WO2017216395A1 - Posicionamiento optimizado de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético - Google Patents

Posicionamiento optimizado de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético Download PDF

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WO2017216395A1
WO2017216395A1 PCT/ES2016/070450 ES2016070450W WO2017216395A1 WO 2017216395 A1 WO2017216395 A1 WO 2017216395A1 ES 2016070450 W ES2016070450 W ES 2016070450W WO 2017216395 A1 WO2017216395 A1 WO 2017216395A1
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WO
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transmitter
temporary
range
error correction
information
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PCT/ES2016/070450
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English (en)
French (fr)
Inventor
F. Xavier BANQUÉ CASANOVAS
Miquel GARCIA FERNANDEZ
Original Assignee
Rokubun S.L.
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Publication date
Application filed by Rokubun S.L. filed Critical Rokubun S.L.
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
    • G01S19/07—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing data for correcting measured positioning data, e.g. DGPS [differential GPS] or ionosphere corrections
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/40—Correcting position, velocity or attitude
    • G01S19/41—Differential correction, e.g. DGPS [differential GPS]

Definitions

  • the invention generally relates to the field of signal processing, and in particular, to procedures and devices for the optimized and accurate determination of the position of low energy consumption electronic devices.
  • GNSS Global Satellite Navigation Systems
  • GNSS Global Satellite Navigation Systems
  • the European Galileo the European Galileo
  • the Russian Glonass the Chinese Beidou
  • DGNSS Differential GNSS techniques, DGNSS, have been proposed to improve position accuracy, but are applicable only to high-end positioning devices capable of processing all available information, that is, the range information provided.
  • Such a system uses the real-time kinematic technique (Real Time Kinematic, RTK) based on at least two geodetic level ground receivers.
  • RTK Real Time Kinematic
  • GNSS geodetic level receivers are extremely expensive, with a price of around $ 10,000, and on the other hand, they consume a considerable amount of processing resources, since they have to carry out processing at multiple frequencies. Therefore, these GNSS geodetic level receivers are excluded from being used in low-energy electronic devices, such as mobile terminals, sensor devices, electronic components, and the like.
  • Positioning devices have been developed for the mass consumer market that use low-end GNSS receivers and are less expensive. These positioning devices track only the code transmitted by GNSS on a frequency (typically L1, 1, 57542 GHz). Instead, Given this limitation, they are highly prone to error, and can only reach an accuracy in positioning in the range of meters (from 1m to 10m).
  • FIG. 1 shows an existing system 100, comprising at least one GNSS satellite transmitter 10 (with corresponding transmitting and receiving antennas), a first device, whose coordinates are known exactly with high precision, which is used as reference receiver 120 , and an electronic device of low energy consumption, which corresponds to the mobile device 130 whose position you wish to determine, and which performs a local position determination with low accuracy.
  • a first device whose coordinates are known exactly with high precision
  • reference receiver 120 is geodetic level
  • the mobile device is a low energy consumption device. Both devices track the ranges between them and the temporary transmitters 1 10 (GNSS satellites or other beacons), but the range information of the mobile device, and the corresponding position estimate, are not accurate.
  • the term "range” is used to refer to the distance between two points, in particular, between a transmitter and a receiver.
  • reference receivers 120 that receive information transmitted to them by mobile receivers 130, and use highly accurate reference positioning information to correct deviations or fluctuations in the positioning information of the mobile device, and return differential information for the mobile receiver to use to update their position information more accurately.
  • a central reference receiver 120 engages two-way data exchange over long distances with a plurality of mobile receivers 130, which need differential positioning information to correct their local position estimates.
  • differential processing is not applicable to low-power electronic devices that need to integrate low-power chipsets given their small size to facilitate portability (smartphones, tablet computers), or low cost (navigation sensors of vehicles), or other criteria, such as low weight (for drones, unmanned aerial vehicles).
  • These low-power positioning chipsets use low-cost GNSS receivers that cannot perform the aforementioned differential processing since they do not have access to the range information available in high-end positioning devices. These devices therefore cannot be configured to use the existing differential techniques described. Instead, they typically provide only an estimate of the position along with some basic identification information of the transmitters used in the estimation process (unique transmitter identification codes and azimuths and elevations of the line of sight between the receiver and transmitters) . Therefore, in GNSS, solutions based on low-cost receivers cannot use differential techniques and cannot benefit from further error reduction.
  • An additional advantage is the complete elimination of bi-directional communication, allowing the use of high energy consumption transmitters and receivers of these low energy electronic devices infrequently, only to receive positioning data, or correction of Minimal errors This results in a reduction in battery consumption, and increases its operational life between batteries.
  • the invention provides methods and devices that implement various aspects, embodiments, and features of the invention, and that are implemented using a variety of means.
  • the media may comprise hardware, software, firmware, or a combination thereof and these techniques may be implemented in any one, or combination of, the various media.
  • the various means may comprise processing units that are implemented using one or more application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSP), digital signal processing devices (DSPD), programmable logic devices (PLD), field programmable gate arrays (FPGA), processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, or other electronic elements, or combination thereof, designed to carry out the described functions (s), or a combination thereof.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSP digital signal processors
  • DSPD digital signal processing devices
  • PLD programmable logic devices
  • FPGA field programmable gate arrays
  • processors controllers, microcontrollers, microprocessors, or other electronic elements, or combination thereof, designed to carry out the described functions (s), or a combination thereof.
  • the means may comprise modules (for example, procedures, functions, and so on) that perform the described functions.
  • the program code can be stored in a memory item and executed by a processor.
  • the memory element can be integrated within the processor or external to it.
  • FIG. 1 shows an existing high energy consumption system for differential position determination.
  • FIG. 2 shows a system to provide precise positioning of low energy electronic devices of the invention.
  • FIG. 3 shows another view of the system to provide precise positioning of the invention.
  • FIG. 4 shows a procedure carried out in at least one reference device of the invention.
  • FIG. 5 shows a method carried out in at least one mobile device of the invention.
  • FIG. 6 shows a procedure for determining a range error correction factor by a reference device.
  • FIG. 7 shows a mobile device comprising means for precise position determination.
  • FIG. 2 shows a system 200 to provide precise positioning of the low energy electronic devices based on GNSS satellites.
  • the reference devices 220 and the mobile devices 230 carry out a preliminary position determination using GNSS signals received from at least one 10 GNSS satellite transmitter.
  • Low energy mobile devices are capable of processing position information available on low-cost on-board GNSS sensors along with correction information received from the reference devices to determine their own position with high accuracy.
  • FIG. 3 shows a system 300 to provide precise positioning of electronic devices of low energy consumption according to a preferred embodiment of the invention.
  • the system comprises an apparatus 320 in a reference device and an apparatus 330 in a mobile device.
  • any source of precise position and temporal information such as time transmitter 1 10 can be used.
  • time transmitter 1 10 can be a GNSS 312 satellite.
  • the temporary transmitter 1 10 may be a ground station 314 that transmits the temporary signal.
  • the temporary transmitter can be an Automatic Identification System, AIS, or any other positioning system for which the position can be computed based on range measurements (such as Arrival Time systems).
  • AIS Automatic Identification System
  • FIG. 3 shows, by way of example, both types of air and ground transmitter, comprising three 312 GNSS transmitters and a temporary ground transmitter 314 that transmit timing signals to both reference device 320 and mobile device 330. Therefore, at minus a temporary transmitter transmits signals with position information, temporary information related to the position estimation time, and transmitter identification information identifying the transmitter that estimated the position.
  • the transmitted signal comprises timing information (ie, timing or timing pattern), which allows any receiver to estimate the Arrival Time, TOA, or duration of the propagation, between the transmitter and receiver as well as the time stamp of the measurement. From these signals, the propagation time from the transmitter to the corresponding receiver is determined based on a time stamp included in the signal. Both reference devices and mobile receivers determine this propagation time, which is then used to carry out the precise position determination of the mobile device.
  • timing information ie, timing or timing pattern
  • the described methods and apparatus are configured from the beginning within the reference and mobile devices, that is, they are marketed with the optimization algorithms already integrated therein.
  • existing reference and mobile devices can be updated to incorporate the additional functionality provided by the described algorithms.
  • the firmware or software is uploaded to the processor of the reference or mobile devices, or they are connected in another way and executed by an external device connected to the reference or mobile devices (such as an external module, by example, a Raspberry Pi or similar small computer).
  • an external device such as an external module, by example, a Raspberry Pi or similar small computer.
  • the person would automatically understand that there are several ways in which the reference optimization algorithm can be executed in a reference device, and the mobile optimization algorithm in a mobile device.
  • the low cost positioning sensor of the mobile device comprises a GNSS receiver that computes the position from the ranges to a set of transmitters and to the Inertial Measurement Unit, IMU, which is typically a chipset with accelerometers and gyroscopes, and other navigation sensors based on ranges.
  • IMU Inertial Measurement Unit
  • the information available from these types of low-cost positioning sensors is very limited. They provide an initial estimate of the position, as well as basic satellite information, along with the estimation of azimuth and elevation of each line of sight between the mobile receiver and the transmitter.
  • the mobile receiver does not provide the range information of each line of sight, and given its closed box nature, such information is not available for use.
  • the reference receiver 320 computes and broadcasts to nearby receivers 330 the range corrections necessary for them to carry out the position optimization of their initial position estimates.
  • Mobile devices and reference receivers must be close enough to be able to assume that the errors in measuring ranges obtained in both receivers are similar enough. For example, in GNSS systems, this distance is typically less than 20 km to ensure that the main source of error (i.e., the ionosphere-related error) affects both devices in a similar manner, resulting in both devices being subject to Margins of error very similar.
  • the reference receiver which receives the temporary signal from a set of transmitters, processes these signals to determine the apparent range between itself and the transmitter. This is done using the temporal, or synchronization, information of the transmitted signal and computing the duration of the propagation, or TOA Arrival Time, relative to the internal clock of the receiver. This range is apparent since the propagation time depends on the geometric distance between the reference transmitter and receiver (i.e., the actual range), as well as comprising other effects, such as the time lag between the receiving clock and the clock. internal transmitter (relative to the system time scale) as well as other sources of error (such as delays due to the ionosphere and / or the neutral atmosphere).
  • an equivalent user range error UERE
  • the UERE is a range error correction factor, which is disseminated (together with a unique temporary transmitter identifier) to mobile devices.
  • the mobile device is a low-cost receiver whose position has to be determined exactly.
  • An initial position estimate is determined from the direction (azimuth and elevation) of the line of sight between the temporary transmitters and itself.
  • This position estimation process is the same as that carried out by the reference devices, which comprises determining an estimate of the position of the receiver using range information provided by these transmitters.
  • An example of such a mobile device is a low-cost GPS receiver such as those found in smartphones, a vehicle navigator, or a drone position sensor.
  • all the required information is usually distributed in a proprietary format, or using an NMEA format (a conventional format for distributing navigation solutions to low-cost receivers, the precise details of this format are outside the scope of this report , although they are readily available by the trade person).
  • the initial or gross position estimation is refined by computing a correction vector ( ⁇ , or a position correction parameter, which, applied to the initial position estimate, generates a highly accurate position estimate (r) .
