DE60223952T2

DE60223952T2 - Validierung von bakensignalen

Info

Publication number: DE60223952T2
Application number: DE60223952T
Authority: DE
Inventors: David Akopian; Harri Valio; Samuli Pietilä; Jari Syrjärinne
Original assignee: Nokia Siemens Networks Oy
Current assignee: Nokia Solutions and Networks Oy
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2022-10-25
Also published as: AU2002339588A1; US7064708B2; DE60223952D1; US20040165689A1; WO2004038449A1; CN1695070A; EP1554598B1; EP1554598A1; ATE380351T1

Description

GEGENSTAND DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Validierung von entdeckten codemodulierten Signalen, die von Sendern eines Positioniersystems übertragen und von einem Empfänger des Positioniersystems empfangen werden. Die Signale des Senders werden basierend auf einem Korrelationsvorgang festgestellt, das zwischen einem entsprechenden gegebenen Code für einen spezifischen Sender und empfangenen Sender-Signalen ausgeführt wird. Die Erfindung bezieht sich gleichermaßen auf einen entsprechenden Empfänger, auf ein elektronisches Gerät, das einen derartigen Empfänger umfasst, auf ein Gerät, das mit einem derartigen Empfänger zusammenarbeitet, und auf ein entsprechendes Positioniersystem.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein wohlbekanntes Positioniersystem, das auf der Bewertung von Signalen basiert, die von Sendern übertragen werden, ist GPS (Globales Positionsbestimmungssystem, Global Positioning System). Die Konstellation in GPS besteht aus mehr als 20 Satelliten, die als Sender verwendet werden, die die Erde umkreisen. Die Verteilung dieser Satelliten gewährleistet, dass gewöhnlich zwischen fünf und acht Satelliten von jedem Punkt der Erde aus sichtbar sind.
Jeder der Satelliten, die auch als Raumfahrzeuge (Space Vehicle SV) bezeichnet werden, überträgt zwei Mikrowellen-Trägersignale. Eines dieser Trägersignale L1 wird verwendet, um eine Navigationsnachricht und Codesignale eines Standardpositionierdienstes (Standard positioning service SPS) zu tragen. Das L1 Trägersignal wird von jedem Satelliten mit einem unterschiedlichen C/A (Coarse/Acquisition)-Code moduliert. Auf diese Weise werden unterschiedliche Kanäle für die Übertragung von den unterschiedlichen Satelliten erhalten. Der C/A-Code, der das Spektrum über eine 1 MHz Bandbreite spreizt, wird alle 1023 Chips wiederholt, wobei die Periodenlänge des Codes 1 ms beträgt. Die Trägerfrequenz des L1 Signals wird weiterhin mit Navigationsinformation bei einer Bitrate von 50 bit/s moduliert. Der 50 Hz Datenbitstrom der Navigationsnachricht ist mit den C/A-Codeübergängen abgeglichen. Die Navigationsinformation umfasst insbesondere Umlaufbahnparameter wie Ephemeriden-Daten. Ephemeriden-Parameter beschreiben kurze Abschnitte der Umlaufbahn des entsprechenden Satelliten. Basierend auf diesen Ephemeriden-Parametern kann ein Algorithmus die Position und Geschwindigkeit des Satelliten für jede Zeit von ungefähr 2–4 Stunden schätzen, während der sich der Satellit in dem entsprechenden beschriebenen Abschnitt befindet. Ephemeriden-Daten umfassen ebenfalls Korrekturparameter der Uhrzeit, die die derzeitige Abweichung der Satellitenuhr gegenüber einer allgemeinen GPS-Zeit anzeigen. Weiterhin wird eine Wochenzeit-(Time-of-Week-)TOW-Zählung alle sechs Sekunden als ein anderer Teil der Navigationsnachricht gemeldet.
Ein GPS-Empfänger, von dem die Position bestimmt werden soll, empfängt die seitens der derzeit zur Verfügung stehenden Satelliten übertragenen Signale, und eine Signalverfolgungseinheit des Empfängers entdeckt und verfolgt die Kanäle, die von unterschiedlichen Satelliten basierend auf den unterschiedlichen enthaltenen C/A-Codes verwendet werden. Um dazu in der Lage zu sein, die von unterschiedlichen Satelliten verwendeten Kanäle zu orten, hat der Empfänger Zugang zu einer Replik des von jedem der Satelliten verwendeten C/A-Codes. Der Empfänger ist auf diese Weise dazu in der Lage, die verfügbaren C/A-Codes mit den C/A-Codes in den empfangenen Signalen in einem Korrelationsvorgang zu vergleichen.
