DE69839065T2

DE69839065T2 - System und Verfahren zur Ortsbestimmung eines Endgerätes eines Satelliten Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE69839065T2
Application number: DE69839065T
Authority: DE
Inventors: Richard Southgate London Wyrwas
Original assignee: ICO Services Ltd
Current assignee: ICO Services Ltd
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2018-03-18
Also published as: EP0868036B1; EP0868036A2; GB9706345D0; GB2325115B; GB2325115A; JPH10276467A; EP0868036A3; DE69839065D1; US6128468A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Satellitenkommunikationssysteme und ein Verfahren zum Betreiben solcher Systeme. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Satellitenkommunikationssysteme und verwandte Verfahren, bei denen ein sich auf der Erde befindliches Benutzerendgerät mit einem Satelliten kommuniziert, der wiederum mit einer Bodenstation kommuniziert und umgekehrt. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein solches System und sie bezieht sich auf Verfahren, bei denen es für die Bodenstation erforderlich ist, den Ort des Benutzerendgeräts auf der Oberfläche der Erde zu kennen.
Es ist bekannt, dass in einem Satellitenkommunikationssystem ein Benutzerendgerät, möglicherweise in Form eines Funktelefonhandapparats, nicht unähnlich einem zellularen Funktelefonhandapparat mit einer Bodenstation über einen Satellit kommuniziert, um eine Telefonverbindung aufzubauen oder um einen Telefonanruf zu empfangen, mittels der Bodenstation, die eine Verbindung in das terrestrische Leitungs- und Kabelsystem oder ein andere Funktelefonsystem herstellt.
Es gibt zwei Zwecke in Bezug auf das Ermitteln der exakten Position des Benutzerendgeräts auf der Oberfläche der Erde. Zuerst ist es, um zu wissen, wie ein Funksignal an oder von einem Benutzerendgerät zu richten ist, wenn dieses von einem speziellen Satelliten zu einer speziellen Zeit gefordert wird, notwendig, einen ungefähren Ort des Benutzerendgeräts zu kennen, so dass der passende Strahl vom passenden Satelliten ausgewählt werden kann, um den Teil der Erdoberfläche abzudecken, wo sich das Benutzerendgerät befindet. Als zweites ist es in einem Satellitenkommunikationssystem, damit eine Rufsperrung, eine lokale Abrechnung oder andere Einschränkungen, die auf dem Gebiet basieren, wo das Benutzerendgerät betrieben werden kann, beobachtet werden können, notwendig, den Ort des Benutzerendgerät mit einer ausreichenden Genauigkeit zu bestimmen, damit die notwendigen Einschränkungen auferlegt werden können.
Es ist bekannt, ein Benutzerendgerät zu liefern, bei dem das einzelne Benutzerendgerät die "Globale Positionierung durch Satellit" (GPS) verwendet, um mit ziemlich großer Genauigkeit die Position des Benutzerendgeräts auf der Oberfläche der Erde zu bestimmen. Das Benutzerendgerät sendet dann an die Bodenstation über den Satelliten oder die Satelliten, die an den Kommunikationen beteiligt sind, seine exakte Position, die dann von der Bodenstation in nachfolgenden Interaktionen mit dem Benutzerendgerät verwendet wird, um die fiskalischen und mechanischen Aspekte der Kommunikationsaktivität mit dem Benutzerendgerät zu steuern. Ein Beispiel eines solchen Systems kann man im europäischen Patent EP 0 562 374 der Motorola Corporation, eingereicht am 27. März 1993, finden. Das GPS-System neigt dazu, einen sehr langsamen Zugang zu liefern, erfordert einen sehr ausgereiften Empfänger kostspieliger Natur, und es kann oft sein, dass die GPS-Satelliten für das Benutzerendgerät nicht in einer ausreichend gleichzeitigen Anzahl zugänglich sind, so dass eine Positionsbestimmung erzielt werden kann. Zusätzlich ist die Genauigkeit der Positionsbestimmung für das, was tatsächlich für Satellitenkommunikationszwecke erforderlich ist, zu groß.
Solche Systeme erfordern eine unnötige Kompliziertheit des Handgeräts, so dass das Handgerät Kommunikationen und GPS-Messungen ausführen kann.
Es ist deswegen vorteilhaft, ein System und ein Verfahren zu liefern, mit denen die Position des Benutzerendgeräts oder des Handapparats auf der Oberfläche der Erde mit einer ausreichenden Genauigkeit für Kommunikationszwecke und fiskalische Zwecke bestimmt werden kann, ohne eine übermäßige Kompliziertheit des Handapparats oder des Benutzerendgeräts.
In einem anderen System ist es für den Satelliten nur notwendig, eine Sendung vom Benutzerendgerät in einer Antwort zur Bodenstation über den Satelliten zu empfangen, die eine Funkkommunikation vom Benutzerendgerät anfordert, damit die Bodenstation die Verzögerung in der Antwort vom Benutzerendgerät für Bereichszwecke verwendet werden kann, und um die Dopplerverschiebung auf der empfangenen Frequenz vom Benutzerendgerät zusammen mit einer Vorkenntnis der Position und der Geschwindigkeit des Satelliten zu verwenden, um mit einem gewissen Genauigkeitsgrad die Position des Benutzerendgeräts auf der Oberfläche der Erde zu bestimmen.
Unglücklicherweise kann, wenn die Kosten des Benutzerendgeräts in realistischen Grenzen gehalten werden müssen, die mit dem Handel von mobilen Funktelefonhandgeräten konsistent sind, der Kristalltakt oder eine andere Frequenzquelle innerhalb des Benutzerendgeräts mit einer ausreichenden Genauigkeit der Bestimmung der Position des Benutzerendgeräts auf der Oberfläche der Erde für die funktionalen und fiskalischen Aspekte, die mit dem Betrieb eines Satellitentelefonkommunikationssystems verbunden sind, nicht konsistent gemacht werden.
Sogar wenn diese Probleme überwunden werden, gibt es immer eine Unsicherheit, welche einer möglichen Vielzahl von Positionen das Benutzerendgerät oder der Handapparat tatsächlich belegt. Wenn die möglichen Positionen stark getrennt sind, so dass sie in getrennte Funkstrahlen vom Satelliten fallen, ist es immer möglich, die Mehrdeutigkeit aufzulösen, durch die Detektion, in welchem Strahl das Benutzerendgerät liegt. Wenn jedoch die Strahlen sehr groß sind, oder die möglichen Punkte sehr dicht beieinander liegen, so dass zwei oder mehr mögliche Punkte in einen einzigen Strahl fallen, wird die Auflösung der Unsicherheit zu einem Problem. Die vorliegende Erfindung such ein System und ein Verfahren zu liefern, die dieses Problem angehen. Siehe EP-A-0 210 396 (ANT).
Gemäß der Erfindung wird ein Satellitentelekommunikationssystem geliefert, das umfasst: eine Bodenstation, um Signale zu senden und Signale zu empfangen, von mindestens einem die Erde umkreisenden Satelliten, ein Benutzerendgerät, um Signale an den Satelliten zu senden und von ihm zu empfangen, wodurch, um eine Kommunikation zwischen der Bodenstation und dem Benutzerendgerät über den Satelliten zu liefern, der Satellit Benutzerendgerätübertragungen in einer Vielzahl von Funkstrahlen liefert, die benachbarte zellulare Gebiete der Abdeckung auf der Erde definieren, Verarbeitungsmittel, um Signale zu verarbeiten, die vom Benutzerendgerät empfangen werden, gemäß mindestens einer vorbestimmten Charakteristik, um Daten zu bestimmen, die einem ersten und zweiten Positionsort des Benutzerendgeräts entsprechen, die sich zweimal in einem speziellen Gebiet der zellularen Gebiete schneiden, um erste und zweite mögliche Positionen für das Benutzerendgerät zu bestimmen, wobei beide der möglichen Positionen sich innerhalb des speziellen einen der zellularen Gebiete befinden, und ein Überwachungssystem, um die Qualität der Signale zu überwachen, die vom Benutzerendgerät von den Funkstrahlen empfangen werden, die den zellularen Abdeckungsgebieten entsprechen, die neben dem speziellen einen der Abdeckungsgebiete liegen, und um aus den gemessenen Qualitäten der überwachten Signale zu bestimmen, welche der mögliche Positionen des Benutzerendgeräts seiner tatsächliche Position in diesem speziellen zellularen Gebiet entspricht.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Auflösen positioneller Mehrdeutigkeiten in einem Satellitentelekommunikationssystem, wo eine Bodenstation und ein Benutzerendgerät über mindestens einen die Erde umkreisenden Satelliten Signale zueinander übertragen, wobei der Satellit Benutzerendgerätübertragungen in einer Vielzahl von Funkstrahlen liefert, die benachbarte zellulare Gebiete der Abdeckung auf der Erde liefern, wobei das Verfahren umfasst: Verarbeiten von Signalen, die vom Benutzerendgerät empfangen werden gemäß mindestens einer vorbestimmten Charakteristik, um Daten zu bestimmen, die einem ersten und zweiten Positionsort für das Benutzerendgerät entsprechen, die sich zweimal in einem speziellen Gebiet der zellularen Gebiete schneiden, um erste und zweite mögliche Positionen für das Benutzerendgerät in diesem zellularen Gebiet zu definieren, und das Überwachen der Qualität von Signalen, die vom Benutzerendgerät von den Funkstrahlen empfangen werden, die den zellularen Gebieten der Abdeckung neben dem speziellen Gebiet entsprechen, und aus den gemessenen Qualitäten der überwachten Signale zu bestimmen, welche der mögliche Positionen für das Benutzerendgerät seiner tatsächlichen Position in dem speziellen zellularen Gebiet entspricht.
Die Erfindung liefert weiter ein System und ein Verfahren, dass die Einschätzung der Qualität der Funksignale durch das Messen der Amplitude jedes der Funksignale einschließt.
Die Erfindung liefert weiter ein System und ein Verfahren für Satellitenkommunikation, das das Endgerät, einen Kommunikationssatelliten und eine Bodenstation umfasst, und wobei die Vielzahl der Funkstrahlen von diesem Satelliten zu diesem Endgerät gesandt werden.
Die Erfindung liefert weiter ein System und ein Verfahren, wo die Einschätzung der Qualität der Funksignale erzielt wird, indem man eine Mittelung mehrer Einschätzungen der Funksignale von jedem empfangbaren Strahl nimmt.
Die Erfindung liefert weiter ein System und ein Verfahren, wo jeder der vielen Funkstrahlen eine rapide fluktuierende Randantwort (edge response) aufweist, wobei die Vielzahl der Funkstrahlen sich in einem Anordnungsmuster relativ zum Benutzerendgerät bewegt, und wobei das Mitteln der vielen Einschätzungen der Funksignale von jedem empfangbaren Strahl Höhen und Tiefen in der rapide fluktuierenden Randantwort kompensiert.
Die Erfindung liefert weiter ein System und ein Verfahren, wo das Endgerät betriebsfähig ist, um eine Vielzahl von Einschätzungen der Qualität von Funksignalen von jedem aus der Vielzahl der Funkstrahlen, von denen Funksignale empfangbar sind, auszuführen, wobei das Endgerät betriebsfähig ist, das Ergebnis der Vielzahl der Einschätzungen zu speichern, und wobei wenn einige aus der Vielzahl der möglichen Positionen innerhalb eines aus der Vielzahl der aneinander grenzenden Funkstrahlen liegt, das Endgerät betriebsfähig ist, um die vorher gespeicherten Einschätzungen zu verwenden, um aufzulösen, welche aus der Vielzahl der möglichen Positionen durch das Endgerät belegt wird.
Die Erfindung liefert nochmals weiter ein System und ein Verfahren, bei denen das Endgerät betriebsfähig ist, Information über den Satelliten an jede Bodenstation zu senden, und wobei das Endgerät betriebsfähig ist, an die Bodenstation eine Einschätzung der Qualität des Funksignale in jedem Moment des Empfangs eines Funksignals durch das Endgerät zu leiten, und wobei die Bodenstation betriebsfähig ist, um zu bestimmen, welche aus der Vielzahl der möglichen Positionen durch das Endgerät belegt wird.
Zusätzlich liefert die Erfindung auch ein System und ein Verfahren, bei denen das Endgerät betriebsfähig ist, über den Satelliten Information an die Bodenstation zu senden, und bei denen das Endgerät betriebsfähig ist, um zu bestimmen, welche aus der Vielzahl der möglichen Positionen das Endgerät belegt und diese an die Bodenstation weiterzugeben.
Die Erfindung liefert auch ein System und ein Verfahren, bei denen ein oder mehrere Satelliten verwendet werden, um die Position des Endgeräts innerhalb der Unsicherheit zu messen, dass es sich in irgend einer aus der Vielzahl der möglichen Positionen befindet und weiter angibt, dass das Endgerät sich auf der Oberfläche der Erde befindet.
