Carga útil de satélite para sistemas de aumentación.

Carga útil para satélite (600) de aumentación que comprende una vía (201,

202, 503) de entrada adaptada para la recepción de señales de navegación emitidas por al menos una estación terrestre de navegación (NLES) en una primera banda de frecuencias y una pluralidad de vías (206, 207, 208, 216, 217, 218) de salida adaptada cada una para la difusión de señales de navegación en una banda de frecuencias diferente de dicha primera banda y de las otras bandas de difusión, caracterizada porque comprende además un procesador (501) de navegación adaptado para implementar las siguientes operaciones para cada una de dichas señales recibidas:

• a partir de un primer conjunto de códigos (703) de ensanchamiento asociados cada uno a una estación 10 terrestre de navegación (NLES) y para cada uno de dichos códigos, desensanchar (702) la señal en fase con el fin de extraer una señal piloto;

• autentificar (706) dicha señal piloto y deducir de esta la estación (NLES) emisora de dicha señal;

• si la autentificación (706) es negativa, bloquear dicha señal de navegación;

• medir (707) la relación señal/ruido e interferencias (SNIR)que afecta a dicha señal piloto;

• retener, entre las señales de navegación recibidas la que presenta la relación señal/ruido e interferencias más elevada y para la cual es positiva la autentificación, denominando a dicha señal retenida señal nominal, denominando a la estación (NLES) emisora de la señal nominal estación nominal, denominando a las demás estaciones (NLES) emisoras estaciones redundantes;

• a partir de un segundo conjunto de códigos (711) de ensanchamiento asociados cada uno a un tipo de señal de navegación destinada a transmitirse en una de las bandas de frecuencias de difusión y para cada uno de dichos códigos, desensanchar (710) la señal de navegación nominal en cuadratura;

• transmitir (713, 714) dicha señal de navegación nominal en la banda de frecuencia de difusión asociada al código de ensanchamiento utilizado.

Carga útil de satélite para sistemas de aumentación La presente invención se refiere al campo de los sistemas de aumentación, de los rendimientos y de la disponibilidad de sistemas de navegación por satélite.

La invención se refiere de manera más particular al enlace ascendente entre varias estaciones terrestres de navegación y a un satélite específico para la transmisión de datos de aumentación. La invención tiene en particular por objeto una carga útil de navegación digital y semitransparente para dicho satélite.

A continuación, se utilizarán los siguientes acrónimos anglosajones, bien conocidos en el sector. Los sistemas de navegación y de posicionamiento por satélite se designan por lo general con el término de sistemas GNSS (Global Navigation Satellite System) . Los sistemas de aumentación del rendimiento se denominan sistemas SBAS (Satellite Based Augmentation Systems) . Las estaciones en tierra adaptadas para transmitir al satélite unos datos de aumentación se denominan estaciones NLES (Navigation Land Earth Stations) . Las estaciones terrestres adaptadas para recibir señales de satélite que constan de unos datos de aumentación y para realizar mediciones en estas señales se denominan habitualmente estaciones RIMS (Ranging & Integrity Monitoring Station) .

Los sistemas de aumentación SBAS conocidos permiten enviar en tiempo real correcciones a los receptores GNSS con el objetivo en particular de incrementar la precisión de la geolocalización realizada. También permiten la difusión de informaciones que sirven para mejorar la integridad del servicio suministrado por el sistema. De forma general, las correcciones y otras informaciones generadas y difundidas por dichos sistemas se denominan datos de aumentación y se transmiten en forma de mensajes de aumentación directamente en la señal de navegación.

Para producir y difundir dichos datos, los sistemas SBAS se componen por lo general de estaciones en tierra RIMS que miden de forma permanente las señales GNSS transmitidas por los satélites de navegación, de centros de procesamiento que reciben estas mediciones y elaboran los mensajes de aumentación, y de estación NLES en tierra que transmiten estos mensajes con la señal de navegación GNSS hacia un satélite de aumentación SBAS que hace la función de relé retransmitiendo la señal recibida hacia los receptores GNSS. En dicho sistema, la carga útil de un satélite SBAS se denomina transparente, lo que significa que no se ha realizado a bordo del satélite ningún procesamiento que provoque una modificación del contenido de la señal recibida.

Dichos sistemas presentan algunas limitaciones relativas a la disponibilidad y a la continuidad de funcionamiento que ofrecen que solo se garantiza a costa de una complejidad adicional del sistema, en particular por una redundancia de algunos equipos.

Al ser la carga útil de un satélite SBAS de tipo transparente, esta no permite un acceso simultáneo a sus recursos. De este modo, no es posible la aplicación de una redundancia en caliente entre una estación en tierra NLES nominal y una estación NLES de emergencia redundante ya que el satélite SBAS solo es capaz de recibir y de retransmitir una señal de potencia nominal a la vez emitida por una única estación NLES denominada estación principal o nominal.

