ES2331912T3 - Navegacion de terreno pasiva. - Google Patents
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Abstract
Una disposición de navegación de terreno pasiva (300) que comprende: un sistema receptor de radio (310) adaptado para recibir una señal de satélite reflejada por la tierra (SDr) desde al menos una fuente de señal de referencia (120) cuya posición es conocida, y sobre esta base, obtener una estimación medida (^d 1) de la distancia de reflexión más corta a la al menos una fuente de señal de referencia (120), que se caracteriza porque comprende, además, una unidad de medición inercial (320) adaptada para registrar un movimiento espacial relativo (Deltax, Deltay, Deltah) de la disposición (300), una base de datos de terreno (330) que contiene información sobre la superficie (Sigmahxy) que se refieren a las elevaciones (h1) de la superficie terrestre (130) en relación con el nivel medio del mar (z0) en las posiciones geográfica dadas (x1, y1), y una unidad de proceso (340) adaptada para recibir al menos una señal que representa el movimiento espacial relativo (Deltax, Deltay, Delta), extraer la información de superficie (Sigmahxy) de la base de datos de terreno (330), y sobre esta base, obtener al menos una estimación calculada (d1) de la distancia de reflexión más corta a la al menos una fuente de señal de referencia (120), estando adaptada la unidad de proceso (340) para determinar la posición geográfica (x0, y0, h0) sobre la base de la estimación medida (^d 1) y la al menos una estimación calculada (d 1).
Description
Navegación de terreno pasiva.
La presente invención se refiere en general a la
navegación de terreno sobre la base de una recepción de señal
pasiva. Más en particular, la invención se refiere a una disposición
de navegación de terreno que no emite señales de acuerdo con la
reivindicación 1 y a un procedimiento de navegación de terreno de
acuerdo con la reivindicación 5. La invención también se refiere a
un programa de ordenador de acuerdo con la reivindicación 8 y a un
medio legible por ordenador de acuerdo con la reivindicación 9.
En las últimas décadas, se han desarrollado
sistemas de navegación que facilitan la determinación de una
posición en comparación espectacular con los anteriores
procedimientos conocidos. Estos sistemas de navegación determinan
posiciones sobre la base de señales de radio precisas recibidas de
una pluralidad de satélites (por lo menos cuatro) y se les conoce
comúnmente como sistemas de navegación global por satélite (GNSS).
Existen varios estándares de GNSS de los cuales los ejemplos más
importantes son el GPS (Sistema de Posicionamiento Global,
gestionado por el Gobierno de los EE.UU), GLONASS (Sistema de
Satélites de Navegación Global, gestionado por el Ministerio de
Defensa de la Federación de Rusia) y el sistema Galileo (el programa
Europeo de servicios de navegación globales, que ofrece el servicio
EGNOS (Servicio Europeo de Superposición de Navegación
Geoestacionario), desarrollado por una colaboración entre la
Agencia Espacial Europea y la Unión Europea).
Aunque los GNSS que se han mencionado más arriba
generalmente proporcionan información sobre la posición
relativamente precisa, la navegación basada en GNSS puede ser
problemática si por alguna razón, las señales de radio no pueden
ser recibidas de un número suficientemente grande de satélites
durante un tiempo prolongado, por ejemplo durante 10 segundos o
más. Por ejemplo, una interrupción de la señal de radio de este tipo
se puede producir si los vectores de la línea de visión del
receptor a uno o más de los satélites a los que el receptor está
enclavado se encuentran cubiertos por obstáculos. Las señales de
radio de los satélites también pueden quedar bloqueadas
(intencionadamente o no) o ser falseadas. Por lo tanto, al menos en
aplicaciones militares, a menudo es deseable integrar el receptor
GNSS con un INS (Sistema Inercial de Medición) y con un sistema de
navegación de terreno, de manera que los sistemas puedan ayudar y
dar soporte unos a los otros. De hecho, un receptor GNSS y un INS
se complementan bastante bien debido a sus diferencias
fundamentales.
Un receptor GNSS y un INS miden diferentes
cantidades. Los acelerómetros, que se encuentra en sensores
inerciales miden las fuerzas específicas que se transladan a un
marco de coordenadas conocido con la ayuda de mediciones derivadas
de un girómetro proporcional. A continuación se aplican las leyes de
movimiento de Newton para proporcionar información de la velocidad
y de la posición. Un GNSS es un sistema de navegación por radio. Por
lo tanto, el receptor GNSS mide rangos de satélites a usuarios, y
de estas medidas se pueden obtener la posición y la velocidad de un
usuario. Además, las mediciones GNSS tienen una estabilidad a largo
plazo, pero sin embargo, un comportamiento ruidoso. Por el
contrario, las mediciones INS son estables solamente a corto plazo,
pero son menos ruidosas que los receptores GNSS. Por otra parte,
como se ha mencionado más arriba, puesto que todos los GNSS son
sistemas de navegación por radio, son sensibles a las perturbaciones
externas de las frecuencias de radio, mientras que el INS no lo es
puesto que es un sistema autónomo. De esta manera, una integración
de un GNSS y de un INS parece combinar lo mejor de ambos
sistemas.
