DE69933099T2 - Verfahren und System zur Bestimmung der Position eines Kommunikationssatelliten mittels Zweiweg-Entfernungsbestimmung - Google Patents

Verfahren und System zur Bestimmung der Position eines Kommunikationssatelliten mittels Zweiweg-Entfernungsbestimmung Download PDF

Info

Publication number
DE69933099T2
DE69933099T2 DE69933099T DE69933099T DE69933099T2 DE 69933099 T2 DE69933099 T2 DE 69933099T2 DE 69933099 T DE69933099 T DE 69933099T DE 69933099 T DE69933099 T DE 69933099T DE 69933099 T2 DE69933099 T2 DE 69933099T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
transceiver
determining
axis
circulating
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69933099T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69933099D1 (de
Inventor
Donald C.D. Thousand Oaks Chang
Kar W. Torrance Yung
William J. Manhattan Beach Nunan
David C. Palos Verdes Estates Cheng
Bruce E. Playa del Rey Shuman
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DirecTV Group Inc
Original Assignee
Hughes Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hughes Electronics Corp filed Critical Hughes Electronics Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE69933099D1 publication Critical patent/DE69933099D1/de
Publication of DE69933099T2 publication Critical patent/DE69933099T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/12—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves by co-ordinating position lines of different shape, e.g. hyperbolic, circular, elliptical or radial

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines umlaufenden Sendeempfängers in einem Kommunikationsnetzwerk, das zumindest eines ersten und zweiten Sendeempfängers an einem ersten bzw. zweiten bekannten Ort auf der Erde umfasst, wenn lediglich zwei Sendeempfänger im Blickfeld des umlaufenden Sendeempfängers sind, wobei der erste Sendeempfänger und der zweite Sendeempfänger angepasst sind, Kommunikationssignale an den umlaufenden Sendeempfänger zu senden und von dem Sendeempfänger zu empfangen, wobei das Verfahren den Schritt eines Bestimmens einer ersten Entfernungsmessung und einer zweiten Entfernungsmessung aufweist, und zwar jeweils zwischen dem ersten Sendeempfänger bzw. dem zweiten Sendeempfänger und dem umlaufenden Sendeempfänger.
  • Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Bestimmen einer Position eines umlaufenden Sendeempfängers in einem Kommunikationsnetzwerk, das zumindest einem ersten Sendeempfänger und einem zweiten Sendeempfänger an einem ersten Ort bzw. einem zweiten Ort auf der Erde aufweist, wenn lediglich zwei Sendeempfänger im Blickfeld des umlaufenden Sendeempfängers sind, wobei die Sendeempfänger angepasst sind, Kommunikationssignale an den umlaufenden Sendeempfänger zu senden und von ihm zu empfangen.
  • Ein Verfahren und System zum Bestimmen einer Position eines Satelliten ist aus der US 4,613,864 mit dem Titel „Position-Fixing System" bekannt. Das Verfahren und System sind zum Bestimmen einer Position-eines Satelliten in einem positionsfesten System einschließlich einer Vielzahl von Bodenstationen auf der Erde geeignet, wobei die Positionen der Satelliten durch Messen ihrer Entfernungen zu verschiedenen Bodenstationen unter Verwendung eines Zweiweg-Entfernungsmessverfahrens bestimmt werden, wobei die Entfernungen von jedem Satelliten zu zumindest drei Bodenstationen gemessen werden müssen.
  • Die Erfindung betrifft allgemein Verfahren und Systeme zum Bestimmen einer Position eines Kommunikationssatelliten unter Verwendung einer Zweiweg-Entfernungsmessung durch mehrere Sendeempfänger.
  • Aktuelle Automatic-Dependent-Surveillance-(ADS)-Verfahren, wie z.B. das weltweite Positioniersystem (GPS), das Wide-Area-Augmentation-System (WAAS) oder GLONASS, liefern eine Positionsinformation unter Verwendung von Satellitenübertragungen. Das GPS, welches vom US-Verteidigungsministerium entwickelt wurde und eingesetzt wird, besteht z.B. aus 24 Satelliten, die die Erde zweimal am Tag in einer Höhe von 12.000 Meilen umlaufen, sowie aus fünf Bodenstationen, um die Satellitenkonstellation zu überwachen und zu verwalten. Unter Verwendung von Atomuhren und Ortsdaten senden GPS-Satelliten 24 Stunden am Tag kontinuierlich eine Zeit- und Ortsinformation an einen GPS-Empfänger, der auf vier oder mehr Satelliten gleichzeitig hört, um eine Position eines Nutzers zu bestimmen. Durch Messen des Zeitintervalls zwischen der Übertragung und dem Empfang eines Satellitensignals berechnet der GPS-Empfänger die Entfernung zwischen dem Nutzer und jedem Satelliten und verwendet dann die Entfernungsmessungen von zumindest vier Satelliten, um eine Position zu erlangen.
  • Solche Systeme verwenden jedoch eine Einweg-Entfernungsmessung, bei der bei jeder Station eine genaue, synchronisierte Uhr erforderlich ist. Jeder Synchronisationsfehler oder Fehler hinsichtlich des Orts von einem der Satelliten resultiert in einem Fehler bei der bestimmten Position des Zielfahrzeugs.
  • Jegliche Art von satellitenbasierten Navigationssystemen muss die Position und Geschwindigkeit seines Entfernungssatelliten mit extrem hoher Genauigkeit bestimmen. Eine Positionsbestimmung und eine Geschwindigkeitsbestimmung sind vitale Teile der Positionsstabilisierungsfunktion jedes Satelliten, selbst für einen, der nicht Teil eines Navigationssystems ist.
  • Ein bekanntes System fordert es, dass der Satellit gleichzeitig Kontakt mit all seinen Bodenstationen hat, um eine Positions- bzw. Ortsinformation zu erhalten. Dies könnte jedoch nicht immer für einen Satelliten in einer nicht-geostationären Umlaufbahn möglich sein, der sich relativ zur Erde bewegt und deshalb periodisch einen Zugriff auf irgendeinen gegebenen Punkt auf der Erdoberfläche verliert.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und System zum Bestimmen der Position eines Kommunikationssatelliten vorzusehen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art gelöst, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bestimmen einer ersten Entfernungsmessung und einer zweiten Entfernungsmessung, und zwar jeweils zwischen dem ersten Sendeempfänger bzw. dem zweiten Sendeempfänger und dem umlaufenden Sendeempfänger; Bestimmen einer ersten Entfernungsrate entsprechend einer Zeitänderungsrate der ersten Entfernungsmessung; Bestimmen eines für den Satz von möglichen Positionen des umlaufenden Sendeempfängers repräsentativen Schnittkreises basierend auf der ersten Entfernungsmessung und der ersten Entfernungsrate, wobei der Schnittkreis eine spezifische Ausrichtung im Raum, einen spezifischen Radius und einen Mittelpunkt in einer spezifischen dreidimensionalen Position relativ zu der bekannten Position des ersten Sendeempfängers besitzt; Bestimmen einer Winkelposition des umlaufenden Sendeempfängers entlang des Schnittkreises basierend auf der bekannten Position des zweiten Sendeempfängers und der zweiten Entfernungsmessung; und Bestimmen der Position des umlaufenden Sendeempfängers basierend auf dem Schnittkreis und der Winkelposition.
  • Des Weiteren wird die obige Aufgabe durch das System der eingangs erwähnten Art gelöst, dass zumindest einen ersten und zweiten Sendeempfänger bei einer ersten bzw. zweiten bekannten Position auf der Erde aufweist, wobei der erste Sende empfänger und der zweite Sendeempfänger angepasst sind, Kommunikationssignale an den umlaufenden Sendeempfänger zu senden und von ihm zu empfangen; und das des Weiteren gekennzeichnet ist durch: einen Prozessor, der entweder an den ersten Sendeempfänger oder den zweiten Sendeempfänger gekoppelt ist und angepasst ist, eine erste Entfernungsmessung und eine zweite Entfernungsmessung zu bestimmen, und zwar jeweils zwischen dem ersten Sendeempfänger bzw. dem zweiten Sendeempfänger und dem umlaufenden Sendeempfänger, um eine erste Entfernungsrate entsprechend einer Zeitänderungsrate der ersten Entfernungsmessung zu bestimmen, um einen Schnittkreis zu bestimmen, der für den Satz von für den umlaufenden Sendeempfänger möglichen Positionen repräsentativ ist, und zwar basierend auf der ersten Entfernungsmessung und der ersten Entfernungsrate, wobei der Schnittkreis eine spezifische Ausrichtung im Raum, einen spezifischen Radius und einen Mittelpunkt in einer spezifischen dreidimensionalen Position relativ zu der bekannten Position des ersten Sendeempfängers umfasst, um eine Winkelposition des umlaufenden Sendeempfängers entlang des Schnittkreises basierend auf der bekannten Position des zweiten Sendeempfängers und der zweiten Entfernungsmessung zu bestimmen, und um die Position des umlaufenden Sendeempfängers basierend auf dem Schnittkreis und der Winkelposition zu bestimmen.
  • Die obige Aufgabe und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der besten Ausführungsform der Erfindung einfach ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gesehen werden.
  • 1 stellt ein Diagramm dar, das ein Kommunikationssystem veranschaulicht, das das Verfahren und System der vorliegenden Erfindung einsetzt.
  • 2 stellt ein Diagramm dar, das die geometrische Ebene veranschaulicht, die zwei Entfernungsknoten der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
  • 3 stellt ein Diagramm dar, das eine vergrößerte Ansicht der Ebene der 2 veranschaulicht.
  • 4 stellt ein Diagramm dar, das einen Schnittkreis veranschaulicht, der sich oberhalb und unterhalb der X-Y-Ebene der 2 erstreckt.
  • 5 stellt ein Diagramm ähnlich der 3 dar, jedoch unter Hinzufügung von X- und Y-Einheitvektoren, wobei ein mit Rq bezeichneter Punkt mit einem späteren Schritt bei der Positionsbestimmung verknüpft ist.
  • 1 veranschaulicht schematisch ein Kommunikationssystem mit einer typischen Geometrie, um die vorliegende Erfindung in die Praxis umzusetzen. Dieses System, das allgemein mit einem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, umfasst einen Zielkommunikationssatelliten 12, dessen Position (als R0 bezeichnet) zu bestimmen. Das System 10 der 1 umfasst auch einen primären Entfernungsknoten (RN) 14 – wie z.B. eine Satellitenbodenstation – bei der mit R1 bezeichneten Position sowie sekundäre Entfernungsknoten 11 bei Positionen R2 und R3. Es könnte viele weitere sekundäre RNs bei Positionen R4, R5, etc. geben. Diese zusätzlichen RNs sind in der 1 nicht gezeigt; ihre Betriebsmodi sind jedoch zu solchen identisch, wie sie für die RNs bei R2 und R3 beschrieben werden. Ein sekundärer RN könnte irgendeine Vorrichtung sein, die einen Sendeempfänger umfasst, wie z.B. Automobile, Mobiltelefone, Luftfahrzeuge oder dergleichen, solange sie während eines Betriebs der vorliegenden Erfindung stationär sind. Wie in 1 gezeigt, werden die Entfernungen zwischen dem Satelliten 12 bei R0 und all den RNs bei R1, R2, R3, etc. mit ai = |Ri – R0| bezeichnet, wobei i > 0 gilt.
