ES2323224T3 - Procedimiento y dispositivo electronico de localizacion. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo electronico de localizacion. Download PDF

Info

Publication number
ES2323224T3
ES2323224T3 ES02256390T ES02256390T ES2323224T3 ES 2323224 T3 ES2323224 T3 ES 2323224T3 ES 02256390 T ES02256390 T ES 02256390T ES 02256390 T ES02256390 T ES 02256390T ES 2323224 T3 ES2323224 T3 ES 2323224T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
location
receiver
time
satellite
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
ES02256390T
Other languages
English (en)
Inventor
Niilo Sirola
Jari Syrjarinne
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.)
Nokia Oyj
Original Assignee
Nokia Oyj
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 Nokia Oyj filed Critical Nokia Oyj
Application granted granted Critical
Publication of ES2323224T3 publication Critical patent/ES2323224T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69Spread spectrum techniques
    • H04B1/707Spread spectrum techniques using direct sequence modulation
    • H04B1/7073Synchronisation aspects
    • H04B1/7075Synchronisation aspects with code phase acquisition
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/24Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/25Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving aiding data received from a cooperating element, e.g. assisted GPS
    • G01S19/258Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving aiding data received from a cooperating element, e.g. assisted GPS relating to the satellite constellation, e.g. almanac, ephemeris data, lists of satellites in view
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42Determining position
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/24Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/28Satellite selection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Abstract

Un procedimiento para realizar una localización, que comprende las etapas de recibir una señal de espectro extendido modulada con un código de repetición y transmitida por satélites (SV1-SV4), efectuar una adquisición para la señal modulada de espectro extendido recibida, medir la fase de código de la señal modulada por espectro extendido recibida, recibir los parámetros de efemérides de los satélites que se utilizan en la localización, determinar una función de coste, y llevar a cabo una fase de optimización para minimizar la función de coste, para hallar una ubicación, caracterizado porque la función de coste comprende un operador fraccionario como su argumento, estando dicho operador fraccionario definido por la retirada de la parte entera del argumento de la operación de fraccionamiento, en el que queda una fracción, y porque el operando de dicho operador fraccionario comprende al menos un error residual formado por una diferencia entre un tiempo estimado de propagación desde el satélite al receptor, y una parte de la medición del tiempo de propagación real de la señal, en el que el tiempo estimado de propagación se forma al menos sobre la base de los parámetros de efemérides, el tiempo estimado y la posición estimada del receptor, y la parte de la medición del tiempo real de propagación se forma al menos sobre la base de la fase de código medida.

Description

Procedimiento y dispositivo electrónico de localización.
La presente invención se refiere a un procedimiento para efectuar una localización, que comprende las etapas de recibir una señal transmitida por satélites y modulada con espectro extendido con un código de repetición, efectuar la adquisición de la señal modulada por espectro extendido recibida, medir la fase de código de la señal modulada por espectro extendido recibida, recibir los parámetros de efemérides del satélite que se utilizan en la localización, determinar una función de coste y efectuar una fase de optimización para minimizar la función de coste. La invención también se refiere a un dispositivo electrónico que comprende medios para efectuar la localización, que comprenden medios para recibir una señal transmitida por satélites y modulada por espectro extendido con un código de repetición, medios para la adquisición de la señal modulada por espectro extendido recibida, medios para medir la fase de código de la señal modulada por espectro extendido recibida, medios para recibir parámetros de efemérides de satélite a utilizar en la localización, medios para determinar la función de coste y medios para minimizar la función de coste.
En sistemas de localización basados en localización por satélite, un receptor de localización intenta recibir señales de al menos cuatro satélites, a fin de detectar la posición y los datos de tiempo del receptor localizador. Un ejemplo de tal sistema de localización por satélite es el sistema GPS (Sistema de Localización Global), que comprende una pluralidad de satélites que orbitan el globo terráqueo según órbitas predefinidas. Estos satélites transmiten datos orbitales, sobre cuya base puede determinarse la posición de un satélite en cada instante, en caso de que se conozcan los datos de la hora exacta, utilizados en el sistema de localización por satélite, en el receptor de localización. En el sistema GPS, los satélites transmiten una señal de espectro extendido modulada con un código que es individual para cada satélite. De esta manera, el receptor de localización puede distinguir las señales transmitidas por distintos satélites entre sí, empleando un código de referencia correspondiente a un código de satélite generado localmente en el receptor de localización.
Cada satélite en funcionamiento del sistema GPS transmite una señal denominada L1 en la frecuencia portadora de 1.575,42 MHz. Esta frecuencia también se indica como 154f_{0}, donde f_{0} = 10,23 MHz. Además, los satélites transmiten otra señal de distancia a una frecuencia portadora de 1.227,6 Mhz, llamada L2, es decir, 120f_{0}. En el satélite, estas señales son moduladas con al menos una seudosecuencia. Esta seudosecuencia es distinta para cada satélite. Como resultado de la modulación, se genera una señal de banda ancha modulada en código. La técnica de modulación utilizada en el receptor hace posible distinguir entre las señales transmitidas por distintos satélites, aunque las frecuencias portadoras utilizadas en la transmisión son esencialmente las mismas. Esta técnica de modulación se llama acceso múltiple por división de código (CDMA). En cada satélite, la seudosecuencia utilizada para modular la señal L1 es, p. ej., un código denominado C/A (código de Adquisición Gruesa), que es un código de la familia de los códigos Gold. Cada satélite del GPS transmite una señal utilizando un código C/A individual. Los códigos se forman como una suma en módulo 2 de dos secuencias binarias de 1.023 bits. La primera secuencia binaria G1 se forma con el polinomio x^{10} + x^{3} + 1, y la segunda secuencia binaria G2 se forma retardando el polinomio x^{10} + x^{9} + x^{8} + x^{6} + x^{3} + x^{2} + 1 de tal forma que el retardo sea distinto para cada satélite. Esta disposición hace posible generar códigos C/A distintos utilizando generadores de código idénticos. Los códigos C/A son, de esta manera, códigos binarios cuya frecuencia de segmentos en el sistema GPS es de 1.023 MHz. El código C/A comprende 1.023 elementos de código, en donde el tiempo de iteración (época) del código es de 1 ms. La portadora de la señal L1 es adicionalmente modulada por información de navegación a una velocidad de bits de 50 bits/s. La información de navegación comprende información acerca de la "salud", la órbita, los datos de hora del satélite, etc.