  • This enhanced position is determined by the mobile device itself, using local position information and correction information. received from a reference device that broadcasts, despite not having access to the precise range information that is otherwise derived by processing at multiple frequencies.
  • the system of FIG. 3 comprises an apparatus 320 in a reference device and an apparatus 330 in a mobile device.Each apparatus comprises at least some means configured to carry out the process steps from Optimized position determination of low energy electronic devices.
  • FIG. 4 shows a method 400 carried out in at least one reference device of the invention comprising receiving 410 temporary information from at least one temporary transmitter, carried out by means of receiving temporary information, determining 420 at least one correction factor of range error corresponding to each temporary transmitter from the temporary information received, carried out by means of determining the range error correction factor, and broadcasting 430 the at least one determined range error correction factor corresponding to each temporary transmitter, carried out by broadcast means.
  • the procedure is repeated for each temporary transmitter, and therefore, it is continuously iterated repeating all the stages for all available transmitters.
  • the reference algorithm therefore broadcasts signals comprising a plurality of correction factors corresponding to each temporary transmitter-reference receiver pair.
  • FIG. 5 shows a procedure carried out in at least one mobile device of the invention comprising a method 500 for optimized position determination of low energy consumption electronic devices comprising receiving 510 temporary information from at least one temporary transmitter, carried out by means to receive temporary information, determine 520 a mobile device position estimate of the temporary information received corresponding to the temporary transmitter, carried out by means of position estimation, receive 530 at least one corresponding range error correction factor to the temporary transmitter, carried out by means to receive range error correction factor, to determine 540 a position correction parameter corresponding to the temporary transmitter from at least one range error correction factor, carried out by means to determine correction parameters of position, and determine 550 an optimized position of the mobile device based on the position estimation and the at least one position correction parameter, carried out by means for optimized position determination.
  • FIG. 7 shows a mobile device comprising means for determining the precise optimized position by the mobile device 330 itself, using local position information and correction information received from a broadcasting reference device 320.
  • the mobile device comprises means 710 for estimating an initial position and means 720 for determining an exact position.
  • the means 720 for precise position determination refine and improve the gross initial estimate by subtracting the diffusion correction factors from the initial position estimates.
  • the different range error correction factor values are projected to ENU Cartesian components to obtain a correction vector by means of a linear system of the linear mean square root.
  • the mobile device determines its position, r ', computing and applying the correction vector, Ar, to the initial position estimate, r.
  • the matrix A is constituted by p , ix, p , and z yp ⁇ , partial rank, which determines the displacement of each Cartesian component ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) for error given range ⁇ UERE).
  • the system also includes a weighting matrix W, to weight each observation with a specific weighting. This weighting will usually be dependent on the elevation (elj) of the observation.
  • u (azj, elj) is the unit vector direction of the line of sight between the transmitter j and the reference receiver, which depend exclusively on azimuth and elevation ⁇ az ⁇ and el ⁇ respectively) .
  • This is expressed in the East, North, and Top (ENU) components of the local geodetic framework.
  • ⁇ ( ⁇ , ⁇ ) is the matrix that transforms the ENU components to the XYZ Cartesian coordinates and depends on the longitude ⁇ ) and latitude ( ⁇ ) of the mobile receiver, therefore it is common to all visible transmitters.
  • the described procedures can be carried out in the reference and mobile devices upon receiving temporary information from any type of temporary transmitter that provides a time-stamped signal.
  • the inventors have realized additional advantages when said transmitters are GNSS satellite transmitters. Given the severe conditions of the satellite systems, the signals transmitted by satellite are subject to intense interference and are affected by various sources of error, such errors introduced by the ionosphere and the neutral atmosphere. Additionally, there are other sources of error, such as those introduced by satellite orbits and clocks.
  • this information transmitted by the GPS satellites in the navigation message is thick and inaccurate. To have more accurate information on satellite and clock orbits, it is necessary to download them from a server specialized in providing these orbits and clock.
  • this basic set of information is not always available, or derivable. For example, in certain rural remote areas where there is no data connectivity or communication network, the basic set of information cannot be obtained from the server with satellite information where this information is published periodically. Even in cases where there is coverage, the satellite server may not be functional, or its information may be outdated. If the basic set of information is too old, it would be better to ignore the basic set of information provided, since it could make position estimates worse. Therefore, the inventors have further developed the optimized and distributed position determination taking into account these Particular problems exist when GNSS transmitters are used as temporary transmitters.
  • FIG. 6 shows a method 600 of determining a range error correction factor by a reference device to be used by at least one mobile device to improve its gross initial position estimation.
  • the procedure begins by initializing 610 of the reference device, carried out by the means to initialize, setting the error correction factor of the initial range to zero (0).
  • an initial range estimate R j is determined by the reference device, carried out by means of range determination.
  • the reference device verifies 620, carried out by means of verification, if the basic set of satellite information is available. If positive, the reference device obtains and receives the basic set of information for each satellite transmitter, and determines at least 630 a GNSS satellite range correction factor such as:
  • fl y is the estimate of determined range and p and is the real range (geometric) between the transmitter j and the reference device, which is computed as the difference between the satellite position (orbit) at the time of the emission of the signal and the position of the receiver at the time of reception.
  • This actual range is as accurate as the satellite and receiver positions (typically in the range of centimeters of precision).
  • dT ⁇ is the term due to the clock deviation (relative to the GNSS system time scale) for the transmitter j, which has to be multiplied by the speed of light (c) to translate from time units to distance. Both p ⁇ and dTj are obtained from the basic set of satellite information. These optimal range error correction factors are then disseminated to mobile devices.
  • both of these first and second expected accuracies are inferior to the most accurate information derived from the basic set of satellite information, they nevertheless provide precise positioning of the mobile device even in situations where the basic set of satellite information is missing. available. Therefore, the positioning of the mobile device is optimal in that it provides a valid positioning in any circumstance.
  • the first range error correction factor is determined using measurements of the apparent range at two different frequencies so that the delay due to the ionosphere can be computed as:
  • the first range error correction factor is determined as a function of the electron density integral of the ionosphere through of the line of sight between the transmitting and receiving satellite, and are representative of the range delay introduced by the ionosphere.
  • the total inclined electron content, STEC which is the integral of the electron density in the ionosphere through the line of sight between the transmitting and receiving satellite, is computed by the reference receiver by subtracting the measured ranges from different frequencies (low cost receivers track only one frequency and therefore are not able to estimate this ionospheric delay). This is because the ionosphere is a dispersive medium and the delay induced in the signal depends on the frequency. If the receiver is able to measure the range at two frequencies a and b, the STEC can be obtained as:
  • ⁇ Rij is the difference in range obtained at different frequencies:
  • R1 ⁇ 4 Ra. - Rbj [expression 12]
  • REF is the difference in the hardware delays of the reference receiver obtained in the different measurement frequencies:
  • Ki, j K a - Kbj [expression 14].
  • the quantities K I REF and Kj are slowly changing hardware delays that have to be computed regularly. Therefore, the first range error correction factor is determined as a function of the hardware delays of the satellites and the reference receiver.
  • 650 is determined if the reference device makes the signal delay information available due to the wet and dry components of the neutral atmosphere (ie, the troposphere) (which is usually estimated next to the position of the geodetic level receiver). If not, the first error correction factor of suboptimal range is spread 670 to mobile devices, which comprise only an error correction induced by the ionosphere. These first sub-optimal range error correction factors allow a mobile receiver to carry out a precise position determination despite not having access to geodetic level range information or basic satellite information sets.
  • tropospheric data if tropospheric data is available, 660 second range error correction factors are determined based on these data, and their contribution is accumulated to that of ionospheric data such as:
  • UERE j UERE j + 'z
  • dry' m is co (elj) + Tz
  • the second range error correction factor Sub-optimal 660 is disseminated to mobile devices, which comprises a correction of both errors induced by the ionosphere and the troposphere. These second sub-optimal range error correction factors allow the mobile receiver to perform a position determination with high accuracy despite not having access to geodetic level range information or basic satellite information sets.
  • Additional improvements to the UERE could include range corrections, carried out in the mobile receiver (not in the reference receiver) that are dependent on the receiver. For example, if an azimuth / elevation map of the multi-path range error is available, this could be added to the UERE received from the reference receiver.
  • the position estimation determined by the mobile device can be further improved by taking into account other data normally available in many of the low energy consumption electronic devices.
  • accelerometer and gyro readings can be collected and used to improve the accuracy of position data even more.
  • Accelerometers, gyroscopes, barometers, magnetometers and other sensors present in the device can be integrated into the proposed algorithm using a stochastic estimator (such as a Kalman filter, a quadratic root information filter, or the like). This merged algorithm reduces the noise of position estimates to obtain a more accurate solution.
  • the inventors have developed different aspects implemented as a distributed architecture allowing mobile devices with low energy consumption to process available position information on GNSS sensors on board low cost along with correction information received from the reference devices to determine your own position with high precision (in the range of decimeters), using a variety of sources of timing Bi-directional communication between ground devices is eliminated allowing an efficient position determination in terms of bandwidth and battery usage.
  • position determination is carried out by compensating for the errors induced by the ionosphere and troposphere. Because very little battery is consumed, mobile devices can operate without supervision for a very long time, allowing their integration into other components, and in inaccessible areas of other components, without continuous maintenance (for example, for miniature sensors for locate mobile or animal structures).
  • the different embodiments can be implemented in hardware, software, firmware, middleware, micro-code, or any combination thereof.
  • Various aspects or features described can be implemented, on the one hand, as a method or procedure or function, and on the other hand, as a device, device, system, or computer program accessible by any computer-readable device, carrier or medium.
  • the procedures or algorithms described can be directly implemented in hardware, in a software module executed by a processor, or a combination of the two.
  • the various media may comprise software modules resident in RAM, flash memory, ROM, EPROM, EEPROM, registers, hard disk, removable disk, a CD-ROM, or any other type of storage medium known in the art. .
  • the various means may comprise logic blocks, modules, and circuits may be implemented or carried out by a general purpose processor, a digital signal processor (DSP), an application specific integrated circuit (ASIC), a set of programmable field doors (FPGA), or other programmable logic, discrete gate or transistor logic devices, discrete hardware components, or any combination thereof designed to perform the described functions.
  • DSP digital signal processor
  • ASIC application specific integrated circuit
  • FPGA set of programmable field doors
  • a general purpose processor may be a micro processor, but in the alternative, the processor may be a conventional processor, controller, microcontroller, state machine, or embedded processor.
  • the various media may comprise computer-readable media including, but not limited to, magnetic storage devices (eg, hard drives, floppy drives, magnetic strips, and so on), optical drives (for for example, CD or versatile DVD compact discs, and so on), smart cards and temporary flash storage units (eg EPROM).
  • the variety of storage media described may represent one or more devices and / or computer readable media for storing information.
  • the computer-readable medium term may comprise, without being limited thereto, a variety of means capable of storing, storing, or transporting instructions and / or data.
  • a computer program product may comprise a computer-readable medium with one or more instructions or operating codes to cause a computer to perform the described functions once executed in the computer.