Die Erfindung wird weiter beispielhaft durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit den angefügten Zeichnungen erläutert.
1 zeigt eine planare Konstellation von Kommunikationssatelliten, die um die Erde angeordnet sind.
2 zeigt, wie die Kommunikationssatelliten in orthogonalen Umlaufebenen angeordnet sind.
3 zeigt die Struktur des Kegels eines Funkabdeckung, die von jedem Kommunikationssatelliten geliefert wird.
4 zeigt, wie die Kegel der Funkabdeckung, die in 3 gezeigt sind, mit der Oberfläche der Erde interagieren können, um viele Typen verschiedener Regionen zu erzeugen.
5 ist eine Ansicht eines Kommunikationssatelliten über der Oberfläche der Erde von oben, die die verschiedenen Bewegungen relativ zur Erde darstellt.
6 ist eine schematische Ansicht der allgemeinen Situation, bei der eine Bodenstation mit einem Benutzerendgerät über den Kommunikationssatelliten spricht, um Ausbreitungsverzögerungen zwischen dem Benutzerendgerät und dem Kommunikationssatelliten zu bestimmen.
7 zeigt die Geometrie einer Dopplerfrequenzverschiebungsmessung für den Kommunikationssatelliten.
8 ist eine schematische Darstellung des Austauschs von Testsignalen zwischen der Bodenstation und dem Kommunikationssatelliten, um die relative Dopplerverschiebung und den internen Oszillatorfehler des Kommunikationssatelliten zu bestimmen.
9 ist eine schematische Darstellung, wie ein kalibrierter Kommunikationssatellit gemäß der 8 wiederum verwendet werden kann, um die relative Dopplerverschiebung zwischen dem Kommunikationssatelliten und dem Benutzerendgerät und den internen Oszillatorfehler im Benutzerendgerät zu bestimmen.
10 zeigt, wie die sich schneidenden Linien der gemessenen Dopplerfrequenzverschiebung und der Ausbreitungsverzögerungen verwendet werden können, um die Position des Benutzerendgeräts auf der Oberfläche der Erde zu messen.
11 ist ein Schaubild, das die Ableitung der optimalen Zahl von Abtastwerten für die beste Schätzung der Position angibt.
12 ist ein Schaubild, das für die speziell bevorzugte Ausführungsform die abgeleitete optimale Zahl von Abtastwerten für eine Dopplerfrequenzverschiebungsmittelung zeigt.
13 ist ein Schaubild, das für die speziell bevorzugte Ausführungsform die abgeleitete optimale Zahl von Abtastwerten für eine Mittelung der Ausbreitungsverzögerung zeigt.
14 zeigt die Situation, bei der das Benutzerendgerät direkten Zugang zu mehr als einem Kommunikationssatelliten hat.
15 ist ein Flussdiagramm der Aktivitäten der Bodenstation, wenn sie die Position des Benutzerendgeräts auf der Oberfläche der Erde bestimmt, unter Verwendung eines Kommunikationssatelliten oder mehr als eines Kommunikationssatelliten, sofern verfügbar.
16 ist ein Flussdiagramm, das zeigt, wie die Bodenstation zeitlich gesteuerte Rundsendungen bei der Bestimmung der Position des Benutzerendgeräts auf der Oberfläche der Erde einschließen kann.
17 ist ein Diagramm, das zeigt, wie schwierig es sein kann, mögliche Positionen des Benutzerendgeräts aufzulösen, wenn sich diese in einem einzigen Strahl befinden.
18 ist ein Schaubild einer beispielhaften Feldstärke für Signale von einem Strahl; und
19 ist ein Flussdiagramm der Aktivität des Benutzerendgeräts bei der Auflösung der Unsicherheit der Position des Benutzerendgeräts.
Um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung zu beginnen, wird ein Beispiel eines Weges gegeben, mit welchem die Position des Benutzerendgeräts mit der Unsicherheit gemessen werden kann, dass es sich in einer Position einer möglichen Vielzahl von Positionen befindet. Innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung wird es für Fachleute klar, dass andere Systeme für die anfängliche Messung verwendet werden können, vorausgesetzt, dass eine Unsicherheit oder Mehrdeutigkeit existiert in Bezug darauf, welche exakte Position aus eine möglichen Vielzahl von Positionen vom Benutzerendgerät belegt wird.
Es wird die Aufmerksamkeit zuerst auf 1 gelenkt, die eine planare Konstellation von Kommunikationssatelliten zeigt, die um die Erde angeordnet sind. Die Vielzahl der Kommunikationssatelliten 10 sind gleichmäßig in einer kreisförmigen Umlaufbahn 12 über der Oberfläche der Erde 14 angeordnet. Jeder der Kommunikationssatelliten 10 ist konstruiert, um Funkkommunikationen mit einem Apparat auf der Oberfläche der Erde 14 zu liefern, wenn sich der einzelne Kommunikationssatellit 10 mehr als 10 Grad über dem Horizont befindet. Jeder Kommunikationssatellit 10 liefert somit einen Kegel 16 einer Funkabdeckung, der sich mit der Oberfläche der Erde 14 schneidet.
Die Oberfläche der Erde weist drei Typen von Gebieten auf. Ein erster Typ des Gebiets 18 ist einer, der eine Funkabdeckung von nur einem Kommunikationssatelliten 10 hat. Ein zweiter Typ eines Gebiets 20 ist ein Gebiet, bei dem es eine Funkabdeckung von mehr als einem Kommunikationssatelliten 10 gibt. Schließlich empfängt ein dritter Typ eines Gebiets 22 eine Funkabdeckung von keinem der in der Umlaufbahn 12 gezeigten Kommunikationssatelliten 10.
2 zeigt, wie die Kommunikationssatelliten 10 in orthogonalen Umlaufebenen angeordnet sind.
Die erste Umlaufbahn 12 der 1 wird durch eine zweite Umlaufbahn 12' ergänzt, die Kommunikationssatelliten 10 aufweist, die dort in ähnlicher Art wie in 1 angeordnet sind. Die Umlaufbahnen 12, 12' sind orthogonal zueinander, wobei jede um 45 Grad zum Äquator geneigt ist und Ebenen aufweist, die orthogonal zueinander sind (in einem Winkel von 90 Grad).
Im gezeigten Beispiel kreisen die Kommunikationssatelliten 10 über der Oberfläche der Erde 14 in einer Höhe von 10500 km. Fachleute werden erkennen, dass andere Umlaufbahnhöhen und Anzahlen von Kommunikationssatelliten 10 in jeder Umlaufbahn 12, 12' verwendet werden können. Diese Konfiguration ist bevorzugt, da das Beispiel eine globale Funkabdeckung der Erde 14 sogar zum Nordpol 26 und zum Südpol 28 mit einer minimalen Anzahl von Kommunikationssatelliten 10 liefert. Insbesondere gewährleistet die Orthogonalität der Umlaufbahnen, dass die Kommunikationssatelliten 10' der zweiten Umlaufbahn 12' eine Funkabdeckung für die dritten Typen eines Gebiets 22, die keine Funkabdeckung der Kommunikationssatelliten in der ersten Umlaufbahn 12 haben, liefern, und dass die Kommunikationssatelliten 10 in der ersten Umlaufbahn 12 eine Funkabdeckung für solche Gebiete 22 des dritten Typs liefern, wo die Kommunikationssatelliten 10 der zweiten Umlaufbahn 12' keine Funkabdeckung liefern.
Es wird klar, dass obwohl die zwei Umlaufbahnen 12, 12' hier so gezeigt sind, dass sie denselben Radius aufweisen, die Erfindung wie sie hier vorher und nachher beschrieben wird, mit Umlaufbahnen 12, 12' verschiedener Radien funktionieren wird. Gleicherweise kann es mehr als zwei Umlaufbahnen 12, 12' geben. So weit die vorliegende Erfindung betroffen ist, ist das einzige Erfordernis, dass jeder Teil der Oberfläche der Erde 14 sich zu allen Zeiten im Empfang einer Funkabdeckung von mindestens einem Kommunikationssatelliten 10 befindet.
3 zeigt die Struktur des Kegels 16 des Funkabdeckung, die von jedem Kommunikationssatelliten 10 geliefert wird. Aus praktischen Gründen ist der Funkabdeckungskegel 16 zentriert auf eine Karte der Erde bei einer Breite von 0 Grad und einer Länge von 0 Grad gezeigt. Der Kegel 16 der Funkabdeckung ist mittels einer entsprechenden Vielzahl von Richtungsantennen auf dem Kommunikationssatelliten 10 in eine Vielzahl von Punktstrahlen (spot beams) 30 aufgeteilt. Der Kommunikationssatellit 10 ist für mobile Funktelefonkommunikationen gedacht, und jeder der Punktstrahlen 30 entspricht grob dem Äquivalent einer Zelle in einem zellularen Funktelefonnetz. In 3 ist der Kegel der Funkabdeckung 16 durch die Geometrie der vorgesehenen Karte der Erde gestört.
3 zeigt auch das Ausmaß der Interaktion des Kegels 16 der Funkabdeckung hinunter zu den Rändern des Kegels 16, die tangential zur Erdoberfläche verlaufen, das heißt zu dem Punkt, wo der Kegel 16 einen horizontalen Einfall an seinen Rändern mit der Oberfläche der Erde bildet. Im Gegensatz dazu zeigt die 1 den Kegel 16 mit einer minimalen Erhebung von 10 Grad zur Oberfläche der Erde.
Es ist zu beobachten, dass durch die Krümmung der Erde die Punktstrahlen 30 von nahezu gleichförmiger, sich leicht überlappender kreisförmigen Form am Zentrum sind, wohingegen an den Rändern das schräge Einfallen der Punktstrahlen 30 auf die Oberfläche der Erde 14 eine beträchtliche Störung der Form verursacht.
4 zeigt, wie die Kegel 16 der Funkabdeckung mit der Oberfläche der Erde interagieren, um viele Typen verschiedener Regionen zu bilden.
Wie in Bezug auf 1 diskutiert wurde, können sich viele Kegel der Funkabdeckung 16 überlappen, um erste Gebiete 18 zu erzeugen, wo es eine Funkabdeckung von nur einem Kommunikationssatelliten gibt, zweite Gebiete 20, wo es eine Funkabdeckung von zwei Kommunikationssatelliten gibt, und sogar vierte Gebiete 32, wo eine Abdeckung von drei oder mehr Kommunikationssatelliten geliefert wird. Es ist zu verstehen, dass jeder der Kegel 16 der Funkabdeckung, der in 4 dargestellt ist, in seinen eigenen unabhängigen Satz von Punktstrahlen 20 aufgeteilt ist, wie das in 3 gezeigt ist.
5 ist eine Ansicht eines Kommunikationssatelliten 10 über der Oberfläche der Erde von oben.
Der Kommunikationssatellit 10 umfasst Sonnenzellenflächen 34 für eine Leistungsversorgung, eine Abwärtsverbindungsantenne 36 für das Senden von Massentelefonverkehr an eine einer Vielzahl von Bodenstationen 38, und eine Aufwärtsverbindungsantenne 40 für das Empfangen allgemeinen Verkehrs von den Bodenstationen 38, und eine Teilnehmerantenne 42, die die Vielzahl der Punktstrahlen 30, die in 3 gezeigt sind, liefert, die vorgesehen sind, um Kommunikationen mit Benutzerendgeräten 44 zu liefern, die in einer Form vorgesehen sein können, die einem in der Hand haltbaren zellularen Funktelefon nicht unähnlich ist. Es sollte verständlich sein, dass das Benutzerendgerät 44 auch ausgereiftere in einem Fahrzeug montierte Ausrüstung für eine Verwendung in Landfahrzeugen, Schiffen und Flugzeugen umfassen kann.
Mit den Parametern, die in diesem bevorzugten Beispiel erwähnt sind, bewegt sich der Kommunikationssatellit um seine Umlaufbahn 12, 12', wie das durch einen ersten Pfeil 46 gezeigt ist, mit einer Geschwindigkeit von 4,9 km pro Sekunde. Wenn man für den Moment die Rotation der Erde 14 ignoriert, so bewegen sich auch die Punktstrahlen 30 über die Oberfläche der Erde 14 mit einer ähnlichen Geschwindigkeit entlang einer Bodenspur, wie durch einen zweiten Pfeil 48 dargestellt ist. Der Punkt direkt unter dem Kommunikationssatelliten ist als Nadir 50 bekannt.
Zur selben Zeit dreht sich die Erde 14 an ihrem Äquator mit einer Geschwindigkeit von 0,47 km pro Sekunde, wie das durch einen dritten Pfeil 52 dargestellt ist. Richtungen in einem Winkel von 90 Grad relativ zur Bodenspur 48 werden als Querspur (crosstrack) bezeichnet, wie sie durch einen vierten Pfeil 54 dargestellt sind. Nachfolgend wird die Position des Benutzerendgeräts 44 unter Bezug auf seine Distanz entlang der Bodenspur 48 und seine Distanz entlang der Querspur 54 unter Bezug auf den Nadir 50 definiert.
