ES2879277T3 - Ubicación de bajo consumo de energía de objetos móviles - Google Patents

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Abstract

Un sistema de ubicación de un objeto móvil, comprendiendo el sistema: una estación (160) móvil configurada para asociarse con el objeto móvil, comprendiendo la estación móvil: un sistema (276) de comunicación móvil de radiofrecuencia, RF, configurado para operar un enlace de RF que tiene una frecuencia de enlace de RF en una banda de RF; un reloj de estación móvil; un receptor (268; 288A, 288B) de sistema global de navegación por satélite, GNSS, móvil; y un sistema de navegación mediante estimación que incluye un sensor (280, 280A, 280B) de no GNSS, el sistema de navegación mediante estimación configurado para usar mediciones desde el sensor de no GNSS para proporcionar una posición estimada para la estación móvil; y una estación (120) base ubicada en una posición fija, comprendiendo la estación base: un sistema (236) de comunicación de RF base configurado para comunicarse bidireccionalmente con el sistema de comunicación móvil sobre el enlace de RF; un reloj de estación base; un receptor (228; 248A, 248B) de GNSS base; y un procesador (232) de hardware, en el que la estación (120) base está configurada para: recibir, de la estación (160) móvil por el enlace de RF, la posición estimada de la estación móvil determinada por el sistema de navegación mediante estimación; determinar información de adquisición de satélite que incluye un conjunto de satélites (104) de GNSS que se predice que van a ser visibles en la posición estimada de la estación (160) móvil y las fases de código de GNSS asociadas con cada satélite de GNSS en el conjunto, incluyendo el conjunto de satélites de GNSS al menos un número mínimo de satélites de GNSS; sincronizar el reloj de estación base con un tiempo representativo del conjunto de satélites de GNSS; comunicar, a la estación (160) móvil por el enlace de RF, la información de adquisición de satélite; recibir, de la estación (160) móvil por el enlace de RF, información de tiempo de transición de chip asociada con el conjunto de satélites de GNSS; determinar, en base al menos en parte a la información de tiempo de transición de chip, una posición actualizada para la estación (160) móvil; y comunicar, a la estación (160) móvil por el enlace de RF, la posición actualizada, y en el que la estación (160) móvil está configurada para: comunicar, a la estación (120) base por el enlace de RF, la posición estimada de la estación móvil determinada por el sistema de navegación mediante estimación; intercambiar, con la estación base por el enlace de RF, información de temporización de reloj; sincronizar, en base al menos en parte a la información de temporización de reloj, el reloj de estación móvil con el reloj de estación base que es representativo del tiempo para el conjunto de satélites de GNSS; recibir, de la estación (120) base por el enlace de RF, la información de adquisición de satélite; activar el receptor de GNSS móvil; adquirir, por el receptor de GNSS móvil en base al menos en parte a la temporización de una transición de fase de código de GNSS, señales de GNSS de al menos algunos de los satélites (104) de GNSS en el conjunto de satélites de GNSS; poner en suspensión el receptor de GNSS móvil; determinar, a partir de las señales de GNSS adquiridas, la información de tiempo de transición de chip asociada con las fases de código de GNSS para los al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto; y comunicar, a la estación (120) base por el enlace de RF, la información de tiempo de transición de chip.

Description

DESCRIPCIÓN
Ubicación de bajo consumo de energía de objetos móviles
Antecedentes
Campo
La divulgación generalmente se refiere a sistemas y procedimientos para ubicar objetos móviles y más particularmente a sistemas y procedimientos que usan un sistema global de navegación por satélite (GNSS) para proporcionar estimaciones de ubicación mientras que usa poca energía en los objetos móviles.
Descripción de la técnica relacionada
Se pueden usar técnicas de GNSS para determinar una ubicación de un objeto móvil. El GNSS puede incluir una constelación de satélites en órbita terrestre que cada uno radiodifunde señales de radiofrecuencia (RF) codificadas. La constelación puede incluir 27 o más satélites de tal manera que múltiples satélites estén en el cielo (sobre el horizonte) sobre casi cualquier región particular de la Tierra en cualquier momento. Un receptor de GNSS puede recibir señales desde múltiples satélites que son visibles para el receptor (por ejemplo, sobre el horizonte del receptor) y procesar las señales recibidas para determinar una ubicación del receptor en relación con la Tierra.
El documento US2002/080064 A1 describe un sistema de determinación de posición de un procedimiento híbrido, que es capaz de complementar los problemas de un procedimiento de determinación de posición, en el cual se usa un sistema de posicionamiento global (GPS), y un procedimiento de determinación de posición, en el cual se usa una señal de comunicación móvil, combinando los dos procedimientos anteriores entre sí. También, se divulgan un procedimiento de cálculo de posición híbrido de tipo dispersante y un procedimiento de cálculo de posición híbrido centralizado.
El documento US2001/035840 A1 describe múltiples estaciones de referencia geográficamente fijas, con ubicaciones conocidas con precisión, que cada una recibe señales de GPS y envía información a una instalación de procesamiento central que genera un mapa de gradiente topográfico de tres dimensiones o modelo de las diferencias entre las ubicaciones conocidas y las ubicaciones como se calculan a partir de las señales de GPS recibidas. Las señales de GPS recibidas por usuarios móviles se comunican a la instalación de procesamiento central después de lo cual la instalación de procesamiento central, usando el modelo, genera ubicaciones corregidas precisas de los usuarios móviles que se envían de vuelta a los usuarios móviles. Los usuarios móviles pueden usar y mostrar la posición generada localmente a partir de las señales de GPS recibidas localmente o la posición corregida desde la instalación de procesamiento central.
El documento US6944542 B1 describe un sistema de determinación de posición para objetos móviles o personal que comprende al menos un sensor de posición portátil integrado en un ítem de uso personal de un miembro del personal que tiene un número de identificación, o incorporado en un objeto móvil que tiene un número de identificación, y un dispositivo de determinación de posición de alta precisión. El dispositivo de determinación de posición de alta precisión está configurado para proporcionar un conjunto de datos de inicialización de alta precisión que incluyen un conjunto de datos posicionales absolutos de alta precisión indicativos de ubicación del dispositivo de inicialización, un conjunto de datos de velocidad/aceleración de alta precisión indicativos de velocidad/aceleración del dispositivo de inicialización, y un conjunto de datos de orientación de alta precisión indicativos de orientación del dispositivo de determinación de posición de alta precisión. El sensor de posición portátil está configurado para usar los datos de inicialización de alta precisión para generar y radiodifundir los datos posicionales de al menos un miembro del personal que tiene un número de identificación, o de al menos un objeto móvil que tiene un número de identificación.
El documento US2010/013701 A1 describe procedimientos y aparatos para uso por dispositivos dentro de una red de comunicación inalámbrica para solicitar y/o proporcionar datos de asistencia y/u otros datos similares asociados con diversos Sistemas de Posicionamiento por Satélite (SPSs).
El documento US2014/203970 A1 describe un sistema y procedimiento para estimar la posición de un objeto, tal como una persona, animal, o máquina. El sistema incluye primera y segunda unidades de medición inercial, una primera y segunda antenas de origen, y una primera y segunda antenas de transpondedor. El sistema usa datos de las unidades de medición inerciales para estimar una posición del objeto. El sistema también calcula una medición de intervalo entre la primera antena de origen y primera antena de transpondedor. El sistema calcula una primera medición de CPD entre la segunda antena de transpondedor y la primera antena de origen, y una segunda medición de CPD entre la segunda antena de origen y la primera antena de transpondedor.
Sumario
La estimación de la ubicación de un objeto móvil usando un GNSS puede requerir un consumo de energía significativo en un receptor de GNSS en el objeto móvil, debido a que el receptor de GNSS debe adquirir y procesar señales de GNSS desde múltiples satélites de GNSS. Hay una necesidad de sistemas y procedimientos que puedan usar un GNSS para proporcionar una estimación de ubicación o posición de un objeto móvil mientras que se usan pequeñas cantidades de energía en el objeto móvil para determinar la estimación de ubicación. Como se usa en la presente memoria, ubicación y posición se usan generalmente de manera intercambiable, a menos que el contexto indique claramente otra cosa.
En una implementación, una estación móvil unida a o incluida en un objeto móvil puede comunicarse bidireccionalmente con una estación base fija para determinar una ubicación del objeto móvil. La comunicación bidireccional puede ser sobre un enlace de radiofrecuencia (RF) que está en una banda de RF que está sin licencia por autoridades de radiocomunicación (por ejemplo, una banda de comunicación no celular). La estación móvil puede comunicar una posición estimada a la estación base. La posición estimada puede basarse en la navegación mediante estimación por el objeto móvil o en información desde sensores de posición de no GNSS en el objeto móvil. La estación móvil puede recibir de la estación base un conjunto de satélites de GNSS que son visibles para la estación móvil. La estación móvil puede adquirir información de temporización de satélite a partir de señales de GNSS desde el conjunto de satélites y comunicar información de temporización de satélite mínimamente procesada a la estación base. La estación base puede determinar la posición de la estación móvil y comunicar la posición de vuelta a la estación móvil. Al descargar gran parte del procesamiento de posición de GNSS a la estación base fija (que típicamente es alimentada por un sistema de potencia eléctrica de red), se reduce el consumo de energía de la estación móvil (que puede ser alimentada por una batería).
En diversas implementaciones, los sistemas de ubicación de GNSS de bajo consumo de energía pueden usar pseudólites que transmiten señales similares a GNSS a las estaciones móviles en una banda de RF sin licencia que está cerca en frecuencia a una frecuencia de transmisión de satélite de GNSS. Un receptor de GNSS en la estación móvil puede recibir señales tanto en la frecuencia de transmisión de satélite de GNSS como en la frecuencia de transmisión de pseudólite. En algunas de tales implementaciones, la frecuencia de transmisión de pseudólite está en un intervalo desde 1626,5 MHz a 1645,5 MHz.
Realizaciones de las técnicas de ubicación de GNSS de baja energía descritas en la presente memoria se pueden usar en aplicaciones que incluyen, pero no se limitan a, la ubicación de carritos móviles en un entorno de tienda minorista (por ejemplo, carritos de compras), un entorno de almacén (por ejemplo, carritos de almacén), una instalación médica (por ejemplo, carritos de equipos médicos, camas de hospital), o un centro de transporte (por ejemplo, carritos de equipaje). Otras aplicaciones incluyen la ubicación de bajo consumo de energía de otros tipos de objetos móviles incluyendo la ubicación o rastreo de humanos o animales. En aún otras aplicaciones, los objetos móviles pueden incluir objetos que pueden moverse bajo su propia potencia (por ejemplo, carritos motorizados, carritos de golf, equipo mecanizado, vehículos todoterreno, etc.) u objetos que pueden ser movidos por otro vehículo o mecanismo (por ejemplo, remolques, contenedores, palés, equipo pesado, etc.).
Los detalles de una o más implementaciones de la materia objeto descrita en esta memoria descriptiva se establecen en los dibujos adjuntos y la descripción a continuación. Otras características, aspectos, y ventajas resultarán evidentes a partir de la descripción, los dibujos, y las reivindicaciones. Ni este sumario ni la siguiente descripción detallada pretenden definir o limitar el ámbito de la materia objeto inventiva.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 ilustra una configuración de sistema de ejemplo que involucra un sistema móvil de GNSS de baja energía.
Las figuras 2A y 2B ilustran implementaciones de ejemplo de un sistema móvil de GNSS de baja energía.
La figura 3 ilustra funciones de procesamiento y comunicación de ejemplo realizadas en un sistema móvil de GNSS de baja energía.
La figura 4 ilustra ciclos de actividad de ejemplo de una estación móvil.
La figura 5 ilustra datos de GNSS preprocesados de ejemplo.
Las figuras 6A y 6B ilustran algunos escenarios de operación de ejemplo de un sistema móvil de GNSS de baja energía.
La figura 7A ilustra un flujo de ejemplo para sincronizar el reloj de una estación móvil.
La figura 7B ilustra un flujo de ejemplo para sincronizar el reloj de una estación móvil que involucra un repetidor de enlace.
La figura 8 ilustra una implementación de ejemplo de un sistema móvil de GNSS de baja energía que incluye un pseudólite.
La figura 9 ilustra un diagrama de estado de ejemplo que involucra un sistema móvil de GNSS de bajo consumo de energía en una aplicación minorista de ejemplo.
A lo largo de los dibujos, números de referencia pueden reutilizarse para indicar correspondencia entre elementos referenciados. Los dibujos se proporcionan para ilustrar realizaciones de ejemplo descritas en la presente memoria y no están previstos para limitar el ámbito de la divulgación.
Descripción detallada
Visión general de navegación por satélite
Un sistema global de navegación por satélite (GNSS) incluye una constelación de satélites en órbita que proporcionan información de ubicación a receptores de GNSS en la Tierra. Un receptor de GNSS adquiere y procesa señales de radiofrecuencia (RF) desde múltiples satélites de GNSS para determinar una ubicación del receptor. Por ejemplo, una señal de satélite incluye datos de navegación (por ejemplo, una efemérides (datos orbitales precisos de satélite), un almanaque (datos de red de satélites y parámetros de corrección ionosférica), y datos de reloj atómico de satélite) que se pueden usar para determinar la posición y velocidad del satélite en relación con la Tierra. La señal de satélite también incluye una secuencia de código que identifica de manera única al satélite. La información en la señal de satélite es codificada como una modulación de fase de una frecuencia portadora de RF. La frecuencia de la modulación de fase se denomina la tasa de chip.
Un receptor de GNSS puede medir una señal de satélite y alinear en tiempo una versión generada por receptor y la versión medida por receptor de la secuencia de código para identificar el tiempo de llegada (TOA) de un punto definido en el código. Los relojes de satélites de GNSS están sincronizados. Si el reloj de receptor está sincronizado con los relojes de satélites, entonces los datos de TOA adquiridos desde tres satélites visibles para el receptor se pueden usar para determinar la posición tridimensional del receptor. Sin embargo, dado que los receptores de GNSS típicamente no están sincronizados con los relojes de satélites, se usa una señal desde un cuarto satélite para determinar un desplazamiento de tiempo entre el reloj de receptor y los relojes de satélites. Las señales de GNSS adquiridas desde los cuatro satélites se pueden convertir en una posición del receptor en un sistema geodésico (por ejemplo, longitud, latitud, y altura). En la práctica, se pueden adquirir señales desde más de cuatro satélites visibles para el receptor para proporcionar precisión o detección o corrección de errores aumentadas. En la práctica, seis a doce satélites pueden ser visibles simultáneamente en una ubicación particular dependiendo de la geometría de constelación, la presencia de edificios, vehículos, estructuras, o topografía cercanos (por ejemplo, colinas, ubicación del receptor en un cañón real o urbano), un ángulo de corte de elevación (por ejemplo, solo se usan satélites por encima del ángulo de corte), etc.
Los sistemas y procedimientos divulgados en la presente memoria se pueden usar con cualquier tipo de GNSS incluyendo, por ejemplo, el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) NAVSTAR, Sistema Global de Navegación por Satélite de Rusia (GLONASS), el sistema de posicionamiento Galileo de la Unión Europea, el Sistema Regional de Navegación por Satélite de la India, Sistema de Navegación por Satélite BeiDou o COMPASS de China, y así sucesivamente. En muchas de las implementaciones de ejemplo que se describen a continuación, los sistemas y procedimientos se describen con referencia al sistema de GPS, pero esto es con propósito de ilustración y no es una limitación.
En GPS, cada satélite transmite continuamente información de navegación en dos frecuencias portadoras: L1 (a 1575,42 MHz) y L2 (a 1227,60 MHz). La información de navegación es codificada usando un código de ruido pseudoaleatorio (PRN) y las frecuencias portadoras son moduladas con el código. Se usan múltiples códigos, incluyendo, un código de adquisición aproximada (C/A), y un código de precisión (P) que se puede encriptar (modulando con un código de encriptación (W)) para proporcionar un código encriptado P(Y) (que solo se puede desencriptar con una clave de desencriptación clasificada). El código de C/A se modula solo en la frecuencia portadora L1 mientras que el código P(Y) se modula tanto en las frecuencias portadoras L1 como L2. Los códigos de PRN son diferentes para cada satélite en la constelación de tal manera que un receptor de GPS puede determinar desde cuál satélite se recibe la señal de navegación. La tasa de chip para el código de C/A es 1,023 MHz, y la tasa de chip para el código P es 10,23 MHz.
Un mensaje de navegación también se modula en las frecuencias portadoras (a frecuencias de modulación mucho más bajas que los códigos de C/A o P(Y)). El mensaje de navegación incluye la efemérides de satélite (datos orbitales precisos), parámetros de reloj atómico, y el almanaque (información aproximada de órbita y estado de todos los satélites en la constelación). La efemérides de cada satélite se actualiza cada dos horas y generalmente es válida durante cuatro horas, mientras que el almanaque se actualiza típicamente una vez al día.
Debido a que toda la información de navegación se modula en la misma frecuencia portadora L1, las señales deben separarse (por ejemplo, decodificarse) después de la desmodulación por el receptor. Si la información de almanaque ha sido previamente adquirida por el receptor, el receptor puede elegir los satélites a escuchar (por ejemplo, aquellos que son visibles para el receptor). Si la información de almanaque es desconocida para el receptor, el receptor puede buscar hasta que se obtiene un bloqueo en uno de los satélites. Para obtener un bloqueo, debe haber una línea de visión sin obstáculos desde el receptor al satélite. El receptor puede entonces adquirir el almanaque desde el satélite y determinar otros satélites que debería escuchar (por ejemplo, aquellos sobre el horizonte en ese momento en la ubicación del receptor). A medida que detecta la señal de cada satélite, el receptor puede identificar el satélite por su patrón de código de C/A distinto. El receptor puede determinar la información de TOA necesaria para la determinación de ubicación, por ejemplo, correlacionando una réplica generada por receptor del código de C/A con el código de C/A en la señal de satélite recibida. La información de TOA desde cuatro satélites proporciona información suficiente para determinar la ubicación del receptor.
Visión general de un ejemplo de tecnología de ubicación de GNSS de baja energía
Una posible desventaja de muchos receptores de GNSS es que se necesita una cantidad significativa de energía eléctrica para buscar y adquirir señales desde los satélites de GNSS, obtener el almanaque, determinar cuáles satélites en la constelación escuchar, adquirir múltiples señales de satélite, y procesar las señales adquiridas para determinar la ubicación del receptor. Por ejemplo, desde un arranque en frío (donde el reloj de receptor tiene un gran desplazamiento de tiempo y el almanaque más reciente recibido desde un satélite ha expirado), el receptor puede tomar algunas decenas de minutos en adquirir los satélites visibles y obtener una buena estimación de ubicación, que puede tomar una cantidad sustancial de energía. Mantener el bloqueo de los satélites también consumirá energía. Para aplicaciones donde el receptor está conectado a una fuente de potencia externa (por ejemplo, un receptáculo de pared de 120 voltios), tal uso de energía puede no ser problemático. Sin embargo, para los receptores alimentados por una batería pequeña, tal uso de energía puede agotar rápidamente la batería y hacer que el receptor se apague después de un período de tiempo relativamente corto (necesitando reemplazar o recargar la batería). En muchas aplicaciones comerciales, puede ser desventajoso tener que reemplazar o recargar periódicamente las baterías de receptor de GNSS, por ejemplo, donde están siendo rastreadas las ubicaciones de muchos objetos (cada uno teniendo un receptor separado). Por consiguiente, hay una necesidad de sistemas y procedimientos de navegación por satélite que proporcionen ubicaciones de objetos móviles mientras que se reduce o minimiza el consumo de energía.
Lo siguiente proporciona una descripción ilustrativa, de alto nivel de una tecnología de ubicación de GNSS de baja energía de ejemplo. En este ejemplo, una estación móvil está unida a, sobre, o en un objeto móvil. La estación móvil puede ser alimentada por batería. Una estación base fija está ubicada en una posición conocida, generalmente fija, y generalmente es alimentada por una fuente que no es de batería (por ejemplo, receptáculo de pared de 120 voltios). La estación base fija puede habilitar que la estación móvil obtenga una fijación de GNSs de precisión más rápidamente y con una energía de batería promedio mucho menor. La estación móvil tiene en cualquier momento dado una idea aproximada de su ubicación (posiblemente a través de navegación mediante estimación en base a la última ubicación conocida de la estación móvil, pero posiblemente a través de algunas otras técnicas de ubicación tales como medición de un indicador de fuerza de señal recibida (RSSI) desde un punto de acceso de RF, reconocimiento óptico de marcadores ópticos de posición, etc.). A medida que la estación móvil se mueve, la estación base generalmente estará lo suficientemente cerca de la estación móvil como para que la mayoría de las veces se pueda crear un enlace de RF bidireccional fiable entre las estaciones base y móvil de tal manera que las estaciones móvil y base puedan intercambiar información. En otros ejemplos, se puede crear adicional o alternativamente un enlace de comunicación óptica (por ejemplo, infrarrojos).
La estación base tiene una antena de RF, capacidad de procesamiento de GNSS, etc. para hacer un rastreo de todos (o sustancialmente todos) los satélites de GNSS a la vista desde la ubicación de la estación móvil. Cuando la estación móvil determina que necesita una fijación de GNSS de precisión, las estaciones móvil y base pueden realizar las siguientes acciones en este escenario de operación de ejemplo.
1. La estación móvil envía un mensaje a la estación base que informa a la estación base de la mejor suposición o estimación de la estación móvil de su posición actual.
2. La estación móvil sincroniza su reloj local con el reloj de estación base, recibiendo información de temporización de reloj desde la estación base. El reloj de la estación base se puede mantener en sincronización con el tiempo de GNSs usado por los satélites de GNSS.
3. La estación base calcula cuáles satélites de GNSS pueden proporcionar la mejor fijación (por ejemplo, una ubicación precisa) para la estación móvil, y cuándo será la próxima radiodifusión de cada uno de esos satélites en un límite de código en la ubicación de la estación móvil. La estación base también podría calcular algunos parámetros adicionales para ayudar a la rápida adquisición de la estación móvil de los satélites, por ejemplo, corrección Doppler para satélites de bajo azimut tales como coeficientes de correlacionador modificados para el receptor en la estación móvil. La estación base puede usar el código de adquisición aproximada C/A o el código preciso encriptado P(Y) (para precisión de posición mejorada sin usar procedimientos de fase portadora). El estado actual del código de encriptación (W) para cada satélite seleccionado se puede usar en algunas implementaciones.
4. La estación base luego transmite la información calculada en la acción previa a la estación móvil. Como una optimización de implementación opcional, puede haber una actualización de reloj para mejorar la estimación de la estación móvil de su deriva de reloj.