Indem Messungen der verfolgten Signale bewertet werden, bestimmt der Empfänger zuerst die Zeit der Übertragung des von jedem Satelliten übertragenen Codes zur Entfernungsbestimmung. Die geschätzte Zeit der Übertragung besteht üblicherweise aus zwei Bestandteilen. Ein erster Bestandteil besteht in der TOW-Zahl, die aus der decodierten Navigationsnachricht in den Signalen vom Satelliten entnommen wurde und die über eine Genauigkeit von sechs Sekunden verfügt. Ein zweiter Bestandteil basiert auf der Zählung der Perioden und Chips ab der Zeit, zu der die den TOW anzeigenden Bits in der Signalverfolgungseinheit des Empfängers empfangen werden. Die Perioden- und Chip-Zählung stellt dem Empfänger die Millisekunden und Submillisekunden der Zeit der Übertragung spezifischer empfangener Bits zur Verfügung. Eine erkannte Periodengrenze gibt ebenfalls die Codephase eines empfangenen Signals an.
Basierend auf der Zeit der Übertragung und der gemessenen Ankunftszeit (time of arrival) TOA des Codes zur Entfernungsbestimmung beim Empfänger wird die von dem Code zur Entfernungsbestimmung für die Ausbreitung von dem Satelliten bis zum Empfänger benötigte Flugzeit (time of flight) TOF berechnet. Indem diese TOF mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert wird, wird diese in den Abstand zwischen dem Empfänger und dem entsprechenden Satelliten umgewandelt. Der berechnete Abstand zwischen einem spezifischen Satelliten und einem Empfänger wird als Pseudo-Entfernung bezeichnet, da die allgemeine GPS-Zeit beim Empfänger nicht genau bekannt ist. Normalerweise berechnet der Empfänger die genaue Ankunftszeit eines Codes zur Entfernungsbestimmung basierend auf irgendeiner ursprünglichen Schätzung, und je genauer die ursprüngliche Zeitschätzung ist, desto effizienter sind Berechnungen zur Position- und zur genauen Zeit. Eine Referenz-GPS-Zeit kann, muss jedoch nicht, dem Empfänger seitens eines Kommunikationsnetzwerks zur Verfügung gestellt werden.
Die berechneten Abstände und die geschätzten Positionen der Satelliten erlauben dann eine Berechnung der derzeitigen Position des Empfängers, da sich der Empfänger an einem Schnittpunkt der Pseudo-Entfernungen einer Menge der Satelliten befindet. Um dazu in der Lage zu sein, eine Position eines Empfängers in drei Dimensionen sowie den Zeitversatz der Empfängeruhr zu berechnen, werden die Signale von wenigstens vier unterschiedlichen GPS-Satelliten benötigt.
Falls auf einem der Empfängerkanäle Navigationsdaten verfügbar sind, kann die in einem empfangenen Signal enthaltene Angabe der Zeit der Übertragung ebenfalls in einer Zeitinitialisierung zur Korrektur des Uhrfehlers beim Empfänger verwendet werden, da die interne Empfängerzeituhr im Allgemeinen systematisch abweichend ist.
Derzeitig sind die meisten GPS-Empfänger für den Außenbetrieb mit guten Signalpegeln von Satelliten ausgelegt.
Im Falle schlechter Empfangsbedingungen, wie zum Beispiel im Innenbetrieb, ist die Verfolgung von Signalen mit derartigen Empfängern weniger zuverlässig. Eines der Probleme besteht in dem Kreuzkorrelationseffekt zwischen den Satelliten. Wenn nach einem spezifischen Satellitensignal gesucht wird, wird oft ein unerwünschtes kreuzkorreliertes Signal von einem anderen Satelliten gefunden. Das Signal-Rausch-Verhältnis von Signalen von unterschiedlichen Satelliten variiert im Innenbetrieb innerhalb einer weiten Spanne, da die Satellitensignale unterschiedlichen Dämpfungen ausgesetzt sind. Dies bedeutet, dass das Signal von einem Satelliten recht stark sein kann, während das Signal von einem anderen Satelliten relativ schwach ist. Gleichzeitig liefern die Pseudorausch-Eigenschaften der Satellitensignale nur eine begrenzte Selektivität während des Korrelationsvorgangs. Signale von falschen Satelliten und Codephasen werden nur um ungefähr 20 dB in dem Korrelationsvorgang gedämpft. Falls die Unterschiede in dem Signal-Rausch-Verhältnis von den unterschiedlichen Satellitensignalen also größer als diese Dämpfung sind, könnte das Signal von falschen Satelliten dann in einem gegebenen Kanal störend einwirken. Das heißt, ein falsches Satellitensignal mit einem hohen Signalpegel kann in dem Korrelationsvorgang als das gewünschte Satellitensignal bestimmt werden, falls das korrekte Satellitensignal einen niedrigen Signalpegel besitzt. Dies macht eine normale signalverfolgung unmöglich.
