführen. Auch führt, um die Genauigkeit des Dienstes für nichtmilitärische Benutzer zu begrenzen, das Merkmal der sogenannten "selektiven Verfügbarkeit" absichtlich kleinere Fehler hinsichtlich der Zeit und/oder der Position in die im "C/A-Code" codierten Informationssignale ein, die nur mit der Frequenz L1 von verschiedenen Satelliten gesendet werden. Militärische Empfänger können Signale ohne diese absichtlichen Fehler decodieren.
Eine Bodenstation mit genau bekannter Position kann ermitteln, für welche Satelliten Fehler in welchem Umfang vorliegen, und es ist bekannt, ein Signal zu senden, das angibt, welche Satelliten Fehler aufweisen, sowie ein Signal, das das Ausmaß einer Korrektur angibt, die beim Empfang durch GPS-Empfänger vorzunehmen ist, damit sie Fehler kompensieren können, wie sie aus einer Messung auf einer einzelnen Frequenz herrühren, wodurch sie ein zuverlässiges Positionssignal herleiten können. Das Senden derartiger Signale über einen geostationären Satelliten ist z. B. im US-Patent 4,445,110 angegeben.
Während die zu verwendende Korrektur durch eine Bezugsbodenstation mit bekannter Position genau berechnet werden kann, wird diese Korrektur fortschreitend weniger genau, je weiter entfernt eine Position von der Bezugsbodenstation liegt, was auf Differenzen in der Ionosphäre (und anderen Schichten der Atmosphäre, wie der Troposphäre) beruht. Demgemäß ist der Nutzen derartiger "differentieller GPS-Techniken" beschränkt.
Anstatt einen GPS-Empfänger bereitzustellen, der so arbeitet, dass er auf zwei Frequenzen empfängt, um Ionosphärenschwankungen zu kompensieren, oder einen solchen, der eine Differenz-GPS-Korrektur erfährt, ist es möglich, ein Signal zu senden, das einige Daten zum Ionosphärenzustand enthält. In den letzten Jahren wurde die Möglichkeit eines Differenzsystems für ein weites Gebiet erörtert. Ein Beispiel ist das von der Flugbundesbehörde der USA vorgeschlagene WAAS(Wide Area Augmentation System = Verbesserungssystem für ein weites Gebiet)-System, das für Differenzkorrekturinformation über den USA sorgen soll. Bei einem derartigen System für ein weites Gebiet werden Ionosphärenkorrekturdaten für ein Gitter beabstandeter Punkte in einem Gebiet (z. B. Europa oder USA) über einen dieses Gebiet bedienenden geostationären Satelliten gesendet, und im Empfänger wird eine Interpolation zwischen Gitterpunkten ausgeführt, um einen Wert für die Ionosphärenverzögerungskorrektur herzuleiten, wie sie an einem Einzelfrequenzsignal von jedem sichtbaren GPS-Sateliten auszuführen ist. Auch werden Korrekturdaten zum Kompensieren von Fehlern hinsichtlich "selektiver Verfügbarkeit" gesendet. Das Dokument US-A-5,323,322 beschreibt ein Bestimmungssystem, bei dem Ionosphärendaten gesendet werden.
In den Veröffentlichungen "Evolution to civil GNSS taking advantage of geostationary satellites", ION 49th Annual Meeting, Juni 1993, "Implementation of the GNSS integrity channel and future GNSS growth considerations", INA 18th Annual Meeting, Oktober 1993 und "Global Navigation Satellite System (GNSS) Alternatives for Future Civil Requirements", PLANS '94 Technical Program, April 1994, die alle von J.R. Nagle, G.V. Kinal und A.J. Van Dierendonck stammen, wurde es vorgeschlagen, das GPS-NAVSTAR-System durch zusätzliche Zivilsatelliten in niedrigen, mittleren oder geostationären Umlaufbahnen zu ergänzen.
EP-B-0 242 115 , von der der Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeht, offenbart eine Vorrichtung zur Satellitenfunk-gestützten Ortsbestimmung, die trotz der für zivile Benutzer des GPS/NAVSTAR-Systems bestehenden Beschränkungen versucht, aus beiden Frequenzbändern L1 und L2 Informationen über Ionosphärenlaufzeiten zu gewinnen. Das dort beschriebene Verfahren ist jedoch nicht immer praktikabel und insbesondere bei gleichzeitiger Anwendung auf die Signale mehrerer Satelliten sehr aufwendig.
Ähnliche Versuche sind in US-4 809 005 , US-4 463 357 , JP-A-1-107 180 und C.B. Lee at al: "Development of a GPS-Codeless Receiver for Ionospheric Calibration and Time Transfer" in IEEE Transactions an Instrumentation and Measurement, Vol. 42, No. 2, 1993, S.494-497 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Satellitenfunk-gestützten Zeit- und/oder Ortsbestimmung anzugeben, die vergleichsweise einfach und praktikabel zu realisieren sind.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 9. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Anspruch 10 ist auf einen Empfänger mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gerichtet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Bestimmungsempfänger geschaffen, der ein Mehrfrequenz-Vermessungssignal und ein Einzelfrequenz-Vermessungssignal empfängt, aus dem Mehrfrequenz-Vermessungssignal durch Messen der Relativverzögerung zwischen den verschiedenen Frequenzen, in denen das Mehrfrequenz-Vermessungssignal gesendet wird, einen Ionosphärenverzögerungswert herleitet, und der für das weitere Vermessungssignal auf Grundlage des gemessenen Ionosphärenverzögerungswerts aus dem Mehrfrequenz-Vermessungssignal einen Verzögerungswert abschätzt.
Nun werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematisches Diagramm eines Bestimmungssystems;
2 ist ein schematisches Diagramm eines Teils des Nord- und Südamerika bedienenden Bestimmungssystems;
3 ist ein Blockdiagramm der Navigationsnutzlast eines MEO-Satelliten;
4 ist ein Blockdiagramm eines Navigationsempfängers;
5 ist ein Diagramm eines zum Repräsentieren von Ionosphäreninformation verwendeten Gitters; und
6 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen der Berechnung von Ionospärendurchstoßungspunkten.
Navigationssytem
1 zeigt schematisch die Elemente eines Bestimmungssystems sowie die Beziehung zwischen diesen. Selbständige Vermessungssignale R_n werden von einem oder mehreren GNSS(Glo bal Navigation Satellite Service)-Satelliten 2, wie GPS-Navstar-Satelliten und/oder GLONASS-Satelliten geliefert. Mehrere geostationäre Satelliten 6, wie die vorgeschlagenen Inmarsat-3-Kommunikationssatelliten oder wie speziell bereitgestellte, geostationäre Navigationssatelliten, führen jeweils einen Navigationssendeempfänger zum Weiterleiten differentieller Korrektur- und anderer Verbesserungsdaten A von einer landgebundenen Navigationserdstation (NLES = Navigation Land Earth Station) 8 zu Navigationsempfängern 11 mit sich, wobei die Verbesserungsdaten A Unversehrtheits-, Fehler- und Ionosphäreninformation betreffend die GNSS-Satelliten 2 und ihre Vermessungssignale R_n liefern.