  • Ein geparktes kommerzielles Verkehrsflugzeug kann z.B. als sekundärer RN agieren. Wenn ein kommerzielles Verkehrsflugzeug an einem Flughafengate geparkt wird, gibt sein Pilot die präzise Position des Flugzeugs in das Navigationssystem ein, das sich an Bord befindet. Diese Information ermöglicht es dem Inertialnavigationssystem, eine Drift und einen akkumulierten Positionsfehler zu korrigieren. Solange das Flugzeug an den Gate geparkt ist, ist seine Position mit einem hohen Genauigkeitsgrad bekannt. Falls es mit einem geeigneten Sendeempfänger ausgerüstet ist, kann es als sekundärer RN bei einer Position R2 oder R3 agieren. Falls eine große Anzahl von Flugzeugen so ausgerüstet ist und ein bedeutender Prozentsatz davon zu irgendeiner Zeit an einem Gate geparkt ist, dann kann der Satellit 12 bei R0 diese geparkten Flugzeuge bei R2 und R3 als RNs benutzen.
  • Die RNs bei R1, R2, R3, etc. stehen durch den Satellit 12 bei der Position R0 weitervermittelte Nachrichten miteinander in Verbindung. Im Verlauf des Betriebs der vorliegenden Erfindung empfängt der primäre RN 14 zwei unterschiedliche Signalarten: Entfernungscodes, die von dem Satelliten 12 gesendet werden, und Antwortcodes, die durch den Satelliten 12 vermittelt werden, jedoch von sekundären RNs 11 stammen. Ein bei dem primären RN 14 bei R1 befindlicher Prozessor 16 unterscheidet die zwei Signaltypen und führt die für die Bestimmung der Position des Satelliten 12 erforderlichen Berechnungen durch.
  • Die Position des Satelliten 12 wird gemäß der nachfolgenden Schrittsequenz bestimmt. Zuerst sendet der primäre RN 14 bei R1 zu einer präzise gemessenen Zeit und mit einer präzise gemessenen Trägerfrequenz ein Entfernungssignal an den Satelliten 12 bei R0, der es an alle RNs sendet, einschließlich dem primären RN 14 bei R1 und den sekundären RNs 11 bei R2, R3, etc. Die sekundären RNs 11 senden dann an den Satelliten 12 unterscheidbare Antwortcodesignale zur Rückübertragung an den primären RN 14 zurück. Sofort bei Empfang der Entfernungs- und Antwortcodesignale misst der Prozessor 16 bei dem primären Entfernungsknoten 14 (R1) die Trägerfrequenz und Ankunftszeit des Entfernungssignals. Er berechnet dann die Differenz zwischen der Ankunftszeit des Entfernungscodes und der Zeit seiner ursprünglichen Übertragung von dem primären Entfernungsknoten 14. Diese Zeitdifferenz entspricht der Laufzeit, die mit tp1 bezeichnet wird, und ist mit der Entfernung der Übertragung von Entfernungssignalen von dem primären RN 14 bei R1 zu dem Satelliten 12 bei R0 und zurück zu R1 verknüpft. Diese Entfernung, die mit D1 bezeichnet ist, ist gleich 2a1. Der Prozessor 16 misst auch die Trägerfrequenzdifferenz zwischen dem empfangenen Antwortcodesignal und dem ursprünglich gesendeten Entfernungscodes. Aus dieser Frequenzdifferenz berechnet der Prozessor die Dopplerfrequenzverschiebung, was nachfolgend beschrieben ist.
  • Bevor mit der Beschreibung der Berechnungen des Prozessors fortgefahren wird, werden die Messungen beschrieben, die bei Signalen durchgeführt werden, die durch die sekundären RNs 11 laufen. Wie zuvor erwähnt, sendet jeder der sekundären RNs 11 bei den Positionen R2, R3, R4, etc. sofort bei Empfang eines Entfernungscodes ein Antwortentfernungssignal an den primären RN 14 bei R1 über den Satelliten 12 bei R0. Diese Antwortsignale sind derart bezeichnet, dass sie den bestimmten Entfernungscode, auf den sie antworten, und den sekundären RN 11 eindeutig identifizieren, von dem sie gesendet werden. Der Prozessor 16 bei R1 kann dann die Position Ri des sekundären RN 11 bestimmen, der den besonderen Antwortcode initiiert hat, wobei Ri ein Element des Satzes aller bekannten sekundären RN-Positionen {R2, R3, ...} ist. Der Prozessor 16 misst auch die Ankunftszeit jedes Antwortsignals und berechnet die Differenz zwischen dieser Zeit und der Zeit einer ursprünglichen Übertragung von dem primären Entfernungsknoten 14 des Entfernungscodes, der das Antwortsignal auslöst. Diese Differenz wird als Laufzeit tpi bezeichnet. Somit werden die für eine Umlaufkommunikation mit den sekundären RNs bei R2, R3, etc. gemessenen Zeiten jeweils als tp2, tp3, etc. bezeichnet.
  • Wieder Bezug nehmend auf 1 erkennt man, dass die mit Laufzeiten tpi für i > 1 verknüpfte Wege eine andere Form haben als der mit tpi und D1 verknüpfte Weg. Für i > 1 ist Di die Weglänge von dem primären Entfernungsknoten 14 bei R1 zu dem Satelliten 12 bei R0, zu dem sekundären Entfernungsknoten 11 bei Ri, dann zurück zum Satelliten 12 bei R0, und schließlich zurück zu den primären Entfernungsknoten 14 bei R1. In einer ersten Näherung gilt Di = 2(ai + a1) für i > 1. Diese Gleichheit gilt nur ungefähr, da sie die Tatsache außer Acht lässt, dass sich der Satellit 12 während der Zeit des Signalumlaufs von R0 zu Ri und zurück zu R0 bewegt. In der Realität wird sich der Satellit 12 an einem anderen Ort befinden, wenn er das ursprüngliche Entfernungssignal von R1 zu Ri vermittelt, als wenn das Antwortsignal von Ri zurück zu R1 vermittelt wird. Dieser Effekt kann korrigiert werden, wird jedoch im Interesse der Klarheit in der vorliegenden Beschreibung des Systems vernachlässigt, jedoch nicht bei der endgültigen Umsetzung.
  • Nun wird die Rechenprozedur erläutert, die einen Satz aus Frequenzverschiebungen und Laufzeitmessungen zuerst in einen Satz von Kommunikationsweglängen (D1, D2, D3, etc.), dann in einen Satz von Entfernungen (a1, a2, a3, etc.) und schließlich in eine dreidimensionale Vektorposition des Satelliten 12 wandelt bzw. transformiert. Die Messungen der Laufzeit umfassen eine Zeit, die eine elektromagnetische Welle benötigt, um den vorgeschriebenen Weg zu durchlaufen, und auch Verzögerungszeiten, die mit einer elektronischen Erfassung und erneuten Übertragung von Nachrichten verbunden sind. Diese Intervalle werden alle mit einem einzigen Takt 18 bei R1 gemessen; deshalb benötigen sekundäre RNs bei R2, R3, etc. keinen Takt und das in 1 veranschaulichte System hat keinerlei systematische Taktfehler, wie z.B. solche in dem globalen Positionierungssystem (GPS).
  • Signalverzögerungszeiten und Entfernungen
  • Für den jeder gemessenen Laufzeit tp1, tp2, tp3, etc. entsprechenden Weg berechnet der Prozessor 16 bei R1 eine Schätzung der Gesamtzeitverzögerung tdi für alle Sendeempfänger sowie eine troposphärische und ionosphärische Ausbreitung entlang des Wegs. Die entsprechenden Verzögerungszeiten td1, td2, td3, etc. werden dann bei der Berechnung der entsprechenden Entfernungen zwischen den Sendeempfängern verwendet.
  • Die Ionosphäre und Atmosphäre stellen zwei Elemente in dem Signalweg dar, die das Signal auf weniger als die Vakuumsgeschwindigkeit von Licht verlangsamen, die als c = 299.792.458 Meter/Sekunde definiert ist. Die Verzögerungszeit tdi ist als die Laufzeit eines Signals über den i-ten Weg minus der Zeit definiert, die eine elektromagnetische Welle braucht, um einen Weg der gleichen Länge in einem perfekten Vakuum zurückzulegen. Vorausgesetzt, dass D; die Länge des i-ten Kommunikationswegs ist, gilt Di = c (tpi – tdi). Eine Verzögerungszeit ist die Summe von vielen Kompo nenten aufgrund der Ionosphäre, Atmosphäre, des Senders, Empfängers, etc. und ist niemals negativ.
  • Die atmosphärischen und ionosphärischen Signalverzögerungen wurden gründlich studiert, und mathematische Modelle wurden konstruiert, die diese Komponenten der Zeitverzögerung vorhersagen können (z.B.: Black, H.D., „An Easily Implemented Algorithm for the Tropospheric Range Correction", JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, Vol. 83, Nr. B4, Seite 1825, (1978); und für den ionosphärischen Effekt: Klobuchar, J.A., „Design and Characteristics of the GPS Ionospheric Time Delay Algorithm for Single Frequency Users", IEEE PLANS '86: Position Location and Navigation Symposium, Las Vegas, NV, 4. November 1986, Seite 280).
  • Die ionosphärische Verzögerung mit hoher Genauigkeit ist schwieriger vorherzusagen als die der Troposphäre, da die Ionosphäre, auf die Zeit gesehen, radikalen Änderungen unterworfen ist. Falls eine besondere Anwendung die höchstmögliche Genauigkeit erfordert, dann wird sich das System 10 eher auf zusätzliche Messungen als ein festes mathematisches Modell verlassen, um die ionosphärische Ausweitungsverzögerung zu bestimmen. Da diese Verzögerung umgekehrt proportional zum Quadrat der Funkträgerfrequenz ist und da sie sich mit Ort und Zeit ändert, werden zusätzliche Messungen einer Umlaufsignallaufzeit durch verschiedene Bodenreferenzpunkte und/oder mit verschiedenen Trägerfrequenzen die kontinuierlichen Messungen der Ionosphäre liefern, die für höchstgenaue Entfernungsmessungen erforderlich sind. Die Verfügbarkeit einer großen Anzahl von sekundären RNs liefert eine Extrainformation, die zum Bestimmen der Eigenschaften der Ionosphäre, der Troposphäre und anderer Signalverzögerungsquellen im Kommunikationsweg verwendet werden kann. Die vorliegende Erfindung kann die sich mit der Zeit ändernden troposphärischen und ionosphärischen Signallaufzeitverzögerungen genauer als ein System kompensieren, das eine sehr kleine Anzahl von RNs oder Durchlaufentfernungsstationen beinhaltet.
