NO300248B1 - Fremgangsmåte og system for dobbelsatellittnavigasjon - Google Patents

Description

Teknisk område

Denne oppfinnelse angår bestemmelse av et objekts posisjon ved hjelp av satellitter. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en ny og forbedret fremgangsmåte og et tilordnet system for bestemmelse av posisjonen av mobile kjøretøyer ved å bygge på tidsfor-sinkelsene mellom utsendte signaler som følger forskjellig vei til det mobile objekts posisjon.

Bakorunnsteknikken

Innenfor mobilkjøretøyteknikken er det et utstrakt behov for å kunne bestemme kjøretøyers posisjon. En type industri hvor slik informasjon er særlig ønskelig er den kommersielle transportindustri, særlig innenfor veitransport. Det er et stort behov for å vite nøyaktig og på en effektiv måte hvor hvert enkelt kjøretøy til enhver tid befinner seg. Hvis slik informasjon er lett tilgjengelig og pålitelig, vil transportsentralen få en rekke fordeler, bl.a. kan kundene til enhver tid opplyses om hvor et kjøre-tøy befinner seg, hvilken rute det følger og når det forventes ankommet. Videre kan transportsentralen ut fra informasjonen om det enkelte kjøretøys posisjon sammen med empiriske data over effektiviteten innenfor de valgte ruter, finne de mest gunstige ruter og prosedyrer.

Hittil er informasjon vedrørende kjøretøyenes posisjon blitt sendt inn til sentralen av sjåførene via telefon, når de har ankommet bestemmelsesstedet eller fra stoppesteder under veis. Disse meddelelser er sjelden fullt ut tilfredsstillende, siden de bare kan finne sted når sjåføren er kommet frem eller har nådd et stoppested og kan ta seg tid til å ta en telefonsamtale med sentralen. Rapportene er også ganske kostbare for transportselskapet, siden de innebærer en ofte unødvendig pause for det kjøre-tøy som fører verdifull last. Denne unødvendige eller ekstra del av sjåførens pause går da med til å utferdige posisjonsrapporten, sjåføren må ta kjøretøyet ut fra ruten, finne en telefon som kan benyttes for å ringe inn til basen, og det trengs tid for å over-føre rapporten. Slik rapportering gir også rom for feil og unøy-aktigheter, f.eks. kan sjåføren gi ukorrekt informasjon om hvor kjøretøy og sjåfør faktisk befinner seg, eller rapporten kan inneha unøyaktige tidsanslag både for ankomst og avreise. Slike unøyaktig-heter kan være utilsiktede eller tilsiktede.

I dag benytter den kommersielle transportindustri fleksible, mobile kommunikasjonsstasjoner for bruk i veigående kjøretøyer. Stasjonene er innrettet for toveis samband mellom en transportstasjon og kjøretøyet. Typisk skjer kommunikasjonen via satellitt mellom kjøretøy og en sambandssentral, og transportselskapet er tilkoplet denne med konvensjonelle kommunikasjonsmidler, så som via telefonlinjer.

Anvendelse av radiokommunikasjon for hver mobil stasjon for å kunne bestemme kjøretøyers posisjon gir ganske store fordeler til transportselskapet. Posisjonsrapporter vil ikke lenger behøve å være ved vilkårlige tidspunkter, siden hovedstasjonen vil kunne kalle opp og få avgitt rapport når som helst. Heller ikke behøver sjåføren vente til etter å ha stanset kjøretøyet for å kunne over-føre sin melding, og følgelig blir det ingen ekstra dødtid, siden eventuelle rapporter kan overføres mens kjøretøyet er i full fart på landeveien. Nøyaktigheten ved posisjonsbestemmelsene blir også bedre, siden transportsentralen så å si umiddelbart vil kunne sikre seg tilstrekkelig informasjon fra sjåføren til å få angitt nøyaktig posisjon ved riktig tidspunkt.

Hittil har imidlertid de rene fremgangsmåter for bestemmelse av objekters posisjon vært relativt unøyaktige og krevet kostbar og komplisert utrustning. En slik metode er beskrevet i US patent 4 161 730, metoden tilbyr posisjonsanslag med tidvis nøyaktige posisjonsoppdateringer. Nøyaktigheten av posisjonsan-slaget vil være avhengig av nøyaktigheten av en referanseoscillator, dennes basisnøyaktighet kan være i størrelsesordenen 1:10"<10>, idet referanseoscillatoren er anordnet i det objekt som posisjonen skal bestemmes for. Metoden forutsetter også bruk av høypresise referanseoscillatorer (atomklokker) oppe i satellittene som kan være GOES-satellitter, og oscillatorene må derfor i tillegg være spesifiserte for bruk i romfarkoster.

En annen velkjent måte å bestemme et objekts posisjon på jordoverflaten på, er ved å anvende et konvensjonelt LORAN-C-system. I et slikt system har hver mobil enhet et LORAN-C-apparat som typisk omfatter en antenne og en posisjonssensor med tilhørende prosessor. LORAN-C-signalene mottas av mobilenheten hvor signalene blir prosessert, og den endelige posisjon blir bestemt på stedet og overført til en fast stasjon.

På denne bakgrunn er det et mål for den foreliggende oppfinnelse å komme frem til en ny og forbedret fremgangsmåte for objektposisjonering som et supplement til et satellittkommunika-sjonssystem.

Det er et annet mål med oppfinnelsen å komme frem til en ny og forbedret fremgangsmåte for objektposisjonsbestemmelse og hvis nøyaktighet ikke krever uavhengige og høypresise taktstyre-apparater, hverken i systemets satellitter eller i det objekt hvis posisjon skal bestemmes.

Det er nok et mål for oppfinnelsen å innføre en ny til-nærmelse til å kunne bestemme tidsintervaller (og følgelig avstand) uten å basere seg på anvendelse av en absolutt taktgiver eller "tidsbasis" i et kjøretøy, dette er i kontrast til de metoder som forutsettes i henhold til US patent nr. 4 161 730.

Det er et ytterligere mål med oppfinnelsen å kunne innføre anvendelse av standardiserte satellitt-transpondere ("payloads" ) for å kunne bestemme kjøretøyers posisjoner. Slike kommunikasjons-transpondere, som benyttes i de aller fleste kommunikasjonssatel-litter er tilstrekkelige for å kunne relevidereføre signaler for posisjonsbestemmelse av kjøretøyer. Spesielle tids- og frekvens-standarder i satellitten er ikke nødvendige. Det er bare påkrevet å kjenne transpondernes karakteristikk.

Det er videre et mål med den foreliggende oppfinnelse å komme frem til en ny og forbedret fremgangsmåte for kjøre-tøysposisjonering og hvor det ikke forutsettes tidsbruk som må anses som dødtid.

Endelig er det et mål med oppfinnelsen å frembringe en ny og forbedret fremgangsmåte for kjøretøysbestemmelse og hvor transportselskapet, hvis kjøretøyers posisjon skal bestemmes, kan få informasjon om hvert enkelt kjøretøys nøyaktige posisjon når som helst og uten å være avhengig av at kjøretøyenes sjåfører fra tid til annen sender inn rapport om posisjon og rute.

Disse mål søkes oppnådd ved at det er skaffet tilveie en fremgangsmåte for bestemmelse av posisjonen av et objekt i et referansekoordinatsystem (x,y,z) ved anvendelse av en fast beliggende jordstasjon og flere satellitter i en bane utenfor jorden, hvor posisjonene av den fast beliggende jordstasjon og satellittene er kjent i forhold til koordinatsystemet og i forhold til et referansepunkt, og hvor avstandene fra jordstasjonen og til satellittene også er kjent. Denne fremgangsmåte er særlig kjennetegnet ved de trekk som fremgår av det selvstendige hovedpatentkrav, krav 1 i det kravsett som er satt opp etter hoveddelen av denne beskrivelse. En variant av fremgangsmåten er videre satt opp i det selvstendige patentkrav 17, og ytterligere særegenheter ved disse fremgangsmåter vil fremgå av disse selvstendige patentkravs tilknyttede underkrav. Endelig er det skaffet tilveie et system for bestemmelse av posisjonen av et objekt i et jordkoordinatsystem hvis origo er lagt til jordens midte, hvilket system omfatter en fast beliggende jordstasjon med kjent posisjon og flere satellitter hvis posisjon også er kjent og som er i bane utenfor jorden, og hvor også avstanden mellom jordstasjonen og hver av satellittene er kjent. Systemets egenart vil fremgå av patentkravene 22 - 25.

Kort gjennomgåelse av oppfinnelsen

Denne oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for å bestemme et objekts posisjon, og til grunn for oppfinnelsen ligger den såkalte trilaterasjonsteori, kjent fra landmåling. Med trilaterasjon forstår man det prinsipp at hvis posisjonen av tre objekter er kjent i forhold til hverandre og avstanden fra hvert av de tre objekter til et fjerde objekt også er kjent, kan den tredimensjonale posisjon av det fjerde objekt bestemmes innenfor et koordinatsystem som også gjelder for posisjonen av de første tre objekter med kjent posisjon.

Oppfinnelsen benytter dette kjente prinsipp ved først å legge ett av de tre kjente, faste objekter i jordens sentrum. Siden det objekt hvis posisjon skal bestemmes, typisk et kjøretøy, vil bevege seg på jordoverflaten, kan standardiserte geodetiske globale modeller som er tilgjengelige, benyttes for å bestemme avstanden fra jordens sentrum til en vilkårlig geografisk lengde og bredde på jordoverflaten. Det andre og tredje objekt er to jordbanesatellitter av reletypen (repeater-satellitter) og hvis posisjon i jordkoordinater er kjente eller kan finnes til enhver tid. Avstanden fra hver av satellittene til objektet hvis posisjon skal bestemmes kan følgelig også finnes. Når avstanden fra hver av satellittene til objektet er kjent og man kjenner avstanden fra objektet til jordens sentrum, dvs. jordradien, kan romkoordinatene for objektet bestemmes og overføres til lengde- og bredde-grad på jordoverflaten.