Ein oder mehrere Satelliten 10 mit mittlerer Erdumlaufbahn (MEO = Medium Earth Orbit), wie die vorgeschlagenen Satelliten für das globale IOC(Handelsbezeichnung)-Satellitenkommunikationssystem, leiten regionale Verbesserungsdaten RA, wie sie von einem erdgebundenen Satellitenzugriffsknoten (SAN) 14 gesendet werden, an die Navigationsempfänger 11 weiter, wobei diese Daten in selbständigen Vermessungssignalen R_m enthalten sind, die mit den Vermessungssignalen R_n von den GNSS-Satelliten 2 synchronisiert sind. Die vorgeschlagenen Satelliten für das ICO(Handelsbezeichnung)-System bilden eine Konstellation von zehn Satelliten mit Umlaufzeiten von 6 Stunden in zwei Umlaufebenen, wobei jeder eine Kommunikations- und eine Navigationsnutzlast trägt.
Ein Netzwerk von Überwachungsstationen 16a, 16b und 16c mit genau bekannter Positionierung empfängt die Vermessungssignale R_n von den GNSS-Satelliten 2 sowie die Vermessungssignale R_m von den MEO-Satelliten 10 und berechnet Fehler in der in diesen Vermessungssignalen enthaltenen Positions- und Zeitinformation, und zwar mittels der Differenz zwischen den aus den Vermessungssignalen R berechneten Positionen und den tatsächlichen Positionen der Überwachungsstationen 16. Von den Überwachungsstationen 16a, 16b und 16c werden Differenzkorrekturdaten an eine regionale Kontrollstation 18 geliefert, die die Verbesserungsdaten A herleitet, einschließlich Fehlern in den berichteten Positionen und Zeitsignalen der MEO-Satelliten 10 und der GNSS-Satelliten 2. Die Überwachungsstationen können alternativ einfache Empfänger sein, wobei die Berechnung für die Differenzkorrektur in der regionalen Kontrollstation 18 ausgeführt wird.
Die Positions- und Zeitfehler in den Vermessungssignalen R variieren zwischen den Überwachungssystemen 16a, 16b und 16c nicht. Jedoch unterscheiden sich die von den Überwachungsstationen 16a, 16b und 16c empfangenen Differenzkorrekturdaten aufgrund der Differenz der Ionosphärenverzögerung in den von jeder der Überwachungsstationen 16 empfangenen Signalen abhängig von der Menge freier Elektronen in denjenigen Teilen der Ionosphäre, durch die die Signale laufen, zusammen mit anderen Verzögerungen wie Troposphärenverzögerungen, die durch Brechung an der Troposphäre hervorgerufen werden.
Daher kann die regionale Kontrollstation 18 gesondert Daten für Fehler in den Vermessungssignalen R_m, R_n und für Werte der Ionosphärenverzögerung im Bereich der Ionosphäre, durch den die Vermessungssignale laufen, damit sie jede der Überwachungsstationen 16a, 16b und 16c erreichen, herleiten. Diese Daten werden an die NLES 8 geliefert, um als Verbesserungsdaten A über die geostationären Satelliten 6 an die Navigationsempfänger 11 gesendet zu werden.
Zusätzlich werden die Verbesserungsdaten an ein Dienstenetzwerk 20 übertragen, auf das Betreiber der regionalen Verbesserungssysteme 21a, 21b zugreifen können. Derartige regionale Verbesserungssysteme 21a, 21b können örtliche Überwachungsstationen zum Berechnen von Differenzkorrekturdaten für spezielle Gebiete enthalten. Regionale Verbesserungsdaten RA, die z. B. genauere Ionosphärendaten und Korrekturen betreffend die Verbesserungsdaten, wie für die speziellen Gebiete relevant, enthalten, werden durch die Dienstebetreiber in das Dienstenetzwerk 20 eingegeben. Die regionalen Verbesserungsdaten RA können einige oder alle Verbesserungsdaten A umfassen. Die regionalen Verbesserungsdaten RA werden an den SAN 14 zur Übertragung über die MEO-Satelliten 10 und für selektiven Empfang durch die Navigationsempfänger 11 übertragen.
Das vorstehend beschriebene Bestimmungssystem liefert, zusätzlich zu vorhandenen Bestimmungsdiensten wie GPS und GLONASS, die zusätzlichen Vermessungssignale R_m von den MEO-Satelliten 10. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Vermessungssignale R_m Doppelfrequenz-Vermessungssignale, ähnlich den Signalen, wie sie Militärverwendern im GPS-System zur Verfügung stehen, jedoch sind sie unverschlüsselt und daher für jeden Benutzer zugänglich. Das vorstehende Bestimmungssystem sendet auch Verbesserungsdaten A über die geostationären Satelliten 6 über ein weites Gebiet, ergänzt durch regionale Verbesserungsdaten RA, wie von den MEO-Satelliten 10 übertragen.
Die Verbesserungsdaten A werden durch die NLES 8 erzeugten Vermessungssignalen R_g codiert und über den geostationären Satelliten 6 an die Navigationsempfänger 11 übertragen. Der Ort des geostationären Satelliten 6 wird in der NLES 8 bestimmt, die auch eine genaue Zeitreferenz enthält, wie eine Atomuhr oder ein Doppelfrequenzgerät für auf Satellitenfunk gestützte Zeit- und/oder Ortsbestimmung, wie mit den Uhren oder Geräten synchronisiert, die sich an Bord der MEO-Satelliten 10 und der GNSS-Satelliten 2 befinden. Die Verzögerung beim Übertragen der Vermessungssignale R_g von der NLES 8 an den geostationären Satelliten 6 wird ermittelt, und das Ver messungssignal R_g enthält Positions- und Zeitdaten, die so berechnet sind, dass sie, wenn sie durch den geostationären Satelliten 6 zurückgesendet werden, genau den Rücksendezeitpunkt und die Position des geostationären Satelliten 6 repräsentieren.
Das durch den geostationären Satelliten 6 an die NLES 8 zurückgesendete Signal sorgt für eine zeitliche Schleife, die es ermöglicht, die Verzögerung von der NLES 8 zum geostationären Satelliten 6 zu ermitteln, und die es auch ermöglicht, Ionosphäreneffekte zu messen. Auf diese Weise ist das Vermessungssignal R_g ausreichend genau dafür, dass es so verarbeitet wird, als würde es vom geostationären Satelliten 6 selbständig erzeugt.
Das vorstehend beschriebene Bestimmungssystem kann in Stufen realisiert werden, um einen fortschreitend verbesserten Dienst in Beziehung zu dem zu schaffen, wie er von den obigen GNSS-Satelliten 2 bereitgestellt wird, was wie folgt geschieht:

Stufe 1 – Vorhandene oder bereits geplante geostationäre Kommunikationssatelliten, wie die Inmarsat-3-Satelliten, werden als geostationäre Satelliten 6 zum Weiterleiten von Vermessungssignalen und Verbesserungsdaten R_g,A verwendet.
Stufe 2 – Zusätzliche, speziell anzubringende Navigationssatelliten werden als zusätzliche geostationäre Satelliten 6 in geostationäre Umlaufbahnen gebracht. Diese speziell bereitgestellten Navigationssatelliten können selbständige Vermessungssignale R_g erzeugen.
Stufe 3 – Die MEO-Satelliten 10, die zusätzliche Vermessungssignale R_m erzeugen und regionale Verbesserungsdaten RA weitergeben, werden abgeschossen.

Die Stufe 1 sorgt für eine Großgebietverbesserung, z. B. gemäß der WAAS-Spezifikation. Die Stufen 1 bis 3 liefern mehr Vermessungssignale, um die Abhängigkeit von den GNSS-Satelliten 2 zu verringern, die selektiv zur Verfügung stehen.
Systembetriebsbeispiel
2 zeigt ein Beispiel für das Bestimmungssystem von 1, das Navigationsdienste über Nord- und Südamerika bereitstellt. Einer der geostationären Satelliten 6 sendet Verbesserungsdaten A, wie sie über Nord- und Südamerika hinweg von einer ersten regionalen Kontrollstation 18a hergeleitet werden. In einem ersten Dienstegebiet 24a, das die USA überdeckt, liefert ein erstes Dienstenetzwerk 20a regionale Verbesserungsdaten RAa, die nur über das erste Dienstegebiet 24a hinweg gültig sind, wie genauere Ionosphärendaten betreffend die Ionospäre über den USA. Die regionalen Verbesserungsdaten RAa werden an einen ersten Satellitenzugriffsknoten 14a übertragen und über einen ersten MEO-Satelliten 10a über das erste Dienstegebiet 24a gesendet. Im ersten Dienstegebiet 24a sind von den RNSS-Satelliten 2a und 2b Vermessungssignale R_g verfügbar. Die Anzahl und die Kennungen der GNSS-Satelliten 2, die über einem vorbestimmten, minimalen Höhenwinkel im ersten Dienstegebiet 24a sichtbar sind, ändern sich zeitlich, wenn die Satelliten 2 entlang ihrer Umlaufbahnen weiterlaufen.
Ein erster MEO-Satellit 10a läuft auch relativ zum ersten Dienstegebiet 24a, bis sein Höhenwinkel unter eine Schwelle fällt, die für Sendungsempfang geeignet ist. Dann wählt der erste SAN 14a einen anderen MEO-Satelliten 10 mit einem Höhenwinkel über der Schwelle für Sendungsempfang aus, vorzugsweise einen solchen, der sich dem ersten Dienstegebiet 24a nähert. Der SAN 14a beendet die Übertragung an den ersten MEO-Satelliten 10a und beginnt statt dessen mit einer Übertragung an den ausgewählten MEO-Satelliten 10. Um eine Unterbrechung der Übertragung der regionalen Verbesserungs daten RA zu vermeiden, kann der SAN 14a während der Übergabe sowohl an den ersten MEO-Satelliten 10a als auch den ausgewählten MEO-Satelliten 10 senden.
Ein zweites Dienstegebiet 24b in Südamerika enthält eine zweite regionale Kontrollstation 18b, die Information von einem Überwachungsnetzwerk empfängt, das Vermessungssignale überwacht, wie sie im zweiten Dienstegebiet 24b empfangen werden. Information von der zweiten regionalen Kontrollstation 18b wird an die erste regionale Kontrollstation 18a gesendet, damit aus dem Überwachungsnetzwerk, das sich sowohl über Nord- als auch Südamerika erstreckt, Differenzkorrekturinformation für ein weites Gebiet gesammelt wird. Auf diese Weise können die Zeit- und Positionsfehler von Vermessungssignalen genauer ermittelt werden. Ein zweites Dienstenetzwerk 20b empfängt Information von der zweiten regionalen Kontrollstation 18b und leitet außerdem genauere Ionosphäreninformation innerhalb des Gebiets 24b her. Diese Information wird an einen zweiten SAN 14b weitergeleitet, der die Information über einen zweiten MEO-Satelliten 10b für Sendung über dem zweiten Dienstegebiet 24b überträgt.
Demgemäß wird durch den geostationären Satelliten 6, zu dem aus einem weiten Gebiet direkte Sicht besteht, Verbesserungsinformation, die für ein weites Gebiet gültig ist, gesendet. Detailliertere Information von engerer geographischer Gültigkeit wird durch die MEO-Satelliten 10 gesendet, die dazu in der Lage sind, ein kleineres Gebiet auf der Erdoberfläche zu überdecken. Auf diese Weise wird die Informationsübertragung durch geostationäre und durch MEO-Satelliten in Übereinstimmung mit den von diesen Satelliten überdeckten Gebieten gebracht.
Navigationssatellit
3 zeigt die Navigationsnutzlast eines der MEO-Satelliten 10.
Die Nutzlast umfasst einen Frequenzstandard 30, wie eine Atomuhr. Vom Frequenzstandard 30 wird ein hochgenaues Frequenzsignal f an Oszillatoren 20 geliefert, die ein Zeitsignal t erstellen, das auf eine Standardzeit, wie UTC, bezogen ist.
Das Zeitsignal t wird an einen Navigationssignalgenerator 34 geliefert. Die Nutzlast enthält auch eine Bahnverfolgungs- und Steuertelemetrieschnittstelle (TT&C = Telemetry Tracking & Control) 42, die verschlüsselte TT&C-Daten von einer nicht dargestellten TT&C-Erdstation empfängt. Die TT&C-Schnittstelle 42 liefert Bahnverfolgungsinformation an einen Prozessor 44, der Daten erzeugt, die Information zu den Ephemeriden des MEO-Satelliten 10 enthalten. Die Ephemeriden werden in einen Speicher 46 eingeschrieben, der Fehlerkorrektur ausführt, um eine Datenzerstörung wegen externer Einstrahlung zu vermeiden, und der einen doppelten Puffer aufweist, damit vorige Ephemeriden nicht unmittelbar durch neue überschrieben werden, solange nicht die neuen Ephemeriden verifiziert sind. Die Ephemeriden werden mittels des Navigationssignalgenerators 34 aus dem Speicher 46 ausgelesen, der das Zeitsignal t und die Ephemeriden unter Verwendung eines Goldcodes aus derselben Familie codiert, wie sie von den GPS-Navstarsatelliten verwendet wird und in der GPS-Spezifikation beschrieben ist. Der Goldcode ist ein Code mit pseudozufälligen Störungen (PRN = Pseudo Random Noise) mit geringer Autokorrelation und geringer Kreuzkorrelation zu anderen Goldcodes.
Zwischenfrequenzsignale IF, die die codierten Ephemeriden- und Zeitdaten enthalten, werden an einen Aufwärtswandler 36 geliefert, der diese Zwischenfrequenzsignale IF in verschiedene Frequenzen F1 und F2 umsetzt, die über Sendeantennen 40 bzw. 38 übertragen werden.
