Патент на изобретение №2253127

(54) СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ РАЗРЕШЕНИЯ НЕОДНОЗНАЧНОСТИ ПО ПСЕВДОДАЛЬНОСТИ ГЛОБАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ (ГСП)

(57) Реферат:

Изобретение относится к системам и способам радиосвязи и более конкретно к беспроводным мобильным терминалам, системам и способам. Достигаемым техническим результатом является быстрое и эффективное определение местоположения на основе передач спутника ГСП (глобальная система позиционирования). Для этого мобильный терминал включает спутниковый радиотелефон и приемник ГСП, использующий информацию о местоположении следа антенного луча спутника связи, в пределах которого находится мобильный терминал. Используя эту информацию, настоящее изобретение обеспечивает разрешение неоднозначности, составляющей одну миллисекунду, которая возникает вследствие длины повторения кода, когда относительная фаза кода может быть определена, а абсолютная фаза кода не может быть определена. Пробные местоположения выбираются для покрытия области следа антенного луча с промежутками между пробными местоположениями, учитывающими неопределенность, в одну миллисекунду. Измеренные значения псевдодальности вырабатываются для каждого пробного местоположения и используются для получения определений местоположения. Выбирается лучшее определение местоположения, например, на основании проверки собственной непротиворечивости. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 11 ил.

Область техники

Настоящее изобретение относится к системам и способам радиосвязи и более конкретно к беспроводным мобильным терминалам, системам и способам.

Предшествующий уровень техники

Беспроводные радиотелефонные системы общего пользования обычно используются для передач речи и данных абонентам. Например, аналоговые сотовые радиотелефонные системы, такие как AMPS (усовершенствованная мобильная телефонная служба), ETACS (Европейская система связи общего доступа), NMT-450 (северный мобильный телефон) и NMT-900 (северный мобильный телефон) давно успешно используются во всем мире. Цифровые сотовые радиотелефонные системы, такие как системы, совместимые с Североамериканским стандартом IS-54 и Европейским стандартом GSM (глобальная система мобильной связи) работают с начала 1990-х годов. В последнее время представлено широкое разнообразие услуг цифровой радиосвязи, в общих чертах обозначенных как УПС (услуги персональной связи), включающих усовершенствованные цифровые сотовые системы, совместимые с такими стандартами, как IS-136 и IS-95, системы низкой мощности, такие, как система ДЕСТ (цифровой усовершенствованный беспроводной телефон) и услуги передач данных, такие как СЦППД (сотовая цифровая пакетная передача данных). Эти и другие системы описаны в “The Mobile Communications Handbook”, изд. Gibson, и опубликованной CRC Press (1996 г).

Фиг.1 иллюстрирует традиционную систему 20 наземной радиосвязи, которая может реализовывать любой из вышеупомянутых стандартов радиосвязи. Система радиосвязи может включать один или более беспроводных мобильных терминалов 22, которые осуществляют связь с множеством ячеек 24, обслуживаемых базовыми станциями 26, и центр коммутации мобильных телефонов (ЦКМТ) 28. Несмотря на то, что на фиг.1 изображены только три ячейки 24, типичная сотовая радиотелефонная сеть может содержать сотни ячеек, может включать более одного ЦКМТ 28 и может обслуживать тысячи беспроводных мобильных терминалов 22.

Ячейки 24 обычно служат в качестве узлов в системе 20 связи, из которых устанавливаются линии связи между беспроводными мобильными терминалами 22 и ЦКМТ 28 посредством базовых станций 26, обслуживающих ячейки 24. Каждая ячейка 24 имеет назначенные ей один или более выделенных каналов управления и один или более каналов трафика. Канал управления является выделенным каналом, используемым для передачи информации идентификации ячейки и пейджинговой информации.

Каналы трафика несут речевую информацию и информацию данных. Посредством системы 20 связи может быть осуществлена дуплексная линия 30 радиосвязи между двумя беспроводными мобильными терминалами 22 или между беспроводным мобильным терминалом 22 и пользователем 32 наземного телефона через коммутируемую телефонную сеть общего пользования (КТСОП) 34. Базовая станция 26 обычно управляет радиосвязью между базовой станцией 26 и беспроводным мобильным терминалом 22. В этом качестве базовая станция 26 может работать как коммутационная станция для сигналов данных и речевых сигналов.

Фиг.2 иллюстрирует традиционную систему 120 (спутниковой) связи. Система 120 спутниковой радиосвязи может быть использована для выполнения функций, подобных функциям, выполняемым традиционной системой 20 наземной радиосвязи по фиг.1. В частности, система 120 спутниковой радиосвязи обычно включает один или более спутников 126, которые служат в качестве передатчиков или ретрансляторов между одной или более наземными станциями 127 и спутниковыми беспроводными мобильными терминалами 122. Спутник 126 осуществляет связь со спутниковыми беспроводными мобильными терминалами 122 и наземными станциями 127 через дуплексные линии 130 связи. Каждая наземная станция 127 в свою очередь может быть соединена с КТСОП 132, давая возможность связей между беспроводными мобильными терминалами 122 и связей между беспроводными мобильными терминалами 122 и традиционными наземными беспроводными мобильными терминалами 22 (фиг.1) или телефонами 32 наземной линии связи (фиг.1).

Система 120 спутниковой радиосвязи может использовать один луч антенны, покрывающий всю зону, обслуживаемую системой, или, как изображено на фиг.2, система 120 спутниковой радиосвязи может быть спроектирована так, что она создает множество минимально перекрывающихся лучей 134, каждый из которых обслуживает различную географическую зону 136 обслуживания в пределах области обслуживания системы. Спутник 126 и зона 136 обслуживания могут выполнять функцию, аналогичную функции базовой станции 26 и ячейки 24, соответственно, системы 20 наземной радиосвязи.

Следовательно, система 120 спутниковой радиосвязи может быть использована для выполнения функций, аналогичных функциям, выполняемым традиционными системами наземной радиосвязи. В частности, система 120 спутниковой радиотелефонной связи может применяться в областях с низкой плотностью населения в большой географической области или в условиях пересеченной местности, когда традиционный телефон наземной линии связи или наземная беспроводная инфраструктура становится технически или экономически невыгодными.

С развитием средств беспроводной связи в системы связи будут вводить другие технологии, чтобы обеспечивать услуги, расширяющие ассортимент предоставляемых услуг. Одной такой рассматриваемой технологией является глобальная система позиционирования (ГСП). Поэтому было бы желательно иметь беспроводной мобильный терминал с приемником ГСП, объединенным с ним. Ясно, что понятия “глобальная система позиционирования” или “ГСП” используются для определения любой космической системы, которая измеряет местоположение на земле, включая спутниковую систему навигации ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система).

Система 300 ГСП иллюстрируется на фиг.3. Как хорошо известно специалистам в данной области техники, “ГСП” относится к космической трехсторонней системе, использующей спутники 302 и компьютеры 308 для измерения местоположений в любом месте на земле. Понятие ГСП было первоначально введено и часто используется по отношению к системе, разработанной Министерством обороны США в качестве навигационной системы. Однако для целей этой заявки понятие ГСП относится в более общем смысле как к системе Министерства обороны, так и к другим космическим системам, таким как ГЛОНАСС. По сравнению с другими наземными системами ГСП может не иметь ограничений по зоне обслуживания, может обеспечивать непрерывную 24-часовую зону действия, независимо от погодных условий, и может обеспечивать высокую точность. Несмотря на то, что технология ГСП, которая обеспечивает наивысший уровень точности, поддержана правительством для военного использования, менее точная услуга стандартного позиционирования (УСП) стала доступной для гражданского использования.

В процессе работы группа из 24-х спутников 302 ГСП, движущихся по орбите вокруг Земли, непрерывно излучают радиочастотный сигнал 304 ГСП с заранее определенной частотой элементарной посылки. Приемник 306 ГСП, например портативный радиоприемник с процессором ГСП, принимает радиосигналы от видимых спутников и измеряет время, которое требуется радиосигналам для прохождения от спутников ГСП до антенны приемника ГСП. Путем умножения времени прохождения на скорость света приемник ГСП может вычислить дальность для каждого видимого спутника. Исходя из дополнительной информации, подаваемой в радиосигнале от спутников, включающей орбиту спутника и скорость и корреляцию с его бортовым тактовым генератором, процессор ГСП может вычислить местоположение приемника ГСП посредством процесса трилатерации (определение треугольников геодезической сетки по сторонам без вычисления углов).

Более конкретно, сигнал 304 ГСП обычно состоит из сигнала с расширенным спектром, который имеет длину кода 1023 элементарных посылок (бит), и он передается с частотой элементарных посылок 1,023 МГц. В результате период кода равен одной миллисекунде. На последовательность с расширенным спектром накладывается навигационное сообщение 50 бит/сек), которое обычно содержит эфемеридные/каталожные данные, а также информацию синхронизации, которая используется для временной метки времени передачи сигнала от спутника 302 ГСП. Временная метка, которая обычно передается в каждом субкадре навигационного сообщения из 1500 бит, где каждый субкадр состоит из 300 бит, используется для вычисления целого числа длин кода Г/П (кода Голда грубого обнаружения) между спутником 302 ГСП и текущим местоположением приемника 306 ГСП.

Из-за низкой скорости передачи (50 бит/сек) навигационного сообщения обычно требуется по меньшей мере 6 секунд для того, чтобы декодировать субкадр навигационного сообщения. Поскольку начало декодирования является асинхронным, декодирование временной метки могло бы занимать до двенадцати секунд. В среднем требуется 9 секунд для декодирования субкадра и выделения временной метки, чтобы разрешить неоднозначность измерения, составляющую одну миллисекунду (из периода кода).

Результаты измерений фазы кода для сигнала УСП ГСП имеют неоднозначность, составляющую одну миллисекунду, ввиду характера принимаемого сигнала с расширенным спектром ГСП. Сигнал с расширенным спектром генерируется с помощью циклически передаваемого уникального кода Голда для каждого из спутников ГСП. Каждый из кодов Голда имеет длину 1023 элементарных посылок (бит) по длине, и они передаются с частотой 1,023 элементарных посылок/сек. Длительность элементарной посылки, деленная на частоту следования элементарных посылок, дает период кода Голда, равный одной миллисекунде. Измерение фазы кода определяет дробное число длин кода Голда между спутником ГСП и приемником ГСП. Остается проблема определения целого числа периодов кода между спутником ГСП и приемником ГСП. Это обычно разрешается путем декодирования по меньшей мере одного субкадра навигационного сообщения, которое накладывается на сигнал с расширенным спектром, с использованием двоичной фазовой манипуляции (ДФМ) со скоростью 50 бит/сек. Каждый субкадр в навигационном сообщении содержит временную метку, которая представляет время передачи субкадра. Приемник ГСП выделяет временную метку из навигационного сообщения и вычитает ее из текущего времени для оценки целого числа периодов кода от спутника ГСП и приемника ГСП. Если оценка приемника времени ГСП является ошибочной, смещение времени будет общим для всех измерений псевдодальности, и оно может быть исключено при вычислении решения о местоположении точки.

Прежде чем данные могут быть демодулированы, приемник обычно должен запросить сигнал 304 ГСП и выполнить захват кода и несущей частоты. Как и увеличение времени для получения координат местоположения ГСП, демодуляция навигационных данных ГСП усложняет проектирование приемника 306 сигналов ГСП.