In einer bekannten Herangehensweise die darauf zielt, eine falsche Signalverfolgung zu vermeiden, werden nur diejenigen Satelliten betrachtet, die einen begrenzten Unterschied in ihren Signal-Rausch-Verhältnissen aufweisen. Diese Herangehensweise hat jedoch den Nachteil, dass der Empfänger oft nicht dazu in der Lage sein wird, die Position zu berechnen, wenn nur Signale von wenigen Satelliten empfangen werden, was im Falle eines Innenbetriebs das wahrscheinlichste Szenario ist.
Ein bekanntes System namens RAIM (Empfänger autonome Integritäts Überwachung Receiver Autonomous Integrity Monitoring), das in Flugzeugen verwendet wird, prüft, ob die Messungen von verfolgten Satelliten korrekt sind. RAIM ist jedoch für die Verwendung unter guten Signalbedingungen ausgelegt und erfordert darüber hinaus den Empfang von Signalen von wenigstens 5 Satelliten.
Ein Verfahren nach der Präambel des Anspruchs 1 ist aus EP-A-869373 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine verlässliche Erkennung einer ausreichenden Anzahl von Sender-Signalen auch unter schwachen Signalbedingungen zu ermöglichen.
Dieses Ziel wird mit einer Methode zur Validierung von erkannten codemodulierten Signalen erreicht, die von Sendern eines Positioniersystems übertragen und von einen Empfänger des besagten Positioniersystems empfangen werden, wobei die Sender-Signale basierend auf einem Korrelationsvorgang erkannt werden, der zwischen einem entsprechenden vorgegebenen Code für einen spezifischen Sender und empfangenen Sender-Signalen ausgeführt wird. Die vorgeschlagene Methode umfasst in einem ersten Schritt die Durchführung von Messungen für die erkannten Sender-Signale. Wenigstens eines der erkannten Sender-Signale wird dann als Kalibrierungssignal ausgewählt. Basierend auf Messungen für das erkannte Kalibrierungssignal und auf einer verfügbaren Referenzposition des Empfängers wird wenigstens eine erlaubte Spannweite für die Ergebnisse der Messungen der anderen erkannten Sender-Signale bestimmt. Jede Erkennung eines Sender-Signals, für das Ergebnisse durchgeführter Messungen außerhalb eines für diese Messungen festgelegten Bereiches liegen, wird abgelehnt. Es ist zu bemerken, dass der Bereich, der für eine spezifische Art von Messungen bestimmt wurde, auch aus mehreren Unterbereichen bestehen kann. Weiterhin kann ein bestimmter erlaubter Bereich nur einen einzigen Wert enthalten. Es versteht sich, dass die Reihenfolge der vorgeschlagenen Schritte teilweise geändert werden kann.
Das Ziel wird weiterhin mit einem Empfänger, mit einem elektronischen Gerät, das einen Empfänger umfasst, oder mit irgendeinem anderen Gerät erreicht, wobei jedes Mittel zur Durchführung der Schritte der vorgeschlagenen Methode umfasst. Falls die Verarbeitung in einer anderen Einheit als dem Empfänger durchgeführt wird, wird die erforderliche Information über die empfangenen Signale von dem Empfänger an diese Einheit weitergeleitet. Bei dem vorgeschlagenen anderen Gerät kann es sich zum Beispiel um ein Netzwerkelement eines Netzwerks handeln. Das Ziel wird ebenfalls mit einem System erreicht, das einen Empfänger und ein Gerät umfasst, bei dem entweder der Empfänger oder das Gerät Mittel zur Durchführung der Schritte der vorgeschlagenen Methode umfasst. Falls der Empfänger die Verarbeitung ausführt, kann das Gerät dem Empfänger unterstützende Daten zur Verfügung stellen, die zur Verifizierung der erkannten Sender-Signale benötigt werden.
Die Erfindung geht von der Idee aus, dass das Signal eines Senders, von dem angenommen werden kann, dass dieses korrekt erkannt wurde, zur Validierung der Erkennung anderer Sender-Signale verwendet werden kann, zum Beispiel zur Überprüfung nach dem Korrelationsvorgang, ob ein bereits erfasster Sender als korrekter Sender erkannt wurde. Sogar unter schlechten Signalbedingungen kann einer dieser Sender, von dem angenommen werden kann, dass dieser korrekt erkannt wurde, normalerweise ohne Probleme gefunden werden. Messungen der Signale von diesem Sender-Signal können dazu verwendet werden, einen oder mehrere Messungen von den anderen Sendern Bereiche zuzuweisen. Falls Messergebnisse außerhalb des spezifizierten Bereiches liegen, wird von dem entsprechenden Sender-Signal angenommen, falsch erkannt worden zu sein. Es versteht sich, dass die Messungen direkte Messungen umfassen können, einschließlich der Extraktion von Daten aus empfangenen Signalen, sowie eine Berechnung der Parameter basierend auf solchen Messungen.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass sie es ermöglicht, einen großen Prozentsatz empfangener Sender-Signale zu erkennen und unter den entdeckten Sender-Signalen einen großen Prozentsatz falsch erkannter Signale zu bestimmen.