5. Usando técnicas de procesamiento de banda base de receptor de GNSS, la estación móvil usa la información de la acción previa para ejecutar su receptor de GNSS en la ventana correcta de tiempo para capturar las transiciones de fase de código desde los satélites visibles.
6. La estación móvil envía entonces las mediciones mínimamente procesadas a la estación base.
7. La estación base realiza el procesamiento de ecuación de navegación y envía a la estación móvil una actualización de la posición verdadera del móvil. Dado que la estación base es fija, la posición móvil se corrige de manera diferencialmente automática en relación con la estación base. De este modo, la tecnología de ubicación de GNSS de baja energía puede tener el beneficio de corregir automáticamente los errores atmosféricos, una fuente importante de errores en la precisión de ubicación de GNSS.
Al descargar gran parte del procesamiento de GNSS desde la estación móvil a la estación base, el uso de energía por la estación móvil se reduce significativamente. La estación móvil puede activarse y adquirir datos de satélite en el momento justo (según lo determinado por la estación base), transmitir los datos a la estación base (para procesamiento adicional), y luego volver a suspenderse después de que recibe su ubicación de precisión desde la estación base. Todo esto también sirve para reducir el uso de energía por la estación móvil.
Pseudólites de ejemplo
Hay dispositivos existentes conocidos como pseudólites (por "pseudólites") que transmiten señales que imitan (en grados variables) la estructura de señal de GNSS, de tal manera que un receptor de GNSS adecuadamente equipado puede mantener una fijación de posición al recibir señales de GNSS desde un pseudólite cuando hay menos del número mínimo de satélites de GNSS a la vista (incluyendo el caso de no satélites a la vista). Los pseudólites se pueden fijar en posiciones para crear (al menos en parte) una red de posicionamiento basada en tierra. El receptor de GNSS puede ser configurado para recibir señales desde uno o más pseudólites y/o uno o más satélites de GNSS para determinar su posición. Un mercado de pseudólites está en minería, dado que las señales de RF de GNSS no pueden penetrar en la mina. Los pseudólites pueden ser colocados en cañones urbanos, centros comerciales minoristas, almacenes, entornos interiores (donde señales de GNSS están bloqueadas o débiles), etc. para permitir determinaciones de posición de objetos en esos espacios. En la práctica, los pseudólites casi siempre están fijos en posición.
Los pseudólites existentes transmiten a frecuencias ampliamente separadas de las frecuencias portadoras de RF de GPS de 1560 MHz a 1590 MHz (LI) y de 1215 MHz a 1240 MHz (L2), por ejemplo, en la banda sin licencia de 900 MHz a 928 MHz. Esto usualmente requiere que un receptor compatible con pseudólites contenga una antena de 900 MHz y un extremo frontal analógico de receptor además de la antena L1 (y/o L2) y el extremo frontal analógico, lo cual aumenta sustancialmente el tamaño y coste de un receptor compatible con pseudólites en comparación con un receptor de GPS de otra manera equivalente que no tuviera la capacidad de pseudólite.
Sin embargo, está permitido en los Estados Unidos (bajo las pautas de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC)) y en algunos otros países operar un transmisor sin licencia en el intervalo de frecuencia 1626,5 MHz a 1645,5 MHz. Este intervalo de frecuencia está lo suficientemente cerca de la frecuencia L1 de GPS que una única antena y receptor analógico que operan a través de todo el intervalo de frecuencia (por ejemplo, 1560 MHz a 1590 MHz y 1626,5 MHz a 1645,5 MHz) es factible sin sacrificar un rendimiento significativo en comparación con un diseño de receptor de otra manera equivalente que opera solo sobre el intervalo de frecuencia L1 de GPS. Por consiguiente, un pseudólite puede radiodifundir señales (que tienen una estructura de señal de GNSS o similar a GNSS) en el intervalo de frecuencia de 1626,5 MHz a 1645,5 MHz a receptores de GNSS que operan en los intervalos de 1560 MHz a 1590 MHz y 1626,5 MHz a 1645,5 MHz que pueden captar tanto señales de satélites de GNSS en órbita así como señales de pseudólites terrestres. El receptor puede usar las señales de satélite y/o las señales de pseudólite para hacer una determinación de posición, lo cual permite ventajosamente al receptor determinar su posición incluso si menos (o ninguno) de los satélites de GNSS requeridos son visibles para el receptor.
La potencia de transmisión en la banda de 1626,5 MHz a 1645,5 MHz permitida por la autoridad de licencias (por ejemplo, la FCC) es generalmente mucho menor que la permitida en la banda de 900 MHz a 928 MHz, por lo que estos pseudólites de 1626,5 MHz a 1645,5 MHz típicamente pueden no tener el intervalo de pseudólites de 900 MHz a 928 MHz. Pero para algunas aplicaciones el intervalo alcanzable con la banda de 1626,5 MHz a 1645,5 MHz es suficiente, y la reducción de coste y tamaño en la estación móvil puede ser comercialmente ventajosa. Si un pseudólite de 1626,5 MHz a 1645,5 MHz no transmite continuamente, está permitido en los Estados Unidos bajo 47 C.F.R. 15.209 producir una fuerza de campo de 500 pV/m a una distancia de 3 metros, o -41 dBm de potencia radiada isotrópica efectiva (EIRP) en un ancho de banda de 1 MHz. Si la potencia recibida de pseudólite requerida en la estación móvil es -121 dBm, que corresponde a una señal muy fuerte para un receptor de GNSS, el intervalo de espacio libre del pseudólite es aproximadamente (-41 dBm -(-121dBm))/2 = 40 dB (3 metros) o 300 metros.
Cuando se combina con la arquitectura de sistema de GNSS de baja energía que se describe en la presente memoria, se vuelve posible que los pseudólites de 1626,5 MHz a 1645,5 MHz transmitan cuando sea necesario (por ejemplo, bajo el control del elemento de procesamiento de estación base, que conoce cuándo una estación móvil estará escuchando los pseudólites), en comparación con los pseudólites convencionales que típicamente siempre están transmitiendo. Diversas realizaciones de este modo "solo cuando sea necesario" pueden tener ventajas tales como: debido a las regulaciones de FCC que se aplican a los transmisores sin licencia en la banda de 1626,5 MHz a 1645,5 MHz, la potencia de transmisión del pseudólite y de este modo el intervalo se puede aumentar si está solo operando de manera intermitente (de tal manera que la potencia de transmisión promedio del pseudólite cumpla con las regulaciones, a pesar de que la potencia pico de transmisión del pseudólite exceda las regulaciones durante un período de tiempo suficientemente corto). Por ejemplo, si el pseudólite está configurado para transmitir no más de una vez cada diez segundos, entonces en los Estados Unidos bajo 47 C.F.R. 15.231(e) la fuerza de campo permitida es aumentada a 12,500 pV/m a una distancia de 3 metros, proporcionando un aumento en el intervalo de un factor de 25. En algunas de tales realizaciones, el consumo de potencia promedio de los pseudólites puede ser reducido considerablemente, haciendo más fácil que un pseudólite sea alimentado por fuente de potencia solar, eólica, o alguna otra que no es de red.
Aplicaciones de ejemplo para tecnología de GNSS de baja energía
Los sistemas y procedimientos divulgados para la ubicación de GNSS de baja energía de objetos móviles se pueden usar en numerosas aplicaciones, particularmente en cualquier aplicación donde la estación móvil tenga una fuente de energía limitada (por ejemplo, una batería). Ejemplos de aplicaciones incluyen entornos minoristas (por ejemplo, rastrear posiciones de carritos de compras), entornos de almacén (por ejemplo, rastrear carritos de almacén, robots de recolección de inventario, etc.), entornos de centros de transporte (por ejemplo, rastrear carritos de equipaje en un aeropuerto), entornos de instalaciones médicas (por ejemplo, rastrear carritos médicos o equipo médico), y así sucesivamente. Las técnicas de GNSS de baja energía se pueden usar para aplicaciones de ubicación de objetos donde va a ser determinada la ubicación de cualquier tipo de objeto móvil, tangible (por ejemplo, uniendo una estación móvil al objeto). El objeto móvil puede ser cualquier tipo de objeto inanimado móvil (por ejemplo, un carrito, objetos de valor, inventario, un objeto portátil, etc.) u objeto animado móvil (por ejemplo, una persona, una mascota, un animal, ganado, etc.).
Al usar uno o más pseudólites que transmiten en una banda sin licencia (por ejemplo, 1626,5 MHz a 1645,5 MHz) cerca de la frecuencia L1, los sistemas y procedimientos divulgados pueden proporcionar fijaciones de precisión en entornos interiores o en entornos donde los satélites en órbita con frecuencia se bloquean desde la vista.
Configuración de sistema móvil de GNSS de baja energía de ejemplo
La figura 1 ilustra un diagrama de configuración de sistema de ejemplo que involucra un sistema móvil de GNSS de baja energía. El entorno puede incluir tanto espacios interiores como exteriores. La línea 116 ilustra un límite que separa el espacio interior del exterior. La recepción de señales desde un satélite de GNSS útiles para la estimación de posición requiere una línea de visión sin obstáculos entre un receptor de GNSS y el satélite. De este modo, para determinar la posición de un objeto interior puede requerir información adicional a la que se contiene en las señales desde satélites de GNSS, que típicamente están bloqueadas o son débiles en interiores. Como se describe en la presente memoria, se pueden usar uno o más pseudólites en espacios interiores o donde los satélites de GNSS se bloquean de manera rutinaria.
Una estación base (BS) 120 con una antena 124 de GNSS se instala como una parte de la configuración, típicamente con la estación base ubicada en el interior para protegerla de elementos climáticos. Una instalación en interiores también puede proporcionar un acceso conveniente a una fuente de energía, por ejemplo una salida eléctrica de potencia principal de 120-V. De este modo, el consumo de energía de una estación base generalmente no es una restricción en el sistema. Una antena 124 de GNSS se instala típicamente en una ubicación con buena visibilidad de línea de visión para una pluralidad de satélites 104 de GNSS en una constelación de GNSS que orbita la Tierra. Por ejemplo, la instalación de la estación base y su antena de GNSS generalmente posiciona la antena de tal manera que la antena tenga líneas de visión sin obstáculos hacia todos o casi todos (por ejemplo, cuatro o más) los satélites de GNSS sobre el horizonte. Una unidad de control central (CCU) 128 puede estar conectada operativamente a la estación 120 base y puede proporcionar servicios de procesamiento, almacenamiento de datos, y acceso a red.
Un sistema móvil de GNSS de baja energía tiene una o más estaciones 160 móviles, que son móviles o están configuradas para ser unidas a o incluidas en o sobre un objeto móvil. Como se describe en la presente memoria, las estaciones 160 móviles se pueden proporcionar en ruedas para carritos móviles propulsados por humanos (por ejemplo, carritos de compras) o en otras partes de los carritos (por ejemplo, marco o manillar), en o sobre el inventario que va a ser rastreado, unido a personas o animales, etc. El rastreo de las posiciones de las estaciones móviles o de los objetos a los cuales están unidas las estaciones móviles es una funcionalidad principal del sistema móvil de GNSS. Una estación 160 móvil incluye un receptor de GNSS para recibir señales de GNSS. Tales señales de GNSS pueden ser emitidas por un satélite 104 de GNSs o por un pseudólite 180. Una estación móvil también incluye un enlace de radio para comunicación en dos direcciones con la estación base. Una estación móvil también puede incluir otros dispositivos o componentes asociados con la estimación de posición. Por ejemplo, se puede usar un transceptor inalámbri
Como se describió anteriormente, la estimación de posición usando señales de satélite de GNSS requiere una línea de visión sin obstáculos desde al menos tres o cuatro satélites de GNSS hasta un receptor de GNSS. Este requisito plantea un desafío para los receptores de GNSS de interior. Como se describirá en relación con la figura 8 a continuación, uno o más pseudólites 180 pueden proporcionar señales de GNSS (o señales similares a GNSS) para la estimación de posición. De este modo, los pseudólites están ubicados típicamente en interiores. Los pseudólites también son útiles en exteriores, por ejemplo, en entornos urbanos donde edificios de gran altura, vehículos que pasan, y así sucesivamente pueden bloquear la línea de visión a los satélites de GNSS.
Una conexión de red opcional a una estación base puede proporcionar información beneficiosa para el sistema móvil de GNSS de baja energía. Por ejemplo, la estación 160 base puede obtener actualizaciones más frecuentes u oportunas de los datos de temporización para satélites de GNSS individuales a través de la red. Los datos de temporización más actualizados permiten que la estación base sincronice su reloj con un reloj de satélite con mejor precisión. Una conexión de red permite que una estación base obtenga información sobre las condiciones climáticas, modelos ionosféricos actualizados, efemérides de GNSS, o almanaques. Una estación base puede usar tal información para proporcionar mejores datos a una estación móvil en ayuda de la estimación de posición de la estación móvil. Se puede usar una conexión de red para proporcionar funcionalidades remotas de control y/o monitorización. Por ejemplo, un servidor remoto puede conectarse a una pluralidad de estaciones base a través de la red para monitorizar el estado de las estaciones base y/o de las estaciones móviles asociadas, para realizar agregación de datos, minería de datos, u otro análisis de datos de la información de posición de estación móvil. La CCU 128 puede conectarse a la estación 160 base a través de la red. En algunas implementaciones, la funcionalidad de la CCU se incluye en la estación base, o viceversa.
Aplicaciones de rastreo o contención de ejemplo
En la figura 1, la abertura 136 ilustra un espacio a través del cual los objetos pueden moverse desde el espacio interior al espacio exterior, o viceversa. Un límite interior/exterior puede contener cualquier número de aberturas. Una entrada/salida de un edificio es un ejemplo de una abertura 136. La línea 132 ilustra un campo de salida desde el cual se pueden detectar movimientos de estaciones móviles a través de la abertura 136. El campo de salida se puede crear a través de, por ejemplo, puntos 108 de acceso o balizas 112 posicionadas cerca de la abertura 136, una línea de señal de muy baja frecuencia (VLF) (por ejemplo, una señal con una frecuencia en la banda de RF sin licencia por debajo de aproximadamente 9 kHz), un sistema de Vigilancia Electrónica de Artículos (EAS), un sistema de identificación por radiofrecuencia (RFID), un transmisor ultrasónico, o similares. El campo de salida puede ser en la conformación de una línea, la conformación de un patrón de recepción de antena, o alguna otra conformación. Las estaciones 160 móviles pueden incluir sensores que detectan el campo de salida y en respuesta a la detección, toman una acción apropiada. Por ejemplo, una estación móvil que detecta el campo 132 de salida puede determinar que su posición actual está en la abertura 136. La estación móvil puede usar esa información de posición para actualizar o restablecer un sistema de navegación mediante estimación mediante el cual la estación móvil estima su posición.
En la ilustración de la figura 1, el área dentro de la cual se desea el rastreo de las estaciones móviles está encerrada por un límite 144 de área de rastreo. Debido a que el área de rastreo puede extenderse más allá del intervalo de comunicación entre una estación base y una estación móvil, se pueden usar uno o más repetidores 140 de enlace para retransmitir mensajes entre una estación base y una estación móvil. Los repetidores de enlace se describirán además a continuación en relación con la figura 7B.
En algunas aplicaciones y como se ilustra en la figura 1, los objetos móviles pueden ser ubicados o rastreados en un área de confinamiento encerrada por un límite 148 de confinamiento, un área de itinerancia libre dentro de un límite 152 de área de advertencia, y un área 156 de advertencia entre el límite 152 de área de advertencia y el límite 148 de área de confinamiento. Se puede permitir que un objeto móvil se mueva libremente dentro del área de itinerancia libre pero se le puede advertir que se está acercando al límite 148 de área de confinamiento si el objeto se mueve dentro del área de advertencia. Se pueden tomar diferentes acciones correctivas dependiendo de dónde está ubicado el objeto (por ejemplo, ninguna acción dentro del área de itinerancia libre, una advertencia en el área de advertencia, y una acción de confinamiento si el objeto pasa el límite de confinamiento (en la salida)). Se pueden tomar acciones adicionales o diferentes si el objeto móvil se mueve desde afuera hacia adentro del área de confinamiento (por ejemplo, el objeto está retornando al área de itinerancia libre).
Por ejemplo, en una aplicación de tienda minorista, el área interior puede representar una tienda. Las estaciones móviles pueden estar montadas en o sobre carritos de compras. El área de itinerancia libre puede incluir la tienda y el aparcamiento asociado con la tienda. Los carritos de compras pueden moverse libremente dentro del área de itinerancia libre. El límite 148 de área de confinamiento puede incluir un perímetro en el exterior del aparcamiento. Se puede evitar que los carritos de compras dejen el área de confinamiento, por ejemplo mediante un mecanismo de frenado que inhibe el movimiento del carrito (por ejemplo, bloqueando o inhibiendo la rotación de una rueda de carrito) después de que un carrito deja el área de confinamiento. Un área de advertencia puede representar el área entre el área de itinerancia libre y el área de confinamiento. Los carritos de compras pueden proporcionar una advertencia (por ejemplo, una señal de audio o visual) tras entrar en el área de advertencia para advertir a la persona que empuja el carrito de compras que el carrito se está acercando a una ubicación donde el carrito se detendrá. Como otro ejemplo, en una aplicación de rastreo de ganado, un dispositivo electrónico (incluido con o separado desde una estación móvil) se puede unir a animales para ser rastreados o confinados. Cuando un animal itera en el área de advertencia, el dispositivo puede emitir un sonido para alertar al animal. A medida que un animal itera más allá del área de confinamiento, el dispositivo puede administrar un estímulo leve para entrenar al animal para que no salga del área de confinamiento. El límite del área de confinamiento (o advertencia) puede ser diferente para diferentes objetos móviles que se mueven alrededor del área de rastreo. El límite del área de confinamiento (o advertencia) puede ser dinámico y basarse, por ejemplo, en factores o comportamientos del objeto móvil (por ejemplo, animales enfermos podrían estar contenidos en un área diferente a la de los animales sanos). En algunas implementaciones, la estación base determina (o recibe) actualizaciones a un límite de confinamiento (o advertencia) y comunica la actualización a la estación móvil apropiada (o estaciones móviles) sobre el enlace de RF.
Implementación de sistema móvil de GNSS de baja energía de ejemplo
La figura 2A ilustra una implementación de ejemplo de un sistema móvil de GNSS de baja energía. Un satélite 104 de GNSS, una estación 120 base, y una estación 160 móvil se muestran con el propósito de ilustración, sin embargo, esto no es una limitación. El satélite de GNSS radiodifunde sus datos de GNSS. Tanto la estación base como la estación móvil pueden recibir las señales de radiodifusión por satélite de GNSS a través de sus respectivas antenas 124 y 264. Tanto la estación base como la estación móvil también contienen un enlace de radio (mostrado como transceptores 236 y 276 de RF para la estación base y la móvil, respectivamente) para comunicarse entre sí. Para reducir el consumo de energía en una estación móvil, una estación móvil puede transmitir a un nivel de potencia más bajo en el enlace de radio que una estación base. La estación base puede transmitir una señal lista periódicamente para indicar su disponibilidad. El enlace de radio base-móvil puede usar una banda de RF sin licencia (por ejemplo, una banda en la cual la transmisión no requiere una licencia de una agencia reguladora de radiocomunicaciones) tal como, por ejemplo, 900 MHz a 928 MHz, 2,400 GHz a 2,483 GHz o 5,8 GHz (por ejemplo, una banda desde 5,725 GHz a 5,875 GHz) en los Estados Unidos. Una banda de RF sin licencia puede incluir una banda en las bandas de RF industriales, científicas y médicas (ISM) (por ejemplo, una banda de Tipo B) o una banda de RF no celular (por ejemplo, una banda fuera de las que son con licencia para comunicaciones celulares de RF). Las bandas ISM sin licencia pueden incluir (en diversos países o regiones) bandas por debajo de 1 GHz tales como, por ejemplo, 315 MHz a 316 MHz, 426 MHz a 430 MHz, 430 MHz a 432 MHz, 433,05 MHz a 434,79 MHz, 779 MHz a 787 MHz, 769 MHz a 935 MHz, y 863 MHz a 870 MHz.
Además de una antena 124, la estación 120 base ilustrada contiene un receptor 228 de GNSS, un procesador y unidad 232 de almacenamiento de datos, y el enlace 236 de radio. El receptor de GNSS recibe señales electromagnéticas desde el satélite de GNSS y convierte la información incorporada en o asociada con las señales a formatos de datos digitales para procesamiento y almacenamiento por el procesador y unidad de almacenamiento de datos. El procesador calcula diversos datos para suministrar a la estación móvil. Tales datos son útiles para ayudar a la estación móvil a estimar su posición usando señales de GNSS con un bajo consumo de energía (lo cual preserva la vida de batería). El procesador genera mensajes para comunicación con la estación móvil a través del enlace de radio. El procesador también procesa mensajes recibidos desde la estación móvil o la CCU 128. La estación 120 base puede ser alimentada por una fuente de potencia de red.
La estación 160 móvil ilustrada contiene una antena 264, un receptor 268 de GNSS, un procesador y unidad 272 de almacenamiento de datos, un enlace 276 de radio, una fuente 296 de potencia, y un sensor 280 de posición. La estación móvil recibe señales de GNSS a través de la antena 264. El receptor de GNSS recibe señales electromagnéticas desde el satélite de GNSS y convierte la información incorporada en o asociada con las señales a formatos de datos digitales adecuados para procesamiento y almacenamiento por el procesador y unidad de almacenamiento de datos. El procesador calcula diversos datos para suministrar a la estación base. Tales datos son útiles para la estación base al estimar la posición de la estación móvil. El procesador genera mensajes para comunicación con la estación base a través del enlace de radio. El procesador también procesa mensajes recibidos desde la estación base.