Быстрое и точное определение географического местоположения сотовых телефонов посредством использования спутниковой системы ГСП рассмотрено в заявке на Европейский патент №ЕР 0874248 А2, на имя Майерса. В этой заявке рассмотрена система для уменьшения времени обнаружения, необходимого для получения сигнала ГСП, используемого для определения координат местоположения пользователя, связанного с системой радиосвязи. Система радиосвязи обеспечивает передачи и прием в множестве зон обслуживания, образованных следом антенных лучей или ячеек, включающих в себя большие территории. Согласно этому изобретению беспроводная сеть транслирует к пользовательским терминалам внутри каждого такого следа антенного луча или ячейки ГСП идентификатор(ИД) всех спутников, в пределах зоны видимости, вместе с оценками доплеровского сдвига частоты и уровня сигнала для видимых спутников ГСП. Пользовательский терминал использует ретранслируемые вспомогательные данные ГСП для быстрого захвата сигналов ГСП Г/О для всех видимых спутников ГСП. Пользовательский терминал затем передает обратно результаты измерений кода ГСП Г/О в беспроводную сеть, которая обрабатывает эти результаты измерений вместе с отдельными данными ГСП, которые она также принимает для определения местоположения пользователей.

Известна комбинация приемника ГСП и приемника радиосвязи, принимающего такую информацию, как доплеровская информация спутника ГСП, от наземной базовой станции, для использования при определении местоположения, как описано в патенте США №5663734 на имя Краснера на “Приемник ГСП и способ обработки сигналов ГСП”. Также известна передача в приемник ГСП информации о местоположении спутника ГСП, передаваемой по каналу связи, поддерживаемому наземным сотовым телефоном или другими услугами передачи пакетных радиоданных, как описано в патенте США №5365450 на имя Шухмана на “Гибридное устройство ГСП линии передачи данных для быстрого, точного и надежного определения местоположения”. Кроме того, различные предложения представлены на рассмотрение Комитету стандартов Т1 Европейского института стандартов в области телекоммуникаций (ETSI) относительно содействующей ГСП для систем радиотелефонной связи стандарта GSM, как описано в предложении “Электронная таблица вычисления вспомогательной ГСП”, фирма Эриксон и Снаптрек, представленном на рассмотрение рабочей группе Т1Р1 (Европейского института стандартов в области телекоммуникаций ETSI) 3 июня 1998 г. Каждый из этих подходов в основном направлен на уменьшение времени, требуемого для определения местоположения на основе данных ГСП, и обеспечения передачи информации о спутниках ГСП к объединенным мобильному терминалу и приемнику сигналов ГСП из сетей связи, таких как наземная сотовая сеть. Однако эти подходы обычно требуют улучшенной (чистой) связи с терминалом определения местоположения и связи и передачи информации конкретного спутника ГСП для обеспечения обнаружения и вычисления местоположения.

Сущность изобретения

Таким образом, задачей настоящего изобретения является решение проблемы определения местоположения быстро и эффективно на основе передач спутника ГСП.

Боле конкретно, задачей настоящего изобретения является разрешение неоднозначности, составляющей одну миллисекунду, в результатах измерений псевдодальности ГСП.

Также задачей настоящего изобретения является решение неоднозначности, составляющей одну миллисекунду, в результатах измерений псевдодальности ГСП, в то же время уменьшая требования к обработке, которая должна выполняться устройствами с батарейным питанием.

Указанные результаты достигаются в соответствии с настоящим изобретением в способах и в системе для определения местоположения мобильного терминала, который включает в себя спутниковый радиотелефон и приемник сигналов глобальной системы позиционирования (ГСП), на основании знания позиции следа антенного луча спутника связи, в пределах которого находится мобильный терминал. Используя знание местоположения следа антенного луча спутника связи, настоящее изобретение может разрешить неоднозначность, составляющую одну миллисекунду, которая обычно возникает из длины повторения кода, причем может быть определена относительная фаза кода, а абсолютная фаза кода (т.е. приращения, составляющие одну миллисекунду) не может быть получена с помощью одного или более периодов кода. Идентификатор следа антенного луча получают из системы спутниковой связи и используют для определения географического местоположения следа антенного луча. Пробные определения местоположения, т.е. возможные местоположения мобильного терминала, затем выбираются в области покрытия следом антенного луча, с промежутками между пробными местоположениями, предусматриваемыми для учета неопределенности, составляющей одну миллисекунду. Измеренные значения псевдодальности генерируются для каждого пробного местоположения и используются для получения определений местоположения. Наилучшее определение местоположения, например выбор местоположения на основании проверки непротиворечивости, затем выбирается в качестве местоположения мобильного терминала. В дополнительном аспекте настоящего изобретения число пробных определений местоположения уменьшается с помощью выбора дуги местоположений в пределах следа антенного луча на основании информации задержки синхронизации от системы спутниковой связи.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предусматривается способ для определения местоположения мобильного терминала. Идентификационные данные следа антенного луча, в пределах которого находится мобильный терминал, получают из передачи спутниковой радиотелефонной системы и формируют множество пробных местоположений в пределах следа антенного луча. Возможные определения местоположения для мобильного терминала генерируются по меньшей мере для двух из множества пробных местоположений на основании сигналов ГСП, принимаемых мобильным терминалом от множества спутников глобальной системы позиционирования (ГСП). Одно из полученных возможных определений местоположений затем выбирается в качестве местоположения мобильного терминала.

Вариантные определения местоположения могут быть получены путем вычисления множества начальных оценок псевдодальности, соответствующих множеству спутников ГСП, для одного из множества пробных местоположений на основании сигналов ГСП, принимаемых мобильным терминалом, причем сигналы ГСП имеют длину кода, включая определение дробных периодов кода, из принимаемых сигналов ГСП. Начальные оценки псевдодальности могут затем быть скорректированы для формирования множества возможных оценок псевдодальности для мобильного терминала для одного из множества пробных местоположений, и вариантное определение местоположения для мобильного терминала может затем формироваться для одного из множества пробных местоположений на основании множества возможных оценок псевдодальности. Операции вычисления, корректировки и формирования могут повторяться для каждого из множества пробных местоположений.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения операции корректировки включают округление каждой из начальных оценок псевдодальности для создания соответствующего множества расстояний целочисленной длины кода для одного из множества пробных местоположений и добавление расстояний, соответствующих дробным периодам кода, полученным из принятых сигналов ГСП, к множеству расстояний целочисленной длины кода для обеспечения соответствующего множества возможных оценок псевдодальности для мобильного терминала. Альтернативно операции корректировки могут включать модификацию множества начальных оценок псевдодальности для учета относительных разностей между дробными периодами кода, полученными из принятых сигналов ГСП, для обеспечения соответствующего множества возможных оценок псевдодальности для мобильного терминала. Вычисления дальности и определения местоположения могут выполняться мобильным терминалом или в дистанционном местоположении.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения операции вычисления, корректировки и формирования могут повторяться для каждого из множества пробных местоположений для обеспечения возможных определений местоположения для мобильного терминала для каждого из множества пробных местоположений. В другом аспекте настоящего изобретения множество спутников ГСП сначала выбирается из видимых спутников ГСП на основании угла возвышения видимых спутников ГСП относительно одного из множества пробных местоположений.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения определения местоположения являются определениями местоположения по методу наименьших квадратов, и, по меньшей мере, четыре спутника ГСП используются для получения определений местоположения. Одно из возможных определений местоположения затем выбирается в качестве местоположения мобильного терминала на основании собственной непротиворечивости. Выбор может быть сделан с использованием переопределенной системы уравнений. В конкретном варианте осуществления выбор производится с помощью Q-R декомпозиции матрицы косинусов направлений, полученной из возможных определений местоположения, и с помощью умножения без неограничения размерностей транспонированной матрицы Q на разностные значения псевдодальности, полученные для возможных определений местоположения.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения каждое из пробных местоположений расположено не далее чем приблизительно 150 километров от другого из множества пробных местоположений. Множество пробных местоположений формируют в сетке, покрывающей след антенного луча. Идентификатор следа антенного луча принимается из переданного сообщения спутниковой радиотелефонной системы, и географическое местоположение следа антенного луча вычисляется на основании принятого идентификатора следа антенного луча. Вычисление местоположения может быть основано на эфемеридных данных спутника, полученных из переданного сообщения спутниковой радиотелефонной системы, и координат направления антенны или альтернативно на основании граничных точек для следа антенного луча, хранимых в мобильном терминале.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения информацию синхронизации передачи спутника также получают из переданного сообщения спутниковой радиотелефонной системы, и множество пробных местоположений формируют на основании полученной информации синхронизации. Информация синхронизации может представить собой информацию задержки синхронизации, в этом случае множество пробных местоположений выбирают вдоль дуги местоположений, по существу эквидистантных от спутника, осуществляющего передачу сообщения спутниковой радиотелефонной системы, на основании информации задержки синхронизации. В зависимости от точности информации задержки синхронизации множество пробных местоположений может быть выбрано, по меньшей мере, вдоль одной дуги местоположений, по существу эквидистантных от спутника, осуществляющего передачу сообщения спутниковой радиотелефонной системы, на основании информации задержки синхронизации, причем каждое из пробных местоположений находится не далее чем приблизительно на расстоянии 150 километров от другого из множества пробных местоположений.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения информация синхронизации передачи спутника запрашивается от спутника спутниковой радиотелефонной системы по каналу случайного прямого доступа с высокой исправляющей способностью. Информация синхронизации передачи спутника принимается от спутника спутниковой радиотелефонной системы по пейджинговому каналу с высокой исправляющей способностью. В одном из вариантов осуществления, где информация синхронизации является информацией задержки синхронизации, передается запрос, который включает в себя запрос обновления данных синхронизации, имеющий идентификатор номера запроса, и затем принимаются обновленные данные синхронизации, имеющие связанный идентификатор, соответствующий идентификатору номера запроса.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения сигнал ГСП принимается в мобильном терминале от каждого из множества спутников ГСП. Фаза кода определяется для каждого из множества спутников ГСП из принятых сигналов ГСП в мобильном терминале. Полученные фазы кода затем выдаются в удаленную станцию ГСП из мобильного терминала, которая определяет возможные местоположения и выбирает одно в качестве местоположения мобильного терминала.

Несмотря на то, что настоящее изобретение в основном описано выше со ссылкой на аспекты способа, соответствующего настоящему изобретению, следует иметь в виду, что настоящее изобретение также относится к мобильным терминалам и системам для определения местоположения мобильного терминала.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 – традиционная система наземной (сотовой) радиосвязи.

Фиг.2 – традиционая система спутниковой радиосвязи.

Фиг.3 – традиционная глобальная система позиционирования (ГСП).

Фиг.4 – блок-схема мобильного терминала, взаимодействующего с ГСП и системами радиосвязи в соответствии с возможным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5 – блок-схема, иллюстрирующая операции вычисления местоположения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 – иллюстрация выбора пробных местоположений в следе антенного луча в соответствии с двумя вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7 – иллюстрация примерного периода обращения к КСД (каналу случайного доступа) для системы спутниковой связи АСоС (азиатская сотовая спутниковая).

Фиг.8 – пример многокадровой структуры для системы спутниковой связи АСоС.

Фиг.9 – период обращения к КСДВМ (канал случайного доступа высокой мощности) в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.10 – блок-схема, иллюстрирующая операции получения задержки синхронизации в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.11 – иллюстрация обнаружения периода синхронизации ГСП в соответствии с вариантом осуществлением настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Настоящее изобретение описано ниже более подробно со ссылками на чертежи, на которых изображены предпочтительные варианты осуществления изобретения. Однако изобретение может быть осуществлено во многих различных видах и не должно толковаться как ограниченное вариантами осуществления, приведенными в настоящем описании. Эти варианты осуществления предоставлены с той целью, чтобы данное раскрытие изобретения характеризовало собой объем изобретения для специалистов в данной области техники. Одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым элементам во всем описании. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено в виде способов или устройств. Таким образом, настоящее изобретение может быть реализовано полностью аппаратными средствами, полностью программным обеспечением или в варианте осуществления, объединяющем программные и аппаратные средства. Одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым элементам в представленном раскрытии изобретения.

