Calibración de frecuencia de reloj local usando satélites de órbita terrestre baja (LEO).

Un método de transferencia de estabilidad de frecuencia desde un satélite hasta un dispositivo (102),

comprendiendo el método:

recibir una señal (105) a partir del satélite;

determinar una fase de códigos a partir de la señal de satélite (105), donde

el satélite es un satélite de órbita terrestre baja (LEO) (104) que tiene una frecuencia de reloj,la señal comprende una pluralidad de tramas de mensaje, teniendo cada una (i) un número ordinal y (ii) al menosun mensaje de estructura de transferencia de señales horarias (300) que tiene un código pseudoaleatorio único,y

la fase de código se corresponde con el número ordinal de la trama de mensaje cuyo mensaje de estructura detransferencia de señales horarias se identifica a través de su código pseudoaleatorio único;

recibir una información de ayuda; y

calibrar una frecuencia de un reloj local del dispositivo (102) para sincronizar la frecuencia de reloj local con lafrecuencia de reloj de satélite,

donde la calibración comprende medir una frecuencia de la señal de satélite (105) usando la fase de código y lainformación de ayuda.

Calibración de frecuencia de reloj local usando satélites de órbita terrestre baja (Leo)

Campo de la técnica La presente divulgación se refiere, en general, a sistemas por satélite y, de forma más particular, a la calibración de frecuencia usando sistemas por satélite.

Antecedentes Muchos tipos de dispositivos electrónicos de mano -tal como teléfonos celulares, asistentes personales digitales (PDA, personal digital assistant) , receptores de Sistema Global de Determinación de posición (GPS, Global Positioning System) , u otros receptores radioeléctricos -pueden usarse para proporcionar un número de servicios 15 basados en la ubicación. Por ejemplo, una persona de compras en un centro comercial puede ser capaz de recibir información acerca de, e indicaciones para llegar a, tiendas cercanas a ella que tengan una rebaja sobre un artículo particular que la compradora esté buscando, en función del dispositivo, por ejemplo, un teléfono celular, “conociendo” su ubicación actual en el interior del centro comercial. O esta puede ser capaz de ir de tiendas con otras personas amigas que puedan realizar un seguimiento mutuo de las ubicaciones de cada una de los otras, o puede existir cualquier cantidad de innumerables posibilidades diferentes, basadas en que los dispositivos sean capaces de ubicar de forma precisa sus propias posiciones, dicho de otra forma, de navegar de forma precisa.

Para usar el ejemplo del teléfono celular, la provisión de servicios basados en la ubicación puede depender de que el teléfono celular tenga la capacidad de hacer uso de señales de navegación y de sincronismo provistas por 25 diversos sistemas de navegación por satélite existentes, tal como GPS. En muchas situaciones en las que las señales de satélite pueden estar obstruidas, no obstante, estos sistemas por satélite habitualmente no proporcionan un rendimiento de sistema lo bastante satisfactorio, por ejemplo, potencia de señal, para posibilitar unos servicios basados en la ubicación fiables. Por ejemplo, las señales de satélite de navegación pueden adolecer de una atenuación extrema en el interior de edificios, tal como en el ejemplo del centro comercial que se ha dado en lo que antecede, y otros entornos de alto bloqueo, por ejemplo, ubicaciones rodeadas por estructuras de edificios. Además, las señales de satélite de navegación pueden estar sometidas a otros efectos, tal como desvanecimiento por lluvia; distorsión por trayectos múltiples, por ejemplo, en torno a edificios altos; interferencias deliberadas, por ejemplo, en contextos militares; y atenuación a través de vegetación densa.

Algunos sistemas de servicios basados en la ubicación y sistemas de navegación han intentado abordar las deficiencias de navegación en interiores mediante el uso de diversos enfoques, por ejemplo, sistemas de navegación inercial, balizas especializadas, y sistemas de GPS sumamente sensibles. Los sistemas de navegación inercial, no obstante, presentan deriva y son costosos. Las balizas requieren unos activos fijos especializados que son costosos y que no están normalizados, teniendo de este modo solo una utilidad especializada. Los sensibles sistemas GPS no funcionan, en general, de acuerdo con las expectativas del usuario debido a su continuada incapacidad para superar de manera fiable la debilidad de las señales de GPS en entornos en interiores. Otros enfoques de navegación basados, por ejemplo, en señales de teléfono celular o de televisión carecen, habitualmente, de información de navegación vertical.

Como resultado, existe una necesidad de mejorar la sensibilidad de la recepción de las señales de navegación, por ejemplo las señales de GPS, para los dispositivos de mano, tal como teléfonos celulares, PDA, navegadores por GPS, u otros receptores portátiles radioeléctricos de tal modo que los servicios basados en la ubicación y la navegación en interiores puedan proporcionarse de manera fiable. Además, existe una necesidad de proporcionar tal sensibilidad de recepción de señales de navegación dentro de las ajustadas restricciones (por ejemplo, requisitos 50 de volumen, de peso y de disipación de potencia limitados) de los dispositivos de mano.