En la navegación de terreno, la posición se
estima utilizando una base de datos del terreno y un sensor para
medir la distancia de una aeronave al suelo, junto con un sensor
para medir el movimiento relativo de la aeronave. De manera similar
a las mediciones GNSS, un sistema de navegación de terreno es
estable a largo plazo pero sin embargo es relativamente
ruidoso.
Ya se conocen varias soluciones para combinar un
receptor GNSS con un INS, por ejemplo por medio de la patente
norteamericana número 6.449.559. Este documento describe una
solución de posicionamiento totalmente acoplado, en el que los
datos del INS están integrado con los datos del GPS por medio de un
filtro Kalman. De esta manera, se puede lograr una precisión de
posicionamiento, lo cual es mejor que lo que sería posible obtener
con solamente un receptor GPS.
Como contraste, la patente norteamericana número
6.256.559 describe una solución solamente basada en GPS para
determinar la altura de una aeronave por encima del suelo, en la
que se miden tanto una señal directa como una señal de un satélite
que se refleja en tierra. De esta manera, se logra un altímetro
pasivo fiable. Sin embargo, solamente se explican las mediciones de
altitud, no el posicionamiento.
Por lo tanto, el estado de la técnica anterior
incluye soluciones de navegación donde se combinan un receptor GNSS
y un INS, así como una solución de altímetro mediante el cual se
registran las señales del satélite reflejadas en la tierra. Sin
embargo, todavía no hay una solución de navegación estrictamente
pasiva que genere datos fiables de posición también bajo
condiciones en las que solamente se encuentran disponibles señales
de muy pocos satélites (por ejemplo, de menos de cuatro).
Por lo tanto, el objeto de la presente invención
es proporcionar una solución de navegación pasiva, que alivia el
problema anterior y de esta manera ofrece datos de posición
altamente fiables sobre la base de las señales externas de un
número de satélites tan pequeño como uno.
De acuerdo con un aspecto de la invención, el
objeto se alcanza mediante una disposición de navegación de terreno
pasiva que incluye un sistema receptor de radio, una unidad de
medición inercial, una base de datos del terreno y una unidad de
proceso. El sistema receptor de radio está adaptado para recibir una
señal de satélite reflejada por la tierra desde al menos una fuente
de señal de referencia cuya posición es conocida, por ejemplo, un
satélite de navegación, un avión o una estación base de radio. Sobre
la base de esta señal, el sistema receptor de radio obtiene una
estimación medida de la distancia de reflexión más corta al
satélite. La unidad de medición inercial está adaptada para
registrar un movimiento espacial relativo de la disposición y
producir al menos una señal que refleje este movimiento. La base de
datos del terreno contiene información de la superficie que se
refiere a las elevaciones de la superficie de la tierra en relación
con el nivel medio del mar en las posiciones geográficas dadas. La
unidad de proceso está adaptada para recibir la al menos una señal
que refleja el movimiento espacial relativo. La unidad de proceso
también está adaptada para extraer la información de superficie de
la base de datos del terreno. Sobre la base de esta información y de
la señal de información del movimiento, la unidad de proceso
obtiene al menos una estimación calculada de la distancia de
reflexión más corta a la al menos una fuente de señal de referencia.
La unidad de proceso está adaptada además para determinar una
posición geográfica sobre la base de las estimaciones medidas y
calculadas de la distancia de reflexión más corta. Preferiblemente,
se calcula una pluralidad de estimaciones, y de forma iterativa
para cada estimación se realiza un posicionamiento
correspondiente.
Una ventaja importante que se obtiene de esta
manera es que se consiguen una precisión relativamente alta así
como una buena fiabilidad. Al mismo tiempo, el régimen de navegación
es completamente silencioso, es decir, la disposición no emite
ninguna señal que la pueda revelar. Por lo tanto, la disposición es
muy adecuada para aplicaciones militares en las que, en general, es
deseable una operación sigilosa.
De acuerdo con una realización preferida de este
aspecto de la invención, la unidad de proceso está adaptada para
determinar la posición geográfica sobre la base de una distribución
de probabilidad. Esta distribución describe la probabilidad de que
la disposición se encuentre en una posición geográfica específica
siempre que se obtenga una estimación medida particular respectiva
de una estimación calculada particular de la distancia de reflexión
más corta. Así, una descripción probabilística de la relación entre
las posiciones y distancias de reflexión permite que se determine
la posición. La descripción probabilística, a su vez, viene dada por
una función de error que expresa el error de medición cuando se
obtiene la estimación medida de la distancia de reflexión más corta
al satélite (es decir, la medición de la distancia se basa en la
señal que es recibida por el sistema receptor de radio). Por lo
tanto, la distribución de probabilidad puede ser asignada
teóricamente o ser determinada por medio de mediciones y no hay
limitaciones con respecto al modelo estadístico. Esto proporciona
una elevada flexibilidad así como una gran precisión.
