ES2576875T3 - Método, aparato y sistema para la determinación de la ubicación de un objeto, que tiene un receptor de Sistema global de navegación por satélite mediante el procesamiento de datos no diferenciados como mediciones de la fase de la portadora y productos externos tales como datos de la ionosfera - Google Patents
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Abstract
Método para la determinación de una ubicación de un objeto, que tiene un receptor de Sistema global de navegación por satélite (GNSS), comprendiendo el método las etapas de; - recepción de señales por el receptor GNSS que son transmitidas por los transmisores GNSS (GNSSE1 a GNSSEn) situados a bordo de satélites (SAT1 a SATn) que están situados en el campo visual del objeto; - actualización de los datos de servicio en el objeto, siendo los datos de servicio proporcionados por un proveedor de servicios de GNSS y que incluyen: datos del reloj del satélite que indican relojes internos de los satélites (SAT1, a SATn); datos de la órbita del satélite que indican las ubicaciones de los satélites (SAT1 a SATn); datos de desviación del código de retardo del método relativos a las desviaciones del código de retardo de los transmisores GNSS (GNSSE1 a GNSSEn); y datos del modelo ionosférico que indican un estado de una ionosfera; - determinación sobre la base de los datos del modelo ionosférico, indicando los datos del retardo ionosférico correcciones relativas a los retardos de las señales, resultando los retardos de las señales de un paso de las señales a través de la ionosfera entre la transmisión de las señales desde los transmisores GNSS (GNSSE1 a GNSSEn) y la recepción de las señales por el receptor GNSS (SURGNSS); - obtención de los datos de observación del código de las señales, siendo los datos de observación del código relativos a los datos transmitidos con las señales y que comprenden observables del código relativos a los datos transmitidos con las señales; - obtención de datos de observación de fase de la portadora de las señales, siendo los datos de observación de la fase de la portadora relativos a las fases de la portadora de las señales y comprendiendo observables de la fase de la portadora relativos a la fase de la portadora de las señales; y - determinación de una señal del objeto sobre la base de los datos del reloj del satélite, de los datos de la órbita del satélite, de los datos de desviación del código del retardo del satélite, de los datos de retardo ionosférico determinados, de los datos de observación del código obtenidos a partir de las señales y de los datos de observación de la fase de la portadora obtenidos de las señales, en el que todos los observables del código y todos los observables de la fase de la portadora implicados en la etapa de determinación de la señal del objeto son procesados de un modo no diferenciado, caracterizado por que en la etapa de determinación de la ubicación del objeto se procesan al menos una combinación lineal de observables que no es sin ionosfera, y adicionalmente una combinación lineal de observables que es sin ionosfera.
Description
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DESCRIPCION
Metodo, aparato y sistema para la determinacion de la ubicacion de un objeto, que tiene un receptor de Sistema global de navegacion por satelite mediante el procesamiento de datos no diferenciados como mediciones de la fase de la portadora y productos externos tales como datos de la ionosfera
Campo tecnico de la invencion
La invencion se refiere a un metodo y a un aparato para navegacion utilizando senales de radio transmitidas por satelite y datos de servicio proporcionados por un proveedor de servicios.
La invencion es, aunque no de manera exclusiva, aplicable al sector de la navegacion independiente de la ubicacion, en todo el mundo, preferiblemente sobre la base de mediciones de fase de portadora.
Antecedentes de la invencion
En el sector de la navegacion por satelite, la ubicacion de un objeto, que puede ser un objeto estacionario o un objeto en movimiento, se determina utilizando senales de radio transmitidas por satelites que orbitan alrededor de la Tierra. En el caso de un objeto en movimiento, tambien la informacion relativa al movimiento del objeto, por ejemplo, su direccion y velocidad, puede ser obtenida de esta manera. Comunmente, en el sector de la navegacion por satelite, el objeto se denomina “rover (receptor)”, o tambien “usuario”. Sin pretender ninguna limitacion, a continuacion, se denominara “rover” o “usuario” cuando se describe la presente invencion.
Existen varias tecnicas conocidas en el sector para la determinacion de la ubicacion de un rover utilizando senales de radio transmitidas por satelite. Todas estas tecnicas requieren el conocimiento de la ubicacion instantanea de un numero de satelites que orbitan alrededor de la Tierra (en las que los satelites pueden asimismo ser satelites geoestacionarios), y el conocimiento de los relojes de alta precision instalados a bordo de estos satelites. Las senales de radio transmitidas por satelite comprenden informacion con marca de tiempo que es transmitida mediante superposicion de una senal pseudo-aleatoria sobre las frecuencias de la portadora de las senales. Tras la recepcion, los llamados observables o pseudo-observables de codigo se determinan a partir de la informacion con marca de tiempo. Teniendo conocimiento de la ubicacion de los satelites, la hora de la transmision de las senales y la hora de la recepcion de las senales en el rover, las coordenadas del rover con respecto a los satelites puede ser determinada mediante triangulacion.
Aparte de la informacion con marca de tiempo descrita anteriormente que esta superpuesta sobre la frecuencia de la portadora, tambien es posible utilizar la fase de la portadora para determinar la ubicacion de un rover. Sobre la base de las fases de las senales de la portadora, es posible obtener y utilizar los llamados observables de fase en la determinacion de la ubicacion del rover, como se describira a continuacion.
Un sistema de navegacion por satelite ampliamente empleado es el “Sistema de localizacion global”, o “GPS” (Global Positioning System, en ingles). Las senales transmitidas por satelites de GPS en dos bandas de frecuencia, denominadas generalmente L1 con una frecuencia de portadora de 1,575 GHz y L2 con una frecuencia de portadora de 1,227 GHz. De este modo, el GPS se denomina sistema “de frecuencia dual”. Los sistemas de navegacion por satelite del futuro son el sistema “Galileo” y el sistema “de GPS modernizado”, que proporcionaran satelites que transmiten en tres bandas de frecuencia. En lo que sigue, estos sistemas (y los comparables) se denominaran conjuntamente “Sistemas globales de navegacion por satelite”, o “GNSS” (Global Navigation Satellite Systems, en ingles).
Una tecnica conocida para la determinacion de la ubicacion de un rover mediante la utilizacion de senales de tres frecuencias de portadora diferentes es la tecnica “Cinematica de area extendida en tiempo real” (Wide Area Real Time Kinematic), o “WARTK”, como se describe en el documento US 2006/0164297 A1. De acuerdo con la tecnica WARTK, el rover necesita estar en contacto con una red de estaciones de referencia fijas que tambien reciben las senales recibidas por satelite. En esta memoria, estar en contacto con la red de las estaciones de referencia quiere decir que el rover recibe datos relativos a las senales de radio recibidas en una o mas de las estaciones de referencia de la red desde la red a traves de un medio de comunicacion con base en la Tierra o con base en el Espacio. Tanto el rover como las estaciones de referencia obtienen observables de pseudo-rango y observables de la fase de la portadora procedentes de las senales transmitidas por satelite, y la red proporciona, a traves de un medio de comunicacion con base en la Tierra o con base en el Espacio, los observables de pseudo-rango y los observables de la fase de la portadora obtenidos en una 0 mas estaciones de referencia al rover. En el rover, se
O'
obtienen dobles diferencias entre pares de satelite - receptor de los observables. Si, por ejemplo,
es un
o,3
observable relativo a una serial procedente de un primer satelite obtenida en el rover, ^1 es un observable relativo a una senal procedente de un segundo satelite recibida en el rover,
o\
es un observable relativo a una senal
o\
procedente del primer satelite obtenida en la estacion de referencia y 1 es un observable relativo a una serial procedente del segundo satelite obtenida en la estacion de referencia; de ese modo, una doble diferencia vendria
Wf-GfMGS-of)
dada por
Una descripcion mas detallada de las dobles diferencias se proporciona en el
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art^culo “Analysis of Three Carrier Ambiguity Resolution (TCAR) Technique for Precise Relative Positioning in GNSS-2” por U. Vollath y colaboradores, publicado en “Proceedings of the ION GPS”, 1988, ix-o-13, paginas 1-6. Mediante la obtencion de estas dobles diferencias, se evitan errores de observacion y errores de instrumentacion. No obstante, la distancia maxima entre el rover y las estaciones de referencia esta limitada, dado que las senales recibidas por el rover y las senales recibidas por las estaciones de referencia estan afectadas de manera diferente por los retardos que se producen debido al paso de estas senales a traves de la ionosfera. Por lo tanto, con la cada vez mayor distancia entre el rover y las estaciones de referencia, los observables obtenidos en el rover y en las estaciones de referencia pierden la correlacion debido a los retardos ionosfericos. Este problema se corrige mediante un modelo ionosferico en tiempo real que se calcula desde la red de las estaciones de referencia y es proporcionado al rover a traves de un medio de comunicacion con base en la tierra o con base en el espacio. Este modelo se determina a partir de un analisis de la fase de la portadora de frecuencia dual y de los observables de codigo obtenidos en las estaciones de referencia de la red. Por medio de este modelo ionosferico, el efecto de la perdida de correlacion de los observables obtenidos en el rover y en las estaciones de referencia puede ser determinado y tenido en cuenta en la determinacion de la ubicacion del rover. Por ello, es posible mitigar el impacto de la perdida de correlacion descrita anteriormente.
Aunque con este planteamiento, es posible obtener eventuales separaciones de varios cientos de kilometros entre el rover y las estaciones de referencia; la red de las estaciones de referencia requerida para llevar a cabo la tecnica WARTK necesita ser relativamente densa. Por otro lado, la transmision de los observables desde las estaciones de referencia al receptor del rover requiere un gran ancho de banda del canal de transmision, y esta necesidad limita considerablemente el numero de posibles receptores de referencia. Por lo tanto, la cobertura para un servicio de navegacion que emplea la tecnica WARTK es factible como mucho a escala continental, pero, proporcionar un servicio de navegacion a orden mundial basado en la tecnica WARTK, a la vista de esta limitacion no es posible.
A la vista de las explicaciones anteriores, resulta tambien evidente que la tecnica WARTK solo es aplicable en regiones en las cuales se proporcionan estaciones de referencia. En una region sin estaciones de referencia, o en una ubicacion remota con respecto a las estaciones de referencia, la determinacion de la ubicacion del rover esta considerablemente impedida, si no imposible. Por lo tanto, la tecnica WARTK tfpicamente no es desplegable para navegacion en grandes areas desiertas, en areas de montana o en general en areas intransitables, o para la navegacion en grandes masas de agua o desiertos. De acuerdo con esto, una aplicacion de la tecnica WARTK es solo de un uso muy limitado para la aviacion, la navegacion mantima o la exploracion. Ademas, el fallo de estaciones de referencia individuales, que podna producirse debido a eventos locales tales como condiciones meteorologicas adversas o cortes de alimentacion, impide considerablemente la navegacion de los primeros en un area en la cual la estacion de referencia que ha fallado es la estacion de referencia mas cercana.
Una tecnica alternativa para la determinacion de la ubicacion de un rover es la tecnica de “Localizacion de punto preciso” (Precise Point Positioning, en ingles), o “PPP”, tal como se explica por ejemplo en J. F. Zumberge y colaboradores, “Precise point positioning for the efficient and robust analysis of gPs data from large networks Precise point positioning for the efficient and robust analysis of GPS data from large networks”, JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 102, NO. B3, PP. 5005-5017, 1997 doi: 10.1029/96JBO3860. PPP se considera una tecnica que permite la determinacion por un usuario de GNSS de multiples frecuencias de su ubicacion, en el orden de error del dedmetro, en un modo cinematico, y en el orden de centfmetros en un modo estatico con un unico receptor. Esto se basa en la disponibilidad de productos de satelite o de datos de servicio, tales como datos relativos a las orbitas de los satelites de GNSS y datos relativos a los relojes internos de los satelites de GNSS (es decir, la diferencia entre los relojes de satelite con respecto a la escala de tiempo del GNSS, denominados a continuacion en esta memoria relojes de satelite). Por lo que se refiere a la tecnica PPP, estos productos de satelite necesitan ser significativamente mas precisos que los calculados por ejemplo mediante el segmento de control del GPS. Por lo tanto, en el contexto de la tecnica PPP, los datos relativos a las orbitas de los satelites de GNSS se denominan habitualmente “orbitas precisas”, y los datos relativos a los relojes internos de los satelites de GNSS se denominan habitualmente “relojes de precision”.
Las caractensticas basicas de la tecnica PPP se describiran a continuacion con referencia a la figura 10.
En la etapa S1201, los relojes de precision y las orbitas precisas de los satelites de GNSS son recibidos por el usuario. Estos relojes y orbitas precisos son proporcionados por un proveedor de servicios de GNSS. Asumiendo que en un momenta dado un numero n de satelites de GNSS estan en el campo visual del usuario, las ubicaciones
de estos satelites predichas a partir de las orbitas precisas se denotan r y los relojes internos de estos satelites de GNSS se denotan dti para i = 1, ..., n, denotando un satelite de GNSS particular. Aqrn y en lo que sigue, “en el campo visual del usuario” quiere decir que se debe entender en el sentido de que una senal transmitida por un transmisor GNSS en el campo visual del usuario puede desplazarse hasta un receptor GNSS asociado al usuario substancialmente en lmea recta (lmea de vision entre el transmisor GNSS y el receptor GNSS) sin ser obstruida por objetos solidos tal como por ejemplo edificios, montanas o la propia Tierra. A continuacion, los datos proporcionados por tal proveedor de servicios, que comprenden, pero no estan limitados a relojes de precision y orbitas precisas, se denominaran “datos de servicio” 1206.
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En la etapa S1202, las senales 1207 de dos frecuencias de portadora diferentes transmitidas por transmisores GNSS a bordo de los satelites en el campo visual del usuario son recibidas por un receptor GNSS asociado al usuario. Si las dos frecuencias de portadora diferentes se denotan fi y f2, n senales de frecuencia de portadora fi y n senales de frecuencia de portadora f2 son recibidas por el usuario (por el receptor GNSS asociado al usuario).
4
En la etapa S1203, n observable de fase de portadora ■‘■'l relativos a las fases de portadora de las senales de la
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frecuencia de portadora fi, n observables de la fase de la portadora 2 relativos a las fases de portadora de las
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senales de la frecuencia de portadora f2, n observables de codigo * relativos a la informacion con marca de
tiempo transmitida con las senales de frecuencia de portadora fi y n observables de codigo 2 relativos a la informacion con marca de tiempo transmitida con las senales de frecuencia de portadora f2 se obtienen a partir de estas senales.
Pi
Un observable de codigo J relativo a una serial de frecuencia de portadora /j se obtiene a partir de una diferencia de tiempo entre la recepcion de la serial en el receptor GNSS y un tiempo de transmision de serial en el
pi ~~ c(t ~~ P
correspondiente transmisor GNSS mediante i v k donde tk es la hora de recepcion, medida por el reloj
del receptor, t es la hora de la transmision, medida por el reloj del transmisor GNSS, y c es la velocidad de la luz en el vado. La citada diferencia de tiempo se puede obtener a partir de la informacion de marca de tiempo constituida por un codigo pseudo-aleatorio, que esta superpuesta sobre la onda de la portadora de la serial. Un observable de
jj
fase de portadora J relativo a una serial de frecuencia de portadora fj se obtiene a partir de la diferencia entre una fase de la onda portadora de la serial en el momento de la recepcion y una fase de la serial portadora en el momento
l! ■ — X ,(<Pk — ^) + XjN1,
de la transmision, mediante f J 1 ‘, donde (p es la fase de la serial portadora en el
momento de la recepcion, incluyendo cualquier desviacion de fase de la portadora del receptor, q es la fase de la fase de la portadora en el momento de la transmision, incluyendo cualquier desviacion de fase de la portadora del
N1
transmisor, Aj es la longitud de onda de la serial portadora, y > es un numero entero de ciclos completos. El
N1
numero entero de ciclos completos J es conocido, dado que solo se mide una fase fraccional. Todos los observables estan afectados por un numero de errores de instrumentacion y/o de observacion, que se explican a continuacion.