Oppfinnelsens fremgangsmåte kan anvendes for først å bestemme posisjonen av de to jordbanesatellitter i hvert jordkoordinatsystem ved hjelp av trilaterasjon. Som omtalt, kan satellittene bestemmes i jordkoordinatene hvis avstanden fra dem til tre faste steder er kjent. Disse tre faste steder er tre observasjonsstasjoner på jordoverflaten og hvis nøyaktige posisjon er kjent som jordkoordinater, og samtlige stasjoner har samme type kommunikasjonsutrustning, denne type utrustning har også kjøre-tøyene (de fjerde objekter). Avstanden fra satellittene til de faste observasjonsstasjoner bestemmes ved først å bestemme utbredelsestiden av radiosignalene som sendes ut fra og mottas av stasjonene via satellittene. Ut fra utbredelsestidene kan avstanden, som signalene har gått, beregnes. Når så avstandene er bestemt, kan de enkelte satellittposisjoner bestemmes i forhold til jordkoordinater (innbefattet høyden over jordoverflaten).

Oppfinnelsens fremgangsmåte benyttes hovedsakelig for å bestemme posisjonen av et objekt på jordoverflaten. Ved dette aspekt av oppfinnelsen bestemmes avstanden fra hver av de to satellitter til objektet, og på ny beregnes avstandene ut fra den utbredelsestid som radiosignalene trenger.

I nærmere detalj skjer dette ved at en fast jordstasjon kontinuerlig sender ut to radiosignaler, hvert med identisk og periodisk bærebølgemodulasjon, via satellittene til det objekt som skal lokaliseres. Objektet er typisk en mobilenhet eller et kjøretøy med en mobilradiostasjon. Den faste jordstasjons signaler, utsendt til objektet vil i denne sammenheng kalles foroversignaler eller foroverlinksignaler, idet signaloverføringen jo skjer via satellittene i en radiolinkoverføring. Objektet mottar kontinuerlig disse periodiske foroversignaler og måler hvor stor faseforskyvning det til enhver tid er mellom bærebølgesignalene fra hver av satellittene. Faseforskjellen skyldes naturligvis at det ene foroversignal har en noe lengre vei å tilbakelegge via den ene satellitt enn det andre. Objektet sender tilbake et retursignal eller returlinksignal etter en bestemt tidsforsinkelse og hvor størrelsen av denne ikke er viktig eller behøver være kjent. Retursignalet inneholder informasjon vedrørende den målte faseforskyvning. Retursignalet sendes tilbake langs samme vei som foroversignalet via den første satellitt, til den faste jordstasjon.

Ved å overvåke det mottatte periodiske bærebølgesignal via den første satellitt, kan objektet utføre funksjoner som innebærer at objektets egen referanseoscillator eller -klokke låses til den periodisitet som mottas fra jordstasjonen via satellitten. Objektets referanseoscillator (i det følgende kalt klokke) vil derfor være noe tidsforskjøvet i forhold til jordstasjonens utsendte signal ved utsendelsestidspunktet, på grunn av tidsforsinkelsen via satellitten. Objektet sender derfor ut den observerte forskjell mellom de to mottatte klokkesignaler via hver av satellittene, idet dette startes et eller annet bestemt tidspunkt. Jordstasjonen mottar retursignalet via den første satellitt når dette kommer tilbake, men registrerer at ankomsten av en melding som starter med det bestemte periodeidentifikasjonstall eller en bestemt kode, er ankommet senere enn den aktuelle periode som ble sendt ut med foroversignalene. Størrelsen av forsinkelsen tolkes som den såkalte aktuelle totale utbredelsestid frem og tilbake (IRTD: "instantaneous round trip delay") for signaler som følger en vei fra den faste jordstasjon til objektet og tilbake via den første satellitt.

Foroversignalets utbredelses- eller gangtid endrer seg naturligvis når objektet endrer posisjon. Siden objektets standard-klokke er låst til det mottatte foroversignal, vil standardklokkens tidsreferanse endre seg sammen med endringen i utbredelsestid. Posisjonsbestemmelser for objektet ved et eller annet vilkårlig tidspunkt i fremtiden vil derfor ikke forstyrres selv om objektet har beveget seg i mellomtiden, etterat den posisjonsbestemmende sending fra jordstasjonen fant sted. Objektet behøver bare å utføre en rett-tidig måling av tidsforskjellen mellom de to periodiske signaler like før utsendelsen av de aktuelle data til den faste jordstasjon.

Det skal bemerkes at det ikke er noen aktivitet med hensyn til markering av forløpt tid ved anvendelse av tidsmarkører slik som andre oppfinnelser innebærer. Foroversignalet markeres ikke av noen operasjon i den faste jordstasjon like før utsendelsen fra denne, heller ikke når signalet ankommer objektet, og heller ikke like før utsendelse av et retursignal fra objektet finner noen slik operasjon sted. Faseforskjellen (offset) mellom de to foroversignaler slik denne forskjell mottas av objektet, er heller ikke markert i forhold til noen kjent absolutt tidsreferanse eller klokke, siden den bare bestemmes i forhold til objektets lokale klokke som til enhver tid følger bevegelsen av kjøretøyet og ligger under kommando via satellittoverføringen, hvorved kjøretøyet til enhver tid følges av satellitten i sin rombane. Den faste jordstasjon utfører bare sammenlikning mellom en bevegelig, mottatt klokketid og. sin egen faste klokketid fra referanseklokken for å komme frem til den aktuelle og gjeldende totaltid for signalet, frem og tilbake.

Når en forsinkelse som denne utbredelsestid representerer er kjent, sammen med utbredelseshastigheten for radiosignalet og avstanden fra den faste jordstasjon til den første satellitt, kan avstanden fra denne til objektet beregnes. Avstanden fra objektet til den andre satellitt beregnes ut fra faseforskjellen i foroversignalet målt ved objektet, den totale utbredelsestid frem og tilbake via den første satellitt, den kjente utbredelseshastighet for radiosignalet og avstanden fra den andre satellitt til den faste jordstasjon. Følgelig kan oppfinnelsens fremgangsmåte brukes til å beregne avstanden fra hver av satellittene til objektet hvis posisjon skal bestemmes. Med satellittposisjonene kjent i forhold til jordens sentrum og avstandene fra de enkelte satellitter kjent i forhold til det objekt hvis posisjon skal bestemmes, kan trilaterasjon utføres for å bestemme den riktige objektposisjon i forhold til jordens sentrum og satellittene.

I den foreliggende oppfinnelse tjener en mobilradiostasjon som mottaker og sender i det objekt hvis posisjon skal bestemmes (det fjerde objekt, kjøretøyet). En fast jordstasjon står i forbin-delse med den mobile radiostasjon via en første eller primær satellitt. I et aktuelt tilfelle vil det være en transportorganisasjons basisstasjon eller hovedsentral som ønsker informasjonen som fremgangsmåten kan tilveiebringe, basisstasjonen står derfor i forbin-delse med den faste jordstasjon og følgelig også med mobilradio-stasjonene. Den typiske situasjon er at det er transportselskapets basisstasjon som iverksetter en bestemmelse av et kjøretøys posisjon. Imidlertid kan kjøretøyets egen mobilradiostasjon selv utføre en posisjonsbestemmelse via samme system, et slik tilfelle er når en tilhenger frigjøres fra trekkvognen for plassering et bestemt sted langs ruten, dette sted ønskes overført til transportselskapets hovedsentral. Når man har et system slik som oppfinnelsens, vil en meget nøyaktig og rask posisjonsangivelse kunne finne sted, og dette uten at sjåføren behøver bruke unødvendig tid, slik at dødtid spares.

Oppfinnelsen legger til rette for bestemmelse av kjøre-tøyers posisjon på jordoverflaten ut fra verdier som utledes fra forskjeller i signalers utbredelses- eller forplantningstid. Verdier som tilsvarer et signals totale overføringstid og overført via en transponder på en første satellitt, og forskjellen i utbredelsestid for signaler som følger én bane, overført via den første satellitts transponder og via transponderen i en andre satellitt tilveiebringes og benyttes ved beregningen av kjøretøyets posisjon.

Den totale utbredelsestid frem og tilbake beregnes impli-sitt ved sammenlikning av den aktuelle tid fastlagt i den faste jordstasjons klokke, med tiden som mottas av denne stasjon via den aktuelle returvei for signalene fra kjøretøyet. Kjøretøyets lokale klokke er direkte under kommando av det mottatte signal som overføres som et foroverlinksignal fra den faste jordstasjon og følgelig innbefatter en tidsforsinkelse i forhold til den aktuelt fastlagte tid bestemt av jordstasjonens klokke. Kjøretøyets retursignal overføres i henhold til et skjema som gjelder fordel-ingen over tid og benevnes TDMA (tidsdeling med multippelaksess). I den faste jordstasjon tillates "returklokken" (dvs. den mottatte, returnerte tidsangivelse dynamisk tilordning til sann tid for demodulasjon med størst mulig sannsynlighet av et vilkårlig returlinksignal fra en rekke signaloverføringer fra forskjellige kjøre-tøyer .

Med hensyn til forskjellen i utbredelsestid mellom signalene som overføres samme vei, kreves ingen som helst absolutt tidsangivelse for å bestemme tidsforskjellen mellom mottatte signaler. Tidsforskjellen beregnes som en funksjon av faseforskjellen i den periodiske modulasjon av de mottatte signaler.

Det er nok et aspekt ved oppfinnelsen at lokaliseringen av forskjellige kjøretøyer innenfor forskjellige brukergrupper kan fastlegges. Forskjellige anordninger av primære og sekundære satellitt-transpondere kan utnyttes for å lette signaloverføring og lokalisering til/av kjøretøyer innenfor de forskjellige brukergrupper. I samtlige anvendelser letter forutsetningen med to satellitter genereringen av en aktuell total utbredelsestid frem og tilbake og en tidsforsinkelse i utbredelsestiden, og fra disse verdier og andre kjente verdier for posisjon og avstand kan kjøre-tøyenes posisjon bestemmes.