6 ist eine schematische Ansicht der allgemeinen Situation, wo eine Bodenstation 38 mit einem Benutzerendgerät 44 oder über den Kommunikationssatelliten 10 spricht.
Die Bodenstation 38 umfasst weiter eine Bodenstationssteuerung 56, die die Aktivität der Bodenstation 38 steuert. Die Bodenstation 38 ist an einem ersten Punkt auf der Oberfläche der Erde 14 angeordnet, und das Benutzerendgerät 44 kann an jedem anderen Punkt auf der Oberfläche der Erde innerhalb des Bereichs des Kommunikationssatelliten 10 angeordnet sein, wenn sich der Kommunikationssatellit 10 in einem Bereich der Bodenstation 38 befindet.
Die Bodenstation 38 kommuniziert mit dem Kommunikationssatelliten 10 über eine Aufwärtsfunkverbindung 58 über die Aufwärtsverbindungsantenne 40 der 5 unter Verwendung von Frequenzen im Band von 5150 bis 5250 Megahertz. Die Bodenstation 38 empfängt Signale von Kommunikationssatelliten 10 über die Abwärtsverbindungsantenne 36 der 5 auf einer Abwärtsfunkverbindung 60 unter Verwendung von Signalen im Frequenzbereich von 6975 bis 7075 Megahertz.
Das Benutzerendgerät 44 empfängt Signale vom Kommunikationssatelliten 10 über eine Benutzerendgerätabwärtsverbindung 62 unter Verwendung von Frequenzen im Bereich von 2170 bis 2200 Megahertz. Das Benutzerendgerät 44 sendet Nachrichten und Signale zum Kommunikationssatelliten 10 über eine Benutzerendgerätaufwärtsverbindung 64, die im Frequenzband von 1980 bis 2010 Megahertz arbeitet. Diese Frequenzen sind bloß beispielhaft, und Fachleute werden aus der folgenden Beschreibung erkennen, dass die Erfindung unter Verwendung vieler anderer Frequenzen bei den Aufwärtsverbindungen und Abwärtsverbindungen verwirklicht werden kann.
Implizit in 6, wenn auch nicht speziell gezeigt, ist die Tatsache, dass der Kommunikationssatellit 10 seinen eigenen präzisen Oszillator, üblicherweise in Form eines Kristalloszillators, enthält, den der Kommunikationssatellit 10 für das Umwandeln der Frequenzen der ankommenden und der abgehenden Signale und für eine Verwendung als Frequenzreferenz, wenn er Frequenzen synthetisiert, verwendet. Ebenso enthält das Benutzerendgerät 44 seine eigenen internen synthetisierten Oszillator, der von einem Hauptoszillator, vorzugsweise einem Kristalloszillator arbeitet, für das Umwandeln von Frequenzen ankommender Signale und das Synthetisieren der Frequenzen der abgehenden Signale.
In gleicher Weise enthalten die Bodenstation 38 und die Bodenstationssteuerung 56 zwischen ihnen extrem präzise Frequenzreferenzen und Zeitreferenzen oder haben Zugang zu solchen. Diese Referenzen können sich tatsächlich in der Bodenstation 38 und der Bodenstationssteuerung 56 befinden, oder sie können von irgendwoher über eine Landverbindung oder einen anderen Dienst abgeleitet werden.
Der exakte Ort der Bodenstation 38 auf der Oberfläche der Erde 14 ist mit großer Genauigkeit bekannt. Ebenso sind die Parameter der Umlaufbahn 12, 12' des Kommunikationssatelliten 10 und seine Position auf dieser Umlaufbahn zu jedem Moment mit großer Genauigkeit bekannt. Das Unsicherheitselement, das die vorliegende Erfindung beseitigen soll, ist die Position des Benutzerendgeräts 44 auf der Oberfläche der Erde 14.
Bisher nicht erwähnt wurde die Tatsache, dass das Benutzerendgerät 44 auf der Benutzerendgerätaufwärtsverbindung 64 zur Teilnehmerantenne 42 sendet, und in ähnlicher Weise auf der Benutzerendgerätabwärtsverbindung 62 von der Teilnehmerantenne 42 empfängt. Der Kommunikationssatellit 10 wird sich zu einem Zeitpunkt nur mit einer Bodenstation 38 in Kommunikation befinden, aber er kann sich in Kommunikation mit vielen Benutzerendgeräten 44 befinden. Jedes Benutzerendgerät wird sich in einem speziellen Punktstrahl 30 der vielen Punktstrahlen, die in 3 gezeigt sind, befinden.
Der Kommunikationssatellit 10 wird sich relativ zur Oberfläche der Erde 14 und deswegen relativ zur Bodenstation 38 und zum Benutzerendgerät 44 bewegen, wie das durch einen fünften Pfeil 66 angezeigt ist. Ebenso wird sich die Oberfläche der Erde 14 relativ zur Umlaufbahn 12, 12' des Kommunikationssatelliten 10 bewegen, wie das allgemein durch einen sechsten Pfeil 68 dargestellt ist.
Die Signale, die zwischen der Bodenstation 38 und dem Kommunikationssatelliten 10 ausgetauscht werden, gemeinsam mit den Signalen, die zwischen dem Benutzerendgerät 44 und dem Kommunikationssatelliten 10 ausgetauscht werden, erfahren alle eine Ausbreitungsverzögerung und eine Frequenzverschiebung durch die Bewegung des Kommunikationssatelliten 10 relativ zur Bodenstation 38 und zum Benutzerendgerät 44, verursacht durch den Dopplereffekt. Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschäftigt sich zum Teil mit Mitteln für das Verwenden der Dopplerverschiebung bei den Frequenzen durch die Bewegung des Kommunikationssatelliten 10 und die Messung der Ausbreitungsverzögerung, um die Position des Benutzerendgeräts 44 auf der Oberfläche der Erde 44 zu bestimmen.
In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Ausbreitungsverzögerung zwischen der Bodenstation 38 und dem Benutzerendgerät 44 gemessen. Die Bodenstation 38 sendet ein Signal auf der Aufwärtsfunkverbindung 58 an den Kommunikationssatelliten 10, der wiederum an das Benutzerendgerät 44 über die Benutzerendgerätabwärtsverbindung 62 sendet. Nach dem Empfang des Signals von der Bodenstation 38 wartet das Benutzerendgerät eine vorbestimmte Zeitdauer und sendet dann seine eigene Nachricht über die Benutzerendgerätaufwärtsverbindung 64 und die Abwärtsfunkverbindung 60 zurück an die Bodenstation 38. Die Bodenstationssteuerung 56 verzeichnet das Vergehen der Zeit vom Moment, zu dem die Bodenstation 38 begonnen hat, die Nachricht auf der Aufwärtsfunkverbindung 58 zu senden, und dem Moment, zu dem die Bodenstation 38 begonnen hat, die Antwortnachricht vom Benutzerendgerät 44 von der Abwärtsfunkverbindung 60 zu empfangen. Die Bodenstationssteuerung 56 kennt die Ausbreitungsverzögerungszeiten für Signale durch den Kommunikationssatelliten 10 von der Aufwärtsfunkverbindung 58 auf der Benutzerendgerätabwärtsverbindung 62 und entsprechend die Ausbreitungsverzögerung durch den Kommunikationssatelliten 10 zwischen der Benutzerendgerätaufwärtsverbindung 64 und der Abwärtsfunkverbindung 60. In gleicher Weise kennt die Bodenstationssteuerung 56 mit Präzision die vorbestimmte vergangene Zeit, die vom Benutzerendgerät 44 verwendet wird, bevor es auf die empfangene Nachricht von der Bodenstation 38 antwortet. Die Ausbreitungsverzögerungen und die vorbestimmte Verzögerung des Benutzerendgeräts 44 werden von der Bodenstationssteuerung 56 von der gesamten vergangenen Zeit subtrahiert, um die tatsächliche Ausbreitungsverzögerung der Funkwelle über die verschiedenen Verbindungen 58, 60, 62, 64 in der Hin- und Rückreise der Nachricht von und zu der Bodenstation 38 zu bestimmen. Die Funkwelle breitet sich immer mit Lichtgeschwindigkeit aus, die konstant ist. Da die Position der Bodenstation 38 auf der Oberfläche der Erde präzise bekannt ist, und da die Position des Kommunikationssatelliten 10 in seiner Umlaufbahn 12, 12' ebenfalls präzise bekannt ist, kann die Summe der Ausbreitungsverzögerungen auf der Aufwärtsfunkverbindung 58 und der Abwärtsfunkverbindung 60 präzise berechnet werden. Die Bodenstationssteuerung 56 kennt immer die gesamte vergangene Zeit für die Ausbreitung der Nachricht entlang den Funkwegen 58, 60, 62, 64. Durch das Subtrahieren der berechneten Verzögerung auf dem Funkweg 58, 60 zwischen der Bodenstation 38 und dem Kommunikationssatelliten 10 von der gesamten Ausbreitungsverzögerung kann die Ausbreitungsverzögerung zwischen dem Benutzerendgerät 44 und dem Kommunikationssatelliten 10 präzise gemessen werden. Dies bedeutet, dass, da die Ausbreitung vollständig mit Lichtgeschwindigkeit erfolgt, die lineare Distanz zwischen dem Kommunikationssatelliten 10 und dem Benutzerendgerät 44 bekannt ist. Gemäß der Ausbreitungsverzögerung kann sich das Benutzerendgerät auf jedem Punkt auf einer Kugeloberfläche, deren Zentrum der Kommunikationssatellit 10 bildet, befinden. Da die Kugeloberfläche die Oberfläche der Erde 14 schneidet, und sich das Benutzerendgerät 44 auf der Oberfläche der Erde befindet, kann der Ort des Benutzerendgeräts 44 bestimmt werden, dass er sich auf der Schnittlinie der Kugeloberfläche der Erde 14 und der Kugel der gemessenen Distanz mit Zentrum beim Kommunikationssatelliten 10 befindet.
7 zeigt die Geometrie der Dopplerfrequenzverschiebungsmessung für den Kommunikationssatelliten 10. Wenn sich der Kommunikationssatellit 10 bewegt, wie das durch einen siebten Pfeil 70 gezeigt ist, hängt die Änderung der Frequenz eines Funksignals, das vom Kommunikationssatelliten 10 gesandt wird, und die wahrgenommene Frequenz eines Funksignals, das durch den Kommunikationssatelliten 10 von einer festen Quelle, wie dem Benutzerendgerät 44 empfangen wird, vom Kosinus des Winkels zwischen dem Kommunikationssatelliten 10 und dem Empfänger eines gesendeten Funksignals vom Kommunikationssatelliten oder der Quelle eines gesendeten Funksignals zum Kommunikationssatelliten 10 ab. Wenn wir somit solche Gebiete im Raum für vorbestimmte Dopplerfrequenzänderungen aufzeichnen, erhält man eine Serie koaxialer Kegel 72, die den Kommunikationssatelliten 10 an ihrer gemeinsamen Spitze haben, die sich in die Unendlichkeit erstrecken und die als ihre gemeinsame Achse 74 die Richtung der Bewegung des Kommunikationssatelliten 10 aufweisen, wie das durch den siebten Pfeil 70 gezeigt ist. 7 zeigt die Kegel 72, die sich nur über eine endliche Distanz erstrecken. Es sollte verständlich sein, dass die Kegel 72 eine unendliche Erstreckung aufweisen. Ebenso zeigt die 7 nur die Kegel "vor" dem Kommunikationssatelliten für Funkfrequenzempfänger oder Quellen, denen sich der Kommunikationssatellit 10 nähert. Es sollte verständlich sein, dass sich ein entsprechender Satz von koaxialen Kegeln 72 "hinter" dem Kommunikationssatelliten erstreckt, wobei sie dieselbe Spitze und Achse aufweisen. Die Dopplerverschiebung "vor" dem Kommunikationssatelliten 10 ist durch eine Zunahme der Frequenz gekennzeichnet. Die Dopplerverschiebung "hinter" dem Kommunikationssatelliten 10 ist durch eine entsprechende Abnahme der Frequenz gekennzeichnet.
Wo die Kegel 72 für eine spezielle Dopplerfrequenzverschiebung die Oberfläche der Erde 14 schneiden, wird eine weitere Linie definiert, entlang der sich das Benutzerendgerät 44 aufhalten kann.