Die Frequenzen F1 und F2 können im wesentlichen dieselben wie die GPS-Frequenzen L1 und L2 sein, um Kompatibilität mit vorhandenen GPS-Empfängern beizubehalten, oder sie können gegen die Frequenzen L1 und L2 versetzt sein, damit Signale von den MEO-Satelliten 10 nur durch modifizierte Navigationsempfänger 11 empfangen werden. Bei einem Ausführungsbeispiel hat F1 den Wert 1576 MHz und F2 den Wert 1228 MHz.
Der Betrieb des Navigationssignalgenerators 34 wird durch einen Prozessor 44 gesteuert, und Statusinformation wird vom Navigationssignalgenerator 34 an den Prozessor 44 geliefert.
Die Nutzlast enthält auch eine Zubringerstrecke-Kanalschnittstelle 48, die regionale Verbesserungsinformation RA vom SAN 14 empfängt. Der Prozessor 44 liefert die regionale Verbesserungsinformation RA selektiv an den Speicher 46, damit sie in das vom Navigationsignalgenerator 34 ausgegebene Signal eingeschlossen wird.
Der Prozessor 44 ist sowohl in einem selbständigen Navigationsmodus als auch einem regionalen Verbesserungsmodus betreibbar. Im selbständigen Navigationsmodus werden von der Zubringerstrecke-Kanalschnittstelle 48 gelieferte Daten nicht an den Speicher 46 geliefert, weswegen der MEO-Satellit 10 lediglich Vermessungs- und Statusinformation mit einer Datenrate von 50 Bits pro Sekunde aussendet. Im regionalen Verbesserungsmodus werden die von der Zubringerstrecke-Kanalschnittstelle 48 empfangenen Verbesserungsdaten RA für den Einschluss in das Navigationssignal an den Speicher 46 geliefert. In diesem Modus sendet der MEO-Satellit 10 zusätzlich Information zur Unversehrtheit und zum Status der GNSS-Satelliten 2, Differenzkorrekturinformation, wie sie vom Dienstenetzwerk 20 geliefert wird, und Warnmeldungen, um anzuzeigen, wann Bestimmung nicht mit vorbestimmtem Genauigkeitsniveau möglich ist, was mit einer Datenrate von 250 Bits pro Sekunde erfolgt. Der Prozessor 44 wird durch einen von der TT&C-Schnittstelle 42 empfangenen Befehl zwischen diesen zwei Modi umgeschaltet. Der Prozessor 44 kann in den selbständigen Navigationsmodus umgeschaltet werden, wenn keine regionalen Verbesserungsdaten verfügbar sind, z. B., weil sich kein SAN 14 im Blickfeld befindet oder weil der SAN 14 fehlerhaft ist.
Alternativ kann der Prozessor 44 Attrappendaten für die Übertragung innerhalb des Vermessungssignals R_m erzeugen, wobei die Attrappendaten den Navigationsempfängern 11 anzeigen, dass keine regionalen Verbesserungsdaten verfügbar sind.
Bestimmungsterminal
4 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Navigationsempfängers 11 zum Empfangen von Vermessungs- und Verbesserungssignalen beim vorstehend beschriebenen Bestimmungssystem. Das Benutzerterminal 11 enthält eine Antenne 50 zum Empfangen der Vermessungssignale R_g, R_m und R_n, die die Verbesserungsinformation A und die regionale Verbesserungsinformation RA enthalten. Ein PRN-Decodierer 56 decodiert jedes Vermessungssignal R und gibt decodierte Vermessungssignale R' und Zeitdaten t_a betreffend den Zeitpunkt des Eintreffens jedes Vermessungssignals aus. Ein Datendecodierer 58 entnimmt den decodierten Vermessungssignalen Daten D, einschließlich der Verbesserungsdaten A, der regionalen Verbesserungsdaten RA, des Übertragungszeitpunkts t für jedes Vermessungssignal und der Ephemeriden der Satelliten. Ein Bestimmungsabschnitt 54 empfängt die Daten D und die Zeitdaten t_a, berechnet aus diesen die Werte der Ionosphärenverzögerungen, die sich aus den Doppelfrequenz-Vermessungssignalen R_m ergeben, und die ungefähre Position des Navigationsempfängers 11, und er gibt diese Daten zusammen mit Ionosphärendaten innerhalb der regionalen Verbesserungsdaten RA und der Verbesserungsdaten A an einen Ionosphären-Modellerzeugungsabschnitt 60 aus.
Aus diesen Daten berechnet der Ionosphären-Modellerzeugungsabschnitt 60 Ionosphärendurchstoßungspunkte, an denen jedes der Vermessungssignale R durch die Ionosphäre lief, und er schätzt die Verzögerung in der Ionosphäre ab, wie sie dabei hinsichtlich der Einzelfrequenz-Vermessungssignale R auftrat, wie für die GPS-Signale L1, für die die Ionosphärenverzögerung nicht unmittelbar gemessen werden kann. Der Ionosphären-Modellerzeugungsabschnitt 60 gibt für jedes der Einzelfrequenz-Vermessungssignale R eine abgeschätzte Ionosphärenverzögerung zusammen mit Fehlergrenzen für die abgeschätzte Verzögerung aus.
Der Bestimmungsabschnitt 54 empfängt die abgeschätzten Ionosphärenverzögerungen und subtrahiert sie vom Eintreffzeitpunkt t_a der Einzelfrequenzsignale. Die direkt gemessenen Verzögerungen, wie sie bezüglich der Doppelfrequenz-Vermessungssignale auftreten, werden von den Eintreffzeitpunkten t_a dieser Signale subtrahiert. Die Verbesserungsdaten A und die regionalen Verbesserungsdaten RA umfassen Information zu Fehlern in den Vermessungssignalen, die dazu verwendet wird, die Positions- und Zeitinformation hinsichtlich jedes der Vermessungssignale zu korrigieren. Die Verbesserungsdaten A und die regionalen Verbesserungsdaten RA enthalten auch Information zur Unversehrtheit, die anzeigt, ob einer der Satelliten ausgefallen ist oder inkorrekt arbeitet. Die Vermessungssignale R von derartigen Satelliten werden nicht zur Bestimmung verwendet.
Der Bestimmungsabschnitt 54 berechnet dann aus den korrigierten Vermessungssignalen R und einem Schätzwert für die Fehler hinsichtlich der Position P und der Zeit T aus den Fehlergrenzen für die Ionosphärenverzögerung, wie vom Ionosphären-Modellerzeugungsabschnitt 60 angegeben, sowie aus Fehlergrenzen für die Vermessungssignale, wie durch die Verbesserungsdaten RA,A angegeben, genaue Werte für die Position P und die Zeit T. Wenn der jeweilige Fehler hinsichtlich der Position P und der Zeit T einen vorbestimmten Wert überschreitet, kann der Bestimmungsabschnitt 54 eine optische oder akustische Warnung ausgeben, so dass es Benutzern bekannt wird, dass sie bei bestimmten Anwendungen nicht auf die Ausgangsdaten vertrauen sollten.
Nun erfolgt unter Bezugnahme auf die 5 und 6 eine Erläuterung zum Betrieb des Ionosphären-Modellerzeugungsabschnitts 60.
Die von den geostationären Satelliten 6 übertragenen Verbesserungsdaten A sowie die von den MEO-Satelliten 10 übertragenen regionalen Verbesserungsdaten RA enthalten Ionosphärendaten mit einem Satz von Werten zum Berechnen der Ionosphärenverzögerung für Punkte auf einem Gitter G, das auf der Erdoberfläche aufgetragen ist. Das Gitter ist zum Nadir N der Position eines geostationären Satelliten zentriert, und der Ionosphärenverzögerungswert an jedem Gitterpunkt g_i repräsentiert die vertikale Ionosphärenverzögerung an diesem Gitterpunkt.