4
En la etapa S1204, los observables de la fase de la portadora sin ionosfera y los observables de codigo sin
Ip* li IL
c se determinan a partir de los observables de la fase de la portadora ^ 1 “ y los observables de pi pi ■*! I *2
codigo
formando combinaciones lineales de estos observables. Especificamente, las combinaciones sin
fi P1
ionosfera y « vienen dadas por:
J, (A)2K-(AYL‘2 c (/,)*-(/.)*
P> _ (/)*4-(/i)!4 e C/tf-C/O*
(1)
(2)
Dado que el retardo ionosferico de una senal de frecuencia de portadora f experimentado cuando se desplaza a traves de la ionosfera es proporcional a 1/f2, los efectos de los retardos ionosfericos de las senales de frecuencias de
p pi
portadora ft y fh se eliminan en las combinaciones anteriores o y c para una buena precision. En la practica, es posible conseguir una eliminacion del 99,9% de los efectos de los retardos ionosfericos de las senales.
f*
Si la ubicacion actual del rover k se denota por * y el error de reloj del reloj interno del rover se denota por dtk. siendo los dos estimados de manera precisa mediante la tecnica PPP, se obtiene el siguiente sistema de ecuaciones de observacion para el conjunto de n satelites de GNSS en el campo visual del rover:
4 + cdt‘ - (A>)i " -(A)i ■ [n -?w]+Cdtk +M‘k-srt + (Bc)\ + x„wt + e (3)
4 -(aA -fr -vl+cA+A4+*' - (4)
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Estas ecuaciones de observacion sin ionosfera se refieren a los observables obtenidos en la etapa S1204 a las distancias reales del rover hasta los transmisores GNSS a bordo de los satelites de GNSS, teniendo en cuenta los errores del instrumental y de observacion. En ellas, c es la velocidad de la luz en el vacio, po es el rango modelizado
aproximado entre el rover y el satelite de orden i respective, y ^ es el correspondiente vector de longitud unidad a
lo largo de la direccion que apunta de la ubicacion aproximada del rover hacia el satelite de orden i respectivo. Ademas, M y ST son, respectivamente, el mapeo troposferico y el retardo vertical residual, w es la saturacion (windup, en ingles) del usuario no modelizada, y la longitud de onda ln se puede obtener a partir de las frecuencias de
portadora f) y mediante A* ft. Finalmente, z y s’ respectivamente representan los errores de medicion de fase y de codigo asociados al ruido termico y a las multiples rutas, y Bc representa la ambiguedad de la fase de la portadora sin ionosfera. La expresion “ambiguedad” se refiere a una parte indeterminable de la diferencia entre la fase de la portadora de una senal de GNSS medida en el receptor GNSS del rover en el momento de la recepcion de la serial, y la fase de la portadora medida en el transmisor GNSS respectivo en el momento de la transmision de
D1
la serial. Por ejemplo, para una portadora dada con frecuencia fx, la ambiguedad esta compuesta por una parte
exjii
entera XxNx correspondiente a un numero desconocido de ciclos completos, una primera parte fraccional oax correspondiente a una desviacion debida al instrumental del transmisor GNSS del respectivo satelite (desviacion de fase de satelite), y una segunda parte fraccional SBx,k correspondiente a una desviacion de fase debida al instrumental del receptor GNSS del rover (desviacion de fase del receptor). En el mismo, la desviacion de fase del satelite indica una desviacion de fase entre la senal generada en el transmisor GNSS y una senal de referencia basada en un marco de tiempo de referencia, y la desviacion de fase de receptor indica un desfase entre una senal de referencia generada internamente en el receptor GNSS y la senal de referencia sobre la base del marco de tiempo de referencia.
En la etapa S1205, el sistema anterior de 2n ecuaciones de observacion se resuelve aplicando un filtro llamado de Kalman al sistema de ecuaciones de observacion. Los tiempos en los cuales las senales de todos los transmisores GNSS de los n transmisores GNSS a bordo de los satelites en el campo visual del rover son recibidas simultaneamente por el receptor GNSS del rover y son procesadas, se denominan “epoca”. Para cada epoca, el sistema anterior de 2n ecuaciones de observacion se puede resolver tipicamente si el numero de satelites de GNSS en el campo visual del rover es mayor o igual que n = 4. Teniendo en cuenta las soluciones de las epocas previas, la precision de las soluciones puede ser incrementada con exito. Aplicando el filtro de Kalman, la ubicacion del rover
y el reloj del usuario dtk pueden ser tratados como ruido bianco, el retardo residual (“humedo”) ST y el wind-up del usuario w pueden ser tratados como procesos de ruta aleatoria, y la ambiguedad de fase de portadora sin ionosfera Bc es estimada como una variable aleatoria (“parametro constante”), con la excepcion de si se producen eventos de deslizamiento dclico. En tal caso, Bc se trata como un proceso aleatorio de ruido blanco.
El principal inconveniente de la tecnica de PPP descrita anteriormente es el largo tiempo de convergencia necesario para obtener una buena estimacion de la ambiguedad sin ionosfera Bc, donde Bc se debe entender como una
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simplificacion para el conjunto de ambiguedades Dc y, de manera correspondiente, para la ubicacion del rover rt. El tiempo de convergencia puede ser de casi una hora, -o mas- antes de que se pueda obtener una alta precision para la ubicacion del rover en el orden de 1 o 2 dedmetros.
Estos problemas de la tecnica PPP limitan la aplicacion de esta tecnica a la determinacion de una ubicacion, para lo cual el tiempo de convergencia no es un problema, tal como la determinacion de la ubicacion para objetos de movimiento lento, objetos de desplazamiento sobre el agua o estacionarios. La tecnica PPP de acuerdo con esto no es aplicable para la determinacion de la ubicacion de la mayona de los vefuculos de superficie, tal como los coches de pasajeros, o la mayona de los vefuculos aereos, tal como los aviones. Ademas, debido al largo tiempo de convergencia de la tecnica PPP, una vision sin obstaculos, continua, entre el rover y los satelites de GNSS respectivos resulta esencial para una operacion fiable de la tecnica PPP. Si el seguimiento de uno o de todos los satelites se ha perdido en escalas de tiempos menores de o en el orden del tiempo de convergencia, no es posible en absoluto determinar una ubicacion fiable. Por lo tanto, la tecnica PPP tampoco es desplegable para la navegacion en areas densamente construidas, tal como ciudades, o en otras zonas en las que no existe una vision sin obstaculos, continua, entre el rover y los satelites de GNSS respectivos.
La publicacion de Constantin-Octavian Andrei y colaboradores, “Ionosphere Effect Mitigation for Single-Frequency Precise Point Positioning”, 22a Reunion internacional de la division de satelites del Instituto de la navegacion, 25 de septiembre de 2009, paginas 2508-2517 trata de una investigacion inicial sobre el rendimiento del PPP mediante la utilizacion de codigo de una sola frecuencia y datos de fase de portadora con diferentes planteamientos para mitigar el efecto ionosferico, tal como el modelo ionosferico de emision, correcciones ionosfericas obtenidas a partir de los Mapas ionosfericos globales y del area extendida en tiempo real. Los planteamientos descritos en este documento no implican resolucion de la ambiguedad y por lo tanto no consideran una parte fraccional de las ambiguedades.
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Compendio de la invencion
Un objeto de la presente invencion es mejorar las tecnicas de navegacion conocidas en el sector. Otro objeto de la invencion es superar las limitaciones de las tecnicas de navegacion de GNSS actuales principalmente por lo que respecta al tiempo de convergencia.
Con el fin de resolver los problemas anteriores, se propone proporcionar un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, y un aparato de acuerdo con la reivindicacion 11. Las realizaciones preferidas de la invencion son el asunto central de las reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con un aspecto de la invencion, existe un metodo para determinar la ubicacion de un objeto que tiene un receptor de Sistema global de navegacion por satelite (GNSS - Global Navigation Satellite System, en ingles), comprendiendo el metodo las etapas de: recepcion de senales por parte del receptor GNSS que son transmitidas por transmisores situados a bordo de satelites que estan situados en el campo visual del objeto; actualizacion de los datos de servicio en el objeto, siendo los datos de servicio proporcionados por el proveedor de servicios de GNSS, e incluyendo el reloj del satelite datos indicativos de los relojes internos de los satelites, datos de la orbita del satelite indicativos de las ubicaciones de los satelites, datos de la desviacion de fase del codigo de retardo de los satelites con respecto a las desviaciones del codigo de retardo de los transmisores GNSS y datos del modelo ionosferico indicativos de un estado de la ionosfera; determinacion, sobre la base de los datos del modelo ionosferico, de los datos del retardo ionosferico indicativos de correcciones relativas a los retardos de las senales, resultando los retardos de la senales de un paso de las senales a traves de la ionosfera entre la transmision de las senales desde los transmisores GNSS y la recepcion de las senales por parte del receptor GNSS; determinacion de una ubicacion del objeto sobre la base de las senales, de los datos de reloj del satelite, de los datos de la orbita del satelite, de los datos de desviacion de la fase del codigo del retardo del satelite y de los datos del retardo ionosferico determinados.
Proporcionando los datos de servicio de la invencion, en particular los relojes de satelite, las orbitas de satelite y las desviaciones de las fases del codigo de retardo del satelite, el metodo de la invencion anterior puede ser llevado a cabo de manera independiente de los datos de referencia facilitados por un receptor GNSS de referencia que esta recibiendo senales procedentes de los transmisores GNSS a bordo de los satelites de GNSS en el campo visual del usuario. En la tecnica mas avanzada, tales datos de referencia pueden ser utilizados para comparar las senales recibidas por el usuario con los datos de referencia, siendo con ello habilitado para determinar y cancelar errores de observacion que se deben a desviaciones instrumentales, errores de reloj y errores de ubicacion de los transmisores GNSS. En otras palabras, de acuerdo con la presente invencion, no tiene lugar ninguna doble diferenciacion de senales (u observables obtenidos a partir de las senales). De acuerdo con ello, una ventaja crucial de la presente invencion se basa en el hecho de que un usuario que emplea el metodo de la invencion no es en absoluto dependiente de la proximidad a un receptor GNSS de referencia. Por ello, el usuario puede determinar su ubicacion en cualquier punto de la tierra, sin limitacion. Ademas, proporcionando un modelo ionosferico al usuario con los datos de servicio de la invencion, el usuario es habilitado para determinar de manera independiente las correcciones relativas a los retardos ionosfericos de las senales recibidas por el usuario. De acuerdo con ello, el usuario es habilitado para corregir los retardos ionosfericos de las senales, por lo que la principal fuente de incertidumbre en la determinacion de la ubicacion del usuario se elimina, y el tiempo de convergencia que transcurre hasta que la ubicacion del usuario es determinada de manera precisa puede ser reducido considerablemente. En resumen, el metodo de la invencion permite a un usuario determinar su ubicacion en cualquier punto de la tierra, independientemente de cualquier infraestructura externa, de una manera rapida y precisa. De este modo, proporcionando el metodo de la invencion, los problemas e inconvenientes descritos anteriormente que existen en las tecnicas anteriores explicadas se encuentran ausentes en la presente invencion.
El termino “desviacion de codigo de retardo” utilizado en el contexto de la presente invencion se conoce tambien como “desviacion diferencial de codigo”. Por lo tanto, en el contexto de la presente invencion, el termino “datos de desviacion del codigo de retardo” quiere decir “datos de desviacion diferencial de codigo”. Para cada frecuencia de portadora, la desviacion del codigo de retardo del satelite correspondiente se entiende como relativa a un retardo entre la informacion con marca de tiempo transmitida con la senal y una trama de tiempo de referencia.
En el metodo de la invencion, todas las senales implicadas en la etapa de determinacion de la ubicacion del objeto son procesadas en un modo no diferenciado.
Tambien de acuerdo con este aspecto de la invencion, el metodo comprende ademas las etapas de: obtencion de datos de observacion de codigo a partir de las senales, correspondiendo los datos de observacion de codigo a los datos transmitidos con las senales y comprendiendo observables de codigo relativos a los datos transmitidos con las senales; y obtencion de datos de observacion de la fase de la portadora a partir de las senales, correspondiendo los datos de observacion de la fase de la portadora a la fase de la portadora de las senales y comprendiendo observables de la fase de la portadora relativos a la fase de la portadora de las senales; y la etapa de determinacion de la ubicacion del objeto se basa en los datos del reloj del satelite, los datos de la orbita del satelite, los datos de desviacion del codigo de retardo del satelite, los datos de retardo ionosferico determinado, los datos de observacion de codigo obtenidos a partir de las senales y los datos de observacion de la fase de la portadora obtenidos a partir de las senales. Dado que todos los observables del codigo y todos los observables de la fase de la portadora implicados en la etapa de determinacion de la ubicacion del objeto son procesados en un modo no diferenciado, en
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la etapa de obtencion de los datos de observacion de codigo a partir de las senales, los datos de observacion de codigo se pueden obtener directamente a partir de las senales y, en la etapa de obtencion de datos de observacion de la fase de la portadora a partir de las senales, los datos de observacion de la fase de la portadora se pueden obtener directamente unicamente a partir de las senales.
Ademas, en este aspecto de la invencion, en la etapa de determinacion de la ubicacion del objeto, se procesan al menos una combinacion lineal de observables que es diferente de las combinaciones sin ionosfera de observables, y una combinacion sin ionosfera de observables. En otras palabras, al menos se procesa una combinacion lineal con ionosfera de observables y una combinacion lineal sin ionosfera de observables. Preferiblemente, si se reciben las senales de dos frecuencias de portadora diferentes en la etapa de determinacion de la ubicacion del objeto, se procesan dos combinaciones lineales de observables que son las dos diferentes de una combinacion sin ionosfera de observables y las combinaciones sin ionosfera de observables. Preferiblemente, si se reciben las senales de tres frecuencias de portadora diferentes, en la etapa de determinacion de la ubicacion del objeto, se procesan tres combinaciones lineales de observables del objeto que son las tres diferentes de las combinaciones sin ionosfera de observables, y las combinaciones sin ionosfera son procesadas.
Preferiblemente, el metodo de la invencion puede comprender ademas al menos una de las etapas de: determinacion de un retardo ionosferico para un observable de codigo; determinacion de un retardo ionosferico para un observable de la fase de la portadora; determinacion de un retardo ionosferico para una combinacion de observables de codigo sin geometna; y determinacion de un retardo ionosferico para una combinacion de observables de la fase de la portadora sin geometna.
Preferiblemente, los datos de servicio comprenden ademas datos de desviacion de la fase de satelite relativos a desviaciones de la fase de la portadoras de los transmisores GNSS, y la etapa de determinacion de la ubicacion del objeto comprende ademas una etapa de determinacion de datos de ambiguedad de la fase de la portadora que indican, para al menos una senal, un recuento de ciclos completos comprendidos en una diferencia de fase entre una fase de portadora de la senal en un tiempo de transmision y una fase de portadora de la senal en un tiempo de recepcion, sobre la base de los datos de observacion de la fase de la portadora y de los datos de desviacion de la fase del satelite.
Facilitar los datos de desviacion de fase al usuario permite fijar las respectivas partes enteras de las ambiguedades, y determinar con ello de manera precisa las ambiguedades en las fases de la portadora con una mayor precision. Dado que las ambiguedades presentan una fuente de error principal que afecta al tiempo de convergencia de localizacion precisos en la determinacion de la ubicacion del usuario, la determinacion precisa de las ambiguedades permite reducir considerablemente el tiempo de convergencia de la localizacion precisa de la ubicacion del usuario determinada.
En la etapa de determinacion de la ubicacion del objeto, preferiblemente se ejecuta al menos un proceso de estimacion recursivo. En el, el proceso de estimacion recursivo puede ser un filtro. Preferiblemente, el proceso de estimacion recursivo es un filtro de Kalman. Preferiblemente, en cada etapa del al menos un proceso de estimacion recursivo, los datos del estado, que comprenden al menos uno de la ubicacion del objeto y de los datos de ambiguedad de la fase de la portadora, pueden ser estimados sobre la base de las senales, de los datos del reloj del satelite, de los datos de la orbita del satelite, de los datos del retardo ionosferico y de una estimacion de los datos del estado estimados en la etapa previa. Los datos del estado pueden comprender asimismo al menos uno de un retardo troposferico y de un wind-up de usuario. Preferiblemente, el al menos un proceso de estimacion recursivo procesa al menos una de las combinaciones de observables de la fase de la portadora que esta substancialmente afectada por los retardos de las senales, las combinaciones de observables del codigo que estan substancialmente afectadas por los retardos de las senales, los observables de la fase de la portadora que estan substancialmente afectados por los retardos de las senales y los observables de codigo que estan substancialmente afectados por los retardos de las senales.
El empleo de un filtro recursivo permite determinar sucesivamente la ubicacion del usuario con una precision que crece de manera continuada.
Mas preferiblemente, los datos del modelo ionosferico pueden ser indicativos de un estado de ubicacion resuelta y de extension mundial de la ionosfera. De manera alternativa, el modelo ionosferico puede ser asimismo indicativo del estado de ubicacion resuelta de la ionosfera en una o mas regiones dadas de la tierra. Ademas, los datos del modelo ionosferico pueden presentar diferentes niveles de precision, que pueden depender de una o mas regiones o de la ubicacion (aproximada) del usuario. Preferiblemente, los datos del modelo ionosferico comprenden datos de fiabilidad del modelo ionosferico relativos a una fiabilidad dependiente de la ubicacion de los datos del modelo ionosferico, y la etapa de determinacion de la ubicacion de los objetos se basa ademas en los datos de fiabilidad del modelo ionosferico.
La precision (fiabilidad) del modelo ionosferico puede depender de la ubicacion del usuario. En tales casos, si al usuario se le facilita una indicacion de la precision del modelo ionosferico en la ubicacion de usuario aproximada actual, esta informacion puede ser tenida en cuenta en la etapa de determinacion de la ubicacion del usuario. Espedficamente, en el proceso de filtrado, a las correcciones relativas a los retardos ionosfericos de las senales
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determinadas a partir del modelo ionosferico se les puede atribuir un factor de ponderacion, de tal manera que a las correcciones se les puede asignar un mayor peso si la precision del modelo ionosferico es grande en la ubicacion del usuario aproximada actual, y se les puede asignar un peso menor si la precision del modelo ionosferico en la ubicacion aproximada del usuario es baja.
