FI111482B - Menetelmä sijainninmäärityksen suorittamiseksi ja elektroniikkalaite - Google Patents

Description

111482

Menetelmä sijainninmäärityksen suorittamiseksi ja elektroniikkalaite * Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään sijainninmäärityksen suorittamiseksi, jossa vastaanotetaan satelliittien lähettämää toisto-5 koodilla hajasptektrimoduloitua signaalia, suoritetaan tahdistuminen vastaanotettuun hajaspektrimodulöituun signaaliin, mitataan vastaanotetun hajaspektrimoduloidun signaalin koodivaihetta, vastaanotetaan satelliittien rataparametreja, joita käytetään sijainninmäärityksessä, ja muodostetaan vertailuaika. Keksintö kohdistuu lisäksi elekt-10 roniikkalaitteeseen, joka käsittää välineet sijainninmäärityksen suorittamiseksi, joka käsittää välineet satelliittien lähettämän toistokoodilla hajaspektrimoduloidun signaalin vastaanottamiseksi, välineet vastaanotettuun hajaspektrimodulöituun signaaliin tahdistumiseksi, välineet vastaanotetun hajaspektrimoduloidun 15 signaalin koodivaiheen mittaamiseksi, ja välineet sijainninmääri tyksessä käytettävien satelliittien rataparametrien vastaanottamiseksi, ja jossa on järjestetty muodostettavaksi vertailuaika.

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

35 Jokainen GPS-järjestelmän toimiva satelliitti lähettää ns. L1-signaalia 1575,42 MHz:n kantoaaltotaajuudella. Tätä taajuutta merkitään myös 154f0, missä f0=10,23 MHz. Lisäksi satelliitit lähettävät L2-signaalia 2 111482 1227,6 MHz:n kantoaaltotaajuudella, eli 120f0. Satelliitissa suoritetaan näiden signaalien modulointi ainakin yhdellä valesatunnaissekvenssillä. Kullakin satelliitilla tämä valesatunnaissekvenssi on erilainen. Moduloinnin tuloksena muodostuu koodimoduloitu laajakaistasignaali. Käy-5 tetty modulointitekniikka mahdollistaa sen, että vastaanottimessa pystytään erottamaan eri satelliittien lähettämät signaalit, vaikka lähetyksessä käytettävät kantoaaltotaajuudet ovat olennaisesti samat. Tästä modulointitekniikasta käytetään nimitystä koodijako-monikäyttö-tekniikka (CDMA, Code Division Multiple Access). Kussakin satelliitissa 10 L1-signaalin moduloinnissa käytetään valesatunnaissekvenssinä mm. ns. C/A-koodia (Coarse/Acquisition code), jona käytetään Gold-koodia. Jokainen GPS-satelliitti lähettää signaalia käyttämällä yksilöllistä C/A-koodia. Koodit muodostetaan kahden 1023-bittisen binäärisekvenssin modulo-2 summana. Ensimmäinen binäärisekvenssi G1 on muodos-15 tettu polynomilla X10+X3+1 ja toinen binäärisekvenssi G2 on muodostettu viivästämällä polynomia X10+X9+X8+X6+X3+X2+1 siten, että kullakin 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 20 rate) GPS-järjestelmässä on 1,023 MHz. C/A-koodi käsittää 1023 alibit-tiä (Chip), jolloin koodin toistoaika (koodijakso, epoch) on 1 ms. L1-signaalin kantoaaltoa moduloidaan vielä navigointi-informaatiolla 50 bit/s bittinopeudella. Navigointi-informaatio käsittää tietoa satelliitin "terveydentilasta” (health), radasta, aikatietoa jne.

25

Satelliittien signaalien havaitsemiseksi ja satelliittien tunnistamiseksi on vastaanottimen suoritettava tahdistus, jossa vastaanotin etsii kulloinkin kunkin satelliitin signaalin ja pyrkii tahdistumaan tähän signaaliin, jotta signaalin mukana lähetettävä informaatio voidaan vastaanottaa ja de-30 moduloida.