  • Weitere Verzögerungsquellen, einschließlich der Antennen, Sendeempfänger und Empfänger (einschließlich Mehrfachweg, etc.) des Systems, werden auf ähnliche Weise geschätzt. Alle geschätzten Zeitverzögerungen, die mit dem i-ten Kommunikationsweg verknüpft sind, werden geschätzt und zusammengezählt, um die geschätzte Gesamtzeitverzögerung tdi zu erzeugen. All diese Verzögerungszeiten td1, td2, td3, etc. werden dann bei der Berechnung der entsprechenden Kommunikationsweglängen D1, D2, D3, etc. über die Formel Di = c(tpi – tdi) verwendet.
  • Basierend auf D1, D2, D3, etc. berechnet das System 10 die Entfernungen a1, a2, a3, etc. über Formeln, wie z.B.: a1 = D1/2 und ai = (Di – D1)/2. Wie zuvor erwähnt, bringt die endgültige Implementierung aufgrund der Bewegung des Satelliten 12 während des Zeitintervalls zwischen seinem Senden des Entfernungssignals und seinem Vermitteln des Antwortsignals kompliziertere Gleichungen wie diese mit sich. Die Korrektur wird hier weggelassen, um die Darstellung zu vereinfachen. Der Prozessor 16 verwendet dann diese Entfernungen und die bekannten Positionen der RNs 14, 11 (ai und Ri für i > 0), um die Position R0 mittels einer der zwei nachfolgend beschriebenen Prozeduren zu berechnen.
  • Man leitet zwei Algorithmen zum Bestimmen der (dreidimensionalen) Vektorposition des Satelliten 12 her; ein „Dreisphären-Algorithmus" (, der nicht Teil der Erfindung ist), der Entfernungsmessungen verwendet, die zumindest drei Bodensendeempfänger einschließen, und ein „Entfernungs- und Entfernungsratenalgorithmus", der Entfernungsmessungen von lediglich zwei Bodensendeempfängern verwendet. Eine „Entfernungsrate" ist die Zeitrate einer Entfernungsänderung (dai/dt) und wird aus einer Kombination der Zeitsequenz aus Entfernungsmessungen und Messungen der Dopplerfrequenzverschiebung des Funksignals hergeleitet, welche nachfolgend kurz beschrieben wird. Der „Entfernungs- und Entfernungsratenalgorithmus" gilt lediglich für Satelliten, die sich nicht in einer geostationären Umlaufbahn befinden; wohingegen der „Dreientfernungsalgorithmus" (, der nicht Teil der Erfindung ist,) für geostationäre und nicht-geostationäre Satelliten gilt.
  • Dopplerfrequenzverschiebung
  • Falls ein Sender bei der Position R1 ein Funksignal mit einer Trägerfrequenz f1 an einen Empfänger bei der Position R0 sendet, der sich nähert oder entschwindet, dann wird der Empfänger aufgrund des Dopplereffekts das Signal bei einer anderen Frequenz f0 erfassen. Die Größe der Dopplerfrequenzverschiebung hängt von der radialen Geschwindigkeit ab, die als vr bezeichnet wird und die gleich der Zeitrate einer Entfernungsänderung zwischen dem Sender und dem Empfänger ist. Falls die Geschwindigkeit des Empfängers relativ zu dem Sender hinsichtlich der Größe viel kleiner als die Lichtgeschwindigkeit ist, dann gilt (näherungsweise) f0/f1 = 1 – vr/c.
  • Falls ein weiteres Signal bei einer Frequenz f0 von R0 zurück zu R1 übertragen wird, dann ist die Dopplerverschiebung vermischt, so dass die bei R1 erfasste Frequenz f11 = f0(1 – vr/c) = f1(1 – vr/c)2 ist, wobei näherungsweise gilt f11 = f1 (1 – 2 vr/c).
  • Die Dopplerfrequenzverschiebung (fd) ist die Differenz zwischen der bei einem Punkt 1 nach dem Umlauf empfangenen Frequenz f11 und der des Signals, welches ursprünglich von dem Punkt 1 gesendet wird, die f1 beträgt; deshalb gilt fd = f11 – f1 = –2f1vr/c.
  • Die Dopplerverschiebungsmessung ergibt deshalb eine Messung der radialen Geschwindigkeit, vr = – cfd/(2f1),und diese Information trägt zu der Umlaufbahnbestimmung bei, wie nachfolgend beschrieben.
  • Geometrie
  • Bei dieser Erfindung werden zwei Algorithmen präsentiert, die verwendet werden können, um einen Satz von skalaren Messungen in die Vektorposition des Satelliten 12 umzuwandeln. Der Positionierungsalgorithmus (, der nicht Teil der Erfindung ist,) mit „drei Sphären" setzt eine Umlaufsignalfortpflanzung zwischen einem Sendeempfänger an einem unbekannten Ort (den wir als R0 bezeichnen) und einem Satz von drei oder mehreren RNs ein. Der „Entfernungs- und Entfernungsraten"-Positionieralgorithmus erfordert eine Umlaufkommunikation zwischen dem Sendeempfänger bei R0 und lediglich zwei RNs, erfordert aber auch, dass sich R0 relativ zu den RNs bewegt. Bei diesen beiden Ansätzen bringt es das Umlaufmuster der Kommunikation mit sich, dass alle Laufzeitintervalle des Umlaufs von einer einzigen Uhr bzw. einem einzigen Takt gemessen werden können, die bzw. der sich bei dem primären RN befindet. Hohe Genauigkeit oder synchronisierte Takte an jedem Ort im System sind nicht erforderlich.
  • Im Gegenteil, ein typischer GPS-Empfänger braucht Messungen von Signalen von vier verschiedenen Sendern, um die Position des Empfängers aufzulösen. Aufgrund der Einwegnatur der Kommunikation, müssen die GPS-Sender eine hohe Genauigkeit und präzise synchronisierte Uhren aufweisen, und jeder GPS-Empfänger muss nach der präzisen lokalen Zeit auflösen, während seine dreidimensionale Position bestimmt wird.
  • Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass diese zwei Algorithmen direkte, geschlossene Formellösungen für das nicht-lineare System aus Gleichungen darstellen, die die Position des Satelliten definieren; wohingegen GPS eine iterative Lösung für eine linearisierte Näherung eines intrinsischen nicht-linearen Problems verwendet. Die direkte Lösung ist rechentechnisch effizienter, schneller und genauer.
  • Dreisphären-Algorithmus (nicht Teil der Erfindung)
  • Der Dreisphären-Algorithmus wandelt die Entfernungen (a1, a2, a3, etc.), die oben berechnet wurden, und die bekannten Positionen der drei oder mehr RNs (R1, R2, R3, etc.) in die dreidimensionale Vektorposition des Satelliten 12 relativ zu der Erde um. Wir verwenden die folgende Notation, um den kurzen Ausdruck des Algorithmus zu unterstützen.
  • Vektornotation
  • In allen nachfolgenden Gleichungen bezeichnen obere Buchstaben Vektoren mit drei Komponenten und untere Buchstaben bezeichnen skalare (nicht vektorielle) Werte.
    • • A × B = Kreuzprodukt (Vektorprodukt) der Vektoren A und B, so dass, falls C = A × B, dann die drei Komponenten von C gegeben sind durch: cx = aybz – azby cy = azbx – axbz cz = axby – aybx Es ist festzustellen, dass das resultierende C senkrecht auf A und auf B steht.
    • • A·B = axbx + ayby + azbz = Punktprodukt (auch bekannt als das Skalarprodukt oder inneres Produkt) der Vektoren A und B.
    • • A2 = A·A = Quadrat der Länge des Vektors A, was der Summe der Quadrate der drei Komponenten (x, y, z) des Vektors (gemäß dem Satz von Pythagoras in drei Dimensionen gleicht).
    • • |A| = (A·A)1/2 = Länge eines Vektors A.
    • • Rj = Vektor, der von der Mitte der Erde zu der Position des j-ten RN zeigt, wobei j = [1, 2, 3, ...].
    • • R0 = Vektor, der von der Mitte der Erde zu der Position des zu lokalisierenden Satelliten zeigt.
    • • Rjk = Rj – Rk = Vektor vom Punkt k zu Punkt j.
    • • aj = |R0j| = Entfernungsmessung von dem j-ten RN zu dem Satelliten.
  • Schnitt von zwei Sphären
  • Die Position R0 des Satelliten wird relativ zu den RN-Positionen (R1, R2, ...) bestimmt. Die nachfolgende geometrische und mathematische Herleitung von R0 wird nicht direkt in erdzentrierten Koordinaten, sondern in einem Koordinatensystem durchgeführt, das durch die Positionen der RNs definiert ist. Diese Wahl des Koordinatensystems trennt den Vektor R01 (der von dem bekannten R1 zu dem unbekannten R0 zeigt) in drei wechselseitig senkrechte Komponenten (als Rp1, Rqp, R0q bezeichnet). Bei diesem sorgfältig ausgewählten Koordinatensystem kann jede der Vektorkomponenten direkt (nicht iterativ) aus den Messungen (a1, a2, a3) berechnet werden. Die Summe dieser drei Vektoren und des Positionsvektors des primären RN (R1) ist der gewünschte Ort des Satelliten (R0). Symbolisch dargestellt gilt: R0 = R0q + Rqp + Rp1 + R1.
  • Die nachfolgende Diskussion beschreibt den geometrischen Prozess eines Lokalisierens der Zwischenpunkte Rp und Rq im Raum und leitet dann algebraische Formeln für diese Positionen her.
  • 2 zeigt eine Ebene, die den primären RN 14 bei R1 und den sekundären RN bei R2 beinhaltet. Der Vektor R21 = R2 – R1 ist ebenfalls gezeigt, der von R1 zu R2 zeigt. Die Messung a1 begrenzt die möglichen Positionen von R0 auf die Punkte auf der Kugel mit einem Radius a1, die bei R1 zentriert ist. Der Schnitt dieser Kugel mit der Ebene der 2 ist ein Kreis mit dem Radius a1. Dieser Kreis ist mit |R01| = a1 bezeichnet. Obwohl R0 auf diesen Kreis liegen könnte, ist es wahrscheinlicher, dass er oberhalb oder unterhalb der in 2 veranschaulichten Ebene liegt.
  • Auf ähnliche Weise beschränkt die Messung a2 die möglichen Positionen von R0 auf die Punkte auf einer Kugel mit einem Radius a2, die bei R2 zentriert ist. Der Schnitt dieser Kugel mit der Ebene der 2 ist ein Kreis, der mit |R02| = a2 bezeichnet ist. Da R0 in diesen beiden Kugeln liegen muss, sind die einzig möglichen Lösungspunkte für R0 in der Ebene der 2 die Punkte, die mit Rb und Rc bezeichnet sind, wo sich die zwei Kreise schneiden; jedoch gibt es andere mögliche Lösungspunkte oberhalb und unterhalb dieser Ebene.
  • Um den Ort aller möglichen Punkte zu visualisieren, die auf beiden der zuvor erwähnten Kugeln liegen, könnte man das Bild in 2 langsam umdrehen, und zwar so, dass sich der Vektor R21 nicht bewegt. Während dieser langsamen Rotation des Bilds sieht man, dass die Kreise in der Ebene Kugeln im dreidimensionalen Raum zeichnen und dass Rb und Rc einen Kreis von möglichen Positionen für R0 zeichnen. Dieser Kreis liegt in einer anderen Ebene, die senkrecht zu dem Vektor R21 ist. Mit anderen Worten, der durch den Schnitt der zwei Kugeln definierte Kreis sticht mit einem rechten Winkel aus der in 2 veranschaulichten Ebene heraus.