Si se reciben senales de al menos dos frecuencias diferentes en el objeto, la etapa de determinacion de la ubicacion del objeto puede comprender ademas, preferiblemente, las etapas de: obtencion, para cada uno de los satelites, de una combinacion de banda ancha de fases, a partir de los datos de observacion de la fase de la portadora, y de una combinacion correspondiente de banda estrecha de codigos a partir de los datos de observacion de codigo; obtencion, para cada uno de los satelites, de una combinacion de Melbourne - Wubbena de la combinacion de banda ancha de fases, y de la correspondiente combinacion de codigos de banda estrecha; estimacion, para cada uno de los satelites, de una ambiguedad de banda ancha sobre la base de las combinaciones de Melbourne - Wubbena y de los datos de desviacion del codigo de retardo del satelite por medio de un primer proceso de estimacion recursivo; obtencion, para cada uno de los satelites, de una combinacion de fases sin geometna a partir de los datos de observacion de la fase de la portadora; estimacion, para cada uno de los satelites, de una ambiguedad sin geometna sobre la base de las combinaciones sin geometna y de los datos del retardo ionosferico por medio de un segundo proceso de estimacion recursivo; estimacion para cada uno de los satelites, de una ambiguedad sin ionosfera sobre la base de la estimacion de la correspondiente ambiguedad de banda ancha y de la estimacion de la correspondiente ambiguedad sin geometna; obtencion para cada uno de los satelites de una combinacion de fases sin ionosfera a partir de los datos de observacion de la fase de la portadora y de una combinacion de codigos sin ionosfera a partir de los datos de observacion de codigo; y determinacion de la ubicacion del objeto sobre la base de las combinacion de fases sin ionosfera, de las combinaciones de codigos sin ionosfera y de las estimaciones de las ambiguedades ionosfericas por medio de un tercer proceso de estimacion recursivo.
Ademas, si se reciben senales de al menos tres frecuencias diferentes en el objeto, la etapa de determinacion de la ubicacion del objeto puede comprender ademas, preferiblemente, las etapas de: obtencion para cada uno de los satelites de una combinacion de fases de extra-banda ancha a partir de los datos de observacion de la fase de la portadora y de una correspondiente combinacion de codigos de banda estrecha a partir de los datos de observacion del codigo; obtencion, para cada uno de los satelites, de una combinacion de Melbourne - Wubbena a partir de la combinacion de fases de extra-banda ancha y de la correspondiente combinacion de codigos de banda estrecha; estimacion, para cada uno de los satelites, de una ambiguedad de extra-banda ancha sobre la base de las combinaciones de Melbourne - Wubbena y de los datos de desviacion del codigo del retardo del satelite por medio de un primer proceso de estimacion recursivo; obtencion, para cada uno de los satelites, de una combinacion de fases de banda ancha a partir de los datos de observacion de la fase de la portadora; estimacion, para cada uno de los satelites, de una ambiguedad de banda ancha sobre la base de las combinaciones de fases de banda ancha, de las combinaciones de extra-banda ancha, de las estimaciones de las ambiguedades de extra-banda ancha y de los datos del retardo ionosferico por medio de un segundo proceso de estimacion recursivo; obtencion, para cada uno de los satelites, de una combinacion de fases sin geometna (tal como L1 = L1 - L2, tambien conocida como combinacion ionosferica) correspondiente a las dos frecuencias de las tres frecuencias diferentes que tienen la mayor diferencia de frecuencia entre ellas, a partir de los datos de observacion de la fase de la portadora; estimacion, para cada uno de los satelites, de una ambiguedad sin geometna sobre la base de las combinaciones de fases sin geometna y de los datos del retardo ionosferico por medio de un tercer proceso de estimacion recursivo; estimacion, para cada uno de los satelites, de una ambiguedad sin ionosfera sobre la base de la correspondiente estimacion de la ambiguedad de banda ancha y de la correspondiente estimacion de la ambiguedad sin geometna; obtencion, para cada uno de los satelites, de una combinacion de fases sin ionosfera correspondiente a las dos frecuencias de las tres frecuencias diferentes que tienen la mayor diferencia de frecuencias entre ellas, a partir de los datos de observacion de la fase de la portadora y de una combinacion de codigos sin ionosfera correspondiente a las dos frecuencias de las tres frecuencias diferentes que tienen la mayor diferencia de frecuencia entre ellas a partir de los datos de observacion del codigo; y determinacion de la ubicacion del objeto sobre la base de las combinaciones de fases sin ionosfera, de las combinaciones de codigos sin ionosfera y de la estimacion de las ambiguedades ionosfericas por medio de un cuarto proceso de estimacion recursivo.
Preferiblemente, al menos una de las estaciones de tierra fijas sirve como instalacion de procesamiento central y una pluralidad de estaciones de tierra fijas que tienen cada una un receptor GNSS sirven como estaciones de red, la al menos una instalacion de procesamiento central y la pluralidad de estaciones de red forman una red, los datos de servicio son obtenidos por la red y transmitidos al objeto, y la obtencion de los datos del modelo ionosferico comprende las etapas de: recepcion en las estaciones de red de senales transmitidas por transmisores GNSS situados a bordo de una pluralidad de satelites dispuestos en el campo visual de al menos una de las estaciones de red; determinacion de los datos del retardo ionosferico de la red, que indican correcciones correspondientes a los retardos de las senales recibidas en las estaciones de red, resultando los retardos de las senales recibidas en las estaciones de red del paso de las senales recibidas en las estaciones de red a traves de la ionosfera; y determinacion de los datos del modelo ionosferico a partir de los datos del retardo ionosferico de la red. Preferiblemente, las senales recibidas en las estaciones de red son senales de al menos dos frecuencias diferentes.
Ademas, los datos de desviacion de la fase de la portadora del satelite pueden ser obtenidos sobre la base de las senales recibidas en las estaciones de red y transmitidas de manera continua al objeto.
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De acuerdo con la invencion, la determinacion de los datos del modelo ionosferico puede comprender ademas las etapas de: expansion de la densidad numerica de electrones libres en la ionosfera en una pluralidad de funciones; y estimacion de los datos del contenido de electrones que indican coeficientes de la pluralidad de funciones sobre la base de los datos del retardo ionosferico de la red. Preferiblemente, estas funciones estan basadas en voxeles, de tal manera que la ionosfera es subdividida en una pluralidad de celulas de volumen (“voxeles”) aplicando un mallado a la ionosfera, y los coeficientes de las funciones basadas en voxeles corresponden a la cantidad de electrones libres dentro de cada celula de volumen. De manera alternativa, las funciones pueden ser tambien funciones tales como funciones ortogonales empmcas, armonicos esfericos o perfiles de Chapman.
Proporcionar tal modelo ionosferico permite al usuario determinar los retardos ionosfericos de las senales de GNSS recibidas en un receptor GNSS asociado al usuario, y transmitidas por un transmisor GNSS a bordo de un satelite de GNSS en el campo visual del usuario. Sobre la base de una ubicacion aproximada del usuario, de una ubicacion del satelite de GNSS, que se puede obtener a partir de los datos de la orbita del satelite, y de una densidad o contenido total de electrones libres a lo largo de la lmea de vision entre el receptor GNSS y el transmisor GNSS, que puede ser obtenida a partir del modelo ionosferico, el usuario puede determinar los retardos ionosfericos de las senales de GNSS sin informacion externa adicional.
Preferiblemente, los datos geodesicos relativos al menos a uno de los relojes internos de la pluralidad de satelites, las ubicaciones de la pluralidad de satelites, las desviaciones del codigo del retardo de los transmisores GNSS a bordo de la pluralidad de satelites y las desviaciones de fase de la portadora de los transmisores GNSS a bordo de la pluralidad de satelites y los datos ionosfericos relativos a un estado de la ionosfera, son procesados simultaneamente mediante un primer proceso de estimacion y un segundo proceso de estimacion, teniendo los procesos de estimacion primero y segundo diferentes velocidades de procesamiento, e interactuando entre sf.
En virtud de esta disposicion, la determinacion de los datos de la CPF que necesitan ser actualizados frecuentemente en el lado del usuario (por ejemplo, una vez por epoca), tales como los datos de reloj del satelite, y de los datos que no necesitan ser actualizados con tanta frecuencia de renovacion, tales como el modelo ionosferico, pueden ser desacoplados. De acuerdo con ello, por ejemplo, es posible obtener datos precisos del reloj del satelite mediante un primer proceso de filtrado rapido, mientras que, por ejemplo, se puede obtener el modelo ionosferico mediante un segundo proceso de filtrado mas lento. Proporcionando la salida del segundo proceso de filtrado al primer proceso de filtrado, es posible conseguir una precision optima de los datos determinados. Asimismo, los elementos que cambian rapidamente de los datos de servicio de la invencion y los elementos que cambian mas lentamente de los datos de servicio de la invencion, pueden ser determinados en una estructura compatible mediante un unico proceso unificado. De este modo, es posible obtener tanto una elevada precision para todos los elementos de los datos de servicio, como altas tasas de renovacion para elementos individuales de los datos de servicio, tal como los relojes de precision del satelite, y todos los elementos de los datos de servicio pueden ser determinados en una estructura compatible. Por lo tanto, la disposicion anterior de la invencion permite proporcionar datos de servicio de calidad optima al usuario, por lo que el rendimiento, en lo que respecta al tiempo de convergencia y/o a la precision de la ubicacion en la determinacion de la ubicacion del usuario, puede ser mejorado. Al mismo tiempo, la potencia de calculo requerida para la determinacion de los datos de servicio de la invencion se puede frenar considerablemente.
Ademas, es posible elegir una tasa de renovacion del reloj del satelite, una tasa de renovacion de la orbita del satelite y una tasa de renovacion del modelo ionosferico, que indican respectivamente con que datos se estan
actualizando de manera continua los datos del reloj del satelite en el objeto, una tasa con la cual se estan
actualizando de manera continua en el objeto los datos de la orbita del satelite, y una tasa con la cual se estan
actualizando de manera continua en el objeto los datos del modelo ionosferico, de tal manera que la tasa de
renovacion de los datos del reloj del satelite es mayor que la tasa de renovacion de los datos de la orbita del satelite, y la tasa de renovacion de datos del reloj del satelite es mayor que la tasa de renovacion de los datos del modelo ionosferico.
Dado que, por ejemplo, la precision de los relojes del satelite que se da en el lado del usuario se degrada con rapidez, es necesario transmitir con frecuencia los datos del reloj del satelite al usuario, es decir, con una tasa de renovacion elevada, tfpicamente de una vez por epoca. Al contrario que los relojes del satelite, las orbitas del satelite y otros elementos de los datos de servicio no se degradan con tanta rapidez, y pueden ser transmitidos al usuario con una menor tasa de renovacion. El modelo ionosferico, por ejemplo, necesita ser actualizado con una tasa de renovacion de una vez cada diez minutos, o con una tasa de renovacion incluso menor. Transmitiendo los elementos individuales de los datos de servicio con tasas de renovacion adaptadas individualmente, el ancho de banda requerido para la transmision de los datos de servicio puede ser reducido considerablemente. Tfpicamente, en la presente invencion, el ancho de banda requerido para la transmision de los datos de servicio es 250 bytes por segundo por constelacion.
De acuerdo con otro aspecto de la invencion, se proporciona un aparato, comprendiendo el aparato: un medio para recibir senales que son transmitidas por transmisores GNSS a bordo de un numero dado de satelites situados en el campo visual del aparato; un medio para actualizar datos de servicio, siendo los datos de servicio facilitados por un proveedor de servicios de GNSS y comprendiendo datos del reloj del satelite que indican relojes internos de los satelites, datos de la orbita del satelite que indican las ubicaciones de los satelites, datos de desviacion del codigo
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del retardo del satelite relativos a las desviaciones del codigo del retardo de los transmisores GNSS, y datos del modelo ionosferico que indican un estado de la ionosfera; un medio para determinar, sobre la base de los datos del modelo ionosferico, los datos del retardo ionosferico que indican correcciones relativas a los retardos de las senales, resultando los retardos de las senales de un paso de las senales a traves de la ionosfera, entre la transmision de las senales desde los transmisores GNSS y la recepcion de las senales por el medio para la recepcion de senales; y un medio para determinar una ubicacion del aparato sobre la base de las senales, de los datos del reloj del satelite, de los datos de la orbita del satelite, de los datos de desviacion del codigo del retardo del satelite y de los datos del retardo ionosferico.
El aparato comprende ademas: un medio para obtener datos de observacion del codigo a partir de las senales, siendo los datos de observacion del codigo relativos a los datos transmitidos con las senales y que comprenden observables de codigo relativos a los datos transmitidos con las senales; y un medio para obtener datos de observacion de la fase de la portadora a partir de las senales, siendo los datos de observacion de la fase de la portadora relativos a las fases de la portadora de las senales y comprendiendo observables de la fase de la portadora relativos a la fase de la portadora de las senales; y el medio para determinar la ubicacion del objeto esta ademas adaptado para determinar la ubicacion del objeto sobre la base de los datos del reloj del satelite, los datos de la orbita del satelite, los datos de desviacion del codigo del retardo del satelite, los datos del retardo ionosferico y al menos uno de los datos de observacion del codigo obtenidos a partir de las senales y de los datos de observacion de la fase de la portadora obtenidos a partir de las senales.
Todos los observables del codigo y todos los observables de la fase de la portadora implicados en la etapa de determinar la ubicacion del objeto son observables no diferenciados. De manera correspondiente, el medio para obtener los datos de observacion del codigo a partir de las senales esta ademas adaptado para obtener de manera no ambigua los datos de observacion a partir de las senales solas, y el medio para obtener los datos de observacion de la fase de la portadora a partir de las senales esta preferiblemente adaptado, ademas, para obtener de manera no ambigua los datos de observacion de la fase de la portadora a partir de las senales solas.
El aparato de la invencion puede comprender, ademas, al menos uno de: un medio para determinar un retardo ionosferico para un observable del codigo; un medio para determinar un retardo ionosferico para un observable de la fase de la portadora; un medio para determinar un retardo ionosferico para una combinacion sin geometna de observables de la fase de la portadora.
Preferiblemente, el medio para actualizar los datos de servicio esta adaptado para actualizar los datos de servicio, que comprenden ademas datos de desviacion de la fase del satelite relativos a las desviaciones de la fase de la portadora de los transmisores GNSS, y el medio para determinar la ubicacion del objeto esta, ademas, adaptado para determinar los datos de ambiguedad de la fase de la portadora, indicando, para al menos una senal, un recuento de ciclos completos comprendidos en una diferencia de fase entre la fase de una portadora de la senal en un tiempo de transmision y la fase de una portadora de la senal en un tiempo de recepcion, sobre la base de los datos de observacion de la fase de la portadora y de los datos de desviacion de la fase del satelite.
Preferiblemente, el medio para determinar la ubicacion del objeto esta, ademas, adaptado para ejecutar al menos un proceso de estimacion recursivo. En el, el proceso de estimacion recursivo puede ser un filtro. Preferiblemente, el proceso de estimacion recursivo es un filtro de Kalman.
El medio para determinar la ubicacion del objeto puede estar, ademas, adaptado a cada etapa del proceso de estimacion recursivo, comprendiendo los datos del estado de estimacion al menos uno de la ubicacion del objeto y de los datos de ambiguedad de la fase de la portadora, sobre la base de las senales, de los datos del reloj del satelite, de los datos de la orbita del satelite, de los datos del retardo ionosferico, y de una estimacion de los datos del estado estimados en la etapa previa. Los datos del estado pueden comprender asimismo al menos uno de un retardo troposferico y un wind-up de usuario. Preferiblemente, el al menos un proceso de estimacion recursivo procesa al menos uno de las combinaciones de observables de la fase de la portadora que estan substancialmente afectadas por los retardos de las senales, las combinaciones de observables del codigo que estan substancialmente afectadas por los retardos de las senales, los observables de la fase de la portadora que estan substancialmente afectados por los retardos de las senales, y los observables del codigo que estan substancialmente afectados por los retardos de las senales.
De acuerdo con otro aspecto de la invencion, se proporciona un sistema que comprende el aparato anterior y una red formada por al menos una instalacion de procesamiento central que es una estacion de tierra fija y una pluralidad de estaciones de red que son estaciones de tierra fijas que tienen cada una un receptor GNSS, en el que la red esta adaptada para obtener los datos de servicio y transmitir los datos de servicio al aparato. Preferiblemente, la instalacion de procesamiento central comprende un medio para la obtencion de datos de servicio. Mas preferiblemente, la instalacion de procesamiento central comprende un medio para transmitir los datos de servicio al aparato.