Wenn man wieder die 6 betrachtet, so wird eine Dopplerfrequenzverschiebungsmessung durch die Bodenstation 38 ausgeführt, die ein Signal bekannter Frequenz auf der Aufwärtsfunkverbindung 58 liefert. Der Kommunikationssatellit 10, der seinen eigenen internen Oszillator verwendet, übersetzt die Frequenz des Signals und liefert sie auf die Benutzerendgerätabwärtsverbindung 62. Das Benutzerendgerät 44 gibt dann das Signal über die Benutzerendgerätaufwärtsverbindung 64, nochmals durch den internen Oszillator des Kommunikationssatelliten 10 in der Frequenz gewandelt und an die Bodenstation 38 über die Abwärtsfunkverbindung 60 gesandt, zurück. Die Bodenstationssteuerung 56 misst die Frequenz des Signals der Abwärtsfunkverbindung 60 und leitet die Dopplerfrequenzverschiebung am Benutzerendgerät 44 ab, die sich aus der Bewegung des Kommunikationssatelliten 10 ergibt, wie das durch den fünften Pfeil 66 dargestellt ist.
8 ist ein schematisches Diagramm der Art, in der die Bodenstation 38 und die Bodenstationssteuerung 56 mit dem Kommunikationssatelliten 10 interagieren, um die Fehler und die Dopplerverschiebung, die zwischen der Bodenstation 38 und dem Kommunikationssatelliten 10 erfahren werden, zu kalibrieren.
Die Bodenstation 38 sendet ein Signal bekannter Frequenz f(1) auf der Aufwärtsfunkverbindung 58 an den Kommunikationssatelliten 10. Der Kommunikationssatellit 10 weist einen internen Hauptoszillator auf, der alle synthetisierten Frequenzen, die vom Kommunikationssatelliten 10 verwendet werden, steuert. Wenn der Hauptoszillator einen proportionalen Fehler m aufweist, so weist jede Frequenz, die im Kommunikationssatelliten unter Verwendung des Hauptoszillators synthetisiert wird, einen entsprechenden Fehler auf, so dass: f(tatsächlich) = (1 + m)f(beabsichtigt)
Ebenso bewegt sich der Kommunikationssatellit 10 in Bezug auf die Bodenstation 38, um somit eine proportionale Dopplerverschiebung einzuführen, die wir d nennen wollen, so dass unabhängig davon, ob sich das Signal von der Bodenstation 38 zum Kommunikationssatelliten oder vom Kommunikationssatelliten 10 zur Bodenstation 38 bewegt, gilt: f(empfangen) = (1 + d)f(gesendet)
Wenn somit die Bodenstation eine Frequenz f(1) auf der Aufwärtsfunkverbindung 58 an den Kommunikationssatelliten 10 sendet, so empfängt wegen der Dopplerverschiebung der Kommunikationssatellit eine Frequenz f(empfangen am Kommunikationssatelliten) = f(1)(1 + d)
Nun verwendet der Kommunikationssatellit eine Frequenzänderungsvorrichtung 76, um das Signal, das von der Bodenstation 38 empfangen wird, in eine Frequenz umzuwandeln, die für eine Verwendung über die Teilnehmerantenne 42 geeignet ist. Um dies zu tun, synthetisiert der Kommunikationssatellit 10 eine beabsichtigte Frequenz f(2), die von der Frequenz des Signals, das am Kommunikationssatelliten 10 von der Bodenstation 38 empfangen wird, abzuziehen ist. Die beabsichtigte Frequenz f(2) unterliegt dem proportionalen Fehler im Hauptoszillator auf dem Kommunikationssatelliten 10 und wird so zu f(2) (1 + m).
Die Ausgabe der Frequenzänderungsvorrichtung 76 ist somit: f(1) (1 + d) – f(2) (1 + m)und diese wird über die Teilnehmerantenne 44 zurück an die Bodenstation 38 gesandt. Der Kommunikationssatellit 10 bewegt sich aber und verursacht somit eine weitere Dopplerverschiebung. Somit ist die Frequenz, die durch die Bodenstation 38 von der Teilnehmerantenne 42 empfangen wird, nennen wir sie f(R1), gegeben durch f(R1) = (1 + d)(f(1)(1 + d) – f(2)(1 + m))
Die Bodenstationssteuerung 56 misst f(R1) mit extremer Genauigkeit. Somit sind f(R1), f(1) und f(2) alles bekannte Größen, aber m und d sind unbekannt. Wenn wir den Ausdruck für f(R1) erweitern, erhalten wir f(R1) = (f(1) – f(2)) + d(2f(1) + d2f(1)) – mdf(2) – f(2)m
Die Ausdrücke zweiter Ordnung d²f(1) und mdf(2) sind im Vergleich zu den anderen Ausdrücken vernachlässigbar.
Somit gilt: f(R1) = f(1) – f(2) + d(2f(1) + (2) – mf(2))
Der Kommunikationssatellit 10 synthetisiert ein drittes Signal mit einer Frequenz f(3), was er über die Abwärtsfunkverbindung 60 an die Bodenstation 38 sendet. Das dritte Signal f(3) erfährt den proportionalen Fehler des Hauptoszillators im Kommunikationssatelliten 10. Somit wird die tatsächliche Frequenz, die auf der Abwärtsfunkverbindung 60 gesandt wird: (1 + m)f(3)
Da sich der Kommunikationssatellit 10 bewegt, erfährt das Signal auf der Abwärtsfunkverbindung 60 auch eine Dopplerverschiebung. Die Frequenz f(R2), die an der Bodenstation 38 auf der Abwärtsfunkverbindung 60 empfangen wird, ist somit gegeben durch: f(R2) = (1 + d)(1 + m)f(3)somit f(R2) = f(3) + df(3) + mf(3) + mdf(3)
Der Ausdruck zweiter Ordnung mdf(3) ist im Vergleich zu den anderen Ausdrücken sehr klein und kann ignoriert werden. Dies ergibt die folgenden Gleichungen. f(R1) = f(1) – f(2) + d(2f(1) – f(2)) – mf(2)und f(R2) = f3(1 + d + m)
Nun sind f(1), f(2) und f(3) präzise bekannte Größen, und f(R1) und f(R2) sind genau gemessen und somit bekannt. Dies reduziert die Gleichungen auf zwei simultane Gleichungen mit zwei Unbekannten, nämlich m und d, die somit nach den Unbekannten aufgelöst werden können.
9 ist eine schematische Ansicht, wie die Bodenstation 38 den proportionalen Dopplerverschiebungsfehler und den Hauptoszillatorfehler beim Benutzerendgerät 44 misst.
Die Bodenstation 38 und die Bodenstationssteuerung 56 "kalibrieren" zuerst den Kommunikationssatelliten 10, wie das unter Bezug auf 8 beschrieben ist. Da die Bodenstation 38 fähig ist, das Verhalten des Kommunikationssatelliten 10 vorherzusagen, bewegt sie ihren Betriebspunkt von der Oberfläche der Erde 14 wirksam weg und platziert ihn am Kommunikationssatelliten 10. Der Kommunikationssatellit 10 wird eine andere Dopplerverschiebung in Bezug auf die Bodenstation 38 zeigen, als er in Bezug auf das Benutzerendgerät 44 anzeigt.
Die Teilnehmerantenne 42 und die Frequenzänderungsvorrichtung 76 sind zweimal im Kommunikationssatelliten 10 gezeigt, einfach um zu zeigen, dass zwei Wege existieren, über die die Bodenstation 38 Signale vom Benutzerendgerät 44 über den Kommunikationssatelliten 10 empfängt, und über die die Bodenstation 38 Signale an das Benutzerendgerät 44 über den Kommunikationssatelliten 10 sendet.
Zuerst sendet die Bodenstation 38 ein Signal auf der Aufwärtsverbindung 58, das von der Frequenzänderungsvorrichtung 76 transponiert wird, und sendet es auf der Benutzerendgerätabwärtsverbindung 62 an das Benutzerendgerät 44 hinunter. Das Benutzerendgerät 44 führt eine Messung des Signals auf der Benutzerendgerätabwärtsverbindung 62 aus, transponiert seine Frequenz um eine nominale feste Größe und sendet das transponierte Signal erneut auf der Benutzerendgerätaufwärtsverbindung 64 an den Kommunikationssatelliten 10 über die Teilnehmerantenne 42, um über den Mischer 76 transponiert zu werden und um über die Abwärtsfunkverbindung 60 zur Bodenstation 38 gesendet zu werden, wo die Bodenstationssteuerung 56 eine genaue Frequenzmessung ausführt. Das Benutzerendgerät 44 führt, wie beschrieben, auch eine unabhängige Übertragung über den Kommunikationssatelliten bei einer nominalen Frequenz, die der Bodenstation 38 und ihrer Steuerung 56 bekannt ist, aus.
Ein Moment der Reflexion wird zeigen, dass präzise dasselbe Verfahren von der Bodenstation 38 verwendet worden ist, erweitert über den "kalibrierten" Kommunikationssatelliten 10, um die Fehler des Benutzerendgeräts 44 zu messen, das die Bodenstation 38 verwendet hat, um den Kommunikationssatelliten zu "kalibrieren". Es hat eine Schleifen-Rückkoppelungs-Frequenzmessung und ein unabhängiges Signal bei einer nominal synthetisierten Frequenz gegeben. Die Bodenstationssteuerung 56 korrigiert für die "Kalibrierung" des Kommunikationssatelliten und löst die zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten für die Dopplerverschiebung des Kommunikationssatelliten 10 zum Benutzerendgerät 44 und löst den proportionalen Fehler im Hauptoszillator im Benutzerendgerät 44.
10 zeigt, wie die Messung der Dopplerfrequenzverschiebung und der Verzögerungen verwendet werden können, um ein Benutzerendgerät 44 auf der Oberfläche der Erde 14 zu lokalisieren.
In 10 entspricht die horizontale Achse 78 der Messung in der Richtung des zweiten Pfeils 48 der 5 entlang der Bodenspur. Die vertikale Achse 80 entspricht der Messung entlang der Querspur, wie das durch den vierten Pfeil 54 in 6 gezeigt ist.
Es ist nur ein Quadrant gezeigt. Es sollte verständlich sein, dass das Muster, wie es gezeigt ist, symmetrisch um die Achsen in allen vier Quadraten ist.
Die Verzögerungsmessungen, die unter Bezug auf 6 beschrieben wurden, schaffen eine Serie von Verzögerungskonturen 82, die Kreise annähern, die auf dem Nadir 50 zentriert sind, der dem Punkt 00 in 10 entspricht. Während die Verzögerungskonturen 82 die Schnittpunkte der Sphären konstanter Verzögerung, die auf den Kommunikationssatelliten zentriert sind, darstellen, stellen die Dopplerkonturen 84 die Schnittlinien der Vielzahl koaxialer Kegel 72, die in Bezug auf 7 beschrieben wurden, dar. Die Figuren, die für die Dopplerkonturen angegeben sind, beziehen sich auf die Dopplerverschiebung, in Millisekunden, entsprechend der Position auf der Oberfläche der Erde 14, wo das Benutzerendgerät 44 angeordnet sein könnte. In gleicher Weise zeigen die Figuren neben den Verzögerungskonturen 82 die spezielle Verzögerung in Millisekunden für die spezielle Verzögerungskontur 82 an, und dies war die spezielle Position auf der Oberfläche der Erde 14. Verschiedene Figuren sind in Grad gezeigt, was einen Erhebungswinkel vom Benutzerendgerät 44 zum Kommunikationssatelliten 10 darstellt, wenn sie sich an diesem Ort befinden. 10 erstreckt sich bis zu einer minimalen Erhebung von 10 Grad, was in diesem Fall die minimale Betriebsbedingung des Kommunikationssatellitenkommunikationssystems ist, das das Beispiel angibt, das als die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angegeben wurde.
Überlagert sind in 10 auch einige der Punktstrahlen 30, die in Bezug auf die 3 und 4 beschrieben wurden, gezeigt. Es sollte verständlich sein, dass die Punktstrahlen 30 die Gesamtheit der vier Quadranten füllen. Es sind hier nur einige wenige Punktstrahlen 30 gezeigt worden, um eine übermäßige Überladung und Komplizierung der 10 zu vermeiden.
Im wesentlichen ist es auf der Basis einer einzigen Verzögerungsmessung, wie sie in Bezug auf die 6 beschrieben wurde, und einer einzigen Dopplerfrequenzverschiebungsmessung, wie sie in Bezug auf die 8 und 9 beschrieben wurde, möglich, die Position des Benutzerendgeräts 44 auf der Oberfläche der Erde 14 als den Punkt zu schätzen, wo sich die spezielle Verzögerungskontur 82 und die Dopplerkontur 84 kreuzen.
Da es vier Quadranten gibt, gibt es einen Grad der Mehrdeutigkeit bei der Bestimmung in welchem der vier Quadranten das Benutzerendgerät 44 angeordnet sein mag. Vorausgesetzt, dass die Mehrdeutigkeit groß genug ist, dass sich die möglichen Positionen alle in getrennten Punktstrahlen 30 befinden, wird die Unsicherheit aufgelöst durch die Beachtung, welcher der vielen Punktstrahlen 30 das Signal vom Benutzerendgerät 44 empfangen hat. Wie man aus dem zweiten Teil der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sehen wird, wo die Unsicherheit derart ist, dass einige mögliche Punkte in einem einzigen Punktstrahl enthalten sind, müssen andere Techniken angewandt werden.
