Un método para detectar los cambios de frecuencia de reloj en un reloj a bordo de un satélite de un sistema de navegación global.

Un método para detectar saltos de frecuencia de reloj que se producen a bordo de un satélite de navegación de un sistema de navegación global,

que comprende una pluralidad de vehículos espaciales que transmiten información a por lo menos un dispositivo para detección de la posición, incluyendo cada vehículo espacial al menos un reloj, en donde el impacto de las anomalías de datos de navegación del vehículo espacial sobre el dispositivo para detección de la posición se reduce mediantes las etapas de:

1a) recibir señales de navegación desde un vehículo espacial;

1b) estimar una predicción de desplazamiento de la fase de reloj de la señal de reloj enviada desde el vehículo espacial y memorizar esta predicción en una memoria;

1c) calcular, en la época de medida y de vigilancia actual (t0), la diferencia de desplazamiento de fase de reloj (δ0) entre el desplazamiento de fase de reloj estimado actual obtenido en la etapa 1b) y una estimación anterior de dicho desplazamiento de fase de reloj de una primera época anterior (t-1) con un intervalo de tiempo dado T1 y memorizar la diferencia (δ0) en una memoria;

1d) obtener una diferencia de desplazamiento de fase calculada con anterioridad (δ-1) a partir de la memoria, en donde dicha diferencia de desplazamiento de fase calculada con anterioridad (δ-1) fue calculada y memorizada en una segunda época anterior (t-2) en conformidad con la etapa 1c) entre una estimación precedente de dicho desplazamiento de fase de dicha segunda época anterior (t-2) y otra estimación precedente de dicho desplazamiento de fase de reloj de una tercera época anterior (t-3) con el intervalo de tiempo dado T1, en donde el intervalo de tiempo T2 entre la época de medida y de vigilancia actual (t0) y dicha segunda época anterior (t-2) es igual o mayor que T1;

1e) deducir la diferencia (Δ0) entre la diferencia de desplazamiento de fase de reloj (δ0) calculada en la etapa 1c) y la diferencia de desplazamiento de fase calculada anterior (δ-1);

1f) comparar la diferencia (Δ0) deducida en la etapa 1e) con un valor de umbral (TH) dado;

1g) generar una señal de riesgo de integridad si la diferencia (Δ0) deducida en la etapa 1e) es mayor que el valor de umbral (TH) dado y

1h) transmitir la señal de riesgo de integridad a otros dispositivos para detección de la posición del sistema de navegación global.

Un método para detectar los cambios de frecuencia de reloj en un reloj a bordo de un satélite de un sistema de navegación global

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un método de detección de saltos de frecuencia de reloj que se producen a bordo de un satélite de navegación con el fin de reducir el impacto sobre el servicio de navegación y de integridad. La invención se refiere, además, a un sistema de navegación relacionado.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los sistemas de navegación por satélite se basan, en general, sobre comportamientos funcionales muy estables del reloj a bordo de satélite para permitir una predicción exacta del comportamiento funcional del reloj en el satélite, lo que se requiere para crear modelos exactos de los relojes, a bordo de satélite, a nivel de usuario, por intermedio de los parámetros de modelos de relojes en satélite proporcionados.

Eventos operativos no previsibles tales como cambios imprevistos y repentinos en la frecuencia de reloj en satélite no puede medirse de Inmediato por el segmento de vigilancia terrestre, que está proporcionando parámetros del modelo de reloj a bordo de satélite al usuario y por lo tanto, dichos eventos operativos no pueden ser objeto de modelización adecuada por el usuario y en consecuencia, imponen un error adicional debido a la modelización inexacta del reloj en el satélite.

Los sistemas de navegación por satélite, tales como GPS o el futuro sistema europeo de Galileo, utilizan actualmente normas de frecuencias de satélites, esto es, relojes a bordo de satélite, sobre la base de la tecnología del Rubidio que muestra dicho comportamiento de saltos de frecuencia de reloj imprevisibles.

Para el sistema Galileo, sobre la base de los resultados de medición de los satélites de pruebas anteriores con los satélites de experimentación GIOVE-A y GIOVE-B, los saltos de frecuencia típicos del reloj de rubidio (denominados RAFS) se producen hasta 1 a 2 veces por mes con una magnitud de saltos de frecuencia que podría degradar la exactitud del alcance en hasta aproximadamente 1 metro a 10 metros. Lo que antecede tiene un impacto, no despreciable, sobre el servicio de posicionamiento y un impacto importante y significativo sobre el futuro comportamiento del servicio de integridad del sistema Galileo que incluso está perjudicando a la viabilidad de dichos servicios del sistema Galileo.