Более конкретно, на фиг.4 иллюстрируется блок-схема мобильного терминала, соответствующего настоящему изобретению. Понятно, что мобильный терминал 400 может быть использован вместо беспроводного мобильного терминала 122 (фиг.2) спутниковой системы и приемника 306 сигналов ГСП (фиг.3) в местоположениях, которые обслуживаются как системой 120 спутниковой связи (фиг.2), так и системой ГСП 300 (фиг.3). Также должно быть понятно, что хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на системы спутниковой связи, оно может быть использовано для разрешения неоднозначности по времени в любых системах, обеспечивающих идентифицикацию географической области, в которой находится мобильный терминал.

Как изображено на фиг.4, мобильный терминал 400 включает в себя спутниковый радиотелефон 404, выполненный с возможностью осуществления связи через спутник 126 связи сети 120 спутниковой связи, как показано на фиг.2. Более конкретно, спутниковый радиотелефон 404 обеспечивает прием идентификатора следа антенного луча и информации задержки синхронизации от спутника 126 связи. Приемник 406 ГСП в мобильном терминале 400 предназначен для приема передач 304 сигнала ГСП от спутника 302 ГСП. Хотя на фиг.4 показан только один спутник 302 ГСП, следует иметь в виду, что множество спутников ГСП в пределах диапазона видимости мобильного терминала 400 передают сигналы, которые могут приниматься приемником 406 ГСП и использоваться для определения местоположения мобильного терминала 400. Кроме того, хотя на фиг.4 изображена только одна антенна 402, отдельные антенны могут быть предусмотрены для приема сигналов от спутника 302 ГСП и спутника 126 связи, соответственно.

Как проиллюстрировано соединением 408, приемник 406 ГСП в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения дополнительно принимает информацию идентификации следа антенного луча и, выборочно, информацию задержки синхронизации от спутникового радиотелефона 404 для использования при вычислении местоположения мобильного терминала 400. Приемник 406 ГСП дополнительно может принимать информацию эфемеридных данных и синхронизации спутника ГСП (которая может быть получена от удаленной станции 412 ГСП, связанной с наземной станцией 410 спутниковой связи) от спутникового радиотелефона 404 для использования при вычислении местоположения мобильного терминала 400.

Кроме того, в альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения приемник 406 ГСП принимает сигналы 304 ГСП от спутника 302 ГСП и определяет фазу (сдвиг) кода, эта информация подается через спутниковый радиотелефон 404 в удаленную станцию 412 ГСП для получения определения местоположения. В этом варианте осуществления приемнику 406 ГСП не требуется получать информацию эфемеридных данных от спутникового радиотелефона 404.

Для того чтобы оценить расстояние от каждого спутника ГСП в виду текущего местоположения приемника 306 ГСП, приемник 306 ГСП обычно измеряет относительный сдвиг кода принимаемого сигнала с расширенным спектром. Псевдодальность затем вычисляется, как показано в уравнении (1)

где PR = псевдодальность,

с = скорость света,

t_t = время передачи спутника,

t_r = время приема кода.

Время передачи спутника обычно определяется путем регулировки времени передачи декодированного субкадра в навигационном сообщении посредством относительного сдвига кода принятого сигнала с расширенным спектром. Время передачи каждого субкадра обычно кодируется в каждом блоке субкадра.

Как будет описано далее, если время передачи неизвестно, набор псевдодальностей, связанный с выбранным множеством спутников 302 ГСП, может все же быть оценен, если позиция приемника 306 ГСП известна в пределах до 150 километров. Каждая из этих оценок псевдодальности затем корректируется с учетом относительных разностей между измерениями дробного периода кода, выполняемыми приемником 306 ГСП. Точное определение местоположения может быть получено из результирующего набора скорректированных оценок псевдодальности с использованием известных способов. Однако в различных системах связи, таких как система АСоС, эллиптические проекции следа антенного луча на поверхности земли, которые имеют длины главных осей, легко превышающие 1000 километров. В результате знание местоположения только следа антенного луча обычно недостаточно для выработки пригодного набора оценок псевдодальности без декодирования навигационного сообщения.

Вычисленная информация местоположения может быть отображена или передана, например, через систему 120 спутниковой связи или использована для других целей, которые обычно известны. Также понятно, что мобильный терминал 400 может дополнительно включать традиционные элементы пользовательского интерфейса, такие как клавиатуры и дисплеи, и другие электронные компоненты, известные специалистам в данной области техники. Поэтому эти аспекты спутникового радиотелефона 404 не будут дополнительно описываться, если только они не относятся к сущности настоящего изобретения.

Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что вышеописанные аспекты настоящего изобретения согласно фиг.4 могут быть реализованы с помощью аппаратных средств, программного обеспечения или их сочетания. Хотя различные компоненты мобильного терминала 400 показаны как дискретные компоненты, на практике они также могут быть реализованы по интегральной технологии с использованием микроконтроллера, имеющего входной и выходной порты и выполняющего программный код соответствующего программного обеспечения, с помощью заказных или гибридных микросхем, с помощью дискретных компонентов или их сочетания. Например, все или некоторые из компонентов, представленных приемником 406 ГСП, могут быть реализованы с использованием, программы, выполняемой на микропроцессоре или процессоре цифрового сигнала, или с помощью интегральной схемы прикладной ориентации (ИСПО).

Со ссылками на блок-схемы по фиг.5 ниже описаны операции в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения для определения местоположения мобильного терминала, который включает в себя спутниковый радиотелефон и приемник глобальной системы позиционирования. На этапе 420 получают идентификационные данные следа антенного луча, в пределах которого находится мобильный терминал, от системы 120 спутниковой связи на основе сообщения, передаваемого по линии радиосвязи от спутника 126 связи. Например, в Азиатской сотовой спутниковой (АСоС) системе связи идентификатор следа антенного луча может быть получен считыванием широковещательного канала управления высокого прохождения (ШКУВП). Местоположение следа антенного луча затем может быть вычислено исходя из знания зоны обслуживания спутниковой системы или, в качестве альтернативы, граничных точек следа антенного луча, хранимых в памяти мобильного терминала 400.

Как описано ниже, полученное текущее местоположение следа антенного луча, в пределах которого находится мобильный терминал 400, используется для разрешения неоднозначности, составляющей одну миллисекунду, псевдодальности ГСП для определения местоположения мобильного терминала 400. Этот подход предполагает, что мобильный терминал 400 может декодировать ШКУВП для определения идентификатора следа антенного луча. Однако ШКУВП специально обеспечивается для приема передач даже мобильным терминалом, находящимся в невыгодном положении. Местоположение следа антенного луча, как известно специалистам в данной области техники, может быть вычислено с использованием сочетания эфемеридных данных спутника и координат направления антенны. В качестве альтернативы граничные точки, определяющие местоположение каждого следа антенного луча, могут храниться в памяти мобильного терминала 400 и индексироваться с помощью идентификатора следа антенного луча.

На этапе 422 мобильный терминал 400 измеряет фазу (сдвиг) кода сигналов 304, принятых приемником 406 ГСП от каждого из множества видимых спутников 302. Считанные значения фазы (сдвига) кода будут использоваться при вычислении псевдодальности и определений местоположения позиций, как описано ниже.

При использовании способов и систем, соответствующих настоящему изобретению, считанные значения фазы кода для набора спутников 302 ГСП представляют собой то, что требуется от сигналов 304 ГСП, так как эфемеридная/каталожная информация и информация синхронизации может быть получена от альтернативных источников. Остальная информация для вычислений в ГСП может быть получена мобильным терминалом 400, например, от системы 120 спутниковой связи. Альтернативно мобильный терминал 400 может выдать в удаленную станцию 412 ГСП, которая не получает данные синхронизации и эфемеридные данные от спутников 302 ГСП, измеренные значения фазы кода и идентификатор следа антенного луча (или другие данные для вычисления местоположения следа антенного луча), чтобы остальные операции, описанные со ссылкой на фиг.5, не требовалось выполнять мобильным терминалом 400. Следует иметь в виду, что информация следа антенного луча может быть предоставлена непосредственно в мобильный терминал 400 вместе с измеренными значениями фазы кода или может быть предоставлена в удаленную станцию 412 ГСП системой 120 спутниковой связи, в которой известно, в пределах какого следа антенного луча находится мобильный терминал 400.

Ниже описаны операции для варианта осуществления, в котором вычисления выполняются мобильным терминалом 400. Когда мобильный терминал 400 определяет местоположение текущего следа антенного луча, в котором он находится, он формирует список местоположений в географической зоне обслуживания в пределах текущего следа антенного луча для использования в качестве набора пробных местоположений для получения определений местоположений (этап 424). В иллюстрируемом варианте осуществления множество пробных местоположений выбирается из местоположений в сетке, покрывающей след антенного луча. Как обозначено символами “X” на фиг.6, пробные местоположения предпочтительно расположены в сетке так, что каждое пробное местоположение расположено не далее, чем приблизительно на расстоянии 150 километров от другого из множества пробных местоположений.

Известно, что определения ГСП обычно основываются на результатах измерений от множества спутников 302 ГСП, предпочтительно от группы по меньшей мере из 5 таких спутников ГСП. Эти результаты измерений от 5 спутников ГСП обычно предоставляются для определения местоположения, включая широту, долготу, абсолютную высоту и опорное время. Поэтому на этапе 422 множество спутников 302 ГСП выбирается из видимых спутников ГСП с учетом угла возвышения видимых спутников ГСП относительно одного из множества пробных местоположений. Спутники с большими углами возвышения имеют меньшие вероятности наличия неоднозначной псевдодальности и поэтому являются предпочтительными для использования в соответствии со способами согласно настоящему изобретению.

Операции для оценки псевдодальностей (этап 428) могут изменяться с учетом точности имеющейся временной информации ГСП, как описано (во взаимосвязи с операциями на этапах 430 и 432) со ссылкой на вариант осуществления операций оценки псевдодальностей, подходящих для использования согласно настоящему изобретению при различных условиях. Следует иметь в виду, что другие способы оценки псевдодальности, известные специалистам в данной области техники, также могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением.

(1) Генерирование оценки псевдодальности, когда время ГСП точно известно

Используемое для описания этого варианта осуществления “точное знание” относится к точности начальной оценки времени системы ГСП приемником пользователя в пределах ±5 мксек (или лучше). При этих условиях оценка времени ожидается с точностью в пределах +0,5% от периода кода ГСП длительностью 1 мсек. Операции, описанные ниже, предпочтительно выполняются приемником пользователя (ГСП), имеющим возможность совмещения своего временного строба с этой оценкой времени. Для данного пробного местоположения предполагается, что местоположение пользователя для каждого пробного местоположения находится в пределах 150 км от пробного местоположения. Кроме того, приемник пользователя предпочтительно измеряет “моментальный снимок” фаз кода, по меньшей мере, от 5 спутников ГСП.

При этих условиях при точно известном системном времени ГСП задача вычисления начального набора пяти или более оценок псевдодальности для конкретного пробного местоположения является относительно простой. Для оценки одной из этих начальных псевдодальностей приемник вычисляет местоположение целевого спутника в точное рассматриваемое время и вычитает из него известное местоположение, соответствующее связанному пробному местоположению. Модуль полученной в результате векторной величины служит в качестве начальной оценки псевдодальности. Каждая из этих начальных оценок псевдодальности корректируется обеспечения возможности ее использования в вычислении местоположения ГСП. Обычно точное знание абсолютного времени ГСП позволяет корректировать эти начальные оценки псевдодальности независимо друг от друга.