Preferiblemente, las estaciones de red comprenden un medio para la recepcion de senales transmitidas por los transmisores GNSS situados a bordo de una pluralidad de satelites dispuestos en el campo visual de al menos una de las estaciones de red, y la instalacion de procesamiento central comprende: un medio para la determinacion de
los datos del retardo ionosferico de la red que indican correcciones relativas a los retardos de las senales recibidas en las estaciones de red, los retardos de las senales recibidas en las estaciones de red que resultan de un paso de las senales recibidas en las estaciones de red a traves de la ionosfera; y un medio para la determinacion de los datos del modelo ionosferico a partir de los datos del retardo ionosferico de la red. En el, las senales recibidas por el 5 medio para la recepcion de senales, preferiblemente son senales de al menos dos frecuencias diferentes.
De acuerdo con la invencion, la instalacion de procesamiento central puede comprender, ademas: un medio para expandir la densidad numerica de electrones libres en la ionosfera en una pluralidad de funciones; y un medio para estimar los datos del contenido de electrones que indican coeficientes de la pluralidad de funciones sobre la base de los datos del retardo ionosferico de la red. Preferiblemente, estas funciones son funciones basadas en voxeles de tal 10 manera que la ionosfera esta subdividida en una pluralidad de celulas de volumen (“voxeles”) aplicando un mallado a la ionosfera y los coeficientes de las funciones basadas en voxeles corresponden a la cantidad de electrones libres dentro de cada celula de volumen. De manera alternativa, las funciones pueden ser tambien funciones tales como funciones ortogonales empmcas, armonicos esfericos o perfiles Chapman.
Preferiblemente, la instalacion de procesamiento central comprende: un primer medio de procesamiento para el 15 procesamiento de datos geodesicos relativos al menos a uno de los relojes internos de la pluralidad de satelites, ubicaciones de la pluralidad de satelites, desviaciones del codigo de retardo de los transmisores GNSS a bordo de la pluralidad de satelites y desviaciones de fase de la portadora de los transmisores a bordo de la pluralidad de satelites; y un segundo medio de procesamiento para el procesamiento de datos ionosfericos relativos a un estado de la ionosfera, en el que el primer medio de procesamiento esta configurado para ejecutar un primer proceso de 20 estimacion, y el segundo medio de procesamiento esta configurado para ejecutar un segundo proceso de estimacion, teniendo los procesos de estimacion primero y segundo diferentes velocidades de procesamiento e interactuando entre sf.
El medio para la transmision de datos de servicio al aparato puede estar configurado de tal manera que se elige una tasa de renovacion del reloj del satelite, una tasa de renovacion de los datos de la orbita del satelite y una tasa de 25 renovacion del modelo ionosferico, que indican respectivamente una tasa con la cual los datos del reloj del satelite son actualizados de manera continua en el objeto, una tasa con la cual los datos de la orbita del satelite son
actualizados de manera continua en el objeto, y una tasa con la cual los datos del modelo ionosferico son
actualizados de manera continua en el objeto, de tal manera que la tasa de renovacion de los datos del reloj del satelite es mayor que la tasa de renovacion de los datos de la orbita del satelite y la renovacion de los datos del reloj 30 del satelite es menos frecuente que la tasa de renovacion de los datos del modelo ionosferico.
Breve descripcion de las figuras
La invencion se describira ahora en detalle con referencia a los dibujos adjuntos, entre los cuales:
la figura 1 ilustra esquematicamente un sistema de navegacion para la implementacion del metodo de la invencion, que muestra un rover y un numero de satelites en el campo visual del rover;
35 la figura 2 ilustra esquematicamente un esquema del metodo de la invencion para la determinacion de la ubicacion de un rover.
la figura 3 muestra un diagrama de flujo esquematico que ilustra una realizacion de la invencion;
la figura 4 muestra un diagrama de flujo esquematico que ilustra otra realizacion de la invencion;
la figura 5 muestra un diagrama de flujo esquematico que ilustra otra realizacion de la invencion;
40 la figura 6 muestra un diagrama de flujo esquematico que ilustra otra realizacion de la invencion,
la figura 7 muestra un mapa del mundo que indica ubicaciones de ejemplo de estaciones de tierra de una red de estaciones de tierra de acuerdo con la invencion;
la figura 8 ilustra un esquema de una instalacion de procesamiento central de acuerdo con la invencion;
la figura 9 ilustra esquematicamente un aparato para la determinacion de la ubicacion de un servicio utilizando el 45 metodo de la invencion,
la figura 10 muestra un diagrama de flujo esquematico que ilustra un metodo de determinacion de ubicacion de la tecnica anterior.
Descripcion detallada de las figuras y de las realizaciones preferidas de la presente invencion
A modo de ilustracion, sin limitar en modo alguno su alcance, a continuacion, se centrara la atencion en las 50 realizaciones preferidas de la invencion. Las definiciones de terminos tecnicos que se dan a continuacion pretenden ser puramente ilustrativas, sin buscar ninguna limitacion del alcance de la invencion.
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La figura 1 muestra un rover SUR que tiene un receptor GNSS SURgnss, y un numero de satelites SATi a SATn, provisto cada uno de un transmisor GNSS GNSSE1 a GNSSEn. Los transmisores GNSS GNSSE1 a GNSSEn transmiten senales que comprenden una onda portadora de una frecuencia de portadora predeterminada, as^ como informacion de marca de tiempo constituida por un codigo pseudo-aleatorio que esta superpuesto sobre la onda portadora. Cada uno de los transmisores GNSS GNSSE1 a GNSSEn puede transmitir senales de diferentes frecuencias de portadora. Por ejemplo, entre otros sistemas, la presente invencion es aplicable al Sistema de localizacion global (GPS - Global Positioning System, en ingles), al sistema Galileo, o al GpS modernizado. En el, los transmisores GPS transmiten senales de dos frecuencias de portadora diferentes, mientras que los transmisores GPS y Galileo modernizados transmiten senales de tres o mas frecuencias de portadora diferentes. Las senales transmitidas por los transmisores GNSS GNSSE1 a GNSSEn subsiguientemente son recibidas por un receptor GNSS SURgnss a bordo del rover SUR. En lo anterior, se debe entender que las senales transmitidas por los transmisores GNSS GNSSE1 a GNSSEn son transmitidas de manera continua. Un tiempo en el cual las senales procedentes de todos los transmisores GNSS GNSSE1 a GNSSEn a bordo de los satelites SAT1 a SATn en el campo visual del rover SUR son recibidas simultaneamente por el receptor GNSS SURgnss del rover SUR y son procesadas, se denomina “epoca”. El intervalo de tiempo entre epocas se puede elegir arbitrariamente, por ejemplo, un segundo del tiempo estandar de referencia. No obstante, duraciones alternativas para los intervalos de tiempo entre epocas estan explfcitamente comprendidas por el alcance de la invencion. Ademas de las senales transmitidas por los transmisores GNSS GNSSE1 a GNSSEn, el rover recibe tambien datos de servicio que pueden, por ejemplo, ser transmitidos por una Instalacion de procesamiento central, o “CPF”, comprendida por una red de estaciones de tierra fijas (no mostrada en la figura).
La figura 2 ilustra esquematicamente un esquema de la determinacion de la ubicacion de un usuario de acuerdo con la presente invencion. Un usuario 201 esta provisto de observables 206 obtenidos a partir de las senales de GNSS recibidas por un receptor GNSS. De manera equivalente, al usuario 201 se le pueden facilitar las propias senales de GNSS recibidas por el receptor GNSS. Los observables 206 proporcionados son a continuacion sometidos a deteccion de deslizamiento de ciclo, que detecta la perdida de bloqueos de seguimiento para uno o mas satelites y, a menos que se haya detectado un deslizamiento de ciclo, se determinan residuos 203 de preajuste, sobre la base de los observables proporcionados y de los datos de servicio 207 proporcionados al usuario por un proveedor de servicios. El experto en la materia puede pensar que el usuario esta asociado a un aparato para llevar a cabo los procesamientos anteriores. En particular, se debe entender que tal aparato comprende un medio para la recepcion de senales de GNSS tal como un receptor GNSS, un medio para la obtencion de observables procedentes de las senales de GNSS recibidas, un medio para la recepcion de datos de servicio, un medio para llevar a cabo la deteccion de un deslizamiento de ciclo y un medio para la obtencion de los residuos de preajuste.
Los datos de servicio 207 comprenden datos de los relojes de precision del satelite (datos del reloj del satelite que indican los relojes internos de los satelites), de las orbitas precisas del satelite (datos de la orbita del satelite que indican las ubicaciones de los satelites), de las desviaciones del codigo de retardo de los transmisores GNSS a bordo de los satelites (datos de desviacion del codigo de retardo del satelite que indican las desviaciones del codigo de retardo de los transmisores GNSS), y de un modelo ionosferico (datos del modelo ionosferico que indican un estado de la ionosfera). Los relojes de precision de acuerdo con la invencion tienen una precision ligeramente menor (aproximadamente 6 cm cuando se traducen en una precision de ubicacion) gracias a la fijacion de la ambiguedad que se lleva a cabo en el proceso de determinacion de los relojes de precision (vease a continuacion), en comparacion con los relojes utilizados en el metodo de PPP convencional (aproximadamente 8 cm cuando se traduce a una precision de ubicacion). Las orbitas precisas de acuerdo con la invencion tienen una precision similar (aproximadamente 5 cm cuando se traduce a una precision de ubicacion), en comparacion con las orbitas utilizadas en el metodo de PPP convencional. Las desviaciones del codigo del retardo del satelite se refieren a retardos de instrumentacion de los transmisores GNSS a bordo de los satelites de GNSS. Para cada frecuencia de portadora, la desviacion del codigo de retardo del satelite correspondiente se refiere a un retardo entre la informacion con marca de tiempo transmitida con las senales y un marco de tiempo de referencia.
En esta memoria, y en lo que sigue, se debe entender que el termino “datos de servicio” se refiere a cualquier tipo de datos que son recibidos por el usuario, y que son diferentes de las senales de GNSS transmitidas por los transmisores GNSS a bordo de los satelites de GNSS. Es preciso senalar, ademas, que en esta memoria y en lo que sigue los datos de servicio no comprenden observables y/o senales obtenidos en otros receptores GNSS. En consecuencia, la aplicacion del metodo de la invencion no depende de la proximidad a un receptor GNSS de referencia. Ademas, el ancho de banda requerido para la transmision de los datos de servicio se reduce considerablemente con respecto al caso en el que los observables de referencia y/o las senales se transmiten con los datos de servicio.
Ademas de los elementos anteriores, los datos de servicio 207 pueden comprender asimismo ambiguedades de partes fraccionales del satelite (datos de desviacion de fase del satelite relativos a desviaciones de fase de la portadora de los transmisores GNSS), para cada senal de una frecuencia de portadora dada relativa a un desfase de la fase de la portadora con respecto a un marco de tiempo de referencia.
El modelo ionosferico comprendido por los datos de servicio 207 indica un contenido de electrones libres en la ionosfera. Los electrones libres en la ionosfera estan generados principalmente a traves de la radiacion solar. Dado que la radiacion solar vana con el tiempo y es diferente en diferentes puntos de la ionosfera, la densidad de
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electrones libres en la ionosfera depende tanto del tiempo como de la ubicacion. Ademas, la ionosfera no sigue la rotacion de la tierra, lo que resulta en una mayor dependencia del tiempo del estado de la ionosfera, si se considera un sistema de coordenadas fijo con respecto a la tierra. El modelo ionosferico proporciona informacion que es suficiente para determinar una densidad de electrones libres para una ubicacion dada dentro de la ionosfera o para una celula de volumen de un tamano predeterminado dentro de la ionosfera. Por ejemplo, la ionosfera puede estar subdividida en una pluralidad de celulas de volumen o “voxeles” dispuestos en varias capas que rodean a la tierra, y el modelo ionosferico puede comprender la cantidad total de electrones libres para cada celula de volumen. Ademas, la funcion de densidad de electrones libres en la ionosfera puede ser expandida en una pluralidad de funciones, tales como funciones ortogonales empmcas, armonicos esfericos o perfiles de Chapman, y el modelo ionosferico puede comprender los coeficientes de estas funciones. Debe entenderse que el listado de estas funciones solo tiene naturaleza de ejemplo, y que el experto en la materia puede pensar que tambien es posible utilizar otras funciones diferentes de las funciones mencionadas anteriormente para subdividir la ionosfera. Sobre la base de la informacion proporcionada al usuario por medio del modelo ionosferico, se puede determinar un contenido integrado de electrones libres a lo largo de la lmea de vision entre el receptor GNSS y un transmisor GNSS a bordo del satelite de GNSS en el campo visual del receptor GNSS, o un contenido de electrones libres dentro de un cilindro alineado con la lmea de vision y que tiene un area de seccion transversal de, por ejemplo, un metro cuadrado (m2). Comunmente, un contenido de 1016 electrones libres en tal cilindro se denomina Unidad de contenido de electrones totales (TECU -Total Electron Content Unit, en ingles).
Los residuos de preajuste 203 obtenidos a partir de los observables 206, y los datos de servicio 207 se utilizan para efectuar una estimacion de filtro 204, que permite determinar la ubicacion del usuario 208. A continuacion, se muestran mas detalles relativos a los residuos de preajuste 203 y a la estimacion de filtro 204. Con el fin de aumentar la precision de la senal del usuario 208 determinada y de reducir el tiempo de convergencia requerido para llevar a cabo la estimacion de filtro 204, las ambiguedades de partes fraccionales del satelite comprendidas por los datos de servicio 207 pueden ser utilizadas para limitar las ambiguedades de diferencia cero 205 relativas a los observables de la fase de la portadora o a las combinaciones lineales de observables que implican a observables de la fase de la portadora. De acuerdo con ello, el aparato asociado al usuario comprende ademas un medio para la obtencion del residuo de preajuste y un medio para llevar a cabo una estimacion de filtro. En el, el medio para la obtencion del residuo de preajuste y el medio para llevar a cabo la estimacion de filtro pueden ser independientes, o pueden ser parte de un medio para la determinacion de la ubicacion del usuario.
A continuacion, se describira con referencia a la figura 3, una realizacion de la presente invencion, en la cual las senales de GNSS de dos frecuencias de portadora diferentes son recibidas por un usuario y procesadas para determinar la ubicacion del usuario.
En ella, debe entenderse que las senales de un numero arbitrario de frecuencias de portadora diferentes pueden ser transmitidas por los transmisores GNSS a bordo de los satelites de GNSS en el campo visual del usuario, pero el receptor GNSs en el lado del usuario puede estar limitado a la recepcion de senales unicamente de dos frecuencias de portadora diferentes. Asimismo, puede darse el caso de que el receptor GNSS en el lado del usuario pueda recibir senales de un numero arbitrario de frecuencias de portadora diferentes, pero que solo es posible procesar senales de dos frecuencias de portadora diferentes en el lado del usuario.
En la etapa S301, se reciben datos de servicio 310 que son transmitidos preferiblemente por una CPF. Preferiblemente, la CPF esta asociada a un proveedor de servicios. Los datos de servicio 310 comprenden datos de relojes de precision del satelite (datos del reloj del satelite que indican relojes internos de los satelites de GNSS), de orbitas precisas del satelite (datos de la orbita del satelite que indican las ubicaciones de los satelites de GNSS), de desviaciones del codigo de retardo del satelite (datos de la desviacion del codigo de retardo del satelite relativos a las desviaciones del codigo de retardo de los transmisores del GNSS), y del modelo ionosferico (datos del modelo ionosferico que indican un estado de la ionosfera). Los datos de servicio 310 pueden comprender ademas ambiguedades de partes fraccionales del satelite (datos de desviacion de la fase del satelite relativas a las desviaciones de la fase de la portadora de los transmisores GNSS. Dado que los diferentes elementos de los datos de servicio 310 cambian en diferentes escalas del tiempo, pueden ser transmitidos y recibidos con diferentes tasas de renovacion. Por ejemplo, la precision de los relojes del satelite mantenida en el lado del usuario se degrada rapidamente en ausencia de datos actualizados, mientras que el estado de la ionosfera tfpicamente cambia con una escala de tiempo de horas, o al menos de decenas de minutos. De acuerdo con ello, los relojes del satelite pueden ser transmitidos con la mayor tasa de renovacion, preferiblemente en cada epoca, las orbitas del satelite pueden ser transmitidas con una menor tasa de renovacion, preferiblemente cada pocos minutos, las desviaciones del codigo de retardo del satelite y las ambiguedades de partes fraccionales del satelite pueden ser transmitidas con una tasa de renovacion mas reducida, preferiblemente cada varios minutos, y el modelo ionosferico puede ser transmitido con una tasa de renovacion similar de pocos minutos.
En la etapa S302, las senales de dos frecuencias de portadora diferentes transmitidas por los transmisores GNSS a bordo de un numero de satelites de GNSS en el campo visual del usuario son recibidas por un receptor GNSS asociado al usuario. A continuacion, las dos frecuencias de portadora diferentes se denominaran f y f2. Si n denota el numero de satelites de GNSS en el campo visual del usuario, se reciben 2n senales en esta etapa.
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En la etapa S303, se obtienen observables a partir de las senales del satelite recibidas en la etapa S302. Para cada senal de frecuencia de portadora f, es posible obtener un observable de fase de portadora L y un observable de codigo P. De acuerdo con ello, para dos frecuencias de portadora diferentes denotadas ft y fe, en esta etapa es
posible obtener n observables de la fase de la portadora ^, n observables de la fase de la portadora
£1.