Oppfinnelsens enkelte trekk og fordeler vil fremgå av den nå følgende beskrivelseshoveddel som støtter seg til de til-hørende tegninger, hvor samme henvisningstall går igjen i figurene, og hvor fig. 1 viser skjematisk hvordan man ifølge oppfinnelsen og trilaterasjonsteorien utfører posisjonsbestemmelse av et objekt, idet jordkloden, to satellitter og for øvrig hovedelementene for

< bestemmelsen er indikert, fig. 2 viser en oversikt over hvordan oppfinnelsens fremgangsmåtes hovedkomponenter og signalveier benyttes for å bestemme avstanden mellom satellittene og det objekt hvis posisjon skal bestemmes, på figuren vist som en lastebil med trekkvogn og tilhenger, fig. 3 viser en tilsvarende oversikt hvor hovedkomponentene for satellittlokalisering er indikert, fig. 4 viser hovedkomponentene for bestemmelse av avstanden mellom en fast jordstasjon og satellittene og mellom et eventuelt annet fast sted på jordoverflaten og disse, fig. 5 viser et eksempel på bølge-formen av det første og andre foroverlinksignal slik de mottas av objektet hvis posisjon skal bestemmes eller av en fast kommunikasjonssentral benyttet for satellittlokaliseringsformål, fig. 6 viser i grafisk fremstilling tidsforskyvningen mellom jordstasjonens referansetid, en mobilenhets tid og mottatt returtid i jordstasjonen, fig. 7 viser et posisjonsbestemmelsessystem med to satellitter, hver med to transpondere, og fig. 8 viser et tilsvarende system hvor den ene satellitt har to transpondere, mens den andre satellitt bare har én.

Detaljbeskrivelse av foretrukne eksempler

Oppfinnelsens fremgangsmåte for objekters posisjonsbestemmelse er best illustrert ut fra en modell hvor det objekt som skal bestemmes er en landgående mobilenhet, typisk en lastebil innenfor kommersiell transportsektor. De komponenter eller elementer som trengs for posisjonsbestemmelse av en slik mobil enhet er indikert skjematisk på fig. 1. Et "midtpunkt" i form av en fast jordstasjon 10 er på fig. 1 indikert som et punkt på jordoverflaten og vist i forstørret utsnitt til høyre på figuren, idet jordstasjonen omfatter en kommunikasjonssentral 10a innrettet for satellittkommunikasjon. Sentralen 10a omfatter typisk en sender/mottaker, apparatur som danner et grensesnitt overfor kunden som i dette tilfelle er et transportselskaps hovedsentral eller basisstasjon, og én eller flere prosessorer (ikke vist).

Den fast beliggende jordstasjon 10 har en primær antenne 10b og en sekundær antenne 10c for satellittkommunikasjon, idet den primære antenne 10b står i frisiktforbindelse med en satellitt Sl slik at signalet kan sendes til og mottas fra denne. De sig-naloverføringer som finner sted via den primære antenne 10b inneholder typisk informasjon i digital form og modulert på en signalbærebølge. Signalbærebølgen er særlig bærebølgen for et RF-signal med periodisk, sagtannformet frekvensmodulasjon. Den sekundære antenne 10c er innsiktet mot en tilsvarende sekundær eller andre satellitt S2 for kommunikasjon med denne. Signalover-føringene via den sekundære antenne 10c er særlig i form av overføring av en signalbærebølge uten digital informasjon, men likevel med sagtannet FM.

Den primære eller første satellitt Sl er en jordstasjonær satellitt med en standardisert transponder for "nytteoverføring"

(payload) og er i geosynkron bane over jorden med fri sikt både til jordstasjonen 10 og det objekt hvis posisjon skal bestemmes, på figuren vist som objektet 12. Den sekundære eller andre satellitt S2 er også en jordstasjonær satellitt med en standardisert transponder for nyttesignaloverføring og befinner seg i sin geosynkrone bane over jorden, også med fri sikt til både den faste jordstasjon 10 og objektet 12. Det er en fordel hvis satellittene Sl og S2 fra et observasjonspunkt på jordoverflaten ligger vinkel-forskjøvet mellom 8 og 24°, selv om en vinkelforskyvning på så lite som 3<6> og så stor som 70° også vil være mulig innenfor oppfinnelsens konsept.

I det illustrerte eksempel er objektet 12 en mobil enhet, typisk en kommersiell lastebil med trekkvogn og tilhenger. En mobilradiostasjon 14 med en antenne 16 er montert i og på trekkvognen, idet antennen 16 er innrettet mot satellittene Sl og S2 og i stand til å følge disse (tracking). Mobilradiostasjonen 14 er følgelig innrettet for både å sende til og motta fra satellitten Sl, mens kommunikasjonen med den andre satellitt S2 typisk bare skjer som mottaking av signalet sendt ut fra satellitten.

Hovedfunksjonen for oppfinnelsens fremgangsmåte er å bestemme posisjonen av et kjøretøy. Dette utføres ved å løse et sett ulineære likninger som inneholder kjøretøyets ukjente posisjons-koordinater i et kartesisk xyz-koordinatsystem, og observerte (eller målte) avstander Llf L2 og L3. Hver av disse avstander kan i det følgende likningssett settes opp som en funksjon som matematisk uttrykkes som kvadratroten av summen av kvadrerte avstander i hhv. x-, y- og z-retningen i det kartesiske romkoordinatsystem, i samsvar med Pytagoras' læresetning for det tredimensjonale rom:

Oppfinnelsens fremgangsmåte angir hvordan man skal måle de to satellitters kartesiske koordinater (xsl, <y>sl, <z>sl) og (xs2/ Ys2' zs2) • De tre ukjente, nemlig de respektive koordinater for objektet (xv, yv, zv) kan finnes ut fra likningene, idet avstandene Lx og L2 og L3 er satt opp på venstre side av hver linje. De to første avstander gir avstanden til hver satellitt, mens den tredje avstand L3 rett og slett angir avstanden fra jordens overflate til dens sentrum, nemlig jordradien på noe over 6.300 km. En mer kompleks måte nærmere å fastlegge jordradien eller L3 på, ut fra jordens faktiske ellipsoide form tar hensyn til at jordens ekvatorradius er 6378,137 km, mens polradien er noe mindre, nemlig 6356,752 km. Likningene (1-3) ovenfor kan løses på forskjellig måte, f.eks. ved iterasjon, for å komme frem til de korrekte kartesiske romkoordinater (xv, yv, zv) for et objekt så som et kjøretøy.

Selv om hovedformålet med den foreliggende oppfinnelse er å fastlegge hvordan man skal finne posisjonen av et kjøretøy, trengs en pålitelig måte å supplere denne hovedfunksjon med den aktuelle posisjon for satellittene. Informasjon om satellitters posisjon i forhold til jorden kan fåes fra opplysningssentraler, eller mer kurant informasjon kan tilveiebringes ved å benytte en reversering av trilaterasjonen, ved at man går ut fra flere faste observasjonspunkter hvis kartesiske romkoordinater er kjente. Prosessen for å bestemme satellittposisjonen beskrives senere med henvisning til fig. 3 og 4.

Bestemmelse av avstanden mellom hver av satellittene og kjøretøyet hvis posisjon skal fastlegges utføres ved å omdanne et radiosignals gangtid til distanse langs den vei signalet følger. Fig. 2 viser hvordan et foroversignal (eller foroverlinksignal i og med at det er en radiolinkforbindelse som opprettes via satellitten) overføres fra den fast beliggende jordstasjon 10 via antennene 10b og 10c og satellittene Sl og S2 til objektet 12 med sin mobilradiostasjon 14. Signalet som overføres via antennen 10b og satellitten Sl til objektet 12 utgjør altså et foroversignal og har generelt fått henvisningstallet 20, dette signal deles i et oppoverrettet signal 20a til satellitten, i det følgende skal dette signal kalles jordsignalet, og et nedoverrettet signal 20b fra satellitten, i det følgende vil dette kalles satellittsignal. Signalet fra jordstasjonens antenne 10c via satellitten S2 til objektet 12 kan kalles det andre foroversignal, idet foroversignalet 20 kan kalles det første, henvisningstallet 22 er benyttet, og signalet kan på tilsvarende måte som det første foroversignal deles opp i et jordsignal 22a og et satellittsignal 22b. Signalenes eller signalenes bærebølges bølgeform er den samme for både det første og det andre foroversignal og er innbyrdes synkrone ved genereringen for sending. En referanseoscillator som kan kalles foroverklokke, benyttes for å frembringe foroversignalenes bære-bølge, frekvensmodulert med sagtannmodulasjon. Når det andre foroversignal 22 benyttes bare for avstandsformål, kan den transponder som befinner seg i den andre satellitt S2 og som releoverfører signalet, arbeide med betydelig lavere effekt. For eksempel kan transpondereffektnivået bare være omkring 10 % av den fulle ytelse på f .eks. 10 kW for transponderen, for å viderebe-fordre en umodulert bærebølge og likevel frembringe et tilstrekkelig godt signal for avstandsberegning.

I den mobile enhet som danner objektet 12 mottar mobilradiostasjonen 14 via antennen 16 foroverlinksignalene 20 og 22. Den periodiske modulasjon for disse signaler er vist på fig. 5. Når signalene mottas av mobilradiostasjonen 14 måles prosentvis faseforskyvning i forhold til signalets periodetid for sagtannmodulasjonen, og faseforskyvningen kan måles ved enten å bruke uavhengig tilpasset filtrering av begge foroverlinksignaler og sammenligne dem for å finne et tidsdifferensial, eller signalene kan blandes og tidsdifferensialet kan utledes fra fasen av resultantsignalet.

Det målte faseawik kan tolkes som en tidsforskjell DT (differensiell tid) mellom to absolutte tidspunkter T2 og Tl, imidlertid ikke tilgjengelige i objektet 12, siden dettes referanseklokke er faselåst til det mottatte signals modulasjon via satellitten Sl og vil være avhengig av posisjonen av objektet på jordoverflaten og/eller satellittens bevegelse i forhold til sin nominelle geostasjonære posisjon i rommet. Imidlertid tilsvarer faseforskyvningen en sann tidsforskjell som kan settes opp matematisk som differansen mellom de to absolutte tidspunkter:

Mobilradiostasjonen 14 er innrettet for å sende ut et returlinksignal 24 via den første satellitt Sl til den fast beliggende jordstasjon 10. Returlinksignalet består på samme måte som foroverlinksignalene av et jordsignal 24a rettet opp mot satellitten Sl og et satellittsignal 24b fra denne mot jordstasjonen 10.