  • Unter Beachtung der geometrischen Konstruktion des Schnittkreises werden nun Gleichungen entwickelt, die die Position der oben diskutierten Strukturen quantifizieren. 3 ist eine Vergrößerung des Zentralbereichs der 2, wobei zusätzliche Details hinzugefügt wurden. Der Vektor von R1 nach Rb ist mit |Rb1| = a1 bezeichnet, wobei a1 seine Länge ist. Auf ähnliche Weise ist der Vektor von R2 nach Rb mit |Rb2| = a2 bezeichnet, wobei a2 seine Länge ist.
  • Der Vektor Rbc, der von Rc nach Rb zeigt, ist senkrecht zu dem Vektor R21. Der Schnittpunkt von Rbc mit R21 ist mit Rp bezeichnet. Diese Definition von Rp ermöglicht es, das Dreieck mit Eckpunkten bei R1, R2, Rb in ein rechtwinkliges Dreieck mit Eckpunkten bei R1, Rp, Rb und ein weiteres rechtwinkliges Dreieck mit Eckpunkten R2, Rp, Rb zu teilen. Die Längen der Seiten von rechtwinkligen Dreiecken stehen über den Satz von Pythagoras: x2 + y2 = r2 miteinander in Beziehung, wobei x und y die Längen der zwei rechtwinkligen Seiten repräsentieren und wobei r die Länge der dritten Seite repräsentiert. Wir verwenden nun diesen Satz, um die Position von Rp relativ zu R1 und R2 zu bestimmen. a1 2 = Rb1 2 = Rbp 2 + Rp1 2. a1 2 = Rb2 2 = Rbp 2 + Rp2 2.
  • Diese Differenz der zwei Gleichungen ist a1 2 – a2 2 = Rp1 2 – Rp2 2.
  • Es ist festzustellen, dass Rp2 = Rp1 – R21; deshalb gilt Rp2 2 = Rp1 2 – 2 R21·R21 + R21 2.
  • Kombiniert man diese zwei Gleichungen erhält man: a1 2 – a2 2 = 2 R21·Rp1 – R21 2,oder äquivalent R21·Rp1 = (R21 2 + a1 2 – a2 2)/2.
  • Dies bedeutet, dass R21·Rp1 entweder positiv oder negativ sein kann, und zwar in Abhängigkeit von dem Vorzeichen von R21 2 + a1 2 – a2 2. Falls R1 z.B. innerhalb der Kugel läge, die mit |R02| = a2 bezeichnet ist, und falls a1 viel kleiner als a2 wäre, dann wäre R21·Rp1 < 0. Egal, ob R21·Rp1 positiv oder negativ ist, gilt R21 × Rp1 = 0, d.h., die zwei Vektoren sind immer parallel bzw. antiparallel. In beiden Fällen ist der Vektor, der sich von R1 zu der Mitte des Schnittkreises erstreckt, durch die folgende Gleichung definiert:
    Figure 00170001
  • Diese Rp1 definierende Gleichung unterscheidet sich von solchen, die ihr vorgingen. Die früheren Gleichungen waren allgemein mathematischer Natur und stellen partielle Fingerzeige dar, die in Richtung einer Lösung deuten, da diese Gleichung jedoch lediglich bekannte (gemessene oder zuvor berechnete) Werte auf der rechten Seite und eine einzige Variable auf der linken Seite enthält, repräsentiert sie nicht nur ein mathematisches Verhältnis zwischen einem Satz von bekannten und unbekannten Werten, sondern vielmehr eine explizite Prozedur (weder implizit, kursiv, noch iterativ) zum Berechnen der linken Unbekannten in Form eines Satzes von bekannten Werten. Explizite Verfahrensgleichungen wie diese werden von Kästen umschlossen, um sie von anderen Gleichungen zu unterscheiden, die lediglich beschreiben, wie sie hergeleitet werden. Der Satz all dieser expliziten Verfahrensgleichungen, die in der spezifischen Reihenfolge berechnet sind, bilden den Vorgang, der die Satellitenposition R0 bestimmt. Nun da wir Rp1 kennen, könnten wir Rbp 2 aus der früheren Gleichung für a1 2 berechnen: Rbp 2 = a1 2 – Rp1 2.
  • Wie zuvor erläutert, stellt Rb lediglich eine mögliche Lösung für R0 dar, wir haben jedoch noch nicht die a3-Daten in unsere Berechnung eingeschlossen. Ohne diese zusätzliche Information könnten wir nicht zwischen Rb und irgendeinem anderen Punkt auf dem Schnittkreis unterscheiden, der oberhalb oder unterhalb der Ebene der 3 liegt. Rbp 2 ist das Quadrat des Radius des Schnittkreises, das auch gleich R0p 2 ist.
  • Figure 00180001
  • Bei diesem Berechnungsschritt wissen wir drei Schlüsseldinge über den Schnittkreis: erstens, die Position seiner Mitte, Rp = Rp1 + R1; zweitens, seinen Radius |R0p|; und drittens, seine Ausrichtung im dreidimensionalen Raum, R21·R0p = 0. Wir müssen noch die Winkelposition von R0 auf dem Schnittkreis bestimmen, um die volle Vektorlösung zu erhalten: R0 = R0p + Rp. Eine Bestimmung dieses Winkels erfordert eine dritte Messung.
  • Konstruktion des Koordinatensystems
  • Um die Winkelposition von R0 zu definieren, definiert man einen Satz von Koordinatenachsen, relativ zu denen der Winkel zu messen ist. Man bezeichnet die Linie, die R1 und R2 verbindet, als x-Achse und definiert den in x-Richtung gerichteten Einheitsvektor als
    Figure 00180002
  • (Ein Teilen eines beliebigen Vektors durch seine eigene Länge erzeugt einen Einheitsvektor, d.h. einen Vektor mit einer Länge von Eins.) Dieser x-Einheitsvektor (Ux) ist der „Einheitsnormalenvektor" des Schnittkreises, d.h. er steht senkrecht zu der Ebene, die den Kreis enthält.
  • Das Kreuzprodukt von zwei parallelen (oder antiparallelen) Vektoren ist Null. Falls R3 nicht auf der x-Achse liegt, ist R31 nicht parallel (oder antiparallel) zu R21 und Ux. In diesem Fall ist Rz1 = Ux × R31 ungleich Null und steht normal zu der Ebene, die die RNs enthält. Falls R3 auf oder nahe der x-Achse liegt, dann ist |Rz1| gleich Null oder sehr nahe der Null, und die Positionsberechnung wird ungenau. Dies gilt unabhängig von dem verwendeten Berechnungsalgorithmus, jedoch erfasst dieser Algorithmus diese Bedingung explizit, so dass eine geeignete Maßnahme getroffen werden kann, und das Ergebnis der Berechnung wird nicht fehlinterpretiert werden.
  • Manchmal ist es günstig, Rz1 in Bezug auf Rp anstatt R1 auszudrücken. Dies ist möglich, da R31 = R3p + Rp1 Rz1 = Ux × R3p + Ux × Rp1,wobei Ux parallel zu R21 und Rp1 ist; deshalb gilt Ux × Rp1 = 0. Man definiert die restlichen zwei orthonormalen Vektoren (Uy und Uz) dieses Koordinatensystems wie folgt:
    Figure 00190001
  • Es besteht kein Bedürfnis danach, Uy durch seine eigene Länge zu teilen, wie es für Ux und Uz geschehen ist, da Ux und Uz senkrecht sind und beide die Länge Eins haben; deshalb wird ihr Kreuzprodukt die Länge Eins haben.
  • Schnittkreis mit Sphäre 3
  • Die Messung a3 definiert eine weitere Sphäre bzw. Kugel, auf der R0 liegen muss. Falls der Punkt 3 nicht auf der x-Achse liegt, dann wird die Kugel den zuvor definierten Schnittkreis in zwei Punkten schneiden, in einem oberhalb und einem unterhalb der x-y-Ebene, wie es in 4 gezeigt ist. Man bezeichnet diese Kreuzungspunkte als Rd und Re, wobei festzustellen ist, dass Rde parallel zu Uz ist. Der Schnittpunkt zwischen Rde und der x-y-Ebene (welches die Ebene ist, die Ux und Uy beinhaltet und die die in 2 und 3 veranschaulichte Ebene ist) als Rq.
  • Wir werden nun eine Prozedur zum Lokalisieren von Rd und Re entwickeln. Die Satellitenposition R0 ist entweder gleich Rd oder Re. Da eine dieser Positionen unterhalb der Erdoberfläche liegen wird, gibt es keine Schwierigkeiten beim Wählen der geeigneten Position als letzten Schritt der Berechnung.
  • Wie in 4 gezeigt, ist der Vektor Rdq parallel zu Uz. 5, die ähnlich zu 3 ist, wobei jedoch der Punkt Rq hinzugefügt ist, zeigt, dass Rp1 parallel zu Ux ist und dass Rqp parallel zu Uy ist. Die Summe dieser drei Vektoren Rd1 = Rdq + Rqp + Rp1 definiert die Position des Punkts Rd relativ zum Punkt R1 und auf ähnliche Weise für Re.
  • Der Satz von Pythagoras für das rechte Dreieck dpq zerlegt Rdp in zwei Komponenten, die derart ausgerichtet sind, dass Rdq parallel zu Uz (vgl. 4) ist und dass Rqp parallel zu Uy (vgl. 5) ist. Rdp 2 = Rdq 2 + Rqp 2.
  • Die Zerlegung von Rd3 ist ähnlich; es gibt jedoch einen zusätzlichen Trick. Uz ist senkrecht zu Rq3, wie es in 4 gezeigt ist; deshalb hat Rq3 keine z-Komponente; jedoch könnte Rq3 Komponenten sowohl in der x-Richtung als auch der y-Richtung aufweisen, die ungleich Null sind. Dies steht im Gegensatz zu Rqp, der lediglich eine y-Komponente hat, wie es in dem vorhergehenden Absatz gezeigt ist. a3 2 = Rd3 2 = Rdq 2 + Rq3 2.
  • Die Differenz dieser zwei Gleichungen ist a3 2 – Rdp 2 = Rq3 2 – Rqp 2.
  • Es ist festzustellen, dass Rq3 = Rqp + Rp3; deshalb gilt Rq3 2 = Rqp 2 + Rp3 2 + 2 Rqp·Rp3.
  • Eine Kombination dieser letzten zwei Gleichungen ergibt: a3 2 – Rdp 2 = Rp3 2 + 2 Rqp·Rp3.
  • Es ist festzustellen, dass Rd lediglich eine der möglichen Lösungen für R0 ist; deshalb gilt Rdp 2 = R0p 2. Dies ist der Radius des Schnittkreises, den wir zuvor berechnet haben. Ein Austauschen desselben in der vorherigen Gleichung ergibt: Rqp·Rp3 = (a3 2 – R0p 2 – Rp3 2)/2.