Selten ist Information für alle Gitterpunkte t_i verfügbar, und die Ionosphärendaten umfassen daher eine Liste von Adressen i von Gitterpunkten g_i, für die Ionosphärendaten verfügbar sind, zusammen mit der zugehörigen vertikalen Ionosphärenverzögerung und dem Verzögerungsfehler für jeden dieser Punkte. Die Ionosphärendaten umfassen auch die Position des Nadirs N, auf den das Punktegitter zentriert ist.
Das vorstehend angegebene Format für Ionosphärendaten ist so konzipiert, dass es von einem geostationären Satelliten gesendet wird, jedoch wird es auch für Ionosphäreninformation verwendet, wie sie von den MEO-Satelliten 10 gesendet wird. Der SAN 14 berechnet eine hypothetische geostationäre Position auf solche Weise, dass das Überdeckungsgebiet des MEO-Satelliten 10, innerhalb desselben der Satellit über einen Höhenwinkel von 5° sichtbar ist, in das auf dieser Position beruhende Gitter von Punkten g_i fällt. Ionosphärendaten werden für einige oder alle der Gitterpunkte gesendet, die in das Überdeckungsgebiet des MEO-Satelliten 10 fallen. So können die durch den geostationären Satelliten 6 und die MEO-Satelliten 10 gesendeten Ionosphärendaten kompatible Formate aufweisen.
Um die Ionosphärenverzögerung für jedes Vermessungssignal R genau abzuschätzen, muss der Ionosphären-Modellerzeugungsabschnitt 60 des Navigationsempfängers 11 einen Durchstoßungspunkt PP berechnen, in dem das Vermessungssignal R auf seinem Weg zum Benutzer durch die Ionosphäre läuft, und er muss den korrekten Ionosphärenverzögerungswert für diesen Durchstoßungspunkt verwenden.
Wie es in 6 dargestellt ist, wird ein Vermessungssignal R von einem Satelliten, wie einem der MEO-Satelliten 10, unter einem Höhenwinkel ε in bezug auf den Navigationsempfänger 11 gesendet. Das Vermessungssignal R durchläuft am Durchstoßungspunkt PP den Pegel I₀ maximaler Elektronendichte. Die Höhe H dieses Pegels I₀ sei mit 400 km über der Erdoberfläche angenommen. Der Navigationsempfänger 11 kann seine ungefähre Position aus dem unkorrigierten Vermessungs signal R herleiten, das auch Information zur Position des Satelliten 10 enthält. Aus dieser Information sowie aus dem Erdradius r werden die Breite und Länge des Durchstoßungspunkts PP auf bekannte Weise berechnet.
Der berechnete Durchstoßungspunkt PP fällt im allgemeinen nicht mit einem der Gitterpunkte g_i zusammen, für die Ionosphäreninformation verfügbar ist. Der Wert der Ionosphärenverzögerung muss daher zwischen Gitterpunkten g_i, g_i+1 interpoliert werden, für die Ionosphäreninformation verfügbar ist. Der Ionosphären-Modellerzeugungsabschnitt 60 erzeugt eine Modellerzeugungsfunktion, die mittels eines oder mehrerer Parameter so variiert werden kann, dass die Ionosphäreninformation an die umgebenden Gitterpunkte g_i angepasst ist, und die dazu verwendet wird, den Wert der Ionosphärenverzögerung am Durchstoßungspunkt PP zu interpolieren.
Ein geeignetes Modell zum Interpolieren von Werten für die Ionosphärenverzögerung wurde für das WAAS spezifiziert. Bei diesem Modell werden die Werte der Ionosphärenverzögerung für die vier Gitterpunkte an den Ecken einer Zelle, die den Durchstoßungspunkt PP enthält, dazu verwendet, einen Wert für die Ionosphärenverzögerung am Durchstoßungspunkt mittels einer Gewichtungsfunktion zu interpolieren, die für eine kontinuierliche Fläche als Funktion der Länge und Breite sorgt. Alternativ kann eine lineare Interpolation zwischen Paaren von Gitterpunkten sowohl in Längen- als auch Breitenrichtung verwendet werden.
Zusätzlich kann der Ionosphärenverzögerungs-Modellerzeugungsabschnitt 60 die Modellerzeugungsfunktion für die direkt gemessenen Werte der Ionosphärenverzögerung, wie aus den Doppelfrequenz-Vermessungssignalen R_m erhalten, durch Berechnen der Durchstoßungspunkte PP für diese Signale und durch Einstellen der Parameter der Modellerzeugungsfunktion für Anpassung der gemessenen Ionosphärenverzögerungswerte für diese Durchstoßungspunkte PP anpassen.
Die Modellerzeugungsfunktion muss nicht genau an die Ionosphäreninformation und die gemessenen verzögerungswerte angepasst werden; statt dessen kann eine Näherung wie eine solche mittels kleinster Fehlerquadrate berechnet werden.
Dadurch wird der vertikale Ionosphärenverzögerungswert am Durchstoßungspunkt berechnet. Jedoch läuft das Vermessungssignal R über einen Weg l durch die Ionosphäre, der größer als die vertikale Höhe h der Ionosphäre ist, und zwar infolge des Neigungswinkels α, den der Pfad des Vermessungssignals R zur Vertikalen bildet. Der vertikale Ionosphäenverzögerungswert wird daher mit einem Neigungsfaktor multipliziert, um die größere durchlaufene Länge in der Ionosphäre zu berücksichtigen.
Nutzerbetriebsbeispiel
Nun wird ein spezielles Beispiel für den Betrieb eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Bestimmungssystems beschrieben, das einen Navigationsdienst für Afrika bereitstellt, wobei ein geostationärer Satellit 6 ein Vermessungssignal R_g und Verbesserungsinformation A mit Korrekturmitteilungen für die Vermessungssignal R_n des GNSS-Satelliten liefert, wobei jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel keine Ionosphären-Korrekturinformation über die geostationären Satelliten 6 geliefert wird, da für Afrika insgesamt unzureichende Information zur Verfügung steht.
Jedoch existieren regionale Überwachungsfunktionen mittels örtlicher Dienstebetreiber in Kenia. Die Überwachungsstationen überwachen die Vermessungssignale von den MEO-Satelliten 10 und den GNSS-Satelliten 2, und sie empfangen zu sätzlich die Verbesserungsinformation A, wie sie von den geostationären Satelliten 6 gesendet wird. Aus dieser Information werden ein vertikaler Ionosphärenverzögerungswert und Fehlergrenzen für die Ionosphärenverzögerung abgeschätzt, wie sie für alle Benutzer auf dem Gebiet und im Luftraum Kenias anwendbar sind. Diese Information wird an einen SAN 14 für Übertragung über einen MEO-Satelliten 10, der Kenia zu diesem Zeitpunkt überdeckt, weitergeleitet.
Die Navigationssatelliten, die von einem sich Nairobi nähernden Navigationsempfänger 11 sichtbar sind, sind z. B. die in der folgenden Tabelle 1 angegebenen. Tabelle 1