Die Erfindung ermöglicht auf diese Weise, die Position des Empfängers in schlechten Verbreitungsbedingungen auch dann zu berechnen, wenn nur Signale von wenigen Satelliten verfügbar sind, die einen großen Unterschied in dem Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Positionierung durchgeführt werden kann, wird somit erhöht und die ermittelte Position ist auch genauer aufgrund der Ablehnung von fälschlicherweise entdeckten Signalen. Weiterhin können auch andere Fehler, die die Genauigkeit der Positionierung beeinflussen, reduziert werden.
Es ist darüber hinaus ein Vorteil der Erfindung, dass diese einfach zu implementieren ist.
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Für die Referenzposition des Empfängers genügt eine relativ grobe Kenntnis der Empfängerposition. Solch eine grobe Kenntnis kann zum Beispiel zur Verfügung stehen, wenn die Position kürzlich berechnet wurde. Alternativ könnte es sich bei dem Empfänger um einen unterstützten Empfänger handeln, der eine Angabe bezüglich der Referenzposition von einer anderen Einheit empfängt. Die Position einer Basisstation eines mobilen Kommunikationsnetzwerks zum Beispiel, mit dem der Empfänger derzeit verbunden ist, könnte als Referenzposition verwendet werden. Falls die Verarbeitung in einer Einheit außerhalb des Empfängers durchgeführt wird, ist die Referenzposition entweder bei dieser Einheit verfügbar oder wird dieser Einheit zur zugeführt.
Andere verfügbare Hilfsdaten können ebenfalls zur Bestimmung des Bereiches für einige Messungen verwendet werden. Solche andere Hilfsdaten können insbesondere Umlaufbahnparameter sein.
Verschiedene Arten von Messungen sind zur Bestimmung geeignet, ob diese in einem bestimmten Rahmen liegen.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Methode wenigstens zur Verifizierung verwendet, ob eine bestimmte Zeit der Übertragung der entdeckten Signale oder eine Unterkomponente dieser Zeit der Übertragung innerhalb eines zulässigen Bereiches liegt. Das heißt, die Codephase des erkannten Signals wird überprüft.
Eine andere Messung, die für die Verifizierung geeignet ist, bezieht sich auf die Frequenzverschiebung der erkannten Signale beim Empfänger aufgrund des Dopplereffekts. Für die Verifizierung kann bestimmt werden, ob die gesamte Frequenz oder eine bestimmte Frequenzverschiebung innerhalb eines zulässigen Bereiches liegt.
Falls Ephemeriden und Zeitinformationen zur Verfügung stehen und falls zusätzlich dazu die Referenzposition mit einer Genauigkeit von 3 km bekannt ist, können dann 90% der fälschlicherweise kreuzkorrelierten Satelliten erkannt werden, indem die Codephase eines entdeckten Signals verifiziert wird. Falls zusätzlich zu der Codephase die Dopplerfrequenz verifiziert wird, können sogar mehr als 90% der fälschlicherweise kreuzkorrelierten Satelliten erkannt werden. Falls die Referenzposition mit einer Genauigkeit von 30 km bekannt ist, können immer noch mehr als 50% der fälschlicherweise kreuzkorrelierten Satelliten erkannt werden, indem die Codephase und die Dopplerfrequenz verifiziert werden.
Die codemodulierten Sender-Signale können in einem Signalverfolgungsverfahren, aber auch gleichermaßen in jedem anderen Verfahren erkannt werden, zum Beispiel in einer Schnappschuss-Datenverarbeitung. Die in der erfindungsgemäßen Methode verwendeten Messergebnisse können weiterhin aus einem Signalverfolgungsverfahren oder aus einem anderen Verfahren stammen.
Vorzugsweise, jedoch nicht zwangsläufig, wird die erfindungsgemäße Methode als Software implementiert.
Bei den Sendern kann es sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, um Satelliten oder Basisstationen eines Netzwerks handeln.
Vorzugsweise, jedoch nicht zwangsläufig, handelt es sich bei dem Empfänger um einen GPS-Empfänger und bei den Sendern um GPS-Raumfahrzeuge. Die Erfindung kann zum Beispiel ebenfalls in zukünftigen erweiterten GPS-Systemen mit neuen Signalen, insbesondere mit dem geplanten neuen L2C (L2 zivil L2 civil)-Signal und dem geplanten neuen L5-Signal, und in anderen ähnlichen auf Sendern basierenden Positioniersystemen wie Galileo verwendet werden. Das L2C-Signal und das L5-Signal werden zum Beispiel in dem Dokument „The Modernized L2 Civil Signal" in GPS World, September 2001 von Richard D. Fontana, Way Cheung und Tom Stansell vorgestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
Andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung hervor, die zusammen mit den beiliegenden Abbildungen zu berücksichtigen ist. Bei der einzigen Abbildung, der 1, handelt es sich um ein Flussdiagramm, dass eine Ausführung der erfindungsgemäßen Methode darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Das Flussdiagramm der 1 stellt eine Ausführung eines Verfahrens zur Validierung der Signalverfolgung von erfindungsgemäßen Satellitensignalen dar.