Этап корректировки для индивидуальной оценки псевдодальности состоит из двух частей. Сначала оценка псевдодальности (в миллисекундах) округляется до целого числа миллисекунд. Операции округления могут быть основаны на разности между дробной частью начальной оценки псевдодальности и соответствующим измеренным значением фазы кода, выработанным приемником пользователя. Этот подход основывается на том факте, что измерение фазы кода обычно не может отклоняться от дробной части оценки более чем на 1/2 мсек, если неоднозначность местоположения ограничена в пределах приблизительно 150 км. Вычисления выполняются следующим образом, где “frac” – дробная часть начальной оценки псевдодальности для i-го спутника (в мсек), a “codephase” – фаза кода, измеренная приемником пользователя для i-го спутника (в мсек):

Если |frac-codephase|<0,495 мсек; 0,495 мсек = (1 мсек/2)-5 мксек

Затем округлить начальную оценку псевдодальности

Если |frac-codephase|>=0,494 мсек

Если (frac>codephase); просмотр вверх

Затем прибавить 1 мсек к начальной оценке псевдодальности, а затем округлить

Если (frac

Затем вычесть 1 мсек из начальной оценки псевдодальности, а затем округлить

При округлении, выполняемом способом, который учитывает условия просмотра вверх/вниз, как указано выше, вторым этапом является суммирование измеренного значения фазы кода с соответствующей ему округленной начальной оценкой псевдодальности. Когда пять или более из этих оценок псевдодальности соответственно скорректированы, приемник может перейти к формированию определений местоположения ГСП в соответствии с известными способами, таким, как способ наименьших квадратов.

Эти правила округления обычно применяются только в тех случаях, когда неоднозначность местоположения пользователя относительно конкретного пробного местоположения ограничивается примерно величиной 150 км. Кроме того, когда неоднозначность в начальной оценке системного времени ГСП пользователя увеличивается (например, от +5 мксек), размер рассматриваемой области проверки должен быть уменьшен для компенсации этой увеличенной неоднозначности. Такие компромиссные решения между неопределенностями по времени и местоположению могут обычно приниматься до тех пор, пока ошибки времени не превысят +500 мксек (1/2 периода кода).

(2) Генерирование оценки псевдодальности, когда время ГСП известно приблизительно

Вариант осуществления, описанный ниже, предпочтительно используется, когда начальная точность оценки системного времени ГСП приемника пользователя находится в пределах +1 мсек (или хуже). При этих условиях ожидается, что неопределенность по времени ГСП занимает, по меньшей мере, период кода ГСП (одна мсек), а временной строб приемника пользователя величиной в 1 мсек будет иметь целесообразное значение по отношению к абсолютному времени ГСП. Для данного пробного местоположения предполагается, что местоположение пользователя для каждого пробного местоположения находится в пределах 75 км от пробного местоположения. Кроме того, приемник пользователя предпочтительно измеряет “моментальный снимок” фаз кода, по меньшей мере, от 5 спутников ГСП.

Ниже описана задача вычисления начального набора из пяти или более начальных оценок псевдодальности для конкретного пробного местоположения. Для оценки одной из этих начальных псевдодальностей приемник пользователя вычисляет местоположение целевого спутника в приблизительное рассматриваемое время и вычитает из него известное местоположение связанного пробного местоположения. Модуль результирующей векторной величины служит в качестве начальной оценки псевдодальности. Далее каждая из этих начальных оценок псевдодальности корректируется для обеспечения возможности ее использования при вычислении местоположения ГСП. К сожалению, при неточном знании абсолютного времени ГСП обычно невозможно независимо скорректировать эти оценки псевдодальности. В результате зависимости, которые существуют между оценками псевдодальности, учитываются на протяжение всего процесса корректировки.

Обычно процесс корректировки может начинаться с произвольного присваивания меток пяти (или более) измерениям фазы кода. Предположим, что первое измерение фазы кода есть ср1, а остальные соответственно ср2, ср3, ср4 и ср5. Также предположим, что их соответствующие начальные оценки псевдодальности в пробном местоположении равны ipr1, ipr2, ipr3, ipr4 и ipr5, соответственно. Например, два из измеренных значений фазы кода и связанные с ними начальные оценки псевдодальности могут выглядеть следующим образом:

ср1 = 900,0 элементарных посылок ipr1 = 72,4 мсек (для спутника 1)

ср2 = 393,1 элементарных посылок ipr2 = 84,2 мсек (для спутника 2)

Заметим, что измерения фазы кода (в элементарных посылках кода) существуют в интервале [0,1023) и обычно содержат три значащие цифры слева от десятичной запятой. Заметим также, что приемлемые оценки дальности от пользователя до спутника существуют в диапазоне 60-100 мсек (расстояния 20000-30000 км).

Для получения первой скорректированной оценки псевдодальности, apr1, эта оценка приравнивается к начальной оценке псевдодальности ipr1:

apr1=ipr1=72,4 мсек

Потом арr2 получают из apr1, cp1, ср2, ipr1 и ipr2. В пробном местоположении из разности (ipr2-ipr1) следует, что конкретная элементарная посылка кода глобально синхронизированного сигнала ГСП должна поступить от спутника 2 на 11,8 мсек позже, чем от спутника 1. Поскольку пробная область ограничена радиусом 75 км (1/4 периода кода), эти операции допускают консервативную оценку, что любой пользователь в пробной области будет наблюдать задержку между спутниками 1 и 2, которая находится в диапазоне

(11,8-0,5) мсек < задержка < (11,8+0,5) мсек

Дробная задержка кода, указанная измерениями фазы кода ср1 и ср2, может быть проанализирована для определения того, что сигнал ГСП поступает от спутника 1 на (900-393,1)=506,9 элементарных посылок или 0,4955 мсек раньше сигнала ГСП, принятого от спутника 2. Заметим, что обычно имеется 1023 элементарных посылок кода в миллисекунду.

Как описано выше, конкретная элементарная посылка сигнала ГСП от спутника 1 должна приниматься на интервале от 11,3 мсек до 12,3 мсек перед приемом ее от спутника 2. Следовательно, задержка, наблюдаемая пользователем, равна 11 мсек плюс некоторый дробный сдвиг или 12 мсек плюс некоторый дробный сдвиг. Так как измеренные значения кода ср1 и ср2 указывают, что дробная разность между двумя принятыми сигналами равна 0,4955 мсек, рассматриваются две возможные величины для задержки между сигналами спутника 1 и спутника 2, а именно 11,4955 мсек и 12,4955 мсек. Поскольку фактическая задержка должна существовать в пределах интервала (11,3 мсек, 12,3 мсек), можно допустить, что пользователь принимает сигнал ГСП от спутника 1 на 11,4955 мсек раньше, чем переданный спутником 2. Заметим, что было бы невозможно интерпретировать эту наблюдаемую пользователем задержку как равную 12,4995 мсек из-за пространственного ограничения пробной позиции.

Зная эти результаты, полученные исходя из ср1 и ср2, скорректированной оценке псевдодальности для спутника 2 может быть присвоено имеющее смысл значение

apr1=72,4000 мсек

apr2=(apr1+11,4955) мсек

арr2=83,8955 мсек

Подобные типы операций затем выполняются для ср3, ср4 и ср5 для получения скорректированных оценок псевдодальности для третьего, четвертого и пятого спутников, соответственно. Заметим, что для простоты измерение (ср1) и скорректированная оценка (apr1) псевдодальности от спутника 1 могут быть использованы как центральная точка отсчета. Результирующий набор скорректированных оценок должен отражать относительные зависимости фазы кода, демонстрируемые измерениями наблюдаемой фазы кода. Заметим, что небольшое временное смещение (типичный наихудший случай 1/2 мсек) будет введено в каждую из этих скорректированных оценок псевдодальности из-за предположения, что apr1=ipr1. Однако, так как это смещение будет общим для всех скорректированных псевдодальностей, оно может без каких-либо отрицательных последствий отображаться на общее временное смещение приемника ГСП.

Способ корректировки, описанный выше, может оказаться не оптимальным в том смысле, что он рассматривает все оценки псевдодальности одинаково и обрабатывает их в произвольном порядке. В результате применяется радиальное ограничение 75 км для обработки в наихудшем случае, когда должны связываться измерения от двух диаметрально противоположных спутников с малым углом возвышения. Имеются альтернативные способы для корректировки начальных оценок псевдодальности. Во-первых, вместо произвольного выбора первого спутника в качестве точки отсчета может быть выбран спутник с наибольшим углом возвышения относительно пробного местоположения. Чем выше спутник, тем меньше изменчивость его возможных наблюдаемых псевдодальностей в пробной области. Например, если спутник может наблюдаться под углом, превышающим 50°, радиальное ограничение может быть снижено приблизительно до 90 км. Кроме того, когда самый высокий спутник для данного пробного местоположения приближается к углу возвышения 90°, радиальное ограничение может быть увеличено до предельного значения 150 км, как описано выше в сценарии точного определения времени. Во-вторых, необязательно, что используется одна точка отсчета. Коррекция оценок псевдодальности может быть упорядочена таким образом, что спутники последовательно привязываются к спутнику, который наиболее точно определяет свои геометрические соотношения относительно пользователя. В результате могут быть реализованы различные схемы, которые позволяют снизить усилить радиальное ограничение в диапазоне 100-150 км.

Пять или более скорректированных оценок псевдодальности могут быть использованы для реализации простого определения местоположения ГСП (например, способы наименьших квадратов). Однако, как описано выше, так как начальная оценка времени ГСП содержала неопределенность по меньшей мере +1 мсек, погрешности могли быть внесены в местоположения спутника, вычисленные исходя из временных орбитальных моделей. Такие погрешности позиционирования спутника являются незначительными, когда погрешность времени ГСП составляет порядка нескольких миллисекунд. Однако эти типы погрешностей определения времени обычно начинают заметно влиять на конечное определение местоположения, когда они увеличиваются до десятков миллисекунд. Это особенно верно для сигналов спутников с малым углом возвышения, которые могут иметь доплеровские смещения в диапазоне 3-5 кГц (2-3 элементарных посылки кода в секунду для ошибки определения времени). Начальная погрешность определения времени ГСП порядка 1-2 секунд может привести к погрешности определения местоположения в несколько сотен метров.

С использованием пяти или более полученных скорректированных оценок псевдодальности можно определить набор скорректированных оценок псевдодальности, которые обеспечивают приемлемый уровень погрешности определения местоположения. Эта “точная настройка” осуществляется выполнением всех вышеупомянутых этапов множества начальных оценок времени ГСП. При N наборов из пяти или более скорректированных оценок псевдодальности можно вычислить N различных определений местоположения способом наименьших квадратов переопределенным способом. Затем определение местоположения с наименьшей погрешностью способа наименьших квадратов может быть выбрано в качестве местоположения, которое получено из наиболее правильной начальной оценки времени ГСП. Диапазон и число обработанных начальных оценок времени ГСП может варьироваться в зависимости от точности позиционирования, требуемой для конкретной рассматриваемой реализации. Результатами такой точной настройки является набор точно скорректированных оценок псевдодальности и точное определение местоположения.

Согласно фиг.5, как только первое пробное местоположение выбрано (этап 426) и оцененные псевдодальности определены на этапе 428 для каждого из пяти или более спутников ГСП, на этапе 430 вычисляется обычным образом определение местоположения способом наименьших квадратов. Местоположение по способу наименьших квадратов формируется и поддерживается на этапе 430 для исключения повторного вычисления после анализа непротиворечивости, как будет описано ниже, чтобы выбранное местоположение не генерировать повторно для выбранного пробного местоположения.