A fin de detectar señales de satélite y de identificar satélites, el receptor debe efectuar la adquisición, por lo cual el receptor busca la señal de cada satélite en el tiempo e intenta efectuar la adquisición y engancharse a esta señal de forma tal que la información transmitida con la señal pueda recibirse y demodularse.
La disposición de localización tiene dos funciones primarias:
1. calcular la seudodistancia entre el receptor y los distintos satélites del GPS, y
2. determinar la posición del receptor utilizando las seudodistancias calculadas y los datos de posición de los satélites. Los datos de posición de los satélites en cada momento pueden calcularse sobre la base de los datos diarios y los datos de corrección temporal recibidos desde los satélites.
Las distancias a los satélites se llaman seudodistancias, porque la hora no se conoce con exactitud en el receptor. Así, las determinaciones de la posición y la hora se iteran hasta que se logra una precisión suficiente con respecto a la hora y la posición. Debido a que la hora no se conoce con precisión absoluta, la posición y la hora deben determinarse, p. ej., linealizando un conjunto de ecuaciones para cada nueva iteración.
El cálculo de una seudodistancia puede llevarse a cabo, por ejemplo, midiendo las fases de código de las señales de satélite en el receptor.
El proceso de adquisición y control de frecuencia precitado debe llevarse a cabo para cada señal de satélite recibida en el receptor. Algunos receptores pueden comprender múltiples canales receptores, en los cuales se hace un intento en cada canal receptor para efectuar la adquisición de una señal de un satélite a la vez.
El receptor de localización recibe información transmitida por satélites y efectúa la localización sobre la base de la información recibida. A fin de efectuar la localización, el receptor debe recibir una señal transmitida por al menos cuatro satélites distintos, para detectar las coordenadas x, y y z, y los datos de hora. La información de navegación recibida se almacena en una memoria, en donde esta información almacenada puede utilizarse para detectar, p. ej., los datos diarios de los satélites.
La Solicitud Internacional Nº WO 00/58748 describe un sistema para determinar una posición de un terminal móvil que incluye un radioteléfono satelital y un receptor de GPS, empleando el conocimiento de la posición del haz puntual del satélite de comunicación en el que se localiza el terminal móvil. Utilizando este conocimiento, el sistema descrito puede resolver la ambigüedad de 1 milisegundo que surge de la longitud de repetición del código, donde la fase de código relativo puede determinarse, pero no así la fase de código absoluto.
La Patente Estadounidense Nº US 6.181.274 describe un sistema receptor de navegación que proporciona incorporación precisa de localización relativa en tiempo real, con un receptor asociado de fase portadora. Un sistema receptor de navegación, y el receptor de fase asociado, muestrean señales durante una única época, y el receptor asociado de fase portadora procesa las señales recibidas para proporcionar y transmitir datos de medición de fase de la primera portadora.
La Figura 1 muestra, en un gráfico conceptual, la posición en un dispositivo MS de comunicación inalámbrica que comprende un receptor de localización, mediante una señal transmitida desde cuatro satélites SV1, SV2, SV3 y SV4. En el sistema GPS, los satélites transmiten datos diarios, así como datos de hora, sobre cuya base el receptor de localización puede realizar cálculos para determinar la posición del satélite cada vez. Estos datos diarios y los datos de hora se transmiten en tramas (no mostradas en las figuras adjuntas), que se subdividen adicionalmente en subtramas. En el sistema GPS, cada trama comprende 1.500 bits, que se dividen en cinco subtramas de 300 bits cada una. Dado que la transmisión de un bit lleva 20 ms, la transmisión de cada subtrama llevará, por tanto, 6 s, y la trama entera se transmitirá en 30 segundos. Las subtramas se numeran de 1 a 5. En cada subtrama 1, p. ej., se transmiten datos de hora, indicando el momento de transmisión de la subtrama, así como información sobre la desviación del reloj del satélite con respecto a la hora en el sistema GPS.
Las subtramas 2 y 3 se utilizan para la transmisión de datos diarios. La subtrama 4 contiene otra información de sistema, tal como la hora universal, o la Hora Universal Coordenada. La subtrama 5 está concebida para la transmisión de datos de calendario de todos los satélites. La entidad formada por estas subtramas y tramas se llama un mensaje de navegación de GPS, que comprende 25 tramas, es decir, 125 subtramas. La longitud del mensaje de navegación es, por ello, de 12 min. 30 s.