Das Verfahren ist als Softwarealgorithmus in einer Verarbeitungseinheit eines GPS-Empfängers eines GPS-Positioniersystems ausgeführt. Mehrere Raumfahrzeug-Satelliten des GPS-Systems übertragen C/A-codemodulierte Signale wie oben beschrieben. Die von den Satelliten übertragenen Signale werden von dem GPS-Empfänger empfangen und von einer Signalverfolgungseinheit des Empfängers verfolgt. Der GPS-Empfänger ist darüber hinaus in einem mobilen Endgerät integriert, das dazu in der Lage ist, über die Luftschnittstelle mit einer Basisstation eines Kommunikationsnetzwerks zu kommunizieren. Derzeitig befindet sich der GPS-Empfänger innen.
Bei der Signalverfolgungseinheit des GPS-Empfängers kann es sich um eine herkömmliche Signalverfolgungseinheit handeln, die dazu fähig ist, empfangene Satellitensignale basierend auf einem Kreuzkorrelationsvorgang zu erkennen und zu verfolgen. Bei dem Kreuzkorrelationsvorgang wird ein Code, der für einen entsprechenden Satelliten verfügbar ist, mit empfangenen Signalen verglichen. Von dem aus der besten Korrelation resultierenden Signal wird angenommen, dass es von dem entsprechenden Satelliten stammt.
Die Signalverfolgungseinheit ist zusätzlich dazu in der Lage, für jedes verfolgte Satellitensignal eine Subkomponente T_Ms der Zeit der Übertragung des entsprechenden Codes zur Entfernungsbestimmung zur Verfügung zu stellen. Jede Subkomponente T_Ms ist eine Sub-M-Sekunden-Komponente der Zeit der Übertragung. Falls die Signalverarbeitungseinheit fähig ist, eine Bit-Synchronisation der empfangenen Signale durchzuführen, ist die Subkomponente eine Sub-20ms (M = 0,020)-Komponente der Zeit der Übertragung, das heißt die Differenz zwischen der Zeit der Übertragung der zuletzt erkannten Bit-Flanke und der Zeit der Übertragung des Codes zur Entfernungsbestimmung. Ansonsten basiert die Messung auf einer Chipzählung der empfangenen Signale, wobei diese in einer Sub-1ms (M = 0,001)-Komponente resultiert. Im letzteren Fall entspricht die Subkomponente der Differenz zwischen der Zeit der Übertragung der zuletzt erkannten Periodengrenze und der Zeit der Übertragung des entsprechenden Codes zur Entfernungsbestimmung.
Da der GPS-Empfänger sich derzeit im Inneren befindet, erkennt und verfolgt dieser Signale von N + 1-Satelliten mit bedeutend unterschiedlichen Signal-Rausch-Verhältnissen.
Für das vorgeschlagene Verfahren wird darüber hinaus angenommen, dass bestimmte Parameter beim GPS-Empfänger vorhanden sind.
Bei einem dieser Parameter handelt es sich um eine initiale Referenzposition P_init des GPS-Empfängers. Die initiale Referenzposition kann zum Beispiel die Position einer Basisstation sein, mit der das mobile Endgerät, das den GPS-Empfänger umfasst, derzeit verbunden ist. In diesem Fall könnte die initiale Referenzposition P_init von dieser Basisstation dem GPS-Empfänger mitgeteilt werden. Die initiale Referenzposition hat einen gleichermaßen bekannten maximal möglichen Fehler dP_max.
Weiterhin wird angenommen, dass die Basisstation des mobilen Kommunikationsnetzwerks den GPS-Empfänger mit Hilfsnachrichten versorgt, die Umlaufbahnparameter für die Satelliten umfassen, von denen angenommen wird, dass sie die verfolgten Signale übertragen.
Schließlich wird eine initiale Schätzung der Flugzeiten T_TOF der Signale von den Satelliten zum GPS-Empfänger auf T_TOF = 0,070 ms gesetzt.
Die vorgeschlagene Methode funktioniert wie folgt.