Satellit Azimut Höhenwinkel

MEO 2 184 27

MEO 9 310 12

MEO 10 40 11,5

AOR-E GEO 269 30

IOR GEO 91 58

GPS 2 250 73

GPS 4 355 24

GPS 13 150 27
Der Satellit AOR-E ist ein Inmarsat(Handelsbezeichnung)-Satellit, der das Gebiet des östlichen Atlantischen Ozeans bedient, während der Satellit IOR das Gebiet des Indischen Ozeans bedient.
Der Navigationsempfänger kann die ungefähren Positionen aller obigen Satelliten aus Vermessungssignalen bestimmen, wie sie von den Satelliten erzeugt oder weitergegeben werden, wobei diese Signale keine Korrektur hinsichtlich Ionosphärenverzögerung aufweisen. Schätzwerte für die Ionosphärenverzögerung in den Vermessungssignalen von jedem der Satelliten werden dann wie folgt erhalten.
Die Ionosphärenverzögerung wird für die von den Satelliten MEO₂, MEO₉ und MEO₁₀ gesendeten Doppelfrequenz-Vermessungssignalen unmittelbar berechnet. Es wird erkannt, dass der geostationäre Satellit AOR-E im selben Quadrant wie der Satellit MEO₉ liegt. Der Ionosphärenverzögerungswert für das Vermessungssignal von MEO₉ wird dazu verwendet, die Ionosphärenverzögerung im Vermessungssignal des Satelliten AOR-E GEO abzuschätzen, was durch Kompensation hinsichtlich der Differenz zwischen den Höhenwinkeln für den Satelliten MEO₉ und den geostationären Satelliten AOR-E erfolgt. Die Ionosphärenverzögerung für die Satelliten GPS₄ und GPS₁₃ werden auf dieselbe Weise abgeschätzt, wobei der für MEO₉ gemessene Ionosphärenverzögerungswert verwendet wird.
Der Satellit GPS₂ steht ungefähr genau über dem Gebiet, weswegen die für die keniatischen Überwachungsstationen erstellte Information zur Ionosphärenverzögerung verwendet wird, wobei für die Differenz zwischen 90° und dem tatsächlichen Höhenwinkel von 72° eine kleine Korrektur mittels eines Neigungsfaktors vorgenommen wird. Fehlergrenzdaten für die Ionosphärenverzögerung werden für alle abgeschätzten Ionosphärenverzögerungen verwendet, die nicht direkt aus einem Doppelfrequenzvermessungssignal gemessen werden.
Bei diesem Beispiel empfängt das Navigationsterminal 11 Vermessungssignale von acht verschiedenen Satelliten und kann die Ionosphärenverzögerung für jedes Vermessunssignal berechnen oder abschätzen, ohne dass Ionosphärendaten innerhalb der Verbesserungsdaten A geliefert werden. Außerdem wird Information zur Unversehrtheit, wie von den geostatio nären Satelliten empfangen, dazu verwendet, zu ermitteln, ob eines der Vermessungssignale nicht zur Bestimmung verwendet werden sollte. So ist das Bestimmungsergebnis genau und zuverlässig.
Regionale Verbesserungsstation