I objektet 12 benyttes spesielle algoritmer av mobilradiostasjonen 14 for å oppfange og følge satellittens releoverførte signaler, idet algoritmene benyttes for sekvensiell oppfølging av den periodiske modulasjon av satellittens foroversignaler for å tillate faseforskjellsmålinger. Typisk følger objektets retningsantenne den primære satellitts signal, men for å kunne utføre faseforskjellsmålinger dreies antennen i asimut for å oppfange signalene fra den sekundære satellitt. Mobilradio-stasjonens 14 frekvensplan og tilpasningsfilter innstilles for å motta foroversignalet fra den sekundære satellitt, når dette er oppfanget og nøyaktig fulgt (faselåsing finner sted) dreies antennen tilbake i asimut for oppfanging og følging av den primære satellitts releoverførte signal, hvorved objektet kan utføre måling av faseforskjell.

Returlinksignalet 24 fører informasjon som innbefatter informasjon om tidsforskjellen mellom foroverlinksignalene 20 og 22 ved mottakingen i objektet 12, nemlig tidsforskjellen DT. Denne verdi overvåkes og registreres i objektet 12 umiddelbart før sending av et returlinksignal 24.

Når returlinksignalet 24 mottas av jordstasjonen 10 måler kommunikasjonssentralen 10a den påkrevde klokketidsforskyvning for å kunne motta retursendingen og utføre en vellykket demodulasjon for å hente ut informasjonen. Klokketidsforskjellen mellom den såkalte returklokke og foroverklokken, idet den sistnevnte benyttes for generering av den sagtannformede periodiske modulasjon vist på fig. 5, er notert som den tidligere nevnte, aktuelle totale utbredelsestid frem og tilbake (RTD). Denne parameter angir den aktuelle utbredelsestid (eller -avstand) for et signal som sendes ut fra den faste jordstasjon 10 via den primære satellitt Sl og til objektet 12 og deretter umiddelbart sendes tilbake fra denne via den primære satellitt Sl til jordstasjonen, og matematisk kan dette uttrykkes som:

Objektets 12 referanseklokke er faselåst og under kommando av den periodisk modulerte bærebølge i foroversignalet. Siden dette bruker en viss tid mellom sender og mottaker kommer objektets 12 referanseklokke til å ligge noe etter den tilsvarende taktangivelse i foroversignalet.

I kommunikasjonen mellom jordstasjonen 10 og objektet 12 vil også bølgeformen av foroversignalet sendt ut av jordstasjonen 10 representere informasjon, og objektet 12 må derfor synkronisere sin taktreferanse eller klokke med det periodiske forløp i det innkommende signal for å kunne demodulere og hente ut informasjonen fra foroversignalet.

Informasjonen som overføres mellom den fast beliggende jordstasjon 10 og det mobile objekt 12 i form av kjøretøyet overføres i tidsluker eller -rammer innenfor en standardisert tidsdeling med multippelaksess (TDMA), en formatering i henhold til denne standard tør være kjent. Ellers kan man finne en del om slike kommunikasjonssystemer i vårt (dvs Qualcomms) US patent nr. 4 979 170 med tittel "Alternating sequential half duplex communication system". Innenfor et slikt formateringssystem kan altså den fast beliggende jordstasjon 10 gi kommando til objektet 12 for umiddelbar posisjonsbestemmelse eller for å utføre slik bestemmelse etter en viss tid. Når objektet 12 bringer sin referanseklokke til synkronisme med det mottatte periodiske signal kan gyldig posisjonsbestemmelse utføres.

Fig. 6 viser i grafisk form hvordan de enkelte klokketider ligger tidsforskjøvet i forhold til og med referanse i jordstasjonens 10 referanseklokke. Jordstasjonen 10 sender ut data i tidsluker slik som illustrert i øverste linje, og én eller flere tidsluker, f.eks. luken 051 inneholder en kommando som overføres til objektets eller mobilenhetens 12 radiostasjon 14 og gjelder at denne skal starte utsendelse av data som tilsvarer tidsforskjellen DT til jordstasjonen 10 i en bestemt tidsluke, f.eks. luken 103. Ved å benytte takt- eller tidsreferansen fra sin referanseklokke vil jordstasjonen 10 forvente å motta overførte data fra objektet 12 i luken 103 (uten tidsforsinkelse) og med tilhørende datatolkning, som en retur i løpet av denne luke.

Objektet 12 mottar imidlertid kommandoen i luke 051 noe forsinket i tid i forhold til utsendelsestiden fra jordstasjonen, tidsforsinkelsen er i diagrammet indikert med en pil og bokstavene FLD, som kan sies å stå for "foroverlinkdifferanse", idet differansen angir tidsforsinkelsen for signalet mellom jordstasjonen og objektet. I objektets mobilradiostasjon tolkes kommandoen med tidsforskjellen DT bestemt like før utsendelsen av data i luke 103, og ved starten av denne luke sendes data tilbake til jordstasjonen 10. Forsinkelsen av returlinksignalet i forhold til jordstasjonens referanseklokke er også lik FLD.

Returlinksignalet i den foretrukne utførelsesform er et spredtspektrumsmodulert signal. Såkalt spredtspektrumsmodulasjon har en minste kvasistokastisk bit-rate-modulasjon på 1 MHz. En kort periodisk, kvasistokastisk kode med maksimal lengde og periodeantall 63 er benyttet for hurtig deteksjon av den første del av returlinksignalet. Den øvrige overføring moduleres med hver 63 perioders lengde som på sin side moduleres med et ytterligere kvasistokastisk periodeantall 31. Ved kombinasjon av den 63 perioders sekvens med den 31 perioders overlagrede sekvens dannes en periode med størrelse 1953 b (bit). Den tilsvarende lengde (målt i mikrosekunder) tillater en utvetydig koordinering av returlink-signalets demodulatorsprangkant til mindre enn 10 % av en spredt-spektrumsinformasjonsenhet og følgelig en nøyaktig måling av den totale utbredelsestid frem og tilbake innenfor usikkerheten omkring 0,1 us.

Signalet som overføres fra objektet 12 til den fast beliggende jordstasjon 10 får også en returlinkforsinkelse RLD. Denne forsinkelse tilsvarer foroverlinkdif f eransen FLD med mindre avvik, siden signalene følger samme vei. Den mottatte tid i jordstasjonen 10 blir forskjøvet i forhold til stasjonens referanseklokke for å ta hensyn til utbredelsestiden. Forskjellen tilsvarer RTD = FLD og med tillegg av en ytterligere RLD. Stasjonen 10 forskyver følgelig klokken med denne verdi for å demodulere tidsvinduenes data på riktig måte.

I tidsluken 103 mottar den fast beliggende jordstasjon 10 ifølge taktskjemaet for mottatt tid de data som sendes ut fra objektet 12 og som er forskjøvet med tidsforskjellen DT. Flere bit data oppsamles i tidsluker og demoduleres og spores av mot-takerutrustningen i jordstasjonen 10. Innenfor flere tidsluker fra starten av luken 103 relatert til jordstasjonens referanseklokke utføres en bestemmelse om at sporing startes, hvoretter bestemmelse av RTD utføres og registreres i jordstasjonen 10. I det eksempel som er illustrert på fig. 6 starter sporingen i løpet av tidsluken 105 for jordstasjonens referanseklokke. Bestemmelse av utbredelsestiden utføres ved å sammenligne mottakerklokken med referanseklokken. I dette eksempel avslutter referanseklokken tidsluke 107 og starter tidsluke 108 når RTD sammenholdes med mottakerklokken i sentrum av tidsluke 105. Den tidsforskyvning som dette representerer er 2 1/2 tidslukelengder og kan lett innberegnes i den aktuelle totale utbredelsestid (RTD) frem og tilbake siden hver tidsluke har kjent varighet.

Deler man den totale utbredelsestid RTD i to, fremkommer størrelsen FLI, foroverlinksignalets utbredelsestid 20:

Legger man DT - tidsforskjellen for foroverlinksignalet 20 og 22 ved objektet 12 - til FLI, fremkommer en utledet utbredelsestid FL2 for foroverlinksignalet 22:

FLI og FL2 multipliseres deretter med utbredelseshastigheten for et elektromagnetisk signal i det frie rom. Denne multiplikasjons-prosess gir utbredelsesavstanden for foroverlinksignalene 20 hhv. 22. FLI og FL2 benyttes så for å bestemme enkeltavstandene mellom satellittene Sl og S2 og den mobile enhet i form av objektet 12 eller kjøretøyet.

Denne oppfinnelse gir løsningen for måling av avstandene fra den fast beliggende jordstasjon 10 til hver av satellittene eller anvendelse av avstandsverdier som er fremkommet fra satel-littstyreoperasjoner. Avstandene fra den faste jordstasjon 10 til satellittene Sl og S2 kalles her Dx hhv. D2. Avstandene fra satellittene Sl og S2 til objektet 12 kalles som før Lx hhv. L2. Disse avstander bestemmes ved å trekke direkteavstandene D1 og D2 fra den totale avstand som fremkommer fra foroverlinksignalene 20 og 22. Matematisk kan dette settes opp som to likninger:

hvor c er lyshastigheten i det frie rom. Følgelig kan avstandene fra to kjente posisjoner, f.eks. posisjonene av satellittene Sl og S2, til den mobile enhet hvis posisjon skal bestemmes, måles ved hjelp av oppfinnelsens fremgangsmåte. Ved å benytte oppfinnelsen er det mulig å få en meget nøyaktig posisjonsbestemmelse av et kjøretøy, faktisk innenfor et par kilometer, når det forutsettes visse nøyaktigheter for målingen av størrelsene RTD og DT og hvor man videre må anta en viss modellnøyaktighet for jordoverflaten for å få et tilstrekkelig nøyaktig mål på L3, jordradien.