El sensor 280 de posición puede proporcionar una estimación de posición de no GNSS, por ejemplo, un sensor de posición que hace mediciones que no incluyen mediciones de señales de satélite de GNSS. Uno o más sensores de no GNSS (por ejemplo, acelerómetros, magnetómetros, unidades de medición inercial (IMUs), giroscopios, sensores de rumbo magnético, brújulas, sensores de rotación de ruedas, podómetros, sensores de marcha, sensores ópticos, sensores de VLF, sensores de EAS, sensores de RFID, sensores de RF, sensores ultrasónicos, etc.) pueden ser incluidos en la estación móvil y usados por el sensor de posición al menos en parte para estimar la posición (por ejemplo, a través de un algoritmo de navegación mediante estimación). En algunos casos, el sensor 280 de posición puede determinar la posición directamente a partir de una medición (por ejemplo, un sensor de VLF que detecta un cable subterráneo de VLF en una ubicación particular), mientras que en otros casos, el sensor de posición puede usar otros componentes u otros sensores para hacer una determinación de posición (por ejemplo, un podómetro que se usa con una brújula y un algoritmo de navegación mediante estimación). Un podómetro o un sensor de marcha pueden incluir un acelerómetro o IMU. Por ejemplo, el sensor 280 de posición puede ser un sensor de navegación mediante estimación que comprende un sensor magnético (por ejemplo, una brújula) para proporcionar un rumbo de la estación móvil. El sensor de navegación mediante estimación también puede comprender un sensor de rotación de rueda para proporcionar una estimación de distancia recorrida por una estación móvil unida a un objeto con ruedas. La combinación del rumbo magnético y la estimación de distancia se puede usar en un algoritmo de navegación mediante estimación para proporcionar una estimación de posición para la estación móvil. Un sensor que mide el indicador de fuerza de señal recibida (RSSI) puede proporcionar una estimación de distancia entre la estación móvil y un punto 108 de acceso inalámbrico. Un sensor óptico o de RF puede proporcionar una estimación de posición en base a las señales emitidas por una o más balizas 112 ópticas, ultrasónicas, o de RF posicionadas a lo largo, o en ciertas ubicaciones dentro, del área 144 de rastreo. Por ejemplo, un sensor ultrasónico o sensor de RF puede medir un tiempo de vuelo desde una señal recibida desde una baliza ultrasónica o baliza de RF, respectivamente, que puede convertirse en una distancia desde la baliza en base a la velocidad del sonido o de la luz, respectivamente. Se pueden usar múltiples balizas para triangular la posición de no GNSS de la estación móvil.
Como ejemplo de tal sensor de no GNSS, si una estación móvil está restringida (por cualquier razón) a pasar a través de un portal en una ubicación conocida (por ejemplo, la abertura 136 que se muestra en la figura 1), un sensor de RF en la estación móvil puede detectar señales de corto alcance desde un transmisor de RF o baliza montada en o cerca de la abertura 136. La señal de RF puede contener la ubicación de la abertura, proporcionando una buena estimación de posición de la estación móvil (por ejemplo, para restablecer una estimación de posición de navegación mediante estimación). El sensor de RF puede ser configurado para Comunicaciones de Campo Cercano (NFC), Bluetooth, Bluetooth de baja energía (BLE), IEEE 802.15, o cualquier otro tipo de protocolo de red inalámbrica.
La fuente 296 de potencia de la estación 160 móvil puede incluir una batería (por ejemplo, reemplazable o recargable), un condensador (por ejemplo, un condensador de alta densidad de energía tal como un ultracondensador o un supercondensador), o cualquier otra fuente de energía que no es de red adecuada para uso con objetos móviles. Pueden usarse combinaciones de los anteriores. Tales fuentes 296 de potencia tienen típicamente una reserva de energía finita (por ejemplo, la cantidad de capacidad de batería). Como se discutió, una desventaja de muchos receptores de GNSS convencionales son sus requisitos de potencia relativamente altos, llevando a una vida útil relativamente corta para la fuente 296 de potencia. Realizaciones de los sistemas de GNSS de baja energía descritos en la presente memoria pueden reducir el consumo de potencia en la estación móvil, llevando a una vida útil sustancialmente más larga de la fuente 296 de potencia.
La figura 2B ilustra otra implementación de ejemplo de un sistema móvil de GNSS de baja energía. Un satélite 104 de GNSS, una estación 120 base, y una estación 160 móvil se muestran con el propósito de ilustración, no a modo de limitación. El satélite de GNSS radiodifunde sus datos de GNSS. Tanto la estación base como la estación móvil pueden recibir las señales de radiodifusión por satélite de GNSS a través de sus respectivas antenas y unidad 244 y 284 de amplificador de bajo ruido (LNA). Tanto la estación base como la estación móvil también contienen un enlace de radio (se muestra como los transceptores 236 y 276 para la estación base y la móvil, respectivamente) para comunicarse entre sí.
Además de las antenas y la unidad 244 de LNA, la estación 120 base ilustrada contiene un receptor de GNSS dividido en una porción 248A analógica y una porción 248B digital, un procesador y unidad 232 de almacenamiento de datos, un enlace 236 de radio, y un componente 252 de soporte de reloj de precisión. El LNA puede amplificar una señal de GNSS de baja potencia con solo una ligera degradación de la relación señal a ruido (SNR). El componente de soporte de reloj de precisión proporciona funcionalidades para sincronizar el reloj de estación base con un reloj de satélite de GNSS así como para ayudar a sincronizar el reloj de estación móvil con el reloj de estación base. Debido a que la estación base (típicamente) no tiene restricción de energía, puede recibir señales de satélite de GNSS de manera continua y mantener su reloj sincronizado con un reloj de satélite de GNSS. La estación móvil con restricción de energía puede sincronizar su reloj con el reloj de estación base sobre una base según sea necesario. A través de la sincronización de dos relojes por pares, el reloj de estación móvil se puede sincronizar (indirectamente) con un reloj de satélite de GNSS, permitiendo que la estación móvil adquiera señales desde un satélite de GNSS con menor consumo de energía que cuando los relojes no están sincronizados.
La estación 160 móvil ilustrada contiene unas antenas y unidad 284 de LNA, un receptor de GNSS dividido en una porción 288A analógica y una porción 288B digital, un procesador y unidad 272 de almacenamiento de datos, un enlace 276 de radio, un sensor 280A de navegación mediante estimación, un sensor 280B de ubicación de precisión alternativo, y un componente 292 de soporte de reloj de precisión. La estación móvil recibe señales de GNSS a través de las antenas y unidad 284 de LNA.
El receptor de GNSS recibe señales electromagnéticas desde el satélite de GNSS y convierte la información incorporada en o asociada con las señales a formatos de datos digitales para procesamiento y almacenamiento por el procesador y la unidad de almacenamiento de datos. Las señales de GNSS analógicas se muestrean y digitalizan típicamente mediante un convertidor analógico a digital (ADC) en la interfaz entre la porción analógica y la porción digital del receptor. Un beneficio de un sistema de receptor de GNSS de baja potencia en una implementación de acuerdo con la presente divulgación es la reducción en el procesamiento requerido por la porción digital del receptor de GNSS y la reducción resultante en el consumo de potencia. Por ejemplo (y como se describe además en la presente memoria), con datos de temporización sobre límites de código en señales de GNSS recibidas desde una estación base, una estación móvil puede iniciar a muestrear en o cerca de un límite de código y muestrear un bloque más corto de las señales de GNSS que lo haría una estación móvil si el inicio del muestreo no tiene relación con el límite de código. Como resultado, los circuitos en la porción 288B digital, tales como filtros y correlacionadores de procesamiento de señales digitales (DSP), pueden ser más pequeños y más eficientes en potencia que en un receptor de GNSS convencional.
Un sensor de posición puede proporcionar una estimación de posición de no GNSS. Para ilustración, un sensor 280A de navegación mediante estimación está dividido desde un sensor 280B de ubicación de precisión alternativo. Un sensor de navegación mediante estimación puede ser un sistema inercial que incluye una combinación de un sensor magnético, un sensor de rotación o giroscopio, un acelerómetro, y un microcontrolador para convertir los datos de dirección y distancia en datos posicionales. Los sensores de ubicación de precisión alternativos pueden incluir otros sensores posicionales, incluyendo los descritos anteriormente en relación con la figura 2A. En algunas implementaciones, un sistema inercial puede restablecerse y tener su error acumulado borrado a través de la adopción de una posición estimada por un sensor de no GNSS (por ejemplo un sensor de RF para detectar señales de corto alcance desde un transmisor en un portal en una ubicación conocida) o desde el sistema de GNSS como una nueva posición inicial. Por consiguiente, los errores de deriva de posición en una estimación de navegación mediante estimación se pueden reducir de tal manera que la estación 160 móvil tenga continuamente una estimación razonablemente precisa de su posición.
En algunas implementaciones, la comunicación en dos direcciones (bidireccional) entre la estación móvil y la estación base puede usar los protocolos de comunicación descritos en la Patente de los Estados Unidos No. 8.463.540, "Two-Way Communication System for Tracking Locations and Statuses of Wheeled Vehicles". En algunas implementaciones, la comunicación bidireccional entre la estación móvil y la estación base puede estar en una banda sin licencia, por ejemplo, 900 MHz a 928 MHz, 2,4 GHz a 2,483 GHz, o de 5,850 GHz a 5,925 GHz en los Estados Unidos. En algunas implementaciones, la estación móvil puede implementar la tecnología de navegación (por ejemplo, navegación mediante estimación) descrita en la Patente los de Estados Unidos No. 8.046.160, "Navigation Systems and Methods for Wheeled Objects". Los protocolos de comunicación en dos direcciones y la tecnología de navegación mediante estimación descritos en estas patentes pueden ser particularmente ventajosos para las realizaciones de sistema de GNSS de baja energía donde la estación móvil está unida a o incluida en un carrito con ruedas propulsado por humanos (por ejemplo, en el marco o en una rueda de un carrito de compras). Las estaciones móviles de algunas de tales realizaciones de carritos con ruedas pueden usar una fuente de potencia que incluye un generador de potencia de ruedas tal como se describe en la Patente de los Estados Unidos No. 8.820.447, "Power Generation Systems and Methods for Wheeled Objects".
Flujo de procesamiento y comunicación de sistema móvil de GNSS de baja energía de ejemplo
La figura 3 ilustra funciones de procesamiento y comunicación de ejemplo realizadas por una estación móvil y por una estación base en una implementación de un sistema móvil de GNSS de baja energía. Las funciones realizadas por una estación móvil aparecen en bloques a la izquierda. Las funciones realizadas por una estación base aparecen en bloques a la derecha.
En el bloque 301, la estación móvil se activa a un tiempo especificado en sus parámetros de suspensión, o cuando se cumple una condición especificada en sus parámetros de suspensión. Los parámetros de suspensión pueden ser almacenados en el almacenamiento 272. Un oscilador de reloj en la estación móvil puede requerir un tiempo de calentamiento para estabilizarse. De este modo la estación móvil puede monitorizar un atributo del oscilador, por ejemplo una deriva de frecuencia a corto plazo, para determinar si el oscilador es estable dentro de un intervalo predeterminado. En el bloque 302, la estación móvil estima su posición actual. Esta estimación puede basarse en las salidas desde un sensor de navegación mediante estimación y/u otro sensor de ubicación de no GNSS como se describe en relación con las figuras 2A y 2B. Esta estimación puede incluir la posición estimada actual de la estación móvil y opcionalmente una medida de incertidumbre asociada con la posición estimada. Las estimaciones de posición e incertidumbre pueden ser expresadas como un intervalo de posiciones, por ejemplo. Cuando la estimación de posición en base a un sensor de no GNSS no es dependiente de la estabilidad del oscilador de reloj, la estimación puede ser realizada durante el período de calentamiento del oscilador. Después de que el oscilador de reloj se estabiliza, la estación móvil transmite su estimación de posición y su valor de reloj local a la estación base a través del enlace 276 de radio. El valor de reloj local se puede capturar a un tiempo fijo en relación con el inicio de transmisión y se guarda en una memoria local de la estación móvil, como se indica por el bloque 317. La sincronización de reloj se describe además a continuación en relación con las figuras 7A y 7B.
En el bloque 303, la estación base recibe el mensaje desde la estación móvil a través del enlace 236 de radio. La estación base actualiza su modelo del reloj de estación móvil en base a, al menos en parte, el valor de reloj local en el mensaje desde la estación móvil. La estación base calcula un valor de corrección de reloj para la estación móvil y transmite el valor a la estación móvil, como se muestra en el bloque 304. En el bloque 306, la estación base estima cuáles satélites de GNSS están más probablemente a la vista desde la estación móvil. Esta estimación puede basarse al menos en parte en la posición actual estimada de la estación móvil contenida en el mensaje desde la estación móvil.
Esta estimación para los satélites visibles puede incluir consideraciones adicionales tales como reducir o minimizar una dilución de precisión (DOP, tal como, por ejemplo, una dilución geométrica de precisión (GDOP)), por ejemplo, en una dirección de interés. La estación base también calcula fases de código y opcionalmente desplazamiento Doppler asociado con cada satélite para ser incluido en la información enviada a la estación móvil. Esta información (por ejemplo, información de adquisición de satélite), transmitida desde la estación base a la estación móvil en el bloque 307, incluye al menos un conjunto de satélites cuyas señales la estación móvil puede intentar adquirir y codificar fases en códigos de C/A y/o W asociados con cada satélite (por ejemplo, los momentos en tiempo cuando la radiodifusión de cada satélite en el conjunto estará a continuación en un límite de código en la ubicación de la estación móvil). El conjunto de satélites puede proporcionarse como una lista de los satélites visibles y en algunos casos, como una lista clasificada, en la cual los satélites más deseables (para estimación precisa de posición) se clasifican por encima de los satélites menos deseables. La clasificación se describirá además a continuación.
Aunque la posición puede ser determinada en base a señales de tan solo cuatro satélites de GNSS (suponiendo que el reloj móvil no esté sincronizado con los relojes de satélites) y tan solo tres satélites de GNSS (suponiendo que el reloj móvil esté suficientemente sincronizado con los relojes de satélites), el conjunto puede incluir más de tres o cuatro satélites para proporcionar alternativas en caso de que no todo el número mínimo de satélites sea visible desde la estación móvil o produzca señales con alta SNR recibida en la estación móvil. La información también puede contener el desplazamiento Doppler asociado con cada satélite en el conjunto. Para las estaciones móviles que se mueven a velocidades mucho menores que la velocidad de los satélites de GNSS, el desplazamiento Doppler es básicamente independiente de la estación móvil individual. Más bien, el desplazamiento Doppler depende de la ubicación de satélite individual y es mayor para los satélites cercanos al horizonte. La información enviada a la estación móvil puede contener adicionalmente parámetros de inicialización para el receptor de GNSS de estación móvil, por ejemplo, parámetros para bucle de bloqueo de frecuencia o bucle de bloqueo de fase (PLL).
Los satélites en el conjunto pueden ser clasificados de acuerdo con uno o más criterios de clasificación. Por ejemplo, las señales de satélite en estrecha alineación a lo largo de la dirección de movimiento de la estación móvil pueden proporcionar una mejor resolución para estimaciones de posición. De este modo, para las estaciones móviles que se mueven en un terreno plano, los satélites cerca del horizonte pueden proporcionar señales con mejor resolución para estimaciones de posición en tierra. Sin embargo, las señales desde satélites cerca del horizonte recorren a través de una trayectoria ionosférica más larga para llegar a la estación móvil y están potencialmente sujetas a errores mayores que las señales desde los satélites de gran altitud. Las señales desde los satélites cerca del horizonte también tienden a tener un mayor desplazamiento Doppler. Como resultado, la clasificación de los satélites involucra equilibrar los factores que los contrarrestan tales como los discutidos anteriormente. La clasificación también puede depender de la disponibilidad de información adicional tal como un modelo ionosférico actualizado.
La información de adquisición de satélite desde la estación base puede incluir además información de selección útil para la estación móvil para determinar desde cuál de los satélites de GNSS en el conjunto adquirir señales de GNSS. La información de selección puede incluir un orden de satélites a adquirir, donde el orden puede basarse en una contingencia. Por ejemplo, si la contingencia no se produce, se usa un primer orden de adquisición, mientras que si se produce la contingencia, se usa un segundo orden de adquisición. Como ejemplo, tal información de selección puede incluir proximidad posicional de dos satélites de tal manera que si la estación móvil falla en adquirir una señal de buena calidad de un satélite, la estación móvil puede omitir la adquisición de señales desde el otro satélite. Para ilustrar, el satélite #4 y #5 en el conjunto pueden estar ambos ubicados cerca de una colina desde la perspectiva de la estación móvil de tal manera que si la estación móvil no puede adquirir una señal de buena calidad desde el satélite #4, la estación móvil debería omitir la adquisición de señales desde el satélite #5, ya que es probable que las señales también estén bloqueadas por la colina. Como otro ejemplo, la información posicional de satélite puede usarse para designar un satélite primario y uno de respaldo ambos en una dirección de interés. Si la estación móvil no puede adquirir una buena señal desde el satélite primario, la estación móvil puede intentar adquirir una señal desde el satélite de respaldo correspondiente. Como una ilustración, suponer que el satélite #3 está ubicado en la dirección de movimiento de la estación móvil. El satélite #7 está ubicado en la dirección opuesta, 180° desde el satélite #3. Las señales desde ambos satélites pueden proporcionar potencialmente una buena resolución en la estimación de posición en la dirección del movimiento. De este modo, si la estación móvil no puede adquirir una buena señal desde el satélite #3, puede ser mejor adquirir señales desde el satélite #7 que desde los satélites #5 y #6 en el conjunto, cuyas señales la estación móvil normalmente intentaría adquirir antes del satélite #7 debido a sus rangos más altos. Las descripciones de una dirección de interés y factores de ejemplo adicionales para clasificar los satélites se discuten a continuación en relación con las figuras 6A y 6B.
En el bloque 305, la estación móvil recibe información de corrección de reloj desde la estación base. La estación móvil entonces aplica la corrección a su reloj, por ejemplo ajustando un PLL para ajustar la tasa de reloj de la estación móvil. Después de la corrección de reloj, el reloj de la estación móvil se sincroniza con el reloj de la estación base. Debido a que el reloj de la estación base puede estar y presumiblemente está sincronizado con un reloj de satélite de GNSS, el reloj de estación móvil también está sincronizado con el reloj de satélite de GNSS después de la corrección de reloj.
En el bloque 308, la estación móvil recibe el conjunto de satélites e información de adquisición asociada desde la estación base. Usando esta información desde la estación base, la estación móvil puede adquirir señales de GNSS. Con un reloj sincronizado con un reloj de satélite de GNSS y con información de temporización de fase de código suministrada por la estación base, una estación móvil puede iniciar a adquirir señales de satélite de GNSS en tiempos precisos, por ejemplo en o cerca de una transición de fase de código. De este modo, en lugar de adquirir grandes bloques de señales de GNSS potencialmente múltiples veces en busca de una transición de fase de código, una estación móvil puede iniciar la adquisición en el momento adecuado y capturar solo un pequeño bloque de señal, ahorrando cantidades significativas de energía. Por ejemplo, un bloque de señal de 10 ps de longitud (por ejemplo, 2.000 muestras digitales muestreadas a 200 MHz) puede ser suficiente. En otros casos, la estación móvil puede buscar señales de GNSS durante un período de tiempo en un intervalo desde menor que 1 ps, 1 ps a 100 ps, 100 ps a 1000 ps, o más.
En el bloque 309, los datos sin procesar de banda base digitalizados se transfieren desde el receptor de GNSS al procesador 272. Dependiendo de la implementación de la porción analógica del receptor, los datos sin procesar pueden estar en fase (I) solamente o tanto en fase como en cuadratura (Q).
En el bloque 310, el procesador preprocesa los datos sin procesar de banda base digitalizados, principalmente para obtener tiempos de transición de chip para enviar a la estación base en el bloque 311. Para estimar los tiempos de transición de chip a partir de señales de GNSS, la estación móvil puede no propagar la señal adquirida a partir del código usado por el primer satélite en la lista clasificada, proceder hacia abajo en la lista, y detenerse después de obtener señales de buena calidad desde el número mínimo de satélites necesarios para la posición. Como se explicó anteriormente, el número mínimo de satélites es tres o cuatro, dependiendo de si el reloj de la estación móvil está sincronizado con los relojes de satélites. El código de propagación de referencia asociado con cada satélite se almacena en la estación móvil, por ejemplo en el almacenamiento 272 de datos. La señal no propagada, por ejemplo, la salida de un correlacionador, contiene atributos que indican la calidad de la señal recibida correspondiente, por ejemplo, potencia, ancho (por ejemplo, 3 dB) del pico en la salida de correlacionador, y SNR. Una estación móvil puede calcular tales indicadores de calidad con un bajo consumo de energía.
Una determinación de la calidad de la señal recibida puede basarse en parte en uno o más atributos asociados con la señal no propagada. Los criterios para una señal de buena calidad pueden depender de muchos factores, tales como rendimiento del receptor de GNSS de la estación móvil, disponibilidad de información de ayuda externa (por ejemplo, modelos ionosféricos actualizados), nivel deseado o requerido de precisión para las estimaciones de posición, fuentes y naturaleza de distorsión de señal de GNSS (por ejemplo, interferencia de banda ancha versus de banda estrecha), etc. Una calidad de señal considerada buena para una realización en un cierto escenario operativo bajo ciertas condiciones puede no ser lo suficientemente buena para otra realización en un escenario operativo diferente en diferentes condiciones. De este modo, los siguientes ejemplos de señales de buena calidad no son limitantes.
Por ejemplo, un ancho de 3 dB del pico en la salida de correlacionador puede considerarse bueno si es una fracción de un tiempo de chip, por ejemplo 1/4, 1/2, 3/4 de un tiempo de chip. La mitad de un tiempo de chip a la tasa de código P(Y) de 10,23 MHz, por ejemplo, se traduce en menor que 49 nanosegundos. Una fracción diferente (por ejemplo, 3/4) a una tasa de chip diferente se traduce en un ancho diferente. Como otro ejemplo, un receptor de GNSS convencional en modo de adquisición (por ejemplo, adquirir señales de satélite de GNSS desde un arranque en frío) puede requerir una potencia de señal recibida más alta (por ejemplo 4 a 16 dB más alta) que el receptor en modo de rastreo. Por ejemplo, una potencia de GPS nominal en el código de C/A L1 como se recibe en la superficie de la Tierra a 5 grados sobre el horizonte es aproximadamente -129 dBm en la entrada del LNA (suponiendo una antena isotrópica y un clima promedio sin lluvia). Una potencia de GPS nominal en el código P(Y) recibido en la misma condición es aproximadamente 3 dB menor, -132 dBm. Un nivel de rendimiento especificado (por ejemplo, un nivel mínimo en o por encima del cual la calidad de señal puede considerarse buena) de la fuerza de señal recibida medida en la entrada de LNA para un receptor de GPS L1 convencional en los modos de adquisición y rastreo puede ser -150±3 dBm y -160±3 dBm, respectivamente, para dejar margen para condiciones degradadas tales como altos niveles de humedad en la atmósfera. Uno o más de los factores descritos anteriormente pueden cambiar estos niveles de rendimiento especificados. Realizaciones de los receptores de GNSS de estación móvil, cuando no operan en un modo autónomo, pueden funcionar de manera similar a un receptor de GNSS convencional en el modo de rastreo. Sin embargo, algunas aplicaciones pueden imponer objetivos de diseño en realizaciones de receptores de GNSS. Por ejemplo, algunas de las aplicaciones de rastreo de carrito de compras de tiendas minoristas y de ganado descritas en la presente memoria pueden no permitir un buen diseño de antena (por ejemplo, isotrópica), con por ejemplo, ganancia dBic cero cerca del horizonte en estaciones móviles. Una estación base no sujeta a restricciones significativas en factores tales como tamaño, conformación, y peso se puede diseñar con una buena antena inmóvil. Sin embargo, para una antena de estación móvil que puede necesitar ser colocada, por ejemplo, en un mango de carrito de compras o en un collar colocado alrededor del cuello de un animal, pueden ser necesarios compromisos en rendimiento. De este modo, una buena fuerza de señal recibida para un receptor de GNSS en modo no autónomo puede estar más cerca de un receptor de GNSS convencional en modo de adquisición, por ejemplo, -150±3 dBm en la entrada de LNA.