Beim obigen Beispiel wird für Kenia zutreffende Information zur Ionosphärenverzögerung über einen oder mehrere der MEO-Satelliten 10 weitergegeben. Jeder MEO-Satellit kann über einem Gebiet senden, das viel größer als z. B. Kenia ist, und der SAN 14 empfängt sowohl die vom keniatischen Diensteanbieter gelieferten Daten als auch die von anderen Netzwerken gelieferten Daten. Bei der Übertragung ausgehend vom SAN 14 wird den Daten aus jedem Netzwerk ein anderer Zeitschlitz in einem sich wiederholenden Zeitrahmen zugeordnet, so dass Information von den verschiedenen Überwachungsnetzwerken im Zeitmultiplex übertragen wird. Die folgende Tabelle 2 zeigt ein Beispiel für die Zuordnung von Zeitschlitzen zu jedem der Satelliten MEO₂, MEO₉ und MEO₁₀ beim obigen Beispiel. Tabelle 2

Sat.	Schl. 1	Schl. 2	Schl. 3	Schl. 4	Schl. 5	Schl. 6
MEO 2	Kenia	Afrika	Europa	sonstige	Afrika	sonst.
MEO 9	Kenia	sonstige	Europa	sonstige	sonstige	Europa
MEO 10	Kenia	sonstige	sonstige	sonstige	sonstige	sonst.

Der Satellit MEO₂ sendet, in den Schlitzen 2 und 5, regionale Verbesserungsdaten, die für Gesamtafrika gelten, und diese Information kann vom Navigationsempfänger 11 in Kenia zusätzlich verwendet werden.
Jeder Schlitz kann z. B. ein Schlitz von 1 Sekunde in einem Zeitrahmen von 6 Sekunden sein, und er kann 250 Datenbits enthalten.
Schlitze können vom SAN 14 Diensteanbietern in einer Periode zugeordnet werden, in der der Nadir des die regionale Verbesserungsinformation enthaltenden MEO-Satellits 10 über ein vorbestimmtes Gebiet läuft, das dem Dienstebetreiber zugeordnet ist und z. B. durch Längen- und Breitengrenzen festgelegt ist. Z. B. kann jedes Gebiet einen Streifen von 5° Länge in der nördlichen oder südlichen Hemisphäre umfassen.
Jeder Schlitz kann von mehreren Diensteanbietern gemeinsam genutzt werden, die einzeln nicht ausreichend Daten zum Belegen eines gesamten Schlitzes liefern, damit die volle Kapazität jedes Schlitzes genutzt wird. Die Daten von jedem Diensteanbieter innerhalb eines Schlitzes werden durch einen Code erkannt, der diesem Diensteanbieter zugeordnet ist. Diensteanbietern, die mehr Kapazität erfordern, als sie ein Schlitz bietet, können mehr Schlitze als einer zugeordnet werden. Gebührendaten zum Berechnen einer Gebühr für den Diensteanbieter werden abhängig von der Dauer erzeugt, während der die Kapazität des MEO-Satelliten 10 dem Diensteanbieter zugeordnet ist, sowie abhängig vom in dieser Zeit genutzten Anteil der Kapazität.
Alternativ können Schlitze Diensteanbietern während einer Periode zugeordnet werden, in der der MEO-Satellit 10 über einem minimalen Höhenwinkel, wie z. B. 5°, innerhalb des Dienstegebiets sichtbar ist, für das der Dienstebetreiber regionale Verbesserungsdaten RA liefert.
Die regionalen Verbesserungsdaten in jedem Zeitschlitz sind vorzugsweise schiffriert, um zu gewährleisten, dass sie nur durch lizensierte Navigationsempfänger 11 decodiert werden können. Alle zensierten Empfänger können denselben Algorithmus zum Ausführen der Bestimmung unter Verwendung der Ionosphärenverzögerungsdaten benutzen, so dass die Bestimmung gemäß einem gemeinsamen Standard ausgeführt wird.
Zusätzlich kann es erforderlich sein, dass Benutzer eine Smart Card zum Einführen in den Navigationsempfänger 11 erwerben, um Zugriff zu einigen oder allen regionalen Verbesserungsinformationen RA zu erlangen, wie sie von den MEO-Satelliten gesendet werden. Auf diese Weise können die Dienstebetreiber zu Einkünften gelangen. Alternativ können die Benutzerterminals eine Tastatur zum Eingeben eines Codes aufweisen, der Zugriff auf einen oder mehrere der Schlitze ermöglicht, die regionale Verbesserungsinformation enthalten.
Auf diese Weise können verschiedenen Benutzern verschiedene Typen von Information verfügbar gemacht werden, abhängig vom Gebiet, für das sie Ionosphäreninformation benötigen, oder abhängig vom Genauigkeitsniveau, das sie benötigen, und die Benutzer werden nur für diejenige Information, die sie benötigen, mit Gebühren belastet.
Beim obigen Beispiel sind die verschiedenen Typen von Verbesserungsinformation im Zeitmultiplex verarbeitet. Jedoch können die verschiedenen Informationskanäle auf andere Arten im Multiplex betrieben werden, wie es in der Technik bekannt ist, wie im Codemultiplex oder im Frequenzmultiplex.
Die Information in jedem Kanal mit regionaler Verbesserungsinformation kann Daten wie Ländercodes umfassen, die dazu dienen, das Gebiet, für das die Ionosphärendaten gültig sind, zu kennzeichnen, Daten, die die Zuverlässigkeit der Ionosphärendaten anzeigen, und Daten, die anzeigen, für welche Periode die Ionosphärendaten gültig sind.
Da der Ionosphären-Modellerzeugungsabschnitt 60 im Navigationsempfänger 11 dazu in der Lage ist, Ionosphärenverzögerungsinformation mit direkten Messungen zur Ionosphärenverzögerung zu kombinieren, wird ein genaueres Modell der Ionosphäre zum Kompensieren von Ionosphärenverzögerungen verwendet. Ferner werden regionale Verbesserungsdaten RA empfangen, wie sie für das örtliche Gebiet relevant sind, in dem sich das Navigationsterminal 11 befindet. Daten zur Unversehrtheit und Daten zu den Fehlergrenzen werden sowohl für die regionalen Verbesserungsdaten RA als auch die Verbesserungsdaten A empfangen. Auf diese Weise können hochgenaue Positionsmesswerte P und Zeitmesswerte T berechnet werden, zusammen mit Schätzwerten für das Genauigkeitsniveau dieser Messwerte, und zusammen mit Warnmeldungen, wenn das Genauigkeitsniveau unter eine vorbestimmte Schwelle fällt.
Eine derartige genaue und zuverlässige Bestimmung erweitert die möglichen Anwendungen derartiger Bestimmungen stark.
Z. B. kann das obengenannte Bestimmungssytem dort verwendet werden, wo die Sicherheit kritisch ist, wie bei der Landung von Flugzeugen bei schlechten Sichtbedingungen. Für das System bestehen auch maritime Anwendungen dahingehend, dass es ausreichende Genauigkeit bei Hafenannäherung bei beschränkter Sicht sorgt, und es kann auch bei der Zugsteuerung Anwendung finden, wo ausreichende Genauigkeit dazu erforderlich ist, zu ermitteln, auf welchem Geleis ein Zug fährt. Das System kann genaue Zeitmesswerte liefern, die von Laboratorien oder Kommunikationssystemen verwendet werden, die genaue Synchronisation benötigen.
Da die gesamte Vermessungs- und Verbesserungsinformation durch Satelliten geliefert wird, ist das Erfordernis überwunden, erdgebundene Differenzkorrektursysteme zu installie ren.
Obwohl die obigen Ausführungsbeispiele MEO-Satelliten wie ICO(Handelsbezeichnung)-Satelliten verwenden, könnten andere Satellitenkonstellationen verwendet werden, wie die vorgeschlagenen Satellitenkommunikationssysteme ODYSSEY (Handelsbezeichnung), IRIDIUM (Handelsbezeichnung), GLOBALSTAR (Handelsbezeichnung) und TELEDESIC (Handelsbezeichnung). Satelliten in niedrigen Erdumlaufbahnen (LEO = Low Earth Orbit) erzeugen bei ihren Signalen größere Dopplerverschiebung, jedoch kann dies durch geeignete Kompensation in den Empfängern überwunden werden. Die bei den Ausführungsbeispielen beschriebenen Satellitenkonfigurationen sind besonders vorteilhaft, jedoch können alternative Konfigurationen verwendet werden. Z. B. kann eine selbständige Ausrüstung zum Erzeugen von Navigationssignalen durch Sendeempfänger zur Rückübertragung von Navigationssignalen in den nicht-geostationären Satelliten ersetzt werden. Regionale Verbesserungsdaten können durch geostationäre oder nicht-geostationäre Satelliten mit mehreren Punktstrahlen gesendet werden, wobei die regionale Gültigkeit der in jedem Punktstrahl gesendeten Daten an das Überdeckungsgebiet jedes der Punktstrahlen angepasst ist.
Navigationsempfänger können ihre Höhe aus Kartendaten bestimmen, die die Höhe als Funktion der Länge und Breite liefern, oder aus dem Barometerdruck, so dass nur drei Vermessungssignale dazu erforderlich sind, die Länge, die Breite und die Zeit zu bestimmen.

