PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACION DE LIMITE DE PROTECCION ALREDEDOR DE UNA POSICION DE UN CUERPO MOVIL CALCULADA A PARTIR DE SEÑALES DE SATELITES.

- Procedimiento para la determinación de límite de protección alrededor de una posición X1 de un cuerpo móvil dotado de un receptor de señales de satélites,

siendo calculada la posición X1 a partir de pseudodistancias calculadas a partir de datos de posición y de tiempo, procedentes de señales transmitidas por una constelación de satélites, comprendiendo el procedimiento la etapa de calcular un límite de protección VPL1 en una primera dirección desde la posición X1, caracterizado porque el procedimiento comprende además las etapas de: - calcular un margen MMM+, que corresponde a un desfase de la posición calculada con relación a una posición real XF del cuerpo móvil, que se encuentre en la primera dirección y que sea debido a reflexiones de las señales en el curso de su transmisión, - calcular un segundo límite de protección VPL2 sobre la posición calculada en una segunda dirección opuesta a la primera dirección desde la posición calculada, incorporándole el margen

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E08290620.

Solicitante: SAGEM DEFENSE SECURITE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: LE PONANT DE PARIS 27, RUE LEBLANC 75015 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: VACHER,CHARLIE.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 26 de Junio de 2008.

Fecha Concesión Europea: 11 de Agosto de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01S19/20 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01S LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION; DETERMINACION DE LA DISTANCIA O DE LA VELOCIDAD MEDIANTE EL USO DE ONDAS DE RADIO; LOCALIZACION O DETECCION DE PRESENCIA MEDIANTE EL USO DE LA REFLEXION O RERRADIACION DE ONDAS DE RADIO; DISPOSICIONES ANALOGAS QUE UTILIZAN OTRAS ONDAS.G01S 19/00 Sistemas de posicionamiento por satélite; Determinación de la posición, de la velocidad o de la actitud por medio de señales transmitidas por tales sistemas. › Monitorización de la integridad, detección o aislamiento de fallos del segmento espacial.
  • G01S19/22 G01S 19/00 […] › Problemas relacionados con multitrayectos.

Clasificación PCT:

  • G01S1/00 G01S […] › Balizas o sistemas de balizas que transmiten señales que tienen una o más características que pueden ser detectadas por receptores no direccionales y que definen direcciones, posiciones o líneas de posición fijas con relación a los transmisores de las balizas; Receptores asociados a ellas (fijación de la posición mediante la coordinación de una pluralidad de determinaciones de líneas de posición o direcciones G01S 5/00).

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACION DE LIMITE DE PROTECCION ALREDEDOR DE UNA POSICION DE UN CUERPO MOVIL CALCULADA A PARTIR DE SEÑALES DE SATELITES.

Fragmento de la descripción:

La presente invención se refiere a un procedimiento para la determinación de límite de protección alrededor de una posición de un cuerpo móvil calculada a partir de datos de satélites o satelitarios. Este procedimiento puede ser puesto en práctica en especial para la localización de un vehículo, por ejemplo, en el sistema de posicionamiento global conocido con la abreviatura GPS (“Global Positioning System”).

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

De manera clásica, la localización de un vehículo, tal como una aeronave, se realiza a partir, por una parte, de datos facilitados por una central de medición embarcada o situada a bordo de la aeronave (incluyendo, por ejemplo, una central de inercia y un altímetro barométrico) y por otra parte, mediante datos procedentes de señales satelitarias que proceden de una serie o constelación de satélites en órbita alrededor de la Tierra. Los datos procedentes de señales satelitarias son distancias (o pseudodistancias) que separan la aeronave de los satélites emisores de las señales satelitarias, que son calculados a partir de la posición de los satélites y del tiempo necesarios para las señales para llegar hasta la aeronave.

El tratamiento combinado de estos datos, por ejemplo, por

medio de un filtro de cálculo de tipo KALMAN, permite determinar el estado de la aeronave, es decir, en especial una posición precisa próxima a la posición real de la aeronave, la velocidad y la altitud de la misma.

Entre las recepciones de señales satelitarias, la posición de la aeronave es extrapolada o estimada a partir de los datos inerciales aplicados a la última posición calculada. La posición calculada de este modo es recalculada periódicamente para cada recepción de señales satelitarias.