Como se discute en la presente memoria, la sincronización de reloj entre la estación móvil y la estación base puede ser suficiente para que se puedan usar un mínimo de tres satélites de GNSS para la estimación de ubicación. La adquisición de señales de GNSS desde tres, en lugar de cuatro, satélites puede reducir el consumo de energía. Sin embargo, la sincronización de reloj puede ser lo suficientemente pobre como para que la estimación de ubicación resultante (desde tres satélites) no sea particularmente precisa (aunque puede usarse en algunos escenarios donde la precisión es menos importante). Por consiguiente, en muchos escenarios comerciales, el número mínimo de satélites adquiridos por la estación móvil tiende a ser cuatro.
Los satélites particulares no propagados por la estación móvil pueden o pueden no estar entre los tres o cuatro primeros en la lista clasificada de la estación base. Por ejemplo, la línea de visión a uno de los satélites superiores puede estar bloqueada temporalmente por un objeto. La estación móvil puede no obtener una buena señal desde este satélite en esta situación. De esta manera, la estación móvil no propaga señales desde más satélites de los necesarios para determinar la posición de la estación móvil, reduciendo de esa manera el consumo de energía relacionado con la determinación de posición de GNSS. Adicionalmente, dado que la lista de satélites desde la estación base puede ser clasificada en parte de acuerdo con su visibilidad desde la estación móvil, proceder de acuerdo con los rangos en la lista puede minimizar el número de satélites cuyas señales la estación móvil no propaga excepto debido a causas inesperadas tal como un bloqueo temporal.
La estación móvil también puede calcular una SNR para cada satélite cuyas señales intenta recibir la estación móvil. La SNR es un indicador de calidad de las señales recibidas y se puede calcular con bajo consumo de energía. La estación móvil puede enviar SNR calculada a la estación base como parte del mensaje en el bloque 311. La estación móvil también puede validar que no hay errores de fase de código como se indica en el bloque 318. Puede haber diferentes causas de errores de fase de código, incluyendo error de sincronización de reloj, error en la estimación de la posición de la estación móvil (en el bloque 302), error de trayectoria de propagación de señal de GNSS, etc. Si una estación móvil detecta un error de fase de código, la estación móvil puede tomar una o más acciones correctivas. Por ejemplo, la estación móvil puede retornar al bloque 302 y repetir el proceso desde allí, lo cual puede curar el error (por ejemplo, resincronizando el reloj de estación móvil con el reloj de estación base). La estación móvil puede aumentar el ancho de la ventana de búsqueda para obtener un pico del correlacionador, lo cual puede ayudar a resolver el error si es debido a un error en la posición estimada de la estación móvil. La estación móvil puede determinar que las señales del satélite asociadas con el error de fase de código no se pueden adquirir con éxito (en este momento) y proceder a preprocesar señales desde otro satélite en la lista de adquisición, o tomar otra acción en respuesta.
La estación móvil puede ajustar su precisión de temporización a, por ejemplo, una precisión de una fracción (por ejemplo, un cuarto) de un chip, a través del uso de un código en señales de GNSS con una tasa de chip más alta. Por ejemplo, el código de precisión (P) en el sistema de GPS tiene una tasa de chip 10 veces la tasa de chip del código de C/A. La estación móvil no tiene código de precisión (P) de referencia dado que el código de precisión (P) está encriptado con claves militares secretas. Sin embargo, con el propósito de determinar las transiciones de chip en un mensaje de navegación, la estación móvil puede depender de la baja frecuencia de cambio de la clave de encriptación, código de encriptación (W), sin poder desencriptar el código encriptado P(Y). Se puede ubicar una transición de chip desplazando una señal de GNSS digitalizada con respecto a una ventana de correlacionador y ubicando un pico en la salida de correlacionador. A través de la sincronización de reloj (indirecta) con un reloj de satélite de GNSS, una estación móvil de acuerdo con la presente divulgación es capaz de ubicar un pico de correlacionador dentro de un intervalo más pequeño de desplazamientos en comparación con un receptor/procesador de GNSS convencional. Por ejemplo, una ventana de desplazamiento de ±2 ps puede ser suficiente suponiendo una distribución normal de error de sincronización de reloj a través del enlace de RF base-móvil y un nivel de tolerancia de error de fase de código de cuatro sigma. Suponiendo que el intervalo de chip es corto en relación con el intervalo de desplazamiento (que es probable si se usa P(Y)), el intervalo de desplazamiento puede basarse principalmente en la precisión de sincronización de reloj de la estación móvil en el tiempo de capturar la secuencia de chips que incluye la transición de chip en la banda base. Por ejemplo, si se asume que el error de reloj se distribuye normalmente, entonces una ventana de desplazamiento de varios (por ejemplo, 1, 2, 3, 4, o más) sigma típicamente será suficiente. Sigma de sincronización de reloj esperada es del orden de 0,5*(1/tasa de bits de enlace de RF). De este modo, en realizaciones en las cuales la tasa de bits de enlace de RF es aproximadamente 1 Mbps, la ventana de desplazamiento puede ser aproximadamente ± 2 ps para un intervalo de desplazamiento de 4 sigma. En otras realizaciones, la tasa de desplazamiento puede estar en un intervalo desde aproximadamente 0,5 ps a aproximadamente 10 ps, 10 ps a 1000 ps, o algún otro intervalo.
Como resultado del ajuste de la precisión de temporización de la estación móvil, en algunas implementaciones, los circuitos para el correlacionador en la porción digital del receptor/procesador de GNSS en una estación móvil son más pequeños y consumen menos potencia que sus contrapartes en un receptor/procesador de GNSS convencional. En los sistemas que usan el código P(Y) para la temporización, el mensaje enviado desde la estación base a la estación móvil en el bloque 307 puede incluir la información de fase de código del código de encriptación (W) para cada uno de los satélites visibles.
En el bloque 312, la estación base recibe el mensaje desde la estación móvil. Usando la información de temporización de transición de señal de satélite en el mensaje, la estación base puede calcular la posición de la estación móvil resolviendo ecuaciones de navegación de GNSs (por ejemplo calculando soluciones de posición/velocidad/tiempo (PVT)). La información de temporización puede ser suficiente para el cálculo de la posición actualizada de estación móvil, en cuyo caso la estación base se mueve al bloque 313. Por otro lado, la información de temporización puede resultar ser insuficiente, y la estación base no puede calcular la posición actualizada de la estación móvil. En ese caso, el proceso vuelve al bloque 306 y se repite desde allí. La suficiencia de la información de temporización se puede determinar a partir de un nivel de confianza en relación con un nivel deseado de precisión asociado con una estimación de posición. El nivel de confianza a su vez puede basarse en un indicador de calidad enviado por la estación móvil. El nivel deseado de precisión puede ser diferente en diferentes contextos o aplicaciones. La consistencia de estimaciones calculadas a partir de la información de temporización asociada con diferentes satélites en el mismo mensaje también puede proporcionar una medida del nivel de confianza. Por ejemplo, si los errores en las soluciones de PVT calculadas a partir de las señales de la mayoría de los satélites incluidos en el mensaje de información de temporización están cerca entre sí, mientras que los errores en las soluciones de PVT desde una minoría de satélites incluidos en el mensaje de información de temporización están muy separados de todos los demás (incluyendo, por ejemplo, muy separados entre sí dentro del grupo minoritario), el nivel de confianza en las estimaciones desde el grupo mayoritario de satélites puede ser alto mientras que el nivel de confianza en las estimaciones desde el grupo minoritario de satélites puede ser bajo. La confianza en picos de correlacionador se puede indicar mediante un indicador de calidad tal como una nitidez de un pico (por ejemplo, medio máximo de ancho completo), una SNR para un satélite particular en un tiempo particular, y así sucesivamente.
En el bloque 313, la estación base puede actualizar su registro de trayectoria asociado con la estación móvil. La estación base también puede calcular los parámetros de suspensión actualizados o una zona de suspensión actualizada para la estación móvil. La estación base transmite entonces la posición actualizada a la estación móvil. La estación base también puede transmitir parámetros de suspensión actualizados o información de zona de suspensión actualizada a la estación móvil. Donde los movimientos o acciones de una estación móvil son dirigidos por o a través de una estación base, la estación base puede calcular y transmitir instrucciones a la estación móvil para dirigir sus movimientos o acciones. La estación base también puede calcular y transmitir datos para ayudar a la estación móvil a ajustar sus sensores de posición de no GNSS.
En el bloque 314, después de recibir el mensaje desde la estación base, la estación móvil actualiza su propia posición (en base a la posición actualizada recibida desde la estación base) y opcionalmente ajusta o restablece su sensor de posición, por ejemplo un sistema de medición inercial o un sistema de navegación mediante estimación. Si el mensaje también contiene parámetros de suspensión actualizados o información de zona de suspensión actualizada, la estación móvil puede actualizar sus parámetros de suspensión, ya sea explícitamente establecidos o derivados desde la información sobre la zona de suspensión en el mensaje. La estación móvil puede redirigir sus movimientos o acciones de acuerdo con las instrucciones desde la estación base, si las hubiera. La estación móvil puede entonces transmitir un mensaje de acuse de recibo (ACK) y ponerse en modo de suspensión (en base a los parámetros de suspensión), como se indica en el bloque 315. A continuación la estación móvil se activará y reiniciará desde el bloque 301 de acuerdo con sus parámetros de suspensión. La estación base recibe el mensaje de ACK desde la estación móvil, y el proceso completa un ciclo en el bloque 316.
Una estación base o una estación móvil pueden determinar parámetros de suspensión en base a un número de consideraciones. Por ejemplo, en una aplicación de geovalla (tal como, por ejemplo, las aplicaciones de contención de carritos de compras o de contención de ganado descritas en la presente memoria), los parámetros de suspensión se pueden determinar en parte en base a la distancia actual o una distancia proyectada en un tiempo futuro entre una estación móvil y las geovallas o límites u obstáculos en el área de confinamiento dentro del límite 148. Los parámetros de suspensión pueden tener en cuenta las geovallas dinámicas, en las cuales los límites de la geovalla varían con el tiempo u otros parámetros. La distancia entre dos estaciones móviles puede ser un factor en la determinación de parámetros de suspensión cuando es deseable la evitación de colisiones. Los parámetros de suspensión pueden incluir condiciones explícitas de activación o suspensión o información que una estación móvil puede usar para calcular las condiciones de activación o suspensión. La suspensión se refiere a un estado inactivo de la porción de GNSS de una estación móvil. Otras porciones de la estación móvil pueden permanecer activas. Por ejemplo, un procesador y un sensor pueden permanecer activos mientras la porción de GNSS está en un estado de suspensión para monitorizar el entorno o estado y para calcular nuevas condiciones de activación en base al entorno o estado cambiado así como para procesar datos de navegación mediante estimación.
Las funciones descritas con referencia a la figura 3 están previstas para ilustrar y no limitar el ámbito de la divulgación. En otros ejemplos, uno o más de los bloques de procesamiento se pueden redisponer, combinar, o eliminar.
Modo autónomo y modo sin ayuda de ejemplo
Un sistema móvil de GNSS de baja energía puede implementar un modo autónomo para uso cuando una estación móvil no tiene contacto con una estación base. Una estación móvil puede perder contacto con una estación base por una variedad de razones, por ejemplo, un bloqueo temporal de trayectoria de comunicación, una interrupción temporal de estación base, o que las estaciones estén fuera de intervalo de la comunicación. Un sistema móvil de GNSS de baja energía puede reducir la aparición de tales situaciones empleando estaciones base redundantes o a través del uso opcional de los repetidores 140 de enlace descritos en la presente memoria. En modo autónomo, una estación móvil puede calcular su posición a través de señales de GNSS a través de procedimientos de GNSS convencionales. En modo autónomo, una estación móvil puede usar un modelo ionosférico almacenado en caché para corregir al menos parcialmente los errores en la determinación de posición. Una estación móvil en un sistema móvil de GNSS de baja energía puede reducir el consumo de energía en modo autónomo sacrificando la precisión de la estimación de posición. Por ejemplo, no mantener encendido el receptor de GNSS durante el tiempo (relativamente largo) que toma recibir correcciones de red ionosférica a través de un Servicio de Aumento Basado en Espacio (SBAS) puede reducir la energía, aunque posiblemente a expensas de precisión. La captura de un pseudointervalo desde un satélite involucra capturar transiciones de chips y realizar estimación de posición. Múltiples pseudorintervalos capturados pueden aumentar la precisión de la solución de PVT. Por consiguiente, capturar menos pseudorintervalos por satélite también puede reducir la energía, de nuevo posiblemente a expensas de precisión.
Un sistema móvil de GNSS de baja energía también puede implementar un modo sin ayuda. En este modo, la estación móvil no proporciona una estimación de posición inicial a la estación base (véase, por ejemplo, bloque 302 de la figura 3). La estación base puede realizar las estimaciones en el bloque 306 usando ya sea su propia posición o la última posición calculada de la estación móvil como la posición inicial de la estación móvil. Este modo puede ser efectivo donde una estación móvil no recorre lejos desde una estación base o entre ciclos de procesamiento consecutivos. La frecuencia de ciclos de procesamiento se puede ajustar para aumentar la efectividad de este modo sin ayuda. Este modo es útil cuando los sensores de posición de no GNSS no están disponibles en una estación móvil.
Temporización de actividad de estación móvil de GNSS de baja energía de ejemplo
La figura 4 ilustra un ejemplo de ciclos de actividad de una estación móvil de ejemplo. El gráfico 404 muestra esquemáticamente ejemplos de ráfagas de actividades en la estación móvil. Los ejes horizontales representan el tiempo. Los ejes verticales representan el consumo de potencia. Entre las ráfagas están los períodos de suspensión en los cuales al menos la porción de GNSS de la estación móvil se coloca en un modo de suspensión y consume poca energía. El ciclo de trabajo de actividad es bajo para mantener bajo el consumo global de energía y se puede ajustar en base a consideraciones tales como la velocidad de la estación móvil, proximidad de una estación móvil al límite de área de rastreo o a otra estación móvil, etc.
El gráfico 408 amplía en una ráfaga de actividades en el gráfico 404. El eje horizontal representa el tiempo (en una escala diferente que el eje horizontal en el gráfico 404). El eje vertical representa el consumo de potencia (en la misma escala que el eje vertical en el gráfico 404). Los números asociados con las ráfagas en el gráfico 408 corresponden a los números de bloque en la figura 3. Dentro de un ciclo de procesamiento ilustrado en la figura 3, hay ráfagas de actividades dentro de la estación móvil. El ancho de una ráfaga ilustra esquemáticamente la duración de una actividad asociada con un bloque en la figura 3. La altura de una ráfaga ilustra esquemáticamente la potencia promedio consumida por una actividad asociada con un bloque en la figura 3. La duración y la potencia promedio se tabularizan a continuación para este ejemplo ilustrativo. Estos valores se proporcionan para ilustración y no son una limitación de la presente divulgación. Una implementación diferente puede tener un conjunto diferente de valores. También, un escenario operativo diferente que use la misma implementación de GNSS de bajo consumo de energía también puede dar como resultado un conjunto diferente de valores. Por ejemplo, si el sistema y las condiciones ambientales permiten una estimación de posición usando un número menor de chips P(Y) recibidos (por ejemplo, se usan 1.000 para la estimación a continuación), se puede disminuir el consumo de potencia asociado con los bloques 309 y 310.
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El gráfico 412 ilustra esquemáticamente un ejemplo de transiciones de fase de código en una señal de GNSS. A través de la sincronización de reloj y la información de fase de código desde una estación base, una estación móvil puede iniciar su adquisición de señal en el bloque 309 en base a la temporización de una transición de fase de código (por ejemplo, una transición de chip particular). Por consiguiente, el receptor de GNSS de la estación móvil se puede encender durante un período de tiempo relativamente corto para adquirir las señales de GNSS, reduciendo de esa manera el consumo de energía.
Datos de GNSS preprocesados de ejemplo
La figura 5 ilustra datos de GNSS preprocesados de ejemplo. En respuesta a su recepción de señales de GNSS, la estación móvil genera datos 500 de GNSS preprocesados y transmite los datos a la estación base, por ejemplo, como se muestra en los bloques 311 y 312 en la figura 3. En este ejemplo, los datos 500 preprocesados contienen los tiempos de transición de chip estimados de varios de los satélites en el conjunto de satélites visibles enviados por la estación base, por ejemplo los satélites cuyas señales la estación móvil intentó adquirir. Los datos 500 contienen opcionalmente un indicador de calidad de las señales desde cada uno de los varios satélites. Cuando una estación móvil falla en adquirir la señal desde un satélite, la estación móvil puede indicarlo así en los datos preprocesados. En la ilustración, la estación móvil falla en adquirir el satélite #3. De este modo los datos preprocesados asociados con el satélite #3 se muestran como no disponibles (N/A). Para compensar la falta en adquirir el satélite #3, la estación móvil adquiere el satélite #7 e incluye datos preprocesados para el satélite #7. La sustitución del satélite #7 por el satélite #3 puede deberse a consideraciones de dirección de interés, como se describe en relación con la descripción del bloque 307 en la figura 3 arriba.
La cantidad de preprocesamiento hecho en una estación móvil y el contenido de los datos preprocesados pueden cambiar en base a factores tales como tecnología, complejidad de diseño, y limitaciones de consumo de energía. Un objetivo principal del sistema móvil de GNSS de baja energía es reducir el consumo de energía de las estaciones móviles. Cuando el consumo de energía de una estación móvil se puede reducir realizando más preprocesamiento y transmitiendo un mensaje de datos preprocesado más corto (toma menos energía para transmitir un mensaje más corto), puede ser beneficioso hacer tal implementación. Este puede ser el caso a medida que los avances en la tecnología de semiconductores reducen el consumo de potencia asociado con el procesamiento. El consumo de potencia asociado con la transmisión, por otro lado, puede estar limitado al menos en parte por la física y puede no escalar directamente con el avance en la tecnología. Por consiguiente, el sistema de GNSS de baja energía puede realizar un proceso de optimización para seleccionar la cantidad de preprocesamiento que debe realizar el móvil y la cantidad de datos 500 preprocesados para transmitir a la estación base.
Aprendizaje automático de ejemplo
Una estación base o un servidor remoto (por ejemplo, la CCU 128) puede acumular información estadística con respecto a la capacidad de las estaciones móviles para adquirir señales desde los satélites de GNSS. Tales estadísticas pueden usarse para mejorar el modelo de una estación base del área de rastreo, condiciones de estación móvil, y/o futuras selecciones de satélites. Por ejemplo, en los datos 500 preprocesados, la estación móvil puede indicar adicionalmente que falla en adquirir el satélite #3 debido a que el pico en la salida de correlacionador es demasiado ancho. Si, con el tiempo, las estadísticas muestran que una estación móvil particular encuentra con frecuencia fallas de adquisición similares para satélites en una cierta orientación con respecto a la estación móvil, la estación base puede concluir que la estación móvil está funcionando mal, o la estación base puede incorporar la deficiencia de estaciones móviles en esta cierta orientación en su modelo de la estación móvil. La estación base puede entonces marcar la estación móvil como una candidata para mantenimiento, o puede eliminar satélites en esa cierta orientación en futuras listas clasificadas de satélites enviadas a esta estación móvil. Como otro ejemplo, si las estadísticas muestran que las estaciones móviles en unas ubicaciones particulares en el área de rastreo (por ejemplo, dentro del límite 144) generalmente tienen problemas en adquirir señales de satélite desde un satélite en una cierta dirección, la estación base puede concluir que algún tipo de obstáculo existe en esa dirección y actualizar su modelo del área de rastreo. Esto puede ser útil donde un mapa, por ejemplo de un área de rastreo usada por la estación base no tiene información de elevación (actualizada).
En diversas implementaciones, la estación base o la CCU pueden usar un algoritmo de aprendizaje automático para procesar las estadísticas de adquisición de satélites acumuladas con el fin de actualizar el modelo ambiental en el cual se mueven las estaciones móviles, aprender que están presentes obstáculos previamente desconocidos (y bloquear señales de GNSS desde ciertas direcciones), o aprender otros patrones que se pueden usar para transmitir mejores parámetros de adquisición de satélites a las estaciones móviles. Los algoritmos de aprendizaje automático pueden incluir redes neuronales, árboles de decisión, máquinas de vectores de soporte, procedimientos probabilísticos (por ejemplo, redes Bayesianas), minería de datos, y así sucesivamente. Las técnicas de aprendizaje automático se pueden complementar con un sistema de información geográfica (GIS) que analiza o proporciona datos geoespaciales sobre el entorno de rastreo.
Escenarios de operación de ejemplo
La figura 6A ilustra ejemplos de algunos escenarios de operación de un sistema móvil de GNSS de baja potencia. Una línea 620 discontinua denota el límite de un área de rastreo. Las curvas 640 y 660 ilustran movimientos de dos estaciones móviles, la estación móvil A y estación móvil B, respectivamente. Los círculos abiertos en las curvas denotan posiciones cuando las estaciones móviles se activan desde un modo de suspensión. Los círculos sólidos en las curvas denotan posiciones cuando las estaciones móviles entran en un modo de suspensión. Las flechas pequeñas desde los círculos abiertos ilustran la dirección de interés en esa posición/tiempo. Una dirección de interés podría incluir una dirección hacia una estación móvil cercana u otro obstáculo (por ejemplo, para evitar colisión) o una dirección hacia la porción más cercana del límite 620 de área de rastreo (por ejemplo, donde puede producirse una acción de confinamiento en un escenario de geovalla). Seis flechas alrededor del perímetro ilustran ubicaciones de satélites de GNSS en relación con el área de rastreo.
Cuando son visibles más satélites de GNSS desde una estación móvil, puede ser beneficioso para una estación base clasificar los satélites en base al menos en parte a su contribución a la precisión en una dirección de interés. Una estimación de posición tiene grados variables de incertidumbre en diferentes direcciones en relación con las direcciones de los satélites cuyas señales forman las bases de la estimación. GDOP es una fuente de tales efectos. Como otro ejemplo, usualmente es deseable resolver la posición de una estación móvil con un mayor grado de precisión en la dirección del movimiento de la estación móvil.
