MXPA04004245A

MXPA04004245A - Un metodo y dispositivo para sincronizar cronologicamente una red de ubicacion.

Info

Publication number: MXPA04004245A
Application number: MXPA04004245A
Authority: MX
Inventors: David Small
Original assignee: Qx Corp Pty Ltd
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2005-03-31
Also published as: US7616682B2; IL161718A; JP2005507085A; KR20070116177A; ES2532602T3; US20070040739A1; EP2624007A1; EP2624006B1; US7474265B1; KR100929277B1; US20070041427A1; EP2624007B1; CN101644755A; EP2624006A1; CN101487889A; ES2539238T3; JP2009150906A; AUPR863401A0; IL188514A0; EP1451606A1

Abstract

Un metodo para sincronizar cronologicamente una senal de posicionamiento unica generada por un dispositivo unitario de posicionamiento en una ubicacion conocida a un transmisor de referencia que genera una senal de posicionamiento de referencia a otra ubicacion conocida, y el metodo comprende: a) recibir e interpretar dicha senal de posicionamiento de referencia entre el transmisor de referencia y el dispositivo unitario de posicionamiento, b) generar, transmitir y recibir dicha senal de posicion unica, c) interpretar dicha senal de posicionamiento de referencia recibida para deducir: i) el tiempo de transmision menos recepcion de la senal de posicionamiento de referencia de dicho dispositivo unitario de posicionamiento, ii) el tiempo de transmision menos recepcion de la senal de posicionamiento unica de dicho dispositivo unitario de posicionamiento; y d) comparar los pasos c i) y c ii) para deducir una diferencia cronologica de transmision, y e) ajustar cronologicamente dicha senal de posicionamiento unica mediante dicha diferencia cronologica de transmision, compensada mediante dicha demora de propagacion de senal de referencia, f) transmitir dicho posicionamiento unico, tal senal de posicionamiento unica esta sincronizada cronologicamente a dicho transmisor de referencia.

Description

For two-letter codes and other abbreviations, refer to the "Guid-ance Notes on Codes and Abbreviations" appearing at the begin-ning of each regular issue of the PCT Gazette.

UN METODO Y DISPOSITIVO PARA SINCRONIZAR CRONOLOGICAMENTE UNA RED DE UBICACION CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere en general a sistemas y métodos para generar determinaciones de posición precisas para un aparato móvil. En particular, la presente invención se aplica a sistemas de determinación de posición de tiempo de llegada preciso. La presente invención no se restringe por los requerimientos de la técnica anterior tal como conexiones físicas entre radio-baliza del transmisor, tal como la necesidad de estándares de tiempo atómicos conectados a cada transmisor, o la necesidad de técnicas de corrección diferenciales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Se entiende bien en la técnica que la determinación de posición de tiempo de llegada precisa depende de la exactitud de los relojes transmisores utilizados. En su forma más rudimentaria, tres radio-balizas del transmisor colocadas en ubicaciones conocidas y conectadas a un reloj común por medio de tres cables de longitud idénticos serán suficientes como la base para un sistema de colocación de tiempo de llegada. Sin embargo, este sistema de colocación rudimentario es altamente impráctico para fabricar y para instalar debido al requerimiento de cables de duración predeterminada precisamente que distribuyen señales de temporización de alta frecuencia sobre distancias potencialmente grandes entre las radio-balizas. Alternativamente, los estándares de tiempo atómicos de precisión, que tienen velocidades de desplazamiento muy bajas, pueden instalarse en cada radiobaliza del transmisor y monitorearse utilizando un receptor de referencia colocado en una ubicación conocida y conectándose a una base de tiempo de referencia. En respuesta a las señales de colocación recibidas desde las radio-balizas de transmisión, las correcciones del reloj se envían desde el receptor de referencia por medio de un enlace de datos de RF a cada radiobaliza, para retransmisión subsecuente a un equipo del usuario. Las tecnologías de colocación satelital modernas tales como GPS emplean esta técnica, en donde los estándares de tiempo de cesio y rubidio se instalan en cada satélite de GPS, el segmento de control a tierra GPS continuamente monitoreando todos los satélites de GPS y correcciones del reloj de enlace ascendente a cada satélite cada 24 horas. Estas correcciones entonces se vuelven a transmitir por medio de cada mensaje de navegación satelital al equipo del usuario de GPS, de manera que los algoritmos de colocación dentro del equipo del usuario de GPS pueden tomar responder por el error del reloj satelital. Con al menos cuatro satélites de GPS a la vista, una posición tridimensional se logra en el equipo del usuario de GPS utilizando una técnica estándar conocida como una solución de posición de GPS con base en un código convencional. Esta técnica estándar también se menciona generalmente como "una posición de un solo punto" por los expertos en la técnica.

Solución de colocación de GPS con base en el código convencional (posición de un solo punto) En un GPS con base en el código convencional, la latitud, longitud y altitud de cualquier punto cercano a la tierra puede calcularse desde los tiempos de propagación de las señales de colocación desde por los menos cuatro satélites de GPS a la vista. Un receptor de GPS hace cálculos de escala con base en la correlación de secuencias del código pseudo aleatorias internamente generadas (PRN) con secuencias del código pseudo aleatorias recibidas desde un satélite de GPS. Las escalas medidas se mencionan como pseudo escalas ya que existe una diferencia de tiempo, o desplazamiento, entre los relojes en los satélites y el reloj dentro de un receptor de GPS. Es necesario asegurar que el reloj receptor se sincronice con el reloj de constelación satelital con el fin de medir exactamente el tiempo transcurrido entre una transmisión de secuencia del código pseudo aleatorio satelital y la recepción de la secuencia del código pseudo aleatorio mediante un receptor de GPS. Un mensaje de navegación también se transmite desde cada satélite, que incluye información de tiempo, información orbital satelital, y términos de corrección del reloj satelital. Para colocación tridimensional un receptor de GPS requiere cuatro señales satelitales para resolver las cuatro variables desconocidas de posición (x, y, z) y tiempo (t). Para la colocación bidimensional (2-D), se fija una altitud, y tres señales satelitales se requieren para resolver las tres variables desconocidas de posición (x y y) y tiempo (t). Una solución de posición de GPS con base en el código convencional es capaz de proveer un receptor de GPS, con por lo menos cuatro satélites a la vista, la capacidad de determinar una posición tridimensional absoluta (3-D) con una exactitud de aproximadamente 10 a 20 metros. Esta solución de posición de GPS con base en el código convencional es una solución autónoma, que puede determinar la posición, velocidad y tiempo (PVT) sin datos de corrección diferenciales a partir de los receptores de referencia. Por lo tanto se conoce como una solución de posición "de un solo punto" en la técnica.

GPS de diferencial con base en el código convencional (colocación relativa) Con una base de tiempo atómica exacta establecida la constelación de GPS únicamente es capaz de proveer un receptor de GPS con una exactitud de posición tridimensional absoluta de aproximadamente 0 a 20 metros. Esto se debe a la corrupción de las señales de colocación de seis fuentes de error principales: (1 ) retardo ionosférico, (2) retardo troposférico, (3) error astronómico, (4) error de reloj satelital, (5) ruido del receptor de GPS y (6) trayectoria múltiple. El retardo ionosférico es el retardo de tiempo variado experimentado por ondas electromagnéticas cuando pasan a través de bandas de partículas ionizadas en la ionosfera. El retardo troposférico es el retardo del tiempo experimentado por las ondas electromagnéticas cuando pasan a través de la humedad en la atmósfera inferior. El error astronómico es la diferencia entre la ubicación satelital real y la posición predicha por los datos orbitales satelitales. El ruido del receptor es el ruido generado por los aparatos electrónicos internos de un receptor de GPS. La trayectoria múltiple es el tiempo de transmisión de la señal provocado por las reflexiones de señal localizadas en la proximidad cercana a un receptor de GPS. La mayoría de estas fuentes de error se correlacionan espacialmente sobre distancias relativamente cortas (es decir, decenas de kilómetros). Esto significa que dos receptores de GPS diferentes dentro de esta proximidad entre sí observarán los mismos errores. Por lo tanto es posible mejorar las fuentes de error correlacionados espacialmente utilizando una técnica conocida como "corrección diferencial". Un receptor de referencia colocado en una ubicación bien conocida calcula una pseudo escala asumida para cada señal satelital que detecta. Posteriormente mide las pseudo escalas recibidas desde los satélites de GPS y resta las pseudo escalas asumidas desde las pseudo escalas recibidas, formando una corrección de escala diferencial para cada satélite a la vista. El receptor de referencia entonces envía estas correcciones como datos digitales al receptor de GPS por medio de un enlace de datos de RF. Este receptor de GPS subsecuentemente añade estas correcciones a las pseudo escalas que mide (para los mismo satélites en vista del receptor de referencia) antes de calcular una solución de posición. Errores comunes para el receptor de referencia y para el receptor de GPS se remueven completamente por medio de este procedimiento. Las fuentes de error no correlacionadas como la trayectoria múltiple y el ruido del receptor permanecen en las pseudo escalas y subsecuentemente degradan la exactitud de la posición. Las exactitudes de la posición en el orden de varios metros se logran con corrección de GPS diferencial con base en códigos en entornos de trayectorias múltiples inferiores.

GPS diferencial con base en el portador convencional (colocación relativa) El GPS diferencial con base en el portador convencional (CDGPS) calcula la diferencia entre la ubicación de referencia y la ubicación del usuario utilizando las diferencias entre las fases portadoras de los satélites medidos en el receptor de referencia y en el receptor del usuario. Un receptor de referencia CDGPS, instalado en una ubicación bien conocida, calcula las mediciones de fase portadora simultáneas para todos los satélites a la vista, y posteriormente transmite los datos de fase portadora al receptor del usuario por medio de un enlace de datos de RF. El receptor del usuario también calcula mediciones de fase simultáneas para todos los satélites a la vista, y subsecuentemente calcula una diferencia de fase para determinar la posición del receptor del usuario con respecto a la ubicación del receptor de referencia. Las mediciones de fase portadora son una cuenta de ciclo en marcha con base en el cambio de frecuencia Doppler presente en las frecuencias portadoras desde los satélites de GPS. Cada época, esta cuenta de ciclo en marcha (el valor de la época previa más el avance en la fase durante la época presente) se encuentra disponible del receptor. Más específicamente, el avance en la fase portadora durante una época se determina al integrar el desplazamiento Doppler portadora sobre el intervalo de la época, preferiblemente el nombre fase portadora integrada (ICP). El receptor del usuario puede medir la fase fraccionada más un número arbitrario de todos los ciclos del portador, pero no puede determinar directamente el número exacto de todos los ciclos en el pseudoalcance. Este número, conocido como la "ambigüedad del ciclo entero", debe determinarse por otros medios. Estrategias tradicionales para resolver las ambigüedades del entero de fase portadora caen en tres clases amplias: métodos de investigación, método de filtrado, y métodos geométricos. Estos métodos tradicionales no producen una resolución de ambigüedad del ciclo de enteros instantánea. Una técnica, conocida como "enrutamiento amplio" se ha desarrollado para superar los problemas de ambigüedad del ciclo de entero no instantánea. El enrutamiento amplio multiplica y filtra dos frecuencias portadoras (tradicionalmente GPS L1 y las frecuencias L2) para formar una señal de frecuencia de pulsaciones. La longitud de onda de frecuencia de pulsaciones es significativamente mayor a las longitudes de onda de dos portadores individuales. Como consecuencia, la resolución de los enteros puede lograrse al utilizar observaciones de pseudoalcance para determinar la ambigüedad del entero de las "rutas" más amplias formadas por la señal de frecuencia de pulsaciones. Estas, a su vez, reducen en gran medida el volumen de enteros que debe investigarse para resolver la ambigüedad del entero. Las restricciones principales para los métodos de CDGPS son en primer lugar integridad y latencia de los enlaces de datos de RF, y, en segundo lugar, la falta de determinación de tiempo en el receptor del usuario. El ancho de banda de los datos del enlace de datos de RF restringe las velocidades de actualización de datos diferenciales, provocando la latencia de datos y degradación de exactitud de posición. La recepción deficiente de datos diferenciales provocada por la obstrucción física y trayectorias múltiples provocan la corrupción de datos, lo cual degrada la exactitud de la posición en el mejor de los casos, y da como resultado una falla de enlace total y ninguna actualización de posición en el peor de los casos. El segundo inconveniente de CDGPS es la falta de determinación de tiempo. Una solución de posición de un solo punto convencional resuelve las cuatro variables desconocidas de posición (x, y, z) y tiempo (f). CDGPS utiliza un procedimiento conocido como "diferencias dobles" que elimina los términos del reloj receptor para el receptor de referencia y el receptor del usuario. Por lo tanto, el receptor del usuario puede determinar posición exacta con respecto a la posición del receptor de referencia, pero no puede terminar el tiempo. Esto no es importante si el usuario simplemente, y únicamente, se encuentra interesado en la posición. Sin embargo, el conocimiento preciso de una base de tiempo del sistema exacto es muy benéfico para muchas aplicaciones del usuario que implican redes de computadora y sistemas de telecomunicaciones. La falta de determinación de tiempo es un problema principal relacionado con los sistemas de la técnica anterior de CDGPS.