In einem ersten Schritt wird das verfolgte Satellitensignal mit dem stärksten Signalpegel in einer Verarbeitungseinheit des Empfängers bestimmt. Dieses Satellitensignal wird als Kalibrierungssignal definiert. Die Verarbeitungseinheit decodiert darüber hinaus die aus dem Kalibrierungssignal gezogene Navigationsnachricht, um die darin enthaltene Wochenzeit-TOW-Zählung zu erhalten. Die TOW-Zählung gibt die Hauptkomponente der Zeit der Übertragung T_CTOT des Codes zur Entfernungsbestimmung an. Eine seitens der Signalverfolgungseinheit des GPS-Empfängers durchgeführte Perioden- und Chipzählung stellt zusätzlich die Millisekunden- und Submillisekundenkomponente der Übertragungszeit T_CTOT zur Verfügung. Weiterhin wird die Flugzeit T_CTOF des Kalibrierungssignals geschätzt. Zu diesem Zweck wird zum Beispiel die Position des Satelliten, der das Kalibrierungssignal zur ermittelten Zeit der Übertragung T_CTOT überträgt, anhand von Umlaufbahnparametern für diesen Satelliten berechnet. Die Umlaufbahnparameter können beim Empfänger zur Verfügung stehen oder auch aus der decodierten Navigationsnachricht gezogen werden. Die Flugzeit T_CTOF kann dann basierend auf der ermittelten Satellitenposition und auf der verfügbaren initialen Referenzposition P_init des Empfängers geschätzt werden, indem der Abstand zwischen den beiden Positionen durch die Lichtgeschwindigkeit dividiert wird.
Als Nächstes bestimmt die Verarbeitungseinheit des Empfängers wenigstens einen Teil der Zeit der Übertragung des Codes zur Entfernungsbestimmung aller N anderen verfolgten Signale. Falls die Navigationsnachricht eines i-ten Signals decodiert werden kann, erhält man die vollständige Zeit der Übertragung T_TOT.i für das i-te Signal. Falls die Navigationsnachricht nicht decodiert werden kann, kann wenigstens eine Subkomponente T_Ms.i der Zeit der Übertragung bestimmt werden. Das heißt, wenn eine Bitsynchronisation erreicht wird, wird eine Sub-20ms- Komponente der Zeit der Übertragung T_20ms erhalten. Ansonsten stellt die Chipzählung seitens der Verfolgungseinheit eine Subms-Komponente T_1ms der Zeit der Übertragung zur Verfügung. Der Wert der Variablen i, i = 1 zu N, identifiziert ein entsprechendes verfolgtes Signal und diesem Signal zugeordnete Werte.
Nun wird jedes der N anderen verfolgten Signale von der Verarbeitungseinheit des GPS-Empfängers eins nach dem anderen in einer Kalibrierungsschleife verifiziert. In der Kalibrierungsschleife wird die Variable i zuerst gleich 1 gesetzt und dann bei jeder Wiederholung um 1 erhöht.
Die verfügbare initiale Referenzposition P_init und die bestimmte Zeit der Übertragung T_CTOT des Kalibrierungssignals werden zur Schätzung der Flugzeit T_TOF,i des i-ten Signals verwendet. Zum Beispiel kann zuerst die Position des i-ten Satelliten zur Zeit der Übertragung T_CTOT des Kalibrierungssignals basierend auf den beim Empfänger verfügbaren Umlaufbahnparametern für den Satelliten geschätzt werden, von dem angenommen wird, dass er das i-te Signal überträgt. Dann wird die Flugzeit T_TOF,i des i-ten Signals geschätzt, indem der Abstand zwischen der geschätzten Satellitenposition und der verfügbaren initialen Position P_init durch die Lichtgeschwindigkeit dividiert wird. Der Zeitfehler, für den die Satellitenposition berechnet wird, das heißt der Abstand zwischen der Zeit der Übertragung T_CTOT des Kalibrierungssignals und der Zeit der Übertragung des i-ten Signals, beträgt ungefähr 40 ms, was eine vernachlässigbare Auswirkung auf die Flugzeit hat.
Ausgehend von der ermittelten Flugzeit T_TOF,i wird wenigstens eine Subkomponente der Zeit der Übertragung des i-ten Signals vorhergesagt. Für diese Vorhersage unterscheidet die Verarbeitungseinheit zwischen zwei Fällen.
Falls die Zeit der Übertragung T_TOT,i für das i-te Signal gefunden wurde, wird die Zeit der Übertragung wie folgt vorausgesagt: TTOT,i,vorausg = TCTOT + TCTOF – TTOF,i – Korrekturen.
Falls nicht die gesamte Zeit der Übertragung T_TOT,i für das i-te Signal, sondern nur eine Unterkomponente T_Ms,i dieser Zeit der Übertragung T_TOT,i gefunden wurde, wird die entsprechende Unterkomponente wie folgt vorausgesagt: TMs,i,vorausg = mod(TCTOT + TCTOF – TTOF,i – Korrekturen,M)
Die rechte Seite der Gleichung stellt den Rest der Division von T_CTOT – T_CTOF – T_TOF,i durch M dar, wobei der Ausdruck T_CTOT – T_CTOF – T_TOF,i mit einem bekannten Korrekturwert „Korrekturen" korrigiert werden kann. Wie oben erklärt kann M entweder 0,020 oder 0,001 betragen. Der Wert „Korrekturen" in der Gleichung kann, muss jedoch nicht miteinbezogen werden. Er kann zum Beispiel ionosphärische Korrekturen, troposphärische Korrekturen, Korrekturen der Gruppenlaufzeit, Korrekturen der Satellitenuhr und relativistische Korrekturen umfassen.