Определение непротиворечивости местоположения на этапе 432 при использовании предпочтительного способа определения местоположения способом наименьших квадратов согласно настоящему изобретению может быть обеспечено с использованием переопределенной системы уравнений. Непротиворечивость решения способом наименьших квадратов проверяется с помощью Q-R декомпозиции матрицы косинусов направлений, определяемой из решения способом наименьших квадратов и умножением без ограничения размерностей транспонированной матрицы Q на дельта величины (разности) псевдодальности из решения способом наименьших квадратов. Использование без ограничения размерностей транспонированной матрицы Q выполняется для пяти или более спутников. Решение способом наименьших квадратов выполняется, как показано в уравнении (4).

где х=4×1 матрица вычисленного местоположения и погрешности времени,

У=n×1 матрица вычисленных дальностей до спутников ГСП,

Н=n×4 матрица косинусов направлений,

n = число спутников ГСП, используемым для определения местоположения.

Непротиворечивость решения проверяется, как показано в (5)

где b = показатель, который указывает непротиворечивость решения в (4)

Р=(n-4)×n Q матрица из QR декомпозиции Н

У=то же, что в (4)

Допуская, что одно из значений псевдодальности имеет погрешность, эквивалентную целому числу длин кода, i300 км, и, принимая во внимание тот факт, что строки Р являются ортогональными, вычисленное значение b может быть очень большим. Таким образом, используя уравнение (5) в качестве проверки непротиворечивости, определения пробных местоположений, вычисленные из уравнения (4), могут быть оценены для проверки правильности оцененных псевдодальностей. Однако этот подход основан на наличии, по меньшей мере, пяти видимых спутников ГСП для выполнения проверки собственной непротиворечивости.

Альтернативно, когда имеются только четыре спутника, нормирование (х) может быть использовано вместо в качестве проверки собственной непротиворечивости. Однако, если имеются только четыре скорректированных оценки псевдодальности, переопределенная система уравнений отсутствует. Для обоих сценариев знания времени ГСП, описанных выше (точное время и приблизительное время), определение местоположения может быть вычислено в блоке 430, а нормирование (х) может быть использовано в качестве проверки собственной непротиворечивости. К сожалению, в случае приблизительного времени описанная точная настройка, выполняемая для улучшения плохой начальной оценки времени ГСП, обычно не может быть выполнена без измерений фазы кода от пяти спутников. В результате определение местоположения четырех спутников, полученное без использования преимущества, обеспечиваемого точным временем ГСП, должно ухудшиться по точности в соответствии с величиной используемой начальной оценки времени ГСП. В любом случае, когда время ГСП известно с точностью по меньшей мере до 10 или 20 миллисекунд, соответствующие эффекты точности позиционирования могут быть пренебрежимо малыми.

На этапе 434, если некоторые пробные местоположения остаются не вычисленными, обработка переходит на этап 436 для выбора следующего возможного пробного местоположения, после чего повторяются операции этапов 428-434. В противном случае на этапе 438 определение местоположения с наименьшим показателем собственной непротиворечивости выбирается в качестве местоположения мобильного терминала (этап 438).

Изобретение описано выше со ссылками на фиг.5 для варианта осуществления, в котором информация дальности и местоположение вычисляется мобильным терминалом 400. Альтернативно вычисления дальности и определения местоположения могут быть выполнены в местоположении, удаленном от мобильного терминала 400. Этот альтернативный подход может быть предпочтительным, так как он исключает необходимость предоставлять эфемеридную информацию спутника в мобильный терминал 400, что требуется для вычисления псевдодальности и определений местоположения. Хотя можно выдать такую информацию в мобильный терминал 400, как, например, посредством передач от спутника 126 связи, на основании вычислений, выполненных дистанционно системой 120 спутниковой связи, получающей эфемеридные данные из сообщений спутника 302 связи ГСП, можно обеспечивать считывания фазы кода из мобильного терминала 400 назад в систему 120 связи посредством линии связи со спутником 126 связи для вычисления этих величин дистанционно.

Таким образом, мобильный терминал 400, используя приемник 406 ГСП, может просто считывать фазу кода от некоторых или всех видимых спутников 302 ГСП в блоке 422 и передавать считанные значения фазы кода с отмеченным временем вместе с идентификатором следа антенного луча, в котором находится мобильный терминал 400, посредством линии связи со спутником 126 связи. Эта информация, как показано на фиг.4, может быть затем передана по линии обратной связи в наземную станцию 410. Наземная станция 410 связана также со станцией 412 ГСП, которая принимает и входит в синхронизм с передачами от видимых спутников 302 ГСП, и затем демодулирует принятый сигнал для получения идентификационных данных спутника и эфемеридную информацию. Станция 412 ГСП содержит необходимое средство для определения местоположений спутников, определения времени и вычисления псевдодальностей и определений местоположения из имеющихся данных с использованием известных способов позиционирования в системе ГСП. Станция 412 ГСП может использовать информацию местоположения следа антенного луча и информацию измеренной фазы кода от видимых спутников, полученную через наземную станцию 410 для выполнения операций, показанных на фиг.5, на этапах 424-438. Также известно, что повышенная эффективность может быть обеспечена путем вычисления определений местоположения, когда более 5 спутников являются видимыми для мобильного терминала 400, путем повторного вычисления определений местоположения на этапе 438 в сочетании со спутниками 302 ГСП, что обеспечивает наилучший показатель снижения точности из-за геометрических параметров.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения мобильный терминал 400 получает информацию задержки синхронизации от спутника 126 связи для дополнительного повышения эффективности за счет модификацирования операций, используемых при формировании списка пробных местоположений на этапе 422 по фиг.5. Этот альтернативный подход является особенно выгодным для очень больших следов антенных лучей, так как он уменьшает число местоположений, требуемых для разрешения неопределенности в соответствии со способами и системами согласно настоящему изобретению. Этот аспект изобретения использует информацию синхронизации от спутника 126 связи для выбора пробных местоположений, разнесенных не более чем приблизительно на 150 километров вдоль эквидистантной дуги, описываемой информацией синхронизации, полученной от спутника 126 связи. В зависимости от точности информации синхронизации, получаемой от спутника 126 связи, может потребоваться множество дуг для получения требуемого 150-километрового разнесения. Даже если требуется множество дуг, ожидается, что может быть получено значительное уменьшение числа пробных местоположений. Это не только уменьшает вычислительную нагрузку, но и вероятность выбора неправильного местоположения. Этот аспект настоящего изобретения описан в первую очередь со ссылкой на систему спутниковой связи АСоС и используемые в ней протоколы.

Мобильный терминал 400 может работать в двух режимах: благоприятном и неблагоприятном. В благоприятном режиме работы антенна 402 мобильного терминала 400 не блокирована препятствиями, и уровень сигнала достаточен для выполнения нормальной установки вызова и речевой связи. В неблагоприятном режиме работы антенна 402 блокирована, так что уровень принимаемого сигнала является недостаточным для установки вызова и речевой связи. В неблагоприятном режиме работы существуют специальные каналы высокой мощности для передачи, синхронизации и поискового вызова. В неблагоприятном режиме работы мобильный терминал 400 может оказаться неспособным зарегистрироваться или установить контакт с системой 120.

В благоприятном режиме работы мобильный терминал получает информацию синхронизации путем передачи сообщения канала случайного доступа (КСД). КСД является каналом случайного доступа, который использует схему временного разделения стандарта Aloha для увеличения пропускной способности и уменьшения конфликтной ситуации. Доступ к КСД предусматривает использование двух пачек, за которыми следует увеличенный защитный интервал. Фиг.7 иллюстрирует один период доступа к КСД. Первая из двух пачек является пачкой коррекции частоты и времени (ПКЧВ), которая используется для того, чтобы предоставить спутнику 126 известный шаблон улучшения обнаружения последующей информационной пачки. Вторая пачка является обычной пачкой, которая несет информационное содержание сообщения КСД. Защитный интервал достаточно велик для того, чтобы пачка КСД, посланная из наиболее удаленной точки или ближайшей точки следа антенного луча 136, не перекрылась с пачкой доступа к КСД в соседнем периоде доступа к КСД. Передачи, посылаемые по каналу КСД, синхронизированы с сигналами в нисходящей линии связи.

Мобильный терминал 400 посылает сообщение КСД в момент, который соответствует синхронизации мобильного терминала 400 в ближайшей точке в следе антенного луча 136. Спутник 126 связи принимает сообщение КСД и отмечает разность во времени прихода сообщения КСД относительно начала периода доступа к КСД. Эта разность пропорциональна местоположению мобильного терминала 400 относительно ближайшего края следа антенного луча 136. Когда система АСоС назначает выделенный канал управления для мобильного терминала 400, она включает поле в сообщение канала управления предоставлением доступа (КУПД), которое содержит задержку синхронизации, обусловленную прямым и обратным прохождением сигнала доступа к КСД. Оба канала КПД и КУПД обычно доступны только в благоприятных режимах работы. В системе АСоС прямые (нисходящие) каналы от спутника 126 до мобильного терминала 400 используют один канал передачи с шириной полосы частот 200 кГц, разделенный на восемь интервалов времени множественного доступа с временным разделением (МДВР). Соответствующий обратный (восходящий) канал использует субканалы, разделенные на интервалы 50 кГц, причем каждый субканал разделен на два интервала времени МДВР. Общие каналы управления нисходящей линии связи отображаются в один прямой канал с шириной полосы частот 200 кГц, а канал КСД отображается в один из четырех соответствующих субканалов 50 кГц восходящей линии связи. Фиг.8 иллюстрирует отображение общих каналов управления на несущие частоты прямого и обратного канала. Обратный субканал “ноль”, как изображено на фиг.8, конфигурирован так, что периоды доступа к КСД имеют период 2 кадра МДВР. В больших следах антенных лучей периоды доступа к КСД могут быть конфигурированы так, что имеют длительность 9 периодов кадра для предотвращения перекрытия доступов к КСД с соседними периодами доступа к КСД.

Описанный протокол АСоС может быть модифицирован в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения для того, чтобы позволить мобильному терминалу 400, работающему в неблагоприятном режиме, получать информацию синхронизации, соответствующую задержке прохождения сигнала в прямом и обратном направлении между спутником 126 и мобильным терминалом 400. В соответствии с настоящим изобретением задержка синхронизации прохождения сигнала в прямом и обратном направлении затем используется для разрешения неопределенности, составляющей одну миллисекунду, при вычислении псевдодальностей ГСП. Для получения информации синхронизации в неблагоприятном режиме интерфейс радиосвязи АСоС модифицируется для добавления канала случайного доступа высокой мощности (КСДВМ). Эфемеридная информация и информация синхронизации спутника ГСП также могут быть предоставлены. Общие каналы управления имеют четыре несущие частоты в обратном направлении. В зависимости от требований пропускной способности, требуемой для поддержки функциональных возможностей ГСП, от одной до трех из обратных субнесущих частот выделяются для канала КСДВМ. Каналы КСДВМ могут также обеспечивать дополнительные функциональные возможности для системы АСоС, как, например, обеспечение для мобильного терминала 400 способа регистрации в неблагоприятном режиме.

С целью анализа пропускной способности каналов КСД и КСДВМ анализируются как тип схем множественного доступа с временным разделением стандарта Aloha. Пропускная способность схемы доступа КСДВМ может быть вычислена при допущении, что попытки доступа производятся в произвольные интервалы, которые имеют распределение Пуассона. Вероятность k попыток доступа, происходящих в течение одного интервала времени КСДВМ, имеет вид

G = среднее число попыток доступа на интервал времени доступа,

k = число попыток.