Es ist in 10 zu beobachten, dass die Dopplerkonturen 84 tatsächlich als ein Paar von Linien statt als eine einzige Linie gezeichnet sind. Dies soll den proportionalen Fehler bei der Messung darstellen. Dicht am Nadir 50 liegen die Linien in der Dopplerkontur 84 dicht zusammen, was einen kleinen Positionsfehler anzeigt. Im Gegensatz dazu gehen in großen Distanzen entlang der Bodenspur, was durch die horizontale Achse 78 gezeigt ist, die Paare von Linien in den Dopplerkonturen 84 weiter auseinander, was einen größeren Fehler anzeigt. Im Gegensatz dazu liegen, obwohl die Verzögerungskonturen 82 auch Paare von Linien sind, die eine Unsicherheit bei der Genauigkeit der Messung anzeigen, die Paare der Linien in den Verzögerungskonturen viel dichter beieinander.
Um die ziemlich großen Fehler bei den Dopplerkonturen 84 in größeren Distanzen entlang der Bodenspur, wie sie durch die horizontalen Linien von 78 angezeigt sind, zu überwinden, wird ein Mittelungsverfahren angewandt.
11 zeigt ein überraschendes Ergebnis. Wenn keine Korrektur für die Bewegung der Erde 14 relativ zum Nadir 50 des Kommunikationssatelliten 10 oder für die Umlaufgeschwindigkeit des Kommunikationssatelliten 10 relativ zur Erde erfolgt, nimmt, wie in 11 gezeigt, die tatsächliche Position des Benutzerendgeräts 44 relativ zum Kommunikationssatelliten 10 mit der Zeit stetig zu, wie das durch die durchgehende Linie 86 gezeigt ist. Jede Messung der Dopplerverschiebung und der Verzögerung benötigt eine vorbestimmte Zeitdauer. Somit nimmt der Positionsfehler, wie er durch die durchgehende Linie 86 gezeigt ist, mit der Zahl der ausgeführten Messungen stetig zu.
Der Positionsfehler, wie er gemessen wird, fällt nach wohl bekannten statistischen Prinzipien mit der Wurzel der Quadratsumme. Wenn beispielsweise hundert Messwerte genommen werden, so fällt der mittlere Fehler auf ein Zehntel. Wenn zehntausend Messwerte genommen werden, so fällt der mittlere Fehler auf ein Hundertstel. Wenn eine Million Messwerte genommen werden, so fällt der mittlere Fehler auf ein Tausendstel, uns so weiter. Die gestrichelte Linie 88 zeigt die fallende Rate des gemessenen Positionsfehlers gegenüber der Anzahl der Messwerte an.
Die punktierte Linie 90 stellt die Summe der gestrichelten Linie 88 und der durchgehenden Linie 86 dar, die den tatsächlichen Positionsfehler über der Anzahl der Messwerte zeigt. Es ist zu beachten, dass es einen Minimumbereich 92 gibt, wo der gemessene Positionsfehler am geringsten ist; eine geringere Anzahl von Messungen erzeugt einen größeren gemessenen Positionsfehler und eine größere Anzahl von Messungen erzeugt auch einen größeren gemessenen Positionsfehler. Es ist zu beobachten, dass der Minimumbereich 92 ziemlich flach ist, und dass es einen Bereich von Werten N(1) bis N(2) gibt, zwischen denen der gemessene Positionsfehler sich mehr oder weniger am Minimum befindet. Es kann somit eine optimale Anzahl von Messungen zwischen den Zahlen N(1) und N(2) gewählt werden, die die beste Positionsschätzung ergibt. Die exakte Zahl der optimalen Messungen hängt sehr stark vom anfänglichen Messfehler ab. Wenn man kurz zurück zu 10 geht, so ist die Neigung der gestrichelten Linie 88, die die Verbesserung des Positionsfehlers in Größen der Anzahl der vorgenommenen Messungen angibt, eine Quadratwurzel, und es ist zu beobachten, dass die Verzögerungskonturlinien 82 mit einem relativ kleinen Fehler beginnen, so dass, wenn man die Kurven der 11 interpretiert, eine relativ kleine Anzahl von Messungen genügen würde, um eine optimale Anzahl von Messungen zu erzeugen. Im Gegensatz dazu sind die Dopplerkonturen 84 entlang der Bodenspur, die durch die horizontale Achse 78 angezeigt wird, relativ groß, so dass die Neigung der gestrichelten Linie 88 relativ leicht ist, was eine relativ große Anzahl von Messungen erfordert, um eine beste Abschätzung des Positionsfehlers zu erzielen.
12 ist eine Angabe des ersten Quadranten der optimalen Anzahl von Messungen, die für jeden Punktstrahl 30 vorzunehmen ist, in Abhängigkeit vom Strahl in welchem man das Benutzerendgerät 44 findet, für jeden dieser Punktstrahlen 30, für Dopplerverschiebungsmessungen, gemäß der bevorzugten Ausführungsform, die die vorliegende Erfindung darstellt. Man wird sehen, dass die optimale Zahl der Messungen von 90 bis 42 reicht. Wenn andere Abtastraten und Höhen der Umlaufbahn des Kommunikationssatelliten gewählt werden, so gelten andere optimale Zahlen der Messungen.
Ebenso zeigt 13 die optimale Anzahl von Bursts oder Messwerten für jeden der Punktstrahlen 30 für Verzögerungsmessungen, wie das unter Bezug auf 6 beschrieben wurde. Überraschenderweise reicht die optimale Anzahl der Messwerte von 201 nahe dem Nadir entlang der Querspur, wie das durch die vertikalen Linien 80 angezeigt ist, bis zu überraschend niedrigen Werten an der Peripherie der Punktstrahlen 30.
Die vorangehende Beschreibung gilt für Gebiete 18, wie sie in den 1 und 4 gezeigt sind, die eine einzige Funkabdeckung von einem Kommunikationssatelliten 10 haben. Die folgende Beschreibung gilt für solche Gebiete 20, wie sie in den 1 und 4 gezeigt sind, wo es eine mehrfache Funkabdeckung vom Kommunikationssatelliten 10 gibt.
14 zeigt die Situation, bei der das Benutzerendgerät 44 auf der Oberfläche der Erde 14 eine Funkabdeckung von mehr als einem Kommunikationssatelliten 10, 10' aufweist. Idealerweise sollten die zwei Kommunikationssatelliten 10, 10' für das Benutzerendgerät 44 und für eine einzige Bodenstation 38 beide sichtbar sein. Es ist jedoch möglich, dass ein Kommunikationssatellit 10' für das Benutzerendgerät 44 sichtbar ist, aber nicht für die einzige Bodenstation 38. Alternativ kann es sein, dass der andere Kommunikationssatellit 10 von einer anderen Bodenstation 38' sichtbar ist. Dies stellt kein Problem dar, da beide Bodenstationen 38, 38' durch eine Bodenkommunikationsleitung 94 verbunden werden können, wo Daten, die vom Kommunikationssatelliten 10, 10' und dem Benutzerendgerät abgeleitet werden, ausgetauscht werden können, so dass eine der Bodenstationen 38 als ein Master bei der Bestimmung der Position des Benutzerendgeräts 44 auf der Oberfläche der Erde 14 agieren kann.
Wenn mehr als ein Kommunikationssatellit 10, 10' sichtbar ist oder in der nahen Vergangenheit sichtbar war, wird statt dem Ausführen einer Dopplerbereichsmessungsoperation, wie sie unter Bezug auf die 7, 8, 9, 10, 11 und 12 beschrieben wurde, eine einfache Zeitverzögerungsmessung ausgeführt, wie sie unter Bezug auf die 6, 10, 11 und 13 beschrieben wurde. Eine Bodenstation 38, 38' sendet ein Signal zu jedem der Kommunikationssatelliten 10, 10' und misst, wie das vorher beschrieben wurde, die Ausbreitungsverzögerung zwischen dem Kommunikationssatelliten 10, 10' und dem Benutzerendgerät 44.
Wie früher in Bezug auf 6 beschrieben wurde, erzeugen die Verzögerungsmessungen als die mögliche Position des Benutzerendgeräts 44 relativ zum Kommunikationssatelliten 10, eine Kugeloberfläche, die auf jedem der Kommunikationssatelliten 10, 10' zentriert ist, die sich miteinander und mit der Oberfläche der Erde 14 schneiden, um einen eindeutigen Standort des Benutzerendgeräts 44 auf der Oberfläche der Erde 14 zu geben, die einer hier vorher beschriebenen Auflösung der Mehrdeutigkeit unterworfen wird. Wenn man annimmt, dass das Benutzerendgerät sich auf der Oberfläche der Erde befindet, so sind nur zwei Kommunikationssatellitenausbreitungsverzögerungen für den absoluten Standort des Benutzerendgeräts notwendig. Wenn mehr als drei Kommunikationssatelliten 10, 10' so verwendet werden, so kann das Benutzerendgerät 44 absolut im Raum lokalisiert werden, was auch Variationen der Höhe auf der Oberfläche der Erde 14 erlaubt. Es ist unter Bezug auf die Beschreibung der 10 anzumerken, dass die Verzögerungskonturen beträchtlich genauer sind, insbesondere im extremen Bereich vom Nadir 50 entlang der Bodenspur, wie das durch die horizontalen Linien 78 gezeigt ist, als das die Dopplerkonturen 84 sind. Somit ist das Verfahren zur Messung der Position des Benutzerendgeräts 44 auf der Oberfläche der Erde 14, wie es unter Bezug auf 14 beschrieben ist, genauer.
Somit beschäftigt sich die Ausführungsform der Erfindung in welcher Weise auch immer mit der Bestimmung der Position des Benutzerendgeräts 44 auf der Oberfläche der Erde 14. Wenn nur ein Kommunikationssatellit 10 sichtbar ist, wird das in 10 gezeigte Entfernungsmessverfahren verwendet. Wenn mehr als ein Kommunikationssatellit sichtbar ist, wird das Verfahren zur Positionsbestimmung, das in Bezug auf 14 beschrieben wird, verwendet.
Die Aufmerksamkeit wird nun auf 15 gelenkt, die die Aktivität der Bodenstationssteuerung 56 in der einen Bodenstation 38, 38' zeigt, die die Positionsbestimmung für das Benutzerendgerät 44 ausführt.
In einer ersten Operation 96 hört die Bodenstation 98 auf eine Anforderung irgend einer Art vom Benutzerendgerät 44. Wenn ein erster Test 98, einen Ruf vom Benutzerendgerät 44 zu detektieren, misslingt, wird die Steuerung zurück an die erste Operation 96 gegeben. Wenn der erste Test 98 bestimmt, dass die Bodenstation 38 durch das Benutzerendgerät 44 abgefragt wurde, so wird die Steuerung an eine zweite Operation 98 gegeben. Die zweite Operation 98 sendet eine Übertragung über den Kommunikationssatelliten 10 an das Benutzerendgerät 44, wie das unter Bezug auf die 6, 9 und 10 beschrieben wurde. Voraussetzung ist, dass die Operation der 8, wo der Kommunikationssatellit "kalibriert" wird, schon ausgeführt wurde. Wenn die Operation, die unter Bezug auf 8 beschrieben wurde, nicht ausgeführt wurde, so führt die zweite Operation 100 die notwendige Kalibrierung des Kommunikationssatelliten 10 aus.
Die zweite Operation 100 analysiert auch die Ergebnisse von der Dopplerfrequenzverschiebungsmessung und von der Zeitverzögerungsmessung auf der Basis der gegenseitigen Übertragung zwischen der Bodenstation 38 und dem Benutzerendgerät 44, um eine Schätzung der Position des Benutzerendgeräts 44 auf der Oberfläche der Erde 14 zu geben.
Die Bodenstation 38, die eine ungefähre Schätzung der Position des Benutzerendgeräts 44 auf der Oberfläche der Erde vorgenommen hat, ist nun in der Position, zu bestimmen, ob das Benutzerendgerät 44 für mehr als einen Kommunikationssatelliten 10 sichtbar ist.
Wenn ein zweiter Test 102 entscheidet, dass nur ein Kommunikationssatellit sichtbar ist, so geht die Steuerung zu einer dritten Operation, die bestimmt, welcher aus der Vielzahl der Punktstrahlen 30 vom Benutzerendgerät 44 belegt wird. Diese Information kann auch der Bodenstation 38 auf der Basis bekannt sein, auf welchem der Punktstrahlen 30 das Signal vom Benutzerendgerät 44 empfangen wurde.