Von dem bekannten Fehler dP_max der initialen Position P_init wird der maximale Fehler, der für die vorausgesagte Zeit der Übertragung T_TOTmaxfehler auftreten kann, als T_TOTmaxfehler = 2·dP_max/c geschätzt, wobei c der Lichtgeschwindigkeit entspricht.
Der tatsächliche Vorhersagefehler wird dann mit diesem maximalen Vorhersagefehler verglichen.
Falls die Zeit der Übertragung T_TOT,i für das i-te Signal gefunden wurde, wird der tatsächliche Vorhersagefehler mit dem maximalen Vorhersagefehler T_TOTmaxfehler gemäß des folgenden Vergleiches verglichen: abs(TTOT,i,vorausg – TTOT,i) < TTOT max fehler
Auf diese Weise wird bestimmt, ob die ermittelte Zeit der Übertragung T_TOT,i des i-ten Signals innerhalb des zulässigen Bereiches liegt: (TTOT,i,vorausg – TTOT max fehler, TTOT,i,vorausg + TTOT max fehler).
Falls nur eine Unterkomponente T_Ms,i der Zeit der Übertragung T_TOT,i für das i-te Signal bestimmt wurde, wird der tatsächliche Vorhersagefehler mit dem maximalen Vorhersagefehler T_TOTmaxfehler gemäß des folgenden Vergleiches verglichen: abs(TMs,i,vorausg – TMs,i) < TTOT max fehler
Falls der diesbezügliche Vergleich nicht wahr ist, wird die Verfolgung des i-ten Signals abgelehnt, da angenommen werden kann, dass die Verfolgung nicht korrekt war. Bei dem i-ten Signal könnte es sich zum Beispiel um ein starkes Signal eines falschen Satelliten handeln, das besser mit dem gegebenen Code korreliert hat als ein schwaches Signal des korrekten Satelliten.
Falls der entsprechende Vergleich wahr ist, wird die Verfolgung des i-ten Signals nicht abgelehnt. Bevor diese jedoch definitiv akzeptiert wird, wird eine zusätzliche Verifizierung durchgeführt.
In der zusätzlichen Verifizierung wird die Doppler-Frequenzspanne für jeden Satelliten überprüft, der in der ersten Verifizierung nicht abgelehnt wurde.
Der Empfänger misst zu diesem Zweck die Frequenzveränderung f_Messung,i des i-ten Signals. Abhängig von der Geschwindigkeit des entsprechenden Satelliten gegenüber dem GPS Empfänger wird die gemessene Frequenz aufgrund des Dopplereffekts um eine Frequenzverschiebung f_Messung,i von Null abweichen.
Die verfügbaren Umlaufbahnparameter werden dazu verwendet, für den Satelliten, von dem angenommen wird, dass das i-te Signal von ihm erzeugt wurde, einen Bereich (f_Dmin, f_Dmax) zu bestimmen, innerhalb dessen die ermittelte Frequenzverschiebung f_gemessen,i angesichts der relativen Satellitenbewegung gegenüber dem GPS-Empfänger liegen sollte. Zur Bewertung der verfügbaren Umlaufbahnparameter kann wiederum die Zeit der Übertragung T_CTOT des Kalibrierungssignals als Referenzzeit verwendet werden. Der Bereich sollte auch eine maximale Empfängergeschwindigkeit berücksichtigen. Die Frequenz wird üblicherweise außerdem durch die Ungenauigkeit der lokalen Uhr systematisch abweichen. Da der Empfänger üblicherweise über eine Schätzung Δf_Uhr dieser Ungenauigkeit verfügt, kann die mögliche Gesamtfrequenzverschiebung wie folgt geschätzt werden: (fmin, fmax) = (fDmin + fUhr – ΔfUhr, fDmax + fUhr + ΔfUhr).
Die Verfolgung des i-ten Signals wird somit nur validiert, falls die festgelegte Frequenzverschiebung f_gemessen,i zusätzlich innerhalb des Bereiches (f_min, f_max) liegt, der für den Satelliten festgelegt wurde, der das i-te Signal übertragen hat. Andernfalls wird die Verfolgung des i-ten Signals ebenfalls abgelehnt.
Wenn eine Verfolgung abgelehnt oder validiert wurde, wird die Kalibrierungsschleife für das nächste verfolgte Signal mit i = i + 1 fortgeführt, bis alle N verfolgten Signale mit Ausnahme des Kalibrierungssignals überprüft wurden.
Der Kreuzkorrelationsvorgang und die beschriebene Methode können für diejenigen gegebenen Codes wiederholt werden, für die die Verfolgung abgelehnt wurde.