Når avstandene Lx og L2 er kjente, man kjenner jordradien L3 og dessuten romkoordinatene for satellittene Sl og S2 er kjent, kan trilaterasjon benyttes for å bestemme romkoordinatene for objektet i samme romkoordinatsystem, idet dettes origo ligger i jordens sentrum. Ved å løse likningene (1-3), kommer man frem til riktig posisjon av objektet 12.

Selv om hovedfunksjonen for oppfinnelsen er å finne hvor mobile enheter til enhver tid befinner seg, trengs for dette en måte å bestemme satellittposisjoner på, med en nøyaktighet på omkring 30 m. Å oppnå en satellitts nøyaktige posisjon ut fra satellittselskapenes oppgaver innebærer faktisk en forsinket opplysning, forsinkelsen kan være opp til uker, og derfor vil man ikke få tilstrekkelig nøyaktighet for det aktuelle behov. I stedet for å innhente slike opplysninger direkte fra satellittselskapene, benytter man en metode for å få nøyaktig kjennskap til satellittens posisjon ved å utføre reversert trilaterasjon slik det ble omtalt tidligere, ut fra faste observasjonspunkter og hvor man baserer metoden på samme RTD- og DT-verdier som tidligere.

For anvendelse av trilaterasjon på den måte som foreslås her, er det mest praktisk å referere det kartesiske xyz-koordinatsystem i forhold til jordens sentrum og derfor plassere origo der. Posisjonene for den primære og sekundære satellitt bestemmes på tilnærmet samme måte som man bestemmer posisjonen av den mobile enhet. I praksis måles avstanden fra hver av satellittene til minst tre geografisk forskjellige, men kjente posisjoner på jordoverflaten for å komme frem til satellittenes posisjon. På de tre forskjellige faste steder er anordnet kommunikasjonsstasjoner hvis posisjon kjennes nøyaktig i det jordrelaterte koordinatsystem. Avstanden fra hvert av stedene til hver av satellittene måles på samme måte ved hjelp av størrelsene RTD og DT i kombinasjon med det ytterligere krav at én av de faste kommunikasjonsstasjoner står i samband med den fast beliggende jordstasjon 10 slik at den felles linkavstand mellom denne stasjon og hver satellitt kan trekkes fra foroverlinkavstanden til hver av de øvrige faste observasj onssteder.

Det skal bemerkes at satellittenes hastighet også må tas med i betraktningen, slik at satellittposisjonen kan ekstrapoleres nøyaktig ved vilkårlige tidspunkter, særskilt tidspunkter i fremtiden. Uten nøyaktig ekstrapolering vil navigasjonsmåten lide og bli mindre nøyaktig. Den beste måte anses å være, hvis man regner minimal variasjon som et kriterium, å utføre ekstrapoleringer for posisjonen ut fra den informasjon som inneholdes i satellittens sporingsdata og anslå både posisjon og hastighet samtidig i et sekvensielt f il treringssk jerna, så som ved hjelp av et Kalmanf ilter. Slik Kalmanfiltreringsteknikk tør være kjent innenfor faget.

Måten med å benytte Kalmanfiltrering har fordelen av at satellittsporingsdata ikke behøver foreligge samtidig og at fremgangsmåten kan utføres trinn for trinn. Når en ny observasjon er tilgjengelig, kan den "foldes" til et nytt posisjon/hastighets-estimat som angir det beste aktuelle estimat for satellitten ut fra de tilgjengelige data, og det vil ikke være nødvendig å vente til man har tre slike rapporter. Filteret har da et minimum av seks stadier, tre posisjonsstadier og tre hastighetsstadier. Ved å tilføye tre akselerasjonsstadier til filteret vil sporingen forbedres betraktelig for bevegelse som faktisk vil være aktuelle for en satellitt i bane. Denne filterteknikk kan også brukes til å spore opp bevegelser som ikke er relatert til banebevegelser, men som foreligger når det utføres posisjons justeringer ved hjelp av satellittens styringsraketter.

Kalmanfilterteknikker kan derfor anvendes til å omdanne de stedlige RTD og DT ut fra faste sporingssteder, til satelitt-posisjoner ved å benytte sanntids sekvensielle tidsrapporteringer ved bestemte intervaller fra de faste sporingssteder. For eksempel vil et første fast sporingssted komme med sine observasjonsdata, et minutt etter kommer de tilsvarende data fra det neste sporingssted, etc. (Med sporingssted forstås her et fast sted på jordoverflaten og som har utrustning for å følge satellitten i dens bevegelser). Fig. 3 viser de elementer eller komponenter som benyttes i den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsens fremgangsmåte for å bestemme posisjonen av satellittene Sl og S2. Figuren viser tre faste observasjonssteder, den fast beliggende jordstasjon 10 og faste enheter 30, 32 og 45 som likevel kan være mobile, men som er plassert på kjente, faste steder så lenge målingene pågår. Jordstasjonen 10 består som tidligere av en kommunikasjonssentral 10a, en primær antenne 10b og en sekundær antenne 10c. Den stillestående enhet 30 har en kommunikasjonsstas jon eller sender /mottaker 30a og en antenne 30b. Tilsvarende har de stillestående enheter 32 og 34 sine kommunikasjonsstas joner 32a hhv. 34a og tilsvarende antenner 32b hhv. 34b. I det illustrerte eksempel på fig. 3 er satellitten Sl den første satellitt hvis posisjon skal bestemmes, og den er som før i geostasjonær bane i forhold til jorden og har fri sikt til både jordstasjonen 10 og enhetene 30, 32 og 34, så lenge observasjonene foregår. Fig. 4 viser de signaler som benyttes under avstands-målingen mellom den fast beliggende jordstasjon 10 og den primære satellitt Sl. I den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen er én av de faste observasjonssteder, nemlig den stillestående enhet 30, i umiddelbar nærhet av jordstasjonen 10, og følgelig vil avstanden D1 mellom jordstasjonen 10 og satellitten Sl være den samme som avstanden D1' mellom enheten 30 og samme satellitt, dvs.:

Jordstasjonen 10 sender via sin primære antenne 10b et foroverlinksignal 40 som inneholder en tidsreferanse og som tidligere for-klart, består av et jordsignal 40a og et satellittsignal 40b, her også et ytterligere satellittsignal 40c, som skal oppfanges av enheten 32. Foroverlinksignalet 40 går ut fra antennen 10b til den primære satellitt Sl og returneres fra denne i form av satellittsignalet 40b til den stillestående enhet 30 like i nærheten av jordstasjonen 10. Foroverlinksignalet 40 går også ut fra antennen 10b via satellitten Sl til den faste mobile enhet 32 i form av jordsignalet 40a, satellittsignalet 40c.

Når enheten 30 mottar satellittsignalet 40b sendes ut et returlinksignal 42 som deles opp slik som vist i et jordsignal 42a og et satellittsignal 42b i retur fra den primære satellitt Sl til jordstasjonen 10. I denne måles størrelsen RTD ved hjelp av signalkombinasjonen mellom foroversignalet 40 og retursignalet 42. Den resulterende RTD-verdi deles på fire for å komme frem til utbredelsestiden for et radiosignal som går fra jordstasjonen 10 til den primære satellitt Sl. Videre deles verdien RTD i to for å komme frem til verdien FLS1, nemlig den medgåtte tid for et signal som går én vei mellom jordstasjonen 10 og den stillestående enhet 30 via satellitten Sl. Ved å multiplisere utbredelsestiden opp til satellitten (RTD/4) med utbredelseshastigheten for et radiosignal i det frie rom, nemlig konstanten c, fremkommer avstanden D1. Denne avstandsverdi er altså avstanden mellom den fast beliggende jordstasjon 10 og satellitten Sl og kan uttrykkes matematisk slik:

Fig. 4 illustrerer videre de signaler som benyttes for å måle avstanden mellom jordstasjonen 10 og den sekundære satellitt S2. Signalene sendes ut via antennen 10c samtidig med det signal som sendes ut som et foroverlinksignal 40 fra antennen 10b, det signal som er rettet mot satellitten S2 kalles her også foroverlinksignal og er angitt med henvisningstallet 44a for jordsignaldelen og 44b og 44c for de to satellittsignaldeler, nemlig den som reflekteres tilbake til enheten 30 hhv. den som reflekteres til enheten 32.

Enheten 30 måler faseforskyvningen av sagtannmodulasjonen for foroverlinksignalene 40 og 44 og sender deretter ut et returlinksignal 42 som gjelder for forskjellen mellom foroverlinksignalene 40b og 44b på mottakerstedet. Verdien FLS2 tilsvarer foroverforsinkelsen mellom jordstasjonen 10 og enheten 30 via satellitten S2, dette kan settes opp matematisk som:

Ut fra likning (12) fremkommer en avstand D2 som er direkteav-standen mellom jordstasjonen 10 og den sekundære satellitt S2 ut fra formelen:

hvor som før c er lyshastigheten i fritt rom, samme hastighet som gjelder for et radiosignal.

Fig. 4 viser videre signalene som benyttes for å bestemme avstanden fra den primære satellitt Sl og den sekundære satellitt S2 til øvrige faste observasjonssteder. Prosessen som beskrives her for bestemmelse av avstanden fra satellittene til den stillestående enhet 32 gjelder også samtidig å finne avstanden fra satellittene til de øvrige stillestående enheter, så som enheten 34 (fig. 3).

Den fast beliggende jordstasjon 10 sender via antennene 10b og 10c samtidig og koordinert de to foroverlinksignaler 40 og 44 til enheten 30, via den primære satellitt Sl (jordsignalet 40a og satellittsignalet 40c) og via den sekundære satellitt S2 (jordsignalet 44a og satellittsignalet 44c). Enheten 32 måler faseforskyvningen av den periodiske sagtannmodulasjon slik denne mottas og demoduleres fra foroverlinksignalene 40 og 44. Enheten 32 sender deretter tilbake returlinksignalet 46 som på tilsvarende måte som foroverlinksignalene består av et jordsignal 46a og et satellittsignal 46b, via den primære satellitt Sl til den fast beliggende jordstasjon 10. Returlinkavstanden 46 er kodet med informasjon som indikerer tidsforskjellen DT slik denne utledes fra faseforskyvningen av den periodiske modulasjon som mottas.

