ES2926525T3 - Procedimiento y sistema de detección de anomalías en las señales de navegación por satélite y sistema de hibridación que comprende dicho sistema de detección - Google Patents

Abstract

El método implica extraer valores de error de código entregados en la salida de discriminadores de código y comparar los valores de error de código extraídos (71) con un valor de umbral correspondiente a un valor de código de error máximo aceptable. A cada señal de navegación recibida en un canal de recepción se le asigna (72) un índice de confianza, dependiendo el índice de confianza del resultado de la comparación realizada sobre valores de error de código. Se extraen los valores de error de fase de la portadora entregados a la salida de los discriminadores de fase de la portadora. También se incluye una reivindicación independiente para un sistema de detección de anomalías en las señales de navegación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y sistema de detección de anomalías en las señales de navegación por satélite y sistema de hibridación que comprende dicho sistema de detección

La presente invención se refiere a un procedimiento y un sistema de detección de anomalías en las señales de navegación por satélite y a un sistema de hibridación que comprende dicho sistema de detección. Se aplica a cualquier sistema de posicionamiento por satélite que utilice receptores de posicionamiento por satélite de tipo GNSS (Global Navigation Satellite System), como los receptores GPS (Global Positioning System) o Galileo, y en particular a los receptores GNSS terrestres.

En un sistema de posicionamiento por satélite que utiliza un receptor de posicionamiento por satélite de tipo GNSS a bordo de un vehículo terrestre, marítimo o aéreo, las señales de datos que permiten al receptor calcular su posición proceden de diferentes satélites pertenecientes a una constelación de satélites de posicionamiento. La constelación consta de al menos cuatro satélites para determinar cuatro incógnitas correspondientes a las coordenadas geográficas x, y, z y temporales t del receptor. El posicionamiento del vehículo por parte del receptor se realiza en dos etapas. En una primera etapa, el receptor adquiere las señales radioeléctricas que constituyen las señales de navegación procedentes de los cuatro satélites de la constelación y en una segunda etapa, el receptor evalúa las distancias entre el vehículo y los cuatro satélites de los que se han recibido las señales y determina la posición del vehículo mediante un procedimiento de trilateración.

Un error cometido en la posición de un vehículo puede tener consecuencias desastrosas en una aplicación de aviación civil o de geo-localización de peajes.

Hay muchas fuentes de error de posicionamiento que pueden afectar a la validez de la información de posición determinada por un sistema de posicionamiento por satélite. Un error de posicionamiento puede deberse a un problema técnico en la recepción de las señales GNSS, como por ejemplo un fallo del receptor, o un fallo de la información transmitida por la constelación de satélites, o una avería en el satélite. La fiabilidad de la posición determinada por un sistema de posicionamiento por satélite también depende del entorno en el que se encuentra el vehículo y también puede producirse un error de posicionamiento debido, por ejemplo, a un reflejo parásito de un edificio o a una interferencia en la señal.

En el caso de una aplicación aeronáutica, el receptor no está limitado por ningún obstáculo, por lo que las señales radioeléctricas se reciben directamente de los satélites, sin reflejo en ninguna pared. En este caso, existen sistemas SBAS (en inglés: Satellite-Based Augmentation Systems) para proporcionar información de confianza sobre la posición calculada por el receptor de un vehículo aeronáutico. Los sistemas SBAS controlan y limitan continuamente los errores en la órbita de los satélites, en la sincronización de cada satélite con la referencia horaria de la constelación y los errores inducidos por la propagación de las señales radioeléctricas en la alta atmósfera y, en particular, en la ionosfera. La información proporcionada por un sistema SBAS permite al receptor del vehículo aeronáutico proporcionar la posición del vehículo, así como un límite de error de posición.

En el caso de una aplicación aeronáutica, también es conocido el uso de un equipo híbrido INS/GNSS (Inertial Navigation System/Global Navigation Satellite System) que combina la información proporcionada por una unidad inercial y las mediciones proporcionadas por el sistema de navegación por satélite que incluye un receptor GNSS, para obtener información de posición y velocidad del vehículo. Las arquitecturas híbridas INS/GNSS pueden utilizar diferentes tipos de acoplamiento entre un receptor GNSS y una unidad inercial. El acoplamiento puede realizarse a partir de la posición calculada del receptor GNSS, a partir de las mediciones sin procesar de la frecuencia o de la pseudodistancia determinadas a partir de las señales de navegación recibidas de los satélites, o bien a partir de una información aún más básica calculada en el receptor; este último tipo de acoplamiento se denomina acoplamiento ultra-ajustado (en inglés: ultra-tight coupling). La unidad inercial proporciona información precisa y con poco ruido a corto plazo, pero la precisión de las mediciones se degrada a largo plazo debido a la deriva de los sensores inerciales. La precisión de las mediciones proporcionadas por el receptor GNSS permite controlar la deriva inercial y las mediciones inerciales permiten filtrar el ruido de las mediciones del receptor GNSS. Este equipo también calcula radios de protección alrededor de la posición calculada que permiten contener el error de posición a un riesgo de integridad determinado. Los radios de protección pueden calcularse utilizando un filtro de canal, por ejemplo, un filtro de Kalman, que incluye un modelo del comportamiento del receptor GNSS y proporciona una estimación sobre la distancia y velocidad del receptor. A continuación se calcula un parámetro, denominado innovación, que corresponde a la diferencia entre la medición de la información de distancia proporcionada por el satélite y la estimación de esta información de distancia proporcionada a la salida del filtro de canal. Cuando el comportamiento del receptor coincide con el modelo incluido en el filtro, el parámetro de innovación tiene un valor cercano a cero. Si no es así, la medición del GNSS es errónea. El parámetro de innovación permite así, en el caso de una aplicación aeronáutica, identificar las mediciones GNSS afectadas por grandes errores, que pueden producirse en particular cuando un satélite está averiado.

Las aplicaciones de geolocalización de peaje de carretera consisten en determinar la ruta tomada por un vehículo terrestre equipado con un receptor GNSS y cobrar a un usuario del vehículo terrestre cuando la ruta tomada está sujeta a un peaje. Como la facturación depende de la ruta utilizada, el receptor tiene que proporcionar dos datos adicionales relativos a la posición del vehículo, por un lado, y a la trayectoria del mismo, por otro. Como esta información da lugar a una facturación, también es necesario determinar la información de confianza sobre la trayectoria utilizada.

La integridad de una posición GNSS en un entorno restringido, por ejemplo, una zona urbana, boscosa o montañosa, es difícil de caracterizar, en particular debido a la imprecisión de la modelización de los fenómenos de propagación local. Esto dificulta la identificación y caracterización de la calidad de las mediciones GNSS producidas por un receptor. En la actualidad, la comprobación de la integridad de la posición GNSS de un vehículo terrestre se realiza de la misma manera que para la aviación civil. Cuando se navega en un entorno sin restricciones, por ejemplo en el campo o en una ciudad poco poblada, este procedimiento es eficaz. Sin embargo, en el caso de la navegación en un entorno restringido, las condiciones de recepción de las señales radioeléctricas son mucho más complejas y mucho menos controladas que en el caso de una aplicación aeronáutica, y las señales recibidas son mucho más ruidosas y de mucha menor intensidad. Por lo tanto, los modelos de error diseñados para aplicaciones de aviación civil no son adecuados para entornos restringidos y no es posible identificar claramente la posición de un vehículo terrestre en un carril de tráfico. Además, para un entorno restringido, no se dispone actualmente de ningún indicador fiable de la calidad de las mediciones del GNSS.

El objeto de la invención es proporcionar un procedimiento y un sistema de detección de anomalías en las señales de navegación por satélite que permita la detección de anomalías en las señales de navegación recibidas por un receptor de posicionamiento por satélite en cualquier entorno, sin restricciones o con restricciones, incluso cuando las señales son de baja intensidad y muy ruidosas.

Para ello, la invención se refiere a un procedimiento de detección de anomalías en las señales de navegación recibidas por N canales de recepción de un receptor de posicionamiento por satélite, donde N es un número entero mayor que 1, comprendiendo cada canal i, donde i está comprendido entre 1 y N, un circuito de correlación de portadora, un circuito de correlación de código que incluye correladores de punto, de avance y de retardo, un discriminador de código, un discriminador de fase de portadora, estando los discriminadores de código y de fase de portadora conectados a un filtro de canal común adaptado para gestionar, conjuntamente, la posición de los correladores de punto, de avance y de retardo, un discriminador de código, un discriminador de fase de portadora, estando los discriminadores de código y de fase de portadora conectados a un filtro de canal común capaz de gestionar conjuntamente la posición de los correladores de punto, avance y retardo de los N canales de recepción para reducir los valores de error de código y de fase de portadora proporcionados por los discriminadores de código y de fase de portadora. El procedimiento consiste en la extracción de los valores de error de código proporcionados por los N discriminadores de código, la comparación de los valores de error de código extraídos con un mismo primer valor umbral correspondiente a un valor de error de código máximo aceptable, la extracción de los valores de error de fase de portadora proporcionados por los N discriminadores de fase de portadora, la comparación de los valores de error de fase de portadora extraídos con un mismo segundo valor umbral correspondiente a un valor de error de fase máximo aceptable y la asignación de un índice de confianza a cada señal de navegación recibida en cada canal de recepción, dependiendo el índice de confianza de los resultados de la comparación realizada con los valores de error de código y con los valores de error de fase de portadora, y la selección de las señales de navegación que tengan un índice de confianza superior a un nivel de confianza mínimo de referencia y la transmisión al filtro de canal sólo de las señales de navegación seleccionadas.

La invención también se refiere a un sistema de detección de anomalías de las señales de navegación que comprende un receptor de posicionamiento por satélite con N canales de recepción, donde N es un número entero mayor que 1, comprendiendo cada canal i, donde i está comprendido entre 1 y N, un circuito de correlación de la portadora, un circuito de correlación del código que incluye correladores de punto, de avance y de retardo, un discriminador de código, un discriminador de fase de portadora, estando los discriminadores de código y de fase de portadora conectados a un filtro de canal común capaz de gestionar, conjuntamente, la posición de los correladores de punto, de avance y de retardo de los N canales de recepción para reducir los valores de error de código y de fase de portadora proporcionados por los discriminadores de código y de fase de portadora. El sistema comprende además un dispositivo de detección de anomalías en las señales de navegación que comprende al menos un dispositivo de comparación que comprende un primer conjunto de N comparadores conectados respectivamente a la salida de los N discriminadores de código de los N canales del receptor y un dispositivo de asignación de un índice de confianza de fiabilidad conectado a la salida de los N comparadores del dispositivo de comparación, incluyendo el dispositivo de comparación un primer valor de umbral correspondiente a un valor máximo de error de código aceptable, comprendiendo además el dispositivo de comparación un segundo valor de umbral correspondiente a un valor máximo aceptable de error de fase de portadora y asignándose el índice de confianza a cada señal de navegación recibida en cada canal de recepción en función del resultado de la comparación realizada sobre los valores de error de código y los valores de error de fase de portadora y proporcionada por el dispositivo de comparación, estando el dispositivo de detección de anomalías conectado entre los discriminadores del receptor y el filtro de canal y el dispositivo de detección de anomalías comprende además un dispositivo de selección de señales de navegación, estando el dispositivo de selección conectado a la salida del dispositivo de asignación del índice de fiabilidad y a la entrada del filtro de canal, estando el dispositivo de selección de las señales de navegación adaptado para seleccionar las señales de navegación que tengan un índice de confianza superior al nivel de confianza mínimo de referencia y para transmitir al filtro de canal únicamente los valores de error de código y los valores de error de fase de portadora de las señales de navegación seleccionadas.

La invención también se refiere a un sistema de hibridación INS/GNSS que comprende un sistema de detección de anomalías en las señales de navegación como se ha definido anteriormente y una unidad inercial.

Otras características y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto en la siguiente descripción, que se da a modo de ejemplo puramente ilustrativo y no limitativo, con referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos que muestran:

• figura 1: un diagrama simplificado de un ejemplo de arquitectura de un receptor GNSS en el que se muestra un único canal, según el estado de la técnica;

• figura 2: un diagrama de un primer ejemplo de arquitectura de sistema de recepción GNSS que comprende un receptor GNSS integrado en una arquitectura de bucle vectorizado, según el estado de la técnica;

• figura 3: un diagrama de un segundo ejemplo de arquitectura de sistema de recepción GNSS que comprende un receptor GNSS integrado en una arquitectura de hibridación INS/GNSS, según la invención;

• figuras 4a y 4b: dos curvas que ilustran la evolución, en función del tiempo, de los parámetros de innovación proporcionados a la salida de un filtro de Kalman de una arquitectura de hibridación del tipo de acoplamiento ultra-ajustado, según el estado de la técnica;

• figuras 5a y 5b: dos ejemplos de arquitectura de un sistema de detección de anomalías en las señales de navegación GNSS, la figura 5a no cubre un ejemplo cubierto por la presente invención;

• figura 6: un diagrama de un tercer ejemplo de arquitectura de un sistema de detección de anomalías en las señales de navegación GNSS, según la invención;

• figura 7: un ejemplo de un algoritmo de detección de anomalías y selección de señales GNSS fiables, según la invención;

• figura 8: un ejemplo de arquitectura de hibridación que incluye un dispositivo para detectar anomalías y seleccionar señales GNSS fiables, según la invención;

• figura 9: un ejemplo de una curva que ilustra la evolución, en función del tiempo, de las salidas de los discriminadores de código de un receptor GNSS, estando el receptor GNSS integrado en una arquitectura de hibridación del tipo de acoplamiento ultra-ajustado, según la invención.

Las señales de navegación transmitidas por los satélites de una constelación son señales radioeléctricas compuestas por los datos a transmitir propagados en frecuencia por un código de propagación binario pseudo-aleatorio y transpuestos en una banda de frecuencia de transmisión por modulación con una portadora de transmisión. El receptor de posicionamiento por satélite de tipo GNSS tiene varios canales de procesamiento diferentes para procesar en paralelo las señales recibidas de diferentes satélites. Dos satélites diferentes tienen códigos distintos y descorrelacionados que permiten disociar las señales entre los satélites y asignar un canal diferente a cada uno de ellos. La figura 1 muestra un diagrama simplificado de un ejemplo de arquitectura de un receptor de posicionamiento por satélite en el que sólo se muestra un canal. En la recepción, los datos contenidos en cada señal 5 recibida por el receptor de posicionamiento por satélite 10 se extraen mediante dos demodulaciones sucesivas realizadas por un circuito de correlación de portadoras 20 para la supresión de la portadora de la señal recibida, seguido de un circuito de correlación de códigos 22. Para ello, el receptor de posicionamiento por satélite 10 elabora una réplica local PI de la portadora generada por un oscilador local 24 controlado por un bucle de seguimiento de frecuencia y fase, denominado bucle de fase 20, y una réplica local del código de propagación pseudoaleatorio generado por un generador de código local 28 controlado por un bucle de seguimiento de retardo, denominado bucle de código 22. Las técnicas de seguimiento de la señal recibida requieren el desarrollo de una réplica local del código de propagación, denominada réplica puntual Cp, y otras réplicas locales en avance Ca y en retardo Cr. El papel de los integradores INT es producir muestras de señales demoduladas y despropagadas, acumuladas, de avance Za, de punto Zp, de retardo Zr. Cuando se sintoniza un bucle de código 22, el código generado localmente está en fase con el código contenido en la señal recibida del satélite y la función de correlación obtenida corresponde a un máximo. El bucle de fase 20, respectivamente el bucle de código 22, comprende un discriminador de portadora 21 y de código DSC, que permite medir, con la ayuda de los valores de las muestras de señal Zp, Za, Zr proporcionadas por el integrador INT a la salida de los correladores de punto de avance y de retardo, las desviaciones de fase de portadora respectivamente las desviaciones de código, entre la señal recibida y la señal local, para su retroalimentación en los correspondientes bucles de seguimiento de fase y de código 20, 22 con el fin de actualizar la estimación de la frecuencia portadora de la señal recibida, respectivamente el desplazamiento del código de propagación medido con respecto al código local.

A la salida del discriminador de portadora 21 y de código DSC, las desviaciones de fase de la portadora se transmiten a un corrector de portadora CRP 23 que controla un oscilador de portadora 24 que genera una fase de portadora local que controla un generador de portadora 26 que proporciona la portadora local utilizada por el circuito de correlación de portadora 20 para la supresión de portadora de la señal recibida. Asimismo, a la salida del discriminador 21, las desviaciones de código se transmiten a un corrector de código CRC 25 que controla un oscilador de código 28 que genera una fase de código local que controla el generador de código 30 que proporciona los códigos locales Ca, Cp, Cr utilizados por el circuito de correlación de códigos 22. En una arquitectura típica de receptor de posicionamiento por satélite, la salida de cada discriminador 21 está restringida por el bucle de seguimiento de código 22 para proporcionar un valor cercano a cero para mantener el código local sincronizado con el código del satélite.

La sincronización de los códigos locales se realiza, por tanto, satélite por satélite, independientemente de los demás satélites. Cuando el receptor GNSS se utiliza solo, es muy difícil identificar una señal de navegación errónea y la información de posición obtenida no es fiable.

El receptor 10 puede integrarse en una arquitectura de bucle vectorizado, como se muestra por ejemplo en el diagrama de la Figura 2, o en una arquitectura de hibridación INS/GNSS como se muestra por ejemplo en el diagrama de la Figura 3. En ambos tipos de arquitectura, las mediciones de posición y velocidad del receptor 10 se determinan teniendo en cuenta los residuos de error de un parámetro de innovación proporcionado a la salida de un filtro de canal 11, por ejemplo un filtro de Kalman.

En el caso de la arquitectura de bucle vectorizado mostrada en la figura 2, el filtro de canal 11, por ejemplo un filtro de Kalman, tiene en cuenta toda la información extraída de las N señales de navegación 51,...5N recibidas por el receptor 10 para calcular el parámetro de innovación correspondiente a la diferencia entre las mediciones comunicadas por el receptor 10 y la predicción de estas mediciones realizada por un modelo matemático incluido en el filtro de canal 11 y para deducir de ello una estimación del desfase de los relojes de código y de portadora del receptor 10 con respecto a los N satélites que han transmitido las N señales 51 a 5N. El desplazamiento de código o de portadora a la salida del filtro de canal 11 se introduce en un dispositivo 12 para predecir el efecto Doppler en el código y la portadora, siendo este efecto Doppler causado por el movimiento de los satélites, el movimiento del oscilador local del receptor y el movimiento del receptor 10. El dispositivo 12 de predicción del efecto Doppler proporciona nuevos valores de control de posición de los relojes de código y de fase que se aplican a los osciladores locales 28 de los bucles de código, respectivamente a los osciladores locales 24 de los bucles de fase, de los N canales del receptor 10 para actualizar, simultáneamente, los relojes de código y de fase de todos los canales a partir de un mismo valor de control de código 6, respectivamente de control de fase 7. Así, el inicio de los códigos de propagación locales utilizados para la correlación se activa simultáneamente en todos los canales. Esta arquitectura de bucle vectorizado permite por tanto tener en cuenta conjuntamente un conjunto de informaciones procedentes de los discriminadores 21 de todos los canales del receptor 10 para corregir simultáneamente por el mismo valor, en cada iteración, la posición de los correladores de punto Cp, de avance Ca y de retardo Cr, en todos los canales fiables del receptor 10. En esta arquitectura de bucle vectorizado, la posición de los correladores de todos los canales es, por tanto, gestionada en común por el filtro de canal 11 y las señales de salida de los discriminadores 21 de código y de portadora no están restringidas.

En el caso de la arquitectura de hibridación INS/GNSS mostrada en la figura 3, que se refiere a un acoplamiento de tipo ultra-ajustado, además de la información extraída del conjunto de señales de navegación por el receptor 10 de posicionamiento por satélite para calcular el parámetro de innovación, el filtro de canal 11 también tiene en cuenta la información de posición, velocidad y aceleración, transmitida por una unidad inercial 14 colocada a bordo del vehículo en el que se encuentra el receptor 10. A partir de toda la información extraída de las señales de navegación 51, ..., 5i, ..., 5N, y de la información procedente de la unidad inercial 14, el filtro de canal 11 estima conjuntamente la nueva posición de los correladores de punto Cp, de avance Ca y de retardo Cr de todos los canales, 1 a N, del receptor 10. Un ordenador de navegación 13 conectado a la salida de la unidad inercial 14, recibe la información de posición proporcionada por la unidad inercial 14 y la información de error de posición, velocidad y aceleración estimadas por el filtro de canal 11 a partir de los valores de error DC1, DP1, ..., DCi, DPi, ..., DCN, DPN, emitidos por los discriminadores 21 de cada canal 1, ..., N, del receptor 10. A partir de la información de la unidad inercial 14 y del filtro de canal 11, el ordenador de navegación 13 proporciona nuevos valores de posición, velocidad y actitud del vehículo en el que se encuentran el receptor 10 y la unidad inercial 14. Estos nuevos valores de posición, velocidad y actitud se aplican a la entrada de un dispositivo de predicción del efecto Doppler en el código y la portadora 12, que también recibe información adicional transmitida por el receptor 10 a partir de las señales de los satélites y los desfases de código y portadora del filtro de canal 11. La información adicional 8 transmitida por el receptor 10 al dispositivo 12 de predicción del efecto Doppler incluye datos de efemérides y una estimación del error de propagación que permite deducir una aproximación del retardo de propagación de las señales procedentes de los satélites, retardo introducido en particular por la ionosfera, la troposfera y por el reloj de los satélites. El dispositivo 12 de predicción del efecto Doppler proporciona nuevos valores de control de posición de los relojes de código y de fase que se aplican a todos los canales, de 1 a N, para corregir simultánea y conjuntamente por el mismo valor, en cada iteración, la posición de los correladores de punto Cp, de avance Ca y de retardo Cr en todos los canales del receptor 10. De forma similar a la arquitectura de bucle vectorizado, en esta arquitectura de hibridación INS/GNSS, la posición de los correladores de todos los canales es gestionada en común por el filtro de canal 11 y las señales de salida de los discriminadores 21 de código DSC y de portadora DSP no tienen restricciones.

Las figuras 4a y 4b muestran dos ejemplos de curvas que ilustran la evolución, en función del tiempo, de los parámetros de innovación proporcionados a la salida de un filtro de Kalman de una arquitectura de hibridación del tipo de acoplamiento ultra-ajustado, para señales ruidosas en las que los niveles de la relación señal/ruido C/N0 son respectivamente de 40dBHz y 19dBHz. En estas dos figuras, las señales de trazo fino correspondientes a trayectorias directas entre un satélite y un receptor de posicionamiento por satélite tienen un parámetro de innovación que fluctúa en torno al valor cero, mientras que una señal errónea, mostrada en una línea gruesa, debida por ejemplo a una trayectoria múltiple, es decir, una trayectoria que ha sido reflejada por un obstáculo situado entre un satélite y el receptor de posicionamiento por satélite, no está centrada en torno al valor cero. Cuando la relación señal/ruido C/N0 es grande, como se muestra en la figura 4a, la señal errónea puede identificarse claramente porque está completamente desplazada de las demás señales. En el caso de los ruidos más grandes, que corresponden a una relación señal/ruido C/N0 más débil, como se muestra en la figura 4b, la señal errónea se ahoga en las fluctuaciones de las otras señales y no puede identificarse claramente. Las figuras 4a y 4b muestran, por tanto, que el parámetro de innovación sólo puede identificar señales erróneas en presencia de un ruido de intensidad mucho más débil que el nivel de la señal. Cuanto mayor sea el nivel de ruido en comparación con el nivel de la señal, más difícil será identificar las señales erróneas con el parámetro de innovación.

Las figuras 5a y 5b muestran dos ejemplos de arquitecturas de un sistema para detectar anomalías en las señales de navegación GNSS, la figura 5a no cubre un ejemplo cubierto por la presente invención. El sistema de detección de anomalías comprende un receptor de posicionamiento por satélite 10 y un dispositivo de detección de anomalías 15. El receptor 10 comprende una pluralidad de canales de procesamiento diferentes 1 a N, estando cada canal de procesamiento dedicado a un satélite y comprende un discriminador 21 de portadora y de código que proporciona una desviación de fase de portadora y una desviación de código entre la señal recibida del satélite correspondiente y la señal local. En el caso de que el receptor 10 esté integrado en una arquitectura de bucle vectorizado o en una arquitectura de hibridación del tipo de acoplamiento ultra-ajustado, los discriminadores 21 de código y de portadora del receptor 10 no están restringidos a un valor de salida cercano a cero y sus variaciones son por tanto representativas de las fluctuaciones de las señales recibidas por el receptor 10. Así, cuanto mayor sea el valor proporcionado por un discriminador en comparación con el valor cero, más probable será que la señal recibida por el receptor 10 sea errónea. La invención consiste entonces en explotar los valores proporcionados por los discriminadores 21 para identificar y eliminar las señales erróneas. Para ello, como se muestra en la figura 5a, el dispositivo de detección de anomalías 15 comprende un dispositivo de comparación 16 que incluye un primer valor de umbral S1 y está conectado a la salida de todos los discriminadores 21, y un dispositivo 18 de identificación de errores de medición conectado a la salida del dispositivo de comparación 16. El dispositivo de comparación 16 comprende un primer conjunto de N comparadores 161, 162,...16N correspondientes a los N canales 1 a N. El primer conjunto de N comparadores 161 a 16N está destinado a recibir todos los valores de desviación de código DCi, donde i es un número entero comprendido entre 1 y N, proporcionados por los discriminadores 21 de todos los canales 1 a N del receptor 10, a comparar los valores de desviación de código proporcionados por cada discriminador 21 con el mismo primer valor de umbral S1 y a 'proporcionar los resultados de la comparación en una pluralidad de salidas correspondientes cada una a uno de los canales de recepción 1 a N del receptor 10. El primer valor de umbral S1 es definido por el usuario y corresponde a un valor máximo de desviación de código que el usuario está dispuesto a aceptar como salida de los discriminadores 21. El dispositivo 18 de identificación de errores de medición tiene N canales de identificación de errores 181, 182,...18N conectados a la salida del primer conjunto de N comparadores161 a 16N. El dispositivo 18 de identificación de errores de medición está destinado, a partir de los resultados ADCi, donde i está comprendido entre 1 y N, de cada comparación, a asignar un indicador de confianza IC1, IC2,...ICN sobre la fiabilidad de cada señal 51, 52, ...5N recibida y a identificar las señales de navegación erróneas, es decir, las señales correspondientes a un indicador de confianza de valor bajo por debajo de un indicador de confianza mínimo ICmin.

Como se muestra en la figura 5b, el dispositivo de comparación 16 comprende un segundo conjunto de N comparadores 171, a 17N incluyendo un segundo valor de umbral S2 y conectado a la salida de todos los discriminadores 21. El dispositivo de comparación 16 puede entonces comparar los valores de desviación de fase DPi, donde i está comprendido entre 1 y N, proporcionados por cada discriminador 21 con el mismo segundo valor umbral S2 y el dispositivo 18 de identificación de errores puede, a partir de los resultados de cada comparación, determinar las desviaciones de fase DPi superiores al segundo valor umbral S2. En este caso, el indicador de confianza IC1 a ICN asignado a cada señal recibida se determina teniendo en cuenta los resultados ADCi y ADPi, donde i está comprendido entre 1 y N, de las comparaciones derivadas, por un lado, de las desviaciones de código DCi y, por otro, de las desviaciones de fase DPi con respecto al primer, respectivamente al segundo, valor umbral S1, S2.

El dispositivo de detección de anomalías 15 puede utilizarse únicamente para obtener información sobre la fiabilidad de las medidas de posición comunicadas por el receptor 10. En este caso, el cálculo del parámetro de innovación no se modifica y es determinado por el filtro de canal 11 a partir del conjunto de señales de navegación GNSS.

La identificación de las señales erróneas se lleva a cabo a la salida de los discriminadores 21 de código DSC y de fase DSP de cada canal, comparando cada señal proporcionada por los discriminadores, independientemente de las otras señales, con el mismo primer valor de umbral S1 y eventualmente con el mismo segundo valor de umbral S2, el dispositivo de detección de anomalías 15 también puede utilizarse para excluir las señales erróneas aguas arriba del filtro de canal 11 y realizar, en el filtro de canal 11, un cálculo de innovación únicamente a partir de los valores de error de código DCi y los valores de error de fase de portadora DPi de las señales consideradas fiables. La posición de los correladores se determina entonces con mayor precisión que en la técnica anterior, en la que todas las señales, incluidas las erróneas, se utilizan en el filtro de canal 11 para calcular el parámetro de innovación, y en la que las señales erróneas son más difíciles de detectar.

En este caso, como se muestra en la figura 6, según la invención, el dispositivo de detección de anomalías 15 comprende además un dispositivo adicional, denominado dispositivo de selección 19, que tiene una pluralidad de entradas conectadas a las diferentes salidas del dispositivo de identificación de error 18 y una pluralidad de salidas destinadas a ser conectadas al filtro de canal 11. El dispositivo de selección 19 está destinado a seleccionar señales con un indicador de confianza superior a un indicador de confianza mínimo ICmin predeterminado por debajo del cual se estima que una señal de navegación es errónea y para transmitir sólo las señales seleccionadas al filtro de canal 11 de la arquitectura de bucle vectorizado o de la arquitectura INS/GNSS. El cálculo del parámetro de innovación en el filtro de canal 11 se realiza entonces, en el caso de la arquitectura de bucle vectorizado, teniendo en cuenta únicamente toda la información extraída de las señales de navegación GNSS que se han estimado como fiables y, en el caso de la arquitectura de hibridación INS/GNSS, teniendo en cuenta únicamente toda la información extraída de las señales GNSS que se han estimado como fiables y la información procedente de la unidad inercial 14.

La figura 7 muestra un ejemplo de un algoritmo para la detección de anomalías y de selección de señales GNSS fiables. En una primera etapa de inicialización 70, se eligen los valores de umbral primero y segundo S1 y S2 y el valor mínimo del indicador de confianza ICmin. En una segunda etapa 71, los valores de desviación de código DCi y DPi proporcionados a la salida de los discriminadores 21 de cada canal i del receptor GNSS 10, donde i es un número entero comprendido entre 1 y N, se comparan respectivamente con los valores de umbral primero y segundo S1 y S2, anotándose los resultados de cada comparación ADCi, respectivamente ADPi. En una tercera etapa 72, a partir de los resultados ADCi y ADPi de cada comparación, se asigna a cada canal i un indicador de confianza IC1, IC2,...ICN sobre la fiabilidad de cada señal recibida 51, 52, ...5N. En una cuarta etapa 73, se realiza una prueba de comparación entre cada indicador de confianza ICi asignado a cada canal i y el indicador de confianza mínimo ICmin. Cuando la prueba de comparación indica que el indicador de confianza ICi asignado al canal i es mayor que el indicador de confianza mínimo ICmin, la señal se identifica como fiable en la etapa 74 y se selecciona para su transmisión al filtro de canal 11 en la etapa 75, cuando el sistema de detección de anomalías está integrado en una arquitectura de bucle vectorizado o en una arquitectura de hibridación. En caso contrario, la señal se identifica como errónea en la etapa 76 y no se transmite al filtro de canal 11.

La figura 8 muestra un ejemplo de arquitectura de hibridación que incluye un dispositivo de detección de anomalías y de selección de señales GNSS fiables, según la invención. Esta arquitectura incluye los mismos dispositivos y la misma estructura que la arquitectura mostrada en la figura 3 y además incluye un dispositivo 15 para la detección de anomalías y de selección de señales GNSS fiables conectado entre el receptor 10 y el filtro de canal 11. El dispositivo 15 de detección de anomalías y selección de señales GNSS fiables extrae los valores de error de código DC1 a DCN y los valores de error de fase de portadora DP1 a DPN proporcionados a la salida de los discriminadores 21 del receptor GNSS 10, los compara con los respectivos valores de umbral primero y segundo S1, S2, deduce un indicador de confianza IC1 a ICN y selecciona y transmite sólo los valores de error de código DC1 a DCN y los valores de error de fase de portadora DP1 a DPN de las señales estimadas como fiables al filtro de canal 11.

La figura 9 muestra un ejemplo de curva que ilustra la evolución, en función del tiempo, de las salidas de los discriminadores de código de un receptor de posicionamiento por satélite 10, estando el receptor 10 integrado en una arquitectura de hibridación del tipo de acoplamiento ultra-ajustado, para señales ruidosas en las que el nivel de la relación señal/ruido C/N0 es igual a 19dBHz. En esta configuración, tal y como se ha descrito anteriormente en relación con las figuras 5 y 6, los correladores se controlan conjuntamente a partir de una estimación conjunta de su desplazamiento de código, de modo que los discriminadores proporcionan señales de error que no están restringidas a un valor cercano a cero. La figura 9 muestra que, incluso cuando el nivel de ruido es alto en comparación con el nivel de la señal, las señales erróneas proporcionadas por los discriminadores de código de cada canal se distinguen muy claramente de las señales fiables y pueden detectarse fácilmente comparándolas con un umbral. El umbral se elige en función de la aplicación deseada. El umbral puede corresponder, por ejemplo, a una probabilidad de falsa alarma o a una precisión de medición de posición y velocidad deseada. En la figura 9, un umbral de -20dB permite detectar la señal mostrada en líneas gruesas y que corresponde a una señal errónea.

Aunque la invención se ha descrito en relación con realizaciones particulares, es evidente que no se limita en modo alguno a las mismas y que incluye todos los equivalentes técnicos de los medios descritos, así como combinaciones de los mismos, si entran en el alcance definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de detección de anomalías en las señales de navegación recibidas por N canales de recepción de un receptor de posicionamiento por satélite (10), donde N es un número entero mayor que 1, comprendiendo cada canal i, donde i está comprendido entre 1 y N, un circuito de correlación de portadora (20), un circuito de correlación de código (22) que incluye correladores de punto (Cp), de avance (Ca) y de retardo (Cr), un discriminador de código (DSC), un discriminador de fase de portadora (DSP), estando los discriminadores de código (DSC) y de fase de portadora (DSP) conectados a un filtro de canal común (11) capaz de gestionar conjuntamente la posición de los correladores de punto (Cp) de avance (Ca) y retardo (Cr) de los N canales de recepción para reducir los valores de error de código (DCi) y de fase de portadora (DPi) proporcionados por los discriminadores de código y de fase de portadora (DSC, DSP), caracterizado porque consiste en extraer los valores de error de código (DCi) proporcionados a la salida de los N discriminadores de código (DSC), comparar (71) los valores de error de código extraídos (DCi) con el mismo primer valor de umbral (S1) correspondiente a un valor de error de código máximo aceptable, extraer los valores de error de fase de portadora (DPi) proporcionados a la salida de los N discriminadores de fase de portadora (DSP), comparar (71) los valores de error de fase de portadora extraídos (DPi) con un mismo segundo valor de umbral (S2) correspondiente a un valor máximo de error de fase aceptable y asignar (72) un índice de confianza (ICi) a cada señal de navegación recibida en cada canal de recepción, dependiendo el índice de confianza (ICi) de los resultados de la comparación efectuada sobre los valores de error de código (DCi) y sobre los valores de error de fase de portadora (DPi), y seleccionar (73, 74) las señales de navegación que tengan un índice de confianza (ICi) superior a un nivel de confianza de referencia mínimo (ICmin) y transmitir (75) únicamente las señales de navegación seleccionadas al filtro de canal (11).

2. Sistema de detección de anomalías en las señales de navegación que comprende un receptor de posicionamiento por satélite (10) con N canales de recepción, donde N es un número entero mayor que 1, comprendiendo cada canal i, donde i está comprendido entre 1 y N, un circuito de correlación de portadora (20), un circuito de correlación de código (22) que incluye correladores de punto (Cp), de avance (Ca) y de retardo (Cr), un discriminador de código (DSC), un discriminador de fase de portadora (DSP), estando los discriminadores de código (DSC) y de fase de portadora (DSP) conectados a un filtro de canal común (11) capaz de gestionar conjuntamente la posición de los correladores de punto (Cp), de avance (Ca) y retardo (Cr) de los N canales de recepción para reducir los valores de error de código (DCi) y de fase de la portadora (DPi) proporcionados por los discriminadores de código y de fase de portadora (DSC, DSP), caracterizado porque el sistema comprende además un dispositivo (15) de detección de anomalías en las señales de navegación que comprende al menos un dispositivo de comparación (16) que comprende un primer conjunto de N comparadores (161 a 16N) conectados respectivamente a la salida de los N discriminadores de código (DSC) de los N canales del receptor (10) y un dispositivo (18) para asignar un índice de confianza de fiabilidad (IC1 a ICN) conectado a la salida de los N comparadores (161 a 16N) del dispositivo de comparación (16), incluyendo el dispositivo de comparación (16) un primer valor de umbral (S1) correspondiente a un valor máximo de error de código aceptable, comprendiendo además el dispositivo de comparación (16) un segundo conjunto de N comparadores (171 a 17N) conectados respectivamente a la salida de los N discriminadores de fase de portadora (DSC) de los N canales del receptor (10), y porque el dispositivo (18) para asignar un índice de confianza de fiabilidad (IC1 a ICN) está conectado a la salida del primer y segundo conjunto de N comparadores (161 a 16N), (171 a 17N) del dispositivo de comparación (16), incluyendo además el dispositivo de comparación (16) un segundo valor de umbral (S2) correspondiente a un valor máximo aceptable de error de fase de portadora y estando el índice de confianza (IC1 a ICN) asignado a cada señal de navegación recibida en cada canal de recepción en función del resultado de la comparación realizada sobre los valores de error de código (DCi) y sobre los valores de error de fase de portadora (DPi) y proporcionado por el dispositivo de comparación (16), estando el dispositivo de detección de anomalías (15) conectado entre los discriminadores (21) del receptor (10) y el filtro de canal (11), y porque el dispositivo de detección de anomalías (15) comprende además un dispositivo de selección (19) de las señales de navegación, estando el dispositivo de selección conectado a la salida del dispositivo de asignación de índices de fiabilidad (18) y a la entrada del filtro de canal (11), siendo el dispositivo de selección de las señales de navegación capaz de seleccionar las señales de navegación con un índice de confianza (ICi) superior al nivel de confianza mínimo de referencia (ICmin) y de transmitir al filtro de canal (11) únicamente los valores de error de código (DCi) y los valores de error de fase de portadora (DPi) de las señales de navegación seleccionadas.

3. Sistema de hibridación INS/GNSS caracterizado porque comprende un sistema de detección de anomalías en las señales de navegación según la reivindicación 2 y una unidad inercial.