Die Steuerung geht von der dritten Operation 104 zu einer vierten Operation 106, wo unter Bezug auf die 12 und deren zugehörige Beschreibung, in Abhängigkeit davon, welcher Punktstrahl 30 vom Benutzerendgerät 44 belegt wird, die optimale Anzahl von Messwerten durch einen Nachrichtenaustausch vorgenommen wird. Dies gibt die größte Bereitstellung der Positionsbestimmung, wie das unter Bezug auf 11 beschrieben wurde.
Wenn die vierte Operation 106 ihre notwendige Funktion ausgeführt hat, so geht die Steuerung zu einer fünften Operation 108, wo Verzögerungsmessungen vorgenommen werden, wie das unter Bezug auf 6 beschrieben wurde, für die optimale Zahl von Messwerten für die Verzögerungsmessung, wie das unter Bezug auf die 11 und 14 beschrieben ist.
Die vierte Operation 106 und die fünfte Operation 108 können gleichzeitig ausgeführt werden, die Anzahl des Messpunktes ist größer, je nachdem ob sie für die Dopplerverschiebung oder die Verzögerungsmessung größer ist, wie das unter Bezug auf die 12 und 13 gezeigt wurde, für einen speziellen Punktstrahl 30, und das Ergebnis wird für die kleiner Anzahl nur bis zur geforderten kleineren Anzahl analysiert und spätere Ergebnisse werden verworfen.
Die Summe der Funktion der vierten Operation 106 und der fünften Operation 108 besteht darin, die beste Schätzung auf der Basis des Stils der Positionsanalyse, die unter Bezug auf 10 beschrieben wurde, dafür zu geben, wo die Kugeln der konstanten Zeitverzögerung und die Kegel der konstanten Dopplerverschiebung die Oberfläche der Erde 14 schneiden.
Am Ende der fünften Operation 108 wird die Steuerung an die sechsten Operation 110 gegeben, wo alle notwendigen Kommunikationsoperationen ausgeführt werden. Diese können ein Telefongespräch, eine Anforderung für das Aktualisieren der Position und des Status oder was auch immer benötigt wird sein. Wenn ein dritter Test 112 zeigt, dass die notwendige Operation der sechsten Operation 110 beendet ist, so kehrt die Steuerung zur ersten Operation 96 zurück, wo die Bodenstation 38 wieder durch den Kommunikationssatelliten 10 nach dem Benutzerendgerät 44 hört.
Wenn man zum zweiten Test 102 zurückkommt, so wird, wenn bestimmt wurde, dass es nicht nur einen einzigen Kommunikationssatelliten gibt, die Steuerung an einen vierten Test 114 gegeben, der bestimmt, ob es mehr als einen vorhandenen Kommunikationssatelliten gibt. Wenn der vierte Test 114 detektiert, dass es eine Vielzahl verfügbarer Kommunikationssatelliten 10 gibt, so geht die Steuerung zu einer siebten Operation 116, wo die Bodenstation 38 über die Bodenstationssteuerung 56 bestimmt, für welchen aus der Vielzahl der Punktstrahlen 30 für jeden Kommunikationssatelliten das Benutzerendgerät 44 verfügbar ist. Danach geht die Steuerung zu einer achten Operation 118, wo die Bodenstation die optimale Zahl der Funkbursts für jeden Kommunikationssatelliten 10 gemäß der 6 und ihrer zugehörigen Beschreibung und gemäß den 10 und 13 und ihrer zugehörigen Beschreibung austauscht. Wenn die Position des Benutzerendgeräts 44 durch die achte Operation 118 bestimmt worden ist, so geht die Steuerung zur sechsten Operation 110 und danach, wie früher beschrieben, zurück zur ersten Operation 96.
Wenn der vierte Test 114 keinen verfügbaren Kommunikationssatelliten findet, eine unübliche Situation aber durch eine Umgebungsblockierung nichtsdestotrotz möglich, geht die Steuerung zu einer neunten Operation 120, wo die gesamte Operation abgebrochen wird. Die Steuerung geht dann zu einer zehnten Operation, wo die Bodenstation 38 die grobe Position des Benutzerendgeräts 44 auf der Basis der einzigen Burstdopplerverschiebung und der Verzögerungsmessungen, die in derselben Operation 100 ausgeführt werden, annimmt.
Nach der zehnten Operation 122 geht die Steuerung zur sechsten Operation 110, die alle notwendigen Operationen ausführt, die in diesem Fall für die Bodenstation 38 darin bestehen können, einen Kontakt mit dem Benutzerendgerät 44 aufzubauen oder vielleicht sogar gar nichts zu tun.
Die Steuerung geht dann zurück zur ersten Operation 96.
16 zeigt die Aktivität des Benutzerendgeräts 44, wie es mit der Bodenstation 38 in einer nochmals anderen Alternative für das Lokalisieren des Benutzerendgeräts 44 auf der Oberfläche der Erde 14 zusammenarbeitet.
Die einzelnen Kommunikationssatelliten 10 senden in periodischen Intervallen Rundsendenachrichten auf allen den Punktstrahlen 30 aus, die von allen Benutzerendgeräten 44 empfangen werden sollen. Die Rundsendenachricht von jedem Kommunikationssatelliten stammt ursprünglich von einer Bodenstation 38 und enthält Information, die identifiziert, von welchem Kommunikationssatelliten die Rundsendenachricht ausgeht. Die Zeit der Übertragung der Rundsendenachricht ist genau bekannt, da, wie das unter Bezug auf 6 beschrieben ist, die Bodenstation die präzise Distanz zwischen sich und dem Kommunikationssatelliten 10 kennt. Gleicherweise können, wie das in 14 gezeigt ist, andere Bodenstationen 38' andere Kommunikationssatelliten 10' anweisen, eine Rundsendenachricht zu liefern. Jede Bodenstation 38' kennt die Position des Kommunikationssatelliten 10 zu jeder Zeit und sie kennt auch die Identität der Bodenstation 38, 38', von der die Rundsendenachricht ausgeht. Als eine Alternative kann die Rundesendenachricht auch eine Anzeige enthalten, von welcher Bodenstation sie ausgeht.
In jedem Fall ist es nur notwendig, die Ankunftszeit einer Rundsendenachricht an einem Benutzerendgerät 44 zu notieren und zu wissen, von welchem Kommunikationssatelliten 10 sie ausgeht, um effektiv eine Entfernungs-"Ausbreitungsverzögerungs"-Messung am Benutzerendgerät 44 vom Kommunikationssatelliten 10 auszuführen. Wiederum beschreibt eine Kugel einer festen Verzögerung in Ausdrücken der Distanz den mögliche Ort des Benutzerendgeräts 44 um den zentralen Kommunikationssatelliten 10, und das Benutzerendgerät 44 kann auf der Schnittlinie der Kugel, die um den Kommunikationssatelliten 10 zentriert ist, mit der Oberfläche der Erde 14 liegen.
Wenn man wieder zu 16 zurückkehrt, so hört das Benutzerendgerät in einer elften Operation 124 auf die Rundsendenachrichten von den Kommunikationssatelliten 10, bis ein fünfter Test 126 detektiert, dass ein Kommunikationssatellit zu hören ist. Die Steuerung geht dann zu einer zwölften Operation 128, wo das Benutzerendgerät unter Verwendung einer internen Uhr den Moment des Empfangs der Nachricht vom Kommunikationssatelliten 10 zusammen mit der Identität des speziellen Kommunikationssatelliten 10, von dem die Nachricht stammt, notiert und speichert. Das Benutzerendgerät 44 hält eine Aufzeichnung der letzten zu hörenden Kommunikationssatelliten 10.
Die Steuerung geht dann zu einem sechsten Test 130, der eine Prüfung ausführt, um zu sehen, ob das Benutzerendgerät 44 dem Kommunikationssatelliten 10 antworten muss. Wenn keine Antwort erforderlich ist, so geht die Steuerung zurück zur elften Operation 124, wo das Benutzerendgerät wieder auf Rundsendenachrichten vom Kommunikationssatelliten 10 hört.
Wenn der sechste Test 130 bestimmt, dass das Benutzerendgerät 44 in irgend einer Weise antworten muss, vielleicht für Zwecke der Kommunikation oder der Registrierung, so geht die Steuerung zu einem siebten Test 132, der eine Prüfung ausführt, um zu sehen, ob nur ein Kommunikationssatellit 10 sichtbar ist, oder ob mehr als ein Kommunikationssatellit 10 sichtbar ist. Dies kann aus der Liste, die in der zwölften Operation 128 errichtet wird, zusammengestellt werden.
Wenn der siebte Test 132 detektiert, dass es nur einen sichtbaren Kommunikationssatelliten gibt, so geht die Steuerung zu einer dreizehnten Operation 134, wo das Benutzerendgerät 44 auf Verzögerungs- und Dopplermessungen antwortet, wie das unter Bezug auf die 6 bis 13 gezeigt ist. Das Benutzerendgerät 44 sendet an die Bodenstation 38 auch die Liste der Zeiten und der Identitäten der gehörten Kommunikationssatelliten 10, die durch die zwölfte Operation 128 zusammengestellt wurde.
Die Bodenstationssteuerung 56 kombiniert dann alle diese Messungen und wird die Position des Benutzerendgeräts 44 auf der Oberfläche der Erde 14 kennen. Die Steuerung geht als nächstes zu einer vierzehnten Operation 136, wo das Benutzerendgerät 44 mit irgend einer Aktivität, die von ihm gefordert wird, weiter macht, bis ein achter Test 138 detektiert, dass die Aktivität vorüber ist und die Steuerung zurück zur elften Operation 124 geht, wo das Benutzerendgerät 44 nach Nachrichten von den Kommunikationssatelliten 10 hört.
Wenn der siebte Test 132 detektiert, dass mehr als ein Kommunikationssatellit vorhanden ist, so geht die Steuerung zu einer fünfzehnten Aktivität 140, wo das Benutzerendgerät 44 auf eine Ausbreitungsverzögerungsmessung von jedem der Kommunikationssatelliten 10, 10' antwortet, wie das unter Bezug auf die 14 und 15 beschrieben wurde. Das Benutzerendgerät 44 berichtet an die Bodenstation 38 auch den Inhalt der Liste, die in der zwölften Operation 128 während der Zeit des Empfangs und der Identität der Rundsendenachrichten des Kommunikationssatelliten zusammengestellt wurde.
An diesem Punkt wird die Bodenstation, mit der das Benutzerendgerät 44 interaktiv ist, ausreichend Information besitzen, um die Position des Benutzerendgeräts 4 entlang der Oberfläche der Erde 14 zu bestimmen.
Wenn die fünfzehnte Aktivität 140 beendet wurde, so geht die Steuerung zur vierzehnten Aktivität 136, die mit jeglicher Aktivität, die das Benutzerendgerät ausführen soll, fortsetzt, und dann kehrt über den achten Test 138 die Steuerung zur elften Operation 124 zurück, wo das Benutzerendgerät 44 weiter auf Rundsendenachrichten von den Kommunikationssatelliten 10 hört.
Es ist zu beachten, dass wenn es genügend Messwerte gibt, auf die in der zwölften Operation 128 gehört wurde, und wenn sich das Benutzerendgerät 44 während einer Zeit nicht signifikant bewegt hat, dann die Position des Benutzerendgeräts 44 auf der Oberfläche der Erde 14 passend und genau einfach auf der Basis der Aufzeichnung, die von der zwölften Operation 128 zusammengestellt wurde, gemessen werden kann, um so die Notwendigkeit bei der fünfzehnten Aktivität 140 zu vermeiden, Verzögerungen von jedem sichtbaren Kommunikationssatelliten zu messen, oder in der dreizehnten Aktivität 134, eine Dopplermessung zusammen mit einer Verzögerungsmessung auszuführen.
In gleicher Weise kann in der dreizehnten Aktivität 134, wenn die kombinierte Ausbreitungsverzögerungsmessung und Dopplerfrequenzverschiebungsmessung einen Ort erzeugt, der grob dem Ort entspricht, der sich aus dem Schnitt der Kugeln konstanter Verzögerung, die aus der Liste der Rundsendeempfangszeiten und der Kommunikationssatellitenidentitäten, wie sie von der zwölften Operation 128 bestimmt werden, und diese letztere Bestimmung genauer ist, die Bodenstation durch ihre Bodenstationssteuerung 56 wählen, die letztere Bestimmung zu verwenden.
Ein anderes extrem signifikantes Element der Zusammenstellung der Liste durch die zwölfte Operation 128 und ihren Bericht durch die dreizehnte Operation 134 und die fünfzehnte Aktivität 140 ist einfach das, dass die Position des Benutzerendgeräts 44 auf der Oberfläche der Erde unter Verwendung von Kommunikationssatelliten 10 gemessen werden kann, die für das Benutzerendgerät 44 nicht länger sichtbar sind. Dies steht im Gegensatz zu allen anderen Verfahren, die es erfordern, dass ein Kommunikationssatellit 10, der für eine Positionsbestimmung verwendet wird, für das Benutzerendgerät 44 sichtbar sein sollte.