Aumento de pseudolites Otro enfoque utilizado para ayudar a la determinación de posición de GPS es el uso de sistemas de aumento con base a tierra tal como pseudolites. Los pseudolites pueden incorporarse en un código convencional y sistemas de GPS diferencial con base en el portador sin ningún requerimiento de infraestructura adicional. Estos pueden utilizarse como señales de escala adicionales, y también como enlaces de datos de RF para enviar correcciones diferenciales al equipo del usuario. Alternativamente, los pseudolites pueden sincronizarse a la base de tiempo de GPS. Un receptor de GPS determina el tiempo de GPS a partir de una solución de GPS con base en el código convencional utilizando por lo menos 4 satélites de GPS y pasa el tiempo determinado a un transmisor de pseudolites co-ubicado. La exactitud de la base del tiempo de GPS se restringe mediante las fuentes de error de GPS incluyendo retardo ionosférico y troposférico, error de reloj satelital, error de posición satelital, ruido del receptor, y trayectoria múltiple. Exactitudes del tiempo de aproximadamente 50 a 100 nanosegundos se logran al utilizar el método de base de tiempo de GPS, sin embargo esto se traduce a exactitudes de posición únicamente en el orden de decenas de metros. Esta exactitud es mucho más gruesa para los sistemas de navegación precisos.

GPS diferencial con base en el portador utilizando un pseudolite "omni-marcador" La patente de E.U.A. número 5,583,513 para Cohén, titulada "System and Method for Generating Precise Code-based and Carrier Phase Position Determinations" describe un método de corrección diferencial por lo que un pseudolite "omni-marcador" así llamado sirve como un canal para transmitir información a un receptor de posición para hacer correcciones de escala diferencial (columna 6, líneas 43 a 46). El pseudolite omni-marcador puede describirse como un espejo metafórico, por lo que las señales satelitales de GPS son "reflejadas" en fase desde una posición de pseudolite omni-marcador conocido al receptor de posición. De este modo, el portador de salida y los componentes del código PRN de cada una de las señales del marcador de radio-baliza son exactamente coherentes con respecto a la fase con respecto a sus contrapartes entrantes de en las señales de GPS (columna 6, líneas 28-32). Un receptor de posición situado en un avión sobrevolando recibe señales de colocación desde los satélites de GPS y también recibe señales de colocación de GPS "reflejadas" desde el pseudolite omni-marcador, y subsecuentemente calcula las mediciones de escala diferenciales. El método diferencial de Cohén elimina la necesidad de enlaces de datos digitales tradicionales, como se requiere mediante el código convencional y los sistemas diferenciales con base en el portador. Sin embargo, un receptor de posición omni-marcador debe aún recibir satélites de GPS y señales omni-marcadoras para calcular una medición de escala diferencial. Las señales omni-marcadoras receptoras solas no permitirán un cálculo de posición. También, el omni-marcador debe generar y transmitir un portador individual y componentes de PRN para cada satélite GPS a la vista, haciendo al omni-marcador complejo y costoso. En la actualidad, esto requiere hasta doce transmisiones individuales desde un sólo omni-marcador. Además, un receptor de posición omni-marcador requiere duplicar los canales receptores de un receptor de GPS diferencial convencional, añadiendo el costo y complejidad.

Mediciones de escala diferencial utilizando pseudolites "transceptores a tierra" La patente de E.U.A. número 6,121 ,928 para Sheynblat, titulada "Network of Ground Transceivers" describe un método de corrección diferencial por lo que una red del "transmisor a tierra" así llamado y pseudolites "transmisores a tierra" sirven como canales para transmitir información a un receptor de posición para la determinación diferencial de la posición del usuario (columna 5, líneas 31 a 36). Sheynblat enseña el uso de corrección diferencial para superar las derivaciones del reloj maestro (columna 5, líneas 23 a 36) y las derivaciones de línea introducidas por el hardware del transceptor a tierra (columna 5, líneas 38 a 67 y columna 6, líneas 1 a 23). Las metodologías diferenciales de Sheynblat y modalidades incluyen: (i) un receptor del usuario que diferencia las señales del transceptor a tierra con una señal del transmisor a tierra (columnas 5, líneas 31 a 36, y reivindicación 2), (ii) un receptor del usuario que diferencia las señales del transmisor a tierra maestras múltiples con un transceptor a tierra (columna 6, líneas 25 a 67, columnas 7, líneas 1 a 33), y (¡ii) un receptor del usuario que diferencia las señales del transceptor a tierra, que incorpora señales que se han diferenciado con una señal satelital (columna 7, líneas 34 a 67, columna 8, líneas 1 a 34). La patente Sheynblat's enseña un avance de las metodologías diferenciales pero no enseña, muestra, o sugiere un sistema altamente deseable que pueda producir soluciones de posición de un solo punto en un receptor de posición ambulante a partir de una red de transceptores a tierra. Los sistemas de la técnica anterior no permitirán una determinación de posición de tiempo de llegada sin requerir por lo menos: (a) una conexión física entre radio-balizas del transmisor; (b) un estándar de tiempo atómico en cada transmisor; (c) sincronización a una base de tiempo de GPS; o (d) alguna forma de corrección diferencial. Un sistema que puede proveer señales de colocación de tiempo de llegada extremadamente precisas, sin ninguna de estas restricciones, se desea altamente. La presente invención logra este objetivo deseable al sincronizar cronológicamente un sistema de transceptores (de aquí en adelante mencionados como dispositivos de colocación de unidad), como se describe a continuación.

OBJETIVO DE LA INVENCION Es un objetivo de la presente invención proveer un sistema de colocación y método para hacer determinaciones de posición de fase portadora y códigos precisos sin la necesidad de interconexiones físicas entre los dispositivos de colocación de unidad. Es aún otro objetivo de la presente invención proveer un sistema de colocación y método para hacer determinaciones de posición de fase portadora y códigos precisos sin la necesidad de estándares de tiempo atómicos. Es aún otro objetivo de la presente invención proveer un sistema de colocación y método para hacer determinaciones de posición de fase portadora y códigos precisos sin la necesidad de una base de tiempo del sistema satelital de navegación global. Es aún otro objeto de la presente invención proveer un sistema de colocación y método para hacer determinaciones de posición de fase portadora y códigos precisos sin el requerimiento de técnicas de corrección diferenciales. Es aún otro objetivo de la presente invención sincronizar cronológicamente los dispositivos de colocación de unidad a una base de tiempo del sistema, la base del tiempo del sistema no necesariamente tiene una exactitud absoluta.

Es aún otro objetivo de la presente invención propagar una base de tiempo de referencia a través de los dispositivos de colocación de unidad geográficamente distribuidos. Es aún otro objetivo adicional de la presente invención proveer un receptor de colocación ambulante con pseudo escalas de fase del código cronológicamente en sincronía, de manera que las soluciones de posición de fase de código de un solo punto puedan determinarse sin la ayuda de corrección diferencial. Es aún otro objetivo adicional de la presente invención proveer un receptor de posición ambulante con pseudo escalas de fase portadora cronológicamente en sincronía, de manera que una vez que se resuelvan las ambigüedades del ciclo entero, pueda determinarse una solución de posición de fase portadora de un solo punto sin la ayuda de corrección diferencial. Es aún un objetivo adicional de la presente invención proveer un receptor de posición ambulante con información de transferencia del tiempo de red precisa.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Los objetivos anteriores de la invención se logran mediante un sistema de colocación que incluye un dispositivo de colocación de unidad en una ubicación conocida con respecto a un sistema de coordenadas de referencia, que recibe una o más señales de colocación de referencia a partir de transmisores de referencia colocados en ubicaciones conocidas con respecto a un sistema de coordenadas de referencia. Los transmisores de referencia incluyen otros dispositivos de colocación de unidad, satélites de sistemas de aumento de área ancha (WAAS), satélites del sistema satelital de navegación global (GNSS), Pseudolites, o otras señales que incorporan información de temporización. Cada una de las señales de colocación de referencia preferiblemente tienen un componente portador, un componente del código pseudo aleatorio, y un componente de datos. El dispositivo de colocación de unidad genera, en repuesta a las señales de colocación de referencias recibidas y sus ubicaciones conocidas, una señal de colocación única. La señal de colocación única tiene un componente portador cronológicamente sincronizado uno o más de los componentes portadores de las señales de colocación recibidas, un componente de código pseudo aleatorio sincronizado cronológicamente a uno o más componentes del código pseudo aleatorio de las señales de colocación recibidas, y un componente de datos cronológicamente sincronizado a uno o más de los componentes de datos de las señales de colocación recibidas. Una vez que el dispositivo de colocación de unidad se sincroniza cronológicamente a un transmisor de referencia, otros dispositivos de colocación de unidad que entran a la red pueden utilizar su señal de colocación transmitida única como una señal de colocación de referencia. La distribución geográfica de los dispositivos de colocación de unidad cronológicamente sincronizados crean una red de tiempo coherente de señales de colocación. El método de la invención permite así una capacidad única de propagar una base de tiempo extremadamente precisa a través de un área geográfica sustancial. El sistema también incluye por lo menos un receptor de posición ambulante. El receptor de posición ambulante puede hacer determinaciones de posición de un solo punto con base en el código al hacer mediciones de pseudo escala para cada uno de los componentes de código pseudo aleatorios cronológicamente sincronizados recibidos y, una vez que la ambigüedad del ciclo entero del portador se ha resuelto, pueda hacer determinaciones de posición de un solo punto con base en el portador al hacer mediciones de pseudo escala para cada uno de los componentes portadores cronológicamente sincronizados recibidos. La formación de un sistema de colocación cronológicamente sincronizado permite a un receptor de posición ambulante la capacidad de calcular de manera autónoma tanto las soluciones de posición de un solo punto con base en el portador preciso como de código sin el requerimiento de corrección diferencial. Además, el requerimiento para exactitud de tiempo absoluto dentro de la red (normalmente derivado en la técnica anterior por los estándares de tiempo atómico) se niega. Los métodos descritos anteriormente en donde los dispositivos de colocación de unidad sincronizan cronológicamente por lo menos un transmisor de referencia de aquí en adelante se mencionará como "bloqueo de tiempo".

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una representación gráfica de una modalidad del bloqueo de tiempo de conformidad con la presente invención, que incorpora un solo transmisor de referencia que transmite a una pluralidad de dispositivos de colocación de unidad, y un receptor de posición ambulante que determina una solución de posición de un solo punto autónoma. La figura 2 es una representación gráfica de otra modalidad del bloqueo de tiempo de conformidad con la presente invención, que incorpora un solo transmisor de referencia que transmite a solo un dispositivo de colocación de unidad. La figura 3 es una representación gráfica de otra modalidad del bloqueo de tiempo de conformidad con la presente invención, que incorpora un solo transmisor de referencia que transmite a una pluralidad de dispositivos de colocación de unidad. La figura 4 es una representación gráfica de otra modalidad del bloqueo del tiempo de conformidad con la presente invención, que incorpora un transmisor de referencia que transmite a través de un dispositivo colocación de unidad intermediario. La figura 5 es una representación gráfica de otra modalidad del bloqueo de tiempo de conformidad con la presente invención, incorporando una pluralidad de transmisores de referencia que transmiten a un solo dispositivo de colocación de unidad.