4
p;
observables de codigo ' 1 y n observables de codigo 2, donde el indice inferior denota la frecuencia de la
portadora f o f2 de la correspondiente senal y el mdice superior i = 1, GNSS (o de manera equivalente, el correspondiente satelite de GNSS).
n denota el correspondiente transmisor
n
Cuando una senal de radio tal como una senal de GNSS se desplaza a traves de la ionosfera, experimenta un retardo, el llamado retardo ionosferico. En el caso de que la senal de GNSS este retardada, la fase de la portadora medida en un receptor GNSS que recibe la senal de GNSS cambia con respecto al caso en el cual la senal de GNSS no se ha retardado. Por lo tanto, un observable de la fase de la portadora obtenido a partir de la senal de GNSS retardada esta tambien afectado por el retardo ionosferico de la senal de GNSS, y el propio observable experimenta un retardo ionosferico. Asimismo, un observable de codigo obtenido a partir de la senal de GNSS relativa a la informacion con marca de tiempo transmitida con la senal de GNSS esta afectado por el retardo ionosferico de la senal de GNSS y, por lo tanto, el propio observable de codigo experimenta un retardo ionosferico.
En la etapa S304, se determinan los retardos ionosfericos de las senales y/o los observables. Sobre la base del modelo ionosferico, es posible determinar el contenido integrado de electrones libres a lo lardo de la lmea de vision entre el receptor GNSS y un transmisor GNSS a bordo del satelite de GNSS en el campo visual del receptor GNSS o un contenido de electrones libres en el interior del cilindro alineado con la lmea de vision y que tiene un area de seccion transversal de, por ejemplo, un metro cuadrado (m2). El retardo ionosferico de una senal de GNSS de frecuencia de portadora f depende del contenido total de electrones libres a lo largo de la lmea de vision entre el receptor GNSS y el transmisor GNSS, y es inversamente proporcional al cuadrado de la frecuencia f. Por ejemplo, para una senal de GNSS de frecuencia de portadora f = 1,575 GHz (la banda Li del GPS), un contenido de electrones total de 0,26 TECU resulta en un retardo de la senal de 4 cm o, de manera correspondiente, en un retardo de 133 picosegundos. De acuerdo con ello, el retardo ionosferico de una senal de GNSS puede ser determinado a partir, por ejemplo, del contenido total de electrones libres a lo largo de la lmea de vision entre el receptor GNSS y el transmisor GNSS, o a partir de un contenido de electrones libres en el interior de un cilindro alineado con la lmea de vision y que tiene un area de seccion transversal de, por ejemplo, un metro cuadrado (m2). A partir del retardo de la senal de GNSS, es posible obtener los retardos ionosfericos de los observables de la fase de la portadora y los observables de codigo obtenidos a partir de la senal de GNSS de una manera sencilla y, a partir de ellos, se pueden obtener a su vez los retardos ionosfericos de las combinaciones lineales de observables de la fase de la portadora y de observables de codigo.
El modelo ionosferico puede estar provisto de datos de fiabilidad que indican, para cada ubicacion de la tierra, la fiabilidad del modelo ionosferico en esta ubicacion. Como se explicara a continuacion, el modelo ionosferico es obtenido por una red de estaciones de tierra fijas que disponen cada una de un receptor GNSS y que estan asociadas a una instalacion de procesamiento central. En regiones en las cuales la red de estaciones de tierra fijas es densa, el modelo ionosferico puede ser determinado con una elevada precision (alta fiabilidad), mientras que en las regiones en las cuales la red de estaciones de tierra fijas es menos densa, el modelo ionosferico es determinado con menos precision (menor fiabilidad). En el caso en el que el modelo ionosferico esta provisto de datos de fiabilidad, es posible determinar la precision (fiabilidad) de los retardos ionosfericos determinados a partir del modelo ionosferico. En las etapas subsiguientes, cuando se efectua una estimacion de filtro, se puede tener en cuenta la precision de los retardos ionosfericos determinada a partir del modelo ionosferico.
A continuacion, con referencia a las etapas S305 a S309, se describira una determinacion de la ubicacion del usuario sobre la base de las senales recibidas en la etapa S302, de los relojes del satelite, de las orbitas del satelite, de las desviaciones del codigo del retardo del satelite recibidas en la etapa S301 y de los retardos ionosfericos determinados en la etapa S304.
En la etapa S305, las primeras combinaciones lineales de los observables se obtienen a partir de los observables. Para cada transmisor GNSS, se obtiene una de tales primeras combinaciones lineales de observables obtenidas en la etapa S303. De acuerdo con ello, se obtienen un total de n primeras combinaciones lineales. A continuacion, siempre que se obtenga una combinacion lineal de observables para cada transmisor GNSS, se denominara simplemente combinacion lineal de observables. Para ser concisos, por “combinacion lineal” o “combinacion”, se entiende un conjunto de n combinaciones lineales distintas. A continuacion, se aplicara la misma terminologfa a los observables, las combinaciones lineales de observables, las ambiguedades u otros, tales como, si no se indica otra cosa, cada una de estas expresiones se refiere respectivamente a un conjunto de n (es decir, uno para cada satelite de GNSS) observables, combinaciones lineales de observables, ambiguedades u otros.
De acuerdo con la presente invencion, la primera combinacion lineal de observables obtenida en la etapa S305 es diferente de las combinaciones sin ionosfera. Por lo tanto, la primera combinacion lineal de observables esta substancialmente afectada por los retardos ionosfericos.
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Preferiblemente, la primera combinacion lineal tiene una longitud de onda que es mayor que las longitudes de onda h = c/fi y X2 = c/f2 de las senales de GNSS de frecuencias de portadora fi y f2, respectivamente. Ademas,
preferiblemente, la longitud de onda de la primera combinacion lineal es la maxima longitud de onda que es posible obtener para una combinacion lineal de observables relativa a las frecuencias de portadora fi y f2. Si se forma una primera combinacion lineal con una longitud de onda grande, no es necesariamente preciso tener en cuenta en esta etapa y en las siguientes etapas los retardos ionosfericos de las primeras combinaciones lineales. No obstante, teniendo en cuenta las correcciones que son debidas a los retardos ionosfericos de las primeras combinaciones lineales en esta etapa y en las etapas siguiente, debe entenderse que se encuentran dentro del alcance de la invencion.
Aunque se pueden formar un numero de combinaciones lineales de observables diferentes en la etapa S305, de acuerdo con la presente invencion la primera combinacion lineal de observables preferiblemente es una combinacion
Ii — P1 T1
de Melbourne -Wubbena
de observables de la fase de la portadora de banda ancha ^ y de observables
p:
de codigo de banda ancha 1 n (en ocasiones denominados tambien observables de codigo de banda estrecha). Una descripcion mas detallada de la combinacion de Melbourne - Wubbena se puede encontrar en los artfculos “The case for ranging GPS-based geodetic systems” por W. G. Melbourne, publicado en “Proceedings of first international symposium on precise positioning with the global positioning system”, US, paginas 373-386, 1985, y “Software developments for geodetic positioning with GPS using TI-4100 code and carrier measurements”, por G. Wubbena,
T>
ibid., paginas 403-412, 1985. Los observables de la fase de la portadora de banda ancha » y los observables de P‘
codigo de banda estrecha " se obtienen a partir de los observables obtenidos en las etapas S303 mediante:
En la etapa S306, se estima una primera ambiguedad relativa a la primera combinacion lineal de observables. A partir de la primera combinacion lineal, es posible obtener un sistema de n ecuaciones de observacion. Mediante la introduccion de las desviaciones del codigo de retardo obtenidas a partir de los datos de desviacion del codigo de retardo y de la aplicacion de un proceso de estimacion recursivo al sistema de n ecuaciones de observacion, el sistema puede ser resuelto, y es posible estimar una ambiguedad de la primera combinacion lineal de observables. De acuerdo con la presente invencion, la primera ambiguedad, que es la ambiguedad de la primera combinacion lineal de observables, es diferente de la ambiguedad sin ionosfera. Preferiblemente, el proceso de estimacion recursivo es un filtro, y mas preferiblemente, el filtro es un filtro de Kalman. En esta memoria, un proceso de estimacion recursivo es un proceso en el cual, en cada etapa de los datos del proceso, por ejemplo, que comprende la ubicacion del usuario y/o una ambiguedad de la fase de la portadora, se estima sobre la base de las senales de los datos del reloj del satelite, de los datos de la orbita del satelite, de los datos del retardo ionosferico y de una estimacion de los datos estimados en la etapa previa.
En la etapa S306, en el caso de que la primera combinacion de observables sea la combinacion de Melbourne
Wubbena * «, una relacion especifica entre la combinacion de Melbourne - Wubbena, las desviaciones del
codigo del retardo del satelite D', la desviacion del codigo del retardo del receptor Dk y la ambiguedad de banda
ancha "wse mantiene, y se obtienen el siguiente sistema de n ecuaciones de observacion:
En el mismo, las longitudes de onda Xw y Xn son Xw = c/(fi - f2) y Xn = c/(fi + f2), y las desviaciones del codigo del
retardo del satelite D (incluidas en los datos de servicio en la etapa S301) estan asociadas a la combinacion sin geometria. Mediante la aplicacion de un proceso de estimacion recursivo, preferiblemente un filtro, mas
a
preferiblemente un filtro de Kalman, al sistema de n ecuaciones (7), cada ambiguedad de banda ancha se puede expresar en funcion de la desviacion del codigo del retardo del receptor Dk, que se puede tratar como parte del reloj del receptor. En el, como se ha indicado anteriormente, debe entenderse que la expresion “ambiguedad de
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dI
banda ancha” se refiere al conjunto de n ambiguedades de banda ancha correspondiente a los transmisores GNSS a bordo de los satelites de GNSS en el campo visual del usuario. Obtener la ambiguedad de banda ancha Bw de esta manera es factible gracias a las excelentes propiedades de la combinacion de Melbourne - Wubbena Lw - Pn, en particular su longitud de onda y el bajo ruido para el observable del codigo de banda ancha Pn.
En la etapa S307, una segunda combinacion lineal de observables se obtiene a partir de los observables obtenidos en la etapa S303. Como en la etapa S305, para cada transmisor GNSS, se obtiene una de tales segundas combinaciones lineales de observables que ha sido obtenida en la etapa S303. Debe entenderse que la primera combinacion lineal y la segunda combinacion lineal son combinaciones independientes lineales, es decir, que ninguna es multiplo de la otra. En esta etapa se obtienen un total de n segundas combinaciones lineales. Asimismo, la segunda combinacion lineal de observables es diferente de la combinacion sin ionosfera y, asf, resulta substancialmente afectada por los retardos ionosfericos. Preferiblemente, la segunda combinacion lineal tiene una longitud de onda menor que la de la primera combinacion lineal. En tal caso, debido a la menor longitud de onda, los retardos ionosfericos de la segunda combinacion lineal deben ser tenidos en cuenta cuando se estima una ambiguedad de la segunda combinacion lineal. De manera mas espedfica, de acuerdo con la presente invencion, la segunda combinacion lineal de observables viene dada por Li = Li - L2, y se denomina comunmente fase ionosferica LI.
En la etapa S308, se estima una segunda ambiguedad relativa a la segunda combinacion lineal de observables. A partir de la segunda combinacion lineal, se puede obtener un sistema de n ecuaciones de observacion. Mediante la aplicacion de un proceso de estimacion recursivo al sistema de n ecuaciones de observacion, se puede resolver el sistema y se puede estimar una ambiguedad de la segunda combinacion lineal de observables. De acuerdo con la presente invencion, la segunda ambiguedad, que es la ambiguedad de la segunda combinacion lineal de observables, es diferente de la ambiguedad sin ionosfera. Preferiblemente, el proceso de estimacion recursivo es un filtro, y mas preferiblemente, el filtro es un filtro de Kalman. En la presente realizacion, en la cual la segunda combinacion lineal de observables es la fase ionosferica L, una relacion que da lugar al siguiente sistema de n ecuaciones de observacion cumple:
4>4
En el, las cantidades S indican que los llamados retardos ionosfericos de las fases ionosfericas 1' 1 son las
ambiguedades de la fase de la portadora ionosferica, y Wk es el wind-up del usuario. Los llamados retardos ionosfericos de inclinacion S1 parametrizan el impacto de los retardos ionosfericos de las senales de GNSS transmitidas por los transmisores GNSS a bordo de los satelites de GNSS en el campo visual del usuario en las /'
fases ionosfericas /.
Es posible obtener expresiones numericas para los retardos ionosfericos de las segundas combinaciones lineales de observables o, de manera equivalente, de las correspondientes correcciones de las segundas combinaciones lineales de observables a partir de los retardos ionosfericos determinados en la etapa S304.
En el presente ejemplo, los retardos ionosfericos (retardos ionosfericos de inclinacion) S' de la fase ionosferica Li relativa a cada uno de los n transmisores GNSS se obtienen a partir de los retardos ionosfericos determinados en la etapa S304.
Como en la etapa S306, que se refiere a modo de ejemplo a la combinacion de Melbourne - Wubbena, en la etapa S308 se aplica un metodo de estimacion recursivo, preferiblemente un filtro, mas preferiblemente se aplica un filtro de Kalman al sistema de n ecuaciones de observacion relativas a la segunda combinacion lineal de observables con el fin de estimar una segunda ambiguedad relativa a la segunda combinacion lineal de observables. De acuerdo con la presente invencion, en la etapa S308 se resuelve el sistema de n ecuaciones de observacion (8) para estimar la ambiguedad ionosferica B. Dado que la principal incertidumbre en la ecuacion (8), a saber, los retardos ionosfericos de inclinacion S', han sido determinados de manera precisa a partir del modelo ionosferico, la estimacion de la ambiguedad ionosferica Bi avanza muy rapidamente.
Conociendo la primera ambiguedad y la segunda ambiguedad relativa a la primera combinacion lineal y a la segunda combinacion lineal, respectivamente, es posible calcular una tercera ambiguedad relativa a una tercera combinacion lineal de observables arbitraria. En el ejemplo anterior de acuerdo con la presente invencion en la etapa S309, se calcula la ambiguedad sin ionosfera Bec a partir de la ambiguedad de banda ancha Bw y de la ambiguedad ionosferica Bi mediante
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Obtenida la ambiguedad sin ionosfera, la determinacion de la ubicacion del usuario puede avanzar de acuerdo con las etapas conocidas a partir de la tecnica de PPP convencional. Es dedr, la determinacion de la ubicacion del usuario puede avanzar de acuerdo con las etapas S1204 y S1205 de la figura 10. En ellas, se obtiene la combinacion de observables sin ionosfera, y se aplica un proceso de estimacion recursivo, preferiblemente un filtro, mas preferiblemente un filtro de Kalman, para determinar la ubicacion del usuario sobre la base de las combinaciones de observables sin ionosfera Lc, Pc y de la ambiguedad sin ionosfera Bc determinadas anteriormente. Dado que la ambiguedad sin ionosfera Bc es ya conocida a partir de la etapa S309, de acuerdo con la invencion, la determinacion de la ubicacion del usuario a partir de la combinacion de observables sin ionosfera avanza muy rapidamente.
Para resumir lo anterior, el conocimiento de los retardos ionosfericos de los observables, como se obtienen a partir del modelo ionosferico, permiten el procesamiento de combinaciones lineales de observables que pueden no ser sin ionosfera y al mismo tiempo pueden tener una longitud de onda corta, y que estan por lo tanto substancialmente afectadas por los retardos ionosfericos. Los retardos ionosfericos obtenidos a partir del modelo ionosferico se utilizan para corregir los retardos ionosfericos de los observables y/o de las combinaciones lineales de observables. El poder de este modo procesar las combinaciones lineales de observables que no son sin ionosfera permite obtener la ambiguedad sin ionosfera de una manera rapida, restando la combinacion lineal de fases de la portadora corregida de la fase de la portadora sin ionosfera, eliminando con ello el cuello de botella de la tecnica de PPP convencional.
Es de destacar que, en lo anterior, todas las senales y observables son procesados de un modo no diferenciado. Esto significa que no se miden diferencias entre las senales recibidas en el receptor GNSS y las senales recibidas en otros receptores GNSS o, de manera correspondiente, que no se miden diferencias entre los observables obtenidos de las senales recibidas en el receptor GNSS y los observables obtenidos de las senales recibidas en el otro receptor GNSS. En otras palabras, para llevar a cabo el metodo descrito sobre la base de la figura 3, no es necesario ningun otro receptor GNSS (de referencia) que transmita datos relativos a las senales recibidas en el otro receptor GNSS y/o datos relativos a los observables obtenidos de las senales recibidas en el otro receptor GNSS. En otras palabras, para llevar a cabo el metodo anterior, no es necesario introducir ningun dato aparte de las senales de GNSS 311 recibidas en el receptor GNSS y de los datos de servicio 310.
Por lo tanto, determinar la ubicacion del rover con una alta precision es posible globalmente (con un error en el rango del dedmetro), en una ubicacion dada en la tierra, y con una rapida convergencia (tras pocos minutos), particularmente en regiones en las que puede estar disponible un modelo ionosferico suficientemente preciso (con una incertidumbre en el retardo ionosferico de hasta aproximadamente varios cm en Li).