  • Wie in der ähnlichen Gleichung bei der Zweisphären-Schnittprozedur kann dieses Punktprodukt Rqp·Rp3 entweder positiv oder negativ sein. Die gleiche Prozedur gilt für beide:
    Figure 00210001
  • Es ist festzustellen, dass Uy·Rp3 = – Uy·R31 gilt. Dieser Wert erscheint im Nenner der obigen Gleichung; falls er Null ist, bricht der Algorithmus also zusammen. Dies ist kein Artefakt dieser besonderen algebraischen Herleitung, sondern eine fundamentale geometrische Beschränkung. Falls Uy·R31 = 0, dann liegt der Punkt 3 auf der x-Achse. In diesem Fall kann man lediglich bestimmen, dass R0 auf einem Kreis liegt, dessen Einheitsnormalenvektor Ux ist. Man kann den Radius dieses Kreises, |R0p|, und die Position seiner Mitte, Rp, bestimmen, nicht aber die Winkelposition von R0 um diesen Kreis.
  • Der dritte RN muss weit genug von der x-Achse weg liegen, um die Zylindersymmetrie zu brechen und die Winkelposition von Rd und Re aufzulösen, von denen eine gleich R0 ist. Die Genauigkeit der Positionsberechnung verschlechtert sich, wenn sich der dritte RN der x-Achse nähert. Diese Analyse wurde auf tatsächliche Umlauf konfigurationen von vorgeschlagenen Systemen angewendet, um die Genauigkeit des Algorithmus angesichts von Messfehlern und suboptimalen RN-Ausrichtungen einzuschätzen. In fast allen Fällen ist Uy·R31 groß genug, und der Algorithmus kann wie folgt fortgesetzt werden: Die Position eines Punktes q relativ zu der Mitte der Erde ist Rq = Rqp + Rp1 + R1.
  • Kennt man Rqp, kann man den Satz von Pythagoras für das Dreieck dpq (vgl. 4) verwenden, um Rdp 2 = Rdp 2 + Rqp 2 zu erhalten, was zu den zwei potentiellen Lösungen für die Satellitenposition führt:
    Figure 00220001
  • Es ist festzustellen, dass sich die zwei Lösungen symmetrisch oberhalb und unterhalb der Ebene befinden, die die RNs beinhaltet. Da sich die RNs alle auf der Erdoberfläche befinden, wird eine dieser Lösungen entweder innerhalb oder auf der gegenüberliegenden Seite der Erde liegen. In nahezu allen Fällen wird lediglich eine der Lösungen, Rd oder Re, innerhalb des Gesichtsfelds von allen RNs liegen, die Daten liefern; deshalb kann der Algorithmus die unerwünschte Lösung verwerfen und die andere als R0 identifizieren.
  • Schnitt von Sphäre und konzentrischem Kegel
  • Sobald sich lediglich zwei RNs im Gesichtsfeld eines Satelliten befinden und vorausgesetzt, dass der Satellit relativ zur Erde nicht stationär ist, dann können Messungen einer Entfernung und einer Entfernungsrate von einem einzelnen RN die möglichen Positionen des Satelliten auf einen Schnittkreis lokalisieren, wie es der oben erläuterte Schnitt von zwei Sphären tut. In diesem Fall entspricht der Schnittkreis dem Schnitt einer Kugel mit einem Kegel, dessen Scheitelpunkt sich bei der Mitte der Kugel befindet. Nachdem dieser Schnittkreis durch eine neue Prozedur definiert ist, kann man die gleiche Kugel-Kreis-Schnittprozedur anwenden, wie sie bei dem Positionierungsalgorithmus mit drei Kugeln verwendet wird, um die Position des Satelliten aufzulösen.
  • Bei dem Algorithmus mit Kugel und konzentrischem Kegel beschränkt die Entfernungsmessung wieder mögliche Lösungspunkte auf die Oberfläche einer Kugel. Die neue Facette ist darin zu sehen, dass die Entfernungsratenmessung Lösungspunkte weiter auf einen Kegel begrenzt, dessen Scheitelpunkt in der Mitte der gleichen Kugel liegt. Da der Kegel konzentrisch zu der Kugel ist, stellt ihre Schnittkurve einen Kreis dar. Ein solcher Kreis ist analog zu einer Linie konstanter Höhe auf dem Erdglobus; seine Ausrichtung ist jedoch durch die Bewegung des Satelliten definiert und nicht auf die Erde fixiert.
  • Falls sich der Satellit mit einer konstanten linearen Bewegung relativ zu dem RN bewegen würde, dann würde der relative Geschwindigkeitsvektor (V01), geteilt durch seine eigene Länge, die Achse des Kegels (, die Ux ist,) definieren, und das Verhältnis von radialer zur Gesamtrelativgeschwindigkeit würde den Winkel des Kegels zu arccos (vr/|V01|) bestimmen; die tatsächliche Situation ist jedoch ein wenig komplizierter. Der bei der vorliegenden Erfindung interessierende Satellit, und auch die RNs auf der Erdoberfläche, bewegen sich mit einer nahezu konstanten Kreisbewegung relativ zu einem Inertialraum.
  • Ungeachtet der hinzugefügten Komplexizität dieses Falls erhält man dennoch eine geschlossene Formellösung. Die Verallgemeinerung auf elliptische Satellitenumlaufbahnen ist eine triviale Erweiterung dieses Algorithmus und sollte, obwohl nicht detailliert erläutert, als von der vorliegenden Erfindung umfasst betrachtet werden. Sowohl der Satellit als auch die RNs bewegen sich entlang Trajektorien konstanter Höhe. Im Falle der RNs ist dem so aufgrund der Rotation der Erdoberfläche. Man kann die Geschwindigkeit in einer beliebigen Winkelgeschwindigkeit als Vj = Wi × Ri ausdrücken; deshalb gilt V01 = W0 × R0 – W1 × R1,wobei Wj die vektorielle Winkelgeschwindigkeit ist. Für RNs, die an der Erdoberfläche fixiert sind, ist W1 identisch zu der Winkelgeschwindigkeit der Erde. Falls der Satellit nicht geostationär ist, sich jedoch auf einer Umlaufbahn bewegt, die annähernd kreisförmig ist, dann betrachtet man W0 im Zeitmaß des Berechnungsvorgangs als konstant.
  • Wie oben erläutert, misst das System die Entfernung zwischen dem primären RN und dem Satelliten (a1) aus der Signallaufzeit und die radiale Geschwindigkeit (vr) aus der Zeitgeschichte von Entfernungsmessungen und aus der Dopplerverschiebung. Diese skalaren Messungen werden auf die vektorielle Position und Geschwindigkeit des Satelliten wie folgt bezogen: V01·R01 = vra1.
  • Die Entfernungs- und Entfernungsratenmessungen definieren V01·R01; da R0 jedoch unbekannt ist und sowohl in die Definition von R01 als auch V01 involviert ist, muss man Vektoralgebra anwenden, um R0 aus dem Kreuzprodukt zu entwirren. V01·R01(W0 × R0 – (W0 – W01) × R1)·R01 = (W0 × R01 + W01 × R1)·R01.
  • Es ist festzustellen, dass W0 × R01 senkrecht zu R01 ist, während W01 × R1 Komponenten aufweist, die sowohl senkrecht als auch parallel zu R01 sind. Das Punktprodukt (W0 × R01)·R01 ist Null; deshalb gilt V01·R01 = (W01 × R1)·R01.
  • Wir nehmen nun an, dass die Winkelgeschwindigkeit (W0) des Satelliten mit hoher Genauigkeit bekannt ist und dass die präzise Position (R0) zur Zeit der Messung unbekannt ist. Die Winkelgeschwindigkeit der Erde (W1) und die Position des primären RN (R1) werden als bekannt vorausgesetzt. Dies impliziert, dass der Vektor W01 × R1 bekannt ist, und wir verwenden ihn, um den x-Einheitsvektor (Ux) in diesem Entfernungs- und Entfernungsratenalgorithmus zu definieren. Er spielt hier die gleiche Rolle, die R21 bei dem Algorithmus mit drei Sphären gespielt hat.
  • Figure 00250001
  • Die Mitte des Schnittkreises wird wieder mit Rp bezeichnet, und in diesem Algorithmus gilt
    Figure 00250002
  • Wie bei dem Algorithmus mit drei Kugeln gilt
  • Figure 00250003
  • Über diese Gleichungen, d.h. Entfernungsmessung plus Entfernungsratenmessung von einem einzelnen RN, werden die Position, die Ausrichtung und der Radius des Schnittkreises ohne Verwendung eines zweiten RN bereitgestellt. Sobald man den Schnittkreis entweder mit dem Zweisphären-Verfahren oder dem Verfahren mit Sphäre und konzentrischen Kegel hat, dann kann man das gleiche Verfahren anwenden, um den Kreis mit der finalen Kugel zu schneiden, um die Position des Satelliten zu erhalten. Bei dem Entfernungs- und Entfernungsratenverfahren beziehen sich alle Bezüge auf den „dritten RN" des finalen Sphärenschnittverfahrens eigentlich auf den zweiten RN, da kein dritter RN erforderlich ist. Nach der Zuteilung R3 = R2 und a3 = a2 fährt der Entfernungs- und Entfernungsratenalgorithmus auf die gleiche Weise wie der Dreisphären-Algorithmus fort.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Bestimmen einer Position eines nicht-stationär umlaufenden Sendeempfängers (12) in einem Kommunikationsnetzwerk, einschließlich zumindest eines ersten und zweiten Sendeempfängers (14, 11) an einem ersten bzw. zweiten bekannten Ort (R1, R2) auf der Erde, wenn lediglich zwei Sendeempfänger (14, 11) im Blickfeld des umlaufenden Sendeempfängers (12) sind, wobei der erste Sendeempfänger (14) und der zweite Sendeempfänger (11) angepasst sind, Kommunikationssignale an den umlaufenden Sendeempfänger (12) zu senden bzw. von ihm zu empfangen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bestimmen einer ersten Entfernungsmessung (a1) und einer zweiten Entfernungsmessung (a2), und zwar jeweils zwischen dem ersten Sendeempfänger (14) bzw. dem zweiten Sendeempfänger (11) und dem umlaufenden Sendeempfänger (12); Bestimmen einer ersten Entfernungsrate entsprechend einer Zeitänderungsrate der ersten Entfernungsmessung (a1); Bestimmung eines für den Satz von möglichen Positionen des umlaufenden Sendeempfängers repräsentativen Schnittkreis basierend auf der ersten Entfernungsmessung und der ersten Entfernungsrate, wobei der Schnittkreis eine spezifische Ausrichtung im Raum, einen spezifischen Radius (a1) und einen Mittelpunkt (Rp) in einer spezifischen dreidimensionalen Position relativ zu der bekannten Position (R1) des ersten Sendeempfängers (14) besitzt; Bestimmen einer Winkelposition des umlaufenden Sendeempfängers (12) entlang des Schnittkreises basierend auf der bekannten Position (R2) des zweiten Sendeempfängers (11) und auf der zweiten Entfernungsmessung (a2); und Bestimmen der Position des umlaufenden Sendeempfängers (12) basierend auf dem Schnittkreis und der Winkelposition.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der ersten Entfernungsmessung (a1) und der zweiten Entfernungsmessung (a2) ein Bestimmen der ersten Entfernungsmessung und der zweiten Entfernungsmessung unter Verwendung einer Zweiweg-Entfernungsbestimmung umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sendeempfänger (14) oder dass der zweite Sendeempfänger (11) ein primärer Sendeempfänger (14) ist, und wobei das Bestimmen der ersten Entfernungsmessung (a1) und der zweiten Entfernungsmessung (a2) umfasst: Senden eines Entfernungssignals zu einer bekannten Initialzeit von dem primären Sendeempfänger (14) an den umlaufenden Sendeempfänger (12); Senden des Entfernungssignals von dem umlaufenden Sendeempfänger (12) an den primären Sendeempfänger (14) und an den anderen ersten Sendeempfänger oder den anderen zweiten Sendeempfänger; Senden eines Antwortsignals von dem anderen ersten Sendeempfänger (11) oder dem zweiten Sendeempfänger an den umlaufenden Sendeempfänger (12); Senden des Antwortsignals von dem umlaufenden Sendeempfänger (12) an den primären Sendeempfänger (14); Empfangen des von dem umlaufenden Sendeempfänger (12) zurückübertragenen Entfernungssignals und des Antwortsignals bei dem primären Sendeempfänger (14) zu einem ersten Zeitpunkt bzw. einem zweiten Zeitpunkt; Bestimmen eines Zeitintervalls (tpi) zwischen dem Initialzeitpunkt und sowohl dem ersten Zeitpunkt als auch dem zweiten Zeitpunkt; Bestimmen einer ersten Signalweglänge (D1) und einer zweiten Signalweglänge (Di) zwischen sowohl dem primären Sendeempfänger (14) und dem ersten Sendeempfänger oder dem zweiten Sendeempfänger als auch dem umlaufenden Sendeempfänger (12) basierend auf den Zeitintervallen (tpi); und Bestimmen der ersten Entfernungsmessung (a1) und der zweiten Entfernungsmessung (a2) basierend auf der ersten Signalweglänge (D1) und der zweiten Signalweglänge (Di).