>

Sijainninmääritysvastaanottimen on suoritettava tahdistus mm. silloin, kun vastaanotin kytketään päälle ja myös tilanteessa, jossa vastaanotin ei ole pitkään aikaan pystynyt vastaanottamaan minkään satelliitin sig-35 naalia. Mm. kannettavissa laitteissa tällainen tilanne voi syntyä helposti, koska laite liikkuu ja laitteen antenni ei aina ole optimaalisessa asennossa satelliitteihin nähden, mikä heikentää vastaanottimeen tule- 3 111482 van signaalin voimakkuutta. Kannettavissa laitteissa pyritään vielä tehonkulutus saamaan mahdollisimman pieneksi. Tällöin esimerkiksi lan-• gattoman viestimen yhteyteen järjestettyä sijainninmääritysvastaan- otinta ei välttämättä pidetä jatkuvasti toiminnassa, vaan lähinnä silloin, 5 kun sijainninmääritys on tarpeen suorittaa. Tämä aiheuttaa mm. sen ongelman, että sijainninmääritykseen kuluva aika on suhteellisen pitkä, koska sijainninmääritysvastaanottimen on ensin suoritettava tahdistus, minkä jälkeen se alkaa vastaanottaa navigointi-informaatiota joko sa-telliittisignaalista tai esim. matkaviestinverkon tukiasemalta. Vasta sen 10 jälkeen kun sijainninmääritysvastaanotin on vastaanottanut riittävän määrän navigointi-informaatiota, se voi suorittaa sijainninmäärityksen. Lisäksi sijainninmääritysvastaanottimen on suoritettava pseudo-etäi-syysmittauksia, jotka tunnetun tekniikan mukaisissa vastaanottimissa aloitetaan sen jälkeen kun navigointi-informaatiosta on vastaanotettu 15 ainakin satelliittien rataparametrit. Tämä pidentää aikaa, joka kuluu si-jainninmääritysvastaanottimen käynnistämisestä ensimmäisen paikka-aikaratkaisun valmistumiseen.

Erityisesti sijainninmääritykseen tarkoitetuissa laitteissa sijainninmää-20 ritystä suoritetaan jatkuvasti, jolloin tämän ensimmäisen paikka-aika-ratkaisun saamiseen kuluva aika ei ole jatkuvan käytön kannalta erityisen suuri ongelma hyvissä signaaliolosuhteissa. Sen sijaan joissakin kannettavissa elektroniikkalaitteissa, joissa on myös muita toimintoja kuin sijainninmääritysvastaanotin, on akkujen toiminta-ajan pidentämi-... 25 sen kannalta sijainninmääritysvastaanotin suuren osan elektroniikka- laitteen käyttöajasta pois toiminnasta. Tällöin tulee usein tarve suorittaa sijainninmääritys tilanteessa, jossa ei ole käytettävissä riittävän ajan tasalla olevaa aikaisempaa sijainninmääritystietoa eikä navigointi-informaatiota. Tällöin ensimmäiseen paikka-aikaratkaisuun kuluva aika 30 voi olla haitallisen pitkä. Joissakin tilanteissa, esimerkiksi soitettaessa / hätäpuhelu langattomasta viestimestä, tulisi langattoman viestimen si jainti pystyä määrittämään nopeasti ja niin tarkasti, että apu pystytään ohjaamaan oikeaan paikkaan. Tällöin ensimmäisen paikka-aikaratkai-sun saamiseen kuluva aika voi hidastaa avun toimittamista merkittä-35 västi.

Sijainninmääritysjärjestelylle on kaksi pääasiallista tehtävää: 111482 4 1. vastaanottimen pseudo-etäisyyden laskenta eri GPS-satel-liitteihin, ja 2. vastaanottimen sijainnin määritys, jossa käytetään lasket- 5 tuja pseudo-etäisyyksiä sekä satelliittien sijaintitietoa. Satel liittien kulloinenkin sijaintitieto voidaan laskea satelliiteista vastaanotettujen ephemeris- ja aikakorjaustietojen perusteella.

10 Etäisyyksiä satelliitteihin nimitetään pseudo-etäisyyksiksi, koska aika ei vastaanottimessa ole tarkasti tiedossa. Tällöin sijainnin ja ajan määritystä toistetaan, 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 ite-15 raatiota varten.

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

20 Edellä mainittu tahdistus ja taajuudensäätöprosessi on suoritettava kullekin sellaisen Satelliitin signaalille, jota vastaanottimessa vastaanotetaan. Joissakin vastaanottimissa voi olla useampia vastaanottokanavia, jolloin kullakin vastaanottokanavalla pyritään tahdistumaan kulloinkin yhden satelliitin signaaliin ja suorittamaan tämän satelliitin lähettämän 25 informaation selvitys.