Вероятность нуля попыток доступа в течение интервала времени доступа к КСДВМ равна тогда е^-G. Пропускная способность S канала равна тогда просто предлагаемой нагрузке G, умноженной на вероятность отсутствия конфликтных ситуаций

G равно сумме всех начальных попыток доступа плюс любые повторные передачи из-за конфликтных ситуаций. Так как вероятность отсутствия конфликтных ситуаций равна е^-G, вероятность конфликтной ситуации равна 1-е^-G. Вероятность успешной передачи, требующий k попыток, может быть вычислена как

Ожидаемое число попыток для выполнения успешной передачи тогда равна

Взятие производной от уравнения (10) и приравнивание ее нулю позволяет определить точку максимальной пропускной способности, которая имеет место для средней предлагаемой нагрузки, определяемой как 1 попытка на интервале времени доступа к КСДВМ. Это приводит к пропускной способности 36% с 2,7 попытками, требуемыми для одной успешной передачи. Это предполагает ноль ошибок в принятом сообщении на спутнике 126. Фактическая пропускная способность может быть ниже из-за не нулевых ошибок бит. Поскольку пейджинговые сообщения обычно имеют более высокий приоритет, чем запросы обновления данных синхронизации, дополнительная пропускная способность канала уведомления высокого прохождения (КУВП) должна определять фактическую пропускную способность для запросов обновления данных синхронизации. Альтернативно дополнительная полоса частот может быть выделена в общем канале управления для расширения пропускной способности канала КУВП. Другой альтернативой может быть создание отдельного логического канала, который подобен КУВП, но который используется для поддержки запросов синхронизации и других вспомогательных функций по мере необходимости. Любые из этих подходов могли бы поддерживать операции в неблагоприятном режиме в соответствии с настоящим изобретением.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения сообщение КСДВМ содержит информацию, которая аналогична информации сообщения КСД с небольшими модификациями. Включаются поля битов для частичного международного идентификационного кода мобильного абонента (МИКМА), номера попытки и случайного числа для уменьшения вероятности конфликта между двумя мобильными терминалами 400, которые делают запрос в течение короткого времени относительно друг друга. Информационное содержание сообщения КСДВМ может составлять 26 битов. Могут использоваться и другие форматы, как, например, указание случайного числа, которое должно использоваться в качестве ссылки в последующем пейджинговом сообщении с информацией обновления данных синхронизации. Случайное число может быть значительно меньше, чем 26 битов, и все же обеспечивать низкую вероятность конфликта между двумя мобильными терминалами 400, делающими запросы обновления данных синхронизации почти одновременно. Использование меньшего случайного числа позволяет уменьшить размер сообщения и обеспечить более высокую пропускную способность в запросах КСДВМ.

Кодирование КСДВМ в таких вариантах осуществления может быть аналогично каналу КУВП с использованием кода Витерби половинной скорости и кода Уолша (128,7), что должно дать приблизительный выигрыш 15 дБ. Четыре хвостовых бита и пять битов контрольной суммы затем добавляются к 26 информационным битам для получения в сумме 35 битов. После кодирования сообщение будет состоять из 1280 кодированных битов. Результирующее сообщение может быть отформатировано как 10 пачек с высокой исправляющей способностью и одна пачка m-последовательности с высокой исправляющей способностью. Пачка m-последовательности с высокой исправляющей способностью добавляется перед доступом к КСДВМ так, чтобы спутник 126 мог лучше синхронизировать и декодировать последующие пачки с высокой исправляющей способностью. Результирующий формат пачки КСДВМ показан на фиг.9. Следует иметь в виду, что схема кодирования, описанная здесь, приведена только для иллюстрации и что другие форматы кодирования могут быть использованы в зависимости от требований пропускной способности, а также информационного содержания сообщения КСДВМ.

Допуская, что для системы АСоС один спутник 126 может поддерживать 2000000 пользователей и имеется 140 следов антенных лучей 136 на спутник 126, каждый след антенного луча может поддерживать приблизительно 14285 пользователей. В ситуации наихудшего случая доступ к КСДВМ потребует 28 пачек, что приводит к периоду доступа к КСДВМ 28·(60/26)=64,6 мсек. Используя ожидаемую максимальную пропускную способность 2,7 попыток на успешный доступ, каждый доступ к КСДВМ с максимальной пропускной способностью потребует 64,6·2,7=174,46 мсек на успешный доступ в канале КСДВМ. Это приводит к максимальной пропускной способности 20635 успешных доступов в час, не включая повторы из-за потери кадров КСДВМ. Деление пропускной способности на число пользователей в пределах следа антенного луча приводит к одному каналу КСДВМ, способному поддерживать 1,44 доступов в час на пользователя. Дополнительная пропускная способность может быть получена путем добавления дополнительных каналов КСДВМ на других неиспользуемых обратных несущих субчастотах. Дополнительный выигрыш кодирования может быть реализован путем уменьшения пропускной способности каждого канала КСДВМ и увеличения числа пачек.

Информация вычисленной задержки синхронизации может быть предоставлена в мобильные терминалы, находящиеся в неблагоприятном положении с использованием КУВП. Канал КУВП в системе АСоС является каналом высокой мощности, используемым для поискового вызова мобильных терминалов 400, которые работают в неблагоприятном режиме. Он использует сочетание увеличенной мощности передатчика и дополнительного кодирования для добавления приблизительно 20 дБ относительно канала речевого трафика, работающего в благоприятном режиме. Сообщение КУВП состоит из 53 битов. 50 битов используются для кодирования пейджингового МИКМА мобильного терминла 400 и 3 бита являются запасными битами. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения один из запасных битов используется для указания, что сообщение КУВП является ответом на запрос информации синхронизации КСДВМ, а остальные 52 бита используются для кодирования ссылочного номера запроса и информации синхронизации, измеренной во время доступа к КСДВМ. Информация синхронизации использует 16 битов, а ссылочный номер использует 26 битов. Ссылочный номер предпочтительно является отражением 26 исходных битов, используемых для запроса доступа к КСДВМ, описанного выше.

Предпочтительно, как упомянуто ранее, канал КСДВМ может использовать схему кодирования, уже используемую для канала КУВП. Канал КУВП в системе АсоС использует код Витерби половинной скорости с 16 состояниями с последующим кодом Уолша (128,7) в сочетании с увеличением на 7 дБ мощности передатчика для получения приблизительно увеличения на 20 дБ исправляющей способности относительно каналов речевого трафика, используемых в благоприятных режимах работы. Однако для экономии мощности мобильного терминала канал КСДВМ предпочтительно использует ту же самую схему кодирования, что и канал КУВП без увеличения мощности передатчика, что приводит в результате к каналу КСДВМ, имеющему увеличение исправляющей способности только 12,6 дБ относительно каналов речевого трафика.

Со ссылками на блок-схему по фиг.10, ниже описана обработка запроса задержки синхронизации в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. На этапе 500 мобильный терминал 400 определяет, является ли местоположение благоприятным или неблагоприятным в пределах системы 120 спутниковой связи. Если он находится в неблагоприятном местоположении, обработка переходит на этап 502, и передается запрос синхронизации КСДВМ, включая идентификатор запроса. Как описано выше, идентификатор может представлять собой произвольно генерируемое числом с количеством битов, выбираемых для обеспечения низкой вероятности множества запросов с общим идентификатором, принимаемых от различных мобильных терминалов одновременно.

На этапе 504 спутник 126 вычисляет задержку прохождения сигнала в прямом и обратном направлении для принятого запроса КСДВМ. На этапе 506 спутник 126 передает вычисленную задержку синхронизации вместе с идентификатором канала КУВП для приема мобильным терминалом 400. Формат для идентификатора и передачи с использованием КСДВМ и КУВП описан ранее со ссылкой на фиг.7 – 9 выше.

Если мобильный терминал 400 находится в благоприятном местоположении, может быть использован альтернативный подход, как изображено на этапах 508-512. Однако следует иметь в виду, что мобильный терминал в предпочтительном местоположении также способен получать информацию задержки синхронизации в соответствии с операциями, которые описаны на этапах 502-506 с единственным недостатком, являющимся использованием ограниченных возможностей канала высокой мощности для терминала в неблагоприятном местоположении. Таким образом, как показано на этапе 508, запрос синхронизации может быть передан с помощью мобильного терминала в благоприятном с использованием канала КСД. Задержка прохождения сигнала синхронизации в прямом и обратном направлении затем вычисляется с помощью системы 120 связи на основании времени приема запроса синхронизации КСД. Кроме того, информация задержки синхронизации с идентификатором может быть передана в мобильный терминал 400 по каналу управления нисходящей линии связи, для которого не требуется быть каналом высокой мощности (этап 512).

Недостатком использования альтернативных каналов в зависимости от того, находится ли терминал в благоприятном или неблагоприятном положении, является требование модифицировать протокол системы 120 связи для того, чтобы различать запрос синхронизации и передавать информацию синхронизации по двум каналам различного типа. Таким образом, в то время как дополнительная пропускная способность может быть обеспечена с использованием этого подхода для терминалов в неблагоприятном режиме, запрашивающих информацию задержки синхронизации, требуемые модификации для существующих систем 120 связи упрощаются, если запросы обновления данных задержки синхронизации от мобильных терминалов требуются запросы от терминалов в неблагоприятном режиме и эти запросы обрабатываются только в каналах высокого прохождения. (Заметим, что понятие “высокое прохождение” относится к каналам с высокой исправляющей способностью, причем схема кодирования может быть настроена для обеспечения более эффективного исправления ошибок, и/или может быть увеличена степень мощности передачи).

После того как мобильному терминалу становится известной информация задержки синхронизации для его местоположения в пределах следа антенного луча 136, операции на этапе 424 (фиг.5) могут быть модифицированы путем вычисления дуги местоположений в текущем следе антенного луча для использования в качестве набора пробных местоположений для вычисления определений местоположения способом наименьших квадратов. Как проиллюстрировано дугой, показанной пунктирной линией с отметками “О” на фиг.6, пробные местоположения расположены на дуге приблизительно одинакового расстояния от спутника 126 связи и разнесены по горизонтали вдоль дуги на расстояние не более, чем приблизительно 150 километров. Поскольку точность задержки синхронизации является достаточной для того, чтобы гарантировать, что одна дуга местоположений будет успешно покрывать возможные неопределенные местоположения в пределах следа антенного луча 136, приемлема одна дуга местоположений, как проиллюстрировано на фиг.6.

Обычно в спутниковой системе АСоС после входа в новый след антенного луча после включения питания мобильный терминал 400 пытается зарегистрироваться в системе 120 с использованием процесса обновления данных местоположения. При выполнении обновления данных местоположения мобильный терминал 400 обычно запрашивает выделенный канал управления с использованием доступа к КСД. Когда система 120 АСоС назначает выделенный канал управления для обновления данных местоположения, он также включает информацию синхронизации, так, что если мобильный терминал 400 отвечает, он может регулировать синхронизацию своего передатчика, чтобы пачки обратной передачи от различных мобильных терминалов с меньшей вероятностью перекрывались в приемнике спутника 126, таким образом уменьшая вероятность взаимных помех. Процесс обновления данных местоположения в этом контексте относится к процессу, посредством которого мобильный терминал регистрируется в определенном следе антенного луча 136 в спутниковой системе 120, причем эти операции происходят независимо от того, включает ли или нет мобильный терминал средства определения местоположения ГСП, как описано для настоящего изобретения, и представляют собой обычные операции связи через спутниковую систему 120.