La figura 6 es una representación gráfica de otra modalidad del bloqueo del tiempo de conformidad con la presente invención, incorporando un transmisor de referencia del sistema de aumento de área ancha (WAAS) que transmite a cuatro dispositivos de colocación de unidad. Los dispositivos de colocación de unidad transmiten subsecuentemente sus propias señales de colocación cronológicamente sincronizadas únicas a un receptor de posición ambulante que se coloca en un entorno satelital obstruido. La figura 7 es una representación gráfica de otra modalidad de un bloqueo de tiempo de conformidad con la presente invención, que incorpora un transmisor de referencia del dispositivo de colocación de unidad que transmite a otros tres dispositivos de colocación de unidad. Los dispositivos de colocación de unidad subsecuentemente transmiten sus propias señales de colocación cronológicamente sincronizadas únicas a un receptor de posición ambulante. La figura 8 es una representación gráfica de otra modalidad del bloqueo de tiempo de conformidad con la presente invención, que incorpora dos redes autónomas de dispositivos de colocación de unidad, y un receptor de posición ambulante que se sitúa en el límite de las dos redes. Los dispositivos de colocación de unidad límite transmiten subsecuentemente correcciones entre redes al receptor de posición ambulante. La figura 9 es un diagrama de bloques del hardware del dispositivo de colocación de unidad, de conformidad con la presente invención.

Panorama Un dispositivo de colocación de unidad es un transceptor especializado, que se coloca en una ubicación conocida y recibe por lo menos una señal de colocación de referencia desde por lo menos un transmisor de referencia. Preferiblemente, el transmisor de referencia es otro dispositivo de colocación de unidad, o un satélite WAAS. En respuesta a las señales colocación de referencia recibidas, el dispositivo de colocación de unidad sincroniza cronológicamente una señal de colocación internamente generada a la base del tiempo del transmisor de referencia y transmite su señal de colocación única a todos los receptores de posición a la vista. El requerimiento mínimo para la formación de una red de ubicación autónoma es por lo menos dos dispositivos de colocación de unidad cronológicamente sincronizados a un transmisor de referencia. Un receptor de posición ambulante a la vista de todas las señales admitidas dentro de la red autónoma es capaz de determinar un código autónomo y soluciones de posición de un solo punto del portador sin la necesidad de corrección diferencial. Además, el oscilador del transmisor de referencia no necesita estabilidad inherente de estándares de tiempo atómicos como lo requieren los sistemas de la técnica anterior, permitiendo así que se utilice un oscilador de cristal económico como una base de tiempo de referencia para la red de ubicación total De este modo, como se detalla a continuación, un dispositivo de colocación de unidad puede servir como un "canal" metafórico para distribuir las señales de colocación cronológicamente sincronizadas a un receptor de posición ambulante. Esto permite al receptor de posición ambulante calcular las determinaciones de la posición de un solo punto con base en el portador y código, sin la necesidad de conexiones físicas entre los dispositivos de colocación de unidad sin requerir estándares de tiempo atómico o bases de tiempo GNSS, y sin requerir corrección diferencial.

Sistema y método La figura 1 muestra una configuración para un sistema de colocación que genera determinaciones de posición precisas utilizando cálculos de posición de un solo punto con base en el portador y código. Una pluralidad de dispositivos de colocación de unidad 101-1 y 102-2 se colocan en ubicaciones conocidas con respecto a un sistema de coordenadas de referencia y respectivamente recibe por lo menos una señal de colocación de referencia 102 que transmite por lo menos un transmisor de referencia 103, que también se coloca en una ubicación conocida con respecto al sistema de coordenadas de referencia. En respuesta a la señal de colocación de referencia recibida 102 los dispositivos de colocación de unidad 101-1 y 101-2 transmiten una o más señales de colocación 104-1 y 104.2 que se sincronizan cronológicamente al transmisor de referencia 103. Un receptor de posición ambulante 105, situado dentro de la red de dispositivos 101-1 , 101 -2 y 103 recibe señales de colocación de referencia 102 desde el transmisor de referencia 103 y señales de colocación únicas 104-1 y 104-2 desde los dispositivos de colocación de unidad 101-1 y 101-2 y calcula de manera automática las determinaciones de posición de un solo punto con base en el portador y código de la red de señales de colocación cronológicamente sincronizadas.

Bloqueo de tiempo Los dispositivos de colocación de unidad de tiempo bloqueado se sincronizan a una base tiempo cronológica común, que puede ser de un valor arbitrario o puede tener una variación arbitraria. Por lo tanto, cualquier fuente de reloj económica y simple, tal como oscilador de cristal, será suficiente como reloj de referencia en un transmisor de referencia. En la modalidad preferida, un oscilador de cristal compensado de temperatura (TCXO) o mejor, se utiliza. Un dispositivo de colocación de unidad primero adquiere una señal de colocación de transmisión de referencia y calcula un desplazamiento de tiempo de vuelo así llamado desde las coordenadas conocidas de transmisor de referencia y las coordenadas conocidas del dispositivo de colocación de unidad. Los desplazamientos de tiempo de vuelo toman en consideración el retardo de tiempo de propagación experimentado por la señal de colocación de referencia mientras se desplaza desde el transmisor de referencia al dispositivo de colocación de unidad. En el espacio libre, las ondas electromagnéticas se desplazan a aproximadamente un metro cada 3 nanosegundos. A continuación, el dispositivo de colocación de unidad aplica el desplazamiento de tiempo de vuelo a una señal de colocación ¡nternamente generada y alinea esta señal de colocación a la señal de colocación de referencia entrante, llevando la señal de colocación generada internamente a una alineación cronológica con el transmisor de referencia. Específicamente, el bloqueo de tiempo se logra cuando la señal de colocación internamente generada del dispositivo de colocación de unidad tiene coherencia de frecuencia con una señal de colocación de referencia entrante, y coherencia cronológica con la base de tiempo del transmisor de referencia. Una señal de colocación de referencia se transmite por medio de un portador de radiofrecuencia (RF) desde un transmisor de referencia. La señal de colocación de referencia puede generarse desde cualquier fuente de tiempo válida, que puede incluir dispositivos de colocación de unidad, satélites del sistema de aumento de área ancha (WAAS), satélites del sistema satelital de navegación global (GNSS), pseudolites o cualquier combinación de fuentes validas. Con relación ahora a la figura 2, un dispositivo de colocación de unidad 201 que se ubica a una distancia conocida desde un transmisor de referencia 202 recibe una señal de colocación de referencia 203 que se transmite mediante el transmisor de referencia 202. La señal de colocación de referencia 203 tiene un componente portador, un componente de código pseudo aleatorio único, y un componente de datos. El dispositivo de colocación de unidad 201 incorpora un receptor de posición 204 y un transmisor co-ubicado 205. El receptor de posición 204 es capaz de recibir señales de colocación desde todas las señales de colocación de referencia a la vista 203 y también colocar señales desde su transmisor co-ubicado 205. En respuesta a la señal de colocación de referencia recibida 203, el dispositivo de colocación de unidad 201 transmite una señal de colocación esclava así llamada 206 desde su transmisor 205, que es recibida por el receptor de posición del dispositivo de colocación de unidad 204. La señal de colocación esclava 206 tiene un componente portador, un componente de código pseudo aleatorio único, y un componente de datos. El receptor de posición del dispositivo de colocación de unidad 204 recibe y hace muestras simultáneamente de la señal de colocación de referencia 203 desde el transmisor de referencia 202 y la señal de colocación esclava 206 desde el transmisor co-ubicado 205. Una diferencia de tiempo de transmisión entonces se calcula entre la señal de colocación de referencia recibida 203 y la señal de colocación esclava recibida 206. La diferencia de tiempo de transmisión, como se utiliza en la modalidad preferida, se termina al: (a) Comparar la mediciones de fase portadora integradas (ICP) determinadas desde los componentes portadores de la señal de colocación de referencia 203 y la señal de colocación esclava 206 para determinar una diferencia de frecuencia del portador. (b) Desmodular y comparar los componentes de datos de navegación desde la señal de colocación de referencia 203 y la señal de colocación esclava 206 para determinar una diferencia de tiempo de transmisión gruesa. (c) Comparar las mediciones de pseudo escala determinada por los componentes del código pseudo aleatorios de señal de colocación de referencia 203 y la señal de colocación esclava 206 para determinar una diferencia de pseudo escala del código. (d) Comparar las mediciones de fase portadora instantáneas determinadas a partir de los componentes portadores de la señal de colocación de referencia 203 y la señal de colocación esclava 206 para determinar una diferencia de fase portadora. Para sincronización de tiempo precisa de la señal de colocación esclava 206 a la base de tiempo del transmisor de referencia 202 el retardo de propagación de señal entre la antena transmisora de referencia 207 y la antena receptora de posición del dispositivo de colocación de unidad 208 debe explicarse. La distancia geométrica conocida en metros 209 desde la antena transmisora de referencia 207 a la antena receptora de posición del dispositivo de colocación de unidad 208 puede convertirse en una señal de tiempo de vuelo mediante la fórmula: tiempo de vuelo = distancia/velocidad de vuelo. El dispositivo de colocación de unidad 201 incorpora un reloj transmisor controlado 210, que puede ajustarse en frecuencia mediante la CPU del dispositivo de colocación de unidad 211. La corrección al reloj transmisor controlado 210 se determina mediante la CPU del dispositivo de colocación de unidad 21 1 desde la diferencia de tiempo entre la señal de colocación de referencia 203 y la señal de colocación esclava 206 que se mide mediante el receptor del dispositivo de colocación de unidad 204, y el desplazamiento mediante el tiempo de vuelo de la señal de colocación de referencia 209. Esto lleva a la señal de colocación esclava 206 en sincronización cronológica con la base de tiempo de transmisor de referencia 202. El procedimiento de diferenciar la señal de colocación de referencia recibida 203 con la señal de colocación esclava 206 elimina el término de reloj receptor de posición del dispositivo de colocación de unidad, permitiendo así al dispositivo de colocación de unidad 201 seguir la base de tiempo del transmisor de referencia 202 sin ninguna derivación de reloj provocada por el oscilador del dispositivo de colocación de unidad local 212. Además, la diferencia entre dos canales del receptor de la misma posición 204 elimina cualquier derivación de la línea receptora o retardo del grupo causado por los aparatos electrónicos receptores de posición.

Estados de control de un dispositivo de colocación de unidad En la modalidad preferida, el bloqueo de tiempo de los dispositivos de colocación de unidad para hacer mención de los transmisores que utilizan los siguientes estados de control: Estado 0: Restablecimiento Restablecer todo el hardware Estado 1 : Adquirir referencia La CPU del dispositivo de colocación de unidad 211 inicia una investigación para una señal de colocación de referencia 203 mediante el receptor de posición del dispositivo de colocación de unidad 204.

Estado 2: Bloqueo a referencia El receptor de posición del dispositivo de colocación de unidad 204 adquiere una señal de colocación de referencia 203 y posición del transmisor de referencia 202 y el tiempo se desmodula a partir de su componente de datos de navegación mediante la CPU del dispositivo de colocación de unidad 211.

Estado 3:Sincronizar esclava La CPU del dispositivo de colocación de unidad 21 1 espera para permitir la alineación del tiempo grueso con el componente de datos de navegación de la señal de colocación de referencia. Un generador de reloj interno entonces se inicia mediante la CPU 211.