Sijainninmääritysvastaanotin vastaanottaa satelliittien lähettämää informaatiota ja suorittaa vastaanotetun informaation perusteella sijain-ninmäärityksen. Sijainninmäärityksen suorittamiseksi on vastaanotti-30 men vastaanotettava vähintään neljän eri satelliitin lähettämä signaali, / jotta x-, y-, z-koordinaatit sekä aikatieto voidaan selvittää. Vastaanotet tua navigointi-informaatiota tallennetaan muistiin, jolloin tätä tallennettua informaatiota voidaan käyttää mm. satelliittien ratatietojen selvittämiseen.

Kuvassa 1 on esitetty periaatekaaviona sijainnin määritystä neljän satelliitin SV1, SV2, SV3, SV4 lähettämän signaalin avulla langattomassa 35 5 111482 viestintälaitteessa MS, joka käsittää sijainninmääritysvastaanottimen. GPS-järjestelmässä satelliitit lähettävät ratatietoa sekä aikatietoa, joi-* den perusteella sijainninmääritysvastaanottimessa voidaan suorittaa laskentaa satelliitin kulloisenkin sijainnin määrittämiseksi. Tämän rata-5 tiedon ja aikatiedon lähettäminen suoritetaan kehyksissä (ei esitetty oheisissa kuvissa), jotka on vielä jaettu alikehyksiin. GPS-järjestelmässä kukin kehys käsittää 1500 bittiä, jotka on jaettu viiteen 300 bittiä käsittävään alikehykseen. Koska yhden bitin lähetys kestää 20 ms, kunkin alikehyksen lähetys kestää tällöin 6 s, ja koko kehys lähetetään 10 30 sekunnissa. Alikehykset on numeroitu 1—5. Kussakin alikehykses- sä 1 lähetetään mm. aikatietoa, joka ilmoittaa alikehyksen lähetyshet-ken sekä tietoa satelliitin kellon poikkeamasta GPS-järjestelmän kellonaikaan nähden.

15 Aiikehyksiä 2 ja 3 käytetään ratatiedon lähetykseen. Alikehys 4 sisältää muuta järjestelmäinformaatiota, kuten yleisen aikatiedon (UTC, Universal Time, Coordinated). Alikehys 5 on tarkoitettu kaikkien satelliittien almanakkatietojen lähetykseen. Näiden alikehysten ja kehysten muodostamaa kokonaisuutta nimitetään GPS-navigointisanomaksi (GPS 20 navigation message), joka käsittää 25 kehystä eli 125 alikehystä. Navi-gointisanoman pituus on tällöin 12 min 30 s.

GPS-järjestelmässä aikaa mitataan sekunteina viikon alusta. GPS-järjestelmässä viikon alkuhetki on lauantain ja sunnuntain välinen keski-25 yö. Kussakin alikehyksessä lähetetään tieto siitä, minä GPS-viikon ajanhetkenä kyseinen alikehys on lähetetty. Tällöin aikatieto ilmaisee tietyn bitin lähetyshetken, eli GPS-järjestelmässä kyseisen alikehyksen viimeisen bitin lähetyshetken. Aikaa satelliiteissa mitataan erittäin tarkkojen atomikellojen avulla. Tästä huolimatta GPS-järjestelmän ohjaus-30 keskuksessa (ei esitetty) valvotaan kunkin satelliitin toimintaa ja suori-:’· tetaan mm. aikavertailu satelliittien kellovirheiden havaitsemiseksi ja tä män tiedon välittämiseksi satelliittiin.

Vastaanottimessa voidaan vastaanotetun signaalin vastaanottohetki 35 fjoA määrittää esimerkiksi seuraavasti (ToA, Time of Arrival): 6 111482 tL --ΓΟ^+Γ'+ί,+ί,, (1) missä mwk~ viimeisimmän vastaanotetun alikehyksen sisältämä aikatie-5 to (time of week),

Tks = aikatietoa vastaavan bitin, esimerkiksi GPS-järjestelmässä viimeisimmän vastaanotetun alikehyksen, joka sisältää ai-katiedon, viimeisen bitin vastaanottamisesta kulunut aika,

Tckhip = viimeisimmän koodijakson (epoch) vaihtumisen jälkeen vas- 10 taanotettujen kokonaisten alibittien lukumäärä (0—1022), TLiP = mitattu koodivaihe sijainninmäärityshetkellä, ja k = satelliitin indeksi.