  • Apparatus in a reference device for optimized determination of the position of low energy electronic devices in a system comprising at least one temporary transmitter, at least one reference device and at least one mobile device, in which the apparatus comprises : means for receiving temporary information from at least one temporary transmitter; means for determining, for each time transmitter, at least one range error correction factor from the time information received; and means for disseminating the at least one error correction factor of a certain range corresponding to each time transmitter.
  • Apparatus further comprising determining a range error correction factor based on satellite position information and satellite clock deviation information extracted from a basic set of information satellite available.
  • Apparatus which further comprises determining a first range error correction factor to compensate for range delays induced by the ionosphere if the basic set of satellite information is not available.
  • determining the first range error correction factor comprises determining the integral of the electron density in the ionosphere along the line of sight between the transmitting satellite and the receiver.
  • determining the first range error correction factor is based on satellite hardware delays and reference receivers.
  • Apparatus which further comprises determining a second range error correction factor to further compensate for the range delays induced by the troposphere of available troposphere data.
  • Apparatus in which determining the second range error correction factor comprises determining troposphere delays in the zenith direction for the dry and wet components of the troposphere.
  • Apparatus in a mobile device for optimized position determination of low energy electronic devices in a system comprising at least one temporary transmitter, at least one reference device and at least one mobile device, in which the apparatus comprises: means to receive temporary information from at least one temporary transmitter; means for determining, for each temporary transmitter, an estimated mobile device position of the temporary information received; means for receiving at least one range error correction factor corresponding to the time transmitter; means for determining, for each time transmitter, a position correction parameter of at least one range error correction factor; and means for determining an optimized mobile device position based on the estimated mobile device position and the at least one position correction parameter.
  • Apparatus in which the position correction parameters are derived from the range error correction factors based on a vector of range partials computed from zenith and elevation information for each device-transmitter pair.
  • Device in which the optimized position of the mobile device is determined by subtracting the position correction parameter from the estimated position of the mobile device.
  • Apparatus which further comprises an inertial measurement unit that provides IMU data, such as gyroscope data, barometer data, or magnetometer data, and in which the position is processed based on the IMU data.
  • Apparatus, in which to carry out the initial position estimation comprises determining both the position and azimuth and elevation coordinates of each line of sight between the device and the transmitter.
  • the at least one temporary transmitter is a GNSS satellite transmitter, or a temporary ground station transmitter, or an automatic identification system, or any other transmitter that transmits a temporary signal that It includes temporary information with arrival time information and transmitter identification information.
  • the at least one reference receiver broadcasts at least one mobile receiver within a radius of proximity of 20 km, together with a unique temporary transmitter identifier.
  • a method for optimized position determination of low energy electronic devices in a system comprising at least one temporary transmitter, at least one reference device and at least one mobile device, in which the procedure is carried out in the at least one reference device and comprises: receiving temporary information from at least one temporary transmitter; determine, for each temporary transmitter, at least one range error correction factor of the received temporary information; and disseminate the at least one error correction factor of a certain range corresponding to each time transmitter.
  • Procedure in which the reference device determines an apparent range of a corresponding time transmitter, and determines a range error correction factor based on a comparison of the apparent range with the actual range.
  • Procedure which further comprises determining a range error correction factor based on satellite position information and satellite clock deviation information extracted from a basic set of available satellite information.
  • Procedure which further comprises determining a first range error correction factor to compensate for range delays induced by the ionosphere if the basic set of satellite information is not available.
  • determining the first range error correction factor comprises determining the integral of the electron density in the ionosphere along the line of sight between the transmitting satellite and the receiver.
  • determining the first range error correction factor is based on hardware delays of satellite and reference receivers.
  • Procedure which further comprises determining a second range error correction factor to further compensate for the range delays induced by the troposphere of available troposphere data.
  • determining the second range error correction factor comprises determining troposphere delays in the zenith direction for the dry and wet components of the troposphere.
  • An optimized procedure for determining the position of low energy electronic devices in a system comprising at least one temporary transmitter, at least one reference device and at least one mobile device, in which the procedure is carried out in the less a mobile device and comprises: receiving temporary information from at least one temporary transmitter; determine, for each temporary transmitter, an estimated position of a mobile device from the temporary information received; receive at least one range error correction factor corresponding to the time transmitter; determine, for each time transmitter, a position correction parameter from at least one range error correction factor; and determining an optimized mobile device position based on the estimated mobile device position and the at least one position correction parameter.
  • Procedure in which the position correction parameters are derived from the range error correction factors based on a vector of range partials computed from zenith and elevation information for each device-transmitter pair.
  • Procedure in which the optimized position of the mobile device is determined by subtracting the position correction parameter from the estimated position of the mobile device.
  • Method which further comprises an inertial measurement unit that provides IMU data, such as gyroscope data, barometer data, or magnetometer data, and in which the position is processed based on the IMU data.
  • Procedure, in which to carry out the initial position estimation comprises determining both the position and azimuth and elevation coordinates of each line of sight between the device and the transmitter.
  • Procedure in which the at least one temporary transmitter is a GNSS satellite transmitter, or a temporary ground station transmitter, or an automatic identification system, or any another transmitter that transmits a temporary signal comprising temporary information with arrival time information and transmitter identification information.
  • Procedure in which the at least one reference receiver broadcasts at least one mobile receiver within a radius of proximity of 20 km, together with a unique temporary transmitter identifier.
  • a system for optimized position determination of electronic devices with low energy consumption comprises at least one temporary transmitter, at least one reference device and at least one mobile device.
  • a method of optimized position determination of low energy electronic devices in a system comprising at least one temporary transmitter, at least one reference device and at least one mobile device, the procedure carried out by the at least one device reference and the procedure carried out by the at least one mobile device.
  • a computer program comprising instructions, once executed by a processor in a reference device, to carry out a procedure.
  • a computer program comprising instructions, once executed by a processor in a mobile device, to carry out a procedure.
  • the computer program in which the computer program is integrated within the reference or mobile device, or coupled in a manner connected to, and external to, the same, allowing existing devices to be updated.
  • a computer readable medium comprising instructions, once executed by a processor in a reference device, to carry out a procedure.
  • a computer-readable medium comprising instructions, once executed by a processor in a mobile device, to carry out a procedure.

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Abstract

Diferentes aspectos de la invención implementan una arquitectura distribuida que permite a dispositivos móviles de bajo consumo energético procesar la información de posición disponible a partir de sensores GNSS de abordo de bajo coste, junto con la información de corrección de errores recibida de dispositivos de referencia, con el fin determinar su propia posición con alta precisión (de decímetros), usando una variedad de fuentes temporales.

Description

POSICIONAMIENTO OPTIMIZADO DE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
DE BAJO CONSUMO ENERGÉTICO
CAMPO TÉCNICO
[001 ] La invención se refiere generalmente al campo del procesamiento de señales, y en particular, a procedimientos y dispositivos para la determinación optimizada y precisa de la posición de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético.
ESTADO DE LA TÉCNICA
[002] Existen dispositivos para la determinación de posición que pueden proporcionar el posicionamiento de dispositivos con una alta precisión. Tales dispositivos usan receptores de nivel geodésico de alta gama de los Sistemas de Navegación Global por Satélite, GNSS, (tales como el Sistema de Posicionamiento Global GPS americano, el Galileo europeo, el Glonass ruso, o el Beidou chino) que siguen el código y fase transmitido por los satélites GNSS en múltiples frecuencias.
[003] Se han propuesto técnicas de GNSS diferencial, DGNSS, para mejorar la precisión en la posición, pero son aplicables solamente a dispositivos de posicionamiento de alta gama capaces de procesar toda la información disponible, es decir, la información de rango proporcionada. Un sistema tal utiliza la técnica de cinemática en tiempo real (Real Time Kinematic, RTK) basado en al menos dos receptores de tierra de nivel geodésico. Por una parte los receptores de nivel geodésico GNSS son extremadamente costosos, con un precio de alrededor de los $10000, y por otra parte, consumen una cantidad considerable de recursos de procesamiento, ya que tienen que llevar a cabo procesamiento en múltiples frecuencias. Por tanto, estos receptores de nivel geodésico GNSS están excluidos de ser utilizados en dispositivos electrónicos de bajo consumo energético, tales como terminales móviles, dispositivos sensores, componentes electrónicos, y similar.
[004] Se han desarrollado dispositivos de posicionamiento para el mercado de consumo en masa que usan receptores de gama baja GNSS y que son menos costosos. Estos dispositivos de posicionamiento rastrean solamente el código transmitido por GNSS en una frecuencia (típicamente L1 , 1 ,57542 GHz). En cambio, dada esta limitación, son altamente propensos al error, y pueden solamente llegar a una precisión en posicionamiento en el rango de metros (de 1 m a 10m).
[005] La FIG. 1 muestra un sistema 100 existente, que comprende al menos un transmisor 1 10 satélite GNSS (con sus antenas de transmisión y recepción correspondientes), un primer dispositivo, cuyas coordenadas se conocen exactamente con una elevada precisión, que se usa como receptor 120 de referencia, y un dispositivo electrónico de bajo consumo de energía, que corresponde con el dispositivo móvil 130 cuya posición de desea determinar, y que lleva a cabo una determinación local de posición con baja precisión. En estos entornos, solamente el receptor 120 de referencias 120 es de nivel geodésico, mientras que el dispositivo móvil es un dispositivo de bajo consumo energético. Ambos dispositivos rastrean los rangos entre ellos y los transmisores 1 10 temporales (satélites GNSS u otras balizas), pero la información de rango del dispositivo móvil, y la estimación de posición correspondiente, no son precisas. En el contexto de esta invención, se utiliza el término "rango" para referirse a la distancia entre dos puntos, en particular, entre un transmisor y un receptor.
[006] Para poder tratar este problema, existen receptores 120 de referencia que reciben información transmitida a las mismas por receptores móviles 130, y usan la información de posicionamiento de referencia altamente precisa para corregir desviaciones o fluctuaciones en la información de posicionamiento del dispositivo móvil, y devuelven información diferencial para que el receptor móvil lo use para actualizar su información de posición con más precisión. Típicamente, un receptor 120 de referencia central entabla un intercambio bidireccional de datos a través de largas distancias con una pluralidad de receptores móviles 130, que necesitan de la información de posicionamiento diferencial para corregir sus estimaciones locales de posición.
[007] Tales sistemas sufren de un número de inconvenientes. En primer lugar, hay necesidad de una comunicación 140 bidireccional continua entre los dispositivos de referencia y la pluralidad de dispositivos móviles (tal como mostrado por las flechas bidireccionales entre las antenas de los dispositivos de referencia y móvil). Aunque en la mayoría de los casos sólo se transmite información diferencial de rango, esto ocupa ancho de banda, así como que requiere uso de la energía de las baterías de los dispositivos de bajo consumo energético ya que están continuamente transmitiendo y recibiendo señales de datos y control en entornos sujetos a alta interferencia, tales como aquellos en zonas remotas que requieren una potencia de transmisión alta, o aquellos en zonas urbanas con un número elevado de dispositivos electrónicos simultáneamente transmitiendo.