Das Benutzerendgerät 44 umfasst eine interne Uhr. Diese Uhr weist natürlich relative Ungenauigkeiten auf. Die Bodenstation 38 besitzt in Kombination mit der Bodenstationssteuerung 56 eine sehr genaue Uhr. Damit die Bodenstation 38 die Liste, die durch die zwölfte Operation 128 gesammelt wurde, korrekt verwenden kann, ist es notwendig, die Fehler in der Uhr des Benutzerendgeräts zu korrigieren. Dies kann sehr einfach erfolgen. Die Bodenstation 38 fordert im ersten bekannten Fall das Benutzerendgerät 44 auf, die Zeit auf seiner Uhr der Bodenstation 38 anzuzeigen. Die Bodenstation 38 kennt die Ausbreitungsverzögerung zwischen ihr und dem Benutzerendgerät 44. Die Zeit der Antwort durch das Benutzerendgerät 44 ist somit sehr genau bekannt. Nachdem die Bodenstation 38 notiert hat, welche Zeit die Uhr des Benutzerendgeräts annimmt, warten die Bodenstation 38 und die Bodenstationssteuerung 56 für eine vorbestimmte Zeitdauer, vielleicht eine Sekunde, und fordern dann das Benutzerendgerät 44 erneut auf, der Bodenstation 38 anzugeben, welche Zeit das Benutzerendgerät annimmt. Die Bodenstation 38 hat nun zwei Werte, aus denen die Rate des Abweichens der Uhr im Benutzerendgerät 44 und der aufgelaufene Zeitfehler bestimmt werden können. Die Bodenstation 38 kann mit der Bodenstationssteuerung 56 somit unter Verwendung der bekannten Abweichungen und Fehler die Zeiten extrapolieren, die sich in der Liste befinden, die von der zwölften Operation 128 erzeugt wurde. Die korrigierten Zeiten werden dann mit den bekannten Zeiten der Übertragung der speziellen Rundsendenachrichten von jedem Kommunikationssatelliten 10 verglichen. Die Bodenstationssteuerung 56 kann dann die Ausbreitungsverzögerung zwischen jedem Kommunikationssatelliten und dem Benutzerendgerät berechnen. Da die Position jedes Kommunikationssatelliten genau bekannt ist, ist es möglich, die Entfernung des Benutzerendgeräts 44 vom speziellen Kommunikationssatelliten, der das Rundsenden vorgenommen hat, zu bestimmen.
Die vorher beschriebenen Maßnahmen können einzeln, mehrfach oder in jeder Kombination verwendet werden, um den Ort des Benutzerendgeräts 44 auf der Oberfläche der Erde 14 zu bestimmen. Wenn zwei Kommunikationssatelliten sichtbar sind, umfasst die vorliegende Erfindung auch die Möglichkeit eine Dopplerfrequenzverschiebungsmessungen von jedem der Kommunikationssatelliten zu verwenden, um die Position des Benutzerendgeräts 44 zu bestimmen.
Diese Technik braucht nicht auf Gegenstände auf der Oberfläche der Erde 14 beschränkt sein. Unter Verwendung von Satellitenentfernungsmessungstechniken ist es möglich, die Position eines Gegenstandes, wie eines Endgeräts, im freien Raum zu messen. Während die Ausführungsform der Erfindung, die hier vorher und nachher beschrieben wird, sich auf den Ort von Gegenständen auf der Erdoberfläche bezieht, sollte verständlich sein, dass die Messungen zu Endgeräten 44 in einem Flugzeug, einem Raumfahrzeug und auf hohen Berggipfeln hin unternommen werden können.
Die bisherige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform hat nur einen Satz von Wegen, auf denen die Position eines Benutzerendgeräts 44 gemessen werden kann, dargestellt. Fachleute werden andere Verfahren und Systeme für das Finden eines Benutzerendgeräts kennen. Während die vorliegende Erfindung insbesondere für Satellitenkommunikationssysteme, wie das, das hier vorher beschrieben wurde, geeignet ist, ist sie nicht darauf beschränkt und kann in jedem System angewandt werden, wo die Position eines Endgeräts gemessen werden kann, aber mit einer Unsicherheit, welche Position aus einer Vielzahl möglicher Positionen das Benutzerendgerät belegt.
Die Aufmerksamkeit wird auf 17 gelenkt, die die Situation zeigt, die die vorliegende Erfindung zu lösen sucht.
Zwei Satelliten 10 liefern eine erste Verzögerungskontur 82A und eine zweite Verzögerungskontur 82B, die zwei Kreuzungspunkte 142 in einem einzelnen Punktstrahl 30A haben. Der einzelne Punktstrahl 30A stößt an andere Punktstrahlen 30B, 30C, 30D, 30E, 30F, 30G an und überlappt diese. Das Benutzerendgerät 44 kann auf jedem der Schnittpunkte 142 liegen. Es gibt eine Mehrdeutigkeit, die in diesem Fall nicht gelöst werden kann durch das Bestimmen, in welchem Strahl 30 das Benutzerendgerät 44 liegt, da sich beide möglichen Orte im selben Punktstrahl 30 befinden. Obwohl die Punktstrahlen 30 so dargestellt sind, als haben sie feste Ränder, sollte verständlich sein, dass die Punktstrahlen 30 in Wirklichkeit nicht abrupt enden. 18 zeigt ein Beispiel einer Punktstrahlantwort. Die Signalstärke ist gegen die Distanz vom Zentrum des Punktstrahls 30 aufgetragen. Die Kurve 144 der Signalstärke ist eine rapide fluktuierende Funktion der Distanz, die viele Spitzen und Nullpunkte aufweist, aber im allgemeinen einer Hüllkurve 146 folgt. Bei einer vorbestimmte Signalstärke 148, die so ausgewählt ist, dass sie mindestens für den Dienst akzeptabel ist, ist die Umfangsdistanz 150 für die Punktstrahlen 30 bestimmt, und dies entspricht den festen Grenzen, die in anderen Figuren gezeigt sind. 18 macht klar, dass die Punktstrahlen in Wirklichkeit jedoch Funksignale auch in anderen Umfängen 150 liefern, wenn auch die Signalstärke unter der Dienstqualität liegt.
Der Satellit 10 gibt regelmäßig Rundsendungen auf jedem der Punktstrahlen 30 aus, wobei jede Rundsendung eine Identifikation liefert, von welchem Punktstrahl die Rundsendung stammt. Das Benutzerendgerät 44 hört auf die Rundsendungen der benachbarten anderen Punktstrahlen 30B-30G, um zu bestimmen, welchen der Schnittpunkte 142 das Benutzerendgerät 44 belegt.
19 ist ein Flussdiagramm, das die Aktivitäten des Benutzerendgeräts 44 zeigt, wenn es auf Rundsendenachrichten von den benachbarten, angrenzenden und überlappenden Punktstrahlen 30B-30G hört.
Der Eingang ist eine sechszehnte Aktivität, wo das Benutzerendgerät 44 eine Instruktion von der Bodenstation 44 erhält, zu bestimmen, wo in einem speziellen Punktstrahl 30 das Benutzerendgerät 44 angeordnet sein könnte. Die Bodenstation 38 wird den Befehl an das Benutzerendgerät 44 in dem Fall ausgeben, wenn sie zwei oder mehr Schnittpunkte 142 im selben Punktstrahl findet. Das hier gegebene Beispiel, das sich auf 17 bezieht, zeigt nur zwei Schnittpunkte 142. Es sollte verständlich sein, dass drei oder mehr Schnittpunkte vorkommen können, wo drei oder mehr Distanzschätzungen vom Satelliten 10 zum Benutzerendgerät 44 vorgenommen worden sind. Es sollte auch verständlich sein, dass es sein kann, dass die Schnittpunkte 142 nicht alle im selben Punktstrahl 30 liegen. Unabhängig vom speziellen Ergebnis gibt die Bodenstation 38 den Befehl an das Benutzerendgerät 44 aus, immer wenn zwei oder mehr Schnittpunkte 142 in denselben Punktstrahl 30 fallen.
Die Steuerung geht dann zu einer siebzehnten Aktivität 154, wo das Benutzerendgerät 44 auf alle Rundsendenachrichten horcht, die es von der Bodenstation 38 hören kann. Jeder Punktstrahl hat seine eigene Identitätsnachricht, so dass der Ursprungsstrahl einer Rundsendung identifiziert werden kann.
Wenn ein neunter Test 156 detektiert, dass eine Rundsendenachricht gehört werden kann, geht die Steuerung zu einer achtzehnten Aktivität 158, wo das Benutzerendgerät 44 die Strahlidentität aus dem Rundsendesignal extrahiert und die Steuerung an eine neunzehnte Aktivität 160 gibt, wo das Benutzerendgerät die Signalqualität einschätzt.
Die Signalqualitätsmessung kann viele Formen annehmen. Ein erstes bevorzugtes Verfahren besteht darin, einfach die Amplitude der empfangenen Rundsendenachricht zu messen. Ein zweites bevorzugtes Verfahren besteht darin, die "Bitfehlerrate" (BER) einer digitalen Nachricht, die im Rundsendesignal empfangen wird, zu messen, wo eine Schätzung des Verhältnisses aller Binärziffern, die fehlerhaft empfangen wurden, gegen die Gesamtzahl der Binärziffern in der Nachricht ein Maß der Signalqualität ergibt.
Die Steuerung geht dann an eine zwanzigste Aktivität 162, wo die Identität des Strahls 30, von dem das Rundsendesignal empfangen wurde, und die entsprechende Einschätzung der Signalqualität in einer Liste gespeichert werden. Wenn genug Ergebnisse empfangen wurden, berechnet eine einundzwanzigste Aktivität 164, welcher der benachbarten, überlappenden Strahlen 30B-30G am dichtesten beim Benutzerendgerät 44 liegt, so dass der Schnittpunkt 142, der am passendsten platziert ist, als die tatsächliche Position des Benutzerendgeräts 44 gewählt werden kann.
Während es möglich ist, eine Berechnung des besten Satzes von benachbarten, überlappenden Punktstrahlen 30B-30G auf der Basis nur einer Messung (wenn verfügbar) pro Punktstrahl 30B-30G zu machen, ist es vorteilhaft, wenn mehrere Messungen pro Punktstrahl 30B-30G gemacht werden. Wenn man kurz zu 18 zurückkehrt, kann man beobachten, dass trotz einer möglichen hohen Amplitude sich das Benutzerendgerät 44 für den Moment in einer tiefen Null befindet, wo ein falscher Eindruck der Signalstärke gegeben ist. Es ist jedoch in Erinnerung zu rufen, dass die Anordnung der Punktstrahlen 30 über die Oberfläche der Erde 14 mit über 4 km pro Sekunde schwebt, so dass ein Benutzerendgerät 44, das sich momentan in einer Null befindet, bald aus der Null entfernt wird und ein Signal einer mehr passenden repräsentativen Stärke empfängt.
Ebenso kann es sein, dass aus geographischen Gründen, wie Hügeln oder Gebäuden oder anderen Hindernissen, ein spezieller benachbarter Punktstrahl 30B-30G für das Benutzerendgerät 44 nicht hörbar ist oder ein stark gedämpftes Signal aufweist. Wiederum sollte, obwohl es dafür keine Garantie gibt, die Bewegung der Anordnung der Punktstrahlen 30 über die Oberfläche der Erde 14 beim Gewinnen einer genaueren Darstellung des Signals über der Zeit helfen.
Es ist somit bevorzugt, dass eine Vielzahl von Abtastwerten der Signalqualität für Signale von allen hörbaren benachbarten Punktstrahlen 30B-30G aufgenommen werden. Wenn ein zehnter Test 166 bestimmt, dass eine ausreichende Anzahl von Abtastwerten genommen worden ist, so geht die Steuerung zur zweiundzwanzigsten Aktivität 168, wo das Benutzerendgerät 44 bestimmt, welches als ein Ergebnis der Vielzahl von Abtastwerten, der beste Satz von Signalen von den benachbarten Punktstrahlen 30B-30G ist, und es das Ergebnis zurück an die Bodenstation 38 berichtet. Wenn der zehnte Test 166 bestimmt, dass nicht genug Abtastwerte gesammelt worden sind, so geht die Steuerung zurück zur siebzehnten Aktivität 154, wo mehr Signale gesucht werden.
Eine erneute Untersuchung der 18 wird zeigen, wie die Signalstärke eines benachbarten Punktstrahls 30B-30G im Zielpunktstrahl 30A abfallen wird. Während Signale über den gesamten Zielpunktstrahl 30A verfügbar sind, sind Signale mit hoher Amplitude mit einer guten Bitfehlerrate nur empfangbar, wenn sich das Benutzerendgerät 44 dicht an dem Teil des Umfangs 150 befindet, der neben dem speziellen benachbarten Punktstrahl 30B-30G liegt, von wo das Signal empfangen wird.