En lo anterior, un experto en la materia puede pensar que es posible invertir el orden de ciertas etapas. Por ejemplo, como se ha mencionado ya, las etapas S301 y S302 pueden ser intercambiadas, y tambien la etapa S305 junto con la etapa S306 pueden ser intercambiadas con la etapa S307 junto con la etapa S308. Asimismo, la etapa S303 en la cual se obtienen observables a partir de las senales del satelite puede ser unida a la etapa S305 y/o la etapa S307, de tal manera que las primeras y/o las segundas combinaciones lineales de observables se obtienen directamente a partir de las senales del satelite. Ademas, las combinaciones lineales primeras y segundas de observables anteriores pueden ser asimismo una combinacion trivial, en el sentido de que una combinacion lineal de observables puede en realidad referirse a uno solo de los propios observables.
Un aparato para llevar a cabo las etapas descritas anteriormente de acuerdo con la presente realizacion de la invencion puede comprender todos o algunos de los siguientes elementos: un medio para recibir datos de servicio, un medio para recibir senales de GNSS, un medio para obtener observables a partir de las senales de GNSS, un medio para determinar los retardos ionosfericos de las senales de GNSS a partir de un modelo ionosferico, un medio para obtener una primera combinacion lineal de observables, un medio para obtener una segunda combinacion lineal de observables, un medio para aplicar uno o mas procesos de estimacion recursivos, un medio para obtener una combinacion lineal de observables sin ionosfera y un medio para determinar una ubicacion del usuario.
A continuacion, con referencia a la figura 4, se describira una realizacion de la presente invencion en la cual se reciben y procesan senales de dos frecuencias de portadora diferentes, para determinar la ubicacion del usuario, y en la cual los datos de servicio 410 comprenden ademas datos de desviacion de la fase del satelite relativas a desviaciones de la fase de la portadora de los transmisores GNSS. A menos que se indique otra cosa, los detalles de las etapas que se explican a continuacion con referencia a la figura 4 son identicos a los detalles de las correspondientes etapas explicadas anteriormente con referencia a la figura 3.
Ademas, analogamente a la realizacion de la figura 3, se debe entender que las senales de un numero arbitrario de frecuencias de portadora diferentes pueden ser transmitidas por los transmisores GNSS a bordo de los satelites de GNSS en el campo visual del usuario, pero que el transmisor GNSS en el lado del usuario esta limitado a la recepcion de las senales unicamente de dos frecuencias de portadora. Asimismo, puede darse el caso de que el receptor GNSS en el lado del usuario pueda recibir senales de un numero arbitrario de frecuencias de portadora diferentes, pero que solo se procesen senales de dos frecuencias de portadora diferentes en el lado del usuario.
En la etapa S401, se reciben los datos de servicio 410 que son preferiblemente transmitidos por una CPF. Preferiblemente, la CPF esta asociada a un proveedor de servicios. Los datos de servicio 410 comprenden datos de
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relojes de precision del satelite (datos del reloj del satelite que indican relojes internos de los satelites de GNSS), de orbitas del satelite precisas (datos de la orbita del satelite que indican ubicaciones de los satelites de GNSS), de desviaciones del codigo del retardo del satelite (datos de desviaciones del codigo de retardo del satelite relativos a las desviaciones del codigo de retardo de los transmisores GNSS) y del modelo ionosferico (datos del modelo ionosferico que indican un estado de la ionosfera), y ambiguedades de partes fraccionales (datos de desviacion de la fase del satelite relativos a las desviaciones de la fase de la portadora de los transmisores GNSS). Las
ambiguedades de partes fraccionales pueden referirse, por ejemplo, a las partes fraccionales y del respectivo transmisor GNSS.
Las etapas S402 a S405 son equivalentes a las etapas S302 a S305 de la figura 3 explicada anteriormente.
En la etapa S406 de la presente realizacion, las primeras ambiguedades no solo son estimadas, sino fijadas a sus valores reales. De acuerdo con la invencion, las primeras ambiguedades, que son las ambiguedades de las primeras combinaciones lineales de observables son diferentes de las ambiguedades sin ionosfera. Con este fin, las primeras ambiguedades son estimadas inicialmente de la misma manera que en la etapa S306 de la figura 3. Como se ha
jyf
explicado con referenda a la etapa S1204 de la figura 10, la primera ambiguedad °x, en la que X indica que la
KNl
primera combinacion lineal de observables comprende una parte entera /l'ArJvjr, una primera parte fraccional
SB\
x relativa a las desviaciones de instrumentacion del respectivo transmisor GNSS, y una segunda parte fraccional
SB,
x-k relativa a las desviaciones de instrumentacion del receptor GNSS. En la presente realizacion de la invencion,
I fin* cd/ SR1
, , x , o de manera correspondiente las primeras partes fracccionales OD\ y 3 relativas
a las frecuencias de portadora fi y h, son transmitidas con los datos de servicio 410. Despues de que la primera
B\
ambiguedad X ha sido estimada por medio del proceso de estimacion recursivo, que es preferiblemente un filtro, y mas preferiblemente un filtro de Kalman, el usuario puede aplicar la siguiente relacion:
SB‘
En esta ecuacion, las primeras partes fraccionales x se conocen a partir de los datos de servicio 410. Las
a’
segundas partes fraccionales SBx.k se pueden obtener comparando las primeras ambiguedades °x relativas a los diferentes transmisores GNSS o, de manera correspondiente, a los satelites de GNSS, y pueden ser despues
3 A7'
canceladas del conjunto de ecuaciones (10). Tener en cuenta que las partes enteras x1 x son enteros multiplos de la longitud de onda Xx relativa a la primera combinacion lineal de observables, permite fijar realmente las partes
enteraS Ho loc coramHoc omhiniio^Qrloc Bv
de las segundas ambiguedades (debe observarse que este procedimiento es equivalente a
Df
formar diferencias unicas entre satelites). En detalle, esta fijacion se Neva a cabo estimando una ambiguedad Dx,
restando la primera parte fraccional de la ambiguedad ^ x segun se recibe con los datos de servicio 410 y la
SB
segunda parte fraccional de la ambiguedad x-k segun se ha obtenido anteriormente. Lo que queda se divide a continuacion por la longitud de onda Xx, y el resultado de la division se redondea al numero entero mas cercano, lo
N1 »'
que resulta en el numero de ciclos completos X. Por ello, la primera ambiguedad Dx se puede determinar de manera precisa. Con referencia al ejemplo de la realizacion descrita con referencia a la figura 3, en la presente realizacion en la etapa S406 la ambiguedad de banda ancha Bw se puede determinar de manera precisa fijando su parte entera. No obstante, debe entenderse que la fijacion de la ambiguedad no se requiere necesariamente para la determinacion de la ubicacion del usuario, pero ayuda considerablemente a reducir el tiempo de convergencia en la determinacion de la ubicacion precisa del usuario. Esto es porque se consigue una rapida estimacion de una precision suficiente Bc (vease la expresion anterior (9) de Bc en terminos de Bw y B), gracias al conocimiento del valor exacto de Bw.
La etapa S407 es equivalente a la etapa S307 de la figura 3 explicada anteriormente.
En la etapa S408, las segundas ambiguedades se pueden fijar a sus valores reales. En ella, la fijacion de las segundas ambiguedades avanza de manera equivalente a la fijacion de las primeras ambiguedades tal como se ha descrito con referencia a la etapa S406. De acuerdo con la presente invencion, las segundas ambiguedades, que son las ambiguedades de las segundas combinaciones lineales de observables, son diferentes de las ambiguedades sin ionosfera. En el ejemplo de la presente invencion, en la etapa S408, la ambiguedad Bi es fija.
A partir de afu, el metodo de la figura 4 avanza tal como se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 3. En la etapa S409 se obtiene la ambiguedad sin ionosfera Bc. A continuacion de la etapa S409, el metodo avanza de acuerdo con las etapas S1204 y S1205, como se ha explicado con referencia a la figura 10. En ellas, se obtiene la combinacion de observables sin ionosfera y se aplica un proceso de estimacion recursivo, preferiblemente un filtro,
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mas preferiblemente un filtro de Kalman, para determinar la ubicacion del usuario. Dado que la ambiguedad sin ionosfera Bc ya se conoce a partir de la etapa S409, la determinacion de la ubicacion del usuario a partir de la combinacion de observables sin ionosfera avanza muy rapidamente.
La principal diferencia entre el metodo que se describe aqu y el metodo descrito anteriormente con referencia a la figura 3 es que en la presente realizacion la primera y/o segunda ambiguedad que se refiere respectivamente a la primera y/o segunda combinacion lineal de observables puede ser determinada de manera mas precisa con el
SB*
conocimiento de las primeras partes fraccionales x relativas a desviaciones de instrumentacion de los transmisores GNSS que son recibidos con los datos de servicio 410. De acuerdo con ello, la precision de la ubicacion del usuario determinada en la presente realizacion es mayor con respecto a la realizacion previa; una vez que se fijan las ambiguedades de fase, el usuario obtiene precisiones similares a las obtenidas tras varias horas utilizando el planteamiento de PPP clasico (como se ilustra en la figura 10). Una vez que las ambiguedades se resuelven, esta mejora se consigue de manera instantanea.
Un aparato para llevar a cabo las etapas descritas anteriormente de acuerdo con la presente realizacion de la invencion, ademas de algunos o de todos los elementos enumerados con respecto al aparato para llevar a cabo las etapas de acuerdo con la realizacion previa, puede comprender un medio para resolver al menos una ambiguedad.
A continuacion, con referencia a la figura 5, se describira una realizacion de la presente invencion en la cual se reciben senales de tres frecuencias de portadora diferentes denotadas por fi, f2, f3, siendo fi > f2 > f3 (siendo f2 ~ f3 para obtener una longitud de onda muy grande -por ejemplo, mas de 10 m con E5a y E5b en Galileo- para la fase de portadora de banda extra ancha - vease a continuacion-). En ella, los transmisores GNSS a bordo de satelites en el campo visual del usuario pueden transmitir senales de un numero arbitrario de frecuencias de portadora diferentes, pero el receptor GNSS en el lado del usuario puede estar limitado a recibir senales solo de tres frecuencias de portadora diferentes. Asimismo, se puede dar el caso de que el receptor GNSS en el lado del usuario pueda recibir senales de un numero arbitrario de frecuencias de portadora diferentes, pero solo se pueden procesar senales de dos frecuencias de portadora diferentes en el lado del usuario. El orden y la denotacion particulares de las frecuencias de portadora elegidas anteriormente no se pretende que se entienda como limitacion del metodo de la invencion.
Las etapas S501 a S504 avanzan en analogfa a las realizaciones previas. No obstante, los datos de servicio 512 de acuerdo con la presente realizacion comprenden datos de desviacion del codigo de retardo del satelite relativos a las desviaciones del codigo de retardo del satelite que son diferentes de los de la realizacion explicada anteriormente con referencia a la figura 3. Estas diferencias resultaran evidentes a continuacion. Asimismo, se observa que los datos de servicio 512 pueden o no comprender datos de desviacion de la fase del satelite. Si los datos de servicio 512 comprenden los datos de desviacion de la fase del satelite, debe entenderse que a continuacion, en las etapas S506, s508 y S510, las respectivas ambiguedades pueden ser determinadas (resueltas) teniendo en cuenta las respectivas primeras partes fraccionales de las ambiguedades tal como se describen con referencia a las etapas S406 y S408 en la figura 4.
En la etapa S505, las primeras combinaciones lineales de los observables se obtienen a partir de los observables, de manera similar a la etapa S305. de acuerdo con la invencion, la primera combinacion lineal no es una combinacion lineal sin ionosfera. Preferiblemente la primera combinacion lineal de esta realizacion tiene la maxima longitud de onda que se puede obtener para una combinacion lineal de observables relativa a las frecuencias de portadora fi, f2, f3. Si se forma una primera combinacion lineal con una longitud de onda grande, los retardos ionosfericos no necesariamente tienen que ser tenidos en cuenta en esta etapa, aunque debe entenderse que los retardos ionosfericos se pueden tener en cuenta en esta etapa.
Aunque se puede formar un numero de combinaciones lineales de observables diferentes en la etapa S505, de acuerdo con un ejemplo de la presente realizacion de la invencion, la primera combinacion lineal de observables
rf pi
preferiblemente es una combinacion de Melbourne -Wubbena L‘e» ^"de observables de la fase de la portadora de
ft P'
banda extra ancha y observables de codigo de banda extra estrecha J en.
Los observables de la fase de la
r> pi
portadora de banda extra ancha ™ y los observables de codigo de banda extra estrecha x en se obtienen a partir de los observables obtenidos en la etapa S503 mediante:
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En la etapa S506 se estima una primera ambiguedad relativa a la primera combinacion lineal de observables. A partir de la primera combinacion lineal, se puede obtener un sistema de n ecuaciones de observacion. Introduciendo las desviaciones del codigo de retardo obtenidas a partir de los datos de desviacion del codigo de retardo, y aplicando un proceso de estimacion recursivo al sistema de n ecuaciones de observacion, es posible resolver el sistema, y se puede estimar una ambiguedad de la primera combinacion lineal de observables. De acuerdo con la invencion, la primera ambiguedad, que es la ambiguedad de la primera combinacion lineal de observables, es diferente de las ambiguedades sin ionosfera, es decir, la primera ambiguedad no es sin ionosfera. Preferiblemente, el proceso de estimacion recursivo es un filtro y, mas preferiblemente, el filtro es un filtro de Kalman. En la etapa S506, en el caso de que la primera combinacion de observables sea la combinacion de Melbourne - Wubbena
en ( se cumple una relacion especifica entre la combinacion de Melbourne - Wubbena, las desviaciones del
D1
Dt
codigo del retardo del metodo *** , la desviacion del codigo del retardo del receptor 1 k y la ambiguedad de banda
R1
extra ancha , y se obtiene el siguiente sistema de n ecuaciones de observacion:
En el mismo, las longitudes de onda lew y Aen vienen dadas por lew = c/ffe - h) y Aen = c/ffe + h), respectivamente, y las desviaciones del codigo del retardo del satelite Et
de las
dos frecuencias para las frecuencias fi y f2) estan incluidas en los datos de servicio 512. Aplicando un proceso de estimacion recursivo, preferiblemente un filtro, mas preferiblemente un filtro de Kalman, al sistema de n ecuaciones (13), la ambiguedad de banda extra ancha Bew se puede expresar en funcion de la desviacion del codigo del retardo
del codigo del receptor A, de una manera similar a la descrita en la etapa S306 de la figura 3. En ella, como se ha indicado anteriormente, debe entenderse que la expresion “ambiguedad de banda extra ancha” se refiere al conjunto
D'
de n ambiguedades de banda extra ancha correspondientes a los transmisores GNSS a bordo de los satelites de GNSS en el campo visual del usuario. Obtener la ambiguedad de banda extra ancha Bew de esta manera es factible gracias a las excelentes propiedades de la combinacion de Melbourne - Wubbena Lew - Pen, en particular su gran longitud de onda y su bajo ruido para el observable de codigo de banda extra estrecha Pen. Ademas, de manera similar a la etapa S406 en la figura 4, la ambiguedad de banda extra estrecha Bew puede ser resuelta en esta etapa.
En la etapa S507, una segunda combinacion lineal de observables se obtiene a partir de los observables obtenidos en la etapa S503. Debe entenderse que la primera combinacion lineal y la segunda combinacion lineal son combinaciones lineales independientes. De acuerdo con la invencion, asimismo, la segunda combinacion lineal de observables no es una combinacion sin ionosfera y, asf, resulta substancialmente afectada por los retardos ionosfericos. Preferiblemente, la segunda combinacion lineal tiene una longitud de onda menor que la de la primera combinacion lineal. De manera mas espedfica, de acuerdo con el ejemplo de la presente realizacion de la invencion, la segunda combinacion lineal de observables es el observable de la fase de la portadora de banda ancha Lw.
En la etapa S508, la segunda ambiguedad relativa a la segunda combinacion lineal de observables se estima aplicando un proceso de estimacion recursivo, preferiblemente un filtro, mas preferiblemente un filtro de Kalman. De acuerdo con la invencion, la segunda ambiguedad, que es la ambiguedad de la segunda combinacion lineal de observables, es diferente de las ambiguedades sin ionosfera, es decir, la segunda ambiguedad no es sin ionosfera. En la presente realizacion de la invencion, la diferencia entre los observables de la fase de la portadora de banda extra ancha y de banda ancha Lw - Lew puede considerarse un proxy para la diferencia tanto de las ambiguedades de banda ancha como de las ambiguedades de banda extra ancha, mas un orden de dependencia ionosferica. En ella, la dependencia ionosferica puede ser eliminada empleando los retardos ionosfericos determinados en la etapa S504. Por lo tanto, aplicando un proceso de estimacion recursivo, preferiblemente un filtro, mas preferiblemente un filtro de Kalman, la ambiguedad de banda ancha Bw puede ser determinada a partir del observable de la fase de la portadora de banda extra ancha Lw, de los observables de la fase de la portadora de banda ancha Lw, y de la ambiguedad de banda extra ancha Bew. Ademas, de manera similar a la etapa S406 de la figura 4, la ambiguedad de banda ancha Bw puede ser resuelta en esta etapa.