De acuerdo con otra realización preferida de
este aspecto de la invención, la disposición de navegación de
terreno incluye un altímetro basado en barómetro, que está adaptado
para registrar una medida de altitud en relación con el nivel medio
del mar. La unidad de medición inercial está adaptada para recibir
la medida de altitud, y sobre la base de la misma, calibrar sus
mediciones del movimiento de altitud relativa. De esta manera, las
mediciones relativas pueden ser calibradas repetidamente sin que se
requieran señales adicionales de ningún satélite. Naturalmente,
esta es una característica deseable.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, el
objeto se alcanza mediante un procedimiento de navegación pasiva,
que incluye los etapas de: registrar un movimiento espacial
relativo; recibir una señal de satélite reflejada por la tierra
desde al menos una fuente de señal de referencia; obtener una
estimación medida de la distancia de reflexión más corta a la al
menos una fuente de señal de referencia sobre la base de la señal
de satélite recibida refleja por la tierra; extraer la información
de superficie que se refiere a la elevación de la superficie
terrestre en relación con el nivel medio del mar en la al menos una
posición geográfica; obtener por lo menos una estimación calculada
de la distancia de reflexión más corta a la al menos una fuente de
señal de referencia sobre la base del movimiento espacial relativo y
de la información sobre la superficie; y determinar una posición
geográfica sobre la base de la estimación medida y en la al menos
una estimación calculada de la distancia de reflexión más
corta.
Preferiblemente, la posición geográfica se
determina sobre la base de una distribución de probabilidad que
describe la probabilidad de que la disposición se encuentre situada
en una posición geográfica determinada, siempre que se obtenga una
estimación medida particular con respecto a una estimación calculada
particular de la distancia de reflexión más corta. Además, es
preferible obtener la al menos una estimación calculada de la
distancia de reflexión más corta con respecto al menos a dos
posiciones geográficas provisionales. A continuación se calcula una
probabilidad de que la señal de satélite reflejada por la tierra
fuese medida en cada una de las citadas posiciones geográficas
provisionales. Finalmente, la posición geográfica se determina
sobre la base de una estimación calculada de la distancia de
reflexión más corta que está asociada con una probabilidad que
supera un valor umbral. De esta manera, se puede conseguir una buena
precisión.
Las ventajas de este procedimiento serán
evidentes por la explicación que se ha proporcionado con
anterioridad en la presente memoria descriptiva con referencia a la
disposición propuesta.
De acuerdo con un aspecto adicional de la
invención, el objeto se alcanza por medio de un programa informático
que se puede cargar directamente en la memoria interna de un
ordenador, que comprende programas lógicos para ejecutar el
procedimiento que se ha propuesto con anterioridad cuando el citado
programa se ejecuta en un ordenador.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, el
objeto se alcanza por un medio legible por ordenador que tiene un
programa grabado en el mismo, en el que el programa hace que un
ordenador ejecute el procedimiento que se ha propuesto más
arriba.
De ese modo, la invención ofrece una excelente
herramienta de navegación para las aplicaciones críticas en las que
se desea una alta precisión y una alta fiabilidad, y al mismo
tiempo, en las que cualquier señal de emisión debe ser
minimizada.
Otras ventajas, características ventajosas y
aplicaciones adicionales de la presente invención serán evidentes
con la descripción que sigue y con las reivindicaciones
dependientes.
La presente invención se explicará a
continuación con más precisión por medio de realizaciones
preferidas, que se desvelan como ejemplos, y con referencia a los
dibujos adjuntos.
la figura 1
- \quad
- ilustra las diferencias entre la determinación de la posición de una aeronave por medio de un receptor GNSS de la técnica anterior y por medio de la disposición de navegación de terreno propuesta,
la figura 2
- \quad
- ilustra el procedimiento de navegación de acuerdo con la invención,
la figura 3
- \quad
- muestra un diagrama de bloques de una disposición de navegación de terreno pasiva de acuerdo con una realización de la invención, y
la figura 4
- \quad
- ilustra, por medio de un diagrama de flujo, un procedimiento general de navegación de acuerdo con la invención.