La expresión redundancia en caliente se utiliza en referencia a un sistema para el cual al menos dos estación NLES en tierra pueden emitir de forma simultánea una señal en la vía ascendente del satélite SBAS. Por oposición, se habla de redundancia en frío cuando dos estaciones al menos están disponibles para la emisión de la señal de navegación hacia el satélite SBAS, pero no emiten de forma simultánea. El principio de redundancia en frío se aplica a los sistemas SBAS conocidos. Cuando se detecta una avería de la estación NLES nominal, la estación NLES de emergencia, que no está activa por defecto, se pone en marcha con el fin de garantizar la conmutación de estaciones y la continuidad del servicio. El tiempo necesario para la puesta en marcha de la estación de emergencia genera una pérdida de continuidad y la consecuente interrupción de servicio, que puede superar el minuto. Este tiempo de interrupción también se debe a los siguientes procesamientos, necesarios para restablecer la conexión: detección del defecto, inclinación hacia la estación NLES de redundancia, estabilización de los bucles de control de la estación, adquisición del nivel de integridad requerido.

Otro problema ligado al aspecto transparente del satélite SBAS se refiere a la integridad del mensaje de navegación recibido por este satélite. Las soluciones conocidas implementan un control de integridad de las señales al nivel de la estación NLES en tierra. Este control se realiza comparando la señal de navegación emitida en la vía ascendente con la señal transmitida por el satélite SBAS en la vía descendente, que es captada por las estaciones NLES.

La detección de una eventual interferencia o señuelo de las señales de navegación se realiza en tierra y provoca bien la difusión de un mensaje específico de alerta que no es instantáneo, o bien un cese de la emisión de la estación NLES. No es posible ninguna prohibición de difusión de una señal de señuelo al nivel del propio satélite SBAS, salvo para apagar la carga útil a partir de un enlace de control remoto desde tierra. Este tipo de funcionamiento genera una pérdida de disponibilidad para los receptores GNSS que deben esperar la emisión por satélite de una nueva señal válida.

Un tercer problema reside en la utilización para la transmisión de las señales de navegación emitidas por las

estaciones NLES de múltiples bandas de frecuencia. Por ejemplo, los sistemas GPS pueden utilizar tres sub-bandas de frecuencia en la banda L, esto es las bandas L1, L2 y L5 para usos diversos. Del mismo modo, el sistema europeo Galileo prevé la utilización de cuatro sub-bandas de frecuencia. Además, el mantenimiento operativo del sistema puede exigir la transmisión de canales de prueba.

La transmisión de las señales en el enlace ascendente entre una estación NLES y el satélite se hace tradicionalmente de acuerdo con un plan de frecuencia de tipo FDMA y en una polarización única. Es decir que cada señal se emite en la banda (L1, L2, L5, ) de frecuencia que le corresponde. La multiplicidad de los canales puede, por lo tanto, generar una ocupación espectral muy importante, y conducir a un incremento de la complejidad de las estaciones en tierra y de la carga útil.

A bordo del satélite, la carga útil prevé varias vías de procesamiento adaptadas para cada banda de frecuencias. La transmisión de las señales en al menos dos bandas de frecuencias distintas provoca una dispersión diferencial en ganancia y fase entre los canales de navegación relativos a estas diferentes frecuencias. En efecto, el canal de propagación provoca perturbaciones (ruido, impacto de la ionosfera) diferentes en función de la frecuencia de emisión. Las señales deben, por lo tanto, corregirse en amplitud, en retardo y en fase para compensar estos errores diferenciales. Además, las dificultades de emparejamiento y de calibración de las vías entre sí tienen como consecuencia una mala gestión simultánea de señales emitidas en dos o varias bandas de frecuencias distintas, lo que provoca una degradación del rendimiento para el usuario del sistema.

Por otra parte, se conoce el documento US 7460828 B2 que describe una carga útil para satélite en un sistema de aumentación.

La presente invención pretende, en particular, reducir las limitaciones ya citadas de los sistemas SBAS conocidos proponiendo una carga útil para satélite SBAS digital y semitransparente, es decir que permita siempre cumplir con la misión del satélite de relé transparente de los mensajes de navegación y de aumentación introduciendo al mismo tiempo algunos procesamientos específicos al nivel del satélite que permitan mejorar la seguridad, la continuidad del servicio, la gestión del control de integridad así como el rendimiento de radiofrecuencia.

