ES2448544T3 - Procedimiento para transmitir informaciones adicionales con mensajes de navegación en un sistema de navegación por satélite - Google Patents

Procedimiento para transmitir informaciones adicionales con mensajes de navegación en un sistema de navegación por satélite Download PDF

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Abstract

Procedimiento para transmitir informaciones adicionales con mensajes de navegación en un sistema denavegación por satélite, en donde un mensaje de navegación presenta uno o varios parámetros, con los pasossiguientes: selección de al menos un parámetro de un mensaje de navegación para la transmisión de las informacionesadicionales (S10), seleccionándose como el al menos un parámetro uno o varios parámetros con datos orbitales deun satélite del sistema de navegación por satélite, sustitución al menos parcial del al menos un parámetro seleccionado por las informaciones adicionales (S12) yemisión del mensaje de navegación alterado de esta manera (S14).

Description

Procedimiento para transmitir informaciones adicionales con mensajes de navegación en un sistema de navegación
por satélite. La invención concierne a un procedimiento para transmitir informaciones adicionales con mensajes de navegación en un sistema de navegación por satélite según la reivindicación 1.
Los sistemas de satélites de navegación global (Global Navigation Satellite System GNSS, abreviadamente sistema de navegación por satélite) se utilizan para la determinación de la posición y la navegación en la tierra y en el aire. Para la determinación de la posición por un receptor se transmiten mensajes de navegación en el GNSS por medio de las señales del satélite. Estos mensajes de navegación contienen, entre otros, datos de la órbita del satélite que emite la señal de satélite que contiene los mensajes. Los mensajes se retransmiten a intervalos de tiempo determinados a fin de transmitir al receptor datos de la órbita lo más actuales posible para la determinación exacta de la posición. En el GNSS Galileo europeo que se encuentra en construcción (en lo que sigue denominado también sistema Galileo o abreviadamente Galileo), se emplean, según la especificación actual, los parámetros siguientes para describir la órbita en un mensaje de navegación:
! M0: Anomalía media en el tiempo de referencia ! Δn: Diferencia media de movimiento respecto del valor computado ! e: Excentricidad ! A1/2: Raíz cuadrada del semieje mayor ! : OMEGA0: Longitud del nodo ascendente del plano orbital en una época semanal ! i0: Ángulo de inclinación de la órbita en el tiempo de referencia ! OMEGA: Argumento del perigeo ! OMEGADOT: Tasa de cambio de la longitud del nodo ascendente en la época semanal ! IDOT: Tasa de cambio del ángulo de inclinación ! cuc: Amplitud del término de corrección armónica del coseno del argumento de latitud ! cus: Amplitud del término de corrección armónica del seno del argumento de latitud ! crc: Amplitud del término de corrección armónica del coseno del radio de la órbita ! crs: Amplitud del término de corrección armónica del seno del radio de la órbita ! cic: Amplitud del término de corrección armónica del coseno del ángulo de inclinación ! cis: Amplitud del término de corrección armónica del seno del ángulo de inclinación ! t0e: Tiempo de referencia de efemérides No obstante, en el mensaje de navegación para Galileo están previstos solamente muy pocos bits para ampliaciones
futuras, lo que, naturalmente limita una ampliación posterior del sistema Galileo con nuevos servicios e
informaciones adicionales. El documento DE102005039807A1 describe un terminal para la utilización de señales de navegación por satélite que puede alterar su estado de servicio en respuesta a una señal de una orden contenida en un mensaje de navegación recibido. Para la transmisión de la señal de la orden se pueden enviar páginas separadas de un mensaje de navegación. Por ejemplo, en caso de 30 páginas se pueden emplear las páginas 1 a 15 para el funcionamiento de navegación propiamente dicho y las páginas 16 y 17 para la retransmisión de la señal de la orden.
El documento WO03/040749A describe la transmisión de mensajes de estado a terminales de abonado de un sistema de transmisión de datos por satélite, especialmente un sistema de navegación por satélite, tal como, por ejemplo, Galileo. A este fin, los mensajes de estado se descomponen en bloques de datos que son más pequeños que los bloques de datos útiles a transmitir. Los bloques de datos de los mensajes de estado se incorporan después en bloques consecutivos de los datos útiles.