Claims

Satellitenfunk-gestützte Zeit- und/oder Ortbestimmungsvorrichtung, aufweisend: einen Funkempfänger (11, 50) zum Empfang eines Mehrfrequenz-Vermessungssignals von einem ersten Satelliten, der kein GNSS-Satellit ist, und eine Herleitungseinrichtung zum Herleiten erster Ionosphärenverzögerungsdaten aus dem Mehrfrequenz-Vermessungssignal, wobei der Funkempfänger (11, 50) zum Empfang eines weiteren Vermessungssignals von einem zweiten, GNSS-Satelliten eingerichtet ist und eine Abschätzeinrichtung (60) zum Abschätzen zweiter Ionosphärenverzögerungsdaten für das weitere Vermessungssignal auf der Grundlage der ersten Ionosphärenverzögerungsdaten vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Datenempfangseinrichtung zum Empfangen von Ionosphärendaten, wobei die Abschätzeinrichtung (60) so betreibbar ist, dass sie die zweiten Ionosphärenverzögerungsdaten zusätzlich auf Grundlage dieser Ionosphärendaten abschätzt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenempfangseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Ionosphärendaten von einem Satelliten empfängt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionosphärendaten eine Vielzahl von Ionosphärenverzögerungswerten repräsentieren, die einer Vielzahl räumlich getrennter Punkte entsprechen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschätzeinrichtung (60) eine Modellerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Modells für die räumliche Änderung der Ionosphärenverzögerung auf Grundlage der ersten Ionosphärenverzögerungsdaten umfasst, wobei die Abschätzeinrichtung so betreibbar ist, dass sie die zweiten Ionosphärenverzögerungsdaten auf Grundlage dieses Modells abschätzt.
Vorrichtung nach Anspruch 5 in Abhängigkeit von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellerzeugungseinrichtung (60) so betreibbar ist, dass sie das Modell auf Grundlage der Ionosphärendaten erzeugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell eine Funktion umfasst, die abhängig von einem oder mehreren Parametern veränderlich ist, wobei die Modellerzeugungseinrichtung (60) so ausgebildet ist, dass sie den einen oder die mehreren Parameter so berechnet, dass diese Funktion an die ersten Ionosphärenverzögerungsdaten angepasst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 in Abhängigkeit von Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellerzeugungseinrichtung (60) so ausgebildet ist, dass sie den einen oder die mehreren Parameter so berechnet, dass die Funktion zusätzlich an die Ionosphärendaten angepasst ist.
Auf Satellitenfunk gestütztes Zeit- und/oder Ortsbestimmungsverfahren, mit folgenden Schritten: – Empfangen eines Mehrfrequenz-Vermessungssignals von einem ersten Satelliten, der kein GNSS-Satellit ist; – Empfangen eines weiteren Vermessungssignals von einem zweiten, GNSS-Satelliten; – Herleiten erster Ionosphärenverzögerungsdaten vom genannten Mehrfrequenz-Vermessungssignal; und – Abschätzen zweiter Ionosphärenverzögerungsdaten für das weitere Vermessungssignal auf Grundlage der ersten Ionosphärenverzögerungsdaten.