Den fast beliggende jordstasjon 10 måler så den totale utbredelsestid RTD1A frem og tilbake for kombinasjonen av foroverlinksignalene 40 og 46 ved å sammenligne returklokken og foroverklokken og finne tidsforskjellen. Hvis RTD1A finnes ved et annet tidspunkt enn når Dx ble beregnet, må en ekstrapolert verdi av Dx brukes. Denne ekstrapolerte verdi oppnås ved å spore endringen i tidsforskjell for Dx i tillegg til å måle de aktuelle verdier av denne størrelse slik at man kan ekstrapolere for tidspunkter i fremtiden. Ved å dele verdien RDT1A i to får man frem utbredelsestiden FLS1A for et radiosignal som går fra stasjonen 10 via den primære satellitt Sl og til den stillestående enhet 32, dette uttrykkes matematisk på denne måte:

Følgelig tilsvarer verdien FLS1 utbredelsestiden for foroversignalene 40a og 40b.

Ved multiplikasjon av utbredelsestiden FLS1 med utbredelseshastigheten for et radiosignal i det frie rom, c, fremkommer avstanden som gjennomløpes av signalene 40a og 40c. Trekker man deretter fra denne avstand den tidligere målte avstand Dx, fremkommer avstanden LS1A som er avstanden mellom satellitten Sl og den stillestående enhet 32, idet dette kan uttrykkes slik:

Avstanden fra den sekundære satellitt S2 og til samme enhet 32 beregnes på helt tilsvarende måte. Utbredelsestiden FLS2A for signalet som går fra den fast beliggende jordstasjon 10 via satellitten S2 er lik utbredelsestiden FLS1 pluss tidsforskjellen

DT:

Utbredelsestiden FLS2A ganger lyshastigheten c gir strek-ningen signalene 44a og 44c har gjennomløpt. Trekker man den tidligere målte avstand D2 fra denne strekning/avstand, fremkommer avstanden LS2A mellom den sekundære satellitt S2 og enheten 32, fremkommet slik som likningen (17) viser:

Man skal merke seg at D2 også kan være en ekstrapolert verdi på tilsvarende måte som man måtte ekstrapolere verdien D1 for den primære satellitt.

Når avstanden fra den primære eller første satellitt Sl og den sekundære eller andre satellitt S2 til tre eller flere midlertidig fast beliggende mobile enheter er bestemt, så som de stillestående enheter 30, 32 og 34, kan også satellittenes posisjon bestemmes. Trilaterasjon benyttes for å komme frem til de karakter-istiske xyz-koordinater for den første satellitt Sl og den andre satellitt S2 i forhold til jordens sentrum. Sammenholdingen av avstanden D1 og LS2A til LS2N benyttes for beregningen, dessuten benyttes Kalmanfiltrering i trilaterasjonsmetoden, derved oppnås beregning av posisjonen av den andre satellitt S2 i forhold til det kartesiske xyz-koordinatsystem.

Flere av de fremgangsmåter som er beskrevet i henhold til oppfinnelsen krever at en enhet som er utrustet med en mobil kommunikasjonsstas jon også er i stand til å måle den prosentvise f aseforskyvning av den periodiske modulasjon mellom de to samtidig utsendte og koordinerte signaler fra den fast beliggende jordstasjon 10. Denne måling av tidsforskjellen DT oppnås ved sammenlikning av gjenskapte bølgeformer for de to signaler som mottas i den mobile enhets stasjon. Dette kalles tilpasset filtrering og kjennes innenfor teknologien. Når best mulig tilpasning finner sted, oppnås en maksimal energideteksjon. Størrelsen av faseforskjellen i den gjenskapte bølgeform og som kreves for detektere energien for begge signaler bestemmer tidsforskjellsverdien DT. Videre er det ikke nødvendig å bruke en uavhengig oscillator for å generere gjenskapte bølgeformer ifølge en nøyaktig og absolutt tidsreferanse, så som referansen UCT (Universal Coordinated Time). Oppfinnelsen krever bare at lokaloscillatoren har en frekvensnøy-aktighet på bedre enn 10 ppm i forhold til oscillatoren i den fast beliggende jordstasjon 10. Videre må programvarelogikken i enheten 12 utføre operasjoner som effektivt korrigerer oscillatoren og bringer den under kommando i forhold til den referanseklokke som mottas med foroversignalet 40c fra satellitten Sl. Fig. 5 viser et eksempel på taktgivende signaler som mottas i en mobil enhets mottakeranlegg.

Foroversignalene er identiske med hensyn til signalbære-bølge og bølgeform med unntak av en særskilt identifikator, så som senterfrekvensen når signalet opprinnelig sendes ut fra den faste jordstasjons antenner. Siden signalene er synkroniserte, vil bølgef ormene opprinnelig falle sammen. Når så signalene, f .eks. foroversignalene 20 og 22 i henhold til fig. 2, når objektet i form av den mobile enhet, enten denne enhet er i bevegelse eller står stille, vil ikke lenger bølgef ormene sammenfalle i tid, siden signalene har fulgt forskjellig bane.

Foroversignalenes 20 og 22 signalbølgeform slik den er illustrert på fig. 5, er slik bølgef ormen mottas av en mobil enhet. Signalbærebølgene sveipes lineært opp og ned i frekvens fra en nominell basis- eller senterfrekvens med en frekvensbevegelse som gjerne kalles "chirp". Basisfrekvensen for foroversignalene 20 og 22 kan være den samme hvis polarisasjon benyttes for å identi-fisere hvert signal. Alternativt kan basisf rekvensen for signalene 20 og 22 være forskjellig, den frekvens som bærebølgen pendler rundt kan være omkring 14 GHz, og frekvensutsvinget kan foregå over typisk 2 MHz båndbredde. Disse signaler inneholder som modulasjon videosignaler som konvensjonelle satellitt-transpondere er innrettet for å demodulere og gi respons på. Videosignalene reduserer interferens med stasjoner som ikke er innstilt for å motta slike signaler. Hvert lineært oppovergående eller nedover-gående frekvenssveip som tilsvarer en frekvensutsvingsperiode i den foretrukne utførelsesform har omtrent 30 ms varighet. Anvend-elsen av triangulære utsvingsbølgeformer for foroverlinksignalet er særlig egnet for å tillate måling av faseforskjeller i objektet når foroverlinksignalene blir releoverført via to eller flere satellitter.

I den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen kan ikke tidsforskjellen ved ankomsten av foroverlinksignalene 20 og 22 være større enn 8 ms. Ved å anvende en frekvens fluktuerende bærebølge kan følgelig en mobil enhet som utfører målingene av tidsforskjellen DT utvetydig måle forskjellen i ankomsttid ved å måle faseforskyvningen mellom to bølgeformer, så lenge dette kriterium er oppfylt.

Fig. 7 illustrerer en utførelsesform for signaloverføring mellom en fast beliggende jordstasjon 10 via en første og en andre satellitt Sl, S2, for to forskjellige brukergrupper, her representert av mobile enheter 32 og 36. Signalene som overføres mellom jordstasjonen 10 og de mobile enheter 32 og 36 via satellittene Sl og S2 inneholder informasjon som foreligger i modulert form på et bærebølgesignal og er indikert med heltrukken strek på figuren. De stiplede linjer illustrerer foroverlinksignalene for en bestemt gruppe brukere, idet disse signaler "lånes" som av-standsbedømmelsessignaler for den andre gruppe brukere og tjener følgelig til gjenskapning av foroverlinksignalenes periodiske modulasjon. Avstandsbedømmelsessignalene benyttes bare for det frekvens fluktuerende periodiske mønster med digital informasjon, tiltenkt en annen brukergruppe og blir ikke demodulert. Satellittene Sl og S2 har hver to eller flere typiske transpondere, på figuren vist med henvisningstallene Sla og Slb i satellitten Sl, S2a og S2b i satellitten S2.

Kommunikasjonen fra jordstasjonen 10 til brukerne i den første gruppe, indikert med mobilenheten 32, skjer ved å sende ut et foroverlinksignal over antennen 10b, idet dette signal på samme måte som tidligere gjennomgått, består av et jordsignal 50a og et satellittsignal 50b. Den mobile enhet 32 gir et returlinksignal som tilsvarende består av et jordsignal 52a og et satellittsignal 52b i retur fra transponderen Slb i satellitten Sl og rettet mot antennen 10b i jordstasjonen 10. Et koordinert avstandsbestemmelsessignal som i dette tilfelle er foroverlinksignalet for den mobile enhet 36, sendes fra antennen 10c til den mobile enhet 32 via satellittens S2 transponder S2a. Dette signals jordsignal og satellittsignal er angitt med henvisningssymbolene 56a og 56b' . Avstandsbestemmelsessignalet benyttes for å bestemme posisjonen av den mobile enhet 32 på den måte som er gjennomgått tidligere.

Mobile enheter i den andre brukergruppe som representert av den mobile enhet 36, kommuniserer også med den fast beliggende jordstasjon 10. Stasjonen 10 sender ut et foroverlinksignal som består av et jordsignal 56a og et satellittsignal 56b fra antennen 10c via satellittens S2 transponder S2a, til den mobile enhet 36. Et returlinksignal som består av et jordsignal 58a og et satellittsignal 58b sendes ut fra den mobile enhet 36 via transponderen S2b til den fast beliggende jordstasjon 10 hvor signalet mottas av antennen 10c. Et koordinert avstandsbestemmelsessignal som i dette tilfelle er foroverlinksignalet for den mobile enhet 32, sendes fra antenne 10b til den mobile enhet 36 via satellittens Sl transponder Sla. Jordsignalet og satellittsignalet av dette signal er angitt med benevnelsen 50a hhv. 50b' på fig. 7. Dette avstandsbestemmelsessignal brukes for å bestemme posisjonen av den mobile enhet 36 på akkurat samme måte som tidligere gjennomgått.