[008] Otra desventaja es que el procesamiento diferencial no es aplicable a dispositivos electrónicos de bajo consumo energético que necesitan integrar chipsets de baja potencia dado su reducido tamaño para facilitar su portabilidad (teléfonos inteligentes, ordenadores tableta), o bajo coste (sensores de navegación de vehículos), u otros criterios, tales como bajo peso (para los drones, vehículos aéreos no tripulados). Estos chipsets de posicionamiento de baja potencia usan receptores GNSS de bajo coste que no pueden llevar a cabo el procesamiento diferencial mencionado anteriormente ya que no tienen acceso a la información de rango disponible en dispositivos de posicionamiento de alta gama. Estos dispositivos por tanto no se pueden configurar para utilizar las técnicas diferenciales existentes descritas. En cambio, típicamente proporcionan solo una estimación de la posición junto a alguna información básica de identificación de los transmisores usados en el proceso de estimación (códigos únicos identificativos de transmisor y los azimut y elevaciones de la línea de visión entre el receptor y los transmisores). Por tanto, en GNSS, soluciones basados en receptores de bajo coste no pueden usar las técnicas diferenciales y no pueden beneficiarse de la reducción adicional en error.
[009] Por tanto, en el momento, no existen soluciones viables para proporcionar una determinación de posición altamente precisa para dispositivos de bajo consumo energético. Por tanto existe la necesidad de resolver de forma efectiva estos problemas descritos. RESUMEN
[0010] Por tanto es un objeto de la invención proporcionar soluciones a los problemas descritos. En particular, es un objeto de la invención proporcionar un posicionamiento mejorado y preciso para dispositivos electrónicos de bajo consumo energético.
[001 1 ] Entre otras características, los problemas varios se resuelven parcialmente o completamente proporcionando una arquitectura distribuida en el que distintas partes del algoritmo de optimización se ejecuta en ambos dispositivos de referencia y dispositivos móviles. El algoritmo del dispositivo de referencia se configura para difundir señales de corrección de error, y el algoritmo del dispositivo móvil se configura para determinar una posición mejorada más precisa en base a las señales de corrección de error difundidas. Por tanto, la corrección de error se lleva a cabo en el mismo dispositivo móvil usando una información mínima recibida por el dispositivo de referencia que difunde. Estos algoritmos operan directamente sobre, o traducen otra información de distancia a, información de posición. Debido a que dicha información de posición se encuentra disponible en sensores GNSS de bajo coste, se hace una estimación inicial de la posición móvil, y se mejora usando las señales correctoras recibidas del dispositivo de referencia. Por tanto no hace falta la información de rango precisa que se encuentra solamente disponible para su uso en dispositivos de posicionamiento de alta gama. El algoritmo combinado optimizado compensa por el nivel de precisión bajo del posicionamiento del dispositivo móvil, resultando en una determinación de posición en el rango de decímetros de estos dispositivos electrónicos de bajo consumo energético.
[0012] Una ventaja adicional es la eliminación completa de la comunicación bi- direccional, permitiendo el uso de los transmisores y receptores de alto consumo energético de estos dispositivos electrónicos de bajo consumo energético poco frecuentemente, solo para recibir datos de posicionamiento, o corrección de errores, mínima. Esto redunda en una reducción del consumo de las baterías, e incrementa su vida operativa útil entre baterías.
[0013] Por tanto, es un objeto de la invención proporcionar un procedimiento en un dispositivo de referencia para la determinación optimizada de la posición de un dispositivo móvil.
[0014] Es otro objeto de la invención proporcionar un aparato en un dispositivo de referencia para la determinación optimizada de la posición de un dispositivo móvil.
[0015] Es otro objeto de la invención proporcionar un procedimiento en un dispositivo móvil para la determinación optimizada de posición.
[0016] Es otro objeto de la invención proporcionar un aparato en un dispositivo móvil para la determinación optimizada de posición.
[0017] Es otro objeto de la invención proporcionar un sistema, y procedimiento correspondiente, para la determinación optimizada de la posición de un dispositivo móvil.
[0018] Es otro objeto de la invención proporcionar un programa de ordenador que comprende instrucciones, una vez ejecutadas en un procesador, para llevar a cabo las etapas de un procedimiento en un dispositivo de referencia para la determinación optimizada de la posición de un dispositivo móvil.
[0019] Es otro objeto de la invención proporcionar un programa de ordenador que comprende instrucciones, una vez ejecutadas en un procesador, para llevar a cabo las etapas de un procedimiento en un dispositivo móvil para la determinación optimizada de la posición.
[0020] Es otro objeto de la invención proporcionar un medio legible por ordenador que comprende instrucciones, una vez ejecutadas en un procesador, para llevar a cabo las etapas de un procedimiento en un dispositivo de referencia para la determinación optimizada de la posición de un dispositivo móvil.
[0021 ] Es otro objeto de la invención proporcionar un medio legible por ordenador que comprende instrucciones, una vez ejecutadas en un procesador, para llevar a cabo las etapas de un procedimiento en un a dispositivo móvil para la determinación optimizada de la posición.
[0022] La invención proporciona métodos y dispositivos que implementan varios aspectos, realizaciones, y características de la invención, y que se implementan usando una variedad de medios. A modo de ejemplo, los medios pueden comprender hardware, software, firmware, o una combinación de ellas y estas técnicas se pueden implementar en cualquier una, o combinación de, los varios medios.
[0023] Para una implementación hardware, los varios medios pueden comprender unidades de procesamiento que se implementan usando uno o más circuitos integrados de aplicación específica (ASIC), procesadores de señales digitales (DSP), dispositivos de procesamiento de señal digital (DSPD), dispositivos de lógica programable (PLD), field programmable gate arrays (FPGA), procesadores, controladores, micro-controladores, micro-procesadores, u otros elementos electrónicos, o combinación de ellos, diseñados para llevar a cabo la(s) funciones descritas, o una combinación de las mismas.
[0024] Para una implementación software, los medios pueden comprender módulos (por ejemplo, procedimientos, funciones, y demás) que lleven a cabo las funciones descritas. El código de programa se puede almacenar en un elemento de memoria y ser ejecutados por un procesador. El elemento de memoria se puede integrar dentro del procesador o externo a él. [0025] Se describen varios aspectos, configuraciones, y realizaciones del invento. En particular, la invención proporciona procedimientos, aparatos, sistemas, procesadores, código de programa, y otros aparatos y elementos que implementan y llevan a cabo los distintos aspectos, configuraciones y características del invento tal como descritas en lo siguiente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0026] Las características y ventajas derivadas de la invención descritas en la descripción se harán más aparentes de la descripción detallada junto con los dibujos en la que números de referencia iguales identifican elementos correspondientes en los distintos dibujos. Elementos correspondientes también se pueden identificar usando referencias distintas.
[0027] La FIG. 1 muestra un sistema existente de alto consumo energético para la determinación diferencial de posición.
[0028] La FIG. 2 muestra un sistema para proporcionar posicionamiento preciso de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético de la invención.
[0029] La FIG. 3 muestra otra vista del sistema para proporcionar un posicionamiento preciso de la invención.
[0030] La FIG. 4 muestra un procedimiento llevado a cabo en al menos un dispositivo de referencia de la invención.
[0031 ] La FIG. 5 muestra un procedimiento llevado a cabo en al menos un dispositivo móvil de la invención.
[0032] La FIG. 6 muestra un procedimiento para determinar un factor de corrección de error de rangos por un dispositivo de referencia.
[0033] La FIG. 7 muestra un dispositivo móvil que comprende medios para la determinación precisa de la posición.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
[0034] La FIG. 2 muestra un sistema 200 para proporcionar un posicionamiento preciso de los dispositivos electrónicos de bajo consumo energético en base a satélites GNSS. Los dispositivos 220 de referencia y los dispositivos móviles 230 llevan a cabo una determinación preliminar de la posición usando señales GNSS recibidos de al menos un transmisor 1 10 GNSS de satélite. Los dispositivos móviles de bajo consumo energético son capaces de procesar información de posición disponibles en los sensores GNSS de a bordo de bajo coste junto a información de corrección recibida de los dispositivos de referencia para determinar su propia posición con alta precisión.
[0035] Ya no hay más comunicación bidireccional entre dispositivos de tierra ya que los dispositivos 230 electrónicos de bajo consumo energético ya no transmiten información de posicionamiento al dispositivo de referencia 220. Ambos dispositivos de referencia y móvil pueden por tanto operar de acuerdo a la invención para mejorar la determinación de la posición, pero sin el consumo intenso en ancho de banda y de batería producido por las comunicaciones bi-direccionales. El dispositivo de referencia se configura para transmitir al dispositivo móvil datos de corrección de error que se usa entonces por el dispositivo móvil para llevar a cabo el algoritmo de optimización sobre su propia estimación inicial de posición. El resultado es una determinación de la posición del dispositivo móvil altamente precisa (en el rango de decímetros). En cambio, como se consume muy poca energía de la batería, los dispositivos móviles pueden operar sin supervisión por un tiempo muy largo, permitiendo su integración en otros componentes, y dentro de zonas inaccesibles de otros componentes, sin su mantenimiento continuo (por ejemplo, para sensores en miniatura para localizar estructuras móviles o animales).
[0036] La FIG. 3 muestra un sistema 300 para proporcionar un posicionamiento preciso de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético de acuerdo a una realización preferente de la invención. El sistema comprende un aparato 320 en un dispositivo de referencia y un aparato 330 en un dispositivo móvil. Dada la naturaleza distribuida del algoritmo de optimización que opera sobre información de posición, se puede usar cualquier fuente de posición precisa e información temporal como el transmisor temporal 1 10. En un aspecto, el transmisor temporal 1 10 puede ser un satélite GNSS 312. En otro aspecto, el transmisor temporal 1 10 puede ser una estación de tierra 314 que transmite la señal temporal. En incluso otro aspecto, el transmisor temporal puede ser un Sistema de Identificación Automático, AIS, u cualquier otro sistema de posicionamiento para el cual la posición puede computarse en base a medidas de rango (tales como sistemas de Tiempo de Llegada). Ejemplos de tales sistemas son el Enhanced Loran (eLoran) o sistemas de navegación que usan señales de oportunidad (es decir, señales que no fueron diseñadas para la navegación). Ejemplos de tales señales son 3G/4G Long Term Evolution (LTE), Bluetooth, Wifi o señales de Digital Video Broadcast (DVB), entre otros. [0037] La FIG. 3 muestra, a modo de ejemplo, ambos tipos de transmisor, de aire y tierra, comprendiendo tres transmisores 312 GNSS y un transmisor temporal 314 de tierra que transmiten señales de temporizacion a ambos dispositivo de referencia 320 y dispositivo móvil 330. Por tanto, al menos un transmisor temporal transmite señales con información de posición, información temporal relacionada al momento de estimación de la posición, e información de identificación de transmisor identificando al transmisor que estimó la posición. La señal transmitida comprende información de temporizacion (es decir, de sincronización o patrón de tiempos), que permite que cualquier receptor estime el Tiempo de Llegada, TOA, o duración de la propagación, entre el transmisor y receptor así como la marca temporal de la medición. A partir de estas señales, se determina el tiempo de propagación del transmisor al receptor correspondiente en base a una marca de tiempo comprendido en la señal. Ambos dispositivos de referencia y receptores móviles determinan este tiempo de propagación, que se utiliza entonces para llevar a cabo la determinación de posición precisa del dispositivo móvil.