La figura 1 ilustra un procedimiento de
navegación conocido y el procedimiento de navegación de acuerdo con
la invención. Tradicionalmente, una aeronave 110 equipada con un
receptor GNSS puede determinar su posición x_{0}, y_{0},
h_{0} recibiendo señales en el GNSS de al menos cuatro satélites
de navegación diferente. Por razones de una presentación simple, la
figura 1 solamente muestra uno de estos satélites 120. Sobre la
base de las señales del satélite recibidas, el receptor GNSS
determina una distancia correspondiente d_{0}^{A},
d_{0}^{B}, d_{0}^{C} y d_{0}^{D} a cada satélite. Sobre
la base de estas distancias d_{0}^{A}, d_{0}^{B},
d_{0}^{C}, d_{0}^{D} y de una referencia de tiempo, entonces
es posible determinar la posición del receptor por medio de
triangulación. Es decir, la posición de cada satélite es conocida y
se le indica al receptor GNSS por medio de las señales respectivas
junto con una señal de reloj. Como se ha mencionado con
anterioridad, una o más de las señales del satélite pueden estar
impedidas de llegar al receptor GNSS en la aeronave 110. En ese
caso, la posición de la aeronave 110 no puede ser determinada
exclusivamente por medio de un receptor GNSS estándar.
Sin embargo, de acuerdo con la invención, se
utiliza una señal S_{Dr} de satélite que se refleja en tierra del
satélite 120 de navegación. De esta manera, la señal S_{Dr} no ha
recorrido la distancia más corta d_{0}^{A} (línea de visión)
entre el satélite 120 y la aeronave 110. Por el contrario, la señal
S_{Dr} ha rebotado una vez contra la superficie 130 de la tierra.
Sin embargo, se supone que la señal recibida S_{Dr} ha viajado la
distancia de reflexión más corta posible d_{1} desde el satélite
120 a la aeronave 110. Esta es una suposición racional puesto que
un receptor estándar GNSS está diseñado típicamente para detectar la
primera señal recibida con el fin de suprimir cualesquiera señales
de trayectoria múltiple. Por lo tanto, situando la antena de un
receptor estándar GNSS en un lateral de la aeronave 110 que está
orientado hacia la dirección general de la superficie terrestre 13,
se consigue un medio adecuado para recibir la señal S_{Dr} de
satélite reflejada por la tierra, que se ha desplazado la distancia
de reflexión más corta del satélite a la aeronave 110.
Como se ha mencionado con anterioridad, la
posición x_{2}, y_{2}, h_{2} del satélite 120 es conocida, y
esta información se remite a la disposición de navegación en la
aeronave 110 por medio de la señal S_{Dr}. Como alternativa, o
como complemento, la información de posición x_{2}, y_{2},
h_{2} puede ser transmitida a la aeronave 110 por medio de una
señal directa (línea de visión) desde el satélite 120. Es ventajoso
recibir tanto una señal directa como una señal que se refleja en la
tierra del uno y mismo satélite, debido a que de esta manera,
restando la señal directa de la señal reflejada en la tierra, es
posible eliminar los efectos de cualquier error de sincronización
entre la señal de reloj en el satélite 120 y la señal de reloj local
en la disposición de navegación. Esto, a su vez, hace que sea
posible evitar un error de altitud sistemática en los cálculos.
Por otra parte, una estimación medida
\hat{d}_{1} de la distancia de reflexión más corta entre el
satélite 120 y la aeronave 110 se puede obtener de la señal
S_{Dr} de satélite reflejada por la tierra. La estimación medida
\hat{d}_{1} puede ser expresada como sigue:
\hat{d} _{1} =
d_{1} +
e_{1}
en la
que
- \quad
- d_{1} representa la distancia real reflejada más corta posible entre el satélite 120 y la aeronave 110, y
- \quad
- e_{1} representa un error de medición que tiene una distribución f_{e1}(\bullet).
\vskip1.000000\baselineskip
La distribución f_{e1}(\bullet) puede
ser asignada teóricamente o bien puede ser determinada por medio de
mediciones. La distribución f_{e1}(\bullet)puede
ser una distribución de Gauss, pero sin embargo también puede tener
igualmente bien una distribución diferente. El error de medición
e_{1} incluye al menos dos componentes separados, de los cuales
uno primero representa una medición del ruido (es decir,
distorsiones de las señales causadas, por ejemplo, por las
propiedades de la atmósfera y la superficie de la tierra), y uno
segundo representa el hecho de que en realidad puede no ser la señal
que ha recorrido la distancia más corta que se recibe (por ejemplo,
porque este rayo particular haya sido atenuado mucho antes de
alcanzar la aeronave 110).
En cualquier caso, la distancia real reflejada
posible d_{1} más corta entre el satélite 120 y la aeronave 110
está dada por una expresión de distancia:
en la
que
- \quad
- x_{0} e y_{0} indican las coordenadas geográficas de la aeronave 110, h_{0} representa la altitud de la aeronave 110 sobre el nivel medio z_{0} del mar, x_{1} e y_{1} indican las coordenadas geográficas de un punto de reflexión donde la señal S_{Dr} rebota contra la superficie terrestre 130 para recorrer la distancia reflejada más corta d_{1} a la aeronave 110,
- \quad
- h_{1} es la elevación 130 de la superficie de la tierra sobre el nivel medio del mar z_{0} en el punto de reflexión x_{1}, y_{1},
- \quad
- x_{2} e y_{2} indican las coordenadas geográficas del satélite 120, y h_{2} representa la altitud 120 del satélite sobre el nivel medio del mar z_{0}.