С пробными местоположениями, выбранными в соответствии с настоящим изобретением на основании использования информации задержки синхронизации от системы 120 спутниковой связи для уменьшения неопределенности в местоположении мобильного терминала, важной является разрешающая способность опережения синхронизации. В системе АСоС разрешение опережения синхронизации, обеспечиваемое в процессе доступа к КСД, равно обычно 3,7 микросекунд, что дает расстояния для соседних опережений синхронизации на земной поверхности менее 50 километров в большинстве случаев. Однако в ситуациях наихудшего случая, например, когда следы антенных лучей расположены непосредственно под спутником 126 на экваторе, это разрешение ухудшается. Поэтому, например, для следов антенных лучей, как описано, центрированных непосредственно под спутником 126 АСоС, можно иметь область неопределенности больше, чем 150 километров, на основе разрешения информации опережения синхронизации.

В этом конкретном случае предпочтительно вычислять дополнительные пробные местоположения, чтобы создать сетку пробных местоположений, поддерживающих 150-километровое разнесение между местоположениями. Это может быть обеспечено путем определения местоположений точек вдоль множества разнесенных и обеспечит уменьшение количества пробных местоположений по сравнению с вариантом осуществления, в котором все местоположение следа антенного луча покрывается сеткой с пробными местоположениями, как обозначено символами “X” на фиг.6. Кроме того, могут потребоваться дополнительные дуги, если максимальная точность сообщения при точном выравнивании синхронизации в процессе доступа к КСД является недоступной, например на практике в системе АСоС возможно, что разрешение по синхронизации будет составлять четвертую часть значений, представленных как типичные в настоящем описании.

В любом случае погрешность опережения синхронизации наихудшего случая должна быть учтена для любой системы 120 спутниковой связи, используемой для обеспечения поддержки для определения позиции ГСП в соответствии с настоящим изобретением, с помощью пробных местоположений, выбранных так, чтобы они образовывали сетку покрытия относительно дуги синхронизации для компенсации недостатка разрешения в результатах измерения опережения синхронизации. Используя информацию задержки синхронизации, как описано для этого аспекта настоящего изобретения, другие операционные блоки, которые описаны на фиг.5, действуют по существу идентично, за исключением использования информации синхронизации для уменьшения числа пробных местоположений. Кроме того, как в альтернативном варианте осуществления, описанном со ссылками на фиг.5, различные вычисления, описанные здесь, могут быть распределены между мобильным терминалом 400 и станцией 412 ГСП, связанной со спутником 126 связи, как изображено на фиг.4. Для целей настоящего изобретения не требуется, чтобы станция 412 ГСП была расположена в пределах того же самого следа антенного луча, что и мобильный терминал 400, чтобы поддерживать операции в соответствии с настоящим изобретением.

Как отмечено выше, для вариантов осуществления настоящего изобретения, в которых вычисления местоположения для пробного местоположения выполняются в мобильном терминале 400, предпочтительно предусматривается средство для предоставления необходимых эфемеридных данных по спутникам 302 ГСП в мобильный терминал 400 без необходимости демодуляции этой информации из принимаемых сигналов 304 ГСП с помощью мобильного терминала 400. Ниже предоставлен один такой подход для получения информации, дающей возможность эффективного вычисления определений местоположения в мобильном терминале 400 в системе АСоС. Для данного описания предполагается, что требуемая информация синхронизации и местоположения спутника ГСП будет выдаваться в мобильный терминал 400 с использованием сообщений от спутника 126 связи, принимаемых и обрабатываемых спутниковым радиотелефоном 404, и далее будет подаваться от спутникового радиотелефона 404 в приемник 406 ГСП для использования при вычислении псевдодальностей и определений местоположения.

В соответствии с предоставляемым ниже вариантом осуществления неопределенность в смещении тактовых импульсов при передаче от спутника 302 ГСП до мобильного терминала 400 ограничена за счет использования переноса точного времени от центра управления сетью (ЦУС) системы 120 спутниковой связи АСоС в мобильный терминал 400 так, что приемник 406 ГСП мобильного терминала 400 обеспечивается точными данными о периодах синхронизации спутника 302 ГСП. Передача информации описана ниже как последовательность этапов обработки со ссылкой на фиг.11.

1. Приемник ЦУС (ГСП-Rx), расположенный совместно с ЦУС системы 120, выдает импульс в некоторый момент t_o, передаваемый в ЦУС. Этот импульс должен возникать в момент периода синхронизации времени ГПС, но фактически сдвинут от действительного времени ГПС из-за сдвига времени в ГПС RX (b_к), и задержки распространения в схемах и соединении между ГСП-RX и ЦУС (_d). Ввиду быстродействия современных аппаратных средств и с учетом того, что ГСП-RX и ЦУС расположены совместно, общая задержка должна быть не более чем 300 нсек. Эти операции иллюстрируются на фиг.11 с этапа 600 по этап 606.

2. Когда ЦУС принимает импульс от ГСП-RX, он берет выборку состояния его эфирного интерфейса передачи (ТХ) (см. этап 608). Обычно состояние включает число битов кадра, а также число кадров в иерархической структуре кадров. Стандарт АсоС использует такую структуру кадров. Состояние в системах МДВР, таких как GSM и IS-136, также включает номер временного интервала. На фиг.11 состояние ТХ эфирного интерфейса в момент t_o является (BN_o, TN_o, FN_o), что представляет бит, временной интервал и кадр соответственно (см. этап 608). ЦУС посредством подсистемы синхронизации сети (ПСС) выполняет псевдошумовое определение дальности для оценки дальности от ЦУС до спутника 126 АСоС. Это выполняется так, что синхронизация восходящей линии связи регулируется для того, чтобы поддержать требуемые соотношения синхронизации нисходящей линии связи. Перед передачей сообщения переноса времени в мобильный терминал 400 ЦУС регулирует величины (BN_o, TN_o, FN_o) для вычитания времени распространения в восходящей линии связи, а также задержки обработки в спутнике 126 АСоС (АСоС SV), учитывая свойства модуля (BN_o, TN_o, FN_o) (см. этап 610).

3. ЦУС передает состояние (BN_o, TN_o, FN_o) в приемник 404 ГСП (ГСП-UT) либо как отдельное сообщение, либо как часть другого сообщения, которое является конкретным для используемого вспомогательного способа ГСП. Эта передача может быть доставлена либо исключительно в отдельный ГСП-UT (прямая передача), либо передана всем мобильным терминалам, которые в текущий момент обслуживаются спутником 126 АСоС.

4. Перед приемом сообщения ГСП-UT должен осуществить процедуру захвата частоты спутника 126 АСоС и синхронизации с состоянием эфирного интерфейса спутника 126. Эта процедура определяется как часть стандарта для системы АСоС. Когда ГСП-UT принимает сообщение, он получает время t_o’ для периода синхронизации своей ГСП с использованием (BN_o, TN_o, FN_o), грубого опережения синхронизации (ГОС) и точного опережения синхронизации (ТОО (см. этап 612). Время распространения в нисходящей линии связи (ГОС+ТОО/2 преобразуется в периоды в четверть бита и вычитается из (BN_o, TN_o, FN_o) для получения (BN_o’, TN_o’, FN_o’). Это выполняется с учетом свойств модуля (BN_o, TN_o, FN_o). После завершения этих этапов ГСП-UT имеет точные данные о том, что начало периода синхронизации ГСП соответствует состоянию (BN_o’, TN_o’, FN_o’) эфирного интерфейса мобильного терминала 400.

5. Если выбран вариант передачи переноса времени как прямого сообщения, ЦУС может предварительно вычислить (BN_o’, TN_o’, FN_o’), так как он имеет информацию ГОС и ТОС. Если выбран вариант широковещательной передачи вспомогательного сообщения, то (BN_o’, TN_o’, FN_o’) вычисляются в мобильном терминале.

К вышеописанным операциям применяются некоторые соображения. Во-первых, параметр ТОС является важной частью этого способа. Если он не используется, то ГСП-UT имел бы неопределенность задержки от ГОС до максимальной задержки распространения в одном направлении для конкретного следа антенного луча, в пределах которого находится мобильный терминал. Величина ТОС может изменяться между 0 и 1250, в зависимости от позиции мобильного терминала в пределах следа антенного луча. Это соответствует временным интервалам распространения в одном направлении 0-2,3 мсек. Когда используется величина ТОС, эта неопределенность в примере АсоС равна _в=3,7 us (0-3,6 элементарных посылок кода Г/П).

Кроме того, перенос времени относительно периода синхронизации ГСП влияет на осуществимые операции, но тип периода синхронизации, используемый при переносе, также имеет некоторое влияние на ГСП-UT. Это в основном зависит от того, как момент времени t_o импульса в ГСП-UT связан с фактическим временем недели. Если импульс в момент времени t_o основан на периоде синхронизации длительностью в милисекунду кода Г/С, то благодаря переносу времени ГСП-UT имеет данные только для этого периода синхронизации. Альтернативно, если импульс в момент времени t_o выдается при периоде синхронизации ГСП длительностью 20 мсек, то ГСП-UT будет иметь данные синхронизации битов и кода передач спутника ГСП в соответствующих передатчиках. Эта информация может объединяться информацией о местоположении спутника или вспомогательной информацией о дальности для обеспечения улучшенной оценки синхронизации битов в ГСП-UT. Это может исключить необходимость синхронизации битов, которая может ограничить чувствительность или характеристику времени обнаружения в некоторых случаях. Третьей альтернативой для ГСП-RX является выдача импульса для периода синхронизации ГСП длительностью в одну секунду, при этом ГСП-UT может получить синхронизацию битов и кода. Несмотря на то, что импульс в одну секунду не обеспечивает дополнительных преимуществ при переносе времени, он может упростить реализацию, так как коммерческие приемники ГСП обычно обеспечивают выходной сигнал частотой 1 Гц.

Кроме того, точность переноса времени периода синхронизации ГСП от ГСП-RX в ГСП-UT зависит от нескольких факторов. Полное смещение времени в ГСП-UT определяется следующим образом:

где b_к = смещение ГСП-RX от истинного времени ГСП в MCS (=0,100 нсек)

_d = задержка распространения импульса в канале ГСП-RX/ЦУС;

_ТА = погрешность из-за разрешения параметра ТА (равномерное распределение в пределах + 0,25_ТА);

_B = погрешность из-за разрешения периода битов в эфирном интерфейсе АСоС (равномерно в интервале 0-_В);

_pd = задержка распространения сигналов ГСП d приемнике ГСП-UT;

_ТА = разрешение ТОС, 3,7 мкс;

_В = период бит, 3,7 мкс.

Если допустима величина 300 нсек как для _d, так и для _pd, а величина 500 нсек используется для ограничения смещения ГСП-RX, тогда

Для стандарта АСоС _В=_ТА=3,7 мксек, что указывает, что |b_GPS-UT|<3,88 мксек. Следовательно, неопределенность из-за смещения времени ГСП-UT меньше, чем ±4 элементарных посылок кода Г/П.

Наконец, способ, описанный выше, не требует, чтобы в ГСП-UT было известно абсолютное время ГСП. Однако в сообщение переноса времени от ЦУС в ГСП-UT можно включить поле, которое указывает абсолютное время ГСП для события периода синхронизации. Это полезно, если функция вычисления местоположения содержится в ГСП-UT, так как при объединении с действующими эфемеридными данными она дает возможность ГСП-UT вычислить местоположения спутников.