[0038] En un aspecto de la invención, los procedimientos y aparatos descritos están configurados desde el principio dentro de los dispositivos de referencia y móviles, es decir, se comercializan con los algoritmos de optimización ya integrados en los mismos. En otro aspecto, dispositivos de referencia y móviles existentes (ya comercializados) pueden actualizarse para incorporar la funcionalidad adicional proporcionada por los algoritmos descritos. En este aspecto, se carga el firmware (o software) al procesador de los dispositivos de referencia o móviles, o se conectan de otra forma y ejecutan mediante un dispositivo externo conectado a los dispositivos de referencia o móviles (tales como un módulo externo, por ejemplo, un Raspberry Pi u ordenador pequeño similar). En cualquier caso, la persona de oficio entendería que hay varias formas en el que se puede ejecutar el algoritmo de optimización de referencia en un dispositivo de referencia, y el algoritmo de optimización de móvil en un dispositivo móvil.
[0039] El sensor de posicionamiento de bajo coste del dispositivo móvil comprende un receptor GNSS que computa la posición a partir de los rangos a un conjunto de transmisores y a la Unidad de Medición Inercial, IMU, que es típicamente un chipset con acelerómetros y giroscopios, y otros sensores de navegación en base a rangos. Tal como descrito, la información disponible a partir de estos tipos de sensores de posicionamiento de bajo coste es muy limitada. Proporcionan una estimación inicial de la posición, así como información básica de satélite, junto a la estimación del azimut y elevación de cada línea de visión entre el receptor móvil y el transmisor. El receptor móvil no proporciona la información de rango de cada línea de visión, y dada su naturaleza de caja cerrada, dicha información no se encuentra disponible para su uso.
[0040] El receptor de referencia 320 computa y difunde a móviles receptores 330 cercanos las correcciones de rango necesarias para que estos lleven a cabo la optimización de posición de sus estimaciones de posición iniciales. Los dispositivos móviles y receptores de referencia deben encontrarse lo suficientemente próximos para poder asumir que los errores en la medición de rangos obtenidos en ambos receptores es lo suficientemente similar. Por ejemplo, en sistemas GNSS, esta distancia es típicamente menos que 20 km para asegurar que la fuente principal de error (es decir, el error relacionado con la ionosfera) afecta a ambos dispositivos de una manera similar, resultando en ambos dispositivos siendo sujetos a márgenes de error muy similares.
[0041 ] El receptor de referencia, que recibe la señal temporal de un conjunto de transmisores, procesa estas señales para determinar el rango aparente entre sí mismo y el transmisor. Esto se hace usando la información temporal, o de sincronización, de la señal transmitida y computando la duración de la propagación, o Tiempo de Llegada TOA, relativa al reloj interno del receptor. Este rango es aparente ya que el tiempo de propagación depende de la distancia geométrica entre el transmisor y receptor de referencia (es decir, el rango real), así como que comprende otros efectos, tales como el desfase temporal entre el reloj receptor y el reloj interno de transmisor (relativo a la escala de tiempo del sistema) así como otras fuentes de error (tales como retardos debidos a la ionosfera y/o la atmosfera neutral).
[0042] En base a las mediciones de rango así como las estimaciones de posición (con errores en el rango de centímetros), se estima un error de rango equivalente de usuario, UERE. El UERE es un factor de corrección de error de rango, que se difunde (junto a un identificador único de transmisor temporal) a los dispositivos móviles. Los datos de corrección de error de rango comprenden todos los valores de factor de corrección de error de rango e identificadores de transmisores. Asumiendo que un dispositivo de referencia tiene a la vista N transmisores temporales, los datos de corrección de error de rango comprenden todos los valores de factor UERE^ correspondientes a cada transmisor temporal para = Ι, .,. , Ν. La difusión se puede llevar a cabo mediante una transmisión en radiofrecuencia convencional (por ejemplo, en la banda UHF) o por Internet (como un flujo de datos), o mediante otros medios adecuados. La persona de oficio entendería que cualquier mecanismo de difusión es adecuado mientras se configure para llevar a cabo una transmisión punto-a-multipunto del dispositivo de referencia a los dispositivos móviles permitiendo que los dispositivos móviles reciban la transmisión.
[0043] El dispositivo móvil es un receptor de bajo coste cuya posición se tiene que determinar con exactitud. Se determina una estimación de posición inicial a partir de la dirección (azimut y elevación) de la línea de visión entre los transmisores temporales y sí mismo. Este proceso de estimación de posición es el mismo como el llevado a cabo por los dispositivos de referencia, que comprende determinar una estimación de la posición del receptor usando información de rango proporcionada por estos transmisores. Un ejemplo de tal dispositivo móvil es un receptor GPS de bajo coste tales como los que se encuentran en los teléfonos inteligentes, un navegador de vehículo, o un sensor de posición en un dron. En este caso, toda la información requerida se distribuye usualmente en un formato propietario, o usando un formato NMEA (un formato convencional para distribuir soluciones de navegación en receptores de bajo coste, los detalles precisos de este formato se encuentran fuera del ámbito de esta memoria, aunque se encuentran disponibles fácilmente por la persona de oficio).
[0044] A partir de la estimación de posición (r) determinada por el dispositivo móvil y los datos de corrección de error de rango UERE recibidos del dispositivo de referencia, se refina la estimación de posición inicial o gruesa computando un vector de corrección (Δή, o un parámetro de corrección de posición, que, aplicado a la estimación de posición inicial, genera una estimación de posición altamente precisa (r). Esta posición mejorada se determina por el propio dispositivo móvil, usando información de posición local e información de corrección recibida de un dispositivo de referencia que difunde, a pesar de no tener acceso a la información de rango precisa que de otra forma se deriva mediante el procesamiento en múltiples frecuencias. El sistema de la FIG. 3 comprende un aparato 320 en un dispositivo de referencia y un aparato 330 en un dispositivo móvil. Cada aparato comprende al menos unos medios configurados para llevar a cabo las etapas del procedimiento de determinación optimizada de posición de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético.
[0045] La FIG. 4 muestra un procedimiento 400 llevado a cabo en al menos un dispositivo de referencia de la invención que comprende recibir 410 información temporal de al menos un transmisor temporal, llevado a cabo por medios de recepción de información temporal, determinar 420 al menos un factor de corrección de error de rango correspondiendo a cada transmisor temporal a partir de la información temporal recibida, llevado a cabo por medios de determinar el factor de corrección de error de rango, y difundir 430 el al menos un factor de corrección de error de rango determinado correspondiendo a cada transmisor temporal, llevado a cabo por medios de difusión. El procedimiento se repite para cada transmisor temporal, y por tanto, se itera continuamente repitiendo todas las etapas para todos los transmisores disponibles. El algoritmo de referencia por tanto difunde señales que comprenden una pluralidad de factores de corrección correspondientes a cada par transmisor temporal - receptor de referencia.
[0046] La FIG. 5 muestra un procedimiento llevado a cabo en al menos un dispositivo móvil de la invención que comprende un procedimiento 500 para la determinación optimizada de posición de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético que comprende recibir 510 información temporal de al menos un transmisor temporal, llevado a cabo por medios para recibir información temporal, determinar 520 una estimación de posición de dispositivo móvil de la información temporal recibida correspondiendo con el transmisor temporal, llevado a cabo por medios de estimación de posición, recibir 530 al menos un factor de corrección de error de rango correspondiendo al transmisor temporal, llevado a cabo por medios para recibir factor de corrección de error de rangos, determinar 540 un parámetro de corrección de posición correspondiendo al transmisor temporal a partir del al menos un factor de corrección de error de rango, llevado a cabo por medios para determinar parámetros de corrección de posición, y determinar 550 una posición optimizada del dispositivo móvil en base a la estimación de posición y el al menos un parámetro de corrección de posición, llevado a cabo por medios para la determinación optimizada de posición. El procedimiento se repite para cada transmisor temporal, y por tanto, se itera continuamente repitiendo todas las etapas para todos los transmisores disponibles. El algoritmo de móvil por tanto determina una pluralidad de posiciones exactas correspondientes a cada par transmisor temporal - receptor móvil. [0047] La FIG. 7 muestra un dispositivo móvil que comprende medios para determinar la posición optimizada precisa por el propio dispositivo móvil 330, usando información de posición local e información de corrección recibida de un dispositivo de referencia 320 que difunde. El dispositivo móvil comprende medios 710 para estimar una posición inicial y medios 720 para determinar una posición exacta. Los medios 720 para la determinación de posición precisa refinan y mejoran la estimación inicial gruesa restando los factores de corrección difundidos de las estimaciones de posición iniciales. Los distintos valores de factor de corrección de error de rango se proyectan a componentes Cartesianos ENU para obtener un vector de corrección mediante un sistema lineal de la raíz cuadrática media lineal. El dispositivo móvil determina su posición, r', computando y aplicando el vector de corrección, Ar, a la estimación de posición inicial, r.
r' = r - Ar [expresión 1 ]
Los componentes de este vector de corrección, Ar, se definen como
Ar = (Ax, Ay, Az) [expresión 2]
[0048] El vector de corrección (Δή se obtiene resolviendo el siguiente sistema lineal:
[expresión 3]
Figure imgf000014_0001
en el que
[expresión 4]
Figure imgf000014_0002
y [expresión 5]
Figure imgf000015_0001
[0049] En este sistema lineal, la matriz A se constituye por p¡¡x, p¡ y y p¿z, las parciales de rango, que determina el desplazamiento de cada componente Cartesiano (Δχ, Δγ, Δζ ) por un error de rango dado {UERE). El sistema también incluye una matriz de ponderación W, para ponderar cada observación con una ponderación específica. Esta ponderación será usualmente dependiente de la elevación (elj) de la observación. Una esquema de ponderación sería usar w¡ = 1 / sin(elj). En otras palabras, esta etapa corresponde a la proyección de un error en rango a un error en cada uno de los tres componentes Cartesianos. Por conveniencia, se expresan estas parciales para una medición en formato vector como sigue: p¡ = (Pi,x, p y, p∑) [expresión 6].
[0050] Estas parciales se computan a partir del azimut y elevación de cada medición de rango, como sigue: j = Ε(λ, ø)■ Ü(azj, elj)
az¡
azj ] [expresión 7]
Figure imgf000015_0002
cos sin / sin elj en el que u(azj, elj) es la dirección de vector unitaria de la línea de visión entre el transmisor j y el receptor de referencia, que dependen exclusivamente del azimut y la elevación {az¡ y el¡ respectivamente). Esto se expresa en en los componentes de Este, Norte, y Arriba (ENU) del marco geodésico local.