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Senden des Entfernungssignals des Weiteren ein Senden des Entfernungssignals bei einer bekannten ursprünglichen Trägerfrequenz umfasst, und wobei das Empfangen des von dem umlaufenden Sendeempfänger (12) zurückübertragenen Entfernungssignals und des Antwortsignals bei dem primären Sendeempfänger des Weiteren ein Empfangen des von dem umlaufenden Sendeempfänger (12) zurückübertragenen Entfer nungssignals und des Antwortsignals bei einer ersten Trägerfrequenz bzw. einer zweiten Trägerfrequenz umfasst, und wobei das Bestimmen der Zeitintervalle (tpi) des Weiteren ein Bestimmen einer Frequenzdifferenz (fd) zwischen der ursprünglichen Trägerfrequenz und sowohl der ersten Trägerfrequenz als auch der zweiten Trägerfrequenz umfasst, und wobei das Bestimmen der ersten Signalweglänge (D1) und der zweiten Signalweglänge (Di) des Weiteren ein Bestimmen einer Änderungsrate der Signalweglängen basierend auf den Frequenzdifferenzen (fd) und den Zeitintervallen (tpi) umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bekannte Position (R1) des ersten Sendeempfängers (14) einen ersten Positionsvektor umfasst und wobei das Bestimmen des Mittelpunktes (Rp) des Schnittkreises umfasst: Bestimmen einer ersten, um den ersten Sendeempfänger (14) zentrierten Sphäre, die einen ersten Radius entsprechend der ersten Entfernungsmessung (a1) aufweist; Bestimmen eines ersten Winkelgeschwindigkeitsvektors des umlaufenden Sendeempfängers (12) relativ zu dem Mittelpunkt der Erde; Bestimmen des zweiten Winkelgeschwindigkeitsvektors des ersten Sendeempfängers (14) relativ zu dem Mittelpunkt der Erde; Bestimmen einer Differenz zwischen dem ersten Winkelgeschwindigkeitsvektor und dem zweiten Winkelgeschwindigkeitsvektor, um einen Differenzwinkelgeschwindigkeitsvektor zu erhalten; Bestimmen eines x-Einheitsvektors (Ux), der dem normalisierten Kreuzprodukt des Differenzwinkelgeschwindigkeitsvektors mit einem ersten Positionsvektor entspricht; Bestimmen einer x-Achse, die einer durch den Mittelpunkt (R1) der ersten Sphäre verlaufenden Linie entspricht und die parallel zu dem x-Einheitsvektor ist; Definieren eines Entfernungsratenkonus mit einem Scheitelpunkt, der sich in dem Mittelpunkt (R1) der ersten Sphäre befindet, wobei der Konus symmetrisch um die x-Achse orientiert ist und seine Oberfläche bei einem spezifischen Winkel relativ zu der x-Achse angeordnet ist, wobei der spezifische Winkel durch die Änderungsrate der Signalweglänge (D1) zwischen dem ersten Sendeempfänger (14) und dem umlaufenden Sendeempfänger (12) bestimmt ist; und Bestimmen des Mittelpunkts (Rp) als auf der x-Achse bei der spezifischen Entfernung und in der spezifischen Richtung von der Position (R1) des ersten Sendeempfängers (14) liegend.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Winkelposition umfasst: Bestimmen einer y-Achse und einer z-Achse, die senkrecht zueinander stehen und wobei sowohl die y-Achse als auch die z-Achse des Weiteren senkrecht zu der x-Achse ist; Bestimmen einer zweiten, um den zweiten Sendeempfänger (11) zentrierten Sphäre, die einen zweiten Radius (a2) aufweist, der der zweiten Entfernungsmessung entspricht; Definieren von zwei Lösungspunkten (Rb, Rc), die sich bei dem Schnitt zwischen dem Schnittkreis und der zweiten Sphäre befinden; Definieren einer h-Achse, die die beiden Lösungspunkte (Rb, Rc) enthält und parallel zu der x-Achse ist; und Bestimmen eines Zwischenpunkts bei dem Schnitt zwischen der h-Achse und der x-y-Ebene.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der y-Achse und der z-Achse des Weiteren umfasst: Bestimmen der y-Achse, die die x-Achse bei dem Mittelpunkt (Rp) des Schnittkreises schneidet und derart orientiert ist, dass die bekannte Position von entweder dem ersten Sendeempfänger (11) oder dem zweiten Sendeempfänger (11) in einer x- y-Ebene liegt, die die x-Achse und die y-Achse beinhaltet; und Bestimmen der z-Achse als senkrecht zu der x-y-Ebene liegend und als die x-y-Ebene bei dem Mittelpunkt (Rp) des Schnittkreises schneidend.
  8. System zum Bestimmen einer Position eines nicht-stationär umlaufenden Sendeempfängers (12) in einem Kommunikationsnetzwerk (10), wenn sich lediglich zwei auf der Erde befindliche Sendeempfänger im Blickfeld des umlaufenden Sendeempfängers (12) befinden, wobei das System aufweist: zumindest einen ersten und zweiten Sendeempfänger (14, 11) bei einer ersten bzw. zweiten bekannten Position (R1, R2) auf der Erde, wobei der erste Sendeempfänger (14) und der zweite Sendeempfänger (11) angepasst sind, Kommunikationssignale an den umlaufenden Sendeempfänger (12) zu senden und von dem umlaufenden Sendeempfänger (12) zu empfangen; und das des Weiteren gekennzeichnet ist durch: einen Prozessor (16), der an entweder den ersten Sendeempfänger (14) oder den zweiten Sendeempfänger (11) gekoppelt ist und angepasst ist, eine erste Entfernungsmessung (a1) und eine zweite Entfernungsmessung (a2) zu bestimmen, und zwar jeweils zwischen dem ersten Sendeempfänger (14) bzw. dem zweiten Sendeempfänger (11) und dem umlaufenden Sendeempfänger (12), um eine erste Entfernungsrate zu bestimmen, die jeweils einer zeitlichen Änderungsrate der ersten Entfernungsmessung (a1) entspricht, um einen Schnittkreis zu bestimmen, der für den Satz von für den umlaufenden Sendeempfänger (12) möglichen Positionen repräsentativ ist, und zwar basierend auf der ersten Entfernungsmessung (a1) und der ersten Entfernungsrate, wobei der Schnittkreis eine spezifische Ausrichtung im Raum, einen spezifischen Radius und einen Mittelpunkt (Rp) in einer spezifischen dreidimensionalen Position relativ zu der bekannten Position (R1) des ersten Sendeempfängers (14) umfasst, um eine Winkelposition des umlaufenden Sendeempfängers (12) entlang des Schnittkreises basierend auf der bekannten Position (R2) des zweiten Sendeempfängers (11) und der zweiten Entfernungsmessung (a2) zu bestimmen, und um die Position des umlaufenden Sendeempfängers (12) basierend auf dem Schnittkreis und der Winkelposition zu bestimmen.
  9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (16) beim Bestimmen der ersten Entfernungsmessung (a1) und der zweiten Entfernungsmessung (a2) des Weiteren angepasst ist, die erste Entfernungsmessung (a1) und die zweite Entfernungsmessung (a2) unter Verwendung einer Zweiweg-Entfernungsmessung zu bestimmen.
  10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der erste Sendeempfänger (14) oder der zweite Sendeempfänger (11) ein primärer Sendeempfänger (14) ist und dass das System des Weiteren aufweist: den primären Sendeempfänger (14) zum Senden eines Entfernungssignals an den umlaufenden Sendeempfänger (12) zu einer bekannten Initialzeit, den umlaufenden Empfänger (12) zum Senden des Entfernungssignals an den primären Sendeempfänger (14) und an den anderen ersten oder zweiten Sendeempfänger (11); den anderen ersten (11) oder zweiten Sendeempfänger (11) zum Senden eines Antwortsignals an den umlaufenden Sendeempfänger (12); den umlaufenden Sendeempfänger (12) zum Senden des Antwortsignals an den primären Sendeempfänger (14); den primären Sendeempfänger (14) zum Empfangen des von dem umlaufenden Sendeempfänger (12) zurückübertragenen Entfernungssignals und des Entfernungssignals zu einem ersten Zeitpunkt bzw. einem zweiten Zeitpunkt; und den Prozessor (16), der des Weiteren betrieblich ist, um ein Zeitintervall (tpi) zwischen der Initialzeit und sowohl dem ersten Zeitpunkt als auch dem zweiten Zeitpunkt zu bestimmen, um eine erste Signalweglänge (D1) und eine zweite Signalweglänge (Di) zwischen sowohl dem primären Sendeempfänger (14) als auch dem anderen ersten oder zweiten Sendeempfänger und dem umlaufenden Sendeempfänger (12) basierend auf den Zeitintervallen (tpi) zu bestimmen und um die erste Entfernungsmessung (a1) und die zweite Entfernungsmessung (a2) basierend auf der ersten Signalweglänge (D1) und der zweiten Signalweglänge (Di) zu bestimmen.