El documento US-A-5153598 describe la transmisión de telecomandos con señales GPS. Según una forma de realización de la transmisión descrita, se ha previsto para ello que se alteren secciones de un mensaje de
navegación por GPS para incrustar el telecomando en el mensaje. Las secciones que se deben alterar consisten especialmente en cuatro bits de las palabras TLM y HOW al comienzo de cada subtrama del mensaje de navegación por satélite, que no transmiten informaciones.
El problema de la presente invención consiste en proponer un procedimiento para transmitir informaciones adicionales con mensajes de navegación en un sistema de navegación por satélite, sin que sea necesaria una alteración importante de la especificación fundamental de un mensaje de navegación.
Este problema se resuelve por medio de un procedimiento para transmitir informaciones adicionales con mensajes de navegación en un sistema de navegación por satélite con las características de la reivindicación 1. Otras ejecuciones de la invención son objetos de las reivindicaciones subordinadas.
Una idea esencial de la invención consiste en sustituir algunos o varios parámetros de un mensaje de navegación, al menos parcialmente, por informaciones que deban transmitirse adicionalmente. Por ejemplo, en lugar de algunos parámetros de un mensaje de navegación o en los lugares menos significativos de estos parámetros se puede transmitir una información adicional que no tenga nada que ver con los parámetros orbitales generalmente contenidos en un mensaje de navegación. De esta manera, se pueden transmitir elegantemente informaciones adicionales, por ejemplo para nuevos servicios del sistema, sin que tenga que alterarse sensiblemente la especificación fundamental de un mensaje de navegación.
La invención concierne ahora según una forma de realización a un procedimiento para transmitir informaciones adicionales con mensajes de navegación en un sistema de navegación por satélite, en donde un mensaje de navegación presenta uno o varios parámetros, con los pasos siguientes:
selección de al menos un parámetro de un mensaje de navegación para la transmisión de las informaciones adicionales,
sustitución al menos parcial del al menos un parámetro seleccionado por las informaciones adicionales y
emisión del mensaje de navegación alterado de esta manera. Este procedimiento puede estar implementado, por ejemplo, en forma de un algoritmo en una estación terrestre del sistema de navegación por satélite y puede hacer posible la introducción de nuevos servicios sin que tenga que alterarse la estructura del mensaje de navegación.
Según otra forma de realización de la invención, un parámetro con datos orbitales de un satélite del sistema de navegación por satélite puede ser seleccionado como el al menos un parámetro. Se alteran así ciertamente los parámetros orbitales contenidos en un mensaje de navegación, pero esto puede hacerse de tal manera que un sistema de utilización de mensajes de navegación apenas perciba el error introducido por la alteración.
En otra forma de realización de la invención el sistema de navegación por satélite es el sistema Galileo y como parámetros se emplean uno o varios de los parámetros siguientes: cuc; cus; crc; cic; cis; OMEGADOT; IDOT. Estos parámetros contienen al menos parcialmente parámetros orbitales y son adecuados para la transmisión de las informaciones adicionales, ya que el error introducido por estas informaciones puede mantenerse pequeño o bien puede ser al menos compensado por, por ejemplo, mensajes de navegación inalterados subsiguientes.
En particular, según una forma de realización de la invención, los lugares menos significativos del al menos un parámetro seleccionado pueden sustituirse por informaciones adicionales. Los lugares menos significativos pueden ser, por ejemplo LSBs (Least Significant Bits) de un parámetro. Sin embargo, pueden ser también bytes o palabras enteros de un parámetro que comprenda varios bytes o palabras, siempre que estos bytes o palabras enteros sean los lugares menos significativos del parámetro.