Estado 4: Iniciar esclava La CPU del dispositivo de colocación de unidad 211 determina una secuencia de código PRN apropiada y única para este dispositivo de colocación de unidad particular 201 y asigna esta secuencia de código PRN al transmisor del dispositivo de colocación de unidad 205. El desplazamiento de frecuencia real para la señal de colocación de referencia 213 (con relación al oscilador del dispositivo de colocación de unidad 212) también se asigna al reloj transmisor controlador del dispositivo de colocación de unidad 210 mediante la CPU del dispositivo de unidad de colocación 211. Esto sirve para iniciar el transmisor de dispositivo de colocación de unidad 205 a una frecuencia que es aproximadamente igual a la frecuencia de la señal de colocación de referencia 203. La CPU del dispositivo de colocación de unidad 211 también asigna la secuencia PRN determinada a un canal receptor libre en el receptor de posición del dispositivo de colocación de unidad 204. El canal receptor se inicia con el mismo desplazamiento de frecuencia y valor de parte del código pseudo aleatorio como el transmisor del dispositivo de colocación de unidad 205 con el fin de ayudar a la adquisición de la señal de colocación esclava 206 mediante el receptor de posición del dispositivo de colocación de unidad 204. El dispositivo de colocación de unidad entonces inicia una transmisión de una señal de colocación esclava 206.

Estado 5: Adquirir esclava El receptor de posición del dispositivo de colocación 204 inicia una investigación de la señal de colocación esclava 206.

Estado 6: Bloqueo de la esclava El receptor de posición del dispositivo de colocación de unidad 204 adquiere la señal de colocación esclava 206 y un tiempo esclavo grueso se desmodula a partir de su componente de datos de navegación.

Estado 7: Bloqueo de secuencia esclava/referencia Las mediciones de fase portadora integrada simultánea (ICP) para la señal de colocación de referencia 203 y las señales de colocación esclava 206 se inician (se ponen en ceros) y se diferencian por el receptor de posición del dispositivo de colocación de unidad 204. Este valor diferenciado representa la frecuencia y diferencia de fase entre la señal de colocación de referencia 203 y la señal de colocación esclava 206. Un bucle de control dentro de la CPU del dispositivo de unidad de colocación, aplica continuamente correcciones al reloj transmisor controlado del dispositivo de colocación de unidad 210 para mantener una diferencia ICP de cero entre la señal de colocación de referencia 203 y la señal de colocación esclava 206, manteniendo así un bloqueo de frecuencia. Alternativamente, el valor de desplazamiento de la frecuencia de señal de colocación de referencia recibida, como se mide mediante el resultado de posición del dispositivo de colocación de unidad 204, puede alimentarse directamente al reloj transmisor controlado del dispositivo de colocación de unidad 210 para crear un "sistema de rastreo de frecuencia" (FTS) así llamado. El reloj transmisor controlado 210 simplemente imita el desplazamiento de frecuencia de la señal de colocación de referencia entrante 23, manteniendo así el bloqueo de frecuencia. Este método requiere el oscilador del dispositivo de colocación de unidad 212 para ser común entre el receptor de posición 204 y transmisor 205.

Estado 8: Bloqueo del código esclavo/referencia Una vez que se logra el bloqueo de frecuencia esclava/referencia del estado 7, la diferencia de tiempo entre la señal de colocación de referencia 203 y la señal de colocación esclava 206 puede medirse exactamente y eliminarse cualquier derivación de tiempo. El bloqueo de código esclavo/ de referencia se logra cuando el reloj transmisor controlado del dispositivo de colocación de unidad 210 hace girar la cantidad requerida de tiempo para llevar las señales de colocación esclavas y de referencia a la alineación del código PRN. El valor de tiempo de vuelo 209 se utiliza para desplazar la diferencia de tiempo esclava-referencia medida para remover el efecto del retardo de propagación de señal de referencia, y la diferencia de tiempo calculada entonces se aplica como una corrección de reloj para el reloj transmisor controlado del dispositivo de colocación de unidad 210. La corrección del reloj se logra al acoplar el sistema del rastreo de frecuencia (FTS) y aplicar un desplazamiento de frecuencia adicional al reloj transmisor controlado 210 durante un periodo predeterminado. Este desplazamiento de frecuencia adicional permite a la señal de colocación esclava 206 girar en tiempo hasta que se vuelve coherente en cuanto al tiempo con la base de tiempo del transmisor de referencia 202. Una vez que se completa este rotación de tiempo el bucle de control se vuelve acoplar. Alternativamente, el bloqueo de código puede lograrse al hacer girar el generador del código de PRN del transmisor del dispositivo de colocación de unidad 205 la cantidad necesaria de la fase del código (chips) mientras mantiene el bloqueo de frecuencia. El bloqueo de código se basa en la exactitud del código de PRN, que es inherentemente ruidoso. En la modalidad preferida los dispositivos de colocación de unidad estacionarios filtran el ruido del código de PRN a un nivel de ciclo del sub-portador.

Estado 9: Bloqueo de fase esclava/referencia Una vez que se logran el bloqueo de frecuencia esclava/referencia y el bloqueo del código esclavo/referencia del estado 7, dos errores del tiempo aún permanecen los cuales deben ser corregidos: (1 ) una ambigüedad de fase de 180 grados; y (2) un desplazamiento de fase de tiempo de vuelo. (1) Corregir una ambigüedad de fase de 180 grados. El dato se desmodula a partir de una señal de colocación de código de PRN utilizando un bucle de bloqueo de fase especializado, bien conocido en la técnica como un "bucle Costas". La técnica de bucle Costas incorpora inherentemente una ambigüedad de fase de 180 grados, y por lo tanto puede adquirir y rastrear señales de colocación con una ambigüedad de ciclo medio. Esta ambigüedad de ciclo medio representa un desplazamiento de tiempo de 200 picosegundos aproximados en 2.4GHz. La ambigüedad del bucle Costas puede resolverse mediante la referencia a una secuencia predeterminada de bits de datos generalmente mencionados como preámbulo, transmitidos en el componente de datos de navegación por los transmisores de la red de ubicación. Cuando la ambigüedad del bucle Costas se resuelve, una diferencia de la fase fija arbitraria se vuelve evidente entre los registros de la fase receptora de posición de la referencia bloqueada de frecuencia y las señales de colocación esclava. Este desplazamiento de fase arbitrario se debe a la fase arbitraria de la señal de colocación esclava y se ajusta en el siguiente paso (2) a continuación. (2) Corregir el desplazamiento de fase de tiempo de vuelo: un desplazamiento de fase de tiempo vuelo de ciclo fraccionado está presente debido al retardo de propagación de señal de colocación de referencia entre la antena transmisora de referencia 207 y la antena de dispositivo de colocación de unidad 208. La distancia geométrica 209 entre el transmisor de referencia y el dispositivo de colocación de unidad puede representarse como un número de ciclos portadores totales (el componente entero) 213, más un ciclo portador de fracción (el componente fraccionado) 214. El desplazamiento de fase de tiempo de vuelo es la cantidad de ciclo de fracción 214 que se calcula a partir de la distancia geométrica conocida entre la antena transmisora de referencia 207 y la antena del dispositivo de colocación de unidad 208. El componente entero 213 se corrige en el estado de control de bloqueo de código esclavo/referencia del estado 8 descrito anteriormente. El componente de fracción 214 sin embargo, es demasiado fino de corregir en el estado de bloqueo de código esclavo/referencia del estado 8, y por lo tanto debe corregirse como un ajuste de la fase portadora. El sistema de rastreo de frecuencia (FTS) se acopla y el reloj transmisor controlado del dispositivo de colocación de unidad 210 es el tiempo que gira la cantidad de fracción-ciclo requerida (desde su valor de fase arbitrario medido en la actualidad determinado en el paso (1) anterior) a un nuevo valor de fase de tiempo de vuelo determinado. El bucle de bloqueo de tiempo (TLL) entonces se vuelve a acoplar. La señal de colocación esclava de fase portadora del dispositivo de colocación de unidad 206 que emana de la antena del dispositivo de colocación de unidad 208 ahora se sincroniza cronológicamente con el transmisor de referencia 202 de la señal de colocación de fase portadora que emana desde la antena transmisora de referencia 207.

Estado 10: Bloqueo total de esclavo/referencia Una vez que todos los estados han sido logrados, la CPU 211 declara bloqueo de tiempo y el dispositivo de colocación de unidad 201 comienza la transmisión de su ahora señal de colocación única totalmente sincronizada 215. La señal de colocación única del dispositivo de colocación de unidad 215 ahora se encuentra sincronizada cronológicamente a la base de tiempo del transmisor de referencia 202 con una exactitud de picosegundos, una capacidad que va sustancialmente más allá de la capacidad de cualquier técnica anterior.

Señales de colocación únicas En la modalidad preferida cada dispositivo de colocación de unidad transmite una señal de colocación única, que consiste en un componente portador, un componente de código pseudo aleatorio, y un componente de datos de navegación. El componente portador es una onda de radiofrecuencia sinusoidal preferiblemente transmitida en la banda 2.4GHz ISM, aunque el método de la presente invención se aplica igualmente a otras bandas de frecuencia. El componente del código del número pseudo aleatorio (PRN) se modula con el componente portador, y consiste en una secuencia de código única que puede distinguirse entre otras secuencias del código pseudo aleatorio transmitidas por otros dispositivos en la misma frecuencia portadora. Esta técnica es conocida como el acceso múltiple de división de código (CDMA) y es bien conocida en la técnica. El componente de datos de navegación es información propietaria modulada con el componente de código pseudo aleatorio, y provee un enlace de comunicación para transferir información de navegación a los dispositivos de colocación de unidad y receptores de posición ambulante. La información de navegación puede incluir tiempo de red, ubicaciones del dispositivo de colocación de unidad, información de "trazado del reloj de referencia" metafórica, y otro dato de red deseado.

Configuraciones de bloqueo de tiempo El bloqueo de tiempo puede ¡mplementarse en muchas configuraciones diferentes. Estas configuraciones incluyen: 1. Un solo transmisor de referencia transmitiendo a un solo dispositivo de colocación de unidad. 2. Un solo transmisor de referencia transmitiendo a una pluralidad de dispositivos de colocación de unidad. 3. Uno o más transmisores de referencia transmitiendo a través de dispositivos de colocación de unidad intermediarios. 4. Una pluralidad de transmisores de referencia transmitiendo a uno o más dispositivos de colocación de unidad. 5. Sincronización de tiempo de posición de punto.

Un solo transmisor de referencia transmitiendo a un solo dispositivo de colocación de unidad Una solo transmisor de referencia puede utilizarse para transmitir una señal de colocación de referencia a un solo dispositivo de colocación de unidad. La figura 2 muestra un dispositivo de colocación de unidad 201 situado en una ubicación conocida, y un transmisor de referencia 202 también situado en una ubicación conocida. El dispositivo de colocación de unidad 201 recibe la señal de colocación de referencia 203 que se transmite por el transmisor de referencia 202 y la señal de colocación esclava 206 transmitida por el transmisor del dispositivo de colocación de unidad 205. En respuesta a la señal de colocación de referencia recibida 203 el dispositivo de colocación de unidad 201 determina el retardo de propagación de señal de colocación de referencia 209 y aplica una corrección de reloj de transmisor apropiada para sincronizar cronológicamente el componente portador, el componente del código PRN único y el componente de datos de su señal de colocación esclava internamente generada 206 al componente portador, el componente de código PRN; y componente de datos de la señal de colocación del transmisor de referencia 203. El dispositivo de colocación de unidad transmite subsecuentemente una señal de colocación única 215, que se sincroniza cronológicamente a la base de tiempo del transmisor de referencia 202. Dos señales de colocación no son suficientes para determinar una solución de posición en un receptor de posición ambulante. Sin embargo, si el transmisor de referencia, es un satélite WAAS la señal del dispositivo de colocación de unidad de tiempo bloqueado se sincronizará con el tiempo GPS a niveles de picosegundos, y por lo tanto puede utilizarse mediante un receptor de posición como una fuente de variación precisa adicional para una solución de GPS con base en el código convencional.