  11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Sendeempfänler (14) beim Senden des Entfernungssignals des Weiteren angepasst ist, das Entfernungssignal mit einer bekannten ursprünglichen Trägerfrequenz zu senden, und wobei der primäre Sendeempfänger (14) beim Empfangen des von dem umlaufenden Sendeempfänger (12) zurückübertragenen Entfernungssignals und des Antwortsignals des Weiteren betrieblich ist, das von dem umlaufenden Sendeempfänger (12) zurückübertragene Entfernungssignal und das Antwortsignal bei einer ersten Trägerfrequenz bzw. einer zweiten Trägerfrequenz zu empfangen, und wobei der Prozessor (16) beim Bestimmen der Zeitintervalle (tpi) des Weiteren ein Bestimmen einer Frequenzdifferenz (fd) zwischen der ursprünglichen Trägerfrequenz und sowohl der ersten Trägerfrequenz als auch der zweiten Trägerfrequenz umfasst, und beim Bestimmen der ersten Signalweglänge (D1) und der zweiten Signalweglänge (Di) des Weiteren betrieblich ist, eine Änderungsrate der Signalweglängen basierend auf den Frequenzdifferenzen (fd) und den Zeitintervallen (tpi) zu bestimmen.
  12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bekannte Position (R1) des ersten Sendeempfängers (14) einen ersten Positionsvektor umfasst, und wobei der Prozessor (16) beim Bestimmen des Mittelpunkts des Schnittkreises des Weiteren betrieblich ist, eine erste um den ersten Empfänger (14) zentrierte Sphäre zu bestimmen, die einen ersten Radius entsprechend der ersten Entfernungsmessung (a1) aufweist, um einen ersten Winkelgeschwindigkeitsvektor des umlaufenden Sendeempfängers relativ zu dem Mittelpunkt der Erde zu bestimmen, um einen zweiten Winkelgeschwindigkeitsvektor des ersten Sendeempfängers (14) relativ zu dem Mittelpunkt der Erde zu Bestimmen, um eine Differenz zwischen dem ersten Winkelgeschwindigkeitsvektor und dem zweiten Winkelgeschwindigkeitsvektor zu bestimmen, damit ein Differenzwinkelgeschwindigkeitsvektor bestimmt wird, um einen x-Einheitsvektor entsprechend dem normalisierten Kreuzprodukt des Differenzwinkelgeschwindigkeitsvektors mit dem ersten Positionsvektor zu bestimmen, um eine x-Achse entsprechend einer Linie, die durch den Mittelpunkt der ersten Sphäre verläuft und parallel zu dem x-Einheitsvektor ist, zu bestimmen, um einen Entfernungsratenkonus mit einem bei dem Mittelpunkt (R1) der ersten Sphäre angeordneten Scheitelpunkt zu definieren, wobei der Konus symmetrisch um die x-Achse orientiert ist und wobei seine Oberfläche einen spezifischen Winkel relativ zu der x-Achse besitzt, wobei der spezifische Winkel durch die Änderungsrate der Signalweglänge (D1) zwischen dem ersten Sendeempfänger (14) und dem umlaufenden Sendeempfänger (12) bestimmt ist, und um den Mittelpunkt als auf der x-Achse bei der spezifischen Entfernung und in der spezifischen Richtung von der Position (R1) des ersten Sendeempfängers (14) liegend zu bestimmen.
  13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (16) beim Bestimmen der Winkelposition des Weiteren betrieblich ist, um eine y-Achse und eine z-Achse zu bestimmen, die senkrecht zueinander sind und wobei die y-Achse und die z-Achse jeweils des Weiteren senkrecht zu der x-Achse sind, um eine zweite um den zweiten Sendeempfänger (11) zentrierte Sphäre zu bestimmen, die einen zweiten Radius entsprechend der zweiten Entfernungsmessung (a2) aufweist, um zwei Lösungspunkte (Rb, Rc) zu bestimmen, die sich bei dem Schnitt zwischen dem Schnittkreis und der zweiten Sphäre befinden, um eine h-Achse zu definieren, die die zwei Lösungspunkte (Rb, Rc) enthält und die parallel zu der z-Achse ist, und um einen Zwischenpunkt (Rp) bei dem Schnitt zwischen der h-Achse und der x-y-Ebene zu bestimmen.
  14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (16) beim Bestimmen der y-Achse und der z-Achse des Weiteren betrieblich ist, die y-Achse zu bestimmen, die die x-Achse bei dem Mittelpunkt (Rp) des Schnittkreises schneidet und die derart orientiert ist, dass die bekannte Position (R1, R2) des ersten Sendeempfängers (14) oder des zweiten Sendeempfängers (11) in einer x-y-Ebene liegt, die die x-Achse und die y-Achse beinhaltet, und um die z-Achse als senkrecht zu der x-y-Ebene und die x-y-Ebene bei dem Mittelpunkt (Rp) des Schnittkreises schneidend zu bestimmen.
DE69933099T 1998-10-16 1999-10-15 Verfahren und System zur Bestimmung der Position eines Kommunikationssatelliten mittels Zweiweg-Entfernungsbestimmung Expired - Lifetime DE69933099T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/174,182 US6229477B1 (en) 1998-10-16 1998-10-16 Method and system for determining a position of a communication satellite utilizing two-way ranging
US174182 2002-06-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69933099D1 DE69933099D1 (de) 2006-10-19
DE69933099T2 true DE69933099T2 (de) 2007-04-05

Family

ID=22635166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69933099T Expired - Lifetime DE69933099T2 (de) 1998-10-16 1999-10-15 Verfahren und System zur Bestimmung der Position eines Kommunikationssatelliten mittels Zweiweg-Entfernungsbestimmung

Country Status (6)

Country Link
US (2) US6229477B1 (de)
EP (1) EP0996001B1 (de)
JP (1) JP3169945B2 (de)
CN (1) CN1196941C (de)
DE (1) DE69933099T2 (de)
HK (1) HK1030654A1 (de)

Families Citing this family (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5835061A (en) 1995-06-06 1998-11-10 Wayport, Inc. Method and apparatus for geographic-based communications service
US8606851B2 (en) 1995-06-06 2013-12-10 Wayport, Inc. Method and apparatus for geographic-based communications service
US6377208B2 (en) 1997-02-21 2002-04-23 Hughes Electronics Corporation Method and system for determining a position of a transceiver unit utilizing two-way ranging in a polystatic satellite configuration
US7089000B1 (en) 1999-03-18 2006-08-08 The Directv Group, Inc. Multi-node wireless communication system with multiple transponding platforms
US6337980B1 (en) 1999-03-18 2002-01-08 Hughes Electronics Corporation Multiple satellite mobile communications method and apparatus for hand-held terminals
US6785553B2 (en) 1998-12-10 2004-08-31 The Directv Group, Inc. Position location of multiple transponding platforms and users using two-way ranging as a calibration reference for GPS
US6920309B1 (en) 1999-03-18 2005-07-19 The Directv Group, Inc. User positioning technique for multi-platform communication system
US7215954B1 (en) 1999-03-18 2007-05-08 The Directv Group, Inc. Resource allocation method for multi-platform communication system
US6990314B1 (en) 1999-03-18 2006-01-24 The Directv Group, Inc. Multi-node point-to-point satellite communication system employing multiple geo satellites
EP1226697B1 (de) 1999-11-03 2010-09-22 Wayport, Inc. Verteiltes netzwerk kommunication system das der gebrauch von einem gemeinsamen verteilten netzwerk infrastruktur an mehreren netzwerk dienstanbieters ermöglicht
EP1295149A2 (de) * 2000-04-24 2003-03-26 Lockheed Martin Mission Systems Verahren und vorrichtung zur ortung mittels passiven koherenten sensoren
US6738808B1 (en) * 2000-06-30 2004-05-18 Bell South Intellectual Property Corporation Anonymous location service for wireless networks
US8041817B2 (en) 2000-06-30 2011-10-18 At&T Intellectual Property I, Lp Anonymous location service for wireless networks
US6675017B1 (en) * 2000-06-30 2004-01-06 Bellsouth Intellectual Property Corporation Location blocking service for wireless networks
US7796998B1 (en) 2000-08-01 2010-09-14 At&T Intellectual Property, I, L.P. Method and system for delivery of a calling party's location
US7257418B1 (en) 2000-08-31 2007-08-14 The Directv Group, Inc. Rapid user acquisition by a ground-based beamformer
JPWO2002028137A1 (ja) * 2000-09-28 2004-02-12 株式会社東芝 相手の位置情報を提供する通信システム
US7110749B2 (en) 2000-12-19 2006-09-19 Bellsouth Intellectual Property Corporation Identity blocking service from a wireless service provider
US7245925B2 (en) * 2000-12-19 2007-07-17 At&T Intellectual Property, Inc. System and method for using location information to execute an action
US7116977B1 (en) * 2000-12-19 2006-10-03 Bellsouth Intellectual Property Corporation System and method for using location information to execute an action
US7130630B1 (en) 2000-12-19 2006-10-31 Bellsouth Intellectual Property Corporation Location query service for wireless networks
US7181225B1 (en) 2000-12-19 2007-02-20 Bellsouth Intellectual Property Corporation System and method for surveying wireless device users by location
US7428411B2 (en) 2000-12-19 2008-09-23 At&T Delaware Intellectual Property, Inc. Location-based security rules
US7224978B2 (en) 2000-12-19 2007-05-29 Bellsouth Intellectual Property Corporation Location blocking service from a wireless service provider
US7085555B2 (en) 2000-12-19 2006-08-01 Bellsouth Intellectual Property Corporation Location blocking service from a web advertiser
US6941107B2 (en) * 2001-01-19 2005-09-06 The Directv Group, Inc. Stratospheric platform based surface vehicle tracking and mobile data network
EP1380853A3 (de) * 2001-03-29 2008-04-23 SES Astra S.A. Abstandsmesssystem zur Bestimmung von Abstandsinformation zu einem Raumschiff
WO2003069941A1 (en) * 2002-02-15 2003-08-21 Nokia Corporation Positioning in a telecommunications system
JP2004350088A (ja) * 2003-05-23 2004-12-09 Nec Corp 無線局の位置推定システム
BRPI0303968B1 (pt) * 2003-10-08 2017-01-24 Fundação Inst Nac De Telecomunicações Finatel sistema e processo de posicionamento geográfico e espacial
CN1300553C (zh) * 2003-12-30 2007-02-14 厦门雅迅网络股份有限公司 一种测量地球表面两点间距离的方法及装置
ITBG20050039A1 (it) * 2005-07-08 2007-01-09 Verbena S A S Di Maria Conte & C Metodo e sistema per localizzazione di oggetti
EP1777854B1 (de) * 2005-09-30 2008-08-13 Alcatel Lucent Vorrichtung und Verfahren zur Systemparameteranpassung für funkbasierte Kommunikationssysteme
US20070085735A1 (en) * 2005-10-19 2007-04-19 Fm Bay Spacecraft position monitoring and control
FR2892828A1 (fr) * 2005-11-02 2007-05-04 Alcatel Sa Procede de determination de la position de satellites dans un systeme de navigation
FR2916279B1 (fr) * 2007-05-18 2009-08-07 Astrium Sas Soc Par Actions Si Procede et systeme de positionnement par satellites.