\vskip1.000000\baselineskip
Los parámetros x_{2}, y_{2} y h_{2} se
conocen por la señal S_{Dr} (y/o una señal directa desde el
satélite 120). Una base de datos en la disposición propuesta
contiene información de la superficie que se refiere a la elevación
de la superficie terrestre 130 en relación con el nivel medio del
mar z_{0} en un gran número de posiciones geográficas, por
ejemplo, separadas 50 metros una de la otra. Sobre la base de la
información de superficie almacenada, se pueden obtener los
parámetros x_{1}, y_{1} y h_{1}. En otras palabras, h_{1}
se describe por una función no lineal de x_{1} e y_{1} y está
dada por los datos de terreno almacenados. Los parámetros x_{0},
y_{0} y h_{0} representan información que refleja las
coordenadas espaciales geográficas actuales de la aeronave 110.
A continuación se considerará el problema del
posicionado desde otro punto de vista. Es decir, se supone que no
se conocen las coordenadas espaciales geográficas x_{0}, y_{0} y
h_{0} de la aeronave 110, y además se supone que se tiene una
estimación medida \hat{d}_{1} de la distancia de reflexión más
corta entre el satélite 120 y la aeronave 110 (que es proporcionada
por la señal recibida S_{Dr}). Por el contrario, ahora se desea
calcular una probabilidad p(x_{0}, y_{0}, h_{0}) de que
la aeronave 110 se encuentre situada en una posición geográfica
específica x_{0}, y_{0}, h_{0}. Esto puede ser realizado
estudiando la expresión:
p(x_{0}, y_{0}, h_{0}) =
f_{e _{1}} (\hat{d} -
d_{1})
en la que la distancia d_{1} se
obtiene evaluando la expresión de distancia que se ha mencionado más
arriba en las coordenadas x_{0}, y_{0}, h_{0}. Las
coordenadas x_{0}, y_{0}, h_{0}, a su vez, pueden ser
obtenidas registrando un movimiento espacial relativo puesto que se
realizó una evaluación previa. Este procedimiento se discutirá más
adelante en referencia a la figura 2, que muestra una aeronave 110
que se sitúa en dos posiciones diferentes. En un primer punto en el
tiempo t_{a}, la aeronave 110 se encuentra situada en una primera
posición x_{0}, y_{0}, h_{0}. Aquí, una señal de un satélite
de navegación 120 recorre la distancia reflejada más corta
d_{1}(t_{a}) a la aeronave 110. En un segundo punto de
tiempo t_{b} un poco posterior, la aeronave 110 se encuentra
situada en una segunda posición, y la distancia reflejada más corta
entre el satélite 120 y la aeronave 110 por el contrario está dada
por
d_{1}(t_{b}).
Una unidad de medición inercial en la aeronave
110 ha registrado que en el segundo punto de tiempo t_{b}, la
aeronave 110 se ha movido una distancia en el espacio que está
representada por un conjunto de coordenadas relativas \Deltax,
\Deltay y \Deltah, respectivamente, puesto que una determinación
de posición previa se realizó en el primer punto de tiempo t_{a}.
De esta manera, en tb es razonable asumir (al menos
provisionalmente) que la aeronave 110 se encuentra en una posición
estimada x_{0} + \Deltax, y_{0} + \Deltay, h_{0} +
\Deltah. Sin embargo, debido a las imperfecciones de la unidad de
medición inercial, la aeronave puede estar situada en una posición
diferente, especialmente si la diferencia de tiempo entre t_{b} y
t_{a} es relativamente grande.
Por lo tanto, es preferible realizar una
estimación de la distancia d_{1}, no solamente en x_{0} +
\Deltax, y_{0} + \Deltay, h_{0} + \Deltah. Sin embargo
también en una serie de puntos provisionales en su proximidad. En
la figura 2 se ilustra un volumen x_{0}', y_{0}', h_{0}', por
ejemplo una esfera o un cubo. Una pluralidad de tales posiciones
geográficas provisionales puede ser seleccionada de este volumen
x_{0}', y_{0}', h_{0}', que puede tener, o no, su centro en
x_{0} + \Deltax, y_{0} + \Deltay, h_{0} + \Deltah.