En el sistema GPS, el tiempo se mide en segundos desde el comienzo de una semana. En el sistema GPS, una semana comienza a medianoche entre el sábado y el domingo. Cada subtrama a transmitir contiene información sobre el momento de la semana del GPS en que la subtrama en cuestión ha sido transmitida. De esta manera, los datos de tiempo indican el tiempo de transmisión de un cierto bit, y en el sistema GPS esto es el tiempo de transmisión del último bit en la subtrama en cuestión. En los satélites, el tiempo se mide con cronómetros atómicos de alta precisión. A pesar de esto, el funcionamiento de cada satélite se controla en un centro de control para el sistema GPS (no mostrado) y p. ej., la comparación de tiempo se efectúa para detectar errores cronométricos en los satélites y para transmitir esta información al satélite.
Es un objeto de la presente invención proporcionar un nuevo procedimiento para llevar a cabo la localización. La invención se basa en la idea de que se forma una nueva función de coste, y se busca el mínimo de esta función de coste. Para ser más exactos, el procedimiento según la presente invención es como se define en la reivindicación 1.
El dispositivo electrónico según la presente invención se define en la reivindicación 11.
Se logran considerables ventajas con la presente invención, al compararla con sistemas y receptores de localización de la técnica anterior. Al aplicar el procedimiento según la invención, no hay ninguna necesidad de indicar los datos de navegación enviados junto con los satélites. Así, la localización también puede efectuarse a partir de una señal más ruidosa, lo que mejora la capacidad de empleo de la localización incluso en condiciones de señal débil, tal como en recintos cerrados. Debido a que no es necesario recibir las tramas utilizadas en la transmisión de datos de navegación antes de la localización, la aplicación del procedimiento de la invención permite una localización más rápida y un tiempo de detección más corto para el Tiempo Hasta la Primera Corrección (TTFF), en comparación con receptores de la técnica anterior. Además, en el procedimiento según una realización preferida de la invención, no es necesario adivinar la posición y la hora de referencia del receptor por adelantado; en vez de ello, esta información puede averiguarse durante un cálculo llevado a cabo en la localización. Además, en esta realización el error de la hora de referencia del receptor puede ser tanto como 420 s o más, lo cual, en receptores de la técnica anterior, significaría que no podría efectuarse la localización correcta del receptor.
En lo que sigue, la presente invención se describirá en más detalle con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales
La Fig. 1 muestra, en un gráfico conceptual reducido, la localización por medio de una señal transmitida desde cuatro satélites, y
La Fig. 2 muestra un dispositivo electrónico según una realización preferida de la invención en un diagrama en bloques reducido.
En lo que sigue, la invención se describirá haciendo referencia a un dispositivo electrónico ilustrado en la Fig. 2. El dispositivo electrónico MS comprende, preferiblemente, un medio MT de comunicación móvil y un receptor PR de localización. En este caso, el medio MT de comunicación móvil puede utilizarse para transmitir información entre el dispositivo MS de comunicación móvil y las estaciones base BS, BS', BS'' de una red MN de comunicación inalámbrica. No obstante, es obvio que la invención puede aplicarse con relación a otros dispositivos electrónicos que comprenden al menos un receptor PR de localización.
En el receptor PR de localización, la señal recibida mediante una antena 1, y modulada por espectro extendido con un código de repetición, es amplificada en un amplificador 2 de alta frecuencia, y modificada, por medio de una señal de reloj generada por un generador 3 de reloj y un sintetizador 4 de frecuencia, preferiblemente, como una frecuencia intermedia, o bien directamente como banda base, en un bloque modificador 5. En esta etapa, la señal, preferiblemente, aún está en formato analógico, en donde se convierte en una señal digital en un convertidor 6 de analógico a digital. El convertidor 6 de analógico a digital proporciona no sólo una señal de recepción digital, sino también un control para un bloque 7 de control automático de ganancia (AGC), para equilibrar las variaciones de potencia de la señal recibida, de una manera conocida por tal nombre. La señal digital convertida en una frecuencia intermedia, o en la banda base, es conducida a uno o más bloques 8 de monitorización digital para llevar a cabo la conversión de la señal digital en dos señales con distintas fases (En Fase/Cuadratura) y la multiplicación por un código de referencia. El bloque 8 de monitorización comprende una pluralidad de canales receptores, en los cuales, p. ej., dicha multiplicación por un código de referencia puede llevarse a cabo simultáneamente con una señal recibida desde múltiples satélites distintos. Las señales formadas en el bloque 8 de monitorización se llevan posteriormente a un bloque 9 de control, preferiblemente, a un procesador de señales digitales (DSP), para averiguar, para cada canal por separado, la fase de código y el desplazamiento de frecuencia de la señal recibida. El bloque 9 de control genera datos de respuesta para el bloque 8 de monitorización, para ajustar la fase de código del código de referencia y un oscilador 10 numéricamente controlado, si es necesario. Una vez que se han determinado la fase de código y el desplazamiento de frecuencia, es decir, que el receptor ha rastreado la señal a recibir, es posible iniciar las mediciones de seudodistancias de señales y, si es necesario, la demodulación y el almacenamiento de la información de navegación transmitida en la señal, si es posible. El bloque 9 de control, preferiblemente, almacena información de navegación en una memoria 11. El receptor PR también puede recibir información de navegación, por ejemplo, mediante el medio MT de comunicación móvil, desde un centro MSC de conmutación móvil, mediante la estación base BS de la red de comunicación móvil.