Un solo transmisor de referencia transmitiendo a una pluralidad de dispositivos de colocación de unidad Un solo transmisor de referencia puede utilizarse para formar una red de dispositivos de colocación de unidad cuando una pluralidad de dispositivos de colocación de unidad se encuentran en una vista clara del transmisor de referencia. La figura 3 muestra una pluralidad de dispositivos de colocación de unidad situados en ubicaciones conocidas 301-1 y 301 -2 y un transmisor de referencia 302 también situado en una ubicación conocida. Los dispositivos de colocación de unidad 301-1 y 301-2 reciben la señal de colocación de referencia 303 que se transmite por el transmisor de referencia 302. En respuesta a la señal de colocación de referencia recibida 303 cada dispositivo de colocación de unidad 301-1 y 301-2 determina su retardo de propagación de señal respectiva 304-1 y 304-2 desde el transmisor de referencia 302 y aplica una corrección de reloj de transmisor apropiada para sincronizar cronológicamente el componente portador, un componente de código PRN único, y un componente de datos de sus señales de colocación internamente generadas al componente portador, el componente del código PRN, y componentes de datos de la señal de colocación del transmisor de referencia 303. Cada dispositivo de colocación de unidad transmite subsecuentemente señales de colocación únicas 305-1 y 305-2, que se sincronizan cronológicamente a la base del tiempo del transmisor de referencia 302.

Uno o más transmisores de referencia transmitiendo a través de los dispositivos de colocación de unidad intermediaria Uno más transmisores de referencia de tiempo sincronizado pueden utilizarse para formar una red de dispositivos de colocación de unidad, sin todos los dispositivos de colocación de unidad estando en vista clara de un transmisor de referencia. En esta configuración la señal de temporización se acopla por medio de los dispositivos de colocación de unidad intermediarios. Cuando el dispositivo de colocación de unidad intermediario declara bloqueo de tiempo, los dispositivos de colocación de unidad subsecuentes pueden utilizar este dispositivo de colocación de unidad intermediario como la señal de colocación de referencia. La figura 4 muestra un transmisor de referencia 401 situado en una ubicación conocida, y un primer dispositivo de colocación de unidad 402 también situado en una ubicación conocida. El primer dispositivo de colocación de unidad 402 recibe la señal de colocación 403 transmitida por el transmisor de referencia 401. En respuesta a la señal de colocación de referencia recibida 403 el primer dispositivo de colocación de unidad 402 determina el retardo de propagación de señal 404 desde el transmisor de referencia 401 y aplica una corrección de reloj apropiada para sincronizar cronológicamente el componente portador, el componente de código PRN único, y el componente de datos de su señal de colocación internamente generada al componente portador, el componente de código de PRN y el componente de datos de la señal de colocación de transmisor de referencia 403. El dispositivo de colocación de unidad 402 transmite subsecuentemente una señal de colocación única 405 que se sincroniza cronológicamente a la base de tiempo del transmisor de referencia 401. Un segundo dispositivo de colocación de unidad 406 situado en una ubicación conocida, pero no a la vista de las señales de colocación de referencia 410 debido a la obstrucción de señal provocada por el edificio 409, recibe subsecuentemente señal de colocación 405 desde el primer dispositivo de colocación de unidad 402. En respuesta a la señal de colocación recibida 405 el segundo dispositivo de colocación de unidad 406 determina el retardo de propagación de señal 407 desde el primer dispositivo de colocación de unidad 402 y aplica una corrección de reloj apropiada para sincronizar cronológicamente el componente portador, el componente de código de PRN y el componente de datos de su señal de colocación internamente generada al componente portador, el componente del código PRN, componente de datos de la primera señal de colocación del dispositivo de colocación de unidad 405. El segundo dispositivo de colocación de unidad 406 transmite subsecuentemente una señal de colocación única 408 que incorpora un componente portador, un componente de código de PRN, y componente de datos. Esta señal de colocación única 408 se sincroniza cronológicamente a la base de tiempo del primer de dispositivo de colocación de unidad 402, que se sincroniza cronológicamente a la base de tiempo del transmisor de referencia Una pluralidad de transmisores de referencia que transmiten uno o más dispositivos de colocación de unidad Una pluralidad de transmisores de referencia de tiempo sincronizado pueden utilizarse para transmitir señales de colocación de referencia a uno o más dispositivos de colocación de unidad. En esta configuración cualquier fuente de error de señal de referencia, tal como trayectorias múltiples y retardo troposférico, puede promediarse entre los transmisores de referencia para mejorar la exactitud de la base de tiempo. La figura 5 muestra un dispositivo de colocación de unidad 501 situado en una ubicación conocida, y una pluralidad de transmisores de referencia 502-1 y 502-2 con base de tiempo común, también situada en ubicaciones conocidas. El dispositivo de colocación de unidad 501 recibe la señal de colocación de referencia 503- , 503-2 transmitida, mediante los transmisores de referencia 502-1 y 502-2. En respuesta a la señal de colocación de referencia recibida 503-1 , 503-2 el dispositivo de colocación de unidad 501 determina los retardos de propagación de señal 504-1 y 504-2 desde cada transmisor de referencia 502-1 y 502-2 y aplica una corrección de reloj apropiada para sincronizar cronológicamente el componente portador, el componente de código de PRN único, y el componente datos de su señal de colocación internamente generada a los componentes portadores, componentes del código PRN, y componentes de datos de dos señales de colocación de transmisor de referencia 503-1 y 503-2. El dispositivo de colocación de unidad 501 transmite subsecuentemente una seña\ de colocación única 505, que se sincroniza cronológicamente a la base de tiempo de los transmisores de referencia 502-1 y 502-2.

Bloqueo de tiempo de la posición del punto Un dispositivo de colocación de unidad también es capaz de sincronizar una base de tiempo de red sin distancia geométrica (retardo de propagación de señal de colocación de referencia) entre transmisores de referencia y el dispositivo de colocación de unidad conocido. Para esta modalidad de bloqueo de tiempo, por lo menos cuatro dispositivos de colocación de unidad de bloque de tiempo deben encontrarse a la vista. El dispositivo de colocación de unidad, que requiere entrar a la red, auto-examina sus posiciones tridimensionales al calcular una posición de un solo punto, que incorpora el desplazamiento de reloj del receptor de posición del dispositivo de colocación de unidad. El desplazamiento del reloj del receptor de posición del dispositivo de colocación de unidad provee exactamente el tiempo de red (con relación al reloj receptor de posición local), que el transmisor esclavo del dispositivo de colocación de unidad puede utilizar una base de tiempo de red exacta. En la modalidad el dispositivo de colocación de unidad utiliza una solución portadora de un solo punto para determinar el tiempo de red exacta al nivel de picosegundo, una capacidad que va más allá sustancialmente de la capacidad de los sistemas de la técnica anterior.

Referencia de WAAS En la modalidad preferida un transmisor de referencia es un satélite del sistema de aumento de área (WAAS). Los satélites WAAS son satélites de comunicaciones geoestacionarios, que transmiten correcciones diferenciales de GPS a receptores GPS. Los satélites WAAS también transmiten una señal de colocación única en la frecuencia portadora de GPS L1 de 1575.42 MHz. Esta señal de colocación única se sincroniza exactamente al tiempo GPs, con correcciones provistas para UTC. Por lo tanto, un satélite WAAS hace un transmisor de referencia ideal, que se sincroniza con la base de tiempo estándar del mundo de UTC. En la modalidad preferida un receptor de posición del dispositivo de colocación de unidad incorpora medios para recibir señales de colocación de otros dispositivos de colocación de unidad en la banda 2.4GHz ISM, y también señales de colocación de satélites WAAS y GNSS en las frecuencias de bandas L. Un dispositivo de colocación de unidad puede utilizar un satélite WAAS como un transmisor de referencia y bloqueo de tiempo de su señal de colocación esclava 2.4GHz a la señal de colocación 1575.42MHz WAAS. El bloqueo de tiempo entre las frecuencias portadoras se inician mediante subconversión coherente de los portadores del dispositivo de colocación de unidad y WAAS a una frecuencia de banda de base común en el receptor de posición del dispositivo de colocación de unidad. El bloqueo de tiempo entonces se realiza con los métodos previamente descritos. La subconversión coherente requiere que los osciladores locales en el receptor de posición del dispositivo de colocación de unidad se impulsen desde un oscilador común. En la modalidad preferida el oscilador común genera información de reloj para todos los componentes de un dispositivo de colocación de unidad, incluyendo el receptor de posición, transmisor y unidad de procesamiento central. La polarización de la línea y retardo de grupo se toma en consideración cuando se analiza por computadora el bloqueo de tiempo entre las frecuencias, debido a las trayectorias receptoras disparadas del WAAS y las frecuencias del portador de dispositivo unitario de colocación antes de la conversión. Ahora con referencia a la figura 6, los dispositivos unitarios de colocación 601-1 , 601-2, 601-3 y 601-4 se colocan en sitios conocidos con vista clara del cielo, y preferiblemente en posiciones elevadas tal como en la parte superior de las colinas 602-1 y 602-2 y/o de rascacielos 603-1 y 603-2. Si se requiere, una antena receptora direccional 604-1 , 604-2, 604-3 y 604-4 también se puede incorporar con cada dispositivo unitario de colocación 601-1 , 601-2, 601-3 y 601-4 y dirigirse hacia un satélite 605 WAAS geoestacionario (aunque estas antenas adicionales son preferidas no son esenciales para el método). Las antenas direccionales de despliegue en los dispositivos unitarios de colocación ayudan a mitigar las trayectorias múltiples y mejorar la señal recibida a proporciones de ruido de la señal WAAS, que a su vez mejora la exactitud de la base de tiempo de referencia. Cada dispositivo unitario de colocación 601-1 , 601-2, 601-3 y 601-4 bloquea el tiempo a la señal 606 de satélite WAAS, creando de esta manera una red sincronizada UTC de precisión con una exactitud de pico-segundos. Un receptor 607 de posición mantenido por un peatón 608 está ubicado dentro de un edificio 609. La señal 606 de satélite WAAS no puede penetrar el edificio 609 debido a que tiene una baja potencia en la señal. Sin embargo, las señales 610-1 , 610-2, 610-3, y 610-4 del dispositivo unitario de colocación de los dispositivos unitarios de colocación 601-1 , 601-2, 601-3 y 601-4 pueden penetrar el edificio 609 debido a su proximidad cercana. El receptor 607 de posición es capaz de recibir señales de colocación del dispositivo unitario de colocación de recepción a partir de los cuatro dispositivos unitarios de colocación, los cuales permiten una determinación de la posición de un solo punto precisa en regiones ocultas para el satélite. Además, una vez que el receptor 607 de posición ha calculado una solución de posición, UTC se puede determinar de manera exacta. Por lo tanto, la presente invención también proporciona una transferencia de tiempo UTC de precisión en regiones ocultas para el satélite. Además, cuando el receptor 607 de posición deja el edificio 609, las señales de cualquier dispositivo unitario de colocación 601-1 , 601-2, 601-3 y 601-4, satélites 605, los satélites 605 WAAS, o los satélites GNSS a la vista se pueden usar para formar una solución de posición sobredeterminada, añadiendo integridad de posición a la posición calculada de los peatones.

Referencia WAAS intermedia Los dispositivos unitarios de colocación colocados a la vista clara del satélite WAAS, también se pueden usar como señales de referencia intermedias en otra modalidad. Los dispositivos unitarios de colocación que son incapaces de recibir señales de satélite WAAS, pueden usar los dispositivos unitarios de colocación de "cadena principal" intermedios como su fuente de referencia de tiempo. Por tanto UTC, puede ser distribuido en toda la red sin que todos los dispositivos unitarios de colocación tengan una vista clara del satélite WAAS de referencia.