Es ist zu bemerken, dass die beschriebene Ausführung nur eine einer Vielzahl von möglichen Ausführungen der Erfindung darstellt.

Claims

Verfahren zur Validierung von erkannten Signalen, die von Sendern eines Positioniersystems übertragen und von einem Empfänger des besagten Positioniersystems empfangen werden, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – eine Durchführung von Messungen für die besagten erkannten Sender-Signale; und – die Ablehnung jeder Erkennung eines Sender-Signals, für das Ergebnisse durchgeführter Messungen außerhalb eines zulässigen Bereiches liegen, der für die besagten Messungen festgelegt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Sender-Signale codemoduliert sind und basierend auf einem Korrelationsvorgang erkannt werden, der zwischen einem entsprechenden gegebenen Code für einen spezifischen Sender und empfangenen Sender-Signalen ausgeführt wird, wobei das Verfahren die weiteren Schritte umfasst; – Auswahl von wenigstens einem der besagten erkannten Sender-Signale als Kalibrierungssignal; – die Bestimmung von wenigstens einem zulässigen Bereich für die Ergebnisse von Messungen für erkannte Sender-Signale mit Ausnahme des besagten Kalibrierungssignals, basierend auf Messungen des besagten entdeckten Kalibrierungssignals und auf einer verfügbaren Referenzposition des besagten Empfängers.
Methode nach Anspruch 1, bei der wenigstens das entdeckte Sender-Signal mit dem stärksten Signalpegel als Kalibrierungssignal ausgewählt wird.
Methode nach Anspruch 1 oder 2, bei der die besagten Bereiche zusätzlich basierend auf Umlaufbahnparametern bestimmt werden, die für die besagten Sender verfügbar sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die besagten Messungen, für die ein Bereich festgelegt ist, wenigstens eine Messung der Codephase der erkannten Sender-Signale umfassen.
Verfahren nach Anspruch 4, bei der die besagte Codephase basierend auf wenigstens einer Information bezüglich der Zeit der Übertragung eines entsprechenden erkannten Sender-Signals bestimmt wird, wobei diese Information als Daten in den besagten Sender-Signalen umfasst ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei der die besagte Codephase basierend auf wenigstens einer Unterkomponente der Zeit der Übertragung eines entsprechenden erkannten Sender-Signals bestimmt wird, wobei die Unterkomponente erhalten wird, indem Regelmäßigkeiten in den besagten empfangenen Sender-Signalen erkannt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der ein Bereich für die besagte Codephase bestimmt wird, indem eine Codephase basierend auf der Codephase des besagten Kalibrierungssignals, auf einer verfügbaren Referenzposition des besagten Empfängers und auf verfügbaren Umlaufbahnparametern vorausgesagt wird, und indem ein möglicher Fehler in der besagten Voraussage addiert und subtrahiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die besagten Messungen, für die ein Bereich bestimmt wird, eine Messung umfassen, die eine Frequenzverschiebung in empfangenen Sender-Signalen aufgrund der relativen Geschwindigkeit zwischen dem entsprechenden Sender und besagtem Empfänger anzeigt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die besagten erkannten Sender-Signale in einem Signalverfolgungsverfahren erkannt werden.
Empfänger, der Folgendes umfasst: – Empfangsmittel zum Empfang und zur Entdeckung von codemodulierten Signalen, die von Sendern eines Positioniersystems übertragen werden; und – Verarbeitungsmittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche.
Empfänger nach Anspruch 10, bei dem es sich um einen GPS (Global Positioning System)-Empfänger oder um einen Galileo-Empfänger handelt.
Elektronisches Gerät, das einen Empfänger nach Anspruch 10 oder 11 umfasst.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 12, bei dem es sich bei dem besagten elektronischen Gerät um ein mobiles Endgerät handelt, das dazu in der Lage ist, sich mit einem Netzwerk zu verbinden.
Gerät, das Folgendes umfasst: – Mittel zum Empfang von Informationen bezüglich codemodulierter Signale seitens eines Empfängers, die von Sendern eines Positioniersystems übertragen und von dem besagten Empfänger empfangen und erkannt werden; und – Verarbeitungsmittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Gerät nach Anspruch 14, bei dem es sich um ein Netzwerkelement eines Netzwerks handelt.
Positioniersystem, das Folgendes umfasst: – einen Empfänger, der Mittel für den Empfang von seitens Sendern übertragenen codemodulierten Signalen und Mittel umfasst, um Informationen bezüglich empfangener codemodulierter Sender-Signale zur Verfügung zu stellen; und – ein Gerät nach Anspruch 14 oder 15.
Positioniersystem, das Folgendes umfasst: – einen Empfänger nach Anspruch 10 oder 11; und – ein Gerät, um dem besagten Empfänger Hilfsdaten zur Verfügung zu stellen.
Positioniersystem nach Anspruch 17, bei dem es sich bei dem besagten Gerät um ein Netzwerkelement eines Netzwerks handelt.