No obstante, la precisión de la posición calculada es muy sensible a los fallos del conjunto o constelación de satélites, es decir, en caso de un fallo de un satélite que afectaría a la exactitud de los datos transmitidos y que no sería detectado o en caso de un fallo simultáneo o de un fallo consecutivo de dos satélites de la constelación (el riesgo de fallo simultáneo de tres satélites es tan reducido que en general se desprecia).

Por esta razón, es habitual facilitar al piloto de la aeronave un límite o un volumen, llamado de protección, centrado sobre la posición calculada y que es representativo de la precisión de esta posición, teniendo en cuenta el riesgo de fallo de uno o de dos satélites. El volumen global de protección es un cilindro de eje vertical definido por su radio y su altura, usualmente designados HPL y VPL. La posición real de la aeronave, si no coincide exactamente con la posición calculada, tiene una probabilidad, como máximo, igual a un umbral de seguridad

aceptable (o riesgo de integridad) de encontrarse fuera del volumen global de protección.

El cálculo del volumen de protección supone definir el riesgo de integridad teniendo en cuenta la probabilidad de ausencia de fallo, de la aparición de un fallo y de la aparición de dos fallos de la constelación de satélites. El cálculo del volumen de protección correspondiente en cada caso se basa en la distribución estadística del error de posición. El volumen global de protección está determinado de manera tal que el riesgo de integridad sea, por lo menos, igual a la probabilidad para la que la posición real se encuentre dentro del volumen de protección. Existen varios métodos de cálculo del volumen de protección. El documento US–A—2004239560 describe uno de estos métodos de cálculo.

Los fallos de la constelación de satélites no son, no obstante, los únicos sucesos que pueden afectar la precisión de la posición calculada. Así, por ejemplo, ocurre que las señales sufren reflexiones, por ejemplo, sobre el relieve, en el curso de la trayectoria de las señales hacia el vehículo. Estas reflexiones (se habla en general de trayectoria múltiple) aumentan la duración que separa la emisión de las señales por los satélites y la recepción de las mismas por la aeronave y falsean el cálculo de las pseudistancias. En las figuras 2 y 3 se han representado dos ejemplos extremadamente simplificados que muestran el impacto de estas reflexiones sobre el cálculo de la componente vertical de la posición de una aeronave a

partir únicamente de dos satélites. Las líneas (y7)y(y7')

representan las pseudodistancias que separan la aeronave de un satélite (2.7) respectivamente en ausencia de trayectorias múltiples y en presencia de trayectorias múltiples, representando la línea (y8) la pseudodistancia que separa la aeronave de un satélite (2.8) en ausencia de trayectoria múltiple. La posición justa (Xj) de la aeronave se encuentra en la intersección de las líneas (y7)y(y8). Se puede apreciar en la figura 2, en la que la aeronave se encuentra entre satélites muy separados, que la posición justa (Xj) se encuentra por encima de la posición falseada (XF), mientras que ocurre al revés en la figura 3, en la que los satélites se encuentran próximos. Este último caso es particularmente inconveniente en el caso de una aeronave para la que la precisión en el componente vertical con respecto a la superficie terrestre es esencial.

En los procedimientos actuales, el límite de protección vertical es idéntico hacia arriba o hacia abajo, mientras que, como se ha indicado en lo anterior, la imprecisión en uno u otro sentido no tiene las mismas consecuencias, en particular, en ciertas circunstancias, en especial para una aeronave en vuelo de baja altura o en fase de aterrizaje. Además, en los procedimientos actuales, el límite de protección vertical no es estable frente a las trayectorias múltiples.

El documento EP-A-1729145 describe un procedimiento para determinar el límite de protección en presencia de trayectorias múltiples.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Un objeto de la invención es el de dar a conocer un medio que permita afinar el cálculo de los límites de protección en dos direcciones opuestas.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

A estos efectos se prevé, según la invención, un procedimiento de determinación de límite de protección alrededor de una posición X1 de un cuerpo móvil dotado de un receptor de señales de satélites, siendo calculada la posición X1 a partir de pseudodistancias calculadas a partir de datos de posición y datos temporales procedentes de señales transmitidas por una constelación o serie de satélites, comprendiendo el procedimiento la etapa de calcular un límite de protección VPL1 en una primera dirección desde la posición X1, comprendiendo el procedimiento además las siguientes etapas:

- calcular un margen MMM+ correspondiente a un desplazamiento de la posición calculada con relación a una posición real (X) del cuerpo móvil, que se encuentre en la primera dirección y que sea debido a reflexiones de señales en el curso de su transmisión,

- calcular un segundo límite de protección PL2 sobre la posición calculada en una segunda dirección opuesta a la primera dirección desde la posición calculada, incorporando en la misma el margen.

