Sistema de vigilancia de una constelación de satélites de un sistema de posicionamiento.

Sistema de vigilancia para vigilar señales de posicionamiento emitidas por una constelación de satélites (2)que forma parte de un sistema de posicionamiento,

incluyendo dicho sistema de vigilancia (1):

- al menos un satélite de vigilancia (S2) que incluye al menos los siguientes medios embarcados:

• al menos un receptor (9) que es susceptible de recibir directamente señales de posicionamiento emitidaspor unos satélites (S1) de dicha constelación de satélites (2); y

• al menos un emisor (13) que es susceptible de emitir hacia la Tierra (T) datos de integridad indicativos, si esel caso, del o de los satélites (S1) de dicha constelación de satélites (2) cuyas señales de posicionamientoson erróneas;

- al menos un centro de control (3) que está establecido en la Tierra, que controla dicho satélite de vigilancia(S2) y que incluye unos medios (4) susceptibles de recibir datos de integridad emitidos por este satélite de vigilancia(S2); y

- al menos un centro de distribución (5) de mensajes de integridad, que está establecido en la Tierra (T) yque comprende:

• medios (6) para recibir datos de integridad del satélite de vigilancia (S2), que son transmitidos por dichocentro de control (3);

• medios (7) para determinar, a partir de esos datos de integridad, unos mensajes de integridad relativos asatélites (S1) de dicha constelación de satélites (2) del sistema de posicionamiento; y

• medios (8) para emitir esos mensajes de integridad con destino a unos usuarios,

caracterizado porque dicho satélite de vigilancia (S2) se sitúa en órbita (O2) a una altitud inferior a aquella de lossatélites (S1) de dicha constelación de satélites (2) en orden a poder recibir las señales de posicionamiento emitidaspor esos satélites (S1) con destino a la Tierra (T), y porque dicho satélite de vigilancia (S2) incluye, además, almenos una unidad de tratamiento (11) que está conformada en orden a verificar la integridad de las señales deposicionamiento recibidas, utilizando una información de posición que es independiente de esas señales deposicionamiento, a determinar, si es el caso, el o los satélites (S1) que han emitido señales de posicionamientoerróneas y a conformar correspondientes datos de integridad.

Sistema de vigilancia de una constelación de satélites de un sistema de posicionamiento.

La presente invención concierne a un sistema de vigilancia de una constelación de satélites.

Más en particular, ésta concierne a la comprobación de las señales de posicionamiento provenientes de satélites (de posicionamiento) de un sistema usual de posicionamiento por satélites, por ejemplo de tipo GALILEO, GPS o GLONASS.

Es sabido que los sistemas de posicionamiento por satélites incluyen una constelación de satélites que se sitúan en órbitas de altitud media (del orden de 25 000 km) alrededor de la Tierra. Estos satélites y sus órbitas generalmente son designados en la técnica, respectivamente, por "satélites MEO" y "órbitas MEO" (por "Medium Earth Orbit") . Los satélites MEO se hallan repartidos uniformemente en varios planos orbitales, de manera que, en cualquier punto de la Tierra, un usuario pueda ver varios satélites MEO, es decir, encontrarse en líneas directas con los mismos (al menos tres, aunque cuatro si el usuario desea conocer su altitud) y deducir sus propias coordenadas terrestres. Cada satélite MEO es portador de un reloj atómico de alta estabilidad y precisión, así como de un equipo electrónico que direcciona a los usuarios unas señales de posicionamiento que incluyen la hora corregida (restituida a una referencia común) y las efemérides del satélite. A partir de estas señales de posicionamiento recibidas de varios satélites MEO, el usuario determina su distancia a los diversos satélites en visión y, por tanto, deduce su posición en coordenadas terrestres. La presente invención tiene por objeto verificar la integridad de estas señales de posicionamiento.

Es sabido que unas soluciones usuales utilizan al efecto estaciones terrenas. Estas estaciones fijas comparan permanentemente la información recibida del satélite (a través de las señales de posicionamiento) con su posición efectiva conocida con exactitud, para detectar eventualmente un error de coherencia de las señales recibidas. Las ocasionales desviaciones locales se transmiten a uno o varios centros de control que tratan la información e identifican el o los satélites que transmiten señales de posicionamiento erróneas. Esta información de calidad de las señales de posicionamiento recibidas es transmitida a continuación a los usuarios, con el fin de que desestimen las señales erróneas en su cálculo de posicionamiento.

Las causas de errores en las señales de posicionamiento recibidas se pueden clasificar en dos grandes categorías, a saber:

-errores comunes motivados por los satélites. Estos errores están motivados principalmente por la deriva del reloj embarcado que da la referencia de tiempo, por las derivas de los parámetros orbitales de los satélites o por anomalías de tratamiento a bordo de los satélites; y

-errores locales motivados por la propagación de las señales a través de la atmósfera y/o por fenómenos de trayectos múltiples locales. Estos errores son variables con el tiempo, no afectan simultáneamente más que a un limitado número de usuarios y no son responsabilidad directa del operador, el cual no tiene medio alguno para corregirlos, ya que dependen de fenómenos físicos naturales.