Según otra forma de realización de la invención, el periodo de tiempo de validez de un mensaje de navegación alterado puede ser reducido con respecto al periodo de tiempo de validez de un mensaje de navegación inalterado de tal manera que el mensaje de navegación alterado satisfaga los requisitos del sistema de navegación por satélite referentes a precisión, integridad y/o continuidad. El mensaje alterado puede emitirse, por ejemplo, con más frecuencia que un mensaje inalterado. El periodo de tiempo de validez de un mensaje alterado puede reducirse, por ejemplo, de tal manera que sea todavía más largo que el tiempo hasta la (por ejemplo) al menos segunda repetición del mensaje de navegación en la corriente de datos enviada de un satélite, lo que es típicamente del orden de magnitud de unos pocos minutos y, por ejemplo, no alcanza los 110 minutos que están previstos actualmente en el sistema Galileo.
Asimismo, según una forma de realización de la invención, los parámetros alterados de un mensaje de navegación alterado pueden fijarse en cada caso de tal manera que resulten suficientemente pequeñas las desviaciones de las órbitas del mensaje de navegación alterado y del mensaje de navegación inalterado correspondiente en el reducido periodo de tiempo de validez. Por ejemplo, después de una alteración de algunos parámetros con datos orbitales por incorporación de una información adicional se pueden adaptar los restantes parámetros con datos orbitales a las alteraciones de tal manera que el error total provocado por las informaciones adicionales que se deben transmitir se
mantenga lo más pequeño posible debido a los datos orbitales transportados por el mensaje de navegación.
La invención concierne también en una forma de realización a un sistema de navegación por satélite que comprende un segmento espacial con varios satélites que emiten señales de satélite que contienen mensajes de navegación para que sean recibidas y evaluadas por sistemas de utilización para la determinación de la posición y la navegación, y un segmento terrestre con varias estaciones de observación y de mando que vigila los satélites, estando configuradas una o varias de las estaciones de observación y de mando para ejecutar un procedimiento según la invención y como se ha descrito más arriba a fin de transmitir informaciones adicionales a los sistemas de utilización. En un sistema de navegación por satélite de esta clase se pueden transmitir informaciones adicionales sin alteraciones fundamentales de la estructuras o sin una nueva definición de los mensajes de navegación.
Asimismo, la invención prevé en una forma de realización un procedimiento para recibir informaciones adicionales transmitidas con un procedimiento según la invención y como se ha explicado más arriba, con los pasos siguientes:
recepción de un mensaje de navegación alterado y
obtención de las informaciones adicionales contenidas en al menos un parámetro del mensaje de navegación alterado recibido. Este procedimiento puede implementarse, por ejemplo, en forma de un algoritmo.
Por último, la invención prevé todavía en una forma de realización un receptor para señales de un sistema de navegación por satélite que contienen mensajes de navegación, en donde el receptor está configurado para ejecutar un procedimiento de recepción de informaciones adicionales transmitidas con un procedimiento según la invención y como se ha explicado más arriba. Por ejemplo, el procedimiento puede estar implementado en el software operativo de un receptor para mensajes de navegación, por ejemplo un aparato de navegación. Se puede ampliar así la funcionalidad del receptor procesando para ello las informaciones adicionales en el receptor, por ejemplo materializando en el receptor, por medio de las informaciones adicionales, nuevos servicios del sistema de navegación por satélite.
Otras ventajas y posibilidades de aplicación de la presente invención se desprenden de la descripción siguiente en combinación con los ejemplos de realización representados en los dibujos.
En la descripción, en las reivindicaciones, en el resumen y en los dibujos se emplean los términos y símbolos de referencia asociados empleados en la lista de símbolos de referencia incluida más adelante.
Los dibujos muestran en:
La figura 1, un sistema de navegación por satélite con un ejemplo de realización de un dispositivo para mejorar la comunicación de integridad en un sistema de navegación por satélite según la invención; y
La figura 2, un diagrama de flujo de un ejemplo de realización de un procedimiento para mejorar la comunicación de integridad en un sistema de navegación por satélite según la invención.
En lo que sigue los elementos iguales y/o funcionalmente iguales pueden estar provistos de los mismos símbolos de referencia.
En la figura 1 se representa un sistema 10 de navegación por satélite con un segmento espacial 12 y un segmento terrestre 20. El segmento espacial 12 comprende varios satélites 14 que giran en su respectiva órbita alrededor del segmento terrestre 20. Cada satélite emite señales de satélite 16 que pueden ser recibidas por sistemas de navegación 18, tales como, por ejemplo, aparatos de navegación móviles, y por estaciones de observación y de mando 22 del segmento terrestre 20. Las señales de satélite 16 contienen mensajes de navegación del sistema 10 de navegación por satélite que a su vez contienen los parámetros orbitales mencionados al principio para la descripción de la órbita.