Referencia del dispositivo unitario de colocación En el caso de que un satélite WAAS no esté disponible, se prefiere que por lo menos un dispositivo unitario de colocación proporcione la base de tiempo de una red de dispositivos unitarios de colocación. Ahora con referencia a la figura 7, un primer dispositivo 701 unitario de colocación ubicado en un sitio conocido se designa como el transmisor de referencia y crea una base de tiempo del sistema a partir del reloj generado 702 internamente. Los dos dispositivos unitarios de colocación 703 y 704 posteriores ubicados en sitios conocidos bloquean el tiempo a la primera señal 705 de colocación de referencia del dispositivo unitario de colocación. Un cuarto dispositivo 706 unitario de colocación, que está ubicado en un sitio conocido pero que esta fuera del alcance del primer dispositivo 701 unitario de colocación, bloquea el tiempo a la segunda señal 707 de colocación única del dispositivo unitario de colocación. Por lo tanto el sistema permite una transferencia de tiempo en cascada exacta a través de los dispositivos unitarios de colocación intermedios. El receptor 708 de posición recibe las señales 709 de colocación temporalmente sincrónicas que se transmiten por todos los dispositivos unitarios de colocación a la vista 701 , 703, 704 y 706 y posteriormente calcula una solución de posición de un solo punto. Además, el tiempo calculado en el receptor 708 de posición será cronológicamente sincrónico con el reloj 702 de referencia del dispositivo 701 unitario de colocación de referencia. El valor arbitrario de tiempo del reloj 702 de referencia dentro del dispositivo 701 unitario de colocación no es de consecuencia si el usuario solo se interesa por la determinación de la posición. Si el usuario desea el alineamiento del tiempo con la base de tiempo global, entonces el reloj 702 de referencia dentro del dispositivo 701 unitario de colocación de referencia necesita ser orientado a UTC.

Referencia del dispositivo unitario de colocación controlado por la base de tiempo GNSS En el caso de que una señal de satélite WAAS no esté disponible, y el alineamiento a una base de tiempo global sea necesario para la red, se prefiere que el dispositivo unitario de colocación de referencia este orientado a UTC mediante una base de tiempo GNSS. Una base de tiempo GNSS requiere un receptor de posición, colocado en un sitio conocido, para analizar por computadora una solución en el tiempo usando por lo menos un satélite GNSS. La exactitud del tiempo en el orden de los 50 nanosegundos se puede alcanzar usando esta técnica. La exactitud del tiempo relativa entre los dispositivos unitarios de colocación, que están bloqueadas en el tiempo al dispositivo unitario de colocación de referencia, permanecerá en el nivel de los picosegundos.

Soluciones de posición entre las la redes Una pluralidad de transmisores de referencia se puede usar para crear una pluralidad de redes autónomas. Una red autónoma tiene su base de tiempo única, que es generada por el transmisor de referencia. Los receptores de posición que están situados dentro de una red autónoma individual pueden determinar la posición, velocidad, y el tiempo (PVT) usando una solución de posición de un solo punto. El tiempo del receptor de posición se determinará en relación a la base de tiempo de la red (es decir, el reloj del transmisor de referencia) y termina en una solución de posición entre las redes. Los receptores de posición que se ubican en el límite de las redes autónomas, y que reciben señales de colocación del dispositivo unitario de colocación de ambas redes, primero debe distinguirse entre las dos bases de tiempo de la red antes de determinar su posición. Esto puede ser descrito como una solución de la posición entre las redes, y requiere un receptor de posición ambulante para seleccionar primero una base de tiempo individual y aplicar correcciones en el reloj a la segunda base de tiempo antes de analizar por computadora una solución de posición de un solo punto.

En la modalidad preferida, los dispositivos unitarios de colocación también incluyen la información de la identificación de la red (I.D. de la red) en los datos de la red. La I.D. de la red correlaciona la inter-conectividad del tiempo de referencia de los dispositivos de la colocación de unidad, de manera tal que los dispositivos unitarios de colocación y los receptores de posición pueden determinar el origen y el "trazado" metafórico de los datos del reloj de referencia para cada dispositivo unitario de colocación a la vista. Esto permite que un dispositivo unitario de colocación o receptor de posición ubicado en los límites de las dos redes autónomas, determine cuales dispositivos unitarios de colocación están asociados con cada red, y por lo tanto que dispositivos unitarios de colocación requieren la corrección del reloj dentro de los cálculos de posición del receptor de posición ambulante. Cada dispositivo unitario de colocación recibe información de la I.D. de la red a partir de otros dispositivos unitarios de colocación a la vista, y en respuesta genera y transmite su información de I.D de la red a todos los otros dispositivos unitarios de colocación y receptores de posición ambulante a la vista. Ahora con referencia a la figura 8, se representa dos redes autónomas de dispositivos unitarios de colocación 801 & 802. Los dispositivos unitarios de colocación 801-1 , 801-2, y 801-3 se encuentran a la vista uno de otro y se comunican uno con otro a través de las señales de colocación 803-1 , 803-2, y 803-3. Los dispositivos unitarios de colocación 802-1 , 802-2, y 802-3 se encuentran a la vista uno de otro y se comunican uno con otro a través de las señales de colocación 804-1 , 804-2, y 804-3. Un dispositivo unitario de colocación situado cerca del límite de las dos redes 801-3 recibe las señales 804-3 de colocación del dispositivo unitario de colocación de un dispositivo 802-3 unitario de colocación de la red adyacente y mide la diferencia de la base de tiempo, o el desplazamiento del reloj, de la base de tiempo de la red adyacente con respecto a su propia base de tiempo de la red 801. El dispositivo 801-3 unitario de colocación transmite correcciones del reloj a los dispositivos unitarios de colocación 802-1 , 802-2, & 802-3 de la red adyacente en sus datos de red, que se incorpora en su señal de colocación 803-3. Las señales de colocación desde sólo un dispositivo 802-3 unitario de colocación de la red adyacente necesita recibirse por el dispositivo 801-3 unitario de colocación cuando se forma un valor de corrección de la red, como si todos los relojes en una red autónoma fueran coherentes en el tiempo. Además, sólo un dispositivo 801-3 unitario de colocación necesita medir una red adyacente, como sí las correcciones del reloj de la red transmitidas que se envían en los datos de red de su señal 803-3 de colocación, se recibieran y retrasaran a otros dispositivos unitarios de colocación dentro de su propia red 801 , para una transmisión posterior 803-1 & 803-2 a los receptores 805 de posición ambulante. El valor de corrección transmitido, y que se transmite en los datos de red de la señal de colocación 803-3 del dispositivo unitario de colocación 801-3, se recibe por un receptor 805 de posición que se mueve entre las redes 801 & 802. El receptor de posición ambulante aplica las correcciones del reloj de red recibidas desde el dispositivo unitario de colocación 801-3 y posteriormente calcula una solución de posición de un solo punto, que usa todas las señales de colocación del dispositivo unitario de colocación a la vista 803-1 , 803-2, 803-3, y la señal 804-3 de colocación del dispositivo unitario de colocación de red adyacente. Con una solución de posición puntal, individual, se calcula el reloj del receptor 805 de posición ambulante que será coherente en el tiempo con la base de tiempo 801 de la red provista por las correcciones del reloj. Además, el dispositivo 802-3 unitario de colocación de red adyacente también puede recibir las señales 803-3 de colocación del primer dispositivo 801-3 unitario de colocación y medir la diferencia de la base de tiempo de la primera red 801 con respecto a su propia base de tiempo 802 de la red. El dispositivo 802-3 de colocación de red adyacente entonces transmite correcciones del reloj para los dispositivos 801-1 , 801-2, & 801-3 de la colocación de unidad de red adyacente en los datos de red dentro de la señal 804-3 de colocación, permitiendo de esta manera que los receptores 805 de posición ambulantes seleccionen entre las bases de tiempo, si se requiere.

Bloqueo de tiempo de frecuencia múltiple En la modalidad preferida una pluralidad de señales de colocación se transmiten sobre una pluralidad de frecuencias de cada uno de los dispositivos unitarios de colocación. Los receptores de posición posteriormente interpretan la pluralidad de señales de colocación para generar la llamada ruta amplia para la resolución de ambigüedad de ciclo portador entero (AR). Las señales portadoras RF experimentan un retardo en el tiempo mientras pasan a través del transmisor y las partes electrónicas del receptor, conocido como "retardo de grupo". El retardo de grupo puede variar por algunos nanosegundos, dependiendo en la frecuencia y temperatura del ambiente. Por lo tanto, una pluralidad de frecuencias portadoras generadas a partir de un oscilador común y transmitidas a través de la misma trayectoria de transmisor, experimentará retardos de tiempo desiguales debido a las diferencias de frecuencia portadora, y experimentarán además la variación de retardos de tiempo provocados por el cambio de temperatura de las partes electrónicas del transmisor. Esto provoca que las señales de colocación transmitidas no sean coherentes con respecto a la fase. Las señales de colocación no coherentes con la fase inducirán errores en la escala en el procedimiento (AR) de resolución de ambigüedad de ruta amplia. Un dispositivo unitario de colocación puede eliminar el problema de fase no coherente a partir de un transmisor de referencia al transmitir una pluralidad de señales de colocación de frecuencia diversa, las cuales son bloqueadas del tiempo en forma individual a sus señales de colocación de referencia entrantes, respectivas. Un dispositivo unitario de colocación incorpora una pluralidad de relojes de transmisor controlados, capaces de controlar una pluralidad de señales de colocación, que se transmiten en una pluralidad de frecuencias portadoras. El receptor de posición del dispositivo de la colocación de unidad rastrea la pluralidad de señales de colocación de referencia de frecuencia diversa, y también rastrea la pluralidad de señales de colocación esclavas de frecuencia diversa. El dispositivo unitario de colocación bloquea el tiempo de cada señal de colocación de referencia de frecuencia diversa a su señal de colocación esclava de frecuencia diversa, respectiva, de manera que la señal de colocación esclava es sincronizada cronológicamente con el transmisor de referencia. El dispositivo unitario de colocación entonces transmite su pluralidad de señales de colocación de frecuencia diversa, que son coherentes en el tiempo con el retardo de grupo del transmisor de referencia. Con al menos tres dispositivos unitarios de colocación de tiempo bloqueado a la vista, un receptor de posición determina la resolución de ambigüedad (AR) del entero de ruta amplia a partir de cada dispositivo unitario de colocación a la vista. El retardo de grupo del transmisor de referencia ha creado un error en el alcance AR, que es común entre los dispositivos unitarios de colocación de tiempo bloqueado. Por lo tanto el mismo error de alcance inducido por la AR es evidente en cada pseudoalcance del dispositivo unitario de colocación. El receptor de posición interpreta su error de pseudoalcance común como un reloj receptor y elimina el error en el cálculo de posición de un solo punto.

Cuadro de coordenada de red Un prerrequisito para el bloqueo de tiempo es el conocimiento de las posiciones del dispositivo unitario de colocación con respecto a un cuadro de coordenada de referencia. Cualquier cuadro coordinado válido se puede usar, pero en la modalidad preferida el cuadro de coordenada fijo en la tierra y centrado con respecto a la misma (ECEF) se usa, que también es el cuadro de coordenada usado por GPS y WAAS. En la modalidad preferida, los dispositivos unitarios de colocación de auto-estudio de GNSS y/o WAAS, y/o otros dispositivos de colocación para determinar una coordenada ECEF.

Frecuencia de transmisión En la modalidad preferida, los dispositivos unitarios de colocación transmiten en la banda médica (ISM) científica industrial sin licencia de 2.4GHz a 2.48GHz. La banda de 2.4 GHz ISM permite el desarrollo de redes del dispositivo unitario de colocación sin restricciones reguladoras, y sin interferencia de sistemas de navegación comunes tal como GPS. La banda 2.4GHz ISM también permite una anchura de banda de 83.5MHz que se puede usar para proporciones incrementadas de remoción de señales de colocación de espectro amplio de secuencia directa, o el uso de portadores múltiples para la resolución de ambigüedad de ciclo entero de ruta amplia.