JP5393000B2 (ja) * 2007-05-31 2014-01-22 三菱電機株式会社 軌道推定装置および軌道推定方法
US8761751B2 (en) 2008-03-14 2014-06-24 William J. Johnson System and method for targeting data processing system(s) with data
US8639267B2 (en) 2008-03-14 2014-01-28 William J. Johnson System and method for location based exchanges of data facilitating distributed locational applications
US8600341B2 (en) 2008-03-14 2013-12-03 William J. Johnson System and method for location based exchanges of data facilitating distributed locational applications
US8634796B2 (en) 2008-03-14 2014-01-21 William J. Johnson System and method for location based exchanges of data facilitating distributed location applications
US8566839B2 (en) 2008-03-14 2013-10-22 William J. Johnson System and method for automated content presentation objects
CN101738598B (zh) * 2008-11-19 2011-11-09 中国科学院国家天文台 对卫星或飞行器轨道和位置实时精密测量方法
US8897741B2 (en) 2009-11-13 2014-11-25 William J. Johnson System and method for mobile device usability by locational conditions
FR2960653B1 (fr) * 2010-06-01 2012-07-27 Thales Sa Systeme de positionnement d'un satellite geostationnaire
EP2823413A4 (de) 2012-03-07 2016-05-04 Snap Trends Inc Verfahren und systeme zum zusammentragen von informationen aus sozialen netzwerken auf grundlage geografischer standorte über ein netzwerk
US9365303B2 (en) * 2012-05-03 2016-06-14 Raytheon Company Position and elevation acquisition for orbit determination
US9019155B2 (en) 2012-05-03 2015-04-28 Raytheon Company Global positioning system (GPS) and doppler augmentation (GDAUG) and space location inertial navigation geopositioning system (SPACELINGS)
US9075126B2 (en) 2012-06-28 2015-07-07 Raytheon Company Ground location inertial navigation geopositioning system (groundlings)
US9477991B2 (en) 2013-08-27 2016-10-25 Snap Trends, Inc. Methods and systems of aggregating information of geographic context regions of social networks based on geographical locations via a network
US9894489B2 (en) 2013-09-30 2018-02-13 William J. Johnson System and method for situational proximity observation alerting privileged recipients
WO2017200948A1 (en) * 2016-05-19 2017-11-23 Board Of Regents Of The Nevada System Of Higher Education, On Behalf Of The University Of Nevada, Reno Directional link discovery and maintenance between mobiles
CN108333558B (zh) * 2018-02-07 2021-11-16 南京邮电大学 一种室内定位系统中快速测量Tof和Tdoa的方法
CN110775105B (zh) * 2019-11-07 2021-11-12 交控科技股份有限公司 基于uwb在地铁车辆段进行列车监控的方法及系统

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2470787A (en) 1944-05-04 1949-05-24 Paul W Nosker System for determining the position or path of an object in space
BE623732A (de) * 1961-10-31
US3384891A (en) 1965-02-11 1968-05-21 Gen Electric Method and system for long distance navigation and communication
DE1591517B1 (de) 1967-07-21 1971-08-05 Siemens Ag Funk-Ortungsverfahren durch Laufzeitmessung zu Fahrzeugen mit Transpondern ueber Erdsatelliten
US4161734A (en) 1977-10-17 1979-07-17 General Electric Company Position surveillance using one active ranging satellite and time of arrival of a signal from an independent satellite
US4161730A (en) 1977-10-17 1979-07-17 General Electric Company Radio determination using satellites transmitting timing signals with correction by active range measurement
US4359733A (en) 1980-09-23 1982-11-16 Neill Gerard K O Satellite-based vehicle position determining system
DE3301613A1 (de) * 1983-01-19 1984-07-19 Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart Positionsbestimmungssystem
US5006855A (en) 1986-08-20 1991-04-09 The Mitre Corporation Ranging and processing system for mobile surveillance and data link
JPS63253278A (ja) 1987-04-10 1988-10-20 Sony Corp 衛星を用いた測位方法
FR2621132B1 (fr) * 1987-09-30 1990-02-23 Europ Agence Spatiale Procede et dispositif de mesures de distances
US5099245A (en) 1987-10-23 1992-03-24 Hughes Aircraft Company Vehicle location system accuracy enhancement for airborne vehicles
GB2215932A (en) 1988-03-26 1989-09-27 Gec Traffic Automation Radio position finding system
JPH0228580A (ja) 1988-07-18 1990-01-30 Mitsubishi Electric Corp 衛星追尾方式
US5126748A (en) 1989-12-05 1992-06-30 Qualcomm Incorporated Dual satellite navigation system and method
US4994809A (en) 1990-03-07 1991-02-19 Hughes Aircraft Company Polystatic correlating radar
JPH03291584A (ja) 1990-04-10 1991-12-20 Toyota Motor Corp 車両用ナビゲーション装置
JP2979582B2 (ja) 1990-05-23 1999-11-15 ソニー株式会社 伝送システム
US5387916A (en) 1992-07-31 1995-02-07 Westinghouse Electric Corporation Automotive navigation system and method
US5430657A (en) 1992-10-20 1995-07-04 Caterpillar Inc. Method and apparatus for predicting the position of a satellite in a satellite based navigation system
US5739785A (en) 1993-03-04 1998-04-14 Trimble Navigation Limited Location and generation of high accuracy survey control marks using satellites
US5444450A (en) 1993-08-11 1995-08-22 Motorola, Inc. Radio telecommunications system and method with adaptive location determination convergence
JP3269229B2 (ja) 1993-11-19 2002-03-25 株式会社デンソー 移動局位置管理システム
US5410314A (en) 1993-11-30 1995-04-25 University Corporation For Atmospheric Research Bistatic multiple-doppler radar network
JP2848249B2 (ja) 1994-06-28 1999-01-20 日本電気株式会社 着陸誘導における航空機位置評定システム
US5525995A (en) 1995-06-07 1996-06-11 Loral Federal Systems Company Doppler detection system for determining initial position of a maneuvering target
JPH0926328A (ja) 1995-07-12 1997-01-28 Tokimec Inc 位置標定装置
JP3651504B2 (ja) 1995-10-17 2005-05-25 株式会社エクォス・リサーチ 携帯用ナビゲーション装置及び車載用ナビゲーション装置
GB2339099B (en) 1995-10-24 2000-05-31 Inmarsat Ltd Satellite radiodetermination
US5812961A (en) 1995-12-28 1998-09-22 Trimble Navigation Limited Method and reciever using a low earth orbiting satellite signal to augment the global positioning system
AU4643997A (en) * 1996-07-12 1998-02-09 Eagle Eye Technologies, Inc Method and apparatus for precision geolocation
US5945948A (en) 1996-09-03 1999-08-31 Motorola, Inc. Method and apparatus for location finding in a communication system
JP3288586B2 (ja) 1996-09-19 2002-06-04 シャープ株式会社 Ｄｇｐｓ受信装置及びｄｇｐｓ測位システム
US5920284A (en) 1996-09-30 1999-07-06 Qualcomm Incorporated Ambiguity resolution for ambiguous position solutions using satellite beams
US5969674A (en) 1997-02-21 1999-10-19 Von Der Embse; Urban A. Method and system for determining a position of a target vehicle utilizing two-way ranging

Also Published As

Publication number Publication date
CN1196941C (zh) 2005-04-13
EP0996001A2 (de) 2000-04-26
CN1261673A (zh) 2000-08-02
US20010009405A1 (en) 2001-07-26
JP3169945B2 (ja) 2001-05-28
EP0996001B1 (de) 2006-09-06
HK1030654A1 (en) 2001-05-11
US6313790B2 (en) 2001-11-06
EP0996001A3 (de) 2002-11-27
DE69933099D1 (de) 2006-10-19
JP2000131413A (ja) 2000-05-12
US6229477B1 (en) 2001-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69933099T2 (de) Verfahren und System zur Bestimmung der Position eines Kommunikationssatelliten mittels Zweiweg-Entfernungsbestimmung
DE102009058737B4 (de) Messniveauintegration von GPS und anderen entfernungs- und richtungsmessungsfähigen Sensoren für eine allgegenwärtige Positionsbestimmungsfähigkeit
DE69935035T2 (de) Verfahren und System mit integrierter Zweiweg-Entfernungsbestimmung zur Eichung von GPS
DE102004043524B4 (de) RTK-Positionierungssystem und Positionierungsverfahren dafür
DE60319426T2 (de) Verfahren zur bestimmung von azimut und höhenwinkel durch verwendung eines einachsen-richtungsfindungssystems
DE69830936T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ortsbestimmung für Sende-Empfanganlage mittels Zweiweg-Entfernungsbestimmung in einer polystatischen Satellitenkonfiguration mit Bodenradar
DE3152340C1 (de) Verfahren und Anordnung zum Bestimmen der Positionen von Fahrzeugen mittels Satelliten
DE69833990T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ortsbestimmung für Sende-Empfanganlage mittels Zweiweg-Entfernungsbestimmung in einer polystatischen Satellitenkonfiguration
DE102009030672B3 (de) Verfahren zur Bestimmung der geographischen Koordinaten von Bildpunkten in SAR Bildern
DE3712065C1 (de) Verfahren zur topografischen Kartierung
DE4340955A1 (de) Verfahren und Vorrichtung um die Genauigkeit von Positionsabschätzungen in einem satellitengestützten Navigationssystem zu verbessern
DE10001834A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer geographischen Position einer mobilen Kommunikationseinheit
DE102011080432A1 (de) Systeme und Verfahren zum Berechnen einer vertikalen Position
DE2843812A1 (de) Verfahren und anordnung zur funkortung mit hilfe von mehreren erdsatelliten
DE112009000972T5 (de) Interferometrisches Positioniersystem von sich wechselseitig bewegenden Körpern, Vorrichtung und Verfahren davon
DE112012000412T5 (de) Auswahl einer Satellitenteilmenge
EP0755522B1 (de) Satelliten-navigationsverfahren
DE69929169T2 (de) Kreiselkompass unterstützt von intermittierender gps interferometrie
EP1426785B1 (de) Verfahren und Einrichtung zur Kompensation von Phasenfehlern eines bi- oder multistatischen Synthetik-Apertur-Radarsystems
EP1273518B1 (de) Satellitenkonfiguration zur interferometrischen und/oder tomografischen Abbildung der Erdoberfläche mittels Radar mit synthetischer Apertur
DE69839065T2 (de) System und Verfahren zur Ortsbestimmung eines Endgerätes eines Satelliten Kommunikationssystem
EP3586167B1 (de) Verfahren zur bestimmung einer elektronendichteverteilung in der erdatmosphäre
DE10062951B4 (de) Verfahren zur Positionsbestimmung von geostationären Satelliten durch Laufzeitmessungen von Satelliten-Navigationssignalen
DE112012000410T5 (de) Konvergenzzone
DE2845071A1 (de) Verfahren und einrichtung zur positionsueberwachung mit satelliten

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition