ES2298259T3 - Procedimiento y aparato para utilizar informacion de estado de satelites en sistemas de posicionamiento de satelites. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para procesar señales del sistema de posicionamiento por satélite (SPS), comprendiendo el procedimiento: intentar adquirir señales SPS de satélites SPS a la vista independientemente de si los satélites SPS a la vista tienen funcionamiento incorrecto; recibir datos de funcionamiento que especifican cuáles de los satélites SPS a la vista tienen funcionamiento incorrecto; probar mediciones obtenidas a partir de la adquisición de las señales SPS, para todos los satélites SPS a la vista, para una correlación cruzada entre al menos dos satélites SPS diferentes, en el que la prueba se realiza independientemente de si un satélite SPS a la vista tiene funcionamiento incorrecto.
Description
Procedimiento y aparato para utilizar
información de estado de satélites en sistemas de posicionamiento de
satélites.
La presente invención se refiere en general al
campo de sistemas de posicionamiento por satélite (SPS), tal como
receptores del sistema de posicionamiento global (GPS), y más en
particular a procesamiento de señales SPS.
Los receptores del sistema de posicionamiento
global (GPS) determinan normalmente su posición calculando tiempos
de llegada de señales transmitidas simultáneamente desde una
multiplicidad de satélites GPS (o NAVSTAR). Estos satélites
transmiten, como parte de su mensaje, tanto datos de posicionamiento
de satélites como datos sobre sincronismo de reloj, denominados
datos de "efemérides". El proceso de buscar y adquirir señales
GPS, leer los datos de efemérides para una multiplicidad de
satélites y calcular la ubicación del receptor a partir de estos
datos lleva tiempo, requiriendo a menudo varios minutos. En muchos
casos, este tiempo de procesamiento largo es inaceptable y, además,
limita enormemente la vida de la batería en aplicaciones portátiles
miniaturizadas.
Los sistemas de recepción GPS presentan dos
funciones principales. La primera es el cálculo de las
pseudodistancias de los diversos satélites GPS, y la segunda es el
cálculo de la posición del receptor utilizando estas
pseudodistancias y sincronismo de satélites y datos de efemérides.
Las pseudodistancias son simplemente los tiempos de llegada de
señales de satélite medidas por un reloj local. Esta definición de
pseudodistancia también se denomina a veces fase de código. Los
datos de efemérides y de sincronismo de satélites se extraen de la
señal GPS una vez que se adquiere y se sigue. Tal como se expuso
anteriormente, recoger esta información lleva normalmente un tiempo
relativamente largo (de 18 segundos a varios minutos) y debe
llevarse a cabo con un buen nivel de señal recibida con el fin de
conseguir bajas tasas de error.
La mayoría de receptores GPS utilizan
procedimientos de correlación para calcular pseudodistancias. Estos
procedimientos de correlación se llevan a cabo en tiempo real, a
menudo con correladores de hardware. Las señales GPS contienen
señales repetitivas de alta tasa de transmisión denominadas
secuencias pseudoaleatorias (PN). Los códigos disponibles para
aplicaciones civiles se denominan códigos de
aproximación/adquisición (C/A), y tienen una tasa de transmisión de
inversión de fase binaria, o tasa de transmisión "fragmentada"
(chipping), de 1,023 MHz y un periodo de repetición de 1023
elementos de código para un periodo de código de 1 milisegundo. Las
secuencias de códigos pertenecen a una familia conocida como códigos
Gold, y cada satélite GPS emite una señal con un código Gold
único.
único.
Para una señal recibida de un satélite GPS dado,
después de un proceso de conversión descendente a banda base, un
receptor de correlación multiplica la señal recibida por una réplica
almacenada del código Gold apropiado contenido dentro de su memoria
local, y después integra, o filtra paso bajo, el producto con el fin
de obtener una indicación de la presencia de la señal. Este proceso
se denomina una operación "de correlación". Ajustando
secuencialmente el sincronismo relativo de esta réplica almacenada
con respecto a la señal recibida, y observando la salida de
correlación, el receptor puede determinar el retardo de tiempo entre
la señal recibida y un reloj local. La determinación inicial de la
presencia de una salida de este tipo se denomina "adquisición".
Una vez que se produce la adquisición, el proceso entra en la fase
de "seguimiento" en la que el sincronismo de la referencia
local se ajusta en pequeñas cantidades con el fin de mantener una
alta salida de correlación. La salida de correlación durante la
fase de seguimiento puede verse como la señal GPS con el código
pseudoaleatorio eliminado, o, en terminología común,
"desensanchada". Esta señal es de banda estrecha, con un ancho
de banda acorde con una señal de datos modulada por desplazamiento
de fase bivalente (BPSK) de 50 bits por segundo que está
superpuesta sobre la forma de onda GPS.
Este proceso de adquisición de correlación lleva
mucho tiempo, especialmente si las señales recibidas son débiles.
Para mejorar el tiempo de adquisición, la mayoría de receptores GPS
utilizan una multiplicidad de correladores que permiten una
búsqueda paralela de picos de correlación.
El equipo de recepción GPS está diseñado
normalmente para recibir señales GPS en espacios abiertos puesto
que las señales de satélite son líneas de visión y por tanto pueden
bloquearse mediante metal y otros materiales. Los receptores GPS
mejorados proporcionan sensibilidad de señal que permite el
seguimiento de señales de satélite GPS en espacios cerrados, o en
la presencia de señales multitrayectoria débiles o señales que son
puras reflexiones. Sin embargo, la capacidad de adquirir tales
señales GPS débiles normalmente provoca otros problemas. Por
ejemplo, el seguimiento simultáneo de señales fuertes y débiles
puede provocar que el receptor se bloquee sobre una señal con
correlación cruzada, la cual no es una señal real. En lugar de
encontrar un pico real débil, puede adquirirse un pico con
correlación cruzada más fuerte. Seguir la pista de una señal de
satélite débil no garantiza que sea una señal directa. Esta señal
débil puede ser una señal reflejada o una combinación de señales
directas e indirectas. Las señales combinadas se denominan señales
multitrayectoria. La trayectoria de la señal reflejada es
normalmente más larga que la trayectoria de la señal directa. Esta
diferencia en la longitud de la trayectoria provoca que la medición
del tiempo de llegada de la señal reflejada esté normalmente
retardada o que la medición de fase de código correspondiente
contenga una desviación positiva. En general, la magnitud de la
desviación es proporcional al retardo relativo entre las
trayectorias reflejada y directa. La posible ausencia de una
componente de señal directa hace obsoletas las técnicas de
mitigación de multitrayectoria existentes (tal como un correlador
estrecho o un correlador estroboscópico).
El mensaje de navegación GPS es la información
transmitida a un receptor GPS desde un satélite GPS. Tiene la forma
del flujo de datos de 50 bits por segundo que se modula sobre las
señales GPS.
El mensaje de datos está contenido en una trama
de datos que tiene una longitud de 1500 bits. Tiene cinco subtramas
cada una de las cuales contiene tiempo del sistema GPS. Cada
subtrama consiste en 10 palabras de 30 bits cada una. Las subtramas
1 a 3 se repiten cada 30 segundos. Hay veinticinco páginas de datos
que aparecen en secuencia en la cuarta y quinta subtramas; una cada
30 segundos. Por tanto, cada una de estas veinticinco páginas se
repite cada 750 segundos.
Las subtramas 4 y 5 contienen dos tipos de datos
de estado o de funcionamiento para los satélites GPS: (a) cada una
de las 32 páginas que contienen los datos de almanaque relacionados
con el reloj/efemérides proporciona una palabra de estado de
funcionamiento de satélites de ocho bits con respecto al satélite
del cual llevan sus datos de almanaque, y (b) la vigesimoquinta
página de las subtramas 4 y 5 contienen conjuntamente datos de
estado de funcionamiento de seis bits para hasta 32 satélites. Datos
de funcionamiento de satélites adicionales se proporcionan en la
subtrama 1. La subtrama 1 es parte del conjunto de datos de
efemérides.
Normalmente, un receptor GPS recibirá
información relativa al estado (por ejemplo, "funcionamiento")
de un satélite y después procesará las señales GPS no adquiriendo y
no siguiendo la pista de satélites de funcionamiento incorrecto
mientras que adquiere y sigue la pista de señales GPS de satélites
de funcionamiento correcto. Como alternativa, los receptores GPS
autónomos pueden diseñarse para adquirir y seguir la pista de
satélites de funcionamiento correcto y de funcionamiento incorrecto
pero evitar utilizar señales de funcionamiento incorrecto en el
cálculo de ubicación después de haber leído los datos de estado de
funcionamiento del mensaje de efemérides de una señal de un
satélite de funcionamiento incorrecto. No se ha realizado ningún
intento en la técnica anterior de utilizar la información relativa
al funcionamiento de un satélite para intentar evitar utilizar los
resultados con correlación cruzada o detectar tales errores. Además,
no se ha realizado ningún intento para garantizar que el estado de
funcionamiento de satélites esté disponible para receptores GPS que
no tengan acceso directo al estado de funcionamiento de satélites.
(El acceso directo es desde satélites SPS o desde datos descargados
previamente de los satélites SPS).
Según la presente invención se proporciona un
procedimiento para procesar los sistemas de posicionamiento por
satélite según la reivindicación 1.
"A la vista" como se utiliza en el presente
documento se define ampliamente para indicar satélites SPS a la
vista de: un receptor de referencia SPS; una red de receptores de
referencia SPS; un receptor SPS móvil; o una célula o grupo de
células de un sistema de radio celular. Sin embargo, éstos se
proporcionan simplemente como ejemplos. Por lo tanto, debería
observarse que puede considerarse que un satélite SPS está "a la
vista" si las señales pueden recibirse por casi cualquier
receptor SPS.
Según la presente invención también se
proporciona un medio legible por ordenador que contiene
instrucciones de programa informático ejecutables. El medio
informático provoca que el sistema de procesamiento de datos lleve
a cabo un procedimiento para procesar señales de sistemas de
posicionamiento por satélite (SPS) cuando se ejecutan las
instrucciones de programa mediante un sistema de procesamiento de
datos. El procedimiento incluye intentar adquirir señales SPS desde
todos los satélites SPS a la vista independientemente de si los
satélites SPS a la vista tienen funcionamiento incorrecto, y recibir
datos de funcionamiento que especifican cuáles de los satélites SPS
a la vista tienen funcionamiento incorrecto. El procedimiento
incluye probar mediciones obtenidas a partir de la adquisición de
señales SPS, para todos los satélites SPS a la vista, para una
correlación cruzada entre dos satélites SPS diferentes, donde la
prueba se lleva a cabo independientemente de si un satélite a la
vista SPS tiene funcionamiento incorrecto.
Según la presente invención también se
proporciona un aparato según la reivindicación 10. Según la presente
invención se proporciona un aparato según la reivindicación 11.
El aparato dado a conocer incluye un receptor
SPS móvil acoplado a un segundo receptor. El receptor SPS móvil
recibe las señales SPS desde el transmisor en el segundo receptor y
analiza los satélites SPS a la vista para una condición de
correlación cruzada donde una señal de satélite SPS de
funcionamiento correcto se ve influenciada por una señal de
satélite SPS de funcionamiento incorrecto, eliminándose o
corrigiéndose la señal de satélite SPS de funcionamiento incorrecto
y la señal de satélite SPS con correlación cruzada antes de que se
calcule una ubicación a partir de los satélites SPS a la vista por
el receptor SPS móvil. En una realización, el transmisor y el
segundo receptor son compatibles con un sistema de radio
celular.
La presente invención se ilustra a modo de
ejemplo y no está limitada en las figuras de los dibujos adjuntos,
en los que los mismos números de referencia indican elementos
similares.
La figura 1 ilustra un procedimiento para
utilizar datos de estado de sistemas de posicionamiento por satélite
(SPS) para mejorar un cálculo de posición.
La figura 2 ilustra una variedad de satélites
"a la vista" de sistemas de posicionamiento por satélite
(SPS).
La figura 3 ilustra un sistema de comunicación
celular que tiene una pluralidad de células a cada una de las
cuales da servicio un emplazamiento de célula, y cada una de las
cuales está acoplada a un centro de conmutación celular.
La figura 4 muestra una representación de una
fuente de información con base celular que proporciona una
asociación entre conjuntos de información Doppler en momentos
determinados con respecto a zonas de servicio celular y/o
emplazamientos celulares.
La figura 5 ilustra una implementación de un
sistema de estación base según una realización de la presente
invención.
La figura 6 ilustra un ejemplo de un receptor
SPS combinado y un sistema de comunicación según una realización de
la presente invención.
En la siguiente descripción detallada de
realizaciones de la invención, se hace referencia a los dibujos
adjuntos en los que las mismas referencias indican elementos
similares, y en los que se muestran a modo de ilustración
realizaciones específicas en las que la puede ponerse en práctica la
invención. Estas realizaciones se describen con suficiente detalle
para permitir a los expertos en la técnica poner en práctica la
invención. Por lo tanto, la siguiente descripción detallada no ha
de tomarse en un sentido limitativo, y el alcance de la invención
se define sólo por las reivindicaciones adjuntas.
Se dan a conocer un procedimiento y un aparato
para utilizar información de estado de satélites en sistemas SPS.
En una realización ejemplar, un receptor SPS móvil recibe señales
SPS desde satélites SPS a la vista y determina (o intenta
determinar) pseudodistancias para todos (en la mayoría de los casos)
los satélites a la vista. También se recoge información relativa al
estado de los satélites (por ejemplo, funcionamiento de satélites)
y esta información se utiliza al procesar las señales SPS recibidas
por el receptor SPS móvil. Puesto que, en la mayoría de los casos,
el receptor SPS móvil determina fases de código/pseudodistancias
para todos los satélites (incluso para los satélites de
funcionamiento incorrecto) es posible determinar una correlación
cruzada entre una señal GPS débil de satélite de funcionamiento
incorrecto y una señal GPS fuerte de satélite de funcionamiento
incorrecto. Una vez que se identifica tal resultado de correlación
cruzada puede ser posible eliminar una medición con correlación
cruzada o intentar corregirla. Por tanto, según una realización, un
SPS móvil determina mediciones de fase de código/pseudodistancia
para satélites que se sabe que tienen funcionamiento incorrecto.
La información de funcionamiento de satélites
puede supervisarse por receptor(es) de referencia GPS que
transmi-
te(n) esta información a servidor(es) GPS (por ejemplo, véanse los servidores de localización descritos en la patente estadounidense número 6.208.290 y estos servidores pueden hacer que esta información para todos los satélites a la vista o bien (a) se utilice localmente para procesar mediciones de pseudodistancias recibidas desde un receptor GPS móvil (en el caso en el que el receptor GPS móvil no calcule la posición del móvil sino que el servidor de localización, u otro sistema en una red, calcule la posición) o bien (b) se transmita al receptor GPS móvil (por ejemplo, a través de un teléfono celular que está acoplado a y alojado con el receptor GPS móvil) para su utilización por el receptor GPS móvil. Normalmente, según esta realización, los receptores de referencia GPS adquieren y siguen la pista de todos los satélites GPS a la vista ya tengan funcionamiento correcto o funcionamiento incorrecto; esto permitirá en una realización la detección (mediante un servidor de localización o mediante un receptor GPS móvil en sí) de correlaciones cruzadas entre señales de satélites de funcionamiento correcto y de funcionamiento incorrecto.
te(n) esta información a servidor(es) GPS (por ejemplo, véanse los servidores de localización descritos en la patente estadounidense número 6.208.290 y estos servidores pueden hacer que esta información para todos los satélites a la vista o bien (a) se utilice localmente para procesar mediciones de pseudodistancias recibidas desde un receptor GPS móvil (en el caso en el que el receptor GPS móvil no calcule la posición del móvil sino que el servidor de localización, u otro sistema en una red, calcule la posición) o bien (b) se transmita al receptor GPS móvil (por ejemplo, a través de un teléfono celular que está acoplado a y alojado con el receptor GPS móvil) para su utilización por el receptor GPS móvil. Normalmente, según esta realización, los receptores de referencia GPS adquieren y siguen la pista de todos los satélites GPS a la vista ya tengan funcionamiento correcto o funcionamiento incorrecto; esto permitirá en una realización la detección (mediante un servidor de localización o mediante un receptor GPS móvil en sí) de correlaciones cruzadas entre señales de satélites de funcionamiento correcto y de funcionamiento incorrecto.
"A la vista", como se utiliza en esta
descripción detallada, pretende ser flexible. Por consiguiente, se
puede utilizar "satélites a la vista" o "satélites SPS a la
vista" para denotar a la vista de toda la red de referencia de
área extensa (WARN) o cualquier subconjunto de la WARN. Por ejemplo,
una lista no exclusiva incluiría a la vista de un único receptor de
referencia SPS, a la vista de una pluralidad de receptores de
referencia SPS, a la vista de un receptor SPS móvil, a la vista de
una célula o cualquier grupo de células de una red de radio
(inalámbrica) celular. La figura 2 muestra diversos "satélites SPS
a la vista". Con referencia a la figura 2, se muestra una zona
200 de visión de red de referencia de área extensa donde los
satélites (SV) 202, SV 204, SV 206, SV 208, SV210, SV 212, SV 214,
SV 216, SV 218, SV 242, SV 244, SV 246, SV 248, SV 252, SV 254, y
SV 256 están a la vista de la WARN. Un subconjunto de estos
satélites está a la vista de la zona 240 de visión de receptor de
referencia, por ejemplo, SV 242, SV 244, SV 246, y SV 248. Otro
subconjunto de estos satélites está a la vista de una segunda zona
260 de visión de receptor de referencia, por ejemplo, SV 210, SV
212, SV 214, SV 216, y SV 218. Otro subconjunto de estos satélites
está a la vista de una tercera zona 270 de visión de receptor de
referencia, por ejemplo, SV 208, SV 210, SV 252, SV 254, y SV 256.
Otro subconjunto de satélites está a la vista de una zona 250 de
visión de receptor SPS móvil, por ejemplo, SV 252, SV 254, y SV
256. No está implícita limitación por la selección de los satélites
incluidos en la zona 240, 250, 260 de visión, o la zona 270 de
visión o el tamaño de las zonas de visión. Las zonas de visión se
eligieron sólo para fines de ilustración.
En una realización, se adquiere el estado de
funcionamiento de "todos" los satélites SPS a la vista de la
zona 200 de visión WARN. La información de funcionamiento de un
subconjunto de los satélites podría transmitirse a un receptor SPS
móvil basándose en los satélites "a la vista" de la ubicación
del receptor SPS móvil. "Todos" los satélites SPS utilizados
en el presente documento dependen de la implementación de
adquisición particular. Por ejemplo, teniendo en cuenta una máscara
de elevación, o una máscara de proporción señal a ruido sobre una
señal para la máscara de interfaz, etc. Por tanto, "todo" se
construye de manera flexible. El(los) receptor(es) de
referencia GPS puede recoger información de estado de satélites que
es más actual que la información correspondiente en la información
de efemérides (o de almanaque) de satélites, y esta información de
estado actualizado puede transmitirse a los servidores de
localización y/o a los receptores GPS móviles para su utilización
según las diversas realizaciones de la invención. En una
realización, la información de estado de funcionamiento puede
recibirse directamente desde el satélite. En otra realización,
el(los) servidor(es) de localización puede(n)
obtener una información de estado actualizado basándose en la
información y/o las mediciones recibidas desde el(los)
receptor(es) de referencia GPS. La información de estado
actualizado puede ser una función de la calidad de estado (QoS)
asociada con la solicitud de localización. Para un nivel de calidad
dado, el servidor de ubicación puede determinar que un satélite que
está marcado como de funcionamiento correcto en los datos de
efemérides y/o de almanaque puede no proporcionar el nivel de
precisión deseado. En tal caso, el servidor de localización puede
actualizar su información de estado de funcionamiento y enviarla
al(a los) receptor(es) SPS remoto(s) y
opcionalmente almacenarla para procesamiento adicional. Un ejemplo
de este procesamiento puede ser la utilización de este estado de
funcionamiento actualizado para determinar si debería utilizarse el
satélite en el cálculo de posición, que se realiza en el servidor
de localización. Como alternativa, la determinación y actualización
de la información de estado de funcionamiento puede realizarse
mediante el receptor SPS móvil. Un ejemplo de una red de receptores
de referencia GPS que puede utilizarse para suministrar esta
información de estado actualizado se describe en la solicitud de
patente estadounidense en tramitación junto con la presente número
de serie 09/067.407, presentada el 28 de abril de 1998, ahora la
patente estadounidense número 6.215.441, que está incorporada por
la presente en el presente documento por referencia.
Las figuras 1, 5, 6 y 7a de la patente
estadounidense 6.208.290 se han incluido en el presente documento
para mayor claridad y corresponden a las figuras 3, 4, 5 y 6
respectivamente. Con referencia a las figuras en el presente
documento, la figura 3 ilustra varias células dentro de una zona de
servicio celular en la que el receptor SPS móvil puede recibir
datos de ayuda desde una red de comunicaciones. En una realización,
la red de comunicaciones incluye un servidor de localización, que
puede representarse por 26 en la figura 3. La figura 4 puede
contener también información de estado de funcionamiento de
satélites (no mostrada) transmitida al receptor SPS móvil mediante
la red de comunicaciones. Por ejemplo, un receptor SPS en una zona
de visión puede recibir información de estado de funcionamiento de
un conjunto de satélites y un receptor SPS en otra zona de visión
puede recibir información de estado de funcionamiento de otro
conjunto de satélites del sistema de comunicación. Una estación
base ilustrada en la figura 5 puede asociarse con las zonas de
visión de receptor de referencia mostradas en la figura 2 y
soportar el sistema de comunicaciones incluyendo células dentro de
la zona de servicio celular.
En una realización, la figura 6 ilustra un
teléfono 375 celular, que se acopla a un receptor 376 SPS móvil con
un transceptor 378 de sistema de comunicaciones para recibir la
información de ayuda incluyendo el estado de funcionamiento de
satélites del sistema de comunicaciones. En una realización, el
servidor de localización determina un emplazamiento de célula o
grupo de emplazamientos de célula que está en comunicación con el
receptor 376 SPS móvil, basándose en el emplazamiento de célula o
grupo de emplazamientos de célula. El servidor de localización
puede determinar un grupo de satélites a la vista y entonces puede
transmitirse información de funcionamiento para todos tales
satélites a la vista al teléfono 375 celular y recibirse mediante el
transceptor 378 de comunicaciones. El receptor 376 SPS móvil puede
calcular su ubicación basándose en los datos de ayuda recibidos o
el servidor de localización puede determinar la ubicación del
receptor SPS móvil.
Los datos de funcionamiento dados en las
subtramas 1, 4 y 5 de algunos satélites pueden diferir de los
mostrados en las subtramas 4 y/o 5 de otro grupo de satélites
puesto que estos últimos pueden actualizarse en un momento
diferente.
Sólo se actualiza el sumario de funcionamiento
en la subtrama 5 en el momento de cargar el almanaque. Durante
operaciones prolongadas el sumario de funcionamiento puede volverse
desactualizado debido al paso del tiempo desde la última carga.
Esta situación se agrava incluso más cuando el
receptor GPS está en espacios cerrados o en otros entornos
restrictivos de señal. Puede requerirse tanto como 17 dB de
sensibilidad de señal adicional para poder recibir los bits de
estado de funcionamiento de satélites directamente desde los
satélites. El receptor GPS puede medir la pseudodistancia a los
satélites basándose en la señal que es 17 dB más débil que la señal
que contiene los bits de estado de funcionamiento de satélites (50
bits por segundo). La recepción de bits de estado de funcionamiento
de satélites también puede requerir el seguimiento de señal de
satélite continuo desde 18 segundos a varios minutos, lo que
generalmente no es posible en entornos restrictivos de señal. Varios
aspectos de rendimiento críticos relacionados con la
radiolocalización GPS pueden verse afectados por información de
funcionamiento de satélites desactualizada o no disponible. Un
aspecto está relacionado con la utilización de señal(es) de
satélites de funcionamiento incorrecto en la determinación de la
ubicación. Se conoce comúnmente que la utilización de la(s)
señal(es) de satélites de funcionamiento incorrecto puede dar
como resultado errores de posición significativos.
Si el sumario de funcionamiento se vuelve
anticuado y no refleja con precisión el estado de la constelación
GPS, el tiempo de la primera fijación (TTFF) para un receptor GPS
puede retardarse. Esto se debe al tiempo gastado en la posible
adquisición de satélites de funcionamiento incorrecto que se
marcaron como "de funcionamiento correcto" por el sumario de
funcionamiento almacenado. También pueden no realizarse los intentos
de adquirir satélites de funcionamiento correcto que están marcados
como de funcionamiento incorrecto. Como resultado, operaciones
prolongadas sin actualizaciones de información de estado de
satélites correcta y oportuna pueden poner en peligro las misiones
de aquellos usuarios que requieren un TTFF eficaz. Un TTFF rápido es
crítico para servicios de emergencia y también afecta a los tiempos
de conversación y de espera de la batería. En un modo GPS asistido
inalámbrico, una red inalámbrica puede proporcionar información de
funcionamiento de satélites correcta y oportuna para todos los
receptores GPS móviles que se comunican con tal red.
Otra razón para la ayuda de funcionamiento de
satélites es la protección contra mediciones de satélite falsas. En
los entornos de señal fuertemente obstaculizados, es bastante
frecuente que las señales de satélite GPS se reciban con un rango
dinámico muy alto. Recibir señales GPS con intensidades de señal que
difieren en más de aproximadamente 17 dB puede provocar que un
receptor GPS adquiera una señal con correlación cruzada en lugar de
una señal real relativamente más débil. Un procedimiento que puede
utilizarse para detectar y posiblemente corregir o eliminar una
medición con correlación cruzada se describe en la solicitud de
patente estadounidense en tramitación junto con la presente número
de serie 09/241.334, presentada el 1 de febrero de 1999, que se
incorpora por la presente en el presente documento por referencia.
Sin embargo, para que un receptor GPS detecte una presencia de
señales con correlación cruzada, deberían adquirirse todas las
señales de satélites tanto de funcionamiento correcto como de
funcionamiento incorrecto. Surgiría un problema si una señal de
satélite "de funcionamiento incorrecto" fuerte se
correlacionase con correlación cruzada con una señal de satélite
"de funcionamiento correcto" débil. Independientemente de la
presencia de una señal "de funcionamiento incorrecto", un
receptor GPS puede que no pueda detectar una condición de
correlación cruzada. Puede surgir otro problema si sólo se adquiere
un subconjunto de todos los satélites visibles independientemente
del estado de funcionamiento. Si cualquiera de los satélites
adquiridos en este subconjunto muestra un comportamiento de señal
débil, entonces este también puede ser el caso de que la condición
de correlación cruzada pueda no detectarse.
En una realización de esta invención,
el(los) receptor(es) de referencia GPS que
proporcionan datos de referencia para servidor(es) de
localización (también denominados como una entidad de determinación
de posición (PDE) en sistemas telefónicos celulares CDMA y centro
de localización móvil de servicio (SMLC) en los sistemas telefónicos
celulares GSM) adquiere y sigue la pista de todos los satélites a
la vista: de funcionamiento correcto y de funcionamiento
incorrecto. Además, las tecnologías GPS (por ejemplo, un receptor
GPS) integradas con o conectadas a dispositivos inalámbricos (por
ejemplo, un teléfono celular o un dispositivo de radiomensajería
bidireccional) también adquieren y siguen la pista de todos los
satélites a la vista: de funcionamiento correcto y de funcionamiento
incorrecto. En un modo GPS asistido inalámbrico (WAG) (por ejemplo,
véanse los ejemplos descritos en la solicitud de patente
estadounidense en tramitación junto con la presente número de serie
08/842.559, presentada el 15 de abril de 1997), el(los)
servidor(es) de localización pueden proporcionar información
de estado "de funcionamiento" a los móviles que se comunican
con una red inalámbrica a la que da(n) servicio
el(los) servidor(es) de localización. Esta
información de estado de funcionamiento puede acompañar a cualquier
otra información de ayuda proporcionada por el(los)
servidor(es) de localización. En general, la información de ayuda permite una rápida adquisición de señales GPS en entornos de señal altamente restrictivos. Con el fin de conseguir tales mejoras de rendimiento, la información de ayuda puede especificar los satélites que van a buscarse, el tiempo de llegada estimado de estas señales y la frecuencia (Doppler) esperada de las señales. Esta información de ayuda puede proporcionarse para mejorar una búsqueda tridimensional de una señal de satélite. Pueden proporcionarse otros tipos de ayuda tales como efemérides y/o almanaque, ubicación aproximada o información de tiempo para ayudar con el cálculo de ubicación y/o la adquisición rápida de señales de satélite. Cuando se adquieren las señales del satélite, se analizan las pseudodistancias, Dopplers y otras mediciones de señal de satélite para condiciones de correlación cruzada. Con el fin de realizar este análisis, debería proporcionarse la ayuda y deberían realizarse las mediciones para todos los satélites a la vista: de funcionamiento correcto y de funcionamiento incorrecto. En esta realización, la información de funcionamiento de satélites se utiliza para ayudar en la detección de una condición de correlación cruzada y entonces se analizan los satélites con correlación cruzada y/o "de funcionamiento incorrecto" para determinar si deberían incluirse en el proceso de cálculo de ubicación o corregirse. En una realización alternativa, en la que se proporciona la información de ayuda sólo para satélites de funcionamiento correcto (el funcionamiento del satélite está implícito por la inclusión del satélite particular en la lista de satélites) y la información de estado de funcionamiento de satélite actual y válida no está disponible para el receptor GPS móvil, el móvil puede intentar adquirir sólo satélites de funcionamiento correcto (por ejemplo, los satélites incluidos en la lista). En este caso, una posible presencia de un satélite de funcionamiento incorrecto "fuerte" potencialmente con correlación cruzada con satélites de funcionamiento correcto relativamente más débiles puede no conocerse para el móvil y por lo tanto puede no probarse. La información relacionada con la constelación de satélites actuales (incluyendo la lista de satélites visibles y estado de funcionamiento correcto) puede no conocerse puesto que no puede garantizarse que el receptor GPS tendrá la información necesaria, que es actual y está disponible (por ejemplo, almacenada en su memoria). La utilización de señales con correlación cruzada no detectadas puede llevar a errores de posición grandes que afectan por tanto a la calidad del servicio de localización.
servidor(es) de localización. En general, la información de ayuda permite una rápida adquisición de señales GPS en entornos de señal altamente restrictivos. Con el fin de conseguir tales mejoras de rendimiento, la información de ayuda puede especificar los satélites que van a buscarse, el tiempo de llegada estimado de estas señales y la frecuencia (Doppler) esperada de las señales. Esta información de ayuda puede proporcionarse para mejorar una búsqueda tridimensional de una señal de satélite. Pueden proporcionarse otros tipos de ayuda tales como efemérides y/o almanaque, ubicación aproximada o información de tiempo para ayudar con el cálculo de ubicación y/o la adquisición rápida de señales de satélite. Cuando se adquieren las señales del satélite, se analizan las pseudodistancias, Dopplers y otras mediciones de señal de satélite para condiciones de correlación cruzada. Con el fin de realizar este análisis, debería proporcionarse la ayuda y deberían realizarse las mediciones para todos los satélites a la vista: de funcionamiento correcto y de funcionamiento incorrecto. En esta realización, la información de funcionamiento de satélites se utiliza para ayudar en la detección de una condición de correlación cruzada y entonces se analizan los satélites con correlación cruzada y/o "de funcionamiento incorrecto" para determinar si deberían incluirse en el proceso de cálculo de ubicación o corregirse. En una realización alternativa, en la que se proporciona la información de ayuda sólo para satélites de funcionamiento correcto (el funcionamiento del satélite está implícito por la inclusión del satélite particular en la lista de satélites) y la información de estado de funcionamiento de satélite actual y válida no está disponible para el receptor GPS móvil, el móvil puede intentar adquirir sólo satélites de funcionamiento correcto (por ejemplo, los satélites incluidos en la lista). En este caso, una posible presencia de un satélite de funcionamiento incorrecto "fuerte" potencialmente con correlación cruzada con satélites de funcionamiento correcto relativamente más débiles puede no conocerse para el móvil y por lo tanto puede no probarse. La información relacionada con la constelación de satélites actuales (incluyendo la lista de satélites visibles y estado de funcionamiento correcto) puede no conocerse puesto que no puede garantizarse que el receptor GPS tendrá la información necesaria, que es actual y está disponible (por ejemplo, almacenada en su memoria). La utilización de señales con correlación cruzada no detectadas puede llevar a errores de posición grandes que afectan por tanto a la calidad del servicio de localización.
El siguiente ejemplo proporciona una ilustración
de la presente invención. Los datos se recogieron en un cañón
urbano con un error de posición horizontal resultante de 61,4
metros. El satélite SV PRN#10 (línea 2 de la Tabla 1) se eliminó de
la solución puesto que se identificó como una correlación cruzada
con el satélite SV PRN#17 (línea 3 de la Tabla 1). Si se utilizase
el satélite SV PRN#10 en la solución, el error en su medición de
pseudodistancia de -37.903 metros hubiera provocado un error
horizontal superior a 50 kilómetros.
Este ejemplo ilustra también la necesidad de
proporcionar información de ayuda para todos los satélites a la
vista. Si el satélite SV PRN#17 se hubiera declarado de
funcionamiento incorrecto y la red inalámbrica no proporcionase la
ayuda para los cuatro satélites, el receptor GPS móvil no habría
podido detectar la correlación cruzada y se habría utilizado el
satélite SV PRN#10 introduciendo de ese modo el error horizontal
superior a 50 kilómetros, descrito anteriormente, en la estimación
de posición del receptor GPS móvil, un resultado inaceptable.
Como alternativa, la información de
funcionamiento puede recibirse (o puede haberse recibido)
directamente desde los satélites y esta información de
funcionamiento puede utilizarse de la misma manera descrita en el
presente documento como la información de funcionamiento que se
recibe desde un transmisor en un emplazamiento de célula.
La información de funcionamiento puede
transmitirse desde un emplazamiento de célula emitiendo esta
información para todos los satélites a la vista de una estación
base de teléfono celular ("emplazamiento de célula"). Como
alternativa, puede proporcionarse a un teléfono celular bajo
solicitud (bajo demanda). La información de funcionamiento puede
transmitirse desde la estación base de teléfono celular al teléfono
celular que entonces proporciona la información de funcionamiento a
un receptor GPS que está acoplado al teléfono celular. En caso de
que la información se transmita bajo demanda, un servidor de
localización puede determinar la información (por ejemplo de
funcionamiento actualizado) apropiada basándose en un emplazamiento
de célula que está en comunicación inalámbrica/por radio celular
con el teléfono y la información de emplazamiento de célula puede
utilizarse para determinar una ubicación aproximada que se utiliza
para determinar satélites a la vista de esa ubicación y entonces se
provoca que se transmita (en un caso) la información de
funcionamiento actualizado para esos satélites al teléfono celular
que a su vez proporciona la información al receptor GPS móvil para
su uso en el procesamiento de señales SPS en el receptor GPS. El
procesamiento de señales SPS puede incluir determinación de
posición del teléfono celular. En otro caso, el servidor de
localización puede conservar la información de funcionamiento
actualizado o la información utilizada para determinar la
información de funcionamiento actualizado y utilizarla para
procesar las pseudodistancias (por ejemplo, mediciones de
correlación que especifican fases de código) recibidas desde el
receptor GPS móvil con el fin de determinar la posición del
receptor GPS móvil. En ambos casos, las pseudodistancias, Doppler
estimado y otras mediciones se determinan incluso para satélites
GPS de funcionamiento incorrecto conocidos de modo que pueden
detectarse las correlaciones cruzadas tal como se describe en el
presente documento. Por ejemplo, un receptor GPS puede recibir la
información de funcionamiento actualizado de un emplazamiento de
célula pero todavía adquirir señales GPS de un satélite GPS que se
indicó que tenía funcionamiento incorrecto en la información de
funcionamiento actualizado transmitida. En el ejemplo, si el
receptor también puede calcular la información de localización puede
utilizar la información de funcionamiento actualizado para
determinar qué satélites pueden utilizarse en la solución. La
solicitud estadounidense en tramitación junto con la presente
número de serie 08/842.559, presentada el 15 de abril de 1997,
describe un procedimiento para identificar un emplazamiento de
célula que esté en comunicación inalámbrica con un teléfono celular
y que entonces determina datos de ayuda de satélite para satélites a
la vista basándose en una ubicación aproximada obtenida a partir de
la identificación de este emplazamiento de célula. Este
procedimiento puede utilizarse con la presente invención si los
datos de ayuda de satélite en este caso son o bien de funcionamiento
de satélite (por ejemplo, basándose en el almanaque de satélite) o
bien de funcionamiento de satélite actualizado (por ejemplo, más
actual que la información de mensaje de almanaque de satélite
existente relativa al funcionamiento de satélite).