Cuando la estación móvil A se activa por primera y segunda vez en la ilustración en la figura 6A, la dirección de interés asociada con la posición de estación móvil A es la dirección de su movimiento. Esto se muestra mediante las dos flechas pequeñas que están estrechamente alineadas con la curva en los dos círculos abiertos más a la izquierda, 644 y 648, en la curva 640. Por consiguiente, una estación base puede clasificar los satélites #1 y #4 más arriba para el primer ciclo de activación (iniciando desde el círculo 644 abierto) debido a que estos dos satélites están más estrechamente alineados con la dirección de interés que otros satélites. Dado que los satélites #1 y #4 están casi en direcciones opuestas desde la perspectiva de la estación móvil A, el uso de ambos en una estimación de posición también reduce la GDOP. Por la misma razón, una estación base puede desviarse hacia los satélites #2 y #5 en la clasificación de los satélites para el segundo ciclo de activación (iniciando desde el círculo 648 abierto). Cuando la estación móvil A se activa una tercera vez en la ilustración (iniciando desde el círculo 652 abierto), la estación móvil B se está acercando a la estación móvil A, como se indica a través de la curva 660 y círculo 664 abierto. La dirección de interés asociada con la estación móvil A apunta a la estación móvil B debido a que la evitación de colisiones se convierte en una consideración importante. Por consiguiente, una estación base puede desviarse hacia el satélite #2 que está más estrechamente alineado a lo largo de la dirección de interés (aunque en la dirección opuesta). Durante el cuarto ciclo de activación (iniciando desde el círculo 656 abierto), la estación móvil A está cerca del límite 620 de área de rastreo. De este modo la dirección dominante de interés apunta a un punto en el límite más cercano a la estación móvil A.
Una implementación de un sistema móvil de GNSS de baja energía puede estimar la orientación o dirección de movimiento de una estación móvil a través de una o más formas. Por ejemplo, una estación móvil puede estimar su orientación en base a datos desde sensores de navegación mediante estimación. Una estación base o una estación móvil puede estimar la orientación de la estación móvil en base a un historial de posiciones de la estación móvil. Este historial puede basarse en datos de GNSS, datos de no GNSS, o una combinación de los dos.
La figura 6B ilustra ejemplos adicionales de escenarios de operación de un sistema móvil de GNSS de baja energía. Se usan representaciones gráficas similares a las de la figura 6A. Adicionalmente, la figura 6B muestra un rectángulo 692 que representa una estructura que puede obstruir una línea de visión a un satélite. La estructura puede ser un edificio, una colina, un vehículo grande (por ejemplo, un camión), etc. Los lóbulos similares a alas unidos a los círculos abiertos representan esquemáticamente patrones de antena asociados con la antena de GNSS de estación móvil.
Donde un patrón de antena de la antena de GNSS de estación móvil no es hemisférico, una estación base puede incluir el patrón de antena y la orientación de la estación móvil como factores en la clasificación de los satélites. Una estación base puede desviarse contra la selección de satélites en una dirección débil del patrón de antena de estación móvil. Al disminuir los rangos de satélites en una dirección débil de patrón de antena, una estación base puede reducir la probabilidad de que una estación móvil procese una señal débil debido al patrón de antena o falla en adquirir el satélite en absoluto, reduciendo de esa manera el consumo de energía de la estación móvil. Por ejemplo, durante el segundo ciclo de activación (iniciando desde el círculo 688 abierto en la curva 680), una estación base con un conocimiento del patrón y orientación de antena de la estación móvil puede desviarse hacia los satélites #3 y #6 y contra los satélites #1 y #4 en la lista clasificada.
Donde una estación base tiene información relacionada con el entorno local, la estación base puede tener en cuenta tal información en la selección de satélites. En la ilustración, existe una estructura 692 en el área de rastreo. La estructura obstruye la línea de visión entre el satélite #7 y la estación móvil durante el primer ciclo de activación (iniciando desde el círculo 684 abierto en la curva 680). Quizás la estructura también obstruya la línea de visión entre los satélites #1 y #6 y la estación móvil durante el mismo ciclo de activación. De este modo, con información sobre las ubicaciones de los satélites, la estructura, y la estación móvil, una estación base puede desviarse en contra de la selección de satélites #7, #1, y #6 para la estación móvil. La desviación de obstrucción puede anular o superar la desviación de patrón de antena.
Como se describió anteriormente, el sistema de GNSS de baja energía puede analizar el comportamiento de adquisición de satélites obtenido desde las estaciones móviles para aprender sobre el área de rastreo. Por ejemplo, la estructura 692 puede no haber estado presente inicialmente en la información de GIS sobre el área de rastreo pero la presencia de la estructura puede haber sido deducida desde los datos de adquisición de satélite, a través de aprendizaje automático. Por consiguiente, tales realizaciones del sistema de GNSS pueden actualizar de manera continua o periódica su entendimiento del área de rastreo, patrones de adquisición de las estaciones móviles, y así sucesivamente para proporcionar mejores estimaciones de parámetros de adquisición de satélites.
Flujo de ejemplo para sincronización de reloj de una estación móvil de GNSS de baja energía
La figura 7A ilustra un flujo de ejemplo para sincronizar el reloj de una estación móvil. Mantener la sincronización de reloj con un reloj de satélite de GNSS continuamente es costoso en consumo de energía. Una estación base conectada a una fuente de potencia externa no tiene restricción de energía, y por lo tanto puede mantener una sincronización de reloj continua con un satélite de GNSS. Una estación móvil, por otro lado, usualmente es alimentada por una fuente de energía limitada y puede no ser capaz de permitirse mantener una sincronización de reloj continua, sin agotar su fuente de potencia. De este modo una estación móvil solo puede sincronizar su reloj sobre una base según sea necesario. Por ejemplo, una estación móvil puede sincronizar su reloj al comienzo de cada ciclo de activación (o cada tercer, quinto, décimo, o centésimo ciclo de activación). Adicionalmente, una estación móvil puede estar sujeta a una variedad de estrés ambientales, por ejemplo ciclos de temperatura, golpes físicos y vibraciones, etc. El estrés ambiental puede dañar o perturbar el oscilador de reloj de una estación móvil, aumentar errores de temporización del oscilador, y aumentar la necesidad de sincronización de reloj en la estación móvil.
Los protocolos de temporización de precisión, tal como un algoritmo de sincronización de reloj de mensaje doble en el estándar del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) 1588, se pueden aplicar a un sistema móvil de GNSS de baja energía para la sincronización de reloj. Un procesador o un controlador pueden aplicar compensación de frecuencia y fase en un oscilador controlado numéricamente (NCO). Las fuentes a largo plazo de error asociadas con un oscilador pueden compensarse, dejando las variaciones rápidas a corto plazo con una media cero. Una implementación de un sistema móvil de GNSS de baja energía puede sincronizar el reloj de una estación móvil indirectamente con un reloj de satélite de GNSS a través del reloj en la estación base. La sincronización puede lograrse a través de una pluralidad de mensajes de comunicación y procesamiento en la estación móvil.
En la figura 7A, una estación 160 móvil inicia una secuencia de sincronización de reloj transmitiendo (TX) su tiempo local a una estación 120 base y marcando en tiempo la transmisión (se ilustra por (1A) y (IB)). Tras recibir (RX) la transmisión, la estación base marca en tiempo la recepción de acuerdo con su reloj local (1C). Dado que el reloj de la estación base está sincronizado con un reloj de satélite de GNSS, el valor del reloj de una estación base es el mismo que el valor del reloj de un satélite en el mismo momento en tiempo. La estación base luego responde enviando el valor de marca de tiempo de recepción (1C) y también marca en tiempo la respuesta ((2A) y (2B)). La estación móvil recibe el mensaje (2A) y marca en tiempo la recepción de acuerdo con el reloj local de la estación móvil (2C). La estación base envía otro mensaje a la estación móvil, incluyendo el valor de marca de tiempo (2B) en la última transmisión de la estación base. La estación móvil recibe este segundo mensaje (mensaje (3A)) y marca en tiempo la recepción (3B). La estación móvil entonces puede sincronizar su reloj con el reloj de la estación base en base a los valores de tiempo capturados localmente y los valores de tiempo enviados desde la estación base. Como una parte de la sincronización, la estación móvil puede corregir la velocidad de la luz para tener en cuenta los retrasos en trayectoria de comunicación. Las expresiones "marcar en tiempo la transmisión" (o recepción/respuesta) incluyen, pero no se limitan a, marcar el tiempo exacto en un tiempo conocido en relación con el tiempo cuando el inicio del mensaje transmitido (o recibido) pasa a través de un cierto elemento de sistema, por ejemplo, cuando el inicio de la señal de mensaje se emite desde la antena, 5 ps después de que se recibe el inicio del mensaje en la entrada de receptor, etc. Una estación base o una estación móvil puede incluir hardware de marca de tiempo en el bloque 252 y 292 de soporte de reloj de precisión, respectivamente. Un mensaje que contiene un campo de datos de marca de tiempo especial y/o un valor puede activar el hardware de marca de tiempo para capturar una marca de tiempo. Los desplazamientos en las marcas de tiempo, que deben excluirse en el procesamiento de sincronización de reloj, se pueden caracterizar y reducir o eliminar desde el procesamiento.
Una ventaja de estaciones móviles que tienen relojes que están sincronizados en tiempo con el reloj de estación base, y de esa manera con los relojes de satélites de GNSS, es que se necesitan menos satélites (tres en lugar de cuatro) para proporcionar una estimación de posición de precisión para la estación móvil.
El algoritmo de sincronización de reloj de ejemplo ilustrado en la figura 7A puede depender de una suposición de que existe una trayectoria de RF directa entre una estación base y una estación móvil. Por ejemplo, el algoritmo puede compensar la longitud de tiempo que los mensajes pasan en tránsito entre las dos estaciones en base a una distancia nominal de una trayectoria directa calculada usando la posición de la estación base y la posición estimada de la estación móvil. Puede haber situaciones donde esta suposición no es verdadera. Por ejemplo, un bloqueo temporal tal como un camión puede estar presente en la trayectoria de RF directa entre una estación base y una estación móvil. En tales situaciones, las señales de RF pueden recorrer en una trayectoria reflejada en lugar de una trayectoria directa entre las dos estaciones.
La trayectoria reflejada puede degradar señales de RF de tal manera que las dos estaciones no puedan establecer comunicación a través de la trayectoria directa. Si esto sucede, las dos estaciones pueden intentar establecer comunicación a través de un repetidor de enlace, si está disponible, o la estación móvil puede entrar en un modo autónomo hasta que se establezca comunicación con una estación base. En una implementación donde una estación base transmite a un nivel de potencia más alto en el enlace de RF que una estación móvil, la estación móvil puede estar provista del nivel de potencia de transmisión de la estación base. La estación móvil puede determinar si la estación base puede recibir comunicación desde la estación móvil en el enlace de RF usando información sobre el nivel de potencia de transmisión de la estación base, un nivel de potencia recibido real de señales de RF desde la estación base, el nivel de potencia de transmisión de la estación móvil, y/o sensibilidad de receptor de la estación base.
Las señales de RF de la estación base a través de las cuales se determina la potencia recibida real pueden ser una señal preparada que indica la disponibilidad de la estación base. Si una estación móvil determina que los mensajes desde la estación móvil no pueden ser recibidos por la estación base en una condición actual de la trayectoria de Rf , una estación móvil puede entrar en un modo autónomo, puede aumentar temporalmente su potencia de transmisión en el enlace de RF (en un probable gasto de consumo de energía aumentado), y/o las dos estaciones pueden proceder con comunicación (incluyendo mensajes de sincronización de reloj) a través de un repetidor de enlace con el cual ambas estaciones tienen una trayectoria de RF directa, para dar tres respuestas de ejemplo.
Si la comunicación a través del enlace de RF entre las dos estaciones se puede establecer a través de la trayectoria reflejada, la longitud real de tiempo para que un mensaje recorra entre las dos estaciones puede ser más larga que la longitud de tiempo esperado en la trayectoria directa. El tiempo de recorrido más largo, si no se compensa, puede introducir un desplazamiento de temporización en el reloj de la estación móvil en relación con el reloj de la estación base. Este desplazamiento de temporización, a su vez, puede degradar la precisión de o provocar un error de fase de código durante una estimación de posición. Un pequeño desplazamiento de temporización puede degradar la precisión de una estimación de posición. Un ejemplo de un desplazamiento de temporización pequeño es un desplazamiento del orden de un tiempo de chip o menos, por ejemplo, menor que 100 nanosegundos a la tasa de código P(Y) de 10,23 MHz, lo cual se traduce en una diferencia de aproximadamente 100 pies entre la trayectoria directa y una trayectoria reflejada a la velocidad de la luz. Un desplazamiento de temporización mayor puede provocar un error de fase de código durante una estimación de posición. Un ejemplo de un desplazamiento de temporización mayor es un desplazamiento del orden de varios tiempos de chip, por ejemplo, varios cientos (por ejemplo, 500, 700, etc.) de nanosegundos a la tasa de código P(Y) de 10,23 MHz, o alrededor de varios cientos (por ejemplo, 500, 700, etc.) de diferencia de pies entre la trayectoria directa y una trayectoria reflejada. El límite entre un gran error de temporización y un pequeño error de temporización típicamente varía con la implementación. Los valores de ejemplo proporcionados anteriormente son para ilustración y no una limitación.
Una forma de reducir la probabilidad de error de fase de código debido a una falta de una trayectoria directa es aumentar el ancho de la ventana de búsqueda para obtener un pico del correlacionador en una estación móvil (aunque, probablemente a expensas de consumo de energía aumentado en la estación móvil). El límite entre un error de temporización grande y uno pequeño se puede aumentar con el aumento en el ancho de la ventana de búsqueda. También puede ser factible detectar una trayectoria reflejada a través de la pérdida real de trayectoria de RF (potencia transmitida menos potencia recibida). Si la pérdida real de trayectoria de RF es mucho mayor de lo esperado dada la distancia nominal y las dos ganancias de antena, una estación móvil o una estación base puede concluir que una señal de RF recibida recorrió a través de una trayectoria reflejada. En respuesta, una estación móvil puede aumentar temporalmente el ancho de la ventana de búsqueda, o las dos estaciones pueden proceder con la sincronización de reloj a través de un repetidor de enlace con el que ambas estaciones tienen una trayectoria de RF directa, para dar dos respuestas de ejemplo.
Flujo de ejemplo para sincronización de reloj que involucra un repetidor de enlace
Opcionalmente se pueden usar uno o más repetidores 140 de enlace para retransmitir mensajes entre una estación base y una estación móvil donde un área de rastreo puede extenderse más allá del intervalo de comunicación entre una estación base y una estación móvil, o donde los objetos pueden bloquear las trayectorias de RF directas desde una estación base a lugares donde una estación móvil puede realizar una estimación de posición de GNSS. Cuando se usan uno o más repetidores de enlace, los repetidores de enlace usualmente se instalan de tal manera que una estación móvil en cualquier punto de un área de rastreo (por ejemplo área encerrada por el límite 144) pueda comunicarse con una estación base, ya sea directa o indirectamente a través de uno o más repetidores de enlace. La comunicación entre una estación base y una estación móvil puede retransmitirse a través de uno o una pluralidad de repetidores de enlace. A medida que cambia la posición de una estación móvil, diferentes repetidores de enlace y/o diferente número de repetidores de enlace pueden estar involucrados en comunicaciones entre la estación móvil y la estación base. El repetidor de enlace puede comunicarse (por ejemplo, a través de un enlace de RF) con la estación base y retransmitir los mensajes de la estación base a las estaciones móviles (por ejemplo, también a través de un enlace de RF).
Al igual que una estación base, un repetidor de enlace puede transmitir a un nivel de potencia más alto en el enlace de RF que una estación móvil. Un repetidor de enlace puede transmitir una señal preparada periódicamente para indicar su disponibilidad. Una estación base puede instruir a un repetidor de enlace para que apague la transmisión de señales preparadas cuando ninguna estación móvil depende del repetidor de enlace para la comunicación, y para encender la transmisión de señales preparadas cuando una estación móvil depende del repetidor de enlace para comunicación. La figura 7B ilustra un flujo de ejemplo para sincronizar el reloj de la estación 160 móvil a través de un repetidor 140 de enlace. Las referencias alfanuméricas representan acción o eventos similares a los de la figura 7A. Por ejemplo, (1A) representa un mensaje de tiempo local desde la estación 160 móvil en ambas figuras 7A y 7B. Las acciones o eventos asociados con los repetidores 140 de enlace se designan con una referencia alfanumérica correspondiente, con una "i" pequeña adjunta al final. Por ejemplo, (lAi) representa un mensaje de tiempo local desde la estación 140 de enlace. Como otro ejemplo, (4) representa la sincronización del reloj de estación móvil; (4i) representa la sincronización del reloj de repetidor de enlace.
La implementación ilustrada en la figura 7B es un proceso de dos partes. Cada una de las dos partes involucra acciones similares a las ilustradas en la figura 7A. En la primera parte, después de que una estación móvil inicia una secuencia de sincronización de reloj, el repetidor de enlace sincroniza su reloj con el reloj de la estación base. Al final de la primera parte, el reloj en el repetidor de enlace se sincroniza con el reloj de estación base y por tanto con un reloj de satélite de GNSS. En la segunda parte, la estación móvil sincroniza su reloj con el reloj del repetidor de enlace. Al final de la segunda parte, el reloj en la estación móvil se sincroniza con el reloj de repetidor de enlace y por tanto con el reloj de satélite de GNSS. Donde una pluralidad de repetidores de enlace retransmiten comunicación entre una estación móvil y una estación base, la implementación ilustrada en la figura 7B puede extenderse para cubrir la pluralidad de repetidores de enlace.
Pueden usarse otras implementaciones. Por ejemplo, si el repetidor de enlace se mantiene sincronizado con el reloj de estación base (por ejemplo, en segundo plano), entonces la primera parte del proceso ilustrado en la figura 7B puede no ser necesario. Adicionalmente, puede que no sea necesario sincronizar el reloj del repetidor de enlace si se puede caracterizar con precisión la latencia a través del repetidor de enlace. En otras realizaciones, el reloj del repetidor de enlace puede sincronizarse periódica o continuamente con el reloj de estación base y no necesariamente sincronizarse solo en respuesta a una solicitud desde la estación móvil. El reloj de la estación móvil se puede sincronizar con el reloj del repetidor de enlace sobre una base según sea necesario.
Implementación de sistema de pseudólites de ejemplo
Como se describió anteriormente, los pseudólites pueden proporcionar señales de GNSS donde la línea de visión a un satélite de GNSS está obstruida. La figura 8 ilustra una implementación de ejemplo de un sistema móvil de GNSS de baja energía que incluye pseudólites. Se muestran un pseudólite 840, una estación 120 base, y una estación 160 móvil con el propósito de ilustración, no a modo de limitación. La estación 120 base y la estación 160 móvil son generalmente las mismas que se ilustran en el ejemplo mostrado en la figura 2A. El pseudólite 840 contiene un transmisor 848 de GNSS, un procesador y unidad 852 de almacenamiento de datos, un enlace 856 de radio, y un panel 844 solar.
En la instalación de un pseudólite, su ubicación precisa se puede ingresar y almacenar en su almacenamiento de datos. Un pseudólite incluye estos datos de ubicación cuando se genera un mensaje de navegación para enviar a través de una señal de navegación (de manera análoga a los datos de ubicación transmitidos desde los satélites de GNSS). La señal de navegación puede comprender una señal similar a GNSS. Alternativa o adicionalmente, los datos de ubicación de un pseudólite se pueden almacenar en el almacenamiento de datos de una estación base. La estación base puede transmitir estos datos de ubicación a una estación móvil a través del enlace de radio base-móvil. Debido a que la ubicación del pseudólite típicamente no cambia (por ejemplo, es fija), o cambia solo con poca frecuencia (por ejemplo, si se reubica el pseudólite), la estación base puede transmitir la información de ubicación de pseudólite a la estación móvil una vez (por ejemplo, para pseudólites fijos) o según sea necesario (por ejemplo, si se reubica el pseudólite). La estación móvil puede almacenar estos datos de ubicación en su almacenamiento de datos. Los datos de ubicación almacenados ya sea en una estación base o en una estación móvil pueden tomar el lugar de datos de ubicación (efemérides) en señales de satélite de GNSS con el propósito de estimación de posición que involucra un pseudólite; los datos de ubicación pueden omitirse desde las señales de GNSS desde el pseudólite. Con el propósito de esta divulgación, las señales de GNSS desde un pseudólite pueden, en algunos casos, no contener estructuras de datos iguales o similares a las usadas en las señales de satélite de GNSS. Por ejemplo, las señales similares a GNSS desde un pseudólite pueden contener datos, propagados de tal manera que una estación móvil pueda obtener tiempos de transición de chip a partir de la señal. Los datos en señales similares a GNSS pueden incluir un conjunto de transiciones de chips en tiempos sincronizados específicos. Las señales similares a GNSS pueden incluir un código de temporización (análogo a los códigos de C/A o P(Y)) modulado en una frecuencia portadora de pseudólite. Las señales similares a GNSS se pueden propagar de tal manera que el mismo correlacionador en el receptor de GNSS que analiza las señales de GNSS desde los satélites puede analizar adicional o alternativamente las señales similares a GNSS desde el pseudólite. La señal de navegación de pseudólite puede incluir información que identifica de manera única el pseudólite, por ejemplo, la señal de navegación puede modular un código de PRN en una frecuencia portadora de pseudólite.
Un pseudólite transmite señales de GNSS o similares a GNSS a través del transmisor 848. Una estación móvil recibe las señales de GNSS a través de su antena y receptor. Un pseudólite puede comunicarse con una estación base sobre la misma banda de RF sin licencia usada para la comunicación base a móvil, como se ilustra en la figura 8. Alternativamente, un pseudólite puede comunicarse con una estación base sobre una conexión por cable.
Como se describió anteriormente en la visión general, puede ser ventajoso, en algunas implementaciones, usar una banda de frecuencia sin licencia cercana a una banda de frecuencia usada por los satélites de GNSS. Por ejemplo, existe una banda sin licencia en el intervalo de frecuencia de 1626,5 MHz a 1645,5 MHz en los Estados Unidos, cerca de la banda de frecuencia L1 de GPS. Como resultado, una implementación de una estación móvil puede incluir una antena ajustable y receptor analógico que pueden funcionar tanto en la banda sin licencia como en la banda L1. El uso de una antena ajustable y receptor analógico para ambas bandas de frecuencia significa típicamente que la estación móvil puede recibir ya sea desde satélites de GNSS o desde pseudólites en cualquier tiempo dado, no ambos al mismo tiempo.