Las estaciones de observación y de mando 22, que en Galileo están diseñadas como unidades separadas, están previstas especialmente para vigilar y controlar los satélites 14. A este fin, retransmiten las señales de navegación recibidas 16, a través de una red de comunicación, a un centro de control 24 que evalúa las señales de navegación recibidas 16 comprobando para ello los datos de un satélite 14 transmitidos con cada señal de navegación 16, especialmente la órbita y el instante de la generación de señales, así como la estructura de las señales y la integridad de las señales recibidas. Las estaciones de observación y de mando 22 generan también mensajes de navegación 30 y envían éstos continuamente a los satélites 14 para su redistribución continua hacia los sistemas de utilización 18.
Los mensajes de navegación 30 contienen los parámetros mencionados al principio con datos orbitales y, en una estación de observación y de mando 22, pueden ser provistos también de informaciones adicionales, por ejemplo informaciones referentes a ampliaciones del sistema, que, incrustadas en los mensajes de navegación, pueden ser transmitidas a los sistemas de utilización 18 por medio de las señales 16 de los satélites. A este fin, una estación de observación y de mando 22 presenta medios procesadores correspondientes 26 para generar mensajes de
navegación 30. Los medios procesadores 26 están configurados para ejecutar el procedimiento esbozado a grandes rasgos en la figura 2 con ayuda de un diagrama de flujo, por ejemplo ejecutando para ello unos algoritmos correspondientes.
Según el desarrollo del procedimiento esbozado a grandes rasgos en la figura 2, se seleccionan primero en el paso S10 los parámetros orbitales cuc, cus (o cur, cic, cis) en un mensaje de navegación. A continuación, los lugares menos significativos, es decir, los LSBs de estos parámetros seleccionados, son sustituidos en el paso S12 por informaciones adicionales a transmitir que no tienen nada que ver con datos orbitales. Por último, en el paso S14 se emite por la estación de observación y de mando 22 el mensaje de navegación alterado de esta manera, es decir que se le transmite a satélites 14 que transmiten a los sistemas de utilización 18 el mensaje alterado recibido con sus señales de satélite 16 en la corriente de datos.
Para mantener lo más pequeño posible el error introducido en un mensaje de navegación alterado por la “incrustación” de informaciones adicionales en los parámetros orbitales, especialmente para mantenerlo tan pequeño que en lo posible carezca de importancia para la navegación, se pueden reducir netamente los periodos de tiempo para los cuales se debe emplear el mensaje de navegación así alterado.
Los medios procesadores 26 pueden estar configurados también de tal manera que se fijen en cada caso los nuevos parámetros restantes con datos orbitales en el mensaje de navegación de modo que las desviaciones de las órbitas del mensaje de navegación alterado y del mensaje de navegación antiguo inalterado resulten ser suficientemente pequeñas en el nuevo periodo de tiempo de validez más corto del nuevo mensaje de navegación alterado.
El periodo de tiempo de validez del nuevo mensaje de navegación necesita tan solo ser justamente tan largo que el mensaje siga satisfaciendo los requisitos de integridad y continuidad o bien ser más largo que el tiempo hasta la (por ejemplo) al menos segunda repetición del mensaje en la corriente de datos enviada de un satélite, lo que es del orden de magnitud de unos pocos minutos y no alcanza los 110 minutos que están previstos en este momento.
Los nuevos mensajes de navegación no necesitan ser ineludiblemente enviados aquí con más frecuencia desde una estación de observación y de mando 22 hasta los satélites 14, ya que se pueden enviar todos los nuevos mensajes de navegación al satélite en los instantes en que se envían los mensajes de navegación a los satélites, y los satélites pueden almacenar entonces los mensajes de navegación recibidos y emitirlos en un momento dado.