Con este fin, la invención tiene por objeto una carga útil para satélite de aumentación que comprende una vía de entrada adaptado para la recepción de señales de navegación emitidas por al menos una estación terrestre de navegación en una primera banda de frecuencias y una pluralidad de vías de salida adaptada cada una a la difusión de señales de navegación en una banda de frecuencias diferente de dicha primera banda y de las otras bandas de difusión, caracterizada porque comprende además un procesador de navegación adaptado para implementar las siguientes operaciones para cada una de dichas... [Seguir leyendo]

1. Carga útil para satélite (600) de aumentación que comprende una vía (201, 202, 503) de entrada adaptada para la recepción de señales de navegación emitidas por al menos una estación terrestre de navegación (NLES) en una primera banda de frecuencias y una pluralidad de vías (206, 207, 208, 216, 217, 218) de salida adaptada cada una para la difusión de señales de navegación en una banda de frecuencias diferente de dicha primera banda y de las otras bandas de difusión, caracterizada porque comprende además un procesador (501) de navegación adaptado para implementar las siguientes operaciones para cada una de dichas señales recibidas:

a partir de un primer conjunto de códigos (703) de ensanchamiento asociados cada uno a una estación terrestre de navegación (NLES) y para cada uno de dichos códigos, desensanchar (702) la señal en fase con el fin de extraer una señal piloto;

autentificar (706) dicha señal piloto y deducir de esta la estación (NLES) emisora de dicha señal;

si la autentificación (706) es negativa, bloquear dicha señal de navegación;

medir (707) la relación señal/ruido e interferencias (SNIR) que afecta a dicha señal piloto;

retener, entre las señales de navegación recibidas la que presenta la relación señal/ruido e interferencias más elevada y para la cual es positiva la autentificación, denominando a dicha señal retenida señal nominal, denominando a la estación (NLES) emisora de la señal nominal estación nominal, denominando a las demás estaciones (NLES) emisoras estaciones redundantes;

a partir de un segundo conjunto de códigos (711) de ensanchamiento asociados cada uno a un tipo de señal de navegación destinada a transmitirse en una de las bandas de frecuencias de difusión y para cada uno de dichos códigos, desensanchar (710) la señal de navegación nominal en cuadratura;

transmitir (713, 714) dicha señal de navegación nominal en la banda de frecuencia de difusión asociada al código de ensanchamiento utilizado.

2. Carga útil para satélite (600) de aumentación de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha señal piloto se demodula de forma previa de acuerdo con una modulación de tipo "Cyclic Code Shift Keying", realizándose la autentificación de la señal piloto identificando el código asociado a dicha modulación.

3. Carga útil para satélite (600) de aumentación que comprende una vía (201, 202, 503) de entrada adaptada para la recepción de señales de navegación emitidas por al menos una estación terrestre de navegación (NLES) en una primera banda de frecuencias y una pluralidad de vías (206, 207, 208, 216, 217, 218) de salida adaptada cada una para la difusión de señales de navegación en una banda de frecuencias diferente de dicha primera banda y de las otras bandas de difusión, caracterizada porque comprende, además, un procesador (501) de navegación adaptado para implementar las siguientes operaciones para cada una de dichas señales recibidas:

demodular dicha señal recibida de acuerdo con una modulación de tipo "Cyclic Code Shift Keying";

autentificar (706) dicha señal recibida identificando el código asociado a dicha modulación y deducir de este la estación (NLES) emisora de dicha señal;

si la autentificación (706) es negativa, bloquear dicha señal de navegación;

medir (707) la relación () señal/ruido e interferencias (SNIR) que afecta a dicha señal recibida;

retener, entre las señales de navegación recibidas la que representa la relación señal/ruido e interferencias más elevada y para la cual es positiva la autentificación, denominando a dicha señal retenida señal nominal, denominando a la estación (NLES) emisora de la señal nominal estación nominal, denominando a las demás estaciones (NLES) emisoras estaciones redundantes;

a partir de un segundo conjunto de códigos (711) de ensanchamiento asociados cada uno a un tipo de señal de navegación destinada a transmitirse en una de las bandas de frecuencias de difusión y para cada uno de dichos códigos, desensanchar (710) la señal de navegación nominal en cuadratura;

transmitir (713, 714) dicha señal de navegación nominal en la banda de frecuencia de difusión asociada al código de ensanchamiento utilizado.

4. Carga útil para satélite (600) de aumentación de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque cuando la relación señal/ruido e interferencias (SNIR) medida en dicha señal nominal decrece por debajo de un umbral predeterminado, la nueva señal seleccionada es aquella que presenta la relación señal/ruido e interferencias más elevada.

5. Carga útil para satélite (600) de aumentación de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque comprende, además, una vía (502, 504) de retorno adaptada para la difusión, en dicha primera banda de frecuencias, de al menos una señal de servicio hacia al menos una estación terrestre de navegación (NLES) , comprendiendo dicha señal de servicio al menos la medición de la relación señal/ruido e interferencias (SNIR) de al menos una señal nominal, estando dicha señal de servicio adaptada para realizar una supeditación de la potencia de emisión de dichas estaciones (NLES) redundantes a la potencia de emisión de la estación (NLES) nominal.