En diversas implementaciones, la banda de transmisión de RF de pseudólite puede tener un ancho de banda menor que aproximadamente 10 MHz, 20 MHz, 30 MHz, o 50 MHz, o puede estar en un intervalo desde aproximadamente 10 MHz a 100 MHz, y la banda de transmisión de RF de pseudólite puede tener una frecuencia portadora que está separada desde una frecuencia de transmisión portadora de satélite de GNSS (por ejemplo, LI) por menor que aproximadamente 100 MHz, menor que aproximadamente 75 MHz, menor que aproximadamente 60 MHz, menor que aproximadamente 50 MHz, o menor que aproximadamente 25 MHz. Actualmente en los Estados Unidos, las reglas de FCC son de tal manera que el único fragmento de espectro que está cerca de L1 y que se permite para uso sin licencia es 1,6265 GHz a 1,6455 GHz, por lo que actualmente el ancho de banda máximo permitido de la banda de transmisión de RF de pseudólites en los Estados Unidos es 18 MHz, con la señal centrada en 1,6355 GHz. Sin embargo, el ancho de banda de 18 MHz es suficiente para codificar una señal con una tasa de chip de los mismos 10,23 MHz que el código P(Y).
En un sistema móvil de GNSS de baja energía, una estación base puede enviar un conjunto de satélites y fases de código asociadas a una estación móvil. La estación móvil adquiere entonces señales de GNSS en base a la información de temporización de fase de código proporcionada por la estación base. De este modo, una estación base puede determinar de hecho la temporización de adquisición de señal de GNSS por una estación móvil. Una estación base puede instruir a un pseudólite para que transmita en el tiempo en que se espera que una estación móvil inicie la adquisición de señal. Dado que una estación móvil solo adquiere señales de GNSS por una duración corta, un pseudólite puede transmitir solo por una duración correspondientemente corta. Un pseudólite puede pausar su transmisión de señales de GNSS hasta que las estaciones móviles busquen de nuevo adquirir señales desde el pseudólite. Este ciclo de trabajo bajo de transmisión desde los pseudólites es beneficioso cuando la operación legal en una banda sin licencia se determina en base a una potencia de transmisión promedio. Por ejemplo, las regulaciones de la Comisión Federal de Comunicaciones permiten un aumento de hasta 20 dB en la potencia de transmisión con ciclo de trabajo. El ciclo de trabajo bajo de transmisión permite una potencia de transmisión real (por una duración corta) mucho más alta que el promedio legalmente permitido. Una potencia de transmisión real más alta a su vez se traduce ya sea en una SNR más alta o intervalo de comunicación más largo desde el pseudólite.
Además, múltiples satélites de GNSS transmiten simultáneamente. Incluso un pequeño error de temporización en un receptor de GNSS puede introducir interferencia intercódigos entre señales desde diferentes satélites, reduciendo la SNR recibida. Cuando una instalación de un sistema móvil de GNSS de baja potencia incluye múltiples pseudólites, una estación base puede instruir a cada pseudólite que transmita en un tiempo diferente, eliminando la interferencia intercódigos y aumentando la SNR recibida en una estación móvil cuya temporización de receptor está apagada. En una implementación donde cada pseudólite transmite en un tiempo diferente, el código de PRN usado por todos los pseudólites puede ser el mismo dado que la interferencia intercódigos no es una preocupación significativa. Sin embargo, diferentes pseudólites pueden usar diferentes códigos de PRN para permitir la identificación o verificación de errores. Una estación base puede configurar los parámetros de suspensión enviados a todas las estaciones móviles en las cercanías de tal manera que todas las estaciones móviles buscarían adquirir señales desde el mismo pseudólite al mismo tiempo.
Si una estación base determina que no hay estaciones móviles en las cercanías de un pseudólite, la estación base puede instruir al pseudólite que permanezca apagado. Esto reduce aún más el consumo de energía de un pseudólite. El consumo de potencia de un pseudólite puede ser lo suficientemente bajo de tal manera que se pueda usar una fuente de energía alternativa, por ejemplo, un panel 844 solar. Otras fuentes de energía alternativas incluyen potencia eólica.
Un pseudólite puede sincronizar su reloj local con el reloj de estación base, que en sí mismo es representativo del tiempo de satélite de GNSS, justo antes de que el pseudólite envíe su señal similar a GNSS usando un procedimiento de sincronización de reloj similar al que se usa por las estaciones móviles para sincronizar sus relojes al reloj de estación base (véase, por ejemplo, la descripción con referencia a la figura 7A). Tal sincronización puede ser ventajosa para pseudólites con restricción de potencia, debido a que los pseudólites convencionales normalmente usan un oscilador de cristal con compensación de temperatura de potencia relativamente alta (TCXO) más un receptor de GNSS para corregir la deriva a largo plazo del reloj de pseudólite. Mantener el TCXO y receptor de GNSS en funcionamiento cuesta una gran cantidad de potencia y por supuesto también agrega coste de hardware.
En ciertas realizaciones, el pseudólite solo transmite cuando se ordena por la estación base (por ejemplo, debido a que una estación móvil necesita una señal de navegación desde el pseudólite), y el pseudólite puede no necesitar tener un reloj de precisión todo el tiempo. Un pseudólite que funciona con una estación móvil en modo autónomo (por ejemplo, cuando se pierde el enlace de RF a la estación base) generalmente transmitiría de manera cuasicontinua, dado que el pseudólite generalmente no conocerá cuándo una estación móvil desea realizar una fijación de posición. En algunas de tales implementaciones, siempre que el pseudólite esté en comunicación con la estación base (posiblemente a través de repetidores de enlace), el pseudólite puede ejecutar el protocolo de sincronización de reloj en segundo plano y evitar tener que ejecutar un receptor de GNSS y TCXO, lo cual reduce el uso de energía.
Diagrama de estado de ejemplo que involucra un sistema de ubicación de GNSS de bajo consumo de energía en una aplicación minorista
La figura 9 muestra un diagrama de estado de ejemplo que involucra una realización del sistema de ubicación de GNSS de bajo consumo de energía en una aplicación de tienda minorista. En esta aplicación de ejemplo, los carritos de compras propulsados por humanos se deben ubicar y contener dentro de un límite de confinamiento (por ejemplo, el perímetro de un aparcamiento cerca de la tienda). Como se describió anteriormente, la estación 160 móvil se puede disponer en una rueda del carrito de compras y/o en otras partes del carrito (por ejemplo, un marco o un manillar). Una estación 160 móvil puede estar unida a un carrito de compras o ser una parte integral del carrito. La estación 160 móvil puede tener componentes ubicados en diferentes partes de un carrito, por ejemplo, una porción de GNSS en el marco o manillar de carrito (donde la antena de GNSS puede recibir más fácilmente señales desde satélites en órbita) y un sensor de navegación mediante estimación en una rueda del carrito (donde se puede medir la rotación de rueda para calibrar la distancia recorrida). En una instalación de tienda minorista, la antena 124 de GNSS de la estación 120 base, si es voluminosa o no es estéticamente agradable, puede ser colocada en el lado trasero de la tienda lejos de la vista de los clientes. La estación 120 base puede estar ubicada dentro de la tienda. Los pseudólites 180 se pueden usar dentro de la tienda (donde señales de GNSS están bloqueadas o son débiles) o afuera de la tienda (si los edificios circundantes, topografía, o el tráfico de vehículos bloquean señales de satélite de GNSS). Los repetidores 140 de enlace se pueden posicionar a lo largo del área de rastreo para impulsar las señales de RF entre la estación base y la estación móvil.
Con referencia a la figura 2A, la estación 160 móvil dispuesta en o sobre el carrito de compras incluye sensores 280 de navegación mediante estimación, de no GNSS (por ejemplo, un sensor de rumbo magnético y un sensor de rotación en una rueda de carrito) para determinar una posición de navegación mediante estimación para el carrito. El carrito puede incluir un freno que, cuando se acciona, inhibe el movimiento del carrito. Por ejemplo, una rueda del carrito puede incluir un freno que bloquea o inhibe la rotación de la rueda de carrito. El carrito también puede incluir un sensor que detecta cuando el carrito está cerca o pasa un límite de advertencia o confinamiento. Por ejemplo, la rueda de carrito puede incluir un receptor de RF que detecta una señal de VLF en un cable subterráneo en un límite o una señal de RF desde un punto de acceso inalámbrico que transmite un campo de salida. Como se describirá con referencia a las transiciones de estado mostradas en la figura 9, después de recibir la señal de límite, el carrito puede realizar una acción de contención (por ejemplo, proporcionar una advertencia o accionar el freno) para mantener la contención del carrito de compras dentro del área de confinamiento (por ejemplo, para reducir robo del carrito).
El diagrama de estado de ejemplo en la figura 9 muestra los estados de una estación móvil que incluye una porción de GNSS y un sensor de navegación mediante estimación montado en o dentro de un carrito de compras. En el escenario operativo representado por la figura 9, se rastrea la posición de un carrito de compras afuera de la tienda (por ejemplo, en el aparcamiento); sin embargo, esto es para ilustración y no es una limitación (otras realizaciones pueden rastrear movimiento de carrito dentro de la tienda). Se pueden generar señales de advertencia cuando un carrito está dentro de un área de advertencia, por ejemplo el área 156 de advertencia en la figura 1. Se puede accionar un freno de carrito para inhibir movimiento de un carrito cuando el carrito sale de un área de confinamiento, por ejemplo, el área de confinamiento dentro del límite 148 de confinamiento en la figura 1 (que puede ser el perímetro exterior del aparcamiento afuera de la tienda). Se puede usar un recuperador de carritos motorizado para recolectar carritos en el aparcamiento y retornarlos a un área de recolección de carritos.
El diagrama de estado de ejemplo en la figura 9 puede ser implementado, por ejemplo, a través de un procesador 272 móvil en una estación móvil. Con el propósito de ilustración, la descripción de la figura 9 inicia desde el estado 904 operativo. Sin embargo, esto no es una limitación. Una estación móvil puede funcionar a su manera a través del diagrama de estado desde otro estado operativo. Adicionalmente, el diagrama de estado en la figura 9 es un ejemplo, y en otras aplicaciones minoristas, los estados ilustrados pueden combinarse, redisponerse o excluirse y pueden incluirse estados adicionales o diferentes.
En el estado 904, el carrito está adentro de la tienda; la porción de GNSS de la estación móvil del carrito está inactiva para ahorrar energía. La porción de no GNSS de la estación móvil también puede estar inactiva, excepto posiblemente un detector de movimiento que detecta cuando el carrito comienza a moverse (por ejemplo, un acelerómetro o uno de los sensores de navegación mediante estimación). El detector de movimiento puede estar activo de manera continua o periódica. Mientras que el detector de movimiento no detecte movimiento que exceda un umbral de movimiento seleccionado, la estación móvil permanece en el estado 904. Si el detector de movimiento detecta movimiento que excede un umbral de movimiento seleccionado, la estación móvil hace transición al estado 908.
En el estado 908, la estación móvil del carrito está parcialmente activa adentro de la tienda. Al menos el detector de movimiento y sensor de campo de salida (que detecta movimiento a través de la abertura 136 en la figura 1) están activos. Otras porciones de la estación móvil pueden o pueden no estar activas. Si el sensor de movimiento no detecta ningún movimiento que exceda un umbral de descanso seleccionado (que puede o puede no ser el mismo que el umbral de movimiento seleccionado que gobierna la transición desde el estado 904 al estado 908) por al menos la duración de un período de tiempo de espera, el estado hace transición de vuelta al estado 904. Si el sensor de campo de salida detecta movimiento a través de la abertura que lleva afuera de la tienda, la estación móvil puede establecer las coordenadas de partida para su sensor de navegación mediante estimación en coordenadas asociadas con la abertura (quizás según lo detectado desde el sensor de campo de salida), y el estado hace transición al estado 912.
En el estado 912, al menos el sensor de campo de salida y el sensor de navegación mediante estimación están activos. El sensor de navegación mediante estimación, que incluye un sensor de rotación de rueda, mantiene un recuento de rotaciones de una rueda de carrito. Si el sensor de campo de salida detecta movimiento a través de la abertura que lleva de vuelta a la tienda, el estado hace transición de vuelta al estado 908. Si se alcanza un umbral mínimo de recuento de rotaciones (que indica una distancia mínima de recorrido) mientras el carrito está afuera de la tienda, el estado hace transición al estado 916.
En el estado 916, la porción de GNSS de la estación móvil se activa y está activa e inicia un proceso de determinación de fijación de GNSS, por ejemplo, comunicándose con la estación base como se ilustra en la figura 3. Si la estación móvil obtiene una buena posición de GNSS y la posición no está dentro de un área de advertencia, la estación móvil puede actualizar el recuento mínimo de rotaciones y retornar al estado 912. Si la estación móvil no puede obtener una buena fijación de posición, puede iterar dentro del estado 916, por ejemplo, retornar desde el bloque 312 al bloque 306 en la figura 3. Si la estación móvil no puede establecer un enlace con la estación base, la estación móvil puede entrar en un modo autónomo como se describió anteriormente. Si la estación móvil obtiene una buena fijación y la fijación está dentro de un área de advertencia, el estado hace transición al estado 920.
En el estado 920, la estación móvil proporciona una advertencia, por ejemplo, a través de una señal audible o visual, para advertir a la persona que empuja el carrito que el carrito se está acercando a un límite de confinamiento. El sensor de navegación mediante estimación continúa estimando la posición de carrito recontando las rotaciones de rueda. Si el recuento alcanza un umbral mínimo de recuento de rotaciones aplicable al área de advertencia, el estado hace transición al estado 924.
En el estado 924, la porción de GNSS de la estación móvil se activa y está activa e inicia un proceso de determinación de fijación de GNSS, por ejemplo, como se ilustra en la figura 3. Este proceso de determinación de fijación puede tener una precisión objetivo más ajustada que el proceso asociado con el estado 916, debido a que puede ser deseable determinar con una precisión más ajustada qué tan cerca está el carrito del límite de confinamiento. El proceso de determinación de fijación puede enfatizar una cierta dirección de interés (por ejemplo, hacia el límite de confinamiento), tal como se ilustra a través del círculo 656 abierto en la figura 6A. Si la fijación indica que el carrito está, por alguna razón, de vuelta en la tienda, el estado hace transición de vuelta al estado 908. Si la fijación indica que el carrito ya no está dentro del área de advertencia pero todavía está afuera de la tienda, el estado hace transición de vuelta al estado 912. Si la fijación indica que el carrito todavía está dentro del área de advertencia, el estado hace transición de vuelta al estado 920 (por ejemplo, y proporciona otra advertencia). Si la fijación indica que el carrito está afuera del área de confinamiento, se puede realizar una acción de confinamiento de carrito. Por ejemplo, se puede accionar un freno de carrito para inhibir el movimiento de carrito y/o se puede enviar un mensaje de alarma a la estación base o a una unidad de control central. El estado hace transición al estado 928, indicando que el carrito está frenado (o bloqueado) afuera del área de confinamiento. Si la estación móvil no puede obtener una buena fijación, puede iterar dentro del estado 924, por ejemplo, retornar desde el bloque 312 al bloque 306 en la figura 3. Si la estación móvil no puede establecer un enlace con la estación base, la estación móvil puede entrar en un modo autónomo como se describió anteriormente.
En el estado 928, se ha inhibido el movimiento del carrito a mayores distancias fuera del área de confinamiento, lo cual puede reducir o evitar el robo del carrito. El carrito permanece en esta ubicación, esperando ser recolectado por un operador humano o un recuperador de carritos motorizado. Por ejemplo, la estación móvil puede esperar un mensaje de recuperación en respuesta al mensaje de alarma enviado desde el carrito durante la transición al estado 928. Un mensaje de recuperación puede ser comunicado a la estación móvil por un operador humano con un control remoto o un recuperador de carritos, que indica que el carrito debe estar bajo la custodia de personal de la tienda. El carrito se somete a un proceso de recuperación en el cual el freno de carrito puede desaccionarse, permitiendo la recuperación del carrito. El estado hace transición al estado 932.
En el estado 932, si el sensor de campo de salida detecta movimiento del carrito a través de la abertura 136 que lleva de vuelta a la tienda durante el proceso de recuperación (por ejemplo, detectando el campo 132 de salida), el estado hace transición de vuelta al estado 908. De lo contrario, el estado hace transición al estado 916 donde el sensor móvil inicia un proceso de determinación de fijación de GNSS para obtener su ubicación (que presumiblemente está afuera de la tienda).
Aunque la aplicación minorista de ejemplo anterior se describe con referencia a los carritos de compras, esto es para ilustración y no limitación. En otra aplicación minorista, las cestas de compra de mano pueden ser ubicadas y rastreadas. En lugar de usar la rotación de rueda para medir la distancia, la cesta puede incluir un podómetro para estimar la marcha del cliente y una brújula para estimar la dirección del cliente como parte de la estimación de posición de navegación mediante estimación. Adicionalmente, en la aplicación de cesta de compra, en lugar de usar un freno de carrito, la cesta de compra puede incluir una alarma que se acciona cuando la cesta de compra sale del área de confinamiento.
Adicionalmente, la tecnología de GNSS de baja energía se puede usar en aplicaciones no minoristas que usan carritos con ruedas propulsados por humanos tales como, por ejemplo, ubicar carritos de almacén en un entorno de almacén, carritos de equipaje en un aeropuerto, carritos médicos o camas con ruedas en un entorno de hospital, y así sucesivamente.
Aplicación de rastreo de ganado de ejemplo que involucra un sistema de ubicación de GNSS de bajo consumo de energía
Se puede usar un sistema móvil de GNSS de bajo consumo de energía para el rastreo de ganado. Muchos de los principios generales de esta aplicación son similares a los que se describen anteriormente para la aplicación minorista de ejemplo. A continuación se describen algunos puntos específicos de aplicación. El ganado incluye, pero no se limita a, reses, vacas lecheras, caballos, u otros tipos de animales domésticos criados en una granja o en un entorno agrícola.
Una estación móvil en una aplicación de rastreo de ganado puede comprender una porción de GNSS y un sensor de navegación mediante estimación, que se usa para proporcionar una estimación de ubicación basada en no GNSS. El sensor de navegación mediante estimación puede comprender un acelerómetro o magnetómetro, más opcionalmente un giroscopio de MEMS (sistemas microelectromecánicos). Los componentes de estación móvil se pueden disponer en o sobre un collar que va a ser usado por el animal o en una etiqueta que va a ser unida al animal (por ejemplo, en una oreja o una pata). La etiqueta que comprende la estación móvil podría ser unida a un collar o banda usada por el animal. En algunos casos, el collar o etiqueta pueden incluir paneles solares para proporcionar potencia eléctrica a la estación móvil. Un receptor de GNSS y una alimentación eléctrica también pueden estar en o sobre el collar, aunque no necesariamente en el mismo recinto físico que los sensores de navegación mediante estimación. Por ejemplo, un pequeño ensamblaje de placa de circuito impreso (PCBA) que contiene la electrónica y la antena de GNSS se puede disponer en la parte superior del collar (de tal manera que la antena de GNSS pueda recibir señales desde satélites o pseudólites de GNSS visibles) y se puede disponer un compartimiento de batería en la parte inferior del collar. El collar puede diseñarse de tal manera que el PCBA pueda permanecer en o cerca de la parte superior, por ejemplo, poniendo la mayor parte de la masa concentrada del collar en la parte inferior. Otros diseños o disposición son posibles para tener en cuenta factores de comodidad para el ganado o consideraciones de uso para logística de la granja.
Las estaciones móviles unidas al ganado pueden proporcionar perfiles de movimiento del ganado. Los indicadores principales de enfermedad o estro se pueden inferir en parte a partir de los perfiles de movimiento. Estos indicadores principales pueden proporcionar información valiosa para la gestión de ganado. El collar puede incluir un monitor de salud tal como un sensor de temperatura corporal para facilitar además el rastreo de salud del ganado. La estación móvil puede comunicar los perfiles de movimiento o información de salud de un rebaño de ganado a la estación base o una unidad de control central para operaciones de análisis y minería de datos. En algunas implementaciones, la estación móvil incluye (o está en comunicación con) otros sensores de animales tales como, por ejemplo, un termómetro, un micrófono, etc.
La velocidad de movimiento del animal se puede determinar mediante un algoritmo de podómetro que opera en los datos de acelerómetro o magnetómetro (más opcionalmente giroscopio). El algoritmo de podómetro se puede ajustar para el animal particular al cual se une el collar, por ejemplo, para medir la marcha de una vaca. Debido a que usualmente puede haber mucha más variabilidad de parámetros de navegación mediante estimación entre vacas individuales (u otros animales) en un rebaño que entre carritos individuales en la aplicación minorista de ejemplo descrita anteriormente, el aprendizaje automático se puede implementar para aprender la marcha del animal. Como se describe en la presente memoria, las técnicas de aprendizaje automático pueden incluir redes neuronales, árboles de decisión, máquinas de vectores de soporte, procedimientos probabilísticos (por ejemplo, redes Bayesianas), minería de datos, y así sucesivamente. En el aprendizaje automático, las fijaciones de GNSS que usan el sistema móvil de GNSS de bajo consumo de energía se pueden usar para obtener una trayectoria precisa del animal. A partir de la trayectoria precisa, se pueden derivar nuevos parámetros para el algoritmo de navegación mediante estimación (por ejemplo, detección de marcha). La derivación de nuevos parámetros de navegación mediante estimación se puede hacer en el procesador de una estación móvil, en una estación base, en una unidad de control central, o en un servidor remoto conectado a través de una red. Una implementación puede compensar el consumo de energía usado para tal procesamiento de derivación (por ejemplo, reducción de datos sin procesar) en el procesador de la estación móvil versus al consumo de energía usado para comunicar los datos sin procesar a una estación base sobre un enlace de radio, similar a lo que se describe anteriormente en relación con la figura 5.
Cuando el ganado ingresa o permanece en una estructura interior, por ejemplo, un establo o un cobertizo de ordeño, los pseudólites como se describió anteriormente pueden proporcionar datos de ubicación de precisión asociados con el ganado. A pesar de que tal estructura puede estar al menos parcialmente abierta, los satélites de GNSS pueden no estar en línea de visión desde dentro de tal estructura, o las señales de satélite pueden degradarse dentro de tal estructura, especialmente para una estructura cubierta con un techo de metal.