Ε(λ, φ) es la matriz que transforma de los componentes ENU a las coordenadas Cartesianas XYZ y dependen de la longitud {λ) y la latitud (ø) del receptor móvil, por tanto es común a todos los transmisores a vista. [0051 ] Tal como ya mencionado, los procedimientos descritos se pueden llevar a cabo en los dispositivos de referencia y móviles al recibir información temporal de cualquier tipo de transmisor temporal que proporciona una señal con marca temporal. No obstante, en un aspecto particular, los inventores se han percatado de ventajas adicionales cuando dichos transmisores son transmisores GNSS de satélite. Dadas las condiciones severas de los sistemas de satélite, las señales transmitidas por satélite son sujetas a una interferencia intensa y son afectadas por varias fuentes de error, dichos errores introducidos por la ionosfera y la atmosfera neutral. Adicionalmente, existen otras fuentes de error, tales como los introducidos por órbitas de satélite y relojes. En un entorno particularmente tan difícil, para poder determinar la posición de un dispositivo con la exactitud más alta, es también necesario conocer de antemano la posición exacta de los satélites junto a cualquier desviación de reloj de satélite relativo a la escala de tiempos del sistema de satélite. Ambas informaciones de posición exacta de satélite así como información de desviación de reloj se refieren como el conjunto básico de información de satélite, que normalmente se transmite en la señal de temporización como un mensaje de navegación, o se puede derivar a partir de información contenida en dichos mensajes.
[0052] No obstante, esta información transmitida por los satélites GPS en el mensaje de navegación es gruesa y poco precisa. Para tener información más precisa de órbitas de satélite y de reloj, es necesario descargarlas de un servidor especializado en proporcionar estas órbitas y reloj. En cambio, existe un problema adicional en el que no siempre está disponible, o derivable, este conjunto básico de información. Por ejemplo, en ciertas áreas remotas rurales donde no hay ninguna conectividad de datos o red de comunicación, el conjunto básico de información no se puede obtener del servidor con la información de satélite donde esta información se publica de forma periódica. Incluso en los casos en los que hay cobertura, el servidor de satélite podría no estar funcional, o su información estar caduco. Si el conjunto básico de información es demasiado antiguo, sería mejor ignorar el conjunto básico de información proporcionado, ya que podría empeorar las estimaciones de posición. Por tanto, los inventores han desarrollado aún más la determinación de posición optimizada y distribuida tomando en consideración estos problemas particulares existentes cuando los transmisores GNSS son utilizados como los transmisores temporales.
[0053] La FIG. 6 muestra un procedimiento 600 de determinar un factor de corrección de error de rangos por un dispositivo de referencia a ser usado por al menos un dispositivo móvil para mejorar su estimación de posición inicial gruesa. El procedimiento comienza mediante la inicialización 610 del dispositivo de referencia, llevado a cabo por los medios para inicializar, estableciendo el factor de corrección de error de rango inicial a cero (0). Luego, se determina una estimación de rango inicial Rj por el dispositivo de referencia, llevado a cabo por medios de determinación de rangos. El dispositivo de referencia verifica 620, llevado a cabo por medios de verificación, si el conjunto básico de información de satélite se encuentra disponible. En caso positivo, el dispositivo de referencia obtiene y recibe el conjunto básico de información por cada transmisor de satélite, y determina 630 al menos un factor de corrección de error de rango por satélite GNSS como:
UEREj = Rj - pj + c-dTj [expresión 8]
en el que fly es la estimación de rango determinado y py es el rango real (geométrico) entre el transmisor j y el dispositivo de referencia, que se computa como la diferencia entre la posición de satélite (órbita) en la época de la emisión de la señal y la posición del receptor en la época de recepción. Este rango real es tan preciso como las posiciones del satélite y receptor (típicamente en el rango de centímetros de precisión). dT¡ es el término debido a la desviación de reloj (relativo a la escala de tiempos del sistema GNSS) para el transmisor j, que se tiene que multiplicar por la velocidad de la luz (c) para traducir de unidades de tiempo a distancia. Ambos p¡ y dTj se obtienen del conjunto básico de información por satélite. Estos factores óptimos de corrección de error de rango se difunden entonces a los dispositivos móviles.
[0054] Tal como mencionado, existen entornos particulares en los que no siempre es posible obtener el conjunto básico de información de satélite (el conjunto de información de las órbitas precisas de satélite y de reloj) de los servidores de datos. Normalmente, si esta información no se encuentra disponible, no sería posible continuar con ningún tipo de determinación de posición. En cambio, los inventores han desarrollado una aproximación sub-óptima que permite la determinación de factores de corrección que son suficientemente precisos que, una vez tomados en cuenta por los dispositivos móviles, permiten, o siguen permitiendo, la determinación de posición con alta precisión por los dispositivos móviles.
[0055] Esto se consigue, en un aspecto, tomando en cuenta errores inducidos por la ionosfera para determinar un primer tipo de factor de corrección de error de rango con una primera exactitud esperada, que compensa el retardo en rango introducido por la ionosfera. En otro aspecto, si adicionalmente a estos parámetros, se encuentran también disponibles los parámetros relacionados con errores inducidos por la atmosfera neutral, o troposfera, entonces estos también se toman en cuenta a la hora de determinar un segundo tipo de factor de corrección de error de rango con una segunda exactitud esperada, que compensa adicionalmente por el retardo en rango introducido por la troposfera. La primera exactitud esperada es inferior a la segunda exactitud esperada, que toma en cuenta ambas informaciones de la ionosfera y la troposfera. Aunque ambas de estas primera y segunda exactitudes esperadas son inferiores a la información más precisa derivada del conjunto básico de información de satélite, no obstante proporcionan un posicionamiento preciso del dispositivo móvil incluso en situaciones en el que el conjunto básico de información de satélite no se encuentra disponible. Por tanto, el posicionamiento del dispositivo móvil es óptimo en que proporciona un posicionamiento válido en cualquier circunstancia.
[0056] Cuando se toman en cuenta solamente los errores inducidos por la ionosfera, se determina 640 el primer factor de corrección de error de rango usando mediciones del rango aparente en dos frecuencias distintas para que se pueda computar el retardo debido a la ionosfera como:
UEREj = ^■ STECj [expresión 9]
en el que fx es la frecuencia L1 del portador GPS (1 .57542GHz, que es la frecuencia rastreada por la mayoría de receptores GNSS de bajo coste), y STECj es el contenido inclinado total de electrones (la integral de la densidad de electrones en la ionosfera a través de la línea de visión) entre el transmisor j y el receptor de referencia. Por tanto, el primer factor de corrección de error de rango se determina como una función de la integral de la densidad de electrones de la ionosfera a través de la línea de visión entre el satélite transmisor y receptor, y son representativos del retardo en rango introducido por la ionosfera.
[0057] Se computa el contenido inclinado total de electrones, STEC, que es la integral de la densidad de electrones en la ionosfera a través de la línea de visión entre el satélite transmisor y receptor, por el receptor de referencia restando los rangos medidos a diferentes frecuencias (los receptores de bajo coste rastrean solamente una frecuencia y por tanto no son capaces de estimar este retardo ionosférico). Esto se debe a que la ionosfera es un medio dispersivo y el retardo inducido en la señal depende de la frecuencia. Si el receptor es capaz de medir el rango a dos frecuencias a y b, se puede obtener el STEC como:
STECj = k-(Rij - K,,REF-K,j) [expresión 10]
en el que:
• k es una constante que depende de las frecuencias y se computa como: k =— - l £L [expresión 1 1 ]
40.3 f -f J
· Rij es la diferencia en rango obtenido a distintas frecuencias:
R¼= Ra . - Rbj [expresión 12]
• KI,REF es la diferencia de los retardos en hardware del receptor de referencia obtenidos en las distintas frecuencias de medición:
KI,REF = Ka,REF - ^b.REF [expresión 13]
• KI es la diferencia en retardos de hardware de los satélites GNSS obtenidos en las distintas frecuencias de medición: Ki,j = Ka - Kbj [expresión 14].
Las cantidades KI REF y K¡j son retardos de hardware lentamente cambiantes que se tienen que computar regularmente. Por tanto, el primer factor de corrección de error de rango se determina como una función de los retardos de hardware de los satélites y del receptor de referencia.
[0058] Una vez que se computan estos primeros factores, se determina 650 si el dispositivo de referencia pone a disposición la información de retardo de señal debido a los componentes húmedos y secos de la atmosfera neutral (es decir, la troposfera) (que se estima habitualmente junto a la posición del receptor de nivel geodésico). En caso negativo, el primer factor de corrección de error de rango sub- óptimo se difunde 670 a los dispositivos móviles, que comprenden solamente una corrección de errores inducidos por la ionosfera. Estos primeros factores de corrección de error de rango sub-óptimos permiten a un receptor móvil llevar a cabo una determinación de posición precisa a pesar de no tener acceso a información de rango de nivel geodésico o a conjuntos básicos de información de satélite.
[0059] En otro aspecto, en caso de encontrarse disponibles los datos troposféricos, se determina 660 segundos factores de corrección de error de rango en base a estos datos, y su contribución se acumula a la de los datos ionosféricos como:
UEREj = UEREj + ' z, seco ' mseco(elj) + Tz,búmedo - m húmedo (elj) [expresión 15] en el que Tz seco y Tz¡húmed0 son retardos troposféricos en la dirección cénit para los componentes secos y húmedos de la troposfera. Estos valores se estiman habitualmente por el dispositivo de referencia junto a la posición, o usando valores de rango puestas a disposición por el dispositivo de referencia. Debido a que estas cantidades son retardos en la dirección cénit, deben de transferirse a la dirección inclinada usando funciones de mapeo {mseco y mhúmed0), que dependen de la elevación del transmisor j (e/y) relativo a la posición del dispositivo de referencia. Los modelos para estas funciones de mapeo se encuentran fuera del ámbito de esta divulgación, y se encuentran disponibles para que la persona de oficio las busque y reproduzca. Una vez computadas, el segundo factor de corrección de error de rango sub-óptimo se difunde 660 a los dispositivos móviles, que comprende una corrección de ambos errores inducidos por la ionosfera y la troposfera. Estos segundos factores de corrección de error de rango sub-óptimos permiten al receptor móvil llevar a cabo una determinación de posición con alta precisión a pesar de no tener acceso a información de rango de nivel geodésico o a conjuntos básicos de información de satélite.
[0060] Mejoras adicionales al UERE podrían comprender las correcciones de rango, llevado a cabo en el receptor móvil (no en el receptor de referencia) que sean dependientes del receptor. Por ejemplo, si se encuentra disponible un mapa azimut/elevación del error de rango multi-trayecto, esto se podría añadir al UERE recibido del receptor de referencia.
[0061 ] En cualquier caso, se difunde uno de tres posibles factores de corrección de error de rango a los dispositivos móviles. Pero, mediante los primeros y segundos factores de corrección de error de rango sub-óptimos, es posible obtener un posicionamiento preciso o altamente exacto del dispositivo móvil incluso en escenarios en el que no se encuentra disponible el conjunto básico de información de satélite GNSS normalmente disponible y no se tiene información de rango de grado geodésico.
[0062] En otro aspecto de la invención, se puede mejorar aún más la estimación de posición determinada por el dispositivo móvil teniendo en cuenta otros datos normalmente disponibles en muchos de los dispositivos electrónicos de bajo consumo energético. En un aspecto, se pueden recoger y usar las lecturas de acelerómetro y giroscopio para mejorar la precisión de los datos de posición aún más. Se puede integrar en el algoritmo propuesto las lecturas de los acelerómetros, giroscopios, barómetros, magnetómetros y otros sensores presentes en el dispositivo usando un estimador estocástico (tal como un filtro Kalman, un filtro de información de raíz cuadrática, o similar). Este algoritmo fusionado reduce el ruido de las estimaciones de posición para obtener una solución más exacta.