En la etapa S509, se obtiene una tercera combinacion lineal de observables. Debe entenderse que las combinaciones lineales de observables primera, segunda y tercera son linealmente independientes. De acuerdo con la invencion, la tercera combinacion lineal de observables no es sin ionosfera. Preferiblemente, la tercera combinacion lineal de observables es la fase ionosferica L. A partir de aqrn, el proceso avanza como desde la etapa S308 en la figura 3. A saber, en la etapa S510, la tercera ambiguedad se estima en analogfa a la segunda ambiguedad de la realizacion de la figura 3, y basada en la misma en la etapa S511 se obtiene una cuarta ambiguedad en analogfa con la tercera ambiguedad de la realizacion de la figura 3. De acuerdo con la invencion, la tercera ambiguedad, que es la ambiguedad de la tercera combinacion lineal de observables, es diferente de las ambiguedades sin ionosfera. De acuerdo con la presente realizacion de la invencion, la cuarta ambiguedad es la
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ambiguedad sin ionosfera relativa a la combinacion de observables sin ionosfera segun la ecuacion (1). Ademas, de manera similar a la etapa S406 de la figura 4, las ambiguedades tercera y cuarta pueden ser resueltas en esta etapa.
A partir de aqm, la determinacion de la ubicacion del usuario puede avanzar de acuerdo con las etapas S1204 y S1205 de la figura 10, como se ha explicado ya anteriormente con respecto a la figura 3. En ella, se obtienen las combinaciones de observables sin ionosfera Lc y Pc segun las ecuaciones (1) y (2), y se aplica un proceso de estimacion recursivo, preferiblemente un filtro, mas preferiblemente un filtro de Kalman, para determinar la ubicacion del usuario. Dado que la ambiguedad sin ionosfera Bc es ya conocida a partir de la etapa S511, la determinacion de la ubicacion del usuario a partir de la combinacion lineal de observables sin ionosfera avanza muy rapidamente.
La recepcion de senales de tres frecuencias de portadora diferentes, fi, f2 y f3 ofrece la ventaja de una estimacion de la ambiguedad de banda ancha y banda extra ancha mas facil. Ademas, a partir de hasta tres ambiguedades estimadas de manera independiente, Bew, Bw y Bi y, es posible obtener una estimacion precisa independiente de la ambiguedad sin ionosfera Bc, contribuyendo de manera significativa a la rapida convergencia y a la precision de la determinacion de la ubicacion del usuario. Tfpicamente, el tiempo de convergencia del caso de las dos frecuencias de portadora (para conseguir un error en el orden de los diez centfmetros), que es tfpicamente de varios minutos, se puede reducir a una determinacion de una unica epoca en el caso de las tres frecuencias de la portadora.
Un aparato para llevar a cabo las etapas descritas anteriormente de acuerdo con la presente realizacion de la invencion puede comprender algunos o todos los elementos enumerados con respecto al aparato para llevar a cabo las etapas de acuerdo con las realizaciones previas.
Una realizacion en la cual el usuario recibe senales de una unica frecuencia de portadora se describe en la figura 6, En ella, se comprende que las senales de un numero arbitrario de frecuencias de portadora diferentes pueden ser transmitidas por los transmisores GNSS a bordo de los satelites de GNSS en el campo visual del usuario, pero que el receptor GNSS en el lado del usuario puede estar limitado a la recepcion de senales de una sola frecuencia de portadora. Asimismo, se puede dar el caso de que el receptor GNSS en el lado del usuario pueda recibir senales de un numero arbitrario de frecuencias de portadora diferentes, pero que solo se pueden procesar senales de una unica frecuencia de portadora en el lado del usuario.
En la etapa S601, como en las realizaciones previas, los datos de servicio 607 son recibidos por el usuario. Los datos de servicio 607 comprenden datos de relojes de precision del satelite, de orbitas del satelite precisas, de desviaciones de codigo de retardo del metodo y del modelo ionosferico. Los datos de servicio 607 pueden comprender asimismo ambiguedades de partes fraccionales del satelite.
En la etapa S602, las senales del satelite 608 de una sola frecuencia de portadora son recibidas por el receptor GNSS del usuario. De nuevo, se pueden intercambiar las etapas S601 y S602.
En la etapa S603, se obtienen observables a partir de las senales del satelite. En el caso particular de receptor de una sola frecuencia, es posible obtener n observables de la fase de la portadora L y/o n observables de codigo P. Debe entenderse que en esta etapa se pueden obtener todos los observables posibles, o solo aquellos observables que es necesario utilizar en las siguientes etapas. Debe entenderse asimismo que, de manera similar a las realizaciones previas, las combinaciones lineales que se obtienen a partir de los observables se pueden obtener a partir de las senales directamente, es decir, las etapas de obtencion de observables a partir de las senales del satelite y de obtencion de combinaciones lineales de observables pueden ser unidas en una unica etapa.
En la etapa S604, el retardo ionosferico relativo a la combinacion lineal de observables se determina a partir del modelo ionosferico de la misma manera que en las realizaciones previas. En ellas, los retardos ionosfericos relativos a los observables se pueden determinar primero, y los retardos ionosfericos relativos a la combinacion lineal de observables pueden ser determinados a continuacion. No obstante, el retardo ionosferico relativo a la combinacion lineal de observables puede ser determinado directamente a partir del modelo ionosferico. Como era el caso en las realizaciones previas, el modelo ionosferico puede comprender datos de fiabilidad que indican una ubicacion dependiente de la fiabilidad (precision) del modelo ionosferico. En un caso en el que el modelo ionosferico esta provisto de datos de fiabilidad, se puede determinar la precision de los retardos ionosfericos determinados a partir del modelo ionosferico. En etapas subsiguientes, cuando se efectuan estimaciones de filtro, se puede tener en cuenta la precision de los retardos ionosfericos determinados a partir del modelo ionosferico.
En la etapa S605, se obtiene la combinacion lineal de observables. Como en las realizaciones previas, la combinacion lineal de observables puede ser una combinacion trivial y, de este modo, se refiere a uno de los propios observables. Preferiblemente, la combinacion lineal de observables de acuerdo con la presente invencion implica el observable de la fase de la portadora L.
En la etapa S606, se aplica un proceso de estimacion recursivo, preferiblemente un filtro, mas preferiblemente un filtro de Kalman, para determinar la ubicacion del usuario a partir de la combinacion lineal de observables. Para ello, se obtienen un conjunto de ecuaciones de observacion relativas a la combinacion lineal de observables. Los retardos ionosfericos obtenidos en la etapa previa se pueden utilizar para corregir el impacto del retardo ionosferico de la combinacion lineal de observables. Ademas, dado que los relojes del satelite tfpicamente se refieren al marco
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de tiempo de la combinacion lineal sin ionosfera, las desviaciones del codigo del retardo del satelite recibidas con los datos de servicio 607 pueden ser utilizadas para determinar relojes del satelite relativos a la senal de frecuencia unica. El sistema obtenido de las ecuaciones de observacion se resuelve a continuacion aplicando el proceso de estimacion recursivo.
Generalmente, cuando se utilizan receptores de una sola frecuencia no es posible obtener una combinacion lineal sin ionosfera de observables de fase de la portadora, ni una combinacion sin ionosfera y sin geometna tal como la combinacion Melbourne - Wubbena. Por lo tanto, dado que en los receptores de una sola frecuencia convencionales una estimacion de las ambiguedades de la fase de la portadora requiere una cantidad significativa de tiempo, los receptores de una sola frecuencia convencionales llevan a cabo una determinacion de la ubicacion exclusivamente sobre la base de los observables del codigo Pi (corregida con un modelo de retardo ionosferico simple tal como, por ejemplo, el modelo de correccion ionosferica de Klobuchar). De acuerdo con ello, la precision de la ubicacion determinada es baja, tfpicamente del orden de varios metros, dependiendo en particular de la calidad del modelo de correccion ionosferica. En la presente realizacion de la invencion, la provision de los datos de servicio 607 (con orbitas de satelite precisas y relojes de precision del satelite) permite considerar ademas los observables de la fase de la portadora L y combinaciones lineales de los observables de codigo y de los observables de la fase de portadora. En particular, la determinacion de los retardos ionosfericos de los observables permite mitigar los efectos de los retardos ionosfericos y la determinacion de la ubicacion del usuario de manera mas precisa (por debajo de 1 metro con un modelo de retardo ionosferico suficientemente preciso, es decir, con una incertidumbre en el retardo ionosferico de hasta aproximadamente varios cm en Li).
Los metodos anteriores de las realizaciones de la presente invencion pueden ser modificados mediante la recepcion simultanea y el procesamiento de las senales de GNSS de dos o mas sistemas de satelites (constelaciones), tales como GPS, GALILEO, GLONASS y otros. Por ello, tanto los tiempos de convergencia como las precisiones de ubicacion pueden ser mejorados. En tales casos, debe entenderse que los datos de servicio comprenden los elementos tal como los explicados anteriormente para cada constelacion. Por ejemplo, en un caso en el que se reciben senales de los satelites GPS y GALILEO, a los relojes del satelite para los satelites GPS y los relojes del satelite para los satelites GALILEO debenan serles proporcionados los datos de servicio.
Para los metodos del lado del usuario de las realizaciones anteriores de la presente invencion, es necesario proporcionar relojes de precision, orbitas precisas, desviaciones de codigo de retardo del satelite, un modelo ionosferico y, opcionalmente, las desviaciones de la fase del satelite al usuario.
A continuacion, la determinacion de los elementos de los datos de servicio tales como el modelo ionosferico se describiran con referencia a la figura 7 y la figura 8.
La figura 7 muestra un mapamundi de ejemplo que indica las ubicaciones de una pluralidad de estaciones de tierra fijas, comprendiendo cada una al menos un receptor GNSS. Cada una de estas estaciones de tierra fijas tiene ademas un medio de transmision y/o recepcion para intercambiar datos entre ellas. Esta transmision de datos puede, por ejemplo, realizarse a traves de cable, a traves de radio, o de otro medio de comunicacion que se le puede ocurrir al experto en la materia. De acuerdo con ello, las pluralidades de estaciones de tierra fijas forman una red de estaciones de tierra fijas. Entre la pluralidad de estaciones de tierra fijas, existe al menos una CPF o primera estacion, mientras que las restantes estaciones de tierra fijas se denominan segundas estaciones. Como se puede observar a partir del mapa de ejemplo, las distancias entre estaciones de tierra fijas vecinas pueden variar de varios cientos de kilometros a varios miles de kilometros.
Cada una de las segundas estaciones recibe senales transmitidas por los transmisores de GNSS a bordo de un numero de satelites de GNSS a la vista de la respectiva segunda estacion. Cada segunda estacion transmite a continuacion los datos de observacion correspondientes a la al menos una CPF. Este intercambio de datos de observacion puede ser llevado a cabo empleando el formato Intercambio independiente del receptor (RINEX - Receiver INdependent Exchange, en ingles) (o cualquier otro formato o medio de difusion adecuado para aplicacion en tiempo real) mediante el cual los datos de GNSS sin tratar, tal como son recibidos por las segundas estaciones, son transmitidos a la al menos una CPF. En la al menos una CPF, los datos de observacion recibidos de la pluralidad de segundas estaciones son procesados con el fin de obtener el modelo ionosferico. Un metodo para comprender el modelo ionosferico utilizando una red a escala regional de estaciones de tierra fijas que tienen receptores GNSS y que estan en contacto con una CPF, se conoce por ejemplo a partir del documento US 2006/0164297 A1. A partir de las senales de GNSS recibidas en cada segunda estacion, que fueron transmitidas por los transmisores GNSs a bordo de un numero de satelites de GNSS a la vista de la segunda estacion, es posible determinar el retardo ionosferico de cada senal de GNSS. Esto se puede llevar a cabo aplicando un proceso de estimacion recursivo, preferiblemente un filtro, mas preferiblemente un filtro de Kalman a un sistema de ecuaciones de observacion obtenidas a partir de las senales de GNSS. A partir de los retardos ionosfericos de las senales de GNSS, para cada senal de GNSS recibida, es posible determinar un contenido integrado de electrones libres a lo largo de la lmea de vision entre el receptor GNSs que recibe la senal y el transmisor GNSS a bordo del satelite de GNSS que transmite la senal, o un contenido de electrones libres en el interior de un cilindro alineado con la lmea de vision y que tiene un area de seccion transversal de, por ejemplo, un metro cuadrado (m2). A partir de ello, un modelo ionosferico indica un contenido de electrones libres totales resuelto mediante ubicacion de la ionosfera, o de manera correspondiente, una densidad resuelta mediante ubicacion de electrones libres en la ionosfera. De acuerdo
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con la presente invencion, el modelo puede indicar una densidad de electrones libres para una pluralidad de celulas de volumen de tamano predeterminado dentro de la ionosfera. Por ejemplo, la ionosfera se puede subdividir en una pluralidad de celulas de volumen o “voxeles” dispuestos en varias capas que rodean a la tierra, y el modelo ionosferico puede comprender la cantidad total de electrones libres o, de manera correspondiente, la densidad de electrones libres para cada celula de volumen. Ademas, es posible expandir una funcion de densidad dependiente de la ubicacion que indica la densidad de electrones libres en la ionosfera, en una pluralidad de funciones, tales como funciones ortogonales empmcas, armonicos esfericos o perfiles de Chapman, y el modelo ionosferico puede comprender los coeficientes de estas funciones. Debe entenderse que la enumeracion de estas funciones tiene solo naturaleza de ejemplo y que el experto en la materia puede pensar que es posible utilizar otras funciones ademas de las funciones mencionadas anteriormente para subdividir la ionosfera.
El metodo convencional descrito en el documento US 2006/0164297 A1 aplica a los sistemas de navegacion a escala regional. El metodo de la invencion para obtener los datos de servicio por otro lado esta adaptado a la tecnica de navegacion global descrita anteriormente y a la red a escala global de estaciones de tierra fijas. Ademas, el metodo de la invencion para obtener el modelo ionosferico a partir de los datos de observacion obtenidos en las segundas estaciones esta concebido para funcionamiento en tiempo real, y los datos de observacion son procesados en un modo no diferenciado por la al menos una CPF. Las ambiguedades de la fase de la portadora por otro lado son procesadas, asimismo, en un modo de doble diferencia, de tal manera que las ambiguedades de la fase de la portadora se convierten en cantidades enteras. Asimismo, de acuerdo con el metodo de la invencion, no solo el modelo ionosferico, sino todos los elementos de los datos de servicio, tales como los relojes de precision del satelite, las orbitas de satelite precisas, las desviaciones de codigo de retardo del satelite, las desviaciones de fase del satelite y el modelo ionosferico pueden ser obtenidos por la misma al menos una CPF asociada a una red de segundas estaciones. Es decir, la al menos una CPF puede ser configurada para proporcionar todos los elementos de los datos de servicio al usuario de una manera compatible. Para proporcionar tales datos de servicio, se han tenido que implementar varias modificaciones con respecto a los metodos convencionales. Estas modificaciones se explicaran a continuacion.
En primer lugar, es conocido que los satelites de GNSS bajo eclipse presentan grandes errores en su ubicacion predicha. En la tecnica anterior relativa a una red a escala regional de estaciones de tierra fijas, el efecto de tales errores es bastante limitado. No obstante, a escala global, estos errores, en particular en caso de errores de ubicacion en una direccion circular con respecto a la tierra resultan ser muy importantes. De acuerdo con ello, la al menos una CPF de acuerdo con la presente invencion puede comprender un modulo para la deteccion de satelites bajo eclipse. Asimismo, la al menos una CPF puede estar adaptada para detectar satelites que no se encuentran bajo eclipse, pero que sin embargo tienen grandes errores en su ubicacion predicha u orbita predicha. De acuerdo con ello, la al menos CPF comprende un modulo para la deteccion de satelites con grandes errores en sus orbitas predichas.
Ademas, cuando se procesan los datos obtenidos de una red a escala global de estaciones fijas, resulta necesario corregir las orbitas introducidas que se obtienen, por ejemplo, a partir del centro de control GPS o del centro de control GALILEO. De acuerdo con la presente invencion, las orbitas pueden ser ajustadas mediante un modelo de perturbacion de orbita basado en las soluciones analfticas de las ecuaciones dinamicas liberalizadas de Hill. De acuerdo con, la al menos una CPF puede comprender un modulo para la correccion de las orbitas de los satelites introducidas.
Dado que las ambiguedades de la fase de la portadora son procesadas tambien en un modo de doble diferencia, es preciso definir los receptores de referencia (o, de manera correspondiente las estaciones de tierra de referencia) y los transmisores de referencia (o, de manera correspondiente los satelites de referencia). Cuando se trabaja con una red a escala regional de estaciones de tierra fijas, en la cual la mayona del tiempo todos los satelites de GNSS considerados estan en una vista comun de todas las estaciones fijas, es suficiente definir una estacion de referencia y un satelite de referencia. A escala global, no obstante, es preciso definir mas de un satelite de referencia y mas de una estacion de referencia. De acuerdo con ello, la al menos una CPF puede comprender un modulo para la seleccion de receptores de referencia y/o un modulo para la seleccion de satelites de referencia.
