Correlación de borde de pulso staccato.

Un método de mitigación del multitrayecto en un receptor de radionavegación,

comprendiendo dicho método:

recibir una señal de radionavegación CDMA pulsada,

caracterizado porque

dicho receptor de radionavegación correlaciona dicha señal de radionavegación CDMA pulsada con una secuencia de código pseudoaleatorio generado internamente para producir valores de correlación; y

genera estimaciones de distancia a partir de un subconjunto de los valores de correlación producidos asociados con los bordes delanteros (401, 404, 414) de dicha señal de radionavegación CDMA pulsada.

Correlacion de borde de pulso staccato.

CAMPO DEL INVENTO

Este invento se refiere en general a la mitigacion de trayectos multiples en sistemas de localizacion de Acceso Multiple por Division de Codigo (CDMA) de Espectro de Dispersion de Secuencia Directa (DSSS) , pero se aplica tambien a otros tipos de serales de localizacion y sistemas de comunicacion.

ANTECEDENTES DEL INVENTO

Las serales de radionavegacion se utilizan para medir la distancia entre una antena transmisora y una antena receptora. En muchos entornos, la seral de radionavegacion transmitida es reflejada desde objetos alrededor de la antena transmisora y/o receptora y/o a lo largo de la trayectoria de transmision. En este tipo de entorno, la seral de radionavegacion recibida resultante es una combinacion de la totalidad de las serales de localizacion de radionavegacion, incluyendo serales reflejadas y la seral directa deseada. Esta combinacion de multiples serales de localizacion de radionavegacion, denominada multitrayecto, corrompe las serales de localizacion de radionavegacion y por lo tanto degrada la precision de la medicion de distancia. El multitrayecto es una fuente de error importante en los sistemas de radionavegacion.

Radionavegacion de Acceso Multiple por Division de Codigo de Espectro de Dispersion de Secuencia Directa. Una estructura comun de seral de radionavegacion es Acceso Multiple por Division de Codigo (CDMA) de Espectro de Dispersion de Secuencia Directa (DSSS) . Sistemas de radionavegacion tales como el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) , el sistema Galileo propuesto, y el sistema GLONASS de construccion rusa utilizan todos una seral de radionavegacion CDMA DSSS. Con la seral CDMA DSSS, la seral transmitida es continua, no de pulsos, y se transmite por una secuencia de expansion digital dentro del transmisor durante la generacion de la seral de radionavegacion. Un receptor, conociendo la secuencia de dispersion digital, entonces puede desexpandir la seral de radionavegacion si la misma secuencia de dispersion digital se aplica a la seral entrante en alineacion temporal con la seral de radionavegacion transmitida. Es decir, la secuencia de dispersion digital aplicada a la seral de radionavegacion dentro del receptor debe ser aplicada en el mismo lugar en la seral recibida, ya que fue aplicada a la seral en el transmisor. En terminos de tiempo, esto significa que la secuencia de dispersion digital se aplica en el receptor al mismo tiempo que se aplica dentro del transmisor, corregida segun el tiempo de vuelo.

La representacion digital de la seral de radionavegacion es modulada con la secuencia de dispersion digital. La seral de radionavegacion es recibida por la antena de recepcion y luego convertida a una seral digital. Un receptor de radionavegacion tipico convierte la seral de la frecuencia de radio (RF) a una frecuencia intermedia (IF) . La seral es luego muestreada con un Convertidor Analogico a Digital (ADC) para proporcionar la representacion digital, o muestras digitales, de la seral de radionavegacion. Hay numerosos procesos matematicos para la aplicacion de una secuencia de dispersion digital a una seral recibida, tales como correlacion, convolucion, coincidencia con filtrado, y Transformadas Fourier Rapidas (FFT) . A los efectos de describir el presente invento, el termino correlacion se utiliza como una generalizacion para todos los procesos matematicos de la aplicacion de la secuencia de dispersion digital a la seral de radionavegacion recibida.