Puntos provisionales específicos en el volumen x_{0}', y_{0}',
h_{0}' pueden ser seleccionados para el cálculo de una
probabilidad respectiva p(x_{0}', y_{0}', h_{0}') para
cada punto aplicando la bien conocida teoría de estimación basada
en la probabilidad, por ejemplo, filtros de partículas, y
suponiendo que la distribución de probabilidad se describe mediante
una función de probabilidad condicional basada en el teorema de
Bayes. Más detalles acerca de los principios detrás de esta
selección de puntos se pueden encontrar en el artículo de
Nereg\ring{a}rd F. et al, "Sistema de Navegación de
Terreno en Tiempo Real, de Elevada Integridad", Svenska
Navigeringsdagarna, 24-25 de abril de 2002,
Estocolmo.
Para cada punto provisional seleccionado en el
volumen x_{0}', y_{0}', h_{0}' se calcula una probabilidad
correspondiente de que la aeronave 110 se encuentre en este punto.
Cualquier probabilidad igual a, o inferior a, un valor umbral se
descarta. Por lo tanto, los cálculos deben repetirse por lo menos
hasta que se encuentre un punto que produzca una probabilidad
superior a este valor umbral. Naturalmente, los cálculos también
pueden continuar con respecto a dos o más puntos que están
asociados con probabilidades superiores al valor umbral hasta que
se consiga una probabilidad suficientemente alta de que la aeronave
110 se encuentre situada en una posición particular. Por último,
esta posición es considerada como las coordenadas geográficas
"verdaderas" de la aeronave 110 en el segundo punto de tiempo
t_{b}.
La figura 3 muestra un diagrama de bloques de
una disposición 300 de navegación de terreno pasiva propuesta. La
disposición 300 incluye un sistema receptor de radio 310, una unidad
de medición inercial 320, una base de datos de terreno 330 y una
unidad de proceso 340. El sistema receptor de radio 310 está
adaptado para recibir una señal S_{Dr} de satélite que se refleja
en la tierra desde al menos un satélite de navegación, tal como 120
en la figura 2. Sobre la base de la señal S_{Dr} en el sistema
receptor de radio 310, se obtiene una estimación medida d_{1} de
la distancia de reflexión más corta a cada uno del al menos un
satélite de navegación. La unidad de medición inercial 320 está
adaptada para registrar un movimiento espacial relativo \Deltax,
\Deltay, \Deltah de la disposición 300. Esto significa que la
unidad 320 puede contener sensores inerciales en forma de
girómetros y acelerómetros, que a su vez generan una o más señales
que reflejan el movimiento espacial relativo \Deltax, \Deltay,
\Deltah. La base de datos de terrenos 330 contiene información de
superficie \Sigma_{hxy} relativas a elevaciones h_{1} de la
superficie de la tierra en relación con el nivel medio del mar en
las posiciones geográficas dadas x_{1}, y_{1}. Como ya se ha
mencionado, estas posiciones geográficas x_{1}, y_{1} pueden
ser representadas por un patrón de unión de cajas de las muestras
con una separación de 50 metros unas de las otras. Sin embargo, por
supuesto, cualquier patrón de muestras alternativo y la distancia
de separación es igualmente aceptable.
La unidad de proceso 340 recibe la(s)
señal(es) que refleja(n) la información del movimiento
espacial relativo \Deltax, \Deltay, \Deltah desde la unidad
de medición inercial 320. La unidad de proceso 340 también recupera
información de superficie \Sigma_{hxy} de la base de datos del
terreno 330. Sobre la base de la información \Deltax, \Deltay,
\Deltah y \Sigma_{hxy}, la unidad de proceso 340 obtiene una
estimación calculada d_{1} de la distancia de reflexión más corta
al satélite desde que se recibe la señal S_{Dr}. La unidad de
proceso 340 también determina una posición geográfica x_{0},
y_{0}, h_{0}, sobre la base de la estimación medida
\hat{d}_{1} y la estimación calculada d_{1} de la distancia de
reflexión más corta, de acuerdo con el procedimiento que se ha
descrito con anterioridad. De esta manera, la unidad de proceso 340
está adaptada preferentemente para determinar la posición geográfica
x_{0}, y_{0}, h_{0} sobre la base de una distribución de
probabilidad, que describe la probabilidad de que la disposición 300
se encuentre situada en una posición geográfica específica x_{0},
y_{0}, h_{0}, siempre que se haya obtenido una estimación
medida particular \hat{d}_{1} respecto de una estimación
calculada particular d_{1} de la distancia de reflexión más
corta.
Además de lo anterior, es preferible que la
disposición 300 incluya un altímetro basado en barómetro, que esté
adaptado para registrar una medida de altura h_{0} en relación con
el nivel medio del mar z_{0}. Es decir, de esta manera la unidad
de medición inercial 320 puede calibrar sus mediciones del
movimiento de altitud relativa \Deltah sobre la base de la medida
de altitud h_{0}.
Con el fin de resumir, el procedimiento general
de la navegación de acuerdo con la invención será descrito a
continuación con referencia al diagrama de flujo de la figura 4.