Descripción del sistema del dispositivo unitario de colocación En la modalidad preferida, un dispositivo unitario de colocación incorpora un receptor de posición, un transmisor, una unidad de procesamiento central (CPU), y un oscilador común. El receptor de posición incorpora una pluralidad de canales receptores capaces de recibir una pluralidad de señales de colocación, cada una comprendiendo un componente portador, un componente de código PRN y un componente de datos. El transmisor incorpora al menos un generador de portador RF, al menos un generador de código PRN, y al menos un reloj controlado. El CPU comprende medios para interpretar las señales de colocación recibidas por el receptor de posición, medios respondedores para controlar el reloj controlado del transmisor y medios para generar datos de navegación. El oscilador común proporciona una base de tiempo local coherente para todos los componentes del dispositivo unitario de colocación. Ahora con referencia a la figura 9 ahora con referencia a la figura 9 se representa un dispositivo 901 unitario de colocación que incorpora un receptor 902 de posición, un transmisor 903, una unidad de procesamiento central (CPU) 904, y un oscilador común 905. El receptor de posición 902 incorpora una pluralidad de canales 906 de recepción, y el transmisor 903 incorpora uno o más de los generadores 907 del portador, uno o más de los generadores 908 de código, y uno o más de los relojes 909 controlados. El CPU 904 incluye medios para la comunicación 910 del receptor de posición, medios para la comunicación 91 1 del transmisor, y medios para la comunicación 912 de reloj controlado del transmisor.

Receptor de posición del dispositivo unitario de colocación. Un receptor de posición de dispositivo unitario de colocación comprende por lo menos un canal receptor capaz de recibir y desmodular por lo menos una señal de colocación de referencia a partir de un transmisor de referencia, y por lo menos un canal receptor capaz de recibir y desmodular por lo menos una señal de colocación esclava de transmisor co-ubicada. Preferiblemente, un receptor de posición del dispositivo unitario de colocación es capaz de recibir una pluralidad de señales de colocación de referencia para una exactitud e integridad incrementada. El receptor de posición del dispositivo unitario de colocación preferiblemente debe ser capaz de recibir señales de colocación de otros dispositivos unitarios de colocación que se transmiten en la banda 2.4GHz ISM, y las señales de colocación a partir de satélites WAAS y GNSS que se transmiten en las frecuencias de banda L de microondas. Un receptor de posición del dispositivo unitario de colocación rastrea, desmodula e interpreta las señales de colocación que utilizan las mismas metodologías usadas en el diseño del receptor de GPS convencional. El procesamiento y el diseño del receptor GPS, son muy bien conocidos en la técnica no es el objeto que se describan aquí.

Transmisor del dispositivo unitario de colocación Un transmisor de dispositivo unitario de colocación tiene diversas similitudes a un pseudolite de GPS convencional, con un mejoramiento mayor y crítico: un reloj del transmisor controlado. En la modalidad preferida el reloj del transmisor controlado es generado en el dominio digital usando técnicas de síntesis digital directa (DDS). La tecnología DDS produce un oscilador generado digitalmente, que puede ser de frecuencia controlada con una exactitud de los milihertz, permitiendo de esta manera que el reloj del transmisor sea "salvado" precisamente a una señal de referencia de entrada.

El transmisor también incorpora por lo menos un generador del portador de frecuencia de radio RF y por lo menos un generador de código del número pseudoaleatorio (PRN). El generador de portador de RF produce el componente portador que es una onda de frecuencia de radio sinusoidal, preferiblemente transmitida en la banda 2.4GHz ISM, y el generador de código del PRN produce el componente de código, que comprende una secuencia de código única que puede ser distinguida entre otras secuencias de código pseudoaleatorias transmitidas en la misma frecuencia portadora. Una pluralidad de códigos se puede generar en una pluralidad de frecuencias para producir la llamada "ruta amplia", que también permite que una ambigüedad de ciclo entero del portador sea resuelta en un receptor de posición ambulante. En la modalidad preferida los transmisores de dispositivo unitario de colocación son pulsados en un esquema de acceso múltiple de división de tiempo (TDMA), de manera que señales altas de colocación en polvo CDMA no interfieren con las señales de colocación CDMA más débiles transmitidas en la misma frecuencia portadora. Este fenómeno es conocido como el "problema cercano/lejano" y también es conocido en la técnica.

Unidad de procesamiento central del dispositivo unitario de colocación. El CPU del dispositivo unitario de colocación comprende: a) Medios para determinar la posición común del dispositivo unitario de colocación.

La determinación de la posición se puede lograr a través del auto-estudio o a través de la inicialización manual. El auto-estudio requiere que el dispositivo unitario de colocación se encuentre a la vista de por lo menos otros cuatro dispositivos unitarios de colocación de referencia para determinar una solución de posición, puntal, individual, tridimensional, o alternativamente, un dispositivo unitario de colocación puede estar a la vista de al menos tres satélites GNSS más por lo menos un dispositivo unitario de colocación de referencia. En esta modalidad el dispositivo unitario de colocación de referencia suministra ambas correcciones diferenciales del código y del portador para todos los satélites GNSS a la vista al dispositivo unitario de colocación. El dispositivo unitario de colocación entonces calcula una posición exacta en relación al dispositivo unitario de colocación de referencia. La inicialización manual es alcanzada al colocar el dispositivo unitario de colocación en un sitio predeterminado e ingresar manualmente los valores de las coordenadas geográficas en la memoria del dispositivo unitario de colocación. En la modalidad preferida un primer dispositivo unitario de colocación es inicializado manualmente usando coordenadas precisamente conocidas, posteriormente con dispositivos unitarios de colocación subsecuentes de auto-prueba de satélites GNSS y el primer dispositivo unitario de colocación- b) Medios para iniciar una búsqueda de señal de referencia mediante el receptor de posición.

Todos los canales del receptor de posición se establecen para buscar cualquier señal de colocación de referencia a la vista. c) Medios para adquirir por lo menos una señal de colocación de referencia y extraer tiempo de red y datos de red a partir del componente de datos de navegación. d) Medios para determinar el retardo de propagación de señal a partir del transmisor de referencia al dispositivo unitario de colocación. Las coordenadas de posición del transmisor de referencia primero se extraen de los datos de navegación de la señal de colocación de referencia, y se comparan con el sitio del dispositivo unitario de colocación conocido. La distancia geométrica analizada por computadora entre el transmisor de referencia y el dispositivo unitario de colocación se convierte en un desplazamiento de tiempo de vuelo. e) Medios para ¡nicializar el generador de código de transmisor subordinado con un código único de PRN apropiado. f) Medios para generar y pasar el tiempo de red apropiado y datos de red al transmisor, que son transmitidos como el componente de datos de navegación en la señal de colocación esclava. Los datos de navegación se modulan en el código de PRN generado por el transmisor, que es posteriormente modulado en el portador de RF generado por el transmisor. Los datos de navegación incluyen información de tiempo por semana, ubicación del dispositivo unitario de colocación, y otros datos de la red tal como el sitio y el estado de otros satélites GNSS y dispositivos unitarios de colocación. g) Medios para aplicar el desplazamiento del tiempo de vuelo calculada e inicializar el transmisor subordinado para acercarse al tiempo y frecuencia de la red. h) Medios para iniciar el receptor de posición para buscar la señal de colocación esclava. i) Medios para adquirir la señal de colocación esclava y aplicar un bucle de control para obtener coherencia de frecuencia entre las señales de colocación de referencia y esclava. El CPU mide la diferencia de fase portadora integrada instantánea (ICP) de las señales de colocación de referencia y esclava y aplica un bucle de control conocida como "bucle de bloqueo de tiempo (TLL"). La salida del TLL aplica valores de corrección al reloj transmisor controlado, a fin de obtener la diferencia de cero del ICP. j) Medios para extraer el tiempo del subordinado transmitido desde el componente de los datos de navegación de la señal de colocación esclava y determinar la diferencia de tiempo entre la señal de colocación de referencia y la señal de colocación esclava. k) Medios para rotar el tiempo del reloj del transmisor controlado de la cantidad requisito a cero de la diferencia de tiempo entre la señal de colocación de referencia y la señal de colocación esclava, de tal manera que la señal de colocación esclava es alineada cronológicamente con el tiempo del transmisor de referencia. I) Medios para declarar el estado del bloqueo de tiempo.

Oscilador común El oscilador común proporciona una base de tiempo local coherente para todos los componentes del dispositivo unitario de colocación. En particular, el mismo oscilador se usa para accionar el receptor de posición, el CPU, y el reloj del transmisor controlado. Una base de tiempo local coherente permite rastrear la frecuencia de bucle abierto de la señal de colocación de referencia recibida usando el llamado sistema de rastreo de frecuencia (FTS). Con el FTS el desplazamiento de la frecuencia de señal de colocación de referencia recibida, como se mide por el receptor dé posición del dispositivo unitario de colocación, se alimenta directamente al reloj del transmisor controlado del dispositivo unitario de colocación. El reloj del transmisor controlado simplemente emula el valor de desplazamiento de frecuencia de la señal de colocación de referencia de entrada, eliminando de esta manera el término del oscilador común y manteniendo el bloqueo de frecuencia de referencia/esclava entre las señales de colocación de referencia y esclava. El FTS ayuda en el ajuste de la adquisición y tiempo de la señal de colocación esclava.

Descripción del sistema móvil Un receptor de posición ambulante preferiblemente comprende una pluralidad de canales receptores que son capaces de recibir e interpretar señales de colocación a partir de dispositivos unitarios de colocación, que son preferiblemente transmitidos en la banda 2.4GHz ISM. El receptor de posición ambulante también es preferiblemente capaz de recibir e interpretar las señales de colocación de los satélites GNSS y WAAS que transmiten en las frecuencias de banda L. El receptor de posición ambulante preferiblemente es capaz de desmodular los datos de la red que incorpora los datos de navegación de todas las señales de colocación a la vista. Esto permite la determinación del tiempo de red del dispositivo unitario de colocación, tiempo GNSS, sitios del dispositivo unitario de colocación, sitios de satélite, y otros datos de red y GNSS. En el tiempo de la red de la modalidad preferida se deriva del tiempo GNSS a través de los satélites WAAS, con lo cual el tiempo de red y el tiempo GNSS se hacen coherentes con respecto al tiempo. Un receptor de posición ambulante también preferiblemente incorpora medios para hacer mediciones pseudoalcance basadas en el código para cada señal de colocación a la vista, medios para hacer mediciones de fase portadora para cada señal de colocación a la vista, y medios para resolver la posición, velocidad y tiempo (PVT) usando la determinación de posición de un solo punto. La determinación de posición puntal individual se puede realizar al usar una solución de posición GPS convencional, que generalmente es de una forma de una regresión por mínimos cuadrados que es muy bien conocida en la técnica. Preferiblemente el receptor de posición ambulante incorpora medios para determinar la ambigüedad del ciclo entero. En la modalidad preferida, la ambigüedad del ciclo entero se resuelve usando técnicas de ruta amplia. Una vez que la ambigüedad del ciclo entero se resuelve, un pseudoalcance de fase portadora preciso se determina a partir del receptor de posición ambulante al dispositivo unitario de colocación. El pseudoalcance del portador comprende un número entero de ciclos portadores (el componente del entero) más una cantidad de ciclo portador en fracción (componente en fracción o componente de fase), y se termina un pseudoalcance debido al desplazamiento del reloj receptor de la posición desconocida. Los dispositivos unitarios de colocación de tiempo bloqueado exhiben una coherencia del tiempo de los diez picosegundos, con lo cual se permite que una solución de posición de un solo punto se forme a partir de los pseudoalcances del portador preciso sin la necesidad de corrección diferencial. Un receptor de posición rastrea, desmodula, e interpreta las señales de colocación generadas por una red de los dispositivos unitarios de colocación de tiempo bloqueado, que utiliza la misma metodología usada en el diseño del receptor de GPS convencional. El procesamiento y diseño del receptor de GPS, así como la resolución de ambigüedad de ruta amplia, que se conocen muy bien la técnica y no es el objeto describirlos aquí.

Por supuesto se entenderá que mientras lo anterior se proporciona a manera de ejemplo ilustrativo de esta invención, estas y otras modificaciones y variaciones a esto, como será obvio para aquellos con experiencia en la técnica, se considera se encuentran dentro del amplio alcance y ámbito de esta invención, como se establece en la presente.