Kaikki kaavan (1) yhteenlaskettavat termit voidaan ilmaista aikayksi-15 köissä (sekunteina). Lisäksi alibittien ja bittien ajallinen pituus on tiedossa ja se on olennaisesti vakio. Kuten kaavasta (1) voidaan havaita, signaalin vastaanottohetken määrityksessä vain kaksi viimeistä termiä liittyvät vastaanotettuun signaaliin sinänsä. Muut termit liittyvät tässä signaalissa lähetettyyn informaatioon ja niitä mitataan suhteessa vas-20 taanotettuun navigointi-informaatioon ja vastaanottimen paikalliseen vertailuaikaan.

Oheisessa kuvassa 2 on havainnollistettu tätä eräällä sijainninmäärityshetkellä vastaanotetun signaalin vastaanottohetken arvioimisessa 25 käytettyä kaavaa ja sen eri termejä. On selvää, että kuva 2 on yksinkertaistettu todelliseen tilanteeseen nähden, koska mm. yksi koodijak-so käsittää 1023 alibittiä, joten niiden esittäminen tarkasti ei ole järkevää. Sijainninmäärityshetkeä esittää pistekatkoviiva, joka on merkitty viitteellä SM.

30

Kaavan (1) kahden viimeisimmän termin mittaaminen edellyttää sitä, että vastaanotin on kunnolla tahdistunut ja lukittunut tähän signaaliin.

Tällöin vastaanottimessa voidaan selvittää kulloinenkin alibitti ja sen vaihe käyttämällä vastaanottimessa tallennettuna olevaa tai generoitua 35 satelliitin vertailukoodia ja koodivaihesilmukkaa.

7 111482

On tärkeää laskea vastaanotetun signaalin lähetyshetki kullekin seurattavalle signaalille, koska vastaanottimen paikallinen vertailuaika, joka on muodostettu vastaanottimen paikallisoskillaattorilla, on kytketty näiden arvojen perusteella GPS-aikaan. Lisäksi eri satelliiteista vastaan-5 otettujen signaalien erilaiset kulkuajat voidaan päätellä näistä mitatuista arvoista, koska kukin satelliitti lähettää saman alibitin olennaisesti samalla hetkellä. Vaikka eri satelliittien ajoituksissa voikin olla pieniä eroja, niitä tarkkaillaan, ja virhetieto välitetään GPS-navigointisano-massa, kuten jo edellä on mainittu.

10

Aikatieto (ToW) lähetetään navigaatiosanomassa kuuden sekunnin välein ja se ilmaisee ajan, joka on kulunut viimeisimmästä GPS-viikon vaihtumisesta. Aikatiedon arvoalue on siis yhden viikon jakojäännös. Vastaavasti Tks on kuuden sekunnin jakojäännös ja Tckhip on yhden milli- 15 sekunnin jakojäännös.

Patentissa US 5,430,657 on esitetty rataparametrien määrittäminen laskemalla pseudoetäisyydet ja satelliitin nopeus jokaiselle satelliitille erikseen useita kertoja. Pseudoetäisyyksiä ja satelliitin nopeuksia käy-20 tetään ainakin kolmen saman satelliitin arvioidun sijainnin määrittämiseen. Näistä kolmesta satelliitin arvioidusta paikasta lasketaan ratapa-rametrit (s. 4, r. 5-13). Vaihtoehtoisesti rataparametrit voidaan määrittää käyttämällä satelliittien konstellaatiota vastaanottimen ainakin kolmen paikan määrittämiseksi. Vastaanottimen sijainteja käytetään :· 25 edelleen kolmiomittauksen avulla satelliitin keskimääräisen sijainnin määrittämiseen radalla. Satelliitin keskimääräinen sijainti lasketaan ainakin kolme kertaa ja tämän jälkeen rataparametrit määritetään näistä kolmesta satelliitin keskimääräisestä sijainnista (s. 4, r. 14-22). Määritettyjä rataparametreja käytetään edelleen satelliittien sijaintien en-30 nustamiseen (s. 4, r. 6-7). Julkaisun mukaisen ratkaisun toiminnalle on edellytyksenä mm. seuraavat seikat (s. 13, r. 51—60): 1) jokaisella satelliitilla on kiinteä rata, ja 2) kaikki virheet, kuten kellovirhe ja ilmaston aiheuttama vääristymä, voidaan korjata ennen menetelmän suorittamista esim. DGPS:n avulla, tai jos DGPS:ää ei käytetä, on laitteen 35 alkusijainti oltava tarkasti tiedossa. Lisäksi on todettu, että laite ei saa siirtyä kovin paljoa, tai alustustoimet on suoritettava riittävän usein.

8 111482

Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on saada aikaan nopeutettu menetelmä sijainninmäärityksen suorittamiseen erityisesti sellaisissa sijainninmääritysvastaanottimissa, joissa sijainninmääritys-vastaanotln ei ole jatkuvasti tahdistuneena satelliittisignaaliin. Keksintö 5 perustuu siihen ajatukseen, että pseudo-etäisyysmittauksien tuloksia tallennetaan muistiin jo ennen kuin rataparametreja on vastaanotettu sijainninmääritystä varten. Tällöin näitä aikaisemmin tallennettuja mittaustuloksia voidaan käyttää sijainninmäärityksessä rataparametrien vastaanottamisen jälkeen. Täsmällisemmin ilmaistuna nyt esillä olevan 10 keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että menetelmässä pseudo-etäisyyksien määrittämiseksi tallennetaan mainittuja koodivaiheen mittaustuloksia, jotka on ainakin osittain mitattu ennen rataparametrien vastaanottamista, ja tallennetaan tieto vertailuajasta signaalien vastaanottohetkellä, jolloin tallennettuja 15 mittaustuloksia sekä mittaustulosten jälkeen vastaanotettuja rataparametreja käytetään sijainninmäärityksessä sen jälkeen kun rataparametreja on vastaanotettu. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle elektroniikkalaitteelle on pääasiassa tunnusomaista se, että elektroniikkalaite käsittää lisäksi ainakin välineet mainittujen 20 koodivaiheen mittaustuloksien ja tiedon vertailuajasta signaalien vastaanottohetkellä tallentamiseksi pseudo-etäisyyksien määrittämistä varten, jotka on ainakin osittain mitattu ennen rataparametrien vastaanottamista, ja välineet mainittujen tallennettujen mittaustuloksien sekä mittaustulosten jälkeen vastaanotettujen rataparametrien 25 käyttämiseksi sijainninmäärityksessä sen jälkeen kun rataparametreja on vastaanotettu.

Nyt esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan merkittäviä etuja tunnetun tekniikan mukaisiin sijainninmääritysmenetelmiin ja -vastaanottimiin 30 verrattuna. Koska keksinnön mukaisessa menetelmässä tallennetaan pseudo-etäisyysmittauksia myös ennen kuin vastaanottimella on käytettävissä navigointi-informaatiota, voidaan sijainninmäärityksen suorittaminen aloittaa olennaisesti välittömästi sen jälkeen kun navigointi-informaatiota on riittävästi vastaanotettu. Tällöin sijainninmääritys voi-35 daan suorittaa nopeammin ja ensimmäisen palkkaratkaisun selvittämiseen kuluva aika (TTFF, Time To First Fix) on pienempi kuin tunnetun tekniikan mukaisissa vastaanottimissa. Lisäksi ensimmäisestä paikka- 9 111482 ratkaisusta saadaan luotettavampi, koska palkkaratkaisun laskennassa on käytettävissä enemmän mittausdataa kuin tunnetun tekniikan mu-v kaisia menetelmiä sovellettaessa. Keksinnön mukainen menetelmä on edullinen erityisesti sellaisissa laitteissa, joissa sijainninmääritystä ei * 5 esimerkiksi akkujen säästämiseksi suoriteta jatkuvasti, vaan esim.

käyttäjän ohjaamana tai väliajoin.

Nyt esillä olevaa keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten samalla oheisiin piirustuksiin, joissa 10 kuva 1 esittää yksinkertaistettuna periaatekaaviona sijainnin määritystä neljän satelliitin lähettämän signaalin avulla, kuva 2 havainnollistaa eräällä sijainninmäärityshetkellä vastaanote-15 tun signaalin lähetyshetken arvioimisessa käytettyä tunne tun tekniikan mukaista kaavaa ja sen eri termejä, kuva 3 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista elektroniikkalaitetta pelkistettynä lohkokaaviona, ja 20 kuva 4 esittää yksityiskohtaa keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesta elektroniikkalaitteesta pelkistettynä lohkokaaviona.

·: 25 Seuraavaksi selostetaan keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen menetelmän toimintaa viitaten samalla kuvan 1 mukaiseen järjestelmään. Esimerkkinä sijainninmäärityksen suorittavasta elektroniikkalaitteesta käytetään kuvassa 3 esitettyä elektroniikkalaitetta MS, joka käsittää matkaviestinvälineiden MT lisäksi sijainninmääritysvas-30 taanottimen PR. Tällöin matkaviestinvälineillä MT voidaan siirtää infor-maatiota langattoman viestintälaitteen MS ja matkaviestinverkon MN tukiasemien BS, BS\ BS" välillä.

Vastaanottimessa PR antennin 1 kautta vastaanotettava toistokoodattu 35 signaali vahvistetaan suurtaajuusvahvistimessa 2 ja muunnetaan kel-logeneraattorin 3 ja taajuussyntetisaattorin 4 muodostaman kellosignaalin avulla sopivimmin välitaajuudelle tai suoraan kantataajuudelle 10 111482 muunninlohkossa 5. Tässä vaiheessa signaali on edullisesti vielä analogisessa muodossa, joten se muunnetaan digitaaliseksi signaaliksi AD-muuntimessa 6. AD-muuntimelta 6 saadaan digitaalisen vastaan-ottosignaalin lisäksi ohjaus automaattiselle vahvistuksensäätölohkolle 7 5 (AGC, Automatic Gain Control), joka pyrkii tasaamaan vastaanotetussa signaalissa olevia voimakkuusvaihteluita sinänsä tunnetusti. Välitaa-juudelle tai kantataajuudelle muunnettu digitaalinen signaali johdetaan yhteen tai useampaan digitaaliseen seurantalohkoon 8, joissa suoritetaan digitaalisen signaalin muuntaminen kahdeksi eri vaiheiseksi sig-10 naaliksi (l/Q) ja vertailukoodilla kertominen. Seurantalohkossa 8 muodostetut signaalit johdetaan edelleen ohjauslohkoon 9 edullisesti digitaaliselle signaalinkäsittely-yksikölle DSP (Digital Signal Processor), jossa pyritään selvittämään vastaanotetun signaalin koodivaihe ja taa-juussiirtymä. Ohjauslohko 9 muodostaa takaisinkytkennän seuranta-15 lohkolle 8 vertailukoodin koodivaiheen ja numeerisesti ohjatun oskillaattorin 10 säätämiseksi tarvittaessa. Sen jälkeen kun koodivaihe ja taajuussiirtymä on selvitetty, eli vastaanotin on lukittunut vastaanotettavaan signaaliin, voidaan aloittaa signaalin pseudo-etäisyysmittaukset sekä signaalissa lähetetyn navigointi-informaation ilmaisu ja tallennus, 20 mikäli mahdollista. Ohjauslohko 9 tallentaa navigointi-informaatiota edullisesti muistiin 11. Vastaanotin PR voi vastaanottaa navigointi-informaatiota myös esim. matkaviestinvälineillä MT matkapuhelinkeskuksesta MSC matkaviestinverkon tukiaseman BS kautta.

*: 25 Ilmaisu ja tallennus tehdään sopivimmin olennaisesti samanaikaisesti kaikille vastaanottokanaville, joilla satelliittien signaalia on havaittavissa. Tällöin kullakin vastaanottokanavalla vastaanotetun signaalin vas-taanottohetki on olennaisesti sama. Kun sijainninmääritys halutaan tehdä, edullisesti ohjauslohkon 9 digitaalisessa signaalinkäsittely-30 yksikössä DSP tutkitaan, onko vastaanotettu tarvittava navigointi-in-V formaatio (satelliittien rataparametrit). Jos muistissa 11 on tallennettu na riittävästi navigointi-informaatiota, lasketaan vastaanotettujen signaalien lähetyshetki edullisesti kaavan (1) perusteella. Jos ei kuitenkaan ole vastaanotettu riittävästi navigointi-informaatiota, keksinnön 35 edullisen suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä mitataan vastaanotettuja signaaleita pseudo-etäisyyksien määrittämiseksi ja tallennetaan mittaustuloksia. Mittaus ja tallennus suoritetaan kullekin vas- 11 111482 taanottokanavalle, jolla on havaittu satelliittien lähettämää signaalia ja joihin vastaanotin on lukittunut. Signaaleista tallennetaan pseudo-etäi-syyksiin liittyvää mittausinformaatiota, eli koodijakson vaihtumisen jälkeen vastaanotettujen alibittien lukumäärä Tckhip ja koodivaihe Tlhip.

5 Lisäksi tallennetun mittausinformaation yhteyteen tallennetaan tieto vastaanottimen vertailuajasta signaalien vastaanottohetkellä. Tällöin tätä tallennettua informaatiota voidaan käyttää mm. pseudoetäisyyksi-en selvittämiseen ja vastaanottimen vertailuajan virheen selvittämiseen. Signaalien vastaanottoa ja tallennusta toistetaan edullisesti mää-10 rävälein.