Fig. 8 illustrerer en alternativ utførelsesform av det kommunikasjonssystem som oppfinnelsen angir, men hvor det bare benyttes tre transpondere, nemlig to transpondere i én av satellittene og én transponder i en annen satellitt. Fra fig. 8 fremgår at den fast beliggende jordstasjon 10 sender ut et foroverlinksignal som på tilsvarende måte som tidligere, består av et jordsignal 70a opp til den første satellitts Sl ene transponder Sla hvoretter signalet sendes ned mot den mobile enhet 32 for den første bruker-gruppe, signalet fra satellitten kalles som tidligere, satellittsignalet. Et returlinksignal som består av det oppoverrettede jordsignal 72a og det satellittreflekterte satellittsignal 72b sendes ut fra den mobile enhet 32 til den første satellitts Sl andre transponder Slb for videreføring til antennen 10b i jordstasjonen 10. Avstandsbestemmelsessignalet som her er foroverlinksignalet mellom jordstasjonen 10 og den lastebil som den mobile enhet 36 utgjør består av et jordsignal 76a og et reflektert satellittsignal 76b, dette signal sendes ut fra jordstasjonen via antennen 10c. Dette avstandsbestemmelsessignal releoverføres til den mobile enhet 32 via den andre satellitts S2 ene transponder S2a. Som tidligere gjennomgått, benyttes avstandsbestemmelsessignalet og den tidligere gjennomgåtte teknikk for å bestemme posisjonen av den mobile enhet 32.

Den fast beliggende jordstasjon 10 kommuniserer også med den andre brukergruppe som representeres av den mobile enhet 36. I denne særlige utførelsesform består et foroverlinksignal av jordsignalet 76a og satellittsignalet 76b og sendes ut fra antennen 10c via transponderen S2a i den andre satellitt S2 til den mobile enhet 36. Et returlinksignal som består av jordsignalet 78a og satellittsignalet sendes ut fra den mobile enhet 36 via transponder Slb i satellitten Sl til antennen 10b i den fast beliggende jordstasjon 10. Avstandsbestemmelsessignalet, som er foroverlinksignalet for den mobile enhet 32, består av et jordsignal 70a og et satellittsignal 70b og sendes ut fra den fast beliggende jordstasjon 10. Dette avstandsbestemmelsessignal består av jordsignalet 70a og satellittsignalet 70b' og sendes ut fra antennen 10b via den første satellitts Sl første transponder Sla til den mobile enhet 36. Signalet og den tidligere teknikk benyttes for å bestemme posisjonen av den mobile enhet 36.

Selv om det ikke er illustrert, er det også klart at samband og avstandsbestemmelse kan utføres mellom flere brukergrupper, uten å behøve anvende mer enn én transponder i hver av de to satellitter. Hver satellitt tjener i så fall som en primær satellitt for samband med én respektive bruker-gruppe. Hver satellitt kunne også tjene som en sekundær satellitt for avstandsbe-stemmelsesformål for den andre brukergruppe. I dette tilfelle gjelder for begge satellitter at en enkelt transponder vil kunne håndtere både forover- og returlinksignaler for en bestemt bruker-gruppe, i tillegg til avstandsbestemmelsessignalet for den andre brukergruppe. Retursignalet fra hver brukergruppe vil føres tilbake via en tilsvarende primær satellitt-transponder eller via en tilsvarende transponder i enten den ene eller den andre av de to satellitter. I denne utførelsesform vil signaler kunne eksistere samtidig og oppta samme båndbredde, og de kan identifiseres og skilles fra hverandre ved å benytte kjent teknikk.

Den nå gjennomgåtte beskrivelse av foretrukne utførelses-former er utformet for å tillate at en person som er kjent innenfor slik teknologi vil kunne etablere eller anvende oppfinnelsen. Forskjellige modifikasjoner vil være åpenbare og hovedprinsippene kan også benyttes for andre utførelsesformer uten å gå ut over rammen av oppfinnelsen, denne fastlegges av de etterfølgende patentkrav.

Claims (25)

1. Fremgangsmåte for bestemmelse av posisjonen av et objekt (12) i et referansekoordinatsystem (x,y,z) ved anvendelse av en fast beliggende jordstasjon (10) og flere satellitter (Sl, S2) i en bane utenfor jorden, hvor posisjonene av den fast beliggende jordstasjon (10) og satellittene (Sl, S2) er kjent i forhold til koordinatsystemet (x,y,z) og i forhold til et referansepunkt, og hvor avstandene (Dx, D2) fra jordstasjonen (10) og til satellittene (Sl, S2) også er kjent, karakterisert ved: sending av et periodisk foroversignal (20, 22) fra jordstasjonen (10) via en første ("Sl) og en andre (S2) satellitt til det objekt (12) som posisjonen skal bestemmes for, idet foroversignalene (20, 22) er synkroniserte med en referanseklokke i jordstasjonen, opptak av foroversignalene (20, 22) i objektet (12), synkronisering i objektet av en lokal referanseklokke med det mottatte periodiske foroversignal (20) som sendes via den første satellitt (Sl), måling i objektet (12) av en første relativ tidsforskjell mellom de to foroversignaler (20, 22) som er overført via sine respektive satellitter (Sl, S2), sending av et retursignal (24) fra objektet (12) til jordstasjonen (10) via den første satellitt (Sl), synkronisert med objektets lokale klokke og modulert med informasjon som indikerer den første relative tidsforskjell, opptak av retursignalet (24) i jordstasjonen (10), synkronisering av en mottakerklokke med det mottatte retursignal i jordstasjonen (10), måling av en andre relativ tidsforskjell mellom jordstasjonens referanseklokke og mottakerklokke, beregning ut fra den første og den andre relative tidsforskjell, respektive avstander (L:, L2) fra den første (Sl) og den andre (S2) satellitt til objektet (12), idet beregningen utføres i jordstasjonen (10), og beregning av posisjonen av objektet (12) i referansekoordinatsystemet (x,y,z).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sendingen av foroversignalet omfatter: generering av et første periodisk foroversignal med en signalbærebølge som sveipes lineært i frekvens og syklisk over et første bestemt frekvensområde, idet hver syklus av signalbære-bølgen har en forhåndsbestemt tidsperiode og er innrettet for å kunne moduleres med informasjon, generering av et andre periodisk foroversignal hvis sig-nalbærebølge også sveipes lineært i frekvens over periodiske sykluser og over et andre forhåndsbestemt frekvensområde, idet hver syklus av signalbærebølgen har en forhåndsbestemt tidsperiode, og idet både det første og det andre periodiske signal er synkronisert i forhold til jordstasjonens referanseklokke, og utstråling av det første og det andre foroversignal fra en særskilt antenne rettet mot en av de respektive satellitter.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at målingen av den første relative tidsforskjell omfatter: måling av prosentvis faseforskyvning innenfor en sig-nalperiode av et periodisk foroversignal, mellom en del av en syklisk modulasjon av foroversignalet slik dette mottas av objektet via den andre satellitt, og en tilsvarende del av den sykliske modulasjon av foroversignalet slik dette mottas av objektet via den første satellitt.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sendingen av retursignalet omfatter: generering av retursignalet, idet dette kodes med informasjon som er indikativ på den første relative tidsforskjell mellom foroversignalet slik dette mottas av objektet via den første og den andre satellitt, og målt like før sendingen av retursignalet, og utstråling av retursignalet fra en antenne koplet til objektet og rettet mot den første satellitt for Teleoverføring til jordstasjonen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at beregningen av avstandene fra den første og den andre satellitt til objektet omfatter: bestemmelse av den første relative tidsforskjell ut fra retursignalet ved demodulering av den modulerte informasjon på retursignalet og som indikerer den første relative tidsforskjell, bestemmelse av foroversignalets utbredelsestid når utsendt via den første og den andre satellitt til objektet, ut fra den allerede bestemte samlede tid og den første relative tidsforskjell, bestemmelse av avstanden som foroversignalet har gjennom-løpt ved å multiplisere en verdi som tilsvarer hvert foroversignals utbredelsestid med en kjent verdi som tilsvarer utbredelseshastigheten av foroversignalet, og subtraksjon av verdier, hver tilsvarende avstanden som foroversignalet har tilbakelagt, av en verdi som tilsvarer den kjente avstand fra jordstasjonen og til hver av satellittene.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at beregningen av avstandene fra den første og den andre satellitt til objektet omfatter: bestemmelse av den første relative tidsforskjell ut fra retursignalet ved demodulering av den modulerte informasjon på retursignalet og som indikerer den første relative tidsforskjell, bestemmelse av foroversignalets utbredelsestid når utsendt via den første og den andre satellitt til objektet, ut fra den allerede bestemte samlede tid og den første relative tidsforskjell, bestemmelse av avstanden som foroversignalet har gjennom-løpt ved å multiplisere en verdi som tilsvarer hvert foroversignals utbredelsestid med en kjent verdi som tilsvarer utbredelseshastigheten av foroversignalet, og subtraksjon av verdier, hver tilsvarende avstanden som foroversignalet har tilbakelagt, av en verdi som tilsvarer den kjente avstand fra jordstasjonen og til hver av satellittene.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at beregningen av avstand fra den første satellitt omfatter: utførelse av en kommando via foroversignalet til objektet ved et bestemt tidspunkt i fremtiden og referert til objektets lokale klokke, for å starte sending av retursignalet, fastleggelse av en totaltid som tilsvarer den andre relative tidsforskjell, deling av totaltiden i to for å frembringe en første signalutbredelsestid for utbredelse i én retning og indikativ for en første utbredelsestid for foroversignalet overført via den første satellitt til objektet, multiplisering av den første signalutbredelsestid for signal i én retning med en første forhåndsbestemt, konstant verdi som tilsvarer utbredelseshastigheten av et elektromagnetisk signal mellom den fast beliggende jordstasjon og den første satellitt, og mellom den første satellitt og objektet, for å tilveiebringe en første avstandsverdi som tilsvarer en avstand gjennomløpt av foroversignalet mellom jordstasjonen og objektet via den første satellitt, og subtraksjon fra den første avstandsverdi av en første kjent avstandsverdi som tilsvarer den kjente avstand mellom jordstasjonen og den første satellitt for å tilveiebringe en andre avstandsverdi som tilsvarer avstanden mellom den første satellitt og objektet.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at beregningen av avstand fra den andre satellitt til objektet omfatter: demodulering av retursignalet for å tilveiebringe en første relativ tidsverdi som tilsvarer den første relative tidsforskjell, summering av den første relative tidsforskjell og den første signalutbredelsestid i én retning for å tilveiebringe en andre signalutbredelsestid for signal i én retning, indikativ for en andre utbredelsestid for foroversignalet slik dette sendes via den andre satellitt til objektet, multiplikasjon av den andre signalutbredelsestid for signal i én retning med den første forhåndsbestemte konstante verdi som tilsvarer utbredelseshastigheten for et elektromagnetisk signal mellom jordstasjonen og den andre satellitt, og mellom den andre satellitt og objektet, for å tilveiebringe en tredje avstandsverdi som tilsvarer en avstand gjennomløpt av foroversignalet mellom jordstasjonen og objektet via den andre satellitt, og subtraksjon fra den tredje avstandsverdi av.en andre kjent avstandsverdi som tilsvarer den kjente avstand mellom jordstasjonen og den første satellitt for å tilveiebringe en fjerde avstandsverdi som tilsvarer avstanden mellom den andre satellitt og objektet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved spredtspektrumsmodulasjon av retursignalet for signaloverføringen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at sendingen av retursignalet omfatter: generering av retursignalet, koding av retursignalet med informasjon som indikerer den første relative tidsforskjell mellom foroversignalet slik dette mottas av objektet via den første og den andre satellitt, og slik signalet måles like før sendingen av retursignalet, og utstråling av retursignalet fra en antenne koplet til objektet, til jordstasjonen og via den første satellitt.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved: modulering av informasjon tiltenkt demodulasjon i objektet, idet dette tilhører en første brukergruppe, av det første foroversignal for overføring til objektet, og modulering av annen informasjon tiltenkt jordstasjonen, av retursignalet sendt ut fra objektet, for overføring til jordstasjonen.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved: modulering med informasjon tiltenkt et andre objekt tilhørende en andre brukergruppe, av det andre foroversignal, for overføring til det andre objekt, sending av et andre retursignal fra det andre objekt, idet det andre retursignal inneholder informasjon som er indikativ for en målt tidsforskjell ved det andre objekt ved mottakingen av det første og det andre foroversignal, og modulering av annen informasjon tiltenkt jordstasjonen, av det andre objekts retursignal, for overføring til jordstasjonen.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved: releoverføring av det første foroversignal via en første transponder i den første satellitt, til objektet og det andre obj ekt,Teleoverføring av det andre foroversignal via en første transponder i den andre satellitt, til objektet og det andre obj ekt,Teleoverføring av retursignalet via en andre transponder i den første satellitt, til jordstasjonen, ogTeleoverføring av det andre retursignal via en andre transponder i den andre satellitt, til jordstasjonen.