Claims

63 NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES 1.- Un método de sincronización en forma cronológica de una señal de colocación única generada por un dispositivo unitario de colocación en un sitio conocido con por lo menos un transmisor de referencia que genera una señal de colocación de referencia en un sitio conocido, el método comprende el dispositivo unitario de colocación: a) recibir e interpretar dicha señal de colocación de referencia; b) obtener un retardo de propagación de señal de colocación de referencia entre el transmisor de referencia y el dispositivo unitario de colocación, c) generar y transmitir una señal de colocación única; d) recibir e interpretar la señal de colocación única transmitida en la etapa (c); e) comparar la señal de colocación de referencia recibida e interpretada y la señal de colocación única recibida e interpretada de la etapa (d) para deducir una diferencia de transmisión; y f) ajustar continuamente la generación de la señal de colocación única de la etapa (c) a través de: i) la diferencia de transmisión deducida; y ii) el retardo de la propagación de la señal de colocación de referencia de tal manera que la señal de colocación única es sincronizada cronológicamente a la base de tiempo del transmisor de referencia. 2.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la señal de colocación única ajustada y 64 generada de la etapa (f) funciona como una señal de colocación de referencia para otros dispositivos unitarios de colocación. 3. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la diferencia de transmisión deducida incluye la comparación de las medicipnes de fase portadora integrada, determinadas de los componentes portadores de la señal de colocación de referencia y de la señal de colocación única para determinar una diferencia de frecuencia portadora. 4. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la diferencia de transmisión deducida incluye la comparación de los componentes de datos de navegación de la señal de colocación de referencia y la señal de colocación única para determinar una diferencia de tiempo de transmisión. 5. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la diferencia de transmisión deducida incluye la comparación de las mediciones de pseudoalcance determinadas a partir de los componentes de código pseudoaleatorios de la señal de colocación de referencia y dicha señal de colocación única para determinar una diferencia de pseudoalcance de código pseudoaleatorio. 6.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la comparación de la etapa (e) incluye la comparación de las mediciones de fase portadora instantáneas determinadas a partir de los componentes portadores de la señal de colocación de 65 referencia y la señal de colocación única para determinar una diferencia de fase portadora instantánea. 7. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque por lo menos un transmisor de referencia incluye dispositivos unitarios de colocación, satélites del sistema de aumento de área amplia, satélites del sistema satelital de navegación global, pseudolites, o cualquier otra señal, que incorpora información de cronometración. 8. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el retardo de la propagación de la señal de la etapa (b) se obtiene al interpretar el sitio conocido del transmisor de referencia contenido en la señal de colocación de referencia, y el sitio conocido del dispositivo de la colocación de unidad contenido en la señal de colocación única. 9.- Un dispositivo unitario de colocación para sincronizar cronológicamente una señal de colocación única generada en el sitio conocido con por lo menos un transmisor de referencia que genera una señal de colocación de referencia en un sitio conocido, el dispositivo comprende: a) medios para recibir e interpretar la señal de colocación de referencia; b) medios para obtener un retardo de propagación de la señal de colocación de referencia entre el transmisor de referencia y el dispositivo unitario de colocación; c) medios para generar y transmitir la señal de colocación única; d) medios para recibir e interpretar la señal de colocación única transmitida en 66 la etapa (c); e) medios para comparar la señal de colocación de referencia recibida y la señal de colocación única recibida de la etapa (d) para deducir una diferencia de transmisión; y f) medios para ajusfar continuamente la generación de la señal de colocación única de la etapa (c) mediante: i) la diferencia de transmisión d deducida; y ii) el retardo de propagación de la señal de colocación de referencia, de tal manera que la señal de colocación única es sincronizada cronológicamente a la base de tiempo del transmisor de referencia. 10.- El dispositivo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque los medios de recepción e interpretación de (a) anteriores están configurados para recibir señales de colocación únicas transmitidas por otros dispositivos unitarios de colocación y usando las señales de colocación únicas recibidas transmitidas por otros dispositivos unitarios de colocación como la señal de colocación de referencia. 1 1.- El dispositivo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque los medios para realizar la comparación incluyen medios de comparación de mediciones de fase portadora integrados determinados a partir de componentes portadores de la señal de colocación de referencia y la señal de colocación única para determinar una diferencia de frecuencia portadora. 12.- El dispositivo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque los medios para comparar incluyen medios para comparar los componentes de datos de navegación de la señal de colocación 67 de referencia y la señal de colocación única para determinar una diferencia de tiempo de transmisión. 13. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque los medios para comparar incluyen medios de comparación de mediciones de pseudoalcance determinadas a partir de componentes de códigos pseudoaleatorios de la señal de colocación de referencia y la señal de colocación única para determinar una diferencia de pseudoalcance de códigos pseudoaleatorios. 14. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque los medios de comparación incluyen medios para comparar mediciones de fase portadora instantáneas determinadas a partir de componentes portadores de la señal de colocación de referencia y la señal de colocación única para determinar una diferencia de fase portadora instantánea. 15.- El dispositivo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque por lo menos un transmisor de referencia incluye un dispositivo unitario de colocación, satélites de sistema de aumento de área amplia, satélites de sistema satelital de navegación global, pseudolites, y cualquier otra señal que incorpora información de cronometración. 16.- El dispositivo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque los medios de obtención incluyen medios para identificar el sitio conocido del transmisor de referencia contenido en la señal 68 de colocación de referencia, y medios para identificar el sitio conocido del dispositivo unitario de colocación contenido en la señal de colocación única, para calcular el retardo de propagación de la señal de la etapa de (b). 17. - Un sistema configurado para determinar la posición de un receptor de posición ambulante, que comprende: a) por lo menos un transmisor de referencia en un sitio conocido configurado para generar y transmitir señales de colocación de referencia; b) dispositivos unitarios de colocación en sitios conocidos, cada dispositivo unitario de colocación comprende: i) medios para recibir señales transmitidas por ambos o cualquiera de dichos por lo menos un transmisor de referencia y los dispositivos unitarios de colocación; ii) medios para interpretar dichas señales recibidas y en respuesta generar una señal de colocación única que esta sincronizada con el transmisor de referencia; y iii) medios para transmitir la señal de colocación única; c) el receptor de posición ambulante configurado para recibir las señales de colocación únicas, y posteriormente calcular una solución de posición de un solo punto. 18. - El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque las señales de colocación únicas tienen coherencia de frecuencia con las señales recibidas, y coherencia cronológica con la base de tiempo del transmisor de referencia. 19. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque por lo menos un transmisor de referencia incluye uno o más de los dispositivos unitarios de colocación, satélites de 69 sistema de aumento de área amplia, satélites de sistema satelital de navegación global, pseudolites, y cualquier otra señal que incorpora información de cronometración. 20. - El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque las señales de colocación únicas incluyen un componente portador, un componente de código seudo-aleatorio y un componente de datos, y en donde el receptor de posición ambulante determina las determinaciones de la posición de un solo punto del código seudo-aleatorio para cada uno de los componentes de código seudo-aleatorio recibidos y componentes de datos. 21. - El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque las señales de colocación únicas incluyen un componente portador, un componente de código seudo-aleatorio y un componente de datos, y en donde el receptor de posición ambulante determina las determinaciones de posición de un solo punto del portador para cada uno de los componentes del portador recibidos. 22. - Para la ubicación, un método para generar coherencia de frecuencia entre una señal de colocación de referencia recibida y una señal de colocación única generada y transmitida, el método comprende: a) desplegar un dispositivo unitario de colocación que comprende: i) medios para recibir dicha señal de colocación de referencia; ii) medios para generar una señal de colocación única; iii) medios para ajusfar la señal de colocación única con un reloj controlable de frecuencia; iv) medios para suministrar una señal de 70 oscilador común para los medios receptores y el reloj controlable de frecuencia; v) medios para transmitir la señal de colocación única; b) recibir la señal de colocación de referencia y medir el desplazamiento de frecuencia en relación al oscilador común; g) generar la señal de colocación única; d) ajustar la señal de colocación única al aplicar el desplazamiento de frecuencia medido al reloj controlable de frecuencia, el reloj controlable referenciado a dicho oscilador común; e) transmitir una señal de colocación única, de manera tal que la frecuencia de la señal de colocación única transmitida este alineada con la frecuencia de la señal de colocación de referencia. 23.- El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el reloj controlable de frecuencia se ajusta por un desplazamiento de frecuencia adicional durante un período de tiempo predeterminado para ajustar cronológicamente la señal de colocación única. 24.- Un dispositivo unitario de colocación para generar coherencia de frecuencia entre una señal de colocación de referencia recibida y una señal de colocación única generada y transmitida, el dispositivo comprende: a) medios configurados para recibir la señal de colocación de referencia y medir su desplazamiento de frecuencia en relación a un oscilador; b) medios configurados para generar la señal de colocación única; c) medios configurados para ajustar la señal de colocación única con un reloj controlable de frecuencia, referido al oscilador, y en respuesta al desplazamiento de frecuencia; d) medios para transmitir la señal de colocación única. 71 25. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque el reloj controlable de frecuencia además se configura para responder a un desplazamiento de frecuencia adicional aplicada durante un periodo de tiempo predeterminado para rotar cronológicamente la señal de colocación única. 26. - En un receptor de posición ambulante, un método para determinar y corregir la diferencia en la base de tiempo de las redes de colocación autónomas adyacentes, cada red comprendiendo una pluralidad de dispositivos unitarios de colocación en posiciones conocidas sincronizadas a la base de tiempo de referencia local, el método comprende: a) dispositivos unitarios de colocación de una primera red de colocación autónoma que recibe señales a partir de los dispositivos unitarios de colocación de una segunda red de colocación autónoma adyacente, medir la diferencia de base de tiempo con respecto a la primera base de tiempo de la red de colocación autónoma, y en respuesta calcular una corrección del reloj; b) dispositivos unitarios de colocación a partir de la primera red de colocación autónoma que posteriormente transmite la corrección del reloj calculada dentro de la porción de datos de la red de las señales de colocación únicas de las primeras redes de colocación autónoma transmitidas; c) un receptor de posición ambulante que está ubicado en un área donde recibe señales desde los dispositivos unitarios de colocación dentro de ambas redes, aplicando dichas correcciones del reloj calculadas a dichas señales a partir de una colocación de unidad de una segunda red de colocación autónoma adyacente antes de calcular una 72 solución de posición de un solo punto, de tal manera que las señales de las redes sincronizadas a diferentes bases de tiempo de referencia locales se pueden usar para una solución de posición. 27. - Para la ubicación, un sistema para crear soluciones de resolución de ambigüedad de ruta amplia de un solo punto, el sistema comprende: a) por lo menos un transmisor de referencia en un sitio conocido configurado para generar y transmitir una pluralidad de señales de colocación en una pluralidad de frecuencias; b) dispositivos unitarios de colocación en sitios conocidos, cada dispositivo unitario de colocación comprende: i) medios para recibir señales transmitidas por ambos o cualquiera de por lo menos un transmisor de referencia y dispositivos unitarios de colocación; ii) medios para interpretar dichas señales recibidas y en respuesta generar señales de colocación únicas que corresponden en una pluralidad de frecuencias que son sincronizadas a las señales recibidas; y; iii) medios para transmitir las señales de colocación únicas correspondientes generas; c) un receptor de posición ambulante configurado para resolver la ambigüedad de fase portadora de ruta amplia y posteriormente calcular una solución de posición de un solo punto. 28. - El sistema de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque por lo menos un transmisor de referencia en un sitio conocido es . configurado para generar y transmitir una pluralidad de señales de colocación no coherentes en una pluralidad de frecuencias. 29. - El sistema de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque se configuran medios para calcular un 73 desplazamiento de retardo de propagación entre por lo menos un transmisor de referencia y los dispositivos unitarios de colocación y posteriormente ajustar las señales de colocación únicas correspondientes, generadas por el desplazamiento del retardo de propagación calculada.