Como parámetros adicionales para un redefinición entran en consideración los parámetros IDOT y OMEGADOT en la especificación de un mensaje de navegación en el sistema Galileo. Por lo demás, no es necesario redefinir también todos los parámetros con otro significado.
Gracias a la invención las partes o parámetros previstos para la órbita en un mensaje de navegación (mensaje de usuarios) ya definido, es decir, fijado por una especificación, pueden ser empleados para otros fines. Los sistemas de utilización tales como receptores de los mensajes de navegación en el segmento de utilización del sistema de navegación por satélite, que no saben nada de esta redefinición, pueden procesar los nuevos datos de la manera antigua y obtener todavía órbitas validas. Los nuevos parámetros orbitales enviados por el satélite pueden alterarse con más frecuencia que en el concepto antiguo, pero esta alteración es transparente para un sistema de utilización. Los sistemas de utilización o los receptores que saben de la redefinición pueden calcular la órbita exactamente igual que antes de la redefinición, solo que los parámetros que tienen un nuevo significado adicional, debido a que contienen informaciones adicionales, pueden ser interpretados adicionalmente también al mismo tiempo con el nuevo significado por estos sistemas de utilización.
Símbolos de referencia
10 Sistema de navegación por satélite 12 Segmento espacial 14 Satélites 16 Señales de satélite 18 Sistemas de utilización 20 Segmento terrestre 22 Estaciones de observación y de mando 24 Centro de control 26 Medios procesadores para mensajes de navegación 30 28 Medios de transmisión 30 Mensaje de navegación de una estación de observación y de mando 22 S10-S14 Pasos del procedimiento

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para transmitir informaciones adicionales con mensajes de navegación en un sistema de navegación por satélite, en donde un mensaje de navegación presenta uno o varios parámetros, con los pasos siguientes:
    selección de al menos un parámetro de un mensaje de navegación para la transmisión de las informaciones adicionales (S10), seleccionándose como el al menos un parámetro uno o varios parámetros con datos orbitales de un satélite del sistema de navegación por satélite,
    sustitución al menos parcial del al menos un parámetro seleccionado por las informaciones adicionales (S12) y
    emisión del mensaje de navegación alterado de esta manera (S14).
  2. 2.
    Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el sistema de navegación por satélite es el sistema Galileo y como parámetros se eligen uno o varios de los parámetros siguientes: cuc; cus; crc; cic; cis; OMEGADOT; IDOT.
  3. 3.
    Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que los lugares menos significativos del al menos un parámetro seleccionado se sustituyen por informaciones adicionales.
  4. 4.
    Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que se reduce el periodo de tiempo de validez de un mensaje de navegación alterado en comparación con el periodo de tiempo de validez de un mensaje de navegación inalterado de tal manera que el mensaje de navegación alterado satisfaga los requisitos del sistema de navegación por satélite referentes a precisión, integridad y/o continuidad.
  5. 5.
    Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que los parámetros inalterados de un mensaje de navegación alterado se fijan en cada caso de tal manera que las desviaciones de las órbitas del mensaje de navegación alterado y del mensaje de navegación inalterado correspondiente en el periodo de tiempo de validez reducido resulten ser suficientemente pequeñas.
  6. 6.
    Sistema (10) de navegación por satélite que comprende un segmento espacial (12) con varios satélites (14) que emiten señales de satélite (16) que contienen mensajes de navegación para que sean recibidas y evaluadas por sistemas de utilización (18) para la determinación de la posición y la navegación, y un segmento terrestre (20) con varias estaciones de observación y de mando (22) que vigilan los satélites (14), estando concebidas una o varias de las estaciones de observación y de mando (22) para ejecutar un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores con el fin de transmitir informaciones adicionales a los sistemas de utilización.
  7. 7.
    Procedimiento para recibir informaciones adicionales transmitidas con un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, con lo pasos siguientes:
    recepción de un mensaje de navegación alterado y
    obtención de las informaciones adicionales contenidas en al menos un parámetro del mensaje de navegación alterado recibido.
  8. 8. Receptor (18) para señales (16) de un sistema (10) de navegación por satélite que contienen mensajes de navegación (30), en donde el receptor está concebido para ejecutar un procedimiento según la reivindicación 7.
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