La secuencia de dispersion digital debe ser aplicada a la seral de radionavegacion recibida al tiempo de transmision corregido segun el tiempo de vuelo para recuperar correctamente la seral de radionavegacion generada por el transmisor. Sin embargo, en un sistema de localizacion generalmente el tiempo de vuelo no se conoce. Por lo tanto, el receptor debe buscar en los posibles desplazamientos de tiempo de la secuencia de dispersion digital para encontrar el desplazamiento de tiempo exacto que proporciona la recuperacion correcta de la seral de radionavegacion original generada dentro del transmisor. Durante este proceso de busqueda, la seral de radionavegacion recuperada solo esta disponible cuando la secuencia de dispersion digital esta alineada en tiempo a dentro de mas o menos un (1) elemento, o chip, de la secuencia de dispersion digital. Fuera de este tiempo de alineacion de receptor mas o menos un (1) chip, la seral recuperada resultante no es la seral de radionavegacion original generada por el transmisor, sino que es ruido. Cuando esta dentro del tiempo de alineacion de receptor mas o menos un (1) chip, la potencia de la seral de radionavegacion recuperada varia a lo largo del rango de validez de dos chips con un patron conocido. Para el proceso matematico de correlacion, la potencia de la seral de radionavegacion recuperada en este lapso de dos chips se denomina la funcion de respuesta de autocorrelacion, o simplemente la funcion de respuesta de correlacion.

Al correlacionar serales CDMA de ancho de banda completo sin corromper, la funcion de respuesta de correlacion en el dominio de tiempo es sustancialmente un triangulo. El pico del triangulo, o el valor maximo de la funcion de respuesta de correlacion, es interpretado por el receptor como una medicion directa del tiempo en que el receptor obtiene la seral de localizacion de radionavegacion. La forma de la funcion de respuesta de correlacion esta controlada por las capacidades de filtrado y muestreo del receptor y por el ruido de fondo. El aumento de filtrado redondea la cima del triangulo y disminuye el ancho en la base. Capacidad de muestreo limitada en el receptor y el ruido de fondo global empujan la forma de triangulo de la funcion de respuesta de correlacion abajo hacia el ruido. Ninguno de estos efectos cambia la ubicacion de la potencia de funcion de respuesta de correlacion maxima.

El efecto de trayectos multiples en la funcion de respuesta de correlacion es distorsionar la funcion de respuesta, a menudo implicando mover el maximo de respuesta de correlacion en el tiempo, y por lo tanto creando un error en la medicion de distancia resultante. La distorsion por trayectos multiples tambien puede aumentar o disminuir la amplitud de la funcion de respuesta de correlacion, aumentar o disminuir el intervalo de tiempo de la funcion de respuesta de correlacion, y/o cambiar la forma de la funcion de respuesta de correlacion.

La medicion del retardo de tiempo optimo de la seral de localizacion de radionavegacion es el valor pico o maximo de la funcion de respuesta de correlacion. El determinar la potencia pico exacta requiere un conocimiento exacto del tiempo de recepcion de la seral de localizacion de radionavegacion entrante para permitir la colocacion del detector de potencia de funcion de respuesta de correlacion en la ubicacion de tiempo de retardo maximo exacta. Para evitar este problema, un receptor GPS tipico realiza mediciones de potencia medio chip temprano y medio chip tarde en temporizacion relativa al pico. El bucle de seguimiento de codigo equilibra la potencia entre estas dos ubicaciones de retardo temporal en la funcion de respuesta de correlacion, proporcionando de este modo una estimacion del pico a medio camino entre la medicion de potencia equilibrada temprana y tardia en la funcion de respuesta de correlacion. La separacion de estas medidas de potencia de funcion de respuesta de correlacion puede variar desde la distancia de +/ medio chip descrita anteriormente. Algunos receptores utilizan un espaciado mas estrecho, por ejemplo +/0, 1 de un chip. Sin embargo, la funcion basica de equilibrar la potencia entre la potencia de funcion de respuesta de correlacion temprana y tardia es la misma. Esta tecnica en efecto encuentra el centroide de la funcion de respuesta de correlacion y lo utiliza como la estimacion de la potencia de correlacion maxima, y por lo tanto forma la base de la estimacion de distancia.

Cuando la respuesta de correlacion se distorsiona con trayectos multiples, el valor pico estimado de la respuesta de correlacion esta en error debido a la distorsion en mediciones de potencia a lo largo de la funcion de respuesta de correlacion. Cuando se distorsionan las mediciones de potencia, el bucle de seguimiento de codigo intenta equilibrar la potencia entre dos estimaciones de potencia incorrectas, y por lo tanto identifica incorrectamente el pico de correlacion sin multitrayecto.

