Operación inter-red de redes de localización múltiples.

Un método para permitir a un receptor de posición (805) determinar soluciones de posición a partir de señales de posicionamiento (803-1,

803-2, 803-3, 804-3) de una pluralidad de redes de posicionamiento autónomas (801, 802) dentro de un sistema de posicionamiento, en donde: cada red de posicionamiento autónoma (801, 802) está sincronizada con una base de tiempo diferente;

cada una de dicha pluralidad de redes de posicionamiento autónomas (801, 802) comprende uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-1, 802-2, 802-3); y

cuando el receptor de posición (805) está situado cerca del límite de la primera y segunda de dicha pluralidad de redes de posicionamiento autónomas (801, 802), dicho receptor de posición recibe señales de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3) desde uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3) dentro de dicha primera red de posicionamiento autónoma (801) y señales de posicionamiento (804-3) desde uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (802-3) desde dicha segunda red de posicionamiento autónoma (802) y calcula su propia posición usando las señales de posicionamiento recibidas (803-1, 803-2, 803-3, 804-3),

caracterizado por que:

al menos un dispositivo de unidad de posicionamiento (801-3) dentro de dicha primera red de posicionamiento autónoma (801) recibe señales de posicionamiento (804-3) desde al menos un dispositivo de unidad de posicionamiento (802-3) desde dicha segunda red de posicionamiento autónoma (802), mide la diferencia de base de tiempo entre dichas primera y segunda redes de posicionamiento autónomas (801, 802) y posteriormente calcula una corrección de reloj de base de tiempo e incorpora dicha corrección de reloj de base de tiempo en sus señales de posicionamiento (803-3) para transmisión;

otros dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2) dentro de dicha primera red de posicionamiento autónoma (801) reciben y retransmiten dichas señales de posicionamiento (803-3) incorporando dicha corrección de reloj de base de tiempo; y

dicho receptor de posición (805) recibe señales de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3) incorporando dicha corrección de reloj de base de tiempo desde cualquier dispositivo de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3) dentro de dicha primera red de posicionamiento autónoma (801) y aplica dicha corrección de reloj de base de tiempo a señales de posicionamiento (804-3) recibidas desde dichos uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (802-3) desde dicha segunda red de posicionamiento autónoma (802);

de manera que las señales de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3, 804-3) recibidas desde dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-3) desde dichas primera y segunda redes de posicionamiento autónomas (801, 802) que están sincronizadas con diferentes bases de tiempo se pueden usar para soluciones de posición.

Operación inter-red de redes de localización múltiples Campo de la invención

El presente invención se refiere generalmente a sistemas y métodos para la generación de determinaciones de posición precisas para un aparato móvil. En particular, la presente Invención se aplica a sistemas de determinación de posición de tiempo de llegada precisa. La presente invención no está restringida por los requisitos de la técnica anterior tales como conexiones físicas entre balizas transmisoras, tales como la necesidad de estándares de tiempo atómico conectados a cada transmisor o la necesidad de técnicas de corrección diferencial.

Antecedentes de la invención

Es bien conocido en la técnica que la determinación de posición de tiempo de llegada precisa es dependiente de la precisión de los relojes de transmisor usados. En su forma más rudimentaria, tres balizas transmisoras colocadas en ubicaciones conocidas y conectadas a un reloj común a través de tres cables de Idéntica longitud serán suficientes como base para un sistema de poslclonamlento de tiempo de llegada. Sin embargo, este rudimentario sistema de posicionamiento es muy poco práctico de fabricar e Instalar debido al requisito de cables temporizados con precisión que distribuyen señales de temporizaron de alta frecuencia sobre distancias potenciaImente grandes entre balizas. Alternativamente, los estándares de tiempo atómico de precisión, que tienen muy bajas tasas de deriva, pueden ser instalados en cada baliza transmisora y monltorlzados usando un receptor de referencia colocado en una ubicación conocida y conectado a una base de tiempo de referencia. En respuesta a las señales de poslclonamlento recibidas desde las balizas transmisoras, se envían correcciones de reloj desde el receptor de referencia a través de un enlace de datos de RF a cada baliza, para retransmisión posterior al equipo del usuario. Las modernas tecnologías de posicionamiento por satélite, tales como el GPS, emplean esta técnica, en donde se instalan estándares de tiempo de cesio y rubldlo en cada satélite GPS, con el Segmento de Control de Tierra GPS monltorlzando continuamente todos los satélites GPS y enlazando ascendentemente las correcciones de reloj a cada satélite cada veinticuatro horas. Estas correcciones son luego retransmitidas a través de un mensaje de navegación de cada satélite al equipo de usuario GPS, de modo que los algoritmos de poslclonamlento dentro del equipo de usuario GPS puedan considerar el error del reloj de satélite. Con al menos cuatro satélites GPS a la vista, se logra una posición tridimensional en el equipo de usuario GPS usando una técnica estándar conocida como una solución de posición GPS basada en código convencional. Esta técnica estándar también se denomina generalmente "una posición de punto único" por los expertos en la técnica.