La figura 1 muestra un ejemplo según una
realización de la presente invención. En este ejemplo, el servidor
de localización proporciona datos de ayuda al receptor GPS móvil y
después recibe mediciones de vuelta desde el receptor GPS móvil, y
estas mediciones se utilizan entonces para resolver la posición del
receptor GPS móvil. El procedimiento mostrado en la figura 1 supone
una cierta secuencia en la que el servidor de localización
proporciona datos de ayuda a través de un emplazamiento de célula al
dispositivo móvil, y entonces el dispositivo móvil intenta adquirir
todos los satélites a la vista, incluyendo todos los satélites a la
vista de funcionamiento correcto y de funcionamiento incorrecto, y
entonces prueba las correlaciones cruzadas sobre todas las
mediciones de correlación que resultan de adquirir las señales de
satélite. Se apreciará que también puede emplearse una secuencia
diferente de las operaciones según la presente invención. Por
ejemplo, el receptor GPS puede intentar adquirir todos los
satélites a la vista antes de recibir los datos de ayuda. Además, la
prueba de correlación cruzada puede realizarse en el servidor de
localización después de que el receptor GPS determine datos de
pseudodistancia y transmita de nuevo estos datos y otros datos
necesarios para la prueba de correlación cruzada al servidor de
localización que entonces puede realizar las pruebas de correlación
cruzada. En otra realización alternativa, el dispositivo móvil
puede realizar sus propios cálculos de posición y por tanto las
operaciones 6, 7 y 8 de la figura 1 se realizan mediante una unidad
de procesamiento en el dispositivo receptor GPS/teléfono móvil
combinado. En este caso, la operación 5 en la que se transmiten
datos al servidor de localización no es necesaria. En todavía otra
realización alternativa, el servidor de localización puede emitir
los datos de ayuda de funcionamiento apropiados en lugar de
proporcionarlos bajo solicitud a un dispositivo móvil. En este
caso, la emisión puede realizarse desde el(los)
emplazamiento(s) de célula seleccionado(s) y puede no
ser necesario ningún servidor de localización excepto el(los)
procesador(es) ubicado(s) en el(los)
emplazamiento(s) de célula que determina(n) los datos
de ayuda de funcionamiento necesarios basándose en los satélites a
la vista en el emplazamiento de célula. Este enfoque también puede
ser aplicable a la entrega bajo demanda descrita en el presente
documento.
Aunque puede obtenerse información de
funcionamiento de satélites a partir de la recepción, demodulación y
descodificación de los datos de funcionamiento en las señales SPS
de los satélites SPS, y utilizarse según las diversas realizaciones
de la invención, también es posible utilizar receptores GPS y
sistemas de procesamiento que supervisen (por ejemplo reciban y
midan características de las señales SPS) las señales SPS y
determinen a partir de características medidas de las señales SPS
que un satélite SPS tiene funcionamiento incorrecto (incluso aunque
los datos de funcionamiento demodulados y descodificados en las
señales SPS de este satélite u otros satélites indiquen que este
satélite tienen funcionamiento correcto) o viceversa.
En esta exposición, se han descrito
realizaciones de la presente invención con referencia a la
aplicación en el sistema del sistema de posicionamiento global
(GPS) estadounidense, que es un ejemplo de un sistema SPS. Sin
embargo, debería ser evidente que estos procedimientos son
igualmente aplicables a otros sistemas de posicionamiento por
satélite, tales como el sistema Glonass ruso. Por tanto, el término
"GPS" utilizado en el presente documento incluye tales
sistemas de posicionamiento por satélite alternativos, incluyendo el
sistema Glonass ruso. Asimismo, el término "señales GPS"
incluye señales de sistemas de posicionamiento por satélite
alternativos.
Además, aunque se han descrito realizaciones de
la presente invención con referencia a satélites GPS, se apreciará
que las enseñanzas son igualmente aplicables a sistemas de
posicionamiento que utilicen pseudosatélites o una combinación de
satélites y pseudosatélites. Los pseudosatélites son transmisores
con base en tierra que emiten un código PN (similar a una señal
GPS) modulado sobre una señal portadora de banda L (u otra
frecuencia), sincronizado generalmente con tiempo GPS. Puede
asignarse a cada transmisor un código PN único para permitir la
identificación por un receptor remoto. Los pseudosatélites son
útiles en situaciones en las que las señales GPS de un satélite en
órbita podrían estar no disponibles, tales como túneles minas,
edificios, cañones urbanos, u otras zonas cerradas. El término
"satélite", tal como se utiliza en el presente documento, se
pretende que incluya pseudosatélites o equivalentes de
pseudosatélites, y el término señales GPS, tal como se utiliza en
el presente documento, se pretende que incluya señales similares a
GPS de pseudosatélites o equivalentes de pseudosatélites.
Se apreciará que los procedimientos descritos
junto con las figuras pueden llevarse a cabo en instrucciones
ejecutables por máquina, por ejemplo software. Las instrucciones
pueden utilizarse para provocar que un procesador de propósito
general o de propósito especial que está programado con las
instrucciones realice las operaciones descritas. Como alternativa,
las operaciones podrían realizarse mediante componentes de hardware
específicos que contienen lógica cableada para realizar las
operaciones, o mediante cualquier combinación de componentes
informáticos programados y componentes de hardware personalizados.
Los procedimientos pueden proporcionarse como un producto de
programa informático que puede incluir un medio legible por
ordenador que tenga almacenado en el mismo instrucciones que pueden
utilizarse para programar un ordenador (u otros dispositivos
electrónicos) para realizar los procedimientos. Para los fines de
esta memoria descriptiva, el término "medio legible por
máquina" deberá tomarse como que incluye cualquier medio que
pueda almacenar o codificar una secuencia de instrucciones para la
ejecución mediante la máquina y que provoca que la máquina realice
una cualquiera de las metodologías de la presente invención. Por
consiguiente, el término "medio legible por máquina" deberá
tomarse como que incluye, pero no se limita a, memorias de estado
sólido, discos ópticos y magnéticos, y señales de onda portadora.