6. Carga útil para satélite (600) de aumentación de acuerdo con la reivindicación 5 caracterizada porque dicha señal de servicio comprende, además, las mediciones de la relación señal/ruido e interferencias (SNIR) de las señales de navegación recibidas por el satélite (600) y emitidas por todas las estaciones (NLES) emisoras.

7. Carga útil para satélite (600) de aumentación de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 o 6 caracterizada porque dicha señal de servicio comprende, además, una medición de los desplazamientos temporales entre la recepción, por el satélite (600) , de la señal nominal, por una parte, y de las señales emitidas por las estaciones (NLES) terrestres de navegación redundantes, estando dicha señal de servicio adaptada para realizar una sincronización temporal de dichas estaciones (NLES) entre sí.

8. Carga útil para satélite (600) de aumentación de acuerdo con una de las reivindicaciones 5, 6 o 7 caracterizada porque dicha vía (502, 504) de retorno está, además, adaptada para la difusión, en dicha primera banda de frecuencias, de la señal de navegación nominal.

9. Carga útil para satélite (600) de aumentación de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque dicha primera banda de frecuencias es la banda C o Ku y dichas bandas de frecuencias de difusión son al menos las bandas L1 y L5.

10. Carga útil para satélite (600) de aumentación de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque dichos códigos de ensanchamiento son unos códigos de Walsh.

11. Satélite de aumentación (600) que comprende una carga útil de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, adaptada para recibir una señal de navegación en un enlace ascendente en una primera banda de frecuencias y para volver a difundir dicha señal en un enlace descendente en una pluralidad de bandas de frecuencias de difusión.

12. Estación terrestre de navegación (NLES) adaptada para recibir un mensaje de aumentación y para generar una señal de navegación que contiene dicho mensaje, estando dicha señal de navegación ensanchada espectralmente por medio de un primer código (C1, C5) de ensanchamiento asociado a su banda (L1, L5) de frecuencia de difusión y a la que se añade en cuadratura una señal piloto ensanchada espectralmente por medio de un segundo código (C0) de ensanchamiento asociado a dicha estación terrestre de navegación (NLES) , estando dicha señal de navegación destinada a transmitirse en el enlace ascendente de un satélite (600) de aumentación de acuerdo con la reivindicación 11, en una primera banda de frecuencias diferente de la banda (L1, L5) de frecuencia de difusión.

13. Estación terrestre de navegación (NLES) de acuerdo con la reivindicación 12 en la que se aplica de forma previa una modulación de tipo "Cyclic Code Shift Keying" a dicha señal de navegación o a dicha señal piloto.

14. Estación terrestre de navegación (NLES) de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 o 13 en la que la polarización de la señal de navegación transmitida es diferente según la banda (L1, L5) de frecuencia de difusión.

15. Sistema de aumentación que comprende:

al menos una estación (RIMS) de observación adaptada para recibir una señal de radionavegación transmitida por al menos un satélite (NAV) de radionavegación y para realizar unas mediciones en dicha señal;

al menos un centro (CPF) de procesamiento adaptado para recibir dichas mediciones transmitidas por al menos una estación (RIMS) de medición y para elaborar, a partir de dichas mediciones, al menos un mensaje de aumentación;

una pluralidad de estaciones (NLES) terrestres de navegación de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 14, siendo dichos primeros códigos (C1, C5) de ensanchamiento asociados a dichas estaciones (NLES) terrestres de navegación ortogonales entre sí;

al menos un satélite (600) de aumentación de acuerdo con la reivindicación 11.

16. Sistema de aumentación de acuerdo con la reivindicación 15 caracterizado porque está adaptado para implementar una conmutación de estaciones (NLES) terrestres de navegación de tipo redundancia en caliente.

17. Sistema de aumentación de acuerdo con una de las reivindicaciones 15 o 16 en el que la polarización de la señal de navegación transmitida es diferente entre dos estaciones (NLES) terrestres de navegación redundantes.

18. Sistema de aumentación de acuerdo con una de las reivindicaciones 15 a 17 caracterizado porque tras recibir una señal de servicio emitida por dicho satélite (600) de aumentación y que comprende al menos la medición de la relación señal/ruido e interferencias (SNIR) de al menos dicha señal nominal, dichas estaciones (NLES) terrestres de navegación realizan una supeditación de su potencia de emisión a la potencia de emisión de la estación nominal.

19. Sistema de aumentación de acuerdo con las reivindicaciones 15 a 18 caracterizado porque, tras recibir dicha señal de servicio, dichas estaciones (NLES) terrestres de navegación realizan una sincronización temporal de sus emisiones respectivas.