[0063] Por tanto, los inventores has desarrollado distintos aspectos implementados como una arquitectura distribuida permitiendo que los dispositivos móviles de bajo consumo energético procesen información de posición disponible en sensores GNSS de abordo de bajo coste junto a información de corrección recibido de los dispositivos de referencia para determinar su propia posición con alta precisión (en el rango de decímetros), usando una variedad de fuentes de temporización. Se elimina la comunicación bi-direccional entre dispositivos de tierra permitiendo una determinación de posición eficiente en términos de ancho de banda y uso de batería. En el caso de fuentes temporales GNSS, la determinación de posición se lleva a cabo compensando los errores inducidos por la ionosfera y troposfera. Debido a que se consume muy poca batería, los dispositivos móviles pueden operar sin supervisión por un tiempo muy largo, permitiendo su integración en otros componentes, y en zonas inaccesibles de otros componentes, sin un mantenimiento continuo (por ejemplo, para sensores en miniatura para localizar estructuras móviles o animales).
[0064] Además, el experto medio en la materia entendería que las distintas realizaciones se pueden implementar en hardware, software, firmware, middleware, micro-código, o cualquier combinación de las mismas. Varios aspectos o características descritas pueden implementarse, por un lado, como un método o procedimiento o función, y por el otro lado, como un aparato, dispositivo, sistema, o programa de ordenador accesible por cualquier dispositivo legible por ordenador, portador o medio. Los procedimientos o algoritmos descritos pueden implementarse directamente en hardware, en un módulo software ejecutado por un procesador, o una combinación de las dos. Los varios medios pueden comprender módulos de software residentes en memoria RAM, memoria flash, memoria ROM, memoria EPROM, memoria EEPROM, registros, disco duro, disco removible, un CD-ROM, o cualquier otro tipo de medio de almacenamiento conocido en la técnica.
[0065] Los varios medios pueden comprender bloques de lógica, módulos, y circuitos se pueden implementar o llevado a cabo por un procesador de propósito general, un procesador de señales digitales (DSP), un circuito integrado específico de aplicación (ASIC), un conjunto de puertas de campo programable (FPGA), u otros dispositivos de lógica programable, de puerta discreta o de lógica de transistor, componentes discretos de hardware, o cualquier combinación de los mismos diseñados para llevar a cabo las funciones descritas. Un procesador de propósito general puede ser un micro procesador, pero en la alternativa, el procesador puede ser un procesador convencional, controlador, microcontrolador, máquina de estado, o procesador embebido.
[0066] Los varios medios pueden comprender medios legibles por ordenador incluyendo, pero no limitado a, dispositivos de almacenamiento magnético (por ejemplo, discos duros, discos floppy, tiras magnéticas, y demás), discos ópticos (por ejemplo, discos compactos CD o versátiles DVD, y demás), tarjetas inteligentes y unidades de almacenamiento flash temporales (por ejemplo EPROM). Adicionalmente, la variedad de medios de almacenamiento descritos pueden representar uno o más dispositivos y/o medios legibles por ordenador para almacenar información. El término medio legible por ordenador puede comprender, sin estar limitado a ello, una variedad de medios capaces de almacenar, guardar, o transportar instrucciones y/o datos. Adicionalmente, un producto de programa de ordenador puede comprender un medio legible por ordenador con una o más instrucciones o códigos operativos para hacer que un ordenador lleve a cabo las funciones descritas una vez ejecutadas en el ordenador.
[0067] Lo que se ha descrito comprende varias realizaciones a modo de ejemplo. Como no es posible ni viable describir en detalle todas la variedad de combinaciones y permutaciones del concepto inventivo que daría lugar a un número elevado de realizaciones, el redactor entiende que el experto en la materia derivaría, después de una lectura directa y objetiva de esta divulgación, las distintas permutaciones y combinaciones posibles, sin que se salga del concepto inventivo general descrito. Por tanto, se han descrito las realizaciones principales, entendiendo que comprenden las demás combinaciones, variaciones y modificaciones.
[0068] En lo siguiente, se describen ciertos aspectos adicionales o ejemplos:
Aparato en un dispositivo de referencia para la determinación optimizada de la posición de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético en un sistema que comprende al menos un transmisor temporal, al menos un dispositivo de referencia y al menos un dispositivo móvil, en el que el aparato comprende: medios para recibir información temporal de al menos un transmisor temporal; medios para determinar, para cada transmisor temporal, al menos un factor de corrección de error de rango a partir de la información temporal recibida; y medios para difundir el al menos un factor de corrección de error de rango determinado correspondiente a cada transmisor temporal. Aparato, en el que el dispositivo de referencia determina un rango aparente de un transmisor temporal correspondiente, y determina un factor de corrección de error de rango en base a una comparación del rango aparente con el rango real. Aparato, que comprende además determinar un factor de corrección de error de rango en base a información de posición de satélite e información de desviación de reloj de satélite extraídos de un conjunto básico de información de satélite disponible. Aparato, que comprende además determinar un primer factor de corrección de error de rango para compensar retardos en rango inducidos por la ionosfera si el conjunto básico de información de satélite no se encuentra disponible. Aparato, en el que determinar el primer factor de corrección de error de rango comprende determinar la integral de la densidad de electrones en la ionosfera a lo largo de la línea de visión entre el satélite transmisor y el receptor. Aparato, en el que determinar el primer factor de corrección de error de rango se basa en retardos de hardware de satélite y de receptores de referencia. Aparato, que comprende además determinar un segundo factor de corrección de error de rango para compensar adicionalmente los retardos en rango inducidos por la troposfera de datos de troposfera disponibles. Aparato, en el que determinar el segundo factor de corrección de error de rango comprende determinar retardos de troposfera en la dirección cénit para los componentes secos y húmedos de la troposfera. Aparato en un dispositivo móvil para la determinación optimizada de posición de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético en un sistema que comprende al menos un transmisor temporal, al menos un dispositivo de referencia y al menos un dispositivo móvil, en el que el aparato comprende: medios para recibir información temporal de al menos un transmisor temporal; medios para determinar, para cada transmisor temporal, una posición estimada de dispositivo móvil de la información temporal recibida; medios para recibir al menos un factor de corrección de error de rango correspondiente al transmisor temporal; medios para determinar, para cada transmisor temporal, un parámetro de corrección de posición del al menos un factor de corrección de error de rango; y medios para determinar una posición optimizada de dispositivo móvil en base a la posición estimada de dispositivo móvil y el al menos un parámetro de corrección de posición. Aparato, en el que los parámetros de corrección de posición se derivan de los factores de corrección de error de rango en base a un vector de parciales de rango computados a partir de información de cénit y elevación para cada par dispositivo-transmisor. Aparato, en el que la posición optimizada de dispositivo móvil se determina restando el parámetro de corrección de posición de la posición estimada de dispositivo móvil. Aparato, que comprende además una unidad de medición inercial que proporciona datos IMU, tales como datos de giroscopio, datos de barómetro, o datos de magnetómetro, y en el que la posición se procesa en base a los datos IMU. Aparato, en el que llevar a cabo la estimación inicial de posición comprende determinar tanto las coordenadas de posición como las de azimut y elevación de cada línea de visión entre el dispositivo y el transmisor. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un transmisor temporal es un transmisor de satélite GNSS, o un transmisor temporal de estación de tierra, o un sistema de identificación automático, o cualquier otro transmisor que transmite una señal temporal que comprende información temporal con información de tiempo de llegada e información de identificación de transmisor. Aparato, en el que el al menos un receptor de referencia difunde al al menos un receptor móvil dentro de un radio de proximidad de 20 km, junto a un identificador único de transmisor temporal.
Un procedimiento para la determinación optimizada de posición de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético en un sistema que comprende al menos un transmisor temporal, al menos un dispositivo de referencia y al menos un dispositivo móvil, en el que el procedimiento se lleva a cabo en el al menos un dispositivo de referencia y comprende: recibir información temporal de al menos un transmisor temporal; determinar, para cada transmisor temporal, al menos un factor de corrección de error de rango de la información temporal recibida; y difundir el al menos un factor de corrección de error de rango determinado correspondiente a cada transmisor temporal. Procedimiento, en el que el dispositivo de referencia determina un rango aparente de un transmisor temporal correspondiente, y determina un factor de corrección de error de rango en base a una comparación del rango aparente con el rango real. Procedimiento, que comprende además determinar un factor de corrección de error de rango en base a información de posición de satélite e información de desviación de reloj de satélite extraídos de un conjunto básico de información de satélite disponible. Procedimiento, que comprende además determinar un primer factor de corrección de error de rango para compensar retardos en rango inducidos por la ionosfera si el conjunto básico de información de satélite no se encuentra disponible. Procedimiento, en el que determinar el primer factor de corrección de error de rango comprende determinar la integral de la densidad de electrones en la ionosfera a lo largo de la línea de visión entre el satélite transmisor y el receptor. Procedimiento, en el que determinar el primer factor de corrección de error de rango se basa en retardos de hardware de satélite y de receptores de referencia. Procedimiento, que comprende además determinar un segundo factor de corrección de error de rango para compensar adicionalmente los retardos en rango inducidos por la troposfera de datos de troposfera disponibles. Procedimiento, en el que determinar el segundo factor de corrección de error de rango comprende determinar retardos de troposfera en la dirección cénit para los componentes secos y húmedos de la troposfera.
Un procedimiento de determinación optimizada de posición de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético en un sistema que comprende al menos un transmisor temporal, al menos un dispositivo de referencia y al menos un dispositivo móvil, en el que el procedimiento se lleva a cabo en el al menos un dispositivo móvil y comprende: recibir información temporal de al menos un transmisor temporal; determinar, para cada transmisor temporal, una posición estimada de dispositivo móvil a partir de la información temporal recibida; recibir al menos un factor de corrección de error de rango correspondiente al transmisor temporal; determinar, para cada transmisor temporal, un parámetro de corrección de posición a partir del al menos un factor de corrección de error de rango; y determinar una posición optimizada de dispositivo móvil en base a la posición estimada de dispositivo móvil y el al menos un parámetro de corrección de posición. Procedimiento, en el que los parámetros de corrección de posición se derivan de los factores de corrección de error de rango en base a un vector de parciales de rango computados a partir de información de cénit y elevación para cada par dispositivo-transmisor. Procedimiento, en el que la posición optimizada de dispositivo móvil se determina restando el parámetro de corrección de posición de la posición estimada de dispositivo móvil. Procedimiento, que comprende además una unidad de medición inercial que proporciona datos IMU, tales como datos de giroscopio, datos de barómetro, o datos de magnetómetro, y en el que la posición se procesa en base a los datos IMU. Procedimiento, en el que llevar a cabo la estimación inicial de posición comprende determinar tanto las coordenadas de posición como las de azimut y elevación de cada línea de visión entre el dispositivo y el transmisor. Procedimiento, en el que el al menos un transmisor temporal es un transmisor de satélite GNSS, o un transmisor temporal de estación de tierra, o un sistema de identificación automático, o cualquier otro transmisor que transmite una señal temporal que comprende información temporal con información de tiempo de llegada e información de identificación de transmisor. Procedimiento, en el que el al menos un receptor de referencia difunde al al menos un receptor móvil dentro de un radio de proximidad de 20 km, junto a un identificador único de transmisor temporal.