En un procedimiento según una realización preferida de la invención, se mide, a partir de señales recibidas desde los satélites, el número T^{k}_{elementos \ de \ código} de elementos de código recibidos, y una fase de código TT^{k}_{elementos \ de \ código}, después de un cambio de fase de código en el bloque 9 de control. En el punto en que el receptor PR de localización tiene acceso a al menos aquella parte de la información de navegación que se relaciona con los datos diarios de aquellos satélites que han transmitido las señales que se están recibiendo, puede iniciarse la localización. Con respecto a la presente invención, preferiblemente, se utiliza la función de coste según la siguiente fórmula (2) en la localización, en donde se intenta hallar el mínimo de dicha función de coste.
1
en en la que
2
es el tiempo estimado de propagación de la señal desde un satélite Sv_{i} al receptor de localización,
t
es el tiempo
x
es la posición del receptor de localización,
\beta
es el error del reloj del receptor de localización, en milisegundos
\phi_{i}
es la fase de código de la señal del satélite Sv_{i} en el receptor de localización,
\varepsilon_{i}
es la compensación estimada de un error de medición (corrección de seudodistancia) que comprende el retardo grupal, la corrección de hora de los satélites y la corrección de la ionosfera,
s_{i}(t)
es la posición del satélite Sv_{i} en el instante t,
frac
es el operador fraccionario, determinado preferiblemente de la siguiente manera: frac r = r - redondeo de r,
c
es la velocidad de la luz.
\vskip1.000000\baselineskip
En la función de la fórmula (2) la operación de fracción se refiere, de esta manera, a la diferencia obtenida como la diferencia entre el tiempo estimado de propagación desde el satélite al receptor y la fracción de la medición del tiempo real de propagación de la señal. El tiempo real de propagación no puede medirse en esta fase, sino sólo la fase de código C/A, que es sólo una parte (una fracción) de la seudodistancia entera. La parte entera, es decir, el número de fases de código, es desconocida y se estima a partir del tiempo de propagación de la señal. No obstante, esta fracción se conoce en grado suficiente antes de que se determine la posición. Optimizando la función de coste, se intenta hallar tal posición, en donde el número de referencia formado es tan pequeño como sea posible. El número de referencia es, p. ej., la suma de los errores residuales, según se presenta en la fórmula (2), o el producto. La operación de fraccionamiento es, preferiblemente, tal que la parte entera se quita del argumento de la operación de fraccionamiento, en donde queda una fracción.
Según los datos diarios de los satélites, es posible detectar la posición del satélite Sv_{i} que transmitió la señal en el momento en que la señal se transmite. Sin embargo, los datos de hora del receptor localizador PR no necesariamente son exactamente correctos, por lo cual la posición no necesariamente es exactamente correcta al principio, al resolver la fórmula (2). Por lo tanto, se incluye un error \beta de reloj del receptor de localización en la función de coste, error que puede fijarse lo bastante cerca del valor correcto cuando se busca el valor mínimo. La fase \phi_{i} de código del satélite Sv_{i} puede determinarse midiendo a partir de la señal recibida por el receptor. Sin embargo, pueden incorporarse errores en la medición de la fase de código, errores que pueden ser causados, p. ej., por la influencia de la atmósfera en la propagación de la señal del satélite. La influencia de estos errores de medición está estimada por la variable \varepsilon_{i}. El tiempo estimado de propagación de la señal desde el satélite Sv_{i} al receptor es, usualmente, de alrededor de 0,078 s.
En el procedimiento según una primera realización preferida de la invención, la localización se lleva a cabo de la siguiente manera. En la etapa de inicialización se establecen valores por omisión para la hora y la localización del receptor. La posición por omisión seleccionada como la posición x del receptor puede ser, p. ej., la posición de la estación base servidora BS (Fig. 1). El valor de hora por omisión empleado puede ser la hora del reloj que, en esta etapa, por ejemplo, aún puede ser errónea en grado significativo. Además, se averigua si se dispone de un volumen suficiente de datos diarios en el receptor PR. En caso de que el receptor no tenga un volumen suficiente de datos diarios acerca de todos aquellos satélites cuyas señales se emplean en la localización del receptor, se intenta proporcionar los datos diarios faltantes al receptor, p. ej., desde una red de comunicación móvil. Además, puede proporcionarse información al receptor sobre las propiedades de la ionosfera al receptor a fin de determinar las correcciones de la ionosfera, posiblemente necesarias al calcular la fórmula (2). La ionosfera puede tener algún efecto sobre la propagación de las señales, en donde, al considerar la influencia de la ionosfera, la precisión de la localización puede mejorarse en cierta medida. Después de que se ha determinado toda la información necesaria en la etapa de inicialización, puede iniciarse la adquisición de las señales satelitales necesarias. P. ej., sobre la base de la información orbital y la estimación de hora, es posible determinar en el receptor PR qué satélites están, en un momento dado, situados en lugar tal que su señal pueda ser recibida en el receptor PR. Además, en el caso de que haya más de 5 tales satélites, pueden seleccionarse aquellos satélites (GDOP, Dilución Geométrica de la Precisión) que estén situados en la posición más preferible en cuanto a la localización, conocida como tal. Después de que el receptor PR esté enganchado a las señales satelitales necesarias, pueden iniciarse las mediciones de fase de código (C/A). Por otra parte, es posible que el enganche con los satélites y las mediciones de código comiencen ya en la etapa de inicialización, antes de que esté disponible toda la información necesaria. Los resultados \phi_{i} de la medición de fase de código se recortan al milisegundo, de forma tal que
\phi_{i}\in\left(- \frac{1}{2}, \frac{1}{2}\right)
La siguiente etapa es minimizar la función (2) de coste. En el procedimiento según una primera realización preferida de la invención, la minimización de la función de coste se lleva a cabo de forma tal que se calcula la fórmula (2), en donde se obtiene un valor para la función de coste. El cálculo se repite por medio de un procedimiento de optimización conocido, por el cual se intenta hallar el mínimo local de la función de coste. La función de coste tiene un mínimo global, en caso de que la estimación de hora y la posición por omisión utilizadas como valores iniciales estén lo bastante cerca de la ubicación correcta. En la práctica puede ser difícil averiguar si la estimación de hora y la ubicación por omisión están lo bastante cerca de las correctas. La siguiente desigualdad puede utilizarse como una estimación.
