FI111037B - Menetelmä ja järjestelmä elektroniikkalaitteen sijainnin määrittämiseksi ja elektroniikkalaite - Google Patents

Description

111037

Menetelmä ja järjestelmä elektroniikkalaitteen sijainnin määrittämiseksi ja elektroniikkalaite

Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään elektroniikkalaitteen 5 sijainnin määrittämiseksi, jossa vastaanotetaan satelliittien lähettämää koodimoduloitua signaalia, satelliittien ratatietoa ja aikatietoa, ja muodostetaan paikallinen aikatieto. Keksintö kohdistuu lisäksi järjestelmään, jossa on vastaanottovälineet satelliittien lähettämien koodi-moduloitujen signaalien vastaanottamiseksi, välineet satelliittien rata-10 tietojen ja aikatiedon vastaanottamiseksi, ja välineet paikallisen aika-tiedon muodostamiseksi. Keksintö kohdistuu vielä elektroniikkalaitteeseen, jossa on välineet satelliittien lähettämien koodimoduloitujen signaalien vastaanottamiseksi, välineet satelliittien ratatietojen ja aikatiedon vastaanottamiseksi, ja välineet paikallisen aikatiedon muodostami-15 seksi.

Satelliittipaikannukseen perustuvissa sijainninmääritysjärjestelmissä sijainninmääritysvastaanotin pyrkii vastaanottamaan vähintään neljän • - satelliitin signaalia, jotta sijainninmääritysvastaanottimen sijainti sekä 20 aikatieto voidaan selvittää. Eräs esimerkki tällaisesta satelliittipaikannusjärjestelmästä on GPS-järjestelmä (Global Positioning System), jossa on lukuisa määrä satelliitteja, jotka kiertävät maapalloa ennalta määrättyjen ratojen mukaan. Nämä satelliitit lähettävät ratatietoa, jonka perusteella satelliitin sijainti kullakin ajanhetkellä voidaan määrittää, 25 mikäli satelliittipaikannusjärjestelmässä käytetty aikatieto on tarkasti selvillä sijainninmääritysvastaanottimessa. GPS-järjestelmän satelliitit lähettävät hajaspektrimoduloitua signaalia, jota moduloidaan kullekin satelliitille yksilöllisellä koodilla. Tällöin sijainninmääritysvastaanotin pystyy erottamaan eri satelliittien lähettämät signaalit toisistaan käyt-30 tämällä sijainninmääritysvastaanottimessa paikallisesti generoitua satelliitin koodia vastaavaa vertailukoodia.

Jokainen GPS-järjestelmän toimiva satelliitti lähettää ns. L1-signaalia 1575,42 MHz:n kantoaaltotaajuudella. Tätä taajuutta merkitään myös 35 154f0, missä f0=10,23 MHz. Lisäksi satelliitit lähettävät L2-signaalia 1227,6 MHz:n kantoaaltotaajuudella, eli 120f0. Satelliitissa suoritetaan näiden signaalien modulointi ainakin yhdellä valesatunnaissekvenssillä.

2 si S· si r\ *7 rv 11 iUo/

Kullakin satelliitilla tämä valesatunnaissekvenssi on erilainen. Moduloinnin tuloksena muodostuu koodimoduloitu laajakaistasignaali. Käytetty modulointitekniikka mahdollistaa sen, että vastaanottaessa pystytään erottamaan eri satelliittien lähettämät signaalit, vaikka lähe-5 tyksessä käytettävät kantoaaltotaajuudet ovat olennaisesti samat. Tästä modulointitekniikasta käytetään nimitystä koodijako-monikäyttö-tekniikka (CDMA, Code Division Multiple Access). Kussakin satelliitissa L1-signaalin moduloinnissa käytetään valesatunnaissekvenssinä mm. ns. C/A-koodia (Coarse/Acquisition code), jona käytetään Gold-koodia. 10 Jokainen GPS-satelliitti lähettää signaalia käyttämällä yksilöllistä C/A-koodia. Koodit muodostetaan kahden 1023-bittisen binäärisekvenssin modulo-2 summana. Ensimmäinen binäärisekvenssi G1 on muodostettu polynomilla X10+X3+1 ja toinen binäärisekvenssi G2 on muodostettu viivästämällä polynomia X10+X9+X8+X6+X3+X2+1 siten, että kulla-15 kin satelliitilla viive on erilainen. Tämä järjestely mahdollistaa sen, että eri C/A-koodit voidaan muodostaa samanlaisella koodigeneraattorilla. C/A-koodit ovat siis binäärikoodeja, joiden kellotusnopeus (Chipping rate) GPS-järjestelmässä on 1,023 MHz. C/A-koodi käsittää 1023 alibit-tiä (Chip), jolloin koodin toistoaika (koodijakso, epoch) on 1 ms. L1-sig-20 naalin kantoaaltoa moduloidaan vielä navigointi-informaatiolla 50 bit/s bittinopeudella. Navigointi-informaatio käsittää tietoa satelliitin ’’terveydentilasta” (health), radasta, aikatietoa jne.

Satelliittien signaalien havaitsemiseksi ja satelliittien tunnistamiseksi 25 vastaanotin suorittaa tahdistuksen, jossa vastaanotin etsii kulloinkin jonkin satelliitin signaalin ja pyrkii tahdistumaan tähän signaaliin, jotta signaalin mukana lähetettävä informaatio voidaan vastaanottaa ja demoduloida.

30 Sijainninmääritysvastaanottimen on suoritettava tahdistus mm. silloin, kun vastaanotin kytketään päälle ja myös tilanteessa, jossa vastaanotin ei ole pitkään aikaan pystynyt vastaanottamaan minkään satelliitin signaalia. Mm. kannettavissa laitteissa tällainen tilanne voi syntyä helposti, koska laite liikkuu ja laitteen antenni ei aina ole optimaalisessa 35 asennossa satelliitteihin nähden, mikä heikentää vastaanottimeen tulevan signaalin voimakkuutta. Kannettavissa laitteissa pyritään vielä tehonkulutus saamaan mahdollisimman pieneksi. Tällöin esimerkiksi lan- 3 "*; •"'i τ «7 i i u o / gattoman viestimen yhteyteen järjestettyä sijainninmääritysvastaan-otinta ei välttämättä pidetä jatkuvasti toiminnassa, vaan lähinnä silloin, kun sijainninmääritys on tarpeen suorittaa. Tämä aiheuttaa mm. sen ongelman, että sijainninmääritykseen kuluva aika on suhteellisen pitkä, 5 koska sijainninmääritysvastaanottimen on ensin suoritettava tahdistus, minkä jälkeen se alkaa vastaanottaa navigointi-informaatiota joko sa-telliittisignaalista tai esim. matkaviestinverkon tukiasemalta. Vasta sen jälkeen kun sijainninmääritysvastaanotin on vastaanottanut riittävän määrän navigointi-informaatiota, se voi suorittaa sijainninmäärityksen. 10 Lisäksi sijainninmääritysvastaanottimen on suoritettava pseudo-etäi-syysmittauksia, jotka tunnetun tekniikan mukaisissa vastaanottimissa aloitetaan sen jälkeen kun navigointi-informaatiosta on vastaanotettu ainakin satelliittien rataparametrit. Tämä pidentää aikaa, joka kuluu si-jainninmääritysvastaanottimen käynnistämisestä ensimmäisen paikka- 15 aikaratkaisun valmistumiseen.

Etäisyyksiä sijainninmääritysvastaanottimesta satelliitteihin nimitetään pseudo-etäisyyksiksi, koska aika ei sijainninmääritysvastaanottimessa ole tarkasti tiedossa. Tällöin sijainnin ja ajan määritystä toistetaan, 20 kunnes on saavutettu riittävä tarkkuus ajan ja sijainnin suhteen. Koska aikaa ei tiedetä absoluuttisen tarkasti, on paikka ja aika selvitettävä • esimerkiksi linearisoimalla yhtälöryhmä jokaista uutta iteraatiota varten.

Pseudo-etäisyyden laskenta voidaan suorittaa esimerkiksi mittaamalla 25 satelliittien signaalien koodivaiheet vastaanottimessa.

Edellä mainittu tahdistus ja taajuudensäätöprosessi on suoritettava kullekin sellaisen satelliitin signaalille, jota vastaanottimessa vastaanotetaan. Joissakin vastaanottimissa voi olla useampia vastaanottokanavia, 30 jolloin kullakin vastaanottokanavalla pyritään tahdistumaan kulloinkin yhden satelliitin signaaliin ja suorittamaan tämän satelliitin lähettämän informaation selvitys.

Sijainninmääritysvastaanotin vastaanottaa satelliittien lähettämää in-35 formaatiota ja suorittaa vastaanotetun informaation perusteella sijainninmäärityksen. Sijainninmäärityksen suorittamiseksi on vastaanottimen vastaanotettava vähintään neljän eri satelliitin lähettämä signaali, 4 1 ^ f) 7 7 1 1 lUO/ jotta x-, y-, z-koordinaatit sekä aikatieto voidaan selvittää. Vastaanotettua navigointi-informaatiota tallennetaan muistiin, jolloin tätä tallennettua informaatiota voidaan käyttää mm. satelliittien ratatietojen selvittämiseen.

5

Tahdistumisen ylläpito voi olla mahdotonta tilanteissa, jossa signaali on vaimentunut. Tällaisessa tilanteessa sijainninmääritysvastaanotin ei välttämättä pysty suorittamaan myöskään pseudoetäisyysmittauksia, joten sijainninmääritystä ei tunnetun tekniikan mukaisissa vastaanotti-10 missä voida suorittaa.

Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada parannettu menetelmä sijainninmäärityksen suorittamiseen erityisesti heikoissa signaaliolosuhteissa, sekä järjestelmä ja sijainninmääritys-15 vastaanotin, joissa menetelmää sovelletaan. Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että sijainninmääritysvastaanottimessa suoritetaan Dopp-ler-taajuuden muutosmittauksia, joilla pyritään selvittämään satelliitin lähestymisnopeuden muuttumista sijainninmääritysvastaanottimen suhteen. Näitä nopeusmittauksia nimitetään tässä selityksessä myös 20 deltaetäisyysmittauksiksi (delta range measurement). Tämä deltaetäi-syys vastaa pseudoetäisyyden derivaattaa ajan suhteen, eli pseudo-etäisyyden muutosta aikayksikössä. Menetelmässä muodostetaan vertailutieto deltaetäisyysmittauksien ja nopeuksien perusteella paikallisen aikatiedon taajuusvirheen ja sijainnin selvittämistä varten. Keksin-25 nön erään edullisen suoritusmuodon mukaista menetelmää varten on kehitetty algoritmi, johon sijoitetaan vähintään neljän eri satelliitin perusteella saadut deltaetäisyysmittaustulokset, ja tämän algoritmin minimi pyritään löytämään. Minimi ilmaisee tällöin sijainninmäärityksen paikka-arvion. Täsmällisemmin ilmaistuna nyt esillä olevan keksinnön 30 mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että suoritetaan deltaetäisyysmittauksia ainakin neljään eri satelliittiin, kullekin mainitulle ainakin neljälle satelliitille määritetään satelliitin nopeus elektroniikkalaitteen suhteen, käytetään mainittuja deltaetäisyysmittauksia ja nopeuksia vertailutiedon muodostamiseksi paikallisen aikatiedon 35 taajuusvirheen ja elektroniikkalaitteen sijainnin selvittämistä varten, ja etsitään mainitun vertailutiedon minimiarvo. Keksinnön mukaiselle si-jainninmääritysjärjestelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että se 5 A <·- ψΑ :--. —.· f* I 1 ιυο/ käsittää välineet deltaetäisyysmittausten suorittamiseksi ainakin neljään eri satelliittiin, välineet kunkin mainitun ainakin neljän satelliitin nopeuden määrittämiseksi vastaanottovälineidensuhteen, välineet mainittujen deltaetäisyysmittauksien ja nopeuksien käyttämiseksi vertailu-5 tiedon muodostamiseksi paikallisen aikatiedon taajuusvirheen ja sijainnin selvittämistä varten, ja välineet mainitun vertailutiedon minimiarvon etsimiseksi. Keksinnön mukaiselle elektroniikkalaitteelle on vielä pääasiassa tunnusomaista se, että se käsittää välineet deltaetäisyysmittausten suorittamiseksi ainakin neljään eri satelliittiin, välineet kunkin 10 mainitun ainakin neljän satelliitin nopeuden määrittämiseksi elektroniikkalaitteen suhteen, välineet mainittujen deltaetäisyysmittauksien ja nopeuksien käyttämiseksi vertailutiedon muodostamiseksi paikallisen aikatiedon taajuusvirheen ja elektroniikkalaitteen sijainnin selvittämistä varten, ja välineet mainitun vertailutiedon minimiarvon etsimiseksi.

15

Nyt esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan merkittäviä etuja tunnetun tekniikan mukaisiin ratkaisuihin verrattuna. Koska keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan suhteellisen heikostakin signaalista selvittää deltaetäisyysarvoja, on sijainninmääritys suoritettavissa sellai-20 sessakin tilanteessa, jossa tunnetun tekniikan mukaiset, pseudoetäi-syysmittauksiin perustuvat sijainninmääritysvastaanottimet eivät pysty suorittamaan sijainninmääritystä. Keksinnön mukaisessa menetelmässä ei tarvitse selvittää vastaanotettavan signaalin sisältämää navigointi-informaatiota, mikä on tarpeen tunnetun tekniikan mukaisissa pseudo-25 etäisyysmittauksiin perustuvissa menetelmissä. Keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa voi sijainninmääritysvastaanottimen sijainnille käytettävä alkuarvo olla huomattavan epätarkka, jopa useita tuhansia kilometrejä virheellinen ja silti voidaan sijainninmääritysvas-taanottimen sijainti selvittää jopa n. sadan metrin tarkkuudella. Lisäksi 30 keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää muiden järjestelmien yhteydessä muodostamaan suhteellisen tarkka alkuarvaus sijainnin-määritysvastaanottimen sijainnille. Tällöin voidaan nopeuttaa tarkkaa sijainninmääritystä. Lisäksi keksinnön mukaisessa menetelmässä ei sijainninmääritysvastaanottimen tarvitse olla yhteydessä kuin yhteen 35 ratatietoja lähettävään lähetysasemaan, kuten matkaviestinverkon tukiasemaan. Sen sijaan tunnetun tekniikan mukaisissa tukiasemapoh- 6 Λ >- λ rt τ rv I i iUO/ jäisissä sijainninmääritysmenetelmissä on yhteys muodostettava vähintään kolmeen eri tukiasemaan.

Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin viittaamalla oheisiin pii-5 rustuksiin, joissa kuva 1 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista sijainninmääritysvastaanotinta pelkistettynä lohkokaaviona, 10 kuva 2 esittää pelkistetysti erästä sijainninmääritysjärjestelmää, jossa keksintöä voidaan soveltaa, kuva 3 esittää periaatekuvana satelliittipaikannusjärjestelmässä esiintyvää Doppler-ilmiötä.

15

Seuraavassa keksinnön yksityiskohtaisessa kuvauksessa käytetään sijainninmääritysjärjestelmästä esimerkkinä GPS-järjestelmää, mutta on selvää, että keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan tähän järjestelmään.

20

Keksinnön mukaisessa menetelmässä sovellettavan algoritmin johtaminen esitetään seuraavassa. Sijainninmäärityksessä vastaanotettavan signaalin taajuus ei aina ole sama kuin signaalin taajuus lähetys-hetkellä. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että satelliitti liikkuu suhteessa 25 sijainninmääritysvastaanottimeen. Tällöin satelliitin lähestyessä sijainninmääritysvastaanotinta on signaalin taajuus suurempi kuin lähetys-taajuus ja satelliitin liikkuessa poispäin sijainninmääritysvastaanotti-mesta on signaalin taajuus pienempi kuin lähetystaajuus. Tätä ilmiötä kutsutaan Doppler-ilmiöksi ja taajuussiirtymää Doppler-siirtymäksi. 30 Tätä Doppler-siirtymää Dj voidaan mallintaa pistetulon avulla seuraavasti: (!) [ c ¥-rA) 4 Λ *-ί rv I i i ϋ Ο / 7 missä w, on satelliitin SV, nopeusvektori, wu on sijainninmääritysvastaanottimen nopeusvektori, c on valonnopeus, η on satelliitin SVj sijaintivektori, 5 ru on sijainninmääritysvastaanottimen sijaintivektori, ja U on satelliitin lähettämän signaalin taajuus lähetyshetkellä.

Edellä esitettyä Doppler-siirtymän Di kaavaa voidaan muokata etäisyyden muutosyhtälön aikaansaamiseksi. Merkintöjen yksinkertaistami-10 seksi määritetään satelliitin suhteellinen nopeus v, seuraavasti: vt = wi-w» (2)

Sijoitetaan kaava (2) kaavaan (1), jolloin saadaan seuraava yhtälö: 15 (3) ' IM! a u

Kaavasta (3) voidaan havaita, että yhtälön vasen puoli esittää nopeutta, jolla satelliitti SVj lähestyy sijainninmääritysvastaanotinta 2. Kysees-20 sä on siis satelliitin SV, nopeusvektorin projektio satelliitin SV, ja sijain-ninmääritysvastaanottimen 2 väliselle yksikkösuuntavektorille. Tämä kaava (3) voidaan esittää myös etäisyyden muutosyhtälönä, jolloin saadaan kaava (4): 25 (4)

Oletetaan seuraavaksi, että tiedetään kuluva ajanhetki, sijainninmääri-tysvastaanottimen 2 nopeus sekä tietoa satelliitin SV, radasta. Tällöin on laskettavissa satelliitin sijaintivektori r, sekä suhteellinen nopeus v,.

« 30 Lisäksi oletetaan, että tiedetään myös valonnopeus c, todellinen lähetystaajuus U sekä todellinen Doppler-siirtymä Dj. Tällöin, edellä esitetyin oletuksin, on sijainninmääritysvastaanottimen sijaintivektori r, ainoa tuntematon kaavassa 3.

8 111037

Voidaan todeta, että vektori , on yksikkövektori, siis sen pituus on k-'il 1. Tällöin kaavan (3) pistetulo voidaan esittää myös toisessa muodossa pistetulomääritelmän «·£=|α||·||6||·<:ο8Ζ(α,£) avulla. Sijoitetaan tähän määritelmään arvot ö = v,, b=IJi—^ ja z(a,b)=a, jolloin saadaan: k-'il 5 ||v(|-cosflr = ^i£ (5) m missä a = z(vi,ru-ri) on satelliitin SV, suhteellisen nopeuden Vj ja satelliitin SVj ja sijainninmääritysvastaanottimen 2 välisen yksikkö-10 suuntavektorin ru - τ·, välinen kulma. Kun kulma a ratkaistaan yhtälöstä (5), saadaan seuraava yhtälö: r Dc 1 a = arccos —~ (6) 15 Sijainninmääritysvastaanottimen on siis sijaittava siten, että satelliitin SVj ja sijainninmääritysvastaanottimen 2 välinen yksikkösuuntavektori ru - n muodostaa kulman a satelliitin SVj suhteellisen nopeuden Vj kanssa. Mahdolliset sijaintipaikat ovat tällöin ympyräkartion 21 pinnalla (kuva 3), jonka kärkipiste on satelliitin SV, sijaintipaikassa. Tällaisen 20 ympyräkartion keskiakseli ulottuu teoriassa äärettömyyteen toisessa suunnassa. Tämän keskiakselin suunta on sama kuin satelliitin liikesuunta Vj pisteessä η siinä tapauksessa, että Doppler-siirtymä on positiivinen, ja vastaavasti keskiakselin suunta on vastakkainen satelliitin liikesuuntaan Vj pisteessä t\ nähden. Ympyräkartion keskiakselin ja f Dc 1 25 pinnan välinen kulma on kaavan (6) mukainen, siis a = arccos —.

...

Siinä erikoistilanteessa, että Doppler-siirtymä on nolla, sijainninmääri-tysvastaanotin sijaitsee tasossa, joka kulkee satelliitin SVj sijaintipaikan kautta ja on kohtisuorassa satelliitin SVj liikesuuntaan Vj nähden.

Ί ·- '! ?*> Τ' «7 I ίΐϋο/ 9

Jos käytettävissä on kolme Doppler-mittausta, voidaan ratkaista kolme tuntematonta, jotka ovat sijainninmääritysvastaanottimen sijainnin

V

koordinaatit, eli sijaintivektori r„= yu . Selvitettävä sijainti on tällöin kol- Λ.

5 men, kaavan (3) avulla määritellyn eri ympyräkartion leikkauspisteessä. Tällöin on siis käytettävä vähintään kolmea eri satelliittia, jotta käytettävissä on mainitut kolme Doppler-mittausta. Edellä esitetyt olettamukset eivät kuitenkaan tavallisesti päde käytännön tilanteissa. Sijainninmää-ritysvastaanottimessa on erittäin hankalaa mitata Doppler-siirtymää 10 tarkkuudella, joka on riittävä sijainninmäärityksessä vaadittavaa tarkkuutta varten.

Jotta signaalin taajuus voidaan mitata tarkasti, tulee käyttää erittäin tarkkaa ja stabiilia kellogeneraattoria. Tämä pätee myös tarkan taajuu-15 den muodostamisessa. GPS-järjestelmän satelliiteissa käytetään tarkkoja atomikelloja, joiden käyntitarkkuutta seurataan maa-asemilla. Satelliittien kellojen aikatietoa voidaan tarvittaessa säätää näiden maa-asemien suorittamien mittausten perusteella. Satelliittien lähettämän signaalin taajuus on siis hyvin lähellä oikeaa, joten se ei aiheuta mer-20 kittävää vääristymää sijainninmäärityksessä. Tavanomaisissa, kaupallisissa sijainninmääritysvastaanottimissa ei sen sijaan ole mahdollista käyttää tällaisia atomikelloja mm. siitä syystä, että ne ovat erittäin arvokkaita ja vaativat suhteellisen tasaiset ympäristöolosuhteet luotettavan toiminnan takaamiseksi. Tällöin sijainninmääritysvastaanottimessa 25 ei välttämättä pystytä tarkasti selvittämään vastaanotettavan signaalin

Doppler-siirtymää. Merkitään tätä vastaanottimen kellon siirtymää eli taajuusvirhettä iu. Jos taajuusvirhe iu on positiivinen, merkitsee se sitä, että sijainninmääritysvastaanottimen kello edistää ja vastaavasti, jos taajuusvirhe iu on negatiivinen, sijainninmääritysvastaanottimen kello 30 jätättää. Taajuusvirheen iu aiheuttamaa taajuusvirhettä vastaanotettavan signaalin taajuuden mittauksessa voidaan merkitä seuraavasti: Λ/ = -<Ά (7) 10 A · A n *y <7 I i iUO/ Tästä kaavasta (7) voidaan havaita mm. se, että virhe sijainninmääri-tysvastaanottimessa suoritettavan vastaanotettavan signaalin taajuus-mittauksessa on riippumaton vastaanotetusta taajuudesta. Lisäksi voidaan havaita, että virhe on vakio siinä mielessä, että sillä on sama arvo 5 kaikilla signaaleilla, jos mittaukset suoritetaan samalla hetkellä. Yleensä taajuusvirhe ei kuitenkaan pysy vakiona, vaan muuttuu ajan myötä.

Sijainninmääritysvastaanottimen mittaamaa taajuusarviota satelliitista 10 SVj lähetetylle ja sijainninmääritysvastaanottimessa vastaanotetulle signaalille merkitään seuraavassa f,. Tämä voidaan sijoittaa kaavaan (1), jolla on mallinnettu Doppler-siirtymää. Tällöin saadaan seuraava lauseke: f ) 15 f-Ll=Di+Af + efi=- + (8) missä εf. mallintaa taajuusmittaukseen vaikuttavaa kohinaa. Deltaetäisyysmittauksen määritelmä on muotoa 20 p,=-^-c (9)

A

Kun yhdistetään kaavat (8) ja (9) sekä määritetään deltaetäisyysmit-taukseen vaikuttavaksi kohinaksi eA = —saadaan deltaetäisyyden fyysinen määritelmä seuraavanlaiseksi: 25 Ρ,=ν,·τίΖ\+€Κ+ερί (10)

h-rA

• · I

Merkintöjen yksinkertaistamiseksi ilmaistaan sijainninmääritysvastaan-ottimen taajuusvirheen vaikutusta deltaetäisyysmittaukseen du 30 muuttujalla d. Tämän muuttujan d yksikkönä on nopeuden yksikkö m/s. Jos kaavasta (10) jätetään pois mittausvirhe εΑ, saadaan todellisen deltaetäisyyden lausekkeeksi: 11 A -- s* +\ .* ; I i IUO/

Pri^i'T^ + d (11) fo-4

Nyt todellista deltaetäisyyttä pTi voidaan approksimoida mitatulla delta-5 etäisyydellä pt. Käyttämällä yhtälöä (11) voidaan muodostaa seuraava yhtälö, jossa on neljä tuntematonta, jotka ovat koordinaatit ru e /?3 ja taajuusvirhe d e R: v, · τρ—~r + - A = o O2) b~r4 10

Oletetaan seuraavaksi, että käytettävissä on n kappaletta olennaisesti samanaikaisia deltaetäisyysmittauksia. Kustakin mittauksesta voidaan muodostaa kaavan (12) mukainen yhtälö, jolloin kaikista mittauksista saadaan n yhtälön yhtälöryhmä: 15 V, +

V '· Ki-r-I

ν2βΚϊ+"'Α=0 (13) v"*ii

Vn~rA

missä vni = ovat satelliittien SVj suhteelliset nopeusvektorit, jotka oletetaan tunnetuiksi, 20 #;.,f=l... n ovat satelliittien SVj sijaintivektorit, jotka oletetaan tunnetuiksi, /3,,/=1.../1 ovat deltaetäisyysmittaukset, jotka oletetaan tunnetuiksi, ·· · 1 ru on sijainninmääritysvastaanottimen sijaintivektori, joka on 25 tuntematon, ja d on tuntematon vastaanottimen taajuusvirheen vaikutus deltaetäisyysmittauksiin.

12

A /*· *' i’ J

i i i U0/

Kaavassa (12) on siis neljä tuntematonta tekijää xu, yu, zu ja d. Tätä yhtälöä (13) käytetään nyt esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä Doppler-määrityksiin perustuvan sijainninmäärityksen perusyhtälönä, jota seuraavassa edelleen kehitetään varsinainen sijainnin-5 määrityslaskennassa käytettävä funktio.

Merkintöjen edelleen yksinkertaistamiseksi määritellään seuraavassa vektori x, joka vastaa sijainninmääritysvastaanottimen sijaintia ja taa-juusvirhettä.

10 x = r" = y“ eR4 (14) β\ z* d

Lisäksi määritetään deltaetäisyysmittauksen vektori 15 = (15) « joka on muodostettu n satelliitin SV, signaaleista mitatuista deltaetäi-syyksistä.

20 Sijainninmäärityksessä pyritään siis löytämään sellainen vektori x, joka parhaiten vastaa sijainninmääritysvastaanottimen kulloistakin sijaintia. Kaavan (14) perusteella on ilmeistä, että tarvitaan vähintään neljä mittaustulosta eli neljän eri satelliitin signaali, jotta neljän muuttujan vektori voidaan ratkaista.

25

Kaavan (13) mukaisen, deltaetäisyyksiin perustuvan yhtälöryhmän ratkaiseminen on merkittävässä määrin hankalampaa kuin pseudoetäi-’· syyksiin perustuvissa tunnetun tekniikan mukaisissa menetelmissä käytettävien yhtälöryhmien ratkaiseminen. Tämä johtuu mm. siitä, että 30 kaavassa (13) esiintyy satelliitin suhteellinen nopeusvektori Vi, johon vaikuttaa satelliitin SNA liikkeen lisäksi sijainninmääritysvastaanottimen liike.

13 A r·] *7 rv Ί t ίϋο/

Edellä esitetyssä kaavassa (10) on määritetty deltaetäisyysmittausten fysikaalinen malli. Kun oletetaan, että kohinakomponentin ερ keskiarvo on 0, saadaan seuraava määrittely oletetun deltaetäisyyden vektorille: 5 "v .JiiL+ä M II Λ || ™ r2-r * t>= V2*M (16)

[ k.-m J

Tämän oletetun deltaetäisyyden vektorin määrittelyssä on oletettu, että sijainninmääritysvastaanotin on paikassa fu ja taajuusvirhe on d.

10

Sijainninmäärityksen tavoitteena on tällöin saada ratkaisu, jossa oletetun deltaetäisyyden vektorin arvo on sama kuin todellisen deltaetäisyyden vektorin arvo, siis = Tämän ongelman esittämiseksi määritellään vielä deltaetäisyyksien erotuksen lauseke 15

V1 · n^1 —η. +d- A

lh -g| r(^-P = ’''Mi*3-*1 (17) « I .

Λ ν"*ίΣ~hl+^-Pn

L J

Tämä on vektorimuotoinen funktio, jossa argumentteina ovat sijainnin-määritysvastaanottimen sijainti ja taajuusvirhe. Vektorifunktion kom-·: 20 ponentit ovat arvioitujen deltaetäisyyksien (olettaen, että x = x) ja mitattujen deltaetäisyyksien p erotuksia.

Kaavan (13) perusteella on todettavissa, että jos arvioitu vektori £ on sama kuin todellista sijaintia ja taajuusvirhettä ilmaiseva vektori x, on 25 kaavan (17) funktion p(x) arvon oltava nollavektori. Tällöin sijainninmääritysongelma voidaan esittää muodossa 14 111037 — A ~ νΐβ]Γ—Tn+^-A _ _ IK-'•u I 0

A

p(^rkJ)= V2'irtl^~h - : dB) r -r 0

Vn*-f—h + d~Pn

L h-rA J

Tästä muodostetaan vielä funktio /(^,<f)=J2. Sijainninmääritys-5 vastaanottaessa pyritään löytämään funktion f(fuJ) minimiarvo. Tämän minimiarvon perusteella on selvitettävissä sijainninmääritysvas-taanottimen sijaintitieto. Funktion minimiarvo voidaan pyrkiä löytämään etsimällä vektorin x= r“ = y“ e R* yhden tai useamman komponentin

-dJ ZU

d xu, yu, zu, d minimiarvo. On kuitenkin selvää, että keksintöä ei ole rajoi-10 tettu ainoastaan mainittujen komponenttien minimiarvon etsintään, vaan myös muiden soveltuvien muuttujien minimiarvojen etsintää voidaan keksinnön yhteydessä soveltaa.

Tunnetaan useita minimointimenetelmiä, joista tässä mainittakoon 15 Gaussin-Newtonin menetelmä, jota seuraavassa esimerkissä käytetään funktion f[ru,d) minimikohdan etsimisessä. Approksimoidaan ensin deltaetäisyyden funktiota p(x) ensimmäisen asteen Taylorin sarjan avulla arvioidussa sijaintipisteessä xk: 20 p(xk+to) = p(xk)+M2l Δχ (19) dx ' missä Δχ on vektori, jonka normi on suhteellisen pieni. Merkitään deri- vaattamatriisia lyhyemmin: G(xk)=. Kun funktion f minimikoh- dx - , x~xk dan ratkaisemiseen käytetään Gaussin-Newtonin menetelmää, saadaan iteraatiossa käytettävälle korjaustermille seuraava yhtälö: 25 Ί/α f· ''', **- f" i i i u O / 15 Δ* = ~{[Φ* )Γ M**)]}1 ΙΦ* )Γ p{xk) (20) Tällöin sijainninmäärityksen suorittamiseksi valitaan ensin sijainnin al- kuarvio (oletussijainti) x0. Tämän jälkeen suoritetaan deltaetäisyyksien 5 erotusten sekä derivaattamatriisin G(xk) laskenta. Ensimmäisellä kerralla xk=x0. Korjaustermi lasketaan yhtälön (20) mukaisesti, minkä jälkeen voidaan laskea uusi arvio sijainnille ja taajuusvirheelle laskemalla yhteen edellinen arvio ja korjaustermi: xk+l=xk+Ax. Tämän jälkeen tutkitaan korjaustermin normia ja mikäli se on asetettua kynnys-10 arvoa pienempi, voidaan iterointi lopettaa ja tuloksena on suhteellisen tarkka arvio sijainninmääritysvastaanottimen sijainnille ja taajuusvirheelle. Jos korjaustermin itseisarvo ei ole tarpeeksi pieni, toistetaan edellä esitettyjä, sijainnin alkuarvion valinnan jälkeisiä vaiheita, kunnes riittävän pieni korjaustermin arvo on saavutettu.

15

Kuvataan seuraavassa vielä erään edullisen suoritusmuodon mukaista derivaattamatriisin laskentaa. Koska <?(**)on matriisissa G

dx yhtä monta riviä kuin funktiossa p(x) ja yhtä monta saraketta kuin sijainnin ja taajuusvirheen arviossa Jc. Siis G(jc)eÄ"x4, missä n on 20 laskennassa käytettyjen satelliittien lukumäärä. Matriisi G voidaan löytää suhteellisen helposti funktion p(x) differentioinnilla. Tämä voidaan suorittaa esimerkiksi seuraavasti:

M M

dd <21> d “ ; : β\ ΰΡη_ Λ dd_ *: 25 missä muuttujat ^ ovat vektorifunktion p komponentit. Kaavan (17) perusteella voidaan selvittää vektorifunktion p yhden komponentin laskentakaava: 30 Λ(ί) = νΑ+ί-Α (22)

Ik -'•Il 16 A ··' A <-> *7 *7 I I iuo/

Kun vektorifunktion i:s komponentti osittaisderivoidaan arvioidun sijainnin ru suhteen, saadaan 5 <23)

dr* dr»l Ik M,|| J

Tässä kaavassa (23) muuttujat vit n, d\a p, ovat vakioita sijainninmääritysvastaanottimen arvioituun sijaintiin ru nähden. Sovelletaan kaavaan (23) tulon derivaatan lauseketta (fg)’ = f’g + f g’. Tällöin 10 kaava (23) saadaan muotoon dp( ( . λ d 1 v,T d ( A λ

Tr = · k- - ·ru)TT jj-rr+τΗτητ rr Γ ~ O

dru dru |r, -ru\\ ||i-f-r„| dru = V9[r-r)--—iHZliJ---Yi_/ (24)

* ΊΜΙΙΊΜΙΙ IMI

\f A Λ Λ f Λ ·\ )T

V; r-Γ r~r r~r r~r V.

[k -^1 k Jlh -'Ll [k -'Ll * k -'.1 Jk -'Ll.

missä l3x3 on yksikkömatriisi. Yhtälön (24) oikea puoli voidaan muuttaa 15 geometrisesti havainnollisempaan muotoon, kun käytetään kolmen muuttujan vektoritulon lauseketta: ax(bxc) = (a*c)b~(a*b)c, jossa

p — p V

a = c=zir—rir ja b = -T.—4^ Tällöin saadaan lauseke IMI kIl a /a\ r a f a \}T r a / a Mr dfll*) J r~ru y ~vi y/~ru J r-ru rt-ru v, (?„ *. ~1m.Ii (mi miiJJ Imi [k-m mijj ( ' 20

Kahden vektorin ristitulo on aina kohtisuorassa kumpaankin vektoriin nähden. Osittaisderivaatta ^ on siis samassa tasossa kuin satelliitin suhteellinen nopeusvektori v, sekä arvioitu vektori η ~fu sijainninmääri- tysvastaanottimesta satelliittiin. Lisäksi satelliitin suhteellinen nopeus-25 vektori ja mainittu arvioitu vektori ovat toisiinsa nähden kohtisuorassa.

A - •"'s -7 r,- I ί iUO/ 17

Matriisin G laskennan täydentämiseksi on vielä selvitettävä deltaetäi-syyksien erotusten funktion pi osittaisderivaatta taajuusvirheen d suhteen Yhtälöstä (22) voidaan havaita, että ^M=i. Nyt on dd ' dd ’ kaikki tarvittavat osittaisderivaatat selvitetty, jolloin sijoittamalla nämä 5 yhtälöön (21) saadaan matriisille G yhtälöksi e λ / υιγ *1 ~ru w ri~ru „ Vl 1

Ilki-f.ll (iM.i k-MjJr φ)· |hr&x(fcr&x|Äl)) 1 (26)

~ f ~ \)T

\lnZJLy JkZ5uy_J«_ 1

Ijk.-'.l M.ljl Tällöin sijainninmäärityksen yhteydessä voidaan ratkaista matriisi G 10 edullisesti kaavalla (26).

Edellä esitettyä sijainninmääritysmenetelmää voidaan soveltaa sijain-ninmääritysvastaanottimissa, esimerkiksi kuvassa 1 esitetyssä sijain-ninmääritysvastaanottimessa 2. Sijainninmääritysvastaanotin 2 on 15 tässä esimerkissä toteutettu elektroniikkalaitteen 1, kuten langattoman viestimen yhteyteen, mutta on selvää, että keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan tähän suoritusmuotoon. Keksinnön mukaista sijainninmääri-tysvastaanotinta 2 voidaan nyt esillä olevan keksinnön puitteissa soveltaa myös omana elektroniikkalaitteenaan ilman, että sitä on kytketty 20 jonkin toisen laitteen yhteyteen.

Keksinnön mukaisen menetelmän vaiheista suuri osa voidaan toteuttaa ohjelmallisesti ohjauslohkon 11 suorittimen, kuten digitaalisen signaalinkäsittely-yksikön (DSP, Digital Signal Processor) ohjelmakäskyinä. 25 Sijainninmäärityslaskentaa varten on mitattava deltaetäisyyksiä ainakin neljään eri satelliittiin SVj. Sijainninmääritysvastaanotin 2 käsittää edullisesti ainakin neljä vastaanottokanavaa, jolloin neljän satelliitin signaalin samanaikainen vastaanotto on mahdollista. Kuvassa 1 on sijainnin-määritysvastaanottimen 2 lohkokaaviossa esitetty selvyyden vuoksi 18 1 ί I ϋ \j / vain yhden tällaisen vastaanottokanavan rakennetta muiden vastaan-ottokanavien ollessa sopivimmin olennaisesti identtiset. Antennin 3 kautta vastaanotettava toistokoodattu signaali vahvistetaan suurtaa-juusvahvistimessa 4 ja muunnetaan kellogeneraattorin 5 ja taajuus-5 syntetisaattorin 6 muodostaman kellosignaalin avulla sopivimmin väli-taajuudelle tai suoraan kantataajuudelle muunninlohkossa 7. Tässä vaiheessa signaali on edullisesti vielä analogisessa muodossa, joten se muunnetaan digitaaliseksi signaaliksi AD-muuntimessa 8. AD-muuntimelta 8 saadaan digitaalisen vastaanottosignaalin lisäksi ohjaus 10 automaattiselle vahvistuksensäätölohkolle 9 (AGC, Automatic Gain Control), joka pyrkii tasaamaan vastaanotetussa signaalissa olevia voimakkuusvaihteluita sinänsä tunnetusti. Välitaajuudelle tai kantataajuudelle muunnettu digitaalinen signaali johdetaan digitaaliseen seu-rantalohkoon 10, jossa pyritään selvittämään vastaanotetun signaalin 15 kantoaaltotaajuus. Näiden eri lohkoissa selvitettyjen kantoaaltotaajuuksien ja tunnetun lähetystaajuuden erotuksena saadaan eri satelliittien deltaetäisyysmittaukset, joita käytetään edellä kuvatussa minimoitavassa yhtälössä. Osa edellä mainituista vastaanottokanavan lohkoista voivat olla kaikille vastaanottokanaville yhteisiä, kuten antenni 3 ja * 20 suurtaajuusvahvistin 4.

Minimoinnin suorittamiseksi on sijainninmääritysvastaanottimeen 2 välitettävä myös satelliittien ratatietoja sekä aikatieto, jos näitä tietoja ei jo ole käytettävissä sijainninmääritysvastaanottimessa 2, tai ne eivät ole 25 ajan tasalla. Tiedot voidaan lähettää esimerkiksi matkaviestinverkon tukiasemasta 20 (kuva 2) tarvittaessa. Jos sijainninmääritysvastaanot-timessa 2 on riittävän ajan tasalla olevat ratatiedot, ei sijainninmääri-tyksen suorittamista aloitettaessa tarvitse lähettää sijainninmääritys-vastaanottimeen muuta tietoa kuin satelliittijärjestelmän aikatieto. Ra-30 tatietojen ja aikatiedon vastaanottaminen voidaan suorittaa esimerkiksi ·; toisella antennilla 13, josta signaalit johdetaan matkaviestinvälineisiin 12 käsiteltäväksi sinänsä tunnetusti. Tiedot edullisesti myös tallennetaan muistivälineisiin 14. Ratatiedoista etsitään niiden satelliittien tiedot, joiden signaalin kantoaaltoa käsitellään sijainninmääritysvas-35 taanottimen vastaanottokanavissa. Aikatietoa käytetään kaikille vastaanottokanaville yhteisenä aikatietona. Ratatietojen perusteella voidaan sijainninmääritysvastaanottimessa selvittää satelliittien sijainti 1 - r, τ rv I j iuo/ 19 halutulla ajanhetkellä. Satelliittien sijaintitietoja voidaan käyttää satelliittien nopeuden Vj vastaanottimen suhteen laskemiseksi. Satelliittien sijainti, nopeus ja aika sijoitetaan minimoitavaan yhtälöryhmään, minkä jälkeen sijainninmäärityslaskenta voidaan aloittaa edullisesti ohjausloh-5 kossa 11.

Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan saavuttaa luokkaa 100 m oleva tarkkuus sijainninmääritysvastaanottimen 2 sijainnille. Tähän pääsemiseksi riittää, että alkuarviona käytetty sijaintitieto on muutaman 10 tuhannen kilometrin tarkkuudella oikea, mikä käytännössä merkitsee sitä, että menetelmällä voidaan suurella todennäköisyydellä selvittää sijainninmääritysvastaanottimen 2 sijainti mainitulla tarkkuudella. Menetelmällä saavutettua sijaintitietoa voidaan tarvittaessa käyttää jossakin muussa sijainninmääritysmenetelmässä sijainnin alkuarvona, mikäli 15 halutaan saavuttaa vielä tarkempi sijaintitieto.

Kuvan 1 mukaisessa elektroniikkalaitteessa 1 on vielä mm. näyttö 15, näppäimistö 16 ja audiovälineet 17, 18, 19, mutta on selvää, että käy- • tännön sovelluksissa elektroniikkalaitteen 1 rakenne voi poiketa kuvas-20 sa 1 esitetystä. Lisäksi sijainninmääritystoiminnoissa on erilaisia tahdistus- ja seurantatoimintoja, joita ei tässä yhteydessä ole tarpeen käsitellä tarkemmin.

On selvää, että nyt esillä olevaa keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan 25 nyt esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa. 1 ·

Claims (19)

1. Menetelmä elektroniikkalaitteen (1) sijainnin määrittämiseksi, jossa vastaanotetaan satelliittien (SNA) lähettämää koodimoduloitua signaalia, 5 satelliittien (SVj) ratatietoa ja aikatietoa, ja muodostetaan paikallinen aikatieto, tunnettu siitä, että suoritetaan deltaetäisyysmittauksia ainakin neljään eri satelliittiin (SV,), kullekin mainitulle ainakin neljälle satelliitille (SVj) määritetään satelliitin nopeus (Vj) elektroniikkalaitteen (1) suhteen, käytetään mainittuja deltaetäisyysmittauksia ja nopeuksia (Vj) 10 vertailutiedon muodostamiseksi paikallisen aikatiedon taajuusvirheen ja sijainnin selvittämistä varten, ja etsitään mainitun vertailutiedon minimiarvo.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 mainittuna vertailutietona käytetään algoritmia, että sijoitetaan delta- etäisyysmittaustulokset mainittuun algoritmiin, ja etsitään mainitun algoritmin minimiarvo.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 mainittuna algoritmina käytetään funktiota f(p(fuj)), jossa “ A, ~ #M= ’’’•pSr'·1. v·^—T + d-pn n H λ i n r - r H n u || ν(,/ = ι...7ί ovat mainitut satelliittien SVj nopeusvektorit elektroniikkalaitteen (1) suhteen, /·,i = 1.../1 ovat satelliittien SVj sijaintivektorit, 25 /),,/ = 1,..n ovatdeltaetäisyysmittaukset, • ru on elektroniikkalaitteen (1) arvioitu sijaintivektori, A d on elektroniikkalaitteen (1) arvioidun taajuusvirheen vaikutus deltaetäisyysmittauksiin, ja n >4, jolloin minimiarvon etsinnässä selvitetään fu ja d. 30 .- Λ » J'y I i IU 0 /

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittuna algoritmina käytetään funktiota f(ruj)= p(ru, rf|m, jossa *M- vÄ^+i-A · Λ r —r Vn*f-^T\+d-Pn 5 v,.,; = i...n ovat mainitut satelliittien SVj nopeusvektorit elektroniikkalaitteen (1) suhteen, r.,i = i...w ovat satelliittien SVj sijaintivektorit, pi,i = 1... n ovat deltaetäisyysmittaukset, ru on elektroniikkalaitteen (1) arvioitu sijaintivektori, 10. on elektroniikkalaitteen (1) arvioidun taajuusvirheen vai kutus deltaetäisyysmittauksiin, me R, ja . n >4, 15 jolloin minimiarvon etsinnässä selvitetään fu ja d.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että m=2. e *

6. Patenttivaatimuksen 3,4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että minimiarvon etsimiseksi ratkaistaan matriisi f - f - M7 ri~ru ,, ri~ru γ Vl , lk-M UM.I k-'Ll 1 r '‘f λ Y|r ,A, h ~re v2 . ih-M [h-41 h-Ml .· Λ f \)T j r" r\.X ^ V" 1 JlK-?.ll [k.-'.Il Ik-'.lljj I i iUo/

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1—6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vertailuarvon minimiarvon etsimiseksi etsitään vektorin *u" x= r“ = y“ e r4 yhden tai useamman komponentin (xu, yu, zu, d) mini- β\ zu d miarvo. 5

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1—7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että oletetaan elektroniikkalaitteen (1) olevan paikoillaan, jolloin nopeusvektoreina (v,) käytetään satelliittien (SVi) nopeusvektoreita (iv,·). 10

9. Järjestelmä, jossa on vastaanottovälineet (2) satelliittien (SV,) lähettämien koodimoduloitujen signaalien vastaanottamiseksi, välineet satelliittien (SV,) ratatietojen ja aikatiedon vastaanottamiseksi, ja välineet (5) paikallisen aikatiedon muodostamiseksi, tunnettu siitä, että 15 se käsittää välineet deltaetäisyysmittausten suorittamiseksi ainakin . ; neljään eri satelliittiin (SV,), välineet kunkin mainitun ainakin neljän sa telliitin nopeuden määrittämiseksi vastaanottovälineiden (2) suhteen, välineet mainittujen deltaetäisyysmittauksien ja nopeuksien käyttämiseksi vertailutiedon muodostamiseksi paikallisen aikatiedon taajuusvir-20 heen ja sijainnin selvittämistä varten, ja välineet mainitun vertailutiedon minimiarvon etsimiseksi. * f

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mainittuna vertailutietona on järjestetty käytettäväksi algoritmia, että 25 deltaetäisyysmittaustulokset on järjestetty sijoitettavaksi mainittuun algoritmiin, ja että välineet mainitun vertailutiedon minimiarvon etsimiseksi käsittävät välineet mainitun algoritmin minimiarvon etsimiseksi. « *

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että 30 mainittu algoritmi on funktio f[p(ru ,<*)), jossa I i ! U u / A " r,-r Vi'r-^ + d-h γι-Ά A /- jZ v2*it~r‘t +1*~A M.I A V —^jr + d-pn . k-'Ll J v„i=i...n ovat mainitut satelliittien SVj nopeusvektorit elektroniikkalaitteen (1) suhteen, r„ /=l...n ovat satelliittien S Vj sijaintitiedot, 5 />,,1 = 1...« ovat deltaetäisyysmittaukset, ru on vastaanottovälineiden (2) sijaintivektori, ja d on vastaanottovälineiden (2) taajuusvirheen vaikutus deltaetäisyysmittauksiin, ja n >4. 10

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu algoritmi on funktio f(ru,d)= jossa r,-r - . 1 ν,Ί^ Λ M-** mT5^. A r — r Vn*YL-Tl + d-Pn L k "M J .t v.,i=l...n ovat mainitut satelliittien SV, nopeusvektorit i 15 elektroniikkalaitteen (1) suhteen, /),/=1...« ovat satelliittien SV, sijaintitiedot, /),,/ = l...« ovat deltaetäisyysmittaukset, fu on sijainninmääritysvastaanottimen (2) sijaintivektori, ja d on sijainninmääritysvastaanottimen (2) aikavirhtaajuusvir-·>. 20 heen vaikutus deltaetäisyysmittauksiin, ja n >4.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että m=2. 25 < ·' r* ' “ r. i i iUO/ 24

14. Patenttivaatimuksen 11,12 tai 13 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että välineet algoritmin minimiarvon etsimiseksi käsittävät välineet A f - \]T JjLULx AzZLx_A_ i llh-^ll Uh-^l th -r-llJj * f Y)T r2-ru r,-rH v, , matriisin (?(*)= *|x J^T^xj^T7| ' 1 ratkaisemiseksi. ( * s \ \]T ' JjiZlLy AzL·y_3__ 1 jlh-l! [h-'ll IK -'ll Jj

15. Elektroniikkalaite (1), jossa on välineet (2) satelliittien (SV,) lähet tämien koodimoduloitujen signaalien vastaanottamiseksi, välineet satelliittien (SVj) ratatietojen ja aikatiedon vastaanottamiseksi, ja välineet (5) paikallisen aikatiedon muodostamiseksi, tunnettu siitä, että elektroniikkalaite käsittää välineet deltaetäisyysmittausten suorittami-10 seksi ainakin neljään eri satelliittiin (SVj), välineet kunkin mainitun ainakin neljän satelliitin nopeuden määrittämiseksi elektroniikkalaitteen (1) . suhteen, välineet mainittujen deltaetäisyysmittauksien ja nopeuksien käyttämiseksi vertailutiedon muodostamiseksi paikallisen aikatiedon taajuusvirheen ja sijainnin selvittämistä varten, ja välineet mainitun 15 vertailutiedon minimiarvon etsimiseksi.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen elektroniikkalaite, tunnettu siitä, että mainittuna vertailutietona on järjestetty käytettäväksi algoritmia, että deltaetäisyysmittaustulokset on järjestetty sijoitettavaksi mai-20 nittuun algoritmiin, ja että välineet mainitun vertailutiedon minimiarvon etsimiseksi käsittävät välineet mainitun algoritmin minimiarvon etsimiseksi.

- 17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen elektroniikkalaite, tunnettu 25 siitä, että mainittu algoritmi on funktio f(p[ru,d]j, jossa ί','ίϋÖ7 A “ νΐ·|Γ—Γπ+^-Α Κι -4 A ηίί V2*ir—ΤΙ + ΐ-Αι *Μ)= ||ι·2-ί,|| 1 /* —f ν ·——-*- + d-o L" MJ Ί v(,1=1...12 ovat mainitut satelliittien SVj nopeusvektorit elektroniikkalaitteen (1) suhteen, rt,i = 1...22 ovat satelliittien SVj sijainti, 5 pni = i...n ovat deltaetäisyysmittaukset, ru on elektroniikkalaitteen (1) sijaintivektori, ja d on elektroniikkalaitteen (1) taajuusvirheen vaikutus deltaetäisyysmittauksiin, ja n >4. 10

18. Patenttivaatimuksen 15, 16 tai 17 mukainen elektroniikkalaite, tunnettu siitä, että se on sijainninmääritysvastaanotin (2).

19. Patenttivaatimuksen 15, 16, 17 tai 18 mukainen elektroniikkalaite, 15 tunnettu siitä, että se on langaton viestintälaite. « w · < ή η «f --¾ - .-, * ί i ϋ 0 /