Un sistema para la determinación optimizada de posición de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético, en el que el sistema comprende al menos un transmisor temporal, al menos un dispositivo de referencia y al menos un dispositivo móvil.
Un procedimiento de determinación optimizada de posición de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético, en un sistema que comprende al menos un transmisor temporal, al menos un dispositivo de referencia y al menos un dispositivo móvil, el procedimiento llevado a cabo por el al menos un dispositivo de referencia y el procedimiento llevado a cabo por el al menos un dispositivo móvil.
Un programa de ordenador que comprende instrucciones, una vez ejecutadas por un procesador en un dispositivo de referencia, para llevar a cabo un procedimiento. Un programa de ordenador que comprende instrucciones, una vez ejecutadas por un procesador en un dispositivo móvil, para llevar a cabo un procedimiento. El programa de ordenador, en el que el programa de ordenador está integrado dentro del dispositivo de referencia o móvil, o acoplado de forma conectada a, y externa a, los mismos, permitiendo que dispositivos existentes se actualicen.
Un medio legible por ordenador que comprende instrucciones, una vez ejecutadas por un procesador en un dispositivo de referencia, para llevar a cabo un procedimiento. Un medio legible por ordenador que comprende instrucciones, una vez ejecutadas por un procesador en un dispositivo móvil, para llevar a cabo un procedimiento.

Claims

REIVINDICACIONES
Aparato en un dispositivo de referencia para la determinación optimizada de la posición de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético en un sistema que comprende al menos un transmisor temporal, al menos un dispositivo de referencia y al menos un dispositivo móvil, en el que el aparato comprende: medios para recibir información temporal de al menos un transmisor temporal; medios para determinar, para cada transmisor temporal, al menos un factor de corrección de error de rango a partir de la información temporal recibida; y
medios para difundir el al menos un factor de corrección de error de rango determinado correspondiente a cada transmisor temporal.
Aparato de la reivindicación 1 , en el que el dispositivo de referencia determina un rango aparente de un transmisor temporal correspondiente, y determina un factor de corrección de error de rango en base a una comparación del rango aparente con el rango real.
Aparato de la reivindicación 2, que comprende además determinar un factor de corrección de error de rango en base a información de posición de satélite e información de desviación de reloj de satélite extraídos de un conjunto básico de información de satélite disponible.
Aparato de la reivindicación 3, que comprende además determinar un primer factor de corrección de error de rango para compensar retardos en rango inducidos por la ionosfera si el conjunto básico de información de satélite no se encuentra disponible.
Aparato de la reivindicación 4, en el que determinar el primer factor de corrección de error de rango comprende determinar la integral de la densidad de electrones en la ionosfera a lo largo de la línea de visión entre el satélite transmisor y el receptor. Aparato de la reivindicación 4, en el que determinar el primer factor de corrección de error de rango se basa en retardos de hardware de satélite y de receptores de referencia.
Aparato de la reivindicación 4, que comprende además determinar un segundo factor de corrección de error de rango para compensar adicionalmente los retardos en rango inducidos por la troposfera de datos de troposfera disponibles.
Aparato de la reivindicación 7, en el que determinar el segundo factor de corrección de error de rango comprende determinar retardos de troposfera en la dirección cénit para los componentes secos y húmedos de la troposfera.
Aparato en un dispositivo móvil para la determinación optimizada de posición de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético en un sistema que comprende al menos un transmisor temporal, al menos un dispositivo de referencia y al menos un dispositivo móvil, en el que el aparato comprende: medios para recibir información temporal de al menos un transmisor temporal; medios para determinar, para cada transmisor temporal, una posición estimada de dispositivo móvil de la información temporal recibida;
medios para recibir al menos un factor de corrección de error de rango correspondiente al transmisor temporal;
medios para determinar, para cada transmisor temporal, un parámetro de corrección de posición del al menos un factor de corrección de error de rango; y
medios para determinar una posición optimizada de dispositivo móvil en base a la posición estimada de dispositivo móvil y el al menos un parámetro de corrección de posición.
Aparato de la reivindicación 9, en el que los parámetros de corrección de posición se derivan de los factores de corrección de error de rango en base a un vector de parciales de rango computados a partir de información de cénit y elevación para cada par dispositivo-transmisor.
1 1 . Aparato de la reivindicación 10, en el que la posición optimizada de dispositivo móvil se determina restando el parámetro de corrección de posición de la posición estimada de dispositivo móvil. 12. Aparato de la reivindicación 10, que comprende además una unidad de medición inercial que proporciona datos IMU, tales como datos de giroscopio, datos de barómetro, o datos de magnetómetro, y en el que la posición se procesa en base a los datos IMU. 13. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que llevar a cabo la estimación inicial de posición comprende determinar tanto las coordenadas de posición como las de azimut y elevación de cada línea de visión entre el dispositivo y el transmisor. 14. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un transmisor temporal es un transmisor de satélite GNSS, o un transmisor temporal de estación de tierra, o un sistema de identificación automático, o cualquier otro transmisor que transmite una señal temporal que comprende información temporal con información de tiempo de llegada e información de identificación de transmisor.
15. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un receptor de referencia difunde al al menos un receptor móvil dentro de un radio de proximidad de 20 km, junto a un identificador único de transmisor temporal.
16. Un procedimiento para la determinación optimizada de posición de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético en un sistema que comprende al menos un transmisor temporal, al menos un dispositivo de referencia y al menos un dispositivo móvil, en el que el procedimiento se lleva a cabo en el al menos un dispositivo de referencia y comprende: recibir información temporal de al menos un transmisor temporal;
determinar, para cada transmisor temporal, al menos un factor de corrección de error de rango de la información temporal recibida; y difundir el al menos un factor de corrección de error de rango determinado correspondiente a cada transmisor temporal.
17. Procedimiento de la reivindicación 16, en el que el dispositivo de referencia determina un rango aparente de un transmisor temporal correspondiente, y determina un factor de corrección de error de rango en base a una comparación del rango aparente con el rango real.
18. Procedimiento de la reivindicación 17, que comprende además determinar un factor de corrección de error de rango en base a información de posición de satélite e información de desviación de reloj de satélite extraídos de un conjunto básico de información de satélite disponible.
19. Procedimiento de la reivindicación 18, que comprende además determinar un primer factor de corrección de error de rango para compensar retardos en rango inducidos por la ionosfera si el conjunto básico de información de satélite no se encuentra disponible.
20. Procedimiento de la reivindicación 19, en el que determinar el primer factor de corrección de error de rango comprende determinar la integral de la densidad de electrones en la ionosfera a lo largo de la línea de visión entre el satélite transmisor y el receptor.
21 . Procedimiento de la reivindicación 19, en el que determinar el primer factor de corrección de error de rango se basa en retardos de hardware de satélite y de receptores de referencia.
22. Procedimiento de la reivindicación 19, que comprende además determinar un segundo factor de corrección de error de rango para compensar adicionalmente los retardos en rango inducidos por la troposfera de datos de troposfera disponibles.
23. Procedimiento de la reivindicación 22, en el que determinar el segundo factor de corrección de error de rango comprende determinar retardos de troposfera en la dirección cénit para los componentes secos y húmedos de la troposfera. 24. Un procedimiento de determinación optimizada de posición de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético en un sistema que comprende al menos un transmisor temporal, al menos un dispositivo de referencia y al menos un dispositivo móvil, en el que el procedimiento se lleva a cabo en el al menos un dispositivo móvil y comprende : recibir información temporal de al menos un transmisor temporal;
determinar, para cada transmisor temporal, una posición estimada de dispositivo móvil a partir de la información temporal recibida;
recibir al menos un factor de corrección de error de rango correspondiente al transmisor temporal;
determinar, para cada transmisor temporal, un parámetro de corrección de posición a partir del al menos un factor de corrección de error de rango; y determinar una posición optimizada de dispositivo móvil en base a la posición estimada de dispositivo móvil y el al menos un parámetro de corrección de posición.
25. Procedimiento de la reivindicación 24, en el que los parámetros de corrección de posición se derivan de los factores de corrección de error de rango en base a un vector de parciales de rango computados a partir de información de cénit y elevación para cada par dispositivo-transmisor.
26. Procedimiento de la reivindicación 25, en el que la posición optimizada de dispositivo móvil se determina restando el parámetro de corrección de posición de la posición estimada de dispositivo móvil. 27. Procedimiento de la reivindicación 25, que comprende además una unidad de medición inercial que proporciona datos IMU, tales como datos de giroscopio, datos de barómetro, o datos de magnetómetro, y en el que la posición se procesa en base a los datos IMU.
28. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones de procedimiento anteriores, en el que llevar a cabo la estimación inicial de posición comprende determinar tanto las coordenadas de posición como las de azimut y elevación de cada línea de visión entre el dispositivo y el transmisor.
29. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones de procedimiento anteriores, en el que el al menos un transmisor temporal es un transmisor de satélite GNSS, o un transmisor temporal de estación de tierra, o un sistema de identificación automático, o cualquier otro transmisor que transmite una señal temporal que comprende información temporal con información de tiempo de llegada e información de identificación de transmisor.
30. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones de procedimiento anteriores, en el que el al menos un receptor de referencia difunde al al menos un receptor móvil dentro de un radio de proximidad de 20 km, junto a un identificador único de transmisor temporal.
31 . Un sistema para la determinación optimizada de posición de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético, en el que el sistema comprende al menos un transmisor temporal, al menos un dispositivo de referencia según cualquiera de las reivindicaciones 1 al 8 y al menos un dispositivo móvil según cualquiera de las reivindicaciones 9 al 15.
32. Un procedimiento de determinación optimizada de posición de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético, en un sistema que comprende al menos un transmisor temporal, al menos un dispositivo de referencia y al menos un dispositivo móvil, el procedimiento llevado a cabo por el al menos un dispositivo de referencia según cualquiera de las reivindicaciones 16 al 23 y el procedimiento llevado a cabo por el al menos un dispositivo móvil según cualquiera de las reivindicaciones 24 al 30.
33. Un programa de ordenador que comprende instrucciones, una vez ejecutadas por un procesador en un dispositivo de referencia, para llevar a cabo un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 16 al 23.
34. Un programa de ordenador que comprende instrucciones, una vez ejecutadas por un procesador en un dispositivo móvil, para llevar a cabo un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 24 al 30.
35. El programa de ordenador de las reivindicaciones 33 y 34, en el que el programa de ordenador está integrado dentro del dispositivo de referencia o móvil, o acoplado de forma conectada a, y externa a, los mismos, permitiendo que dispositivos existentes se actualicen.
36. Un medio legible por ordenador que comprende instrucciones, una vez ejecutadas por un procesador en un dispositivo de referencia, para llevar a cabo un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 16 al 23.
37. Un medio legible por ordenador que comprende instrucciones, una vez ejecutadas por un procesador en un dispositivo móvil, para llevar a cabo un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 24 al 30.
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