Solución de posición GPS basada en Código Convencional (posición de punto único)

En GPS basado en código convencional, la latitud, longitud y altitud de cualquier punto próximo a la tierra se pueden calcular a partir de los tiempos de propagación de las señales de posicionamiento de al menos cuatro satélites GPS a la vista. Un receptor GPS hace cálculos de distancia en base a la correlación de secuencias de código pseudoaleatorlo (PRN) generadas Internamente con secuencias de código pseudoaleatorio recibidas desde cada satélite GPS. Las distancias medidas se denominan pseudodlstanclas ya que hay una diferencia de tiempo o desplazamiento, entre los relojes en los satélites y el reloj dentro del receptor GPS. Es necesario asegurar que el reloj del receptor está sincronizado con el reloj de la constelación de satélites con el fin de medir con precisión el tiempo transcurrido entre una transmisión de secuencia de código pseudoaleatorio de satélite y la recepción de esa secuencia de código pseudoaleatorio por un receptor GPS. También se transmite un mensaje de navegación desde cada satélite, el cual Incluye información de tiempo, Información orbital del satélite y términos de corrección del reloj del satélite. Para el posicionamiento tridimensional un receptor GPS requiere cuatro señales de satélite para resolver las cuatro Incógnitas de posición (x, y, z) y tiempo (t). Para poslclonamlento bldlmenslonal (2-D), la altitud es fija y se requieren tres señales de satélite para resolver tres Incógnitas de posición (x e y) y tiempo (t). Una solución de posición GPS basada en código convencional es capaz de proporcionar a un receptor GPS, con al menos cuatro satélites a la vista, la capacidad de determinar una posición tridimensional (3-D) absoluta con una precisión de aproximadamente 10 a 20 metros.

Esta solución de posición GPS basada en código convencional es una solución autónoma, la cual puede determinar la posición, velocidad y tiempo (PVT) sin datos de corrección diferencial desde receptores de referencia. Por lo tanto, ha llegado a ser conocida en la técnica como una solución de posición de "punto único".

GPS Diferencial basado en Código Convencional (poslclonamlento relativo)

Con una base de tiempo atómico precisa establecida la constelación GPS solamente es capaz de proporcionar a un receptor GPS con una precisión de posición tridimensional absoluta de aproximadamente 10 a 20 metros. Esto se debe a la corrupción de las señales de posicionamiento a partir de seis principales fuentes de error: (1) retardo ionosférico, (2) retardo troposférico, (3) error de efemérides, (4) error del reloj del satélite, (5) ruido del receptor GPS y, (6) multitrayecto. El retardo Ionosférico es el retardo de tiempo variable experimentado por las ondas electromagnéticas cuando pasan a través de bandas de partículas Ionizadas en la Ionosfera. El retardo troposférico es el retardo de tiempo experimentado por las ondas electromagnéticas cuando pasan a través de humedad en la