Una primera etapa 410 registra un movimiento
espacial relativo. Posteriormente (o en paralelo con la misma), una
etapa 420 recibe una señal de satélite reflejada por la tierra desde
al menos un satélite de navegación, por ejemplo, como se ilustra
por medio de la señal S_{Dr} del satélite 120 en la figura 2. A
continuación se obtiene en una etapa 430 una estimación medida de
la distancia de reflexión más corta al menos a un satélite de
navegación de la señal recibida. Después de eso, una etapa 440
extrae la información de la superficie referida a la elevación de
la superficie de la tierra en relación con el nivel medio del mar en
al menos una posición geográfica en las proximidades de una
posición dada por una posición obtenida previamente y el movimiento
espacial relativo registrado. A continuación, una etapa 450 obtiene
al menos una estimación calculada correspondiente de la distancia
de reflexión más corta a al menos el satélite de navegación sobre la
bese del movimiento espacial relativo y de la información de la
superficie. Por último, una etapa 460 determina una posición
geográfica actualizada basada en la estimación medida y al menos en
una estimación calculada de la distancia de reflexión más corta a
al menos un satélite de navegación.
Con el fin de mejorar la precisión de
posicionamiento es preferible repetir las etapas 450 y 460 con una
pluralidad de puntos provisionales en un volumen existente
alrededor de las coordenadas espaciales geográficas que es
producido por el movimiento espacial relativo registrado. Las etapas
450 y 460 se repiten (lo que es ilustrado por medio de flechas de
trazos), hasta que se haya determinado una estimación de posición
que tenga una probabilidad bastante elevada de ser correcta.
Todas las etapas del proceso, así como las sub
secuencias de etapas que se han descrito con referencia a la figura
4 más arriba, se pueden controlar por medio de un aparato de
ordenador programado situado preferiblemente en la disposición de
navegación de terreno propuesta. Además, aunque las realizaciones de
la invención que se han descrito más arriba con referencia a los
dibujos comprenden aparatos de ordenador y procesos informáticos
ejecutados en el aparato informático, de esta manera la invención
también se extiende a los programas informáticos, en particular a
los programas informáticos situados en un portador, adaptados para
la puesta en práctica de la invención. El programa puede estar en
forma de código fuente, código objeto, código fuente intermedio y
código objeto, en forma parcialmente compilada, o en cualquier otra
forma adecuada para su uso en la implementación del proceso de
acuerdo con la invención. El portador puede ser cualquier entidad o
dispositivo capaz de ejecutar el programa. Por ejemplo, el portador
puede comprender un medio de almacenamiento, tal como un ROM
(Memoria de Solo Lectura), por ejemplo un CD (Disco Compacto), o
una ROM de semiconductores, o un medio de registro magnético, por
ejemplo, un disquete floppy o un disco duro. Además, el portador
puede ser un portador transmisible tal como una señal eléctrica u
óptica que puede transmitirse a través de un cable eléctrico u
óptico o mediante radio o por otros medios. Cuando el programa se
realiza en una señal que puede transportarse directamente por medio
de un cable u otro dispositivo o medio, el portador puede estar
constituido por un cable o dispositivo o medio de este tipo.
Alternativamente, el portador puede ser un circuito integrado en el
que el programa está incrustado, estando adaptado el circuito
integrado para realizar los procesos relevantes o para su
utilización en la ejecución de los mismos.
La expresión "comprende/comprendiendo"
cuando se usa en esta memoria descriptiva, tiene el significado de
especificar la presencia de las características indicadas, números
enteros, etapas o componentes. Sin embargo, la expresión no excluye
la presencia o adición de una o más características adicionales,
números enteros, etapas o componentes o grupos de los mismos.
La invención no está limitada a las
realizaciones descritas en las figuras, sino que podría ser
modificada libremente en el alcance de las reivindicaciones.