Somit zeigt, sogar wenn ein Hindernis Signale von einigen benachbarten Punktstrahlen 30B-30G blockiert, die Tatsache, dass ein einzelnes Signal hoher Amplitude empfangen wird, eine große Nähe des Benutzerendgeräts 44 zum Umfang 150 des ausgebenden benachbarten Punktstrahls 30B-30G an. Wenn mehrere Signale mit hoher Amplitude von mehreren benachbarten Punktstrahlen 30B-30G empfangen werden, so wird eine stärke Bestätigung der Position des Benutzerendgeräts 44 gegeben.
Die zweiundzwanzigste Aktivität 168 schafft einen Ausgang, um es dem Benutzerendgerät 44 zu erlauben, danach mit irgend einer Aktivität weiterzumachen, die von ihm gefordert wird.
Als eine Variante des Flussdiagramms der 19 ist es nicht absolut notwendig, die sechzehnte Aktivität 152 einzuschließen. Stattdessen kann das Benutzerendgerät 44 kontinuierlich eine laufende Aufzeichnung eines Satz der neuesten empfangenen Nachrichten von den Punktstrahlen 30 unterhalten, die in der zwanzigsten Aktivität 162 zu speichern sind, und die an die Bodenstation 38 in der zweiundzwanzigsten Aktivität 168 nur dann zu berichten sind, wenn die Bodenstation eine Anforderung für diese Information entweder direkt oder implizit ausgibt. Dies hat den Vorteil, dass die Ergebnis für die Bodenstation 38 sofort verfügbar sind, ohne dass sie warten muss, bis das Benutzerendgerät 44 Abtastwerte sammelt.
Es ist nicht zwingend, dass das Benutzerendgerät 44 selbst verwendet wird, um die Einschätzung des besten Satzes von Signalen von den benachbarten überlappenden Punktstrahlen 30B-30G vorzunehmen. Als eine Alternative, die in 19 in gestrichelten Linien gezeigt ist, kann die neunzehnte Aktivität 160 alternativ die Steuerung an eine dreiundzwanzigste Aktivität 170 geben, wo das Benutzerendgerät 44 jede Signalqualitätseinschätzung an die Bodenstation 38 gibt, damit sie von der Bodenstation 38 empfangen wird, um ihre eigene Schätzung auszuführen, welcher der Schnittpunkte tatsächlich vom Benutzerendgerät 44 belegt wird. Wenn das Benutzerendgerät 44 bestimmt, dass es genug Abtastwerte hat, oder wenn die Bodenstation 38 das Benutzerendgerät 44 informiert, dass genug Abtastwerte genommen wurden, beendet das Benutzerendgerät 44 diese Routine, ansonsten geht die Steuerung zurück zur siebzehnten Aktivität 154, wo nach weiteren Abtastwerten gesucht wird.
Wie zuvor kann, während die dreiundzwanzigste Aktivität 170 gezeigt ist, wie sie jeden Abtastwert, wenn er auftritt, berichtet, die dreiundzwanzigste Aktivität 170 auch eine Vielzahl von vorherigen Einschätzungen senden, so dass die Bodenstation 38 eine sofortige Verfügbarkeit dieser hat.

Claims

Satellitentelekommunikationssystem, umfassend: eine Bodenstation (38), um Signale zu übertragen an und Signale zu empfangen von mindestens einem erdumkreisenden Satelliten (10), ein Benutzerendgerät (44), um Signale zu übertragen an und zu empfangen von dem Satelliten, wodurch eine Kommunikation zwischen der Bodenstation und dem Benutzerendgerät über den Satelliten bereitgestellt wird, wobei der Satellit dem Benutzerendgerät Übertragungen in einer Vielzahl von Funkstrahlen bereitstellt, die benachbarte zellulare Abdeckungsbereiche (30A-30G) auf der Erde definieren, ein Verarbeitungsmittel (56), um Signale, die durch das Benutzerendgerät empfangen werden, gemäß mindestens einer vorbestimmten Charakteristik zu verarbeiten, um Daten entsprechend ersten und zweiten Positionsorten (82A, 82B) für das Benutzerendgerät zu bestimmen, die sich zweimal in einem Bestimmten der zellularen Bereiche schneiden, um eine erste und zweite mögliche Position (142) für das Benutzerendgerät festzulegen, wobei beide der möglichen Positionen sich innerhalb des einen Bestimmten der zellularen Bereiche (30A) befinden, und ein Überwachungssystem (19), um die Qualität von Signalen zu überwachen, die durch das Benutzerendgerät von den Funkstrahlen entsprechend den zellularen Abdeckungsbereichen angrenzend an den Bestimmten davon empfangen werden, und um aus den gemessenen Qualitäten der überwachten Signale zu bestimmen, welche der möglichen Positionen für das Benutzerendgerät seiner tatsächlichen Position in dem bestimmten zellularen Bereich einspricht.
System gemäß Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Charakteristik, bezüglich der die durch das Benutzerendgerät empfangene Signale durch das Verarbeitungsmittel verarbeitet werden, Dopplerverschiebung einschließt, um eine erste Dopplerverschiebung festzulegen, die an dem Benutzerendgerät (104, 106) für die empfangenen Signale erfahren wird, und um dadurch Daten entsprechend den Ersten der Positionsorte in Form der Dopplerverschiebung innerhalb des bestimmten zellularen Abdeckungsbereichs bereitzustellen.
System gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die vorbestimmte Charakteristik, bezüglich der die durch das Benutzerendgerät empfangene Signale durch den Prozessor verarbeitet werden, Dopplerverschiebung einschließt, um eine zweite Dopplerverschiebung festzulegen, die an dem Benutzerendgerät für die empfangenen Signale erfahren wird, und um dadurch Daten entsprechend der Zweiten der Positionsorte in Form der Dopplerverschiebung innerhalb des bestimmten zellularen Abdeckungsbereichs bereitzustellen.
System gemäß Anspruch 3, wobei der Prozessor konfiguriert ist, von einem zweiten Satelliten empfangene Signale (116, 118) zu verarbeiten, um die zweite Dopplerverschiebung abzuleiten.
System gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die vorbestimme Charakteristik, bezüglich der die durch das Benutzerendgerät empfangene Signale durch den Verarbeitungsmittel verarbeitet werden, eine Zeitverschiebung einschließt, um die Zeitverschiebung festzulegen, die an dem Benutzerendgerät für die empfangenen Signale erfahren wird, und um dadurch Daten entsprechend der Zweiten der Positionsorte in Form der Zeitverschiebung innerhalb des bestimmten zellularen Abdeckungsbereichs bereitzustellen.
System gemäß Anspruch 5, wobei die vorbestimmte Charakterisik, bezüglich der die durch das Benutzerendgerät empfangene Signale durch den Prozessor verarbeitet werden, Zeitverschiebung einschließt, um erste und zweite Zeitverschiebungen festzulegen, die für an dem an dem Benutzerendgerät empfangene erste und zweite Signale von ersten und zweiten Satelliten erfahren werden, und um dadurch Daten entsprechend der Ersten und Zweiten der Positionsorte in Form der Zeitverschiebungen innerhalb des bestimmten zellularen Abdeckungsbereichs bereitzustellen.
System gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die vorbestimmte Charakterisik, bezüglich der die durch das Benutzerendgerät empfangene Signale durch den Prozessor verarbeitet werden, Zeitverschiebung für ein Zellensammelsendesignal einschließt.
System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Überwachungssystem konfiguriert ist, eine empfangene Signalqualität in Form von Bitfehlerrate zu überwachen.
Verfahren zum Auflösen von Positionsmehrdeutigkeiten in einem Satellitentelekommunikationssystem, wobei eine Bodenstation und ein Benutzerendgerät Signale zueinander über mindestens einen erdumkreisenden Satelliten übertragen, wobei der Satellit Benutzerterminal-Übertragungen in einer Vielzahl von Funkstrahlen bereitstellt, die aneinandergrenzende zellulare Abdeckungsgebiete auf der Erde festgelegen, wobei das Verfahren umfasst: Verarbeiten von durch das Benutzerendgerät empfangenen Signalen gemäß mindestens einer vorbestimmten Charakteristik, um Daten entsprechend ersten und zweiten Positionsorten für das Benutzerendgerät zu bestimmen, die sich zweimal in einem Bestimmten der zellularen Bereiche schneiden, um eine erste und zweite mögliche Position für das Benutzerendgerät in dem zellularen Bereich festzulegen, und Überwachen der Qualität von Signal, die durch das Benutzerendgerät von den Funkstrahlen entsprechend den zellularen Abdeckungsbereichen angrenzend an den Bestimmten davon empfangen werden, und um von den gemessenen Qualitäten der überwachten Signale zu bestimmen, welche der möglichen Positionen für das Benutzerendgerät seiner tatsächlichen Position in dem bestimmten zellularen Bereich entspricht.
Verfahren gemäß Anspruch 9, einschließend Verarbeiten der durch das Benutzerendgerät empfangene Signale in Bezug auf eine Dopplerverschiebung, um eine erste Dopplerverschiebung festzulegen, die für die empfangenen Signale an dem Benutzerendgerät erfahren wird, und dadurch Daten entsprechend der Ersten der Positionsorte in Form der Dopplerverschiebung innerhalb des bestimmten zellularen Abdeckungsbereichs bereitzustellen.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, einschließend Verarbeiten der durch das Benutzerendgerät empfangene Signale in Bezug auf die Dopplerverschiebung, um eine zweite Dopplerverschiebung festzulegen, die für die empfangenen Signale an dem Benutzerendgerät erfahren wird, und dadurch Daten entsprechend der Zweiten der Positionsorte in Form der Dopplerverschiebung innerhalb des bestimmten zellularen Abdeckungsbereichs bereitzustellen.
Verfahren gemäß Anspruch 11, einschließend Verarbeiten von von einem zweiten Satelliten empfangenen Signalen, um die zweiten Dopplerverschiebung abzuleiten.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, einschließend Verarbeiten der durch das Benutzerendgerät empfangenen Signale bezüglich einer Zeitverschiebung, um die Zeitverschiebung festzulegen, die für die empfangenen Signale an dem Benutzerendgerät erfahren wird, und dadurch Daten entsprechend der Zweiten der Positionsorte in Form der Zeitverschiebung innerhalb des bestimmten zellularen Abdeckungsbereichs bereitzustellen.
Verfahren gemäß Anspruch 13, einschließend Verarbeiten der durch das Benutzerendgerät empfangenen Signale bezüglich der Zeitverschiebung, um erste und zweite Zeitverschiebungen festzulegen, die für an dem Benutzerendgerät empfangene Signale von einem ersten und zweiten Satellit erfahren werden, und dadurch Daten entsprechend der ersten und zweiten Positionsorte in Form der Zeitverschiebungen innerhalb des bestimmten zellularen Abdeckungsbereichs bereitzustellen.
Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei die vorbestimmte Charakteristik bezüglich der die durch das Benutzerendgerät empfangenen Signale verarbeitet werden, Zeitverschiebung für ein Zellensammelsendesignal einschließt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 15, einschließend Überwachen der empfangenen Signalqualität in Form von Bitfehlerrate.
Benutzerendgerät für ein Satellitentelekommunikationssystem, wobei eine Bodenstation Signale überträgt an und Signale empfangt von mindestens einem erdumkreisenden Satelliten und der Satellit Benutzerendgerätübertragungen in einer Vielzahl von Funkstrahlen bereitstellt, die aneinandergrenzende zellulare Abdeckungsbereiche auf der Erde festlegen, wobei das Benutzerendgerät umfasst: eine Sender-Empfänger-Einheit, um Signale zu übertragen an und Signale zu empfangen von dem Satelliten, wodurch Kommunikation zwischen der Bodenstation und dem Benutzerendgerät über den Satelliten bereitgestellt wird, ein Prozessor, um durch das Benutzerendgerät empfangene Signale gemäß mindestens einer vorstimmten Charakteristik zu verarbeiten, um Daten entsprechend ersten und zweiten Positionsorten für das Benutzerendgerät zu bestimmen, die sich zweimal in einem Bestimmten der zellularen Bereiche schneiden, um eine erste und zweite mögliche Position für das Benutzerendgerät festzulegen, wobei beide der möglichen Positionen sich innerhalb des Bestimmen der zellularen Bereiche befinden, und ein Überwachungssystem, um die Qualität der durch das Benutzerendgerät empfangenen Signale entsprechend des zellularen Abdeckungsbereichen angrenzend an den Bestimmten davon zu überwachen, wodurch eine Bestimmung aus den gemessenen Qualitäten der überwachten Signale vorzunehmen ermöglicht wird, welche der möglichen Positionen für das Benutzerendgerät seiner tatsächlichen Position in dem bestimmten zellularen Bereich entspricht.