atmósfera inferior. El error de efemérides es la diferencia entre la ubicación real del satélite y la posición predicha por los datos orbitales del satélite. El ruido del receptor es el ruido generado por la electrónica interna de un receptor GPS. El multitrayecto es el retardo de la señal causado por las reflexiones de señal localizadas en estrecha proximidad de un receptor GPS. La mayoría de estas fuentes de error están correlacionadas espacialmente en distancias relativamente cortas (es decir, decenas de kilómetros). Esto significa que dos receptores GPS diferentes dentro de esta proximidad entre sí observarán los mismos errores. Por lo tanto, es posible mejorar las fuentes de error correlacionadas espacialmente usando una técnica conocida como "Corrección Diferencial". Un receptor de referencia colocado en una ubicación bien conocida calcula una pseudodistancia supuesto para cada señal de satélite que detecta. Entonces mide las pseudodistancias recibidas de los satélites GPS y resta las pseudodistancias supuestas de las pseudodistancias recibidas, formando una corrección de distancia diferencial para cada satélite a la vista. El receptor de referencia entonces envía estas correcciones como datos digitales al receptor GPS a través de un enlace de datos de RF. El receptor GPS añade posteriormente estas correcciones a las pseudodistancias que mide (para los mismos satélites a la vista al receptor de referencia) antes de calcular una solución de posición. Mediante este procedimiento se eliminan por completo los errores comunes tanto al receptor de referencia como al receptor GPS. Fuentes de error no correlacionadas, tales como multitrayecto y ruido del receptor permanecen en las pseudodistancias y degradan posteriormente la precisión de la posición. Precisiones de posición del orden de varios metros son alcanzables con una corrección GPS diferencial basada en código en entornos de bajo multitrayecto.

GPS Diferencial basado en Portadora Convencional (posicionamiento relativo)

El GPS diferencial basado en portadora convencional (CDGPS) calcula la diferencia entre la ubicación de referencia y la ubicación del usuario usando las diferencias entre las fases portadoras de los satélites medidas en el receptor de referencia y el receptor de usuario. Un receptor de referencia CDGPS, instalado en una ubicación bien conocida, calcula mediciones de fases portadoras simultáneas para todos los satélites a la vista y luego transmite los datos de fase portadora al receptor de usuario a través de un enlace de datos de RF. El receptor de usuario calcula también mediciones de fase simultáneas para todos los satélites a la vista y posteriormente calcula una diferencia de fase para determinar la posición del receptor de usuario con respecto a la ubicación del receptor de referencia. Las mediciones de fase portadora son un recuento de ciclo de funcionamiento... [Seguir leyendo]

1. Un método para permitir a un receptor de posición (805) determinar soluciones de posición a partir de señales de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3, 804-3) de una pluralidad de redes de posicionamiento autónomas (801, 802) dentro de un sistema de posicionamiento, en donde:

cada red de posicionamiento autónoma (801, 802) está sincronizada con una base de tiempo diferente;

cada una de dicha pluralidad de redes de posicionamiento autónomas (801, 802) comprende uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-1, 802-2, 802-3); y

cuando el receptor de posición (805) está situado cerca del limite de la primera y segunda de dicha pluralidad de redes de posicionamiento autónomas (801, 802), dicho receptor de posición recibe señales de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3) desde uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3) dentro de dicha primera red de posicionamiento autónoma (801) y señales de posicionamiento (804-3) desde uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (802-3) desde dicha segunda red de posicionamiento autónoma (802) y calcula su propia posición usando las señales de posicionamiento recibidas (803-1, 803-2, 803-3, 804-3),

caracterizado por que:

al menos un dispositivo de unidad de posicionamiento (801-3) dentro de dicha primera red de posicionamiento autónoma (801) recibe señales de posicionamiento (804-3) desde al menos un dispositivo de unidad de posicionamiento (802-3) desde dicha segunda red de posicionamiento autónoma (802), mide la diferencia de base de tiempo entre dichas primera y segunda redes de posicionamiento autónomas (801, 802) y posteriormente calcula una corrección de reloj de base de tiempo e incorpora dicha corrección de reloj de base de tiempo en sus señales de posicionamiento (803-3) para transmisión;

otros dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2) dentro de dicha primera red de posicionamiento autónoma (801) reciben y retransmiten dichas señales de posicionamiento (803-3) incorporando dicha corrección de reloj de base de tiempo; y