3
\newpage
Debido a que la función de coste es claramente convexa, la optimización converge muy rápidamente. Así, el gradiente de la función de coste y la matriz de Hesse son relativamente fáciles de estimar, en particular, si las órbitas satelitales se aproximan por polinomios. Así, los procedimientos optimizadores ventajosos incluyen el procedimiento de Gauss-Newton y el procedimiento del gradiente conjugado.
La optimización puede llevarse a cabo incluso utilizando la siguiente clase de iteración-
4
en la cual
5
en en la que u_{i} es el vector unitario desde el receptor PR al satélite Sv_{i}, y v_{i} = s_{i}'(t-\tau_{i}).
\vskip1.000000\baselineskip
La localización puede acelerarse en cierta medida llevando a cabo la fase de optimización anteriormente descrita de la siguiente manera. Las funciones orbitales de los satélites s_{i}(t), i=1,...,n, se establecen utilizando, p. ej., polinomios interpoladores de tercer nivel y calculando correcciones \varepsilon_{i} de seudodistancia, utilizando la posición del receptor PR como la posición por omisión. Se busca el mínimo de la función de coste para mantener constantes los valores de la corrección \varepsilon_{i} de seudodistancia. Si la ubicación según el punto mínimo está lejos de la ubicación por omisión, se repiten la precitada fase de establecimiento de las funciones orbitales de los satélites y la fase de búsqueda de la función mínima, fases en las cuales la ubicación obtenida en el cálculo anterior se utiliza como la nueva ubicación por omisión del receptor.
Cuando se ha determinado el punto mínimo en la fase de optimización, se conocen la ubicación x del receptor, la hora t y el error \beta de reloj del receptor.
La solución se refiere a un grupo de ecuaciones de dimensión 5 (hora, lugar, error de reloj) y, por lo tanto, cuando se aplica este procedimiento según la primera realización preferible de la invención, se reciben señales de al menos cinco satélites y se miden sus fases de código en el PR receptor. Además, al menos los datos diarios de estos cinco satélites deben comunicarse al PR receptor a fin de realizar la minimización. Sin embargo, dado que los datos diarios son válidos durante un periodo de tiempo relativamente largo, típicamente, durante varias horas (4 a 6 horas), no hay ninguna necesidad de comunicar estos datos diarios muy frecuentemente. En buenas condiciones de señal, también es posible que un receptor pueda exhibir los datos diarios a partir de las señales recibidas, en donde no es necesario enviar datos diarios al receptor por separado.
La ubicación puede realizarse, en esencia, inmediatamente después de que la adquisición del PR receptor haya sido llevada a cabo para las señales de al menos cinco satélites, y que el PR receptor haya realizado mediciones de fase de código sobre la base de estas señales. En esta realización preferida es suficiente, a la vista de la precisión de los valores por omisión de la posición y de los datos de hora del receptor, que la ubicación sea conocida con una precisión de alrededor de 150 km, y que el error de hora sea de \pm 210 s, a lo sumo. En caso de que se reciban señales de más de cinco satélites en el receptor, estas señales satelitales extra pueden utilizarse para determinar aquellos puntos mínimos locales que son erróneos. Un tal punto mínimo local erróneo puede formarse en la minimización de una función de coste, en caso de que la ubicación por omisión del receptor esté más allá de dichos 150 km, y/o si el error de reloj es más de dichos \pm 210 s. Sin embargo, el valor de tal valor mínimo local erróneo es mayor que el punto mínimo de la función de coste correspondiente a la posición correcta.
Según una segunda realización preferida de la invención, no es necesario conocer la ubicación por omisión y los datos de hora del receptor PR por adelantado. La ubicación, de esta manera, se efectúa utilizando la función (2) de coste de la siguiente forma ventajosa. La posición del receptor se detecta dividiendo el área geográfica examinada (país, continente, Tierra) y los datos de hora en subsecciones tetradimiensionales más pequeñas, de un tamaño aproximado de 300 km x 300 km x 300 km x 420s. Se busca un punto mínimo local de la función (2) de coste para cada tal área examinada. Después de que se ha detectado el punto mínimo de la función de coste a partir de al menos dos de tales áreas, se comparan estos puntos mínimos locales. Si uno de estos puntos mínimos locales es claramente menor que los otros puntos mínimos locales, puede suponerse que el menor punto mínimo local en cuestión corresponde a la ubicación y los datos de hora correctos del PR receptor. En este caso, puede terminarse la búsqueda. Si no se halla ningún tal punto mínimo que sea claramente menor que los otros, se continúa con la búsqueda en diversas subáreas hasta que se halle un punto mínimo claramente menor, o hasta que se hayan examinado todas las subáreas del área a examinar. Así, el punto mínimo local menor indica la ubicación y los datos de hora (error de reloj) del PR receptor. En este procedimiento según la segunda realización preferida de la invención no hay, por lo tanto, ninguna necesidad de la ubicación por omisión o de los datos de hora del receptor, pero la localización puede llevarse a cabo sobre la base de las mediciones de fase de código y los datos orbitales.