Puesto que los sistemas de posicionamiento vía satélite utilizan todos ellos la medida de diferencias de tiempos de llegada de las señales de posicionamiento emitidas por los satélites para calcular la posición terrestre y, puesto que las dos categorías de error anteriormente indicadas presentan un idéntico efecto, es decir, un error temporal de las señales recibidas por el usuario, es fácil confundir un error de propagación local con un error temporal de la señal enviada por los satélites. Para tratar de despejar esta ambigüedad, unos centros de tratamiento especializados recogen la información proveniente de numerosas estaciones de tierra y, mediante un cálculo esencialmente estadístico, separan la parte de error común de la parte de error local. En efecto, sólo merece ser señalizada a todos los usuarios la parte de error común, es decir, la proveniente de uno o varios satélites. Este tratamiento complejo lleva tiempo, pues hay que esperar a tener bastante información para distinguir sin ambigüedad aquello que es local para una o varias estaciones (tal como un efecto ionosférico o una geometría de la constelación que conduce a trayectos múltiples) de aquello que es común para todas las estaciones y cuya causa, por lo tanto, tan sólo puede estar situada a bordo de uno o varios satélites.

Hasta que se termine la identificación positiva del o de los satélites erróneos, todos los usuarios van a incurrir en un error en su cálculo de posicionamiento, potencialmente con graves consecuencias especialmente para los móviles. Se comprende con facilidad que reducir el tiempo de identificación de señales de posicionamiento (vía satélite) erróneas es una prioridad para cualquier operador de un sistema de posicionamiento de este tipo preocupado por garantizar a los usuarios la calidad de su sistema.

Por otro lado, se conoce, por el documento EP-1878465, un sistema de determinación de información de navegación para un sistema de navegación por satélite. De acuerdo con este documento, unas estaciones de vigilancia de satélites, situadas en ingenios espaciales, recogen los mensajes de navegación difundidos por los satélites y efectúan medidas de pseudodistancias que los separan de los satélites que tienen a la vista. Cada medida de pseudodistancia y el correspondiente mensaje de navegación son comunicados por cada estación de vigilancia a unos centros de cálculo, que se encargan de controlar la coherencia entre las medidas de pseudodistancia y la información de posición contenida en los mensajes de navegación, con el fin de determinar para cada satélite una información de integridad.

La presente invención tiene por objeto subsanar los citados inconvenientes. Ésta concierne a un sistema de vigilancia que está destinado a vigilar señales de posicionamiento emitidas por una constelación de satélites que forma parte de un sistema de posicionamiento, por ejemplo de tipo GPS, GALILEO o GLONASS, y que permite subsanar los citados inconvenientes.

A tal efecto, de acuerdo con la invención, dicho sistema de vigilancia es notable porque incluye:

-al menos un satélite de vigilancia que se sitúa en órbita a una altitud inferior a aquella de los satélites de dicha constelación de satélites en orden a poder recibir las señales de posicionamiento emitidas por esos satélites con destino a la Tierra, y que incluye al menos los siguientes medios embarcados:

al menos un receptor que es susceptible de recibir directamente señales de posicionamiento emitidas por unos satélites de dicha constelación de satélites;

al menos una unidad de tratamiento que está conformada en orden a verificar la integridad de dichas señales de posicionamiento recibidas, utilizando una información de posición que es independiente de esas señales de posicionamiento, y a determinar, si es el caso, el o los satélites que han emitido señales de posicionamiento erróneas; y

al menos un emisor que es susceptible de emitir hacia la Tierra datos de integridad indicativos, si es el caso, del o de los satélites de dicha constelación de satélites cuyas señales de posicionamiento son erróneas;

-al menos un centro de control que está establecido en la Tierra, que controla dicho satélite de vigilancia, que determina su órbita y que incluye unos medios susceptibles de recibir datos de integridad emitidos por ese satélite de vigilancia; y

-al menos un centro de distribución de mensajes de integridad que está establecido en la Tierra y que comprende:

medios para recibir datos de integridad del satélite de vigilancia, que son transmitidos por dicho centro de control;

medios para determinar, a partir de esos datos de integridad, unos mensajes de integridad relativos a satélites de dicha constelación de satélites del sistema de posicionamiento; y

medios para emitir esos mensajes de integridad con destino a unos usuarios.

Así, en virtud de la invención, en lugar de utilizar estaciones fijas previstas en tierra para vigilar la constelación de satélites de un sistema de posicionamiento, el sistema de vigilancia utiliza al menos un satélite de vigilancia que se halla situado a una altitud inferior a aquellas de los satélites de dicha constelación de satélites en orden a poder recibir las señales de posicionamiento emitidas por estos últimos (y destinadas a unos usuarios del sistema de posicionamiento) , pero que se halla situado en órbita en orden a evitar la aparición de errores locales... [Seguir leyendo]

1. Sistema de vigilancia para vigilar señales de posicionamiento emitidas por una constelación de satélites (2) que forma parte de un sistema de posicionamiento, incluyendo dicho sistema de vigilancia (1) :