En el metodo de navegacion de la invencion descrito anteriormente, los datos de servicio preferiblemente comprenden datos de la desviacion de la fase del satelite. La obtencion de los datos de desviacion de la fase de este satelite relativos a la parte fraccional de las ambiguedades del satelite requiere un proceso de filtrado exclusivo, que procesa los datos de observacion y los datos intermedios obtenidos mediante el preprocesamiento de los datos de observacion. De acuerdo con ello, la al menos una CPF comprende un modulo para la estimacion de la parte fraccional de las ambiguedades (modulo de calculo de ambiguedades fraccionales).
Finalmente, el metodo de navegacion de la invencion explicado anteriormente requiere el conocimiento de los relojes de precision del satelite, y el metodo de la invencion de proporcionar los elementos restantes de los datos de servicio requiere el conocimiento de los relojes de precision del receptor (relojes internos de las segundas estaciones). En ellos, los relojes de precision del satelite necesitan ser actualizados en el rover a intervalos de tiempo muy cortos, tfpicamente una vez cada epoca. Dado que los procesos de filtrado empleados para la entrega, por ejemplo, el modelo ionosferico avanza con escalas de tiempo de varios minutos, es necesario un proceso de filtrado rapido exclusivo para el calculo de los relojes de precision del satelite y de los relojes de receptor precisos.
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De acuerdo con ello, la al menos una PCF puede comprender ademas de un filtro lento tambien un filtro rapido con una escala de tiempo de aproximadamente un segundo.
La figura 8 muestra esquematicamente la disposicion del dispositivo de procesamiento central de la invencion. A un preprocesador 803 se le facilitan los datos de observacion 801 obtenidos en las segundas estaciones, y las orbitas precisas 802 predichas por un indicador de orbita con antelacion 810. El preprocesador 803 comprende el modulo para la deteccion de satelites bajo eclipse, y ademas detecta si se ha producido un deslizamiento de ciclo, y realiza una modelizacion relativa a los datos de observacion 801 obtenidos en las segundas estaciones. La salida del preprocesador 803 es proporcionada al filtro lento 804 y al filtro rapido 805. En el filtro lento 804, se determinan las ambiguedades sin ionosfera Bc y las ambiguedades ionosfericas Bi relativas a los datos de observacion, las correcciones troposfericas relativas a los datos de observacion, los coeficientes de Hill para corregir las orbitas del satelite (o cualquier otro conjunto de parametros de correccion de orbita), los relojes de precision del receptor, los relojes de precision del satelite, las desviaciones del codigo de retardo del satelite, las desviaciones del codigo de retardo del receptor y el modelo ionosferico. Una salida del filtro lento 804 es proporcionada a continuacion al modulo de calculo de ambiguedades fraccionales 806, y al filtro rapido 805, mientras que el modelo ionosferico 807 es proporcionado a un generador de mensajes 808. En el modulo de calculo de ambiguedades fraccionales 806, las desviaciones de fase de la portadora del satelite o, de manera correspondiente, la parte fraccional de las ambiguedades, se estima por medio de un proceso de filtrado basado en la salida del filtro lento 804. En el filtro rapido 805, los relojes de precision del receptor y los relojes de precision del satelite se estiman por medio de un proceso de filtrado pasado en la salida del filtro lento 804. La salida del filtro rapido 805 es a continuacion proporcionada al indicador de orbita con antelacion 810 que predice las orbitas precisas para su subsiguiente utilizacion, y al generador de mensajes 808. La salida del modulo de calculo de ambiguedades fraccionales 806 es proporcionada al generador de mensajes 808. Sobre la base de la entrada recibida desde el filtro lento 804, el filtro rapido 805 y el modulo de calculo de ambiguedades fraccionales 806, el generador de mensajes genera los datos de servicio 809 que comprenden datos del reloj del satelite que indican relojes internos de los satelites, datos de la orbita del satelite que indican ubicaciones de los satelites, datos de desviacion del codigo de retardo del satelite relativos a las desviaciones del codigo de retardo de los transmisores GNSS y datos del modelo ionosferico, que indican un estado de una ionosfera, y transmite los datos de servicio 809 a un usuario.
Dado que los diferentes elementos de los datos de servicio 809 cambian con diferentes escalas de tiempo, pueden ser transmitidos por la CPF a diferentes intervalos de tiempo, dando lugar a diferentes tasas de renovacion en el lado del usuario. Por ejemplo, la precision de los relojes del satelite mantenidos en el lado del usuario se degrada rapidamente en ausencia de datos renovados, mientras que el estado de la ionosfera tipicamente cambia con una escala de tiempo de horas, o al menos de decenas de minutos. De acuerdo con ello los relojes del satelite pueden ser transmitidos con la tasa de renovacion mas elevada, preferiblemente en cada epoca, las orbitas del satelite pueden ser transmitidas con una tasa de renovacion reducida, preferiblemente cada pocos minutos, las desviaciones del codigo de retardo del satelite y las ambiguedades de la parte fraccional del satelite pueden ser transmitidas con una tasa de renovacion mas reducida, preferiblemente cada varios minutos, y el modelo ionosferico puede ser transmitido asimismo con una tasa de renovacion de varios minutos.
La figura 9 ilustra esquematicamente un aparato para la determinacion de una ubicacion de un rover utilizando el metodo de la invencion. El numero de referencia 905 indica un medio para la recepcion de senales que son transmitidas por transmisores GNSS a bordo de un numero dado de satelites situados en el campo visual del aparato, el numero de referencia 910 indica un medio para la actualizacion de los datos de servicio, comprendiendo los datos de servicio datos de reloj del satelite que indican relojes internos de los satelites, indicando los datos de la orbita del satelite ubicaciones de los satelites, indicando los datos de desviacion del codigo del retardo del satelite relativos a las desviaciones de codigo de retardo de los transmisores GNSS y los datos del modelo ionosferico un estado de una ionosfera, el numero de referencia 915 indica un medio para la determinacion, sobre la base de los datos del modelo ionosferico, indicando los datos del retardo ionosferico correcciones relativas a los retardos de las senales, resultando los retardos de las senales de un paso de las senales a traves de la ionosfera entre la transmision de las senales desde los transmisores GNSS y la recepcion de las senales por el medio para la recepcion de senales, y el numero de referencia 920 indica un medio para la determinacion de una ubicacion del aparato sobre la base de las senales, de los datos del reloj del satelite, de los datos de la orbita del satelite, de los datos de desviacion del retardo del satelite y de los datos de retardo ionosferico.
En lo anterior, se han descrito realizaciones preferidas de la presente invencion. Las caractensticas, componentes y detalles espedficos de los aspectos de la invencion descritos anteriormente pueden ser intercambiados o combinados para formar otros aspectos optimizados para la respectiva aplicacion. En la medida en la que esas modificaciones son evidentes para un experto en la materia, seran descritas implfcitamente mediante la presente descripcion sin, para ser concisos, especificar de manera explfcita cada posible combinacion. Ademas, debe observarse que las etapas del metodo y el medio del aparato que se han descrito anteriormente se pueden realizar mediante hardware, software, o combinaciones de los mismos.
Claims (12)
- 51015202530354045REIVINDICACIONES1. Metodo para la determinacion de una ubicacion de un objeto, que tiene un receptor de Sistema global de navegacion por satelite (GNSS), comprendiendo el metodo las etapas de;- recepcion de senales por el receptor GNSS que son transmitidas por los transmisores GNSS (GNSSe1 a GNSSEn) situados a bordo de satelites (SAT1 a SATn) que estan situados en el campo visual del objeto;- actualizacion de los datos de servicio en el objeto, siendo los datos de servicio proporcionados por un proveedor de servicios de GNSS y que incluyen:datos del reloj del satelite que indican relojes internos de los satelites (SAT1, a SATn); datos de la orbita del satelite que indican las ubicaciones de los satelites (SATi a SATn);datos de desviacion del codigo de retardo del metodo relativos a las desviaciones del codigo de retardo de los transmisores GNSS (GNSSE1 a GNSSEn); ydatos del modelo ionosferico que indican un estado de una ionosfera;- determinacion sobre la base de los datos del modelo ionosferico, indicando los datos del retardo ionosferico correcciones relativas a los retardos de las senales, resultando los retardos de las senales de un paso de las senales a traves de la ionosfera entre la transmision de las senales desde los transmisores GNSS (GNSSei a GNSSEn) y la recepcion de las senales por el receptor GNSS (SURgnss);- obtencion de los datos de observacion del codigo de las senales, siendo los datos de observacion del codigo relativos a los datos transmitidos con las senales y que comprenden observables del codigo relativos a los datos transmitidos con las senales;- obtencion de datos de observacion de fase de la portadora de las senales, siendo los datos de observacion de la fase de la portadora relativos a las fases de la portadora de las senales y comprendiendo observables de la fase de la portadora relativos a la fase de la portadora de las senales; y- determinacion de una senal del objeto sobre la base de los datos del reloj del satelite, de los datos de la orbita del satelite, de los datos de desviacion del codigo del retardo del satelite, de los datos de retardo ionosferico determinados, de los datos de observacion del codigo obtenidos a partir de las senales y de los datos de observacion de la fase de la portadora obtenidos de las senales,en el que todos los observables del codigo y todos los observables de la fase de la portadora implicados en la etapa de determinacion de la senal del objeto son procesados de un modo no diferenciado,caracterizado por que en la etapa de determinacion de la ubicacion del objeto se procesan al menos una combinacion lineal de observables que no es sin ionosfera, y adicionalmente una combinacion lineal de observables que es sin ionosfera.
- 2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende ademas al menos una de las etapas de:- determinacion de un retardo ionosferico de un observable de codigo;- determinacion de un retardo ionosferico de un observable de la fase de la portadora;- determinacion de un retardo ionosferico de una combinacion de observables de codigo sin geometna; y- determinacion de un retardo ionosferico de una combinacion sin geometna de observables de la fase de laportadora.
- 3. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que los datos de servicio comprenden ademas datos de desviacion de la fase del satelite relativos a las desviaciones de la fase de la portadora de los transmisores GNSS (GNSSE1 a GNSSEn); yla etapa de determinacion de la ubicacion del objeto comprende ademas una etapa de determinacion de los datos de ambiguedad de la fase de la portadora que indican, para al menos una senal, un recuento de ciclos completos comprendidos en una diferencia de fase entre la fase de una portadora de la senal en un tiempo de transmision y la fase de una portadora de la senal en un tiempo de recepcion basada en los datos de observacion de la fase de la portadora y en los datos de desviacion de la fase del satelite.
- 4. El metodo de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que en la etapa de determinacion de la ubicacion del objeto se ejecuta al menos un proceso de estimacion recursivo.51015202530354045
- 5. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que, en cada etapa del al menos un proceso de estado de estimacion recursivo, los datos de estado, que comprenden al menos uno de la ubicacion del objeto y de los datos de ambiguedad de la fase de la portadora, son estimados sobre la base de las senales, de los datos del reloj del satelite, de los datos de la orbita del satelite, de los datos del retardo ionosferico y de una estimacion de los datos de estado estimados en la etapa previa.
- 6. El metodo de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, en el que los datos del modelo ionosferico comprenden datos de fiabilidad del modelo ionosferico relativos a una fiabilidad dependiente de la ubicacion de los datos del modelo ionosferico, y la etapa de determinacion de la ubicacion del objeto esta basada tambien en los datos de fiabilidad del modelo ionosferico.
- 7. El metodo de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos una estacion de tierra fija sirve como instalacion de procesamiento central;una pluralidad de estaciones de tierra fijas que disponen cada una de un receptor GNSS sirven como estaciones de red;la al menos una instalacion de procesamiento central y la pluralidad de estaciones de red forman una red; los datos de servicio son obtenidos por la red y transmitidos al objeto; y la obtencion de los datos del modelo ionosferico comprende las etapas de:- recepcion en las estaciones de red de senales de al menos dos frecuencias diferentes transmitidas por transmisores GNSS a bordo de una pluralidad de satelites dispuestos en el campo visual de al menos una de las estaciones de red;- determinacion de los datos de retardo ionosferico de red indicativos de correcciones relativas a los retardos de las senales recibidas en las estaciones de red, resultando los retardos de las senales recibidas en las estaciones de red de un paso de las senales recibidas en las estaciones de red a traves de la ionosfera; y- determinacion de los datos del modelo ionosferico a partir de los datos del retardo ionosferico.
- 8. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que la determinacion de los datos del modelo ionosferico comprende ademas las etapas de:- expansion de la densidad numerica de electrones libres en la ionosfera en una pluralidad de funciones; y- estimacion de los datos del contenido en electrones que indican los coeficientes de la pluralidad de funciones sobre la base de los datos del retardo ionosferico de la red.
- 9. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 7 u 8, en el que los datos geodesicos relativos al menos a uno de los relojes internos de la pluralidad de satelites, las ubicaciones de la pluralidad de satelites, las desviaciones del codigo de retardo y los transmisores GNSS a bordo de la pluralidad de satelites y las desviaciones de la fase de la portadora de los transmisores GNSS a bordo de la pluralidad de satelites, y los datos ionosfericos relativos a un estado de la ionosfera, son procesados simultaneamente mediante un primer proceso de estimacion que tiene diferentes velocidades de procesamiento y que interaction entre si
- 10. El metodo de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, en el que una tasa de renovacion del reloj del satelite, una tasa de renovacion de los datos de la orbita del satelite y una tasa de renovacion del modelo ionosferico, indicando respectivamente una tasa con la cual los datos del reloj del satelite son actualizados de manera continua en el objeto, una tasa con la cual los datos de la orbita del satelite son actualizados de manera continua en el objeto y una tasa con la cual los datos del modelo ionosferico son actualizados de manera continua en el objeto, son elegidos de tal manera que la tasa de renovacion de los datos del reloj del satelite es mayor que la tasa de renovacion de los datos de la orbita del satelite, y la renovacion de los datos del reloj del satelite es mayor que la tasa de renovacion de los datos del modelo ionosferico.
- 11. Aparato para la determinacion de una ubicacion, comprendiendo el aparato:- medios para la recepcion de senales (905) que son transmitidas por los transmisores del GNSS (GNSSei a GNSSEn) a bordo de un numero dado de satelites (SAT1 a SATn) situados en el campo visual del aparato;- medios para la actualizacion de los datos de servicio (910), siendo los datos de servicio proporcionados por un proveedor de servicios de GNSS y que incluyen:datos del reloj del satelite que indican los relojes internos de los satelites (SAT1 a SATn); datos de la orbita del satelite que indican las ubicaciones de los satelites (SAT1 a SATn);510152025datos de la desviacion del codigo de retardo del satelite relativos a las desviaciones del codigo de retardo de los transmisores GNSS (GNSSei a GNSSEn); ydatos del modelo ionosferico que indican un estado de una ionosfera;- medios para la determinacion (915), sobre la base de los datos del modelo ionosferico, de los datos del retardo ionosferico que indican correcciones relativas a los retardos de las senales, resultando los retardos de las senales de un paso de las senales a traves de la ionosferico entre la transmision de las senales desde los transmisores GNSS (GNSSei a GNSSEn) y la recepcion de las senales por el medio de recepcion de senales (905);- medios para la obtencion de los datos de observacion del codigo a partir de las senales, siendo los datos de observacion del codigo relativos a los datos transmitidos con las senales y que comprenden observables del codigo relativos a los datos transmitidos con las senales;- medios para la obtencion de datos de observacion de la fase de la portadora a partir de las senales, siendo los datos de observacion de la fase de la portadora relativos a las fases de la portadora de las senales y que comprenden observables de la fase de la portadora relativos a la fase de la portadora de las senales; y- medios para la determinacion de una ubicacion (920) del aparato sobre la base de las senales, siendo los datos del reloj del satelite, los datos de la orbita del satelite, los datos de desviacion del codigo del retardo del satelite, los datos del retardo ionosferico determinado, los datos de observacion del codigo obtenidos a partir de las senales y los datos de observacion de la fase de la portadora obtenidos a partir de las senales,en el que el medio para la determinacion de una ubicacion (920) estan configurados para procesar todos los observables del codigo y todos los observables de la fase de la portadora de un modo no diferenciado,caracterizado por que el medio para la determinacion de una ubicacion (920) esta ademas configurado para procesar al menos una combinacion lineal de observables que no es sin ionosfera y, adicionalmente, una combinacion lineal de observables que es sin ionosfera.
- 12. Un sistema que comprende el aparato de la reivindicacion 11, y una red formada por al menos una instalacion de procesamiento central que es una estacion de red fija y una pluralidad de estaciones de red que son estaciones de red fijas y que tienen cada una un receptor GNSS, en el quela al menos una instalacion de procesamiento central y la pluralidad de estaciones de red forman una red; y los datos de servicio son obtenidos por la red y transmitidos al aparato.
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