14 .Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved:Teleoverføring av det første foroversignal via en første transponder i den første satellitt, til objektet og det andre obj ekt,Teleoverføring av det andre foroversignal via en første transponder i den andre satellitt, til objektet og det andre objekt, ogTeleoverføring av retursignalet og et annet retursignal via en andre transponder i den første satellitt, til jordstasjonen.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved:Teleoverføring av det første foroversignal via en første transponder i den første satellitt, til objektet og det andre obj ekt,Teleoverføring av det andre foroversignal via en første transponder i den andre satellitt, til objektet og det andre objekt,Teleoverføring av retursignalet via den første satellitts første transponder, til jordstasjonen, ogTeleoverføring av det andre retursignal via den andre satellitts første transponder, til jordstasjonen.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at beregning av posisjonen av objektet i forhold til posisjonen av den første og den andre satellitt omfatter: trilaterasjon av posisjonen av objektet ved å løse et sett med tre uavhengige, ulineære likninger hvis ukjente er objektposisjonens romkoordinater i et kartesisk xyz-koordinatsystem, mens de kjente størrelser er satellittenes posisjon i samme koordinatsystem, en kjent tilnærmet avstand fra jordens sentrum til objektet og målte respektive avstander fra den første og den andre satellitt til objektet.

17. Fremgangsmåte for bestemmelse av et objekts posisjon ved hjelp av flere satellitter i bane i forhold til jorden og en fast beliggende jordstasjon hvis posisjon er kjent og hvor også satellittenes posisjoner er kjente i et koordinatsystem som er fast i forhold til jorden og har jordens sentrum som origo, og ved hjelp av en jordmodell hvor avstanden fra jordens sentrum til et vilkårlig punkt på jordoverflaten er kjent innenfor samme koordinatsystem, karakterisert ved: simultan sending fra en fast beliggende jordstasjon av første og andre periodiske foroversignaler som er synkronisert i forhold til en referanseoscillator eller -klokke, via en første og minst én ytterligere satellitt for overføring til det objekt hvis posisjon skal bestemmes, mottaking av det første og det andre foroversignal ved objektet, idet det første foroversignal inneholder informasjon som er indikativ for en fremtidig tidsluke hvor objektet starter sending av et retursignal ifølge en lokal klokke eller referanse oscillator som er synkronisert i forhold til det første foroversignal slik dette mottas av objektet, måling ved objektet av en prosentvis faseforskjell for en total modulasjonsperiode mellom tilsvarende deler av den mottatte bærebølgemodulasjon for det første og det andre foroversignal, idet den prosentvise faseforskyvning tilsvarer en første relativ tidsforskjell mellom det første og det andre foroversignal slik disse mottas av objektet, sending fra objektet via den første satellitt til jordstasjonen av retursignalet når dette er kodet med informasjon som er indikativ på den første relative tidsforskjell, måling ved jordstasjonen av en total tid som tilsvarer en andre relativ tidsforskjell mellom jordstasjonens referanseklokke og en returklokke som er synkronisert med retursignalets periodiske komponenter slik disse mottas av jordstasjonen, beregning av en første avstand fra den første satellitt til objektet i samsvar med totaltiden, beregning av en andre avstand fra den andre satellitt til objektet ut fra totaltiden og den første relative tidsforskjell, og beregning av objektets posisjon innenfor jordens koordinatsystem ut fra den første og den andre avstand og modellen for jordens form.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, karakterisert ved at objektet hvis posisjon skal bestemmes er et kjøretøy med en mobilradiostasjon innrettet for toveis kommunikasjon med jordstasjonen og via minst én av satellittene, idet disse særlig er satellitter som går i tilnærmet geostasjonær bane.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert ved at jordstasjonen er innrettet for uavhengig aktivering av posisjonsbestemmelse av et kjøretøy og videre innrettet for toveis kommunikasjon med kjøretøyets mobilradiostasj on.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 17, karakterisert ved at bestemmelse av posisjonen av den første og den andre satellitt i henhold til det fastlagte koordinatsystem med jordens sentrum som origo.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20, karakterisert ved at bestemmelsen av satellittenes posisjoner omfatter: bestemmelse av avstanden fra hver av satellittene til et første, et andre og et tredje, fast observasjonssted hvis posisjoner er kjente i forhold til et tilnærmet riktig bestemt jord-sentrum, og trilaterasjon av posisjonen av den første og av den andre satellitt ved å løse, for hver av satellittene, et sett av tre uavhengige, ulineære likninger hvis ukjente er satellittposisjonens romkoordinater i et kartesisk xyz-koordinatsystem hvis origo er lagt til jordens sentrum, mens likningenes kjente størrelser er de kjente koordinater for observasjonsstedene i henhold til samme koordinatsystem, og de målte respektive avstander fra de tre observasjonssteder og til den første og den andre satellitt.

22. System for bestemmelse av posisjonen av et objekt i et jordkoordinatsystem hvis origo er lagt til jordens midte, omfattende en fast beliggende jordstasjon med kjent posisjon og flere satellitter hvis posisjon også er kjent og som er i bane utenfor jorden, og hvor også avstanden mellom jordstasjonen og hver av satellittene er kjent, karakterisert ved: første kommunikasjonsenheter i jordstasjonen, for frembringelse av et periodisk signal som er synkronisert med en første referanseklokke og er innrettet for å sende ut det periodiske signal til objektet via minst to av satellittene, andre kommunikasjonsenheter i eller ved objektet, for å motta det periodiske signal, synkronisering av en andre, lokal referanseklokke med det mottatte periodiske signal som overføres via en første av de minst to satellitter og mottas av de andre kommunikasjonsenheter, måling av en første relativ tidsforskjell mellom det periodiske signal slik dette sendes ut via den første satellitt og en andre av de minst to satellitter og som mottas av de andre kommunikasjonsenheter, tilveiebringelse av et retursignal som er indikativt på tidsforskjellen, og sending av retursignalet via den første satellitt til de første kommunikasjonsenheter, og at de første kommunikasjonsenheter videre er innrettet for å motta retursignalet, synkronisering av en første referanseoscillator i form av en returklokke, med det motsatte retursignal, måling av en andre relativ tidsforskjell mellom den første referanseklokke og returklokken, bestemmelse ut fra den første og den andre tidsforskjell og de kjente avstander mellom den første og den andre satellitt og jordstasjon, av avstanden mellom objektet og den første og den andre satellitt, og bestemmelse av objektets posisjon ut fra de kjente posisjoner av den første og den andre satellitt, avstanden mellom objektet og den første og den andre satellitt, og en kjent avstand fra objektet til et referansepunkt innenfor referansekoordinatsystemet.

23. System ifølge krav 22, karakterisert ved at de første og de andre kommunikasjonsenheter er innrettet for toveis samband med hverandre via satellittene.

24. System ifølge krav 22, karakterisert ved at de første kommunikasjonsenheter er innrettet for uavhengig aktivering av en bestemmelse av et objekts posisjon.

25. System ifølge krav 22, karakterisert ved satellittfølgeenheter for bestemmelse av hver av satellittenes posisjon innenfor referansekoordinatsystemet med origo i jordens sentrum.