Mikäli vastaanotettavan signaalin voimakkuus on riittävä signaalissa lähetetyn informaation ilmaisuun, suoritetaan edellä mainitun tallen-nusvaiheen lisäksi signaalissa lähetetyn informaation ilmaisu. Tämä 15 informaatio sisältää mm. navigointi-informaatiota, jota voidaan käyttää sijainninmäärityksessä. Sen jälkeen kun vastaanottimessa PR on riittävästi navigointi-informaatiota käytettävissä, aloitetaan sijainninmääri-tyksen suorittaminen. Tätä vaihetta on esitetty pelkistetysti kuvan 4 lohkokaaviossa. Sijainninmäärityksessä käytetään tallennettua mitta-20 usinformaatiota M, tallennettuun mittausinformaatioon liittyvää vas-taanottoaikatietoa sekä rataparametreja E. Tallennettu mittausinformaatio johdetaan suodattimeen F, jossa mittausinformaatiota M suodatetaan mm. mittauskohinan vaikutuksen vähentämiseksi. Suodattimena F käytetään edullisesti sinänsä tunnettua Kalman-suodatinta, 25 joka käyttää suodatuksessa myös aikaisempia tallennettuja mittaustuloksia. Tällöin jo ensimmäinen sijainninmääritys voidaan suorittaa nopeammin ja tulos on lähempänä oikeaa, kuin jos pseudoetäisyyksien mittaus aloitettaisiin vasta sen jälkeen kun satelliittien rataparametrit ovat vastaanottimen käytettävissä. Sijainnin määrityslaskenta voidaan 30 suorittaa jollakin sinänsä tunnetulla menetelmällä, kuten edellä esite-V tyllä kaavalla (1). Sijainninmäärityksen tulos voidaan esittää esimerkiksi näytöllä 15.

Kaavan (1) mukaisesti lähetysajan ToT määritys käsittää viisi osaa, 35 joista kaksi viimeisintä, eli koodijakson vaihtumisen jälkeen vastaanotettujen alibittien lukumäärä Tckhip ja koodivaihe T^.hip vastaa tallennet- 12 111482 tua informaatiota. Kolme ensimmäistä termiä saadaan selville navigointi-informaatiosta.

Navigointi-informaatiosta saadaan selville signaalin lähettäneen satel-5 liitin sijainti signaalin lähetyshetkellä. Koska vastaanottimen aikatieto ei kuitenkaan välttämättä ole tarkasti oikea, ei myöskään sijaintia saada tarkalleen oikeaksi. Kuitenkin käyttämällä useita tallennettuja mittaustuloksia, voidaan suodatusta toistamalla tarkentaa sijainninmääritystä, kunnes riittävä tarkkuus on saavutettu. Lisäksi analysoimalla suurta 10 joukkoa mittausinformaatiota voidaan joissakin tilanteissa havaita sellaisia mittaustuloksia, jotka ovat selkeästi virheellisiä. Tällöin tällaiset mittaustulokset voidaan jättää sijainninmäärityslaskennasta pois, mikä parantaa sijainninmäärityksen tarkkuutta.

15 Vertailukello on muodostettu esim. vastaanottimen MS reaaliaikakel-lolla (RTC, Real-Time Clock) tai se voidaan muodostaa myös ulkoisella kellolla (ei esitetty) tai aikatieto voidaan saada ulkoisesta verkosta, kuten matkaviestinverkosta.

20 Matkaviestinvälineet MT käsittävät edullisesti toisen antennin 12, radio-osan 13, audiovälineet, kuten koodekin 14a, kaiuttimen 14b ja mikrofonin 14c, näytön 15 ja näppäimistön 16 ja muistia 11. Ohjauslohko 9 voi olla ainakin osittain yhteinen vastaanottimen PR toimintojen suorittamiseksi sekä matkaviestinvälineiden MT toimintojen suorittamiseksi, tai :· 25 näille toiminnoille voidaan käyttää erillisiä suorittimia tai vastaavia.