Un propietario de ganado tal como un granjero de leche puede querer usar una realización de los sistemas de ubicación de GNSS descritos en la presente memoria para obtener información que incluya: (1) cuándo cada animal va a lugares específicos en una estructura (por ejemplo, un establo, un cobertizo de ordeño, etc.) o afuera (por ejemplo, un comedero, una fuente de agua, un área soleada, etc.); (2) cuánto tiempo permanece el animal allí y cuánto tiempo pasa en tránsito entre áreas particulares; (3) clasificación por firma de movimiento o características de cuán agitado o calmado está el animal, o la salud general del animal, en los diferentes puntos y en los tránsitos entre ubicaciones de interés; o (4) cómo un rebaño se aglomera y se mueve en conjunto o en grupos separados (por ejemplo, animal A se acercó a una aglomeración de animales B, C, y D y luego retrocedió). Tal información puede ser útil para hacer un rastreo de la jerarquía social del rebaño, monitorizando la inestabilidad en las relaciones de dominación, por ejemplo. Un perfil de posición versus tiempo para un animal individual puede tener menos interés para el propietario de ganado excepto debido a que el perfil puede ser necesario para proporcionar las piezas de información para el rebaño del propietario. En otros casos, un propietario de ganado puede desear analizar un perfil de ubicación versus tiempo para ciertos animales de alto valor (por ejemplo, un semental de pura sangre para reproducción) para rastrear sus movimientos e interacciones con otros animales (por ejemplo, yeguas).
Una aplicación de rastreo de ganado puede tener diferentes parámetros de sistema que una aplicación de contención de carrito de compras de tienda minorista. Por ejemplo, los requisitos para precisión en estimaciones de ubicación pueden ser menores en las aplicaciones de rastreo de ganado, especialmente si el área de rastreo para la aplicación de ganado (por ejemplo, un rancho) es más grande que el área de contención de carrito de compras (por ejemplo, un aparcamiento). No obstante, diversas realizaciones del sistema de ubicación de objetos móviles de GNSS de baja energía descrito en la presente memoria se pueden usar para cualquier aplicación. Lo anterior son meramente aplicaciones de ejemplo de la tecnología de GNSS divulgada. En otras realizaciones, la tecnología de ubicación de GNSS de baja energía se puede usar para otras aplicaciones de rastreo (por ejemplo, ubicar o rastrear cualquier tipo de carrito propulsado por humanos).
Aspectos y ejemplos adicionales
En un 1° aspecto, un sistema de ubicación de un objeto móvil, comprendiendo el sistema: una estación móvil configurada para asociarse con el objeto móvil, comprendiendo la estación móvil: un sistema de comunicación móvil por radiofrecuencia (RF) configurado para operar un enlace de RF que tiene una frecuencia de enlace de RF en una banda de RF que es sin licencia para comunicaciones celulares; un receptor de sistema global de navegación por satélite (GNSS) móvil; y un sistema de navegación mediante estimación que incluye un sensor de no GNSS, el sistema de navegación mediante estimación configurado para usar mediciones desde el sensor de no GNSS para proporcionar una posición estimada para la estación móvil; y una estación base ubicada en una posición fija, comprendiendo la estación base: un sistema de comunicación de RF base configurado para comunicarse bidireccionalmente con el sistema de comunicación móvil sobre el enlace de RF; un receptor de GNSS base; y un procesador de hardware, en el que la estación base está configurada para: recibir, desde la estación móvil sobre el enlace de RF, la posición estimada de la estación móvil determinada por el sistema de navegación mediante estimación; determinar la información de adquisición de satélite que incluye un conjunto de satélites de GNSS que se predice que van a ser visibles en la posición estimada de la estación móvil y las fases de código de GNSS asociadas con cada satélite de GNSS en el conjunto, incluyendo el conjunto de satélites de GNSS al menos un número mínimo de satélites de GNSS; comunicar, a la estación móvil sobre el enlace de RF, la información de adquisición de satélite; recibir, desde la estación móvil sobre el enlace de RF, información de tiempo de transición de chip asociada con el conjunto de satélites de GNSS; determinar, en base al menos en parte a la información de tiempo de transición de chip, una posición actualizada para la estación móvil; y comunicar, a la estación móvil sobre el enlace de RF, la posición actualizada, y en el que la estación móvil está configurada para: comunicar, a la estación base sobre el enlace de RF, la posición estimada de la estación móvil determinada por el sistema de navegación mediante estimación; recibir, desde la estación base sobre el enlace de RF, la información de adquisición de satélite; adquirir señales de GNSS desde al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto de satélites de GNSS; determinar, a partir de las señales de GNSS adquiridas, la información de tiempo de transición de chip asociada con las fases de código de GNSS para los al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto; y comunicar, a la estación base sobre el enlace de RF, la información de tiempo de transición de chip.
En un 2° aspecto, el sistema del aspecto 1, en el que el objeto móvil comprende un carrito propulsado por humanos que tiene una rueda.
En un 3° aspecto, el sistema del aspecto 2, en el que el carrito propulsado por humanos comprende un carrito de compras.
En un 4° aspecto, el sistema del aspecto 2 o aspecto 3, en el que el sensor de no GNSS comprende un sensor de rumbo magnético y un sensor de rotación de rueda.
En un 5° aspecto, el sistema del aspecto 1, en el que el objeto móvil comprende un humano o un animal, y el sensor de no GNSS comprende un podómetro y un sensor de rumbo magnético.
En un 6° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 5, en el que la frecuencia de enlace de RF está en un intervalo desde 426 MHz a 435 MHz, 779 MHz a 787 MHz, 863 MHz a 870 MHz, 900 MHz a 928 MHz, 2,400 GHz a 2,483 GHz, o 5,725 GHz a 5,875 GHz.
En un 7° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 6, en el que el número mínimo de satélites de GNSS es mayor que o igual a cuatro.
En un 8° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 7, en el que la información de adquisición de satélite comprende además información de desplazamiento Doppler asociada con el satélite en el conjunto de satélites de GNSS.
En un 9° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 8, en el que la información de adquisición de satélite comprende además parámetros de inicialización para el receptor de GNSS móvil, incluyendo los parámetros de inicialización parámetros para bucle de bloqueo de frecuencia o bucle de bloqueo de fase.
En un 10° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 9, en el que la estación base está configurada para clasificar el conjunto de satélites de GNSS de acuerdo con uno o más criterios de clasificación.
En un 11° aspecto, el sistema del aspecto 10, en el que los criterios de clasificación incluyen uno o más de: si un satélite está a lo largo de una dirección de movimiento o una dirección de interés de la estación móvil, si un satélite está cerca de un horizonte de la estación móvil, una altitud de un satélite sobre el horizonte de la estación móvil, un desplazamiento Doppler para un satélite, errores de propagación ionosférica para un satélite, información de proximidad posicional para al menos dos satélites, un patrón de antena de una antena de GNSS de estación móvil, o presencia de obstrucciones cerca de una estación móvil que pueden inhibir la recepción de señales de GNSS desde un satélite.
En un 12° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 11, en el que la información de adquisición de satélite incluye información de selección asociada con un orden en el cual la estación móvil debe intentar capturar señales de GNSS desde satélites en el conjunto de satélites de GNSS.
En un 13° aspecto, el sistema del aspecto 12, en el que el orden se basa al menos en parte en si se produce una contingencia.
En un 14° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 13, donde la estación base está configurada para determinar el conjunto de satélites de GNSS en base al menos en parte a reducir o minimizar una dilución de precisión.
En un 15° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 14, en el que la información de tiempo de transición de chip comprende además un indicador de calidad para los al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto, el indicador de calidad asociado con una calidad de la señal de GNSS recibida por el receptor de GNSS móvil.
En un 16° aspecto, el sistema del aspecto 15, en el que el indicador de calidad comprende información asociada con una o más de una potencia de señal de GNSS, un ancho de un pico en una salida de correlacionador, o una relación señal a ruido.
En un 17° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 16, en el que la estación móvil y la estación base están configuradas para intercambiar información de temporización de reloj sobre el enlace de RF, y la estación móvil está configurada para sincronizar, en base al menos en parte a la información de temporización, un reloj de estación móvil a un reloj de estación base que es representativo del tiempo para los satélites de GNSS.
En un 18° aspecto, el sistema del aspecto 17, en el que el número mínimo de satélites de GNSS es mayor que o igual a tres.
En un 19° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 18, que comprende además un repetidor de enlace, en el que la estación móvil y la estación base están configuradas cada una para comunicarse bidireccionalmente sobre el enlace de RF con el repetidor de enlace.
En un 20° aspecto, el sistema del aspecto 19, en el que la estación móvil comprende un reloj de estación móvil, el repetidor de enlace comprende un reloj de repetidor de enlace, y la estación base comprende un reloj de estación base que es representativo del tiempo para los satélites de GNSS, y donde la estación móvil y el repetidor de enlace están configurados para sincronizar el reloj de estación móvil con el reloj de repetidor de enlace, y el repetidor de enlace y la estación base están configurados para sincronizar el reloj de repetidor de enlace con el reloj de estación base.
En un 21° primer aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 20, que comprende además un pseudólite configurado para comunicar una señal de navegación a la estación móvil.
En un 22° aspecto, el sistema del aspecto 21, en el que la estación móvil está configurada para: adquirir la señal de navegación desde el pseudólite; determinar un tiempo de transición de chip de pseudólite asociado con la señal de navegación; y comunicar, a la estación base sobre el enlace de RF, el tiempo de transición de chip de pseudólite.
En un 23° aspecto, el sistema del aspecto 22, en el que la estación base está configurada para determinar la posición actualizada de la estación móvil en base al menos en parte al tiempo de transición de chip de pseudólite.
En un 24° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 21 a 23, en el que el pseudólite está configurado para comunicar la señal de navegación a una frecuencia portadora de pseudólite dentro de los 100 MHz de una frecuencia portadora de señal de satélite de GNSS.
En un 25° aspecto, el sistema del aspecto 24, en el que la frecuencia portadora de pseudólite está en un intervalo desde 1626,5 MHz a 1645,5 MHz.
En un 26° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 25, en el que la estación móvil está configurada para almacenar parámetros de suspensión que incluyen un tiempo o una condición cuando la estación móvil debe activarse y comenzar a comunicarse con la estación base.
En un 27° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 26, en el que la estación móvil está configurada para: incluir un modo autónomo en el cual la estación móvil calcula su posición usando señales de GNSS adquiridas desde satélites de GNSS; y operar en el modo autónomo si la estación móvil no puede recibir comunicaciones desde la estación base sobre el enlace de RF.
En un 28° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 27, en el que la estación base incluye una conexión de red a una fuente de datos que proporciona uno o más de: efemérides de GNSS, almanaques de GNSS, modelos ionosféricos, o condiciones climáticas.
En un 29° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 28, en el que la estación base está configurada para obtener información relacionada con la adquisición de satélites por la estación móvil.
En un 30°, el sistema del aspecto 29, en el que el sistema está configurado para analizar la información relacionada con la adquisición de satélites por la estación móvil usando una técnica de aprendizaje automático para actualizar un modelo de un área de rastreo en la cual se mueve el objeto móvil, condiciones asociadas con la estación móvil, o la determinación del conjunto de satélites de GNSS que se predice que van a ser visibles en la posición estimada de la estación móvil.
En un 31° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 30, en el que para determinar la información de tiempo de transición de chip asociada con las fases de código de GNSS para los al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto, la estación móvil está configurada para buscar una transición de chip dentro de una ventana de desplazamiento basada al menos en parte en una estimación de un error en la sincronización de reloj entre la estación móvil y la estación base.
En un 32° aspecto, el sistema del aspecto 31, en el que la ventana de desplazamiento está en un intervalo desde 0,5 |js a 10 |js o en un intervalo desde 1 js a 1000 js .
En un 33° aspecto, el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 32, en el cual el GNSS comprende el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), y los receptores de GNSS móviles y base comprenden receptores de GPS. En el sistema de uno cualquiera de los aspectos 1 a 33, la estación base incluye una fuente de potencia que comprende una fuente de potencia de red, y la estación móvil incluye una fuente de potencia que comprende una fuente de potencia que no es de red. La fuente de potencia que no es de red puede comprender una batería, un condensador (por ejemplo, un ultracondensador o un supercondensador), o una célula solar.
En un 34° aspecto, un procedimiento para ubicar un objeto móvil, el procedimiento realizado por una estación móvil configurada para asociarse con el objeto móvil y una estación base ubicada en una posición fija, la estación móvil y la estación base configuradas para comunicarse bidireccionalmente sobre un enlace de radiofrecuencia (RF) que tiene una frecuencia de enlace de RF en una banda de RF que es sin licencia para comunicaciones celulares, comprendiendo el procedimiento: determinar, por la estación móvil a través de una técnica de navegación mediante estimación, una posición estimada de la estación móvil; comunicar, por la estación móvil sobre el enlace de RF, la posición estimada de la estación móvil; recibir, por la estación base sobre el enlace de RF, la posición estimada; determinar, por la estación base, la información de adquisición de satélite que incluye un conjunto de satélites de sistema global de navegación por satélite (GNSS) que se predice que van a ser visibles en la posición estimada de la estación móvil y las fases de código de GNSS asociadas con cada satélite de GNSS en el conjunto, incluyendo el conjunto de satélites de GNSS al menos un número mínimo de satélites de GNSS; comunicar, por la estación base sobre el enlace de RF, la información de adquisición de satélite a la estación móvil; adquirir, por la estación móvil, señales de GNSS desde al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto de satélites de GNSS; determinar, por la estación móvil y a partir de las señales de GNSS adquiridas, información de tiempo de transición de chip asociada con las fases de código de GNSS para los al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto; comunicar, por la estación móvil sobre el enlace de RF, la información de tiempo de transición de chip a la estación base; determinar, por la estación base en base al menos en parte a la información de tiempo de transición de chip, una posición actualizada para la estación móvil; y comunicar, por la estación base sobre el enlace de RF, la posición actualizada a la estación móvil.
En un 35° aspecto, el procedimiento de aspecto 34, en el que el objeto móvil comprende un carrito propulsado por humanos que tiene una rueda.
En un 36° aspecto, el procedimiento de aspecto 35, en el que el carrito propulsado por humanos comprende un carrito de compras.
En un 37° aspecto, el procedimiento de aspecto 34 o aspecto 35, en el que determinar, por la estación móvil a través de una técnica de navegación mediante estimación, una posición estimada de la estación móvil comprende usar mediciones desde un sensor de rumbo magnético y un sensor de rotación de rueda para determinar la posición estimada.
En un 38° aspecto, el procedimiento de aspecto 34, en el que el objeto móvil comprende un humano o un animal, y en el que determinar, por la estación móvil a través de una técnica de navegación mediante estimación, una posición estimada de la estación móvil comprende usar al menos un podómetro para determinar la posición estimada.
En un 39° aspecto, el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 34 a 38, en el que la frecuencia de enlace de RF está en un intervalo desde 426 MHz a 435 MHz, 779 MHz a 787 MHz, 863 MHz a 870 MHz, 900 MHz a 928 MHz, 2,400 GHz a 2,483 GHz, o 5,725 GHz a 5,875 GHz.
En un 40° aspecto, el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 34 a 39, que comprende además clasificar, por la estación base, el conjunto de satélites de GNSS de acuerdo con uno o más criterios de clasificación.
En un 41° aspecto, el procedimiento de aspecto 40, en el que los criterios de clasificación incluyen uno o más de: si un satélite está a lo largo de una dirección de movimiento o una dirección de interés de la estación móvil, si un satélite está cerca de un horizonte de la estación móvil, una altitud de un satélite sobre el horizonte de la estación móvil, un desplazamiento Doppler para un satélite, errores de propagación ionosférica para un satélite, información de proximidad posicional para al menos dos satélites, un patrón de antena de una antena de GNSS de estación móvil, o presencia de obstrucciones cerca de una estación móvil que pueden inhibir la recepción de señales de GNSS desde un satélite.
En un 42° aspecto, el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 34 a 41, que comprende además determinar, por la estación base, la información de selección asociada con un orden en el cual la estación móvil debe intentar capturar señales de GNSS desde satélites en el conjunto de satélites de GNSS.
En un 43° aspecto, el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 34 a 42, en el que determinar, por la estación base, información de adquisición de satélite que incluye un conjunto de satélites de GNSS que se predice que van a ser visibles en la posición estimada de la estación móvil comprende determinar el conjunto de satélites de GNSS en base al menos en parte a reducir o minimizar una dilución de precisión.
En un 44° aspecto, el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 34 a 43, en el que determinar, por la estación móvil y a partir de las señales de GNSS adquiridas, información de tiempo de transición de chip asociada con las fases de código de GNSS para los al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto comprende calcular un indicador de calidad para los al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto, el indicador de calidad asociado con una calidad de la señal de GNSS recibida por la estación móvil.
En un 45° aspecto, el procedimiento de aspecto 44, en el que el indicador de calidad comprende información asociada con una o más de una potencia de señal de GNSS, un ancho de un pico en una salida de correlacionador, o una relación señal a ruido.
En un 46° aspecto, el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 34 a 45, que comprende además: intercambiar, entre la estación móvil y la estación base, información de temporización de reloj sobre el enlace de RF; y sincronizar, por la estación móvil, en base al menos en parte a la información de temporización, un reloj de estación móvil con un reloj de estación base que es representativo del tiempo para los satélites de GNSS.
En un 47° aspecto, el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 34 a 46, que comprende además: sincronizar, entre la estación móvil y un repetidor de enlace, un reloj de estación móvil con un reloj de repetidor de enlace; y sincronizar, entre el repetidor de enlace y la estación base, el reloj de repetidor de enlace con un reloj de estación base que es representativo del tiempo para los satélites de GNSS.
En un 48° aspecto, el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 34 a 47, que comprende además: adquirir, por la estación móvil, una señal de navegación desde un pseudólite; determinar, por la estación móvil, un tiempo de transición de chip de pseudólite asociado con la señal de navegación; comunicar, por la estación móvil sobre el enlace de RF a la estación base, el tiempo de transición de chip de pseudólite; y determinar, por la estación base, la posición actualizada de la estación móvil en base al menos en parte al tiempo de transición de chip de pseudólite.
En un 49° aspecto, el procedimiento de aspecto 48, en el que la señal de navegación está en una frecuencia portadora de pseudólite dentro de 100 MHz de una frecuencia portadora de señal de satélite de GNSS.
En un 50° aspecto, el procedimiento de aspecto 49, en el que la frecuencia portadora de pseudólite está en un intervalo desde 1626,5 MHz a 1645,5 MHz.
En un 51° aspecto, el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 34 a 50, en el que determinar, por la estación móvil y a partir de las señales de GNSS adquiridas, información de tiempo de transición de chip asociada con las fases de código de GNSS para los al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto comprende buscar una transición de chip dentro de una ventana de desplazamiento en base al menos en parte a una estimación de un error en la sincronización de reloj entre la estación móvil y la estación base. En otros aspectos, el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 34 a 51 es de tal manera que la estación base incluye una fuente de potencia que comprende una fuente de potencia de red, y la estación móvil incluye una fuente de potencia que comprende una fuente de potencia que no es de red. La fuente de potencia que no es de red puede comprender una batería, un condensador (por ejemplo, un ultracondensador o un supercondensador), o una célula solar.
En un 52° aspecto, el sistema de ubicación para objetos móviles, usando el sistema de ubicación un sistema global de navegación por satélite (GNSS), comprendiendo el sistema de ubicación: una estación móvil configurada para asociarse con el objeto móvil, comprendiendo la estación móvil: un receptor de GNSS móvil configurado para recibir señales de GNSS; un transceptor móvil configurado para comunicarse sobre un enlace de comunicación que comprende una frecuencia en una banda de radiofrecuencia (RF) sin licencia; un almacenamiento de datos no transitorio configurado para almacenar instrucciones ejecutables por ordenador; y un procesador de hardware acoplado al almacenamiento de datos no transitorio, en el que las instrucciones ejecutables por ordenador, cuando son ejecutadas por el procesador de hardware, hacen que la estación móvil: se despierte en un tiempo o bajo una o una pluralidad de condiciones especificadas en los parámetros de suspensión; estime una posición de la estación móvil; transmita la posición estimada de la estación móvil y un valor de reloj móvil local a una estación base a través del transceptor móvil; reciba información asociada con el reloj de GNSS y los parámetros de adquisición desde la estación base; actualice el valor de reloj móvil local en base al menos en parte a la información asociada con el reloj de GNSS; haga que el receptor de GNSS móvil adquiera señales de GNSS, en base al menos en parte a los parámetros de adquisición; transmita información relacionada con las transiciones de chips en las señales de GNSS adquiridas a la estación base; reciba una posición actualizada e información asociada con los parámetros de suspensión actualizados desde la estación base; actualice los parámetros de suspensión en base al menos en parte a la información asociada con los parámetros de suspensión actualizados desde la estación base; y retorne a suspensión. El sistema de ubicación también comprende una estación base, que comprende: un receptor de GNSS base configurado para recibir señales desde una pluralidad de satélites de GNSS; un transceptor base configurado para comunicarse sobre el enlace de comunicación que comprende la frecuencia en la banda de radiofrecuencia (RF) sin licencia; un almacenamiento de datos no transitorio configurado para almacenar instrucciones ejecutables por ordenador; y un procesador de hardware acoplado al almacenamiento de datos no transitorio, en el que las instrucciones ejecutables por ordenador, cuando son ejecutadas por el procesador de hardware, hacen que la estación base: reciba la posición estimada y el valor de reloj local de la estación móvil a través del enlace de comunicación; transmita uno o más mensajes asociados con la actualización del valor de reloj de estación móvil local a un valor de reloj de estación base que es representativo del tiempo para los satélites de GNSS; estime los parámetros de adquisición de satélites de GNSS en base al menos en parte a la posición estimada de la estación móvil; transmita, a través del enlace de comunicación a la estación móvil, una lista clasificada de satélites de GNSS con información de fase de código asociada; reciba, a través del enlace de comunicación, las transiciones de chip desde el receptor móvil; calcule la posición actualizada de la estación móvil usando al menos las transiciones de chip desde el receptor móvil; y transmita la posición actualizada e información asociada con los parámetros de suspensión actualizados a la estación móvil.
En un 53° aspecto, el sistema de ubicación del aspecto 52, en el que la estación móvil comprende uno o más sensores de no GNSS que incluyen un sensor de Muy Baja Frecuencia (VLF), un sensor de rotación, un sensor de vibración, un sensor de rumbo, un sensor de campo magnético, un sensor óptico, un sensor de RF, un sensor de Vigilancia Electrónica de Artículos (EAS), un sensor ultrasónico, un acelerómetro, o un giroscopio.
En un 54° aspecto, el sistema de ubicación del aspecto 53, en el que la estación móvil está configurada para estimar su posición inicial después de salir de un modo de suspensión en base al menos en parte a la información proporcionada por el uno o más sensores de posición de no GNSS.