Además, es común en la técnica hablar de software, en una u otra
forma (por ejemplo, programa, procedimiento, proceso, aplicación,
módulo, lógica...), como que realiza una acción o provoca un
resultado. Tales expresiones son simplemente una manera abreviada
de decir que la ejecución del software mediante un ordenador
provoca que el procesador del ordenador realice una acción o
produzca un resultado.
Por tanto, se describe un procedimiento y
aparato novedosos para utilizar datos de estado de satélites. Aunque
la invención se describe en el presente documento con referencia a
realizaciones preferidas específicas, a los expertos en la técnica
se les ocurrirán fácilmente muchas modificaciones de las mismas. En
consecuencia, todas las variaciones y modificaciones mencionadas
están incluidas dentro del alcance propuesto de la invención según
se define mediante las siguientes reivindicaciones.
Claims (11)
1. Un procedimiento para procesar señales del
sistema de posicionamiento por satélite (SPS), comprendiendo el
procedimiento:
intentar adquirir señales SPS de satélites SPS a
la vista independientemente de si los satélites SPS a la vista
tienen funcionamiento incorrecto;
recibir datos de funcionamiento que especifican
cuáles de los satélites SPS a la vista tienen funcionamiento
incorrecto;
probar mediciones obtenidas a partir de la
adquisición de las señales SPS, para todos los satélites SPS a la
vista, para una correlación cruzada entre al menos dos satélites SPS
diferentes, en el que la prueba se realiza independientemente de si
un satélite SPS a la vista tiene funcionamiento incorrecto.
2. El procedimiento según la reivindicación 1,
que comprende además:
eliminar de un conjunto de mediciones una
primera medición, correspondiente a un primer satélite SPS, en el
que el conjunto de mediciones, después de la eliminación, va a
utilizarse para resolver una posición de un receptor SPS móvil, y en
el que se determina que va a eliminarse la primera medición
mediante la prueba.
3. El procedimiento según la reivindicación 2,
en el que se ha indicado que el primer satélite SPS es un satélite
de funcionamiento correcto.
4. El procedimiento según la reivindicación 1,
que comprende además:
analizar una primera medición, correspondiente a
un primer satélite SPS que se ha indicado que es un satélite de
funcionamiento correcto, para determinar si eliminar la primera
medición de un conjunto de mediciones o corregir la primera
medición para su uso en el conjunto de mediciones, en el que el
conjunto de mediciones va a utilizarse para resolver una posición
de un receptor SPS móvil, y en el que la primera medición se
selecciona para el análisis como resultado de la prueba.
5. El procedimiento según la reivindicación 1,
en el que los satélites SPS a la vista están a la vista de al menos
uno de un receptor de referencia SPS, una red de receptores de
referencia SPS, el receptor SPS móvil, una célula de un sistema de
radio celular, y un grupo de células de un sistema de radio
celular.
6. Un medio legible por ordenador que contiene
instrucciones de programa informático ejecutables, que cuando se
ejecutan mediante un sistema de procesamiento de datos, provocan que
el sistema de procesamiento de datos realice un procedimiento para
procesar señales del sistema de posicionamiento por satélite (SPS),
comprendiendo el procedimiento:
intentar adquirir señales SPS de satélites SPS a
la vista independientemente de si los satélites SPS a la vista
tienen funcionamiento incorrecto;
recibir datos de funcionamiento que especifican
cuáles de los satélites SPS a la vista tienen funcionamiento
incorrecto;
probar mediciones obtenidas a partir de la
adquisición de las señales SPS, para todos los satélites SPS a la
vista, para una correlación cruzada entre dos satélites SPS
diferentes, en el que la prueba se realiza independientemente de si
un satélite SPS a la vista tiene funcionamiento incorrecto.
7. El medio legible por ordenador según la
reivindicación 6, en el que el procedimiento comprende además:
eliminar de un conjunto de mediciones una
primera medición, correspondiente a un primer satélite SPS, que se
ha indicado que es un satélite de funcionamiento correcto, en el que
el conjunto de mediciones, después de la eliminación, va a
utilizarse para resolver una posición de un receptor SPS móvil, y en
el que se determina que va a eliminarse la primera medición
mediante la prueba.
8. El medio legible por ordenador según la
reivindicación 6, en el que el procedimiento comprende además:
analizar una primera medición, correspondiente a
un primer satélite SPS que se ha indicado que es un satélite de
funcionamiento correcto, para determinar si eliminar la primera
medición de un conjunto de mediciones o corregir la primera
medición para su uso en el conjunto de mediciones, en el que el
conjunto de mediciones va a utilizarse para resolver una posición
de un receptor SPS móvil, y en el que la primera medición se
selecciona para el análisis como resultado de la prueba.
\newpage
9. El medio legible por ordenador según la
reivindicación 6, en el que los satélites SPS a la vista están a la
vista de al menos uno de un receptor de referencia SPS, una red de
receptores de referencia SPS, el receptor SPS móvil, una célula de
un sistema de radio celular, y un grupo de células de un sistema de
radio celular.
10. Un aparato que comprende:
un receptor de un sistema de posicionamiento por
satélite (SPS) móvil para recibir señales SPS; y
un receptor acoplado con el receptor SPS móvil,
en el que el receptor SPS móvil recibe las señales SPS desde un
transmisor y analiza satélites SPS a la vista para una condición de
correlación cruzada en la que una señal del satélite SPS de
funcionamiento correcto se ve influenciada por una señal del
satélite SPS de funcionamiento incorrecto, eliminándose o
corrigiéndose la señal del satélite SPS de funcionamiento correcto y
la señal del satélite SPS con correlación cruzada antes de que se
calcule una ubicación a partir de los satélites SPS a la vista
mediante el receptor SPS móvil.
11. Un aparato para recibir señales del sistema
de posicionamiento por satélite (SPS) desde un servidor que
comprende:
un receptor SPS móvil para recibir las señales
SPS; y
un receptor acoplado con el receptor SPS móvil,
en el que el servidor analiza satélites SPS a la vista para una
condición de correlación cruzada en la que una señal del satélite
SPS de funcionamiento correcto se ve influenciada por una señal del
satélite SPS de funcionamiento incorrecto, eliminándose o
corrigiéndose la señal del satélite SPS de funcionamiento
incorrecto y la señal del satélite SPS con correlación cruzada antes
de que se calcule una ubicación a partir de los satélites SPS a la
vista mediante el servidor.
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