En el procedimiento según una tercera realización preferida de la invención, la localización se efectúa, ventajosamente, de forma tal que se busque el punto mínimo local en la fase de optimización, después de lo cual los datos de localización correspondientes al punto mínimo se cambian, de las coordenadas geocéntricas fijadas en la Tierra (ECEF) a las coordenadas geodésicas latitud-longitud-altitud. Entre estas coordenadas se buscan los datos de altitud y, si son demasiado altos o demasiado bajos, puede deducirse que la ubicación determinada no es correcta. Después de esto, se efectúa la nueva optimización de una función de coste. En la nueva optimización es posible, por tanto, utilizar otra estimación de hora y/o ubicación por omisión. Los límites admitidos fijados para los datos de altitud pueden ser, p. ej., -500 m (por debajo del nivel del mar/suelo) y +10 km. Los datos de altitud fuera de estos límites, normalmente, indican que la posición es demasiado baja o demasiado alta con respecto a la superficie terrestre. Debido a la geometría (orbital) de los satélites, la altitud en un punto mínimo erróneo es, típicamente, 300 km o 600 km demasiado alto o demasiado bajo con respecto a la superficie terrestre.
Las funciones del procedimiento según la invención pueden implementarse en gran medida como programas en una unidad 9 de control, ventajosamente como códigos de programa de una unidad DSP de procesamiento de señales digitales. La función de coste, preferiblemente, se almacena en una memoria 11 y/o en el código de programa de la unidad 9 de control.
Se forma un reloj de referencia, por ejemplo, utilizando un reloj de tiempo real (RTC) en el receptor MS, o bien también puede formarse por medio de un reloj externo (no mostrado), o bien los datos de hora pueden obtenerse desde una red externa, tal como una red de comunicación móvil.
Los medios MT de comunicación móvil, preferiblemente, comprenden una segunda antena 12, una pieza 13 de radio, medios de audio, tal como un códec 14a, un altavoz 14b y un micrófono 14c, una pantalla 15 y un teclado 16, y una memoria 11. El bloque 9 de control puede ser, al menos parcialmente, común para realizar las funciones del receptor PR y para realizar las funciones del medio MT de comunicación móvil, o bien pueden emplearse procesadores separados, o similares, para estas funciones.
Es obvio que la presente invención no se limita únicamente a las realizaciones anteriormente presentadas, sino que puede modificarse dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (18)

1. Un procedimiento para realizar una localización, que comprende las etapas de recibir una señal de espectro extendido modulada con un código de repetición y transmitida por satélites (SV1-SV4), efectuar una adquisición para la señal modulada de espectro extendido recibida, medir la fase de código de la señal modulada por espectro extendido recibida, recibir los parámetros de efemérides de los satélites que se utilizan en la localización, determinar una función de coste, y llevar a cabo una fase de optimización para minimizar la función de coste, para hallar una ubicación, caracterizado porque la función de coste comprende un operador fraccionario como su argumento, estando dicho operador fraccionario definido por la retirada de la parte entera del argumento de la operación de fraccionamiento, en el que queda una fracción, y porque el operando de dicho operador fraccionario comprende al menos un error residual formado por una diferencia entre un tiempo estimado de propagación desde el satélite al receptor, y una parte de la medición del tiempo de propagación real de la señal, en el que el tiempo estimado de propagación se forma al menos sobre la base de los parámetros de efemérides, el tiempo estimado y la posición estimada del receptor, y la parte de la medición del tiempo real de propagación se forma al menos sobre la base de la fase de código medida.
2. El procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho error, o errores, residual(es) se
forma(n) restando el tiempo estimado de propagación de la señal desde un satélite al receptor de localización de la suma de la fase de código, la compensación estimada de un error de medición y un error de reloj del receptor de localización.
3. El procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la suma de dos, o múltiples, errores residuales se utiliza como el argumento del operador fraccionario.
4. El procedimiento según la reivindicación 1, 2 o 3, caracterizado porque como dicha función de coste se emplea la función:
6
en la que
7
es el tiempo estimado de propagación de la señal desde un satélite Sv_{i} a un receptor de localización,
t es el tiempo
x es la posición del receptor de localización,
\beta es el error del reloj del receptor de localización, en milisegundos
\phi_{i} es la fase de código de la señal del satélite Sv_{i} en el receptor de localización,
\varepsilon_{i} es la compensación estimada de un error de medición (corrección de seudodistancia) que comprende el retardo grupal, la corrección de tiempo de los satélites y la corrección de la ionosfera,
s_{i}(t) es la posición del satélite Sv_{i} en el instante t,
frac es el operador fraccionario,
c es la velocidad de la luz.
\vskip1.000000\baselineskip
5. El procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho operador fraccionario se determina de la siguiente manera: frac r = r - redondeo de r.
6. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque, a fin de realizar la fase de optimización, se selecciona un valor por omisión para el error de tiempo y la ubicación del receptor.
7. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las señales transmitidas por al menos cinco satélites se utilizan en la localización.
8. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque, en el procedimiento, se buscan al menos dos puntos mínimos locales, en el que la ubicación del receptor se determina sobre la base del menor punto mínimo local determinado en dicha fase de optimización.
9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque, después de la fase de optimización, se comparan los datos de altitud de la ubicación correspondiente al punto mínimo de la función de coste con el valor mínimo y el valor máximo predeterminados, en el que, en caso de que los datos de altitud sean menores que dicho valor mínimo, o mayores que dicho valor máximo, se lleva a cabo una nueva fase de optimización; en otros casos, se determina la ubicación del receptor sobre la base de un punto mínimo local determinado en dicha fase de optimización.
10. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la minimización de la función de coste se repite con la fórmula
8
en el que
9
10
en el que u_{i} es el vector unitario desde el receptor PR al satélite Sv_{i} y v_{i} = s_{i} (t - \tau_{i}).
\vskip1.000000\baselineskip
11. Un dispositivo electrónico (MS) que comprende medios (PR) para llevar a cabo la localización, que comprenden medios (1 a 6) para recibir una señal de espectro extendido modulada con un código de repetición y transmitida por satélites (SV1 a SV4); medios (8, 9) para llevar a cabo la adquisición de la señal modulada por espectro extendido recibida; medios (9, DSP) para medir la fase de código de la señal modulada por espectro extendido recibida; medios (1 a 6, 12, 13) para recibir los parámetros de efemerides de satélites a utilizar en la localización, medios (9, 11, DSP) para determinar la función de coste, y medios (9, DSP) para minimizar la función de coste, caracterizado porque la función de coste comprende un operador fraccionario como su argumento, estando dicho operador fraccionario definido por quitar la parte entera del argumento de la operación fraccionaria, en la que queda una fracción, y porque el operando de dicho operador fraccionario comprende al menos un error residual formado por una diferencia entre un tiempo estimado de propagación desde el satélite al receptor y una parte de una medición del tiempo real de propagación de la señal, en la que el tiempo estimado de propagación se forma sobre la base de los parámetros de efemerides, y la parte de la medición del tiempo real de propagación se forma sobre la base de la fase de código medida.
12. El dispositivo electrónico según la reivindicación 11, caracterizado porque la suma de dos, o múltiples, errores residuales, se utiliza como el argumento del operador fraccionario.
13. El dispositivo electrónico según las reivindicaciones 11, 12, caracterizado porque la función de coste utilizada es la función:
11
en el que
12
es el tiempo estimado de propagación de la señal desde un satélite Sv_{i} a un receptor de localización,
t es el tiempo
x es la posición del receptor de localización,
\beta es el error del reloj del receptor de localización, en milisegundos
\phi_{i} es la fase de código de la señal del satélite _{i},
\varepsilon_{i} es la compensación estimada de un error de medición (corrección de seudodistancia) que comprende el retardo grupal, la corrección de hora de los satélites y la corrección de la ionosfera,
s_{i}(t) es la posición del satélite _{i} en el instante t,
frac es el operador fraccionario,
c es la velocidad de la luz.
\vskip1.000000\baselineskip
14. El dispositivo electrónico según la reivindicación 13, caracterizado porque dicho operador fraccionario se determina según lo siguiente: frac r = r - redondeo de r.
15. El dispositivo electrónico según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque se selecciona un valor por omisión para su error de hora y la posición del receptor.
16. El dispositivo electrónico según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque los medios (1 a 6) para recibir una señal transmitida por los satélites (SV1 a SV4) y modulada por espectro extendido por el código de repetición comprenden medios (8) para recibir señales enviadas por al menos cinco satélites.
17. El dispositivo electrónico según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16, caracterizado porque comprende medios (9) para detectar al menos dos puntos mínimos locales de la función de coste, y medios (9) para determinar la posición del receptor sobre la base del menor punto mínimo local.
18. El dispositivo electrónico según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizado porque comprende medios (1 a 8) para comparar los datos de altitud de una posición correspondiente al punto mínimo de la función de coste con un valor mínimo y máximo predeterminados, en donde se ha dispuesto que se lleve a cabo una nueva fase de optimización, en caso de que los datos de altitud sean menores que dicho valor mínimo o mayores que dicho valor máximo, y se ha dispuesto que la posición del receptor se determine sobre la base del punto local mínimo, en caso de que los datos de altitud sean mayores o iguales que dicho valor mínimo, o menores o iguales que dicho valor máximo.
ES02256390T 2001-09-17 2002-09-16 Procedimiento y dispositivo electronico de localizacion. Expired - Lifetime ES2323224T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20011828A FI110455B (fi) 2001-09-17 2001-09-17 Menetelmä sijainninmäärityksen suorittamiseksi ja elektroniikkalaite
FI20011828 2001-09-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2323224T3 true ES2323224T3 (es) 2009-07-09

Family

ID=8561905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES02256390T Expired - Lifetime ES2323224T3 (es) 2001-09-17 2002-09-16 Procedimiento y dispositivo electronico de localizacion.