La patente de los Estados Unidos 5.365.450 divulga un sistema global de determinación de posición (GPS) en el que una pluralidad de satélites en órbita terrestre transmiten información de posición a estaciones radioeléctricas móviles en tierra, con un canal digital de radiodifusión de datos de posición de satélite de fuente separada y uno o más 55 canales de comunicación separados de servicio de marcación para ayudar a que la estación radioeléctrica móvil acceda a información de posición a partir de los satélites.

La patente de los Estados Unidos 6.178.195 B1 divulga un método y aparato para detectar y realizar un seguimiento de señales de espectro ensanchado, tal como las señales del Sistema Global de Determinación de posición (GPS) ,

incluyendo obtener en primer lugar información de referencia de frecuencia y de sincronismo de precisión a partir de una señal secundaria de potencia relativamente alta, tal como la que emana de un satélite de un sistema de comunicaciones por satélite de órbita terrestre baja (LEO, low earth orbit) , y usar entonces tal información de referencia para realizar una detección de banda estrecha de la señal de espectro ensanchado de GPS.

Sumario En un primer aspecto de la invención, se proporciona un método tal como se define en la reivindicación 1 de las reivindicaciones adjuntas. En un segundo aspecto, se proporciona una unidad de recepción tal como se define en la 5 reivindicación 11.

De acuerdo con una realización, un método de transferencia de estabilidad de frecuencia desde un satélite hasta un dispositivo incluye recibir una señal a partir del satélite; determinar una fase de código a partir de la señal de satélite; recibir una información de ayuda; y calibrar una frecuencia de un reloj local del dispositivo usando la fase de código y la información de ayuda para sincronizar de manera sustancial la frecuencia de reloj local con una frecuencia de reloj de satélite.

De acuerdo con otra realización, una unidad de recepción incluye una antena adaptada para recibir una señal a partir de un satélite; un reloj local; un convertidor de analógico a digital (A / D) adaptado para muestrear datos a partir de un mensaje de estructura de transferencia de señales horarias en la señal de satélite; una memoria adaptada para almacenar información de ayuda; y un ordenador adaptado para determinar una fase de código usando los datos muestreados y determinar una corrección de frecuencia para el reloj local usando la fase de código y la información de ayuda para sincronizar de manera sustancial la frecuencia de reloj local con una frecuencia de reloj del satélite.

De acuerdo con otra realización, un método de recepción de una señal de Sistema Global de Determinación de posición (GPS) en entornos atenuados incluye la detección de una estructura de tramas de una señal de satélite de órbita terrestre baja (LEO) ; alinear un reloj local con la estructura de tramas; generar una pluralidad de estimadas de tiempo separadas de forma respectiva de acuerdo con la estructura de tramas; proporcionar unas respectivas de las estimadas de tiempo a unos respectivos de una pluralidad de correladores paralelos; alinear en el tiempo los correladores paralelos usando las estimadas de tiempo; y usar una estimada de tiempo a partir de los correladores alineados en el tiempo para realizar un seguimiento automático de la señal de GPS.

El alcance de la invención se define por las reivindicaciones, que se incorporan a esta sección por referencia. A los expertos en la materia se les proporcionará una comprensión más completa de las realizaciones de la presente invención, así como una realización de ventajas adicionales de la misma, al considerar la siguiente descripción detallada de una o más realizaciones. Se hará referencia a las hojas adjuntas de dibujos, que en primer lugar se describirán con brevedad.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 es un diagrama pictórico que ilustra una visión de conjunto de un sistema de navegación que es capaz de funcionar en entornos obstruidos o con interferencias deliberadas de acuerdo con una realización de la presente invención.

La figura 2 es un diagrama de bloques de una unidad de recepción de acuerdo con una realización de la presente invención.

La figura 3 es un diagrama de señal de sincronismo que ilustra una señal de estructura de transferencia de 45 señales horarias de un satélite de órbita terrestre baja (LEO) de acuerdo con una realización de la presente invención.... [Seguir leyendo]

1. Un método de transferencia de estabilidad de frecuencia desde un satélite hasta un dispositivo (102) , comprendiendo el método:

recibir una señal (105) a partir del satélite; determinar una fase de códigos a partir de la señal de satélite (105) , donde el satélite es un satélite de órbita terrestre baja (LEO) (104) que tiene una frecuencia de reloj, la señal comprende una pluralidad de tramas de mensaje, teniendo cada una (i) un número ordinal y (ii) al menos un mensaje de estructura de transferencia de señales horarias (300) que tiene un código pseudoaleatorio único, y la fase de código se corresponde con el número ordinal de la trama de mensaje cuyo mensaje de estructura de transferencia de señales horarias se identifica a través de su código pseudoaleatorio único; recibir una información de ayuda; y

calibrar una frecuencia de un reloj local del dispositivo (102) para sincronizar la frecuencia de reloj local con la frecuencia de reloj de satélite, donde la calibración comprende medir una frecuencia de la señal de satélite (105) usando la fase de código y la información de ayuda.