-al menos un satélite de vigilancia (S2) que incluye al menos los siguientes medios embarcados:

al menos un receptor (9) que es susceptible de recibir directamente señales de posicionamiento emitidas por unos satélites (S1) de dicha constelación de satélites (2) ; y

al menos un emisor (13) que es susceptible de emitir hacia la Tierra (T) datos de integridad indicativos, si es el caso, del o de los satélites (S1) de dicha constelación de satélites (2) cuyas señales de posicionamiento son erróneas;

-al menos un centro de control (3) que está establecido en la Tierra, que controla dicho satélite de vigilancia (S2) y que incluye unos medios (4) susceptibles de recibir datos de integridad emitidos por este satélite de vigilancia (S2) ; y

-al menos un centro de distribución (5) de mensajes de integridad, que está establecido en la Tierra (T) y que comprende:

medios (6) para recibir datos de integridad del satélite de vigilancia (S2) , que son transmitidos por dicho centro de control (3) ;

medios (7) para determinar, a partir de esos datos de integridad, unos mensajes de integridad relativos a satélites (S1) de dicha constelación de satélites (2) del sistema de posicionamiento; y

medios (8) para emitir esos mensajes de integridad con destino a unos usuarios,

caracterizado porque dicho satélite de vigilancia (S2) se sitúa en órbita (O2) a una altitud inferior a aquella de los satélites (S1) de dicha constelación de satélites (2) en orden a poder recibir las señales de posicionamiento emitidas por esos satélites (S1) con destino a la Tierra (T) , y porque dicho satélite de vigilancia (S2) incluye, además, al menos una unidad de tratamiento (11) que está conformada en orden a verificar la integridad de las señales de posicionamiento recibidas, utilizando una información de posición que es independiente de esas señales de posicionamiento, a determinar, si es el caso, el o los satélites (S1) que han emitido señales de posicionamiento erróneas y a conformar correspondientes datos de integridad.

2. Sistema de vigilancia según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye una pluralidad de satélites de vigilancia (S2) .

3. Sistema de vigilancia según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque cada satélite de vigilancia (S2) incluye, además, unos medios auxiliares embarcados (19) que permiten determinar una primera posición en el espacio de dicho satélite de vigilancia (S2) , sin utilizar dichas señales de posicionamiento emitidas por satélites (S1) de la constelación de satélites (2) , y porque dicha unidad de tratamiento (11) incluye:

-unos primeros medios (19) para calcular al menos una segunda posición, con ayuda de dichas señales de posicionamiento recibidas de satélites (S1) de la constelación de satélites (2) ;

-unos segundos medios (21) para comparar entre sí dichas posiciones primera y segunda; y

-unos terceros medios (21) para deducir, si es el caso, la existencia de señales de posicionamiento erróneas.

4. Satélite de vigilancia según la reivindicación 3, caracterizado porque:

-dichos primeros medios (19) están conformados en orden a calcular una pluralidad de segundas posiciones, siendo calculada cada una de dichas segundas posiciones con ayuda de las señales de posicionamiento recibidas de un subgrupo de satélites de dicha constelación de satélites (2) , comprendiendo cada uno de dichos subgrupos un mismo primer número predeterminado de satélites y teniendo en común dos subgrupos cualesquiera, como máximo cada vez, un segundo número predeterminado de satélites;

-dichos segundos medios (21) están conformados en orden a comparar cada una de esas segundas posiciones con dicha primera posición; y

-dichos terceros medios (21) están conformados en orden a determinar, si es el caso, el o los satélites cuyas señales de posicionamiento son erróneas, con ayuda de los resultados de las comparaciones puestas en práctica por dichos segundos medios (21) y de la composición de dichos subgrupos.

5. Sistema de vigilancia según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque cada

satélite de vigilancia (S2) incluye, además, una antena receptora única (10) que está asociada a dicho receptor (9) , que está posicionada en orden a evitar trayectos múltiples y que está rodeada de una pantalla de protección electromagnética para eliminar modos de propagación indeseables.

6. Sistema de vigilancia según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque cada

satélite de vigilancia (S2) se sitúa en una órbita (O2) que presentan una altitud más elevada que aquella de las capas densas de la ionosfera.

7. Sistema de vigilancia según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque cada satélite de vigilancia (S2) se sitúa en una órbita (O2) que presenta un plano diferente de aquellos de las órbitas (O1) de los satélites (S1) de dicha constelación de satélites (2) .

8. Sistema de vigilancia según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque dichos centros de control y de distribución se hallan situados en el mismo lugar y forman parte de un mismo y único centro de gestión.

9. Sistema de vigilancia según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque dicho centro de control (3) comprende además:

-unos medios de control remoto (24) de cada satélite de vigilancia (S2) ; y

-unos medios de cálculo (25) de parámetros orbitales de cada satélite de vigilancia (S2) y de actualización de unidades de tratamiento (11) embarcadas en cada satélite de vigilancia (S2) .

10. Sistema de vigilancia según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque dicho centro de distribución (5) comprende, además, unos medios de codificación (28) para codificar los mensajes de 20 integridad antes de su emisión con destino a unos usuarios.