En particular, para los fines de integridad en donde el usuario necesita conocer a priori la señal y la calidad del alcance relacionada con muy alta fiabilidad, dichos hechos imprevisibles necesitan evitarse, o detectarse de inmediato para permitir al usuario tomar medidas de recuperación, tales como, la eliminación de las señales de navegación por satélite afectadas a partir de los datos usados para la detección de la posición.

La evitación del efecto podría conseguirse considerando diferentes tecnologías de relojes para satélites, tales como los máseres de hidrógeno pasivos (PHM) tal como actualmente previsto para el sistema Galileo en co-existencia con RAFS a bordo de cada satélite.

La detección de dichos eventos operativos se podría realizar, en condiciones normales, a nivel del segmento de vigilancia terrestre en donde cada satélite es objeto de seguimiento permanente por varias estaciones de vigilancia (hasta 40 estaciones para Galileo).

Solamente si se pone en práctica uno de los mecanismos anteriores, esto es, evitación o detección junto con la recuperación relacionada, se pueden garantizar los servicios de integridad de Galileo.

El objetivo subyacente de la presente invención es asegurar unos servicios de integridad de Galileo factibles, que sean obstaculizados en la presencia de anomalías de las señales de navegación de los vehículos espaciales como p. e. saltos de frecuencia de reloj en satélite, detectando dichas anomalías de señales a nivel de vigilancia terrestre.

El documento no de patente de Hahn, Jorg H. et al., "Resultados y Evaluación del Reloj Aparente de GIOVE-A" 39a Reunión para el Intervalo Temporal Preciso Anual (PTTI), 29 de noviembre de 2007, páginas 95 a 114, Long Beach, Estados Unidos, informa sobre pruebas experimentales del comportamiento, nominal y redundante, de los relojes a bordo del primer satélite prototipo GIOVE-A. Este documento es un informe sobre las mediciones y experiencias realizadas durante una primera fase de prueba en órbita. Durante la experimentación de la misión del GIÓVE-A, las predicciones del reloj a bordo han sido sistemáticamente calculadas por una instalación de procesamiento de la sincronización y órbita experimental (E-USPF), que era parte de un centro de procesamiento del GIOVE-A (GPC) con base terrestre.

Los resultados de la experimentación, en particular, el comportamiento insuficiente del reloj, se han dado a conocer.

Una solución de los problemas identificados ni se proporciona ni se sugiere.

El documento no de patente de Mozo García, A. et al., titulado "Órbita de GIOVE y Reloj Determinación y Predicción: Resultados de la Experimentación" European Navigation Conference (ENC), 25 abril 2009, páginas 1 a 11, Toulouse, Francia, da a conocer los resultados de la experimentación realizada con el satélite GIOVE-Ay el lecho de prueba del sistema Galileo versión 1 (GSTB-V1), esto es, pruebas de los algoritmos de sincronización temporal y de integridad de determinación de la órbita del sistema Galileo. Se describen las Insuficiencias de los comportamientos funcionales del reloj pero no se proporciona ninguna solución sobre cómo resolver estas insuficiencias.

El documento no de patente de Hidalgo, I. et al., titulado "E-OSPF Resultados de la Experimentación en la Estructura de Infraestructura del Núcleo del GIOVE-M " European Navigation Conference, ENC-GNSS 2009, 6 mayo 2009, páginas 1 a 12, Nápoles, Italia, describe los resultados experimentales de la caracterización del reloj y de las predicciones del reloj; sin embargo, sin dar a conocer ningún detalle sobre cómo se puede detectar los saltos de frecuencia de un reloj a bordo.

El documento no de patente de Martin J. R. et al., titulado "Instalación de Procesamiento de Sincronización y de Orbitografía del sistema Galileo (OSPF): Diseño Preliminar" ION GNSS 19a Reunión Internacional de la División de Satélites, 29 de septiembre de 2006, Fort Worth, Estados Unidos, describe la misión esencial de la OSPF dentro del segmento terrestre del sistema Galileo, esto es, la determinación de los productos de datos de navegación que han de difundirse a los usuarios del sistema Galileo. Se hace mención de que los parámetros de corrección del reloj a bordo del satélite se calculan por la OSPF. Estos parámetros de corrección del reloj para un satélite dado incluyen correcciones de desplazamiento de fase, de compensación de frecuencia y de deriva de frecuencia con respecto a la hora del sistema Galileo más una hora de referencia del reloj. Aunque se describen barreras de integridad, no se da a conocer cómo detectar las anomalías de datos de navegación tales como los saltos de frecuencia de reloj y sobre cómo generar una señal de riesgo de integridad.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Este objetivo se consigue por el método según se reivindica en la reivindicación 1 y por el sistema de navegación según se define en la reivindicación 5.