2. El método de la reivindicación 1, donde:

la calibración comprende corregir la frecuencia de reloj local para compensar un desplazamiento por efecto Doppler asociado con el movimiento relativo del satélite y el dispositivo.

3. El método de la reivindicación 1, donde la calibración comprende:

corregir la frecuencia medida de la señal de satélite para compensar un desplazamiento por efecto Doppler asociado con el movimiento relativo del satélite y el dispositivo; determinar la frecuencia de reloj de satélite; y generar una corrección de frecuencia para la frecuencia de reloj local usando la frecuencia de reloj de satélite y la frecuencia medida corregida de la señal de satélite.

4. El método de la reivindicación 1, donde:

la señal de satélite comprende una pluralidad de tramas de mensaje, donde cada trama de mensaje comprende un mensaje de estructura de transferencia de señales horarias.

5. El método de la reivindicación 4, donde:

cada trama de mensaje comprende además unos bits de cabida útil asociados con datos de comunicación.

6. El método de la reivindicación 4, donde:

la determinación de la fase de código comprende identificar un código que es único para cada uno de los 45 mensajes de estructura de transferencia de señales horarias de al menos una de las tramas de mensaje.

7. El método de la reivindicación 6, donde:

el código es un código binario que tiene un conjunto de códigos, donde la correlación cruzada entre distintos miembros del conjunto de códigos es relativamente baja y la autocorrelación para cada miembro individual del conjunto de códigos es relativamente alta.

8. El método de la reivindicación 1, donde:

la información de ayuda comprende una información de órbita de satélite.

9. El método de la reivindicación 1, que además comprende:

usar la frecuencia de reloj local calibrada para realizar un seguimiento automático de una señal de Sistema Global de Determinación de posición (GPS) ; y determinar una posición del dispositivo usando la señal de GPS.

10. El método de la reivindicación 1, donde:

11. Una unidad de recepción (102) que comprende:

la calibración comprende calcular una velocidad de variación de distancia a partir de un modelo orbital del satélite de LEO y una ubicación aproximada del dispositivo.

una antena adaptada para recibir una señal a partir de un satélite (104) , donde el satélite es un satélite de órbita terrestre baja (LEO) (104) que tiene una frecuencia de reloj, y

la señal comprende una pluralidad de tramas de mensaje, teniendo cada una (i) un número ordinal, y (ii) al menos un mensaje de estructura de transferencia de señales horarias (300) que tiene un código pseudoaleatorio único; un reloj local; un convertidor de analógico a digital (A / D) adaptado para muestrear datos a partir del mensaje de estructura de transferencia de señales horarias en la señal de satélite; una memoria adaptada para almacenar información de ayuda; y un ordenador adaptado para determinar una fase de código usando los datos muestreados, donde:

la fase de código se corresponde con el número ordinal de la trama de mensaje cuyo mensaje de estructura de transferencia de señales horarias se identifica a través de su código pseudoaleatorio único; y el ordenador está adaptado además para medir una frecuencia de la señal de satélite usando la fase de código y la información de ayuda para determinar una corrección de frecuencia para el reloj local para sincronizar la frecuencia de reloj local con la frecuencia de reloj del satélite.

12. La unidad de recepción de la reivindicación 11, donde:

la corrección de frecuencia incluye una corrección de frecuencia por efecto Doppler en la frecuencia medida de la señal de satélite para compensar un desplazamiento por efecto Doppler asociado con el movimiento relativo del satélite y la unidad de recepción.

13. La unidad de recepción de la reivindicación 11, donde:

la información de ayuda comprende efemérides para la órbita de satélite; y la información de ayuda comprende una ubicación aproximada de la unidad de recepción. 30

14. La unidad de recepción de la reivindicación 11, donde:

el mensaje de estructura de transferencia de señales horarias comprende un código binario que tiene un conjunto de códigos, donde la correlación cruzada entre distintos miembros del conjunto de códigos es relativamente baja, la autocorrelación para cada miembro individual del conjunto de códigos es relativamente alta, y cada miembro del conjunto de códigos identifica de manera única una trama de mensaje del mensaje de estructura de transferencia de señales horarias.

15. La unidad de recepción de la reivindicación 11, donde:

la identidad de la trama de mensaje determina una fase de código; y la información de ayuda incluye un desplazamiento de ranura de tiempo y una distancia desde el satélite hasta la unidad de recepción.