Claims (10)
1. Una disposición de navegación de terreno
pasiva (300) que comprende:
un sistema receptor de radio (310) adaptado para
recibir una señal de satélite reflejada por la tierra (S_{Dr})
desde al menos una fuente de señal de referencia (120) cuya posición
es conocida, y sobre esta base, obtener una estimación medida
(\hat{d}_{1}) de la distancia de reflexión más corta a la al
menos una fuente de señal de referencia (120), que se
caracteriza porque comprende, además,
una unidad de medición inercial (320) adaptada
para registrar un movimiento espacial relativo (\Deltax,
\Deltay, \Deltah) de la disposición (300),
una base de datos de terreno (330) que contiene
información sobre la superficie (\Sigma_{hxy}) que se refieren
a las elevaciones (h_{1}) de la superficie terrestre (130) en
relación con el nivel medio del mar (z_{0}) en las posiciones
geográfica dadas (x_{1}, y_{1}), y
una unidad de proceso (340) adaptada para
recibir al menos una señal que representa el movimiento espacial
relativo (\Deltax, \Deltay, \Deltah), extraer la información
de superficie (\Sigma_{hxy}) de la base de datos de terreno
(330), y sobre esta base, obtener al menos una estimación calculada
(d_{1}) de la distancia de reflexión más corta a la al menos una
fuente de señal de referencia (120), estando adaptada la unidad de
proceso (340) para determinar la posición geográfica (x_{0},
y_{0}, h_{0}) sobre la base de la estimación medida
(\hat{d}_{1}) y la al menos una estimación calculada
(d_{1}).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Una disposición de navegación de terreno
pasiva (300) de acuerdo con la reivindicación 1, que se
caracteriza porque la unidad de proceso (340) está adaptada
para determinar la posición geográfica (x_{0}, y_{0}, h_{0})
sobre la base de una distribución de probabilidad que describe una
probabilidad de que la disposición (300) se encuentre situada en
una posición geográfica específica (x_{0}, y_{0}, h_{0}),
siempre que se obtenga una estimación medida particular (d1)
respectiva de una estimación calculada particular (\hat{d}_{1})
de la distancia de reflexión más corta.
3. Una disposición de navegación de terreno
pasiva (300) de acuerdo con la reivindicación 2, que se
caracteriza porque la distribución de probabilidad es una
función de probabilidad condicional.
4. Una disposición de navegación de terreno
pasiva (300) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, que se caracteriza porque comprende un altímetro
basado en barómetro adaptado para registrar una medición de la
altitud (h_{0}) en relación con el nivel medio del mar (z_{0}),
estando adaptada la unidad de medición inercial (320) para recibir
la medición de altitud (h_{0}), y sobre esta base, calibrar sus
mediciones del movimiento espacial relativo (\Deltax, \Deltay,
\Deltah).
5. Un procedimiento de navegación pasiva que
comprende las etapas de: recibir una señal de satélite reflejada
por la tierra (S_{Dr}) desde al menos una fuente de señal de
referencia (120), cuya posición es conocida, obtener una estimación
medida (\hat{d}_{1}) de la distancia de reflexión más corta a la
al menos una fuente de señal de referencia (120) sobre la base de
la señal de satélite (S_{Dr}) recibida reflejada por la tierra,
que se caracteriza por las etapas adicionales de registrar un
movimiento espacial relativo (\Deltax, \Deltay, \Deltah),
extraer la información de superficie
(\Sigma_{hxy}) relativa a una elevación (h_{1}) de la
superficie de la tierra (130) en relación con el nivel medio del
mar (z_{0}) en la al menos una posición geográfica (x_{1},
y_{1}),
obtener por lo menos una estimación calculada
(d_{1}) de la distancia de reflexión más corta a la al menos una
fuente de señal de referencia (120) sobre la base del movimiento
espacial relativo (\Deltax, \Deltay, \Deltah) y de la
información de superficie (\Sigma_{hxy}), y
determinar una posición geográfica (x_{0},
y_{0}, h_{0}) sobre la base de la estimación medida
(\hat{d}_{1}) y la al menos una estimación calculada
(d_{1}).
\vskip1.000000\baselineskip
6. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, que se caracteriza por determinar la
posición geográfica (x_{0}, y_{0}, h_{0}) sobre la base de
una distribución de probabilidad que describe la probabilidad de
que la señal de satélite (S_{Dr}) reflejada por la tierra se mide
en una posición geográfica específica (x_{0}, y_{0}, h_{0}),
siempre que se obtenga una estimación medida particular
(\hat{d}_{1}) con respecto a una estimación calculada
particular (d_{1}) de la distancia de reflexión más corta.
7. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 6, que se caracteriza por las etapas de:
obtener la al menos una estimación calculada (d_{1}) de la
distancia de reflexión más corta respecto al menos a dos
posiciones geográfica provisionales (x_{0}, y_{0},
h_{0}),
calcular la probabilidad de que la señal de
satélite (S_{Dr}) reflejada por la tierra se mida en cada una de
las citadas posiciones geográficas provisionales (x'_{0},
y'_{0}, h'_{0}), y
determinar la posición geográfica (x_{0},
y_{0}, h_{0}) sobre la base de una estimación calculada
(d_{1}) de la distancia de reflexión más corta, que está asociada
a una probabilidad que supera un valor umbral.
\vskip1.000000\baselineskip
8. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 6 ó 7, que se caracteriza
porque la distribución de probabilidad es una función
Bayesiana.
9. Un programa informático que se puede cargar
directamente en la memoria interna de un ordenador, que incluye
programas lógicos para ejecutar las etapas de cualquiera de las
reivindicaciones 5-8, cuando dicho programa se
ejecuta en el ordenador.
10. Un medio legible por ordenador que tiene un
programa grabado en el mismo, en el que el programa hace que un
ordenador ejecute los etapas de cualquiera de las reivindicaciones
5-8.
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