dicho receptor de posición (805) recibe señales de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3) incorporando dicha corrección de reloj de base de tiempo desde cualquier dispositivo de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3) dentro de dicha primera red de posicionamiento autónoma (801) y aplica dicha corrección de reloj de base de tiempo a señales de posicionamiento (804-3) recibidas desde dichos uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (802-3) desde dicha segunda red de posicionamiento autónoma (802);

de manera que las señales de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3, 804-3) recibidas desde dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-3) desde dichas primera y segunda redes de posicionamiento autónomas (801, 802) que están sincronizadas con diferentes bases de tiempo se pueden usar para soluciones de posición.

2. Un método según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho receptor de posición (805) determina su propia posición, velocidad y tiempo (PVT) usando una solución de punto único.

3. Un método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque dicho receptor de posición (805) primero elige una base de tiempo única a partir de una de dicha pluralidad de redes de posicionamiento autónomas (801, 802) y luego aplica correcciones de reloj a la base de tiempo de posteriores redes de posicionamiento autónomas antes de calcular una solución de posición.

4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que dichos uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-1, 802-2, 802-3) además incluyen información de identificación de red en sus señales de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3, 804-1, 804-2, 804-3).

5. Un método según la reivindicación 4, caracterizado porque cada uno de dichos uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-1, 802-2, 802-3) transmite su propia información de identificación de red a todos los otros dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-1, 802-2, 802-3) y receptores de posición (805) a la vista.

6. Un método según la reivindicación 5, caracterizado por que dichos uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-1, 802-2, 802-3) determinan el origen de los datos de reloj de referencia para cada dispositivo de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-1, 802-2, 802-3) a la vista a partir de dicha información de identificación de red.

7. Un método según la reivindicación 5 o la reivindicación 6, caracterizado porque dicho receptor de posición (805) determina el origen de los datos de reloj de referencia para cada dispositivo de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-3) a la vista a partir de dicha información de identificación de red.

8. Un método según la reivindicación 5, caracterizado por que dichos uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-1, 802-2, 802-3) determinan qué señales de posicionamiento de dispositivo de unidad de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3, 804-1, 804-2, 804-3) están asociadas con cada red de posicionamiento autónoma (801, 802) a partir de dicha información de identificación de red.

9. Un método según la reivindicación 5 o la reivindicación 6, caracterizado por que dicho receptor de posición (805) determina qué señales de posicionamiento de dispositivo de unidad de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3, 804-3) están asociadas con cada red de posicionamiento autónoma (801, 802) a partir de dicha información de identificación de red.

10. Un método según la reivindicación 9, caracterizado por que dichos uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-1, 802-2, 802-3) y dicho receptor de posición (805) pueden determinar qué señales de posicionamiento del dispositivo de unidad de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3, 804-1, 804-2, 804-3) requieren correcciones de reloj como resultado de haber determinado qué señales de posicionamiento del dispositivo de unidad de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3, 804-1, 804-2, 804-3) están asociadas con cada red de posicionamiento autónoma (801, 802).

11. Un sistema de posicionamiento para permitirá un receptor de posición (805) determinar soluciones de posición a partir de señales de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3, 804-3) a partir de una pluralidad de redes de posicionamiento autónomas (801, 802), en donde cada red de posicionamiento autónoma (801, 802) está sincronizada con una base de tiempo diferente, dicho sistema de posicionamiento que comprende:

una pluralidad de redes de posicionamiento autónomas (801, 802), cada una que comprende uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-1, 802-2, 802-3); y

cuando el receptor de posición (805) está situado cerca del límite de la primera y segunda de dicha pluralidad de redes de posicionamiento autónomas (801, 802), dicho receptor de posición (805) recibe señales de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3) desde uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801- 2, 801-3) dentro de dicha primera red de posicionamiento autónoma (801) y señales de posicionamiento (804-3) desde uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (802-3) desde dicha segunda red de posicionamiento autónoma (802) y calcula su propia posición usando las señales de posicionamiento recibidas (803-1, 803-2, 803-3, 804-3);

caracterizado por que:

al menos un dispositivo de unidad de posicionamiento (801-3) dentro de dicha primera red de posicionamiento autónoma (801) recibe señales de posicionamiento (804-3) desde al menos un dispositivo de unidad de posicionamiento (802-3) desde dicha segunda red de posicionamiento autónoma (802), mide la diferencia de base de tiempo entre dichas primera y segunda redes de posicionamiento autónomas (801, 802) y posteriormente calcula una corrección de reloj de base de tiempo e incorpora dicha corrección de reloj de base de tiempo en sus señales de posicionamiento (803-3) para transmisión;

otros dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2) dentro de dicha primera red de posicionamiento autónoma (801) reciben y retransmiten dichas señales de posicionamiento (803-3) incorporando dicha corrección de reloj de base de tiempo; y

dicho receptor de posición (805) recibe señales de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3) incorporando dicha corrección de reloj de base de tiempo desde cualquier dispositivo de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3) dentro de dicha primera red de posicionamiento autónoma (801) y aplica dicha corrección de reloj de base de tiempo a señales de posicionamiento (804-3) recibidas desde dichos uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (802-3) desde dicha segunda red de posicionamiento autónoma (802);

de manera que las señales de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3, 804-3) recibidas desde dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-3) desde dichas primera y segunda redes de posicionamiento autónomas (801, 802) que están sincronizadas con diferentes bases de tiempo se pueden usar para soluciones de posición.

12. Un sistema de posicionamiento según la reivindicación 11, caracterizado por que dicho receptor de posición (805) determina su propia posición, velocidad y tiempo (PVT) usando una solución de punto único.

13. Un sistema de posicionamiento según la reivindicación 11 o la reivindicación 12, caracterizado por que dicho receptor de posición (805) primero elige una base de tiempo única a partir de una de dicha pluralidad de redes de posicionamiento autónomas (801, 802) y luego aplica correcciones de reloj a la base de tiempo de posteriores redes de posicionamiento autónomas antes de calcular una solución de posición.

14. Un sistema de posicionamiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por que dichos uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-1, 802-2, 802-3) además incluyen información de identificación de red en sus señales de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3, 804-1, 804-2, 804-3).

15. Un sistema de posicionamiento según la reivindicación 14, caracterizado por que cada uno de dichos uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-1, 802-2, 802-3) transmite su propia información de identificación de red a todos los otros dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801- 3, 802-1, 802-2, 802-3) y receptores de posición (805) a la vista.

16. Un sistema de posicionamiento según la reivindicación 15, caracterizado por que dichos uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-1, 802-2, 802-3) determinan el origen de los datos de reloj de referencia para cada dispositivo de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-1, 802-2, 802-3) a la vista a partir de dicha información de identificación de red.

17. Un sistema de posicionamiento según la reivindicación 15 o la reivindicación 16, caracterizado por que dicho receptor de posición (805) determina el origen de los datos de reloj de referencia para cada dispositivo de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-3) a la vista a partir de dicha información de identificación de red.

18. Un sistema de posicionamiento según la reivindicación 15, caracterizado por que dicho uno o más dispositivos de unidad de posicionamiento (801-1, 801-2, 801-3, 802-1, 802-2, 802-3) determinan qué señales de posicionamiento de dispositivo de unidad de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3, 804-1, 804-2, 804-3) están asociadas con cada red de posicionamiento autónoma (801, 802) a partir de dicha información de identificación de red.

19. Un sistema de posicionamiento según la reivindicación 15 o la reivindicación 16, caracterizado porque dicho receptor de posición (805) determina qué señales de posicionamiento del dispositivo de unidad de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3, 804-3) están asociadas con cada red de posicionamiento autónoma (801, 802) a partir de dicha información de identificación de red.

20. Un sistema de posicionamiento según la reivindicación 19, caracterizado por que dicho receptor de posición (805) puede determinar qué señales de posicionamiento del dispositivo de unidad de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3, 804-3) requieren correcciones de reloj como resultado de haber determinado qué señales de posicionamiento del dispositivo de unidad de posicionamiento (803-1, 803-2, 803-3, 804-3) están asociadas con cada red de posicionamiento autónoma (801, 802).