Настоящее изобретение описано со ссылками на Фиг.5 и 10, которые являются блок-схемами вариантов осуществлений настоящего изобретения. Понятно, что каждый блок сочетания блоков на блок-схемах могут быть реализованы командами компьютерной программы. Эти команды программы могут подаваться в процессор для того, чтобы команды, выполняемые процессором, образовали средство для реализации функций, определенных в блоках, представленных на блок-схемах. Команды компьютерной программы могут выполняться процессором для того, чтобы последовательность этапов, выполняемых процессором, образовала реализованный на компьютере процесс, причем команды, которые выполняются процессором, обеспечивают этапы для реализации функций, определенных в блоках представленных на блок-схемах.

Таким образом, блоки, показанные на блок-схемах, обеспечивают комбинации средств для выполнения определенных функций и комбинации этапов для выполнения определенных функций. Понятно, что каждый блок, и комбинация блоков, показанные на блок схемах, могут быть реализованы с помощью систем, основанных на специализированном аппаратном обеспечении, выполняющих определенные функции или этапы, или с помощью комбинаций специализированного аппаратного обеспечения и компьютерных команд.

На чертежах и в описании раскрыты типичные предпочтительные варианты осуществления изобретения и, хотя при этом использованы конкретные термины, это сделано только в обобщенном и описательном смысле, а не с целью ограничения объема изобретения, определяемого формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Способ для определения местоположения мобильного терминала, включающий этапы:

получения идентификационных данных следа антенного луча, в пределах которого находится мобильный терминал, из переданного сообщения спутниковой радиотелефонной системы,

формирования множества пробных местоположений в пределах следа антенного луча,

определения возможных местоположений для мобильного терминала, по меньшей мере, для двух из множества пробных местоположений на основании сигналов ГСП, принимаемых мобильным терминалом от множества спутников глобальной системы позиционирования (ГСП), и

выбора одного из полученных возможных местоположений в качестве местоположения мобильного терминала,

при этом этап определения включает в себя этапы:

вычисления множества начальных оценок псевдодальности, соответствующих множеству спутников ГСП для одного из множества пробных местоположений на основании сигналов ГСП, принимаемых мобильным терминалом, причем сигналы ГСП имеют длину кода, включая определение дробных периодов кода из принимаемых сигналов ГСП,

корректировки начальных оценок псевдодальности для выработки множества возможных оценок псевдодальности для мобильного терминала для одного из множества пробных местоположений,

выработки возможного местоположения для мобильного терминала для одного из множества пробных местоположений на основе множества возможных оценок псевдодальности и

повторения упомянутых этапов вычисления, корректировки и выработки для второго из множества пробных местоположений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап корректировки включает в себя этапы округления каждой из начальных оценок псевдодальности для получения соответствующего множества расстояний целочисленной длины кода для одного из множества пробных местоположений, добавления расстояний, соответствующих дробным периодам кода, полученным из принятых сигналов ГСП, к множеству расстояний целочисленной длины кода для обеспечения соответствующего множества возможных оценок псевдодальности для мобильного терминала.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап корректировки включает этап модифицирования множества начальных оценок псевдодальности для учета относительных разностей между дробными периодами кода, полученными из принятых сигналов ГСП, для обеспечения соответствующего множества возможных оценок псевдодальности для мобильного терминала.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап повторения включает в себя выполнение упомянутых этапов вычисления, корректировки и выработки для каждого из множества пробных местоположений для обеспечения возможных местоположений для мобильного терминала для каждого из множества пробных местоположений.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что этапу повторения определения предшествует этап выбора множества спутников ГСП из видимых спутников ГСП на основании угла возвышения видимых спутников относительно одного из множества пробных местоположений.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что упомянутые возможные местоположения получены способом наименьших квадратов, причем упомянутый этап повторения определения включает в себя повторение определения, по меньшей мере, для четырех спутников ГСП, и этап выбора дополнительно включает в себя выбор одного из возможных местоположений в качестве местоположения мобильного терминала на основе проверки собственной непротиворечивости.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что этап выбора включает в себя выбор одного из полученных возможных местоположений с использованием переопределенной системы уравнений.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что этап выбора включает в себя этапы Q-R декомпозиции матрицы косинусов направлений, полученной из возможных местоположений, и умножения без ограничения размерностей транспонированной матрицы Q с этапа декомпозиции на дельта величины псевдодальности из возможных местоположений.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап формирования множества пробных местоположений включает в себя формирование множества пробных местоположений таким образом, что каждое из пробных местоположений расположено не далее, чем приблизительно на расстоянии 150 км от другого из множества пробных местоположений.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что этап формирования множества пробных местоположений включает в себя формирование множества пробных местоположений в сетке, покрывающей след антенного луча.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап получения идентификационных данных включает в себя этапы получения идентификатора следа антенного луча из передачи спутниковой радиотелефонной системы и вычисления географического местоположения следа антенного луча на основании полученного идентификатора следа антенного луча.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что этап вычисления включает в себя вычисление географического местоположения следа антенного луча на основании эфемеридных данных спутника, полученных из передачи спутниковой радиотелефонной системы и координат направления антенны.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что этап вычисления включает в себя вычисление географического местоположения следа антенного луча на основании граничных точек для следа антенного луча, сохраненных в мобильном терминале.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя этапы получения информации синхронизации спутниковой связи из передачи спутниковой радиотелефонной системы, причем упомянутый этап формирования включает в себя формирование множества пробных местоположений на основе полученной информации синхронизации.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что информация синхронизации является информацией задержки синхронизации, причем упомянутый этап формирования включает в себя выбор множества пробных местоположений по дуге местоположений, по существу эквидистантных относительно спутника, осуществляющего передачу спутниковой радиотелефонной системы на основе информации задержки синхронизации.

16. Способ по п.14, отличающийся тем, что информация синхронизациии является информацией задержки синхронизации, причем упомянутый этап формирования включает в себя выбор множества пробных местоположений, по меньшей мере, по одной дуге местоположений, по существу эквидистантных относительно спутника, осуществляющего передачу спутниковой радиотелефонной системы, на основе информации задержки синхронизации, при этом каждое из пробных местоположений находится не далее, чем на расстоянии приблизительно 150 км от другого из множества пробных местоположений.

17. Способ по п.14, отличающийся тем, что упомянутый этап получения включает этапы запроса информации синхронизации спутниковой связи от спутника спутниковой радиотелефонной системы по каналу случайного доступа с высокой исправляющей способностью и приема информации синхронизации спутниковой связи от спутника спутниковой радиотелефонной системы по пейджинговому каналу с высокой исправляющей способностью.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что информация синхронизации спутниковой связи является информацией задержки синхронизации, причем этап запроса включает в себя передачу запроса, включающего в себя запрос обновленных данных синхронизации, имеющий идентификатор номера запроса, а этап приема включает в себя прием обновленных данных синхронизации, имеющих связанный с ними идентификатор, соответствующий идентификатору номера запроса.

19. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутые этапы повторения, вычисления, корректировки и выработки выполняются мобильным терминалом.

20. Способ по п.4, отличающийся тем, что этап вычисления включает в себя прием сигнала ГСП в мобильном терминале от каждого из множества спутников ГСП, определение фазы кода для каждого из множества спутников ГСП из принятых сигналов ГСП в мобильном терминале и выдачу определенных фаз кода с метками времени в удаленную станцию ГСП из мобильного терминала, причем упомянутые этапы повторения, вычисления, корректировки и выработки выполняются станцией ГСП.

21. Система определения местоположения мобильного терминала, содержащая:

средство для получения идентификационных данных следа антенного луча, в пределах которого находится мобильный терминал, из передаваемого сообщения спутниковой радиотелефонной системы,

средство для формирования множества пробных местоположений в пределах следа антенного луча,

средство для определения возможных местоположений мобильного терминала, по меньшей мере, для двух из множества пробных местоположений, на основе сигналов ГСП, принимаемых мобильным терминалом от множества спутников глобальной системы позиционирования (ГСП), и

средство для выбора одного из определенных возможных местоположений в качестве местоположения мобильного терминала,

при этом средство для определения дополнительно содержит:

средство для вычисления множества начальных оценок псевдодальности, соответствующих множеству спутников ГСП, для одного из множества пробных местоположений на основе сигналов ГСП, принимаемых мобильным терминалом, причем сигналы ГСП имеют длину кода, включая определение дробных периодов кода из принимаемых сигналов ГСП,

средство для корректировки начальных оценок псевдодальности для формирования множества возможных оценок псевдодальности для мобильного терминала для одного из множества пробных местоположений и

средство для формирования возможного местоположения мобильного терминала для одного из множества пробных местоположений на основе множества возможных оценок псевдодальности.

22. Система по п.21, отличающаяся тем, что средство для корректировки дополнительно содержит средство для округления каждой из начальных оценок псевдодальности для формирования соответствующего множества расстояний целочисленной длины кода для одного из множества пробных местоположений и средство для добавления расстояний, соответствующих дробным периодам кода, полученным из принятых сигналов ГСП, к множеству расстояний целочисленной длины кода для получения соответствующего множества возможных оценок псевдодальности для мобильного терминала.

23. Система по п.21, отличающаяся тем, что средство для корректировки дополнительно содержит средство для модифицирования множества начальных оценок псевдодальности для учета относительных разностей между дробными периодами кода, полученными из принятых сигналов ГСП, для получения соответствующего множества возможных оценок псевдодальности для мобильного терминала.

24. Система по п.21, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство для выбора множества спутников ГСП из видимых спутников ГСП на основе угла возвышения видимых спутников относительно одного из множества пробных местоположений.

25. Система по п.21, отличающаяся тем, что возможные местоположения получены способом наименьших квадратов, причем средство для выбора включает в себя средство для выбора одного из возможных местоположений в качестве местоположения мобильного терминала на основе проверки собственной непротиворечивости.

26. Система по п.21, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство для получения информации синхронизации спутниковой связи из передачи спутниковой радиотелефонной системы, причем средство для формирования содержит средство для формирования множества пробных местоположений на основании полученной информации синхронизации.

27. Система по п.26, отличающаяся тем, что информации синхронизации является информацией задержки синхронизации, причем средство для формирования содержит средство для выбора множества пробных местоположений по дуге местоположений, по существу эквидистантных относительно спутника, осуществляющего передачу спутниковой радиотелефонной системы, на основе информации задержки синхронизации, при этом каждое из пробных местоположений расположено на расстоянии не далее, чем приблизительно 150 км от другого из множества пробных местоположений.

28. Система по п.26, отличающаяся тем, что средство для получения содержит средство для запроса информации синхронизации спутниковой связи от спутника спутниковой радиотелефонной системы по каналу случайного доступа с высокой исправляющей способностью, и средство для приема информации синхронизации спутниковой связи от спутника спутниковой радиотелефонной системы по пейджинговому каналу с высокой исправляющей способностью.

29. Система по п.26, отличающаяся тем, что информация синхронизации спутниковой связи является информацией задержки синхронизации, причем средство для запроса включает в себя средство для передачи запроса обновленных данных синхронизации, имеющего идентификатор номера запроса, а средство для приема содержит средство для приема обновленных данных синхронизации, имеющих связанный с ними идентификатор, соответствующий идентификатору номера запроса.

30. Система по п.21, отличающаяся тем, что средство для вычисления содержит средство для приема сигнала ГСП в мобильном терминале от каждого из множества спутников ГСП, средство для определения фазы кода для каждого из множества спутников ГСП из принятых сигналов ГСП в мобильном терминале и средство для выдачи определенных фаз кода с метками времени в удаленную станцию ГСП из мобильного терминала для определения возможных местоположений и выбора одного из определенных возможных местоположений в качестве местоположения мобильного терминала в станции ГСП.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 09.03.2007

Извещение опубликовано: 27.07.2010 БИ: 21/2010