El término “dirección” se utiliza en este caso en su sentido habitual (similar al de vector) para indicar la orientación desde un origen hacia un punto determinado

paralelamente a una recta que pasa por el origen y este

punto. De este modo, considerando el eje vertical, dos direcciones opuestas designan respectivamente hacia arriba y hacia abajo paralelamente a este eje. En el procedimiento de la invención, el límite de protección en la segunda dirección incorpora un margen para tener en cuenta reflexiones de señales. De esta manera, es posible tener en la primera y en la segunda direcciones límites de protección distintos según el carácter crítico de un error en estas direcciones.

Preferentemente, el cálculo de posición X1 a partir de las pseudodistancias que se efectúa utilizando una matriz Hv de observación de la constelación integrando parámetros posicionales y temporales, el cálculo del margen MMM+ y del segundo límite de protección VPL2 comprende las siguientes etapas:

- estimar una desviación de reloj del receptor y determinar un impacto máximo bmax de las reflexiones con respecto a desviación de reloj estimada,

- corregir las pseudodistancias con la desviación de reloj estimada,

- calcular un error máximo ΔY'...

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la determinación de límite de protección alrededor de una posición X1 de un cuerpo móvil dotado de un receptor de señales de satélites, siendo calculada la posición X1 a partir de pseudodistancias calculadas a partir de datos de posición y de tiempo, procedentes de señales transmitidas por una constelación de satélites, comprendiendo el procedimiento la etapa de calcular un límite de protección VPL1 en una primera dirección desde la posición X1, caracterizado porque el procedimiento comprende además las etapas de:

- calcular un margen MMM+, que corresponde a un desfase de la posición calculada con relación a una posición real XF del cuerpo móvil, que se encuentre en la primera dirección y que sea debido a reflexiones de las señales en el curso de su transmisión,

- calcular un segundo límite de protección VPL2 sobre la posición calculada en una segunda dirección opuesta a la

primera dirección desde la posición calculada, incorporándole el margen. 2.Procedimiento, según la reivindicación 1, en el

que el cálculo de la posición X1 a partir de pseudodistancias es efectuado utilizando una matriz Hv de observación de la constelación que integra parámetros posicionales y temporales, comprendiendo el cálculo del margen MMM+ y del segundo límite de protección VPL2 las etapas:

- estimación de una desviación de reloj

**(Ver fórmula)**

del receptor y determinar un impacto máximo bmax de las reflexiones sobre la desviación de reloj estimada,

- corregir las pseudodistancias con la desviación de reloj estimada,

- calcular un error máximo ΔY' sobre las pseudodistancias corregidas debidas al impacto máximo bmax

- calcular una segunda posición X2 a partir de las pseudodistancias corregidas y de una submatriz HF de la matriz de observación Hv, integrando la submatriz HF los parámetros posiciones solamente,

- calcular el margen MMM+ a partir de la pseudoinversa G' de la submatriz HF y del error máximo ΔY,

- calcular el segundo límite de protección VPL2 añadiendo al primer límite de protección VPL1 el margen MMM+ y una distancia entre la primera posición P1 y la segunda posición P2 paralelamente a las direcciones.

3. Procedimiento, según la reivindicación 1, que comprende la etapa de realizar una suma de los límites de protección y la etapa de calcular una posición centrada con respecto a esta suma.

4. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el cuerpo móvil es una aeronave y las direcciones son verticales.

5. Procedimiento, según la reivindicación 4, en el que la segunda dirección está orientada hacia abajo.

6. Procedimiento, según la reivindicación 1, que comprende la etapa de incorporar al primer límite de protección PL1 un margen MMM-que corresponde a un desfase,

de la posición calculada X1 con respecto a la posición real X, que se encuentre en la segunda dirección y que sea debido a reflexiones de señales.


 

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