Country Status (11)

Country Link
US (1) US6784834B2 (es)
EP (1) EP1293797B1 (es)
JP (1) JP2003121529A (es)
KR (1) KR100990897B1 (es)
CN (1) CN100354645C (es)
AT (1) ATE429652T1 (es)
BR (1) BR0203730A (es)
CA (1) CA2402175C (es)
DE (1) DE60232049D1 (es)
ES (1) ES2323224T3 (es)
FI (1) FI110455B (es)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI114173B (fi) * 2002-05-16 2004-08-31 Nokia Corp Menetelmä elektroniikkalaitteen sijainnin määrittämiseksi, järjestelmä ja elektroniikkalaite
US20040029593A1 (en) * 2002-08-09 2004-02-12 Skinner Davey N. Global positioning system receiver with high density memory storage
FR2849209B1 (fr) * 2002-12-19 2007-04-06 Agence Spatiale Europeenne Procede et systeme de navigation en temps reel a l'aide de signaux radioelectriques a trois porteuses emis par des satellites et de corrections ionospheriques
JP2005292082A (ja) * 2004-04-05 2005-10-20 Denso Corp 衛星航法用制御装置
US7395074B2 (en) * 2004-04-08 2008-07-01 Nokia Corporation Position detection with frequency smoothing
JP4848739B2 (ja) * 2005-11-01 2011-12-28 ソニー株式会社 物理量検出装置および撮像装置
US7616153B2 (en) * 2006-08-04 2009-11-10 Seiko Epson Corporation Electronic device and time adjustment method
US7636060B2 (en) * 2007-01-05 2009-12-22 Mediatek Inc. Method and apparatus for collecting subframes of satellite navigation data
CN108873023B (zh) * 2017-05-15 2022-01-11 上海华测导航技术股份有限公司 一种提高定位精度的观测量的处理方法
CN111538038A (zh) * 2020-04-21 2020-08-14 西安交通大学 一种gps卫星信号室内覆盖系统的实现方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5548293A (en) 1993-03-24 1996-08-20 Leland Stanford Junior University System and method for generating attitude determinations using GPS
US5491645A (en) 1993-10-13 1996-02-13 International Business Machines Corporation Method and system for N-track correlation
US6181274B1 (en) * 1998-06-30 2001-01-30 Massachusetts Institute Of Technology Satellite navigation receiver for precise relative positioning in real time
US6748224B1 (en) * 1998-12-16 2004-06-08 Lucent Technologies Inc. Local positioning system
US6408178B1 (en) * 1999-03-29 2002-06-18 Ericsson Inc. Systems and methods for resolving GPS pseudo-range ambiguity
US6466164B1 (en) * 2001-09-10 2002-10-15 Nokia Mobile Phones Ltd. Method and apparatus for calculating pseudorange for use in ranging receivers

Also Published As

Publication number Publication date
ATE429652T1 (de) 2009-05-15
FI110455B (fi) 2003-01-31
US20030058162A1 (en) 2003-03-27
KR20030024590A (ko) 2003-03-26
EP1293797A1 (en) 2003-03-19
CN1409126A (zh) 2003-04-09
KR100990897B1 (ko) 2010-11-01
JP2003121529A (ja) 2003-04-23
CA2402175C (en) 2005-05-03
EP1293797B1 (en) 2009-04-22
US6784834B2 (en) 2004-08-31
FI20011828A0 (fi) 2001-09-17
CN100354645C (zh) 2007-12-12
DE60232049D1 (de) 2009-06-04
BR0203730A (pt) 2003-06-03
CA2402175A1 (en) 2003-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100958090B1 (ko) 향상된 자율 위치 확인 시스템을 위한 방법 및 장치
ES2352994T3 (es) Receptor gps y método para procesamiento de señales gps.
US6671620B1 (en) Method and apparatus for determining global position using almanac information
ES2262744T3 (es) Metodo y mecanismo para determinar el tiempo en un sistema de posicionamiento de satelite.
KR101068322B1 (ko) 위성 위치확인 시스템 수신기에서의 시간 결정 방법
US7439907B2 (en) Navigation signal receiver trajectory determination
KR100904016B1 (ko) Gps 신호의 시간-자유 처리
ES2373819T3 (es) Receptor gps perfeccionado que utiliza información de la posición de los satélites para compensar el efecto doppler.
JP4896746B2 (ja) 衛星を利用した移動端末の測位
KR101000984B1 (ko) 위성 위치 확인 시스템에서 거리 변화율 측정값을 이용하여위치를 검증하는 방법 및 장치
EP1752784B1 (en) Cellphone GPS positioning system
US20080270026A1 (en) Method and apparatus in positioning without broadcast ephemeris
US20060049982A1 (en) Method of and system for reducing a time to fix in a location-enabled receiver
JP2005539204A (ja) Gps信号の高速取得
JP2008503191A (ja) デジタル写真に地理的位置データを記述したタグを付けるための方法および装置
US6476762B2 (en) Method for performing positioning and an electronic device
EP1115008B1 (en) A method for determining reference time error and an electronic device
ES2287223T3 (es) Sistema de correlacion cruzada para la recuperacion de tiempo en un posicionamiento gps asistido por red.
ES2323224T3 (es) Procedimiento y dispositivo electronico de localizacion.
EP1146349A2 (en) A method for performing location determination and its corresponding receiver
JP2009025292A (ja) テレビジョン信号の監視ユニット
JP5302902B2 (ja) Gps信号を捕捉してユーザ受信機の場所を素早く求めるための方法およびシステム
FI108580B (fi) Menetelmä kohteen sijainnin määrittämiseksi, sijainninmääritysjärjestelmä, vastaanotin ja elektroniikkalaite
US7161533B2 (en) Method and a system for positioning, and an electronic device
ES2312330T3 (es) Metodo para realizar determinaciones de posicion y dispositivo electronico.