En el método de detección de los saltos de frecuencia de reloj, que se producen a bordo de un satélite de navegación de un sistema de navegación global según la Invención, el impacto de las anomalías de datos de navegación de los vehículos espaciales, como a modo de ejemplo, los saltos de frecuencia de reloj, en el dispositivo para detección de la posición se reduce por las etapas de:

la) recibir señales de navegación procedentes de un vehículo espacial,

lb) estimar una predicción del desplazamiento de fase del reloj de la señal de reloj enviada desde el vehículo espacial y guardando esta predicción en una memoria;

lc) calcular, en la época actual de medición y de vigilancia (to), la diferencia del desplazamiento de fase del reloj (50) entre el desplazamiento de fase de reloj estimada actual obtenida en la etapa 1b) y una estimación previa para dicho desplazamiento de fase de reloj de una primera época anterior (t.i) con un intervalo de tiempo dado (T-i) y memorizando la diferencia (6o) en una memoria;

1 d) obtener una diferencia de desplazamiento de fase anteriormente calculada (5_i) desde la memoria en donde dicha diferencia de desplazamiento de fase anteriormente calculada (5_i) fue calculada y memorizada en una segunda época anterior (t.2) según la etapa 1c) entre una estimación previa para dicho desplazamiento de fase de... [Seguir leyendo]

1. Un método para detectar saltos de frecuencia de reloj que se producen a bordo de un satélite de navegación de un sistema de navegación global, que comprende una pluralidad de vehículos espaciales que transmiten información a por lo menos un dispositivo para detección de la posición, incluyendo cada vehículo espacial al menos un reloj, en donde el impacto de las anomalías de datos de navegación del vehículo espacial sobre el dispositivo para detección de la posición se reduce mediantes las etapas de:

la) recibir señales de navegación desde un vehículo espacial;

lb) estimar una predicción de desplazamiento de la fase de reloj de la señal de reloj enviada desde el vehículo espacial y memorizar esta predicción en una memoria;

lc) calcular, en la época de medida y de vigilancia actual (to), la diferencia de desplazamiento de fase de reloj (óo) entre el desplazamiento de fase de reloj estimado actual obtenido en la etapa 1 b) y una estimación anterior de dicho desplazamiento de fase de reloj de una primera época anterior (t_i) con un intervalo de tiempo dado Ti y memorizar la diferencia (óo) en una memoria;

1 d) obtener una diferencia de desplazamiento de fase calculada con anterioridad (ó.-i) a partir de la memoria, en donde dicha diferencia de desplazamiento de fase calculada con anterioridad (ó.-i) fue calculada y memorizada en una segunda época anterior (t.2) en conformidad con la etapa 1c) entre una estimación precedente de dicho desplazamiento de fase de dicha segunda época anterior (t.2) y otra estimación precedente de dicho desplazamiento de fase de reloj de una tercera época anterior (t.3) con el intervalo de tiempo dado T-i, en donde el intervalo de tiempo T2 entre la época de medida y de vigilancia actual (to) y dicha segunda época anterior (t.2) es igual o mayor que T-i;

1 e) deducir la diferencia (Ao) entre la diferencia de desplazamiento de fase de reloj (60) calculada en la etapa 1c) y la diferencia de desplazamiento de fase calculada anterior (6.1);

1 f) comparar la diferencia (Ao) deducida en la etapa 1 e) con un valor de umbral (TH) dado;

lg) generar una señal de riesgo de integridad si la diferencia (Ao) deducida en la etapa 1 e) es mayor que el valor de umbral (TH) dado y

lh) transmitir la señal de riesgo de integridad a otros dispositivos para detección de la posición del sistema de navegación global.

2. Método según la reivindicación 1,

en donde los intervalos de tiempo T1 y T2 se establecen en un margen comprendido entre 1,5 horas a 2,5 horas, preferentemente a un valor de 2 horas.

3. Método según la reivindicación 1 o 2,

en donde el valor de umbral (TH) se establece en un margen entre 2,5.10® a 5-10"9, preferentemente a 4,7-10"9.

4. Método según una de las reivindicaciones 1 a 3,

en donde las etapas 1a) a 1h) se realizan por un segmento de misión terrestre del sistema de navegación global y en donde la señal de riesgo de integridad se envía a dispositivos de usuarios finales para consideración dentro de los algoritmos de integridad y de navegación en los dispositivos para detección de la posición.

5. Un sistema de navegación global que comprende:

una pluralidad de vehículos espaciales que transmiten información a al menos un dispositivo para detección de la posición, comprendiendo cada vehículo espacial al menos un reloj; y

un segmento de misión terrestre que pone en práctica las etapas del método 1 a) a 1 h) según la reivindicación 1 y que transmite la señal de riesgo de integridad a dispositivos de usuario final para detección de la posición.

6. Un sistema de navegación global según la reivindicación 5, en donde el segmento de misión terrestre comprende una instalación de procesamiento orbitográfico y de sincronización que realiza las etapas de método 1a) a 1g) de la reivindicación 1.