Para fines ilustrativos, la Figura 1 muestra las dos funciones de respuesta de correlacion para una seral de radionavegacion CDMA ideal de la tecnica anterior que incorpora: a) la funcion de respuesta de correlacion no filtrada teorica 101 y b) la funcion de respuesta de correlacion practica filtrada de un receptor de navegacion 102 tipico. El centro 104 de la funcion de respuesta de correlacion recibida esta en... [Seguir leyendo]

1. Un metodo de mitigacion del multitrayecto en un receptor de radionavegacion, comprendiendo dicho metodo:

recibir una seral de radionavegacion CDMA pulsada,

caracterizado porque dicho receptor de radionavegacion correlaciona dicha seral de radionavegacion CDMA pulsada con una secuencia de codigo pseudoaleatorio generado internamente para producir valores de correlacion; y

genera estimaciones de distancia a partir de un subconjunto de los valores de correlacion producidos asociados con los bordes delanteros (401, 404, 414) de dicha seral de radionavegacion CDMA pulsada.

2. El metodo de la reivindicacion 1, caracterizado en que el metodo comprende ademas los pasos de: muestreo para formar muestras de serales de radionavegacion CDMA pulsadas (301312, 314321) ; separacion de las muestras de seral de radionavegacion CDMA pulsada (301312, 314 321) suministradas al proceso de correlacion; y procesamiento de muestras (301, 308, 314) asociado con los bordes delanteros (401, 404, 414) de cada pulso de seral de radionavegacion CDMA (300, 313) independientemente a partir de muestras (302307, 309311, 315316) que ocurren luego en cada pulso de seral de radionavegacion CDMA (300, 313) .

3. El metodo de la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, caracterizado en que dicha seral de radionavegacion CDMA pulsada proporciona, entre pulsos (300, 313) , tiempo de silencio donde la seral esta ausente, para que las serales multitrayecto se disipan antes del comienzo de pulsos subsiguientes.

4. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado en que una medida de distancia es generada incluyendo los pasos de: obtencion de puntos de muestra en una funcion de respuesta de correlacion (505) de dicho subconjunto de valores de correlacion, dicha funcion de respuesta de correlacion incluyendo una rampa de aumento seguida por una region de meseta seguida de una rampa descendente; y la determinacion del borde (510) de dicha region de meseta utilizando dichos puntos de muestra.

5. El metodo de la reivindicacion 4, caracterizado en que los puntos de muestra obtenidos son ajustados de manera que al menos un punto de muestra este sobre dicha rampa ascendente de dicha funcion de respuesta de correlacion

(505) y al menos un punto de muestra esta en dicha region de meseta de dicha funcion de respuesta de correlacion (505) .

6. El metodo de la reivindicacion 1, caracterizado en que el metodo comprende ademas los pasos de: muestrear dicha seral de radionavegacion CDMA pulsada a una frecuencia de muestreo previa a la correlacion; almacenar los valores de correlacion producidos en contenedores de acumulacion independientes (412, 413) ; y determinacion de contenedores de acumulacion (413) asociados con los bordes delanteros (401, 404, 414) de dicha seral de radionavegacion CDMA pulsada.

7. El metodo de la reivindicacion 6, caracterizado en que dicha frecuencia de muestreo se desliza con respecto a dicha frecuencia de seral de radionavegacion CDMA pulsada, de tal modo que los efectos de solapamiento se reducen.

8. El metodo de la reivindicacion 6 o 7, caracterizado en que dicho metodo comprende ademas el paso de emision de una marca de tiempo de pulso (409, 410, 411) , dicha marca de tiempo de pulso (409, 410, 411) proporciona una referencia entre dicha seral de radionavegacion CDMA pulsada y dicha frecuencia de muestreo, de tal manera que los valores de correlacion producidos permanecen sincronicos con dicha seral de radionavegacion CDMA pulsada.

9. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado en que dicha seral de radionavegacion CDMA pulsada es procesada utilizando procesamiento de correlacion convencional para obtener temporizacion de retardo de codigo aproximada y conocimiento aproximado del patron de pulsacion de dicha seral de radionavegacion CDMA pulsada.