En un 55° aspecto, el procedimiento para ubicar un objeto móvil, comprendiendo el procedimiento: bajo control de una estación móvil configurada para ser unida a o incluida en o sobre el objeto móvil, comprendiendo la estación móvil un receptor de sistema global de navegación por satélite (GNSS) y un transceptor configurado para comunicarse bidireccionalmente sobre un enlace de radiofrecuencia (RF) que tiene una frecuencia de enlace de RF en una banda de RF que es sin licencia para comunicaciones celulares: determinar por una técnica de no GNSS una posición estimada de la estación móvil; comunicar, sobre el enlace de RF, la posición estimada de la estación móvil; recibir, sobre el enlace de RF, información de adquisición de satélite que incluye un conjunto de satélites de GNSS que se predice que van a ser visibles en la posición estimada de la estación móvil y fases de código de GNSS asociadas con cada satélite de GNSS en el conjunto; adquirir señales de GNSS desde al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto de satélites de GNSS; determinar, en base al menos en parte a partir de las señales de GNSS adquiridas, información de tiempo de transición de chip asociada con las fases de código de GNSS para los al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto; comunicar, sobre el enlace de RF, la información de tiempo de transición de chip; y recibir, sobre el enlace de RF, una posición actualizada para la estación móvil, la posición actualizada determinada en base al menos en parte a la información de tiempo de transición de chip.
En un 56° aspecto, el procedimiento de aspecto 55, en el que determinar mediante una técnica de no GNSS una posición estimada de la estación móvil comprende determinar la posición estimada a través de un procedimiento de navegación mediante estimación.
En un 57° aspecto, el procedimiento de aspecto 55 o aspecto 56, que comprende además sincronizar un reloj de estación móvil con un reloj que es representativo del tiempo de los satélites de GNSS.
En un 58° aspecto, el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 55 a 57, en el que determinar la información de tiempo de transición de chip asociada con las fases de código de GNSS para los al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto comprende calcular un indicador de calidad para los al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto, el indicador de calidad asociado con una calidad de la señal de GNSS recibida por la estación móvil.
En un 59° aspecto, el procedimiento de aspecto 58, en el que el indicador de calidad comprende información asociada con una o más de una potencia de señal de GNSS, un ancho de un pico en una salida de correlacionador, o una relación señal a ruido.
En un 60° aspecto, el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 55 a 59, que comprende además: adquirir una señal de navegación desde un pseudólite; determinar un tiempo de transición de chip de pseudólite asociado con la señal de navegación; y comunicar, sobre el enlace de RF, el tiempo de transición de chip de pseudólite.
En un 61° aspecto, el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 55 a 60, que comprende además determinar una posición a partir de señales de GNSS desde satélites de GNSS si la estación móvil no puede comunicarse sobre el enlace de RF.
En un 62° aspecto, el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 55 a 61, en el que determinar la información de tiempo de transición de chip comprende buscar una transición de chip dentro de una ventana de desplazamiento en base al menos en parte a una estimación de un error en sincronización de reloj.
En un 63° aspecto, una estación móvil configurada para unirse a o incluirse en o sobre el objeto móvil, comprendiendo la estación móvil el receptor de sistema global de navegación por satélite (GNSS) y el transceptor configurado para comunicarse bidireccionalmente sobre un enlace de radiofrecuencia (RF) que tiene una frecuencia de enlace de RF en una banda de RF que es sin licencia para comunicaciones celulares, la estación móvil configurada para realizar el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 55 a 62.
En un 64° aspecto, un procedimiento para ubicar un objeto móvil, comprendiendo el procedimiento: bajo control de una estación base que comprende un receptor de sistema global de navegación por satélite (GNSS) y un transceptor configurado para comunicarse bidireccionalmente sobre un enlace de radiofrecuencia (RF) que tiene una frecuencia de enlace de RF en una banda de RF que es sin licencia para comunicaciones celulares: recibir, sobre el enlace de RF, una posición estimada para el objeto móvil; determinar la información de adquisición de satélite que incluye un conjunto de satélites de sistema global de navegación por satélite (GNSS) que se predice que van a ser visibles en la posición estimada del objeto móvil y las fases de código de GNSS asociadas con cada satélite de GNSS en el conjunto; comunicar, sobre el enlace de RF, la información de adquisición de satélite; recibir, sobre el enlace de RF, información de tiempo de transición de chip asociada con las fases de código de GNSS adquiridas desde al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto; determinar, en base al menos en parte a la información de tiempo de transición de chip, una posición actualizada para el objeto móvil; y comunicar, sobre el enlace de RF, la posición actualizada.
En un 65° aspecto, el procedimiento de aspecto 64 comprende además sincronizar un reloj de la estación base con un reloj asociado con los satélites de GNSS.
En un 66° aspecto, el procedimiento de aspecto 64 o aspecto 65 comprende además clasificar el conjunto de satélites de GNSS de acuerdo con uno o más criterios de clasificación.
En un 67° aspecto, el procedimiento de aspecto 66, en el que los criterios de clasificación incluyen uno o más de: si un satélite está a lo largo de una dirección de movimiento o una dirección de interés del objeto móvil, si un satélite está cerca de un horizonte del objeto móvil, una altitud de un satélite sobre el horizonte del objeto móvil, un desplazamiento Doppler para un satélite, errores de propagación ionosférica para un satélite, información de proximidad posicional para al menos dos satélites, un patrón de antena de una antena de GNSS, o presencia de obstrucciones cerca del objeto móvil que puede inhibir la recepción de señales de GNSS desde un satélite.
En un 68° aspecto, el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 64 a 67, en el que determinar la información de adquisición de satélite comprende determinar información de selección asociada con un orden en el cual las señales de GNSS desde satélites en el conjunto de satélites de GNSS deberían intentarse ser adquiridas.
En un 69° aspecto, el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 64 a 68, en el que determinar la información de adquisición de satélite comprende determinar el conjunto de satélites de GNSS en base al menos en parte a reducir o minimizar una dilución de precisión.
En un 70° aspecto, una estación base que comprende el receptor de sistema global de navegación por satélite (GNSS) y el transceptor configurado para comunicarse bidireccionalmente sobre un enlace de radiofrecuencia (RF) que tiene una frecuencia de enlace de RF en una banda de RF que es sin licencia para comunicaciones celulares, la estación base configurada para realizar el procedimiento de uno cualquiera de los aspectos 64 a 69.
En un 71° aspecto, un sistema de análisis de datos de adquisición de satélites, comprendiendo el sistema: almacenamiento de datos no transitorio configurado para almacenar datos de adquisición de satélites relacionados con intentos por estaciones móviles capaces de moverse en un área de rastreo para adquirir señales desde satélites de sistema global de navegación por satélite (GNSS); y un procesador de hardware en comunicación con el almacenamiento de datos no transitorio, el procesador de hardware programado para: analizar los datos de adquisición de satélite usando un algoritmo de aprendizaje automático; y realizar una o más de los siguientes en base al menos en parte al análisis de aprendizaje automático: actualizar un modelo del área de rastreo, o actualizar criterios de selección de satélites de GNSS para las estaciones móviles.
En un 72° aspecto, el sistema del aspecto 71, en el que el procesador de hardware está programado para acceder a la información de sistema de información geográfica (GIS) para el área de rastreo.
En un 73° aspecto, el sistema del aspecto 71 o aspecto 72, en el que el procesador de hardware está programado para inferir, a partir del análisis de aprendizaje automático, una presencia de un obstáculo que inhibe la recepción de señales de satélite de GNSS en una posición particular en el área de rastreo o en una dirección particular.
En un 74° aspecto, un pseudólite para comunicar una señal de navegación, comprendiendo el pseudólite: un transmisor configurado para comunicar la señal de navegación a una frecuencia portadora de pseudólite dentro de 100 MHz de una frecuencia portadora de señal de satélite de sistema global de navegación por satélite (GNSS).
En un 75° aspecto, el pseudólite del aspecto 74, en el que la frecuencia portadora de pseudólite está en un intervalo desde 1626,5 MHz a 1645,5 MHz.
En un 76° aspecto, el pseudólite del aspecto 74 o del aspecto 75, en el que la señal de navegación comprende un código de temporización que se modula en la frecuencia portadora de pseudólite.
En un 77° aspecto, el pseudólite del aspecto 76, en el que el código de temporización comprende un código de ruido pseudoaleatorio (PRN).
En un 78° aspecto, un receptor configurado para operar con el pseudólite de uno cualquiera de los aspectos 74 a 77, en el que el receptor comprende circuitería configurada para recibir tanto la frecuencia portadora de señal de satélite de GNSS como la frecuencia portadora de pseudólite.
En un 79° aspecto, el receptor del aspecto 78, en el que la frecuencia portadora de señal de satélite de GNSS está en un intervalo desde 1560 MHz a 1590 MHz, y la frecuencia portadora de pseudólite está en un intervalo desde 1626,5 MHz a 1645,5 MHz.
Información adicional
Los diversos bloques, módulos, y procesos lógicos ilustrativos descritos en la presente memoria pueden ser implementados o realizados por una máquina, tal como una ordenador, un procesador, un procesador de señal digital (DSP), un circuito integrado de aplicación específica (ASIC), un conjunto de puerta programable en campo (FPGA) u otro dispositivo lógico programable, compuerta discreta o lógica de transistor, componentes de hardware discretos, o cualquier combinación de los mismos diseñada para realizar las funciones descritas en la presente memoria. Un procesador puede ser un microprocesador, un controlador, un microcontrolador, máquina de estado, combinaciones de los mismos, o similares. Un procesador también puede ser implementado como una combinación de dispositivos informáticos, por ejemplo, una combinación de un d Sp y un microprocesador, una pluralidad de microprocesadores o núcleos de procesador, uno o más procesadores gráficos o de flujo, uno o más microprocesadores en conjunto con un DSP, o cualquier otra configuración tal.
Adicionalmente, ciertas implementaciones de los sistemas de ubicación de objetos de la presente divulgación son de manera suficientemente matemática, computacional, o técnica complejas que el hardware específico de aplicación (por ejemplo, FPGAs o ASICs) o uno o más dispositivos informáticos físicos (usando instrucciones ejecutables apropiadas) pueden ser necesarios. para realizar la funcionalidad, por ejemplo, debido al volumen o complejidad de los cálculos involucrados (por ejemplo, analizar los datos de adquisición de GNSS o la información de ubicación de objeto recolectada desde un gran número de objetos móviles) o para proporcionar resultados (por ejemplo, información estadística sobre las ubicaciones de objetos) sustancialmente en tiempo real.
Los bloques o estados de los procesos descritos en la presente memoria pueden ser incorporados directamente en hardware, en un módulo de software almacenado en una memoria no transitoria y ejecutado por un procesador de hardware, o en una combinación de los dos. Por ejemplo, cada uno de los procesos descritos anteriormente también puede estar incorporado en, y completamente automatizado por, módulos de software (almacenados en una memoria) ejecutados por una o más máquinas tales como ordenadores o procesadores de ordenador. Un módulo puede residir en un medio legible por ordenador no transitorio tal como RAM, memoria flash, ROM, EPROM, EEPROM, registros, disco duro, un disco óptico, memoria capaz de almacenar firmware, o cualquier otra forma de medio legible por ordenador (por ejemplo, almacenamiento). Se puede acoplar un medio legible por ordenador a un procesador de tal manera que el procesador pueda leer información desde, y escribir información en, el medio legible por ordenador. En alternativa, el medio legible por ordenador puede ser integral al procesador. El procesador y el medio legible por ordenador pueden residir en un ASIC. El medio legible por ordenador puede incluir almacenamiento de datos no transitorio (por ejemplo, un disco duro, memoria no volátil, etc.).
Los procesos, procedimientos, y sistemas pueden ser implementados en un entorno informático de red (o distribuido). Por ejemplo, la unidad de control central o estación base pueden implementarse en un entorno informático distribuido, en red. Los entornos de red incluyen redes de ordenadores para toda la empresa, intranets, redes de área local (LAN), redes de área amplia (WAN), redes de área personal (PAN), redes informáticas en la nube, redes informáticas de fuentes multitudinosas, el Internet, y la World Wide Web. La red puede ser una red por cable o una inalámbrica, una red terrestre o satelital, o cualquier otro tipo de red de comunicación.
Dependiendo de la realización, ciertos actos, eventos, o funciones de cualquiera de los procesos o procedimientos descritos en la presente memoria pueden realizarse en una secuencia diferente, pueden agregarse, fusionarse, o excluirse completamente. De este modo, en ciertas realizaciones, no todos los actos o eventos descritos son necesarios para la práctica de los procesos. Además, en ciertas realizaciones, los actos o eventos se pueden realizar simultáneamente, por ejemplo, a través de procesamiento de multihilo, procesamiento de interrupciones, o a través de múltiples procesadores o núcleos de procesador, en lugar de secuencialmente. En cualquier aparato, sistema, o procedimiento, ningún elemento o acto es necesario o indispensable para todas las realizaciones, y el aparato, sistemas, y procedimientos divulgados pueden disponerse de manera diferente a los mostrados o descritos.
El lenguaje condicional usado en la presente memoria, tales como, entre otros, "puede", "pudo", "podría", "se permite", "por ejemplo" y similares, a menos que se establezca específicamente otra cosa, o se entienda otra cosa dentro del contexto como se usa, es generalmente previsto para transmitir que ciertas realizaciones incluyen, mientras que otras realizaciones no incluyen, ciertas características, elementos y/o estados. De este modo, tal lenguaje condicional generalmente no está previsto para implicar que las características, elementos y/o estados sean de alguna forma requeridos para una o más realizaciones o que una o más realizaciones incluyan necesariamente lógica para decidir, con o sin entrada o aviso de autor, si estas características, elementos y/o estados están incluidos o van a ser realizados en cualquier realización particular. Los términos "que comprende", "que incluye", "que tiene", y similares son sinónimos y se usan de manera inclusiva, de una forma abierta, y no excluyen elementos, características, actos, operaciones, y así sucesivamente adicionales. También, el término "o" se usa en su sentido inclusivo (y no en su sentido exclusivo) de tal manera que cuando se usa, por ejemplo, para conectar una lista de elementos, el término "o" significa uno, algunos, o todos los elementos en la lista.
El lenguaje conjuntivo tal como la expresión "al menos uno de X, Y y Z", a menos que se establezca específicamente otra cosa, se entiende otra cosa con el contexto como se usa en general para transmitir que un ítem, término, etc. puede ser ya sea X, Y o Z. De este modo, tal lenguaje conjuntivo no está previsto generalmente para implicar que ciertas realizaciones requieran al menos uno de X, al menos uno de Y y al menos uno de Z para estar cada uno presente. Los artículos "un" o "uno, una" o "el, la" cuando se refieren a un elemento significan uno o más del elemento, a menos que el contexto indique claramente otra cosa.
Aunque la descripción detallada anterior ha mostrado, descrito, y señalado características novedosas como se aplican a diversas realizaciones, se entenderá que se pueden hacer diversas omisiones, sustituciones, y cambios en la forma y detalles de los bloques lógicos, módulos, y procesos ilustrados sin apartarse de la divulgación. Como se reconocerá, ciertas realizaciones de las invenciones descritas en la presente memoria pueden incorporarse dentro de una forma que no proporcione todas las características y beneficios establecidos en la presente memoria, ya que algunas características pueden usarse o practicarse por separado de otras.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de ubicación de un objeto móvil, comprendiendo el sistema:
una estación (160) móvil configurada para asociarse con el objeto móvil, comprendiendo la estación móvil:
un sistema (276) de comunicación móvil de radiofrecuencia, RF, configurado para operar un enlace de RF que tiene una frecuencia de enlace de RF en una banda de RF;
un reloj de estación móvil;
un receptor (268; 288A, 288B) de sistema global de navegación por satélite, GNSS, móvil; y un sistema de navegación mediante estimación que incluye un sensor (280, 280A, 280B) de no GNSS, el sistema de navegación mediante estimación configurado para usar mediciones desde el sensor de no GNSS para proporcionar una posición estimada para la estación móvil; y
una estación (120) base ubicada en una posición fija, comprendiendo la estación base:
un sistema (236) de comunicación de RF base configurado para comunicarse bidireccionalmente con el sistema de comunicación móvil sobre el enlace de RF;
un reloj de estación base;
un receptor (228; 248A, 248B) de GNSS base; y
un procesador (232) de hardware,
en el que la estación (120) base está configurada para:
recibir, de la estación (160) móvil por el enlace de RF, la posición estimada de la estación móvil determinada por el sistema de navegación mediante estimación;
determinar información de adquisición de satélite que incluye un conjunto de satélites (104) de GNSS que se predice que van a ser visibles en la posición estimada de la estación (160) móvil y las fases de código de GNSS asociadas con cada satélite de GNSS en el conjunto, incluyendo el conjunto de satélites de GNSS al menos un número mínimo de satélites de GNSS;
sincronizar el reloj de estación base con un tiempo representativo del conjunto de satélites de GNSS; comunicar, a la estación (160) móvil por el enlace de RF, la información de adquisición de satélite; recibir, de la estación (160) móvil por el enlace de RF, información de tiempo de transición de chip asociada con el conjunto de satélites de GNSS;
determinar, en base al menos en parte a la información de tiempo de transición de chip, una posición actualizada para la estación (160) móvil; y comunicar, a la estación (160) móvil por el enlace de RF, la posición actualizada, y
en el que la estación (160) móvil está configurada para:
comunicar, a la estación (120) base por el enlace de RF, la posición estimada de la estación móvil determinada por el sistema de navegación mediante estimación;
intercambiar, con la estación base por el enlace de RF, información de temporización de reloj; sincronizar, en base al menos en parte a la información de temporización de reloj, el reloj de estación móvil con el reloj de estación base que es representativo del tiempo para el conjunto de satélites de GNSS;
recibir, de la estación (120) base por el enlace de RF, la información de adquisición de satélite; activar el receptor de GNSS móvil;
adquirir, por el receptor de GNSS móvil en base al menos en parte a la temporización de una transición de fase de código de GNSS, señales de GNSS de al menos algunos de los satélites (104) de GNSS en el conjunto de satélites de GNSS;
poner en suspensión el receptor de GNSS móvil;
determinar, a partir de las señales de GNSS adquiridas, la información de tiempo de transición de chip asociada con las fases de código de GNSS para los al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto; y
comunicar, a la estación (120) base por el enlace de RF, la información de tiempo de transición de chip.
2. El sistema de la Reivindicación 1, en el que el objeto móvil comprende un carrito propulsado por humanos que tiene una rueda, y el sensor de no GNSS comprende un sensor de rumbo magnético y un sensor de rotación de rueda.
3. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la frecuencia de enlace de RF está en un intervalo de 426 MHz a 435 MHz, 779 MHz a 787 MHz, 863 MHz a 870 MHz, 900 MHz a 928 MHz, 2,400 GHz a 2,483 GHz, o 5,725 GHz a 5,875 GHz.
4. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la información de adquisición de satélite comprende además información de desplazamiento Doppler asociada con el satélite en el conjunto de satélites de GNSS.
5. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la estación base está configurada para clasificar el conjunto de satélites de GNSS de acuerdo con uno o más criterios de clasificación, en el que los criterios de clasificación incluyen uno o más de: si un satélite está a lo largo de una dirección de movimiento o una dirección de interés de la estación móvil, si un satélite está cerca de un horizonte de la estación móvil, una altitud de un satélite por encima del horizonte de la estación móvil, un desplazamiento Doppler para un satélite, errores de propagación ionosférica para un satélite, información de proximidad posicional para al menos dos satélites, un patrón de antena de una antena de GNSS de estación móvil, o presencia de obstrucciones cerca de una estación móvil que pueden inhibir la recepción de señales de GNSS de un satélite.
6. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la información de tiempo de transición de chip comprende además un indicador de calidad para al menos algunos de los satélites de GNSS en el conjunto, el indicador de calidad asociado con una calidad de la señal de GNSS recibida por el receptor de GNSS móvil, en el que el indicador de calidad comprende información asociada con una o más de una potencia de señal de GNSS, un ancho de un pico en una salida de correlacionador, o una relación señal a ruido.
7. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además un repetidor (140) de enlace, en el que la estación móvil y la estación base están configuradas cada una para comunicarse bidireccionalmente por el enlace de RF con el repetidor de enlace.
8. El sistema de la Reivindicación 7, en el que la estación móvil comprende un reloj de estación móvil, el repetidor de enlace comprende un reloj de repetidor de enlace, y la estación base comprende un reloj de estación base que es representativo del tiempo para los satélites de GNSs , y en el que la estación móvil y el repetidor de enlace están configurados para sincronizar el reloj de estación móvil con el reloj de repetidor de enlace, y el repetidor de enlace y la estación base están configurados para sincronizar el reloj de repetidor de enlace con el reloj de estación base.
9. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además un pseudólite (840) configurado para comunicar una señal de navegación a la estación móvil, y en el que la estación móvil está configurada para:
adquirir la señal de navegación desde el pseudólite;
determinar un tiempo de transición de chip de pseudólite asociado con la señal de navegación; y comunicar, a la estación base por el enlace de RF, el tiempo de transición de chip de pseudólite.
10. El sistema de la Reivindicación 9, en el que la estación base está configurada para determinar la posición actualizada de la estación móvil en base al menos en parte al tiempo de transición de chip de pseudólite.
11. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la estación móvil está configurada para almacenar parámetros de suspensión que incluyen un tiempo o una condición cuando la estación móvil debe activarse y comenzar a comunicarse con la estación base.
12. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la estación móvil está configurada para:
incluir un modo autónomo en el cual la estación móvil calcula su posición usando señales de GNSS adquiridas desde satélites de GNSS; y
operar en el modo autónomo si la estación móvil no puede recibir comunicaciones de la estación base por el enlace de RF.
13. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que:
la estación base está configurada para obtener información relacionada con la adquisición de satélites por la estación móvil, y
el sistema está configurado para analizar la información relacionada con la adquisición de satélites por la estación móvil usando una técnica de aprendizaje automático para actualizar un modelo de un área de rastreo en la cual se mueve el objeto móvil, condiciones asociadas con la estación móvil, o la determinación del conjunto de satélites de GNSS que se predice que van a ser visibles en la posición estimada de la estación móvil.
14. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que para determinar la información de tiempo de transición de chip asociada con las fases de código de GNSS para los al menos algunos de los satélites de GNSs en el conjunto, la estación móvil está configurada para buscar una transición de chip dentro de una ventana de desplazamiento en base al menos en parte a una estimación de un error en la sincronización de reloj entre la estación móvil y la estación base.
15. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la estación base está configurada para sincronizar continuamente el reloj de estación base con un tiempo representativo del conjunto de satélites de GNSS.
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