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

30

Claims (10)

111482

1. Menetelmä sijainninmäärityksen suorittamiseksi, jossa vastaanotetaan satelliittien (SV1—SV4) lähettämää toistokoodilla hajaspektrimo- 5 duloitua signaalia, suoritetaan tahdistuminen vastaanotettuun haja-spektrimoduloituun signaaliin, mitataan vastaanotetun hajaspektrimo-duloidun signaalin koodivaihetta, vastaanotetaan satelliittien ratapa-rametreja, joita käytetään sijainninmäärityksessä, ja muodostetaan vertailuaika, tunnettu siitä, että menetelmässä pseudo-etäisyyksien 10 määrittämiseksi tallennetaan mainittuja koodivaiheen mittaustuloksia, jotka on ainakin osittain mitattu ennen rataparametrien vastaanottamista, ja tallennetaan tieto vertailuajasta signaalien vastaanottohetkellä, jolloin tallennettuja mittaustuloksia sekä mittaustulosten jälkeen vastaanotettuja rataparametreja käytetään 15 sijainninmäärityksessä sen jälkeen kun rataparametreja on vastaanotettu.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittuja mittaustuloksia suodatetaan. 20

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suodatuksessa käytetään Kalman-suodatinta.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ·: 25 että rataparametreja vastaanotetaan satelliittien lähettämästä signaa lista.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1—4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sijainninmäärityksen suorittamiseksi vastaanotetaan ainakin 30 neljän satelliitin lähettämää hajaspektrimoduloitua signaalia, mitataan V kunkin vastaanotetun signaalin koodivaihetta, tallennetaan kunkin vastaanotetun signaalin mittaustuloksia, vastaanotetaan ainakin mainittujen ainakin neljän satelliitin rataparametreja, jolloin sijainninmääri-‘ tys suoritetaan sen jälkeen kun mainittujen ainakin neljän satelliitin ra- 35 taparametrit on vastaanotettu, ja sijainninmäärityksessä käytetään vastaanotetuista signaaleista tallennettuja mittaustuloksia. 111482

6. Elektroniikkalaite (MS), joka käsittää välineet (PR) sijainninmäärityk-sen suorittamiseksi, joka käsittää välineet (1—6) satelliittien (SV1— SV4) lähettämän toistokoodilla hajaspektrimoduloidun signaalin vastaanottamiseksi, välineet (8, 9) vastaanotettuun hajaspektrimoduloituun 5 signaaliin tahdistumiseksi, välineet (9, DSP) vastaanotetun hajaspektrimoduloidun signaalin koodivaiheen mittaamiseksi, ja välineet (1— 6; 12,13) sijainninmäärityksessä käytettävien satelliittien rataparamet-rien vastaanottamiseksi, ja jossa on järjestetty muodostettavaksi vertailuaika, tunnettu siitä, että elektroniikkalaite käsittää lisäksi 10 ainakin välineet (11) mainittujen koodivaiheen mittaustuloksien ja tiedon vertailuajasta signaalien vastaanottohetkellä tallentamiseksi pseudo-etäisyyksien määrittämistä varten, jotka on ainakin osittain mitattu ennen rataparametrien vastaanottamista, ja välineet (9) mainittujen tallennettujen mittaustuloksien sekä mittaustulosten jälkeen 15 vastaanotettujen rataparametrien käyttämiseksi sijainninmäärityksessä sen jälkeen kun rataparametreja on vastaanotettu.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen elektroniikkalaite, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi välineet (F) mittaustulosten suodattamiseksi. 20

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen elektroniikkalaite, tunnettu siitä, että mainitut välineet (F) mittaustulosten suodattamiseksi käsittävät Kalman-suodattimen. ·: 25

9. Patenttivaatimuksen 6, 7 tai 8 mukainen elektroniikkalaite, tun nettu siitä, että välineet (1—6; 12,13) sijainninmäärityksessä käytettävien satelliittien rataparametrien vastaanottamiseksi käsittävät välineet (1—6) rataparametrien vastaanottamiseksi satelliittien lähettämästä signaalista. 30 *.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 6—9 mukainen elektroniikkalaite, tunnettu siitä, että se käsittää välineet (1—8) ainakin neljän satelliitin lähettämän signaalin vastaanottamiseksi olennaisesti samanaikaisesti, välineet (9, DSP) kunkin vastaanotetun hajaspektrimoduloidun signaa-35 Iin koodivaiheen mittaamiseksi, välineet (11) mainittujen ainakin neljän satelliitin signaalin koodivaiheen mittaustuloksien tallentamiseksi, jotka on ainakin osittain mitattu ennen rataparametrien vastaanottamista, 111482 välineet (1—6; 12,13) ainakin neljän sijainninmäärityksessä käytettävän satelliitin rataparametrien vastaanottamiseksi, ja välineet (9) mainittujen tallennettujen mittaustuloksien käyttämiseksi sijainninmäärityksessä sen jälkeen kun rataparametreja on vastaanotettu. 5 • · « 1 < « 111482